KR20120016191A - 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스틸 또는 이와 유사한 재료로 제조된 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드(5)를 안내하고 정렬하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다. 스트랜드가 정렬되는 동안 균열이 형성되는 것을 방지하기 위하여, 스트랜드의 외측 표면(15)은 정렬 트랙 내부에서 밑으로부터 가열되고 위로부터 가열된다. 이를 위해, 다공 버너(10, 17)들이 가이드 트랙의 배출 부분에 배열되며, 상기 버너들로부터 배출된 고온의 가스는 스트랜드의 전체 외측 표면(15) 주위로 흐른다.

Description

대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR GUIDING AND ORIENTING A STRAND IN A CONTINUOUS CASTING FACILITY FOR LARGE-SIZED ROUND SECTIONS}
본 발명은 스틸 또는 이와 유사한 재료로 제조된 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
둥근 프로파일(round profile)들은, 연속적으로 굽은 외측 표면을 가지고 다각형의 횡단면을 가진 프로파일들과는 달리 가장자리(edge)가 없는, 대략 둥글거나 또는 난형의(oval) 횡단면을 가진 제품이다. 그 결과, 다각형의 스트랜드 횡단면을 가진 프로파일에 비해 상기 둥근 프로파일에 대해서는 상이한 요구조건들이 있다. 다각형의 횡단면을 가진 프로파일은, 경화 공정(solidification process) 동안에, 주조 스트랜드(casting strand)가 넓은 측면에서보다 가장자리 부분(edge)에서 더 빠르게 냉각되는 주된 문제가 있으며, 이는 가장자리 영역에서 균열(crack)이 형성될 위험과 관련이 있다. 이 위험은 대개 프로파일의 형태 크기와 무관하며, 특히 스트랜드의 반경으로부터 연장선(extension)까지에 걸쳐 균열이 일어난다. 균열이 형성되는 것을 방지하기 위하여, 특히, 전체 가이드 트랙(guide track)을 따라 열 에너지를 유입시켜서 프로파일의 가장자리 영역들을 가열시킬 필요가 있다. 이러한 타입의 방법이 WO 2007/131584 A1호에 기술되어 있다.
이러한 문제점은 가장자리가 없는 프로파일에서는 발생하지는 않는데, 이는 가장자리가 없는 프로파일의 부피(mass)는 외주(circumference)에 걸쳐 균일하게 분포되며(distributed) 2개의 측면들로부터 냉각되는 가장자리가 없기 때문이다. 이에 관해, 둥글거나 또는 난형의 프로파일의 연속 주조법(continuous casting)에서는 원칙적으로 문제가 발생하지 않는다. 하지만, 대형의(large-sized) 둥근 프로파일에서는, 스트랜드 가이드(strand guide) 내에서, 스트랜드의 코어(core)에 비해 스트랜드의 외측 표면 상에서 용융 덩어리(molten mass)가 더 빠르게 냉각되고 경화되는 문제가 발생한다. 구체적으로, 스트랜드는 한 면에서 매우 빠르게 냉각되어야 하며 이에 따라 스트랜드의 코어도 냉각되고 충분히 경화된다. 하지만, 이렇게 하여, 스트랜드의 외측 표면 층(layer)은 더욱 강하게 냉각된다.
다이(die)로부터 나온 스트랜드는 하나 또는 그 이상의 정렬 지점들을 거쳐 배출부에서 수직 방향으로부터 수평 방향으로 만곡된다(bent). 필요한 공간과 설비 비용을 적게 유지하기 위하여, 가능한 최대로 작은 곡률반경이 요구된다. 정렬 공정 동안, 가능한 최대로 작은 곡률반경으로 인해, 하측면에는 높은 압축 응력이 가해지고 주조 스트랜드의 상측면에서는 이와 상응하는 인장 응력이 가해진다. 특히, 대형의 프로파일에서는, 스트랜드의 횡단면 내에서 온도 비율(temperature ratio)로 인해, 앞에 기술된 것과 같이, 상기 영역들이 스트랜드 표면의 나머지 부분과 같이 똑같이 균일하게 냉각된다 하더라도 인장 응력이 스트랜드 표면의 상측면 위에 균열을 형성하게 한다. 게다가, 매우 커다란 둥근 프로파일에서는, 주조 속도(casting speed)가 매우 느리다. 이에 따라, 느린 주조 속도로 인해 스트랜드의 표면 온도가 서서히 내려가기 때문에, 균열이 발생할 위험이 증가한다.
본 발명의 목적은 앞에서 기술한 단점들을 해결하며, 심지어 대형의 둥근 프로파일(round profile)에서도, 정렬 트랙(orienting track)을 따라 주조 스트랜드(casting strand)를 균열 없이 구부릴 수 있는, 위에서 언급한 타입의 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 정렬 트랙 내의 하나 이상의 상측면에서 스트랜드 표면(strand surface)을 가열시킴으로써 구현된다.
이렇게 하여, 특히, 여기서 발생하는 인장 응력은 스트랜드가 정렬되는 동안 균열이 형성되지 않고도 스트랜드가 지탱할 수 있는(bear up) 정도까지 제거될 수 있지만(broken down), 스트랜드의 코어(core)는 각각 구현된 경화 수준을 보유하여 대개 불변 상태로(unchanged) 유지된다. 스트랜드 표면은 대부분 측면에서 응력이 존재하지 않는다. 하지만, 간단한 작동 모드를 위해, 본 발명에서는 스트랜드 표면 전체가 가열된다.
본 발명에 따르면, 화력(heating power)은 정렬 트랙을 따라 스트랜드 표면 내에서 국부적으로(locally) 발생하는 응력에 적합할(adapted) 수 있다. 이에 따라, 절차적으로(procedurally) 설비의 작동 모드를 최적화시키는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 스트랜드 표면은 바람직하게는 균일하게 배열된 다수의 정렬 트랙 부분 영역들 내에서 가열된다. 이에 따라, 화력은 개별 정렬 트랙 부분들 내에서 상이한 조건들에 적합할 수 있다.
스트랜드가 정렬되는 동안 발생하는 응력들은 본래 스트랜드 가이드(strand guide)의 연장부(extension) 영역에서 특히 크다. 이런 이유로, 본 발명은 바람직하게는 전체 정렬 트랙 부분에서 스트랜드 표면이 가열된다.
스트랜드 표면 위에서 부드럽게 심지어 민감하게 가열하는 것을 조절하기 위하여, 본 발명에 따르면, 상기 스트랜드 표면은 다공 구조물(porous structure) 내에서 공기/가스 혼합물을 연소시키고 스트랜드 표면 위에 고온의 배출 가스를 불어서(blowing) 가열된다. 이에 따라, 에너지 캐리어(energy carrier)를 안정적으로 연소시키고 쉽게 조절할 수 있는 화염이 없는 체적 연소(flame-free volumetric burning)가 되고, 매우 높은 정도까지 에너지를 복사 에너지(radiation energy)로 변환하며, 넓은 영역에 걸쳐 흘러나오는 배출 가스 및 유입되는 열 에너지를 잘 조절한다.
본 발명에 따라, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 방법을 구현하기 위한 장치는 세라믹 발포체(ceramic foam) 또는 이와 유사한 구조물로 채워진 반응기(reactor)를 가진 하나 이상의 다공 버너(porous burner)를 포함하며, 상기 다공 버너의 고온의 배출 가스는 전체 스트랜드 표면 주위로 흐른다. 경험으로부터 알려져 있는 것과 같이, 스트랜드 표면의 상측면 상에 균열이 형성될 위험이 더 크기 때문에, 고온의 배출 가스가 초기에 균열이 형성될 위험이 가장 큰 위치에 있는 스트랜드 영역을 가열할 수 있도록, 반응기의 배출 개구(outlet opening)를 구체적으로 정렬시키는 것이 유리하다.
배출부 쪽의 스트랜드 가이드 영역에 특히 정렬 드라이버 장치(orienting driver device) 내에 균열이 형성될 위험이 가장 크기 때문에, 본 발명에 따른 장치에는, 상기 정렬 드라이버 장치의 교정 롤(straightening roll) 쌍들 사이에 있는 공간들에 위치된, 바람직하게는 균일하게 분포되어 배열된 다수의 다공 버너들이 장착된다. 이러한 타입의 장치는 한편으로는 공간이 절약되고 다른 한편으로는 주조 스트랜드를 최종적으로 조절하여 가열할 수 있게 한다.
특히, 대형의 크기로 인해, 본 발명은 정렬 드라이버 장치의 전방에 배치된 하나 이상의 다공 버너를 추가로 가진 장치를 제공한다. 따라서, 더 긴 스트랜드 가이드 부분에서도 균열이 형성될 위험이 방지된다.
하기에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 대표적인 구체예에 의해 더욱 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 안내 및 정렬 장치를 도식적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1의 장치를 위한 다공 버너(porous burner)의 한 부분을 확대하여 도식적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 안내 및 정렬 장치(guide and orientation device)(1)는 스틸(steel) 또는 이와 유사한 재료로 제조된 대형의(large-sized) 둥근 프로파일(round profile)을 생산하기 위한 연속 주조 설비(continuous casting facility)의 일부분이다. 용융 강(molten steel)이 스트랜드 가이드(strand guide)(4)가 연결된 다이 배출부(die outlet)(3)를 통해 다이(die)(2) 내로 유입된다. 다이(2)로부터 나온 주조 스트랜드(casting strand)(5)는, 가이드 트랙(guide track)의 상측 부분에서, 연신된 터널 요소(tunnel element)(6a 내지 6d)를 통해 안내되며, 경우에 따라서, 상기 주조 스트랜드(5)는 상기 터널 요소 내에서 단열되거나 또는 가열된다. 상기 터널 요소(6a 내지 6d)는 모든 부분에서 닫힐 수 있거나 또는 바닥 부분에서는 개방될 수 있도록 설계되는 것이 유리하다. 앞의 3개 터널 요소(6a 내지 6c)는, 예를 들어, 터널 요소를 통해 이동하는(running) 스트랜드를 냉각시키도록 형성될 수 있지만, 그 뒤의 터널 요소(6d)는 스트랜드를 냉각하거나 또는 심지어 가열시키지 않고도 단열되도록 형성될 수 있다.
가이드 트랙의 서로 인접한 부분에, 교정 롤(straightening roll)(7a 내지 7h) 쌍들을 가진 정렬 드라이버 장치(orienting driver device)(7)가 배열된다. 추가로, 좁다란 터널 요소(8a 내지 8g)들이 상기 교정 롤 사이에 끼워진다(fitted). 외부에서 경화되는(hardened) 주조 스트랜드(5)는 여기서 상기 교정 롤(7a 내지 7h) 쌍들과 함께 배열되고 인접한 리듀싱 롤러 설비(reducing roller plant)(9)로 유입된다.
터널 요소(8b, 8d 및 8f)에는 다공 버너(porous burner)(10)들이 장착된다. 이들 버너 중 하나가 도 2에 도식적으로 예시되어 있다. 터널 요소(8b, 8d 및 8f)는 각각의 다공 버너(10)들이 위치되는 상부 최상측(top) 벽(11)을 가진다. 바람직하게, 상세하지는 않지만, 유리하게는 개구(opening) 또는 이와 유사한 것이 제공된 벽은 상기 터널 요소(8b, 8d 및 8f)의 하측면 상에 제공되며 이에 따라 상기 터널 요소들은 더 잘 단열된다.
실질적으로 다공 버너(10)는 가연성 가스(burnable gas)와 공기 공급 연결부(12) 및 다공성 세라믹 발포체(ceramic foam)로 제조된 필러(filler)(14)로 채워지고 상기 연결부에 연결된 반응기 셀(reactor cell)(13)로 구성된다. 여기서, 미리 혼합된 가연성 가스/공기 혼합물의 연소 반응(combustion reaction)은 결과적으로 화염이 없는 체적 연소(flame-free volumetric combustion)가 된다(run off). 반응기 셀(13)로부터 흘러나온 배출 가스는 전체 주조 스트랜드(5) 주위로 흐르고, 스트랜드(16)의 코어(core)를 적절한 정도까지 가열시키지 않고도, 동일한 시간에서 하측면에서보다 상부 영역에서 스트랜드 표면(15)을 유리하게 가열한다.
다공 버너(10)는 에너지 캐리어(energy carrier)를 안정적으로 연소시키고 매우 용이하게 조절할 수 있으며, 매우 높은 정도까지 에너지를 복사 에너지(radiation energy)로 변환하며, 배출 가스를 균일하고 넓은 영역으로 흘러나오게 하고, 유입되는 열 에너지를 매우 잘 조절하여, 개별 버너(individual burner)의 화력(heating power)을 국부 요건(local requirement)에 쉽게 맞출 수 있다.
정렬 드라이버 장치(7) 전방에 있는 스트랜드 가이드의 연신된 터널 요소(6d) 내에 또 다른 다공 버너(17)가 배열된다. 균열(crack)이 형성되는 위험을 피하기 위해, 정렬 드라이버 장치(7)는 스트랜드 표면(15)을 가열하는 기능을 가지며, 상기 정렬 드라이버 장치(7)의 다공 버너(10)들과 정확한 동일한 방법으로 형성된다. 경화 공정(solidification process)이 진행됨에 따라 이러한 위험이 늘어나기 때문에, 어떠한 경우에서도, 다공 버너(10 및 17)를 스트랜드 표면이 이미 상당한 정도까지 경화된 스트랜드 가이드의 배출부 쪽 영역에 배열하는 것이 유리할 수 있다. 이에 따라, 그 외의 달리, 각각의 상태에 알맞게, 정렬 드라이버 장치의 내부와 외부에 버너를 배열하는 것을 고려할 수 있다.
또한, 스트랜드 표면의 상측면과 하측면 전체를 똑같이 가열시키기에 적합하기 때문에, 본 발명의 범위 내에서, 지금까지 기술한 구체예와 다르게 버너를 설계하는 것도 가능하다. 이에 관하여, 상기 기술한 구체예는 반응기(13)로부터 흘러나온 고온의 배출 가스가 균열의 위험이 가장 큰, 스트랜드의 상측면을 가열시키는 반면, 균열의 위험이 상대적으로 작은 하측면은 매우 뜨겁지는 않은 오직 그 다음의 배출 가스에 의해서만 가열된다는 이점을 가진다.
개별 버너를 사용하면, 버너 출력(burner output)은 정렬 트랙(orienting track) 내의 버너 위치에 따라 조절된다. 이를 위해, 스트랜드 가이드를 따라 온도 센서(18)들이 제공된다.
앞에서 기술된 설비(facility)에는 다이 배출부(3)로부터 정렬 드라이버 장치(7)로부터 나온 배출부로 연속적으로 굽어진 스트랜드 가이드가 장착된다.
하지만, 본 발명은, 다이 배출부 뒤에서, 스트랜드 가이드가, 굽어진 가이드 트랙 내로 오직 통과할 수 있도록 초기에 수직으로 배열되는(run) 설비에도 적용될 수 있다.
이론적으로는, 스트랜드를 인장할 때(stretching) 인장 응력이 발생하는 것을 줄이기 위해, 스트랜드 표면은 상기 스트랜드 표면의 상측면에서만 가열될 수 있다.

Claims (11)

  1. 스틸(steel) 또는 이와 유사한 재료로 제조된 대형의(large-sized) 둥근 프로파일(round profile)을 생산하기 위해 연속 주조 설비(continuous casting facility) 내에서 스트랜드(strand)를 안내하고 정렬하기 위한 방법에 있어서,
    스트랜드 표면(15)은 정렬 트랙(orienting track) 내에서 가열되는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전체 스트랜드 표면(15)이 가열되는 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    화력(heating power)은 상기 정렬 트랙을 따라 상기 스트랜드 표면(15) 내에서 국부적으로 발생하는 팽창(expansion)에 적합한(adapted) 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트랜드 표면(15)은 바람직하게는 균일하게 배열된 다수의 정렬 트랙 부분 영역(8b, 8d, 8f)들 내에서 가열되는 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트랜드 표면(15)은 다공 구조물(porous structure)(14) 내에서 공기/가스 혼합물을 연소시키고 상기 스트랜드 표면(15) 위에 고온의 배출 가스를 불어서(blowing) 가열되는 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는 세라믹 발포체(ceramic foam) 또는 이와 유사한 구조물로 채워진 반응기(13)를 가진 하나 이상의 다공 버너(porous burner)(10, 17)를 포함하며, 상기 다공 버너의 고온의 배출 가스는 상기 스트랜드 표면(15), 적어도 상기 스트랜드 표면(15)의 상측면에 작용하는(act) 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하는 방법을 수행하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    반응기 셀(13)의 배출 개구가 상기 스트랜드 표면(15)의 상측면으로 안내되어 상기 스트랜드 표면(15)의 하측면보다 스트랜드 표면(15)의 상측면에서 더 많이 가열되는 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하는 방법을 수행하기 위한 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 장치는 스트랜드 가이드 영역의 배출부 쪽에 위치된 정렬 드라이버 장치(orienting driver device)(7)을 가지며, 상기 정렬 드라이버 장치(7)는 상기 정렬 드라이버 장치(7)의 교정 롤(straightening roll)(7a 내지 7h) 쌍들 사이에 있는 공간들에 끼워지고(fitted) 이 공간들에 균일하게 분포되어 배열된 다수의 다공 버너(10)들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하는 방법을 수행하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정렬 드라이버 장치(7)의 전방에 추가로 배열된 하나 이상의 다공 버너(17)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하는 방법을 수행하기 위한 장치.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트랜드 표면(15)을 일부분 이상 둘러싸고 있는 터널 요소(tunnel element)(8b, 8d 및 8f)가 각각 하나 이상의 다공 버너(10, 17)에 배열되며, 상기 터널 요소를 통해 배출 가스가 상기 스트랜드 표면 주위로 안내되는(directed) 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하는 방법을 수행하기 위한 장치.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다이(2)로부터 나온 주조 스트랜드(5)는 가이드 트랙의 상측 부분에서 바람직하게는 다수의 연신된 터널 요소(6a 내지 6d)를 통해 안내되며, 경우에 따라서, 상기 주조 스트랜드(5)는 상기 터널 요소 내에서 단열되거나 또는 가열되는 것을 특징으로 하는, 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하는 방법을 수행하기 위한 장치.
KR1020117023218A 2009-06-03 2010-05-30 대형의 둥근 프로파일을 생산하기 위해 연속 주조 설비 내에서 스트랜드를 안내하고 정렬하기 위한 장치 및 방법 KR20120016191A (ko)

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