KR20160149283A

KR20160149283A - 연속 주조기의 조업 방법

Info

Publication number: KR20160149283A
Application number: KR1020167034037A
Authority: KR
Inventors: 도시히코 무라카미; 신스케 와타나베
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-12-27
Also published as: CN106457372B; KR101906699B1; EP3162462A1; US20170182550A1; US9999919B2; JP6249099B2; JPWO2015198778A1; EP3162462B1; BR112016029948A2; EP3162462A4; WO2015198778A1; BR112016029948B1; TW201607641A; TWI636839B; CN106457372A

Abstract

본 발명은, 진동 장치의 운전 개시시부터, 소정의 진동 파형으로 주형을 진동시킬 수 있는, 연속 주조기의 조업 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다. 본 발명은, 연속 주조용의 주형으로부터의 주편의 인발을, 주형을 상하 방향으로 진동시키면서 행하는 연속 주조기의 조업 방법에 있어서, 하기 (1)식에 의해 표시되는 진동 파형을 가지고, 하기 (1)식이 r(0)=0이 되도록, b의 값에 따라 Φ의 값을 선택하여 주형을 진동시키는 공정을 포함하는, 연속 주조기의 조업 방법이다. r(t)=(S/2)｛sin(ωt＋Φ)＋bcos2(ωt＋Φ)＋b｝…(1) 여기서, r(t)：주형의 변위(mm), S：주형의 진동 스트로크 S(mm), ω：각속도(=2πf)(rad/s), f：주형의 진동수(Hz), t：시간(s), Φ：초기 위상(^о), b：비사인 계수(0＜b≤0.25)이다.

Description

연속 주조기의 조업 방법{METHOD FOR OPERATING CONTINUOUS CASTING MACHINE}

본 발명은, 강의 연속 주조에 이용하는 연속 주조기의 조업 방법에 관한 것이고, 특히, 주형에 진동을 부여하는 연속 주조기의 조업 방법에 관한 것이다.

강의 연속 주조는, 용강을, 레이들로부터 턴디쉬를 거쳐 주형에 주입하고, 주형 내에서 응고 쉘을 형성한 후, 미응고 영역을 포함하는 주편을 주형의 하방으로 인발함으로써 실시하고 있다. 연속 주조기의 조업, 특히, 용강을 고속으로 주조할 때에는, 주형의 내벽에 응고 쉘의 일부가 눌어붙음에 의해 구속되고, 이 구속부의 작용에 의해 건전한 응고 쉘의 형성이 저해되는 경우가 있다. 이 경우, 여러 가지의 제품 결함이 발생할 뿐만 아니라, 브레이크 아웃이 발생할 우려가 있다.

종래는, 주형 내의 용강으로 투입하는 파우더를 선정함으로써, 이 문제에 대응하고 있었다. 용융된 파우더는, 용강의 표면에 떠서 퍼지고, 주형과 응고 쉘 사이에 공급되어, 이들 사이의 마찰력을 저감시키는 윤활제로서 기능한다. 이것에 의해, 주형의 내벽에 대한 응고 쉘의 눌어붙음을, 어느 정도, 억제할 수 있다.

그러나, 근년, 연속 주조의 조업은, 다종다양의 강종을 대상으로 하고, 다양한 주조 조건에서 실시된다. 이로 인해, 파우더의 물성을 변경하여 대응하는 것에는 한계가 있다. 그래서, 파우더의 투입과 더불어, 주형에 진동을 부여하는 것이 시도되고 있다. 주형에 적절한 진동을 부여함으로써, 주형 내에서의 눌어붙음을 억제할 수 있다.

특허 문헌 1에는, 정현 파형으로부터 편의(偏倚)한 편의 정현 파형을 가지는 진동을, 주형에, 상하 방향으로 부여하는 것이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에서는, 편의 정현 파형의 구체적인 형태로서, 하기 (X)식을 들 수 있다.

Z=a₁sin2πft＋a₂sin4πft＋a₃sin6πft＋ …(X)

여기서, Z：주형의 변위(mm), a₁, a₂, a₃, …：진폭(mm), f：주형의 진동수(사이클/s), t：시간(s)이다.

특허 문헌 1에서는, 진동 파형을 정현파로 한 경우에 비해, 상기 (X)식의 파형의 진동을,

(i) 네거티브 스트립 기간의 주형의 최대 하강 속도를 크게,

(ii) 포지티브 스트립 기간의 주형의 최대 상승 속도를 작게,

(iii) 네거티브 스트립 기간을 짧게, 그리고,

(iv) 포지티브 스트립 기간을 길게

하도록 조정한다고 되어 있다.

네거티브 스트립 기간은, 주형의 하강 속도가 미응고 주편의 인발 속도보다 빠른 기간이며, 포지티브 스트립 기간은, 주형의 속도가 미응고 주편의 인발 속도보다 느린 기간이다. 특허 문헌 1에 의하면, 상기 (i)~(iv)의 요건을 만족하도록 함으로써, 주형과 응고 쉘 사이로의 용융 파우더의 유입량을 증가시켜, 브레이크 아웃의 발생을 감소시킬 수 있다고 되어 있다.

그러나, 특허 문헌 1의 방법에서는, 주형의 진동에 있어서, 주형의 이동이 상승으로부터 하강으로 급격하게 변화한다. 이때, 주형 내의 메니스커스 근방에 부착된 용융 파우더, 및 미용융의 파우더가, 용강에 말려 들어간다. 이것에 의해, 사용하는 파우더의 종류에 따라서는, 주편의 표면 품질이 악화되거나, 조업상의 트러블이 발생한다.

또한, 종래는, 주형을 진동시키기 위해, 전동 모터와, 편심캠을 구비한 진동 장치가 이용되고 있고, 편심캠의 형상에 의해, 원하는 진동 파형을 얻고 있었다. 이 경우, 진동 파형을 변경하기 위해서는, 진동 파형에 대응한 편심캠을 준비할 필요가 있었다. 근년, 주형을 진동시키기 위해, 전기 유압식 진동 장치가 이용되도록 되어 있다. 이것에 의해, 특허 문헌 1, 및 하기 특허 문헌 2에 개시되어 있는 복잡한 파형으로 주형을 진동시킬 때, 파라미터를 변경하는 것이 용이하게 되어 있다.

특허 문헌 2에는, 하기 (Y)식으로 표시되는 파형으로, 주형을 상하 방향으로 진동시키는 연속 주조기의 조업 방법이 개시되어 있다.

Z=A(sin2πft＋bcos4πft＋c)…(Y)

여기서, Z：주형의 변위(mm), A：주형의 진동 스트로크 S(mm)의 1/2, b：변형 상수, c：변형 상수, f：주형의 진동수(Hz/60), t：시간(s)이다.

특허 문헌 2에 의하면, 이러한 진동 파형을 채용함으로써, 주형의 상승으로부터 하강으로의 급격한 변화가 발생하지 않도록 하고, 용융 파우더, 및 미용융의 파우더가 용강으로 말려 들어가지 않도록 할 수 있다고 되어 있다.

이러한 진동 파형을 채용하면, 진동의 중립 위치가, 상하 어느 한쪽으로 어긋난다. 이 경우, 주형 내에서의 미응고 주편의 이동 경로가 연직 방향을 따르는 수직 연속 주조에서는, 진동의 대칭성은 확보된다. 이에 비해, 주형 내에서의 미응고 주편의 이동 경로가 만곡한 만곡 연속 주조에서는, 진동의 대칭성이 없어지기 때문에, 주형 내 윤활 불량이나, 파우더의 용강으로의 말려듬 등의 문제가 발생하기 쉬워진다.

또, 특허 문헌 2의 상기 진동 파형을 채용한 경우, 시간 t=0에서의 변위 Z는, 0이 아닌, SC/2가 된다. 이 경우, 주형을 진동시키는 진동 장치의 운전 개시시에, 소정의 진동 파형으로 주형을 진동시키지 못하고, 주형은, 예를 들어, 시간에 대해 단계 형상으로 변위한다. 이것에 의해, 주조 개시시에 주형의 하부의 개구를 막는(밀봉하는) 더미 바가, 개구를 충분히 밀봉할 수 없게 되어, 주형으로부터 용강이 유출되는 경우가 있다.

일본국 특허 공고 평4-79744호 공보 일본국 특허 제3651447호 공보

본 발명의 목적은, 상기 선행 기술의 문제, 특히 만곡 연속 주조에 있어서의 중립 위치가 어긋나는 것에 의한 윤활 불량 및 파우더의 용강으로의 말려듬을 방지할 수 있는, 연속 주조기의 조업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 주조 초기의 트러블(밀봉 유출 등)을 방지할 수 있고, 진동 장치의 운전 개시시부터, 소정의 진동 파형으로 주형을 진동시킬 수 있는, 연속 주조기의 조업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 하기의 연속 주조기의 조업 방법을 요지로 한다.

연속 주조용의 주형으로부터의 주편의 인발을, 상기 주형을 상하 방향으로 진동시키면서 행하는 연속 주조기의 조업 방법에 있어서,

하기 (1)식에 의해 표시되는 진동 파형을 가지고, 하기 (2)식을 만족하도록, 상기 주형을 진동시키는 공정을 포함하는, 연속 주조기의 조업 방법.

r(t)=(S/2)｛sin(ωt＋Φ)＋bcos2(ωt＋Φ)＋b｝…(1)

단, r(t)：주형의 변위(mm)

S：주형의 진동 스트로크 S(mm)

ω：각속도(=2πf)(rad/s)

f：주형의 진동수(Hz)

t：시간(s)

Φ：초기 위상(^о)

b：비(非)사인 계수(0＜b≤0.25).

본 발명의 조업 방법에 의하면, 주형은, 상기 (1)식에 의해 표시되는 진동 파형으로 진동된다. 만곡 연속 주조로, 상기 (1)식에 의해 표시되는 진동 파형에서는, 중립 위치의 어긋남은 없다. 이로 인해, 윤활 불량 및 파우더의 용강으로의 말려듬을 방지할 수 있다.

또, 상기 (2)식을 만족함으로써, r(0)=0, 즉, 진동 장치의 운전 개시시에, 주형의 변위가 0이 된다. 이로 인해, 진동 장치의 운전 개시시부터, 소정의 진동 파형으로 주형을 진동시킬 수 있으므로, 주조 초기의 트러블을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 조업 방법을 적용할 수 있는 연속 주조기의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 b=0.40, Φ=33.66일 때의 진동 파형(참고예의 진동 파형)을 도시하는 도이다.
도 3은 본 발명에 있어서, b=0.15, Φ=16.08일 때의 진동 파형을 도시하는 도이다.
도 4는 본 발명에 있어서, b=0.20, Φ=20.535일 때의 진동 파형을 도시하는 도이다.
도 5는 본 발명에 있어서, b=0.25, Φ=24.46일 때의 진동 파형을 도시하는 도이다.
도 6은 진동 파형마다의 최대 마찰력을 도시하는 도이다.

도 1은, 본 발명의 조업 방법을 적용할 수 있는 연속 주조기의 구성예를 도시하는 단면도이다. 턴디쉬(1)에는, 도시 생략한 레이들로부터 공급된 용강(6)이 수용된다. 턴디쉬(1)의 하방에는, 통형으로, 상하에 개구를 가지는 주형(3)이 배치되어 있다. 용강(6)은, 턴디쉬(1)로부터 침지 노즐(2)을 거쳐, 주형(3)의 상부의 개구로부터, 주형(3) 내에 주입된다.

주형(3)에는, 진동 장치(20)가 접속되어 있다. 진동 장치(20)는, 전기 유압 방식으로, 주형(3)에 상하 방향의 진동을 부여한다. 진동 장치(20)는, 제어부를 구비하고 있다. 제어부에는, 파형의 파라미터를 입력 가능하고, 진동 장치(20)는, 입력된 파라미터에 의거하여, 다양한 파형의 진동을 발생시킬 수 있다. 연속 주조를 행하고 있는 동안, 이와 같이 하여 생성된 파형의 진동이, 주형(3)에 부여된다.

주형(3) 내의 용강(6)에는, 파우더가 투입된다. 파우더는, 용강(6)의 열에 의해 용융되어, 용융 파우더가 되고, 주형(3) 내의 용강(6)의 표면에 퍼진다. 용강(6)에 있어서, 주형(3)과의 접촉부 또는 대향부 근방의 부분은, 냉각되어, 고체화되고, 통형상의 응고 쉘(7)이 된다. 용융 파우더는, 주형(3)과 응고 쉘(7) 사이에 공급된다. 이것에 의해, 주형(3)과 응고 쉘(7)의 마찰력이 저감된다.

응고 쉘(7)의 내부는, 용강(6)으로 채워져 있다. 용강(6)은, 주형(3)을 통과하는 것에 의해서는 완전히는 응고하지 않고, 미응고의 부분을 포함하는 미응고 주편이 된다. 미응고 주편은, 주형(3)의 하방에 배치된 도시 생략한 이차 냉각 스프레이 노즐군으로부터 분사되는 냉각수에 의해 냉각된다. 이것에 의해, 응고 쉘(7)이 확대한다.

미응고 주편은, 주형(3)의 직하에 배치된 풋 롤(4)과, 풋 롤(4)에 대해 미응고 주편의 이동 방향 하류측(이하, 간단히, 「하류측」이라고 한다)에 배치된 복수의 롤러 에이프런(5)에 의해 지지되면서, 롤러 에이프런(5)의 하류측에 배치된 핀치 롤(8)에 의해 인발된다. 그리고, 미응고 주편은, 핀치 롤(8)의 하류측에 배치된 압하 롤(9)에 의해서 압하되어, 미응고의 부분을 실질적으로 포함하지 않는 주편이 된다.

상기 서술한 바와 같이, 본 발명의, 연속 주조기의 조업 방법에서는, (1)식에 의해 표시되는 진동 파형으로 주형을 진동시킨다. 종래 기술에 있어서의 (X)식의 파형이, 주기가 상이한 정현파만을 조합한 합성 파형인 것에 비해, (1)식의 파형은, 정현파와 여현파의 합성 파형이다. 또, (1)식은, 초기 위상 Φ가 도입되어 r(0)=0으로 되어 있는 점에서, (X)식과 크게 상이하다.

(1)식에 있어서, Φ=0으로 하면, 주형의 변위 r(t)는, ωt=π／2일 때, 최대값(S/2)을 취하고, ωt=－π／2일 때, 최소값(－S/2)을 취한다. 또, 주형의 변위 r(t)의 최대값 및 최소값은, 초기 위상 Φ에는 의존하지 않는다. 따라서, (1)식에 의해 표시되는 진동 파형에서는, 중립 위치의 어긋남은 없다. 이로 인해, 수직 연속 주조뿐만 아니라, 만곡 연속 주조에서도, 윤활 불량 및 파우더의 용강으로의 말려듬을 방지할 수 있다.

또, 시간 t=0에서 주형의 변위가 0이 되기 위해서는, 하기 (3)식을 만족할 필요가 있다. 하기 (3)식은, (1)식에, t=0을 대입하고, r(0)=0으로 함으로써 얻어진다.

0=sinΦ＋bcos2Φ＋b…(3)

삼각 함수의 공식, cos2Φ=1－2sin²Φ를 이용하면, (3)식은, 하기 (4)식으로 고쳐 쓸 수 있다.

2bsin²Φ－sinΦ－2b=0(b＞0)…(4)

｜sinΦ｜≤1이므로, (4)식을, sinΦ에 대해 풀면, 하기 (5)식이 얻어진다.

sinΦ=｛1－(1＋16b²)^1/2｝/4b…(5)

삼각 함수의 공식, tanΦ=sinΦ／cosΦ, 및 cosΦ=±(1－sin²Φ)^1/2를 이용하여, (5)식을 Φ에 대해 풀면, 상기 (2)식이 얻어진다.

즉, (2)식을 만족함으로써, 시간 t=0에서의 주형의 변위 r(0)이 0이 된다. 이로 인해, 주형을 진동시키는 진동 장치의 운전 개시시부터, 소정의 진동 파형으로 주형을 진동시키는 것이 가능해지고, 주형의 개구를, 더미 바로 양호하게 밀봉하는 것이 가능해진다.

(2)식으로부터, Φ에 대해, 2개의 값이 얻어진다. 진동 개시시의 주형의 이동 방향이 상측 방향이면, dr(0)/dt＞0이므로, cosΦ＞0이 되는 Φ를 채용하면 된다.

비사인 계수 b는, 0＜b≤0.25의 범위의 값을 취한다.

b는, bcos2(ωt＋Φ)의 항에서는, cos2(ωt＋Φ)의 계수이며, sin(ωt＋Φ)의 항에 대한 bcos2(ωt＋Φ)의 항의 크기를 결정한다. 0.25＜b의 경우, sin(ωt＋Φ)의 항에 대한 bcos2(ωt＋Φ)의 항의 크기가 너무 커져, 주형이 가장 상승해야 할 ωt＋Φ=π(1/2＋2n)(n은, 0 또는 양의 상수)일 때에, 주형이 하강해 버린다고 하는 문제가 발생한다. 이로 인해, b≤0.25로 한다. 참고로, b=0.4, 및, 초기 위상 Φ=33.66^о의 경우의 파형을 도 2에 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 0.25＜b를 만족하는 b=0.4의 경우, 주형이 가장 상승해야 할 ωt＋Φ=π(1/2＋2n)(n은, 0 또는 양의 상수)일 때에, 주형이 하강해 버린다. 그러므로, 본 발명에서는, b≤0.25로 한다.

한편, b가 0이면, 주형의 변위 r(t)의 파형은 단진동이 되어, 0＜b의 경우에 비해, 주형과 응고 쉘 사이로의 용융 파우더의 유입량을 증가시킬 수 없다. 그러므로, 본 발명에서는, 0＜b로 한다. 단진동인 경우에 비해 용융 파우더의 유입량을 충분히 증가시키기 위해, 본 발명에서는, 0.15≤b인 것이 바람직하다.

표 1에, 비사인 계수 b가, 0.15, 0.20, 0.25인 경우에, (2)식으로부터 구해지는 초기 위상 Φ의 값을 기재한다. 비사인 계수 b의 값에 따라, (2)식을 만족하는 초기 위상 Φ의 값을 채용함으로써, r(0)=0으로 할 수 있다.

[표 1]

도 3~도 5에, 비사인 계수 b, 및 초기 위상 Φ의 값으로서, 표 1에 기재하는 조합, 즉, (b=0.15, Φ=16.08), (b=0.20, Φ=20.535), (b=0.25, Φ=24.46)을, 각각 채용했을 때의, (1)식에 의거하는 파형(시간 t와, 주형의 변위 r(t)의 관계)를 도시한다.

도 3~도 5의 각각에 있어서, (1)식에 있어서, sin(ωt＋Φ)의 부분을 일차 파형으로 하고, bcos2(ωt＋Φ)의 부분을 이차 파형으로 하며, r(t)를 합성 파형으로서 나타내고 있다. 여기서, S=4mm, ω=2πrad/s로 했다.

도 3~도 5에 도시하는 합성 파형에서는, 진동 파형이 정현파인 경우에 비해, 최대 변위(최고점) 근방에 있어서의 이동 속도의 변화가 작고, 최소 변위(최저점) 근방에 있어서의 이동 속도의 변화가 커져 있다. 비사인 계수 b를 크게 할수록, 최대 변위 근방에 있어서, 이동 속도의 변화가 작은 기간이 길어진다. 또, 진동 파형이 정현파인 경우에 비해, 최소 변위 근방과 최대 변위 근방 사이의 기간에서는, 주형의 이동 속도(상승 속도, 및 하강 속도)가 커져 있다.

주형의 하강 속도가 큼으로써, 주형과 응고 쉘 사이에 밀어 넣어지는(펌핑되는) 용융 파우더의 양이 많아진다. 주형의 상승 속도가 큼으로써, 파우더가, 주형의 내벽면에, 보다 가까운 영역에까지 도달하도록 할(파우더의 유로를 넓힐) 수 있다. 최대 변위 근방에서, 주형의 이동 속도가 작은 기간이 김으로써, 파우더의 유로가 넓어진 상태가 길게 지속 되도록 할 수 있다. 따라서, 도 3~도 5에 도시하는 합성 파형으로, 주형을 상하로 진동시킴으로써, 주형과 응고 쉘 사이의 윤활성을 높일 수 있다.

또, 도 3~도 5에 도시하는 합성 파형에서는, 모두, t=0일 때의 주형의 변위는, 최대 변위(2mm)와 최소 변위(－2mm)의 중간 위치, 즉, 중립 위치에 있다. 이것에 의해, 밀봉 유출 등의 주조 초기의 트러블을 방지할 수 있다. 또, 중립 위치의 어긋남이 없음으로써, 주형 내 윤활 불량, 및 파우더의 용강으로의 말려듬을 억제한다고 하는 효과를, 안정적으로 발휘할 수 있다.

비사인 계수 b가 클수록, 주형과 응고 쉘 사이의 윤활성을 높일 수 있는 한편, 파우더의 물성에 따라서는, 용융 파우더가 용강 중에 말려 들어가기 쉬워진다. 이것들을 고려하여, 파우더의 물성에 맞추어, 비사인 계수 b의 값으로서, 적당한 것을 채용하거나, 비사인 계수 b의 값에 맞추어, 적당한 물성을 가지는 파우더를 채용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 비사인 계수 b의 값이 큰 경우, 응고점 온도가 높고, 용융 파우더의 점도가 높은 파우더를 채용하면, 용융 파우더의 용강 중으로의 말려듬을, 효율적으로 억제할 수 있다.

진동 파형의 차이에 의한, 파우더의 윤활 성능의 차이를 조사했다. 진동 파형으로서, 정현파, 도 3에 도시하는 파형(b=0.15), 및 도 5에 도시하는 파형(b=0.25)을 각각 채용했다. 각 파형으로, 유압식 진동 장치를 이용하여, 주형을 상하 방향으로 진동시키면서, 연속 주조를 행했다. 어느 진동 파형으로 주형을 진동시킨 경우도, 동일 특성의 파우더(응고 온도：1154℃, 1300℃에 있어서의 용융 파우더의 점도：0.14Pa·s)를 이용했다. 상기 유압식 진동 장치에 의해, 주형 진동시의 하중으로서, 주형 상승기의 최대 하중(이하, 간단히, 「최대 하중」이라고 한다)을 측정했다.

윤활 성능은, 최대 마찰력에 의해 평가했다. 최대 마찰력 F는,

F=(L1－L2)/S

로 표시된다. 여기서,

L1：주조시(주형 내에 용강이 존재할 때)의 최대 하중

L2：비주조시(주형 내에 용강이 존재하지 않을 때)의 최대 하중

S：주형의 내면에 있어서, 용강과 접촉 또는 대향하고 있는 부분의 면적이다.

도 6에, 진동 파형마다의 최대 마찰력을 도시한다. 진동 파형으로서, 정현파를 채용한 경우에 비해, 도 3 및 도 5에 도시하는 파형을 채용한 경우가, 최대 마찰력은 작아져 있다. 즉, 정현파를 채용한 경우에 비해, (1)식의 파형(b=0.15, 0.25)을 채용한 경우가, 주형과 응고 쉘 사이에 있어서의 파우더의 윤활 성능은 높아진다. 또, b=0.15로 한 경우보다, b=0.25로 한 경우가, 윤활 성능은 높아져 있다.

3: 주형
20: 진동 장치

Claims

연속 주조용의 주형으로부터의 주편의 인발을, 상기 주형을 상하 방향으로 진동시키면서 행하는 연속 주조기의 조업 방법에 있어서,
하기 (1)식에 의해 표시되는 진동 파형을 가지고, 하기 (2)식을 만족하도록, 상기 주형을 진동시키는 공정을 포함하는, 연속 주조기의 조업 방법.
r(t)=(S/2)｛sin(ωt＋Φ)＋bcos2(ωt＋Φ)＋b｝…(1)

단, r(t)：주형의 변위(mm)
S：주형의 진동 스트로크 S(mm)
ω：각속도(=2πf)(rad/s)
f：주형의 진동수(Hz)
t：시간(s)
Φ：초기 위상(^о)
b：비(非)사인 계수(0＜b≤0.25).
청구항 1에 있어서,
0.15≤b인, 연속 주조기의 조업 방법.