KR100376504B1

KR100376504B1 - 연속주조방법및이에이용되는연속주조장치

Info

Publication number: KR100376504B1
Application number: KR10-1998-0031788A
Authority: KR
Inventors: 조명종; 김상준; 김종근; 김인철
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2004-12-14
Also published as: CA2305283C; US6315029B1; JP3375331B2; EP1027181A1; AU5068899A; CN1274307A; TW466145B; BR9906666A; CA2305283A1; JP2002522227A; KR20000013111A; CN1096902C; WO2000007754A1; AU731665B2

Abstract

본 발명은 연속주조방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것으로, 연속주조 주형내에 유입되는 용강의 유동 형태를 적절히 제어하므로써 용강중의 비금속개재물과 기포 등을 저감시켜 내부품질이 양호한 연속주조 슬라브를 제조함에 있다.

본 발명의 연속주조장치는 주형(10)의 단변부(13)를 향해 한 쌍의 토출구(11a)가 형성된 침적노즐(11)의 일부가 침적된 주형(10)과 상기 주형에 자기장을 인가하는 전자기 제동장치(40)이다. 상기 전자기 제동장치(40)는 주형의 주변을 둘러싸고 있는 고정틀(43)과, 상기 주형의 장변부 측에서 돌출되어 유도코일이 감겨져 있는 철심, 및 전자기 전달부(41)(42)로 구성되며, 상기 전달부는 침적노즐의 토출구(11a)의 직상부에서 시작하여 상기 주형의 단변부를 향해 상기 토출구로부터 토출되는 용강의 토출방향과 평행한 방향을 따라 배열된다.

이러한 연속주조장치를 이용하여 주형(10)내에 자기장을 인가하면 용강중의 비금속 개재물 및 기포의 부상 분리능이 향상되어 주편 내부결함이 크게 감소된다.

Description

연속주조방법 및 이에 이용되는 연속주조장치

본 발명은 연속주조방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조 주형내에 유입되는 용강의 유동 형태를 적절히 제어하므로써 용강 중의 비금속개재물과 기포 등을 저감시켜 내부품질이 양호한 연속주조 슬라브를 제조하는 연속주조방법 및 이에 이용되는 연속주조장치에 관한 것이다.

강의 연속주조법은 1960년대 이후 전세계적으로 도입된 기술로서, 일반 조괴법(ingot making)에 비하여 많은 장점이 있기 때문에 전세계 조강량의 60%이상을 차지하고 있다. 특히 연속주조방법은 일본, 한국 및 서유럽 등지에서는 90%이상을 점유하고 있는 기술이다.

연속주조법에 의해 주조된 강의 품질은 크게 표면품질과 내부품질로 나뉠 수 있으며, 주형 내부의 용강 유동현상과 밀접하게 연관되어 있다.

통상적인 연속주조방법에서는 도1과 같이, 주형(10)의 내부에 2개의 토출구(11a)를 구비한 침적노즐(immersion nozzle)(11)이 침적되어 용강(1)을 공급하게 된다. 2개의 토출구에서 토출된 용강은 각각 주형의 단변부(narrow face)(13)를 향하여 제트류(jet flow)를 형성하게 된다. 이 제트류는 주형의 단변부에 충돌하여 각각 상승류(U)와 하강류(D)로 나뉘게 되며, 크게 4부분의 순환류(U1)(U2)(D1)(D2)로 나뉘게 된다. 도1b의 부호 "S"는 순환류의 분기점을 나타낸다.

상기 주형 내부에 공급되는 용강중에는 전처리 과정에서 발생되거나 내화물 등에서 혼입된 Al₂O₃, MnO, SiO₂등과 같은 비금속개재물(이하, 단지 '개재물'이라고도 함)과 노즐막힘 방지를 위해 노즐(11)의 부위에서 불어넣어 주는 Ar가스 기포(이하, 단지 '기포'라고도 함) 등이 수십 미크론에서 수 밀리미터의 크기로 존재한다. 용강 중의 상부 순환류들에 포함된 개재물 혹은 기포들은 용융금속보다 밀도가 낮으므로 지구중력의 반대방향으로 부력을 받게 되어 용융금속 유동에 의한 힘과 부력의 벡터 합력 방향으로 이동하게 된다. 그리고, 이들은 점차 용탕면 쪽으로 이동하여 용탕면의 몰드 플럭스(mold flux)(14)에 포집됨으로써 제거될 수 있다.

그러나, 하부 순환류(D)들에 포함된 개재물과 미세 기포들은 상부 순환류(U)로 이동하기 위해서 노즐 토출구(11a)로부터의 제트류 영역을 통과하여야 한다. 이 제트류의 유속이 부력에 의한 상승속도보다 상대적으로 빠르기 때문에 이를 통과할 확률이 매우 적다. 따라서, 하부 순환류에 포함된 개재물 및 미세 기포들은 용탕면으로 부상되지 못하고, 하부 순환류를 따라 계속 순환하며 주편 내부에 잔존하게 될 확률이 높아진다. 특히, 만곡형 연주기(continuous curved caster)의 경우에는하부 순환류에 포함된 입자들은 하부 순환류내에서 부력의 영향에 의해 나선형으로 회전하고 상승하여 주편의 상면부에 해당하는 응고층에 부착됨으로써 주편 상면부에 개재물 혹은 기포의 집적대를 형성하게 된다. 이와 같이, 주편 내부에 잔존하게 된 개재물 및 기포들은 압연과정을 거치며 표면으로 노출되어 제품의 표면결함으로 나타나거나 혹은 강판 내부에 내재해 있다가 소둔 등의 열처리과정을 거치면서 기포의 팽창에 의한 블로우홀(blow hole) 등 내부 결함으로 나타나게 되는 문제가 있다.

위와 같은 문제점을 해결하고, 주편의 품질을 향상시키기 위하여 종래에는 주로 침적노즐(11)의 토출각도(θ)를 적절히 변경시켜 주편의 품질을 향상시키는 기술을 사용하였다. 침적노즐의 토출각도(θ)는 용강유동에 매우 큰 영향을 미친다.

토출각도(θ)가 커지면 하강류의 양이 많아지고 상승류의 양이 감소되어 용탕면에서의 용강 유속이 상대적으로 감속되고 안정적인 용탕면이 유지됨에 따라 작업성이 향상되고 초기응고가 안정적으로 이루어지는 등 주편의 표면품질은 향상된다. 그렇지만 이와 같이 토출각도(θ)가 큰 경우 상대적으로 많은 양의 개재물 및 기포가 하강류와 함께 주형 깊숙이 침투되어 탕면으로 부상될 기회를 상실하고, 결국은 주편의 내부품질을 악화시키는 단점도 있다.

이에 반해 토출각도(θ)를 감소시키면 하강류의 양이 감소함에 따라 개재물 및 기포성 결함이 감소할 수 있다. 그러나, 토출각도가 감소되는 경우 상승류의 양이 많아지게 되어 탕면에서의 용강속도가 급격히 증가하므로 탕면에서의 용융플럭스 혼입, 와류(vortex) 형성 등에 의해 주편의 표면품질이 악화되는 문제을 일으키게 된다. 이와 같은 문제점은 최근 주조속도의 고속화에 따라 더욱 크게 발생하고 있다.

이처럼 침적노즐만을 이용한 용강유동의 제어에 한계가 존재함에 따라 도2a와 같이, 침적노즐 토출구(11a)의 직하부의 국소부위에 전자기 제동장치(electromagnetic brake ruler; 'EMBR')(20)를 설치함으로써 자기장과 유동에 의한 로렌츠력(Lorentz force)을 이용하여 유동의 속도를 감속시키는 방법이 제한되었다(스웨덴특허 SE 8,003,695; 미국특허 US 4,495,984),

상기 도2a와 같은 방법은 몇몇 제철소에서 실기 적용하였으나, 국소부위에 설치된 자기장에 의해 유동이 감속되는 효과보다는 자기장에 의한 유동저항을 회피하는 방향으로의 유동왜곡현상이 나타나는 등의 이유로 인하여 현재 사용하지 않고 있다.

또한, 1980년대 후반에 들어, 이를 개선하기 위해 도2b 및 도2c와 같이, 주형 전폭에 걸쳐 자기장을 수평방향으로 분포시키는 방법을 고안하였다(스웨덴 특허 SE 9,100,184, 미국 특허 US 5,404,933, 일본 특개평 2-384750) 하지만, 이 방법들에서도 여전히 유동왜곡현상이 관찰되고 있다.

보통 직류자기장을 인가하지 않을 경우 침적노즐(11)의 토출구(11a)에서 토출된 용강(1)의 유동장은 도3a와 같이 형성되지만, 상기와 같은 전폭에 걸쳐 자기장을 인가한 경우의 유동장은 도3b와 같이 형성된다. 즉, 자기장이 없는 경우에 비해 노즐 토출구(11a)로부터의 제트류가 주형 두께 방향으로 현저하게 확산되고(도3의 평면도 참조), 이에 따라 주형 단변부(13)로 향하는 제트류의 평균유속이 감소하게 된다. 이와 같이 제트류의 유속이 감소함에 따라 노즐 토출구에서 용강과 함께 토출된 개재물 및 수십~수백미크론 크기의 미세기포들은 자기장을 인가하지 않았을 때에 비하여 상대적으로 하강류 영역에서 상승류 영역으로 부상하는 거리가 길어진다.

한편, 노즐 입구 영역에서 용강속으로 불어넣어진 Ar가스의 대부분은 수밀리미터이상의 크기로 노즐 토출구로부터 주형 단변부까지의 거리의 약 1/3이내 구역 (A)에서 탕면부로 부상하게 된다. 그리고, 주 유동의 속도가 빠를 경우에는 Ar가스의 부상력에 의해 주 유동방향이 크게 영향을 받지 않으나, 자기장이 인가되어 주 유동의 평균속도가 감속된 경우에는 Ar가스의 부상력에 의해 유동방향이 크게 영향 받게 된다. 이 Ar가스의 부상력과 침적노즐 직하부의 자기장에 의한 유동저항에 의해 주 유동의 방향은 탕면쪽으로 상향화되고, 유동이 더욱 진행하여 Ar가스 부상력의 영향이 소멸된 이후에는 주조방향으로 하향되어 도3b와 같이 S자형 곡선 형상을 그리며, 주형 단변부와 큰 각도로 충돌하게 된다.

제트류가 평면에 충돌하여 분기될 때, 각 방향으로의 분기유량은 주로 충돌 각도에 의해 결정된다. 예를 들어 벽면에 수직으로 충돌할 때에는 상하부 동일한 양으로 나뉘게 되지만, 이 경우와 같이 충돌각도가 하향화될 경우에는 하향 유동의 양이 많아지게 된다. 이때, 하향 유량과 상향 유량의 비는 주조속도, 노즐 토출각도, Ar가스의 유량 및 자기장 강도 등에 따라 달라지지만 통상적인 조업조건(토출 유량 2.6톤/분, 노즐각도 10도, Ar가스 유량 5미터/분이내)에서는 자기장을 인가하지 않을 경우 약 6:4에서, 전폭에 걸친 자기장을 인가한 경우 약 8:2로 변화한다. 이에 따라 종래와 같이 자기장을 인가하면, 하향 유량이 증가하고, 상향 유량이 감소하여 탕면 직하부에서의 용강 유동속도가 감소하게 되고, 탕면 높이차이가 감소하는 등 용탕면을 안정화하여 주편 표면품질을 향상시키는 효과가 있다.

그러나, 하향 유량의 증가에 따라 상대적으로 많은 개재물 및 기포가 주형하부 순환류에 포함될 가능성이 높아진다. 따라서, 전폭에 걸친 자기장을 인가하는 경우 상술한 평균유동속도의 감소에 따른 부상 기회의 증가 효과를 상쇄하게 되어 개재물 및 미세 Ar기포의 제거에 따른 내부품질 향상효과를 크게 기대할 수 없는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 이론 연구와 전산해석 모사실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.

본 발명은 주형의 용강 토출방향과 평행한 방향으로 유도직류 자기장(induced direct current magnetic field)을 가하므로써, 연속주조강괴 내부의 Al₂O₃, MnO 등 비금속 개재물과 아르곤 가스 기포 등의 잔존량을 최소화하여 내부품질이 우수한 강괴를 제조할 수 있는 연속주조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 연속주조방법에 이용되는 연속주조장치를 제공함에 있다.

도 1은 통상적인 주형내의 용강 흐름에 대한 모식도로서, 도1a는 평면도이고 도1b는 정면도

도 2는 종래의 다양한 전자기 제동장치가 설치된 연속주조장치에 대한 개략 구성도

도3은 종래의 전자기 제동장치 설치유무에 따른 주형내의 용강 흐름을 보이는 모식도

도4는 본 발명의 연속주조장치의 구조도

도5는 본 발명의 다른 연속주조장치의 구조도

도6은 본 발명의 연속주조장치의 주형내에 발생되는 토출용강의 흐름을 보이는 모식도

도7은 본 발명의 연속주조장치 종류에 따라 주형내에 발생되는 토출용강의 흐름을 비교한 모식도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 ....... 주형 11 ......... 침적노즐

11a ...... 토출구 12 ......... 장변부

13 ....... 단변부

20, 30, 40, 50 ............ 전자기 제동장치

41, 42, 51, 52 ............ 전자기 전달부

43, 53 ....... 고정틀

44, 54 ....... 철심

45, 55 ....... 유도코일

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 주형 내에 위치된 침적노즐의 토출구로부터 용강을 유입시키고, 유입되는 용강에 유도 직류 자기장을 부여하는 연속 주조방법에 있어서,

상기 침적노즐의 토출구의 직상부에서, 상기 토출구로부터 토출되는 용강의 토출방향과 평행한 방향으로 상기 자기장의 주방향이 형성되도록 자기장을 분포시키는 연속주조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 주형의 단변부를 향해 한 쌍의 토출구가 형성된 침적노즐의 일부가 침적된 주형과 상기 주형에 유도 직류 자기장을 인가하는 전자기 제동장치를 포함한 연속주조장치에 있어서,

상기 전자기 제동장치는 주형의 주변을 둘러싸고 있는 고정틀,

상기 고정틀의 주형의 장변부 측에서 돌출되어 서로 대향하여 위치하며 유도 코일이 감겨져 있는 한쌍의 철심 및

상기 각 철심과 연결되고 그 선단부가 상기 주형의 장변부와 일정 거리를 두고 위치되고, 상기 침적노즐의 토출구의 직상부에서 시작하여 상기 주형의 단변부를 향해 상기 토출구로부터 토출되는 용강의 토출방향과 평행한 방향을 따라 배열된 한 쌍의 전자기 전달부를 포함하여 구성되는 연속주조장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 기본적으로 주형내에 침적노즐의 토출구 직상부에서 용강의 토출 방향과 평행한 방향으로 적절한 유도 직류 자기장을 인가함에 특징이 있다.

바람직하게는 상기 유도 직류 자기장은 침적노즐 토출구의 직상부로부터 주형의 단변부까지의 거리의 1/4지점에서 최대 주형단부까지의 구간에 부여되는 것이다. 본 발명에 있어서 유도 직류 자기장의 주방향은 용강의 토출방향과 주조방향이 이루는 평면과 동일한 평면에서 용강의 토출방향과 평행하게 되고, 그리고 자기장 벡터는 토출구의 용강 토출방향과 주조방향에 상호 직교하게 된다.

이하, 도면을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 연속주조장치의 일례를 보이는 구성도로서, 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 정면도를 나타낸다.

본 발명의 연속주조장치는 도4와 같이, 단변부(13)를 향해 한 쌍의 토출구(11a)가 형성된 침적노즐(11)과 상기 침적노즐이 침적되는 주형(10) 및 상기 주형에 유도직류자기장을 인가할 수 있는 전자기 제동장치(40)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 연속주조장치는 상기 전자기 제동장치에 특징이 있는데, 도4c에는 본 발명의 연속주조장치에 부합되는 전자기 제동장치(EMBR)에 대한 구조의 일례가 상세히 보이고 있다.

본 발명의 전자기 제동장치(40)는 도4c와 같이, 주형(10)의 주변을 둘러싸고 있는 고정틀(base frame)(43)과, 상기 주형의 장변부(12) 측의 고정틀로부터 돌출된 철심(core)(44), 그리고 상기 철심(44)와 연결되고 그 선단부가 상기 주형의 장변부(12)와는 일정 거리를 두고 위치한 한 쌍의 전자기 전달부(electromagnetic transfer) (41)(42)를 포함하여 구성된다.

상기 고정틀(43)은 철심(44)과 일체형으로 구성될 수도 있고, 또 유도코일(45)의 권선작업 등을 용이하게 하도록 철심과 분리되어 주형의 단변부 방향으로 가변될 수도 있다.

상기 철심은 그 외부에 유도코일(45)가 감겨져 주형에 유도직류를 인가할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 전자기 전달부(41)(42)는 상기 철심(44)과 연결되어 주형의 장변부와 일정 거리를 두고 위치하며, 주형측에 유도직류자기장을 보내게 된다. 본 발명의 전자기 전달부는 상기 침적노즐의 토출구(11a)의 직상부에서 시작하여 상기 주형의 단변부(13)를 향해 상기 토출구로부터 토출되는 용강의 토출방향과 평행한 방향을 따라 배열된다. 무엇보다도 상기 전자기 제동장치(40)의 전자기 전달부는 토출구(11a)로부터 토출되는 용강의 토출방향과 평행한 방향을 따라 마련되도록 해야 한다.

본 발명의 전자기 제동장치 즉, 상기 전자기 전달부는 침적노즐의 토출구의 토출각도에 따라 그 배열이 변화될 수 있다. 즉, 상기 토출구의 토출각도(θ)는 하방으로 1도를 초과하여 90도미만인 범위를 갖을 수 있으며, 상기 전자기 제동장치(40)는 상기 토출각도(θ)가 변화되는 경우에 있어서도 용강의 토출방향과 평행하게 형성되어야 한다.

한편, 본 발명의 전자기 제동장치의 전자기 전달부는, 도 4b와 같이, 주형의 단변부(13)까지 형성될 수 있지만, 도 5a와 같이, 침적노즐의 토출구(11a)로부터 주형의 단변부(13)까지의 거리의 1/4의 거리만큼 마련되어도 무방하다. 이 경우 도5b와 같이, 고정틀(53), 철심(54), 유도코일(55)의 구성은 도 4c의 구조와 동일하나, 전자기 전달부(51)(52)는 도4c의 전자기 전달부(41)(42)의 길이에 대해 약 1/4의 크기를 갖는다. 따라서, 본 발명의 전자기 전달부는 적어도 침적노즐의 토출구(11a)로부터 주형의 단변부(13)까지의 거리의 1/4의 거리에서 최대 주형의 단변부까지 형성될 수 있다.

이하, 상기한 연속주조장치를 이용하여 연속주조하는 방법을 상세히 설명한다.

보통 자장이 인가된 영역에서 전도성 물체가 자장에 수직방향으로 이동하면, 이 물체 내부에는 전류가 유도되고, 이 유도전류와 인가자장의 상호작용에 의하여 물체 이동방향의 반대방향으로 인가자장의 제곱과, 이동속도의 곱에 비례하는 로렌츠력이 작용하게 된다.

이 로렌츠력은 유동을 감속시키는 역할을 하는 동시에 유동의 방향을 바꾸어 주거나 여러 갈래로 나누어주는 역할도 하게 된다. 따라서, 유동장내에 자기장을 적절히 분포시키면 유동의 속도와 방향을 원하는 형태로 제어할 수 있게 된다. 본 발명의 연속주조방법은 이러한 원리를 이용하여 강의 연속주조시 주편 내부에 잔존되는 개재물 및 기포들을 최소화하므로써 주편 내부품질 문제를 해결한 것이나, 본 발명은 기존의 방식과는 달리, 후술되는 바와 같이 근본적인 차이가 있다.

즉, 강의 연속주조시 주편 내부에 잔존되는 개제물 및 기포들을 최소화하기 위해서는 개재물 및 기포가 상부 순환류에 최대한 많이 포함되어 탕면으로 부상 분리되도록 하여야 한다.

이를 위해서 첫째, 침적노즐로부터 토출된 용강 제트류가 주형 단변부에 충돌하여 상승류와 하강류로 나뉘기 이전에 제트류의 속도를 감속하여 하강류 영역에 포함되었던 개재물 혹은 기포가 밀도차에 따른 부력에 의해 부상하도록 상승류 영역에 포함될 수 있는 시간을 확보하여야 한다.

둘째는 용강 제트류가 주형 단변부에 충돌하는 각도가 하향화되지 않도록 유동방향을 제어하므로써 침적노즐에서 토출된 용강류 중 상승류의 상대량이 많아 용강에 포함되어 있던 개재물 및 기포의 대부분이 상부 순환류에 포함되도록 하여야 한다.

본 발명에서는 이를 위하여 도4 및 도5와 같은 연속주조장치를 통해 침적노즐의 토출구(11a)의 직상부에서 상기 토출구로부터 토출되는 용강의 토출방향과 평행한 방향으로 자기장의 주방향이 형성되도록 자기장을 분포시킨다.

즉, 유도 직류 자기장의 주방향은 용강의 토출방향과 주조방향이 이루는 평면과 동일한 평면에서 용강의 토출방향과 평행하고, 그리고 주된 자기장 벡터는 토출구의 용강 토출방향과 주조방향에 상호 직교하게 된다.

이와 같이 침적노즐의 토출구(11a)의 직상부에서 용강 토출방향과 평행한 방향으로 자기장을 분포시켜 주면, 도6과 같이 형성된다.

결국, 본 발명에 의한 연속주조시 토출용강의 흐름은 마치 평면상에서는 도 3b와 같이 형성되고, 정면에서 볼 때는 도3a와 같이 형성되어 전체적인 용강흐름이 느려진다. 이에 따라 본 발명의 경우 용강 제트류는 주형 두께 방향으로 확산, 감속하여 개재물 및 기포가 부상할 수 있는 시간이 충분히 확보된다. 동시에 아르곤가스의 부상력이 작용하는 구간(도4b의 A)에서 유동부의 상부에 형성된 자기장에 의한 유동저항으로 유동의 상향화가 억제되고, 유동방향이 왜곡되지 않도록 유도되면서 주형 단변부에의 충돌각도가 충분히 확보되며, 하강류의 양이 많아지지 않도록 유도된다. 그리고, 주형의 하부 순환류에 포함되는 개재물 및 기포의 양을 최소화한다.

한편, 용강 유동의 충돌각도는 침적노즐의 토출각도, 인가 자기장의 길이 및 강도에 따라 달라지게 된다. 충돌각도가 필요이상으로 상향화할 경우 탕면부의 유속이 증가하게 되는 단점이 있으므로 부상 소요시간을 고려, 최소한의 상승유량에서 최대의 부상이 이루어지도록 할 필요가 있다.

본 발명의 경우 이러한 점을 고려하여 전자기 제동장치의 전자기 전달부의 길이는 침적노즐의 토출구 직상부에서 시작하여 적어도 주형 단변부(13)까지 거리의 1/4이상, 그리고 최대 주형 단변부까지 연결되도록 한 것이다. 이러한 자기장의 길이에 따른 용강의 유동 변화를 모사한 결과가 도7에 나타나 있다.

즉, 도7a는 전자기 전달부 길이(자기장의 길이)가 토출구(11a)에서부터 주형의 단변부까지의 거리의 약 1/4인 경우이고, 도7b는 주형의 단변부까지 설치된 경우일 때 각각에 대하여 토출 용강의 유동 형태를 보인 것으로서, 두 경우 유동 형태가 거의 일치함을 나타내고 있다. 이러한 현상은 침적노즐에서 함께 토출되는 Ar가스가 토출구에서 단변부까지의 거리의 약 1/4이내에서 대부분 탕면으로 부상하며, 이때 용강을 탕면방향으로 함께 상승시킬려는 경향이 있기 때문이다. 따라서, 이 상승영역, 즉 Ar 가스의 부력이 작용하는 구간에서만 유동이 상향화되지 않도록억제시켜 준다면 전반적인 용강의 유동현상은 같게 된다. 또 토출구에서부터 단변부까지의 거리의 1/4이상되는 부분에서는 용강이 이미 주형 두께방향으로 확산되어 유속이 느리게 된 구간이므로 유속과 거의 비례관계로 생성되는 로렌츠력은 무시할 만큼 작게 된다. 그 결과 상기 전자기 전달부는 최소한 토출구에서부터 주형 단변부까지의 거리의 약 1/4 정도의 길이를 가지는 것이 중요하다.

이러한 전자기 제동장치가 포함된 본 발명의 연속주조장치에서 연속주조를 행하면 주형내로 유입되는 토출용강 유량의 35~40% 정도가 상승될 수 있다.

이때, 상기 전자기 제동장치에 의해 인가되는 자기장의 최대강도는 1000Gauss에서 6000Gauss 사이로 인가함이 바람직하다. 상기 자기장의 최대강도가 1000Gauss미만이면 용강의 유동변화가 미흡하며, 6000Gauss이상이면 더 이상의 유동변화가 일어나지 않는다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예

[종래예1]

일반적인 주조조건인 2.6톤/분의 토출 용강유량에서 침적노즐의 하향 토출각도를 0~25도로 조절하고, 자기장을 가하지 않았을 경우에 대하여 전산모사실험을 행하고, 용강중의 상부 순환류와 하부 순환류에 속하는 개재물 및 기포의 수를 비교하였다.

주형내에 자기장을 가하지 않은 경우에는 토출 용강 유량의 35~40%가 상승류를 형성하고, 나머지는 하강류를 형성하였다. 이때, 토출 제트류가 단변부까지 도달하는 시간은 평균 약 0.55~1초 정도 소요되었다. 이결과, 토출 용강류에 포함되었던 전체 개재물 및 기포의 약 70%가 상부 순환류에 포함되며, 나머지는 하부 순환류에 포함되는 결과를 얻었다.

[종래예2]

종래예1과 동일 조건에서, 도2b와 같이 자기장을 인가하여 전산모사실험을 행하고, 용강중의 상부 순환류와 하부 순환류에 속하는 개재물 및 기포의 수를 비교하였다.

이 경우에는 토출용강 유량의 약 10~20%만이 상승류를 형성하여 전체 개재물 및 기포의 약 34%만이 상부 순환류로 부상되며, 나머지 약 66%는 하부 순환류에 포함되었다. 이때, 토출 제트류가 단변부까지 도달하는 시간은 평균 약 1.4~3초 정도 소요되었다.

이상의 결과에서 볼 때, 자기장을 인가하지 않았을 때보다 좋지 않은 결과가 얻어졌음을 알 수 있었다. 이는 실제 공장에서의 조업 경험과도 일치하는 결과이다.

[발명예]

종래예1과 동일 조건에서 도4b와 같이, 자기장을 인가하여 전산모사실험을 행하고, 용강중의 상부 순환류와 하부 순환류에 속하는 개재물 및 기포의 수를 비교하였다. 이때, 자기장의 세기는 1000Gauss에서 6000Gauss의 강도로 변화시켜 실험을 행하였다.

본 발명의 경우, 토출 용강 유량의 약 35~40%가 상승류를 형성하고, 토출 제트류가 단변부까지 도달하는 시간은 평균 약 1.4~3초 정도 소요되었다. 또한, 전체 개재물 및 기포의 약 93%가 상승 순환류로 부상되며, 나머지 약 7%만 하부 순환류에 포함되는 탁월한 개재물 및 기포 분리능력을 보였다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 연속주조장치 및 방법에 의해 강을 연속주조할 경우 비금속 개재물 및 기포의 부상 분리능이 향상되어 비금속 개재물 및 기포에 의한 주편 내부결함문제가 획기적으로 감소되는 효과가 있다.

Claims

주형내에 위치된 침적노즐의 토출구로부터 용강을 유입시키고, 유입되는 용강에 유도 직류 자기장을 부여하는 연속주조방법에 있어서,

상기 유도 직류 자기장은 침적노즐 토출구의 직상부로부터 주형의 단변부까지의 거리의 1/4지점에서 최대 주형단부까지의 구간에 부여되고, 상기 유도 직류 자기장의 주방향은 용강의 토출방향과 주조방향이 이루는 평면과 동일한 평면에서 용강의 토출방향과 평행하고, 그리고 상기 유도 직류 자기장의 주된 자기장 벡터는 토출구의 용강 토출방향과 주조방향에 상호 직교되는 것을 특징으로 하는 연속주조방법
제1항에 있어서,

상기 자기장은 토출용강 유량의 35~40% 정도가 상승되도록 인가함을 특징으로 하는 연속주조방법
제1항에 있어서,

상기 자기장의 최대강도는 1000Gauss에서 6000Gauss의 범위인 것을 특징으로 하는 연속주조방법
주형의 단변부를 향해 한 쌍의 토출구가 형성된 침적노즐의 일부가 침적된주형과 상기 주형의 외부에 설치되어 주형에 자기장을 부여하는 전자기 제동장치를 포함한 연속주조장치에 있어서,

상기 전자기 제동장치는

주형의 주변을 둘러싸고 있는 고정틀;

상기 주형의 장변부측의 고정틀로 부터 돌출되고 그 외부에 유도코일이 감겨져 서로 대향되게 위치되는 한쌍의 철심; 및

상기 각 철심과 연결되고 그 선단부가 상기 주형의 장변부와 일정 거리를 두고 위치하고, 침적노즐의 토출구의 직상부에 해당되는 지점에서부터 주형단변부를 향해 상기 토출구와 주형단변부사이의 거리의 1/4 이상의 지점까지의 구간에, 상기 토출구로부터 토출되는 용강의 토출방향과 평행한 방향을 따라 구비된 한 쌍의 전자기 전달부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연속주조장치
제4항에 있어서,

상기 토출구의 토출각도는 1도에서 90도미만인 것을 특징으로 하는 연속주조장치
제4항에 있어서,

상기 전자기 전달부가 주형의 단변부까지 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연속주조장치