KR20120057315A - 연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속 주조 장치 및 연속 주조 방법에 관한 것이다. 특히, 주조 말기에 주조 속도를 정속으로 유지하면서 캡핑 처리된 주편 테일부를 LCR 처리하여 주편의 열화 발생을 방지할 수 있는 연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 장치는 주조 말기에 주형의 개방된 상부에 냉각수를 분사하여 상기 주형에 잔류되는 용강을 응고시키는 캡핑 장치와, 주편이 통과되는 롤 갭을 일시적으로 감소시켰다가 복원시키는 LCR(Liquid Core Reduction) 세그먼트 라인과, LCR 처리된 상기 주편을 경압하시키는 경압하 세그먼트 라인을 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 방법은 주편의 테일부를 캡핑 처리하는 단계와, 상기 주편을 롤 갭이 감소되었다가 복원되는 LCT(Liquid Core Reduction) 세그먼트 구간에 통과시켜 상기 주편의 테일부 내부에 용강 확보 공간을 형성하는 단계와, 상기 주편을 세그먼트의 경압하 구간에 통과시켜 상기 용강 확보 공간이 축소되도록 상기 주편을 경압하시키는 단계를 포함한다.

Description

연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법{Continuous casting apparatus and continuous casting method using the same}
본 발명은 연속 주조 장치 및 연속 주조 방법에 관한 것이다. 특히, 주조 말기에 주조 속도를 정속으로 유지하면서 캡핑 처리된 주편 테일부를 LCR 처리하여 주편의 열화 발생을 방지할 수 있는 연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속 주조 공정은 일정한 내부 형상을 갖는 주형에 용강을 주입하고, 주형 내에서 반응고된 용강을 연속적으로 주형의 하측으로 인발하여 슬라브(slab), 블룸(bloom), 빌렛(billet) 등과 같은 다양한 형상의 주편을 제조하는 공정이다.
이러한 연속 주조 공정이 수행되는 일반적인 연속 주조 장치의 구성을 도 1을 참조하여 살펴보면, 연속 주조 장치는 제강 공정에서 정련된 용강이 담기는 래들(ladle; 30)과, 래들(30)로부터 쉬라우즈 노즐(31)을 통해 용강을 공급받아 이를 일시 저장하는 턴디쉬(tundish; 40)와, 턴디쉬(40)에 저장된 용강을 침지 노즐(41)을 통해 주입받아 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형(mold; 50) 및 주형(50)의 하측에 구비되어 주형(50)으로부터 인발되는 주편(10)을 냉각하여 응고를 완료시키면서 일련의 성형 작업을 수행하는 냉각라인을 포함한다.
냉각라인에는 복수의 세그먼트(segment; 20)가 주조 방향을 따라 연속적으로 배열되며, 이러한 복수의 세그먼트(20)는 미응고 용강층 또는 미응고 용강 영역(11)이 내부에 형성된 주편(10)을 응고가 완료될 때까지 지지한다. 세그먼트(20) 각각은 주편(10)이 내측을 통과할 수 있도록 상하로 이격되는 한 쌍의 프레임(20)과, 한 쌍의 프레임(20)에서 대향되도록 정렬 배치되는 복수의 롤러(21a, 21b)를 포함한다. 세그먼트(20)의 일측에는 유압 실린더(미도시)가 구비되어 상하로 대향되는 복수의 롤러(21a, 21b) 사이의 이격거리, 즉 롤 갭(t)을 조절할 수 있다.
위와 같은 연속 주조 장치에서 생성된 주편(10)은 응고가 완료되면 일정한 길이 단위로 절단되어 후공정으로 이송되고, 후공정에서 최종 제품으로 가공된다. 그런데, 주편(10)이 응고되는 과정에서 중심편석, 기공, 표면 크랙 등의 주편 결함이 발생되는 경우에는 후공정에서 잔류하게 되어 최종 제품으로의 가공시 불량을 유발하였다. 이러한 주편 결함을 방지하기 위해서 종래에 경압하(soft reduction) 방식이 적용되었다. 주편(10)의 경압하를 살펴보면, 응고 말기에 응고수축분 만큼 주편(10)을 압하하여 주편(10) 내부의 수축공을 물리적으로 압하함으로써 응고수축에 의해 주상정 사이에 존재하는 용질, 즉 농화된 용강이 주편(10)의 중심 부위로 유입되는 것을 억제하여 중심편석 등의 주편 결함이 야기되는 것을 저감 또는 방지할 수 있다.
그런데, 종래에는 주조 말기에 주편의 테일부를 캡핑 처리하기 위해 주조 속도를 감속시켜 응고 속도의 차이를 유발하고, 이로 인해 냉각라인 상에서 경압하 구간이 이동하는 문제점이 있었다. 또한, 주편의 테일부를 캡핑 처리한 이후에는 주조 속도를 증가시킴에 따라 경압하 구간이 이동하는 문제점이 있었다. 즉, 종래에는 주조 속도가 일정하지 못하여 냉각라인 상에서 경압하 구간이 변동되고, 이로 인해 주편(10)을 정확하게 압하 제어할 수 없어 주편 결함이 야기되고, 후공정에서의 가공시 제품 품질이 저하되는 문제점이 있었다. (여기서, 캡핑(capping) 처리는 주편 테일부의 표면을 급속하게 강제적으로 냉각시켜 용강이 유출되는 현상을 방지하기 위한 처리를 의미한다.)
본 발명은 주조 말기에 주조 속도를 정속으로 유지하면서 주편의 열화 발생을 방지할 수 있는 연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법을 제공한다.
본 발명은 주조 말기에 주조 속도를 정속으로 유지하면서 캡핑 처리된 주편 테일부를 LCR 처리하여 주편의 열화 발생을 방지할 수 있는 연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 장치는 주조 말기에 주형의 개방된 상부에 냉각수를 분사하여 상기 주형에 잔류되는 용강을 응고시키는 캡핑 장치와, 주편이 통과되는 롤 갭을 일시적으로 감소시켰다가 복원시키는 LCR(Liquid Core Reduction) 세그먼트 라인과, LCR 처리된 상기 주편을 경압하시키는 경압하 세그먼트 라인을 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 방법은 주편의 테일부를 캡핑 처리하는 단계와, 상기 주편을 롤 갭이 감소되었다가 복원되는 LCT(Liquid Core Reduction) 세그먼트 구간에 통과시켜 상기 주편의 테일부 내부에 용강 확보 공간을 형성하는 단계와, 상기 주편을 세그먼트의 경압하 구간에 통과시켜 상기 용강 확보 공간이 축소되도록 상기 주편을 경압하시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법에 의하면, 주조 말기에 주조 속도가 정속으로 유지되는 상태에서 캡핑 처리된 주편 테일부를 경압하하기 전 롤 갭이 일시 감소되었다가 복원되는 세그먼트 LCR 구간에 통과시켜 주편 내부에 용강 확보 공간을 형성할 수 있다. 따라서, 후속 세그먼트 구간인 세그먼트 경압하 구간에서 주편의 테일부가 경압하되더라도 용강 확보 공간에 의해 미응고 용강이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 주조 속도가 정속으로 유지되는 상태에서 연속 주조 공정이 진행되어 냉각라인 상에서 경압하 구간이 위치 변동되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 주편을 정확하게 경압하시킬 수 있어 주편 결함의 발생을 저감 또는 방지할 수 있으며, 후공정에서 가공되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 연속 주조 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 연속 주조 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 방법을 도시한 순서도.
도 4 및 도 5는 종래 및 본 발명에서의 세그먼트 라인의 롤 갭 조절 상태도.
도 6은 본 발명에 따른 연속 주조 방법의 실험 결과를 도시한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 연속 주조 장치를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 방법을 도시한 순서도이고, 도 4 및 도 5는 종래 및 본 발명에서의 세그먼트 라인의 롤 갭 조절 상태도이며, 도 6은 본 발명에 따른 연속 주조 방법의 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 장치는 주조 말기에 주형(50)의 개방된 상부에 냉각수를 분사하여 주형(50)에 잔류되는 용강을 응고시키는 캡핑 장치(60)와, 주편(10)이 통과되는 롤 갭(t)을 일시적으로 감소시켰다가 복원시키는 LCR(Liquid Core Reduction) 세그먼트 라인(70)과, LCR 처리된 주편(10)을 경압하시키는 경압하 세그먼트 라인(80)을 포함한다.
위와 같은 연속 주조 장치를 이용한 본 발명의 일실시예에 따른 연속 주조 방법은 주편(10)의 테일부를 캡핑 처리하는 단계(S110)와, 주편(10)을 롤 갭(t)이 감소되었다가 복원되는 LCR 세그먼트 구간(A구간)에 통과시켜 주편(10) 테일부의 내부에 용강 확보 공간(S1)을 형성하는 단계(S120)와, 주편(10)을 경압하 세그먼트 구간(B구간)에 통과시켜 용강 확보 공간(S1)이 축소되도록 주편(10)을 경압하시키는 단계(S130)를 포함한다.
주조 말기, 주형(50)으로부터 마지막으로 인발되는 주편(10)의 테일부는 주형(50)에서 인발할 때 응고층(13)을 형성하기 곤란하여 액상의 미응고 용강이 주형(50)의 외부로 유출될 수 있다. 이를 방지하기 위해 주편(10)의 테일부는 캡핑 작업이 주편 표면이 강제적으로 응고된다. 물론, 캡핑 작업을 실시하더라도 주편(10) 테일부의 표면에 응고층이 형성되며, 주편(10) 테일부의 내부에는 미응고 용강 영역이 형성되어 있다.
종래에는 주조 말기에 주편(10)의 테일부를 원활하게 냉각하여 강제 응고시킬 수 있도록 주조 속도가 감속되었다. (예를 들어, 정속 속도가 1.0m/min인 상태에서 0.3m/min 속도로 감속됨) 그런데, 도 4에 도시된 바와 같이 주조 속도가 감속되면 주편(10)의 테일부가 강제 응고되는 속도가 빨라져 세그먼트 전 구간(A, B, C 구간) 내에서 주편(10)을 경압하시키기 위한 경압하 세그먼트 구간(B구간)이 이동하게 된다. 또한, 주편(10) 테일부의 캡핑 처리가 완료되어 주조 속도를 감속 전의 속도로 증속하는 경우(예를 들어, 0.3m/min 속도에서 1.0m/min의 속도로 증속됨)에는 주편(10)의 테일부가 응고되는 속도가 늦어져 주조 속도의 감속에 의해 위치 이동되었던 경압하 세그먼트 구간(B구간)이 재 이동하게 된다.
즉, 종래에는 주조 말기에 주조 속도가 일정하게 유지되지 못하고 변경되어 주편(10)이 응고되는 속도가 변하게 되고, 이로 인해 세그먼트 구간(A, B, C 구간)에서 경압하 구간(B구간)의 위치가 변동되었다. 따라서 주편(10)을 정확하게 압하 제어하기 곤란하여 주편 결함의 발생을 저감 또는 방지하기 어려웠다. 즉, 후공정에서 주편(10)을 가지고 가공 처리된 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
종래와 같이 주조 속도가 변함에 따라 경압하 세그먼트 구간(B구간)이 변동되는 문제점을 해결하기 위하여 본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 주조 말기에 주편(10)의 테일부를 캡핑 처리하고, LCR을 적용하여 주편(10) 테일부의 내부에 용강 확보 공간(S1)을 형성하며, 주편(10) 테일부를 경압하시키는 작업이 주조 속도가 정속, 즉 일정한 속도로 유지되는 상태에서 진행된다. 따라서, 주편(10)이 일정한 속도로 냉각 및 응고되어 복수의 세그먼트 구간(A, B, C 구간) 내에서 주편(10)을 경압하시킬 수 있는 경압하 구간(B구간)이 위치 변동되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 주편(10)을 정확하게 경압하 제어할 수 있어 주편 결함의 발생을 저감 또는 방지할 수 있으며, 후공정에서의 가공되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
주조 말기, 주조 속도가 정속으로 유지되는 상태에서 주편(10)의 테일부는 외부로부터 가해지는 냉각수 등에 의해 응고되도록 캡핑되고, 이러한 주편(10)의 테일부는 주편 결함을 물리적으로 제거하기 위해 경압하를 수행하기 전 LCR 처리를 통해 내부에 용강 확보 공간(S1)이 형성된다. 따라서, LCR 처리 이후 경압하가 실시되면 용강 확보 공간(S1)에 의해 주편(10)의 내부에 구비되는 미응고 용강이 주편 터짐 등에 의해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
주편(10) 내부에 용강 확보 공간(S1)을 형성하는 과정을 상세하게 살펴보면, 복수의 세그먼트 구간(A, B, C 구간) 중 주형(50)에 근접 설치되어 주편(10)이 인입되는 LCR 세그먼트 구간(A구간)에 캡핑 처리된 주편(10)의 테일부가 통과하게 되면 주조 방향을 따라 최초의 세그먼트(20a)에서 롤 갭(t)이 감소하고, 이후 복수의 세그먼트(20b, 20c, 20d)에서 롤 갭(t)이 감소된 상태로 유지되다가 마지막 세그먼트(20e)에서 롤 갭(t)이 감소되기 이전의 상태로 복원된다. (여기서, 롤 갭(t)이 감소되었다는 것은 세그먼트 내에서 상하로 이격되는 복수의 롤러(21a, 21b) 사이의 이격거리가 줄어드는 것을 의미한다.)
LCT 세그먼트 구간(A구간)을 형성하는 LCT 세그먼트 라인(70)은 2?5개의 세그먼트(20)를 정렬 배치시켜 형성되며, 본 실시예에서는 5개의 세그먼트(20a 내지 20e)를 주조 방향을 따라 정렬되도록 배치시켜 LCR 세그먼트 구간(A구간)을 형성하였다. 예를 들어, LCR 세그먼트 구간(A구간)이 2개의 세그먼트(20)의 조합으로 형성되는 경우, 하나의 세그먼트는 롤 갭(t)을 줄여 주편(10)을 일시적으로 압하시키는데 사용되고, 나머지 하나의 세그먼트는 롤 갭(t)을 줄이기 전의 상태로 복원하여 주편(10)이 철정압 등에 의해 팽창되어 용강 확보 공간(S1)을 형성하는데 사용된다.
이후, 용강 확보 공간(S1)을 내부에 구비한 주편(10)의 테일부가 경압하 세그먼트 구간(B구간)으로 진입하여 주편(10) 내부에 구비되는 수축공 등을 물리적으로 눌러 제거하는 경압하가 진행된다. 이처럼 주편(10)의 테일부가 경압하되면 LCR 세그먼트 구간(A구간)에서 형성된 용강 확보 공간(S1)이 축소된다. (이하, '경압하에 의해 용강 확보 공간(S1)이 축소되는 공간을 용강 소실 공간(S2)'이라 한다.)
경압하 과정에서 형성되는 용강 소실 공간(S2)이 용강 확보 공간(S1)보다 큰 경우에는 주편(10)의 내부에서 미응고 상태로 존재하는 용강이 압하력에 의해 외부로 터져 나와 용강 유출 사고를 발생시킬 수 있다. 따라서, LCR 처리를 통해 형성된 용강 확보 공간(S1)은 용강 소실 공간(S2)보다 큰 체적을 갖도록 형성된다.
하기의 표 1은 주조 말기에 정속 주조에 따른 용강 유출 여부를 확인하기 위한 실험 내용을 정리한 표이며, 용강 확보 공간(S1)과 용강 소실 공간(S2)의 관계를 나타내는 실험 결과는 도 6에 도시하였다.
표 1에서 롤 갭 복원 시점 길이(㎜)는 주편(10)의 테일부 길이를 나타내며, 용강 확보 공간(S1)을 형성하기 위한 LCR 세그먼트 구간(A구간)에 5개(#0?#4)의 세그먼트(20)를 적용하였다. LCR 세그먼트 구간(A구간)을 통과하는 주편(10)에 LCR량이 가해지기 위해서는 구간 중 일부에서 롤 갭(t)이 줄어들어야 하며, 구간의 마지막 세그먼트(#4)에서는 롤 갭(t)이 복원되어야 한다.
Figure pat00001
표 1과 도 6에 도시된 내용을 살펴보면, LCR 처리에 따른 용강 확보 공간(S1)이 경압하에 의한 용강 소실 공간(S2)과 비교하여 최소 5,000㎟ (도 6의 Critical Line 참조) 보다 큰 부피를 가지도록 형성되면, 주조 말기에 정속 주조에 의한 용강의 유출을 원활하게 방지할 수 있다. 만약 이들 공간의 차이('S1-S2' 방식으로 계산)가 5,000㎟ 보다 작은 경우에는 실험 No. 6, 13 및 22에서와 같이 용강 유출(bleeding)이 발생될 수 있다. (단, 실험 No. 14, 21에서는 용강 확보 공간(S1)과 용강 소실 공간(S2)의 부피 차이가 2,977㎟, 82㎟로서 5,000㎟ 보다 작은 값을 가지지만 용강 유출이 발생되지 않을 수 있다.)
본 실시예에서는 용강 유출 방지를 위해 용강 확보 공간(S1)과 용강 소실 공간(S2)의 체적 차이를 5,000㎟를 한계 체적(기준 체적)으로 하였지만, 더욱 안정적인 연속 주조 조업을 위해서 이들 공간(S1, S2)의 부피 차이가 8,000?12,000㎟가 되도록 용강 확보 공간(S1)을 확장시켜 형성할 수 있다. (통상, 용강 소실 공간(S2)은 주편의 경압하량에 따라 일정하게 정해져 있기 때문에 공간 차이를 증가시키기 위해 용강 확보 공간(S1)이 확장되도록 형성된다.) 본 실시예에서는 용강 확보 공간(S1)을 형성하기 위해 LCT 세그먼트 구간(A구간)에서 롤 갭(t)의 변화에 따른 주편 압하량이 3 내지 30㎜의 범위 내에 포함되도록 하였다.
이와 같이 주편(10), 특히 캡핑 처리가 되는 주편(10)의 테일부에 경압하를 대비하여 용강의 유출을 방지하기 위한 용강 확보 공간(S1)을 LCR 처리를 통해 형성함으로써 주편(10)의 결함 발생을 방지할 수 있으며, 이를 통해 후공정으로 이송된 주편(10)이 최종 제품으로 가공될 때 불량이 발생되는 것을 저감시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 연속 주조 장치 및 이를 이용한 연속 주조 방법에 의하면, 주조 말기에 주조 속도가 정속으로 유지되는 상태에서 캡핑 처리된 주편 테일부를 경압하하기 전 롤 갭이 일시 감소되었다가 복원되는 세그먼트 LCR 구간에 통과시켜 주편 내부에 용강 확보 공간을 형성할 수 있다. 따라서, 후속 세그먼트 구간인 세그먼트 경압하 구간에서 주편의 테일부가 경압하되더라도 용강 확보 공간에 의해 미응고 용강이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 주조 속도가 정속으로 유지되는 상태에서 연속 주조 공정이 진행되어 냉각라인 상에서 경압하 구간이 위치 변동되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 주편을 정확하게 경압하시킬 수 있어 주편 결함의 발생을 저감 또는 방지할 수 있으며, 후공정에서 가공되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
10: 주편 20: 세그먼트
50: 주형 60: 캡핑 장치
70: LCR 세그먼트 라인 80: 경압하 세그먼트 라인
S1: 용강 확보 공간 S2: 용강 소실 공간

Claims (7)

  1. 주조 말기에 주형의 개방된 상부에 냉각수를 분사하여 상기 주형에 잔류되는 용강을 응고시키는 캡핑 장치와;
    주편이 통과되는 롤 갭을 일시적으로 감소시켰다가 복원시키는 LCR(Liquid Core Reduction) 세그먼트 라인과;
    LCR 처리된 상기 주편을 경압하시키는 경압하 세그먼트 라인;
    을 포함하는 연속 주조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 LCR 세그먼트 라인은 2개 내지 5개의 세그먼트가 주조 방향을 따라 정렬 배치되어 형성되는 연속 주조 장치.
  3. 주편의 테일부를 캡핑 처리하는 단계와;
    상기 주편을 롤 갭이 감소되었다가 복원되는 LCT(Liquid Core Reduction) 세그먼트 구간에 통과시켜 상기 주편의 테일부 내부에 용강 확보 공간을 형성하는 단계와;
    상기 주편을 세그먼트의 경압하 구간에 통과시켜 상기 용강 확보 공간이 축소되도록 상기 주편을 경압하시키는 단계;
    를 포함하는 연속 주조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 주편 테일부를 캡핑하는 단계로부터 상기 주편을 경압하시키는 단계는 주조 속도가 정속으로 유지되는 상태에서 진행되는 연속 주조 방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 용강 확보 공간은 상기 주편이 압하되는 용강 소실 공간보다 큰 체적을 갖도록 형성되는 연속 주조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 주편 내부에 용강 확보 공간을 형성하는 단계에서,
    상기 용강 확보 공간은 상기 용강 소실 공간보다 5,000㎟ 큰 체적으로 형성되는 연속 주조 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 LCR 세그먼트 구간에서 상기 주편에 가해지는 압하량은 3 내지 30㎜의 범위를 갖는 연속 주조 방법.
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