KR102033629B1 - 연속주조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에, 턴디시내의 공급 영역에 배치된 위어를 배출 영역측으로 이동시키며 이전 용강의 배출을 제어하는 과정, 공급 영역에 후속 용강의 공급을 개시하는 과정, 후속 용강을 이용한 후속 공정을 수행하는 과정을 포함하는 연속주조 방법 및 이를 수행할 수 있도록 형성된 연속주조 장치로서, 이전 용강과 후속 용강의 혼합량을 효과적으로 저감할 수 있는 연속주조 방법 및 장치가 제시된다.

Description

연속주조 방법 및 장치{CONTINUOUS CASTING METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 연속주조 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이전 용강과 후속 용강의 혼합을 저감할 수 있는 연속주조 방법 및 장치에 관한 것이다.

연속주조 설비는, 용강을 운반하는 래들, 래들의 용강을 받아 임시 저장하는 턴디시, 턴디시의 용강을 공급받아 주편으로 응고시키는 주형, 및 주형으로부터 연속하여 인발되는 주편을 냉각시키며 일련의 성형 작업을 수행하는 냉각대로 구성된다. 그중 턴디시는 용강 레벨을 일정하게 유지하고, 주형내의 용강 흐름을 정상 상태로 제어하는 등의 역할을 한다.

연속주조 공정의 초기 및 말기에는 용강 레벨이 낮아지고, 그 영향이 주형내의 용강 흐름에까지 이어질 수 있다. 따라서, 주편의 헤드부와 테일부는 품질이 열위하다. 또한, 헤드부와 테일부에 크롭(crop)발생하여 형상이 반듯하지 못하다. 이러한 이유로 주편의 헤드부와 테일부는 고객사가 원하는 규격을 만족시키지 못하기 때문에, 대부분 스크랩 처리된다.

주편의 헤드부와 테일부가 스크랩 처리되는 만큼 연속주조 공정의 조강 생산량이 줄어드는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위해, 즉, 주편의 헤드부와 테일부의 발생량을 줄여 조강 생산량을 높이기 위한 목적으로, 대부분의 연속주조 공정은 래들을 교체해가면서 턴디시에 용강을 계속 공급하며 연속주조 횟수를 이어가는 연연주 형태로 실시된다.

하지만 연연주 형태로 연속주조 공정을 수행할 때, 이전 용강과 후속 용강의 강종이 다르게 되면, 래들을 교체한 이후 소정의 시점에서 주편에 혼합부가 발생한다. 여기서, 혼합부는 이전 용강과 후속 용강이 혼합된 상태로 주편으로 주조된 부분을 지칭한다. 혼합부는 스크랩 처리되기 때문에, 연연주 형태의 연속주조 공정에서는 여전히 조강 생산량이 줄어드는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.

KR 10-1485913 B1

본 발명은 이전 용강과 후속 용강의 혼합량을 효과적으로 저감할 수 있는 연속주조 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 연속주조 방법은 이전 용강과 후속 용강의 혼합을 저감할 수 있는 연속주조 방법으로서, 이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에, 턴디시내의 공급 영역에 배치된 위어를 배출 영역측으로 이동시키며 이전 용강의 배출을 제어하는 과정; 상기 공급 영역에 후속 용강의 공급을 개시하는 과정; 후속 용강을 이용한 후속 공정을 수행하는 과정;을 포함한다.

상기 공급 영역과 배출 영역의 경계 영역에 상기 위어를 정지시키는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 위어를 정지시키는 과정 이후에, 상기 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행할 수 있다.

상기 경계 영역에서 공급 영역으로 상기 위어를 복귀시키는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 위어를 복귀시키는 과정 중에, 상기 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행할 수 있다.

상기 위어를 복귀시키는 과정 이후에, 상기 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행할 수 있다.

상기 이전 용강과 후속 용강은 강종이 서로 다를 수 있다.

상기 이전 용강의 배출을 제어하는 과정은, 상기 위어를 이용하여 상기 이전 용강을 밀어 내는 과정; 상기 경계 영역에 배치된 댐에 형성된 잔탕 홀을 통하여, 상기 이전 용강을 상기 배출 영역으로 이동시키는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 경계 영역에 상기 위어를 정지시키는 과정은, 상기 경계 영역에 배치된 댐 부근에 상기 위어를 정지시키는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 연속주조 장치는 이전 용강과 후속 용강의 혼합을 저감할 수 있는 연속주조 장치로서, 바닥에 출강구가 형성된 턴디시; 상기 바닥에서 이격되며, 상기 턴디시의 양 측벽에 접촉하는 위어; 상기 위어를 이동 가능하게 지지하는 구동부; 및 공정의 시점에 따라 상기 위어의 이동 방향과 이동 여부를 결정하여 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함한다.

상기 제어부는, 이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에, 상기 위어를 상기 출강구측으로 이동시키도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 후속 용강의 공급 개시 시점에, 상기 위어를 정지시키도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 후속 용강의 공급 개시 시점에, 상기 위어를 복귀시키도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 후속 용강의 공급 개시 시점 전에, 상기 위어를 복귀시키도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

상기 출강구에서 이격되고, 상기 턴디시의 바닥에 설치되며, 상기 양 측벽을 연결하는 댐;을 더 포함하고, 상기 위어는 상기 댐을 중심으로 상기 출강구의 반대측에 배치되고, 상기 시점에 따라 이동 방향 및 여부가 제어되며 용강의 흐름을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에 턴디시내의 위어를 이동시켜 이전 용강의 배출을 제어한 후, 턴디시내에 후속 용강을 주입하고, 후속 공정을 수행할 수 있다. 이에, 이전 용강과 후속 용강의 혼합을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 후속 용강을 주입하는 중에 위어의 이동 방향과 이동 여부를 제어하여, 턴디시내로 주입되는 후속 용강의 흐름을 제어할 수 있다. 이에, 이전 용강과 후속 용강의 혼합을 더욱 저감할 수 있다.

예컨대 서로 다른 강종의 용강을 이용한 연연주 형태의 연속주조 공정인 이강종 연속주조 공정에 적용되면, 이전 용강을 이용한 연속주조 공정의 말기에 위어를 턴디시의 출강구측으로 이동시켜 이전 용강을 출강구측으로 밀어 낸 후, 턴디시내에 후속 용강을 주입하고, 후속 용강을 이용한 연속구조 공정을 수행할 수 있다. 이때, 후속 용강을 주입하는 중에 위어의 이동 여부와 이동 방향을 다양하게 제어하며 이전 용강과 후속 용강의 혼합을 저감시킬 수 있다. 따라서, 주편에 혼합부가 발생하는 것을 저감할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 위어가 수평 이동하며 이전 용강과 후속 용강의 흐름을 제어한다. 따라서, 턴디시의 내부가 국부적으로 분할되거나 고립되지 않고, 턴디시내의 용강 흐름이 끊김 없이 연속될 수 있다. 이에, 이강종 연속주조 공정이 원할하게 수행될 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법을 비교 예와 대비하여 도시한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용강의 혼합 거동에 대한 모의 실험 결과를 비교 예와 대비하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이강종 연속주조 공정에서 획득한 무차원 혼합 농도값들의 일 예시를 비교 예와 대비하여 도시한 그래프이다.
도 6은 도 5에서 도출된 이강종 혼합 시간의 값들의 비교표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법 및 장치는, 이전 용강과 후속 용강의 혼합을 저감할 수 있는 기술적 특징을 제시한다.

본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법 및 장치는 제철소의 이강종 연속주조 공정에 적용되나, 각종 융융물을 이용한 다양한 주조 공정에 적용될 수도 있다. 이하, 이강종 연속주조 공정을 기준으로, 본 발명의 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치의 개략도이다. 또한, 도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치의 요부를 발췌하여 도시한 개략도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치를 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치는 이강종 연속주조 공정을 위한 연속주조 장치로서, 바닥(33)에 출강구(35)가 형성되는 턴디시(30), 바닥(33)에서 이격되고, 턴디시(30)의 양 측벽(34b)에 접촉하는 위어(63), 위어(63)를 이동 가능하게 지지하는 구동부(70), 공정의 시점에 따라 위어(63)의 이동 방향과 이동 여부를 결정하여 구동부(70)를 제어하는 제어부(80)를 포함한다. 연속주조 장치는 래들(10), 쉬라우드 노즐(20), 댐(61), 침지 노즐(40), 주형(50) 및 냉각대(미도시)를 더 포함할 수 있다. 연속주조 장치는 래들(10)을 교환하여 이전 용강이 담긴 턴디시(30)에 이전 용강과 강종이 다른 후속 용강을 공급하며 주편(S)을 연속주조할 수 있다.

여기서, 이전 용강은 턴디시(30)에서 현재 처리 중인 강종의 용강을 지칭할 수 있고, 후속 용강은 턴디시(30)에 공급("주입" 이라고도 함)할 새로운 용강을 지칭할 수 있다. 이전 용강과 후속 용강은 강종이 다를 수 있다.

래들(10)은 용강(M)을 운반하는 원통형의 용기로서, 외부면이 철피로 형성되고, 내부면이 내화물로 구축된다. 래들(10)은 턴디시(30)의 상측에 배치되고, 래들 터렛(미도시)에 안착되며, 크레인(미도시)에 의해 운반된다. 래들(10)은 용강(M)을 담아 운반하고, 턴디시(30)에 용강(M)을 공급할 수 있다.

쉬라우드 노즐(20)은 래들(10)의 하부에 장착되고, 래들(10)에 담긴 용강(M)을 턴디시(30)로 공급할 수 있다. 쉬라우드 노즐(20)은 하부가 턴디시(30)의 내부에 배치될 수 있다. 쉬라우드 노즐(20)은 머니퓰레이터(미도시)에 지지될 수 있다.

턴디시(30)는 용강(M)을 임시 저장하고, 주형(50)에 용강(M)을 공급할 수 있다. 턴디시(30)는 래들(10)의 하측에서 쉬라우드 노즐(20)의 하부를 감싸도록 배치된다. 턴디시(30)는 외부면이 철피로 형성되고, 내부면이 내화물로 구축된다. 턴디시(30)는 길이 방향(x)으로 좌우 대칭하는 형상일 수 있고, 길이 방향의 너비가 폭 방향(y)의 너비보다 클 수 있다. 턴디시(30)는 길이 방향의 중심부가 폭 방향의 일측으로 돌출된 형상일 수 있다. 턴디시(30)는 길이 방향의 중심부 상측에 쉬라우드 노즐(20)이 배치될 수 있다. 턴디시(30)는 내부에 용강(M)이 수강되는 공간이 형성되고, 바닥(33)에 출강구(35)가 형성될 수 있다. 출강구(35)는 길이 방향의 양측으로 이격되어 좌우 대칭하는 각 위치에서 바닥(33)을 관통할 수 있다. 출강구(35)는 턴디시(30)의 폭 방향으로 연장된 양 측벽(34a)의 근방에 위치할 수 있다.

침지 노즐(40)은 턴디시(30)의 하측에 배치되고, 출강구(35)에 장착될 수 있다. 침지 노즐(40)은 용강(M)을 통과시키기 위하여 내화물로 형성되는 중공의 관으로서, 높이 방향(z)으로 연장된다. 침지 노즐(40)과 출강구(35) 사이에는 슬라이드 게이트(미도시)가 구비되어 용강(M)의 출강량을 조절한다. 침지 노즐(40)을 통하여 턴디시(30)내의 용강(M)이 주형(50)으로 공급될 수 있다.

주형(50)은 침지 노즐(40)의 하부를 감싸도록 배치되고, 용강(M)을 공급받아 주편(S)으로 응고시킬 수 있다. 주형(50)은 장방형 또는 정방형의 형상으로 형성될 수 있고, 내부가 높이 방향으로 관통되며, 상하부가 개방될 수 있다.

냉각대는 주형(50)의 하측에 주조 방향으로 배열되어 주편(S)의 인출 경로를 형성한다. 냉각대는 주형(50)에서 연속으로 인발되는 주편(S)을 냉각 및 압하하며, 일련의 성형 작업을 수행할 수 있다. 냉각대는 세그먼트들을 구비할 수 있다. 세그먼트들에는 주편(S)의 인발을 위한 롤러들과 주편(S)을 냉각시키기 위한 냉각수 노즐들이 구비될 수 있다. 냉각대를 통과한 주편(S)은 절단부(미도시)에서 절단되고, 압연 설비로 이송될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 댐 유닛(60)을 설명한다. 댐 유닛(60)은 턴디시(30)의 내부에 설치되고, 용강(M)의 유동을 제어할 수 있다. 댐 유닛(60)은 길이 방향의 양측의 좌우 대칭하는 위치에 각각 설치될 수 있다.

댐 유닛(60)은 내화물로 제작되는 댐(61) 및 위어(63)를 포함한다. 댐(61)은 출강구(35)에서 턴디시(30)의 길이 방향의 중심부측으로 이격되어 바닥(33)에 설치되고, 길이 방향으로 연장된 양 측벽(34b)을 연결할 수 있도록 폭 방향으로 연장될 수 있다. 댐(61)은 턴디시(30)의 하부에 위치하며, 댐(61)의 하부를 관통하여 잔탕 홀(62)이 형성될 수 있다. 잔탕 홀(62)을 통해, 댐(61)의 길이 방향의 양측으로 용강(M)이 출입할 수 있다.

댐(61)을 중심으로, 턴디시(30)의 내부가 공급 영역(A)과 배출 영역(B)으로 구분될 수 있다. 이때, 댐(61)이 설치된 영역을 공급 영역(A)과 배출 영역(B)의 경계 영역(C)이라고 한다. 공급 영역(A)은 댐(61)들의 내측에 위치하는 영역이고, 쉬라우드 노즐(20)이 배치되는 영역이며, 용강(M)이 턴디시(30)의 내부에 공급될 때, 가장 먼저 공급되는 영역이다. 배출 영역(B)은 댐(61)들의 외측에 위치하는 영역이고, 출강구(35)가 위치하는 영역이며, 턴디시(30)의 내부에 공급된 용강(M)이 가장 나중에 통과하는 영역이며, 출강구(35)로 용강(M)을 배출시키는 영역이다.

경계 영역(C)은 배출 영역(B)과 공급 영역(A)을 연결할 수 있도록 마련된 열린 공간이며, 잔탕 홀(62)과 댐(61)의 상측 공간을 통하여 배출 영역(B)과 공급 영역(A)이 상시 연결된다. 경계 영역(C)을 통하여 공급 영역(A)과 배출 영역(B) 사이의 용강(M)의 출입이 가능하다.

위어(63)는 댐(61)을 중심으로 출강구(35)의 반대측에 배치되고, 바닥(33)에서 이격되며, 폭 방향으로 연장되고, 턴디시(30)의 길이 방향의 양 측벽(34b)에 접촉할 수 있다. 위어(63)는 공급 영역(A)내에서, 이강종 연속주조 공정의 시점에 따라 이동 방향 및 여부가 제어되며 용강(M)의 흐름을 제어한다. 위어(63)는 길이 방향으로 이동이 가능하며, 이를 위해, 구동부(70)에 지지될 수 있다. 위어(63)를 무빙 위어라고 지칭할 수도 있다. 이하에서, 위어(63)의 "이동 방향 및 여부"를 통칭하여 "움직임"이라 한다.

구동부(70)는 위어(63)를 이동 가능하게 지지할 수 있다. 구동부(70)는 예컨대 턴디시(30)의 외부에 설치되는 기계식 또는 유압식의 구동 장치일 수 있다. 구동부(70)는 위어(63)을 지지하며, 길이 방향으로 이동시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 구동부(70)는 위어(63)를 이동시키기 위한 다양한 구조를 가지며, 이를 특별히 한정할 필요는 없다. 구동부(70)의 일 예시를 설명한다. 구동부(70)는 높이 방향으로 연장되고, 위어(63)의 상측에 배치되고, 위어(63)의 상단에 장착되는 제1구동로드(71), 폭 방향으로 연장되고, 제1구동로드(71)가 장착되는 제2구동로드(72), 제2구동로드(72)가 지지되는 제3구동로드(73), 및 길이 방향으로 연장되고, 제3구동로드(73)가 설치되며, 제3구동로드(73)를 길이 방향으로 이동시키는 제4구동로드(74)를 포함할 수 있다. 이 외에도, 구동부(70)의 구성은 다양할 수 있다.

제어부(80)는 이강종 연속주조 공정의 시점에 따라 위어(63)의 이동 방향과 이동 여부를 결정하여 구동부(70)를 제어할 수 있다. 여기서, 이동 방향은 공급 영역(A)에서 배출 영역(B)을 향하는 방향과 그 반대 방향을 포함한다. 공급 영역(A)에서 배출 영역(B)을 향하는 방향을 일 방향이라 하고, 일 방향의 반대 방향을 타 방향이라고 한다. 이동 여부는 이동 및 정지를 포함한다. 제어부(80)가 구동부(70)를 통하여 위어(63)를 제어하는 방식을 보면, 일 방향으로 위어(63) 이동, 타 방향으로 위어(63) 복귀 및 현재 위치에서 위어(63) 정지의 세 가지로 구분할 수 있다. 물론, 이의 제어 시점은 이강종 연속주조 공정의 시점에 따라 정해질 수 있다.

우선, 제어부(80)는 이전 용강을 이용한 이전 연속주조 공정(이하, "이전 공정")의 말기에, 공급 영역(A)내의 위어(63)를 출강구(35)측으로 이동시키도록 구동부(70)를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(80)는 후속 용강의 공급 개시 시점에, 경계 영역(C) 부근에 위어(63)를 정지시키도록 구동부(70)를 제어하거나, 또는, 후속 용강의 공급 개시 시점에, 위어(63)를 공급 영역(A)내의 정위치에 복귀시키도록 구동부(70)를 제어하거나, 또는, 후속 용강의 공급 개시 시점 전에, 위어(63)를 공급 영역(A)내의 정위치에 복귀시키도록 구동부(70)를 제어할 수 있다.

여기서, 이전 공정의 말기는, 턴디시(30)에서 현재 처리 중인 이전 용강과 후속하여 턴디시(30)에 공급하려는 용강이 강종이 다른 상태에서 턴디시(30)내의 이전 용강의 레벨이 소정 레벨 이하로 낮아진 시점부터 턴디시(30)내에 후속 용강의 공급을 개시하기 전 시점까지의 시간 구간을 의미할 수 있다. 물론, 그 외에 다양한 방식으로 이전 공정의 말기가 정의될 수 있다. 예컨대 이전 공정이 마무리되는 중의 어느 한 시점부터 용강의 강종을 교체하여 후속 공정을 개시하기 전까지 용강의 강종 교체가 이루어지는 구간을 이전 공정의 말기라고 할 수도 있다.

또한, 정위치는 이전 공정의 말기를 제외한 초기 또는 중기의 위어(63)의 위치를 의미할 수 있다. 즉, 강종을 교체하는 시점을 제외하고, 용강을 이용하여 정상적인 연속주조 조업을 할 때의 위어(63)의 위치를 정위치라 한다.

제어부(80)의 제어와 구동부(70)의 작동에 의하여, 이강종 연속주조 공정 중의 후속 용강을 이용한 후속 연속주조 공정(이하, "후속 공정")의 개시 시점에 주편(S)에 이전 용강과 후속 용강의 혼합부가 발생하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 제어부(80)와 구동부(70)와 위어(63)는 이강종의 혼합량 저감을 위해, 연속주조 장치에 새롭게 부가되어 운영되는 구성부들이라 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법을 비교 예와 대비하여 도시한 공정도이다. 도 3의 (a)는 비교 예에 따른 연속주조 방법의 공정도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 제1실시 예에 따른 연속주조 방법의 공정도이며, 도 3의 (c)는 본 발명의 제2실시 예에 따른 연속주조 방법의 공정도이다. 또한, 도 3의 (d)는 본 발명의 제3실시 예에 따른 연속주조 방법의 공정도이다.

도 1, 도 2, 도 3의 (b) 내지 (d)를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법을 설명한 후, 도 3의 (a)를 참조하여, 비교 예와 실시 예를 대비하여 설명한다.

이때, 본 발명의 실시 예의 연속주조 장치의 설명과 중복되는 내용은 이하에서 생략하거나 간단히 설명한다. 또한, 턴디시(30)가 길이 방향으로 좌우 대칭하는 구조 예컨대 y축 대칭 구조인 바, 턴디시(30)의 양측 중 일측 예컨대 도 1 및 도 2상의 좌측을 기준으로 실시 예를 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법은 이강종 연속주조 공정에 있어 그 혼합량을 저감하기 위한 위어의 운영 방식을 가진 연속주조 방법으로서, 이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에, 턴디시(30)내의 공급 영역(A)에 배치된 위어(63)를 배출 영역(B)측으로 이동시키며, 이전 용강의 배출을 제어하는 과정, 공급 영역(A)과 배출 영역(B)의 경계 영역(C)에 위어(63)를 정지시키는 과정, 공급 영역(A)에 후속 용강의 공급을 개시하는 과정, 및 후속 용강을 이용한 후속 공정을 수행하는 과정을 포함한다. 이때, 이전 용강과 후속 용강은 강종이 서로 다르다.

우선, 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 장치를 마련하고, 연속주조 장치에서 이전 용강을 이용하여 연속주조 공정 즉, 이전 공정을 수행한다. 예컨대 이전 용강이 담긴 래들(10)을 턴디시(30)의 상측에 마련하고, 이전 용강을 턴디시(30)에 공급하고, 턴디시(30)내의 이전 용강을 주형(50)에 공급하며 주편(S)을 연속주조한다. 이때, 래들(10)을 교환해가면서 이전 용강을 턴디시(30)내에 소정 회차 공급할 수 있고, 턴디시(30)내의 이전 용강의 레벨을 정상 상태의 레벨로 유지할 수 있다.

이어서, 이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에, 턴디시(30)내의 공급 영역(A)에 배치된 위어(63)를 배출 영역(B)측으로 이동시키며 이전 용강의 배출을 제어한다. 도 3의 (b) 내지 (d)의 도면에 각각 "1"로 표시된 단계가 이에 해당한다.

이전 용강의 배출을 제어하는 과정은, 위어(63)를 길이 방향으로 움직여 턴디시(30)내에 잔존하는 이전 용강의 배출을 제어하여 이강종 용강의 혼합을 줄이는 과정으로서, 위어(63)를 이용하여 이전 용강을 공급 영역(A)에서 밀어 내는 과정과 경계 영역(C)에 배치된 댐(61)에 형성된 잔탕 홀(62)을 통하여, 이전 용강을 배출 영역(B)으로 이동시키는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 이전 용강은 그 레벨에 따라서 댐(61)의 상부를 범람하여 배출 영역(B)으로 이동할 수도 있다. 이 과정들에서 위어(63)는 댐(61)이 설치된 경계 영역(C)까지 이동할 수 있다. 이때, 위어(63)는 댐(61)에서 이격된 댐(61)의 근방의 소정 위치까지 이동할 수 있다.

이후, 경계 영역(C)에 위어(63)를 정지시킨다. 이때, 경계 영역(C)에 배치된 댐(61)의 부근에 위어(63)를 정지시킬 수 있다. 이후, 공급 영역(A)에 후속 용강의 공급을 개시하고, 후속 용강을 이용한 후속 공정을 수행하며, 후속 용강으로 주편을 연속주조한다.

이때, 공급 영역(A)에 후속 용강의 공급을 개시하는 과정에서 위어(63)의 움직임 및 이로 인한 후속 용강의 공급방식에 따라, 이강종의 혼합량이 달라질 수 있다. 이의 실시 예들을 이하에서 설명하고, 그중 이강종의 혼합량을 최소로 하는 위어(63)의 움직임 및 후속 용강의 공급방식을 설명한다.

제1실시 예

경계 영역(C)에 위어(63)를 정지시키는 과정 이후에, 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행한다. 도 3의 (b)에 도시된 "2" 단계가 이에 해당한다.

이는, 후속 용강이 턴디시(30)로 공급되기 전 정위치("초기 위치"라고도 함)의 위어(63)가 일 방향으로 이동하면서 턴디시(30)내의 이전 용강을 밀어 내고, 이후, 위어(63)가 움직임을 정지하면, 후속 용강을 공급하는 것으로, 즉, 위어(63)를 배출 영역(B)측으로 최대한 밀어 놓은 후에, 공급 영역(A)에 후속 용강의 공급을 개시하는 방식이다. 이때, 공급 영역(A)에서 후속 용강을 일 방향으로 자유롭게 유동시키는 공급 방식이라 할 수 있다. 한편, 위어(63)의 복귀는 후속 용강의 레벨이 소정 레벨로 높아진 후 또는 후속 용강의 레벨이 정상 상태의 레벨에 도달한 후 수행될 수 있다.

제2실시 예

경계 영역(C)에 위어(63)를 정지시키는 과정 이후에, 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행하되, 위어(63)를 정지시키는 과정과 후속 용강의 공급을 개시하는 과정 사이에, 경계 영역(C)에서 공급 영역(A)으로 위어(63)를 복귀시키는 과정을 더 포함하고, 이때, 위어(63)를 복귀시키는 과정 중에, 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행한다. 도 3의 (c)의 "2", "3" 및 "4" 단계가 이에 해당한다.

즉, 위어(63)를 정지시키고, 이때, 후속 용강의 공급을 개시한다("2" 단계). 이와 함께, 후속 용강을 공급 영역(A)에 공급하며 경계 영역(C)에서 공급 영역(A)으로 위어(63)를 복귀시키고("3" 단계), 정위치에 위어(63)가 도달하면 위어(63)의 움직임을 멈추고 후속 용강의 공급을 계속한다.

이를테면 후속 용강이 턴디시(30)로 주입되기 전에 위어(63)가 일 방향으로 이동하면서 턴디시(30)내에 잔존하는 이전 용강을 밀어내고 움직임을 종료하면, 후속 용강을 공급하고, 후속 용강을 공급하는 동안 위어(63)가 타 방향으로 복귀하여 정위치에서 움직임을 종료하는 방식이다. 이때, 공급 영역(A)에서 후속 용강은 타 방향으로 복귀 중인 위어(63)에 의해 흐름이 제어될 수 있다. 이는, 위어(63)를 이용하여 공급 영역(A)의 후속 용강 흐름을 능동적으로 조절하는 공급방식이다.

제3실시 예

경계 영역(C)에 위어(63)를 정지시키는 과정 이후에, 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행하되, 위어(63)를 정지시키는 과정과 후속 용강의 공급을 개시하는 과정 사이에, 경계 영역(C)에서 공급 영역(A)으로 위어(63)를 복귀시키는 과정을 더 포함하고, 이때, 위어(63)를 복귀시키는 과정 이후에, 후속 용강의 공급을 개시하는 과정을 수행한다. 이를테면, 제3실시 예는 제2실시 예와 위어(63)의 움직임 형태가 동일하나, 후속 용강의 공급 개시 시점이 위어(63)의 복귀 이후로 정해진 것이다. 도 3의 (d)의 "2", "3" 및 "4" 단계가 이에 해당한다.

이처럼 위어(63)의 타 방향으로의 이동 및 정위치로의 복귀가 완료된 후 후속 용강을 공급 영역(A)에 공급하는 방식은 공급 영역(A)에서 후속 용강의 흐름을 제어하는 방식이되, 정위치에서 정지하고 있는 위어(63)를 이용해 흐름을 제어하는 방식으로서, 제2실시 예와 다른 점은, 위어(63)를 이용하여 후속 용강 흐름을 수동적으로 조절하는 공급 방식인 점이다.

한편, 도 3의 (b) 내지 (d)의 도면 부호 "u"는 위어(63)의 이동 속도를 의미하며, 범위는 0.02 내지 0.2 m/s 일 수 있다. 이 속도는, 주형(50)에서의 주조 속도와 이전 용강의 잔탕량 등을 고려하여 정할 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시 예들은 위어(63)의 움직임과, 이 움직임에 의한 이전 용강의 배출방식과 후속 용강의 공급방식을 제어함으로써, 이강종의 용강 혼합량을 저감시킬 수 있고, 그중 혼합량을 최소로 하는 방식을 도출할 수가 있다.

도 3의 (a)는 비교 예에 따른 연속주조 방법의 공정도인데, 비교 예의 공정에서는 쉬라우도 노즐(2)에서 턴디시(2)로 후속 용강을 공급할 때, 위어(B)를 고정시키고, 턴디시(3)내의 이전 용강과 후속 용강에 대한 제어 없이 이강종 연속주조 공정을 수행한다. 즉, 종래와 같이, 비교 예에서는 공급 영역(A)에 후속 용강의 공급을 개시하기 전에, 턴디시(30)내에 잔존하는 이전 용강의 배출을 제어하지 않고, 공급 영역(A)에 후속 용강의 공급을 개시하는 과정에서 위어(63)의 움직임 및 후속 용강의 공급방식을 제어하지 않는다. 한편, 도면부호 "4"는 침지 노즐이고, "6A"는 댐을 지칭한다.

이하, 상기 실시 예들 중 이강종의 혼합량을 최소로 하는 위어(63)의 움직임 및 후속 용강의 공급방식을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용강의 혼합 거동에 대한 모의 실험 결과를 비교 예와 대비하여 도시한 도면이다. 도 4의 (a), (b), (c) 및 (d)는 순서대로 도 3의 (a), (b), (c) 및 (d)에 해당하는 모의 실험 결과이다.

도 4의 (a), (b), (c) 및 (d)는 비교 예와 실시 예들에 따라, 위어(63)의 서로 다른 네 가지 운용 방식에서, 용강의 혼합 거동을 나타내고 있다. 이 모의 실험은 이미 공지된 다양한 유동 해석 프로그램을 통하여 얻을 수 있으므로, 여기서는 모의 실험 과정에 대한 설명을 생략한다.

이전 공정의 말기에 턴디시의 내부에는 이전 용강, 슬래그 및 공기가 상존해 있으며, 이전 용강 높이가 쉬라우드 노즐의 끝단의 위치와 동일한 높이가 되면, 후속 용강이 담긴 래들과 연결된 상기 쉬라우드 노즐의 개공을 실시하고, 턴디시내의 후속 용강의 용강 농도(후속 강종 농도)만을 도시하였다. 여기서, 붉은색에 가까울수록, 후속 용강의 용강 농도가 진한 것이고, 후속 용강이 이전 용강에 오염되지 않고 순수한 상태를 유지하는 것을 의미한다.

후속 용강이 턴디시내로 유입된 후 10 초가 지난 상태에서 비교 예의 모의 실험을 도시한 (a)를 보면, 비교 예에서는 후속 강종이 배출구 방향으로 가장 빨리 침투한다. 이에 반해, 제3실시 예에 해당하는 모의 실험을 도시한 (d)의 경우, 후속 용강이 턴디시내로 유입된 후 10 초가 지난 상태에서, 후속 용강이 공급 영역의 쉬라우드 노즐 부근에 집중되어 있음을 볼 수 있다. 이는 이전 용강을 밀어 낸 이후 위어가 정위치로 이동을 완료한 상태에 의한 것으로 보인다. 또한, 제1실시 예, 제2실시 예의 모의 실험 결과를 보면, 모두 제3실시 예의 모의 실험 결과와 유사한 거동을 보이며 후속 용강이 공급 영역의 쉬라우드 노즐 부근에 집중되어 있음을 볼 수 있다.

후속 용강이 턴디시내로 유입된 후 약 40초가 지난 이후에는, 배출 영역에서의 용강 농도를 볼 수 있다. (a) 내지 (d)의 도면들을 대비하면, 제2실시 예의 모의 실험에 해당하는 (c)에서, 배출 영역의 출강구 근방의 혼합 농도가 가장 낮다. 여기서, 후속 강종 농도가 1에 가까울수록 혼합 농도는 값이 0에 가까워진다. 즉, 제2실시 예의 모의 실험 결과가 배출 영역의 후속 용강의 농도가 가장 진하고, 이는 배출 영역에서의 후속 용강과 이전 용강의 혼합량이 가장 적음을 의미한다.

후속 용강이 턴디시내로 유입된 후 약 170초가 지난 후, 용강 농도를 보면, (a)와 (b)의 경우, 즉, 비교 예와 제1실시 예의 경우, 출강구로 후속 용강이 배출되고 있으나, 공급 영역의 쉬라우드 노즐 부근에서 여전히 이전 용강과 후속 용강의 혼합이 지속되고 있음을 볼 수 있다. 물론, 제1실시 예의 경우는 비교 예에 비하여 그 혼합 정도가 덜하다. 반면, (c)와 (d)의 경우, 즉, 제2실시 예와 제3실시 예의 경우, 턴디시의 전체 영역을 아울러 진한 농도의 후속 용강이 유동함을 볼 수 있다. 한편, 제1실시 예가 공급 영역에서 이강종 혼합량을 다소 가지나, 배출 영역 부근에서 진한 농도의 후속 용강을 나타내므로, 비교 예와는 명확한 차이를 가지는 것이고, 즉, 제1실시 예도 제2실시 예 및 제3실시 예와 마찬가지로 본 발명에 해당함을 볼 수 있다.

상기 결과들을 종합하면, 이강종 혼합량 저감에 있어 제2실시 예에 해당하는 모의 실험 결과 (c)의 경우가 가장 결과가 좋게 나왔고, 제2실시 예의 방식이 가장 유리함을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이강종 연속주조 공정에서 획득한 무차원 혼합 농도값들의 일 예시를 비교 예와 대비하여 도시한 그래프이다. 도 5의 (a) 내지 (d)는 순서대로 도 4의 (a) 내지 (d)에 일대일 대응한다.

도 5는 배출 영역에서 시간에 따른 0~1 범위의 무차원 혼합 농도 그래프를 나타내는데, 세로축의 0의 경우 이전 용강을 나타내며, 1의 경우 후속 용강을 나타낸다. 이들 용강의 각 강종에 따른 성분 허용범위에 따라 혼합구간을 무차원 농도 0.1 내지 0.9 범위로 가정할 경우, 제2실시 예에 따른 (c)의 그래프에서 혼합 구간의 유지 시간이 가장 짧음을 알 수 있다.

한편, 혼합 시간, 주편 면적, 주조 속도 및 용강 밀도의 곱은 혼합량을 나타내므로, 혼합 시간이 가장 짧은 (c)의 경우가 이강종 혼합량 저감에 가장 유리함을 알 수 있다.

도 6은 도 5에서 도출된 이강종 혼합 시간의 값들의 비교표이다. 즉, 도 6에는 도 5의 무차원 혼합 농도 그래프에서 획득한 각 실시 예와 비교 예에 따른 이강종 혼합 시간이 나타나 있으며, 그 값을 볼 때, 비교 예(a)에 따른 혼합 시간을 기준으로 실시 예들에서 이강종 혼합량을 14 내지 57% 저감할 수 있고, 특히 제2실시 예(c)의 경우가 기존 대비 57%의 저감 효과를 가짐을 확인할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 공정 시점에 따라 위어(63)를 이동시킴으로서 이강종 혼합량을 14 내지 57% 저감할 수 있다. 이때, 위어(63)의 이동속도는 0.02 내지 0.2m/s의 범위로 하되, 위어(63) 이동 방향("경로"라고도 함)과 후속 용강의 유입 시점은 제1실시 예(b), 제2실시 예(c) 및 제3실시 예(d)와 같은 방식으로 다양하게 정할 수 있고, 이때, 제2실시 예(c)의 경우, 이강종 혼합량 저감에 있어 가장 유리함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조 방법 및 장치는 이강종 연속주조 공정 시 턴디시(30)내의 서로 다른 성분의 용강이 혼합되는 것을 저감하기 위한 것으로서, 이를테면, 후속 용강이 턴디시(30)내로 유입되는 시점을 기준으로 이강종 혼합량을 최소화하기 위해, 위어(63)의 이동 경로(이동 방향 및 여부)와 후속 용강의 공급 시점을 결정하고, 그에 따라 세 가지 방식으로 공정을 수행하여, 이강종의 혼합량을 14 내지 57% 저감할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10: 래들 30: 턴디시
50: 주형 63: 위어
70: 구동부 80: 제어부

Claims (15)

1. 연속주조 방법으로서,
   이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에, 턴디시내의 공급 영역에 배치된 위어를 배출 영역측으로 이동시키며 이전 용강의 배출을 제어하는 과정;
   상기 공급 영역과 배출 영역의 경계 영역에 상기 위어를 정지시키는 과정;
   상기 경계 영역에서 공급 영역으로 상기 위어를 복귀시키는 과정;
   상기 위어를 복귀시키는 과정 중에, 상기 공급 영역에 후속 용강의 공급을 개시하는 과정;
   후속 용강을 이용한 후속 공정을 수행하는 과정;을 포함하고,
   상기 이전 공정과 상기 후속 공정을 연속하여 수행하는 동안, 상기 턴디시의 바닥으로부터 상기 위어를 이격시켜, 상기 턴디시의 내부를 국부적으로 분할시키거나 고립시키지 않는 연속주조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 이전 용강과 후속 용강은 강종이 서로 다른 연속주조 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 이전 용강의 배출을 제어하는 과정은,
   상기 위어를 이용하여 상기 이전 용강을 밀어 내는 과정;
   상기 경계 영역에 배치된 댐에 형성된 잔탕 홀을 통하여, 상기 이전 용강을 상기 배출 영역으로 이동시키는 과정;을 포함하는 연속주조 방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 경계 영역에 상기 위어를 정지시키는 과정은,
   상기 경계 영역에 배치된 댐 부근에 상기 위어를 정지시키는 과정;을 포함하는 연속주조 방법.
10. 연속주조 장치로서,
    바닥에 출강구가 형성된 턴디시;
    상기 바닥에서 이격되며, 상기 턴디시의 양 측벽에 접촉하는 위어;
    상기 위어를 이동 가능하게 지지하는 구동부; 및
    공정의 시점에 따라 상기 위어의 이동 방향과 이동 여부를 결정하여 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    이전 용강을 이용한 이전 공정의 말기에, 상기 위어를 상기 출강구측으로 이동시키도록 상기 구동부를 제어하고, 후속 공정을 위한 후속 용강의 공급 개시 시점에, 상기 위어를 복귀시키도록 상기 구동부를 제어하며, 상기 이전 공정과 상기 후속 공정을 연속하여 수행하는 동안, 상기 턴디시의 바닥으로부터 상기 위어를 이격시키도록 상기 구동부를 제어하는 연속주조 장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 청구항 10에 있어서,
    상기 출강구에서 이격되고, 상기 턴디시의 바닥에 설치되며, 상기 양 측벽을 연결하는 댐;을 더 포함하고,
    상기 위어는 상기 댐을 중심으로 상기 출강구의 반대측에 배치되고, 상기 시점에 따라 이동 방향 및 여부가 제어되며 용강의 흐름을 제어하는 연속주조 장치.

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