KR20200076386A

KR20200076386A - 복층 주편의 연속 주조 방법

Info

Publication number: KR20200076386A
Application number: KR1020180165446A
Authority: KR
Inventors: 황종연
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-29

Abstract

본 발명은 복층 주편의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 외피와 내피의 종류가 서로 다른 복층 주편의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 연속 주조시 하기 관계식 2를 만족하도록 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 제어하는 복층 주편의 연속 주조 방법을 제공한다.
[관계식 2] V_SEN,2=V_SEN,1[A₂(d)A_SEN,1/A₁(d)A_SEN,2]
(단, A₁은 외피 주편 단면적, A₂는 내피 주편 단면적, V_SEN,1은 외피용 침지노즐에서의 용강 유속, V_SEN,2는 내피용 침지노즐에서의 용강 유속, A_SEN,1은 침지노즐의 유동 단면적, A_SEN,2는 내피용 침지노즐의 유동 단면적, d는 원하는 외피의 응고쉘 두께임.)

Description

복층 주편의 연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING METHOD FOR MULTI-LAYER SLAB}

본 발명은 복층 주편의 연속 주조 방법에 관한 것이다.

도 1은 연속주조설비의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연속주조설비(1)는 래들(2)에 저장된 용강(3)을 턴디쉬(4) 및 몰드(5)를 통해 하강시키면서 냉각하여 주편(6)을 연속적으로 생산하는 설비이며, 생산되는 주편(6)의 형상은 몰드(5)의 형상에 의하여 결정된다.

한편, 최근 제품의 인장강도가 1GPa이 넘는 기가스틸의 수요가 급증하고 있다. 이러한 기가스틸의 경우 대부분 연속주조 공정에서 표면 크랙 민감강으로 분류되고 있으며, 이러한 표면 크랙 문제를 해결하기 위하여 여러 기술들이 적용되고 있다. 대표적인 기술로는 외측 강종과 내측 강종의 종류가 서로 다른 주편의 복층주조법이 있으며, 이러한 복층주조법을 활용하는 경우 원하는 강도와 표면을 갖는 제품을 생산할 수 있다. 특허문헌 1은 상기 복층주조법을 이용하는 기술 중 하나이다. 특허문헌 1에서는 복층 주편의 연속 주조시 전자기력을 이용하여 이강종의 경계면을 나눌 수 있도록 시도하고 있다. 그러나, 특허문헌 1의 경우에는 실조업시 주조조건이 항상 변동한다는 점에 대해서는 고려하고 있지 않아 실조업에 반영하는데 한계가 있다.

US 5269366

본 발명의 일측면은 용강의 주조조건이 변경되더라도 주편의 외피와 내피의의 두께를 일정하게 유지할 수 있는 복층 주편의 연속 주조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 용강의 주조조건이 변동되더라도 주편의 외피와 내피의의 경계면을 일정하게 유지할 수 있는 복층 주편의 연속 주조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 외피와 내피의 종류가 서로 다른 복층 주편의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 연속 주조시 하기 관계식 2를 만족하도록 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 제어하는 복층 주편의 연속 주조 방법을 제공한다.

[관계식 2] V_SEN,2=V_SEN,1[A₂(d)A_SEN,1/A₁(d)A_SEN,2]

(단, A₁은 외피 주편 단면적, A₂는 내피 주편 단면적, V_SEN,1은 외피용 침지노즐에서의 용강 유속, V_SEN,2는 내피용 침지노즐에서의 용강 유속, A_SEN,1은 침지노즐의 유동 단면적, A_SEN,2는 내피용 침지노즐의 유동 단면적, d는 원하는 외피의 응고쉘 두께임.)

본 발명의 다른 실시 형태는 외피와 내피의 종류가 서로 다른 복층 주편의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 연속 주조시 하기 관계식 4를 만족하도록 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 제어하는 복층 주편의 연속 주조 방법을 제공한다.

[관계식 4] V_SEN,2=V_SEN,1[A₂(f(q,V_c,x₀))A_SEN,1/A₁(f(q,V_c,x₀))A_SEN,2]

(단, A₁은 외피 주편 단면적, A₂는 내피 주편 단면적, V_SEN,1은 외피용 침지노즐에서의 용강 유속, V_SEN,2는 내피용 침지노즐에서의 용강 유속, A_SEN,1은 침지노즐의 유동 단면적, A_SEN,2는 내피용 침지노즐의 유동 단면적, q는 전열량, V_c는 주조속도, x₀는 원하는 응고쉘의 계면위치임.)

본 발명의 일측면에 따르면, 용강의 주조조건이 변경되더라도 주편의 외피와 내피의 두께를 일정하게 유지할 수 있는 복층 주편의 연속 주조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 용강의 주조조건이 변동되더라도 주편의 외피와 내피의 경계면을 일정하게 유지할 수 있는 복층 주편의 연속 주조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 연속주조설비의 일례를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 복층 주편의 연속 주조 방법에 대하여 설명한다.

연속주조기를 이용한 주편 생산시 주편의 외부와 내부를 다른 강종으로 동시에 복합 주조하는 방법이 유용할 경우가 있다. 이 때 가장 중요한 이슈는 몰드에서 주편의 외부에 해당하는 강종과 내부에 해당하는 강종이 서로 섞이지 않고 일정한 비율 혹은 원하는 비율로 항상 생산되어야 한다는 점이다.

이를 위해서는, 복층 주편 제조시 외피의 두께가 항상 일정하도록 생산하는 방법 혹은 몰드 내에서 외피와 내피의 계면의 위치가 항상 일정하도록 생산하는 방법을 예로 들 수 있다. 그러나, 주조조건은 항상 일정한 것이 아니라 시시각각 변동하게 되며, 이로 인해 상기 조건을 만족시키는 것은 쉽지가 않다. 주조조건의 경우, 주조속도, 몰드 전열량, 용강의 온도 등에 따라 크게 변동하게 되며, 이에 따라, 외피와 내피의 두께가 항상 연계되어 변동되고, 계면의 위치 또한 변동하게 된다.

이에 따라, 본 발명에서는 주조조건이 변동되더라도 응고쉘의 두께가 일정하도록 하는 방법과 외피 및 내피의 계면 위치가 항상 일정하도록 하는 방법을 제공하고자 한다.

도 2는 본 발명에 적용 가능한 몰드부의 일 실시형태를 나타낸 모식도이다. 본 발명의 연속 주조 방법은 도 1에 도시된 연속주조설비 등을 이용하여 당해 기술분야에서 통상적으로 수행되는 방법을 이용할 수 있다. 단, 본 발명은 강종이 서로 상이한 복층 주편을 제조하고자 하는 것이기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 두 개의 침지노즐로부터 각각 내피를 형성하는 용강(10)과 외피를 형성하는 용강(20)이 분사되고, 이 중 상기 외피를 형성하는 용강(20)이 몰드(30)의 측면부를 따라 우선적으로 냉각되어 외피 응고쉘(50a)을 형성하게 되며, 상기 내피를 형성하는 용강(10)은 상기 외피 응고쉘(50a)과의 경계면을 따라 냉각되어 내피 응고쉘(50b)을 형성하게 된다. 상기 외피 응고쉘(50a) 및 내피 응고쉘(50b)은 냉각이 완료되면 각각 외피(60)와 내피(70)를 형성하게 되며, 최종적으로 복층 주편이 제조된다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 이강종 즉, 내피를 형성하는 용강(10)과 외피를 형성하는 용강(20)은 침지노즐(SEN)의 위치와 몰드(30) 하부에 위치하는 전자기 장치(40) 등의 제어를 통해 상부 용강풀과 하부 용강풀로 나뉠 수 있으며, 용강의 밀도와 상기 전자기 장치(40)의 제어 등을 통해 서로 섞이지 않게 된다. 이를 위한 구체적인 실시는 특허문헌 1을 참조할 수 있다. 상기 내피를 형성하는 용강(10)과 외피를 형성하는 용강(20)은 몰드(30)의 측면부부터 냉각되어 응고쉘(50a, 50b)을 형성하게 된다. 이러한 응고쉘(50a, 50b)은 냉각 공정을 더 거치게 되면 최종적으로 A₁의 단면적을 갖는 외피(60)와 A₂의 단면적을 갖는 내피(70)를 갖는 복층 주편(80)으로 제조된다.

이 때, 예를 들어, 주조조건에 관계없이 원하는 외피의 응고쉘 두께가 항상 d로서 일정하다고 가정할 때, 외피의 질량유량과 내피의 질량유량의 비는 용강이 주입되는 침지노즐(SEN)에서의 질량유량의 비와 동일해야 하므로 아래와 같은 관계식 1로 표현될 수 있다. 한편, 하기 관계식 1에서의 침지노즐의 유동 단면적이란 침지노즐의 용강 출구 면적으로서 침지노즐 내의 유체에 해당하는 부분과 몰드 내의 유체에 해당되는 부분이 만나는 면에 해당하는　면적으로 정의될 수 있다.

[관계식 1] ρ₁V_cA₁(d):ρ₂V_cA₂(d)=ρ₁V_SEN,1A_SEN,1:ρ₂V_SEN,2A_SEN,2

(단, ρ₁은 외피의 용강 밀도, ρ₂는 외피의 용강 밀도, V_c는 주조속도, A₁은 외피 주편 단면적, A₂는 내피 주편 단면적, V_SEN,1은 외피용 침지노즐에서의 용강 유속, V_SEN,2는 내피용 침지노즐에서의 용강 유속, A_SEN,1은 침지노즐의 유동 단면적, A_SEN,2는 내피용 침지노즐의 유동 단면적, d는 원하는 외피의 응고쉘 두께임.)

그러나, 전술한 바와 같이, 주조조건이 변동함에 따라 응고쉘 두께가 변동되므로, 결국, 주편의 단면적 또한 변동된다. 하지만, 본 발명에서와 같이, 원하는 외피의 응고쉘 두께가 항상 d로서 결정되면 자동적으로 내피의 응고쉘 두께 또한 결정되고, 이 때, V_SEN,1에서의 속도가 정확히 측정 가능하다면 하기 관계식 2에 의해 V_SEN,2를 구할 수 있다. 더하여, 주조조건이 변동되더라도 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 정확히 측정하여 제어하는 것이 가능하다면 하기 관계식 2에 의해 항상 원하는 응고쉘 두께를 얻을 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 하기 관계식 2에 따른 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 제어하여 연속주조함으로써 주조조건이 변동하더라도 항상 원하는 응고쉘 두께를 얻을 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 V_SEN,1 및 V_SEN,2의 측정 방법에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, AMEPA 방법 등을 이용할 수 있다. 상기 AMEPA 방법은 슬래그(slag) 유입시 변화하는 와전류를 측정할 때 적용되는 것이나 용강의 유량 측정 또한 가능하다. 한편, 본 발명에서는 하기 관계식 2에 대하여 좌변과 우변이 같은 값을 갖는 것으로 표현되어 있으나, 당해 기술분야에서 통상적으로 수용되는 오차 범위까지 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 V_SEN,1이 특정 값을 가질 때, 상기 V_SEN,2이 ±5%의 오차 범위를 가질 수 있다.

[관계식 2] V_SEN,2=V_SEN,1[A₂(d)A_SEN,1/A₁(d)A_SEN,2]

한편, 복층 주편의 주조시 이강종의 경계면을 완벽하게 나누기 위해서는 몰드 내에서 상기 이강종의 계면 위치가 변하지 않고 항상 일정하면 더욱 효과적일 수 있다. 이를 위해, 본 발명에서는 각각 외피와 내피에 해당하는 응고쉘의 경계면을 이루는 응고계면의 위치(x₀)를 항상 일정하게 위치시킬 수 있는 방법을 제안한다. 전술한 바와 같이, 원하는 외피의 응고쉘 두께를 d라고 가정할 때, 상기 d는 몰드에서의 전열량, 주조속도, 응고쉘의 계면위치에 대한 함수로 표현될 수 있으며, 이는 실시간으로 FEM(유한요소법)을 이용한 프로그램을 적용하여 용이하게 구할 수 있다. 즉, 상기 d는 하기 관계식 3과 같이 표현될 수 있다.

[관계식 3] d=f(q,V_c,x)

(단, q는 전열량, V_c는 주조속도, x는 응고쉘의 계면위치임.)

상기 관계식 3에서 원하는 응고쉘의 계면위치를 x₀라고 가정하고, 상기 관계식 3을 상기 관계식 1과 결합시키게 되면 하기 관계식 4와 같이 표현될 수 있다.

즉, 상기 관계식 4에 따르면 주조조건이 변동되더라도 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 정확히 측정하여 제어하는 것이 가능하다면 항상 원하는 응고쉘의 계면 위치(x₀)를 얻을 수 있다. 다만, 연속주조시 전열량 또는 주조속도가 변동한다는 점을 고려하면 응고쉘의 두께 즉, 외피와 내피의 단면적이 일정하지 않을 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 관계식 4에 대하여 좌변과 우변이 같은 값을 갖는 것으로 표현되어 있으나, 당해 기술분야에서 통상적으로 수용되는 오차 범위까지 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 V_SEN,1이 특정 값을 가질 때, 상기 V_SEN,2이 ±5%의 오차 범위를 가질 수 있다.

1: 연속주조설비
2: 래들
3: 용강
4: 턴디쉬
5: 몰드
6: 주편
10: 내피를 형성하는 용강
20: 외피를 형성하는 용강
30: 몰드
40: 전자기 장치
50a, 50b: 응고쉘
60: 외피
70: 내피

Claims

외피와 내피의 종류가 서로 다른 복층 주편의 연속 주조 방법에 있어서,
상기 연속 주조시 하기 관계식 2를 만족하도록 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 제어하는 복층 주편의 연속 주조 방법.
[관계식 2] V_SEN,2=V_SEN,1[A₂(d)A_SEN,1/A₁(d)A_SEN,2]
(단, A₁은 외피 주편 단면적, A₂는 내피 주편 단면적, V_SEN,1은 외피용 침지노즐에서의 용강 유속, V_SEN,2는 내피용 침지노즐에서의 용강 유속, A_SEN,1은 침지노즐의 유동 단면적, A_SEN,2는 내피용 침지노즐의 유동 단면적, d는 원하는 외피의 응고쉘 두께임.)
외피와 내피의 종류가 서로 다른 복층 주편의 연속 주조 방법에 있어서,
상기 연속 주조시 하기 관계식 4를 만족하도록 V_SEN,1 및 V_SEN,2를 제어하는 복층 주편의 연속 주조 방법.
[관계식 4] V_SEN,2=V_SEN,1[A₂(f(q,V_c,x₀))A_SEN,1/A₁(f(q,V_c,x₀))A_SEN,2]
(단, A₁은 외피 주편 단면적, A₂는 내피 주편 단면적, V_SEN,1은 외피용 침지노즐에서의 용강 유속, V_SEN,2는 내피용 침지노즐에서의 용강 유속, A_SEN,1은 침지노즐의 유동 단면적, A_SEN,2는 내피용 침지노즐의 유동 단면적, q는 전열량, V_c는 주조속도, x₀는 원하는 응고쉘의 계면위치임.)