KR20110103474A - 연속 주조 방법 및 연속 주조 주형 - Google Patents

연속 주조 방법 및 연속 주조 주형 Download PDF

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KR20110103474A KR1020117019262A KR20117019262A KR20110103474A KR 20110103474 A KR20110103474 A KR 20110103474A KR 1020117019262 A KR1020117019262 A KR 1020117019262A KR 20117019262 A KR20117019262 A KR 20117019262A KR 20110103474 A KR20110103474 A KR 20110103474A
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노리마사 야마사끼
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신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
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Abstract

본 발명은, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용한 연속 주조에 있어서, 최고 주조 속도가 고속이어도, 협폭으로부터 광폭까지 어떤 주조 폭에 있어서도 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 효과를 발휘할 수 있는 연속 주조 방법, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판, 연속 주조 장치를 제공하는 것으로, 주조 방향으로 2 이상의 다른 테이퍼를 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용하는 연속 주조에 있어서, 주조하는 최고 주조 속도를 VM(m/min)으로 하고, 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판, 연속 주조 장치이다.
[수학식 1]
Figure pct00023

[수학식 2]
Figure pct00024

Description

연속 주조 방법 및 연속 주조 주형 {CONTINUOUS CASTING METHOD, AND CONTINUOUS CASTING MOLD}
본 발명은 용융 금속을 연속 주조하기 위한 연속 주조 방법 및 연속 주조 주형에 관한 것이다.
강을 비롯한 용융 금속의 연속 주조에 있어서, 주형 내에 용융 금속을 주입하면, 주형에 접하는 용융 금속 부분이 응고하여 응고 쉘을 형성하고, 주형의 하방으로 인발되어, 주형 하방의 2차 냉각대에서 응고가 진행되어 최종적으로 연속 주조 주조편이 형성된다. 주형은, 용융 금속에 접하는 측이 수냉 동판으로 형성된다. 슬래브를 주조하는 연속 주조 장치에 있어서는, 2매의 긴 변 주형판과, 2매의 짧은 변 주형판을 갖고, 짧은 변 주형판은 그 폭이 주조하는 주조편의 두께와 거의 동등하고, 2매의 긴 변 주형판 사이에 2매의 짧은 변 주형판을 끼우도록 조립하여, 연속 주조 주형이 형성된다.
주형 내에서 응고쉘의 응고가 진행되면서, 그 응고쉘을 하방으로 이동하는 과정에 있어서, 응고쉘은 응고가 진행되는 동시에 응고 수축한다. 따라서, 주형 내 용융 금속의 메니스커스 위치에서 응고를 개시한 응고쉘은, 주형의 하단부에 도달하였을 때에는 수축되어 있고, 응고 중 주조편의 폭이나 두께가 메니스커스 위치에 비교하여 작게 되어 있다. 슬래브 연속 주조에 있어서는 주조편의 두께와 비교하여 폭이 넓으므로, 주조편 폭 방향의 응고 수축량이 크다. 응고쉘의 응고 수축에 수반하여 주형의 하방에 있어서 주형과 응고쉘 사이에 공극이 발생하면, 응고쉘로부터 주형에의 발열이 저해되어, 충분한 주형 냉각을 할 수 없게 되는 동시에, 주형에 의한 지지를 상실한 응고쉘이 외측으로 팽창되는 벌징(bulging)을 일으키게 된다.
따라서, 적어도 주형 짧은 변에 테이퍼를 설치하는 것이 행해지고 있다. 테이퍼를 설치한다는 것은, 대향하는 양쪽 짧은 변 사이의 간격에 대해서, 주형 상방의 메니스커스 위치에 있어서의 간격에 대해, 주형 하단부의 간격을 좁히는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 주조 방향 임의의 위치에 상방 위치와 하방 위치를 정하고, 양쪽 짧은 변 사이의 거리를, 상방 위치에 있어서 W1, 하방 위치에 있어서 W2, 상방 위치로부터 하방 위치까지의 거리를 ΔL로 두었을 때, 테이퍼량(％), 테이퍼율(％/m)을
Figure pct00001
Figure pct00002
으로 정의하고, 이와 같이 부르는 것으로 한다. 여기서 W0은, 어느 폭에 따라서, 결정된 길이이면, 어느 것이어도 좋다. 주형 상단부 폭, 주형 하단부 폭 등으로 할 수 있다. 여기서는 W0(m)을 메니스커스 폭(WM)으로 하였다.
짧은 변 테이퍼량이 지나치게 작은 경우에는, 응고쉘과 짧은 변 주형판의 접촉이 불균일하게 되어, 냉각의 언밸런스가 발생하고, 응고쉘 성장의 불균일, 용융 금속 정압에 의한 주조편 표면의 균열이 발생한다. 특히, 짧은 변 테이퍼량이 적정량보다도 작은 경우, 주형 하단부 부근에 있어서의 응고쉘의 두께 분포에 있어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 긴 변측 응고쉘의 코너 근방에 응고 두께가 특히 얇은 부위가 발생하기 쉬워져, 이 부위에 대응하는 주조편 표면에 세로 균열이 발생하기 쉽다. 또한 짧은 변 테이퍼량이 지나치게 큰 경우에는, 응고쉘과 짧은 변 주형판의 접촉이 강해져, 응고쉘에 과대한 응력이 가해지고, 응고쉘의 파단, 및 쉘 파단에 수반하는 브레이크 아웃이 발생한다. 혹은 응고쉘과 주형의 마찰력 증대에 수반하는 주형 수명 저하를 야기하는 경우가 있다.
적정한 짧은 변 테이퍼에 대해서, 예를 들어 일본공개특허 제2005-211936호 공보에 있어서는, 짧은 변 테이퍼율 βn을 0.7 내지 1.3％/m로서 조업하는 것이 행해져 있는 것으로 하고 있다. 종래의 짧은 변 주형판(2)의 응고쉘에 면하는 면(이하 「테이퍼면(6)」이라고도 함)은, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 상부로부터 하부를 향하여 평면으로 가공되어 있다. 그러나, 응고쉘의 응고 수축 속도는, 주형 내의 주조 방향의 각 위치에 있어서 일정하지 않고, 메니스커스 근방에서는 응고 수축 속도가 빠르고, 주형 하단부에 근접함에 따라 응고 수축 속도가 느려진다. 따라서, 짧은 변 주형판과 접하는 응고쉘의 면은 평면이 아니라, 주형의 하방으로 감에 따라서 쉘의 테이퍼량이 작아지는 곡면을 형성하고 있다고 생각된다.
일본공개특허 평2-247059호 공보에 있어서는, 주형 짧은 변의 테이퍼를 만곡면으로서 제어하는 테이퍼 제어 방법이 개시되어 있다. 짧은 변 주형을 배면의 적어도 3지점에서 지지하고, 변형을 가한다. 3점 중 적어도 1개소, 예를 들어 중앙부에 가압 장치를 설치하고, 짧은 변 동판 표면과 자유 수축 프로필을 미리 및 조업중도 일치시킴으로써 한층 균일한 발열이 가능해진다고 하고 있다. 중심 하중점에 2 내지 5톤의 힘을 가함으로써, 최대 휨량은 0.33 내지 0.83㎜로까지 되고, 이것은 용강의 응고 수축량으로부터 생각하면 충분한 양인 것으로 하고 있다.
일본공개특허 소56-53849호 공보에 있어서는, 최적의 짧은 변 테이퍼를 이론 해석에 의해 구하고 있고, 최적 짧은 변 테이퍼는 메니스커스로부터의 주입 방향을 따르는 거리 Z 및 주조 속도 V에 의존하고, 각 거리 Z에 있어서의 최적 테이퍼율(％/m)이 Z-1/2에 비례하는 동시에, (4-V)(m/min)에 비례하는 것으로 하고 있다. 상기 공보의 실시예 1 및 도 2에 따르면, 단면 치수 20.8㎝×105㎝의 주형의 짧은 변을 3단계의 테이퍼를 갖는 형상으로 하고, 테이퍼율이 위로부터 2％/m, 0.7％/m, 0.4％/m로 되어 있다. 또한 실시예 2 및 도 3에 따르면, 단면 치수 22㎝×124㎝의 주형의 짧은 변을 3단계의 테이퍼를 갖는 형상으로 하고, 테이퍼율이 위로부터 4％/m, 1.3％/m, 0.8％/m로 되어 있다. 이와 같이, 주조 방향으로 2단계, 혹은 3단계 이상의 테이퍼를 갖는 주형을 다단 테이퍼 주형이라고 부르고, 이와 같은 테이퍼를 갖는 짧은 변 주형판을 다단 테이퍼 짧은 변 주형판이라고 부르는 것으로 한다.
연속 주조에 있어서는, 주조 속도가 빠를수록, 생산성을 향상시킬 수 있다. 슬래브의 연속 주조에 있어서도, 주조 속도가 2.0m/min 전후로부터, 최근은 3.0m/min 정도까지 주조 속도가 상승되어 있다. 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용한 연속 주조에 있어서, 주조 속도가 빨라짐에 따라서 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 최적 형상이 변화되고, 또한 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용한 주조 방법도 변화된다. 예를 들어, 일본공개특허 평3-210953호 공보에 따르면, 주조 속도가 빨라지면, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 만곡의 정도를 완화시키는 동시에 전체의 경사를 작게 하는 것으로 하고 있다.
그러나, 한편으로, 슬래브의 연속 주조에 있어서는, 주조하는 주조편이 향하는 곳마다 다양한 폭을 가지므로, 연속 주조를 계속하면서 주조하는 주조편 폭을 변경하는 것이 행해진다. 도 7에 도시한 바와 같이, 짧은 변 주형판(2)을 긴 변 방향으로 이동하기 위한 짧은 변 구동 장치(4)를 갖고, 짧은 변 주형판(2)을 긴 변 주형판(3) 사이에 끼워 넣은 상태로 짧은 변 주형판(2)의 위치를 변경함으로써, 주조 중에 주조편 폭을 변경할 수 있다. 즉, 긴 변 주형판(3)과 짧은 변 주형판(2)을 모두 교환하지 않고, 다양한 폭을 갖는 주조편을 동일한 연속 주조 주형(1)을 사용하여 주조하는 것이 가능하다.
또한, 일본공개특허 제2006-346735호 공보 및 일본공개특허 제2006-346736호 공보에는, 주형 내에서의 주조편의 응고 거동을 계산에 의해 추정하는 방법이 기재되어 있고, 주형의 주조 방향의 기울기, 혹은 주조 속도를 임의의 값으로 설정하였을 때에, 주형 주위 각 부위에 있어서의 응고쉘의 두께가 산출되고, 이 결과에 기초하여, 주형 하단부에 있어서의 응고쉘 두께의 최대값와 최소값의 비, 응고쉘과 주형간의 구속력, 갭량을 구할 수 있다고 되어 있다.
다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용하여 연속 주조를 행할 때에, 주조 속도가 빨라짐에 따라서 짧은 변 주형판의 적합한 만곡도가 저하된다. 따라서, 주조하는 최고 주조 속도 VM(m/min)이 빠른 연속 주조에 사용하는 짧은 변 주형판으로서, 짧은 변 테이퍼에 의해 형성되는 짧은 변면의 만곡도가 작은 것을 사용하게 된다.
슬래브 연속 주조에 있어서는, 동일한 짧은 변 주형판을 사용하고, 주형에 있어서의 짧은 변 주형판의 위치를 변경함으로써, 다양한 주조 폭에 대응하여 주조를 행할 수 있다. 상술한 고속 주조 속도에 대응하여 짧은 변면의 만곡도가 작은 짧은 변 주형판을 사용하여 다양한 주조 폭의 주조편을 주조한 결과, 협폭 및 중간 폭에서는 양호한 연속 주조가 가능하였지만, 광폭의 주조시에 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용한 효과를 충분히 발휘할 수 없는 경우가 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명은, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용한 연속 주조에 있어서, 최고 주조 속도가 고속이어도, 협폭으로부터 광폭까지의 어떤 주조 폭에 있어서도 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 효과를 발휘할 수 있는 연속 주조 방법, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판, 연속 주조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 주조 방향으로 2 이상의 다른 테이퍼를 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용하는 연속 주조 방법이며, 주조하는 최고 주조 속도를 VM(m/min)으로 하고, 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
Figure pct00003
Figure pct00004
(2) 또한 복수의 주조편 폭의 주조편을 주조하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 연속 주조 방법.
(3) 짧은 변 주형판이, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 연속 주조 방법.
(4) 주조하는 최고 주조 속도가 VM(m/min)인 연속 주조용에 사용하고, 주조 방향으로 2 이상의 다른 테이퍼를 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판이며, 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조용의 짧은 변 주형판.
[수학식 1]
Figure pct00005
[수학식 2]
Figure pct00006
(5) 2단 테이퍼 짧은 변 주형판인 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 연속 주조용의 짧은 변 주형판.
(6) 긴 변 주형판(3)과, 주조 방향으로 2 이상의 다른 테이퍼를 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판(2)을 갖고, 주조하는 최고 주조 속도가 VM(m/min)이며, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판(2)의 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주형.
[수학식 1]
Figure pct00007
[수학식 2]
Figure pct00008
(7) 짧은 변 주형판(2)이, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판인 것을 특징으로 하는 상기 (6)에 기재된 연속 주조 주형.
본 발명은, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용한 연속 주조에 있어서, 최고 주조 속도가 빨라질수록 메니스커스로부터의 테이퍼 변화점 위치를 짧게 함으로써, 협폭으로부터 광폭까지의 넓은 주조 폭 범위에 있어서, 응고 균일도와 구속력을 모두 양호한 범위로 유지하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 짧은 변 주형판의 테이퍼면을 설명하는 도면이며, (a)는 2단 테이퍼 짧은 변 주형판, (b)는 3단 테이퍼 짧은 변 주형판, (c)는 1단 테이퍼 짧은 변 주형판을 도시하는 도면이다.
도 2는 주조편 폭 1100㎜에 있어서, 상하 테이퍼비와 주조 속도를 변경하였을 때의 응고 균일도, 구속력의 변화를 도시하는 도면이다.
도 3은 주조편 폭 2200㎜에 있어서, 상하 테이퍼비와 주조 속도를 변경하였을 때의 응고 균일도, 구속력의 변화를 도시하는 도면이다.
도 4는 주조편 폭 1100㎜에 있어서, 변화점 위치 x와 주조 속도를 변경하였을 때의 응고 균일도, 구속력의 변화를 도시하는 도면이다.
도 5는 주조편 폭 2200㎜에 있어서, 변화점 위치 x와 주조 속도를 변경하였을 때의 응고 균일도, 구속력의 변화를 도시하는 도면이다.
도 6은 토탈 테이퍼율을 변경하였을 때의 응고 균일도, 구속력의 변화를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 연속 주조 주형을 도시하는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 단면 정면도이다.
도 8은 계산에 의해 구한 주형 하단부에 있어서의 응고쉘 형상을 도시하는 도면이다.
본 발명에 있어서, 주조하는 최고 주조 속도를 VM(m/min)으로 하고, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 한다.
본 발명은, 또한 토탈 테이퍼율 TT, 상부 테이퍼율 TU, 하부 테이퍼율 TL, 상하 테이퍼비를 이하와 같이 정의한다.
양쪽 짧은 변 사이의 거리를, 메니스커스 위치에 있어서 WM(m), 주형 하단부에 있어서 WB(m), 메니스커스 위치로부터 주형 하단부까지의 거리를 L(m)로 두었을 때[도 1의 (a), (b)], 토탈 테이퍼율 TT(％/m)를
Figure pct00009
으로 정의한다.
다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 주조 방향 최상부 상부 테이퍼면(6U)에 있어서, 상방 위치와 하방 위치를 임의로 정하고, 양쪽 짧은 변 사이의 거리를, 상방 위치에 있어서 W1(m), 하방 위치에 있어서 W2(m), 상방 위치로부터 하방 위치까지의 거리를 ΔL(m)로 두었을 때[도 1의 (a), (b)], 상부 테이퍼율 TU(％/m)를
Figure pct00010
으로 정의한다.
다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 주조 방향 최하부의 하부 테이퍼면(6L)에 있어서, 상방 위치와 하방 위치를 임의로 정하고, 양쪽 짧은 변 사이의 거리를, 상방 위치에 있어서 W3(m), 하방 위치에 있어서 W4(m), 상방 위치로부터 하방 위치까지의 거리를 ΔL(m)로 두었을 때[도 1의 (a), (b)], 하부 테이퍼율 TL(％/m)을
Figure pct00011
으로 정의한다.
상하 테이퍼비는,
Figure pct00012
로 정의한다.
일본공개특허 제2006-346735호 공보 및 일본공개특허 제2006-346736호 공보에는, 주형 내에서의 주조편의 응고 거동을 계산에 의해 추정하는 방법이 기재되어 있는 것은 전술한 바와 같으며, 주형의 주조 방향의 기울기, 혹은 주조 속도를 임의의 값으로 설정하였을 때에, 주형 주위 각 부위에 있어서의 응고쉘의 두께가 도 8과 같이 산출된다. 이 결과에 기초하여, 주형 하단부에 있어서의 응고쉘 두께의 최대값 A와 최소값 B의 비 B/A, 응고쉘과 주형간의 구속력, 갭량을 구할 수 있다. 그리고, 이들의 특허 공보에 기재된 계산 방법을 사용하여, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용하는 연속 주조에 대해서, 주형 하단부에 있어서의 응고쉘의 형상, 응고쉘과 주형간의 구속력을 구하였다. 주형 하단부에 있어서의 응고쉘의 형상은, 계산에 의해 도 8과 같이 도출된다. 주조편 코너 근방에 있어서의 응고쉘의 긴 변측에, 응고쉘 두께가 얇은 부위가 형성되는 경우가 있고, 이 부위의 응고쉘 두께를 쉘 두께의 최소값 B로 둘 수 있다. 그리고, 응고쉘 두께의 최대값 A와 최소값 B의 비 B/A를, 여기서는 「응고 균일도」라고 부른다. 응고 균일도가 양호한 주조를 행한 경우에는, 코너 근방의 긴 변측에 있어서의 쉘 두께가 얇은 부위의 쉘 두께가, 그 밖의 두꺼운 부위의 쉘 두께에 근접하게 된다.
실제로 용강의 연속 주조를 행하여, 주조 중에 주형 내 용강에 S를 첨가하고, 응고 후 주조편의 설퍼 프린트에 의해서 주형 하단부 위치에서의 응고쉘의 두께 분포를 평가한 결과, 상기 계산에 의해 구한 응고 균일도와, 설퍼 프린트로부터 구한 주형 하단부 응고쉘 두께의 최대와 최소의 비가, 양호하게 일치하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 계산에 의해 구한 응고 균일도를 지표로 하여, 적합한 연속 주조 방법을 발견하는 것이 가능하다.
계산에 의해 구한 응고 균일도(B/A)의 값이 0.7 이상이면, 실제 주조에 있어서도 양호한 응고 균일도를 확보할 수 있다. 계산에 의해 구한 구속력(각 폭에서의 기준값 : 1단 테이퍼로 테이퍼율 1.0％/m의 경우의 구속력으로 정규화한 값)이 2.0 이하이면, 실제 주조에 있어서도 구속이 적은 양호한 주조를 행할 수 있다. 또한, 응고 균일도(B/A) 및 구속력을 상기 바람직한 범위로 함으로써, 연속 주조를 행하였을 때에 브레이크 아웃이 일어나지 않는 것을, 실제의 연속 주조의 결과에 의해서 확인하고 있다.
다음으로, 상기 2건의 특허(일본공개특허 제2006-346735호 공보 및 일본공개특허 제2006-346736호 공보)에 기초하는 계산 방법(이하 「본 발명의 계산 방법」이라고도 함)에 의해, 응고 균일도와 구속력을 계산하여, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 최적의 형상을 검토하는 것으로 한다.
종래의 다단 테이퍼 짧은 변 주형판, 특히 2단 테이퍼 짧은 변 주형판에 있어서, 메니스커스 위치로부터 주형 하단부까지의 거리 L은 대략 900㎜ 정도이며, 변화점 위치 x는 300㎜ 정도이었다. 그리고, 최고 주조 속도 VM이 2.5m/min 정도까지의 주조 속도를 채용하는 경우, 상하 테이퍼비로서 4.0 정도의 테이퍼를 채용하고, 응고 균일도 및 구속력의 양쪽 모두 양호한 주조를 실현할 수 있었다. 이 점에 대해서는, 상기 본 발명의 계산 방법에 의해서 확인할 수 있다.
주조 폭을 1100㎜(협폭), 토탈 테이퍼율을 1.6％/m, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판의 변화점 위치 x를 300㎜ 일정으로 하고, 주조 속도를 1.0 내지 3.0m/min으로 변화시키고, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판의 상하 테이퍼비를 변화시킴으로써 짧은 변 주형판의 만곡 상황을 변화시켜, 본 발명의 계산 방법에 의해 응고 균일도와 구속력을 계산하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 동일한 상하 테이퍼비이면 주조 속도가 빨라짐에 따라서 응고 균일도가 개선되지만 구속력도 증대된다. 응고 균일도와 구속력을 모두 양호 범위로 유지하기 위해서는, 주조 속도가 빨라짐에 따라서, 상하 테이퍼비를 낮게 하면 바람직한 것을 알 수 있다. 응고 균일도와 구속력을 모두 양호하게 유지할 수 있는 상하 테이퍼비 범위를 주조 속도마다 조사해 보면, 주조 속도가 2.0m/min에서는 상하 테이퍼비 적합 범위가 5.0 이하, 주조 속도가 2.5m/min에서는 상하 테이퍼비 적합 범위가 4.0 이하, 주조 속도가 3.0m/min에서는 상하 테이퍼비 적합 범위가 3.0 이하라고 하는 결과로 되었다.
다음으로, 주조 폭 1100㎜에서 응고 균일도와 구속력이 양호하였던 짧은 변 주형판 형상(주조 속도가 3.0m/min의 범위까지에서 최적화한 상하 테이퍼비 3.0의 주형 형상)을 사용하고, 주조 폭을 2200㎜로 광폭으로 하였다. 폭을 변경할 때에, 토탈 테이퍼율을 1.6％/m인 상태로 유지한 결과, 폭 2200㎜에서 상하 테이퍼비는 1.7로 되었다.
주조 폭 2200㎜(광폭)에 대해서 본 발명의 계산 방법에 의해서 응고 균일도와 구속력을 계산한 결과, 토탈 테이퍼율을 일정으로 유지한 상태로, 주조편 폭을 넓힌 경우는, 주조 속도가 3.0m/min에서는 상하 테이퍼비 적합 범위가 저하되어, 1.7 미만으로 되고, 응고 균일도도 저하되는 것을 알 수 있었다(도 3). 즉, 폭 1100㎜에 있어서 주조 속도 3.0m/min까지의 고속 주조에 대해서 최적화한 주형에 있어서, 주조 폭을 2200㎜의 광폭으로 하면, 최적 범위로부터 벗어난 것을 알 수 있었다.
따라서, 1100㎜ 폭에 있어서 주조 속도마다 다단 테이퍼의 최적화를 도모할 때에, 변화점 위치 x를 고정하여 상하 테이퍼비를 변화시키는 것이 아니라, 상하 테이퍼비를 4.0 일정으로 유지한 후에 변화점 위치 x를 변경해 보았다. 토탈 테이퍼율을 1.6％/m로 하고, 변화점 위치 x를 변화시켜 본 발명의 계산 방법에 의해 응고 균일도와 구속력을 계산하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 주조 속도가 2.5m/min 이하에서는 변화점 위치 적합 범위가 300㎜ 이하, 주조 속도가 3.0m/min에서는 변화점 위치 적합 범위가 200㎜ 이하로 되었다.
다음으로, 폭 1100㎜에서 적합한 변화점 위치 x를 갖는 짧은 변 주형판(주조 속도가 3.0m/min의 범위까지에서 최적화한 변화점 위치가 200㎜의 주형 형상)을 사용하여, 폭 2200㎜의 주조에서의 계산을 행하였다. 토탈 테이퍼율은 1.6％/m로 유지하여, 토탈 테이퍼율 일정으로 주조편 폭을 넓힌 경우, 주조 폭 2200㎜에 있어서 상하 테이퍼비는 2.5로 되었다. 따라서, 2200㎜ 폭에 있어서, 토탈 테이퍼율을 1.6％/m로 하고, 상기와 마찬가지로 상하 테이퍼비를 2.5 일정으로 유지한 후에, 변화점 위치 x를 변화시켜 본 발명의 계산 방법에 의해 응고 균일도와 구속력을 계산한 결과를 나타낸다(도 5). 도 5로부터 명백한 바와 같이, 변화점 위치 x가 200㎜ 이하이면, 주조 폭 2200㎜이어도, 주조 속도 3.0m/min 이하에 있어서 양호 범위를 확보할 수 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 최고 주조 속도가 3.0m/min의 주조를 행할 때, 변위점 위치가 200㎜ 이하이면 양호하게 연속 주조를 행할 수 있다.
마찬가지로, 주조 속도 3.75m/min에 있어서는, 변화점 위치 x가 50㎜ 이하이면, 폭 1200㎜(도 4), 폭 2200㎜(도 5) 중 어느 것에 있어서도, 양호한 주조를 행할 수 있다. 따라서, 최고 주조 속도가 3.75m/min의 주조를 행할 때, 변위점 위치가 50㎜ 이하이면, 양호하게 연속 주조를 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 협폭시의 상하 테이퍼비를 주조 속도마다 상하 비율을 변화시켜 최적화한 주형을 사용하여 광폭시에 적용한 경우의 적합한 상한 테이퍼 비율과 비교하면, 변화점 위치 x를 변화시켜 최적화한 주형을 사용하여 광폭시에 적용한 경우의 쪽이, 적합한 상하 테이퍼비를 올릴 수 있고, 또한 변화점 위치 x를 변화시키면, 협폭시보다도 광폭시의 쪽이 적합한 상하 테이퍼비가 저하되지만, 응고 균일도는 반대로 상승하는 것을 알 수 있었다. 즉, 주조 속도가 고속으로 되었을 때에 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 최적 테이퍼 형상을 결정할 때에, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 주조 속도가 빨라질수록 변화점 위치 x를 상방으로 올림으로써, 상하 테이퍼비를 변화시키는 경우보다도, 주조 폭이 광폭시에도 양호한 응고 균일도와 구속력을 유지하는 것이 가능한 것을 알 수 있었다.
이와 관련하여, 도 4 및 도 5의 관계는, 공업적인 관점에서 상정되는 주조편 폭인 600㎜ 내지 2500㎜의 범위에서, 마찬가지의 관계를 나타내는 것도, 계산 및 실기 시험에 의해, 확인하였다.
도 4 및 도 5의 관계로부터, 상기의 응고 균일도가 0.7 이상, 구속력이 2.0 이하로 하는 적합 범위로 되는 조건을 최고 주조 속도 VM의 변수로서 식으로 나타내면, 하기 수학식 1, 수학식 2와 같이 도출된다.
[수학식 1]
Figure pct00013
[수학식 2]
Figure pct00014
x의 하한을 50㎜로 하고 있는 것은, 더 이상 변화점 위치가 주형의 상방에 있으면, 다단 테이퍼의 효과가 충분히 얻어지지 않고, 통상의 1단 테이퍼와 거의 변하지 않게 되기 때문이다. 상기 수학식 2로부터, VM이 3.75m/min을 초과하면 해가 없어진다. 즉, 본 발명에 있어서 VM의 상한은 3.75m/min이다. 또한, x의 상한을 300㎜로 하고 있는 것은, 상하 테이퍼 비율을 어느 일정값 이상 확보하고자 한 경우에, 상부 강(强) 테이퍼 영역이 길어지면 하부 테이퍼부의 테이퍼율이 작아지고, 토탈 테이퍼율 일정으로 폭 변경하여 협폭 주조한 경우에, 하부 테이퍼율이 극단적으로 작아져 역 테이퍼(테이퍼가 아래로 갈수록 넓어짐)로 되기 쉽고, 주형 하부에서 주조편이 벌징하는 트러블이 발생하기 쉬워지기 때문이다.
본 발명에 있어서는, 최고 주조 속도 VM이 높아질수록 그 효과가 현저하다. 최고 주조 속도 VM이 2.5m/min 초과의 고속 주조에 있어서 특히 현저한 효과를 발휘할 수 있다.
다음으로, 상기와 동일한 2단 테이퍼 짧은 변 주형판(변화점 위치가 200㎜인 주형)을 사용하고, 주조 속도를 1.5m/min, 주조 폭을 1100㎜로 고정하고, 토탈 테이퍼율을 변화시켜 응고 균일도와 구속력을 계산에 의해 구하였다. 주조편 두께는 240㎜로 하였다. 결과를 도 6에 나타낸다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 토탈 테이퍼율을 0.5％/m 이상으로 하면 응고 균일도를 양호하게 유지할 수 있다. 또한 토탈 테이퍼율을 2.0％/m 이하로 하면 구속력이 작아, 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판으로서는, 3단 이상의 테이퍼를 갖는 주형판을 사용해도 되지만, 변화점 위치를 상방에 설정한 결과로서, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판으로 충분히 그 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 있어서, 주조하는 주조편 두께는, 바람직하게는 220㎜ 내지 300㎜, 보다 바람직하게는 240㎜ 내지 300㎜이다. 주조편 두께가 300㎜를 초과하는 경우는, 주조 중에 폭을 변경하는 연속 주조 주형으로서는 과대한 설비를 필요로 하여, 실질적으로 실현 곤란하다. 또한, 주조 두께가 240㎜ 미만이면, 턴디시로부터 용융 금속을 주입하기 위한 침지 노즐의 직경을 작게 해야만 하므로, 균일한 용융 금속의 주입이 곤란하게 된다. 주조 두께가 220㎜ 미만으로 되면 보다 균일한 주입이 한층 곤란하게 된다.
다음으로, 도 7에 기초하여, 본 발명의 주조 방법을 실현하기 위한 연속 주조 주형에 대해서 설명한다.
본 발명의 연속 주조 주형(1)은, 긴 변 주형판(3)과, 주조 방향과 다른 2 이상의 짧은 변 테이퍼율(단위:％/m)을 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판(2)을 갖는다. 긴 변 주형판(3) 및 짧은 변 주형판(2)은, 각각 2매로 1조를 구성하고, 응고쉘에 면하는 측이 수냉 동판, 그 반대면을 강제의 백 프레임으로 하면 좋다. 짧은 변 주형판(2)의 폭이 주조하는 주조편의 두께와 거의 동등하다. 짧은 변 주형판(2)을 2매의 긴 변 주형판(3) 사이에 끼워 넣음으로써, 직사각형의 주조 공간을 갖는 주형이 형성된다.
이 연속 주조 주형에서 주조하는 최고 주조 속도가 VM(m/min)일 때, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판(2)의 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 한다. 이에 의해, 협폭으로부터 광폭까지의 넓은 주조 폭 범위에 있어서, 응고 균일도와 구속력을 모두 양호한 범위로 유지하는 것이 가능하게 된다.
[수학식 1]
Figure pct00015
[수학식 2]
Figure pct00016
본 발명의 연속 주조 주형(1)은, 또한 주조하는 주조편 폭 및 짧은 변의 기울기를 변경할 수 있는 짧은 변 구동 장치(4)와, 짧은 변 구동 장치의 제어 장치(5)를 갖는다. 주조 방향 최상위의 짧은 변 테이퍼율을 상부 테이퍼율, 최하위의 짧은 변 테이퍼율을 하부 테이퍼율, 짧은 변 표면의 메니스커스부와 주형 하단부를 직선으로 연결한 짧은 변 테이퍼율을 토탈 테이퍼율로 하고, 상부 테이퍼율을 하부 테이퍼율로 나눈 값을 상하 테이퍼비로 정의하는 점은, 상기 본 발명의 연속 주조 방법과 마찬가지이다.
짧은 변 구동 장치의 제어 장치(5)는, 주조 중 어떤 주조편 폭에 있어서도 동일한 토탈 테이퍼율로 하고, 어떤 주조편 폭에 있어서도 상하 테이퍼비는, 4 이하로 하도록 짧은 변 주형판을 구동 제어하는 것이 현실적인 조업 형태로서, 바람직하다.
짧은 변 구동 장치(4)는, 예를 들어 상하 2단의 구동 액추에이터(9)를 갖고, 짧은 변 주형판(2)을 백 프레임측으로부터 액추에이터(9)에 의해서 유지한다. 상하의 액추에이터(9) 각각의 운동에 의해서 짧은 변 주형판의 위치를 정함으로써, 각 주조 폭마다, 짧은 변 주형판(2)의 토탈 테이퍼율을 소정의 값으로 정할 수 있다. 액추에이터(9)로서는, 전동 실린더, 유압 실린더 등을 사용할 수 있다. 혹은, 짧은 변 구동 장치로서 짧은 변 주형판의 왕복 운동과 오실레이팅 운동을 행하는 구동 수단을 갖는 장치로 해도 된다.
또한, 연속 주조 중에 주조 폭을 변경하는 것에 있어서는, 정상인 주조를 행하면서 주조 폭을 연속적으로 변경하는 것이 요청된다. 이와 같은 폭 변경을 실시하고 있는 도중에는, 토탈 테이퍼율을 변경하여 원활한 폭 변경을 실시하는 것이 필요해져, 토탈 테이퍼율을 일정으로 유지할 수는 없다.
본 발명의 연속 주조 주형은, 주조 가능 최소 주조편 폭이 1100㎜ 혹은 그 이하, 주조 가능 최대 주조편 폭이 2200㎜ 혹은 그 이상이면, 광범위한 폭을 갖는 주조편을 주조할 수 있으므로 바람직하다. 주조 가능 최소 주조편 폭이 800㎜ 혹은 그 이하이면 바람직하다. 주조 가능 최소 주조편 폭은 600㎜가 현실적이다. 주조 가능 최대 주조편 폭은 2500㎜가 현실적이다.
본 발명은, 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용한 연속 주조에 있어서, 최고 주조 속도가 빨라질수록 메니스커스로부터의 테이퍼 변화점 위치를 짧게 함으로써, 협폭으로부터 광폭까지의 넓은 주조 폭 범위에 있어서, 응고 균일도와 구속력을 모두 양호한 범위로 유지하는 것이 가능하게 된다.

Claims (7)

  1. 주조 방향으로 2 이상의 다른 테이퍼를 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 사용하는 연속 주조 방법이며, 주조하는 최고 주조 속도를 VM(m/min)으로 하고, 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는, 연속 주조 방법.
    [수학식 1]
    Figure pct00017

    [수학식 2]
    Figure pct00018
  2. 제1항에 있어서, 복수의 주조편 폭의 주조편을 주조하는 것을 특징으로 하는, 연속 주조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 짧은 변 주형판이, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판인 것을 특징으로 하는, 연속 주조 방법.
  4. 주조하는 최고 주조 속도가 VM(m/min)인 연속 주조용에 사용하고, 주조 방향으로 2 이상의 다른 테이퍼를 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판이며, 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는, 연속 주조용의 짧은 변 주형판.
    [수학식 1]
    Figure pct00019

    [수학식 2]
    Figure pct00020
  5. 제4항에 있어서, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판인 것을 특징으로 하는, 연속 주조용의 짧은 변 주형판.
  6. 긴 변 주형판과, 주조 방향으로 2 이상의 다른 테이퍼를 갖는 다단 테이퍼 짧은 변 주형판을 갖고, 주조하는 최고 주조 속도가 VM(m/min)이며, 상기 다단 테이퍼 짧은 변 주형판의 메니스커스 위치로부터 주조 방향으로 최초의 테이퍼 변화점까지의 거리를 변화점 위치 x(㎜)로 하고, x를 VM의 함수로서 하기 수학식 1, 수학식 2의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는, 연속 주조 주형.
    [수학식 1]
    Figure pct00021

    [수학식 2]
    Figure pct00022
  7. 제6항에 있어서, 짧은 변 주형판이, 2단 테이퍼 짧은 변 주형판인 것을 특징으로 하는, 연속 주조 주형.
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