KR20130099318A - 연속주조 시 강의 품질 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 공정에서 몰드 내 후크의 깊이를 통하여 생산되는 강의 품질을 예측하는 방법에 관한 것으로, 주조폭(A)과, 침지노즐에서 토출되는 용강의 토출량(B)과, 주조속도(C)와, 용강 과열도(T)를 측정하는 단계와, 상기에서 측정된 주조폭(A)과, 토출량(B)과, 주조속도(C) 및 용강 과열도(T)를 이용하여 후크지수(X)를 산출하는 단계와, 상기에서 산출된 후크지수(X)를 이용하여 후크 길이(L) 및 후크 기울기(D)를 각각 산출하는 단계와, 상기 산출된 후크 길이(L) 및 후크 기울기(D)를 통해 응고쉘 표면으로부터 후크 끝단까지의 직선 거리를 나타내는 후크 깊이(SD)를 산출하는 단계와, 상기 산출된 후크 깊이(SD)가 설정된 기준값 이하로 유지되도록 공정 인자를 조절하여, 생산되는 주편의 품질을 제어하는 단계를 포함하는 연속주조 시 강의 품질 제어 방법을 제공한다.

Description

연속주조 시 강의 품질 제어 방법{CONTROLLING METHOD FOR QUALITY OF STEEL ON CONTINUOUS CASTING PROCESS}

본 발명은 연속주조 시 강의 품질 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속주조 공정에서 몰드 내 후크의 깊이 지수를 통하여 생산되는 강의 품질을 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다. 연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 주편을 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 반제품으로 제조된다.

이와 같은 연속주조 공정 중 턴디쉬로부터 몰드 내로 투입된 용강은 몰드를 통과하면서 냉각되는데, 이러한 냉각 과정 중에 응고되는 용강 내 후크 조직이 생성될 수 있다. 이러한 후크 조직은 생산되는 강에 결함 인자로 작용하므로 강 품질 저하의 원인이 될 수 있다.

관련 선행기술로는 대한민국등록특허 제 0524628호(등록일: 2005년 10월 21일, 명칭:완냉화 지수 및 몰드 최대 이동가속도를 이용한 극저탄소강의 후크 특성 예측방법)가 있다.

본 발명은 몰드 내에서 발생할 수 있는 후크의 깊이를 통해 생산되는 강의 품질을 용이하게 예측하여 제어할 수 있는 연속주조 시 강의 품질 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 연속주조 시 강의 품질 제어 방법은, 주조폭(A)과, 침지노즐에서 토출되는 용강의 토출량(B)과, 주조속도(C)와, 용강 과열도(T)를 측정하는 단계와, 상기에서 측정된 주조폭(A)과, 토출량(B)과, 주조속도(C) 및 용강 과열도(T)를 이용하여 후크지수(X)를 산출하는 단계와, 상기에서 산출된 후크지수(X)를 이용하여 후크 길이(L) 및 후크 기울기(D)를 각각 산출하는 단계와, 상기 산출된 후크 길이(L) 및 후크 기울기(D)를 통해 응고쉘 표면으로부터 후크 끝단까지의 직선 거리를 나타내는 후크 깊이(SD)를 산출하는 단계와, 상기 산출된 후크 깊이(SD)가 설정된 기준값 이하로 유지되도록 공정 인자를 조절하여, 생산되는 주편의 품질을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 후크지수(X)는 하기 관계식 1에 의해 산출될 수 있다.

관계식 1

상기 후크 길이(L)는 후크지수(X)를 도입하여 하기 관계식 2에 의하여 산출될 수 있다.

관계식 2

상기 후크 기울기(D)는 후크지수(X)를 도입하여 하기 관계식 3에 의하여 산출될 수 있다.

관계식 3

상기 후크 깊이(SD)는 후크 길이(L)와 후크 기울기(D)에 의하여 하기 관계식 4와 같이 산출될 수 있다.

관계식 4

상기 기준값은 '2'일 수 있다.

상기 공정인자는, 주조폭, 주조속도, 용강 토출량 및 용강 과열도 중 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 몰드 내에서 발생할 수 있는 후크의 깊이에 영향을 미치는 인자들을 조절하여 후크 결함 발생을 제어할 수 있다. 이처럼 후크 결함 발생을 제어하여 생산되는 강의 품질을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 후크의 발생 비율이 높은 극저탄소강을 연속 주조함에 있어 용이하게 품질을 제어할 수 있으므로 고품질의 극저탄소강을 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 2의 몰드 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 시 강의 품질 제어 방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명과 관련된 연속주조 시 몰드 내 응고쉘 형성 및 기포 포집에 의한 핀홀 결함 발생을 설명하기 위함 그림이다.
도 6은 본 발명과 관련된 연속주조로 제조된 슬라브 내 핀홀 결함을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명과 관련된 연속주조 시 몰드 내 용강 유동과 응고쉘 형성을 개략적으로 나타낸 그림이다.
도 8은 본 발명과 관련된 연속주조 시 몰드 내 형성된 후크조직의 모습과 각 부분의 정의를 표시한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예의 후크 길이 산출을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예의 후크 기울기 산출을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 후크깊이를 산출하기 위한 방법을 설명하기 위한 그림이다.
도 12는 본 발명과 관련된 후크깊이와 핀홀발생지수간의 관계를 나타낸 그래프이다.

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 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형과 수직만곡형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 수직만곡형을 예시하고 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 몰드(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 몰드(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다. 절단기(90)는 연속적으로 생산되는 연주주편을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다. 본 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 및 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, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 연주주편(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 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

한편, 상기 도 1에서 지지롤(60)과 스프레이수단(65) 및 핀치롤(70) 등을 포함한 설비를 스트랜드(strand)라고도 한다.

몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 형태에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 몰드(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.

도 3을 참조하면, 침지노즐(25)의 단부 측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구(25a)들이 형성된다. 몰드(30) 및 침지노즐(25) 등의 형태는 중심선(C)을 기준으로 대칭되는 것으로 가정하여, 본 도면에서는 좌측만을 표시한다.

토출구(25a)에서 아르곤(Ar) 가스와 함께 토출되는 용강(M)은 화살표(A1, A2)로 표시된 바와 같이 상측을 향한 방향(A1)과 하측을 향한 방향(A2)으로 유동하는 궤적을 그리게 된다.

몰드(30) 내부의 상부에는 파우더 공급기(50, 도 1을 참조)로부터 공급된 파우더에 의해 파우더층(51)이 형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층(소결층이 미응고 용강(82)에 더 가깝게 형성됨)을 포함할 수 있다. 파우더층(51)의 하측에는 파우더가 용강(M)에 의해 녹아서 형성된 슬래그층 또는 액체 유동층(52)이 존재하게 된다. 액체 유동층(52)은 몰드(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다. 파우더층(51)의 일부는 몰드(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다. 윤활층(53)은 응고쉘(81)이 몰드(30)에 붙지 않도록 윤활하는 기능을 한다.

응고쉘(81)의 두께는 주조 방향을 따라 진행할수록 두꺼워진다. 응고쉘(81)의 몰드(30) 내에 위치한 부분은 두께가 얇으며, 몰드(30)의 오실레이션에 따라 자국(oscillation mark, 87)이 형성되기도 한다. 응고쉘(81)은 지지롤(60)에 의해 지지되며, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 그 두께가 두꺼워진다. 응고쉘(81)은 두꺼워지다가 일부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 시 강의 품질 제어 방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.

본 발명은 연속 주조 공정 중 몰드 내에서 발생하는 후크 조직의 특성을 설정된 값으로 산출하여 이를 통해 생산되는 강의 품질을 예측하는 것으로, 먼저 주조폭(A)과, 침지노즐에서 토출되는 용강의 토출량(B)과, 주조속도(C)와, 용강 과열도(T)를 측정한다(S10).

도 5를 참조하면, 연속주조 시 투입된 용강은 몰드를 통과하면서 서서히 응고되어 연속주조가 완료되고 나면 슬라브 등의 반제품으로 성형이 된다. 이때 몰드 내에서는 몰드 벽면과 가까운 쪽, 측 몰드와 닿아있는 용강부터 응고되어 상술한 응고쉘이 형성된다. 또한, 침지노즐은 용강과 함께 아르곤 가스를 내보내게 되는데, 이때 몰드 내로 유입된 아르곤 가스의 기포나 용강 내 개재물이 응고쉘에 포집되면, 포집된 기포 및 개재물들은 계속하여 남아있게 된다. 이로 인해, 도 6과 같이, 최종적으로 생산되는 슬라브 등의 반제품 표층 바로 아래에 핀홀 결함으로 이어지게 된다.

이때 기포나 개재물들이 포집되는 위치는 응고쉘에 생성되는 후크 조직이다. 후크 조직은 도 7 및 도 8과 같이, 몰드 벽면 쪽에 형성되는 응고쉘에서 미응고된 용강 방향으로 뾰족하게 튀어나온 고리 형상의 조직이다. 후크란 일반적으로 몰드 내의 탕면부에서 상하 진동하는 몰드의 속도가 용강의 이동속도보다 빠른 기간 동안에 형성된 응고쉘과 몰드의 속도가 용강의 이동속도보다 느린 기간에 형성된 응고쉘 간의 경계면을 말한다.

이러한 후크는 상술한 바와 같이 아르곤 가스의 기포나 개재물 등이 걸려 포집되기에 좋은 조건을 만들어준다. 때문에 후크 조직의 길이와 후크 조직의 각도에 따라 기포나 개재물의 포집 정도가 달라질 수 있으며, 이에 따라 향후 발생하는 핀홀 결함의 정도가 달라질 수 있다.

이와 같이 발생된 핀홀 결함은 생산된 반제품을 열연 및 냉연 코일로 성형하는 과정에서 선 결함으로 발전하게 되어 최종 제품의 품질을 저하시키게 된다. 그러므로 핀홀 결함이 발생된 슬라브는 표면을 일정 깊이까지 깎아내는 용삭 등의 처리를 거쳐야 한다. 그러므로 결함의 발생을 최소화하기 위해서는 연속 주조 과정에서 결함 발생을 사전에 예측하여 이에 대비하는 것이 필요하다.

이를 위하여 본 발명에서는 상기와 같이 연속 주조 시 측정이 가능한 주조폭(A), 토출량(B), 주조속도(C), 과열도(T)를 이용하여 후크지수(X)를 산출한다(S20).

본 발명에서 후크지수(X)는 하기 관계식 1에 의하여 산출될 수 있다.

관계식 1

관계식 1과 같이, 후크지수(X)는 주조폭(A)에 비례하며, 토출량(B)과 주조속도(C) 및 과열도(T)에 반비례하는 값이다.

이때 주조폭(A)은 주조시 사용되는 몰드폭과 동일하다. 즉 사각형태의 몰드 중 서로 마주 보는 한 쌍의 짧은 변 사이의 직선 거리를 의미한다. 본 발명에서 후크지수(X) 산출 시 사용된 주조폭(A)의 단위는 mm(밀리미터)이다.

용강의 토출량(이하 '토출량'이라 함, B)은 턴디쉬에서 몰드 내로 연결되어 턴디쉬에 수용된 용강이 몰드 내로 이동되어 오는 침지 노즐에서 토출되어 나오는 용강의 양을 의미하는 것으로 그 단위는 ton/min(분)이다.

용강 과열도(이하 '과열도'라 함, T)는 턴디쉬내 용강온도와 이론 응고온도의 차이를 의미한다. 즉 연속주조 작업 시 이론 응고 온도에 추가로 보정되는 온도로서, 일반적으로 현장에서는 20~30도씨의 과열도 조건으로 작업을 실시한다.

과열도(T)가 높다는 것은 턴디쉬 내에서 몰드로 공급되는 용강의 온도가 높음을 의미한다. 이와 같이 몰드 내 용강 온도의 지표인 과열도(T) 역시 후크 형성에 영향을 미치는 인자이다. 과열도(T)는 용강 온도를 측정하여 측정된 온도와 이론 응고 온도 사이의 차이를 계산하여 산출할 수 있다.

주조속도(C)는 응고된 용강이 몰드에서 빠져나가는 속도로서 그 단위는 m/min(분)이다.

각각의 값을 측정하여 후크지수(X)를 하나의 값으로 나타낼 수 있다.

이와 같이 후크지수(X)를 산출하고 나면, 산출된 후크지수(X)를 이용하여 후크 길이(L)와 후크 기울기(D)를 산출한다(S30).

또한, 후크지수(X)를 통하여 산출되는 후크 길이(L)와 후크 기울기(D)를 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. 후크 길이(L)는 생성된 후크 시작점에서 가로 방향으로 연장선을 형성하고 이 연장선과 후크의 끝점에서 수직하게 내려온 연장선이 맞닿는 직선의 길이, 즉 곡선의 후크라 할지라도 시작점과 끝점 사이의 직선 거리를 의미한다. 또한, 후크 기울기(D)는 도 8과 같이, 몰드의 벽면과 상기 생성된 후크가 이루는 각으로서, 연속주조가 행해지는 방향, 즉 용강의 이동방향을 기준으로 한 몰드 벽면과 생성된 후크가 이루는 각도를 의미한다.

후크지수(X)를 산출하기 위하여 연속주조 시 후크 생성에 영향을 미칠 수 있는 인자를 주조폭(A), 토출량(B), 주조속도(C), 과열도(T)로 선정하여 이 네가지 인자들의 조건을 하나씩 변화하면서 생산된 슬라브 내의 후크 조직을 관찰하고, 이를 분석하여 도 9 내지 도 10과 같이 결과값을 도출하였다.

도 9는 후크지수(X) 변화, 즉 주조폭(A), 토출량(B), 주조속도(C), 과열도(T)를 변화시킴에 따라 슬라브 내의 후크 길이(L)를 관찰하여 측정하고 이 값을 점으로 나타낸 것이다. 이처럼 점으로 나타낸 다수의 실험값을 이용하여 회귀분석에 의해 직선을 도출하였다. 이 직선이 곧 후크 길이(L)를 산출하는 식으로 이용될 수 있으며, 본 발명에서 회귀분석에 의하여 도출된 후크 길이(L) 산출 식은 하기 관계식 2와 같다.

관계식 2

관계식 2에서 X는 후크지수를 의미한다. 이와 같이 후크 길이(L)는 후크지수(X)가 증가함에 따라 감소하는 관계에 있는 것으로 나타났으며, 이때 후크지수(X)는 관계식 1에 나타낸 인자들의 영향에 의해 달라진다.

도 10은 후크지수(X) 변화, 즉 주조폭(A), 토출량(B), 주조속도(C), 과열도(T)를 변화시킴에 따라 슬라브 내의 후크 기울기(D)를 관찰하여 측정하고 이 값을 점으로 나타낸 것이다. 이처럼 점으로 나타낸 다수의 실험값을 이용하여 상술한 바와 동일하게 회귀분석에 의해 직선을 도출하였다. 이 직선이 곧 후크 기울기(D)를 산출하는 식으로 이용될 수 있으며, 본 발명에서 회귀분석에 의하여 도출된 후크 기울기(D) 산출 식은 하기 관계식 3과 같다.

관계식 3

관계식 3에서 X는 후크지수를 의미한다. 이와 같이 후크 기울기(D)는 후크지수(X)가 증가함에 따라 증가하는 관계에 있는 것으로 나타났으며, 이때 후크지수(X)는 관계식 1에 나타낸 인자들의 영향에 의해 달라진다. 그러므로, 후크지수(X)를 산출하기 위해 필요한 주조폭(A), 토출량(B), 주조속도(C), 과열도(T) 변화에 의하여 후크 길이(L)가 길어지거나 짧아질 수 있다. 또한, 후크 기울기(D)가 작아지거나 커질 수 있다.

도 9 내지 도 10에 도시된 R²값은 회귀분석에 사용되는 결정계수로서, 도출된 회귀식의 적합도를 재는 척도이다. 이 값이 1에 가까울수록 회귀식의 적합도가 높은 것으로서, 본 회귀분석에서는 후크 길이(L)를 구하는 관계식 2를 도출할 때 결정계수가 0.752, 후크 기울기(D)를 구하는 관계식 3을 도출할 때는 0.97로 높은 결정계수값을 가지는 것으로 나타났다. 즉 회귀식의 적합도가 높은 것으로 나타났다.

이와 같이 산출된 후크 길이(L)와 후크 기울기(D)를 통해 응고쉘 표면으로부터 후크 끝단까지의 직선 거리로 정의되는 후크 깊이(SD)를 산출할 수 있다(S40). 이를 상세히 설명하면, 도 8과 같이 후크 깊이는 몰드 내에서 생성된 응고쉘 표면으로부터 후크 끝점까지의 직선거리로 나타낼 수 있다. 즉 응고쉘 표면으로부터 얼마만큼의 거리까지 후크 결함이 존재하는지를 나타내는 것이다.

이와 같이 응고쉘 표면으로부터 후크 끝단까지의 직선거리를 의미하는 후크 깊이를 후크기울기(D)와 후크길이(L)를 변수로하여 설정된 후크 깊이(SD)로 정의하고 후크 깊이(SD)를 하기 관계식 4와 같이 산출한다.

관계식 4

관계식 4와 같이 후크 깊이(SD)의 산출은 도 11과 같이, 응고쉘 표면과 후크 형상을 따라 가상의 삼각형을 그린 후 후크 기울기를 구하는 방정식을 이용하여 산출한다. 상세하게 설명하면, 도 11에서 붉은 색과 같이 후크의 형태를 따라 설정된 가상의 직각 삼각형을 그린 후 후크 기울기를 구하고자 하면 다음과 같은 관계식 5가 도출된다.

관계식 5

관계식 5를 통해 후크 깊이를 통하여 상술한 관계식 4와 같이 후크 깊이(SD)를 후크기울기(D)와 후크길이(L)에 비례하는 소정의 지수로 정의하기 위하여, 본 발명에서는 이 같이 도출된 관계식 4에 의해서 후크 깊이(SD)의 개념을 도입하였다.

즉 후크 깊이(SD)는 관계식 5의 개념에 의하여 도출되는 하나의 상수로서 응고쉘 표면에서 후크 끝단까지의 직선거리(mm)를 의미하는 수이다.

본 발명에서 후크 깊이(SD)는 2 이하로 유지되도록 연속주조 공정 시 후크 깊이(SD)에 영향을 미치는 공정 인자를 조절하여 주편의 품질을 제어한다(S50).

이때 후크 깊이(SD)에 영향을 미치는 공정 인자는 상술한 관계식 1에 나타낸 바와 같이 후크 지수(X)를 결정하는 주조폭(A)과 토출량(B), 주조속도(C) 및 용강과열도(T)이다. 이들이 후크 깊이에 영향을 미치는 이유는 앞서 설명한 바와 같이, 후크 깊이(SD)는 후크 길이(L)와 후크 기울기(D)에 의해 산출되는 것이며, 후크 길이(L)와 후크 기울기(D)는 곧 후크지수(X)에 의해 영향을 받기 때문이다.

따라서, 관계식 1과 같이 후크 지수에 영향을 미치는 공정 인자인 주조폭(A)과 토출량(B), 주조속도(C) 및 용강과열도(T)를 제어하면 후크 깊이(SD)를 조절하는 것이 가능하다.

후크 깊이(SD)를 2 이하로 유지하는 이유는 도 12에 도시한 후크 깊이 지수(SD)와 핀홀 발생지수의 상관관계에 의해 결정되었다. 구체적으로, 도 12는 상술한 공정인자, 즉 주조폭(A)과 토출량(B), 주조속도(C) 및 용강과열도(T)를 각각의 조건으로 제어하면서 공정을 진행하여 각각의 공정 인자 값으로 본 발명의 관계식 4에 의해 후크 깊이(SD)를 산출하고, 산출된 값에 해당되는 제품의 핀홀 발생지수를 측정하여 하나의 그래프로 나타낸 결과이다.

핀홀 발생지수는 연속 주조 공정을 통해 생산된 주편 내의 핀홀 발생 정도를 하나의 표시하는 일종의 등급으로서, 본 발명에서는 주편의 품질을 높게 유지할 수 있도록 유지해야 하는 핀홀 발생지수는 0.5를 기준으로 하였다. 도 12를 참조하면, 후크 깊이(SD)가 2 이하일 때, 고품질의 주편을 생산할 수 있을 정도로 주편 내 핀홀 발생이 양호한 상태인 핀홀 발생지수 0.5 이내가 되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 후크 깊이(SD)가 2를 초과하는 경우에는 핀홀 발생 지수가 기준치인 0.5를 초과하게 되므로, 고품질 주편 생산이 불가능해진다.

따라서, 연속 주조 시 제어 가능한 공정 인자이면서, 본 발명의 후크 깊이(SD)에 직접적으로 영향을 미치는 인자인 주조폭(A)과 토출량(B), 주조속도(C) 및 용강과열도(T)를 조절하여, 후크 깊이(SD)가 2 이하로 유지되도록 공정을 제어하면서 주편의 품질 제어를 하여야 한다.

이와 같이 본 발명에 실시예에 따라 공정 인자를 제어하여 핀홀 발생 지수를 측정한 결과와, 공정 인자 제어를 실시하지 않은 비교예의 주편 핀홀 발생지수를 측정한 결과를 비교하여 표 1에 나타냈다.

구 분	주조폭 (mm)	토출량 (ton/min)	용강과열도 (℃)	주조속도 (m/min)	후크깊이	핀홀 발생지수	비고
실시예 1	1500	3.48	25	1.18	2.0	0.5	양호
실시예 2	2000	4.20	28	1.21	2.0	0.5	양호
비교예 1	1500	3.48	22	1.18	2.69	0.6	불량
비교예 2	2000	3.68	28	1.04	2.78	0.7	불량

표 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 주편을 생산한 실시예 1 및 실시예 2에서는 공정 인자를 조절하여 후크 깊이(SD)를 2.0으로 맞추어 제어하여 주편을 생산하였다. 이와 대비하여 비교예 1 및 비교예 2는 후크 깊이(SD)를 2.69, 2.78로 2를 초과하도록 공정을 진행하여 주편을 생산하였다. 각각 생산된 주편의 핀홀 발생 지수를 측정하여 이에 따른 핀홀발생여부를 살펴본 결과, 후크 깊이를 2 이하로 유지한 실시예 1, 실시예 2의 주편은 핀홀 발생 지수가 0.5로 공정 기준을 통과하였고, 주편의 품질이 양호한 수준으로 나타났다. 그러나, 후크 깊이가 2를 초과하였던 비교예 1 및 비교예 2에서는 핀홀 발생 지수가 기준값인 0.5를 초과하였고, 생산된 주편의 품질이 불량 판정을 받았다.

이와 같이 본 발명은 몰드 내에서 발생할 수 있는 후크의 깊이에 영향을 미치는 인자들을 조절하여 후크 결함 발생을 제어할 수 있으므로 생산되는 주편의 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 후크의 발생 비율이 높은 극저탄소강을 연속 주조함에 있어 용이하게 품질을 제어하여 고품질의 극저탄소강을 생산할 수 있다.

상기와 같은 연속주조 시 강의 품질 제어 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 몰드 40: 몰드 오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
90: 절단기 91: 절단 지점

Claims (7)

1. 주조폭(A)과, 침지노즐에서 토출되는 용강의 토출량(B)과, 주조속도(C)와, 용강 과열도(T)를 측정하는 단계;
   상기에서 측정된 주조폭(A)과, 토출량(B)과, 주조속도(C) 및 용강 과열도(T)를 이용하여 후크지수(X)를 산출하는 단계;
   상기에서 산출된 후크지수(X)를 이용하여 후크 길이(L) 및 후크 기울기(D)를 각각 산출하는 단계;
   상기 산출된 후크 길이(L) 및 후크 기울기(D)를 통해 응고쉘 표면으로부터 후크 끝단까지의 직선 거리를 나타내는 후크 깊이(SD)를 산출하는 단계; 및
   상기 산출된 후크 깊이(SD)가 설정된 기준값 이하로 유지되도록 공정 인자를 조절하여, 생산되는 주편의 품질을 제어하는 단계;를 포함하는 연속주조 시 강의 품질 제어 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크지수(X)는 하기 관계식 1에 의해 산출되는 연속주조 시 강의 품질 제어 방법.
   관계식 1
   

   

   
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크 길이(L)는 후크지수(X)를 도입하여 하기 관계식 2에 의하여 산출되는 연속주조 시 강의 품질 제어 방법.
   관계식 2
   

   

   
   X : 후크지수
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크 기울기(D)는 후크지수(X)를 도입하여 하기 관계식 3에 의하여 산출되는 연속주조 시 강의 품질 제어 방법.
   관계식 3
   

   

   
   X : 후크지수
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 후크 깊이(SD)는 후크 길이(L)와 후크 기울기(D)에 의하여 하기 관계식 4와 같이 산출되는 연속주조 시 강의 품질 제어 방법.
   관계식 4
   

   

   
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 기준값은 '2' 인 연속주조 시 강의 품질 제어 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 공정인자는, 주조폭, 주조속도, 용강 토출량 및 용강 과열도 중 선택된 어느 하나 이상인 연속주조 시 강의 품질 제어 방법.

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