KR20130056049A

KR20130056049A - 연속주조장치용 세그먼트

Info

Publication number: KR20130056049A
Application number: KR1020110121781A
Authority: KR
Inventors: 황종연; 이상현; 이상민
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-05-29

Abstract

연속주조장치용 세그먼트가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트는 연속적으로 공급되는 주편의 상, 하부에 배치되는 복수의 롤러를 갖는 본체부; 및 상기 본체부에 제공되어 상기 롤러 사이로 냉각유체를 분사하는 노즐장치를 포함하고, 상기 노즐장치는 상기 롤러의 반경 높이 보다 낮은 높이에서 냉각유체를 분사하되, 상기 냉각유체의 에지(Edge)선이 이루는 각도가 상기 롤러의 표면에 인접하도록 배치된다.

Description

연속주조장치용 세그먼트 {SEGMENT FOR CONTINUOUS CASTING PROCESS}

본 발명은 연속주조되는 주편의 냉각성능을 향상시켜 주편의 생산속도를 증가시킬 수 있도록 한 연속주조장치용 세그먼트에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조설비는 액상의 용강을 일정한 형태의 고상으로 결함없이 응고시키면서 연속으로 주조하는 설비로, 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

종래의 연속주조설비는 제강공정에서 정련된 용강이 담긴 래들(ladle)(10)과, 래들(10)에 연결된 주입노즐을 통해 용강을 공급받아 일시 저장하는 턴디쉬(tundish)(20)와, 턴디쉬(20)로부터 전달받은 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형(mold)(30) 및 주형(30)의 하부에 구비되어 미응고된 주편(S)을 냉각시키면서 진행을 안내하는 복수의 롤러를 갖는 세그먼트(40)를 포함한다.

도 2를 참고하면, 세그먼트(40)는 본체부(42)와, 이 본체부(42)에 제공되어 주편(S)의 이동을 안내하며 압하하는 복수의 롤러(44)를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 롤러(44) 사이에는 주편을 냉각하기 위해 냉각유체를 분사하는 노즐장치(50)가 배치될 수 있다.

여기서, 노즐장치(50)는 복수의 유체, 일례로 공기와 물을 혼합한 후, 이를 에어 미스트(air mist) 상태로 분사하며 주편을 냉각한다.

이러한 노즐장치(50)는 주편(S)으로 분사되는 혼합 유체의 분사 특성을 조절하기 위한 노즐팁(52)을 포함할 수 있다. 일례로, 본 실시예에서 노즐팁(52)은 스프레이 형태로 유체를 분사하도록 제공된다.

또한, 종래의 노즐장치(50)는 노즐팁(52)의 단부가 롤러(44)의 상부에 위치되며, 롤러(44) 사이로 냉각유체를 분사하여 주편(S)을 냉각한다.

이때, 노즐팁(52)에서 분사되는 냉각유체의 분사각은 대략 50도 이하이며, 비수밀도를 고려하여 노즐당 약 35 l/min의 분사량을 갖는다.

한편, 최근의 연속주조설비(10)는 주편(S)의 냉각속도를 증가시켜 고속생산을 가능하게 하는 기술들이 개발되고 있으며, 이에 따라 주편(S)으로 분사되는 냉각유체를 증가시켜 주편(S)의 냉각량을 증가시키고자 하는 시도가 진행되고 있다.

그러나, 종래의 연속주조장치(10)의 세그먼트(40)는 노즐장치(50)로부터 분사되는 유체가 인접하는 롤러(44)와 간섭되는 것을 피하기 위해 분사각이 제한되고 있으며, 이러한 분사각의 제한에 따라 냉각유체의 분사 면적 및 냉각유량을 증가시키는데 한계가 있어 고속 연속주조시 주편(S) 냉각을 저해하는 요인이 되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 주편의 냉각성능을 증가시키기 위해 냉각유체가 주편에 인접하여 분사되도록 개선하여 냉각유체의 분사량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 주편의 냉각성능을 향상시키도록 한 연속주조장치용 세그먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트는 연속적으로 공급되는 주편의 상, 하부에 배치되는 복수의 롤러를 갖는 본체부; 및 상기 본체부에 제공되어 상기 롤러 사이로 냉각유체를 분사하는 노즐장치를 포함하고, 상기 노즐장치는 상기 롤러의 반경 높이 보다 낮은 높이에서 냉각유체를 분사하되, 상기 냉각유체의 에지(Edge)선이 이루는 각도가 상기 롤러의 표면에 인접하도록 배치된다.

여기서, 상기 노즐장치는 상기 본체부의 일측에 제공되며 적어도 하나의 유체 공급구 및 상기 유체 공급구로 공급된 냉각유체를 혼합하여 배출하는 유체 배출구가 구비된 노즐본체와, 상기 유체배출구에 제공되어 상기 롤러 사이로 연장된 파이프와, 상기 파이프의 단부에 결합되어 냉각유체의 분사각을 조절하는 노즐팁을 포함할 수 있다.

또한, 상기 노즐장치는 상기 냉각유체의 분사높이 조절을 위한 승강유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 승강유닛은 상기 본체부에 제공되며 상기 노즐본체에 제공된 브래킷과 결합되어 이동을 안내하는 가이드와, 상기 본체부에 상기 가이드와 대향되어 제공된 레크기어부와, 상기 노즐본체에 제공되며 상기 레크기어부와 치합되어 회전하는 피니언기어를 구비한 구동부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 분사각도는 70 내지 130 도 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 냉각유체가 주편에 근접하여 분사되도록 하며, 넓은 각도로 분사가 이루어지도록 하여 비수밀도를 증가시키도록 하여 주편의 냉각성능을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 주편의 생산속도 및 생산성을 증가시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 연속주조공정을 도시한 공정도.
도 2는 종래 기술에 따른 연속주조장치용 세그먼트의 일부를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트의 일부를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트의 노즐장치를 확대하여 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트의 노즐장치 승강구조를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐장치의 분사각도에 따른 비수분포를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트에 제공된 노즐장치의 폭방향 비수분포를 도시한 그래프.
도 8은 냉각수량과 열전달계수의 상관관계를 도시한 그래프.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세그먼트의 냉각수밀도와 전열량 분포에 따른 주편의 미응고 영역을 도시한 도면.
도 9b는 종래 기술에 따른 세그먼트의 냉각수밀도와 전열량 분포에 따른 주편의 미응고 영역을 도시한 도면.
도 10은 연속주조장치에 의해 제조되는 주편의 응고상수를 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트의 일부를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트의 노즐장치를 확대하여 도시한 사시도이다.

도 3과 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트(140)는 주형으로부터 배출되는 주편(S)의 상, 하부를 압하하여 이동시키는 동시에 주편(S)을 냉각할 수 있다.

이를 위해 세그먼트(140)는 주편(S)의 이동선상의 상, 하부에 각각 배치되는 복수의 롤러(144)를 갖는 본체부(142)를 포함할 수 있다.

또한, 본체부(142)에는 롤러(144) 사이에 배치되는 노즐장치(150)가 구비될 수 있다.

여기서 노즐장치(150)는 롤러(144)의 반경 높이 보다 낮은 높이에서 냉각유체를 분사토록 제공될 수 있다.

이를 위해, 노즐장치(150)는 냉각유체가 공급 및 배출이 이루어지는 노즐본체(152)를 포함할 수 있다. 이 노즐본체(152)는 적어도 하나의 유체 공급구(153)를 포함할 수 있고, 이 유체 공급구(153)로 공급된 냉각유체가 혼합된 후 배출되는 유체 배출구(154)가 구비될 수 있다.

또한, 유체 배출구(154)에는 파이프(156)가 제공될 수 있다. 이 파이프(156)의 내부에는 내부유로가 구비되어, 노즐본체(152)의 유체 배출구(154)로부터 공급되는 냉각유체가 통과하는 유로로 사용될 수 있다.

또한, 파이프(156)의 단부에는 냉각유체를 분사하는 노즐팁(158)이 제공될 수 있다.

이러한 노즐장치(150)는 노즐팁(158)에서 분사되는 냉각유체의 주 분사영역의 최외곽부인 에지선(Edge)(E)이 롤러(144)의 외주면과 접선을 이루도록 배치될 수 있다.

이를 위해 노즐장치(150)는 냉각유체의 분사높이 조절을 위한 승강유닛(160)을 더 포함할 수 있다.

도 5를 참고하면, 본 실시예에서 승강유닛(160)은 본체부와 노즐장치(150)를 승강가능하게 연결하도록 제공될 수 있다. 이때, 승강유닛(160)은 세그먼트(140)에 제공된 롤러(144)의 직경 또는 사이 간격 등을 고려하여 노즐팁(158)의 설치 높이를 조절할 수 있다.

이를 위해 승강유닛(160)은 본체부(142)에 제공되어 노즐장치(150)의 이동을 안내하는 가이드(162)를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 노즐장치(150)는 노즐본체(152)의 일측에 가이드(162)와 결합가능한 브래킷(164)이 제공될 수 있다.

일례로, 가이드(162)는 중앙부에 홈(163)이 형성된 부재로 제공될 수 있으며, 노즐본체(152)에 제공된 브래킷(164)이 이 홈(163)에 삽입되어 이동할 수 있다.

또한, 본체부(142)에는 이 가이드(162)와 대향되는 위치에 레크기어부(166)가 제공될 수 있다.

그리고, 노즐본체(152)의 일측에는 레크기어부(166)를 따라 승강하기 위한 구동부가 제공될 수 있다. 구동부는 노즐본체(152)에 제공되는 구동모터(168)를 포함할 수 있고, 이 구동모터(168)의 회전축에는 레크기어부(166)와 치합되는 피니언기어(169)가 제공될 수 있다.

더불어, 본 실시예에서 레크기어부(166)에는 피니언 기어(169)의 이탈을 방지하기 위한 돌출턱(167)이 제공될 수 있다.

본 실시예에서 노즐장치(150)는 노즐팁(158)에서 분사되는 냉각유체의 에지선(E)이 이루는 각도(θ)가 약 70도 이상 일 수 있으며, 인접되는 롤러(144) 사이의 거리 등을 고려하여 에지선(E)의 이루는 각도(θ)를 가변할 수 있다.

또한, 노즐장치(150)는 노즐팁(158)에서 분사되는 냉각유체의 분사각도(θ)가 130도를 넘을 경우, 주변으로 무화(霧化)되는 량이 증가하고, 노즐팁(158)과 주편(S) 사이의 거리가 가까워져 냉각유체의 분포밀도에 편차를 유발시킬 수 있다.

따라서, 본 실시예에서 노즐장치(150)는 노즐팁(158)에서 분사되는 냉각유체가 약 70도 내지 130도 사이의 각도(θ)로 분사되는 것이 바람직하며, 이러한 냉각유체의 분사각도(θ)를 고려하여 노즐팁(158)이 설치된 위치를 가변하는 것이 바람직하다.

일례로, 노즐장치(150)는 냉각유체의 에지선(E)이 이루는 각도(θ)가 약 70도일 경우, 각각의 노즐팁(158)에서 분사되는 냉각유량이 약 50 l/min 이상일 수 있으며, 종래에 비해 약 42% 정도 분사량이 증가됨을 알 수 있다.

또한, 본 실시예에서 세그먼트(140)에 제공된 롤러(144)의 반경은 약 70mm 정도일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 롤러(144)의 반경은 주편의 운송속도 또는 압하량 등을 고려하여 다양하게 설계변경될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서 노즐장치(150)에서 분사되는 냉각유체에 의한 전열량(Q)은 냉각수량(W)과 분사면적(A)의 관계를 통해 설명될 수 있으며, 이러한 관계는 수학식 1로 표시할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서 노즐장치(150)는 냉각유체의 분사위치가 주편(S)과 근접되고, 넓은 분사각도를 가짐에 따라 동일 냉각수량(W)을 사용하더라도 롤러와의 간섭 등이 없게 되어 분사면적(A)을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 전체적인 전열량(Q)을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 실시예는 전열량(Q)의 증가에 따라 주편(S)의 공급속도를 더욱 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 주편(S)의 생산성을 증가시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐장치의 분사각도에 따른 비수분포를 도시한 그래프이다.

도 6을 참고하면, 본 실시예에서 노즐팁(158)의 높이(H)는 주편(S)으로부터 약 60mm 이격된 상태이다. 그리고, 노즐팁(158)으로부터 약 80도 정도의 비수각(θ)으로 냉각유체가 분사되면, 주편(S)의 표면반경 약 50mm, 즉 분사원점에 대해 약 -50mm 내지 +50 mm 의 면적에 냉각유체가 분사될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 노즐장치(150)는 폭방향으로도 균일한 간격으로 배치될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트에 제공된 노즐장치의 폭방향 비수분포를 도시한 그래프이다.

도 7을 참고하면, 노즐장치(150)는 폭방향으로 약 200mm 의 간격으로 배치될 수 있으며, 각 노즐장치(150) 사이에 발생하는 비수분포가 균일하게 유지됨을 확인할 수 있다.

일례로, 본 실시예에서 노즐장치(150)는 중심위치로부터 약 -100mm 인 A지점 및 약 100mm 인 B지점에 각각 노즐장치(150)가 제공될 수 있으며, 이 두 노즐장치(150) 사이에는 균일한 비수분포가 나타남을 확인할 수 있다.

또한, 도 8은 냉각수량과 열전달계수의 상관관계를 도시한 그래프로, 여기서, X₁₁은 종래의 세그먼트에 적용된 노즐장치의 냉각수량별 열전달계수의 그래프이고, X₁₂ 내지 X₁₅는 본 발명의 일 실시예에 따른 세그먼트에 적용된 노즐장치의 냉각수량별 열전달계수의 그래프이다.

이를 참고하면, 주편(S)으로 분사되는 냉각수량에 따라 열전달계수가 증가함을 알 수 있으며, 본 실시예의 냉각수량에 따른 증가되는 열전달계수의 증가율이 종래의 냉각수량에 따른 증가되는 열전달계수의 증가율보다 높은 것을 알 수 있다.

또한, 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세그먼트의 냉각수밀도와 전열량 분포에 따른 주편의 미응고 영역을 도시한 도면이고, 도 9b는 종래 기술에 따른 세그먼트의 냉각수밀도와 전열량 분포에 따른 주편의 미응고 영역을 도시한 도면이다.

도 9의 (a)를 참고하면, 본 실시예에 따른 세그먼트에서 노즐장치(150)에 의해 발생하는 냉각수밀도는 X₂₁로 나타낼 수 있으며, 이에 따른 전열량 분포는 X₂₂와 같다.

이와 같이, 본 실시예에서 노즐장치(150)는 주편의 공급 초기에 분사되는 냉각유체의 냉각수밀도 및 전열량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 주편(S)의 초기 냉각속도를 증가시킬 수 있으며, 후기의 냉각속도는 주편의 미응고영역(D)을 고려하여 낮출 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서 주편(S)의 초기 냉각속도를 증가시킬 수 있음에 따라 주편(S)의 공급속도를 더욱 증가시킬 수 있으며, 미응고영역(D)을 종래와 유사한 수준으로 유지할 경우 주편(S)의 생산 속도를 증가시킬 수 있다.

또한, 도 9의 (b)를 참고하면, 종래 기술에 따른 세그먼트에서 노즐장치에 의해 발생하는 냉각수밀도는 X₂₃으로 도시되며, 이에 따른 전열량 분포는 X₂₄와 같다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트(140)는 노즐장치(150)에서 분사되는 냉각유체의 냉각수밀도를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 전열량을 증가시켜 주편의 미응고영역(D)을 최소화할 수 있다.

따라서, 본 실시예는 전열량의 증가에 따라 주편(S)의 응고상수를 증가시킬 수 있으므로, 주편(S)의 공급속도를 증가시킬 수 있다.

한편, 도 10은 연속주조장치에 의해 제조되는 주편의 응고상수를 도시한 그래프이다.

도 10을 참고하면, 주편(S)이 응고되어 제공되는 소정의 지점에서 응고쉘의 시편을 측정하면, 주편(S)의 응고상수를 측정할 수 있다.

주편(S)의 응고상수는 주편(S)의 공급속도 및 응고쉘의 두께, 측정되는 지점의 길이와 관계가 있으며, 이러한 관계는 수학식 2와 같다.

여기서, δ은 응고쉘의 두께이며, vc는 주편의 공급속도, L은 응고길이이다.

따라서, 소정의 지점에서 측정된 응고쉘의 두께(δ), 주편의 공급속도(vc), 응고길이(L)를 통해 응고상수를 알 수 있다.

일례로, 본 실시예의 세그먼트(140)에서 주편(S₁, S₂, S₃)이 약 2.4 내지 2.7 m/min의 공급속도로 공급될 수 있으며, 이때 측정된 주편(S₁, S₂, S₃)의 응고상수는 약 29.7 내지 31 mm/min⁰ ^.5정도로 측정될 수 있다.

한편, 종래의 세그먼트(140)에서 주편(S₄)이 약 3m/min의 공급속도로 공급될 경우, 응고상수는 약 28 mm/min⁰ ^.5정도로 측정될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 연속주조장치용 세그먼트(140)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 몰드레벨을 일정하게 유지한 상태에서 주편(S)을 효과적으로 냉각할 수 있으며, 이에 따라 주조속도를 약 7.7m/min 정도로 유지할 수 있어, 고속으로 연속주조를 할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

140: 세그먼트 142: 본체부
144: 롤러 150: 노즐장치
152: 노즐본체 153: 유체 공급구
154: 유체 배출구 156: 파이프
158: 노즐팁 160: 승강유닛
162: 가이드 163: 홈
164: 브래킷 166: 레크기어부
167: 돌출턱 168: 구동모터
169: 피니언기어

Claims

연속적으로 공급되는 주편의 상, 하부에 배치되는 복수의 롤러를 갖는 본체부; 및
상기 본체부에 제공되어 상기 롤러 사이로 냉각유체를 분사하는 노즐장치를 포함하고,
상기 노즐장치는 상기 롤러의 반경 높이 보다 낮은 높이에서 냉각유체를 분사하되, 상기 냉각유체의 에지(Edge)선이 이루는 각도가 상기 롤러의 표면에 인접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 세그먼트.
청구항 1에 있어서, 상기 노즐장치는
상기 본체부의 일측에 제공되며 적어도 하나의 유체 공급구 및 상기 유체 공급구로 공급된 냉각유체를 혼합하여 배출하는 유체 배출구가 구비된 노즐본체와,
상기 유체배출구에 제공되어 상기 롤러 사이로 연장된 파이프와,
상기 파이프의 단부에 결합되어 냉각유체의 분사각을 조절하는 노즐팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 세그먼트.
청구항 1에 있어서,
상기 노즐장치는 상기 냉각유체의 분사높이 조절을 위한 승강유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 세그먼트.
청구항 3에 있어서, 상기 승강유닛은
상기 본체부에 제공되며 상기 노즐본체에 제공된 브래킷과 결합되어 이동을 안내하는 가이드와,
상기 본체부에 상기 가이드와 대향되어 제공된 레크기어부와,
상기 노즐본체에 제공되며 상기 레크기어부와 치합되어 회전하는 피니언기어를 구비한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 세그먼트.
청구항 1에 있어서,
상기 분사각도는 70 내지 130 도 인 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 세그먼트.