KR960000326B1 - 연속주조주편의 표면품질 개선방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연속주조주편의 표면품질 개선방법

제1도는 주형에서 응고시 응고전면의 용강유속에 따른 용질농화정도를 나타내는 그래프.

제2도는 본 발명에 적용되는 전자교반장치가 내장되어 있는 연속주조주형의 개략도.

제3도는 주형내 주형 상부로부터 탕면까지의 거리에 따른 탕면변동 추이도.

제4도는 탕면높이에 따른 주편 표층하의 기포 분포도.

제5도는 탕면높이에 따른 주편 표층하의 개재 분포도.

제6도는 탕면높이에 따른 주편 표층하의 개재물 및 기포 총 갯수를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주형 2 : 전자교반장치

3 : 탕면레벨센서 4 : 모울더 파우더

5 : 탕면 레벨센서 감지영역 6 : 용강

7 : 탕면레벨

본 발명은 연속주조주편의 표면품질 개선방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조주형(이하, ˝주형˝이라고도 칭함)내에 설치되어 있는 전자교반장치에 의해 연속주조주편의 표면품질을 개선하는 방법에 관한 것이다.

자동차 산업 및 기계공업의 발달로 봉강 및 선재 수요는 날로 증대하고 있으며 수요가 요구사항은 점차 엄격해지고 있는데 강종의 다양화 및 품질 수준의 고급화등이 요구되어 지고 있다.

특히 빌레트 생산 연주주편의 강종 고급화 및 연주 빌레트 소재로 생산한 선재의 수요가 품질 만족을 위해서는 연주생산 공정에서 표층부 개재물, 스컴(scum) 및 기포등의 제거등이 무엇보다도 중요한 실정이다. 이러한 표층부의 결함은 통상 주형메서 생성되며 주형에서의 복잡한 현상으로 그 제어방법이 용이하지 않다. 통상, 연속주조 주형장치는 주형, 이 주형의 중앙부에 배치된 턴디쉬 저부에 설치되는 주입노즐, 슬라이딩 노즐 혹은 스톱퍼 등을 이용한 용강유량 제어장치, 주형내 용갖웅에 존재하는 개재물이나 탈산 생성물의 포획과 부상 및 전기한 개재물이나 탈산 생성물에 의한 주입 노즐의 폐쇄방지 등을 목적으로 하여 주입 노즐내에 취입되는 가스의 유량 제어장치, 및 용강탕면 제어장치등으로 구성되어 있다. 또 주형내 용강의 보온, 단열, 산화방지, 탈산생성물이나 개재물의 포획 및 응고쉘과 주형과의 윤활등을 위해 모울더 파우더가 살포된다. 파우더는 용강과의 접촉으로 용융하고 용융층을 형성함과 함께 주형과 응고쉘 사이에 흘러들어 가며 전기한 여러가지의 기능을 발휘한다. 또한, 주형에는 원활한 주편을 인발하기 위하여 상하방향의 진동이 부여되며, 주입노즐에서 토출되는 용강에 의하여 주형내 탕면은 끊임없이 흔들려 움직이고 있다.

연속주조 주편의 표면품질 개선방법으로서, 탕면제어장치, 불활성가스취입장치및 전자교반장치를 사용하는 방법을 들 수 있는데, 이들 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

A. 탕면제어 장치를 사용하는 방법

턴디쉬내의 용강량이나 주조속도의 변동, 주입노즐의 막힘등이라고 하는 조업변동에 의해 탕면 변동량이 좌우되고 이러한 탕면변동은 연속주조조업에 있어서의 최대의 트러블인 브레이크아우트등의 트러블 발생과 직결되고 파우더가 응고쉘에 포획되는 등 표면품질 결합발생에 직접적으로 연계된다. 따라서 탕면 제어시스템의 가동은 상기 언급한 주형내 탕면변동의 최소화에 그 목적이 있다. 그 방법으로서는 탕면 높이의 일정 제어와 탕면 높이의 일정 제어와 탕면상의 감시로 대변할 수 있다. 먼저 일정한 주형내 용강 레벨의 검출방법으로서는 현재 감마선 투사방법이 보편화되어 있고 최근에는 와류방식, 전자방식, 전극 주종방식 및 적외선 방법이 있다. 그리고 탕면상의 감시 방법으로서는 주형상방에 탕면상을 주사하는 적외선 카메라를 설치하여 탕면상의 온도 및 그 온도분포를 측정하여 파우더 두께나 분포를 검출하는 방법과 주형내에서 방상되는 복사광선에서 2개 이상의 파장을 선택하여 그 에너지 레벨의 비율에 의해 탕면상의 온도를 측정하는 방법, 광 파이버 케이블의 선단부를 탕면상에서 센싱 또는 주사시키고 탕면상의 광량에 응한 전류신호를 계측하여 파우더의 부족상황을 검출하는 방법등이 제시되고 있다. 그러나, 이 경우에는 용강내에 존재하는 내재성 개재물이나 기포의 적극적인 제거에는 한계가 있고 소극적인 방안에 지나지 않는다.

B. 불활성가스의 취입장치를 사용하는 방법

강의 연속주조에 있어서는 래들로 반송되어온 룡강을 턴디쉬에 일단 저장하고, 턴디쉬에서 침지식 노즐을 거쳐서 주형에 주입하는 것이 보통이다. 이때 용강에는 알루미나와 같은 탈산 생성물 혹은 파우더, 슬래그와 같은 불순물이 함유되어 있으며 개재물이 주편에 포획되어 잔류하면 표면 결함의 발생등 여러가지 폐해가 생기게 된다. 또 개재물중 알루미나등은 노즐을 통과하면서 그 내면에 부착하여 노즐을 폐쇄시켜 안정된 조업에 지장을 초래하는 일이 많다. 이때문에 종래부터 개재물을 용강에서 효율적으로 분리하고 부상시키는 수단이 제안되었는데 주형으로 주입되는 과정에서의 용강류에 아르곤가스, 질소 가스를 취입하므로써 개재물을 효과적으로 부상시기는 기술로서 근년 널리 채용되고 있다. 그러나 유효한 가스량의 적정 제어는 매우 곤란하며 가스 취입량이 필요이상으로 많아지면 가스의 유량이 불안정해지며 주형내의 탕면이 크게 문란해지고 오히려 과량의 가스가 주편에 포획되어 주편불량의 원인이 되기도 하며 소량 투입되면 노즐 막힘등의 조업장애를 유발하는 문제점이 있다.

C. 전자교반장치를 사용하는 방법

상기 A 및 B 방법의 문제점 인식하에서 적극적으로 주형내 용강 유동을 제어하여 표면품질을 향상하는 방법이 근년 보편화된 주형 전자교반 장치(이하, ˝교반장치˝라고도 칭함)의 이용이다.

즉 주형내에서의 내재성 및 외래성 개재물과 기포등을 상용화된 전자교반 장치를 사용하여 적극적으로 제거하므로서 고품질의 주편을 생산하고 있다. 이러한 주편표면품질 향상을 위한 전자교반장치의 적용에 있어 소단면 주편 주조에서는 교반강도의 중가에 의한 개재물 및 기포등의 제거가 고 주종을 이루고 있다. 그러나 교반강도는 포화강도가 존재하여 포화강도 이상에서는 더 이상의 효과를 볼 수 없는 문제점과 전력의 낭비와 교반장치에 무리가 생기는 문제점이 있다. 그리고 주편크기가 큰 슬라브 주편의 주조에서는 토출 용강의 크기에 따라 주형 단변부와 단변부의 탕면 변동량이 차이가 발생하는 것을 막기 위하여 토출류 제동방향과 토출류 가속방향을 동시에 사용하기 위한 교류이동자장을 이용하므로서 주편중의 개재물 기포의 불균일한 집적을 막는 방법도 보고되고 있다. 또한 용강유동을 제어하기 위하여 분할 전자교반장치를 설치하는 방법과 침지노즐과 수평한 방향인 주조방향으로 정자장을 인가하는 방법, 상부 전자장은 고속주조시 탕면에서의 용강 유동의 진정화를, 하부 전자장은 하강류의 침입 깊이를 저감시켜 개재물을 부상분리시킬 목적으로 주형내 전자장을 전폭에 걸쳐 상하로 설치 방법등이 있다. 그러나 상기 방법은 대단면 주조에 적용하고 있고 고가인 단점이 있다.

본 발명자들은 상기한 전자교반장치를 사용하는 방법에 대하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 전자교반장치의 위취변경없이 교반영역을 변경하여 주편의 표면품질에 영향을 미치는 탕면에서의 용강유속을 증대시킴으로써 주편표층하의 개재물 및 기포를 저감시킬 수 있는 연속주조편의 표면품질 개선방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 주형에 전자교반장치를 설치하여 연속주조 주편의 표면 품질을 개선하는 방법에 있어서, 주형내의 탕면위치가 전자요반장치 중심에서 주형길이의 36.5-38.5% 만큼 상승된 위치에 오도록 조정하여 연속주조 주편의 표면품질을 개선하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 소단면 빌레트 연족주조 주편의 표면품질 개선에 특히, 적절히 적용될 수있다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

용강과 함께 주형내로 주입된 비금속 개재물의 거동은 주입류와 교반장치에 의한 회전력에 의해 영향을 받는다. 즉, 비금속 개재물은 교반강도가 클수록 고액계면의 형태를 평활화시켜 응고 쉘에서의 개재물 포획을 억제시킨다. 또한 주형내의 개재물은 중력에 의한 부력과 교반장치에 의한 구싱력으로 인해 응고 전단면에서의 세정작용이 일어나 중심부로 이동되고 합체과정을 거쳐 주형상단의 슬래그로 제거된다.

한편 용강중에 존재할 수 있는 기포는 일산화탄소, 수소 아르곤, 질소등이다. 이러한 기포는 고체와 액체 용강의 용해도 차이로 인해 응고 전면에서 농화되어 응고중 발생한다.

응고중 이러한 기포의 발생에 관한 모사실험 결과에 의하면, 응고계면 전면에서의 교반유속이 증가할수록 기포의 발생이 어려워지며 그 크기 또한 작아진다. 그리고 응고쉘 두께가 증가할수록 기포크기도 커진다.

응고전면에서 일정 유속 v하에서의 기포의 농도 Iv는 하기식(1)과 같다고 알려져 있다.

[수학식 1]

vo : 용강 유속

v : 응고전면에서의 용강 유속

ka : a기포의 실효분배계수

k°a : a기포의 평형부배계수

상기 식(1)에 의해 유속 v=v0, 2v0, 10v0 및 20v0시 응고계면에서의 계산 결과를 제1도에 나타내었다. 제1도에 나타난 바와같이, v=20v0에서는 유동이 없을 경우 대비하여 농화정도가 반으로 감소함을 알 수 있다. 그리고 v=20v0 이상의 경우는 그 효과가 포화치에 이르로 있음을 알 수 있다.

따라서 교반강도의 증가는 개재물의 분리작용과 기포의 세정작용에 유리한 효과를 가져오지만 포화 교반강도 이상일 때는 교반효율의 저하 및 교반전력의 낭비등을 야기하다. 이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로서 본 발명에서는 교반 영역의 변경을 통해 교반효과를 증대하고자 하는 것이다.

즉 교반위치를 상승시켜(교반중심위치와 탕면까지의 거리를 작게하여) 탕면부위의 용강유속을 크게 함으로서 모울더 파우더의 재화를 촉진시키고 기포의 세정효과를 증대하는 것이다. 그러나, 교반위치의 과도한 상승은 탕면 변동을 유발하여 상기한 나와같이 심한 탕면 변동의 초래로 인한 브렉아우트등의 조업장애를 유발하기 때문에 적정 교반중심위치와 탕면까지의 거리를 설정하는 것이 중요하다.

본 발명에서는 탕면위치가 전자교반장치 중심에서 주형길이의 36.5∼38.5% 만큼 상승된 위치에 오도록 조정하는 것이 바람직하다.

즉, 전자교반장치의 중심에서 용강탕면까지의 거리(교반거리)가 주형길이의 36.5%이하인 경우에는 전자교반장치와 용탕의 거리가 너무 가까워져 탕면의 변동폭이 커질우려가 있어 결국 주편 품질이 나빠지고, 38.5%이상인 경우에는 개재물이나 기포저감을 통해 주편 표면품질을 제거하는 것이 목적인 본 발명에 대비 일부 향상은 되지만 크게 그 효과가 향상되지 않으므로, 상기 교반거리를 주형길이의 36.5∼38.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같이 조성되는 강을 이용하여 하기표 2와 같은 사양을 갖는 제 2도의 연속주조주형에서 하기 표 3과 같은 주조조건으로 주조하여 빌레트 주편을 제조하였다.

제2도에서, 부호 ˝1˝은 주형, ˝2˝는 전자교반장치, ˝3˝은 탕면레벨센서, ˝4˝는 모울더 파우더, ˝5˝는 탕면레벨신서 감지영역, ˝6˝은 용강, 및 ˝7˝은 탕면레벨을 나타낸다.

상기 주조시 주조시간에 따른 탕면높이 변경에 다른 탕면변동을 조사하고, 그 결과를 제3도에 나타내었는데, 제 3도의 (a)는 탕면높이 75mm(종래예)(b)는 탕면높이 85mm(발명예 1), 그리고(c)는 탕면높이 95mm(발명예 2)인 경우를 각각 나타낸다.

한편, 상기와 같이 제조된 빌레트 주편을 길이 150mm 채취하여 각 시편의 4면에 대해서 1mm씩 표층하 5mm까지 연삭하면서 연삭면에 존재하는 기포 및 개재물의 갯수를 측정하고, 그 결과를 제4-6도에 나타내었다.

제4도는 주편표면으로부터 거리에 따른 주편 100cm2내에 존재하는 기포갯수를, 제5도는 주편표면으로부터 거리에 따른 주편 100cm2내에 존재하는 개재물 갯수를, 그리고 제6도는 주형내 탕면 높이에 따른 주편 100cm2내에 존재하는 기포 및 개재물 갯수를 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

* 교반거리 : 전자교반장치 중심에서부터 탕면까지의 거리

제3도에 나타난 바와같이, 본 발명에 부합되는 발명예(1-2)의 경우 탕면 높이 변경에 따른 탕면변동에 있어 종래방법인 종래예와 비교하여 별차이가 없음을 알 수 있다.

또한, 제4-6도에 나타난 바와 같이, 기포 분포측면에서는 탕면높이가 85mm인 발명예(1)의 경우가 가장 양호하며, 개재물 분포측면에서는 탕면 높이가 낮아질수록 개재물 분포가 저감되고 탕면높이가 95mm인 발명예(2)의 경우가 가장 양호함을 알 수 있다.

또한, 표층하 결함의 총갯수 측면에서도 기포는 탕면높이 85mm인 발명예(1)의 경우가, 개재물은 탕면높이 95mm인 발명예(2)의 경우가 가장 양호함을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 주형(1)내에 전자교반장치(2)를 설치하여 연속주조 주편의 표면품질을 개선하는 방법에 있어서, 주형(1)내의 탕면(7) 위치가 전자교반장치(2) 중심에서 주형길이(l2)의 36.5∼38.5% 단큼 상승된 위치에 오도록 조정하는 것을 특징으로 하는 주편의 표면품질 개선방법.