KR850001154B1 - 보우형(bow type)연속주조법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

보우형(BOW TYPE)연속주조법

제1도는 응고각두께에 대한 고정변형율을 나타낸 그래프도.

제2도는 응고각두께에 대한 스트랜드 모서리의 온도를 나타낸 그래프도.

제3도는 최대 발징변형을(bulging strain)에 대한 연속주조기의 높이를 나타낸 그래프도.

제4도는 본원 발명에 있어서의 보우형 연속주조기의 주요 구성부분 개략도.

제5a도, 제5b도, 제6도는 가스와 액체혼합물을 분사하기 위한 제2차 냉각장치를 구체적으로 도시한 것으로 제5a도, 제5b도는 각각 분사노즐와 부분 단면도 및 측면도.

제6도는 연속주조기의 부분도.

제7도는 로울러와 분리된 부재를 나타낸도.

본 발명은 연속주조방법, 특히 보우형(Bow type) 연속주조법에 있어서 강 스트랜드(strand)의 직진도를 향상시키는 발명에 관한 것이다.

최근에 이르러 용융금속을 연속적으로 주조하여 강스트랜드를 만드는 연속주조기술은 계속 발전되어 연속 주조공정은 철강업계는 물론 압연업계에서도 잉곳 주조-분괴압연공정에 대체되어 가고 있는 실정이다. 용강(溶鋼)을 직접 연속적으로 주조하여 강을 제조하는 소위 연속주조법에 의해 주조되는 비율이 지금도 계속 증가되고 있다.

연속주조법은 종래의 잉곳주조-분괴압연에 비해 슬래브(slab), 블룸(bloom) 등의 강편의 회수율을 높이고 생산에 소요되는 에너지소모를 적게하는데 단연 그 우수함이 입증되고 있다. 이것이 잉곳주조에 의한 형강이 감소하는데 비해 연속주조법에 의한 형강의 비율이 증가하는 이유이다. 강의 품질수준은 연속주조법을 채택하는 경향이 늘어남에 다라 근년에 이르러서 매우 현저하게 변모되었다.

연속주조법에서는 내부가 액상으로 된 고온 스트랜드(hot strand)가 수직방향으로 내려오면서 만곡된 후 점차 수평으로 교정되는데 환원하면 액상의 내부를 가진 고온의 스트랜드는 보우형으로 만곡되어 내려오다가 점차 교정되어 수평라인에 이르러서는 직선화로 진행된다.

이렇게 직선화된 스트랜드는 소요길이로 절단된다. 그러나 스트랜드는 만곡 또는 고정되는 사이에 변형이 일어나서 결함을 만든다. 오늘날의 고속주조법에 있어서 직선화된 후에도 스트랜드의 수평부(horizontal section)는 완전히 응고된 상태가 아니므로 내부에 액상용강을 계속 갖고 있어, (가)용강의 정압에 의해 일어나는 스트랜드의 발징변형(이하 "발징변형"이라 칭함), (나) 직선화교정 단계에서 직선화교정에 의해 발생하는 스트랜드와 변형(이하 "직선화교정변형"이라 칭함)이 발생하므로 다음에 상세히 설명하는 바와같이 복잡한 문제가 발생한다.

다행히도 연속으로 주조하고 절단하는 사이에도 강스트랜드는 높은 온도를 유지하고 있어 압연단계에 가서도 계속 높은온도를 유지하고 있어 강스트랜드가 가열된 다음에 압연되는 종래의 공정에 비하여 열에너지면을 절감할뿐 아니라 압연공정상의 원가도 절감할 수 있다.

그러나 연속적으로 강을 주조하면 여러가지 복잡한 원인에 의하여 변형이 발생되고 이것이 강편의 표면과 내부에 균열(crack)발생을 초래한다. 따라서 종래의 방법은 고온의 형강을 상온으로 냉각시킨 다음 압연하기 전에 결함을 제거하여야 하는 것으로 되어 있었다. 그래서 상기와 같이 아주 명백한 사실이지만, 형강의 내부와 표면결함을 제거해야 하는바, 즉 연속주조로 얻은 고온의 형강을 압연단계에 직접 공급하기 위해서는 표면결함 또는 그와같은 결함들을 제거할 필요가 없어야 한다. 내부와 외부의 결함 및 그것들이 발생하는 이유가 아래에 상세히 설명된다. 널리 사용되는 연속주조방법에 있어서 만곡된 스트랜드를 주조하기 위한 만곡된 주형은 연속주조기의 높이를 낮게 하고 설치비를 줄이기 위해 사용된다.

연속주조기의 높이는 주형의 표면 꼭대기로부터 스트랜드의 수평안내부에 이르기까지의 수직거리를 말한다. 만곡된 스트랜드를 직선화 교정할때 다시말해 그러한 스트랜드에 대하여 스트랜드 커브와 반대편을 굽힐 때 내부균열, 횡방향 표면결함, 엣지(edge) 결함등과 같은 결함이 발징변형 또는 직선화교정변형에 의해 발생한다. 내부결함, 횡방향 표면결함, 엣지결함등과 같은 결함을 방지하기 위한 종래의 기술수단으로서는 주형에서 나온 스트랜드에 받침 및 안내로울러(supporting and guiding roller)를 부착하는 방법이 있어 로울러사이의 거리가 좁아지도록 하므로써 발징양(bulging)을 줄이고 변형을 줄이도록 할 수가 있었다.

이와는 달리 주조이후 강에 냉각수를 1.0ℓ/kg의 속도로 수냉 분사시키는 방법등으로 제2차 냉각역(secondary cooling zone)에서 급냉하여 응고각의 고온강도를 증가시키는 수단이 있다. 또다른 기술수단으로서는 만곡된 스트랜드의 교정변형율을 낮추도록 하고 액상의 내부를 가진 덜 응고된 스트랜드를 교정하는 방법으로서 교정변형율의 범위를 0.1 내지 0.25%로 하여 여러개의 교정점이 길다란 직선화 교정전역(long straightening region)에 걸쳐 산포되도록 한후, 수평으로 직진되도록 하는 방법(이 방법은 이하 "다점직선화교정법"이라 칭함)이 있다. 그런데 우연히도 200내지 300mm 두께의 슬레브를 생산하는데 사용되는 대부분의 최신 연속주조기는 다음과 같은 조건하에 조업하고 있다.

기본호(arc)의 곡률반경 : 10 내지 13m(큰직경을 가진때)

주조속도 : 0.7 내지 2.0m/min.

받침 및 안내로울러 : 로울러사이의 거리는 좁음

제2차 냉각 : 강력 수냉

상기 다점직선화교정법을 연속주조기 높이를(10 내지 13m)높이지 않는다는 전제조건하에 이들 연속 주조기에 적용하면, 다점직선화교정이 시작되는 점은 주형의 미니스커스(meniscus)로부터 스트랜드를 따라 15.7내지 20.4m되는 지점에 위치하게 된다. 이 거리는 연속주조기의 높이가 10 내지 13m 가 되더라도 그 높이는 높다고 하는 사실을 감안하여 결정한다.

상기 다점직선화교정이 시작되는 점에서의 스트랜트의 표면온도와 응고각의 두께는 각각 700 내지 900℃ 80 내지 120mm 정도이다. 스트랜드의 단면이 두께 250mm, 폭 1800mm의 경우 스트랜드의 짧은 폭방향에서 본 응고각의 두께는 스트랜드 폭의 70 내지 90%에 달한다. 스트랜드는 직선화 교정되면서, 응고각이 상기 두께를 가지게 될때 교정된 스트랜드는 10 내지 30%의 범위에 이르는 엣지균열과 스트랜드가 최근의 높은 기술수준으로 설계된 다른 여러장치와 교정력을 제어하는 장치와 같은 교정수단에 의해 스트랜드가 교정된다 하더라도 내부균열은 4 내지 5%나 된다(발생비율 c : 1.5).

상술한 바와같이 결함을 가진 스트랜드가 압연에 요구되는 온도에서 압연된다면 만족할만한 높은 회수율은 얻어질 수 없다. 「스탈운트아이젠」 제95호(1975년도판) 16권 733 내지 741페이지를 보면 만곡된 주형에 의해, 스트랜드(평균두께 150mm)의 곡률반경을 3.9m, 주조속도 0.9m/min. 및 0.4m/min.로 하고 냉각수 분사에 의한 스트랜드의 제2차 냉각 및 여러개(3개)의 교정점에서 스트랜드의 교정을 실시하여 스트랜드를 제조하는 주조법이 기술되어 있음을 알 수 있다.

여기에서 연속주조기의 높이는 4.0 내지 4.2m이다. 상기 문헌에서 볼수 있는 제조법은 압연하기에 적합한 스트랜드를 직접 압열법(direct rolling method)에 제공하기 위한 것이 아니나, 본원의 발명자에게는 여기에서 직접압연법에서 요구하는 조건을 충족시킬 수 있는 연속주조법을 착상해 낼 수 있다는 점에서 대단히 주목이 되는 자료이다. 결론적으로 말해 상기 「스탈운트 아이젠」에서 보여주는 제조법에 의해 표면결함을 줄여 스트랜드가 직접 압연단계에 까지 갈 수 있도록 하기에는 너무나 어렵다. 그것은 직선화교정이 시작되는 곳에서의 응고각이 대단히 두껍고 이 두께 때문에, 본원 발명자 스스로 분석한 바에 의하면, 여러 주조변수(鑄造變數)들에 대한 교정변형율의 허용단계는 대단히 낮아지기 때문이다.

본 발명의 목적은 고효율이면서, 옛지균열과 가로방향의 결함과 기타 결함을 방지하고 고온을 유지하면서 스트랜드를 압연단계로 공급하게 하는 보우형식의 연속주조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 높이가 낮고 고효율이며 압연단계로 직접 스트랜드를 공급할 수 있는 보우형식 연속주조기를 제공하는 것이다. 위에서 기술한 기계와 공정에 의하여 생산된 스트랜드는 일반적으로 양호한 품직을 가지며 중앙이 분리되는 것과 내부균열, 표면결함 또는 비금속의 혼입 등을 방지할 수 있을 것이다.

본 발명의 목적 달성을 위해 요구되는 스트랜드의 특징은, 스트랜드는 표면이 매우 양호해서 표면결함을 제거함이 없이 압연될 수 있고, 직선화교정과 절단과정을 지나서도 스트랜드는 압연될 수 있을 정도의 고온을 유지하는 것이다.

결함의 수가 적기 때문에 스트랜드는 표면결함을 제거하지 않고 압연될 수 있고, 높은 온도를 유지하고 있기 때문에 압연을 위해 재가열할 필요가 없다.

본 발명의 목적에 따라서, 만곡된 주형을 사용하는 보우형식의 연속주조공정이 제공되며, 어기서 용강은 200mm 이상의 두께를 갖는 만곡된 스트랜드를 얻기 위해 만곡된 주형에 연속적으로 주입하며, 만곡된 스트랜드는 다점직선화교정되며, 스트랜드의 응고각 두께가 60mm를 초과하지 않는 영역에서 직선화 교정을 시작하여 스트랜드의 응고가 두께가 60mm를 초과하지 않는 영역에서 직선화 교정이 완성된다. 이 공정에 따라서 스트랜드의 응고각 두께가 얇은 영역(즉 만곡된 스트랜드의 입구와 출구측의 응고각 두께)에서 직선화 교정을 받으며 이 스트랜드에 있어서 허용가능한 직선화 교정변형은 종래의 공정에 비해 2배 이상이 되어 그 결과로 표면결함이 극소한 스트랜드가 얻어진다.

본 발명의 공정에 있어서 허용 가능한 직선화 교정변형이 종래의 공정에 의한 것보다 크기 때문에 직선화 교정을 받을때 종래의 공정에 의한 직선화 교정을 받을 때보다 더큰 변형을 받을 지라도 표면결함은 발생하지 않는다. 더우기 작은 곡물반경을 갖는 만곡된 스트랜드가 직선화 교정에 의해서 수평으로 변형될지라도 즉 종래방법과 일치하는 직선화 교정점 수(3 내지 5)로 직선화 교정될 지라도 그런 직선화 교정은 표면결함을 발생하지 않는다.

결국, 표면결함의 관점에서 볼때 양호한 표면과 짧은 직선화 교정 영역이 본 발명에서 얼어진다. 즉 연속주조수단은 적은 발징변형을 높이가 낮은 보우형식의 연속주조기로 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 보우형식 연속주조기는 만곡된 주형, 만곡된 주형에서 연장된 만곡스트랜드를 안내하고 지지하는 장치, 적어도 스트랜드의 두 지점에서 만곡된 스트랜드를 직선화 교정하는 장치, 안내장치와 지지장치의 사이에서 만곡된 스트랜드에 가스와 액체의 혼합물을 분사하는 제2 냉각장치와 4.9m 이하의 높이를 갖고 특히 3.5m를 초과하지 않는 기계로 구성된다.

직선화 교정장치는 직선화 교정영역에 배치되고 중심이 여러개인 곡선상에 있는 핀치로울러일 것이다. 보우형식 연속주조기는 작은 직경의 로울러가 그 사이 간격이 작게 배치된 수평로울러 영역에 있는 로울러로 구성된다.

직선화 교정영역에 있는 직선화 교정된 스트랜드는 수평로울러 영역으로 안내되고 임의의 길이로 이 영역에 운반된다. 본 발명의 보우형식 연속주조기에 있어서 직선화교정 압연영역에 있는 스트랜드의 응고 각 부분은(a) 낮은 높이의 기계와 (b)서냉 또는 고속주조에 의해서 얇게할 수 있다.

본 원발명의 이론적 근거를 이하 설명하기로 한다. 단, 이것이 본원 발명의 한계를 규정하는 것이 아님을 밝혀둔다.

본 발명자는 용강의 열속주조기를 위한 보우형 연속주조기에서 직선화교정 과정의 엣지균열 또는 표면균열, 내부균열등이 없는 연속주조조건을 결정하기 위해 연구하였다. 실험적 연구의 결과로 본 발명자는 발징변형률(ε_β)과 직선화교정변형율(ε_μ)을 균열이 발생되는 임계변형율(ε_ι)보다 작게하는 연속주조조건을 발견하였다.

연속주조조건의 하나는 스트랜드의 온도이다. 스트랜드가 직선화교정에서 변형을 포함할때, 균열을 발생하는 임계변형을(ε_ι)이 낮아지는 온도에서 균열이 발생하기 쉽다. 이온도를 취하온도라고 한다. 보통 사용되는 강의 취화온도는 700℃ 내지 900℃이다.

취화온도 영역 밖에서 변형을 발생하게 하며 균열을 방지하는 것이 중요한다. 강스트랜드는 통상 900℃를 초과하는 온도에서 변형시키게 하거나 직선화 교정작업을 수행할 수 있도록 하여야 한다. 그러나 직선화 교정시의 스트랜드의 온도를 높이면 높일수록 응고각의 두께는 얇아지고 응고각의 강도도 낮아제게 되며 이로 말미암아 응고각은 발징 변형의 심한 영향을 받게 되어 얇은 응고각에서 균열이 발생하기 쉽다.

위의 기술에서 직선화 교정변형과 발징변형 직선화 교정 또는 변형되는 스트랜드에 복합적으로 영향을 끼친다. 더우기 교정온도가 900℃를 초과하면 발징변형에 의한 균열형성경향은 더욱 심해진다. 직선화 교정시에 일어나는 균열의 발생은 두가지 요건을 해결해야만이 가능하게 되는데 그 두가지 요건이란 상호 상반되는 것으로서, 한가지는 취화온도를 피하기 위해 교정온도를 높이 유지하는 것이고 다른 한가지는 이와 동시에 얇은 응고각에서 균열발생이 일어나지 않도록 발징변형을 낮추는 일이 그것이다. 이에 본원 발명자는 연구를 거듭한 끝에 연속주조에 있어서 상기 두가지 요건을 동시에 만족시킬 수 있음을 발견하였다.

이를 이하 기술하면 다음과 같다. 즉, 직선형주형을 사용할때보다 정압과 발징변형을(ε_β)이 작은 만곡된 주형을 사용하는 것임을 알았으며 그리고 최소한 두께 200mm 이상, 특히 두께가 200 내지 300mm되는 스트랜드에서 그 응고각이 60mm 이하 두께를 가지는 스트랜드 영역에서 직선화 교정을 끝내도록 하는 것으로서, 그렇게 하므로써 취화온도영역밖에서 직선화교정이 되도록 한다. 만곡된 주형과 직선화 교정이 시작되는 점 사이의 거리는 취화온도 영역 밖에서 교정이 될 수 있도록 짧게 잡는 것이 좋다.

만곡된 주형과 스트랜드의 수평영역의 거리가 짧은 연속주조기는 낮은 헤드(head) 를 갖는 연속주조기라 칭한다.

본 발명의 낮은 헤드를 갖는 연속 주조기는 작은 곡률반경을 가져야 하며, (3 내지 5m 정도가 좋다)고 속주조 또는 서냉 상태중 둘 또는 하나로 조작되어야 한다.

제1도에서 직선화 교정변형율, 응고각의 두께와 균열발생과의 상관관계를 설명하였다. 제1도에서 직선화 교정변형율은 곧 만곡변형의 네부의 응고계면(凝固界面)에서 발생하는 변형율을 가리키며 오직 직선화 교정변형율 그 자체만을 의미하는 거으로 발징변형율은 이기에 포함되어 있지 않다. 본원 발명자가 높이가 낮은 연속주조기를 이용하여 250mm 두께를 가진 슬레브를 주조 및 직선화 교정하였을 때의 실험데이타를 제1도에 나타냈다.

제1도에서 명백한 바와같이, 응고각의 두께가 60mm 이하일때, 직선화교정 변형율은 종전기술로서 실시하여 얻을 수 있는 직선화 교정 변형율보다 0.2% 증가할 수 있다. 응고각 두께가 20mm 이하가 되면, 파열(break-out)와 위험이 높아진다. 응고각의 최소한 두께는 20mm 이상이라야 좋다. 응고각이 20 내지 60mm 두께가 될때 직선화교정을 하면 균열발생을 초래하지 않는 직선화교정 변형율은 종래의 방법이 비해 약 2배에 이른다.

이것은 직선화교정으로 인한 균열문제를 해결할 수 있을 뿐 아니라 제2도에서 알수 있는 바와같이 기술적으로도 대단한 중요성을 갖게 된다. 역시 제2도에서 응고각 두께가 60mm 이하가 되면 스트랜드에서 모서리부분의 온도가 900℃ 이상이 되어 취화온도역 A 바깥쪽에 있다. 스랜드와 온도는 스트랜드의 모서리 부분에서 가장 먼저 냉각되기 쉬우나 응고각 두께를 60mm 이하로 조절하여 직선화교정 할 수 있다면 이 스트랜드의 모서리부분의 온도는 900℃ 이상은 물론 1000℃나 그 이상 높은 온도에서도 유지되게 할 수 있다 응고각의 두께를 60mm 이하로 하는 얇은 응고각의 다른 기술적 중요성은 스트랜드의 고온때문에 변형의 결과로 발생하는 응력을 종래의 공정에 비하여 10 내지 100배 빨리 이완시킬 수 있는 것이다.

이것은 아래에 설명하는 것과 같이 균열발생을 억제한다. 즉, 발징변형 발생을 적게하려면 이래에 기술한 바와 같이 보우형 연속주조기의 높이를 낮출 필요가 있다. 그렇게 하려면 만곡주형의 곡률반경도 줄이도록 해야 하며, 이것은 스트랜드의 곡율반경을 감소시킨다. 만일 그러한 스트랜드가 예를들어 한점에서 직선화교정될때, 직선화 교정변형율이 균열을 발생시키는 임계변형율(ε_ι)을 초과할 정도로 증가될 것이다. 작은 곡물 반경을 가진 스트랜드의 직선화교정을 위해 사용되는 다점직선화교정은 직선화교정영역에 걸쳐 직선화교정 변형을 배분시키게 되어 각 교정점에서 직선화교정 변형율은 균열을 발생하는 임계변형율을 넘지않게 된다. 그러한 다점직선화 교정에서는 두께 60mm 이하의 얇은 응고각과 고온(900℃ 이상)은 응력을 고속으로 이완시킨다. 이는 곧 주조속도가 빨라진다 해도 스트랜드가 직선화교정점들 사이의 짧은 거리를 진행하는 동안 응력이 제거된다는 것을 뜻한다. 이는 즉, 균열을 발생하는 응력의 누적현상은 생기지 않는다는 것을 의미한다. 응고각이 얇으면 기술적으로 중요하게 되는 또다른 이유를 설명하겠다. 만곡된 스트랜드가 직선화교정될때 만곡된 스트랜드의 내측(오목면)과 외측(볼록면)은 각각 인장력과 압축력을 받게 되고 이 힘들은 만곡된 스트랜드의 길이방향을 따라 작용한다.

그리고 스트랜드의 짧은 폭방향에서 이 힘의 배분은, 스트랜드가 인장력을 받아 오목한 단면이 되도록 하고 압축력을 받아 볼록한 단면으로 되는 중간경계선은 스트랜드를 따라 길이 방향으로 연장되어 있고 힘의크기는 이 경계선으로부터 스트랜드의 힘이 작용하는 점까지 짧은 폭방향의 거리에 비례한다. 상기 인장력은 만곡스트랜드가 직선화교정 될때 표면 및 내부균열의 발생을 초래하는 한가지 원인인 것이다.

본원 발명에 의하면 만곡스트랜드의 직선화교정은 즉, 만곡된 스트랜드에 있어 직선화교정되는 영역의 웅고각의 두께는 60mm 이하로 조절되며, 종래의 방법에 비해 응고각에 따라 낮은 수치범위로 제한되므로 그결과 중립축의 위치는 종래의 방법에서처럼 오목면과 볼록면의 중간위치에 있는 것이 아니라 오목면을 향해 중심선에서 떨어져 있다.

본발명에서 인장력은, 상술한 중심축으로부터의 거리에 비례하는 것이지만, 종전의 방법에 비해 일층 감소되므로 그 인장은 균열을 일으키지 않는다. 응고각 두께의 중요성은 위에서 기술한 본 발명의 이론적 근거로 이해될 것이다. 헤드가 낮은 연속주조기를 이용하여 직선화교정점에서 얇은 응고각두께를 얻을 수 있는 작업조건에 있어 고속주조와 스트랜드의 고속인발 및 완만한 제2차 냉각은 대단히 중요한 요소이다.

고속주조와 완만한 제2차 냉각은 모두 결함없는 고온스트랜드를 생산하고 더욱 그 생산성을 높이기 위해 필요하다. 인발(또는 주조)속도는 1.2m/min.에 미달되어서는안되며 특히 1.5 내지 3m/min.가 바람직하다. 그리고 직선화교정에 앞서 가스와 액체의 혼합물로 스트랜드를 냉각한다.

이 혼합물에 의하여 서냉으로부터 급냉으로 냉각속도를 광범위하게 조절할 수 있다.주조속도가 1.2m/min. 이상 가급적 1.5 내지 3m/min. 일때, 유량으로 표시한 혼합물에서의 기체와 액체의 혼합비는 공기유량은 시간당 25 내지 50루베(Nm₃/hr), 냉각수량은 0.2 내지 15ℓ/min. 가 되어야 한다. 스트랜드를 충분히 급냉시키기 위한 냉각수량과 공기량은 각각 30ℓ/min. 및 50Nm³/hr.로 한다.

본원발명에 있어 다점굽힘법(multi-point bending method)에서 직선화교정점의 수를 얼마로 결정할것이냐에 대해 이하 설명하기로 한다.

보우형 연속주조기와 높이는 낮아서 응고각 두께가 직선화교정의 시점은 물론 종점에서도 60mm를 초과하지 않도록 하지 않으면 안될뿐더러 한걸음 나아가 발징변형율은 0.4%이하로 제한 하지 않으면 안된다. 만곡주형의 곡률반경과 직선화 교정점의 숫자는 반드시 상호 밀접한 연관관계가 있어 연속주조기의 낮은 높이와 다점직선화교정에 의해 발생하는 직선화교정변형율은 균열을 발생하는 변형율(ε_ι)을 초과하지 않도록 해야 한다. 또한 로울러들 사이의 거리는 응력의 신속한 이완이 얇은 응고각과 고온에 의해 충분히 이루어질 수 있어야 한다.

직선화교정점의 수는 상기 관점에서 결정된다. 그러나 직선화교정점의 수는 가급적 많게 하므로써 스트랜트에서 교정로울러로의 작용력이 교정로울러의 숫자만큼 더 배분되어 경감되도록 하는 것이 좋다. 그러한 작용력은 이들 로울을 통하여 주물의 꼬리부분이 통과하는 곳에서 스트랜드의 머리부분의 온도가 낮게 형성되던가 스트랜드의 아랫부분이 주조기간동안에 이들 로울을 통과하던가 할때 교정로울러에 작용된다.

직선화교정점의 수는 가급적 적게 하므로써 보우형 연속주조기에서 노력이 적게 들어가고 교정로울러 열(列)의 조정과 정비가 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명을 실시함에 있어 상술한 바와같이 보우형 연속주조기의 높이가 낮아야 한다는 관점에서 본다면 발징변형을 억제하는 것이 대단히 바람직 하므로 따라서 만곡주형의 곡률반경은 2 내지 4.9m 정도로 작계 잡고, 주조 스트랜드의 직선화교정은 연속주조기의 다점직선화교정역에서 이루어지도록 하되 직선화 교정점의 수는 최소한 2 이상 15개까지 하도록 한다. 만곡된 주형은 최소한 곡률반경 2m 이상 되도록 하여야 하는데 그 이유는 최소한 곡률반경이 2m라야 침지노즐에 의해 주형에 용강을 순조롭게 주입할 수 있고 고속주조로 할 수 있기 때문이다.

본 발명의 제조법은 특히 슬래브의 생산에 적합하다. 실제적으로 만곡주형은 구형(矩形)단면을 가지기 때문에 주조에 널리 사용된다. 만곡주형의 곡률반경이 작게되면 스트랜드와 단면으로서 보통 구형단면을 가진 주형을 사용하는 것에 비하여 사다리꼴(사다리꼴 윗변은 좁고 아랫변은 넓은 모양을 가진 것으로 각각 스트랜드 커브의 외부와 내부를 가리키는 사다리꼴) 단면을 가진 주형을 사용하는 쪽이 직선화 교정후에도 통상의 경우보다 용이하게 얻어진다. 만곡된 주형은 따라서 사다리꼴 단면을 포함한다.

발징량(δ_β)과 발징변형율(ε_β)은 다음식(1) 및 (2)로 각각 나타낼 수 있다.

여기에서

α : 스트랜드와 형상계수(形狀係數)로서 슬래브의 경우 0.15

p : 용융강의 정압(kg/mm²) b : 응고각의 두께(mm)

k : 1.02/1500-T l : 로울러사이의 거리(mm)

T : 스트랜드에서 주어진 어느 구역에서의 온도(섭씨) v : 주조속도(mm/min)

본 발명에 이용되는 헤드가 낮은 연속주조기는 정압이 낮은 수준에서 유지되도록 한다.

제3도는 본원발명자의 조사결과를 나타내며, 최신의 대표적 연속주조기의 추정된 최대 발징변형과 이 변형은 다음의 가정하에서 본원 발명자에 의해서 계산 되었다. 즉, 주물은 고속주조 및 서냉 주조작업을 실시하는 것으로 하고, 응고각의 두께를 60mm 이하, 연속주조기의 만곡역으로부터 수평역으로 들어가는 입구에서의 표면온도는 900℃ 이상되는 것으로 하였다.

잘 알려진 바와같이 발징으로 일어나는 내부균열은 만곡주형 곧바로 아래로부터 응고가 완료되는 지점까지 광범위하게, 특히 보우형 연속주조기의 경우 전역에 걸쳐 발징변형율을 0.4% 이하로 억제할 수 있다.

더우기 발징변형율이 0.4%로부터 0%로 감소되는 경우에는 중심부편석(Center segregation)이 발징변형율의 감소로 인하여 보다 효율적으로 억제될 수 있다.

제3도를 보면 분명히 이 사실을 알수 있는바, 보우형 연속주조기의 높이가 4.9m 이하이면 스트랜드를 고속주조 및 서냉하므로써 발징변형율(ε_β)을 0.4% 이하로 낮출 수 있다. 이것은 다시 말하자면 고속주조 및 서냉작업 조건하에서는 보우형 연속주조기에서 직선화교정역이나 수평역에서 응고각을 얇게함을 보장하고 또한 스트랜드의 표면온도를 900℃ 이상, 가급적 1000℃ 이상으로 높여서 발징 변형에 의한 내부균열의 발생을 광범위하게 억제할 수 있도록 하기도 한다. 그리고 보우형 연속 주조기의 높이가 3.5m이나 그 이하가 되면 발징변형이 거의 0(zero)에 가깝게 되므로 내부균열과 중심부 편석이 극력 억제된다.

로울러의 직경(D_R)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

D_R∝f(p, L)……(3)

발징량(δ_β)과 발징변형율(ε_β)은 각각 식(1)과 (2)로 표시한 바 있다. 여기에서 L은 로울러본체의 길이를 가리킨다. 예를들면 본 발명에 있어 서냉과 고속주조작업(인발)의 2가지는 모두 스트랜드가 연속주조기로부터 고온상태에서 나올 수 있게 한다.

서냉작업은 식(1)에서 k의 감소를 초래하고, 한편 고속주조(인발)작업으로 식(1)에서

의 감소를 기할 수 있게 되어 발징량(δ_β)과 발징변형율(ε_β)은 승수적(乘數的)으로 감소한다.

보우형 연속주조기로 최대 발징변형율을 0.4% 이하로 하기 위한 예를들기로 한다면 높이를 4.9m 이하로하고 두께 250mm, 폭 2100mm의 슬래브를 제조하기 위한 만곡주형을 사용하고 만곡역에서의 주로울러는 직경 140 내지 300mm, 로울러 사이의 거리 190 내지 300mm, 그리고 수평역에서의 주로울러는 직경 250내지 300mm, 로울러사이의 거리 300 내지 800mm(가급적 450 내지 800mm)로 한다. 그리고 고속주조 및 서냉작업을 실시한다. (주조속도는 1.5m/min. 으로 한다)

이러한 냉각조건관계로 스트랜드의 만곡역에 인접한 스트랜드부분은 응고각 60mm 이하, 표면온도 900℃이상되도록 한다. 유의해야할 점은 수평역에서 로울러가 가져야 할 최대간격은 800mm 이상으로 하여야 하며 로울러의 최소직경은 300mm 정도는 되어야 한다. 이러한 제조건들이 구비되어야 스트랜드는 보우형 연속주조기를 떠나서라도 어느정도 소정의 고온을 유지할 수 있다.

스탈운트 아이젠 제95호(1975년도판)16권 733-741페이지에서 알려진 보우형 연속주조기는 평균두께 150mm, 평균폭 600mm, 높이 4.0 내지 4.2m를 가진 좁은폭의 슬래브를 생산함에 알맞는 설비로서 수평역에서 배열된 로울러는 직경 380mm, 오룰러 사이의 거리 430mm 정도의 것으로 이정도의 것이면 이들 로울러들은 직경이 크고 밀접히 정렬된 로울러들이라고 볼 수 있다.

본 발명은 두껍고 넓은 폭을 가진 슬래브를 생산할 수 있는 것으로 예를들면 두께 250mm, 폭 2100mm 정도의 슬래브생산이 가능하다. 이러한 두께와 폭을 가진 슬래브의 발징현상은 만족스럽게 예방될 뿐더러 고온작업도 가능하다. 그러기 위해서는 연속주조의 높이가 4.9m 이하로서 로울러가 만곡역에서 다점직선화 교정을 할 수 있고 이때의 로울러의 직경이 작고 각 로울러는 각기 독립적으로 구동되는 로울러라야 가능하다.

두껍고 넓은 폭을 가진 슬래브를 제조가능케 하기 위한 주조변수의 예를들면, 보우형 연속주조기의 수평역에서의 정렬된 로울러 사이의 거리가 800mm 이하가 되어야 하고 로울러의 직경은 350mm, 이하, 주조속도는 1.6 내지 1.8/min 정도인바, 보우형 연속주조기의 말단부에서의 슬래브온도는 예를들어 1100℃ 이상이 이 주조변수들에 의해 얻어질 수 있고 중심부 편석도 현저히 감소될 수 있을 뿐더러 슬래브로부터의 결함이 제거되는 비율도 종래의 기술에 비하여 상당히 감소되는 효과를 가져온다.

제4도를 보면 본원에 있어 보우형 연속주조기의 주요부분들이 도시되어 있다. 제4도를 보면 참조번호 1번은 만곡주형을 가리키고, 2내지 4.9m 범위에 있는 곡률반경(R₁)을 가진 스트랜드(3)가 만곡주형(1)으로부터 인발되어 나오고 구동로울러 또는 비구동로울러로 8쌍 구성되어 있는 로울러 애프론(roller apron)(2)에 의해 안내되고 유도됨을 알 수 있다. 이들 로울러 애프린(2) 다음에는 다섯개의 세그먼트가 있다.

첫번째 세그먼트는 여섯쌍의 로울러로 구성되는 최초의 직선화 교정기구(4)로서 그중에서도 수평라인을 향하여 곡률반경(R₁)을 가진 제1번 쌍의 로울러에 의해 교정되기 시작하고 이곳, 즉 직선화교정이 시작되는 곳에서의 스트랜드의 응고각의 두께는 60mm 이하이다.

그리고 최초의 직선화교정기구(4)에서 다섯번 직선화교정되고 곡률반경은 각각 R₁에서 R₂로, R₃, R₄, R₅및 R₆로 변화한다.

이와같이하여 제2 직선화교정기구(5)는 제2세그먼트로서 제3 직선화교정기구(6)는 제3 세그먼트로서 스트랜드를 교정하고 각각 연후에 곡률반경은 각각(R₇)에서 (R₁₅)까지 변화되어 스트랜드는 직선화된다. 그래서 직선화교정은 R₁₅=∞(무한대)에서 완료된다.

본원 발명의 제조법상 스트랜드의 곡률반경(R₁)이 주형의 그것보다 적은 값에서 최대한의 값으로 증가되는 반면, 응고각의 두께는 스트랜드 전역에 걸쳐 60mm 이하가 되지 않으면 안된다. 그러나 각각 직선화교정 및 인발 유닛트인 7번 및 8번의 제4 및 제5세그먼트, 스트랜드의 수평역에서의 응고각의 두께는 특별히 한정을 짓지 않는다. 직선화교정 및 인발유닛트인 7 및 8에서 스트랜드는 같은 온도에서 재가열하거나 급가열함이 없는 동안 전단 스테이숀으로 안내되어 들어간다. 보우형 연속주조기를 떠난 스트랜드의 온도는 본 발명에 의해 높은 압연온도를 유지할 수 있다.

제4도에서 나타내고 있는 것은 스트랜드를 따라 로울러의 직경과 로울러 사이의 거리, 교정시간 및 기타 주조변수로서 본발명에 있어서는 한가지 실시예로 해석해야 하며 결코 그것으로 수치를 한정하는 것이 아님을 밝혀둔다.

제5a도, 제5b도 및 제6도를 보면 공기 및 액체의 혼합물을 분사하는 노즐의 일례를 보인다.이들 노즐은 스트랜드를 받쳐주고 안내하기 위한 로울러 애프론(제 4도)에 사용되며 또한 각각 제1 직선화교정, 제 2, 제3 직선화교정기구인 도면의 참조번호4, 5, 6에서도 사용된다.

공기와 가스의 분사용 노즐(9)은(이후 간단히 "분사노즐"이라고 칭함) 폭 W, 길이 ℓ을 가진 슬릿(slit)에 의해 관모양의 벽으로 된 출구(9a)를 갖는데 폭 W는 2 내지 3mm, 길이 l은 10 내지 30mm 범위로 잡는다. 이 분사노즐(9)에 있어 관모양으로 된 부분은 그속에 12 내지 14mm의 직경(ψ)범위를 가진 기밀(氣密)공간(9b)을 갖고 있다. 출구(9a)가 이와같이 하여 형성되므로써 관벽전면(前面)의 두개의 반대쪽으로 나누어지도록 하였다. 분사노즐(9)은 스트랜드의 상, 하로 배치되고 공기 및 물의 혼합물로 제2차 냉각시킨다. 여러개의 분사노즐이 로울러(30)축방향으로 배열되어 공기와 물의 혼합물을 로울러(30) 사이 사이의 노출된 부분에 분사하게 되는 것이다.

분사노즐(9)의 각각에 물과 공기를 따로 따로 공급하는 순환회로가 스트랜드(3)의 상, 하에 공급된다(제6도에서는 스트랜드 상부의 순환회로만 보임).

냉각역의 하나는 다시말해 통상의 공급시스템에 의해 제2차 냉각을 해야하는 스트랜드의 역은 제6도에서 보는 바와같다. 참조번호 11 및 31은 각각 냉각수 및 공기에 대한 주도관을 나타낸다. 주도관(11)에서 냉각수량 조절용주도관(12)으로 구성되는 각 분사노즐(9)에 냉각수를 급수하기 위한 공급도관과 이 유량조절용주도관(12)은 유량계(a₁), 유량조절밸브(b₁) 및 스톱밸브(c₁)에 끼워지도록 되어 있다.

지도관(支導管)은 중간헤더(16)에 끼워 맞추도록 되어 있고 스로틀튜브(throttle tube; 17)는 주도관(12)에 연결된다. 최종헤더(18)와 터미날튜브(19)는 지도관(13)에 잘 연결되어 있고 터미날튜브(19)도 역시물과 가스의 혼합튜브(10)에 연결되어 있다.

이와는 반대로 주도관(31)으로부터 각 분사노즐(9)에 이르기까지에는 압축공기의 유량계(a₂)와 압축공기의 유량조절밸브(b₂)에 끼워 맞도록 된 유량조절주도관(22)으로 구성된다.

중간헤더(26)와 지도관(23), 최종 헤더(28) 및 터미날튜브(29)는 유량조절주도관(22)에 연결되어 있다. 그리고 터미날튜브(29)는 완전히 물과 공기의 혼합튜브(10)에 연결되어 있다. 그리고 각 분사노즐(9)은 물과 가스의 혼합튜브(10)의 전면 끝부분에 연결된다.

제5도의 제5a도, 제5b도 및 제6도에서 도시된 분사노즐은 또한 신일본제철도 일본특허청에 특허출원한바 있으나 이 출원에서의 목적은 응고각의 두께를 얻기 위한데 있다.

제7도는 본발명의 실시예를 보여주고 있는데 여기에서 직선화 교정기구의 하나 또는 그 이상의 로울러는 적어도 두가지 이상의 로울러부재로 분리 구성되고 스트랜드의 긴 폭방향으로 정렬된다. 그러한 분리된 로울러부재로 인하여, 로울러의 직경을 줄일 수 있어 로울러들은 스트랜드의 길이방향으로 그 사이로 밀접된 거리(40 내지 50mm)로 배열할 수 있다.

이러한 로울러의 밀접된 배열때문에 얇은 응고각과 낮은 강성을 가진 고온 스트랜드를 처리하는 일은 보다 쉬워진다. 특히 스트랜드의 제1구역 및 맨 마지막 구역을 교정할 때의 반력을 흡수할 수 있다. 로울러(30)는 두 로울러 부재(30') 및 (30'')로 구성되고 각각 그 중앙에 베아링(45)을 갖고 있는데 로울러부재(30')와 (30'')는 제7도에서와 같이 카프링(47)과 감속기어(48)를 통해 로울러부재(30') 및 (30'')로 연결되어 있는 모우터(49)에 의해 구동된다.

중앙베아링(45) 및 베아링(46)은 로울러부재의 구동부말단에 연결되어 있고 기계후레임 또는 횡으로 건너지르는 빔(도시되지 않음)으로 견고하게 받쳐져 있다. 분리된 로울러부재는 일본특허공개공보10124/1976호로 공개된 바 있으나 그 출원발명의 목적은 이들 로울러는 단지 스트랜드의 안내기구로 이용키 위한 것이다 연속주조에서의 종래의 공지기술에 있어 지지, 안내, 교정기구는 스트랜드의 칫수가 달라지면 연속주조기로부터 해체되어 새로운 것으로 교환 조립하여야 한다. 여러쌍의 로울러가 그속에 배열되는 세그먼트는 이들 로울러들을 해체하고 스트랜드의 칫수변경에 따라 핸들링하는 것을 용이하도록 하는데 도움을 준다.

본원 발명의 실시예를 예시하면 다음과 같다.

[실시예 1]

두께 250mm, 폭 1000mm 크기의 스트랜드를 높이 3.2m의 보우형 연속주조기로 주조하였음, 스트랜드의 제1커브는 만곡주형에 의한 커브라 정의하고 그 곡률반경을 3m로 하였음 스트랜드 생산을 위한 주조변수는

주조속도(v) : 1.7m/min.

냉각수분사속도 : 0.8ℓ/kg

만곡주형의 직선화 교정점에서의 응고각 두께 : 43mm이하(d

43mm) 수치비교를 위해 주조변수를 다음과 같이 조정하여 보았음.

주조속도(v) : 0.7m/min~0.5m/min.

냉각수 분사속도 : 1.8ℓ/kg

그랬더니 만곡 스트랜드의 직선화 교정점에서 응고각 두께(d)는 70 내지 90mm였다. 스트랜드의 결할발생율(%)은 다음과 같다.

[실시예 2]

두께 250mm, 폭 1000mm의 스트랜드를 보우형 연속주조기(제4도)로 주조함. 만곡주형에 의한 만곡부를 스트랜드의 제1 만곡부라고 하며, 그 곡률반경을 3.2m로 하였음. 스트랜드 생산을 위한 주조변수는

주조속도(v) : 1.7m/min.

냉각수 분사속도 : 0.8ℓ/kg

만곡스트랜드의 교정점에서의 응고각 두께 : 43mm미만(d<43mm)보우형 연속주조기의 수평역에서 배열된 주로울러의 직경은 300 내지 320mm 이들 로울러 간격은 500 내지 600mm였음.

Claims (1)

1. 만곡주형속으로 용융강이 연속적으로 주조되어 적어도 200mm의 두께를 갖는 만곡스트랜드가 얻어지고 상기 만곡스트랜드가 다점 직선화되는 주조방법에 있어서, 직선화교정이 응고각 두께가 20mm 이상 60mm 이하인 스트랜드 구역에서 시작되어 응고각 두께가 20mm 이상 60mm 이하인 스트랜드의 구역에서 완결되고 연속주조기의 높이가 4.9m 이하이고, 스트랜드의 인발속도가 1.2m/min 이상인 것을 특징으로 하는 보우형 연속주조방법.

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