KR20120016312A - 벨트 주조를 이용한 강재 스트립 제조 방법 및 그 장치 - Google Patents

벨트 주조를 이용한 강재 스트립 제조 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 벨트 주조를 이용하여 강재 스트립을 제조하기 위한 방법 및 그 장치에 있어서, 금속 용융물이 공급 용기로부터, 탕도와, 사이펀처럼 주조 노즐로서 형성된 유출구 영역을 통해서, 보호 가스 조건에 있는 수평 벨트 주조 시스템의 순환식 주조 벨트 상으로 공급되는, 상기 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 본원의 방법에 따라서 주조 노즐의 유출구 측 영역 상에, 그리고 주조 노즐로부터 유출되는 금속 용융물 상에 적어도 주조 공정 동안 작용 영역을 불활성화하고 가열하는 하나 이상의 플라스마 제트가 영향을 미친다. 이를 위해 본원의 장치에 따라서는 주조 노즐의 유출구 영역에서 주조 방향의 반대 방향으로 향해 있으면서 플라스마 제트를 생성하는 하나 이상의 플라스마 토치가 제공된다.

Description

벨트 주조를 이용한 강재 스트립 제조 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING STEEL STRIPS BY MEANS OF BELT CASTING}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따라 벨트 주조를 이용하여 강재 스트립을 제조하기 위한 방법뿐 아니라, 청구항 제10항에 따른 장치에 관한 것이다.
벨트 주조를 이용하여 강재 스트립을 제조하기 위한 일반적인 유형의 방법은 공지되었다(강철 연구 74(2003), No. 11/12, 724-731쪽). 특히 DSC 방법으로서 공지된 상기 제조 방법은 경량 구조강으로 열간 압연 스트립을 제조하는데 적합하다.
공지된 방법의 경우 용융물은 공급 용기로부터, 탕도와, 사이펀(siphon)처럼 주조 노즐로서 형성된 유출구 영역을 통해서, 수평 벨트 주조 시스템의 순환식 주조 벨트 상으로 공급된다. 주조 벨트의 집중적인 냉각에 의해, 공급된 용융물은 6 내지 20㎜ 사이 영역의 두께를 갖는 조압연 스트립으로 응고된다. 완전한 응고 후에 조압연 스트립은 열간 압연 공정으로 처리된다.
주조 벨트 상에서 용융물 분배의 균일화를 위해, 공급 영역에는 복수의 불활성 가스 제트가 래크(rack)의 형태로 용융물 상에 폭에 걸쳐서 분포되어 이송 방향의 반대 방향으로 향해 있다.
상기 벨트 주조 시스템에서 단점은, 작동 중에 주조 노즐의 유출구 측 영역에 용융물을 위한 유출구 횡단면을 점차 감소시키는 침적물 형성(deposit build-up)을 초래할 수 있다는 점에 있다. 이와 같은 조건으로 인해 벨트 상에 용강(liquid steel)이 불균일하게 공급되고 그 결과 주조 오류가 야기된다.
침적물 형성의 원인에 대한 조사 결과, 한편으로 주조 노즐에서 용융물에 비해 낮은 온도가 우선 부착물 형성을 가능하게 하고, 다른 한편으로 세라믹으로 구성된 주조 노즐이 용융물 유출 시에, 용융물 표면에서 발생하는 산화물이면서 상기 용융물 표면에 점착된 상태로 유지되면서 침적물의 추가적 성장을 위한 이상적인 표면을 형성하는 상기 산화물에 의해 습윤화된다는 점을 확인하였다.
침적물 형성은 특히 세라믹 주조 노즐, 순환 냉각식 주조 벨트 및 액상 금속 용융물의 임계 삼중점에서, 그리고 흐름이 좋지 않은 영역에서 형성된다.
본 발명의 목적은, 벨트 주조를 이용하여 강재 스트립을 제조하기 위한 방법에 있어서, 앞서 언급한 문제들이 방지되긴 하지만, 적어도 분명하게 감소되는, 상기 방법을 제공하는 것에 있다. 추가적인 목적은 상기 방법을 실행하기 위한 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 청구항 제1항의 전제부를 기초로 하여 상기 제1항의 특징부와 결부되어 달성된다. 열간 압연 스트립을 제조하기 위한 바람직한 개선 실시예 및 장치는 또 다른 청구항들의 대상이다.
본 발명의 교시에 따라 주조 노즐의 유출구 측 영역과 주조 노즐로부터 유출되는 용융물 상에 적어도 주조 과정 동안 작용 영역을 불활성화하고 가열하는 하나 이상의 플라스마 제트가 작용한다.
본 발명에 따른 방법은 기본적으로 다양한 금속 재료로 열간 압연 스트립을 제조하는 경우에 적합하며, 특히 예컨대 많은 양의 망간을 함유하는 HSD？ 강과 같은 경량 구조강의 제조에 대해서도 적합하다.
실험에서, 주조 노즐의 유출구 영역과, 유출되는 금속 용융물의 표면상에 플라스마 제트를 작용시킴으로써, (높은 화학적 활성도, 고효율 불활성화 및 가열에 의해) 침적물 형성의 발생이 효율적으로 억제되는 점이 확인되었다.
그럼으로써 벨트 주조 시스템의 작동 시간과 그에 따른 경제성뿐 아니라, 주조된 스트립의 품질이 분명하게 증가될 수 있다.
플라스마는 공지된 방식으로 고전압에 의해, 또는 고주파수로 토치 자체 내에서 또는 금속 용융물 쪽을 향해 유도성 또는 용량성 방식으로 점화되고 직류 전류 또는 교류 전류에 의해 유지된다. 이때 플라스마의 세기(intensity)는 바람직하게는 가스 혼합 조절기, 압력 조절기 및 유량 조절기로 구성되는 조절 키트(regulating kit)를 통해, 그리고 전기 파라미터용 제어 장치로부터 조정된다.
양호하게 제어될 수 있는 플라스마 용량과 플라스마의 높은 온도에 의해 바람직하게는 예컨대 주입 레이들 내 온도 프로파일 또는 주조 시 온도 강하를 보상하도록 하기 위해 주조 노즐 영역 내 소정의 온도 공급이 설정될 수 있다.
불활성화를 달성하고, 그에 따라 용융물 표면에서 결과적으로 주조 노즐에서 침적물 형성을 초래할 수도 있는 산화물의 형성을 방지하기 위해, 플라스마를 위한 공정 가스로서 바람직하게는 예컨대 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스가 이용된다.
그러나 플라스마 가스로서는 아르곤 및 질소 외에도 또 다른 개별 가스들 또는 H2, CO, CO2 또는 CH4가 첨가된 가스 혼합물 및 또 다른 가스 화합물도 적용할 수 있다.
정의된 바대로 조정 가능한 불활성화를 통해서 금속 막의 표면(표면 응력)은 매우 양호한 영향을 받을 수 있다. 예컨대 존재하는 수소는 용융물 표면의 산화를 매우 양호하게 방지한다.
유출구 영역의 불활성화와, 용융물 표면의 소정의 온도 제어를 통해 바람직하게는 금속 막의 흐름 거동과 그에 따라 세라믹의 습윤성은 침적물 형성의 방지의 관점에서 영향을 받을 수 있다.
특히 세라믹 주조 노즐, 주조 벨트 및 액상 금속 용융물의 삼중점에서 침적물 증가는 본 발명에 따른 방법에 의해 바람직하게 방지될 수 있다.
종래 기술로부터 이미 공지된 것처럼 주조 노즐 전방에는 아르곤 래크로서 형성되는 노즐형 부재가 배치되며, 이 노즐형 부재는 주조 노즐 상의 용강을 주조 벨트 상에 균일하게 분배한다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라, 아르곤 래크는, 하나 이상의 플라스마 토치가 나란하게, 또는 용융물 흐름 방향에서 볼 때 연속적으로 시스템 내에 통합될 수 있으며, 그럼으로써 구조 유닛이 제공되는 방식으로 변경된다. 이 경우 복수의 플라스마 토치는, 주조 노즐의 폭 전체에 걸쳐서 특히 테두리 영역에도 작용할 수 있도록 배치된다. 복수의 토치의 사용은, 그에 따라 불활성화 및 가열의 효율성이 상승할 수 있기 때문에 바람직하다.
바람직한 제2 실시예에 따라, 복수의 플라스마 토치는 유출구 측 주조 노즐 영역 상에 부채꼴 모양으로 작용하되, 개별 토치들의 목표에 따른 독립된 온도 제어를 통해서는, 주조 노즐의 폭에 걸쳐서, 또는 유출되는 용융물의 폭에 걸쳐서 주조 노즐의 최적의 가열이 실행될 수 있다.
구조 유닛은 본 발명에 따라 예컨대 구리와 같은 열전도성이 우수한 재료로 제조되고 물로 집중 냉각된다.
그러나 각각의 사용 목적에 더욱 합리적인 것으로 판단된다면, 플라스마 토치들을 아르곤 래크와 분리하여 배치할 수도 있다.
플라스마 토치들의 제트 방향은, 용융물 표면에 목표한 바대로 영향을 줄 수 있도록 하기 위해 주조 방향의 반대 방향으로 바람직하게는 용강으로 향하게끔 약간 하부 방향으로 경사지게 조정된다. 또한, 이에 비해, 주조 노즐의 테두리 영역에서는, 플라스마 토치들은 약간 유출 용융물의 테두리로 향해서 배향된다.
본 발명에 의하면, 벨트상에 용강이 균일하게 공급되어 주조 오류가 없는, 벨트 주조를 이용한 강재 스트립 제조 방법 및 그 장치가 제공된다.
도면에 따라서는 본 발명에 따른 방법이 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 벨트 주조 시스템의 주조 노즐 영역을 개략적으로 도시한 상면도이다.
도 2는 도 1과 같지만 측면을 도시한 측면도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 벨트 주조 시스템의 주조 노즐 영역이 상면도로 개략적으로 도시되어 있다.
금속 용융물(7)은 상기 도 1에서 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 진행하며 화살표로 표시되어 있다.
주조 노즐로부터 유출되는 금속 용융물(7)의 유출구 영역에는 주조 벨트(3)의 표면상에서의 균일한 용융물 분배를 위한 아르곤 래크와 복수의 플라스마 토치(9)(도 2)로 구성되는 본 발명에 따른 구리 소재의 구조 유닛(4)이 도시되어 있다.
플라스마 토치(9)들은, 자체 플라스마 제트(5)가 주조 노즐로부터 유출되는 금속 용융물(7)의 유출구 영역과, 용융물 표면을 완전하게 불활성화하고 용융물의 온도를 조절할 수 있도록 배치된다.
주조 벨트(3) 상에서 용융물 분배를 균일화하기 위해, 아르곤 래크의 복수의 노즐(6)은 금속 용융물(7)로 향하게끔 하부 방향으로 경사져 장착된다.
도 2에는 주조 노즐 영역이 도 1의 절단선 A-A에 따라 절단된 측면도로 도시되어 있다. 도 2로부터는 주조 노즐의 부재로서 마찬가지로 세라믹으로 구성되는 상부 부재(8)와 하부 부재(8')를 확인할 수 있다.
아르곤 래크와 플라스마 토치(9)들을 포함하는 구조 유닛(4)은 주조 노즐로부터 유출되는 금속 용융물(7)의 유출구 영역에서, 한편으로 아르곤 래크의 노즐(6)들(도 1)이 유출되는 금속 용융물을 주조 벨트(3) 상에 균일하게 분배하고 다른 한편으로 플라스마 토치(9)들의 플라스마 제트(5)가 유출구 영역을 완전하게 불활성화할 수 있도록 배치된다.
금속 용융물(7)의 목표하는 온도 조절을 위해 플라스마 토치(9)들은 본 발명에 따라 유출되는 용융물의 방향으로 경사져 있다.
플라스마 토치(9)들은 냉각수 공급공(10)들을 통해 물로 냉각되고 플라스마 가스 공급부(11)를 통해서는 플라스마 가스를 공급받는다.
구조 유닛(4) 내에 통합되어 있는 플라스마 토치들의 전기 공급을 위한 공급 라인들은 도시되어 있지 않다.
1, 1': 주조 노즐의 측면부
2, 2': 주조 벨트의 측면 제한부
3: 주조 벨트
4: 아르곤 래크와 플라스마 토치로 이루어진 구조 유닛
5: 플라스마 제트
6: 노즐형 부재
7: 금속 용융물
8, 8': 주조 노즐의 상부 및 하부 부재
9: 플라스마 토치
10: 냉각수 공급공(cooling water feed hole)
11: 플라스마 가스 공급부

Claims (17)

  1. 벨트 주조를 이용하여 강재 스트립을 제조하기 위한 방법으로서,
    금속 용융물(7)이 공급 용기로부터, 탕도와, 사이펀처럼 주조 노즐로서 형성된 유출구 영역을 통해, 보호 가스 환경의 수평 벨트 주조 시스템의 순환식 주조 벨트(3) 상으로 공급되는, 상기 제조 방법에 있어서,
    주조 노즐의 유출구 측 영역과 상기 주조 노즐로부터 유출되는 금속 용융물(7) 상에 적어도 주조 과정 동안 작용 영역을 불활성화하고 가열하는 하나 이상의 플라스마 제트(5)가 작용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 플라스마 제트(5)가 주조 노즐의 모든 유출구 측 영역과 상기 주조 노즐로부터 유출되는 금속 용융물(7) 상에 부채꼴 모양으로 작용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 생성되는 플라스마 제트(5)의 용량 및 온도는 부채꼴 모양으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스마의 생성을 위해 불활성 가스, 또는 이 불활성 가스를 함유하는 가스 혼합물이 이용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 불활성 가스로서 아르곤 또는 질소가 이용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 가스 혼합물로서 H2, CO, CO2 또는 CH4가 첨가된 불활성 가스가 이용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 작용하는 플라스마 제트(5)를 통해서는, 유출되는 금속 용융물(7)의 온도가 목표한 바대로 영향을 받고 공급 용기로부터 주조 노즐의 유출구 영역까지 발생하는 온도 강하가 보상되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 응력과, 그에 따라 주조 노즐로부터 유출되는 금속 용융물(7)의 점성이 목표한 바대로 영향을 받는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 제트(5)는 이미 주조 과정의 개시 전에 주조 노즐의 유출구 영역에 작용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 벨트 주조를 이용하여 강재 스트립을 제조하기 위한 장치로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 실행하기 위해,
    수평으로 위치하는 탕도와 사이펀처럼 주조 노즐로서 형성된 유출구 영역을 구비하고 금속 용융물을 내포하고 있는 공급 용기와, 2개의 편향 롤러와 순환 냉각식 주조 벨트(3)를 구비한 일차 냉각 구역으로 구성되는 상기 제조 장치에 있어서,
    주조 노즐의 유출구 영역에서 주조 방향의 반대 방향으로 향해 있으면서 플라스마 제트(5)를 생성하는 하나 이상의 플라스마 토치(9)가 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서, 주조 노즐 폭에 걸쳐서 분포되는 방식으로, 주조 노즐 상에 부채꼴 모양으로 작용하는 복수의 플라스마 토치(9)는, 플라스마 제트(5)가 주조 노즐 폭 전체에 영향을 미치는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 플라스마 토치(9)는 용융물 흐름 방향에서 볼 때 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따르는 제조 장치로서,
    상기 주조 벨트(3) 상에 금속 용융물(7)을 공급하는 공급 영역에는, 상기 주조 벨트(3) 상에서 용융물 분배를 균일화하도록 불활성 가스의 다수의 가스 제트를 유출하기 위해 래크로서 형성된 노즐형 부재(6)가 하나 이상 배치되는, 상기 제조 장치에 있어서,
    상기 플라스마 토치(9)와 상기 노즐형 부재(6)는 하나의 구조 유닛(4)에 통합되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 구조 유닛(4)은 수냉식인 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 토치(9)와 상기 노즐형 부재(6)는 서로 독립되어 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 플라스마 토치(9)와 상기 노즐형 부재(6)는 각각 수냉식인 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 주조 노즐의 하부 유출구 영역에 대한 상기 플라스마 토치(9)의 제트 방향은 금속 용융물(7)의 방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 제조 장치.
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