KR20110130888A - 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 침지 노즐로부터 용강을 출강하는 단계; 상기 용강을 롤러를 통해 이동시키면서, 냉각수를 분사하여 냉각시키는 단계; 상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하는 단계; 및 상기 최종 응고 완료점에 기초하여 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 슬라브의 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템에 관한 것이다.

Description

연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템{METHOD FOR PREVENTING CRACK ON SLAVE IN CONTINUOUS CASTING AND CONTINUOUS CASTING SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은, 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속 주조기용 주형로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하는 설비이다.

상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물으로 형성하는 연속 주조기용 주형와, 상기 주형에 연결되어 주형에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 주형에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주물로 형성되어 핀치롤러를 통해 이송되는 것이다.

본 발명은, 연속 주조 과정에서 발생할 수 있는 슬라브의 가로 크랙이 발생하지 않도록 하는, 연속 주조에서의 슬라브의 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예인, 연속 주조에서의 슬라브의 크랙 발생 방지 방법은, 침지 노즐로부터 용강을 출강하는 단계; 상기 용강을 롤러를 통해 이동시키면서, 냉각수를 분사하여 냉각시키는 단계; 상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하는 단계; 및 상기 최종 응고 완료점에 기초하여 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하는 단계는, 주조 속도, 용강의 종류, 용강의 과열도, 냉각수량 및 용강의 폭에 기초하여 상기 최종 응고 완료점을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하는 단계는, 열전달 해석을 이용하여 실시간으로 상기 최종 응고 완료점을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 세그먼트는 복수의 구동롤을 포함하고, 상기 최종 응고 완료점에 기초하여 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계는, 상기 최종 응고 완료점으로부터 소정거리내에 있는 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 최종 응고 완료점에 기초하여 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계는, 상기 세그먼트의 구동롤의 압하력을 0 - 70%로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예인 연속 주조 시스템은, 용강을 출강하는 침지노즐; 상기 침지노즐로부터 출강된 용강을 이송시키는 복수의 세그먼트, 상기 세그먼트는 구동롤 및 아이들롤을 포함하고,; 상기 출강된 용강을 냉각시키기 위해 구성된 스프레이; 및 상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하여, 이 최종 응고 완료점에 기초하여 상기 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 제어부는, 주조 속도, 용강의 종류, 용강의 과열도, 냉각수량 및 용강의 폭에 기초하여 상기 최종 응고 완료점을 계산할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 제어부는, 열전달 해석을 이용하여 실시간으로 상기 최종 응고 완료점을 계산할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면,상기 세그먼트는 복수의 구동롤을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 최종 응고 완료점으로부터 소정거리내에 있는 구동롤의 압하력을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 제어부는, 상기 세그먼트의 구동롤의 압하력을 0 - 70%로 감소시킬 수 있다.

상술한 본 발명의 일실시예에 따르면, 연속 주조에 있어서, 용강의 최종 응고 완료점을 계산하고, 이에 따라, 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시킴으로써, 연속 주조에서의 단면 가로 크랙을 감소시킬 수 있어, 슬라브의 내부 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도.
도 2는 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법과 관련된 연속 주조에 의해 제조된 슬라브의 단면 크랙의 발생 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법이 이용되는 연속 주조 시스템의 개략 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법의 구체적인 적용예를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(鑄型, Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(鋼塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형·직사각형·원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브·블룸·빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형·수직굴곡형·수직축차굴곡형·만곡형·수평형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 만곡형을 예시하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30)과, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold, 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

주형(30)은 용강이 주형의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화·질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

이하에서는 연속 주조에서의 슬라브의 가로 단면 크랙이 발생하는 원리에 대하여 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법관련된 연속 주조에 의해 제조된 슬라브의 단면 크랙의 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 연속 주조에 있어서, 용강이 응고됨에 있어서, 편석등의 이유로 인하여, 슬라브(P)의 중앙부에 농화 용강(101)이 존재할 수 있게 된다. 즉, 용강이 응고 완료되기전에 외력이 부가되면, 응고쉘이 변형되고, 농화 용강(101)이 봉입되게 된다. 그후, 농화 용강(101)이 응고되면, 부피가 줄어들게 되고, 이로 인하여, 단면 가로 크랙이 발생하게 된다.

따라서, 슬라브(P)의 가로 단면 크랙이 발생하지 않게 하려면, 용강이 완전하게 응고된 후에 슬라브(P)에 대하여 외력이 가해져야 한다.

이러한 점을 고려한, 본발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 우선, 침지 노즐로부터 용강을 방출한다(S1). 상기 용강은 주형(30)을 벗어나 롤러에 의해 이동되고, 그 다음, 스프레이(65)로부터의 냉각수가 상기 용강에 뿌려져 냉각된다(S3). 이 때, 제어부는, 상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산한다(S5). 이 때, 상기 최종 응고 완료점은 슬라브(P)의 주조 속도, 용강의 종류, 용강의 과열도, 냉각수량 및 용강의 폭에 기초하여 계산될 수 있다. 열전달 해석을 이용하면 실시간으로 최종 응고 완료점을 계산할 수 있게 된다. 그러면, 제어부는 상기 계산된 최종 응고 완료점에 기초하여 핀치롤(70)(이하, 세그먼트(120)라고 한다)의 구동롤의 압하력을 감소시킨다(S7). 즉, 최종 응고 완료점과 구동롤의 위치를 비교하여 가장 인접한 구동롤의 압하력은 0 - 70%가 되도록 하면, 구동롤에 의한 외력 작용이 적게 되여, 단면 가로 크랙이 발생하지 않게 된다. 다시 말해, 상기 세그먼트는 복수의 구동롤을 포함하고 있는 경우, 상기 최종 응고 완료점으로부터 소정거리내에 있는 구동롤의 압하력을 감소시키고, 소정거리 외의 구동롤의 압하력은 변경하지 않을 수 있다. 여기서, 70%를 초과하는 압하력이 완전 응고 되지 않은 응고쉘에 작용하게 되면, 상술한 바와 같이 농화 용강(101)이 슬라브(P)에 봉입되어서 가로 단면 크랙이 발생할 수 있게 된다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

이하에서는 상술한 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법이 이용되는 연속 주조 시스템의 제어부의 동작을 도 4를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예인 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법이 이용되는 연속 주조 시스템의 개략 블록도이다.

도시된 바와 같이, 상기 연속 주조 시스템의 주요 구성요소는, 침지노즐(110), 복수의 세그먼트(120), 스프레이(65) 및 제어부(140)를 포함한다.

침지노즐(110)은, 용강을 출강하는 장치이다. 침지노즐(110)은 주형(30)내로 용강을 안내하기 위해 턴디쉬(20)에 설치된다.

세그먼트(120)는, 상기 침지노즐(110)로부터 출강된 용강을 이송시키는 장치로서, 상기 세그먼트(120)는 구동롤 및 아이들롤을 포함한다. 이에 대한 구체적인 동작은 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

스프레이(65)는, 상기 출강된 용강이 상기 세그먼트를 통해 이동시키는 동안 냉각수를 분사하여, 용강을 냉각시키는 장치이다.

제어부는(130), 상기 냉각되는 용강의 최종 응고 완료점을 계산하여, 이 최종 응고 완료점에 기초하여 상기 세그먼트(120)의 구동롤의 압하력을 감소시키는 역할을 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(130)는, 주조 속도, 용강의 종류, 용강의 과열도, 냉각수량 및 용강의 폭등에 기초하여 상기 최종 응고 완료점을 계산하게 된다. 즉, 연속 주조 시스템의 관리자가 주조 속도등의 정보를 입력하면, 제어부는 이 입력된 정보에 기초하여 용강의 최종 응고 완료점을 계산하게 되고, 이에 따라, 세그먼트(120)의 구동롤의 압하력을 감소시키게 된다. 이 때, 열전달 해석을 이용하여 실시간으로 상기 최종 응고 완료점을 계산할 수도 있게 된다.

여기서, 상기 세그먼트(120)는, 복수의 구동롤을 포함할 수 있고, 이 때, 상기 제어부는, 상기 최종 응고 완료점으로부터 소정거리내에 있는 구동롤의 압하력을 감소시킨다. 예를 들면, 최종 응고 완료점으로부터 전후 50cm 이내에 위치한 구동롤에 대하여 상기 소정거리는 출강되는 제품의 목적 품질, 시스템 운영자의 운영 목적에 따라 조절될 수 있다. 한편, 상기 세그먼트(120)의 구동롤의 압하력은 0 - 70%로 감소될 수 있다(여기서, 0%로 감소된다는 의미는 구동롤의 압하력이 0가 된다는 뜻이다).

도 5는 본 발명의 일실시예인, 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법의 구체적인 적용예를 도시한 도면이다.

도면부호 a는 용강이고, 도면 부호 b는 이 용강이 응고되어 생성되는 응고쉘이고, 도면부호 c는 최종 응고 완료점이며, 도면부호 d는 세그먼트(120)의 아이들 롤이고, 도면부호 e는 세그먼트(120)의 구동롤이다.

도시된 바와 같이, 용강(a)의 최종 응고 완료점(c)이 열전달 해석등에 의해 계산되면, 용강(a)의 최종 응고 완료점(c) 전방에 위치한 제 1 구동롤(e1)의 압하력을 감소시킨다. 예를 들면, 압하력이 전혀 발휘하지 않도록 하거나, 50%의 압하력을 갖도록 제어한다. 그리고 제 2 구동롤(e2)의 압하력은 그대로 유지한다. 그러면, 구동롤(e)의 압하력에 의해 발생될 수 있는 단면 가로 크랙은 발생되지 않는다. 통상 구동롤(e)은 세그먼트당 상하 한 쌍으로 설치될 수 있다. 한 편, 상기 용강의 최종 응고 완료점(c) 근처의 세그먼트인 수평 세그먼트에는 복수의 구동롤을 설치할 수 있고, 이 경우, 상기 복수의 구동롤 중 최종 응고 완료점의 근처에 위치한 구동롤에 대하여 압하력을 감소시킬 수 있다.

상기와 같은 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법 및 이를 이용한 연속 주조 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 래들 20: 턴디쉬
30: 주형 40: 주형 오실레이터
50: 파우더 공급기 60: 지지롤
65: 스프레이 70: 핀치롤
90: 절단기

Claims (10)

1. 침지 노즐로부터 용강을 출강하는 단계;
   상기 용강을 롤러를 통해 이동시키면서, 냉각수를 분사하여 냉각시키는 단계;
   상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하는 단계; 및
   상기 최종 응고 완료점에 기초하여 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 슬라브의 크랙 발생 방지 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하는 단계는,
   주조 속도, 용강의 종류, 용강의 과열도, 냉각수량 및 용강의 폭에 기초하여 상기 최종 응고 완료점을 계산하는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하는 단계는,
   열전달 해석을 이용하여 실시간으로 상기 최종 응고 완료점을 계산하는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 세그먼트는 복수의 구동롤을 포함하고,
   상기 최종 응고 완료점에 기초하여 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계는,
   상기 최종 응고 완료점으로부터 소정거리내에 있는 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 최종 응고 완료점에 기초하여 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키는 단계는,
   상기 세그먼트의 구동롤의 압하력을 0 - 70%로 감소시키는 단계를 포함하는, 연속 주조에서의 슬라브 크랙 발생 방지 방법.
   
6. 용강을 출강하는 침지노즐;
   상기 침지노즐로부터 출강된 용강을 이송시키는 복수의 세그먼트, 상기 세그먼트는 구동롤 및 아이들롤을 포함하고;
   상기 출강된 용강을 냉각시키기 위해 구성된 스프레이; 및
   상기 용강의 최종 응고 완료점을 계산하여, 이 최종 응고 완료점에 기초하여 상기 세그먼트의 구동롤의 압하력을 감소시키도록 제어하는 제어부를 포함하는, 연속 주조 시스템.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   주조 속도, 용강의 종류, 용강의 과열도, 냉각수량 및 용강의 폭에 기초하여 상기 최종 응고 완료점을 계산하는, 연속 주조 시스템.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   열전달 해석을 이용하여 실시간으로 상기 최종 응고 완료점을 계산하는, 연속 주조 시스템.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 세그먼트는 복수의 구동롤을 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 최종 응고 완료점으로부터 소정거리내에 있는 구동롤의 압하력을 감소시키는, 연속 주조 시스템.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 세그먼트의 구동롤의 압하력을 0 - 70%로 감소시키는, 연속 주조 시스템.

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