KR20140055350A - 턴디쉬 - Google Patents

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KR20140055350A
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KR1020120122037A
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홍용의
기웅간
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 극저 탄소 Al 단독 탈산 강 주조 시 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물과 반응하여 저융점 화합물이 생성되게 하는 코팅층을 도포하여 형성함으로써, 연속 주조 공정 중에 알루미나 개재물을 용이하게 부상 분리시켜 고청정강을 제조할 수 있게 하는 턴디쉬에 관한 것으로, 외형을 이루며 상부가 개방된 용기 형상을 갖는 철피; 철피의 내부의 바닥면과 내벽면에 축조되는 영구장 및 준영구장으로 이루어진 내화물층; 준영구장의 내측에 도포되며 연속 주조 완료 후 잔탕 제거를 용이하게 하는 제 1 코팅부와, 제 1 코팅부의 내측에 도포되며 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물과 반응하여 저융점 화합물이 생성되게 하여 알루미나(Al2O3) 개재물이 부상 분리되게 하는 제 2 코팅부로 이루어진 고팅층;을 포함한다.

Description

턴디쉬{TUNDISH}
본 발명은 턴디쉬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극저 탄소 Al 단독 탈산 강 주조 시 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물을 연속 주조 공정에서 용이하게 부상 분리시켜 고청정강을 제조할 수 있게 하는 턴디쉬에 관한 것이다.
일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(tundish)에 받았다가 연속 주조기용 주형(Mold)로 공급하여 일정한 크기의 슬래브, 블룸, 빌릿 등과 같은 주편을 생산하는 설비이다.
다시 말해, 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물로 형성하는 주형과, 상기 주형에 연결되어 주형에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.
여기서 턴디쉬(tundish)는 용강을 일시 저장하고 용강을 몰드로 분배하는 기능을 수행한다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 제 2010-0035821 호(공개일자: 2010. 04. 07, 명칭: "턴디쉬")가 있다.
본 발명은 극저 탄소 Al 단독 탈산 강 주조 시 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물과 반응하여 저융점 화합물이 생성되게 하는 코팅층을 도포하여 형성함으로써, 연속 주조 공정 중에 알루미나 개재물을 용이하게 부상 분리시켜 고청정강을 제조할 수 있게 하는 턴디쉬를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 턴디쉬는, 외형을 이루며 상부가 개방된 용기 형상을 갖는 철피; 철피의 내부의 바닥면과 내벽면에 축조되는 영구장 및 준영구장으로 이루어진 내화물층; 준영구장의 내측에 도포되며 연속 주조 완료 후 잔탕 제거를 용이하게 하는 제 1 코팅부와, 제 1 코팅부의 내측에 도포되며 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물과 반응하여 저융점 화합물이 생성되게 하여 알루미나(Al2O3) 개재물이 부상 분리되게 하는 제 2 코팅부로 이루어진 고팅층;을 포함할 수 있다.
구체적으로 제 2 코팅부는, 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 캐스타블일 수 있다.
구체적으로 제 1 코팅부는, 마그네시아(MgO)를 주성분으로 하는 캐스타블일 수 있다.
구체적으로 코팅층은, 내화물층의 표면에서 20~30㎜의 두께로 형성될 수 있다.
더 구체적으로 제 1 코팅부는 5㎜ 이상의 두께로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 턴디쉬는, 제 2 코팅부에서 용출되는 생석회(CaO)와 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물이 반응하여 CaO-Al2O3계열의 저융점 화합물을 생성함으로써, 연속 주조 공정 중에 개재물을 용이하게 부상 분리시킬 수 있어 고청정강을 제조할 수 있게 하는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 턴디쉬는, 개재물을 용이하게 부상 분리시킴으로써, 침지노즐의 막힘 현상을 현저히 개선할 수 있을 뿐만 아니라 용강 내 개재물의 총량을 감소시킬 수 있어 주편 결함을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 연속주조기를 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 2는 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 턴디쉬의 내부를 나타낸 사시도이며, 그리고
도 4는 도 3의 "A"부분을 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 본 발명에 관련된 연속주조기를 개략적으로 나타낸 도면으로, 연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(剛塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브, 블룸, 빌릿과 같은 중간소재를 제조하는데 이용된다.
연속주조기의 형태는 수직형, 수직굴곡형, 수직축차굴곡형, 만곡형, 수평형 등으로 분류되며, 도 1 및 도 2에서는 만곡형 연속주조기가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20), 주형(30), 2차 냉각대, 핀치롤(70), 및 절단기(90)를 포함한다.
턴디쉬(Tundish; 20)는 래들(Laddle; 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold; 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되며, 교대로 용강(M; 도 2 참조)을 받아서 턴디쉬(20)에 공급한다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.
주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬래브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류, 주조 속도 등에 의해 달라진다.
주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물의 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell; 81, 도 2참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 형성하는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.
주형(30)은 용강(M)이 주형(30)의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation; 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)를 사용한다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화, 질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.
2차 냉각대는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강(M)을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강(M)은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 지지롤(60) 및 스프레이(65)를 포함하는 2차 냉각대에 의해 이루어진다.
핀치롤(70)은 인발장치(引拔裝置)로서, 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강(M)의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강(M)이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.
절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.
하기에는 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명한다.
도 2를 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 슈라우드 노즐(Shroud nozzle; 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화, 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강(M)에 잠기도록 연장된다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.
턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle; 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 주형(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 이동 가능하게 배치된다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.
주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤(70; 도 1참조)이 완전히 응고된 스트랜드(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 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬래브, 블룸, 빌릿 등과 같은 주편(P)으로 나눠진다.
한편, 고청정강을 제조하기 위해서는 강중에 존재하는 개재물의 제거가 매우 중요한데, 특히 자동차용 강판 등과 같은 극저 탄소 Al 단독 탈산 강에는 알루미나(Al2O3) 개재물 총량이 타 강종에 비해 많기 때문에 고청정강을 제조하기 위해서는 반드시 개재물의 제거가 요구되는 실정이다. 이러한 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물로 인해 연속 주조 중 침지노즐 막힘 현상이 발생하고, 또한 생산되어 나오는 주편에 결함이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 연속 주조 공정에서 알루미나(Al2O3) 개재물을 제거할 수 있는 턴디쉬(100)를 제공하려는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 턴디쉬의 내부를 나타낸 사시도로서, 본 발명에 따른 턴디수(100)는 누구나 알 수 있듯이 용강을 임시 저장하여 주형(도시되지 않음)으로 공급한다. 즉 턴디쉬(100)는 용강을 담을 수 있는 상부가 개방된 용기 형상을 가진다.
이와 같은 본 발명에 따른 턴디쉬(100)는, 외형을 이루며 상부가 개방된 용기 형상을 갖는 철피(110)와, 철피(110)의 내부의 바닥면과 내벽면에 밀착되도록 소정의 두께로 축조되는 내화물층(120)과, 내화물층(120)에 용강이 직접 접촉되지 않도록 내화물층(120) 내부의 바닥면과 내벽면에 도포되는 코팅층(130)을 포함한다. 바람직하게는 철피(110)와 내화물층(120) 사이에는 단열보드(도시되지 않음)가 구비될 수 있다.
내화물층(120)은 누구나 알 수 있듯이 철피(110) 측으로 전달되는 열을 차단하기 위한 것으로, 내화물층(120)은 내열성이 우수한 재질로 형성된다. 즉 내화물층(120)은 고온에 견딜 수 있는 물질, 예를 들면 1,000℃ 이상의 고온에서 연화(軟化)되지 않고 강도를 충분히 유지하면서 화학적 작용 등에도 견딜 수 있는 재질로 이루어진다. 이와 같은 내화물층(120)은 도시된 바와 같이 철피(110)의 바닥면과 내벽면 상에 순차적으로 축조되는 영구장(122; Permanent lining), 및 준영구장(124; Working lining)으로 이루어진다.
한편, 코팅층(130)은 준영구장(124)의 내측에 도포되는 제 1 코팅부(132)와, 제 1 코팅부(132)의 내측에 도포되는 제 2 코팅부(134)로 이루어진다.
여기서 제 1 코팅부(132)는 마그네시아(MgO)를 주성분으로 하는 캐스타블(Castable)을 물과 함께 혼합하고, 이를 통상의 스프레이건 등을 이용하여 도포한 후, 양생시킴으로써 형성되고, 마찬가지로 제 2 코팅부(134)는 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 캐스타블(Castable)을 물과 함께 혼합하고, 이를 통상의 스프레이건 등을 이용하여 도포한 후, 양생시킴으로써 형성된다.
이때 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 제 2 코팅부(134)는 극저 탄소 Al 단독 탈산 강 주조 시 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물과 반응하여 CaO-Al2O3계열의 저융점 화합물을 생성한다. 이렇게 생성된 CaO-Al2O3계열의 저융점 화합물은 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물에 비해 비중이 낮아 슬래그 측으로 부상 분리되고 용강의 재산화를 방지하여 고청정강을 제조할 수 있게 한다.
그리고 마그네시아(MgO)를 주성분으로 하는 제 1 코팅부(132)는 연속 주조 완료 후 턴디쉬(100)의 내의 잔탕 제거가 용이하게 하기 위한 것으로, 제 1 코팅부(132)는 잔탕 제거 시 내화물층(120)에서 박리된다. 즉 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 제 2 코팅부(134)는 내화물층(120)과의 열팽창율 차이가 작아서 주조 완료 후 용이하게 박리되지 않아 잔탕 제거가 용이하지 못하기 때문에 내화물층(120)과 열팽창율 차이가 큰 제 1 코팅부(132)를 제 2 코팅부(134)와 내화물층(120) 사이에 형성함으로써 제 1 코팅부(132)를 용이하게 박리시킬 수 있으며, 이로 인해 잔탕을 용이하게 제거할 수 있다.
한편, 코팅층(130)은 내화물층(120)의 표면에서 20~30㎜의 두께(T)로 형성되는데, 이때 제 1 코팅부(132)는 5㎜ 이상의 두께(t1)로 형성된다. 따라서 제 2 코팅부(132)의 두께(t2)는 제 1 코팅부(132)의 두께(t1)에 의해 가변된다.
여기서 코팅층(130)의 두께(T)를 20㎜ 미만으로 형성하면 제 2 코팅부(134)의 두께(t2)가 상대적으로 얇아지기 때문에 연속 주조 공정 중에 제 2 코팅부(134)가 완전히 소실될 수 있고, 코팅층(130)의 두께(T)가 30㎜ 초과하게 되면 턴디쉬(100)의 용적이 작아질 뿐만 아니라 코팅층(130) 형성에 따른 비용이 증가하기 때문에 경제적으로 타당성이 떨어진다.
그리고 제 1 코팅층(132)의 두께(t1)를 5㎜ 미만으로 형성하면 제 1 코팅층(132) 형성에 따른 비용을 절감할 수 있으나, 제 1 코팅층(132)과 준영구장(124)의 열팽창율의 차이를 기대할 수 없어 연속 주조 공정 완료 후 잔탕 제거 시 제 1 코팅층(132)이 준영구장(124)에서 용이하게 박리되지 못하는 문제가 있다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 턴디쉬(100)는 제 2 코팅부(134)에서 용출되는 생석회(CaO)와 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물이 반응하여 CaO-Al2O3계열의 저융점 화합물을 생성함으로써, 용이하게 개재물을 부상 분리시킬 수 있으며, 이렇게 개재물을 용이하게 부상 분리시킴으로써, 침지노즐의 막힘 현상을 현저히 개선할 수 있을 뿐만 아니라 용강 내 개재물의 총량을 감소시킬 수 있어 주편 결함을 방지할 수 있다.
상기와 같은 턴디쉬(100)는 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.
100 : 턴디쉬 110 : 철피
120 : 내화물층 122 : 영구장
124 : 준영구장 130 : 코팅층
132 : 제 1 코팅부 134 : 제 2 코팅부

Claims (5)

  1. 외형을 이루며 상부가 개방된 용기 형상을 갖는 철피;
    상기 철피의 내부의 바닥면과 내벽면에 축조되는 영구장 및 준영구장으로 이루어진 내화물층;
    상기 준영구장의 내측에 도포되며 연속 주조 완료 후 잔탕 제거를 용이하게 하는 제 1 코팅부와, 상기 제 1 코팅부의 내측에 도포되며 용강 중의 알루미나(Al2O3) 개재물과 반응하여 저융점 화합물이 생성되게 하여 상기 알루미나(Al2O3) 개재물이 부상 분리되게 하는 제 2 코팅부로 이루어진 고팅층;을 포함하는 턴디쉬.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 코팅부는,
    생석회(CaO)를 주성분으로 하는 캐스타블인 턴디쉬.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제 1 코팅부는,
    마그네시아(MgO)를 주성분으로 하는 캐스타블인 턴디쉬.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅층은,
    상기 내화물층의 표면에서 20~30㎜의 두께로 형성되는 턴디쉬.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 코팅부는 5㎜ 이상의 두께로 형성되는 턴디쉬.
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