KR101585797B1 - 주편 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저속 주조시의 약냉각시에도, 롤부재들이 과열되어 손상되는 것을 방지할 수 있는 주편 냉각방법을 제공하기 위한 것으로, 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법은 연속주조공정의 주형에서 배출되는 주편을 냉각하도록 상기 주편으로 분사되는 냉각체의 분사각도를, 상기 냉각체의 유량을 증가시킴에 따라 작아지게 제공하여, 상기 냉각체의 최소 유량에 인접할수록 상기 냉각체가 상기 주편을 가이드하는 롤부재와의 접촉 유량을 크게 형성할 수 있다.

Description

주편 냉각방법{Colling method for slab of continuous mold process}

본 발명은 주편 냉각방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각체의 분사 유량이 증가할수록, 냉각분사수의 분사 각도를 작게 하여 분사하는 발명에 관한 것이다.

종래의 주조공정은 제강공정에서 정련된 용강이 담긴 래들(ladle), 래들에 연결된 주입노즐을 통해 용강을 공급받아 일시 저장하는 턴디쉬(tundish), 턴디쉬로부터 전달받은 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형 및 주형의 하부에 구비되어 미응고된 주편을 냉각시키면서 구부리거나 펴는 일련의 작업을 수행하기 위한 롤부재가 유닛화된 다수의 세그먼트(segment)가 연속적으로 배열되는 냉각라인을 포함한다.

이러한 주조공정에서 주편은 세그먼트를 통과하며 냉각 및 압하되어 인발되는 과정을 거치게 된다. 이에 따라 주편 내부에 포함된 게재물을 제거할 수 있고, 응고된 주편 표면 근처에서 크랙이 발생하는 것을 예방할 수 있어, 품질이 좋은 제품의 생산이 가능하게 된다.

한편, 상기 주편을 냉각시키기 위해서, 냉각수, 공기 등을 분사하는 노즐부재를 상기 주형의 하측에 제공할 수 있다. 즉, 상기 주형을 빠져나온 일부 미응고된 주편을 더욱 응고시키기 위해서, 상기 주편의 이동 방향의 하류인 상기 주형의 하측에 상기 노즐부재를 제공할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 노즐부재는 다양한 범위의 주조속도에서 주편을 냉각시키며 흔히 수냉 분사 타입 혹은 공기 혼합된 수냉 분사타입으로 냉각하는데, 주속이 다양하더라도 일정한 주편온도를 확보하기 위하여 냉각시간이 많은 저속주조시에는 약냉각을, 냉각시간이 적은 고속주조시에는 강냉각을 취하고 있으며, 또한 다양한 강종을 주조해야 하므로 강종에 따라 다양한 분사량이 설정되어 있다.

상기 언급한 바와 같이 다양한 주속범위 및 다양한 강종에서 다양한 분사량이 분사되므로 분사량의 범위가 일반적으로 크게 설계되어 왔다.

여기서, 분사량의 범위를 조정하여 제공하여, 저속 주조로 약냉각 적용시에 주편에 필요한 냉각을 실시하더라도, 노즐부재 양쪽에 위치한 롤부재들이 과열되어 기계적인 손상이 발생되는 문제가 빈번하였다.

따라서, 전술한 문제를 해결하기 위한 주편 냉각방법에 관한 연구가 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 저속 주조시의 약냉각시에도, 롤부재들이 과열되어 손상되는 것을 방지하면서도, 주편에 충돌하여 냉각하는 유량의 범위를 확대시킬 수 있는 주편 냉각방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법은 연속주조공정의 주형에서 배출되는 주편을 냉각하도록 상기 주편으로 분사되는 냉각체의 분사각도를, 상기 냉각체의 유량을 증가시킴에 따라 작아지게 제공하여, 상기 냉각체의 최소 유량에 인접할수록 상기 냉각체가 상기 주편을 가이드하는 롤부재와의 접촉 유량을 크게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법의 상기 냉각체는 복수의 상기 롤부재 사이에 제공되는 노즐부재에서 배출되며, 상기 냉각체의 분사각도는, 상기 냉각체의 최소 유량에서, 적어도 상기 냉각체 유량의 절반이 상기 롤부재에 충돌하게 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법의 상기 냉각체의 분사각도는 상기 노즐부재의 양측에 제공되는 롤부재의 회전 중심점과 상기 노즐부재의 냉각체 분사점을 연결하는 양측 선분이 이루는 각도보다 작게 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법은 상기 주편을 이동시키는 복수의 롤부재 사이에 상기 냉각체가 분사되는 노즐부재가 제공되며, 상기 롤부재의 직경(D)은 100 ~ 250mm이고, 복수의 상기 주조롤 사이의 간격(W)은 30mm < W < D이며, 상기 노즐부재와 상기 주편 사이 간격(H)은 D/2 ~ 2D인 경우에 있어서, 상기 냉각체의 공급 유량(F)에 따른 상기 냉각체의 분사각도(a)가 아래의 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

즉, F ≤ F_avg일 때,

이고, F > F_avg일 때, a = a_min이다. 여기서, F_max는 최대 유량, F_min은 최소 유량, F_avg는 F_max과 F_min의 평균유량이며, a_max는 최대 분사각도, a_min은 최소 분사각도이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법은 상기 최대 유량(F_max)은 5 ~ 100L/min이고, 상기 최소 유량(F_min) 대비 최대 유량(F_max)의 비율(R = F_max/F_min)은 적어도 15이며, 최소 분사각도(a_min)는 5 ~ 40°이고, 최대 분사각도(a_max)는

인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 주편 냉각방법은 냉각체의 분사 유량이 감소할수록, 상기 냉각체의 분사각도를 증가하게 제공함으로써, 상기 냉각체의 유량이 감소하면, 주편을 가이드하는 롤부재에 상기 냉각체가 접촉하는 유량을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

이에 의하면, 상기 롤부재가 과열되는 것을 방지하여, 상기 롤부재의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

추가적으로, 상기 냉각체가 주편에 충돌되어, 상기 주편을 냉각시키는 최소 유량 대비 최대 유량의 비율을 기존의 동일한 분사 유량 대비 크게 할 수 있는 효과도 있다.

즉, 상기 주편에 분사되는 상기 냉각체의 분사량의 범위를 더 크게 설정할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 주편 냉각방법이 적용되는 연속주조장치를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 주편 냉각방법이 적용되는 노즐부재, 롤부재에 인접한 부분을 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 주편 냉각방법에서 일례로 냉각수량에 따른 분사각도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 주편 냉각방법에서 일례로 냉각수의 분사범위에 따른 유량 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 주편 냉각방법에서 일례로 냉각수의 분사범위에 따른 충격량 크기를 나타낸 그래프이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

본 발명의 주편 냉각방법은 냉각체의 분사유량(F)이 증가할수록, 냉각분사수의 분사 각도를 작게 하여 분사하는 발명에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 주편 냉각방법은 냉각체의 분사유량(F)이 감소할수록, 상기 냉각체의 분사각도(a)를 증가하게 제공함으로써, 상기 냉각체의 유량이 감소하면, 주편(S)을 가이드하는 롤부재(20)에 상기 냉각체가 접촉하는 유량을 증가시킬 수 있다.

이에 의하면, 상기 롤부재(20)가 과열되는 것을 방지하여, 상기 롤부재(20)의 손상을 방지할 수 있으며, 상기 냉각체가 주편(S)에 분사되는 최소 유량(F_min) 대비 최대 유량(F_max)의 비율(R)을 기존의 동일한 분사 유량 대비 크게 제공할 수 있다.

구체적으로, 도 1은 본 발명의 주편 냉각방법이 적용되는 연속주조장치를 도시한 측면도이며, 도 2는 본 발명의 주편 냉각방법이 적용되는 노즐부재(30), 롤부재(20)에 인접한 부분을 도시한 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법은 연속주조공정의 주형(10)에서 배출되는 주편(S)을 냉각하도록 상기 주편(S)으로 분사되는 냉각체의 분사각도(a)를, 상기 냉각체의 유량을 증가시킴에 따라 작아지게 제공하여, 상기 냉각체의 최소 유량(F_min)에 인접할수록 상기 냉각체가 상기 주편(S)을 가이드하는 롤부재(20)와의 접촉 유량을 크게 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법의 상기 냉각체는 복수의 상기 롤부재(20) 사이에 제공되는 노즐부재(30)에서 배출되며, 상기 냉각체의 분사각도(a)는, 상기 냉각체의 최소 유량(F_min)에서, 적어도 상기 냉각체 유량의 절반이 상기 롤부재(20)에 충돌하게 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법의 상기 냉각체의 분사각도(a)는 상기 노즐부재(30)의 양측에 제공되는 롤부재(20)의 회전 중심점(20a)과 상기 노즐부재(30)의 냉각체 분사점(30a)을 연결하는 양측 선분이 이루는 각도보다 작게 제공될 수 있다.

즉, 냉각체의 분사유량(F)과 분사각도(a)의 관계를 특정하여 제공함으로써, 롤부재(20)의 수명을 연장시키고, 최소 유량(F_min) 대비 최대 유량(F_max)의 비율(R)을 증가시킬 수 있는 것이다.

우선, 본 발명의 주편 냉각방법이 적용될 수 있는 연속주조장치에 대하여 설명하면, 상단부에 주형(10)이 제공되며, 상기 주형(10)은 주조공정의 턴디쉬로부터 용강을 전달받아 일정한 형상으로 어느 정도 용강을 응고시켜 롤부재(20)로 미응고 주편(S)을 전달하는 역할을 한다. 즉, 상기 주형(10)은 주편(S)의 형상을 결정할 수 있기 때문에, 필요로 하는 주편(S)의 폭 등을 결정하게 된다.

그리고, 상기 주형(10)의 아래에는 상기 주편(S)을 가이드하며 이동시키는 롤부재(20)가 제공되며, 상기 롤부재(20)는 상기 주편(S)이 벤딩되는 부분에도 제공되며, 상기 주편(S)이 벤딩되어 수평하게 이동하는 부분에도 제공될 수 있다.

더하여, 상기 롤부재(20) 사이에는 상기 주편(S)을 냉각시킬 수 있는 노즐부재(30)가 제공될 수 있으며, 상기 노즐부재(30)는 상기 주편(S)의 조성 및 형상에 따라서 냉각수, 공기 등의 냉각체를 분사하는 분사유량(F) 및 분사각도(a)를 조정하여 제공할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 상기 냉각체의 분사유량(F)과 분사각도(a)의 관계를 조정하여 제공함으로써, 상기 롤부재(20)의 과열에 의한 손상을 방지하고, 상기 주편(S)에 접촉하는 냉각체의 최소 유량(F_min) 대비 최대 유량(F_max)의 비율(R)을 크게 할 수 있게 된다.

다시 말해, 본 발명에서는 주편(S)으로 분사되는 냉각체의 분사각도(a)가, 상기 냉각체의 분사유량(F)이 커짐에 따라 작아지게 제공하는 기술사상을 제시하는 것이다.

즉, 상기 냉각체의 분사각도(a)와 분사유량(F)은 반비례 관계를 포함하며, 그에 따른 관계함수는 다양할 수 있다.

특히, 상기 냉각체의 분사각도(a)가 크게 제공되면, 상기 냉각체는 상기 주편(S)과만 접촉하여 냉각효과를 발생시키는 것이 아니라, 상기 노즐부재(30) 양측에 제공되는 롤부재(20)와도 접촉하여 상기 롤부재(20)를 냉각시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 롤부재(20)를 냉각하기 시작하는 분사각도(a)는 상기 롤부재(20) 사이의 간격, 상기 노즐부재(30)의 위치에 따라 다양하게 달라질 수 있는데, 그에 대한 일실시예를 도 3을 참조하여 후술한다.

중요한 것은 상기 냉각체의 분사유량(F)이 감소할수록, 상기 분사각도(a)가 커지기 때문에, 상기 롤부재(20)와 접하게 되는 냉각체의 유량 비율도 커지게 된다는 것이다.

다시 말해, 상기 냉각체의 분사유량(F)이 작아질수록, 상기 냉각체에 의한 상기 롤부재(20)의 냉각효과는 더 커지게 된다.

한편, 상기 냉각체의 분사유량(F)을 작게하는 경우는, 상기 주편(S)의 주조속도가 감소하여, 주편(S)의 동일 위치에 대한 냉각체의 분사 시간이 증가하는 경우이다.

즉, 이러한 경우에는 상기 주편(S)에서 상기 롤부재(20)로 전달되는 열량도 커지기 때문에, 상기 롤부재(20)에 대한 냉각이 더 필요하기 때문에, 상기 롤부재(20)와의 접촉 유량을 증가시키기 위해서, 상기 냉각체의 분사각도(a)를 크게 설정하는 것이다.

그리고, 상기 냉각체의 분사각도(a)가 증가하여 일정 유량의 냉각체가 상기 주편(S)에 충돌하는 대신 상기 롤부재(20)에 충돌됨으로써, 상기 주편(S)에 충돌되는 최소 유량(F_min)을 조절밸브 등의 도움 없이도 기존보다 더 작게 형성할 수 있어, 상기 주편(S)의 분사유량(F)의 범위를 확대시키는 이점도 가질 수 있게 된다.

더하여, 상기 냉각체의 최소 유량(F_min) 공급시에는 상기 냉각체 분사유량(F)의 절반 이상이 상기 롤부재(20)에 충돌하게 제공하여 상기 롤부재(20)를 냉각시키는 것이 바람직하다.

이는 상기 냉각체의 유량이 감소하면 냉각효과가 작아지기 때문에, 상기 롤부재(20)에 필요로 하는 냉각효과를 발생시키기 위해서는 최소 유량(F_min)의 절반 이상이 롤부재(20)에 충돌하여 냉각효과를 발생시켜야 하기 때문이다.

그리고, 상기 냉각체의 분사각도(a)는 상기 노즐부재(30) 양측의 상기 롤부재(20)의 회전 중심점(20a)과 상기 노즐부재(30)의 냉각체 분사점(30a)을 연결하는 선분이 이루는 각도보다는 작게 설정되어야 한다.

이는 상기 냉각체의 분사에 의해서, 상기 주편(S)에 작용해야될 최소한의 냉각효과를 확보하기 위한 것이며, 상기 노즐부재(30)에서 분사된 냉각체가 냉각에 쓰이지 않고 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이다.

이와 같이, 상기 냉각체가 분사유량(F)이 증가할수록 분사각도(a)가 작아지게 제공되는 관계에서 냉각체를 분사하는 경우의 분사범위 및 냉각효과를 도 4 및 도 5를 참조하여 확인할 수 있다.

즉, 도 4는 본 발명의 주편 냉각방법에서 냉각수의 분사범위에 따른 유량 밀도를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 주편 냉각방법에서 냉각수의 분사범위에 따른 충격량 크기를 나타낸 그래프이다.

다시 말해, 도 4는 노즐부재(30)의 냉각수 분사점(30a)을 중심으로 설정된 이격거리에 따라 분사되는 냉각수의 공급유량밀도의 관계를 다르게 설정한 세 가지 실시예를 도시한 것으로, 도 4의 (a)가 가장 넓은 범위의 분사각도(a)로 설정된 실시예이고, 도 4의 (c)가 가장 작은 범위의 분사각도(a)로 설정된 실시예이다.

그리고, 도 5는 노즐부재(30)의 냉각수 분사점(30a)을 중심으로 설정된 이격거리에 따라 분사된 냉각수가 가하는 충격량의 크기를 나타낸 것으로, 여기서 충격량은 충격에 따른 냉각효과가 있는바, 냉각효과와 비례적으로 판단될 수 있다.

다시 말해, 충격량이 클수록 냉각효과가 큰데, 도 5의 (a)는 도 4의 (a)에 따라 상기 냉각수에 의한 냉각효과가 가장 분산된 형태이고, 도 5의 (c)는 도 4의 (c)에 따라 상기 냉각수에 의한 냉각효과가 가장 집중된 형태인 것이다.

여기서 살펴보면, 상기 냉각수의 분사유량(F)의 분사분포와 냉각효과는 유사함을 알 수 있는바, 상기 냉각수 등의 냉각체의 분사각도(a)를 조정하여 냉각효과도 조정할 수 있음을 알 수 있다.

여기서, 도 3은 본 발명의 주편 냉각방법에서 냉각체의 분사유량(F)에 따른 분사각도(a)의 관계를 나타낸 그래프인데, 도 3은 상기 냉각체의 분사유량(F)이 증가할수록, 상기 분사각도(a)가 감소하는 관계의 일 실시예로 살펴볼 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법은 상기 주편(S)을 이동시키는 복수의 롤부재(20) 사이에 상기 냉각체가 분사되는 노즐부재(30)가 제공되며, 상기 롤부재(20)의 직경(D)은 100 ~ 250mm이고, 복수의 상기 주조롤 사이의 간격(W)은 30mm < W < D이며, 상기 노즐부재(30)와 상기 주편(S) 사이 간격(H)은 D/2 ~ 2D인 경우에 있어서, 상기 냉각체의 공급 유량(F)에 따른 상기 냉각체의 분사각도(a)가 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

F ≤ F_avg일 때,

F > F_avg일 때, a = a_min

여기서, F_max는 최대 유량(F_max), F_min은 최소 유량(F_min), F_avg는 F_max과 F_min의 평균유량(F_avg)이며, a_max는 최대 분사각도(a_max), a_min은 최소 분사각도(a_min)이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주편 냉각방법은 상기 최대 유량(F_max)은 5 ~ 100L/min이고, 상기 최소 유량(F_min) 대비 최대 유량(F_max)의 비율(R = F_max/F_min)은 적어도 15이며, 최소 분사각도(a_min)는 5 ~ 40°이고, 최대 분사각도(a_max)는 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.

[수학식 2]

다시 말해, 기본적으로 상기 롤부재(20)의 직경(D)은 100 ~ 250mm이고, 복수의 상기 주조롤 사이의 간격(W)은 30mm < W < D이며, 상기 노즐부재(30)와 상기 주편(S) 사이 간격(H)은 D/2 ~ 2D로 제공된다.

그리고, 상기 분사각도(a)는 분사유량(F)이 평균 유량보다 크면 최소 분사각도(a_min)를 유지하게 제공되고, 분사유량(F)이 평균 유량 이하이면 상기 분사유량(F)과 반비례관계로 상기 수학식 1과 같이 제공되는 것이다.

더하여, 상기 최대 유량(F_max), 최소 유량(F_min), 최소 분사각도(a_min), 최대 분사각도(a_max)의 범위도 설정할 수 있다.

즉, 상기 최대 유량(F_max)은 5 ~ 100L/min으로 제한하고, 상기 최소 유량(F_min)은 상기 최소 유량(F_min) 대비 최대 유량(F_max)의 비율(R = F_max/F_min)을 적어도 15가 되는 유량으로 제공할 수 있으며, 최소 분사각도(a_min)는 5 ~ 40°로 제공하고, 최대 분사각도(a_max)는 상기 수학식 2와 같이 설정할 수 있는 것이다.

10: 주형 20: 롤부재
30: 노즐부재 S: 주편
F: 분사유량 a: 분사각도

Claims (5)

1. 삭제
2. 연속주조공정의 주형에서 배출되는 주편을 냉각하도록 상기 주편으로 분사되는 냉각체의 분사각도를, 상기 냉각체의 유량을 증가시킴에 따라 작아지게 제공하여, 상기 냉각체의 최소 유량에 인접할수록 상기 냉각체가 상기 주편을 가이드하는 롤부재와의 접촉 유량을 크게 형성하며,
   상기 냉각체는 복수의 상기 롤부재 사이에 제공되는 노즐부재에서 배출되며,
   상기 냉각체의 분사각도는, 상기 냉각체의 최소 유량에서, 적어도 상기 냉각체 유량의 절반이 상기 롤부재에 충돌하게 제공되는 주편 냉각방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 냉각체의 분사각도는 상기 노즐부재의 양측에 제공되는 롤부재의 회전 중심점과 상기 노즐부재의 냉각체 분사점을 연결하는 양측 선분이 이루는 각도보다 작게 제공되는 주편 냉각방법.
4. 연속주조공정의 주형에서 배출되는 주편을 냉각하도록 상기 주편으로 분사되는 냉각체의 분사각도를, 상기 냉각체의 유량을 증가시킴에 따라 작아지게 제공하여, 상기 냉각체의 최소 유량에 인접할수록 상기 냉각체가 상기 주편을 가이드하는 롤부재와의 접촉 유량을 크게 형성하며,
   상기 주편을 이동시키는 복수의 롤부재 사이에 상기 냉각체가 분사되는 노즐부재가 제공되며,
   상기 롤부재의 직경(D)은 100 ~ 250mm이고, 복수의 주조롤 사이의 간격(W)은 30mm < W < D이며, 상기 노즐부재와 상기 주편 사이 간격(H)은 D/2 ~ 2D인 경우에 있어서,
   상기 냉각체의 공급 유량(F)에 따른 상기 냉각체의 분사각도(a)가 아래의 식을 만족하는 주편 냉각방법.
   F ≤ F_avg일 때,

   

   이고,
   F > F_avg일 때, a = a_min이다.
   여기서, F_max는 최대 유량, F_min은 최소 유량, F_avg는 F_max과 F_min의 평균유량이며, a_max는 최대 분사각도, a_min은 최소 분사각도이다.
5. 제4항에 있어서,
   상기 최대 유량(F_max)은 5 ~ 100L/min이고,
   상기 최소 유량(F_min) 대비 최대 유량(F_max)의 비율(R = F_max/F_min)은 적어도 15이며,
   최소 분사각도(a_min)는 5 ~ 40°이고,
   최대 분사각도(a_max)는

   

   인 것을 특징으로 하는 주편 냉각방법.

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