KR20160105428A - 큰 단면을 갖는 긴 주괴의 생산을 위한 방법 및 플랜트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 형상의 큰 단면을 갖고 5 m보다 큰 길이를 갖는 주괴를 생산하기 위한 방법 및 플랜트에 관한 것으로, 상기 방법은 짧은 수냉식 주괴 주형(4)에서 주괴를 주조하는 단계와, 소기의 주괴 길이에 이르기까지 응고 주괴(6)를 인출하는 단계를 포함하고, 이 때문에 용탕 풀은 소모성 전극(18)의 도움을 받아 일렉트로 슬래그 재용융 프로세스를 이용하여 가열되거나, 또는 새로운 용탕이 가열된 중간 용기(3) 혹은 가열 가능한 커버(22)로부터 주입되며, 주괴가 완전히 고화될 때까지는 주조 작업 동안에 그리고 주조 작업의 완료 시에, 전자기 교반기(11, 13)를 사용하여 응고 구조물에 영향을 주는 것이다.

Description

큰 단면을 갖는 긴 주괴의 생산을 위한 방법 및 플랜트{METHOD AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF LONG INGOTS HAVING A LARGE CROSS-SECTION}

본 발명은 큰 단면과 길이를 갖는 긴 주괴로서, 알려진 기술들을 부분적으로 사용하여 주괴 주형에서 주조하는 종래의 주괴의 단면과 길이를 상당히 상회하고, 그 특징들이 보다 유익하게 사용되는 것인 주괴를 생산하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 플랜트에 관한 것이다. 본 발명은, 예를 들어 원형 주괴의 경우 직경이 300 ㎜보다 큰 범위이고 다른 단면 형상의 경우에도 동등한 단면을 가지며 길이가 5 m보다 큰 것인, 원형 주괴, 또는 다각형, 정사각형, 또는 직사각형 포맷을 생산하는 것을 목적으로 한다.

직경이 600 ㎜이상이고 주괴 길이가 최대 5 m 정도인 큰 원통형의 원형 주괴를 회주철 주괴 주형에서의 주조를 통해 생산하는 것이 알려져 있는데, 여기서는 주괴의 탈형 시에 주괴 주형에 주괴가 들러붙는 것 뿐만 아니라 편석, 결함 및 공동을 포함하는 코어 내의 불충분한 응고 구조가, 다른 문제들보다 실질적인 문제들인 것으로 잘 알려져 있다.

이와 같이 긴 원통형 주괴는 링-롤링 밀에서 사용되는 것이 바람직한데, 이 경우 상기한 주괴는 짧은 주괴 디스크로 절단되고, 링-롤링 밀에서 사용하기 전에, 불충분한 품질의 중심이 제거되도록 천공된다. 그러나, 상기한 주괴의 중심의 품질이 불충분하기 때문에, 상기한 주괴는 제한적인 범위에서만 다른 제품에 사용 가능하다.

또한, 회주철 주괴 주형의 사용 수명은 제한되어 있고, 이에 따라 상당한 비용 인자에 해당된다.

직경이 600 ㎜ 내지 800 ㎜인 큰 단면을 갖는 주괴를 연속 주조하기 위한 플랜트도 또한 알려져 있다. 이 플랜트에서의 곤란한 점은, 나타나는 용탕 풀의 길이를 대략 0.15 m/min 내지 0.30 m/min의 통상적인 주조 속도에서 25 m 내지 30 m 범위로 제어하기 위하여, 플랜트가 지나친 구성 높이를 막는 시트 피더로서 유지될 필요가 있다는 것이다. 따라서, 최대 90분의 통상적인 주조 시간에, 예를 들어 주조 치수가 600 ㎜ 라운드 또는 50 t인 경우에 각 슬래브마다, 최대 22 m의 슬래브로 생산될 수 있는데, 이 경우 주조 작업의 완료 시에 약 115분의 응고 시간에서, 슬래브가 슬래브의 초기 부분에서 전혀 응고되어 있지 않다. 따라서, 슬래브는 부분적으로 응고된 상태로 인출되고 곧게 펴질 필요가 있다.

주조 활(casting bow)에서의 그리고 부분적으로는 수평면에서의 응고 프로세스는, 상기한 주조 제품이 또한 고품질의 제품을 위한 제한된 방식에서만 사용될 수 있는 방식에서, 무엇보다도 편석 및 갇힘이 남은 응고에서 누적되어가는 편중된 응고를 초래한다.

상응하게 긴 주조 시간을 갖는 긴 슬래브는, 충분한 용적을 지닌 중간 용기가 존재하고 레이들의 변경이 수행될 수 있거나 전극 또는 플라즈마 토치를 사용하여 레이들을 가열하는 작업이 가능할 때, 생산 가능하다.

추진-스트레이트닝 섹션의 단부와 절단 섹션의 초기 부분에까지 상기한 큰 단면의 응고를 보장하기 위해, 전술한 바와 같이, 큰 용탕 풀 길이는 18 m에 이르는 큰 주조 반경을 필요로 한다.

각각의 경우에, 정확하게 제어되는 속도로 슬래브를 제거하고 큰 단면을 곧게 펴기 위해서는, 시트 피더에서의 큰 단면의 연속 주조는, 높은 슬래브의 중량으로 인하여, 플랜트의 지지 롤러 코르셋을 면밀히 설계하는 것을 필요로 할 뿐만 아니라 마찬가지로 면밀하게 추진-스트레이트닝 체계를 이용하는 것을 필요로 한다.

결과적으로, 상기한 플랜트는 높은 투자 비용을 필요로 하는데, 상기 플랜트의 높은 생산 능력을 이용할 수 없는 경우, 이 투자 비용은 단지 거의 분할상환될 수 없거나 혹은 분할상환될 수 없다.

600 ㎜ 라운드의 단면에 대한 싱글-슬래브 시스템은, 대략 550 kg/min 또는 33 t/h의 주조 성능을 갖고; 이에 따라 50 t 용용물이 1.5 h에 주조될 수 있다. 2.5 h의 셋업 시간이 예상된다면, 이러한 플랜트는 1년에 6000 h의 작업 시간에 약 75,000 t을 생산할 수 있다. 레이들 변경 및 주조 시간 증가의 경우, 보다 비례적으로 생산될 수 있다. 대개, 상기한 제품의 20,000 t 내지 25,000 t 만이 필요하다. 그러나, 이러한 플랜트의 손익은 상기한 양들에 기초하여 나타내어질 수 없다.

예컨대 800 ㎜ 또는 1000 ㎜ 라운드 등과 같이 보다 큰 단면이 필요하다면, 상기 조건들은 한층 더 불리할 수 있다.

연속 주조의 추가적인 단점은, 주조 작업의 완료 시에 주요 공동이 깊은 곳에 형성되고, 이에 의해 결과물이 부정적인 영향을 받는다는 것이다.

본 발명은 전술한 단점을 회피하는 것과, 직경이 300 ㎜ 이상이며 주괴 길이가 5 m보다 긴 주괴를 적은 양으로도 경제적으로 생산할 수 있게 하는 것과, 이와 동시에 전술한 알려진 방법들에 비하여 품질 수준을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은, 인출 도구의 리프트 높이에 의해 결정되는 최대 주괴 길이 또는 소기의 주괴 길이에 도달하는 한, 주조 단면에 따라 결정되는 주조 속도로 주조 프로세스가 계속된다라는 사실과, 응고 중에 일어나는 용탕 또는 용강의 수축이 적어도 균형을 이루게 되는 정도로, 추가적인 용탕이 주조 작업의 완료 시에 공급된다라는 사실에 의해서, 청구항 1의 특징적 피처를 갖는 본 발명에 따른 방법에서 달성될 것이다.

본 발명에 따른 방법의 유익한 개선 양태들이 종속 청구항들에 열거되어 있다. 청구범위, 상세한 설명, 및/또는 도면에 개시된 피처들 중의 2 이상의 모든 조합은 본 발명의 범위 내에 속한다.

주괴 주형으로부터 인출된 슬래브는, 주괴 인출 도중에 그리고 주괴 인출의 완료 이후에도, 2차 냉각 구역에서 분사수, 분사 미스트, 또는 압축 공기를 통해 냉각된다. 주조 프로세스 및 주괴 인출의 완료 이후에, 최대 완전한 응고가 이루어지기까지, 2차 냉각은 감소된 범위로 계속될 수 있고, 응고 중에 일어나는 수축이 적어도 균형을 이루게 되도록, 추가적인 용탕이 주조 프로세스에 비해 상당히 감소된 주조 속도로 공급되거나 또는 소모성 전극을 용융시키는 것에 의해 공급된다.

이러한 용융 재료의 추가적인 전달은 주조 프로세스의 완료 이후에 수행될 수 있고, 예를 들어 그 결과, 모든 용도로 사용되는 중간 용기 및 주조 레이들의 제거 이후에, 주괴 주형에서의 요철부는, 야금학적으로 유효한 슬래그 층으로 덮여 있으며, 전체 주조 단면이 응고될 때까지, 일렉트로 슬래그 재용융 프로세스에 뒤이어 소모성 전극을 용융시키는 것에 의해 가열된다. 이로써, 주조 작업의 완료 시에, 주괴 직경(mm)의 0.5~2.5배의 범위인 높은 용융 속도(kg/h)로 가열을 바로 행하는 것이 중요하다. 주괴 직경 대신에, 정사각형 주괴의 경우에는 변 길이가 주조 속도의 결정에 사용되고, 직사각형 포맷의 경의 경우에는 단변과 장변의 합의 절반이 주조 속도의 결정에 사용된다.

사용되는 가용성 전극은 그 화학 조성이 주로 주괴의 화학 조성과 일치할 필요가 있다.

상기 가열은 완전 응고 프로세스 동안에 유지되는 것이 바람직하고, 용융 속도는 응고가 완료될 때까지 점진적으로 또는 연속적으로 초기값의 5~10%로 감소된다.

용융된 금속 양은 주괴의 총 중량의 최소 2% 최대 10%에 상당하여야 한다.

표준 주조 프로세스를 마친 이후에 그리고 주괴 인출을 마친 이후에, 용융 재료의 추가적인 전달이, 또한 적어도 팩터 10만큼 감소된 주조 속도로 수행될 수 있고, 이러한 추가적인 주조의 속도는, 응고의 말기에, 이 추가적인 주조의 초기에서의 주조 속도의 10%로 감소되며, 그 결과 주괴 주형에서의 용탕 수위가 약간만 상승한다.

추가적인 액상 재료의 공급은 또한, 주괴 인출의 완료 이후에, 최대한도로 하여도 보다 표준적인 주조 속도로 주조 프로세스를 계속함으로써 달성될 수 있고, 그 결과 추가 높이가 표준적으로 주조되는 주괴 길이의 최대 10%에 도달되기까지, 세라믹으로 라이닝되어 있고 주괴 주형에 장착되어 있는 절연 상측 부재에 있어서의 주괴 주형의 상측 에지 위로, 주괴 주형에서의 용탕 수위가 상승하게 된다. 상측 부재에서의 용탕의 조기 응고를 방지하기 위해, 상측 부재는 추가적으로 가열될 수 있다.

우수한 응고 구조를 확보하기 위해, 주괴 주형 섹션에 또는 주괴 주형의 바로 아래에 부착되어 있는 전자기 교반기를 통하여, 용탕 풀이 표준 주조 프로세스 동안에 교반될 수 있으며, 교반 프로세스는 주조 작업의 완료 시에도 그리고 하강 단계의 완료 후에도 계속될 수 있다.

또한, 표준 주조 프로세스 동안에 그리고 바닥부의 바로 위에 있는 하강 플랫폼에서의 하강 프로세스 동안에, 수직방향으로 이동 가능한 전자기 교반기를 통하여 용탕 풀이 교반되고, 상기 교반기는 하강 프로세스의 완료 이후에 점진적으로 응고가 일어나는 상태에서도 수직방향으로 상향 이동 가능한 구성이 제공될 수 있다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 플랜트를 보여주는 도면들이다.

도 1은 표준 주조 프로세스 동안에 본 발명에 따른 방법을 실시하기에 적합한 플랜트의 개략도이다. 라이닝된 주조 레이들(1)에 수용된 용탕(2), 바람직하게는 용강은, 유사하게 라이닝된 중간 용기(3)를 가로질러, 짧은 수냉식 진동 주괴 주형에 도달하며, 이 진동 주괴 주형에는, 형성되는 주조 주괴(6)의 응고된 슬래브 쉘에 의해 에워싸인 용탕 풀(5) 내에 주괴 주형 교반기(10)가 마련될 수 있다.

주괴 주형(4)에 있어서의 용탕 수위는 일반적으로 주조 분말(7)을 통해 덮여 있다. 또한, 용탕을 주조 레이들(1)로부터 주괴 주형(4)에 바로 공급할 수 있고, 중간 용기(3)를 생략할 수 있다. 용탕(2)은 산화로부터 보호하기 위한 소위 세라믹 슈라우드(24)를 통해 안내된다.

배출 기구(9)를 구비하는 바닥판(8) 상에 놓여 있는, 상기 형성되는 주조 주괴(6)는, 플랜트 설계에 기초한 소기의 주괴 길이 또는 최대 가능 주괴 길이에 도달할 때까지, 주조 속도에 따라 하방으로 인출된다.

선택적으로 마련되는 전자기 주괴 주형 교반기(10) 이외에, 2차 냉각 구역(12)의 영역에 있어서 주괴 주형(4)의 아래에도 또한, 전자기 교반기(11)가 적용될 수 있다.

또한, 수직방향으로 이동 가능한 전자기 교반기(13)가, 주조 프로세스 동안에 바닥판(8)과 함께 하방으로 이동될 수 있고, 주조 주괴(6)를 따라 응고가 진행되고 있는 상태에서, 하강 프로세스의 완료 이후에는, 상방으로 이동될 수 있다.

도 1에서는, 일렉트로 슬래그 가열 시스템이 대기 위치로 도시되어 있는데, 이 시스템은 주조 프로세스의 완료 이후에 용융 위치 또는 주조 위치로 이동될 수 있다. 플랜트는, 피벗 디바이스로서 구성될 수도 있는 이동 디바이스(14)를 포함한다. 상기 이동 디바이스는 마스트(15)를 지지하고, 전극 캐리지(16)가 상기 마스트를 따라 이동 가능한 방식으로 배치되어 있으며, 결과적으로 전극 캐리지는 전극 지지 아암(17)에서 소모성 전극(18)을 지지한다. 소모성 전극 대신에, 비소모성 그라파이트 전극도 또한 적용될 수 있다. 일렉트로 슬래그 가열 시스템은 도 2에 도시된 강전류 버스바(17)와 가요성 고전류 케이블(25)을 통해 AC 또는 DC 공급원(19)에 연결되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 플랜트로서, 한편으로는 금속학적으로 활성인 슬래그 욕(20)의 적용 이후에 일렉트로 슬래그 재용융 프로세스에 뒤이어 표준 주조 프로세스를 완료한 후 소모성 전극(18)을 용융시킴으로써, 주조 주괴(6)가 가열되며, 다른 한편으로는 액상 재료가 용탕 풀(5)에 공급된다.

도 3은 예를 들어 내장 유도 코일(21)을 이용하여 가열될 수 있는, 중간 용기(3)를 구비하는 본 발명에 따른 플랜트를 보여준다.

도 4는 전원(26)에 의해 전력을 공급받는 전극(28)을 통하여, 금속학적으로 활성인 슬래그 욕(27)의 적용 이후에 일렉트로 슬래그 가열 프로세스에 뒤이어 가열되는, 중간 용기(3)를 구비하는 본 발명에 따른 플랜트를 보여준다.

도 5는 예를 들어 유도 가열(23)을 통해, 주어진 주괴 길이를 달성하여 주괴 인출을 완료한 이후에 이어지는 주조 프로세스를 통해, 보온될 수 있는 액상 용융물이 채워져 있는 세라믹 절연 상측 부재(22)가 장착되어 있는 것인, 본 발명에 따른 플랜트의 주괴 주형 부분을 보여준다.

Claims (19)

1. 내화 라이닝된 중간 용기(3)를 그 자체가 알려져 있는 방식으로 이용하여 공급받거나 또는 주조 레이들(1)로부터 바로 공급받는 용탕 또는 용강을, 하방으로 개방된 짧은 수냉식 주괴 주형(4)에서 주조하고, 하방으로 이동 가능한 인출 도구(8)를 이용하여 상기 주괴 주형으로부터 응고 주괴(6)를 인출하는 것을 통하여, 금속으로, 특히 단면적이 0.10 ㎡ 이상인, 바람직하게는 단면 형상이 원형 또는 정사각형 또는 직사각형인 강으로 제조된 주괴를 생산하는 방법으로서,
   상기 인출 도구(8)의 리프트 높이에 의해 결정되는 최대 주괴 길이 또는 소기의 주괴 길이에 도달하는 한, 주조 단면에 따라 결정되는 주조 속도로 주조 프로세스가 계속되는 것을 특징으로 하고, 응고 중에 일어나는 용탕 또는 용강의 수축이 적어도 균형을 이루게 되는 정도로, 추가적인 용탕이 표준 주조 프로세스의 말기에 공급되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
2. 제1항에 있어서, 주조 프로세스 동안에 주괴 주형(4)으로부터 인출된 주괴(6)는 2차 냉각 구역(12)을 통해 안내되고, 이 2차 냉각 구역에서 주괴는 분사수, 분사 미스트, 또는 압축 공기에 의해 냉각될 수 있는 것을 특징으로 하고, 상기 냉각은 주조 프로세스의 말기 이후에 그리고 주괴 인출을 완료한 이후에 남아 있는 응고 단계 동안에 점진적으로 또는 연속적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 주조 레이들(1) 및/또는 중간 용기(3)는, 주조 프로세스의 말기 직후에 제거되고, 주괴 주형(4)에서의 요철부는, 야금학적으로 유효한 액상 슬래그 층(7)으로 덮여 있으며, 용탕 또는 용강의 전체 주조 단면이 응고될 때까지, 일렉트로 슬래그 프로세스에 뒤이어 소모성 전극(18)을 용융시키는 것에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
4. 제3항에 있어서, 일렉트로 슬래그 가열 프로세스의 초기에, 소모성 전극(18)의 용융 속도(kg/h)는, 주괴 직경, 또는 정사각형 주괴의 경우에는 변 길이의 혹은 예를 들어 직사각형 주괴의 경우에는 단변과 장변의 합(mm)의 절반의 0.5 내지 2.5배의 값으로 선택되는 것을 특징으로 하고, 용융 속도는 응고 중에 초기값의 10~15%로 연속적으로 또는 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 사용된 소모성 전극(18)은 그 화학 조성이 주괴(6)의 화학 조성과 일치하는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 응고 중에 용융된 양은 주괴(6)의 총 중량의 2~10%에 상당하는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 표준 주조 프로세스를 마친 이후에 그리고 주괴 인출을 마친 이후에, 주조 프로세스는 적어도 팩터 10만큼 감소된 주조 속도로 주조 레이들(1) 또는 중간 용기(3) 또는 분배 용기(21)로부터 계속되고, 점진적으로 또는 연속적으로 추가적인 주조의 초기에서의 주조 속도의 10%로 감소되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 표준 주조 프로세스를 마친 이후에 그리고 주괴 인출을 마친 이후에, 주조 프로세스는 최대한도로 하여도 표준 주조 속도로 계속되며, 그 결과 추가 높이가 주괴 길이의 최대 10%에 도달되기까지, 세라믹으로 라이닝되어 있고 주괴 주형에 장착되어 있는 절연 상측 부재(22)에 있어서, 주괴 주형(4)에서의 용탕 수위가 주괴 주형(4)의 에지까지 올라가는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
9. 제8항에 있어서, 세라믹으로 라이닝되어 있는 절연 상측 부재(22)는 추가적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 주조 프로세스 동안에, 용탕 풀(5)은 주괴 주형(4)의 영역에 부착되어 있는 전자기 교반기(10)를 사용함으로써 교반되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 주조 프로세스 동안에, 용탕 풀(5)은 주괴 주형(4)의 아래에 부착되어 있는 전자기 교반기(11)를 사용함으로써 교반되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 가열 단계 동안에 주조 작업이 완료되었을 때, 교반기(11)에 의해 일어나는 교반 프로세스는 또한, 아무리 길어도 용탕 또는 용강이 완전히 응고될 때까지만 계속되는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 주조 프로세스가 끝난 후에는, 수직방향으로 이동 가능한 전자기 교반기(13)를 통해, 용탕 풀은 추가적인 주조 또는 가열 단계 동안에 주괴(6)의 가장 낮은 위치에서부터 교반되고, 응고가 진행됨에 따라 전자기 교반기는 주괴(6)의 상단부에까지 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 주괴 생산 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 플랜트로서, 특히 구리로 제조되는 주조 단면을 형성하는 것인 수냉식 주괴 주형(4)과, 최대 가능 주괴 길이의 결정에 이용되는 제한된 리프트 높이로 수직방향으로 하강 가능한 것인 인출 도구(8)를 포함하는 연속 주조기에는, 제한된 길이를 갖는 큰 원형, 다각형, 정사각형, 또는 직사각형 단면을 주조하도록 소모성 전극(18)을 용융시키기 위한 일렉트로 슬래그 가열 시스템이 추가적으로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
15. 제14항에 있어서, 상기 일렉트로 슬래그 가열 시스템은 주조 프로세스 동안에 횡방향에 있어서 고정 위치에 있고, 주괴 주형(4)의 위에 배치되어 있는 처리 위치로 이동될 수 있으며, 주괴 주형(4) 내에 위치해 있고 슬래그 층(7)으로 덮여 있는 용탕의 가열은, 수직방향으로 이동 가능한 이동식 전극(18)을 통해 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 주조 레이들(1) 또는 중간 혹은 분배 용기(3, 21)는 가열 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
17. 제16항에 있어서, 중간 용기(3)는 유도 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
18. 제16항에 있어서, 용탕(2)은 중간 용기(3)에서, 슬래그 층(7) 내에 집어 넣은 소모성 혹은 비소모성 통전 전극(18)을 통해 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 내화 라이닝되어 있고 용탕(2)의 봉입에 적합한 절연 상측 부재(22)가 주괴 주형(4)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.

Images