KR20130034270A - 연속주조 몰드장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 몰드장치에 관한 것으로, 전후면을 이루는 장변 플레이트와, 좌우면을 이루는 단변 플레이트로 이루어지며, 용강을 연속주조하는 몰드; 상기 몰드의 장변 플레이트 내부에 상하로 가로질러 다수개로 형성되며, 냉각수로를 형성하는 냉각채널; 및 상기 냉각채널의 중간을 다른 부위보다 좁게 형성함으로써 형성되며, 냉각수의 유속을 증가시키는 협부(陜部);를 제공한다.

Description

연속주조 몰드장치{CONTINUOUS CASTING MOLD}

본 발명은 연속주조 몰드장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 몰드 냉각수의 보일링(boiling)을 방지하는 연속주조 몰드장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조기(이하, "연주기"라고 약칭한다)는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연주기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.

연주기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 스트랜드로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 스트랜드를 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 스트랜드로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 스트랜드는 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab)로 제조된다.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제10-2011-0088972호가 있다.

한국공개특허 제10-2011-0088972호

본 발명은 몰드 냉각수의 보일링을 효과적으로 방지할 수 있는 연속주조 몰드장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 연속주조 몰드장치는 전후면을 이루는 장변 플레이트와, 좌우면을 이루는 단변 플레이트로 이루어지며, 용강을 연속주조하는 몰드; 상기 몰드의 장변 플레이트 내부에 상하로 가로질러 다수개로 형성되며, 냉각수로를 형성하는 냉각채널; 및 상기 냉각채널의 중간을 다른 부위보다 좁게 형성함으로써 형성되며, 냉각수의 유속을 증가시키는 협부(陜部);를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 협부는 상기 몰드에 장입되는 용강의 탕면 상단 50mm에서 하단 200mm에 위치할 수 있다.

상기 협부는 직선부와 상기 직선부를 사이에 두고 형성되는 테이퍼부로 이루어질 수 있다.

상기 협부의 직선부는 상기 냉각채널의 폭 대비 70 ～ 90% 좁게 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 열유속이 높은 몰드의 부위를 통과하는 냉각수의 유속을 증가시켜 체류 시간을 단축시킴으로써 냉각수의 보일링을 효과적으로 방지할 수 있다. 이로 인해 블리딩(bleeding), 브레이크아웃(break out) 등과 같은 조업사고를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 용강(M)의 흐름을 중심으로 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 연속주조 몰드장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에서 장변 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 용강(M)의 흐름을 중심으로 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.

도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화·질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다.

구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주 주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤이 완전히 응고된 연주 주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주 주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주 주편(80)이 일 지점(85)에 이르면, 연주 주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주 주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브(P) 즉, 주편으로 나누어진다.

한편, 상기 도 1에서 지지롤(60)과 핀치롤 등을 포함한 장치를 스트랜드(strand)라고 하며, 본 발명에 기재된 연주 주편(80)은 몰드(30)와 절단기(90) 사이에서 이동되는 응고쉘(81)과 미응고 용강(82)을 칭한다.

도 2는 본 발명의 연속주조 몰드장치를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 연속주조 몰드장치는 몰드(30)를 구비한다. 몰드(30)는 전후면을 이루는 장변 플레이트(31)와, 좌우면을 이루는 단변 플레이트(33)로 이루어져 용강(M)을 연속주조한다.

몰드(30)는 침지노즐(25)을 통해 턴디쉬(20)로부터 주입되는 용강(M)을 응고시켜 적절한 강도를 가진 균일한 초기응고층을 갖는 응고셀을 형성하기 위해 1차 냉각을 수행한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 몰드(30)는 장변 플레이트(31)의 내부에 냉각채널(130)을 형성하여 턴디쉬(20)로부터 주입되는 용강(M)을 1차 냉각시켜 응고셀을 형성한다.

냉각채널(130)은 장변 플레이트(31)의 내부에 상하로 가로질러 다수개로 형성되어, 장변 플레이트(31)의 내부로 유입되는 냉각수가 장변 플레이트(31)의 상하 길이를 따라 유동할 수 있는 냉각수로를 형성한다.

예컨대, 냉각수는 장변 플레이트(31)의 하부로 유입되어 각 냉각채널(130)을 통과해 장변 플레이트(31)의 상부로 이동하고 이후 배출되는 과정을 반복 수행하며 냉각을 수행함으로써 용강(M)을 응고시켜 응고셀을 형성한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉각채널(130)의 중간에는 협부(陜部)(140)가 형성되어 있다. 협부(140)는 냉각채널(130)의 중간을 다른 부위보다 좁게 형성함으로써 형성된다.

협부(140)는 몰드(30)에 장입되는 용강(M)의 탕면 부위 즉, 탕면 상단 50mm에서 하단 200mm에 위치하며, 냉각수가 이와 같은 범위의 탕면 부위에서 빠른 속도로 통과하도록 안내함으로써 체류 시간을 상당히 줄이도록 한다.

몰드(30)는 탕면 부위에서 열이 가장 많이 집중된다. 탕면 부위가 열 유속이 가장 높은 영역이고, 또한 응고셀이 형성되는 영역이 된다. 따라서, 특히 고속으로 연속 주조시 탕면 부위에 해당하는 장변 플레이트(31)의 부위에 열이 집중되고, 그 부위에 해당하는 냉각채널(130)을 통과하는 냉각수가 보일링 즉, 끓는 현상이 발생한다.

이처럼 열 유속이 가장 높은 부위를 통과하는 냉각수가 끓면 냉각능이 저하되기 때문에, 응고셀의 형성이 미흡하게 되고, 결국 블리딩(bleeding), 브레이크아웃(break out) 등과 같은 조업사고가 발생할 수 있다.

협부(140)는 이와 같은 열 유속이 가장 높은 냉각채널(130)의 부위에 형성되어 냉각수의 유속을 증가시켜 체류 시간을 단축시킴으로써, 냉각수의 보일링을 효과적으로 방지하여 적절한 강도를 가진 초기응고층을 갖는 응고셀을 형성하도록 한다.

냉각채널(130)과 냉각수간 열전달 계수는 하기 수식으로 표현할 수 있으며, 수식에서 냉각수 속도가 증가할수록 연전달 계수가 증가함을 알 수 있다.

V_w : 냉각수 속도

ρ_w : 냉각수 밀도

C_pw : 냉각수 비열

μ_w : 냉각수 점도

D : 특성길이(냉각 채널 폭)

K_w : 냉각수 열전도율

협부(140)는 직선부(141)와 직선부(141)를 사이에 두고 형성되는 테이퍼부(143)로 이루어질 수 있고, 직선부(141)는 냉각채널(130)의 폭 대비 70 ～ 90% 좁게 형성됨이 바람직하다. 즉, 직선부(141)는 냉각채널(130)의 단부 폭 대비 70 ～ 90% 좁게 형성됨이 바람직하다.

직선부(141)가 냉각채널(130)의 폭 대비 70% 미만으로 좁게 형성되면, 장변 플레이트(31)의 온도 상승으로 크랙이 발생할 수 있고, 90% 초과하여 좁게 형성되면, 유속 증가 효과가 미흡하다는 문제가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 열유속이 높은 몰드의 부위를 통과하는 냉각수의 유속을 증가시켜 체류 시간을 단축시킴으로써 냉각수의 보일링을 효과적으로 방지할 수 있다. 이로 인해 블리딩(bleeding), 브레이크아웃(break out) 등과 같은 조업사고를 방지할 수 있다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 21:스토퍼
25: 침지노즐 30: 몰드
31: 장변 플레이트 33: 단변 플레이트
60: 지지롤 65: 스프레드수단
80: 연주 주편 81: 응고쉘
82: 미응고 용강 83: 선단부
85: 응고 완료점 90: 절단기
91: 절단 지점
130: 냉각채널 140: 협부
141: 직선부 143: 테이퍼부

Claims (4)

1. 전후면을 이루는 장변 플레이트와, 좌우면을 이루는 단변 플레이트로 이루어지며, 용강을 연속주조하는 몰드;
   상기 몰드의 장변 플레이트 내부에 상하로 가로질러 다수개로 형성되며, 냉각수로를 형성하는 냉각채널; 및
   상기 냉각채널의 중간을 다른 부위보다 좁게 형성함으로써 형성되며, 냉각수의 유속을 증가시키는 협부(陜部);를 포함하는 연속주조 몰드장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 협부는 상기 몰드에 장입되는 용강의 탕면 상단 50mm에서 하단 200mm에 위치하는 연속주조 몰드장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 협부는 직선부와 상기 직선부를 사이에 두고 형성되는 테이퍼부로 이루어지는 연속주조 몰드장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 협부의 직선부는 상기 냉각채널의 폭 대비 70 ～ 90% 좁게 형성되는 연속주조 몰드장치.
   

Images