KR101183420B1 - 연속 주조시의 타격 진동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주물편폭이 큰 주물편이어도, 주물편의 편석 발생을 효과적으로 방지하기 위한 것이다.
직사각형 형상의 횡단면을 가지는 주물편(1)을 연속 주조할 때에, 주물편 두께 중심부의 중심 고상율 f_S가 적어도 0.1～0.9인 범위를, 주조 방향 길이 1m당, 주물편(1)의 두께 방향의 압하율이 1% 이내가 되도록 하여 연속해서 경압하함과 더불어, 이 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 범위 내의 적어도 1개소에 있어서, 주물편(1)이 상대하는 양측의 단변면을, 서로 이웃하는 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이에 배치한 금형(3)을 이용해, 타격 진동 주파수가 4～12Hz, 진동 에너지가 30～150J로, 주물편 폭방향으로 연속하여 타격하는 장치이다.
주물편폭이 큰 주물편이어도, 중심 편석이나 V 편석 등의 편석의 발생을 효과적으로 방지하며, 내부 품질이 양호한 주물편을 얻을 수 있게 된다.

Description

연속 주조시의 타격 진동 장치{HAMMERING VIBRATOR IN CONTINUOUS CASTING}

본 발명은, 중심 편석 등을 개선하기 위해, 연속 주조시, 주물편의 단변면에 타격에 의한 진동을 부여하는 타격 진동 장치에 관한 것이다.

연속 주조된 주물편의, 두께 방향의 중심부와 그 근방에는, 중심 편석이나 V 편석이라 불리는 매크로 편석이 발생하기 쉽다. 이하, 이 매크로 편석을 내부 결함이라고도 한다.

이 중, 중심 편석은, 주물편의 최종 응고부에 C, S, P, Mn 등의 편석하기 쉬운 용질 성분(이하, 편석 성분이라고도 한다.)이 농화해 나타나는 내부 결함이다. 또, V 편석은, 주물편의 최종 응고부의 근방에, 이들 편석 성분이, 주물편의 종단면에 있어서 V자 형상으로 농화해 나타나는 내부 결함이다.

이들 매크로 편석이 발생한 주물편을 열간 가공하여 제품으로 한 경우는, 인성의 저하나 수소 유기 균열 등이 발생하기 쉬워진다. 또, 이러한 제품을 냉간으로 최종 제품에 가공할 때에, 균열이 발생하기 쉬워진다.

그런데, 주물편에 있어서의 편석의 생성 기구는, 이하와 같이 생각되어져 있다.

즉, 응고의 진행에 따라, 응고 조직인 기둥형상 결정의 수간에 편석 성분이 농화한다. 이 편석 성분이 농화한 용강이, 응고시의 주물편의 수축, 또는 벌징(bulging)으로 불리는 주물편의 부풀음 등에 의해, 기둥형상 결정의 수간으로부터 유출된다. 유출된 농화 용강은, 최종 응고부의 응고 완료점을 향해 유동하고, 그대로 응고하여 편석 성분의 농화대가 된다. 이와 같이 하여 형성된 편석 성분의 농화대가 편석이다.

이와 같은 주물편의 편석을 방지하려면, 기둥형상 결정의 수간에 남은 편석 성분이 농화한 용강의 이동을 방지하는 것, 및 이들 농화 용강이 국소적으로 집적하는 것을 방지하는 것 등이 효과적이다.

따라서, 연속 주조할 때에, 주물편의 장변측에 배치한 롤 사이에 에어해머를 설치하고, 롤 사이를 이동하는 주물편에 대해서, 약 2.0㎜ 이하인 진폭의 타격 진동을, 1분당 10～100회 주는 방법이, 특허 문헌 1에서 제안되어 있다.

[특허 문헌 1：일본국 특허공개 소 51-128631호 공보]

또, 출원인은, 직사각형 형상의 횡단면을 가지는 주물편의 미응고부를 포함하는 위치를, 복수의 압하용 가이드 롤쌍으로 압하할 때에, 주물편에 진동을 부여하면서 주조하는 방법을, 특허 문헌 2에서 제안하고 있다. 이 방법은, 압하 영역의 범위 내에 있어서, 주물편 표면의 적어도 1개소를 연속하여 타격하는 것이다.

[특허 문헌 2：일본국 특허공개 2003-334641호 공보]

이 특허 문헌 2에 기재된 방법은, 미응고부를 포함하는 위치의 주물편을 벌징시키고, 이 벌징시킨 주물편을 두께 방향 중심부의 응고가 완료될 때까지의 동안에, 적어도 1쌍의 압하 롤쌍으로 압하하는 방법이다. 그 때, 또한, 주물편에 진동을 부여하면서 주조하는 방법을 제안하고 있다. 즉, 벌징 개시 후 압하 개시까지의 주조 방향 영역의 범위 내, 또는 주조 방향에 있어서의 압하 영역의 범위 내에 있어서, 주물편 표면의 적어도 1개소를 연속하여 타격하는 방법이다.

그렇지만, 특허 문헌 1에서 제안된 방법에서는, 중심 편석의 저감 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는, 이하의 큰 문제가 있다.

주물편의 장변측에 배치된 롤 사이에서는, 주물편은 벌징하기 쉽다. 벌징한 주물편의 장변측에 타격 진동이 부여되는 경우는, 주물편의 두께 방향의 중심부에 큰 진폭은 부여할 수 없다. 또, 에어해머를 롤 사이에 설치할 필요가 있으므로, 롤사이에서 주물편을 2차 냉각하기 위한 스프레이 배치가 저해될 우려가 있다. 따라서, 적정하게 2차 냉각을 실시하려고 했을 경우는, 연속된 진동이 부여될 수 없다. 또한, 1분당 10～100회의 타격 진동으로는 충분한 진동 에너지를 주물편에 전파하는 것이 어렵다.

한편, 특허 문헌 2의 방법은, 주물편의 편석 방지에 유효하다. 그렇지만, 그 후, 발명자들이 연구를 계속한 결과, 주물편의 형상에 따라서는 편석의 저감이 충분하지 않은 경우가 있는 것을 판명하였다.

그 이유는, 주물편의 타격을 단변면측으로부터 행하는 경우, 주물편폭이 큰 경우는, 타격 진동이 폭방향 중앙부 근방의 주물편 내부에까지 충분히 전파되지 않기 때문이다. 이 경우, 성장 도중의 기둥형상 결정이 파단되지 않기 때문에, 기둥형상 결정이 성장하고, 미세한 결정 조직을 생성할 수 없다. 또한, 폭방향 중앙부의 최종 응고부 근방에 생성한 등축정(等軸晶)에, 진동이 충분히 전달되지 않으며, 등축정이 브릿징하기 쉽다.

덧붙여서, 특허 문헌 2의 단락 0039～0041에 기재된 시험 조건(진동 진폭은 ±3.0mm, 진동 주파수는 120회/분(2Hz), 금형 치수는 200mm×100㎜×400㎜(중량 계산값은 62.4kg))에서는, 타격 속도를 0.5m/초로 하면, 진동 에너지는 7.8J이 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 문제점은, 연속 주조시에 주물편의 단변면측으로부터 행하는 종래의 타격에서는, 주물편폭이 커지면 중심 편석이나 V 편석 등의 편석의 발생을 효과적으로 방지할 수 없는 경우가 있다고 하는 점이다.

본 발명의 연속 주조시의 타격 진동 장치는,

주물편폭이 큰 주물편에서도, 미응고부를 포함하는 주물편에, 주물편의 단변면측으로부터 효과적으로 타격을 부여해 주물편의 편석 발생을 효과적으로 방지하기 위해,

직사각형 형상의 횡단면을 가지는 주물편을 연속 주조할 때에, 주물편 두께 중심부의 중심 고상율 f_S가 적어도 0.1～0.9인 범위를, 주조 방향 길이 1m당, 주물편의 두께 방향의 압하율이 1% 이내가 되도록 하여 연속해서 경압하함과 더불어, 이 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 범위 내의 적어도 1개소에 있어서, 주물편이 상대하는 양측의 단변면을, 타격 진동 주파수가 4～12Hz, 진동 에너지가 30～150J로, 주물편 폭방향으로 연속하여 타격하는 장치로서,

주물편의 단변면을 타격하는 금형과,

주기적인 진동을 발생시켜 이 진동을 상기 금형에 전달하는 타격 장치와,

상기 금형과 주물편의 단변면 사이의 면간 거리를 설정하는 타격 위치 결정 장치를 가지며,

상기 금형은, 복수단의 핀치 롤쌍으로 구성되는 경압하 존의, 적어도 서로 이웃하는 2단의 핀치 롤쌍 사이에 있어서의 주물편 단변면을 일체로 하여 일괄 타격할 수 있는 구조로 이루어지고,

상기 타격 위치 결정 장치는, 상기 금형의 주물편 단변면으로의 누름 위치의 검출 후, 이 금형의 되돌림 위치에 있어서의 금형의 선단면과 주물편 단변면의 간격을 설정하는 것, 또는, 주물편과 금형의 선단면의 간격을 설정하는 가이드를 누른 상태로 타격 위치 결정을 행하는 것임을 가장 주요한 특징으로 하고 있다.

또한, 상기의 중심 고상율 f_S는, 용강의 액상선 온도 T_L과 고상선 온도 T_S와 두께 중심의 온도 T로부터, f_S=(T_L-T)/(T_L-T_S)로 구할 수 있다. 주물편의 두께 중심의 온도 T가 용강의 액상선 온도 T_L 이상인 경우는 f_S=0이며, 상기 두께 중심의 온도 T가 용강의 고상선 온도 T_S보다 작은 경우는 f_S=1.0이다. 또, 주물편의 두께 중심의 온도 T는, 주조 속도, 주물편의 표면 냉각, 주조 강종의 물성 등을 고려한 주물편 두께 방향 1차원의 비정상 전열 해석 계산에 의해 구할 수 있다.

본 발명에 의하면, 주물편폭이 큰 주물편인 경우에서도, 중심 편석이나 V 편석 등의 편석의 발생이 효과적으로 방지되고, 내부 품질이 양호한 주물편이 얻어진다.

도 1은 타격 장치를 장착한 핀치 롤쌍의 예를, 주물편의 단변면 방향에서 나타내는 모식도이다.
도 2는 타격 장치의 금형과 주물편의 위치 관계를 설명한 도면이며, (a)는 타격 장치의 대기 위치를 나타내는 도면, (b)는 금형을 주물편의 단변면에 누른 상태를 나타낸 도면, (c)는 (b)의 위치를 기점으로 하여 금형을 소정량 되돌린 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 다른 타격 장치의 금형과 주물편의 위치 관계를 설명한 도면이며, (a)는 타격 장치의 대기 위치를 나타내는 도면, (b)는 누름 가이드를 주물편의 단변면에 맞닿게 한 상태를 나타낸 도면, (c)는 타격중인 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 고탄소강인 경우의 중심 고상율이 0.1～0.9인 영역의 주조 방향 길이와 미응고 두께를 나타낸 도면이다.
도 5는 중탄소강인 경우의 중심 고상율이 0.1～0.9인 영역의 주조 방향 길이와 미응고 두께를 나타낸 도면이다.
도 6은 실험 결과를 나타낸 도면이다.

연속 주조시에 주물편의 단변면측으로부터 타격을 행할 때는, 주물편폭이 큰 경우, 중심 편석이나 V 편석 등의 편석의 발생을 효과적으로 방지할 수 없는 경우가 있었다. 본 발명은, 이 과제를, 금형의 구조를, 적어도 서로 이웃하는 2단의 핀치 롤쌍 사이에 위치하는 주물편의 단변면 전체를 일체로 하여, 연속해서 일괄 타격할 수 있도록 함으로써 실현하였다.

실시예

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태가, 발명 성립에 이를 때까지의 과정과 함께 상세하게 설명된다.

앞서 기술한 것처럼, 주물편을 단변면측으로부터 타격하는 경우, 주물편폭이 큰 경우는, 주물편의 폭방향 중앙부 근방의 내부에까지, 타격에 의한 진동이 충분히 전파되지 않는다. 이 경우에는, 성장 도중의 기둥형상 결정을 파단할 수 없기 때문에, 기둥형상 결정이 성장하여 미세한 결정 조직으로 할 수 없고, 충분한 편석 저감 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 주물편의 폭방향 중앙부의 최종 응고부 근방에 생성한 등축정에 진동이 충분히 전달되지 않고, 등축정이 브릿징하기 쉬우며, 충분한 편석 저감 효과가 얻어지지 않는다.

따라서, 발명자들은, 중심 편석이나 V 편석 등의 발생을 방지하기 위해, 미응고부를 포함하는 주물편이 상대하는 양측의 단변면 표면으로부터 타격을 부여하는 실험을 거듭했다. 이 실험에 의해, 주물편을 단변면측으로부터 어떻게 타격하면, 타격 진동이 주물편의 폭방향 중앙부 근방의 내부까지 충분히 전파되는지에 대해 조사했다.

그 결과, 발명자들은, 주물편의 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 범위에 있어서, 타격 진동 효과가 얻어지는 진동 주파수 및 진동 에너지가 존재하는 것을 찾아냈다. 또한, 상기 범위의 거의 전역을 타격하는 것이 편석의 저감에 대단히 유효한 것도 찾아냈다.

그리고 발명자들은, 직사각형 형상의 횡단면을 가지는 주물편을 주조할 때에, 주물편의 두께 방향 중심부의 중심 고상율 f_S가 적어도 0.1～0.9인 범위를 경압하하는 강의 연속 주조 방법을 제안했다(일본국 특원 2006-53057호). 이 방법은, 상기 경압하를 행할 때에, 이 중심 고상율 f_S가 상기 범위 내의 적어도 1개소에 있어서, 주물편의 폭방향으로 연속하여 타격하는 방법이다.

그 때에, 주조 방향 길이 1m당, 주물편의 두께 방향의 압하율이 1% 이내가 되도록 하여 연속해서 경압하한다. 또한, 주물편이 상대하는 양측의 단변면을, 타격 진동 주파수가 4～12Hz, 진동 에너지가 30～150J로, 주물편 폭방향으로 연속하여 타격한다.

이 일본국 특원 2006-53057호에서는, 상기 연속 주조 방법을 실시하는 장치가 제안되어 있다. 이 장치는, 복수의 가이드 롤로 구성되는 세그먼트의 적어도 1개의 세그먼트에 있어서의 주물편의, 상대하는 양측의 단변면의 각각의 단변면 전체를 일체로 하여 일괄 타격할 수 있는 구조의 타격 진동 장치이다.

그런데, 강의 연속 주조에 있어서의 경압하는, 연속 주조기의 구조의 특징으로부터, 복수의 가이드 롤로 구성되는 세그먼트에서 행해지지 않고, 핀치 롤부에서 행해지는 경우가 있다.

발명자가 핀치 롤부에 있어서, 상기 일본국 특원 2006-53057호에서 제안한 강의 연속 주조 방법에 있어서의 타격 시험을 행한 바, 상기 세그먼트에 있어서 타격을 행했을 경우와 마찬가지로, 충분한 효과를 얻을 수 있었다.

이와 같은 핀치 롤부에 있어서 타격을 행하는 경우, 하기 표 1에 나타내는 바와 같이, 세그먼트에 있어서 타격하는 경우와 비교해, 구조가 간단하게 되어, 설치 스페이스의 확보가 용이하고, 설비의 메인터넌스도 용이하게 행할 수 있다고 하는 장점이 있다.

［표 1］

본 발명의 연속 주조시의 타격 진동 장치는, 이상의 지견에 의거해 이루어진 것이며, 직사각형 형상의 횡단면을 가지는 주물편을 연속 주조할 때에, 주물편 두께 중심부의 중심 고상율 f_S가 적어도 0.1～0.9인 범위를, 주조 방향 길이 1m당, 주물편의 두께 방향의 압하율이 1% 이내가 되도록 하여 연속해서 경압하함과 더불어, 이 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 범위 내의 적어도 1개소에 있어서, 주물편이 상대하는 양측의 단변면을, 타격 진동 주파수가 4～12Hz, 진동 에너지가 30～150J로, 주물편 폭방향으로 연속하여 타격하는 장치로서,

주물편의 단변면을 타격하는 금형과,

주기적인 진동을 발생시켜 이 진동을 상기 금형에 전달하는 타격 장치와,

상기 금형과 주물편의 단변면 사이의 면간 거리를 설정하는 타격 위치 결정 장치를 가지며,

상기 금형은, 복수단의 핀치 롤쌍으로 구성되는 경압하 존의, 적어도 서로 이웃하는 2단의 핀치 롤쌍 사이에 있어서의 주물편 단변면을 일체로 하여 일괄 타격할 수 있는 구조로 이루어지고,

상기 타격 위치 결정 장치는, 상기 금형의 주물편 단변면으로의 누름 위치의 검출 후, 이 금형의 되돌림 위치에 있어서의 금형의 선단면과 주물편 단변면의 간격을 설정하는 것, 또는, 주물편과 금형의 선단면의 간격을 설정하는 가이드를 누른 상태로 타격 위치 결정을 행하는 것이다.

본 발명의 연속 주조시의 타격 진동 장치는, 주형 내에서 응고 주조된 주물편(1)을, 주조 방향의 하류측에 배치된, 복수단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이에, 도 1에 나타낸 것과 같은, 금형(3) 등을 배치한 것이다.

도 1에 있어서, 3은 주물편(1)의 단변면을 타격하는 금형이다. 이 금형(3)은, 복수단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 중, 적어도 서로 이웃하는 2단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이에 타격판(3a)을 가진 구조로 이루어져 있다. 이 구조로 함으로써, 적어도 서로 이웃하는 2단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이에 위치하는 주물편(1)의 단변면 전체를 일체로 하여, 연속해서 일괄 타격할 수 있다. 또한, 이 금형(3)은, 내구성, 내열성 등의 관점에서, 주물제로 하는 것이 바람직하다.

그런데, 등축정 등의 브릿징은 주물편(1)의 중심 고상율이 0.1 이상인 위치에서 발생한다. 그렇지만, 타격에 의한 브릿징의 방지가 완전하지 않으면 다시 브릿징이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 주물편(1)의 중심 고상율이 0.4 이상인 범위를 충분하게 연속 타격하는 것이 바람직하고, 복수단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이의 전체 길이를 타격하는 것이 바람직하다.

또, 후술하는 바와 같이 주물편의 중심 고상율 0.1～0.9는 비교적 광범위이며, 또 실조업중, 상기 위치는 끊임없이 변화한다. 따라서, 서로 이웃하는 2단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이의 타격으로 충분한 경우도 있고, 도 1과 같이 서로 이웃하는 3단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이의 타격이 필요한 경우도 있다. 단, 모든 중심 고상율의 범위에 적용하기 위하여, 긴 범위를 타격하는 것은 설비비가 과대가 되므로, 진동 효과가 얻어지는 범위로서, 예를 들면 서로 이웃하는 3단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍 사이에서의 타격이 실시된다.

즉, 주물편(1)의 주조 방향의 광범위에 걸쳐 진동하는 것이 중요하며, 가능하면 금형(3)의 주조 방향의 길이는, 복수단의 핀치 롤(2a, 2b)쌍의 전역을 타격할 수 있는 길이로 하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 현실은 핀치 롤(2a, 2b)쌍을 연속 주조기에 배치하거나, 취출하거나 하는 경우가 있기 때문에, 여러 가지의 연속 주조 장치가 서로 간섭하지 않는 범위에서, 타격할 수 있는 길이를 가능한 한 길게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 핀치 롤(2a, 2b)쌍은, 일반적으로 상부 프레임(4)에 장착된 유압 실린더(5) 등으로 압하량을 조절할 수 있고, 경압하를 하지 않도록 할 수도 있는 구조로 되어 있다.

6은 그 선단부에 상기 금형(3)을 장착한 타격 장치로, 주기적인 진동을 발생시켜 그 진동을 금형(3)에 전달하는 것으로, 예를 들면 에어 실린더가 채용된다. 이 타격 장치(6)는, 미응고부를 포함하는 주물편(1)의 양측의 단변면측의 예를 들면 2개소에 배치된다.

7은 타격 위치 결정 장치이며, 도 2(a)에 나타내는 대기 위치로부터 금형(3)은 주물편(1)의 단변면에 눌린다(도 2(b) 참조). 이 타격 위치 결정 장치는, 누름 위치를 검출한 후, 금형(3)의 되돌림 위치(도 2(c) 참조)에 있어서, 금형(3)의 선단면과 주물편(1)의 단변면의 간격 L(타격 진폭：약 8mm)을 설정한다.

타격 위치 결정 장치(7)는, 도 2에 나타낸 구성에 한정되지 않고, 도 3에 나타낸 구성이어도 된다. 이 도 3의 타격 위치 결정 장치(7)는, (a)도에 나타내는 대기 위치로부터 누름 가이드(8)를 주물편(1)의 단변면에 맞닿게 함((b)도 참조)으로써, 금형(3)의 선단면과 주물편(1)의 단변면의 간격 L(타격 진폭：약 8㎜)을 설정하는 것이다. 이 타격 위치 결정 장치(7)는, 도 3(c)에 나타내는 타격중은, 누름 가이드(8)를 주물편(1)의 단변면에 누른 상태로 한다. 또한, 금형(3)과 주물편(1)의 간격 L가 소정의 간격이 되도록, 누름 가이드(8)의 배치 조건은, 미리 설정된다.

이 금형(3)과 주물편(1)의 단변면의 간격 L은, 주조하는 주물편(1)의 폭에 따라서도 상이하기 때문에, 실제로, 주조중의 주물편(1)의 단변면을 기준으로 하여 설정하는 것이 필요하다. 이 간격 L은, 타격 장치(6)의 스트로크에 영향을 준다. 스트로크 부족의 경우는, 타격시의 타격 속도를 확보할 수 없고, 진동 에너지를 충분히 얻을 수 없다. 따라서, 타격 개시시는, 위치 결정이라고 칭하여 금형(3)과 주물편(1)의 단변면의 상대 위치 조정이 실시된다.

본원 발명의 장치를 이용해, 직사각형 형상의 횡단면을 가지는 주물편(1)을 연속 주조하는 경우는, 주물편 두께 중심부의 중심 고상율 f_S가 적어도 0.1～0.9인 범위를, 주조 방향 길이 1m당, 주물편(1)의 두께 방향의 압하율이 1% 이내가 되도록 하여 연속해서 경압하한다. 그와 동시에, 이 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 범위 내의 적어도 1개소에 있어서, 주물편(1)이 상대하는 양측의 단변면을, 타격 진동 주파수가 4～12Hz, 진동 에너지가 30～150J로 주물편 폭방향으로 연속하여 타격한다.

본 발명에 있어서, 주물편 두께 중심부의 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 범위 내의 적어도 1개소에 있어서, 주물편(1)이 상대하는 양측의 단변면을 연속하여 타격하는 것은, 이하의 이유에 따른다.

등축정 등의 브릿징은 중심 고상율이 0.1 이상인 위치에서 발생하므로, 중심 고상율이 0.1 미만인 주물편(1)의 위치에서는, 등축정 등의 생성이 충분하지 않고, 주물편(1)을 타격하는 효과가 작기 때문이다. 또, 중심 고상율이 0.9를 초과하면, 미응고 용강이 진동 및 유동하기 어려워지므로, 등축정 등의 브릿징 또는 브릿징에 의해서 형성된 공간부를, 주물편(1)의 타격에 의해 파괴하는 것이 곤란해지기 때문이다.

도 4는, 두께가 300mm인 고탄소강(C=0.40 질량%)을, 주조 속도 0.75m/분, 2차 냉각의 비수량 0.8리터/kg의 조건으로 연속 주조했을 경우에, 주물편의 중심 고상율이 0.1～0.9인 영역에 있어서의 주조 방향 길이와 미응고 두께를 나타낸 도면이다.

본 발명에서 말하는 중심 고상율이 0.1～0.9인 범위는, 도 4에 나타내는 바와 같이 주조 방향으로 긴 영역이 된다. 또한, 도 4에 있어서의 2개소의 양 화살표는, 주물편에 진동을 부여하는 타격판을, 주형출측으로부터의 이들 2개소의 거리의 위치에 배치한 예를 나타낸다.

따라서, 도 4의 타격판의 예는, 중심 고상율 f_S가 0.4～0.8인 범위에 있어서, 주물편이 상대하는 양측의 단변면을 주물편 폭방향으로 연속하여 타격하고 있는 예이다.

도 5는, 두께가 250㎜인 중탄소강(C=0.06질량%)을, 주조 속도 1.0m/분, 2차 냉각의 비수량 0.8리터/kg의 조건으로 연속 주조했을 경우에, 주물편의 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 영역에 있어서의 주조 방향 길이와 미응고 두께를 나타낸 도면이다.

또, 도 5에 있어서의 2개소의 양 화살표는, 주물편에 진동을 부여하는 타격판을, 주형출측으로부터의 이들 2개소의 거리의 위치에 배치한 예를 나타낸다.

도 5의 타격판의 예는, 중심 고상율 f_S가 0.25～0.9인 범위를 포함하는, 0.25～1.0에 있어서, 주물편(1)이 상대하는 양측의 단변면을 주물편 폭방향으로 연속하여 타격하고 있는 예이다.

본 발명의 경우, 주물편 두께 중심부의 중심 고상율 f_S가 적어도 0.1～0.9인 범위를, 주조 방향 길이 1m당, 주물편(1)의 두께 방향의 압하율이 1% 이내가 되도록, 주물편은 연속하여 경압하된다. 그 이유는, 발명자들이 응고 수축량과 열 수축량을 고려해 핀치 롤(2a, 2b)쌍의 롤 간격(한도량)을 계산했는데, 중심 편석의 저감 효과를 가지는 범위가, 주조 방향 길이 1m당, 주물편(1)의 두께 방향의 압하율이 대략 1% 이내가 되었기 때문이다.

즉, 주조 방향 길이 1m당, 주물편(1)의 두께 방향의 압하율이 1%를 크게 초과한 압하를 저고상율의 범위에서 실시하면, 응고계면의 변형이 증대하고, 내부 균열이 발생하기 쉽다. 연속된 경압하를 행하는 경우, 내부 균열의 발생을 억제하면서, 응고 수축량에 걸맞는 이상의 압하를 행하면 충분하고, 그 경우의 압하율은, 주조 방향 길이 1m당, 주물편(1)의 두께 방향으로 1% 이내이다.

또, 본 발명에 있어서는, 주물편의 장변면이 아니라 단변면이 연속하여 타격된다. 장변측의 롤 사이에서는, 주물편은 벌징하기 쉽고, 이 벌징한 장변면에 타격 진동이 부여되는 경우는, 상류측에서의 탕면 변동이 조장된다. 또, 주물편이 벌징하고 있으므로, 주물편의 두께 중심부에 큰 진폭을 부여할 수 없다. 또, 롤 사이에 타격 부여 수단을 설치하기 때문에, 롤 사이에서의 주물편을 2차 냉각하기 위한 스프레이 배치가 저해될 우려가 있어, 연속된 진동 부여를 할 수 없기 때문이다.

이것에 대해, 단변면에 타격 진동을 부여하는 경우는, 진동에 의한 변위를 받아도, 장변측과 비교해 큰 체적 변화가 생기지 않기 때문에, 장변면에 타격 진동을 부여하는 경우와 같은 문제는 발생하지 않는다. 또, 타격 부여 수단을 설치하기 위한 설비적 문제는 적다.

예를 들면 주물편폭을 2300㎜, 금형(3)을 200㎜폭으로 한 경우, 장변면에 타격 진동을 부여하는 경우는, 타격 진동을 부여할 수 있는 부위는 주조 방향으로 200㎜이다. 이것에 대해, 단변면에 타격 진동을 부여하는 경우는, 타격 진동을 부여할 수 있는 부위는, 예를 들면 타격판의 길이를 충분히 확보하면, 주조 방향으로 2300㎜ 정도가 가능해진다. 따라서, 단변면에 타격 진동을 부여하는 경우는, 체적 변화는, 1/11.5 정도가 된다.

또, 본 발명에 있어서, 타격할 때의 타격 진동 주파수를 4～12Hz로 하는 것은, 타격 진동 주파수가 4Hz 미만인 경우, 진동 에너지가 주물편 미응고부에 충분히 전달되지 않기 때문에, 중심 편석의 저감 효과가 적기 때문이다.

진동 에너지 부여의 관점에서는, 주파수는 큰 쪽이 유리하지만, 진동 에너지 부여 수단으로서 에어 실린더계를 이용한 경우, 진동 주파수의 증가에 수반해, 진동 파형에 혼란이 발생한다. 또한, 주물편(1)이 타격을 받았을 때에, 주물편의 변형 특성으로부터, 12Hz 정도까지의 진동이 부여되면, 충분히 효과가 얻어진다. 또한, 진동 주파수의 증가를 도모하는 경우, 공급 에어 압력을 크게 할 필요가 있고, 진동에 의한 주변 기기로의 영향이 염려된다. 따라서, 중심 편석 저감 가능 범위의 상한은, 12Hz로 했다.

또, 본 발명에서는, 진동 에너지는 30J～150J로 한다. 150J을 초과하는 진동 에너지를 더했을 경우에는, 연속 주조기에 설치되어 있는 주변 기기가 손상하는 경우가 있기 때문이다. 또한, 필요 이상의 진동 에너지의 부가는, 타격 장치(6) 그것의 내구성에도 지장을 초래하기 때문이다.

한편, 진동 에너지가 30J 미만인 경우는, 주물편(1)의 단변면측으로부터 행한 타격 진동이 주물편 폭방향 중앙부 근방의 주물편 내부까지 충분히 전파되지 않기 때문이다.

진동 에너지 E(J)는, 금형(3)의 중량을 M(kg), 금형(3)의 주물편(1)으로의 타격 속도를 V(m/초)로 한 경우, E=0.5×M×V²로 구할 수 있다. 따라서, 진동 에너지를 변화시키려면, 금형(3)의 중량을 변화시키거나, 금형(3)의 주물편(1)으로의 충돌 속도를 변화시키면 된다. 그렇지만, 큰 진동 에너지를 매분, 수차례 실시해도, 응고 말기의 특히 고고상율 하에서의 브릿징을 완전하게는 억제할 수 없기 때문에, 특히 중요한 것은, 진동 주파수이다.

또한, 상기 본 발명에서 규정하는 타격 진동 주파수의 범위는, 주물편폭이 상이한 블룸과 슬래브로 변화하는 일은 없다. 그렇지만, 블룸과 슬래브에서는, 미응고를 포함한 용적이 상이하므로, 최적인 진동 에너지는 변화한다.

본원 발명의 타격 진동 장치를 이용해 연속 주조할 때의 경압하에서는, 주물편(1)의 표면을 타격하는 위치의 상류측부터 하류측의 범위에 있어서, 또한, 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 주물편(1)을, 주조 방향의 길이 1m당 0.5～2.5mm의 비율로 행하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에서는, 주물편(1)을 경압하할 때도, 최적 진동 조건을 만족하는 타격 진동을 주물편(1)에 줌으로써, 타격에 의한 진동을 주물편(1)의 내부에 충분히 전파시킬 수 있어, 한층 더한 편석 저감 효과를 얻을 수 있다.

(실시예)

이하, 본 발명을 검증하기 위하여 행한 실험 결과에 대해 설명한다.

도 1에 나타내는 것과 같은 타격 장치가 주조 방향으로 2쌍 설치되었다. 하기 표 2에 나타내는 성분 범위의 고탄소강이 블룸 또는 슬래브에 주조되었다. 사이즈는, 두께 250～310㎜, 폭 425mm 또는 2300mm이다. 또한, 주조 속도는 0.70m/분 또는 0.75m/분으로 했다.

［표 2］

경압하시의 중심 고상율은 0.1～0.9의 범위로 하고, 주조 방향의 길이 1m당 1.0mm의 비율로, 주물편은 경압하되었다. 2차 냉각으로서는, 비수량은, 0.8리터/kg의 조건으로 통일했다.

에어 실린더 방식의 타격 장치를 이용해, 미응고부를 포함하는 위치의 주물편의, 양측의 단변면의 2개소를, 타격면의 진동의 진폭이 ±3㎜가 되도록, 4Hz 또는 6Hz의 진동수(1분당 240회 또는 360회)로 연속하여 타격하고, 주물편에 진동을 부여했다.

타격 조건은, 금형 중량이 450kg이고, 타격 속도는 약 0.47m/초 또는 0.71m/초(진동 에너지는 50J 또는 114J)로 했다. 타격 장치의 선단부에 장착하는 금형의, 블룸 또는 슬래브의 접촉면의 형상은, 주물편 두께 방향의 폭이 약 200㎜, 주조 방향의 길이가 약 1100mm의 것을 채용했다.

주조 시험에 있어서, 주물편의 샘플을 채취해, 그 샘플의 횡단면의 두께 및 폭방향의 중심부 상당의 위치로부터, 두께 방향 중심부를 사이에 끼워 두께 방향으로 10mm, 폭방향으로 200mm, 주조 방향으로 15㎜ 정도의 시험편을 채취했다.

이들 시험편을 이용해, 주물편의 두께 방향 중심부에 상당하는 위치의 26개소로부터, 7㎜ 피치로 직경 2mm의 드릴 칼날에 의해 절삭분을 채취하여 C 함유량을 분석했다. 그 분석값 C(질량%)를 레이들 내 용강의 C 분석값 CO(질량%)로 나눈 비 C/CO를 구하고, 그들 비의 최대값(이하 「최대 중심 편석율」이라고 한다)을 구했다.

상기의 실험 조건을 하기 표 3에 나타낸다. 이 실험은, 본 발명의 타격 진동 장치에 의해 핀치 롤 사이에서 타격 진동을 더한 발명예(고탄소강 C)와, 일본 특원 2006-53057호에서 제안한 타격 진동 장치에 의해 세그먼트부에서 타격 진동을 더한 비교예(고탄소강 B)와, 타격 진동을 더하지 않고 제조한 비교예(고탄소강 A)에 대해 행했다.

실험 결과를 도 6에 나타낸다. 타격 진동을 더한 경우는, 어느 쪽의 경우도 최대 중심 편석에 있어서 큰 차이가 없으며, 모두 최대 중심 편석율은 전부 1.15 이하로 양호했다. 한편, 타격 진동을 더하지 않는 경우는, 주물편폭이 커지면 최대 중심 편석율은 1.15를 초과하는 경우가 있었다. 또한, 실험 결과의 평가는, 최대 중심 편석율이 1.15 이하인 경우를 양호로 하고, 그것을 초과하는 경우를 불량으로 했다.

본 발명은 상기의 예에 한정되지 않고, 각 청구항에 기재된 기술적 사상의 범주이면, 적절히 실시 형태를 변경해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면 상기의 설명에서는, 타격 장치(6)로서 에어 실린더를 나타냈지만, 금형(3)을 구동할 수 있는 것이면, 유압 실린더여도, 또 편심 캠에 의한 방식, 스프링을 이용한 것 등, 어느 방법이어도 된다.

본 발명은, 실시예에 나타낸 것과 같은 고탄소강 주물편뿐만 아니라, 중탄소강 주물편이나 저탄소강 주물편 등의 다른 강종의 연속 주조에도 적용할 수 있다.

1 : 주물편 2a, 2b : 핀치 롤
3 : 금형 3a : 타격판
6 : 타격 장치 7 : 타격 위치 결정 장치
8 : 누름 가이드

Claims (1)

1. 직사각형 형상의 횡단면을 가지는 주물편을 연속 주조할 때에, 주물편 두께 중심부의 중심 고상율 f_S가 적어도 0.1～0.9인 범위를, 주조 방향 길이 1m당, 주물편의 두께 방향의 압하율(壓下率)이 1% 이내가 되도록 하여 연속해서 경압하(輕壓下)함과 아울러, 이 중심 고상율 f_S가 0.1～0.9인 범위 내의 적어도 1개소에서, 주물편의 상대하는 양측의 단변면을, 타격 진동 주파수가 4～12Hz, 진동 에너지가 30～150J로, 주물편 폭방향으로 연속하여 타격하는 장치로서,
   주물편의 단변면을 타격하는 금형과,
   주기적인 진동을 발생시켜 이 진동을 상기 금형에 전달하는 타격 장치와,
   상기 금형과 주물편의 단변면 사이의 면간 거리를 설정하는 타격 위치 결정 장치를 가지며,
   상기 금형은, 복수 단의 핀치 롤 쌍으로 구성되는 경압하 존(zone)의, 적어도 서로 이웃하는 2단의 핀치 롤 쌍 사이에 있어서의 주물편 단변면을 일체로 하여 일괄 타격할 수 있는 구조로 이루어지고,
   상기 타격 위치 결정 장치는, 상기 금형의 주물편 단변면으로의 누름 위치의 검출 후, 이 금형의 되돌림 위치에서의 금형의 선단면과 주물편 단변면의 간격을 설정하는 것, 또는, 주물편과 금형의 선단면의 간격을 설정하는 가이드를 누른 상태로 타격 위치 결정을 행하는 것임을 특징으로 하는 연속 주조시의 타격 진동 장치.

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