KR101435117B1 - 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탕면 변동을 초래하는 인자의 제어하여 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법에 관한 것으로, 턴디쉬에서 몰드로 유출되는 용강의 토출량을 측정하여 계산하는 단계, 상기 몰드 내에 침지된 침지노즐의 침지 깊이를 실시간으로 측정하는 단계, 상기에서 계산된 용강의 토출량, 침지노즐의 침지깊이, 및 미리 저장된 몰드 폭을 이용하여 탕면 안정화 지수를 계산하는 단계, 및 상기에서 계산된 탕면 안정화 지수와 미리 설정된 탕면 안정화 기준를 비교하여 탕면 안정화 지수가 탕면 안정화 기준보다 크면, 스톱퍼를 이용하여 용강의 토출량을 제어하는 단계를 제공한다.
Description
본 발명은 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탕면 변동을 초래하는 인자를 제어하여 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.
연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 연주주편으로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 연주주편을 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.
다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 연주주편으로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 연주주편은 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 제2002-0034062호(공개일:2002.05.08., 명칭: 연속주조에서의 탕면안정화방법)가 있다.
본 발명은 몰드 내에서 발생되는 용강 유동 불균일을 발생하는 인자들에 따른 변동을 수치적으로 연산하고, 이를 기준 안정화 지수와 비교하여 용강 유동을 안정적으로 유지하는 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법은, 턴디쉬에서 몰드로 유출되는 용강의 토출량을 측정하여 계산하는 단계; 상기 몰드 내에 침지된 침지노즐의 침지 깊이를 실시간으로 측정하는 단계; 상기에서 계산된 용강의 토출량, 침지노즐의 침지깊이, 및 미리 저장된 몰드 폭을 이용하여 탕면 안정화 지수를 계산하는 단계; 및 상기에서 계산된 탕면 안정화 지수와 미리 설정된 탕면 안정화 기준를 비교하여 탕면 안정화 지수가 탕면 안정화 기준보다 크면, 스톱퍼를 이용하여 용강의 토출량을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탕면 안정화 지수는 하기의 관계식에 의해 구해질 수 있다.
관계식
이때, A0는 용강의 토출량(Ton/min), A1은 몰드의 폭(m), A2는 침지노즐의 침지깊이(m)를 나타냄.
또한, 상기 탕면 안정화 기준은 30미만일 수 있다.
또한, 상기 침지노즐의 침지깊이는 몰드 내 탕면에서 토출구 상단부까지의 거리를 나타낼 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이,
본 발명은 탕면 변동을 초래하는 인자를 제어하여, 탕면의 유동을 항상 기준 탕면 안정화 지수로 유지 관리가 가능해지고, 탕면에 발생되는 볼텍스 및 불안정으로 인한 주편의 결함을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 탕면 안정성을 수치적으로 표현할 수 있어 관리가 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 몰드 내 발생되는 와류 및 불안정성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 몰드를 축소시킨 수모델을 이용하여 몰드 폭과 볼텍스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 몰드를 축소시킨 수모델을 이용하여 물 유입량과 볼텍스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 몰드를 축소시킨 수모델을 이용하여 침지노즐의 침적깊이와 볼텍스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 탕명 안정화 지수와 표층 개재물 결함발생의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 몰드 내 발생되는 와류 및 불안정성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 몰드를 축소시킨 수모델을 이용하여 몰드 폭과 볼텍스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 몰드를 축소시킨 수모델을 이용하여 물 유입량과 볼텍스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 몰드를 축소시킨 수모델을 이용하여 침지노즐의 침적깊이와 볼텍스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 탕명 안정화 지수와 표층 개재물 결함발생의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.
연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.
연속주조기의 형태는 수직형과 수직만곡형 등으로 분류된다. 도 1에서는 수직만곡형을 예시하고 있다.
도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 및 핀치롤(70)을 포함할 수 있다.
턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.
몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.
몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.
몰드(30)는 용강이 몰드(30)의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화/질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 몰드(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 몰드(30)의 입구를 지향한다.
2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.
인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.
이와 같이 구성된 연속주조기는 래들(10)에 수용된 용강(M)이 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화 및 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.
턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스토퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스토퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스토퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.
몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.
여기서, 턴디쉬(20) 내의 용강(M)이 몰드(30) 내로 연장된 침지노즐(25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 될 때, 도 2와 같이 용강 유입량이 많아지면 제한된 침지노즐(25) 토출구의 크기로 인해 토출구의 용강 유속은 빨라지게되며 그에 따라 몰드(30) 내 용강 유동 불균일이 발생하게 되고, 이는 탕면변동을 초래하여 탕면 상부에 도포된 몰드파우더 슬래그가 용강 내로 유입되어 와류를 발생하거나 용강이 불안정하여 주편의 품질을 저하 시키게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법을 나타낸 흐름도로서, 몰드의 탕면을 안정화 시키는 방법은 다음과 같다. 여기서, 도 4 내지 도 6은 위험요소를 때문에 몰드를 통해 실험할 수 없어 이를 축소시킨 수모델을 이용하여 실험한 결과에 대한 것이다.
먼저, 사용되는 몰드 폭의 길이를 측정한다(S110).
도 4와 같이, 몰드 폭에 따라 볼텍스 발생빈도에 달라짐을 알 수 있으며, 몰드 폭이 길어질수록 볼텍스 발생빈도는 낮아진다. 이에 따라 몰드 폭에 따라 볼텍스의 정도를 파악할 수 있다.
몰드 폭은 해당 몰드(30)에서 조업이 끝날 때까지 고정된 몰드 폭 길이를 갖는다. 그래서, 처음 사용되는 몰드 폭의 길이를 측정하면 이 몰드 폭 길이는 동일하게 유지된다.
이어서, 턴디쉬(20)에서 몰드(30)로 유출되는 용강의 토출량을 측정하여 계산한다(S120). 이때, 용강의 토출량은 실시간 모니터링되어 측정되고, 용강의 토출량은 주속, 몰드 폭, 두께, 및 용강의 밀도와 관련성이 있으며, 용강의 토출량을 계산하는 방법은 하기의 관계식 1에 따른다.
관계식 1
용강의 토출량은 도 5와 같이, 토출량이 빠를수록 볼텍스 발생빈도도 높아짐을 알 수 있다. 즉, 용강의 토출량에 따라 볼텍스 발생빈도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
이어서, 상기 몰드(30) 내에 침지된 침지노즐(25)의 침지 깊이를 실시간으로 측정한다(S130). 이때, 침지노즐(25)의 침지 깊이는 몰드(30) 내 탕면에서 토출구 상단부까지의 거리를 나타내며, 침지노즐(25)은 내화물로 구성되어 몰드(30) 내 슬래그층과 반응하여 그 시간이 오래될수록 내화물은 침식되거나 절손되어 조업사고 발생할 수 있으므로 시간에 따라 단계별로 침지깊이를 조절하게 된다.
또한, 조업 시 탕면 Freezing이 발생할 경우, 침지노즐(25)의 침지깊이를 낮게 조절하여 탕면온도를 높일 수 있다. 이와 같이 다양한 경우에 의해 침지노즐(25)의 침지깊이를 조절하게 된다.
침지 깊이를 조절하는 방법은 침지노즐(25)이 턴디쉬(20)에 연결되어 있기 때문에 턴디쉬(20)가 상하로 조절되며, 그에 따라 침지노즐(25) 높이가 조절된다.
침지노즐(25)의 침지 깊이는 연주 설비 자체에서 캘리브레이션(Calibration)되며 몰드(30) 내 용강이 항상 같은 높이를 유지함에 따라 턴디쉬(20)가 어느 높이에 있는지에 따라 침지깊이를 알 수 있다. 침지노즐(25)의 침지 깊이를 측정하는 상세한 방법은 생략하도록 한다.
도 6은 침지노즐의 침지 깊이에 따라 볼텍스 발생빈도를 나타낸 그래프로 침지노즐(25)의 침지 깊이가 길을수록 볼텍스 발생빈도도 낮아진다.
이어서, 저장된 몰드 폭의 길이, 상기에서 계산된 용강의 토출량, 및 침지노즐(25)의 침지깊이를 통해 탕면 안정화 지수를 연산한다(S140).
이때, 탕면 안정화 지수는 하기의 관계식 1에 의해 구할 수 있다.
관계식 2
이때, A0는 용강의 토출량(Ton/min), A1은 몰드 폭(m), A2는 침지노즐의 침지깊이(m)를 나타낸다.
여기서, 용강의 토출량, 몰드 폭, 및 침지노즐의 침지깊이는 탕면 유동과 깊은 관계가 있으므로 이들의 제어를 통해 탕면 안정화 지주를 제어할 수 있음이 바람직하다.
마지막으로, 연산된 탕면 안정화 지수와 미리 설정된 탕면 안정화 기준를 비교하여(S150), 탕면 안정화 지수가 탕면 안정화 기준보다 크면, 스톱퍼를 이용하여 용강의 토출량을 제어한다(S160). 이때, 미리 설정된 탕면 안정화 기준은 도 7에 나타낸 탕명 안정화 지수와 표층 개재물 결함발생의 관계에 따라 30미만임이 바람직하다. 즉, 탕면 안정화 기준이 30미만일 때, 표층 개재물 결함이 발생되지 않는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 탕면 변동을 초래하는 인자를 제어하여, 탕면을 항상 기준 탕면 안정화지수로 유지 관리가 가능해지고, 탕면에 발생되는 볼텍스 및 불안정으로 인한 주편의 결함을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 탕면 안정성을 수치적으로 표현할 수 있어 관리가 용이하다.
상기와 같은 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 몰드 31: 좌측 단변
35: 우측 단변 40: 몰드오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
91: 절단 지점
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 몰드 31: 좌측 단변
35: 우측 단변 40: 몰드오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
91: 절단 지점
Claims (4)
- 턴디쉬에서 몰드로 유출되는 용강의 토출량을 측정하여 계산하는 단계;
상기 몰드 내에 침지된 침지노즐의 침지 깊이를 실시간으로 측정하는 단계;
상기에서 계산된 용강의 토출량, 침지노즐의 침지깊이, 및 미리 저장된 몰드 폭을 이용하여 탕면 안정화 지수를 계산하는 단계; 및
상기에서 계산된 탕면 안정화 지수와 미리 설정된 탕면 안정화 기준를 비교하여 탕면 안정화 지수가 탕면 안정화 기준보다 크면, 스톱퍼를 이용하여 용강의 토출량을 제어하는 단계;를 포함하고,
상기 침지노즐의 침지 깊이는 몰드 내 탕면에서 토출구 상단부까지의 거리를 나타내며,
상기 탕면 안정화 지수는 하기의 관계식에 의해 구해지는 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법.
관계식
이때, A0는 용강의 토출량(Ton/min), A1은 몰드의 폭(m), A2는 침지노즐의 침지깊이(m)를 나타냄.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 탕면 안정화 기준은 30미만인 연속주조 공정에서의 탕면 안정화 방법.
- 삭제
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|---|---|---|---|---|
| KR100368283B1 (ko) | 1998-12-21 | 2003-03-17 | 주식회사 포스코 | 쌍롤형박판주조기용침지노즐 |
| JP2005028381A (ja) | 2003-07-09 | 2005-02-03 | Nippon Steel Corp | 鋳型内湯面レベル検出装置 |
| KR20070066620A (ko) * | 2005-12-22 | 2007-06-27 | 주식회사 포스코 | 침지노즐의 침적깊이 최적화에 의한 주편 표면 결함 저감방법 |
| KR20130013739A (ko) * | 2011-07-29 | 2013-02-06 | 현대제철 주식회사 | 연주공정에서의 핀홀결함 저감 방법 |
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2012
- 2012-07-31 KR KR1020120083682A patent/KR101435117B1/ko not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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| KR20130013739A (ko) * | 2011-07-29 | 2013-02-06 | 현대제철 주식회사 | 연주공정에서의 핀홀결함 저감 방법 |
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