KR20130099334A - 고품질 주편 제조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탕면레벨의 침지노즐의 개재물 부착위치를 감지하고, 이에 대응하여 고품질 주편을 제조하는 고품질 주편 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 몰드 내의 좌측 및 우측 탕면 레벨을 측정하는 단계, 및 상기 좌측 탕면 레벨 및 우측 탕면 레벨 중 어느 일측 탕면 레벨이 타측 탕면 레벨보다 설정된 기준값 이상 높으면 양측 탕면의 레벨이 설정된 기준값 미만일 때까지 탕면 레벨이 높은 측으로 스톱퍼를 이동시키는 단계를 포함하는 고품질 주편 제조장치 및 방법을 제공한다.

Description

고품질 주편 제조장치 및 방법{METHOD FOR PRODUCING HIGH QUALITY SLAB}

본 발명은 고품질 주편 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탕면레벨의 침지노즐의 개재물 부착위치를 감지하고, 이에 대응하여 고품질 주편을 제조하는 고품질 주편 제조장치 및 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 및상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.

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

관련된 선행기술로는 한국특허공개 제2010-0074482호(공개일: 2010. 07. 02, 명칭: 주편의 표면품질 향상방법)가 있다.

본 발명은 탕면레벨의 차이를 이용하여 침지노즐의 개재물 부착 위치를 판단하고, 막힌 침지노즐의 토출구 반대방향으로 스톱퍼를 이동시켜 탕면레벨을 일정하게 유지시켜 고품질 주편 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.

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

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고품질 주편 제조장치는, 몰드의 좌측 탕면 상부에 설치되어 용강의 좌측 탕면 레벨을 측정하는 좌측 레벨 측정수단; 상기 몰드의 우측 탕면 상부에 설치되어 용강의 우측 탕면 레벨을 측정하는 우측 레벨 측정수단; 상기 좌측 탕면 레벨 및 상기 우측 탕면 레벨의 차이를 이용하여 침지 노즐의 개재물 개재로 인한 막힘 방향을 예측하는 제어수단; 및 상기 제어수단이 예측한 침지노즐의 막힘 방향의 반대방향으로 스톱퍼를 이동시키는 스톱퍼 구동부;를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 좌측 레벨 측정수단 및 우측 레벨 측정수단은 상기 침지 노즐을 기준으로 좌우 대칭되어 설치될 수 있다.

또한, 상기 스톱퍼 구동부는 상기 스톱퍼를 수평으로 이동시킬 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 고품질 주편 제조방법은 몰드 내의 좌측 탕면레벨 및 우측 탕면 레벨을 각각 측정하는 단계; 및 상기에서 측정된 좌측 탕면 레벨 및 우측 탕면 레벨의 차에 대한 절대값이 설정된 기준값 이상이면 양측 탕면의 레벨이 상기 기준값 미만이될 때까지 탕면 레벨이 높은 측으로 스톱퍼를 이동시키는 단계;를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 스톱퍼를 이동시키는 단계에서 상기 스톱퍼는 설정된 이동단위만큼 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 기준값은 ±5mm일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 개재물이 부착된 침지노즐의 토출구를 파악하여 스톱퍼의 위치를 조절함으로써 용강의 유동을 일정하게 유지하여 고품질 주편을 제조하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 몰드 및 그와 인접한 부분에서의 용강의 분포형태를 보인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고품질 주편 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고품질 주편 제조장치의 스톱퍼 위치에 따른 토출류 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고품질 주편 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

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 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.

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

연속주조기는 도시된 바와 같이, 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

래들(Ladle, 10)은 정련공정을 통해 강 성분함량이 조성된 용강이 수용되어 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(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.

몰드(30)는 몰드에서 뽑아낸 연주주편이 일정 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 오실레이션(oscillation, 왕복운동)되며, 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 파우더(Powder)와 같은 윤활제가 이용된다. 파우더는 몰드 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘의 윤활뿐만 아니라 몰드 내 용융금속의 산화/질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다.

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.

연속적으로 생산되는 연주주편은 소정의 절단기(미 도시됨)에 의해 일정한 크기로 절단된다.

즉, 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. 쉬라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화/질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드 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.

몰드 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)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 일 지점(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.

이와 같이 연주주조기를 통해 만들어진 주편은 몰드 내 용강 유동 불균일이 발생하게 되면 탕면변동을 초래하여 탕면 상부에 도포된 몰드 파우더 슬래그가 용강 내로 유입되어 주편의 품질을 좌우할 수 있다.

도 2를 참조하면, 침지노즐(25)의 단부측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구(25a)들이 형성된다. 몰드(30) 및 침지노즐(25)등의 형태는 중심선(C)을 기준으로 대칭되는 것으로 가정하여, 본도면에서는 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(미도시)로부터 공급된 파우더에 의해 파우더층(51)이형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층(소결층이 미응고 용강(82)에더 가깝게 형성됨)을 포함할 수있다. 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)의온도를 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)에붙지 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)의오실레이션에 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)은두꺼워지다가 일부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고품질 주편 제조장치를 나타낸 도면으로써, 고품질 주편 제조장치(100)는 좌측 레벨 측정수단(110), 우측 레벨 측정수단(120), 제어수단(130), 및 스톱퍼 구동부(140)를 포함한다.

좌측 레벨 측정수단(110)은 몰드의 좌측 탕면 상부에 설치되어 용강의 좌측 탕면 레벨을 측정한다.

우측 레벨 측정수단(120)은 상기 몰드의 우측 탕면 상부에 설치되어 용강의 우측 탕면 레벨을 측정한다.

좌측 레벨 측정수단(110) 및 우측 레벨 측정수단(120)은 침지노즐(25)을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 설치함이 바람직하다. 이때, 단변부 방향으로 형성된 침지노즐(25)의 토출구(25a)에서 토출되는 용강(M)에 의해 용강(M)이 유동하는 궤적이 도 2와 같이 나타나는 바, 침지노즐(25)의 토출구(25a)로 토출되는 용강(M)이 토출되는 토출 속도에 따라 몰드(30)의 중앙부와 단변부의 변동이 일어나고, 몰드(30)의 중앙부와 단변부의 탕면 레벨의 편차가 발생되므로 침지노즐(25)을 기준으로 양측의 레벨 측정수단(110, 120)이 대칭됨이 바람직하다.

제어수단(130)은 좌측 레벨 측정수단(110)이 측정한 좌측 탕면 레벨 및 우측 레벨 측정수단(120)이 측정한 우측 탕면레벨의 차이를 이용하여 침지노즐(25)의 개재물 개재로 인한 막힘 방향을 예측한다.

스톱퍼 구동부(140)는 제어수단(130)이 예측한 침지노즐의 막힘 방향의 반대방향으로 스톱퍼(21)를 이동시킨다. 이때, 스톱퍼 구동부(140)는 스톱퍼(21)를 수평으로 이동시키면서, 침지노즐(25)을 기준으로 좌우로 이동된다. 이때, 스톱퍼 구동부(140)는 실린더를 포함한다. 즉, 실리더 구조로 형성되어 연장되어 형성된 스톱퍼(21)의 위치를 이동시킬 수 있다.

스톱퍼(21)의 편심에 따라 침지노즐(25)에 형성된 토출구로 토출되는 용강의 토출량을 조절할 수 있다.

예를 들어 도 4와 같이, 스톱퍼(21)가 좌측으로 이동되어 좌편심이 되면, 침지노즐(25)의 우측 토출구의 토출양이 증가하고, 스톱퍼(21)가 우측으로 이동되어 우편심이 되면, 침지노즐(25)의 좌측 토출구의 토출양이 증가한다.

스톱퍼(21)가 중앙에 위치하면 침지노즐의 좌우 토출양이 동일한 것은 자명하나, 침지노즐(25)의 개재된 개재물에 따라 차이가 있을 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 침지노즐(25)에 개재된 개재물에 따라 좌우측 토출구에 토출되는 용강의 토출양이 차이가 발생이 되는 경우 편류가 발생되는 현상을 막기 위해 스톱퍼(21)를 이동시켜 좌우측에 토출되는 토출량을 일정하게 유지시킨다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 고품질 주편 제조방법은 도 5와 같다.

먼저, 좌측 레벨 측정수단(110) 및 우측 레벨 측정수단(120)이 몰드 내의 좌측 탕면 레벨 및 우측 탕면 레벨을 각각 측정한다(S10).

이어서, 제어수단(130)은 좌측 레벨 측정수단(110)및 우측 레벨 측정수단(120)에서 측정된 좌측 탕면 레벨 및 우측 탕면 레벨의 차가 양수이면서(S20), 그 차가 기준값 이상인지를 판단한다(S30). 이때, 좌측 탕면레벨 및 우측 탕면레벨의 차가 양수로 나타나는 경우, 좌측 탕면레벨이 우측 탕면레벨보다 높음을 알 수 있으며, 탕면레벨이 높은측의 토출양이 많은 상태라고 할 수 있다.

이어서, 스톱퍼 구동수단(140)은 몰드의 좌측과 우측 탕면레벨의 차가 기준값 이상인 경우 스톱퍼(21)를 설정된 이동단위만큼 좌측으로 이동시킨다(S40).

마지막으로, 스톱퍼(21)를 이동단위만큼 이동한 후, 다시 좌측과 우측 탕면레벨의 차가 기준값 이상인지를 판단하여(S50), 이상이면 스톱퍼(21)를 설정된 이동단위만큼 좌측으로 이동시키는 동작을 반복하고(S40), 좌측과 우측 탕면레벨의 차가 기준값 미만인 경우 스톱퍼(21)의 이동을 중지시킨다(S60).

여기서, 제어수단(130)이 전달받은 좌측 탕면 레벨 및 우측 탕면 레벨의 차가 음수이면서, 그 차가 기준값 이하인지를 판단한다(S31).

또한, 스톱퍼 구동수단(140)은 몰드의 좌측과 우측 탕면레벨의 차가 기준값 이하인 경우 스톱퍼(21)를 설정된 이동단위만큼 우측으로 이동시킨다(S41). 이때, 스톱퍼가 이동되는 이동단위는 약 1mm정도이다. 이는 침지노즐(25)의 규모에 따라 다르게 적용될 수 있다.

또한, 상기 스톱퍼(21)를 이동단위만큼 이동한 후, 다시 좌측과 우측 탕면레벨의 차가 기준값 이하인지를 판단하여(S51), 이하이면 스톱퍼(21)를 설정된 이동단위만큼 우측으로 이동시키는 동작을 반복하고(S41), 좌측과 우측 탕면레벨의 차가 기준값 초과인 경우 스톱퍼(21)의 이동을 중지시킨다(S61).

이때, 본 발명의 실시예에서 이동되는 스톱퍼(21)의 이동단위는 약 1mm정도 임이 바람직하고, 본 발명의 실시예에 따른 기준값은 ±5mm정도임이 바람직하다.

그 이유는 탕면 레벨의 차가 5mm이상 발생할 경우에 편류가 발생됨을 판단하기 때문이다.

따라서, 좌측 탕면레벨 및 우측 탕면레벨의 차이로 침지노즐에 개재된 개재물로 인한 불균형으로 발생되는 품지 저하를 개선할 수 있다.

상기와 같은 고품질 주편 제조장치 및 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 20: 턴디쉬
21: 스톱퍼 25: 침지노즐
30: 몰드 51: 파우더층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
90: 절단기 91: 절단 지점
110: 좌측 레벨 측정수단 120: 우측 레벨 측정수단
130: 제어수단 140: 스톱퍼 구동부

Claims (6)

1. 몰드의 좌측 탕면 상부에 설치되어 용강의 좌측 탕면 레벨을 측정하는 좌측 레벨 측정수단;
   상기 몰드의 우측 탕면 상부에 설치되어 용강의 우측 탕면 레벨을 측정하는 우측 레벨 측정수단;
   상기 좌측 탕면 레벨 및 상기 우측 탕면 레벨의 차이를 이용하여 침지 노즐의 개재물 개재로 인한 막힘 방향을 예측하는 제어수단; 및
   상기 제어수단이 예측한 침지노즐의 막힘 방향의 반대방향으로 스톱퍼를 이동시키는 스톱퍼 구동부;를 포함하는 고품질 주편 제조장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 좌측 레벨 측정수단 및 우측 레벨 측정수단은 상기 침지 노즐을 기준으로 좌우 대칭되어 설치되는 고품질 주편 제조장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스톱퍼 구동부는 상기 스톱퍼를 수평으로 이동시키는 고품질 주편 제조장치.
   
4. 몰드 내의 좌측 탕면레벨 및 우측 탕면 레벨을 각각 측정하는 단계; 및
   상기에서 측정된 좌측 탕면 레벨 및 우측 탕면 레벨의 차에 대한 절대값이 설정된 기준값 이상이면 양측 탕면의 레벨이 상기 기준값 미만이될 때까지 탕면 레벨이 높은 측으로 스톱퍼를 이동시키는 단계;를 포함하는 고품질 주편 제조방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 스톱퍼를 이동시키는 단계에서 상기 스톱퍼는 설정된 이동단위만큼 이동시키는 고품질 주편 제조방법.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 기준값은 ± 5mm인 고품질 주편 제조방법.
   

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