KR870001938B1 - 수평연속주조에 있어서 모울드내의 전자기 교반방법 및 그 장치 - Google Patents

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Description

수평연속주조에 있어서 모울드내의 전자기 교반방법 및 그 장치

제1도는 전자기 교반을 실시하는 방법을 보여주는 개략도, 제2도 ~ 제8도는 본발명의 효과를 보여주는 그래프로서, 제2도 및 제4도는 인발싸이클 및 콜드셧 사이의 관계를 보여주며, 제3도 및 제6도는 콜드셧과 모울드의 내벽면상의 최대 자속밀도 사이의 관계를 보여주며, 제5도는 콜드셧의 발생 주파수를 보여주며, 제7도는 모울드의 내벽면상의 최대 자속밀도와 종방향의 표면 크랙 사이의 관계를 보여주며, 제8도는 주파수와 모울드의 내벽면상의 최대 자속밀도 사이의 관계를 나타내며, 제9도는 콜드셧의 깊이, 표면크랙의 발생율 및 최대 전자기 교반강도 사이의 관계를 보여준다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 용융강 B : 불룸(bloom)

1 : 턴디쉬 (tundish) 2 : 노즐

3 : 브레이크링 4 : 모울드

5 : 전자기 교반기 6 : 스프레이

7 : 안내로울

본발명은 수평연속주조에 의해 얻어지는 인고트의 짙을 개선하기 위해 설계된 모울드내에서의 전자기 교반방법에 관한 것으로서, 특히 콜드셧이나 수직표면 크랙과 같은 표면결함의 발생을 최소로 하는 전자기 교반방법 및 그 장치에 관한 것이다.

수평식 연속주조의 발전과 실제사용에 대해 많은 나라들 사이에서 상당한 연구가 진행되어 왔으며, 보통의 수직벤딩형 및 굴곡형 연속주조와 같은 수직연속주조에 있어서 2차 냉각대 교반시 동축성 결정부분을 증가시키고, 중앙부 편석을 보정하기 위해서 전자기 교반을 실시하고자 하는 연구도 또한 진행되어 왔다.

예를 들면, 일본 특허출원 제 120453/1977, 89829/1978 및 1544/1982 등에서 수평 연속주조에 있어서 모울드내에서 용융강을 교반하는 방법이 제안되었다.

그러나, 실제화는 거의 불가능하여, 전자기 교반도 완전히 효과를 나타낼 정도로 발전되지는 않았다.

수평연속주조기는 수직연속주조기의 구조와 전혀 다르기 때문에 단속적인 인발에 의해 작동되어야 하는 것이 불가피하지만, 이같은 단속조업시에는 콜드셧 같은 표면결함 즉 압연후에도 남아 있는 결함이 나타나게 된다.

이것은 양질의 인고트 생산을 불가피하게 감소기킨다는 사실을 알고 인고트 표면의 접합 또는 절삭을 실시하는데 기인한다. 그러므로, 콜드셧의 발생을 방지하기 위한 조치들의 모색이 요구되어 왔던 것이다. 즉, 모울드와 노즐사이의 내화벽의 내경이 모울드의 내경에 접근하도록 브레이크링을 사용하는 방법이 제안되어 왔다.

그러나, 이 방법에 있어서도 브레이크링이 소모되기 때문에 인발이 불가능하게 되어 장기조업에 적당치 않다는 문제는 있다. 또한, 콜드셧의 깊이를 줄이기 위해 인발싸이클을 증가시키는 것도 제안되었으나, 콜드셧의 깊이를 줄이는 것도 불충분하고, 인발기구가 너무 복잡하게 된다는 불리한 점이 있다.

반면에, 둥근 빌렛을 수평주조하는 경우에, 모울드내에서 빌렛의 상하면의 냉각이 불균일하여, 상면의 불충분한 냉각으로 종방향으로의 표면크랙이 야기된다. 그러나, 이같은 결점을 해소시키려는 방법에 대한보고는 없었다.

이같은 심각한 상황에서, 본발명은 수평연속주조에 생기는 독특한 현상에 대처할 수 있는 전자기 교반에 적합한 조건을 찾아낸 결과로 실시되어온 것이다.

즉, 본발명의 목적은 수평연속주조를 저해하는 콜드셧과 수직표면크랙을 최소화할 수 있는 모울드내에서의 전자기 교반에 대한 조건을 수립하는데 있다.

이같은 목적을 달성할 수 있는 본발명의 모울드내 전자기 교반방법은 다음과 같은 상태에서 모울드를 통과하는 용융강에 전자기 교반을 실시하는 특징이 있다. 즉, 전자기 코일에 의해 유도된 자계의 최대자속밀도(가우스)는 1045ㆍe^-0.16f에서 2054ㆍe^-0.12(f:주파수,1-15Hz) 사이가 되며, 최대 자속밀도의 위치는 주조편의 인발방향에서 주입노즐과 모울드 사이의 연결부로부터 350mm 이내가 된다.

수평연속주조시에 생기는 문제를 야기시키는 콜드셧과 종방향의 표면크랙을 주의깊게 연구하여, 전자기 교반강도와 전자기 교반적용위치가 상기의 문제를 해결하는데 중요한 요인이 된다는 것을 인지하여 본발명을 완성하였다.

본발명에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술할 것이다.

우선, 모울드내의 전자기 교반효과를 조사하기 위해, 수평연속주조기내의 모울드(110mm

,110mm

,150mm

)에 회전자계형 교반기를 부착시켰으며, 0.23% 탄소강, 0.40% 탄소강, 0.6% 탄소강, 1.0% 탄소강 및 SUS 304 스테인레스강을 주조하였다. 주파수는 2Hz 와 10 Hz사이에서 변화시켰으며, 자속밀도는 1300 가우스(최대) 까지 변화시켜서, 콜드셧의 깊이 및 형태에 대한 교반의 영향을 조사하였다.

또한, 인발속도는 0.5 ~ 2.9m/min 이고, 인발싸이클은 20~100cycles/min 이었다.

수평연속주조기에 부착된 교반기의 개략도는 제1도에 도시된 바와 같다. 제1도에서 참조번호 A는 용융강, (1)은 턴디쉬, (2) 는 노즐, (3) 은 브레이크 링, (4) 는 모울드, (5) 는 전자기 교반기 , (6) 은 스프레이, (7) 은 안내로울 B는 불룸을 나타낸다.

제2도는 인발싸이클과 콜드셧 사이의 관계를 나타내는 그래프로서 인발싸이클이 증가함에 따라, 콜드셧은 얕아지고, 불룸 B의 하면에서의 콜드셧이 보통 상면에서의 콜드셧보다 깊다는 사실을 보여준다. 이것은 인발 싸이클이 증가함에 따라, 응고된 쉘(shell) 이 여전히 얇은 상태에 있는동안 불룸이 인발되고, 하면의 응고가 빨라서 콜드셧을 생성시키는 요인이 되기 때문이다. 이 사실로부터, 인발싸이클을 증가시키면 콜드셧을 얕게할 수 있다는 것을 알 수 있다.

제3도는 모울드내의 전자기 교반에 의한 콜드셧 깊이의 변화를 보여주며, 주파수에 관계없이 콜드셧의 깊이는 자속밀도가 높은 곳(모울드의 내벽면에서 자속밀도가 최대)에서 보다 얕게 되는 경향이 있는데, 4Hz 보다는 6Hz와 8Hz에서 현저하다는 것을 알 수 있다. 또한, 상하면을 비교하여 보면, 하면에서의 콜드셧이 더욱 앝게되는 경향이 있음을 알 수 있다. 이것은 자속밀도가 동일한 상태에서, 주파수가 높을수록 교반유속이 커짐으로써 콜드셧의 형성이 저지되고, 상하면 사이의 차이가 없도록 모울드내의 전자기 교반으로 모울드내의 냉각을 균일하게 해주기 때문이다. 이같은 사실로부터 응고쉘의 두께가 커지는 것을 저지하는 것이 콜드셧을 얕게하는데 중요하다는 것을 알 수 있다.

또한, 이 사실로부터 콜드셧을 얕게하는 방법으로서, 인발싸이클을 증가시키고, 모울드내의 전자기 교반을 강화시키는 것이 중요하다는 결론을 얻었으며 이 두 요인의 결합된 영향도 조사하였다.

제4도는 조사결과를 보여준다. 예를 들면, 6Hz 및 400 가우스 또는 그 이상의 상태에서 교반시킨 한 그룹과 교반시키지 않은 그룹을 비교하여 보면, 인발싸이클이 증가함에 따라 콜드셧은 현저하게 얕아지고, 100cycles/min 의 단계에서는 깊이가 교반시킨 경우는 2~3mm인 반면, 교반시키지 않은 경우는 2~5.5mm 이었음을 알 수 있다.

모울드내의 교반에 의한 콜드셧 개선효과를 두께를 줄일뿐 아니라 그 형태에도 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

참조사진은 검은 삼각형을 나타낸 콜드셧부분의 상태는 나타내는 현미경사진(3배)이다.

교반을 하지 않았을 때는 콜드셧이 상하부 모두에 곧고 날카로운 금(flaw)으로써 나타나며 종종, 전단부에 내부 크랙을 동반하여 편석을 일으키지만, 교반을 한경우(8Hz, 970가우스)는 콜드셧이 부명료하여 어떤 명확한 응고계면도 나타나지 않는다.

이같은 이유에 대해서는, 교반에 의한 용융강의 흐름으로 씻겨졌으며, 응고초기에 생긴 응고쉘부분이 재용융되고 이 부분으로 들어오는 새로운 용융강과 혼합하여 응고되었기 때문이라고 믿어진다. 교반을 한곳에서는 콜드셧을 시각적으로 탐지하기가 매우 어렵다.

예를 들면, 제5도는 인발싸이클을 51cycles/min 로 하여 수평연속주조하였을 때의 콜드셧의 탐지율을 나타내며, 교반을 하였을 때(6Hz, 400 가우스 또는 그이상)와 하지 않았을 때를 비교할 수 있다.

쉽게 탐지할 수 있도록 금들은 가열시킨 강산으로 부식시켰으나, 교반시킨 곳에서는 매 샘플마다 탐지율이 낮게 나타나 상기한 생각들을 확신할 수 있었다.

교반에 의한 콜드셧 개선효과를 확신할 수는 있지만 개선내용이나 정도는 일정하지 않다. 예를 들면,7Hz 의 주파수에서 교반에 의한 개선효과는 자속밀도가 400가우스가 될 때까지 거의 비례하여 증대되지만 400가우스 이상이 될 경우에는 그에 상응하는 효과는 나타나지 않는다.

그러므로, 경제적인 면을 고려할 때 상한선을 찾는 것이 필요하다. 응고과정에서 용융강의 흐름을 받아 들이게 되는 쉘의 합금성분의 농도에 대해서, 합금원소의 평형분배계수가 1 이상인 경우, 정편석이 일어나지만, C,Si,Ma,P 및 S와 같은 주요 합금성분의 평형분배계수는 1이하가 되므로 부편석이 일어난다. 특히 C에 따른 부편석은 경화등에 역효과를 준다. 그러므로 다음식에 의해 주어지는 부편석의 정도는 0.10이나 그 이하가 될 필요가 있다.

부편석도=

부편석을 줄이고자 하는 측면에서 볼 때, 과도한 교반은 피해야만 하고, 교반력의 상한선을 결정해야 할 필요가 있다. 따라서 C와 부편석도 사이의 관계를 주파수는 6Hz로 유지하고 , 교반력을 바꾸기 위해 자속밀도를 변화시키면서 조사하였다. 그 결과는 제 6 도에 나타내었다. 자속밀도가 1000가우스를 넘으면 부편석도는 0.10을 초과하므로 밀도를 1000가우스 또는 그 이하로 할 필요가 있다. 더구나 400가우스 이하가 되면, 종종 콜드셧이 깊어지는 결과를 보인다.

그러므로, 콜드셧 개선효과를 확실히 할 수 있도록 400가우스 또는 그 이상으로 하여야 한다.

이상에서, 콜드셧 개선과 부편석의 최소화를 동시에 이룰 수 있는 어떤 범위가 있음을 알 수 있다.

제7도는 교반과 종방향의 크랙사이의 관계를 나타내는 그래프로서 주파수 6Hz에서 자속밀도가 변할 때 둥근 빌렛의 표면내의 종방향 크랙의 상태를 도시하고 있으며, 이 표면크랙은 자속밀도가 증가함에 따라 개선된다. 이 효과는 콜드셧 개선보다도 현저하다.

자속밀도가 400가우스를 초과하면 크랙은 거의 없어진다. 그러므로, 제6도에 나타난 적정교반부는 수직표면크랙에 대해서도 효과가 있음을 알 수 있다. 종방향의 표면크랙으로 상하면의 불균일한 응고가 야기된다고 믿어지며, 균일한 응고를 촉진시켜 수직의 표면크랙을 방지하는 것 같다.

상기 시험에서, 주파수는 6Hz였다. 다음에는 주파수를 변화시키면서 적정자속밀도를 찾고자 하였다. 그결과는 제8도에 도시하였다.

제8도의 우상부는 부편석이 너무 심한 곳이며 좌하부 역시 콜드셧과 수직표면크랙이 명백히 나타나기 때문에 적당치 않다. 그러므로, 빗금친 중앙부가 교반부로서는 적당하며 주파수 및 자속밀도 사이의 관계식을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

1045ㆍ^-0.16f

G

2054ㆍ^-0.12f

여기서 , G : 자속밀도(가우스)

f : 1~15Hz의 주파수 이다.

이 관계식은 탄소강과 스테인레스강을 포함하여 여러 종류의 강에 적용시킬 수 있다.

주파수의 하한선을 1Hz 이하로 하는 이유는, 이보다 작으면 교반이 불충분하고, 한편 15Hz를 초과하면 용융강내에서의 희석이 현저하여 표면만이 교반되고 콜드셧 방지효과는 충분히 얻을 수 없다.

다음에는 전자기 교반코일을 설치하는 적정위치에 대해 기술하고자 한다.

제9도는 제1도에 도시된 연속주조장치내의 전자기 코일(5)의 위치를 모울드(4)의 측면을 따라 이동시킬 때 콜드셧과 주조편 편면크랙에 미치는 최대전자기 교반 강도위치를 보여주고 있다.

이 실시예에서는, 주파수 6Hz, 자속밀도 780 가우스의 자계가 이용되었다. 주조편의 인발은 60cycles/min로 하였다. 도면에서 알 수 있듯이 , 주조편의 인발방향으로 모울드(5)와 노즐(2)사이의 결합부로부터 350mm 이내 (200mm가 양호)로 최대 자속밀도의 위치를 정할 수 있게끔 하여 전자기 코일을 설치하면, 콜드셧 및 표면크랙에 대한 개선효과를 얻을 수 있다.

그러므로, 이 범위내에 전자기 코일을 위치시킴으로써 브레이크링(3)의 근처에서 용융강에 적당한 교반을 가할 수 있게 되어, 콜드셧과 표면크랙을 현저하게 방지할 수 있게 된다. 이 범위밖에 위치시길 경우는 브레이크링(3)의 근처에서 용융강의 흐름을 약화시켜 콜드셧과 표면크랙의 방지가 어렵다.

전자기 교반방향에 있어서는 용융금속의 흐름을 항상 정해진 방향으로 할 수 있으나 단속적인 전후 회전 또는 방향에 관계없이 단속적인 회전을 하는 경우에서도 본발명의 효과를 증진시키는데 유용하다. 더구나, 전자기 교반코일을 주조편의 상하면의 한쪽 또는 양쪽에 부착시킬 수도 있으나, 하면에 부착시키는 것이 더욱 효과적이다 .

본발명은 지금까지 기술한 방법으로 정렬되며 특히 수평연속주조시의 콜드셧과 표면 크랙을 감소시키고, 부편석을 최소한으로 하여 수평연속주조를 실용화시키는데 주요난점이 있던 것을 제거할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 턴디쉬, 주입노즐, 이에 연결된모울드 및 전자기코일에 의해 생기는 자계로 모울드를 통과하는 용융강을 전자기적으로 교반하기 위해 모울드 주위에 위치시킨 상기 전자기코일등을 포함하는 수평연속주조장치를 사용하는 모울드내 전자기 교반방법에 있어서, 주파수1~15Hz인 교류에 의해 자계를 유도하고, 최대 자속밀도 G(가우스)를 1045ㆍe^-0.16f에서 2054ㆍe^-0.12f사이의 범위로 하고, 최대 자속밀도가 생기는 위치를 주조편의 인발방향으로 주입노즐과 모울드 사이의 결합부로부터 350mm범위내로 하는 것을 특징으로 하는 수평연속주조에 있어서 모울드내의 전자기 교반방법.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 최대자속밀도의 위치를 주조편의 인발방향으로 주입노즐과 모울드 사이의 결합부로부터 200mm 내로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 청구범위 제1항에 있어서, 모울드내의 용융강을 자계에 의해 모울드측 주위로 유도적 교반을 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 턴디쉬, 주입노즐, 상기 주입노즐에 연결된 모울드 및 f가 주파수 1내지 15Hz인 경우에 1045ㆍe^-0.16내지 2054ㆍ^-0.12f범위인 자계의 최대 자속밀도(가우스)를 유도하기 위하여 상기 최대 자속밀도가 발생괴는 위치를 주조편의 인발방향으로 상기 주입노즐과 상기 모울드 사이의 결합부로부터 350mm 범위내로 하도록 상기 모울드 주위에 설치된 전자기 코일수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수평연속주조장치.

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