KR20120053739A

KR20120053739A - 주조 장치

Info

Publication number: KR20120053739A
Application number: KR1020100115013A
Authority: KR
Inventors: 문상운
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-29

Abstract

본 발명에 따른 주조 장치는 용강을 1차 응고시켜 주편을 배출하는 주형, 주형으로부터 배출된 주편의 하부에 설치되어, 상기 주편을 주조 공정 진행 방향으로 이송시키는 하부 롤러, 주형으로부터 배출된 주편의 상부에 설치된 상부 롤러, 주편의 하측에 배치되며, 상기 주편의 하부를 향해 냉매를 분사하여 상기 주편을 2차 응고시키는 냉각기, 상기 주편의 상측에 배치되는 보온기을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 주형으로부터 배출된 주편은 하부에서부터 상부 방향으로 응고가 진행된다. 이러한 응고의 진행 방향에 따라 응고가 완료되었을 때, 주편의 상부 표면에 편석이 형성된다. 즉, 주편의 상부 표면에 편석이 노출된다. 이에, 실시예에서는 주편의 상부 표면에 형성된 편석을 제거한다. 이를 통해, 편석이 최소화된 주편을 제작할 수 있어, 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

주조 장치{CASTING APPARATUS}

본 발명은 주조 장치에 관한 것으로, 주편을 일 방향으로 응고시키는 주조 장치에 관한 것이다.

일반적인 연속 주조 장치는 정련된 용강이 수용된 래들, 래들로부터 용강을 공급받아 이를 일시적으로 저장하는 턴디쉬, 턴디쉬로부터 용강을 공급받아 이를 1차 응고 시키는 주형, 주형의 외측에서 주편의 상하부에 각기 배치된 상부 롤러 및 하부 롤러, 주편의 상측 및 하측에 배치되어 상기 주편을 향해 냉각수를 분사하여 2차 응고시키는 냉각기을 포함한다. 이에, 주형에서 1차적으로 냉각된 미응고 상태의 주편은 상부 롤러 및 하부 롤러를 통해 일 방향으로 이송되면서 냉각기에 의해 분사되는 냉각수에 의해 2차적으로 응고되어 고상의 주편으로 제작된다.

이와 같은 연속 주조 장치의 경우 전술한 바와 같이 주편의 상측 및 하측 각각에 냉각기이 배치되므로, 상기 주편의 상하부 표면에서부터 중심부로 응고가 진행된다. 이와 같이 주편의 응고가 진행되면서 주편 내에 존재하는 인(P), 황(S) 또는 편석 형성 물질들이 응고 말기에 농화되어, 주편의 중심부에 집중된다. 이로 인해, 주편의 중심부에 편석이 발생되고, 편석은 결함으로 작용하여, 제품의 품질을 저감시키는 요인이 된다.

본 발명의 일 기술적 과제는 주편을 일 방향으로 응고시켜, 상기 주편의 표면에 편석이 형성되도록 하는 주조 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 일 기술적 과제는 주편의 하측에 냉각기이 배치되고, 상기 주편의 상측에 보온기이 배치되는 연속 주조 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 주조 장치는 용강을 통과시켜 주편으로 배출하는 주형, 상기 주형으로부터 배출된 주편의 일측에 설치되어, 상기 주편을 주조 공정 진행 방향으로 이송시키는 제 1 롤러, 상기 주형으로부터 배출된 주편의 타측에서 상기 제 1 롤러와 마주보도록 설치된 제 2 롤러, 상기 주편의 일측에 배치되며, 상기 주편의 일측을 향해 냉매를 분사하여 상기 주편을 응고시키는 냉각기, 상기 주편의 타측에서, 상기 제 1 롤러와 마주보도록 설치되는 보온기를 포함한다.

상기 보온기와 주편의 타측 표면 사이에 배치된 단열 부재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제 1 롤러 및 냉각기 각각은 주편의 일측에서 미응고 영역과 응고 영역 모두에 설치되고, 상기 제 2 롤러는 주편의 타측에서 응고 영역에 대응 설치된다.

상기 보온기 및 단열 부재는 주편의 타측에서 응고 영역에 대응 설치된다.

상기 제 1 롤러 및 냉각기는 상기 주편의 하측에서 수평하게 배치되며, 상기 보온기 및 제 2 롤러는 상기 주편의 하측에서 상기 제 1 롤러 및 냉각기와 수평을 이루도록 배치된다.

상기 보온기는 유도 가열기를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 주편 제조 방법은 주형으로부터 배출된 주편을 주조 공정 진행 방향으로 이송시키면서, 상기 주편의 일측에 냉매를 분사하고, 상기 주편의 일측과 마주보는 타측이 응고점 이상의 온도를 유지하도록 상기 주편의 타측을 가열 및 보온시킴으로써, 상기 주편의 응고가 일측에서 타측으로 진행되도록 한다.

상기 주편의 응고가 일측에서 타측으로 진행됨에 따라, 상기 주편의 타측 표면으로 노출되도록 편석이 형성된다.

상기 주편의 타측에 형성된 편석을 제거하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 주형으로부터 배출된 주편이 하부 롤러를 통해 미응고 영역을 지나갈 때, 주편의 하측에 배치된 냉각기로부터 상기 주편의 하부로 냉매가 분사된다. 그리고 이때 주편의 상측에 배치된 보온기 및 단열 부재는 상기 주편이 상부가 응고점 이상의 온도를 유지하도록 한다. 따라서, 주형으로부터 배출된 주편은 하부에서부터 상부 방향으로 응고가 진행된다. 이러한 응고의 진행 방향에 따라 응고가 완료되었을 때, 주편의 상부 표면에 편석이 형성된다. 즉, 주편의 상부 표면에 편석이 노출된다. 이에, 실시예에서는 이후 주편의 상부 표면에 형성된 편석을 제거한다. 이를 통해, 편석이 최소화된 주편을 제작할 수 있어, 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주조 장치를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주조 장치를 이용하여 주조 공정을 실시할 때, 주편의 응고 방향 및 편석 형성 위치를 설명하기 위한 도면
도 3은 종래의 주조 장치를 이용하여 제작된 주편을 도시한 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 주조 장치를 이용하여 제작된 주편을 도시한 단면도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참고하면, 실시예에 따른 주조 장치는 수평 연속 주조 장치로써, 래들(ladle)(미도시)로부터 액체 상태의 용강을 공급받아 이를 일시 저장하는 턴디쉬(100), 턴디쉬(100)로부터 용강을 공급받아 이를 1차 응고시키는 주형(200), 주형(200)의 외측에 배치되어 상기 주형(200)으로부터 미응고된 주편(300)을 공급받아 일 방향으로 이송시키는 복수의 하부 롤러(410) 및 복수의 상부 롤러(420), 주편(300)의 하측에 배치되며 냉매를 분사하여 상기 주편(300)을 2차 응고시키는 냉각기(500), 주편(300)의 상측에 배치된 보온기(700) 및 단열 부재(600)를 포함한다. 또한 도시되지는 않았지만, 상기 주형(200) 내부에 몰드 플럭스를 공급하는 몰드 플럭스 공급 장치를 더 포함할 수도 있다.

턴디쉬(100)는 래들(미도시)로부터 공급된 용강을 임시로 저장할 수 있도록 소정의 용적을 구비하도록 제작된다. 이러한 턴디쉬(100)의 일측면에는 턴디쉬(100) 내부의 용강이 출강되는 출강구(110)가 마련되고, 상기 출강구(110)는 주형(200)과 연통된다. 그리고 도시되지는 않았지만, 상기 턴디쉬(100) 내에서 승하강하여 용강의 높이를 조절하는 용강 높이 조절 장치(미도시)가 설치된다.

또한, 주조 공정 시에 고온의 용강의 열로부터 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 턴디쉬(100) 내측벽은 내화재질로 제작된다.

주형(200)은 용강을 수용하는 내부 공간을 구비하도록 제작되어, 턴디쉬(100)로부터 전달받은 용강을 1차적으로 응고시킨다. 이러한 주형(200)은 양측이 개방된 형태로 제작되고, 일측은 턴디쉬(100)의 출강구(110)와 연통된다. 또한, 주형(200)의 적어도 일측벽 내측에는 그 내부로 냉각수가 흐르는 도관(미도시)이 삽입된다. 이때 도관(미도시)은 냉각수가 흐르는 내부 공간이 마련된 파이프 형태이거나, 주형(200) 본체의 내벽을 가공하여 냉각수가 흐르는 유로를 형성한 형상일 수도 있다. 이에, 주형(200) 내부에서 1차 적으로 응고된 주편은 상기 주형(300)의 타측에 마련된 개구부를 통해 배출된다.

하기에서는 주형(200)으로부터 미응고된 주편(300)을 출강시켜 이를 이송 및 2차 응고시키는 냉각 영역을 설명의 편의를 위하여 미응고 영역과 응고 영역으로 나누어 설명한다. 주형(200)으로부터 출강된 미응고된 주편(300)은 하부 롤러(410)에 의해 이동되면서 냉각기(500)에 의해 점차 냉각되는데, 이때 주형(200)으로부터 출강된 지점으로부터 완전히 응고되는 응고 완료 지점 직전 까지를 미응고 영역이라 한다. 또한, 응고 영역을 응고 완료 지점 이후의 영역을 의미한다. 물론, 주조 공정 진행 방향으로 주형(200), 미응고 영역, 응고 완료 지점, 응고 영역 순으로 배치된다. 이러한 미응고 영역, 응고 완료 지점 및 응고 영역은 복수번의 연속 주조 공정에 의한 주편(300)의 응고 상태를 통해 작업자가 설정할 수 있다.

냉각기(500)는 주형(200)으로부터 출강된 주편(300)의 일측에 배치되어, 상기 주형(200)으로부터 출강된 미응고 주편(300)을 응고시킨다. 실시예에 따른 냉각기(500)는 주편(300)의 하측에서 주조 공정 진행 방향으로 설치된 하부 롤러(410)를 따라 미응고 영역과 응고 영역 모두에 대응 설치된다. 이러한 냉각기(500)는 주편(300)의 하부에 냉매 예컨데, 냉각수를 분사하는 노즐 형태일 수 있다. 이에, 냉매의 저온의 온도가 주편(300)의 하부에서부터 상부로 전달되기 때문에, 상기 주편(300)의 응고는 하부에서부터 상부로 진행된다. 이와 같은 응고의 진행에 의해 응고가 완료되었을 때, 주편(300)의 상부에 편석이 형성된다. 즉, 종래에서와 같이 주편(300)의 응고가 상기 주편(300)의 상하부 표면에서부터 중심 방향으로 진행되지 않고, 주편(300)의 하부에서부터 상부로 진행된다. 따라서, 편석이 주편(300)의 중심부에 형성되지 않고 상기 주편(300)의 상부에 형성된다. 그리고 이러한 주편(300)의 상부에 형성된 편석은 후속 공정에 의해 제거될 수 있다. 실시예에 따른 냉각기(500)는 냉각수를 분사하는 장치를 복수개로 마련하며, 후술되는 복수의 하부 롤러(410)의 하측에 배치된다. 그리고 복수의 냉각기(500)는 복수의 하부 롤러(410) 사이의 이격 공간으로 냉매를 대응 분사한다. 물론 이에 한정되지 않고 주편(300)을 응고시킬 수 있는 다양한 냉매를 사용하며, 상기 냉매를 주편(300)의 하부에 분사시킬 수 있는 다양한 구성의 냉각기(500)를 이용할 수 있다.

보온기(700)는 주형(200)으로부터 출강된 주편(300)의 일측과 마주보는 타측에 배치되어, 상기 주편(300)의 타측이 응고점 이상의 온도를 유지하도록 하는 역할을 한다. 실시예에 따른 보온기(700)는 주편(300)의 상측에 배치된다. 즉, 보온기(700)는 주편(300)의 하부에서부터 상부로 응고가 진행되는 것을 용이하게 하기 위하여, 상기 주편(300)의 상부가 응고 온도 이상의 온도를 유지하도록 가열한다. 실시예에서는 보온기(700)로 코일을 이용한 유도 보온기(700)를 이용하나, 이에 한정되지 않고 다양한 장치가 이용될 수 있다. 그리고 보온기(700)와 주편(300) 상부 사이에 단열 부재(600)가 배치되는 것이 바람직하다. 여기서 실시예에 따른 단열 부재(600)는 단열 성능이 우수한 내화물로 제작된다.

복수의 하부 롤러(410) 및 상부 롤러(420) 각각은 주편(300)이 일측 및 타측에서 주조 공정의 진행 방향으로 설치된다. 여기서, 실시예에 따른 복수의 하부 롤러(410)는 주편(300)의 하측에 설치되고, 복수의 상부 롤러(420)는 상기 주편(300)의 상측에 설치된다. 그리고 복수의 하부 롤러(410)는 주편(300)의 하측에서 미응고 영역과 응고 영역 모두에 설치되고, 복수의 상부 롤러(420)는 주편(300)의 상측에서 응고 영역에 대응 설치된다.

실시예에서는 수평 연속 주조 장치를 예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 수직 주조 장치에 적용시킬 수 있다. 또한, 주형으로부터 주편이 수직한 방향으로 인발되고, 이후 상기 주편이 곡선을 그리며 이동하다가 수평하게 이동하는 일반적인 연속 주조 장치에 적용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주조 장치를 이용하여 주조 공정을 실시할 때, 주편의 응고 방향 및 편석 형성 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 종래의 주조 장치를 이용하여 제작된 주편을 도시한 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 주조 장치를 이용하여 제작된 주편을 도시한 단면도이다.

하기에서는 도 1 및 도 2를 참조하여. 실시예에 따른 주조 장치를 이용한 주조 공정을 설명한다.

먼저, 래들(미도시)에 수용되며 인(P), 황(S)과 같은 불순물이 첨가된 용강을 턴디쉬(100)로 공급한다. 그리고 턴디쉬(100) 내의 용강을 주형(200)으로 공급하여, 상기 주형(200) 내에서 용강을 1차 응고 시킨다. 즉, 주형(200)의 내벽에 설치된 도관으로 냉각수를 공급하여, 주형(200) 내부로 공급된 용강을 응고 시킨다. 이러한 주형(200) 내부에서 용강은 1차적으로 응고되어, 미응고된 액상을 포함하는 응고쉘 형태가 된다. 그리고 미응고 상태의 주편(300)이 주형(200)의 외부로 배출되는데, 이때 주형(200)의 단면에 대응하는 단면을 가지는 주편(300)이 상기 주형(200)의 외부로 배출된다.

주형(200)으로부터 배출된 주편(300)은 하부 롤러(410)를 통해 일 방향으로 이동하면서 냉각기(500)에 의해 냉각되어 종단에는 응고가 완료된 고상의 주편(300)이 된다. 이때, 하부 롤러(410)는 지면에 대하여 수평하게 배치되어 있고, 주형(200)으로부터 배출된 주편(300)은 액상 상태가 아니라 응고쉘 형태의 미응고 상태이기 때문에, 흘러내리지 않는다. 여기서, 복수의 하부 롤러(410)는 주편(300)의 하부에서 주조 공정 진행 방향으로 미응고 영역과 응고 영역 모두에 걸쳐 배치된다. 복수의 상부 롤러(420)는 상기 주편(300)의 상부에서 주조 공정 진행 방향으로 응고 영역에 대응 배치된다. 또한, 냉각기(500)는 복수의 하부 롤러(410)의 하측에서 상기 복수의 하부 롤러(410) 사이에 배치되어, 주편(300)의 하부에 냉매를 분사한다. 그리고 주편(300)의 상부의 미응고 영역에는 보온기(700) 예를 들어 유도 보온기(700)가 배치되고, 보온기(700)와 주편(300) 사이에 단열 부재(600)가 배치된다. 이에, 주형(200)으로부터 배출된 미응고 상태의 주편(300)은 하부 롤러(410)에 의해 미응고 영역을 지나면서 냉각기(500)에 의해 분사되는 냉매에 의해 점차 응고된다. 그리고 이때 주편(300)의 상측에서 미응고 영역에 배치된 보온기(700) 및 단열 부재(600)를 이용하여 주편(300) 상부가 응고 온도 이상의 온도를 유지하도록 한다. 이에, 도 2에 도시된 바와 같이, 주형(200)으로부터 배출된 주편(300)은 하부에서부터 상부 방향으로 응고가 진행된다. 그리고 이러한 주편(300)이 하부 롤러(410)에 의해 일 방향으로 이송되면서 냉각기(500)에 의해 연속적으로 응고가 진행되며, 응고 완료 지점에 도달했을때 완전히 응고가 된다.

응고 영역에는 하부 롤러(410) 이외에 주편(300)의 상측에 상부 롤러(420)가 배치되어 있다. 이에, 미응고 영역을 통과하면서 응고된 주편(300)은 응고 영역에 배치된 상부 롤러(420)와 하부 롤러(410) 사이를 지나면서, 소정 두께로 압연된다. 이때, 응고 영역에 배치된 냉각기(500)를 이용하여 계속하여 냉매를 분사할 수도 있다. 이를 통해 도 4a에 도시된 바와 같이 상부에 편석이 위치하는 주편(300)이 제조된다.

이와 같이 주편(300)의 하부에 냉매를 분사하여 상기 주편(300)의 하부에서 상부로 응고를 진행함으로써, 응고 말기에 농화된 인(P), 황(S) 또는 편성 형성 물질이 주편(300)의 상부 표면에 집중된다. 따라서, 주편(300)의 상부 표면에 편석이 형성된다. 그리고 도 4a에 도시된 바와 같이 편석이 주편(300)의 상부 표면에 위치하여 노출되어 있으므로, 이를 제거하기가 용이한 상태이다. 이에, 실시예에서는 이후에 도 4b에 도시된 바와 같이 편석의 상부에 위치하는 편석을 제거하는 공정을 실시한다. 그리고 편석이 제거된 주편(300)을 소정 길이로 절단한다.

상기에서는 편석을 제거한 후, 주편(300)을 소정 길이로 절단하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 주편(300)을 절단한 후 편석을 제거할 수도 있다.

한편, 종래의 주조 장치를 이용하여 주편의 상부 및 하부 각각에 냉매를 분사하여, 상기 주편의 상부 표면 및 하부 표면 각가으로부터 중앙부로 응고가 진행되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 주편의 중앙부에 편석이 형성되게 된다. 이와 같이 주편의 중앙부에 형성된 편석은 노출되어 있는 상태가 아니므로, 제거하기가 용이하지 않다. 이에, 주편의 중앙부에 형성된 편석은 결함으로 작용하여, 제품의 품질을 저감시키는 요인이 된다.

하지만, 실시예에서는 주편(300)의 일방향 응고, 예를 들어, 주편(300)의 하부에서 상부로 응고가 진행되도록 함으로써, 응고과 완료되었을 때, 주편(300)의 상부 표면에 편석이 형성되도록 한다. 그리고 주편(300)의 상부 표면에 노출된 편석은 별도의 공정을 통해 제거된다. 이를 통해, 편석이 최소화된 주편(300)을 제작할 수 있어, 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

300: 주편 410: 하부 롤러
420: 상부 롤러 500: 냉각기
600: 단열 부재 700: 보온기

Claims

용강을 통과시켜 주편으로 배출하는 주형;
상기 주형으로부터 배출된 주편의 일측에 설치되어, 상기 주편을 주조 공정 진행 방향으로 이송시키는 제 1 롤러;
상기 주형으로부터 배출된 주편의 타측에서 상기 제 1 롤러와 마주보도록 설치된 제 2 롤러;
상기 주편의 일측에 배치되며, 상기 주편의 일측을 향해 냉매를 분사하여 상기 주편을 응고시키는 냉각기;
상기 주편의 타측에서, 상기 제 1 롤러와 마주보도록 설치되는 보온기를 포함하는 주조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 보온기와 주편의 타측 표면 사이에 배치된 단열 부재를 포함하는 주조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 롤러 및 냉각기 각각은 주편의 일측에서 미응고 영역과 응고 영역 모두에 설치되고, 상기 제 2 롤러는 주편의 타측에서 응고 영역에 대응 설치되는 주조 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 보온기 및 단열 부재는 주편의 타측에서 응고 영역에 대응 설치되는 주조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 롤러 및 냉각기는 상기 주편의 하측에서 수평하게 배치되며, 상기 보온기 및 제 2 롤러는 상기 주편의 하측에서 상기 제 1 롤러 및 냉각기와 수평을 이루도록 배치되는 주조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 보온기는 유도 가열기를 포함하는 주조 장치.
주형으로부터 배출된 주편을 주조 공정 진행 방향으로 이송시키면서, 상기 주편의 일측에 냉매를 분사하고, 상기 주편의 일측과 마주보는 타측이 응고점 이상의 온도를 유지하도록 상기 주편의 타측을 가열 및 보온시킴으로써, 상기 주편의 응고가 일측에서 타측으로 진행되도록 하는 주편 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 주편의 응고가 일측에서 타측으로 진행됨에 따라, 상기 주편의 타측 표면으로 노출되도록 편석이 형성되는 주편 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 주편의 타측에 형성된 편석을 제거하는 단계를 포함하는 주편 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 주편의 하부로 냉매를 분사하고, 상기 주편의 하부와 마주보는 상부가 응고점 이상의 온도를 유지하도록 상기 주편의 상부를 가열 및 보온시킴으로써, 상기 주편의 응고가 하부에서 상부로 진행되고, 상기 주편의 상부 표면으로 노출되도록 편석이 형성되는 주편 제조 방법.