KR20170067919A - 연속주조기 및 연속주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조방법은 몰드 내의 탕면 상승량이 기준치를 초과하는 시점을 검출하는 제1 단계; 상기 탕면 상승량이 기준치를 초과하는 시점에서, 상기 연속주조기의 핀치롤 속도를 제1 시간동안 제1 속도 미만으로 감속시키는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 감속된 핀치롤 속도를 제2 시간 이후부터 정상적인 주조속도로 상승시키기 시작하는 제3 단계; 및 상기 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 반복적으로 수행하는 제4 단계를 포함한다.

Description

연속주조기 및 연속주조방법{Continuous Casting Method for Severe Mold Level Variation and Continuous Casting apparatus}

본 발명은 연속주조기 및 연속주조방법에 관한 것이다.

강의 연속주조에서 턴디시에서 주형으로 용강이 공급되는 과정에서, 주형 안에서 용강의 레벨(level)이 증가하는 경우, 통상적으로 슬라이드 게이트(slide gate) 또는 스토퍼(stopper)를 제어함으로써 탕면을 일정한 위치에 유지하게끔 하고 있다. 주편 두께 200mm 이상의 주조속도 3.0m/min 이하에서는 비교적 탕면이 넓어 탕면의 위치를 목표 위치에 비교적 잘 맞추고 있어 안정적인 조업이 이루어지고 있다.

그러나, 주소속도 4.0 m/min 내지는 8.0 m/min 수준의 고속주조에서, 탕면이 급속히 상승하는 경우는 종종 발생하고 있다.

탕면이 좁고 주조속도가 빠르기 때문에, 턴디시에서 주형으로의 용강공급부가 용강중에 존재하는 개재물에 의해 막혔다 갑자기 뚫리거나, 또는 용강에서 일부 응고된 덩어리(응고편)에 의해 막혔다가 갑자기 뚫리는 경우에는, 탕면이 10mm 이상 순간적으로 상승하는 일이 나타나는데, 이때 생성되는 응고쉘에 탕면에 존재하는 몰드 플럭스가 혼입되거나, 응고쉘이 불균일하게 성장하기 쉽다.

불균일 정도가 심할 때는 그 부위가 몰드 하부로 인발되는 순간에 응고 지연부위에서 터짐(breakout)이 발생되기도 한다.

또한, 응고셸 일부가 주형에 구속된 후 종국에는 구속성 터짐(breakout)이 일어나기도 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1267341호 (발명의 명칭: 연주공정에서 응고쉘의 브레이크아웃 방지 장치 및 그 방법)

종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 순간적으로 탕면이 상승하는 경우에는 임의적으로 주조속도를 낮추어 응고쉘이 성장하는 시간을 갖게 함으로써 불균일 응고 부위가 몰드 하부를 벗어날 때에도 응고셀의 터짐(breakout) 현상을 회피하는 연속주조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조방법은 몰드 내의 탕면 상승량이 기준치를 초과하는 시점을 검출하는 제1 단계; 상기 용강 탕면이 기준치를 초과하는 시점에서, 상기 연속주조기의 핀치롤 속도를 제1 시간동안 제1 속도 미만으로 감속시키는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 감속된 핀치롤 속도를 제2 시간이후부터 정상적인 주조속도로 상승시키기 시작하는 제3 단계; 및 상기 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 반복적으로 수행하는 제4 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조장치는 몰드 내 탕면의 높이를 검출하는 검출 수단; 상기 몰드로부터 유출되는 주편을 냉각시키고 이동시키는 이동 장치; 및 상기 탕면의 높이에 따라 상기 이동 장치에서의 상기 주편의 이동 속도를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명은 몰드(주형) 내에 순간적으로 탕면 상승량이 증가할 경우에 임의적으로 주조속도(예컨대, 핀치롤의 속도)를 낮추어 응고쉘이 천천히 인발되게 성장하는 시간을 갖게 함으로써 불균일한 응고 부위가 몰드 하부를 벗어날 때에도 응고셀의 터짐(breakout)현상을 회피할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 연속조주기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 주편의 인발속도와 용강의 공급속도가 균형을 이룰 때의 몰드에서의 모습을 나타낸 예시도
도 3은 노즐에 막혀있던 노즐막힘 물질이 뚫렸을 경우의 몰드에서의 탕면상승과 탕면상승으로 인한 응고셀의 모습을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 급격한 탕면상승시의 연속주조방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 급격한 탕면상승시의 연속주조방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서, 연속주조공정 시에, 몰드 내 탕면 상승량이 급격히 증가하는 현상으로 인하여 응고셸의 구속성 터짐(breakout)이 발생하는 현상을 간략하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 연속조주기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.

연속주조(Continuous Casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(Steel Ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

도 1을 참조하면, 연속주조기(100)는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차 냉각대(60 및 65), 및 핀치롤(70)을 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물의 분리 등이 이루어진다.

몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 주편을 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다.

몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각 또는 응고쉘이 형성되도록 하는 역할을 한다. 몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다.

파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화/질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

주편의 인발장치로는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브 방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(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 스토퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스토퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스토퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(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 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

도 2는 주편의 인발속도와 용강의 공급속도가 균형을 이룰 때의 몰드에서의 모습을 나타낸 예시도로서, 도 2를 참조하면, 용강탕면이 일정하게 유지되는 조건에서는 용강 위쪽으로 동판에 부착되어 있는 슬래그 베어(B)가 존재하며, 용강(M) 상부로는, 소결층(C) 그리고 파우더층(A)이 존재한다. 정상적인 조업 상황에서는 탕면이 약 ±3mm 범위로 제어되기 때문에 초기 응고층과 슬래그 베어(B)는 안정적인 형태를 유지하게 된다.

여기서, 응고쉘(81)은 균일하게 생성되어 점차 하부로 인발되면서 안정적으로 성장한다.

도 3은 노즐에 막혀있던 노즐막힘 물질이 뚫렸을 경우의 몰드에서의 탕면상승과 탕면상승으로 인한 응고셀의 모습을 나타낸 예시도이다.

도 3에 도시된 바와같이, 용강 중에는 개재물 등의 비금속 불순물이 침지노즐 내부를 막거나, 또는 턴디시 내의 용강 온도가 낮을 때 턴디시 바닥에 형성되는 응고편이 침지노즐 근처에 접근하면 침지노즐(12) 입구를 점차 막은 후에, 용강의 흘러가는 힘에 의해 갑자가 뚫리는 경우가 발생하곤 한다.

이때, 용강 공급 조절장치인 스토퍼(stopper) 또는 슬라이드 게이트(slide gate)가 탕면을 제어하나, 제어하는 반응속도보다 용강의 공급속도가 빠르므로 순간적으로 탕면은 상승하게 된다.

즉, 용강이 순간적으로 차 오르는 경우에는, 탕면 근처에 형성되어 있는 몰드 플럭스(16)로부터 형성된 슬래그 비어(slag bear)(B)를 넘어서 탕면이 형성되기 때문에, 국부적으로 비정상적인 응고쉘이 형성된다.

이때 주편이 인발되는 과정에서 슬래그 베어(B)가 같이 끌려 내려가면 응고쉘(81)에 박힌 슬래그 베어(B)는 응고쉘(81)의 성장을 차단한다. 성장이 지연된 곳이 몰드 하부를 벗어나면 상부에서 누르는 정압(철정압)에 의해 응고셸이 파단되면서 터짐(breakout)이 발생한다. 또는 응고쉘(81) 일부가 탕면 근처에 고착되어 하부로 인발되지 못하면서 몰드(30)에 고착된 후 그 영역이 점차 넓어지는 구속현상이 나타난다. 그 영역이 넓어져 경계가 몰드(30) 하부에 이르면 구속성 터짐(breakout)이 일어난다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 급격한 탕면상승시의 연속주조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조방법(S700)은 연속주조기를 이용하여 하기에 기재된 제1 단계(S110) 내지 제4 단계(S140)를 이용하여 수행된다.

보다 구체적으로, 상기 제1 단계(S710)는 몰드 내의 탕면 상승량이 기준치를 초과하는 시점을 검출하는 단계일 수 있다.

도 1에 도시된, 상기 탕면 검출기(15)는 주조 내의 용강 탕면의 수위를 실시간으로 인지하며, 15 초 이내에, 바람직하게는 5초 이내에 용강 탕면이 급속히 상승하는 시점을 검출하게 된다.

참고로, 용강 탕면이 급속히 상승하는 경우는 침지노즐에 막혀있던 막힘물질이 뚫리는 경우이며, 이때, 용강 공급 조절장치인 스토퍼(stopper) 또는 슬라이드 게이트(slide gate)가 용강 탕면의 수위를 제어하나, 제어속도보다 용강의 공급속도가 빠르므로 순간적으로 용강 탕면은 상승하게 된다.

다음으로, 상기 제2 단계(S720)는 상기 탕면 상승량이 기준치를 초과하는 시점에서, 상기 연속주조기의 핀치롤 속도를 제1 시간동안 제1 속도 미만으로 감속시키는 단계일 수 있다.

상기 제3 단계(S730)는 상기 제2 단계(S720)에서 감속된 핀치롤 속도를 제2 시간 이후부터 정상적인 주조속도로 상승시키기 시작하는 단계일 수 있다.

상기 제4 단계(S740)는 상기 제1 단계(S110) 내지 상기 제3 단계(S130)를 반복적으로 수행하는 단계일 수 있다.

상기 제1 시간은 1초 내지 10초 중 어느 하나이고, 상기 제2 시간은 1초 내지 40초 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 제1 속도는 현재 주조속도의 절반 이하의 속도일 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조방법은 연속주조기의 주조속도가 3.0 m/min 이상일 때, 상기 몰드 내의 탕면 상승량이 기준치를 초과할 경우에 적용될 수 있다. 또한, 순간적으로 상기 탕면 상승량이 증가할 때, 주편두께가 200 mm 이하일 경우에 한해 적용될 수 있다. 또한, 상기 연속주조기의 몰드 내에서 10초 이내에 탕면의 상승량이 20mm 이상일 경우에 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 탕면 검출기를 통해 현재의 탕면을 인지하고 있고, 최근 15초 이내에, 적합하게는 5초 이내에 탕면이 급속히 상승하는 현상을 판단하여, 그 상승하는 양이 10mm 이상, 적합하게는 20mm 이상 상승하는 경우 인위적으로 주편의 인발속도를 현재의 인발속도의 절반 이하로 낮춤으로써, 몰드 내의 응고쉘의 터짐(breakout)현상을 회피할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속주조기(700)는 몰드 내 탕면의 높이를 검출하는 검출 수단(15), 상기 몰드(30)로부터 유출되는 주편을 냉각시키고 이동시키는 이동 장치(150) 및 상기 탕면의 높이에 따라 상기 이동 장치(150)에서의 상기 주편의 이동 속도를 제어하는 제어부(200)를 포함할 수 있다.

상기 이동 장치(150)는 상기 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가적으로 냉각하는 냉각대(60, 65) 및 상기 냉각대(60, 65)를 통과한 주편을 잡아당기는 핀치롤(70)들을 포함할 수 있다.

상기 제어부(200)는 탕면의 상승량이 기준치를 초과하면, 상기 탕면의 상승량이 기준치를 초과한 시점부터 제1 시간동안 상기 핀치롤의 속도가 제1 속도 미만이 되도록 감속시키고, 감속된 핀치롤 속도를 제2 시간 이후부터 정상적인 주조속도로 상승시키기 시작한다.

이상에서 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 연속주조기
10: 래들 20: 턴디시
21: 스토퍼 25: 침지노즐
30: 몰드 60, 65: 2차 냉각대
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 16: 용융층
15: 검출수단 A: 몰드 플럭스층
B: 슬레그베어 C: 소결층

Claims (9)

1. 연속주조기를 이용한 연속주조방법에 있어서,
   몰드 내의 탕면 상승량이 기준치를 초과하는 시점을 검출하는 제1 단계;
   상기 탕면 상승량이 기준치를 초과하는 시점에서, 상기 연속주조기의 핀치롤 속도를 제1 시간동안 제1 속도 미만으로 감속시키는 제2 단계;
   상기 제2 단계에서 감속된 핀치롤 속도를 제2 시간 이후부터 정상적인 주조속도로 상승시키기 시작하는 제3 단계; 및
   상기 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 반복적으로 수행하는 제4 단계를 포함하는 급격한 탕면상승시의 연속주조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연속주조방법은,
   상기 연속주조기의 주조속도가 3.0 m/min 이상일 때, 상기 몰드 내의 탕면 상승량이 기준치를 초과할 경우에 적용되는 연속주조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 연속주조방법은,
   상기 몰드 내의 탕면 상승량이 기준치를 초과하고, 주편두께가 200 mm 이하일 경우에 적용되는 연속주조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 급격한 탕면상승시의 연속주조방법은,
   상기 몰드 내 탕면 상승량이 10초 이내에 20mm 이상일 경우에 적용되는 연속주조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 시간은 1초 내지 10초 중 어느 하나이고, 상기 제2 시간은 1초 내지 40초 중 어느 하나인 연속주조방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 속도는 현재 주조속도의 절반 이하의 속도인 연속주조방법.
   
7. 몰드 내 탕면의 높이를 검출하는 검출 수단;
   상기 몰드로부터 유출되는 주편을 냉각시키고 이동시키는 이동 장치; 및
   상기 탕면의 높이 상승량에 따라 상기 이동 장치에서의 상기 주편의 이동 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 연속 주조기.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 이동 장치는,
   상기 몰드에서 1차로 냉각된 용강을 추가적으로 냉각하는 냉각대; 및
   상기 이동장치의 냉각대를 통과한 주편을 잡아당기는 핀치롤들을 포함하는 연속 주조기.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어부는,
   탕면의 상승량이 기준치를 초과하면, 상기 탕면의 상승량이 기준치를 초과한 시점부터 제1 시간동안 상기 핀치롤들의 속도가 제1 속도 미만이 되도록 감속시키고, 감속된 핀치롤 속도를 제2 시간 이후부터 정상적인 주조속도로 상승시키기 시작하는 연속 주조기.

Images