WO2017052030A1 - 주편의 연속 주조 방법 - Google Patents

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WO2017052030A1
WO2017052030A1 PCT/KR2016/005922 KR2016005922W WO2017052030A1 WO 2017052030 A1 WO2017052030 A1 WO 2017052030A1 KR 2016005922 W KR2016005922 W KR 2016005922W WO 2017052030 A1 WO2017052030 A1 WO 2017052030A1
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cast
immersion nozzle
pair
cast steel
mold
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PCT/KR2016/005922
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권상흠
한상우
원영목
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(주)포스코
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    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling

Definitions

  • the present invention relates to a method of continuous casting of cast steels, and more particularly, to a continuous casting method of cast steel for controlling the position of segregation and shrinkage holes occurring inside the cast steel.
  • steel mills use molten steel produced through the iron making process and the steelmaking process to produce cast iron, which is a semi-finished product in the continuous casting process, and the produced cast steel is produced in a coil of a thickness desired by the consumer in the rolling process.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a general playing equipment
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the solidification structure of the cast steel produced in the general playing equipment.
  • the molten steel 1 refined in the steelmaking process is placed in the ladle 10 and moved to the continuous casting factory, and then placed on the top of the tundish 20.
  • the molten steel 1 accommodated in the ladle 10 is injected into the tundish 20 through the shroud nozzle 11, and the molten steel 1 injected from the tundish 20 is immersed through the immersion nozzle 21. It is continuously injected into the mold 30.
  • the molten steel 1 supplied to the mold 30 is first cooled while passing through the mold 30 and then drawn out and pressed by a plurality of segment rolls 40, and is mainly cooled by the cooling water sprayed between the rolls and the rolls. As a result, it is made into a slab (2).
  • the thus continuously cast slab 2 is cut into a predetermined length by the cutter 50, and is transferred to a rolling process, which is a subsequent process, by the transfer roller 60.
  • defects of the slab 2 remain after rolling, causing a failure.
  • defects of the slab 2 include a solidification shrinkage hole and a central segregation occurring in the central portion in the thickness direction of the cast as shown in FIG.
  • the tensile stress is generated in the center of the thickness of the slab during the thick plate rolling / cooling process.
  • the surface of the cast iron drops in temperature faster than the center portion, and this temperature difference causes the thickness center of the cast steel to be under tensile stress.
  • the thicker the thickness of the cast the greater the tensile stress due to this temperature difference, and when the tensile stress is concentrated on the segregation (4) and the solidification shrinkage hole (3), the defects in the center of the cast (2) easily expand. Resulting in product defects.
  • Soft reduction is a representative technique for reducing defects such as central segregation (4) and solidification shrinkage holes (3) causing product defects.
  • the technique under light pressure imparts a pressing force to the slab 2 by the segment roll 40 during continuous casting.
  • the solidification shrinkage hole 3 is physically compressed.
  • the central segregation 4 is generated in the cast steel 2. Will be suppressed.
  • this low pressure technique requires a large-scale reduction equipment to be installed in the player, and the pressure reduction is performed at the end of the solidification, so that the segregation 4 and the solidification shrinkage hole 3 cannot be sufficiently removed.
  • the discharge nozzle structure of the immersion nozzle 21, in particular, the immersion nozzle 21 is improved, and the cooling water sprinkling control in the secondary cooling zone. Etc.
  • these methods are aimed at suppressing the generation of the central segregation 4 and the solidification shrinkage hole 3, but there is a problem that the central segregation 4 and the solidification shrinkage hole 3 cannot be completely removed.
  • the present invention provides a continuous casting method of the cast steel to control the position of segregation and shrinkage holes generated inside the cast steel by changing the position of the immersion nozzle for supplying molten steel to the mold.
  • a continuous casting method of a cast steel comprises the steps of first cooling by molten steel while injecting molten steel from the center of the mold to the eccentric region in the thickness direction of the cast steel; Drawing a slab to be primarily cooled by the mold, and sprinkling the cooling water on the surface thereof to perform second cooling.
  • the immersion nozzle is introduced into the mold consisting of a pair of long sides and a pair of short sides disposed opposite to each other to inject molten steel, and the immersion nozzle is any one selected from a pair of long sides. It is characterized by being eccentric in the long side direction.
  • the cast piece is drawn downward from the mold and bent forward, and in the primary cooling step, the immersion nozzle is eccentric in a direction in which the cast piece is drawn out of a pair of long sides. Characterized in that it is a long side direction disposed in front of the reference.
  • the difference between the distance d1 between the immersion nozzle and the long side selected from the pair of long sides and the distance d2 between the immersion nozzle and the other long side of the pair of long sides is 20 mm or more. It is done.
  • the distance d1 between the immersion nozzle and the long side selected from the pair of long sides and the distance d2 between the immersion nozzle and the other long side of the pair of long sides are each 10 mm or more. do.
  • the slab is drawn downward in the mold and bent forward, and the amount of cooling water sprayed on the lower part of the slab is sprayed on the upper part of the slab until the drawn slab is completely solidified. It maintains more, and from the time point after the cast slab is completely solidified is characterized in that the amount of cooling water sprayed on the lower portion of the slab is kept more than or equal to the amount of cooling water sprayed on the upper portion of the cast steel.
  • the position of the immersion nozzle disposed inside the mold by injecting molten steel into the eccentric region of the cast steel, not the center of the mold, the position of the segregation and solidification shrinkage hole of the cast steel There is an effect that can be moved from the center to the surface direction.
  • the segregation and coagulation shrinkage holes are moved in the surface direction, the coagulation shrinkage holes are more easily compressed during the rolling process of the cast steel, and the cracks do not exist in the position where the maximum tensile stress occurs during the cooling process after rolling. By preventing the propagation of the product, the internal defect of the final product is reduced.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a general playing equipment
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the solidification structure of the cast steel produced in a typical playing equipment
  • Figure 3a is a view showing the position of the immersion nozzle in the mold in a typical playing equipment
  • Figure 3b is a view showing that the position of the immersion nozzle inside the mold is applied to the continuous casting method of the cast steel according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the central segregation and the stress distribution remaining in the product.
  • Figure 3a is a view showing the position of the immersion nozzle in the mold in a typical playing equipment
  • Figure 3b is a view showing that the position of the immersion nozzle in the mold applied to the continuous casting method of the cast steel according to an embodiment of the present invention is changed
  • 4 is a flow and temperature analysis results for molten steel in a mold to which the continuous casting method of the cast steel according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is manufactured according to the continuous casting method of the cast steel according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a photograph of the cast
  • Figure 6 is a result of the compression simulation according to the location of the solidification shrinkage during rolling
  • Figure 7 is a schematic diagram showing the central segregation and stress distribution remaining in the product.
  • the continuous casting method of the cast steel according to an embodiment of the present invention is carried out using the general playing equipment shown in FIG.
  • by changing the position of the immersion nozzle 21 for injecting the molten steel 1 accommodated in the tundish 20 into the mold 30 is achieved by changing the position where the molten steel 1 is injected into the mold 30.
  • the continuous casting method of the cast steel according to an embodiment of the present invention is largely injected into the mold 30 while injecting the molten steel (1) from the center of the mold 30 to the eccentric region in the thickness direction of the cast steel (2) Primary cooling by; Drawing the slab 2 which is first cooled by the mold 30 and sprinkling the cooling water on the surface thereof to perform second cooling.
  • the position of the immersion nozzle 21a is changed to the mold 30 as shown in FIG. 3A.
  • the position of the immersion nozzle 21b is arranged in the eccentric region of the cast piece 2 in the width direction as shown in FIG.
  • the mold 30 includes a pair of long sides 30a and 30b disposed to face each other and a pair of short sides 30c and 30d disposed to face each other, wherein the immersion nozzle 21b includes a pair of long sides ( It is arranged to be eccentric in the direction of any one of the long sides 30a selected from 30a and 30b.
  • the flow intensity (flow velocity) of the molten steel 1 in the eccentric region is induced to act larger than the other regions.
  • the result as shown in FIG. 4A can be obtained.
  • the red color (relatively darker area) is a region having a higher flow intensity, and has a large difference in flow velocity for each region in the bath surface, but is eccentrically injected in a region below 2 meters from the water surface. It can be seen that a stronger flow field is formed at.
  • the temperature field in this region is calculated in FIG. 4 (b), and it can be seen that the temperature is different in the thickness direction similar to the flow field.
  • the red color (relatively dark area) is a relatively high temperature region and the temperature difference occurs that the solidification is not occurred at the center of the thickness and is deviated in the eccentric direction. To make it possible.
  • the playing equipment is arranged by bending a plurality of segment rolls 40 to be drawn while pressing the slab 2 to the lower side of the mold 30, wherein the immersion nozzle 21 is eccentric direction
  • the long side 30a is disposed in front of the pair of long sides 30a and 30b based on the direction in which the slab 2 is drawn.
  • the direction in which the immersion nozzle 21 is eccentric is to be the upper surface direction of the cast piece 2 to be drawn out. Accordingly, the point where the solidification is completed in the direction of the upper region than the lower region of the cast piece 2 drawn out is eccentric, so that the point where the segregation 4 and the solidification shrinkage hole 3 are generated is eccentric in the upper surface direction of the cast piece 2. .
  • casting was performed while moving the immersion nozzle 21 positioned in the center of the mold 30 in the direction of the arrow.
  • the distance between the immersion nozzle 21 and the long side 30a selected from the pair of long sides 30a and 30b is defined as 'd1', and the immersion nozzle 21 and the pair of long sides 30a and 30b are defined.
  • the distance between the other long sides 30b is defined as 'd2'.
  • the immersion nozzle 21 was arranged so that the length ratio d2 / d1 of d1 and d2 was 1, 3, 4, and 7, respectively, and then the performance was performed. At this time, as the length difference between d1 and d2 increases, it was confirmed that the position where the solidification is completed is moved in the surface direction instead of the center of thickness of the slab 2. In other words, it was confirmed that the solidification shrinkage hole 3 and the segregation 4 move in the surface direction instead of the center of thickness.
  • the difference between d1 and d2 is more than 20mm, otherwise the location of segregation (4) and solidification shrinkage hole (3) does not deviate much from the center of thickness of cast steel (2) to improve the quality of the rolled product. It was not effective.
  • the length of either one of d1 and d2 is less than 10 mm, the molten steel discharged strongly collides with the solidified solidification layer and redissolves the solidified layer to cause an operation accident.
  • the difference between d1 and d2 is 20mm or more, but the larger the difference is, it is advantageous to move the coagulation completion position, but d1 and d2 is preferably 10mm or more soaking nozzle 21 is disposed.
  • the length ratio d1: d2 of d1 and d2 is 1: 3.
  • FIG. 5 shows that when the length ratio (d1: d2) of d1 and d2 is cast as 1: 3, red color (around the solidification line) indicates that the region has a relatively high temperature, and the position is cast. It can be seen that the thickness of (2) is biased upward rather than the center. That is, by moving the position of the immersion nozzle 21, the flow and the temperature field is changed, through which it can be seen that the position where the solidification is completed can be biased to one side rather than the center of thickness.
  • the segregation 4 and the solidification shrinkage hole 3 are eccentrically formed by a predetermined interval in the upper surface direction instead of the central portion in the thickness direction of the slab 2.
  • the position of the immersion nozzle 21 is eccentric to inject the molten steel 1 to change the flow and temperature field of the molten steel 1 so that the solidification point is eccentric to the upper surface of the cast steel 2.
  • the bending of the slab (2) occurs due to the residual stress due to the cooling difference generated during the solidification between the upper and lower surfaces of the slab (2), so that the difficulty in transferring the slab (2) to the feed roller (60) This may cause problems.
  • the amount of cooling water sprayed on the upper part of the slab 2 is lowered until the time when the slab 2 drawn out in the secondary cooling step is completely solidified.
  • the amount of cooling water to be sprayed on the lower part of the slab 2 is equal to or greater than the amount of cooling water to be sprayed on the upper part of the slab 2 after the cast slab 2 is completely solidified. I can keep it.
  • the internal defect of the thick plate product is confirmed by the ultrasonic scanning.
  • ultrasonic flaw detection most thick plates are detected at the center of thickness due to solidification shrinkage holes (3) and segregation (4) generated at the center of thickness during continuous casting. Even if the same solidification shrinkage hole 3 and segregation 4 occur inside the slab 2, as the product becomes more highly strengthened and extremely thickened, defects are easily detected during the ultrasonic flaw detection due to the following reasons.
  • the rolling amount of the cast steel 2 decreases, so that the compression of the solidification shrinkage hole 3 becomes difficult.
  • the central portion of the thickness of the slab 2 is less deformed than the surface, so that the compression of the solidification shrinkage hole 3 becomes more difficult.
  • the solidification shrinkage hole 3b present at a position of 1 / 4t thickness is better compressed than the solidification shrinkage hole 3a at the center of thickness.
  • the coagulation shrinkage hole 3 is eccentric in the upper surface direction rather than the center of thickness of the slab 2, the pores are more easily compressed to reduce defects due to ultrasonic flaw detection.
  • the product produced after rolling the cast (2) is cooled from the surface. That is, the surface of the product is in a low temperature state, the inside is a relatively high temperature state, which causes tensile stress in the center of the thickness of the product.
  • the segregation (4) is present in the center of the thickness of the slab (2), cracks are easily generated and propagated due to stress concentration, which causes defects in ultrasonic flaw detection.
  • the higher the strength and the thicker the thick plate product the higher the tensile stress and the higher the incidence of defects.
  • the segregation (4) does not exist at the position where the maximum tensile stress occurs in the cooling process, thereby preventing the propagation of cracks, thereby reducing the defects of the final product.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

본 발명은 주편 내부에 발생하는 편석 및 수축공의 위치를 제어하는 주편의 연속 주조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 주편의 연속 주조 방법은 용강을 몰드 내부 중 중심부에서 주편의 두께방향으로 편심된 영역으로 주입하면서 몰드에 의해 1차 냉각시키는 단계와; 몰드에 의해 1차 냉각되는 주편을 인발하면서 그 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시키는 단계를 포함한다.

Description

주편의 연속 주조 방법
본 발명은 주편의 연속 주조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주편 내부에 발생하는 편석 및 수축공의 위치를 제어하는 주편의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철공장에서는 제선공정 및 제강공정을 거쳐 생산된 용강을 이용하여 연속주조공정에서 반제품인 주편을 생산하고, 생산된 주편은 압연공정에서 소비자가 원하는 두께의 코일로 생산된다.
도 1은 일반적인 연주설비를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 일반적인 연주설비에서 제조되는 주편의 응고조직을 보여주는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 제강공정에서 정련된 용강(1)을 래들(10)에 담아서 연속주조공장으로 이동시킨 다음 턴디쉬(20)의 상부에 위치시킨다. 그리고, 래들(10)에 수용된 용강(1)은 쉬라우드 노즐(11)을 통하여 턴디쉬(20)로 주입하고, 턴디쉬(20)에서 주입된 용강(1)은 침지노즐(21)을 통하여 몰드(30)에 연속적으로 주입시킨다. 몰드(30)에 공급된 용강(1)은 몰드(30)를 통과하면서 1차 냉각된 다음 인출되어 다수의 세그먼트롤(40)에 의해 압하되는 동시에 롤과 롤 사이에서 살수되는 냉각수에 의해 주로 냉각됨에 따라 주편(2)으로 제조된다.
이렇게 연속적으로 주조된 주편(2)은 절단기(50)에 의하여 소정의 길이로 절단되고 이송 롤러(60)에 의하여 후속 공정인 압연공정으로 이송된다.
특히 주편(2)이 후판강재로 압연될 때 주편(2)의 결함이 압연 후에도 잔류하여 불량을 유발하는 경우가 발생한다. 이러한 결함의 예로서 도 2와 같이 주편의 두께방향 중심부에 발생하는 응고수축공과 중심편석이 있다.
연속주조 공정의 응고완료점 부근에서의 응고수축부에 용질농축 잔류용강이 모이게 되면 이것이 편석(4)이 되며, 응고수축부가 채워지지 않고 그대로 공간으로 남으면 응고수축공(3) 즉 중심 기공(center porosity)이 되고, 이러한 결함들은 후판 압연 후에도 주편의 중심부에 잔존하게 된다.
또한, 후판 압연/냉각 과정을 거치면서 주편의 두께 중심부에는 인장응력이 발생하게 된다. 압연 후 냉각 과정에서 주편의 표면은 중심부보다 빠르게 온도가 떨어지고 이러한 온도차에 의해 주편의 두께 중심부는 인장응력하에 있게 된다. 특히 주편의 두께가 두꺼울수록 이러한 온도차에 의한 인장응력의 크기는 커지게 되고 이러한 인장응력이 앞서 말한 편석(4) 및 응고수축공(3)에 집중하게 되면 쉽게 주편(2) 중심부의 결함이 확장되게 되어 제품 불량이 발생하게 된다.
제품 불량을 발생시키는 중심편석(4) 및 응고수축공(3)과 같은 결함을 저감하기 위한 대표적인 기술이 경압하(soft reduction)이다. 경압하 기술은 연속주조 중 세그먼트롤(40)에 의해 주편(2)에 압하력을 부여하는 것으로서, 응고말기에 응고수축만큼 주편(2)을 압하하여 응고수축공(3)을 물리적으로 압착함으로써, 응고수축에 의한 기공을 최소화 함과 동시에 응고수축에 의한 주상정 사이에 존재하는 용질이 농화된 용강이 주편 두께 중심부위로 유입되는 것을 억제하여 주편(2)에 중심편석(4)이 발생하는 것을 억제하게 된다. 하지만, 이러한 경압하 기술은 연주기에 대규모 압하 설비를 설치해야만 하고, 응고 말기에 압하를 실시하기 때문에 편석(4) 및 응고수축공(3)을 충분히 제거할 수 없게 된다.
또한, 중심편석(4) 및 응고수축공(3)의 발생의 억제하더라도 주편/제품의 두께 중심부에는 일부 잔존하게 되고 압연/냉각시 발생하는 인장응력이 두께 중심부에서 최대가 되기 때문에 주편(2)의 두께 중심부에는 결함이 발생하게 된다. 특히 주편(2)의 두께가 두껍거나 압연공정에서 가속냉각을 하는 경우에는 두께 중심부와 표면과의 온도 차이가 더욱 커지게 되어 제품불량 발생이 더욱 증가하게 된다.
그리고, 중심편석(4) 및 응고수축공(3)과 같은 결함을 저감하기 위한 기술로는 침지노즐(21), 특히 침지노즐(21)의 토출구 구조 개선 및 2차 냉각대에서의 냉각수 살수 제어 등이 있다. 하지만, 이러한 방법들은 중심편석(4) 및 응고수축공(3)의 생성을 억제하는 것에 목적이 있지만 중심편석(4) 및 응고수축공(3)을 완전히 제거할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 몰드에 용강을 공급하는 침지노즐의 위치를 변경하여 주편 내부에 발생하는 편석 및 수축공의 위치를 제어하는 주편의 연속 주조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 주편의 연속 주조 방법은 용강을 몰드 내부 중 중심부에서 주편의 두께방향으로 편심된 영역으로 주입하면서 몰드에 의해 1차 냉각시키는 단계와; 몰드에 의해 1차 냉각되는 주편을 인발하면서 그 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시키는 단계를 포함한다.
상기 1차 냉각시키는 단계에서는 서로 대향 배치되는 한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변으로 이루어지는 몰드의 내부로 침지노즐이 인입되어 용강이 주입되되, 상기 침지노즐은 한 쌍의 장변 중 선택되는 어느 하나의 장변 방향으로 편심되는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 냉각시키는 단계에서 상기 주편은 몰드에서 하방으로 인발되어 전방으로 절곡되면서 인발되고, 상기 1차 냉각시키는 단계에서는 상기 침지노즐이 편심되는 방향은 한 쌍의 장변 중 상기 주편이 인발되는 방향을 기준으로 전방에 배치되는 장변 방향인 것을 특징으로 한다.
상기 1차 냉각시키는 단계에서 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 선택되는 장변 사이의 거리(d1)와 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 다른 장변 사이의 거리(d2)와의 차이는 20mm 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 1차 냉각시키는 단계에서 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 선택되는 장변 사이의 거리(d1)와 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 다른 장변 사이의 거리(d2)는 각각 10mm 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 1차 냉각시키는 단계에서 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 선택되는 장변 사이의 거리(d1)와 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 다른 장변 사이의 거리(d2)와의 길이비(d1:d2)는 1 : 3 인 것을 특징으로 한다.
상기 2차 냉각시키는 단계에서 상기 주편은 몰드에서 하방으로 인발되어 전방으로 절곡되면서 인발되고, 인발되는 주편이 완전히 응고되기 이전 시점까지는 주편의 상부에 살수되는 냉각수량이 주편의 하부에 살수되는 냉각수량보다 많게 유지하며, 인발되는 주편이 완전히 응고된 이후 시점부터는 주편의 상부에 살수되는 냉각수량보다 주편의 하부에 살수되는 냉각수량이 많거나 같게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 몰드 내부에 배치되는 침지노즐의 위치를 변경하여 몰드의 중심부가 아닌 주편의 두께방향으로 편심된 영역으로 용강을 주입함에 따라 편석 및 응고수축공의 발생위치를 주편의 중심부에서 표면방향으로 이동시킬 수 있는 효과가 있다.
이렇게 편석 및 응고수축공의 위치를 표면방향으로 이동시킴에 따라 주편의 압연 과정에서 응고수축공이 보다 쉽게 압착되도록 하고, 압연 이후 냉각 과정에서 최대 인장응력이 발생하는 위치에 편석이 존재하지 않도록 하여 크랙의 전파를 막음으로써 최종 제품의 내부 결함을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 연주설비를 개략적으로 보여주는 도면이고,
도 2는 일반적인 연주설비에서 제조되는 주편의 응고조직을 보여주는 개략도이며,
도 3a는 일반적인 연주설비에서 몰드 내부의 침지노즐 위치를 보여주는 도면이고,
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법에 적용되는 몰드 내부의 침지노즐 위치가 변경되는 것을 보여주는 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법이 적용된 몰드 내의 용강에 대한 유동 및 온도 해석 결과이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법에 따라 제조된 주편의 사진이며,
도 6은 압연시 응고수축공 위치에 따른 압착 시뮬레이션 결과이고,
도 7은 제품에 잔존하는 중심편석 및 응력분포를 보여주는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3a는 일반적인 연주설비에서 몰드 내부의 침지노즐 위치를 보여주는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법에 적용되는 몰드 내부의 침지노즐 위치가 변경되는 것을 보여주는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법이 적용된 몰드 내의 용강에 대한 유동 및 온도 해석 결과이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법에 따라 제조된 주편의 사진이며, 도 6은 압연시 응고수축공 위치에 따른 압착 시뮬레이션 결과이고, 도 7은 제품에 잔존하는 중심편석 및 응력분포를 보여주는 개략도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법은 도 1에 도시된 일반적인 연주설비를 이용하여 실시된다. 다만, 턴디쉬(20)에 수용된 용강(1)을 몰드(30)로 주입시키는 침지노즐(21)의 위치를 변경하여 용강(1)이 몰드(30)로 주입되는 위치를 변경하여 달성된다.
부연하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편의 연속 주조 방법은 크게 용강(1)을 몰드(30) 내부 중 중심부에서 주편(2)의 두께방향으로 편심된 영역으로 주입하면서 몰드(30)에 의해 1차 냉각시키는 단계와; 몰드(30)에 의해 1차 냉각되는 주편(2)을 인발하면서 그 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시키는 단계를 포함한다.
1차 냉각시키는 단계에서 용강(1)을 몰드(30) 내부 중 중심부가 아닌 주편(2)의 폭방향으로 편심된 영역에 주입하기 위하여 침지노즐(21a)의 위치를 도 3a와 같이 몰드(30) 내부의 중심부가 아닌 도 3b와 같이 침지노즐(21b)의 위치를 주편(2)의 폭방향으로 편심된 영역에 배치한다. 구체적으로 몰드(30)는 서로 대향 배치되는 서로 대향 배치되는 한 쌍의 장변(30a, 30b)과 한 쌍의 단변(30c, 30d)으로 이루어지는데, 이때 침지노즐(21b)은 한 쌍의 장변(30a, 30b) 중 선택되는 어느 하나의 장변(30a) 방향으로 편심되도록 배치된다.
그래서, 편심된 영역에서 용강(1)의 유동강도(유속)가 다른 영역보다 더 크게 작용하도록 유도한다. 그러면 도 4의 (a)와 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 4의 (a)에서 붉은색(상대적으로 짙은 부분)으로 나타나는 영역은 유동강도가 보다 큰 영역으로서, 탕면에서의 영역별로 유속의 차이가 크기 않지만, 탕면으로부터 2m 아래 영역에서는 편심되어 주입된 영역에 보다 강한 유동장이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이 영역에서 온도장을 계산한 것이 도 4의 (b)이며, 유동장과 비슷하게 두께 방향으로 온도가 차이나는 것을 확인할 수 있다. 도 4의 (b)에서 붉은색(상대적으로 짙은 부분)으로 나타나는 영역이 상대적으로 온도가 높은 영역이고 온도 차이가 발생한다는 것은 응고 완료가 두께 중심부에서 일어나지 않고 편심된 방향으로 치우쳐 발생하게 된다는 것을 알 수 있게 해준다.
한편, 도 1과 같이 연주설비는 몰드(30)의 하방으로 주편(2)을 압착시키면서 인발하는 다수의 세그먼트롤(40)이 전방으로 절곡되어 배치되는데, 이때 침지노즐(21)이 편심되는 방향을 한 쌍의 장변(30a, 30b) 중 주편(2)이 인발되는 방향을 기준으로 전방에 배치되는 장변(30a) 방향인 것이 바람직하다. 그래서, 침지노즐(21)이 편심되는 방향이 인발되는 주편(2)의 상면방향이 되도록 한다. 이에 따라 인발되는 주편(2)의 하면영역보다 상부영역 방향으로 응고가 완료되는 지점을 편심시켜서 편석(4) 및 응고수축공(3)이 발생되는 지점을 주편(2)의 상면방향으로 편심시킨다.
다음으로 침지노즐(21)이 편심되는 정도에 대하여 설명한다.
도 3b와 같이 일반적으로 몰드(30)의 중심부에 위치하는 침지노즐(21)을 화살표 방향으로 이동시켜 가면서 주조를 하였다. 이때 침지노즐(21)과 한 쌍의 장변(30a, 30b) 중 선택되는 장변(30a) 사이의 거리를 'd1'으로 정의하고, 침지노즐(21)과 한 쌍의 장변(30a, 30b) 중 다른 장변(30b) 사이의 거리를 'd2'로 정의한다.
그래서, d1과 d2의 길이비(d2/d1)가 각각 1, 3, 4, 7이 되도록 침지노즐(21)을 배치한 다음 연주를 실시하였다. 이때 d1과 d2의 길이 차이가 커질수록 응고가 완료되는 위치가 주편(2)의 두께 중심부가 아닌 표면 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 다시 말하면 응고수축공(3) 및 편석(4)이 두께 중심부가 아닌 표면 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, d1과 d2의 차이는 20mm 이상이 필요하며, 그렇지 않을 경우에는 편석(4) 및 응고수축공(3)의 생성 위치가 주편(2) 두께 중심부에서 많이 벗어나지 않아 압연제품에서의 품질을 개선하는데 효과적이지 않았다. 그리고, d1과 d2 중 어느 한 쪽의 길이가 10mm 미만이 될 경우 토출되는 용강이 응고된 응고층과 강하게 충돌하면서 응고층을 재용해 시켜 조업 사고를 일으킬 수 있다.
따라서 d1과 d2의 차이가 20mm 이상이면서 그 차이가 크면 클수록 응고완료 위치를 이동시키는데 유리하지만, d1과 d2는 모두 10mm 이상으로 침지노즐(21)이 배치되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 d1과 d2의 길이비(d1:d2)는 1 : 3 인 것이 최적의 조건이다.
도 5는 d1과 d2의 길이비(d1:d2)는 1 : 3으로 주조했을 때 결과로서, 붉은색(응고완료line 주변)을 나타내는 것은 상대적으로 온도가 높은 영역이라는 것을 나타내고, 그 위치가 주편(2)의 두께 중심부가 아닌 위쪽으로 치우쳐 있는 것을 알 수 있다. 즉 침지노즐(21)의 위치를 이동시킴으로 인해 유동 및 온도장이 변화하게 되고, 이를 통해 응고가 완료되는 위치가 두께 중심부가 아닌 어느 한쪽 면으로 치우치게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그래서 편석(4) 및 응고수축공(3)을 주편(2)의 두께 방향 중심부가 아닌 상면 방향으로 소정 간격만큼 편심되어 형성되도록 한 것이다. 다만, d1보다 d2가 너무 큰 경우에는 편석(4) 및 응고수축공(3)이 주편(2)의 표면으로 너무 편심되어 형성되기 때문에 압연공정에서 그 결함이 표면으로 노출되어 표면 결함을 유발할 수 있기 때문에 d1과 d2의 길이비(d1:d2)는 1 : 3 로 유지하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 침지노즐(21)의 위치를 편심시켜 용강(1)을 주입함에 따라 용강(1)의 유동 및 온도장에 변화를 줌으로써 응고가 완료되는 지점을 주편(2)의 상면방향으로 편심시키게 되는데, 이러한 경우 주편(2)의 상면과 하면 사이의 응고시 발생되는 냉각차이로 인한 잔류 응력에 의해 주편(2) 휨이 발생하여 이송 롤러(60)로 주편(2)을 이송하는데 어려움이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제가 발생하는 것을 방지하기 위하여 본 실시예에서는 2차 냉각시키는 단계에서 인발되는 주편(2)이 완전히 응고되기 이전 시점까지는 주편(2)의 상부에 살수되는 냉각수량이 주편(2)의 하부에 살수되는 냉각수량보다 많게 유지하고, 인발되는 주편(2)이 완전히 응고된 이후 시점부터는 주편(2)의 상부에 살수되는 냉각수량보다 주편(2)의 하부에 살수되는 냉각수량이 많거나 같게 유지할 수 있다.
다음으로 주편(2)의 제조시에 발생되는 편석(4) 및 응고수축공(3)을 주편(2)의 두께방향 중심부에서 상면 방향으로 편심시켜서 기대할 수 있는 효과에 대하여 설명한다.
먼저, 후판제품의 내부 결함은 초음파탐상을 통해 확인하게 된다. 초음파 탐상시 대부분 후판제품의 경우 두께 중심부에서 결함이 검출되게 되는데 이는 연속주조 시 두께 중심부에 발생하게 되는 응고수축공(3) 및 편석(4)에 의해 기인한 것이다. 주편(2) 내부에 동일한 응고수축공(3) 및 편석(4)이 발생하더라도 제품이 고강도화 극후물화가 진행될수록, 초음파 탐상시 쉽게 결함이 검출되는데 이는 다음과 같은 이유에 기인한 것이다.
첫째, 제품이 두꺼워 질수록 주편(2)의 압연량이 줄어들게 되어 응고수축공(3)의 압착이 어려워지게 된다. 특히 압연시 주편(2)의 두께 중심부는 표면보다 변형이 작기 때문에 더욱더 응고수축공(3)의 압착이 어렵게 된다. 이는 도 6에서 나타나듯이 동일한 압하량으로 압연을 하더라도, 두께 중심부의 응고수축공(3a)보다는 1/4t 두께에 위치에 존재하는 응고수축공(3b이 보다 잘 압착된다는 것을 알 수 있다. 주편(2)의 두께가 정해져 있는 상태에서 극후물재를 생산하게 되면 압연이 되는 양은 상대적으로 작을 수밖에 없어 응고수축공(3)을 압착시키기가 더욱 힘들게 된다.
하지만, 응고수축공(3)이 주편(2)의 두께 중심부가 아닌 상면방향으로 편심되어 존재할 경우 보다 쉽게 기공이 압착되어 초음파 탐상에 의한 결함을 줄일 수 있게 된다.
이에 더해 주편(2) 압연후 생산된 제품은 표면부터 냉각되게 된다. 즉 제품의 표면은 저온상태이고, 내부는 상대적으로 고온의 상태가 되는데 이로 인해 제품의 두께 중심부에는 인장응력이 발생하게 된다. 특히 주편(2) 두께 중심부에 편석(4)이 존재하게 될 경우 응력집중으로 인해 쉽게 크랙이 발생하여 전파하게 되어 초음파 탐상시 결함의 원인이 된다. 특히 후판 제품의 고강도화 극후물화가 될수록 이러한 인장응력은 더욱 커지게 되어 결함 발생률이 올라가게 된다.
따라서 본 실시예와 같이 편석(4) 및 응고수축공(3)을 완전히 제거하지 않더라도 도 7과 같이 편석(4) 및 응고수축공(3)의 발생 위치를 이동시킴으로써, 압연공정시 보다 쉽게 압착이 되고 이후 냉각 과정에서 최대 인장응력이 발생하는 위치에 편석(4)이 존재하지 않게 하여 크랙의 전파를 막음으로써 최종제품의 결함을 줄이는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
<부호의 설명>
1: 용강 2: 주편
3: 응고수축공 4: 편석
10: 래들 11: 쉬라우드 노즐
20: 턴디쉬 21: 침지노즐
30: 몰드 30a, 30b: 장변
30c, 30d: 단변 40: 세그먼트롤
50: 절단기 60: 이송 롤러

Claims (7)

  1. 주편을 연속으로 주조하는 방법으로서,
    용강을 몰드 내부 중 중심부에서 주편의 두께방향으로 편심된 영역으로 주입하면서 몰드에 의해 1차 냉각시키는 단계와;
    몰드에 의해 1차 냉각되는 주편을 인발하면서 그 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시키는 단계를 포함하는 주편의 연속 주조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 냉각시키는 단계에서는 서로 대향 배치되는 한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변으로 이루어지는 몰드의 내부로 침지노즐이 인입되어 용강이 주입되되, 상기 침지노즐은 한 쌍의 장변 중 선택되는 어느 하나의 장변 방향으로 편심되는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 냉각시키는 단계에서 상기 주편은 몰드에서 하방으로 인발되어 전방으로 절곡되면서 인발되고,
    상기 1차 냉각시키는 단계에서는 상기 침지노즐이 편심되는 방향은 한 쌍의 장변 중 상기 주편이 인발되는 방향을 기준으로 전방에 배치되는 장변 방향인 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 냉각시키는 단계에서 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 선택되는 장변 사이의 거리(d1)와 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 다른 장변 사이의 거리(d2)와의 차이는 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 냉각시키는 단계에서 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 선택되는 장변 사이의 거리(d1)와 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 다른 장변 사이의 거리(d2)는 각각 10mm 이상인 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 냉각시키는 단계에서 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 선택되는 장변 사이의 거리(d1)와 상기 침지노즐과 한 쌍의 장변 중 다른 장변 사이의 거리(d2)와의 길이비(d1:d2)는 1 : 3 인 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 냉각시키는 단계에서 상기 주편은 몰드에서 하방으로 인발되어 전방으로 절곡되면서 인발되고,
    인발되는 주편이 완전히 응고되기 이전 시점까지는 주편의 상부에 살수되는 냉각수량이 주편의 하부에 살수되는 냉각수량보다 많게 유지하며,
    인발되는 주편이 완전히 응고된 이후 시점부터는 주편의 상부에 살수되는 냉각수량보다 주편의 하부에 살수되는 냉각수량이 많거나 같게 유지하는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
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