KR20160060293A - 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치 - Google Patents

스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 스테인리스강의 연속 주조 방법은, 몰드에 용강을 하강하여 주편을 제조하되, 상기 몰드에 형성되어 냉각수가 이동하는 경로를 제공하는 채널에 공급되는 공급 냉각수와 상기 채널로부터 배출되는 배출 냉각수의 온도차를 측정하는 온도 측정 단계; 상기 공급 냉각수의 유량을 측정하는 유량 측정 단계; 상기 온도차와 상기 공급 냉각수의 유량을 이용하여 상기 몰드의 일면에 전달되는 열전달량을 산출하는 산출 단계; 및 상기 산출된 열전달량이 기설정된 값을 만족하도록 상기 공급 냉각수의 유량을 조절하는 유량 조절 단계를 포함한다.

Description

스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치{Method and apparatus for continuous casting of stainless steel}
본 발명은 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치에 관한 것이며, 상세하게는 스테인리스강의 표면결함을 효과적으로 방지하는 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치에 관한 것이다.
연속 주조(Continuous casting)는 일정한 형상의 주형에 용강을 연속적으로 주입하고, 주형 내에서 반응고된 주편을 주형의 하측으로 연속적으로 인발하여 여러 가지 형상의 반제품을 제조하는 주조 방식이다.
도 1은 연속 주조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 주편(P) 제조에 사용되는 연속 주조 장치(1)는 래들(11), 턴디쉬(15), 몰드(20), 이송롤(80) 및 냉각수 공급장치(90)를 포함한다. 정련이 완료된 용강은 래들(11)에 공급되며, 래들(11)에 수용된 용강은 쉬라우딩 노즐(13)을 통해 턴디쉬(15)에 공급된다. 쉬라우딩 노즐(13)에 포함된 유압식 또는 전동식 슬라이딩 게이트(G1)에 의해 턴디쉬(15)로 공급되는 용강의 유량이 조절된다. 턴디쉬(15)는 래들(11)과 몰드(20) 사이에서 용강을 임시 저장하는 버퍼 역할을 수행한다.
턴디쉬(15)에 수용된 용강은 침지 노즐(17)의 토출구(19)를 통해 몰드(20)에 공급된다. 도 1에 도시하지는 않았지만, 몰드(20)의 내부에는 채널(22)이 형성되어 냉각수가 공급된다. 채널(22)에는 냉각수라인(25)인 연결되어 채널(22)에 냉각수를 공급하거나, 채널(22)로부터 냉각수가 배출된다. 몰드(20)에 공급된 용강은 몰드(20)에 의해 주편(P)으로 형상화되며, 동시에 주편(P)에 대한 1차 냉각이 진행된다.
몰드(20)에서 형상화되고 1차 냉각된 주편(P)은 이송롤(80)에 의해 이송된다. 일반적으로 주편(P)은 이송롤(80)에 의해 하강하되, 지표면을 기준으로 제1 방향(D1)과 나란하게 수직만곡형 형상을 그리도록 하강한다. 이송롤(80)에 의해 주편(P)이 이송되는 동안, 주편(P)은 냉각수 공급장치(90)로부터 공급되는 냉각수에 의해 2차 냉각된다. 연속 주조 장치(1)에서 생산된 주편(P)은 압연 등의 공정을 거친 후 최종재로 가공된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2007-0068499호(2007.07.02 공개)
본 발명의 목적은 스테인리스강의 표면결함을 효과적으로 방지하는 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스테인리스강의 연속 주조 방법은, 몰드에 용강을 하강하여 주편을 제조하되, 상기 몰드에 형성되어 냉각수가 이동하는 경로를 제공하는 채널에 공급되는 공급 냉각수와 상기 채널로부터 배출되는 배출 냉각수의 온도차를 측정하는 온도 측정 단계; 상기 공급 냉각수의 유량을 측정하는 유량 측정 단계; 상기 온도차와 상기 공급 냉각수의 유량을 이용하여 상기 몰드의 일면에 전달되는 열전달량을 산출하는 산출 단계; 및 상기 산출된 열전달량이 기설정된 값을 만족하도록 상기 공급 냉각수의 유량을 조절하는 유량 조절 단계를 포함한다.
상기 열전달량은 하기의 식 1에 의해 산출될 수 있다.
[식 1]
HF = (△T × Q × ρ × μ) / (A × 106)
여기서, HF: 몰드의 일면에 전달되는 열전달량(MW/m2), △T: 냉각수 온도차(℃), Q: 냉각수 유량(m3/sec), ρ: 냉각수 밀도(kg/m3), μ: 냉각수 비열(J/kg℃), A: 몰드의 일면에 주편이 접촉하는 면적(m2)이다.
상기 기설정된 값은 1.0~1.3 MW/m2일 수 있다.
상기 몰드의 단면은 한 쌍의 장변 및 단변으로 이루어진 직사각형 형상을 가지며, 상기 유량 조절 단계는, 상기 장변에 대응하는 상기 몰드의 제1 면과 상기 단변에 대응하는 상기 몰드의 제2 면의 열전달량비가 0.9~1.1이 되도록 상기 공급 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.
상기 스테인리스강은, 중량 %로, Ni + Cr: 40 % 이상, Mo: 6 ~ 7 %, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스테인리스강의 연속 주조 장치는, 채널이 형성되어 냉각수가 이동하는 경로를 제공하는 몰드; 상기 채널에 공급되는 공급 냉각수와 상기 채널로부터 배출되는 배출 냉각수의 온도차를 측정하는 온도측정부; 상기 채널에 공급되는 공급 냉각수의 유량을 측정하는 유량측정부; 상기 채널에 공급되는 공급 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절부; 및 상기 몰드의 일면에 전달되는 열전달량을 산출하여, 상기 열전달량이 기설정된 값을 만족하도록 상기 유량조절부를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 온도측정부는, 상기 채널에 연결되며, 상기 공급 냉각수의 온도를 측정하여 제1 온도신호를 전송하는 제1 온도센서; 및 상기 채널에 연결되며, 상기 배출 냉각수의 온도를 측정하여 제2 온도신호를 전송하는 제2 온도센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 하기의 식 1에 의하여 상기 열전달량을 산출할 수 있다.
[식 1]
HF = (△T × Q × ρ × μ) / (A × 106)
여기서, HF: 몰드의 일면에 전달되는 열전달량(MW/m2), △T: 냉각수 온도차(℃), Q: 냉각수 유량(m3/sec), ρ: 냉각수 밀도(kg/m3), μ: 냉각수 비열(J/kg℃), A: 몰드의 일면에 주편이 접속하는 면적(m2)이다.
상기 기설정된 값은 1.0 ~ 1.3 MW/m2일 수 있다.
상기 몰드의 단면은 한 쌍의 장변 및 단변으로 이루어진 직사각형 형상을 가지며, 상기 제어부는, 상기 장변에 대응하는 상기 몰드의 제1 면과 상기 단변에 대응하는 상기 몰드의 제2 면의 열전달량비가 0.9 ~ 1.1이 되도록 상기 공급 냉각수의 유량을 제어할 수 있다.
상기 스테인리스강은, 중량 %로, Ni + Cr: 40 % 이상, Mo: 6~7 %, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 스테인리스강의 연속 주조 장치는, 상기 몰드에 용강을 토출하는 토출구가 형성된 침지노즐을 더 포함하며, 상기 토출구는, 0° ~ 상향 5°의 토출각으로 상기 용강을 토출할 수 있다.
상기 스테인리스강의 연속 주조 장치는, 용강을 수용하며 일방향으로 상기 수용된 용강을 공급하는 래들; 상기 래들과 상기 몰드 사이에 배치되며, 상기 래들로부터 공급된 용강을 상기 몰드에 공급하는 턴디쉬; 및 상기 몰드의 하부에 배치되되, 원호형상으로 배열되는 복수의 이송롤을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치는, 몰드에 공급되는 냉각수 유량을 제어하여, 연속 주조에 의해 생산된 스테인리스강 주편의 벌징 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치는, 토출구의 토출각을 0° ~ 상향 5°로 조절하여, 연속 주조에 의해 생산된 스테인리스강 주편 코너부의 시그마상 석출을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치는, 스테인리스강 주편의 벌징 현상 및 코너부의 시그마상 석출을 효과적으로 억제하므로, 스테인리스강 주편의 표면 결함을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치는, 스테인리스강 주편의 표면 결함을 효과적으로 방지하는바, 연속 주조 공정의 생산성이 증대된다.
도 1은 연속 주조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 크랙이 발생한 스테인리스강 주편을 개략적으로 나타낸 사진이다.
도 3은 크랙이 발생한 스테인리스강 주편의 현미경 분석 결과를 나타낸 사진이다.
도 4는 몰드로의 열전달량에 따른 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함 발생 여부를 시험한 결과를 나타내는 표이다.
도 5는 침지 노즐의 토출각에 따른 몰드 안정도 지수 및 코너부 용강온도 지수를 개략적으로 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법의 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강 연속 주조 장치의 몰드측을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 스테인리스강 주편 제조시 측정된 주조시간에 따른 몰드 열전달량을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 9은 도 7의 실시예에 의해 제조된 스테인리스강 주편의 현미경 관찰 사진이다.
본 발명은 스테인리스강의 연속 주조 방법 및 장치에 관한 것으로, 이하에 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
일반적으로 스테인리스강은 내식성 및 내열성을 확보하기 위해 철에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 등과 같은 합금 원소를 합금강을 총칭하는 용어이다. 스테인리스강은 내식성 및 내열성 등의 특성 외에 미려한 표면 특성이 요구되는바, 스테인리스강의 제조시 표면 결함을 제어하는 기술이 요구된다.
일반적으로 제철소에서는 연속 주조에 의해 생산된 주편을 이용하여 소정의 가공공정을 통해 최종재로서의 스테인리스강을 제조한다. 연속 주조에 의해 생산된 주편에 표면 결함이 발생하는 경우, 이는 최종재인 스테인리스강의 표면 결함으로 직결된다. 따라서, 스테인리스강의 표면 결함을 방지하기 위해 연속 주조 공정에서 생산된 주편의 표면 결함 발생을 방지하는 기술이 요구된다.
주편의 표면 결함 발생을 방지하는 기술과 관련하여 일본 공개특허공보 특개2010-269348호(2010.12.2 공개)는 횡단면에 원형, 원형에 가까운 타원형 또는 타원형의 주형 공간이 형성된 몰드를 이용하여 고합금 스테인리스강 주편을 연속주조하는 기술에 대해 개시하고 있다.
일반적으로 제철소의 압연 공장에서는 직사각형 형태의 주편에 대해 압연 공정을 실시하도록 압연 설비가 구비되어 있다. 특개2010-269348호에 따라 제조된 원형, 원형에 가까운 타원형 또는 타원형의 횡단면을 가지는 고합금 스테인리스강 주편의 경우, 일반적으로 압연 공장에서는 직사각형 형태의 주편에 대한 압연 공정을 실시하도록 압연 설비를 구비하는 점에 비추어 볼 때 상용화하기 어려운 기술에 해당한다. 압연 설비는 고합금 스테인리스강 주편 외에 타 강종의 제조에도 이용되는 설비이므로, 이를 원형, 원형에 가까운 타원형 또는 타원형의 횡단면을 가지는 고합금 스테인리스강 주편만을 압연하도록 설계를 변경하는데에는 여러 난점이 존재하기 때문이다.
따라서, 본 발명은 직사각형 또는 정사각형의 단면을 가지되, 표면 결함이 발생하지 않는 스테인리스강 주편을 제조하는 스테인리스강 연속 주조 방법 및 장치를 제공하고자 한다. 특히, 본 발명은 고합금 스테인리스강 주편의 표면결함을 방지하는 스테인리스가 연속 주조 방법 및 장치에 관한 것이다. 여기서 고합금 스테인리스강은 중량%로, Ni + Cr: 40% 이상, Mo: 6~7 %, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강을 의미하나, 반드시 이들 성분 원소 함량에 구속될 것은 아니다.
도 2는 크랙이 발생한 스테인리스강 주편을 개략적으로 나타낸 사진이다.
구체적으로, 도 2의 (a)는 스테인리스강 주편(P)의 표면에 형성된 크랙(C)을 개략적으로 나타낸 사진이며, 도 2의 (b)는 크랙(C)이 발생한 스테인리스강 주편(P)의 단면을 개략적으로 나타내는 사진이다.
도 2에 나타난 바와 같이 주편(P) 표면에 크랙(C)이 발생하는 경우, 크랙(C)이 발생한 주편(P)의 일면이 불거져 나오는 벌징(bulging, B) 현상이 발생함을 알 수 있다. 주편(P)에 크랙(C) 및 벌징(B) 현상이 발생하는 원인을 파악하기 위하여 크랙(C)이 발생한 주편(P) 표층부의 응고조직을 현미경을 이용하여 확인하였다.
도 3은 크랙이 발생한 스테인리스강 주편의 현미경 분석 결과를 나타낸 사진이다.
구체적으로, 도 3의 (a)는 크랙(C)이 발생한 스테인리스강 주편(P)의 표면부를 광학 현미경을 이용하여 관찰 결과이며, 도 3의 (b)는 크랙(C)이 발생한 주편(P) 표면의 전자 현미경 분석 결과이다.
도 3의 (a)에 광학 현미경 관찰 결과에서 나타난 바와 같이, 스테인리스강 주편(P)의 표면으로부터 5 mm 내부의 지점에서 검은색 입자가 다량 석출되는 것을 확인할 수 있다. 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에서 확인된 검은색 입자를 전자 현미경을 이용하여 분석한 결과이며, 검은색 입자는 전형적인 고합금 스테인리스강의 시그마상 조성(Fe-Cr-Mo)을 나타낸다.
고합금 스테인리스강의 시그마상이 과대하게 응고계면에 형성되며, 이 조직은 인성을 상실하여 상대적으로 작은 인장응력에도 크랙이 쉽게 발생하게 된다. 도 2의 (b)에서 확인한 바와 같이 크랙(C)이 발생한 주편에는 벌징(B) 현상이 발생하는바, 벌징(B) 형상에 의한 응력 및 변형에 의해 스테인리스강 주편(P)의 표면부에 형성된 시그마상으로부터 크랙(C)이 성장한 것을 알 수 있다. 따라서, 스테인리스강 주편(P)의 내부에 형성된 시그마상으로부터 주편(P)의 표층으로 크랙(C)이 전파되었다는 것을 알 수 있다.
도 4는 몰드로의 열전달량에 따른 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함 발생 여부를 시험한 결과를 나타내는 표이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 용강으로부터 몰드(20)의 일면에 전달되는 열절달량(HF)이 1.0 MW/m2 미만인 경우 몰드 내의 응고셀 두께가 얇아져서 스테인리스강 주편(P)의 표면에 벌징(B) 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 몰드(20)의 일면에 전달되는 열전달량(HF)이 1.3 MW/m2 을 초과하는 경우, 스테인리스강 주편(P)의 응고 불균일 현상에 따른 디프레션 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함을 방지하기 위해 용강으로부터 몰드(20)의 일면으로 전달되는 열전달량(HF)을 제어하는 것이 필요하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강 연속 주조 방법은 몰드(20)의 일면으로 전달되는 열전달량(HF)을 1.0 ~ 1.3 MW/m2의 범위로 제어하여, 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함을 방지하고자 한다.
용강으로부터 몰드(20)의 일면에 전달되는 열전달량(HF)은 다음의 식 1에 의해 계산할 수 있다.
[식 1]
HF = (△T × Q × ρ × μ) / (A × 106)
여기서, HF: 몰드의 일면에 전달되는 열전달량(MW/m2), △T: 냉각수 온도차(℃), Q: 냉각수 유량(m3/sec), ρ: 냉각수 밀도(kg/m3), μ: 냉각수 비열(J/kg℃), A: 몰드의 일면에 주편이 접속하는 면적(m2)이다.
냉각수 온도 변화량(△T)은 몰드(20)에 형성된 채널(22)로 부터 배출되는 배출 냉각수의 온도(t2)와 채널(22)에 공급되는 공급 냉각수의 온도(t1)의 차를 의미하는바, 하기의 식 2에 의해 냉각수 온도 변화량(△T)을 산출할 수 있다.
[식 2]
△T = t2 - t1
냉각수 밀도(ρ)와 냉각수 비열(μ)은 채널(22)에 공급되는 냉각수의 종류에 따라 결정되는 상수이며, 몰드(20)의 일면에 주편이 접속하는 면적(A)은 연족 주조 장치(1)에 사용되는 몰드(20)의 형상에 따라 결정되는 상수이다.
즉, 몰드(20)에 형성된 채널(22)에 공급되는 냉각수의 유량(Q)에 따라 몰드(20)의 일면에 전달되는 열전달량(HF)을 제어할 수 있으며, 열전달량(HF)이 1.0 ~ 1.3 MW/m2의 범위를 만족하도록 냉각수의 유량(Q)를 제어하여 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함을 방지할 수 있다.
몰드(20)의 단면은 한쌍의 장변 및 단변으로 이루어진 직사각형 형상을 가진다. 따라서 몰드(20)에 의해 형성된 스테인리스강 주편(P)은 직육면체 형상이며, 그 단면은 직사각형 형상이 된다. 스테인리스강 주편(P)의 단면을 기준으로 직사각형 형상의 변의 길이가 긴 쪽을 장변, 변의 길이가 짧은 쪽을 단변이라고 칭하며, 스테인리스강 주편(P)의 장변에 대응하는 몰드(20)의 일면을 제1 면, 스테인리스강 주편(P)의 단변에 대응하는 몰드(20)의 일면을 제 2면이라 칭한다.
스테인리스강 주편(P)의 열전달에 불균형이 발생하는 경우, 열전달이 부족한 쪽으로 열응력이 집중되어 벌징(B) 현상이 발생하게 된다. 따라서, 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함을 방지하기 위해서는 스테인리스강 주편(P) 전체에 균형있는 열전달이 요구된다. 도 4에 도시된 바와 같이 스테인리스강 주편(P)의 단변에 대응하는 몰드(20)의 제1 면과 스테인리스강 주편(P)의 장변에 대응하는 몰드(20)의 제2 면에 전달되는 열전달량(HF)비가 0.9 ~ 1.1 범위를 만족하도록 냉각수의 유량(Q)을 제어하여, 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함을 방지할 수 있다.
도 5는 침지 노즐의 토출각에 따른 몰드 안정도 지수 및 코너부 용강온도 지수를 개략적으로 나타낸 표이다.
스테인리스강 주편(P)의 표면 결함을 방지하기 위해서는, 스테인리스강 주편(P)의 벌징(B) 현상을 억제하는 것 외에 스테인리스강 주편(P) 표면 내부의 시그마상 형성을 억제하는 것이 요구된다. 스테인리스강 주편(P) 코너부는 몰드(20)의 단변 및 장변이 인접하여 2차원으로 냉각이 되므로, 스테인리스강 주편(P)의 다른 부분에 비하여 빠르게 냉각되므로, 스테인리스강 주편(P)의 코너부에서는 스테인리스강 주편(P)의 다른 부분에 비하여 빨리 시그마상이 석출된다. 통상 시그마상은 1000 ~ 1100 ℃에서 형성되기 때문이다.
따라서, 본 발명은 용강의 유동특성을 활용하여 몰드(20) 내의 스테인리스강 주편(P) 코너부의 온도를 확보하도록 한다. 도 5는 침지 노즐(17)에 형성된 토출구(19)의 토출각(θ)에 따른 몰드 안정도 지수 및 코너부 용강온도 지수를 나타낸다. 토출각(θ)은 지평면을 기준으로 용강이 토출되는 각도를 의미한다. 예를 들어, 지평면과 수평인 방향으로 용강이 토출되는 경우 0°, 지평면을 기준으로 상부를 향해 용강이 토출되는 경우 상향, 지평면을 기준으로 하부를 향해 용강이 토출되는 경우 하향이라 칭한다.
몰드 안정도 지수는 몰드(20) 내부의 상부측 용강의 유동 안정성을 나타내는 지수이다. 토출구(19)의 토출각(θ)이 하향을 향하는 경우 토출구(19)로부터 아래쪽을 향하여 용강이 토출되는바, 몰드(20) 내부의 상부측 용강은 토출되는 용강에 의한 영향을 거의 받게 되지 않는다. 따라서, 토출구(19)의 토출각(θ)이 하향을 향할수록 몰드(20) 내부의 상부측 용강은 안정해지며, 몰드 안정도 지수가 높아지게 된다. 반대로, 토출구(19)의 토출각(θ)이 상향을 향하는 경우 토출구(19)로부터 상부를 향해 용강이 토출되는바, 몰드(20) 내부의 상부측 용강은 토출되는 용강에 영향을 받게 된다. 따라서, 토출구(19)의 토출각(θ)이 상향을 향할수록 몰드(20) 내부의 상부측 용강은 불안정해지며, 몰드 안정도 지수가 낮아지게 된다.
코너부 용강온도 지수는 몰드(20) 내부의 코너부측 용강의 온도를 나타내는 지수로서, 몰드(20) 내부의 코너부측 용강의 온도가 높을수록 코너부 용강온도 지수가 높아진다. 침지 노즐(17)을 통해 몰드(20) 내부에 공급되는 용강은 기 토출된 용강에 비해 상대적으로 높은 온도을 가지므로, 침지 노즐(19)에서 토출되는 용강의 토출각(θ)이 상향을 향할수록 몰드 내부의 용강의 열교환, 특히 몰드 내부의 상부측 용강의 열교환이 활발해진다. 따라서, 토출각(θ)이 상향을 향할수록 코너부 용강온도 지수가 상승한다.
도 5에 나타난 바와 같이 몰드 안정도 지수와 코너부 용강온도 지수가 모두 5 이상을 만족하는 토출각(θ)은 수평 0° ~ 상향 5°이다. 따라서, 침지 노즐(17)에 형성된 토출구(19)의 토출각(θ)이 수평 0° ~ 상향 5°인 경우, 스테인리스강 주편(P) 코너부의 시그마상 석출을 효과적으로 억제할 수 있다.
몰드 안정도 지수와 코너부 용강온도 지수는 용강이 토출되는 침적 깊이에도 영향을 받는바, 스테인리스강 주편(P)의 표면 결함 방지를 위해 적절한 침적 깊이를 선택하는 것이 필요하다. 일반적으로 스테인리스강 주편(P)은 주속 0.9 ~ 1.2 m/min의 범위에서 연속 주조되며, 이 경우 침적 깊이는 120 ~ 130 mm 인 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법의 플로우 차트이다.
기동 단계(S100)에서 연속 주조 장치(1)가 가동된다. 온도 측정 단계(S200)에서는 채널(20)에 공급되는 공급 냉각수의 온도(t1)와 채널(20)로부터 배출되는 배출 냉각수의 온도(t2)를 이용하여 온도차(△T)를 측정한다. 유량 측정 단계(S300)에서는 채널(20)에 공급되는 공급 냉각수의 유량을 측정하며, 산출 단계(S400)에서는 온도차(△T) 및 공급 냉각수의 유량을 이용하여 몰드(20)의 일면에 공급되는 열전달량(HF)을 산출한다. 이때 몰드(20)의 일면에 공급되는 열전달량(HF)은 전술한 식 1에 의하여 산출된다.
산출 단계(S400)에서 산출된 몰드(20) 일면에 공급되는 열전달량(HF)이 1.0 ~ 1.3 MW/m2의 범위를 만족하지 않는 경우, 유량 조절 단계(S500)에서 몰드(20) 일면에 공급되는 열전달량(HF)이 해당 수치 범위를 만족하도록 공급 냉각수의 유량을 조절한다.
산출 단계(S400)에서 산출된 몰드(20) 일면에 공급되는 열전달량(HF)이 1.0 ~ 1.3 MW/m2의 범위를 만족하는 경우, 몰드(20)의 제1 면과 제2 면의 열전달량(HF)비가 0.9 ~ 1.1의 범위를 만족하는지 여부를 판단한다. 열전달량(HF)비가 0.9 ~ 1.1의 범위를만족하지 않는 경우, 유량 조절 단계(S500)에서 채널(22)에 공급되는 공급 냉각수의 유량을 조절하여 열전달량(HF)비가 해당 수치 범위를 만족하도록 공급 냉각수의 유량을 조절한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 방법에 의해 스테인리스강 주편(P)을 제조하는 경우, 스테인리스강 주편(P)의 표면결함을 효과적으로 방지할 수 있으며, 해당 주편(P)을 이용하여 가공한 스테인리스강 최종재의 표면결함이 효과적으로 방지된다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강 연속 주조 장치의 몰드측을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이 몰드(20)의 내부에는 채널(22)이 형성되어 몰드(20) 내부로 냉각수가 공급되는바, 몰드(20)에 공급된 용강이 스테인리스강 주편(P)으로 냉각된다. 채널(22)에는 냉각수라인(25)이 연결되어 채널(22)에 냉각수를 공급하고, 채널(22)로부터 냉각수를 배출한다. 도 7에는 채널(22)의 상부측으로부터 냉각수가 공급되는 실시예를 도시하였으나, 반드시 이에 국한될 것은 아닌바, 본 발명은 채널(22)의 하부측으로부터 냉각수가 공급되는 경우도 포함한다.
채널(22)은 몰드(20)에 복수개 형성될 수 있으며, 몰드(20)의 제1 면측 및 제2 면측에 모두 형성될 수 있다. 또한, 냉각수라인(25)은 각각의 몰드(20)면에 형성된 채널(22)에 개별적으로 냉각수를 공급할 수 있도록 배치될 수 있다. 따라서, 몰드(20)의 제1 면측 채널(22) 및 제2 면측 채널(22)에 공급되는 공급 냉각수의 유량이 상이할 수 있다.
온도측정부는 채널(22)에 공급되는 공급 냉각수와 채널(22)로부터 배출되는 배출 냉각수의 온도차를 측정하며, 온도측정부는 제1 온도센서(30)와 제2 온도센서(40)를 포함한다. 채널(22)에 냉각수를 공급하는 냉각수라인(25)의 공급부측에는 제1 온도센서(30)가 배치되며, 채널(22)로부터 냉각수가 배출되는 냉각수라인(25)의 배출부측에는 제2 온도센서(40)가 배치된다. 제1 온도센서(30)는 채널(22)에 공급되는 냉각수의 온도(t1)를 측정하며, 제2 온도센서(40)는 체널(22)로부터 배출되는 냉각수의 온도(t2)를 측정한다. 제1 온도센서(30) 및 제2 온도센서(40)는 제어부(70)에 연결되며, 제1 온도신호(t1) 및 제2 온도신호(t2)를 제어부(70)에 송신한다.
냉각수라인(25)에는 채널(22)에 공급되는 냉각수의 유량을 측정하는 유량측정부(50) 및 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절부(60)가 설치되며, 유량측정부(50) 및 유량조절부(60)는 제어부(70)와 전기적으로 연결된다. 유량측정부(50)는 채널(22)에 공급되는 공급 냉각수의 유량을 측정하여, 제어부(70)에 유량신호를 송신한다. 유량조절부(60)는 밸브일 수 있으나, 반드시 이에 국한될 것은 아니다.
제어부(70)는 수신한 제1 온도신호(t1), 제2 온도신호(t2) 및 유량신호를 이용하여 몰드(20) 일면에 공급되는 열전달량(HF)을 산출한다.
[식 1]
HF = (△T × Q × ρ × μ) / (A × 106)
여기서, HF: 몰드의 일면에 전달되는 열전달량(MW/m2), △T: 냉각수 온도차(℃), Q: 냉각수 유량(m3/sec), ρ: 냉각수 밀도(kg/m3), μ: 냉각수 비열(J/kg℃), A: 몰드의 일면에 주편이 접속하는 면적(m2)이다.
제어부(70)는 상기 식 1에 따른 몰드(20)의 일면에 전달되는 열전달량(HF)이 1.0 ~ 1.3 MW/m2의 범위를 만족하는지 여부를 판단하여, 몰드(20)의 일면에 전달되는 열전달량(HF)이 해당 수치범위를 벗어나는 경우 유량조절부(60)에 유량조절신호를 송신한다. 즉, 제어부(70)는 식 1에 따른 몰드(20)의 일면에 전달되는 열전달량(HF)이 1.0 MW/m2 미만인 경우 공급 냉각수의 유량이 증가하도록 유량조절부(60)를 제어하고, 상기 식 1에 따른 몰드(20)의 일면에 전달되는 열전달량(HF)이 1.3MW/m2을 초과하는 경우 공급 냉각수의 유량이 감소하도록 유량조절부(60)를 제어한다.
또한, 제어부(70)는 각각의 몰드(20)면의 열전달량(HF)을 산출하여, 몰드(20)의 제1 면 및 제2 면의 열전달량(HF)비가 0.9 ~ 1.1 범위를 만족하도록 유량조절부(60)를 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 연속 주조 장치는 턴디쉬(13)로부터 몰드(20)로 용강을 공급하는 침지 노즐(17)을 포함한다. 침지 노즐(17)에는 토출구(19)가 형성되어 있으며, 토출구(19)는 0°~ 상향 5°의 토출각(θ)으로 용강을 토출할 수 있다. 또한, 침지 노즐(17)에 형성된 토출구(19)의 침적 깊이는 120~130 mm인 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 스테인리스강 주편 제조시 측정된 주조시간에 따른 몰드 열전달량을 개략적으로 나타낸 그래프이며, 도 9은 도 8의 실시예에 의해 제조된 스테인리스강 주편의 현미경 관찰 사진이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 스테인리스강 주편(P)을 제조하는 경우, 제조된 스테인리스강 주편(P)은 크랙(C) 및 벌징(B) 현상이 발생하지 않은 양호한 품질을 나타내었다. 도 7에서 몰드(20)의 각각의 면에서 측정된 열전달량(HF)이 1.0 ~ 1.3 MW/m2의 범위를 만족하며, 몰드(20)의 제1 면 및 제2 면의 열전달량(HF) 비가 0.9 ~ 1.1의 수치범위에 내에 해당하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 8에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스테인리스강 주편(P)은 표층부에 검은 입자의 시그마상이 석출되지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강 연속 주종 방법 및 장치에 의해 스테인리스강 주편(P)을 제조하는 경우, 표면 결함이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
1: 연속 주조 장치 10: 용강 공급부
11: 래들 13: 쉬라우딩 노즐
15: 턴디쉬 17: 침지 노즐
19: 토출구 20: 몰드
22: 채널 25: 냉각수라인
30: 제1 온도센서 40: 제2 온도센서
50: 유량측정부 60: 유량조절부
70: 제어부 80: 이송롤
90: 냉각수 공급장치

Claims (13)

  1. 몰드에 용강을 하강하여 주편을 제조하는 스테인리스강의 연속 주조 방법에 있어서,
    상기 몰드에 형성되어 냉각수가 이동하는 경로를 제공하는 채널에 공급되는 공급 냉각수와 상기 채널로부터 배출되는 배출 냉각수의 온도차를 측정하는 온도 측정 단계;
    상기 공급 냉각수의 유량을 측정하는 유량 측정 단계;
    상기 온도차와 상기 공급 냉각수의 유량을 이용하여 상기 몰드의 일면에 전달되는 열전달량을 산출하는 산출 단계; 및
    상기 산출된 열전달량이 기설정된 값을 만족하도록 상기 공급 냉각수의 유량을 조절하는 유량 조절 단계를 포함하는, 스테인리스강의 연속 주조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전달량은 하기의 식 1에 의해 산출되는, 스테인리스강의 연속 주조 방법.
    [식 1]
    HF = (△T × Q × ρ × μ) / (A × 106)
    여기서, HF: 몰드의 일면에 전달되는 열전달량(MW/m2), △T: 냉각수 온도차(℃), Q: 냉각수 유량(m3/sec), ρ: 냉각수 밀도(kg/m3), μ: 냉각수 비열(J/kg℃), A: 몰드의 일면에 주편이 접촉하는 면적(m2)이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기설정된 값은 1.0~1.3 MW/m2인, 스테인리스강의 연속 주조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몰드의 단면은 한 쌍의 장변 및 단변으로 이루어진 직사각형 형상을 가지며,
    상기 유량 조절 단계는,
    상기 장변에 대응하는 상기 몰드의 제1 면과 상기 단변에 대응하는 상기 몰드의 제2 면의 열전달량비가 0.9~1.1이 되도록 상기 공급 냉각수의 유량을 조절하는, 스테인리스강의 연속 주조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강은,
    중량 %로, Ni + Cr: 40 % 이상, Mo: 6 ~ 7 %, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 스테인리스강의 연속 주조 방법.
  6. 채널이 형성되어 냉각수가 이동하는 경로를 제공하는 몰드;
    상기 채널에 공급되는 공급 냉각수와 상기 채널로부터 배출되는 배출 냉각수의 온도차를 측정하는 온도측정부;
    상기 채널에 공급되는 공급 냉각수의 유량을 측정하는 유량측정부;
    상기 채널에 공급되는 공급 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절부; 및
    상기 몰드의 일면에 전달되는 열전달량을 산출하여, 상기 열전달량이 기설정된 값을 만족하도록 상기 유량조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 스테인리스강의 연속 주조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온도측정부는,
    상기 채널에 연결되며, 상기 공급 냉각수의 온도를 측정하여 제1 온도신호를 전송하는 제1 온도센서; 및
    상기 채널에 연결되며, 상기 배출 냉각수의 온도를 측정하여 제2 온도신호를 전송하는 제2 온도센서를 포함하는, 스테인리스강의 연속 주조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 하기의 식 1에 의하여 상기 열전달량을 산출하는, 스테인리스강의 연속 주조 장치.
    [식 1]
    HF = (△T × Q × ρ × μ) / (A × 106)
    여기서, HF: 몰드의 일면에 전달되는 열전달량(MW/m2), △T: 냉각수 온도차(℃), Q: 냉각수 유량(m3/sec), ρ: 냉각수 밀도(kg/m3), μ: 냉각수 비열(J/kg℃), A: 몰드의 일면에 주편이 접속하는 면적(m2)이다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기설정된 값은 1.0 ~ 1.3 MW/m2인, 스테인리스강의 연속 주조 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 몰드의 단면은 한 쌍의 장변 및 단변으로 이루어진 직사각형 형상을 가지며,
    상기 제어부는,
    상기 장변에 대응하는 상기 몰드의 제1 면과 상기 단변에 대응하는 상기 몰드의 제2 면의 열전달량비가 0.9 ~ 1.1이 되도록 상기 공급 냉각수의 유량을 제어하는, 스테인리스강의 연속 주조 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 스테인리스강은,
    중량 %로, Ni + Cr: 40 % 이상, Mo: 6~7 %, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 스테인리스강의 연속 주조 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 스테인리스강의 연속 주조 장치는,
    상기 몰드에 용강을 토출하는 토출구가 형성된 침지노즐을 더 포함하며,
    상기 토출구는,
    0° ~ 상향 5°의 토출각으로 상기 용강을 토출하는, 스테인리스강의 연속 주조 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 스테인리스강의 연속 주조 장치는,
    용강을 수용하며 일방향으로 상기 수용된 용강을 공급하는 래들;
    상기 래들과 상기 몰드 사이에 배치되며, 상기 래들로부터 공급된 용강을 상기 몰드에 공급하는 턴디쉬; 및
    상기 몰드의 하부에 배치되되, 원호형상으로 배열되는 복수의 이송롤을 더 포함하는, 스테인리스강의 연속 주조 장치.

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