KR20140147883A - 주편의 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

주편을 연속 주조하는 방법으로서, 주편의 압하가 가능하고, 또한 주형으로부터 주편을 따르면서 연직 방향으로 이동이 가능한 롤을 구비한 가동 롤 압하 장치를 이용하여 주편의 인발을 완료한 후, 상기 롤을, 정지한 주편을 따라서 연직 방향으로 이동하면서 압하하는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법. 상기 롤의, 주편을 압하하면서의 이동 방향이 연직 방향 상향이여도 된다. 또, 주편의 횡단면이 원형이어도 된다. 이 연속 주조 방법에 의해, 낮은 설비 비용으로 또한 표면 품질의 저하를 초래하지 않고, 단면적의 크기에 상관없이, 주편의 중심부에 있어서의 보이드 및 기공, 및 주편 상부의 수축공이나 보이드를 저감할 수 있다.

Description

주편의 연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING METHOD FOR SLAB}

본 발명은, 한 쌍의 롤을 이용하여 주편을 압하함으로써, 내부 결함인 보이드, 기공(porosity) 및 수축공(shrinkage cavity)의 발생을 저감시키는 주편의 연속 주조 방법에 관한 것이며, 특히 이동 가능한 롤을 이용하는 연속 주조 방법에 관한 것이다.

현재, 강의 제조에 있어서는, 연속 주조법에 의해 주편을 주조하고, 최종 제품을 위해, 그 주편에 분괴 압연, 압연 등이 가공을 하는 것이 일반적이다. 그러나, 최종 제품으로서 예를 들면, 보일러 탱크나 대형의 금형 소재와 같이 단면이 큰 대형 소재는, 소 로트인 것과, 대(大)단면의 주편을 필요로 하므로, 대형 소재에 이용하는 주편은, 연속 주조가 아니라 주형에 용강을 흘려 넣어 응고시켜, 대형 잉곳으로 하여 주조하고 있는 것이 현상황이다. 이하, 이 수법을 「잉곳법」이라고 한다.

소 로트라 할지라도, 잉곳법으로 대형 잉곳을 주조하는 것은, 연속 주조법에 비해 현격히 능률이 낮고, 또, 잉곳 상부의 압탕의 필요성, 또는 탕도, 급탕관으로의 용강의 잔존 등을 고려하면 수율이 매우 나쁘다. 또한, 여기서 말하는 압탕이란, 잉곳을 주조할 때 용강의 응고 수축에 의한 수축공이나 수축 균열의 발생을 방지하기 위해서, 응고 수축분의 용강을 보급하는 것이다.

또, 대단면의 주편을 연속 주조법에 따라 주조한 경우, 주편의 중심부에 발생하는 보이드, 기포 결함인 기공, 및 편석이 커지기 쉽다. 여기서 말하는 보이드란, 합금 슬라브를 주조하는 경우에 슬라브의 중심부에 발생하는 공동(空洞) 결함이다. 또, 주조 종료시에는, 주형 내로의 용강의 공급 정지 후, 주편의 메니스커스(탕면)로부터 그 주조 방향 하류측 부분에 걸쳐서, 응고 수축에 의해서, 통상의 잉곳법에서 보여지는 큰 수축공이 발생한다. 이들 내부 결함 등은, 제품의 수율을 악화시킬뿐만 아니라, 경우에 따라서는 최종 제품에 잔존하여 제품 결함의 요인이 된다.

내부 품질이 양호한 대단면의 주편의 제조 방법으로서, 특허 문헌 1에는, 극후 편평 주괴 등의, 두께의 점에서 종래의 연속 주조기로는 주조가 곤란한 대형 강괴를 제조하기 위한 반연속 주조에 있어서, 상측 확대 테이퍼의 주형을 이용하는 것이 제안되고 있다. 또, 이 문헌에는, 강괴 탑(상부)의 메니스커스를 전기적 방법으로 가열함으로써 강괴의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다고 기재되어 있다.

특허 문헌 2에는, 주편의 연속 주조에 있어서, 주편의 형상을 양측면이 상방을 향해 점차 확대되는 테이퍼형상으로 함으로써, 보이드나 기공 등의 내부 결함의 발생을 경감할 수 있다고 기재되어 있다.

한편, 주편의 연속 주조에 있어서 기공이나 편석 등의 내부 결함을 저감하기 위해서, 응고 말기에 주편의 표면을 압하하는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 3에는, 주편을 미응고 압하하는 방법이 기재되어 있다.

특허 문헌 1 및 2에 기재된 기술과 같이 테이퍼형상의 주형을 이용하는 것이나 주편의 형상을 테이퍼형상으로 함으로써, 종래의 압탕의 역할을 다소나마 보완할 수 있다. 그러나, 이들 방법은, 주조 방법이 복잡하고, 설비 비용이 높은 것에 비해서, 보이드 및 기공의 억제 효과는 한정적이며, 주편의 단면이 커짐에 따라 그 효과는 작아진다. 또, 주편 상부의 메니스커스를 가열하는 방법은, 주편 길이가 길면 주편의 중앙부까지 내부 품질을 향상시키는 효과는 얻지 못해, 설비면에서 고가이고, 에너지면에서도 비경제적이므로, 그다지 유효한 방법이라고는 할 수 없다.

이에 대해, 통상의 연속 주조기에 있어서의 연속 주조와 같이, 주편을 롤 등으로 표면에서부터 압하하여, 내부의 기공을 그 생성 단계에서 찌그러뜨리는 방법(인라인 압하법)은, 결정적이며 매우 유효한 방법이다. 그러나, 이 인라인 압하법을 대단면의 주편의 연속 주조에 채용하는 경우, 이하와 같은 2가지 문제점이 있다.

1번째의 문제점은, 인라인 압하법은, 주편에 발생한 기공을, 주조의 어느 단계에서나 압착해도 되는 것은 아니라, 최적 압하 시기가 있는 것이다. 예를 들면, 기공의 생성 단계에서 주편을 압하한다면, 중심 고상률이 0.5 정도에서부터 완전 응고까지의 응고 말기의 시기가 좋다고 여겨지고 있고, 완전 응고 후이면, 주편의 중심부의 온도가 아직 충분히 높은 응고 직후가 좋다고 여겨지고 있다. 그 때문에, 통상의 연속 주조에서는, 연속 주조기의 출구 근방과 같은 특정 위치에 압하롤 등의 압하 장치를 설치하는 것이 일반적이다.

그런데, 대단면의 주편을 주조하는 경우, 연속 주조기의 출구 근방에 설치한 압하 장치에 의해서, 보이드 및 기공의 압착에 최적인 조건으로 주편을 압하하려면, 주편이 완전히 응고될 때까지의 시간을 확보하기 위해서, 연속 주조기의 길이를 길게 할 필요가 있다. 여기서, 주형 내의 메니스커스로부터 주편의 최종 응고 위치까지의 길이는, 주편의 두께의 2승에 비례한다고 생각할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 두께 300mm인 주편의 경우를 기준이라고 하면, 두께 900mm인 주편에서는 9배의 길이의 연속 주조기가 필요해, 다대한 건설 비용이 필요하다.

한편, 연속 주조기의 길이를 길게 취할 수 없다면, 주편이 완전히 응고될 때까지의 시간을 확보하려면, 주조 속도를 저하시키는 방법을 생각할 수 있다. 최종 응고 위치에서의 주조 속도(주편의 속도)는, 주편의 두께의 2승에 반비례한다고 일반적으로 생각할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 두께 300mm인 주편의 주조 속도가 1m/min인 경우를 기준으로 하면, 두께 900mm인 주편에서는 0.11m/min로 매우 저속의 주조로 해야 한다. 이러한 극저속 주조는, 주형 내의 메니스커스에 있어서의 열공급 부족을 일으켜 메니스커스의 스키닝 응고나, 메니스커스에서의 응고쉘의 수축에 따른 리플형상이 주조 표면에 발생하는 등, 주편의 표면 품질의 대폭적인 저하를 야기한다. 이 표면 품질의 저하를 방지하기 위해서, 플라즈마 가열이나 줄 열에 의한 메니스커스 가열의 병용도 생각할 수 있지만, 상술한 바와 같이 설비 비용이 높고, 에너지면에서 비경제적이다.

두 번째 문제점은, 주편의 단면이 큰 경우에는, 압하의 주편 내부로의 침투가 불충분하고, 보이드나 기공을 충분히 압착할 수 없다는 점이 염려되는 것이다.

일본국 특허 공개 소 62-161445호 일본국 특허 공개 2004-243352호 일본국 특허 공개 2000-288705호

상술한 바와 같이, 종래의 연속 주조에 있어서의, 단면이 큰 주편의 중심부에 있어서의 보이드나 기공, 및 주편 상부의 수축공이나 보이드를 저감하는 방법에는, 설비 비용이나 에너지면, 표면 품질면에서 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 종래 기술에 있어서의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 과제는, 연속 주조에 있어서, 낮은 설비 비용으로 또한 표면 품질의 저하를 초래하지 않고, 단면의 크기에 상관없이, 주편의 중심부에 있어서의 보이드 및 기공, 및 주편 상부의 수축공이나 보이드를 저감하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 연속 주조에 있어서의 주편의 압하 방법에 대해서 검토했다. 그 결과, 주편을 압하하는데, 이동 가능한 롤을 이용함으로써, 주편의 단면의 크기에 상관없이, 보이드, 기공 및 수축공의 압착에 최적인 위치에서의 압하가 가능하게 됨을 지견했다. 이 경우, 특정 위치에 고정한 롤을 이용하는 경우와 같은 연속 주조기의 길이나 주조 속도의 조정을 필요로 하지 않고, 설비 비용은 매우 낮다.

본 발명은, 상기 지견에 의거하여 이루어진 것이며, 그 요지는 하기 (1)~(4)에 나타낸 주편의 연속 주조 방법에 있다.

(1) 주편을 연속 주조하는 방법으로서, 주편의 안내 지지와 압하의 전환이 가능하며, 또한 주형의 하방에서 주편을 따라서 연직 방향으로 이동이 가능한 한 쌍의 롤을 이용하고, 주편의 인발 중에는 이동을 정지한 상태에서 주편을 안내 지지하고, 주편의 인발을 완료한 후에는, 정지한 주편을 연직 방향으로 이동시키면서 압하하는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.

(2) 주편을 압하하면서의 상기 롤의 이동 방향이 연직 방향 상향인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 주편의 연속 주조 방법.

(3) 주편의 횡단면이 원형인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 주편의 연속 주조 방법.

본 발명의 주편의 연속 주조 방법에 의하면, 설비 비용이 낮은 연속 주조기에 의해서, 표면 품질의 저하를 초래하지 않고, 주편의 단면의 크기에 상관없이, 대폭적인 보이드, 기공 및 수축공의 저감이 가능하고, 또한 높은 수율로 주편의 주조가 가능하다.

도 1은, 본 발명의 방법이 적용 가능한 연속 주조기의 구성도이며, 도 1(a)는 정면도, 도 1(b)는 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 연속 주조 방법에 의한 주조 공정을 설명하는 도면이며, 도 2(a)는 주조 개시시점의 상태, 도 2(b)는 주편의 인발중의 상태, 도 2(c)는 인발 완료 후에 가동 롤을 가동 범위의 하단으로 이동시킨 상태, 도 2(d)는 주편을 압하하면서 가동 롤을 상승시키는 상태, 도 2(e)는 압하 완료 상태를 각각 나타낸다.
도 3은, 주편의 미응고 직경에 대한 압하량의 비율(압하량/미응고 직경)과, 결함 면적률의 관계를 나타내는 도면이며, 도 3(a)는 정상부에서의 실적을, 도 3(b)는 주편 상부에서의 실적을 각각 나타낸다.

도 1은, 본 발명의 방법이 적용 가능한 연속 주조기의 구성도이며, 동 도면 (a)는 정면도, 동 도면 (b)는 측면도이다. 동 도면에 나타낸 연속 주조기는 수직형이며, 주편의 주조 방향이 연직 하향이다. 이 연속 주조기는, 용강을 수용하는 레이들(1)과, 레이들(1)로부터 도시하지 않은 침지 노즐을 통해 용강이 공급되는 주형(2)과, 주형(2)으로부터 하방으로 인발한 주편(3)을 압하하는 가동 롤 압하 장치(4)를 구비한다. 주형(2)은, 반분할 주형을 조합한 것이다. 가동 롤 압하 장치(4)는, 한 쌍의 롤(5)과, 롤(5)을 지지하는 프레임(6)을 구비하고, 이 프레임(6)은 롤(5)과 일체로 주형(2)의 하방에서 주편(2)을 따르면서 연직 방향 상하로 이동이 가능하다.

주형(2)의 직하에는, 후술하는 도 2에 나타낸 바와 같이, 서포트 롤군(7)이 배치되어 있고(도 1에는 도시하지 않음), 주편(3)의 응고쉘(3a)의 서포트역을 형성한다. 연속 주조기에는, 적어도 주형(2)의 직하에 있어서, 주형(2)의 길이의 1/4~동등 정도의 영역에서 응고쉘(3a)을 서포트하는 것이 바람직하다. 후술하는 도 2에서는, 서포트역의 길이가 주형(2)의 길이와 동등한 양태를 나타낸다.

롤(5)은, 주편(3)을 안내 지지하는 핀치 롤의 역할과 주편(3)을 압하하는 압하롤의 역할을 겸하도록 양 역할을 전환 가능하게 구성되고, 주편(3)에 접촉하도록 배면으로부터 유압에 의해서 주편 방향으로 눌러진다. 또, 롤(5)은, 유니버설 조인트(8)를 통해 대형 감속기(9)에 접속되어 있으며, 구동 롤로서 동작한다.

프레임(6)은, 연직에 배치된 볼 스크류로 이루어지는 4개의 잭축(10)에 의해서 연직 방향으로 이동 가능하게 지지되고, 잭축(10)의 잭 기구에 의해서 연직 방향 상하로 이동 가능한 구동력도 부여된다.

롤(5)은, 프레임(6)과 일체이므로, 주편(2)을 따르면서 연직 방향 상하로 이동 가능하고, 주편(3)의 압하 위치를 변경하는 것, 및 압하하면서 이동하는 것이 가능하다. 롤(5)의 이동은, 롤(5) 자신을, 주편(3)을 사이에 끼운 상태로 회전시킴으로써 행할 수 있고, 롤(5)의 회전 방향을 변경함으로써 이동 방향을 변경할 수 있다. 또, 롤(5)이 주편(3)과 접촉하지 않는 상태에서는, 잭축(10)의 잭 기구에 의해서 이동할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 연속 주조 방법에 의한 주조 공정을 설명하는 도면이며, 동 도면 (a)는 주조 개시시점의 상태, 동 도면 (b)는 주편의 인발중의 상태, 동 도면 (c)는 인발 완료 후에 가동 롤을 가동 범위의 하단으로 이동시킨 상태, 동 도면 (d)는 주편을 압하하면서 가동 롤을 상승시키는 상태, 동 도면 (e)는 압하 완료 상태를 각각 나타낸다.

도 2를 이용하여 본 발명의 연속 주조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 동 도면 (a)에 나타낸 바와 같이 주편(3)의 주조를 개시하고, 동 도면 (b)에 나타낸 바와 같이 주편(3)을 연속적으로 인발한다. 이 때, 롤(5)은 주형(2)의 직하, 실제로는 서포트 롤군(7)의 직하에 배치하고, 핀치 롤로서 사용된다. 주편(3)을 연속 주조기의 한계까지 인발하면, 주편(3)을 정지시키고 인발을 완료한다. 그 후, 동 도면 (c)에 나타낸 바와 같이 롤(5)을 가동 범위의 최하단까지 이동시킨다. 그 후, 주편(3)의 중심부의 온도 및 응고쉘(3a)의 두께가 압하에 최적인 조건이 될 때까지 대기한다.

주편(3) 상태가 압하에 최적인 조건으로 된 후, 주편(3)의 압하량이 소정의 양이 될 때까지 롤(5)을 주편(3)에 누르고, 인발시와는 반대 방향으로 롤(5)을 회전시켜, 도 2(d)에 나타낸 바와 같이, 주편(3)의 축을 따라 롤(5)을 상승시키면서 주편(3)을 압하한다. 응고쉘(3a)의 내부에 미응고 용강(3b)을 갖는 경우에는, 동 도면 (e)에 나타낸 바와 같이, 주편(3)을 압하하면서 롤(5)을 상승시킴으로서, 미응고 용강(3b)은 상부의 메니스커스 상에 토출된다. 이 토출 용강량은, 주편 압하시의 미응고부의 크기에 따라서도 다른데, 주편의 횡단면이 원형인 경우에는, 다른 형상의 경우에 비해, 그다지 많지는 않고, 주형(2) 내에 수용 가능한 정도이다. 한편, 주편(3)이 내부까지 완전히 응고된 후에, 압하하면서 롤(5)을 상승시키는 경우에는, 당연히 미응고 용강의 토출은 없다.

이와 같이, 가동 롤 압하 장치(4)를 이용하여 주편(3)을 압하함으로써, 주편(3)의 단면의 크기에 상관없고 주편(3) 전체를 효율적으로 압하하고, 보이드, 기공을 압착시킬 수 있다. 주편(3)의 압하는, 연속적으로 행해도 되고, 필요 부분만을 단속적으로 행해도 된다.

주편(3)의 압하 조건의 변경은, 롤(5)의 상승 속도를 변화시킴으로써 가능하다. 예를 들면, 롤(5)의 상승 속도를 주편(3)의 인발 속도와 동일하게 함으로써, 주편(3) 전체에 걸쳐서 동일 조건으로 압하할 수 있다. 이것은, 롤(5)의 압하 상승 개시 후의 시간 경과중에도, 주편(3) 내부의 미응고 용강의 응고가 진행되고, 미응고부는 축소해 나가지만, 롤(5)의 상승 속도를 주편(3)의 인발 속도와 동일하게 함으로써 압하 위치에 대해서는 주조하고 나서 압하될 때까지의 시간이 일정하게 되어, 압하 위치에서의 미응고부의 크기가 거의 일정하게 유지되기 때문이다. 단, 롤(5)의 상승 속도는, 주편(3)의 인발 속도와 동일하게 하지 않아도 된다.

메니스커스 하의 수축공 및 보이드의 발생만을 억제의 대상으로 하는 경우에는, 롤(5)을, 주형(2) 하부 근방의 소정의 위치까지, 주편(3)을 압하시키지 않고 상승시키고, 그 위치에서 상부의 소정 위치까지 롤(5)을 상승시키면서 주편(3)을 압하하면 된다. 반대로, 주형(2) 하부 근방의 소정의 위치보다도 상부의 소정 위치까지, 주편(3)을 압하시키지 않고 상승시키고, 그 위치로부터 주형(2) 하부 근방의 소정의 위치까지 롤(5)을 하강시키면서 주편(3)을 압하해도 된다.

이상과 같은 공정에 의해, 1회의 주편 인발에서부터 압하 상승까지의 공정이 완료되므로, 주편을 반출한 후, 다음 주조는 다시 도 2에 나타낸 공정을 반복하면 된다.

이와 같이, 이동 가능한 롤을 이용함으로써, 동일한 연속 주조기에 의해서, 낮은 설비 비용으로 또한 표면 품질의 저하를 초래하지 않고, 양호한 내부 품질을 갖는 주편을 단면의 크기에 상관없이 주조할 수 있다. 또, 연속 주조이므로, 잉곳법보다도 높은 수율로 주편을 주조할 수 있다.

이상의 설명에서는, 연속 주조 방법으로서 수직형의 연속 주조기를 이용하는 경우에 대해서 설명했는데, 본 발명이 적용 가능한 연속 주조기는 수직형으로 한정되지 않고, 주형 직하로부터 연직 하향으로 주조하는 부분이 있으면, 수직 벤딩형, 원호 만곡형 등의 형식에서도 적용 가능하다.

주조하는 주편은, 횡단면이 원형인 것이 바람직하다. 횡단면이 원형의 주편은, 플랫한 한 쌍의 롤로 압하하면, 주편의 중심부에서 생성되는 보이드, 기공에 대해, 롤 접촉부를 제외한 주위의 응고쉘을 크게 변형시키지 않고, 한 쌍의 롤 접촉부간만의 변형으로 되게 되어, 적은 압하 반력으로 효율적으로 보이드, 기공을 압착시킬 수 있기 때문이다.

또, 가동 롤 압하 장치를 배치하는 경우에는, 종래의 연속 주조기에 설치되어 있던 주편의 서포트 롤군이나 그것을 유지하는 롤러 에이프런은, 이 가동 롤 압하 장치와 기하적으로 간섭하기 때문에, 설치하는 것이 매우 곤란하다. 서포트 롤군을 설치하지 않으면 주편 내부의 미응고 용강의 정압(靜壓)에 응고쉘이 눌리는 것에 따른 주편 벌징의 발생이 우려된다. 그러나, 주편의 횡단면을 원형으로 함으로써, 서포트 롤군을 어느 정도 설치하지 않는 상태에서 응고쉘이 용강 정압을 받아도, 벌징을 발생하기 어렵게 할 수 있다.

주편의 압하는, 주편 내부에 미응고부가 잔존하고 있는 상태에서 행해도 되고, 주편이 완전히 응고한 상태에서 행해도 된다. 주조의 대상으로 하는 강종에 따라, 미응고부가 잔존하고 있는 상태에서 압하하면 주편에 내부 균열이 발생하는 경우가 있고, 이 경우에는 주편이 완전히 응고하고 나서 압하하면 된다. 또, 강종에 따라서는 발생하는 보이드 및 기공이 비교적 크지 않기 때문에, 그 경우에는 완전히 응고하고 나서의 압하에서 보이드 및 기공의 압착은 충분히 행할 수 있다.

실시예

본 발명의 주편의 연속 주조 방법의 효과를 확인하기 위해서, 이하와 같은 주조 시험(예비 시험 및 본시험)을 행했다.

1. 예비 시험

1-1. 시험 조건

주조하는 주편은, 직경 300mm, 길이 1800mm인 소형의 주편으로 하고, 강종은 보이드 및 기공이 증대하기 쉬운 13% Cr강으로 했다. 연속 주조기로서, 상기 도면 1에 나타낸 것을 이용했다. 단, 주편의 응고쉘을 서포트하는 서포트 롤군은 설치하지 않았다. 가동 롤 압하 장치는, 설치된 롤의 직경이 450mm이며, 압하력은 최대 100t, 최대 압하 토크는 50t·m였다. 가동 롤 압하 장치의 압하 상승 속도는 0.8m/min로 하고, 주편 전체 길이의 주조 종료 후, 주편 전체 길이에 걸쳐서 압하했다. 주편의 압하량은, 압하 방향의 주편의 직경의 감소량으로 20~70mm로 했다. 단, 압하에 의해 주편의 단면 형상이 편평하게 되었다.

또, 압하 위치에서의 미응고 부분의 직경(이하 「미응고 직경」이라고 함)은 70mm 또는 110mm로 했다. 이것은, 고상률 0.8에 상당하는 등온선을 고액계면으로서 정의한 경우의 값이다. 고상률이 0.8이 되는 계면의 위치는, 원통 단면의 비정상 1차 전열 응고 해석에 의해서 구했다. 주편 표면의 온도 측정, 열 전대에 의한 주편 내부의 온도 측정, S 등의 트레이서의 첨가에 의한 미응고 직경의 측정의 각 결과와 계산 결과를 대비하여, 해석의 정밀도가 충분함을 확인했다.

1-2. 시험 결과

시험 종료 후, 주편의 중심을 통과하는 종단면이 노출되도록 각 주편을 절단 하고, 절단면을 절삭, 연마한 후, 보이드, 기공 및 수축공의 발생 상황에 대해서 조사했다. 이들 각 결함은, 주편의 단면에 있어서 공극을 나타내고 있으며, 그 정도를 단면 전체의 면적에서 차지하는 공극의 면적의 비율(공극률)로 산출했다. 이 공극률을, 압하를 행한 주편과는 따로 주조한, 롤에 의한 압하를 행하지 않은 주편(이하 「비압하 주편」이라고 함)의 공극률로 나누고, 그 나눈 값을 결함 면적률로 정의하고, 결함의 발생 상황의 지표로 했다. 공극의 면적은, 범용의 화상 사진 해석 소프트를 이용하여 측정했는데, 다른 방법으로 측정해도 된다.

도 3은, 주편의 미응고 직경에 대한 압하량의 비율(압하량/미응고 직경)과 결함 면적률의 관계를 나타내는 도면이며, 동 도면 (a)는 정상부에서의 실적을, 동 도면 (b)는 주편 상부에서의 실적을 각각 나타낸다. 주편 상부란, 비압하 주편에 있어서는 보이드 및 수축공이 발생하는 영역을 말하며, 압하한 주편에 있어서는, 비압하 주편에서 보이드 및 수축공이 발생하는 영역에 상당하는 영역을 말한다. 정상부란, 주편 상부 이외의 주편의 영역을 말한다.

도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 압하량/미응고 직경의 값이 커지면, 보이드 및 기공을 큰 폭으로 저감할 수 있음이 판명되었다. 또, 동 도면 (b)에서는, 주편 상부에서는, 정상부에 비해, 더욱 대폭적인 결함의 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

2. 본 시험

2-1. 주조 조건의 검토

예비 시험의 결과에 의거해, 본 시험으로서 용강 규모를 크게 한 경우에 대해서, 주조 조건의 검토를 행했다. 주조하는 주편은, 직경 800mm, 길이 10m로 하고, 강종은 13% Cr강으로 했다. 이 주편의 주조에 이용하는 용강량을 약 40t로 했다. 이것은, 통상의 잉곳법에 의한 잉곳의 주조(용강량 10t)의 4개분에 상당한다. 통상, 잉곳의 주조에는, 주편 상부에 있어서의 수축공, 및 보이드의 발생 방지를 위해서 압탕이 이용된다. 압탕에 필요한 용강량이, 잉곳 1개당, 그 질량의 10%이므로 4t의 용강이 여분으로 필요하게 된다. 잉곳의 주조 후, 압탕 부분은 잘라버릴 필요가 있기 때문에 그만큼 로스가 발생하는데, 연속 주조법에서는 이 로스는 발생하지 않는다.

연속 주조기로서, 상기 도 1에 나타낸 것을 이용했다. 주형은, 직경 800mm, 길이 800mm의 구리제의 수랭식으로 했다. 주형 직하에는, 서포트 롤군을 설치하고, 서포트 영역의 길이는 800mm로 했다. 가동 롤 압하 장치는, 설치된 롤의 직경을 650mm로 했다. 주편의 냉각은, 비수량 0.2L/kg-steel의 스프레이 냉각으로 했다. 주조 속도는 0.25m/min로서 주편을 인발하고, 주편의 길이가 10m에 도달한 시점에서 인발을 정지했다. 그 이외의 조건은, 상기 예비 시험과 동일하게 했다.

이상의 조건으로의 연속 주조에 대해서 행한 응고 전열 해석에 의하면, 인발 정지시의 주편의 표면 온도는, 주형 내의 메니스커스로부터 주조 방향으로 4m의 개소에서 약 1220℃이며, 10m의 개소에서 약 980℃로 추정되었다. 이 시점에서의 미응고 직경은, 고상률 0.8을 기준으로 하여 메니스커스로부터 4m의 개소에서 약 620mm, 10m의 개소에서 500mm로 추정되었다. 이 해석 결과에 의거하여, 가동 롤 압하 장치에 의한 주편의 압하량을 225mm, 가동 롤 압하 장치의 상승 속도를 0.25m/min로 했다. 이 상승 속도는, 주편의 인발 속도와 같기 때문에, 압하 조건(압하부의 주편의 미응고 직경 및 주편의 표면 온도)은 주편의 전역에 걸쳐서 동일하게 된다.

이 경우에는, 압하 개시시의 압하부에 있어서의 미응고 직경은 약 500mm, 표면 온도는 980℃이다. 미응고 직경 500mm에 대해 압하량이 225mm에서는, 압하량/미응고 직경의 값은 0.45이므로, 예비 시험 결과인 상기 도 3를 보면 결함 면적률은, 정상부에서는 20%, 주편 상부에서는 4.8%로 모두 큰 폭으로 감소한다고 추측된다. 가동 롤 압하 장치에 설치된 롤의 직경이 650mm이며, 주조 대상인 13% Cr강의 변형 저항이 6kgf/mm²이므로, 롤과 주편과의 접촉각이 32°라고 하면, 필요 압하력은 650t가 된다.

2-2. 시험 결과

이상의 조건으로 주조한 주편은, 가동 롤 압하 장치를 설치하지 않는 경우에 비해, 보이드, 기공 및 수축공의 발생이 적고, 내부 품질 및 표면 품질이 양호했다. 또, 잉곳법으로 주조한 동등의 크기한 잉곳에 비해, 높은 수율을 얻을 수 있었다.

본 발명의 주편의 연속 주조 방법에 의하면, 설비 비용이 낮은 연속 주조기에 의해서, 표면 품질의 저하를 초래하지 않고, 주편의 단면의 크기에 상관없이, 대폭적인 보이드, 기공 및 수축공의 저감이 가능하고, 또한 높은 수율로 주편의 주조가 가능하다.

1:레이들
2:주형
3:주편
3a:응고쉘
3b:미응고 용강
4:가동 롤 압하 장치
5:롤쌍
6:프레임
7:서포트 롤군
8:유니버설 조인트
9:대형 감속기
10:잭축

Claims (3)

1. 주편을 연속 주조하는 방법으로서,
   주편의 안내 지지와 압하의 전환이 가능하며, 또한 주형의 하방에서 주편을 따라서 연직 방향으로 이동이 가능한 한 쌍의 롤을 이용하고,
   주편의 인발중에는 이동을 정지한 상태에서 주편을 안내 지지하고,
   주편의 인발을 완료한 후에는, 정지한 주편을 연직 방향으로 이동시키면서 압하하는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   주편을 압하하면서의 상기 롤의 이동 방향이 연직 방향 상향인 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   주편의 횡단면이 원형인 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
   

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