KR20170085542A - 강의 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

슬래브 주편의 두께에 따라 경압하 조건을 설정하고, 압하량 부족에 의한 주편 중심 편석의 발생이나, 과잉의 압하량에 의한 주편 내부 깨짐의 발생을 방지한다.　
본 발명의 연속 주조 방법은 두께가 160∼350㎜, 폭이 1600∼2400㎜인 주편(10)의, 두께 중심부의 고상율이 0.1에 상당하는 시점에서 두께 중심부의 고상율이 유동 한계 고상율에 상당하는 시점까지의 영역을, 복수의 주편 지지 롤 쌍이 설치된 경압하대(14)에서 압하하면서 연속 주조할 때에, 주편의 두께(D), 경압하대의 압하 구배(Z), 주편 인발 속도(V)를 하기의 (1)식 및 (2)식의 관계를 만족시킨다. 단,α는 두께 계수(무차원), Do는 기준 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜), β 및 γ는 주편의 폭 W(㎜)에 의해서 정해지는 계수이다.　
0.3/(V×α)＜Z＜1.5/(V×α)…(1)
α=β×(D/Do)＋γ…(2)

Description

강의 연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING METHOD FOR STEEL}

본 발명은 연속 주조 주편의 두께 중심부에 발생하는 성분 편석, 즉 중심 편석을 억제하는 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.

강의 연속 주조에서는 응고의 최종 과정에서, 응고 수축에 수반하여 미응고 용강(「미응고층」이라 함)이 흡인되고, 주편의 인발 방향으로의 미응고 용강의 유동이 생긴다. 이 미응고층에는 탄소(C), 인(P), 유황(S), 망간(Mn) 등의 용질 원소가 농화되어 있고, 이 농화 용강이 주편 중심부에 유동하여 거기서 응고되면, 소위 중심 편석이 발생한다. 응고 말기의 농화 용강이 유동하는 요인으로서는 상기의 응고 수축 이외에, 용강 정압에 의한 롤간에서의 주편의 벌징이나, 주편 지지 롤의 롤 얼라이먼트의 부정합도 들 수 있다.

이 중심 편석은 강 제품, 특히 후강판의 품질을 열화시킨다. 예를 들면, 석유 수송용이나 천연 가스 수송용의 라인 파이프재에 있어서는 사워 가스의 작용에 의해 중심 편석을 기점으로 해서 수소 유기 깨짐이 발생한다. 또, 해양 구조물, 저장조, 석유 탱크 등에 있어서도 마찬가지의 문제가 발생한다. 또한, 근래, 강재의 사용 환경은 더욱 저온하 혹은 더욱 강한 부식 환경하라고 하는 엄격한 환경에서의 사용이 요구되는 경우가 많고, 주편의 중심 편석을 저감하는 것의 중요성은 점점 높아지고 있다.

따라서, 연속 주조 공정에서 압연 공정에 이르기까지, 주편의 중심 편석을 저감하거나 혹은 무해화하는 대책이 다수 제안되어 있다. 그 중에서, 내부에 미응고층을 갖는 연속 주조 주편을 연속 주조기내에서 압하하는 「응고 말기 경(輕)압하 방법」이 중심 편석을 개선함에 있어서 특히 효과적인 것이 알려져 있다. 여기서, 「응고 말기 경압하 방법」은 주편의 응고 완료 위치 부근에 복수의 압하 롤을 배치하고, 이 압하 롤에 의해서, 연속 주조 중의 주편을 응고 수축량에 상당하는 정도의 압하 속도로 서서히 압하하고, 주편 중심부에서의 공극의 발생이나 농화 용강의 유동을 억제하고, 이것에 의해서 주편의 중심 편석을 억제한다고 하는 방법이다.

이 응고 말기 경압하 방법에 의해서 중심 편석의 발생을 효과적으로 방지하기 위해서는 주편의 최종 응고 기간 중에서 경압하를 부여하는 기간의 처음과 마지막의 시기 및, 그 때의 압하량을 적절히 설정하는 것이 중요하고, 다양한 설정 방법이 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는 연속 주조 주편의 말기 응고부에서 주편에 경압하를 부가하는 연속 주조 방법에 있어서, 경압하를 부여하는 구간내에서의 주편의 단위시간당 압하량을 압하 개시시의 주편 표면 온도와, 압하 위치에서의 주편의 미응고층 두께로 규정하는 연속 주조 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 2 및 특허문헌 3에는 블룸(bloom) 주편의 두께 중심부의 고상율이 0.1 내지 0.3에 상당하는 온도로 되는 시점에서 유동 한계 고상율에 상당하는 온도로 되는 시점까지의 영역을 복수의 롤 쌍으로 압하하면서 연속 주조하는 연속 주조에 있어서, 주편의 두께 중심부의 고상율이 커지는 주조 방향 하류측일수록 주편의 압하 속도를 크게 하는 연속 주조 방법이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 4에는 주조 중의 주편에 대해 압하력을 부가하면서 연속 주조하는 강의 연속 주조에 있어서, 주편의 긴쪽 방향에 수직인 단면 형상의 정보와, 해당 단면에 있어서의 미응고부 형상의 정보에 의거하여, 압하 조건을 설정 또는 조정하는 연속 주조 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평성8-132203호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 평성3-90263호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 평성3-90259호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 제2003-71552호

그런데, 본 발명자들은 응고 말기 경압하 방법을 적용한 슬래브 주편의 연속 주조에 있어서, 주조하는 주편의 두께가 다른 경우에는 경압하를 개시해야 할 시점 및 경압하를 종료해야 할 시점은 주편 두께에 영향을 받지 않아 변화하지 않지만, 주편에 압하력을 부여하는 범위(「경압하대」라 함)에 있어서의 최적의 압하 속도는 주편 두께에 따라 변화하는 것을 경험적인 지견으로서 얻고 있었다.

슬래브 주편의 두께는 압연 후의 강 제품의 두께와, 이 강 제품의 사양상 필요하게 되는 압연시의 압하비(주편 두께/강 제품 두께)로 결정된다. 따라서, 새로운 강 제품의 사양이 설정된 경우에는 그 사양에 따라 주편의 두께를 설정하게 된다. 설정된 두께의 주편이 그 이전에 응고 말기 경압하 방법을 적용하여 주조된 적이 없는 경우에는 그 주편 두께에 최적의 경압하에서의 압하 속도를 새로이 설정할 필요가 있었다. 그 때문에, 경압하대의 압하 구배를 몇 수준 설정한 실기(實機)에서의 주조 실험에서 최적 압하 구배를 그때마다 결정하고 있어, 다대한 시간 및 비용을 요한다고 하는 문제점이 있었다. 즉, 슬래브 주편의 두께에 따른 최적의 경압하의 압하 구배를 간편하게 구하는 방법의 실현이 과제였다.

여기서, 「압하 구배」는 서로 대향하는 롤의 롤간의 간격(「롤 개도」라 함)이 주조 방향 하류측을 향해 순차 좁아지도록 설정된 롤 개도의 상태이며, 통상, 1m당 롤 개도의 감소량(㎜/m)으로 표시된다. 이 압하 구배(㎜/m)와 주편 인발 속도(m/min)를 승산한 값이 압하 속도(㎜/min)로 된다.

그래서, 본 발명자들이 해결하고자 하는 상술한 과제의 시점에 입각해서, 전술한 선행 기술 문헌의 유용성을 검증하였다.

특허문헌 1은 경압하를 효과적으로 실시하기 위한 지표로서, 주편의 미응고층 두께에 착안하고 있다. 이것은 특허문헌 1에 의하면, 주조 하류측에 있어서의 압하, 즉 주편의 미응고층 두께가 작은 상태에서의 압하일수록, 압하 롤에서 설정한 압하량이 주편의 고액 계면에 전달되는 비율(이하, 「압하 효율」이라 함)이 작아진다고 하는 지견에 의거하고 있다. 그러나, 본 발명자들의 경험에서는 중심 편석이 현재화되는 것은 미응고층 두께가 대략 10㎜이하로 되는 주편 중심부의 영역이다. 특허문헌 1의 도 1에 나타나 있는 미응고층 두께 D와 단위시간당 필요 압하 속도의 관계에 의하면, 미응고층 두께가 10㎜와 0㎜에서, 필요 압하 속도의 차이는 고작 10% 정도이다. 또, 특허문헌 1의 실시예에서는 1종류의 주편 두께(250㎜)의 시험 결과만이 기재되어 있어, 이 특허문헌 1에 기재된 최적 압하 조건이 다른 주편 두께의 경우에도 유효한지는 불명이다.

특허문헌 2, 3에서는 시험에 제공한 주편의 사이즈는 두께×폭이 300㎜×500㎜, 162㎜×162㎜, 380㎜×560㎜의 3종류에 이르고 있지만, 모두 블룸 주편의 경압하 주조에 관한 것이다. 블룸 주편에서는 주편의 인발 방향에 직교한 단면의 폭과 두께의 비(폭/두께)가 슬래브 주편에 비해 작기 때문에, 응고 말기의 경압하의 압하 효율은 슬래브 주편보다 작아진다. 그 만큼, 압하량의 설정은 응고 말기에 가까워질수록 커지고, 특허문헌 1의 슬래브 주편에서의 예에 비하면 약 2∼3배 정도 크게 되어 있다. 이 압하 조건은 슬래브 주편의 경압하에 그대로 적용할 수 있는 것은 아니다.

또, 특허문헌 1∼3은 주조의 인발 방향을 따라 경압하대에 있어서의 압하 구배를 변화시키고 있으므로, 주편 지지 롤의 롤 개도의 설정이 복잡하고, 실기에서 실현하기 위해서는 설비의 구조도 복잡하게 될 수 밖에 없다.

특허문헌 4는 블룸 주편이 대상이기는 하지만, 주편의 긴쪽 방향에 수직인 단면 형상의 정보, 즉 주편의 폭과 두께를 이용해서 경압하 조건을 설정하고 있다. 그러나, 주편의 폭과 두께의 비를 기준값으로 하고, 주편의 미응고 부분의 폭과 두께의 비의 상기 기준값에 대한 변화량에 의거하여 경압하 조건을 설정하고 있으며, 주편 두께 그 자체의 값을 이용해서 압하 조건을 설정하고 있는 것은 아니다. 이것은 블룸 주편의 경우, 연속 주조기내에서의 주편의 상하면에서의 냉각의 비, 혹은 주편의 좌우면에서의 냉각의 비에 따라서는 주편의 미응고층의 형상이 좌우 방향으로 평평하게 되는 경우나, 상하 방향으로 평평하게 되는 경우의 양쪽이 있고, 특허문헌 4는 이들 양쪽의 경우의 어느 쪽에도 따라 최적의 경압하를 가능하게 하는 것을 목적으로 했기 때문이다.

본 발명자들이 과제로 하고 있는 슬래브 주편의 경우는 주편 긴 변이 주편 짧은 변에 비해 현격히 크고, 미응고층의 편평 방향이 변화하는 일은 일어나지 않으며, 항상 주편의 좌우 방향으로 평평하다. 따라서, 본 발명자들의 과제에 대한 특허문헌 4의 유용성은 작다.

이와 같이, 특허문헌 1∼4의 어느 것도, 본 발명자들의 과제 해결로 이어지는 것은 아니며, 새로운 수단의 개발이 필요하였다.

본 발명은 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 슬래브 주편의 두께에 따라 경압하 조건을 설정할 수 있고, 이것에 의해, 압하량 부족에 의한 주편 중심 편석의 발생이나, 과잉의 압하량에 의한 주편 내부 깨짐의 발생을 방지할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 주편의 두께가 160∼350㎜, 폭이 1600∼2400㎜이고, 두께에 대한 폭의 비(폭/두께)가 4∼15인 주편의, 주편 두께 중심부의 고상율이 0.1에 상당하는 온도로 되는 시점에서 주편 두께 중심부의 고상율이 유동 한계 고상율에 상당하는 온도로 되는 시점까지의 영역을, 주편에 압하력을 부여하는 복수의 주편 지지 롤 쌍이 배치된 경압하대에서 압하하면서 연속 주조하는 강의 연속 주조 방법으로서, 주조 대상의 주편의 두께, 상기 경압하대의 압하 구배, 주편 인발 속도가 다음의 (1)식 및 다음의 (2)식의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법:

0.3/(V×α)＜Z＜1.5/(V×α)…(1)

α=β×(D/Do)＋γ…(2)

단, (1)식 및 (2)식에 있어서, V는 주편 인발 속도(m/min), α는 두께 계수(무차원), Z는 압하 구배(㎜/m), D는 주조 대상의 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜), Do는 기준 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜, Do=187㎜)이며, β 및 γ는 주조 대상의 주편의 폭 W(㎜)에 의해서 정해지는 계수이고, 다음에 주편의 폭 W의 범위별로 나타내며,

1600≤W≤1800에서는 β=-0.61, γ=1.54,

1800＜W≤2000에서는 β=-0.60, γ=1.57,

2000＜W≤2200에서는 β=-0.58, γ=1.58,

2200＜W≤2400에서는 β=-0.53, γ=1.54이다.

[2] 주조 대상의 주편의 두께 및 주편의 총 압하량이 하기 (3)식의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 강의 연속 주조 방법:

Rt＜(D/Do)×(10/α)…(3)

단, (3)식에 있어서의 Rt는 주편의 총 압하량(㎜), D는 주조 대상의 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜), Do는 기준 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜, Do=187㎜),α는 두께 계수(무차원)이다.

본 발명에 따르면, 슬래브 주편의 중심 편석을 경감하기 위해, 연속 주조 중의 주편에 경압하대에서 응고 수축량에 상당하는 정도의 압하량을 부여하여 강 주편을 연속 주조함에 있어서, 주조 대상의 주편의 두께, 경압하대의 압하 구배, 주편 인발 속도가 상기 (1)식 및 (2)식의 관계를 만족시키는 범위내로 되도록 압하 조건을 설정한다. 이것에 의해, 주편의 두께가 다른 경우에 있어서도, 복수의 수준으로 이루어지는 실기 실험을 실행한다고 하는 바와 같은 다대한 시간과 비용을 들이는 일 없이, 최적의 압하 조건을 간편하게 구할 수 있고, 다양한 사양의 강 제품 제조의 요구에 신속하게 대처하는 것이 가능하게 되며, 공업상 유익한 효과를 초래할 수 있다.

도 1은 본 발명을 실시할 때에 이용한 슬래브 연속 주조기의 측면 개략도이다.
도 2는 슬래브 연속 주조기의 경압하대를 구성하는 롤 세그먼트의 일예를 나타내는 개략도로서, 연속 주조기의 측방에서 본 개략도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 롤 세그먼트를 주편의 주조 방향에서 본 개략도, 즉 주조 방향과 직교하는 단면에서의 개략도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명을 실시할 때에 이용한 슬래브 연속 주조기의 측면 개략도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 슬래브 연속 주조기(1)에는 용강(9)을 주입해서 응고시키고, 주편(10)의 외각형상을 형성하기 위한 주형(5)이 설치되어 있다. 이 주형(5)의 상방 소정 위치에는 레이들(도시하지 않음)로부터 공급되는 용강(9)을 주형(5)에 중계 공급하기 위한 턴디쉬(2)가 설치되고, 턴디쉬(2)의 저부에는 용강(9)의 유량을 조정하기 위한 슬라이딩 노즐(3)이 설치되고, 이 슬라이딩 노즐(3)의 하면에는 침지 노즐(4)이 설치되어 있다.

한편, 주형(5)의 하방에는 서포트 롤, 가이드 롤 및 핀치 롤로 이루어지는 복수 쌍의 주편 지지 롤(6)이 배치되어 있다. 주조 방향에 서로 인접하는 주편 지지 롤(6)의 간극에는 물 스프레이 노즐 혹은 에어 미스트 스프레이 노즐 등의 스프레이 노즐(도시하지 않음)이 배치된 2차 냉각대가 구성되고, 2차 냉각대의 스프레이 노즐로부터 분무되는 냉각수(「2차 냉각수」라고도 함)에 의해서 주편(10)은 인발되면서 냉각되도록 구성되어 있다. 또, 주조 방향 최종의 주편 지지 롤(6)의 하류측에는 주조된 주편(10)을 반송하기 위한 복수의 반송 롤(7)이 설치되어 있고, 이 반송 롤(7)의 상방에는 주조되는 주편(10)으로부터 소정 길이의 주편(10a)을 절단하기 위한 주편 절단기(8)가 배치되어 있다.

주편(10)의 응고 완료 위치(13)를 사이에 두고 주조 방향의 상류측 및 하류측에는 주편(10)을 사이에 두고 서로 대향하는 주편 지지 롤간의 간격(이 간격을 「롤 개도」라 함)을 주조 방향 하류측을 향해 순차 좁아지도록 설정된, 즉 압하 구배(주조 방향 하류를 향해 순차 좁아지도록 설정된 롤 개도의 상태)가 설정된 복수 쌍의 주편 지지 롤군으로 구성되는 경압하대(14)가 설치되어 있다. 경압하대(14)에서는 그 전역 또는 일부 선택한 영역에서, 주편(10)에 경압하를 실행하는 것이 가능하다. 또, 경압하대(14)의 각 주편 지지 롤간에도 주편(10)을 냉각하기 위한 스프레이 노즐이 배치되어 있다. 여기서, 경압하대(14)에 배치되는 주편 지지 롤(6)은 압하 롤이라고도 한다.

또한, 통상, 압하 구배는 주조 방향 1m당 롤 개도의 수축량, 즉 「㎜/m」로 표시되어 있고, 따라서, 경압하대(14)에 있어서의 주편(10)의 압하 속도(㎜/min)는 이 압하 구배(㎜/m)에 주편 인발 속도(m/min)를 승산함으로써 얻어진다.

도 1에 나타내는 슬래브 연속 주조기(1)에 있어서는 경압하대(14)는 3쌍의 주편 지지 롤(6)을 1조로 하는 롤 세그먼트가 주조 방향으로 3기 연결되어 구성되어 있다. 단, 본 발명에 있어서, 경압하대(14)를 3기의 롤 세그먼트로 구성할 필요는 없으며, 경압하대(14)를 구성하는 롤 세그먼트는 1기라도, 또 2기라도 상관없고, 더 나아가서는 4기 이상이어도 상관없다. 또, 도 1에 나타내는 슬래브 연속 주조기(1)에서는 각각의 롤 세그먼트는 3쌍의 주편 지지 롤(6)로 구성되어 있지만, 1개의 롤 세그먼트를 구성하는 주편 지지 롤(6)은 2쌍 이상이면 몇 개라도 상관없다.

도 2, 도 3에, 경압하대(14)를 구성하는 롤 세그먼트의 1예를 나타낸다. 도 2, 도 3은 압하 롤로서 5쌍의 주편 지지 롤(6)이 1개의 롤 세그먼트(15)에 배치된 예를 나타내는 도면이며, 도 2는 연속 주조기의 측방에서 본 개략도, 도 3은 주편의 주조 방향에서 본 개략도, 즉 주조 방향과 직교하는 단면에서의 개략도이다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 롤 세그먼트(15)는 롤 초크(21)를 통해 5쌍의 주편 지지 롤(6)을 유지한 1쌍의 프레임(16) 및 프레임(16´)으로 이루어지고, 프레임(16) 및 프레임(16´)을 관통시켜 합계 4개(상류측의 양 사이드 및 하류측의 양 사이드)의 타이 로드(17)가 배치되어 있다. 이 타이 로드(17)에 설치되어 있는 웜 잭(19)을 모터(20)로 구동시키는 것에 의해, 프레임(16)과 프레임(16´)의 간격의 조정, 즉 롤 세그먼트(15)에 있어서의 압하 구배의 조정이 실행되도록 되어 있다. 이 경우, 롤 세그먼트(15)에 배치되는 5쌍의 주편 지지 롤(6)의 롤 개도가 일괄해서 조정된다.

주조 중에는 웜 잭(19)은 미응고층을 갖는 주편(10)의 용강 정압에 의해서 셀프 록되고, 주편(10)의 벌징력에 대항하고 있으며, 주편(10)이 존재하지 않는 조건하에서, 즉 롤 세그먼트(15)에 설치되는 주편 지지 롤(6)에 주편(10)으로부터의 부하가 작용하지 않는 조건하에서, 압하 구배의 조정이 실행되도록 구성되어 있다. 웜 잭(19)에 의한 프레임(16´)의 이동량은 웜 잭(19)의 회전수에 의해 측정·제어되어 있고, 롤 세그먼트(15)의 압하 구배를 알 수 있도록 되어 있다.

또, 타이 로드(17)에는 프레임(16´)과 웜 잭(19)의 사이에 접시 스프링(18)이 설치되어 있다. 접시 스프링(18)은 1개의 접시 스프링으로 구성되는 것은 아니고, 복수개의 접시 스프링을 중첩해서 구성되는 것이다(다수개의 접시 스프링을 중첩할수록 강성이 높아진다). 이 접시 스프링(18)은 접시 스프링(18)에 임의의 소정의 하중 이상의 부하 하중이 작용하지 않는 경우에는 수축하지 않고 일정한 두께를 띠고 있지만, 임의의 소정의 부하 하중이 작용한 경우에 수축하기 시작하고, 임의의 소정의 부하 하중을 넘은 이후에는 부하 하중에 비례해서 수축하도록 구성되어 있다.

예를 들면, 주편(10)이 롤 세그먼트(15)의 범위내에서 응고 완료된 경우에는 응고 완료된 주편(10)을 압하하는 것에 의해서 롤 세그먼트(15)에 과대한 하중이 부하된다. 이러한 과대한 하중이 부하되는 경우에는 접시 스프링(18)이 수축함으로써, 프레임(16´)이 개방하고 즉 롤 개도가 확대하고, 롤 세그먼트(15)에 과대한 하중이 부하되지 않도록 구성되어 있다. 또한, 하면측의 프레임(16)은 연속 주조기의 기초에 고정되어 있어 주조 중에는 이동하지 않도록 구성되어 있다.

도시는 하지 않지만, 경압하대(14)에 배치되는 주편 지지 롤 이외의 주편 지지 롤(6)도 롤 세그먼트 구조로 되어 있다.

도 1에 나타내는 경압하대(14)는 이러한 롤 세그먼트 구조이므로, 각각의 롤 세그먼트에 배치되는 3쌍의 주편 지지 롤(6)의 롤 개도가 일괄해서 조정된다. 이 경우, 웜 잭에 의한 상부 프레임(프레임(16´)에 상당)의 이동량은 웜 잭의 회전수에 의해 측정·제어되어 있으며. 각각의 롤 세그먼트의 압하 구배를 알 수 있도록 되어 있다.

이 구성의 슬래브 연속 주조기(1)에 있어서는 턴디쉬(2)로부터 침지 노즐(4)을 통해 주형(5)에 주입된 용강(9)은 주형(5)에서 냉각되어 응고 쉘(11)을 형성하고, 내부에 미응고층(12)을 갖는 주편(10)으로서, 주형(5)의 하방에 마련한 주편 지지 롤(6)에 지지되면서, 주형(5)의 하방에 연속적으로 인발된다. 주편(10)은 주편 지지 롤(6)을 통과하는 동안, 2차 냉각대의 2차 냉각수로 냉각되고, 응고 쉘(11)의 두께를 증대시키며, 또한 경압하대(14)에서는 압하하면서 응고 완료 위치(13)에서 내부까지의 응고를 완료한다. 응고 완료 후의 주편(10)은 주편 절단기(8)에 의해서 절단되어 주편(10a)으로 된다.

본 발명에 있어서는 경압하대(14)에서는 적어도, 주편 두께 중심부의 고상율이 0.1에 상당하는 온도로 되는 시점에서 주편 두께 중심부의 고상율이 유동 한계 고상율에 상당하는 온도로 되는 시점까지, 주편(10)을 압하한다. 유동 한계 고상율은 0.7 내지 0.8로 되어 있고, 따라서, 주편 두께 중심부의 고상율이 0.7 내지 0.8이 될 때까지는 압하한다. 따라서, 주편 두께 중심부의 고상율이 0.8이상으로 될 때까지 압하하면 문제는 없다. 주편 두께 중심부의 고상율이 유동 한계 고상율을 넘은 이후에는 미응고층(12)은 이동하지 않으므로, 경압하를 실행하는 의미가 없다. 물론, 경압하의 효과는 얻어지지 않지만, 유동 한계 고상율을 넘은 이후도 경압하해도 상관없다. 한편, 주편 두께 중심부의 고상율이 0.1을 넘고 나서 경압하를 개시해도, 그 이전에 농화 용강의 유동이 발생할 가능성이 있고, 이것에 의해 중심 편석이 발생하며, 중심 편석 경감 효과를 충분히 얻을 수 없다. 따라서, 주편 두께 중심부의 고상율이 0.1로 될 때까지 경압하를 개시한다.

주편 두께 중심부의 고상율은 2차원 전열 응고 계산에 의해서 구할 수 있다. 여기서, 고상율은 응고 개시 전을 고상율=0, 응고 완료시를 고상율=1.0으로 정의되는 것이며, 주편 두께 중심부의 고상율이 1.0로 되는 위치가 응고 완료 위치(13)에 해당한다.

용강(9)의 응고 말기에 있어서, 소정의 압하 속도로 주편(10)을 경압하하는 것에 의해서 주편(10)의 중심 편석이 저감하는 것은 일반적으로 잘 알려져 있다. 그러나, 경압하를 실행할 때, 압하에 의한 응고 쉘(11)의 변형에 의해, 주편 표면에 부가한 압하량보다 주편(10)의 응고 계면에 전달되는 압하량이 작아지는 경우가 있으므로, 설정대로의 압하 속도로 제어할 수 없는 경우가 있다. 여기서, 주편 표면에 부가한 압하량에 대한 주편(10)의 응고 계면에 전달되는 압하량의 비율(응고 계면에 전달되는 압하량/주편 표면에 부가한 압하량)을 압하 효율로 한다.

이 압하 효율의 대소에 영향을 미치는 요인으로서, 특히, 응고 쉘(11)의 두께의 기여가 크고, 응고 쉘(11)의 두께가 커지면, 압하 효율은 작아진다. 즉, 주편(10)에의 경압하는 응고 말기에 실행되므로, 외형의 두께가 큰 주편(10)일수록 경압하시에서의 응고 쉘(11)의 두께가 커지고, 경압하에서의 압하 효율은 작아진다. 주편(10)의 외형의 두께는 주형 출구에 있어서의 캐비티(주형 내부 공간)의 주형의 짧은 변을 따른 두께로 정해진다.

본 발명자들은 주편 폭이 2100㎜의 일정하고, 주편 두께가 160∼350㎜인 주편(10)을 연속 주조하는 경우에, 어느 주편 두께라도 최적 압하 조건에서의 경압하에 의해서 중심 편석을 경감하는 것을 목적으로 해서, 우선, 두께가 200㎜의 주편(10)을 연속 주조할 때의 경압하대(14)에 있어서의 압하 구배의 최적 범위를 실기에서의 주조 실험에 의해서 구하였다. 그 결과, 두께가 200㎜의 주편(10)에서의 최적 압하 구배는 하기 (4)식의 범위인 것을 알 수 있었다.

0.3/V＜Z＜1.5/V…(4)

단, (4)식에 있어서, V는 주편 인발 속도(m/min), Z는 압하 구배(㎜/m)이다.

다음에, 압하 효율에 미치는 주편(10)의 두께의 영향에 의한 보정분을 (4)식에 포함시키기 위해, 주편 두께가 160∼350㎜의 사이에서, 경압하시의 주편(10)의 변형에 관한 수치 시뮬레이션을 실행하였다. 그리고, 그 시뮬레이션 결과로부터, 주편(10)의 두께와 압하 효율의 관계를 구하고, 주편 두께의 1차의 근사식으로서, 두께 계수α(무차원)를 하기 (5)식으로서 도출하였다.

α=-0.58×(D/Do)＋1.58…(5)

단, (5)식에 있어서, D는 주조 대상의 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜), Do는 기준 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜)이다.

두께 계수 α의 값은 주편 두께 D가 클수록 작아진다. 이것은 주편 두께 D가 커질수록 압하 효율이 작아지는 것을 나타내고 있다. 또한, 기준 주편의 주형 직하에서의 두께 Do는 (5)식에 나타내는 두께 계수 α가 1로 되는 주편 두께이며, 2100㎜ 폭의 슬래브 주편의 경우에는 Do는 187㎜이었다.

주조 대상의 주편(10)의 두께가 기준 두께의 187㎜와 다른 것에 의해, 이 주편 두께의 변화에 의해서 압하 효율이 (5)식에서 나타나는 비율로 변화한다. 본 발명에서는 이 주편 두께의 변화에 수반하는 압하 효율의 변화분을, 경압하대(14)의 압하 구배를 조정하는 것에 의해서 보충하는 것으로 하였다. 구체적으로는 압하 효율이 작아지면 압하 구배를 크게 하고, 반대로, 압하 효율이 커지면 압하 구배를 작게 함으로써, 압하 효율의 변화분을 보충하는 것으로 하였다. 즉, (5)식에 나타내는 두께 계수 α를 (4)식에 포함시키고, 주편 인발 속도, 두께 계수 α, 압하 구배의 관계식으로서 하기 (1)식을 얻었다.

0.3/(V×α)＜Z＜1.5/(V×α)…(1)

주편 폭이 2100㎜이고, 주편 두께가 160∼350㎜인 주편(10)을 연속 주조하는 경우, 상기와 같이 해서 구한 (1)식 및 (5)식에 준거함으로써, 주편 두께가 증가 또는 감소하는 것에 기인하는 압하 효율의 변화가 방지되고, 주편(10)에서의 중심 편석 및 기공(porosity)의 발생을 방지하고, 또, 압하 과잉에 의한 주편(10)에서의 역V 편석이나 내부 깨짐의 발생을 방지할 수 있다.

단, (5)식의 두께 계수 α는 주편 폭이 2100㎜ 일정의 주편(10)에 있어서의 값이며, 또한 슬래브 연속 주조기(1)에서 주조되는 주편(10)의 폭은 1600∼2400㎜로 광범위하다. 그래서, 주편(10)의 두께가 160∼350㎜, 폭이 1600∼2400㎜에서, 두께에 대한 폭의 비(폭/두께)가 4∼15인 주편의 전체 범위에 있어서 두께 계수 α를 구하는 것으로 하였다.

경압하대(14)에 있어서의 경압하시의 압하 저항의 주체는 주편의 짧은 변측의 응고가 완료된 부위이다. 이 부위의 주편 폭 방향의 길이의 절대값은 주편(10)의 두께가 동일한 경우에는 주편(10)의 폭의 대소에는 관계없이 대략 동등하게 된다. 또한, 내부에 미응고층(12)이 존재하는 범위는 미응고층(12)이 존재하기 때문에 압하 저항은 작고, 주편의 짧은 변측 양단부의 응고가 완료된 부위에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다.

즉, 예를 들면, 1600㎜ 폭의 주편의 경우에는 2100㎜ 폭의 주편의 경우보다, 주편의 짧은 변측의 응고가 완료된 부위의 주편 폭에 대한 비율이 커지고, 이것에 의해, 1600㎜ 폭의 주편이 2100㎜ 폭의 주편보다 압하 저항이 커진다. 따라서, 경압하대(14)의 압하 구배가 1600㎜ 폭의 주편과 2100㎜ 폭의 주편에서 동일한 경우에는 1600㎜ 폭의 주편에서는 압하 저항에 의한 반력이 접시 스프링(18)의 설정 응력을 상회하고, 롤 개도가 확대하며, 설정한 압하 구배보다 실제의 압하 구배가 작아지는 경우가 일어날 수 있다.

그래서, 주편 폭이 1700㎜, 1900㎜, 2300㎜의 경우에 대해서도, 2100㎜ 폭의 주편에서 실행한 수치 시뮬레이션과 마찬가지의 수치 시뮬레이션을 실행하고, 두께 계수 α를 구하였다. 두께 계수 α는 β 및 γ를 주조 대상의 주편의 폭 W(㎜)에 의해서 정해지는 계수로 하는 하기 (2)식으로 표시하였다.

α=β×(D/Do)＋γ…(2)

수치 시뮬레이션의 결과, (2)식에 있어서의 계수 β 및 계수 γ는 주조 대상의 주편의 폭 W(㎜)에 따라 이하와 같이 되는 것을 알 수 있었다.

1600≤W≤1800에서는 β=-0.61,γ=1.54

1800＜W≤2000에서는 β=-0.60,γ=1.57

2200＜W≤2400에서는 β=-0.53,γ=1.54

여기서, 2000＜W≤2200에서는 (5)식에 나타내는 바와 같이, β=-0.58, γ=1.58이다.

또한, (2)식에 있어서의 기준 주편의 주형 직하에서의 두께 Do는 1600∼2400㎜ 폭의 슬래브 주편에 있어서, 어느 폭의 슬래브 주편이더라도, 2100㎜ 폭의 슬래브 주편의 경우와 마찬가지로 187㎜로 하였다.

그런데, 경압하는 최종 응고부의 농화 용강의 유동을 방지하는 효과가 있지만, 한편, 압하에 의해서 주편(10)을 변형시키므로, 응고 계면에서의 내부 깨짐을 발생시키는 경우가 있다. 이 내부 깨짐의 발생은 응고 계면에 가해진 왜곡의 누적값이 일정 이상에 도달하면 발생하는 것이 알려져 있다.

그래서, 본 발명자들은 경압하에 의해서 주편(10)에 가해지는 총 압하량과, 내부 깨짐 발생 유무의 관계를 실기 시험에 의해서 조사하였다. 그 결과, 주편(10)의 내부 깨짐을 방지하기 위해서는 주편(10)의 총 압하량 및 주조 대상의 주편의 두께가 하기의 (3)식의 관계를 만족시키는 것이 바람직한 것을 확인하였다.

Rt＜(D/Do)×(10/α)…(3)

단, (3)식에 있어서의 Rt는 주편의 총 압하량(㎜)이다.

즉, 본 발명에서는 주조 대상의 주편(10)의 두께, 경압하대(14)의 압하 구배, 주편 인발 속도가 상기의 (1)식 및 (2)식의 관계를 만족시키는 범위내로 되도록 압하 조건을 설정해서 연속 주조하는 것을 필수로 하고, 그 때에, 바람직하게는 주편(10)의 총 압하량 및 주조 대상의 주편의 두께가 상기의 (3)식의 관계를 만족시키는 범위로 설정한다.

또, 연속 주조 조업의 각종 주조 조건에 있어서, 미리 이차원 전열 응고 계산 등을 이용해서 응고 쉘(11)의 두께와 주편 두께 중심부의 고상율을 구하고, 경압하대(14)에 들어가는 시점에서의 주편 두께 중심부의 고상율이 0.1이하가 되고, 또한 경압하대(14)를 나오는 시점에서의 주편 두께 중심부의 고상율이 유동 한계 고상율 이상이 되도록, 2차 냉각수량 또는 주편 인발 속도를 조정한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 주조 대상의 주편(10)의 두께, 경압하대(14)의 압하 구배, 주편 인발 속도가 상기 (1)식 및 (2)식의 관계를 만족시키는 범위내로 되도록 압하 조건을 설정하므로, 주편(10)의 두께가 다른 경우에 있어서도, 최적의 압하 조건을 간편하게 구할 수 있고, 다양한 사양의 강 제품 제조의 요구에 신속히 대처하는 것이 가능하게 된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의거해서 더욱 상세하게 설명한다.

시험에 이용한 연속 주조기는 도 1에 나타내는 연속 주조기(1)와 마찬가지이다. 이 연속 주조기를 이용해서, 저탄소 알루미늄 킬드강의 주조를 실행하였다. 표 1에, 본 발명의 실시형태에 관한 연속 주조 방법에서의 200㎜, 250㎜, 300㎜의 3종류의 주편 두께에서의 주조 조건 및, 주조된 주편에 있어서의 중심 편석도, 기공의 유무, 내부 깨짐의 유무의 조사 결과를 나타낸다. 또, 표 1에는 각각의 주편 두께로 본 발명의 범위 외의 조건에서, 비교예로서 실행한 시험에서의 주조 조건 및 조사 결과도 아울러 나타낸다. 주편의 폭은 모든 시험에서 2100㎜이다.

[표 1]

시험의 평가에 이용한 주편의 중심 편석도는 이하의 방법에 의해서 측정하였다. 즉, 주편의 인발 방향에 직교한 단면에 있어서, 주편의 두께 방향을 따라 등간격으로 탄소 농도를 분석하고, 그 두께 방향에서의 분석값의 최대값을 C_max로 하고, 주조 중에 턴디쉬내로부터 채취한 용강에서 분석한 탄소 농도를 C₀로 해서, C_max/C₀를 중심 편석도로 하였다. 따라서, 중심 편석도가 1.0에 가까울수록 중심 편석이 적은 양호한 주편인 것을 나타낸다. 본 발명에서는 중심 편석도가 1.10이상의 주편은 중심 편석의 정도가 나쁘다고 하는 판정을 실행하였다.

주편의 기공 및 내부 깨짐은 주편의 인발 방향에 직교한 단면에 있어서, 주편 두께의 중앙부 부근의 현미경 관찰을 실행하고, 이들 유무를 판정하였다.

각각의 주편 두께에서의 주편 인발 속도는 적어도, 주편의 두께 중심부에서의 고상율이 0.1에서 유동 한계 고상율까지의 구간의 주편이 경압하대에 위치하도록 설정한 후에, 시험 번호 1∼3, 시험 번호 6∼8, 시험 번호 11∼13에서는 상기의 (1)식 및 (2)식을 만족시키도록 압하 구배를 설정하였다. 또, 비교예로서 실행한 시험 번호 4, 9, 14에서는 (1)식 및 (2)식에서 정해지는 압하 구배의 최적 범위 상한을 상회하는 압하 구배를 설정하였다. 또, 시험 번호 5, 10, 15에서는 (1)식 및 (2)식에서 정해지는 압하 구배의 최적 범위 하한을 하회하는 압하 구배를 설정하였다. 또한, 시험 번호 4, 9에서는 아울러, 총 압하량이 (3)식의 상한값을 상회하는 값으로 되도록 압하 구배를 설정하였다.

표 1에 나타내는 중심 편석도로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 범위내인 시험 번호 1∼3, 시험 번호 6∼8, 시험 번호 11∼13에서는 중심 편석도는 모두 1.10미만이며 양호하였다. 또, 주편에 기공 및 내부 깨짐은 관찰되지 않았다.

비교예로서 실행한 시험 번호 4에서는 (1)식 및 (2)식에서 구해지는 최적 압하 구배는 0.2∼1.1㎜/m이었지만, 압하 구배를 1.5㎜/m로 과대로 했기 때문에, 중심 편석도는 1.10을 넘었다. 또, 총 압하량도 과대이며, 주편에 내부 깨짐이 발생하였다. 마찬가지로, 시험 번호 9, 14도 압하 구배가 과대이며, 중심 편석도는 높고, 일부에 역 V편석도 확인되었다.

또, 시험 번호 15에서는 (1)식 및 (2)식에서 구해지는 최적 압하 구배는 0.6∼3.1㎜/m이었지만, 압하 구배를 0.5㎜/m로 했기 때문에, 압하 구배가 부족하고, 중심 편석도는 1.10을 넘고, 주편의 내부에 기공도 관찰되었다. 마찬가지로, 시험 번호 5, 10에 있어서도 압하 구배가 과소이며, 중심 편석의 정도는 나빴다.

1; 슬래브 연속 주조기 2; 턴디쉬
3; 슬라이딩 노즐 4; 침지 노즐
5; 주형 6; 주편 지지 롤
7; 반송 롤 8; 주편 절단기
9; 용강 10; 주편
11; 응고 쉘 12; 미응고층
13; 응고 완료 위치 14; 경압하대
15; 롤 세그먼트 16; 프레임
17; 타이 로드 18; 접시 스프링
19; 웜 잭 20; 모터
21; 롤 초크

Claims (2)

1. 주편의 두께가 160∼350㎜, 폭이 1600∼2400㎜이고, 두께에 대한 폭의 비(폭/두께)가 4∼15인 주편의, 주편 두께 중심부의 고상율이 0.1에 상당하는 온도로 되는 시점에서 주편 두께 중심부의 고상율이 유동 한계 고상율에 상당하는 온도로 되는 시점까지의 영역을, 주편에 압하력을 부여하는 복수의 주편 지지 롤 쌍이 배치된 경압하대에서 압하하면서 연속 주조하는 강의 연속 주조 방법으로서,
   주조 대상의 주편의 두께, 상기 경압하대의 압하 구배, 주편 인발 속도가 다음의 (1)식 및 다음의 (2)식의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법:
   0.3/(V×α)＜Z＜1.5/(V×α)…(1)
   α=β×(D/Do)＋γ…(2)
   단, (1)식 및 (2)식에 있어서, V는 주편 인발 속도(m/min), α는 두께 계수(무차원), Z는 압하 구배(㎜/m), D는 주조 대상의 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜), Do는 기준 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜, Do=187㎜)이며, β 및 γ는 주조 대상의 주편의 폭 W(㎜)에 의해서 정해지는 계수이고, 다음에 주편의 폭 W의 범위별로 나타내며,
   1600≤W≤1800에서는 β=-0.61, γ=1.54,
   1800＜W≤2000에서는 β=-0.60, γ=1.57,
   2000＜W≤2200에서는 β=-0.58, γ=1.58,
   2200＜W≤2400에서는 β=-0.53, γ=1.54이다.
2. 제 1 항에 있어서,
   주조 대상의 주편의 두께 및 주편의 총 압하량이 다음의 (3)식의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 강의 연속 주조 방법:
   Rt＜(D/Do)×(10/α)…(3)
   단, (3)식에 있어서의 Rt는 주편의 총 압하량(㎜), D는 주조 대상의 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜), Do는 기준 주편의 주형 직하에서의 두께(㎜, Do=187㎜), α는 두께 계수(무차원)이다.

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