KR101443584B1

KR101443584B1 - 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법

Info

Publication number: KR101443584B1
Application number: KR1020120083672A
Authority: KR
Inventors: 김용희; 도영주; 서해영
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-09-23
Also published as: KR20140017174A

Abstract

본 발명은 용강의 황 함량에 따라 슬라브의 스카핑 깊이 정도를 가변하는 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법에 관한 것으로, 턴디쉬의 용강 중 황 함량을 측정하는 단계, 상기에서 측정된 황 함량에 따라 스카핑 깊이를 계산하는 단계, 및 기에서 계산된 스카핑 깊이로 해당 용강에 의해 주조된 슬라브를 스카핑하는 단계를 제공한다.

Description

극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법{METHOD FOR SCARFING SLAB OF LOW CARBON STEEL}

본 발명은 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강의 황 함량에 따라 슬라브의 스카핑 깊이 정도를 가변하는 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법에 관한 것이다.

제강을 위한 로(furnace)에는 고로와 전기로 등이 있다. 고로는 용광로라고도 하는데, 철석으로부터 선철(銑鐵)을 만드는데 사용되는 노이다. 전기로는 로체 내부에 철스크랩 및 소성탄 등을 장입한 후 고순도의 산소를 일측에서 취입하여 용융된 용강에 함유된 탄소, 망간, 규소, 인, 황 등을 산화 연소시킨다. 이때, 상기 산화물은 석회에 의해 슬래그화하여 제거되고, 탈인과 탈산이 병행되므로 인과 산소의 함유량이 낮은 강이 제조된다.

전기로는 전극봉에 고전류를 통전시켜 고열의 아크열을 발생시키고, 이를 통해 장입된 철 스크랩 등을 용해시키게 된다. 이와 같이 용해된 용강은 정련 공정을 거쳐 연속주조기로 공급된다.

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 핀치롤 등을 포함한다. 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.

연속주조공정에서 제작된 슬라브, 블룸, 빌렛 등을 2개의 회전하는 롤(Roll) 사이에 끼워 가늘고 길게 성형하는 것이다.

압연기는 상온 또는 고온에서 회전하는 롤 사이에 재료를 통과시키면서 재료의 소성변형을 통해 판재, 봉재 등을 성형하는 장치이다. 상기 압연기와 압연기의 사이에 이송 가이드가 설치되어 압연재를 다음 공정의 압연롤 측으로 이송시키게 된다.

슬라브와 같은 주편은 압연 공정을 거쳐 최종 제품인 열연코일로 제조된다.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제2011-0011030호(공개일:2011.02.08, 슬라브의 스카핑 장치 및 그 방법)가 있다.

본 발명은 턴디쉬의 용강의 샘플을 추출하여 황의 함량을 측정하고 측정된 황의 함량에 따라 이에 대응되는 시점에 생성되는 슬라브의 스카핑 깊이를 설정하여 스카핑하는 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법은, 턴디쉬의 용강 중 황 함량을 측정하는 단계; 상기에서 측정된 황 함량에 따라 스카핑 깊이를 계산하는 단계; 및 상기에서 계산된 스카핑 깊이로 해당 용강에 의해 주조된 슬라브를 스카핑하는 단계;를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 스카핑 깊이는 하기의 관계식에 의해 계산될 수 있다.

[관계식]

여기서, A 및 B는 회귀식에 의해 도출된 계수로써, A는 0.023 내지 0.28사이의 값이고, B는 2.1 내지 2.5 사이의 값임.

또한, 기 황 함량이 60ppm이상일 경우, 스카핑 깊이를 적어도 4.0mm이상으로 수행할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이,

본 발명은 극저탄소강 슬라브 표면의 기포 결함 발생정도에 따라 효율적인 깊이로 스카핑을 실시 함으로써, 표면 결함이 없는 슬라브 표면을 얻는 효과가 있으며, 슬라브의 회수율을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명이 실시예에 따른 극저탄소가의 슬라브 스카핑 방법에서의 황과 스카핑 깊이의 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 보인 측면도이다.

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 1 및 도 2에서는 수직만곡형을 예시하고 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 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 몰드의 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 산화질화 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. 절단기(90)는 연속적으로 생산되는 연주주편을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다. 본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 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. 슈라우드노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

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 스톱퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다.

구체적으로, 스톱퍼(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, 스톱퍼 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, 도 1)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 미 응고 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.

이와 같이 만들어지는 슬라브는 특히 극저탄소강의 경우 응고 온도가 높고 오실레이션 마크가 깊어 핀홀결함과 같은 기포성 결함이 발생하게 되면, 자동차 외판재로 사용하는 경우 기포성 결함으로 인해 최종 제품에 치명적인 결함을 유발하게된다.

그러나, 이러한 기포성 결함을 제거하기 위해서 일괄적으로 정해진 깊이로 표면을 용삭하게되며 이는 강종에 따라 차이가 있으나 극저탄소강의 경우 약 4mm 정도로 설정한다.

이러한 경우 슬라브 표면의 기포성 결함분포는 줄어 들 수 있으나, 기포성 결함분포에 상관없이 표면을 스카핑함으로써, 기포성 결함분포의 경우에도 과도한 스카핑 작업이 이루어질 수 있다.

따라서, 기포성 결함에 영향을 주는 주요 인자에 따라 스카핑 깊이를 결정하여 효율적으로 스카핑 작업을 실시하여야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법을 나타낸 흐름도로써, 스카핑 방법은 다음과 같다.

먼저, 턴디쉬의 용강 중 황 함량을 측정한다(S10). 이때, 용강을 샘플링하여 샘플링된 용강을 통해 황 함량을 알 수 있다.

이어서, 상기에서 측정된 황 함량에 따라 스카핑 깊이를 계산한다(S20). 이때, 도 4를 통해 황의 함량과 스카핑 깊이의 관계를 알 수 있다. 황의 함량이 많아질수록 스카핑해야 하는 깊이는 깊어지는 것을 알 수 있다. 즉 용강 내 황 함량이 많은 스카핑 깊이를 깊게하여 기포성 결함을 감소시킬 수 있다.

여기서, 상기 턴디쉬의 용강 중 황 함량을 측정한 위치에 대응하는 슬라브에 적용함이 바람직하다.

또한, 도 4와 같이 황의 함량과 스카핑 깊이의 관계를 나타낸 그래프를 통해 하기의 관계식 1과 같은 회귀식을 도출할 수 있다.

관계식 1

이때, A 및 B는 회귀식에 의해 도출된 계수로써, A는 0.023 내지 0.28사이의 값이고, B는 2.1 내지 2.5 사이의 값이고, 더욱 바람직하게는 도 4와 같이 A는 0.025이고, B는 2.316일 수 있다.

또한, R²은 회귀분석에 사용되는 결정계수로서, 도출된 회귀식의 적합도를 재는 척도를 나타낸다. 이 값이 1에 가까울수록 회귀식의 적합도가 높은 것으로써 관계식 1의 결정계수는 0.987로 높은 결정계수 값을 가지는 것으로 나타났다.

즉, 관계식 1에 따른 회귀식은 적합도가 높은 것을 알 수 있다.

마지막으로, 상기에서 계산된 스카핑 깊이로 슬라브를 스카핑한다(S30). 이때, 상기 스카핑 깊이에 따라 슬라브의 이동속도가 가변될 수 있다. 일반적으로 스카핑을 위해 고정된 스카핑 장치를 사용하기 때문에 스카핑 장치 사이로 이동되는 슬라브의 속도를 제어하여 스카핑 깊이를 조절한다.

이하의 표 1은 황 함량과 스카핑 깊이에 따른 기포성 결함지수를 나타낸 것으로, 극저탄소강의 경우 기포성 결함지수가 3이하에 있어야 한다.

표 1

상기 기포성 결함지수를 고려하여 표 1을 살펴보면, 황 함량이 60ppm으로 동일한 실시예 1 과 실시예 2 중 실시예 1은 3.6mm를 스카핑하고, 실시예 2는 4.0mm를 스카핑할 때, 동일한 황의 함량이라 하더라도 실시예 1은 기포성 결함지수가 3.9로 슬라브의 상태가 불량한 것을 알 수 있으며, 실시예 2는 기포성 결함지수가 3으로 슬라브의 상태가 양호한 것을 알 수 있다.

실시예 3 내지 실시예 5도 마찬가지로 함의 함량에 따라 스카핑 깊이를 달리하였을 때의 기포성 결함지수를 살펴보면, 슬라브의 상태가 양호한 것을 알 수 있다.

물론, 스카핑 깊이를 깊게 하면 기포성 결함지수가 낮아져 슬라브의 상태가 양호한 것으로 나올 수 있으나, 스카핑의 깊이가 깊어지면 슬라브의 효율이 낮아지는 문제가 있으므로, 적정한 스카핑 깊이로 적정한 기포성 결함지수를 가지는 슬라브가 더욱 효율적인 슬라브이다.

따라서, 본 발명은 극저탄소강 슬라브 표면의 기포 결함 발생정도에 따라 효율적인 깊이로 스카핑을 실시함으로써, 표면 결함이 없는 슬라브 표면을 얻는 효과가 있으며, 슬라브의 회수율을 높이는 효과가 있다.

상기와 같은 극저탄소강의 슬라브 스카핑 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 20: 턴디쉬
30: 몰드 51: 파우더층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
91: 절단 지점

Claims

턴디쉬의 용강 중 황 함량을 측정하는 단계;
상기에서 측정된 황 함량에 따라 스카핑 깊이를 계산하는 단계; 및
상기에서 계산된 스카핑 깊이로 해당 용강에 의해 주조된 슬라브를 스카핑하는 단계;를 포함하되,
상기 스카핑 깊이는 하기의 관계식에 의해 계산되는 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법.
[관계식]

여기서, A 및 B는 회귀식에 의해 도출된 계수로써, A는 0.023 내지 0.28사이의 값이고, B는 2.1 내지 2.5 사이의 값임.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 황 함량이 60ppm이상일 경우, 스카핑 깊이를 적어도 4.0mm이상으로 수행하는 극저탄소강의 슬라브 스카핑 방법.