KR101623671B1 - 주조편 압하 장치 - Google Patents

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사토시 세노오
마사노부 하야마
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
신닛떼쯔 수미킨 엔지니어링 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 주형으로부터 인발되는 주조편을 충분한 압하력으로 압하함으로써 중심 편석 및 포로시티를 확실하게 저감시킬 수 있고, 또한 내부 깨짐의 발생을 억제할 수 있어, 고품질의 주조편을 제조하는 것이 가능한 주조편 압하 장치이며, 주조편을 끼움 지지하여 압박하는 한 쌍의 주조편 압박 롤과, 이 주조편 압박 롤을 지지하는 백업 롤과, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 프레임을 갖고, 프레임 각각에, 주조편 압박 롤 및 백업 롤의 세트가, 주조편 인발 방향으로 3세트 이상 배치되어 있고, 한 쌍의 프레임에는, 프레임 사이의 거리를 근접 이격시키는 압하 수단이 2개소 이상 설치되어 있다.

Description

주조편 압하 장치 {CAST PIECE REDUCTION DEVICE}
본 발명은, 주형으로부터 인발되는 주조편을, 주조편의 두께 방향으로 압하하는 주조편 압하 장치에 관한 것이다.
본원은, 2012년 1월 12일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-4101호 및 2012년 6월 18일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-137020호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들 내용을 여기에 원용한다.
예를 들어, 강의 연속 주조에 있어서는, 주형 내에 주입된 용강이 냉각 수단에 의해 냉각됨으로써, 응고 쉘이 성장해 가, 주형의 하방으로부터 주조편이 인발된다. 여기서, 주형으로부터 인발되는 주조편은, 주형으로부터 나온 시점에서는 완전히 응고되어 있지 않고 내부에 미응고부를 갖고 있다. 이로 인해, 주형 내의 용강의 정압에 의해 주조편이 팽창되는 것과 같이 변형되는, 이른바 벌징 변형을 일으킬 우려가 있다. 벌징 변형이 발생한 영역에 있어서는, 중심 편석이 발생하는 것이 알려져 있다.
이 벌징 변형을 억제하기 위해, 예를 들어 특허문헌 1, 2에는, 주형으로부터 인발되는 주조편의 긴 변면에 접촉하여 전술한 정압을 받는 주조편 지지 롤을 설치한 연속 주조 설비가 제안되어 있다.
여기서, 주조편의 긴 변면을 확실하게 지지하기 위해서는, 롤 직경을 작게 하여, 주조편 지지 롤의 간격을 좁게 하는 것이 유효하다. 그러나, 롤 직경을 작게 하면, 주조편 지지 롤의 강성이 부족하여, 정압에 의해 휘는 것과 같이 변형되어 버려, 주조편을 확실하게 지지할 수 없다.
따라서, 특허문헌 1, 2에 있어서는, 전술한 주조편 지지 롤이 정압에 의해 변형되지 않도록, 주조편 지지 롤을 지지하는 백업 롤이 배치되어 있다.
또한, 주조편의 내부에는, 응고 수축 등에 의해 포로시티가 발생하는 경우가 있다. 포로시티는, 주조편을 열간 압연할 때에 강(强)압하함으로써 저감을 도모하는 것이 가능하지만, 두께가 큰 제품의 경우에는, 열간 압연시의 압하량을 확보할 수 없어, 충분히 포로시티를 저감시킬 수 없다.
따라서, 주조편의 단계에서 포로시티의 발생을 억제하기 위해, 예를 들어 특허문헌 3에는, 주조편을 압하하는 롤 세그먼트 장치가 제안되어 있다. 이 롤 세그먼트 장치에 있어서는, 하부 프레임과 상부 프레임을 근접시키는 압하 수단을 구비하고 있어, 주조편을 압하하는 것이 가능하게 되어 있다.
여기서, 특허문헌 3에 기재된 롤 세그먼트 장치에 있어서는, 주조편에 접촉하는 롤이, 롤 축 방향으로 분할된 분할 롤로 되어 있고, 축 방향에 인접하는 분할 롤의 사이에는, 분할 롤을 축지지하는 베어링부가 배치되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 롤에 부하되는 하중을 복수의 베어링부에서 분산하여 받을 수 있어, 주조편을 큰 압하력으로 압하하여, 포로시티를 감소시키는 것이 가능해진다.
일본 특허 공개 평10-328799호 공보 일본 특허 공개 평11-291007호 공보 일본 특허 공개 제2000-312956호 공보
그러나, 주조편에 접촉하는 롤을 롤 축 방향으로 분할한 경우에는, 축 방향에 인접하는 분할 롤의 사이에 배치된 베어링부에 있어서는, 주조편을 압하할 수 없게 되어, 이 베어링부에 있어서 벌징 변형이 발생할 우려가 있다. 벌징 변형이 발생한 개소를, 그 후, 다른 분할 롤로 압박하였다고 해도 벌징 변형을 충분히 교정할 수는 없었다. 이로 인해, 중심 편석이나 포로시티가 발생하여, 주조편의 품질이 열화되어 버린다.
한편, 분할 롤을 채용하지 않는 경우에는, 롤에 부하되는 하중을 2개의 베어링부에서 받게 되어, 큰 압하력으로 주조편을 압하할 수 없어, 포로시티를 충분히 저감시킬 수 없었다.
또한, 주조편 지지 롤에 백업 롤을 배치한 주조편 지지 장치에서는, 벌징 변형을 저감시켜, 중심 편석을 저감시킬 수는 있지만, 주조편을 압하하지 않으므로, 포로시티를 충분히 저감시킬 수 없었다.
또한, 주조편에 접촉하는 롤의 롤 직경을 크게 함으로써, 롤의 강성을 향상시킨 경우에는, 롤을 주조편 인발 방향에 있어서 거리를 두고 배치할 필요가 있다. 그렇게 하면, 벌징 변형이 커져, 중심 편석이 발생할 우려가 있었다. 이것에 더하여 주조편을 국소적으로 압박하게 되어, 주조편에 내부 깨짐이 발생할 우려가 있었다.
이와 같이, 종래는, 주조편의 중심 편석과 포로시티를 동시에 저감시킬 수는 없었다.
본 발명은 전술한 상황에 비추어 이루어진 것이며, 주형으로부터 인발되는 주조편을 충분한 압하력으로 압하함으로써 중심 편석 및 포로시티를 확실하게 저감시킬 수 있고, 또한 내부 깨짐의 발생을 억제할 수 있어, 고품질의 주조편을 제조하는 것이 가능한 주조편 압하 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 주조편 압하 장치는, 주형으로부터 인발되는 주조편을 압하하는 주조편 압하 장치이며, 상기 주조편을 끼움 지지하여 압박하는 한 쌍의 주조편 압박 롤과, 이 주조편 압박 롤을 지지하는 백업 롤과, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 프레임을 갖고, 상기 프레임 각각에, 상기 주조편 압박 롤 및 상기 백업 롤의 세트가, 주조편 인발 방향으로 3세트 이상 배치되어 있고, 상기 한 쌍의 프레임에는, 상기 한 쌍의 프레임 사이의 거리를 근접 이격시키는 압하 수단이 2개소 이상 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성의 주조편 압하 장치에 따르면, 주조편 압박 롤과, 이 주조편 압박 롤을 지지하는 백업 롤을 구비하고 있으므로, 주조편을 압하하였을 때에 부하되는 하중을, 주조편 압박 롤의 베어링부와, 백업 롤의 베어링부에서 받을 수 있다. 따라서, 비교적 큰 압하력으로 주조편을 압하할 수 있어, 포로시티를 충분히 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 주조편 압박 롤을 분할 롤로 하는 일 없이, 주조편의 폭 방향 전체를 충분히 압박할 수 있어, 중심 편석의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 주조편 압박 롤의 롤 직경을 크게 하여 강성을 높일 필요가 없어, 주조편 압박 롤을 주조편 인발 방향으로 좁은 피치로 배치할 수 있고, 주조편을 비교적 균일하게 압하하는 것이 가능해져, 주조편의 내부 깨짐을 억제할 수 있다.
또한, 상기 프레임 각각에, 상기 주조편 압박 롤 및 상기 백업 롤의 세트가, 주조편 인발 방향으로 3세트 이상 배치되어 있고, 이 프레임에 압하 수단이 2개소 이상 설치되어 있으므로, 3세트 이상의 상기 주조편 압박 롤 및 상기 백업 롤에 의해 주조편을 균일하게 압하할 수 있다.
여기서 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 상기 주조편 압박 롤 중 적어도 한쪽은, 축 방향 중앙부에 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부를 갖는 것이 바람직하다.
이에 의해, 미응고부가 존재하는 주조편의 폭 방향 중앙 영역을 대직경부에 의해 압하하고, 완전 응고되어 있는 주조편의 폭 방향 단부를 압하하지 않는 것이 가능해진다. 따라서, 압하 하중을 저감시킬 수 있다.
또한, 주조편 압박 롤이 백업 롤에 의해 지지되어 있으므로, 주조편 압박 롤의 강성이 낮은 경우라도, 주조편 압박 롤이 압하 방향으로 휨 변형되는 것이 억제된다. 따라서, 슬래브와 같은 비교적 폭이 넓은 주조편이라도, 축 방향 중앙부에 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부를 갖는 주조편 압박 롤을 적용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 완전 응고되어 있는 주조편의 폭 방향 단부에는 주조편 압박 롤이 압박되지 않으므로, 주조편 압박 롤의 인발 방향으로의 휨 변형도 억제하는 것이 가능해진다.
여기서, 상기 백업 롤은, 상기 주조편 압박 롤의 축 방향에 있어서 복수로 분할되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 백업 롤이 롤 축 방향에 있어서 복수로 분할되어 있으므로, 분할된 백업 롤의 사이에는 베어링부가 배치된다. 따라서, 주조편 압박 롤을 통해 백업 롤에 부하되는 하중을 복수의 베어링부에서 받을 수 있어, 보다 큰 압하력으로 주조편을 압하할 수 있으므로, 확실하게 포로시티를 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 상기 백업 롤은 주조편 압박 롤의 상기 대직경부의 폭 방향 내측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 주조편 압박 롤과 백업 롤이 균등하게 접촉함으로써, 백업 롤의 마모를 균등하게 할 수 있다.
또한, 상기 백업 롤이, 상기 주조편 압박 롤에 대해 상기 주조편의 인발 방향 하류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 주조편 압박 롤에 대해 인발 방향 하류측에 배치된 백업 롤에 의해 인발 저항을 받을 수 있어, 주조편 압박 롤의 인발 방향으로의 휨 변형을 억제할 수 있다. 또한, 백업 롤이 분할되어 있는 경우에는, 분할된 백업 롤 중 적어도 하나가 상기 주조편 압박 롤에 대해 인발 방향 하류측에 배치되어 있으면 된다.
또한, 상기 백업 롤은, 상기 주조편 압박 롤의 축 방향에 있어서 분할되어 있고, 적어도 하나의 백업 롤이 상기 주조편의 인발 방향 하류측에 배치되고, 적어도 하나의 백업 롤이 상기 주조편의 인발 방향 상류측에 배치되어 있어도 된다.
조업 상황에 따라 주조 속도(주조편의 인발 속도)가 변경되는 경우에는, 주조편 압박 롤에 작용하는 인발 저항도 변동되게 된다. 그로 인해, 주조편 압박 롤의 인발 방향으로의 휨량이 변동되어, 주조편 압박 롤에 요동이 발생하게 된다.
이 점에서, 상기한 바와 같이, 분할된 복수의 백업 롤을 구비함으로써, 주조편 압박 롤을 인발 방향의 상류측 및 하류측으로부터 지지할 수 있으므로, 상술한 주조편 압박 롤의 요동을 억제할 수 있다.
또한, 상기 주조편의 두께 t로 한 경우에, 상기 주조편 압박 롤의 상기 대직경부에 의해 압하되지 않는 상기 주조편의 폭 방향 단부 영역이, 주조편의 폭 방향 단부로부터 60㎜ 이상이고, 또한 주조편의 폭 방향 단부로부터 1.5×t 이하의 영역으로 되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 완전 응고된 주조편의 폭 방향 단부를 압하하지 않으므로, 압하 하중을 저감시킬 수 있다. 또한, 주조편 압박 롤의 압하 방향으로의 휨 변형이나 인발 방향으로의 휨 변형을 억제할 수 있다.
대직경부에 의해 압하되지 않는 상기 주조편의 폭 방향 단부 영역이, 주조편의 폭 방향 단부로부터 60㎜ 미만인 경우, 주조편의 두께에 상관없이, 충분히 압하 하중을 저감시킬 수 없으므로, 주조편 압박 롤의 압하 방향으로의 휨 변형이나 인발 방향으로의 휨 변형을 억제하기 어려운 것을, 실험적 지식에 의해 알 수 있었다.
한편, 주조편 폭 방향 단부의 응고부 영역의 폭은, 압하가 필요한 주조 방향 응고 단부 부근에서는, 최대 1.5×t인 것을 실험적 지식에 의해 알 수 있었다. 그로 인해, 대직경부에 의해 압하되지 않는 상기 주조편의 폭 방향 단부 영역이, 주조편의 폭 방향 단부로부터 1.5×t를 초과하는 경우, 미응고 부위의 폭 방향 전체를 압하하기 어려워져, 주조편에 벌징 변형이 발생하여, 중심 편석이나 포로시티와 같은 내부 결함으로 이어지기 쉬워진다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주형으로부터 인발되는 주조편을 충분한 압하력으로 압하함으로써 중심 편석 및 포로시티를 확실하게 저감시킬 수 있고, 또한 내부 깨짐의 발생을 억제할 수 있어, 고품질의 주조편을 제조하는 것이 가능한 주조편 압하 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 주조편 압하 장치가 배치되는 연속 주조 설비의 개략 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태인 주조편 압하 장치의 정면 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태인 주조편 압하 장치의 부분 단면 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태인 주조편 압하 장치에 채용할 수 있는 다른 압하 수단의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태인 주조편 압하 장치의 정면 설명도이다.
도 6은 분할된 백업 롤의 주조편 압박 롤에 대한 배치예를 도시하는 상면 설명도이다.
도 7은 도 6에 도시하는 배치예의 측면 설명도이다.
도 8은 실시예와 비교한 종래예의 주조편 압하 장치의 정면 설명도이다.
도 9는 실시예에 있어서의 본 발명예 1의 주조편 압하 장치의 정면 설명도이다.
도 10은 실시예에 있어서의 본 발명예 2의 주조편 압하 장치의 정면 설명도이다.
도 11은 실시예에 있어서의 본 발명예 3의 주조편 압하 장치의 정면 설명도이다.
도 12는 실시예에 있어서의 본 발명예 4의 주조편 압하 장치의 정면 설명도이다.
도 13은 실시예의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 참고예에 있어서 평가한 케이스 (1)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 단면 설명도이다.
도 15는 참고예에 있어서 평가한 케이스 (2)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 단면 설명도이다.
도 16은 참고예에 있어서 평가한 케이스 (3)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 단면 설명도이다.
도 17은 참고예에 있어서 산출된 주조편 압박 롤의 압하 방향 휨량을 나타내는 그래프이다.
도 18은 참고예에 있어서 평가한 케이스 (4)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 상면 설명도이다.
도 19는 참고예에 있어서 평가한 케이스 (5)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 상면 설명도이다.
도 20은 참고예에 있어서 평가한 케이스 (6)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 상면 설명도이다.
도 21은 참고예에 있어서 산출된 주조편 압박 롤의 인발 방향 휨량을 나타내는 그래프이다.
도 22는 참고예에 있어서 평가한 케이스 (7)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 상면 설명도이다.
도 23은 참고예에 있어서 평가한 케이스 (8)의 주조편 압박 롤 유닛의 개략 상면 설명도이다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태인 주조편 압하 장치에 대해, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 실시 형태인 주조편 압하 장치는, 도 1에 도시하는 연속 주조 설비(10)에 배치되어 사용된다. 우선, 연속 주조 설비(10)에 대해 설명한다.
이 연속 주조 설비(10)는, 수냉 주형(11)과, 이 수냉 주형(11)의 하방에 위치하는 주조편 지지 롤군(20)을 구비하고 있고, 수냉 주형(11)으로부터 인발된 주조편(1)을 하방으로 인발하는 수직대(14)와, 주조편(1)을 만곡시키는 만곡대(15)와, 만곡시킨 주조편(1)을 굽힘 복귀시키는 교정대(16)와, 주조편(1)을 수평 방향으로 반송하는 수평대(17)를 갖는 수직 굽힘형 연속 주조기로 되어 있다.
수냉 주형(11)은, 직사각형 구멍을 갖는 통 형상을 이루고 있고, 이 직사각형 구멍의 형상에 맞춘 단면의 주조편(1)이 인발된다. 예를 들어, 이 직사각형 구멍의 긴 변 길이[주조편(1)의 폭에 상당]는, 700∼2300㎜로 되고, 직사각형 구멍의 짧은 변 길이[주조편(1)의 두께에 상당]는 150∼400㎜로 되어 있는 것을 예시할 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이 수냉 주형(11)에는, 직사각형 구멍 내의 용강을 냉각하기 위한 1차 냉각 수단(도시하지 않음)이 구비되어 있다.
주조편 지지 롤군(20)은, 수직대(14)에 위치하는 핀치 롤부(24)와, 만곡대(15)에 위치하는 벤딩롤부(25)와, 교정대(16)에 위치하는 교정롤부(26)와, 수평대(17)에 위치하는 수평 롤부(27)를 구비하고 있다.
여기서, 이들 주조편 지지 롤군(20)은 주조편(1)의 긴 변면을 지지하는 구성으로 되어 있다.
또한, 2차 냉각 수단으로서, 주조편(1)의 긴 변면을 향해 냉각수를 분출하는 스프레이 노즐(도시하지 않음)이 연속 주조 설비(10)에 배치되어 있다.
그리고, 본 실시 형태인 주조편 압하 장치는, 수냉 주형(11)으로부터 인발되는 주조편(1)을 주조편(1)의 두께 방향으로 압하하는 것으로, 주조편(1)의 중심 고상률이 0.2 이상인 영역에서 주조편(1)을 압하하도록, 수평대(17)에 배치되어 있다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이 주조편 압하 장치(30)는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 주조편(1)의 긴 변면에 접촉하고, 주조편(1)을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤(31, 32)과, 이 주조편 압박 롤(31, 32)을 지지하는 백업 롤(40)과, 주조편(1)의 한쪽 면측에 배치된 제1 프레임(51)과, 주조편(1)의 다른 쪽 면측에 배치된 제2 프레임(52)을 구비하고 있다.
제1 프레임(51) 및 제2 프레임(52)에는, 각각 3개 이상의 주조편 압박 롤(31, 32)이 주조편 인발 방향(Z)으로 병렬되어 있고, 본 실시 형태에서는, 7세트의 주조편 압박 롤(31, 32)이 배치되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 주조편 압박 롤(31, 32)은, 그 롤 축 방향 길이가 주조편(1)의 긴 변 폭보다도 길게 설정되어 있다. 또한, 주조편 압박 롤(31, 32)은, 그 양단부가 각각 베어링부(35)에 의해 축지지되어 있고, 중심축을 중심으로 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 제1 프레임(51)의 주조편 압박 롤(31)과, 제2 프레임(52)의 주조편 압박 롤(32)의 롤 간격은, 주조편 인발 방향(Z) 하류측을 향함에 따라서 좁아지도록 조정되어 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 주조편 압박 롤(31, 32)의 롤 직경이 320㎜ 이하, 주조편 인발 방향(Z)의 롤 피치가 340㎜ 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 제1 프레임(51) 및 제2 프레임(52)에는, 주조편 압박 롤(31, 32)을 각각 지지하는 백업 롤(40)이 배치되어 있다. 즉, 제1 프레임(51)에는 주조편 압박 롤(31) 및 백업 롤(40)의 세트가, 제2 프레임(52)에는, 주조편 압박 롤(32) 및 백업 롤(40)의 세트가, 주조편 인발 방향으로 3세트 이상 배치되어 있고, 본 실시 형태에서는, 7세트의 주조편 압박 롤(31, 32)이 배치되어 있다.
이 백업 롤(40)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 주조편 압박 롤(31, 32)의 축 방향[주조편(1)의 폭 방향]에 있어서 복수로 분할되어 있고, 본 실시 형태에서는, 제1 백업 롤(41), 제2 백업 롤(42), 제3 백업 롤(43)의 3개로 분할되어 있다. 이들 제1 백업 롤(41), 제2 백업 롤(42), 제3 백업 롤(43)은, 그 양단부가 베어링부(45)에 의해 각각 축지지되어 있고, 각각 중심축을 중심으로 회전 가능하게 되어 있다.
그리고, 제1 프레임(51)과 제2 프레임(52)은, 복수의 압하 수단(54)에 의해 연결되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 4개의 압하 수단(54)이 설치되어 있고, 이들 압하 수단(54)에 의해, 제1 프레임(51)과 제2 프레임(52) 사이의 거리가 근접 이격되는 구성을 갖고, 주조편(1)에의 압하력이 조정 가능하다.
이 압하 수단(54)은, 예를 들어 서보식 유압 실린더로 구성되어 있고, 실린더 로드(56)의 일단부가 제1 프레임(51)에 고정되어 있고, 제2 프레임(52)이 제1 프레임(51)에 대해 근접 이격되도록 구성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 연속 주조 설비(10)에 있어서는, 수냉 주형(11) 내에 삽입된 침지 노즐(12)을 통해 수냉 주형(11) 내에 용강이 주입되고, 이 용강이 수냉 주형(11)의 1차 냉각 수단에 의해 냉각됨으로써, 응고 쉘(2)이 성장하고, 수냉 주형(11)의 하방으로부터 주조편(1)이 인발된다. 이때 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 주조편(1)의 내부에는, 미응고부(3)가 존재하고 있다.
이 주조편(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 핀치롤부(24)에 의해 하방을 향해 인발됨과 함께 벤딩롤부(25)에 의해 만곡된다. 그리고, 교정롤부(26)에 의해 굽힘 복귀되고, 수평 롤부(27)에 의해 수평 방향으로 반송된다.
이때, 핀치롤부(24), 벤딩롤부(25), 교정롤부(26) 등의 롤 사이에 설치된 스프레이 노즐로부터 냉각수가 주조편(1)을 향해 분출되고, 주조편(1)이 냉각되어 응고 쉘(2)이 더욱 성장해 간다. 그리고, 주조편(1)이 수평 방향으로 인출되는 수평대(17)의 후단측에 있어서, 주조편(1)이 완전히 응고된다.
이때, 수냉 주형(11)으로부터 인발된 주조편(1)은 중심 고상률이 0.2 이상으로 된 영역에 있어서, 본 실시 형태인 주조편 압하 장치(30)에 의해 압하된다.
덧붙여 말하면, 주조편의 중심 고상률이 0.2 이상에서는, 중심 편석이나 포로시티의 문제가 발생하는 것은 실험적으로 발견되어 있고, 고상률이 0.2 이상인 영역에서 압하함으로써, 본 발명의 효과가 현저해지므로, 주조편의 중심 고상률이 0.2 이상인 영역에서 압하하는 것이 바람직하다.
한편, 주조편의 중심 고상률의 상한은, 중심 편석이나 포로시티의 문제가 발생하는 영역이므로, 1.0이다.
또한, 중심 고상률이라 함은, 주조편 두께 방향의 중심부이고, 또한 주조편 폭 방향의 용융 부분의 고상률이라 정의할 수 있다.
또한, 중심 고상률은, 전열·응고 계산에 의해 구할 수 있고, 전열·응고 계산으로서는, 엔탈피법이나 등가 비열법 등이 널리 알려져 있고, 어느 방법을 사용해도 된다. 또한, 간이적으로는, 하기의 식이 널리 알려져 있고, 이 식을 사용해도 된다.
중심 고상률＝(액상선 온도－용융부 온도)/(액상선 온도－고상선 온도)
여기서, 용융부 온도라 함은, 주조편 두께 방향의 중심부이고, 또한 주조편 폭 방향의 용융 부분의 온도를 의미하고 있고, 전열·응고 계산에 의해 구할 수 있다. 또한, 액상선 온도는, 예를 들어 「철과 강, 일본 철강 협회지, Vol.55, No.3(19690227) S85, 사단법인 일본 철강 협회」를 참조하고, 또한 고상선 온도는, 예를 들어 「히라이, 가나마루, 모리 ; 일본 학술 진흥회 19위원회, 제5회 응고 현상 협의회 자료, 응고 46(1968년 12월)」을 참조하여, 각각 산출할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성으로 된 본 실시 형태인 주조편 압하 장치(30)에 있어서는, 주조편 압박 롤(31, 32)과, 이 주조편 압박 롤(31, 32)을 각각 지지하는 백업 롤(40)을 구비하고 있으므로, 주조편(1)을 압하하였을 때에 부하되는 하중을, 주조편 압박 롤(31, 32)의 베어링부(35)와, 백업 롤(40)의 베어링부(45)에서 받을 수 있다. 따라서, 비교적 큰 압하력으로 주조편(1)을 압하할 수 있어, 포로시티를 확실하게 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 주조편 압박 롤(31, 32)은, 롤 축 방향으로 분할되어 있지 않으므로, 주조편(1)의 폭 방향 전체를 압박할 수 있어, 벌징 변형에 기인하는 중심 편석의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 주조편 압하 장치(30)에 의하면, 주조편 압박 롤(31, 32)의 강성을 확보하기 위해, 롤 직경을 크게 할 필요가 없어, 주조편 압박 롤(31, 32)을 주조편 인발 방향(Z)으로 밀하게 배열할 수 있고, 압하력이 국소적으로 작용하는 것을 방지하여, 주조편의 내부 깨짐을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 주조편 압박 롤(31, 32)이 320㎜ 이하, 주조편 인발 방향(Z)의 롤 피치가 340㎜ 이하로 되어 있으므로, 주조편(1)을 작은 피치로 하나씩 압하할 수 있어, 주조편(1)의 내부 깨짐을 충분히 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 주조편 압박 롤(31, 32)의 사이즈나, 주조편 인발 방향(Z)의 롤 피치의 하한값은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 실제의 조업이 가능한 범위에서 설정하면 된다.
또한, 제1 프레임(51) 및 제2 프레임(52)에 주조편 압박 롤(31, 32) 및 백업 롤(40)의 세트가, 각각 주조편 인발 방향(Z)으로 3세트 이상[본 실시 형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이 7세트의 주조편 압박 롤(31, 32) 및 백업 롤(40)]이 배치되어 있고, 이들 제1 프레임(51) 및 제2 프레임(52)에, 압하 수단(54)이 2개소 이상(본 실시 형태에서는 4개소)에 설치되어 있으므로, 복수의 주조편 압박 롤(31, 32)에 의해 주조편(1)을 균일하게 압하할 수 있다. 또한, 주조편 압박 롤(31, 32)에 배치된 베어링부(35)에 의해 압하 하중을 받을 수 있다.
여기서, 각각의 프레임에 배치되는 주조편 압박 롤(31, 32) 및 백업 롤(40)의 세트를, 주조편 인발 방향(Z)으로 3세트 이상으로 한 것은, 주조편 압박 롤(31, 32)의 사이즈나, 주조편 인발 방향(Z)의 롤 피치를, 실제의 조업이 가능한 범위에서 설정한 경우, 2세트에서는 주조편 인발 방향의 간격이 크기 때문에, 균일하게 압하할 수 없기 때문이다.
또한, 한 쌍의 프레임의 압하 수단(54)은 2개소 이상에 설치할 필요가 있다. 여기서, 2개소라 함은 주조편의 폭 방향의 양측을 의미하고 있고, 이와 같이 한 쌍의 프레임의 압하 수단(54)이 주조편의 폭 방향의 양측에 설치되어 있음으로써, 주조편을 균일하게 압하할 수 있다.
덧붙여 말하면, 본 실시 형태에서는, 주조편의 폭 방향의 양측 2개소에 더하여, 각각 주조편 인발 방향(Z)으로도 2개소의 합계 4개소에 설치되어 있으므로, 주조편 인발 방향(Z)으로 압하 구배를 부여하는 것도 가능하다.
또한, 프레임에 설치한 압하 수단을 구성하는 장치(예를 들어, 실린더 직경 등)를 크게 하는 것만으로 압하력을 보다 크게 할 수 있으므로, 주조편 압하 장치를 주조 방향으로 대형화하는 일 없이, 보다 큰 압하력을 부여하는 것이 가능해진다.
또한, 백업 롤(40)이 롤 축 방향에 있어서 복수로 분할되어 있으므로, 상기한 베어링부(35)뿐만 아니라, 분할된 백업 롤(41, 42, 43) 사이에 배치된 복수의 베어링부(45)에 의해서도 압하 하중을 받을 수 있으므로, 보다 큰 압하력으로 주조편(1)을 압하할 수 있어, 충분히 포로시티를 저감시키는 것이 가능해진다.
덧붙여 말하면, 백업 롤(40)의 롤 축 방향에 있어서의 분할수는, 복수(2개 이상)이면 되고, 본 실시 형태에서는 3개인 경우를 나타내고 있다. 이 분할수의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니며, 실제의 조업이 가능한 범위에서 설정하면 된다. 이와 같이, 본 실시 형태인 주조편 압하 장치(30)에 의하면, 포로시티, 중심 편석, 내부 깨짐의 발생이 억제된 고품질의 주조편(1)을 제조하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시 형태인 주조편 압하 장치에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경 가능하다.
예를 들어, 본 실시 형태에서는, 복수로 분할된 백업 롤을 구비한 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 분할되어 있지 않은 1개의 백업 롤을 구비한 것이어도 된다. 단, 백업 롤을 복수로 분할함으로써, 압하 하중을 분산하여 받을 수 있어, 큰 압하력으로 주조편을 압하할 수 있으므로, 백업 롤을 복수로 분할하는 것이 바람직하다.
또한, 백업 롤의 분할수에 제한은 없고, 2개, 혹은 4개 이상으로 분할한 것이어도 된다.
또한, 압하 수단으로서, 유압 실린더를 사용한 것으로 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 프레임(151)과 제2 프레임(152)에, 접시 스프링(155)과 스크류 잭(156)을 사용한 기계식 압하 수단(154)을 배치해도 된다.
또한, 수직 굽힘형 연속 주조기에 배치하는 것으로서 설명하였지만, 만곡형 연속 주조기나 수직형 연속 주조기나 수평형 연속 주조기에 적용해도 된다.
본 발명의 주조편 압하 장치는, 연속 주조 장치에 있어서, 주조편에 굽힘 변형 혹은 교정 변형이 발생하지 않는 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
주조편에 굽힘 변형 또는 교정 변형이 발생하지 않는 위치라 함은, 연속 주조 설비를 구성하는 수직부, 굽힘부, 만곡부, 교정부, 수평부 중, 굽힘부, 교정부를 제외한 위치를 의미하고 있고, 주조편 압하 장치를 당해 위치에 배치함으로써, 주조편을 압하한 경우에, 주조편의 내부 깨짐을 억제할 수 있다.
구체적으로는, 수직 굽힘형 연속 주조 설비의 경우, 수직부, 만곡부, 수평부 중 어느 위치에 배치해도 된다. 만곡형 연속 주조 설비의 경우, 만곡부, 수평부 중 어느 위치에 배치해도 된다. 굽힘부, 교정부를 갖지 않는 수평 연속 주조 설비, 수직 연속 주조 설비의 경우에는 어느 위치에 배치해도 된다.
단, 주형을 나온 직후의 위치에 있어서, 주조편을 크게 압하한 경우, 중심 편석, 포로시티의 개선으로 이어지지 않을 뿐만 아니라, 응고 쉘의 강도가 작아 내부 깨짐의 발생으로 이어지므로, 주형 하단부로부터 2m 미만의 범위에 대해서는, 통상 중심 고상률이 0일 가능성이 높으므로, 주조편 압하 장치를 배치하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 중심 편석 등의 개선 효과가 얻어지는 것은, 주형 하단부로부터 2m 이후의 위치에 배치하여, 중심 고상률이 0보다도 커지도록 냉각함으로써, 상기한 효과가 얻어진다. 또한, 중심 고상률의 범위는 특별히 한정되지 않지만, 다소 응고가 진행되고 나서 압하해도 효과는 얻어지므로, 전술한 바와 같이, 0.2∼1.0의 범위로 해도 되고, 나아가서는 0.6∼1.0의 범위로 해도 된다.
또한 도 5에 도시한 바와 같이, 주조편(1)을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤(31, 32) 중 어느 한쪽 혹은 양쪽을, 그 축 방향 중앙부에 있어서 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부(201)와, 이 대직경부(201)의 양단부에 각각 위치하는 소직경부(202)를 구비하도록 해도 된다.
이 예에 있어서는, 주조편(1)의 폭 W가 900㎜ 이상으로 되어 있고, 한쪽의 주조편 압박 롤(31)은 대직경부(201)가 위치하는 주조편(1)의 폭 방향 중앙 영역(S1)을 압박하고, 소직경부(202)가 위치하는 주조편(1)의 폭 방향 단부 영역(S2)을 압박하지 않는 구성으로 되어 있다.
또한, 주조편(1)의 폭 방향 단부 영역(S2)은, 주조편(1)의 두께 t로서, 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 60㎜ 이상이고, 또한 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 1.5×t 이하인 영역으로 되어 있다. 이 예에서는, 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 60㎜ 이상이고, 또한 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 360㎜ 이하인 영역으로 되어 있다.
한쪽의 주조편 압박 롤(32)을 지지하는 백업 롤(40)은, 주조편 압박 롤(32)의 축 방향[주조편(1)의 폭 방향]에 있어서 분할되어 있고, 이 예에서는, 상기한 실시 형태와 마찬가지로, 제1 백업 롤(41), 제2 백업 롤(42), 제3 백업 롤(43)의 3개로 분할되어 있다.
여기서, 이들 백업 롤(40)은, 주조편 압박 롤(32)의 대직경부(201)를 지지하도록 배치되어 있다.
또한, 이들 제1 백업 롤(41), 제2 백업 롤(42), 제3 백업 롤(43)은 그 양단부가 축지지부(45)에 의해 축지지되어 있고, 각각 중심축 Ob1, Ob2, Ob3을 중심으로 회전 가능하게 되어 있다.
여기서, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)은 주조편 압박 롤(31, 32)에 대해 주조편(1)의 인발 방향(Z) 하류측에 배치되어 있어도 된다. 그 경우, 제2 백업 롤(42)은 주조편 압박 롤(31, 32)에 대해 주조편(1)의 인발 방향(Z) 상류측에 배치된다.
즉, 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)과, 제2 백업 롤(42)에 의해, 주조편 압박 롤(31, 32)을 인발 방향(Z)으로 끼움 지지하도록 해도 된다.
이 경우, 도 7에 도시하는 바와 같이, 주조편 압박 롤(32)을 예로 들어 설명하면, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow에 직교하는 단면에 있어서, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow와 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)의 중심축 Ob1, Ob3을 연결한 직선과, 압하 방향(연직 방향)이 이루는 각도 θ는 5°이하로 되어 있다.
또한, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow와 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)의 중심축 Ob1, Ob3의 인발 방향(Z)의 어긋남량 X는, sin0.23°×(Rw＋Rb)≤X≤sin5°×(Rw＋Rb)의 범위 내로 되어 있다. 또한, Rw는 주조편 압박 롤(32)의 대직경부(201)의 반경이고, Rb는 백업 롤(40)의 반경이다.
주조편 지지 롤에 대해 연직 방향으로 압하 하중 F가 작용하는 경우, 상기 주조편 지지 롤에 대해 상기 주조편의 인발 방향 하류측에 배치된 상기 백업 롤의 베어링부에는, 연직 방향으로 작용하는 압하 하중 F와 수평 방향으로의 하중의 합력인 F/cosθ의 하중이 작용하게 된다. 여기서, 상기 각도 θ를, θ≤5°로 하고 있으므로, 상기 백업 롤의 베어링부에 작용하는 하중이 과대해지는 것을 억제할 수 있어, 상기 백업 롤의 베어링부의 수명 연장을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 각도 θ를, θ≥0.23°로 하고 있으므로, 상기 백업 롤에 의해 확실하게 인발 저항을 받을 수 있어, 주조편 지지 롤의 인발 방향으로의 휨 변형을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 이 예에서는, 주조편 압박 롤(32)의 인발 방향(Z) 상류측에 배치된 제2 백업 롤(42)에 대해서도, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow에 직교하는 단면에 있어서, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow와 제2 백업 롤(42)의 중심축 Ob2를 연결한 직선과, 압하 방향(연직 방향)이 이루는 각도 θ'는 5°이하로 되어 있고, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow와 제2 백업 롤(42)의 중심축 Ob2의 인발 방향(Z)의 어긋남량 X'가 sin0.23°×(Rw＋Rb)≤X'≤sin5°×(Rw＋Rb)의 범위 내로 되어 있다.
이러한 주조편 압박 롤(32)의 축 방향 중앙부에, 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부(201)를 갖는 구성을 갖는 주조편 압하 장치(30)를 구비한 연속 주조 장치(10)에 있어서는, 상기 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 주조편(1)이 수평 방향으로 인출되는 수평대(17)의 후단측에 있어서, 주조편(1)이 완전히 응고되게 되어, 수평대(17)의 수평 롤부(27)에 있어서, 주조편(1)에 대해 압하가 실시된다.
이때, 주조편 압박 롤(31, 32)에는, 압하 반력에 의해 압하 방향(본 실시 형태에서는 연직 방향)으로의 힘이 작용하게 된다. 또한, 주조편 압박 롤(31, 32)에는, 주조편(1)이 인발 방향(Z)측으로 이동할 때의 인발 저항에 의해 인발 방향(Z)(본 실시 형태에서는 수평 방향)으로의 힘이 작용하게 된다.
여기서, 상술한 구성을 갖는 실시 형태에 있어서는, 주조편 압박 롤(32)이, 그 축 방향 중앙부에 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부(201)와, 이 대직경부(201)의 양단부에 위치하는 소직경부(202)를 구비하고 있고, 주조편 압박 롤(32)은 대직경부(201)가 위치하는 주조편(1)의 폭 방향 중앙 영역(S1)을 압박하고, 소직경부(202)가 위치하는 주조편(1)의 폭 방향 단부 영역(S2)을 압박하지 않는 구성으로 되어 있으므로, 미응고부(3)가 존재하는 주조편(1)의 폭 방향 중앙 영역(S1)만을 압하하는 것이 가능해진다. 따라서, 압하 하중을 대폭 저감시킬 수 있다.
또한, 주조편 압박 롤(32)이 백업 롤(40)에 의해 지지되어 있으므로, 압하 방향으로의 주조편 압박 롤(32)의 휨 변형을 억제할 수 있다.
또한, 완전 응고되어 있는 주조편(1)의 폭 방향 단부 영역(S2)에 주조편 압박 롤(32)의 소직경부(202)가 위치되어 있으므로, 미응고부(3)가 존재하는 폭 방향 중앙 영역(S1)에 있어서만 인발 저항이 작용하게 되어, 주조편 압박 롤(32)의 인발 방향으로의 휨 변형도 방지하는 것이 가능해진다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 소직경부(202)가 위치하는 주조편(1)의 폭 방향 단부 영역(S2)이, 주조편(1)의 두께 t로서, 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 60㎜ 이상이고, 또한 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 중심측으로 1.5×t 이하인 영역으로 되어 있고, 구체적으로는, 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 60㎜ 이상이고, 또한 주조편(1)의 폭 방향 단부로부터 360㎜ 이하인 영역을 예시할 수 있다. 이에 의해, 완전 응고된 영역을 압하하는 것을 피할 수 있어, 압하 하중을 확실하게 저감시킬 수 있다. 또한, 주조편 압박 롤(31)의 압하 방향의 휨 변형 및 인발 방향의 휨 변형을 억제할 수 있다.
또한, 백업 롤(40)이 주조편 압박 롤(32)의 축 방향에 있어서, 제1 백업 롤(41), 제2 백업 롤(42), 제3 백업 롤(43)로 분할되어 있으므로, 이들 백업 롤(40)의 축 방향 길이를 짧게 할 수 있어, 롤 직경이 작아도 강성을 확보할 수 있다.
여기서, 제1 백업 롤(41)과 제3 백업 롤(43)이, 주조편 압박 롤(31, 32)에 대해 주조편(1)의 인발 방향(Z) 하류측에 배치되어 있으므로, 인발 저항을 제1 백업 롤(41)과 제3 백업 롤(43)에서 받을 수 있어, 주조편 압박 롤(31, 32)의 인발 방향으로의 휨 변형을 억제할 수 있다.
또한, 제2 백업 롤(42)이, 주조편 압박 롤(31, 32)에 대해 주조편(1)의 인발 방향(Z) 상류측에 배치되어 있고, 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)과, 제2 백업 롤(42)에 의해, 주조편 압박 롤(31, 32)을 인발 방향(Z)으로 끼움 지지하고 있으므로, 조업 상황에 따라 주조 속도(주조편의 인발 속도)가 변경된 경우라도, 주조편 압박 롤(31, 32)에 요동이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow와 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)의 중심축 Ob1, Ob3의 인발 방향(Z)의 어긋남량 X를, sin0.23°×(Rw＋Rb)≤X로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 주조편 압박 롤(32)에 가해지는 인발 저항을, 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)에 확실하게 전달할 수 있어, 주조편 압박 롤(32)의 인발 방향(Z)으로의 휨 변형을 방지할 수 있다.
또한, 상기 어긋남량 X를, X≤sin5°×(Rw＋Rb)로 하는 것이 바람직하고, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow에 직교하는 단면에 있어서, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow와 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)의 중심축 Ob1, Ob3을 연결한 직선과, 압하 방향(본 실시 형태에서는 연직 방향)이 이루는 각도 θ가 45°이하로 되어 있으므로, 압하 방향의 하중을 제1 백업 롤(41) 및 제3 백업 롤(43)에 전달할 수 있어, 주조편 압박 롤(32)의 압하 방향으로의 휨 변형을 억제할 수 있다.
또한, 주조편 압박 롤(32)의 인발 방향(Z) 상류측에 배치된 제2 백업 롤(42)에 대해서도, 주조편 압박 롤(31)의 중심축 Ow와 제2 백업 롤(42)의 중심축 Ob2의 인발 방향(Z)의 어긋남량 X'를, sin0.23°×(Rw＋Rb)≤X'≤sin5°×(Rw＋Rb)의 범위 내로 하고, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow에 직교하는 단면에 있어서, 주조편 압박 롤(32)의 중심축 Ow와 제2 백업 롤(42)의 중심축 Ob2를 연결한 직선과, 압하 방향(본 실시 형태에서는 연직 방향)이 이루는 각도 θ'를 5°이하로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해, 주조편 압박 롤(32)의 인발 방향(Z)에 있어서의 요동을 방지할 수 있음과 함께, 이 제2 백업 롤(42)에 의해 압하 방향의 하중을 받을 수 있다.
상기한 예에서는, 백업 롤을 주조편 압박 롤의 인발 방향 하류측 및 상류측에 배치하는 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 백업 롤을 주조편 압박 롤의 인발 방향 하류측에만 배치해도 되고, 인발 방향에 있어서 주조편 압박 롤의 중심축과 백업 롤의 중심축이 동일 위치로 되도록 배치되어 있어도 된다.
또한, 상기한 예에서는, 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤(31, 32) 중 한쪽의 주조편 압박 롤(32)이 대직경부(201)를 갖는 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤(31, 32)의 양쪽이 대직경부를 갖고 있어도 된다.
본 발명에 있어서는, 대상으로 하는 주조편의 폭은 900㎜ 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
900㎜ 이상의 폭 넓은 주조편이라도, 주조편 압박 롤(31, 32)이 백업 롤에 의해 지지되어 있으므로, 주조편 압박 롤(31, 32)이 압하 방향으로 휨 변형되는 것이 억제되게 된다. 또한, 주조편 압박 롤(31, 32)의 인발 방향으로의 휨 변형도 억제된다. 따라서, 확실하게 주조편(1)의 폭 방향 중앙부를 압하할 수 있어, 벌징 변형에 의한 중심 편석이나 포로시티와 같은 내부 결함의 발생을 억제하는 것이 가능해진다
실시예
이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실험의 결과에 대해 설명한다.
이 실험에서는, 도 1에 도시하는 수직 굽힘형 연속 주조기의 수평대에, 도 8내지 도 12에 도시하는 주조편 압하 장치를, 주조편의 인발 방향으로 2대 연속으로 설치하고, 주조 중인 주조편을 압하하여, 압하력 지수, 벌징 지수, 중심 편석 지수, 포로시티 지수를 평가하였다.
주조편의 사이즈는, 두께 300㎜×폭 2200㎜, 주조 속도는 0.9m/min, 주조편 압하 장치를 배치한 주조편 중심 고상률이 0.2∼1.0의 범위로 되도록, 주형 아래 22m의 위치로부터 주조편의 인발 방향으로 2대 연속으로 주조편 압하 장치를 설치하였다.
또한, 주조편 압박 롤 및 백업 롤의 롤 직경을 270㎜로 하고, 프레임의 주조편 인발 방향으로, 7세트의 주조편 압박 롤을 배치하였다. 또한, 제1 프레임 및 제2 프레임은, 4개의 압하 수단(유압 실린더)에 의해 연결된 것으로 하였다.
종래예로서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 백업 롤이 없고, 주조편 압박 롤(31, 32)을 롤 축 방향으로 3분할한 구조의 주조편 압하 장치를 사용하였다.
본 발명예 1로서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 주조편의 폭보다도 롤 축 방향 길이가 긴 주조편 압박 롤(31, 32)을 갖고, 이 주조편 압박 롤 1개에 대해, 1개의 백업 롤을 배치한 구조의 주조편 압하 장치를 사용하였다.
본 발명예 2로서, 도 10에 도시하는 바와 같이, 주조편의 폭보다도 롤 축 방향 길이가 긴 주조편 압박 롤(31, 32)을 갖고, 이 주조편 압박 롤 1개에 대해, 롤 축 방향으로 2분할한 백업 롤(40)을 배치한 구조의 주조편 압하 장치를 사용하였다.
본 발명예 3으로서, 도 11에 도시하는 바와 같이, 주조편의 폭보다도 롤 축 방향 길이가 긴 주조편 압박 롤(31, 32)을 갖고, 이 주조편 압박 롤 1개에 대해 롤 축 방향으로 3분할한 백업 롤(40)을 배치한 구조의 주조편 압하 장치를 사용하였다.
본 발명예 4로서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 주조편의 폭보다도 롤 축 방향 길이가 긴 주조편 압박 롤(31, 32)을 갖고, 상측의 주조편 압박 롤(32)이 축 방향 중앙부에 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부를 갖고, 이 주조편 압박 롤 1개에 대해 롤 축 방향으로 3분할한 백업 롤(40)을 배치한 구조의 주조편 압하 장치를 사용하였다. 주조편을 압박하는 대직경부의 롤 직경을 270㎜로 하고, 그 이외의 부분의 롤 직경을 255㎜로 하였다. 대직경부의 길이는 1900㎜로 하였다. 복수의 백업 롤에 의해 지지하는 대직경부의 범위를 1890㎜로 하였다.
또한 실험 결과를 평가할 때의 압하력 지수는, 주조 중, 베어링 하부에 배치한 로드셀에 의해 측정된 각 베어링(주조편 압박 롤의 각 베어링 및 백업 롤의 각 베어링)에의 분배 하중 중, 가장 큰 값이, 하기하는 (1)식을 만족시키도록 압하력을 조정하여, 종래예에 있어서의 값을 기준화하였다.
Figure 112014067100418-pct00001
덧붙여 말하면, (1)식의 5.0이라 하는 값은, 조업 실적으로부터, 베어링에의 하중의 적정 범위 내의 값이므로, 5.0으로 설정하였다.
압하량 지수는, 주조 후, 주조편 두께를 실측하여, 압하를 가한 경우와 가하지 않은 경우의 두께차를, 주조편에 가해진 압하량으로서 구하고, 종래예에 있어서의 압하량을 기준으로 하여, 상대값으로 나타냈다.
벌징 지수는, 유한 요소법 해석을 이용하여, 주조편 두께 방향의 변형량의 최대값을 평가하고, 종래예에 있어서의 값을 기준으로 하여, 상대값으로 나타냈다.
중심 편석 지수는, 하기하는 (2)식으로부터 구하였다.
Figure 112014067100418-pct00002
여기서, 주조편 Mn 편석도라 함은, (Mn 편석부의 Mn 농도의 최대값)/(주조편 전체의 Mn 농도)이며, 다음과 같은 순서로 측정하였다.
주조편의 폭 방향을 따라, 10개소, 균등하게 분할한 위치로부터, 주조편 두께 중앙부를 중심으로 50㎜×50㎜의 샘플을 채취하고, 이 샘플의 표면을 연마한 후, 주조편 두께 방향으로 X선에 의한 선 분석을 실시하여, Mn 농도의 피크값을 측정하고, Mn 편석부의 Mn 농도로 하였다. 주조편 전체의 Mn 농도는, 용강 단계에서 분석, 측정한 값을 사용하였다.
포로시티 지수는, 주조편으로부터 두께 중앙부를 중심으로 20㎜ 두께의 샘플을 잘라내어, X선 투과 촬영에 의해, 주조편 두께 방향 단면적에 대한 포로시티의 합계 단면적을 구하고, 종래예에 있어서의 면적률을 기준으로 하여, 상대값으로 나타냈다.
이들 평가 결과를 표 1, 도 13에 나타낸다.
Figure 112014067100418-pct00003
본 발명예 1에서는, 종래예에 비해, 베어링의 수가 적음으로써, 각 베어링에 분배되는 하중이 증가하여, 압하력 지수는 낮아졌지만, 주조편 압박 롤이 분할되어 있지 않으므로, 주조편의 폭 방향에서 롤 미지지대가 없어져, 벌징 지수가 저감되었다. 이에 의해, 포로시티 지수는 15％ 저감되고, 중심 편석 지수는 40％ 저감되었다.
본 발명예 2에서는, 백업 롤을 2분할로 함으로써, 각 베어링에 분배되는 하중이 감소하여, 종래예에 비해 압하력 지수를 증가시킬 수 있었다. 또한, 벌징 지수가 본 발명예 1과 동일 정도까지 저감된 것에 더하여, 압하력 지수가 증가함으로써, 주조편에 응고 수축을 보상하는 압하량을 부여할 수 있었다고 생각되어, 포로시티 지수는 40％, 중심 편석 지수는 70％ 저감되었다.
본 발명예 3에서는, 백업 롤을 3분할로 함으로써, 압하력 지수를 더욱 증가시킬 수 있었다. 이에 의해, 주조편의 압하량이 더욱 증가하고, 포로시티 지수는 55％, 중심 편석 지수는 75％ 저감되었다.
본 발명예 4에서는, 백업 롤을 3분할로 함으로써, 발명예 2에 비해, 각 베어링에 분배되는 하중이 감소하여, 압하력 지수를 증가시킬 수 있었지만, 좁은 범위를 압하하는 것으로 되었으므로, 발명예 3에 비해, 특정 베어링에 분배되는 하중이 증가하여, 압하력 지수가 약간 감소하였다. 그러나, 변형 저항이 높은 주조편 단부의 압하를 피할 수 있었으므로, 압하량은 증가하고, 포로시티 지수는 70％, 중심 편석 지수는 76％ 저감되었다.
이와 같이, 본 발명예 1-4에 의하면, 종래예와 비교하여, 중심 편석과 포로시티를 동시에 개선하는 것이 확인되었다. 또한 주조편 압박 롤에 대직경부를 갖는 경우에는, 중심 편석과 포로시티를 가장 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한 상기한 주조편 압박 롤(32)이, 그 축 방향 중앙부에 있어서 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부(201)와, 이 대직경부(201)의 양단부에 각각 위치하는 소직경부(202)를 구비하도록 한 것에 의한 효과를 확인하기 위해, 주조편 압박 롤의 압하 방향 및 인발 방향으로의 휨량을 유한 요소법 해석에 의해 계산한 결과에 대해, 참고예(주조편 압박 롤 유닛)로서 설명한다.
압하 방향의 주조편 압박 롤 휨량에 대해, 이하의 케이스에 대해 평가하였다.
(1) 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 한쪽(상측)만이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖고, 또한 이것을 지지하는 백업 롤을 갖는 경우,
(2) 주조편 압박 롤이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖지 않지만, 이것을 지지하는 백업 롤을 갖는 경우,
(3) 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 한쪽(상측)만이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖지만, 이것을 지지하는 백업 롤을 갖지 않는 경우. 이들 케이스 (1), (2), (3)의 개요를 도 14, 도 15, 도 16에 나타낸다. 동 도면 내에 각 케이스에 있어서의 압하 하중을 나타낸다.
여기서, 롤의 각 베어링은 탄성체인 판에 의해 고정되어 있는 것으로 하였다. 판의 두께는 40㎜로 하고, 높이를 500㎜로 하였다. 롤 직경은 φ300mm로 하고, 50㎜의 냉각수 구멍이 뚫려 있는 것으로 하였다. 주조편의 사이즈는 두께 300㎜×폭 2200㎜로 하였다. 이 단면의 주조편을 주조편 압박 롤 1개당 0.6㎜ 압하한 경우에는, 주조편 폭 방향 단부로부터 200㎜의 범위의 평균 인발 저항은, 미응고부의 용강 정압에 의한 인발 저항의 약 2.3배 정도로 되는 것이 계산에 의해 얻어져 있다. (1), (3)에 있어서의 주조편 압박 롤의 상기 대직경부에 의해 압하되지 않는 주조편의 폭 방향 단부 영역은 편측 200㎜로 하였다. 또한 케이스 (1), (2), (3)에 있어서는, 모두 주조편 압박 롤의 중심축과 백업 롤 중심축의 각 축선은, 인발 방향에서 일치하고 있다.
계산 결과를 도 17에 나타낸다. (1)과 (2)의 비교에 의해, 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 한쪽(상측)만이 축 방향 중앙부에 대직경부를 가짐으로써, 쌍으로 되는 주조편 압박 롤의 양쪽에 작용하는 압하 하중을 저감시킬 수 있어, 쌍으로 되는 주조편 압박 롤의 양쪽 휨 변형을 3분의 2 정도까지 억제 가능한 것이 확인되었다. 이에 의해 주조편 압박 롤에 영구 변형이 발생할 때까지의 수명을 대폭 길게 할 수 있다. 또한, 주조편 압박 롤의 변형에 기인하는 벌징 변형에 의한 중심 편석이나 포로시티와 같은 내부 결함이 적은 고품질의 주조편을 만들어낼 수 있다.
또한 (1)과 (3)의 비교에 의해, 주조편 압박 롤을, 강성이 높은 판 형상 프레임에 배치한 백업 롤에 의해 지지함으로써, 주조편 압박 롤의 휨 변형을 6분의 1 정도까지 억제 가능한 것이 확인되었다. 또한 케이스 (1)과 2의 비교 및 (1)과 (3)의 비교에 있어서, 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 다른 쪽(하측)만이 대직경부를 갖는 것으로 한 경우라도, 각각 마찬가지의 효과가 얻어진다.
다음으로, 인발 방향의 주조편 압박 롤 휨량에 대해, 이하의 케이스에 대해 평가하였다.
(4) 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 한쪽(상측)만이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖고, 백업 롤의 축선과 주조편 압박 롤의 축선이 인발 방향에서 일치하고 있는 경우,
(5) 주조편 압박 롤이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖지 않고, 백업 롤의 축선과 주조편 압박 롤의 축선이 인발 방향에서 일치하고 있는 경우,
(6) 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 한쪽(상측)만이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖고, 백업 롤 중 하나가 인발 방향 하류측에 배치된 경우. 이들 케이스 (4), (5), (6)의 개요를 도 18, 도 19, 도 20에 나타낸다.
계산 결과를 도 21에 나타낸다. (4)와 (5)의 비교에 의해, 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 한쪽(상측)만이 축 방향 중앙부에 대직경부를 가짐으로써, 쌍으로 되는 주조편 압박 롤의 양쪽에 작용하는 압하 하중을 저감시킬 수 있고, 그 결과, 인발 저항은 압하 하중에 비례하므로, 인발 저항을 저감시킬 수 있어, 주조편 압박 롤의 인발 방향의 휨 변형을 3할 정도 억제 가능한 것이 확인되었다. 이에 의해 주조편 압박 롤에 영구 변형이 발생할 때까지의 수명을 대폭 길게 할 수 있다. 또한, 주조편 압박 롤의 변형에 기인하는 벌징 변형에 의한 중심 편석이나 포로시티와 같은 내부 결함이 적은 고품질의 주조편을 만들어낼 수 있다.
또한 (6)과 같이 백업 롤 중 하나를 인발 방향 하류측에 배치한 경우, (4)의 경우에 비해, 인발 저항을 지지하는 개소가 증가하였으므로, 주조편 압박 롤의 휨 변형을 8분의 1 정도까지 억제 가능한 것이 확인되었다. 또한 케이스 (4)와 (5)의 비교 및 (4)와 (6)의 비교에 있어서, 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 다른 쪽(하측)만이 대직경부를 갖는다고 한 경우라도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
다음으로, (7) 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤 중 한쪽(상측)만이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖는 케이스, (8) 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 주조편 압박 롤의 양쪽이 축 방향 중앙부에 대직경부를 갖는 케이스에 대해, 응고 진행 중인 주조편을 1개소의 롤에 의해 압하하였을 때의 내부 깨짐의 발생률을 실험적으로 평가하였다. 이들 케이스 (7), (8)의 개요를 도 22, 도 23에 나타낸다.
여기서, 내부 깨짐 발생률은, 무작위로 추출한 주조편의 주조 방향 단면의 에치 프린트에, 1개소 이상의 내부 깨짐이 육안으로 확인된 확률을 나타낸다. 실험 조건과 내부 깨짐의 발생률의 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112014067100418-pct00004
대직경부를 갖는 롤이 주조편의 편측 뿐인 경우에는, 주조편의 편측으로부터 큰 압하량으로 압하되게 되지만, 대직경부를 갖는 롤을 주조편의 양측에 배치한 경우, 주조편을 양측으로부터 작은 압하량으로 압하하게 되므로, 내부 깨짐의 발생률은 매우 작아지는 것이 확인되었다.
1 : 주조편
10 : 연속 주조 설비
11 : 수냉 주형
30 : 주조편 압하 장치
31, 32 : 주조편 압박 롤
40 : 백업 롤
51, 151 : 제1 프레임
52, 152 : 제2 프레임
54, 154 : 압하 수단

Claims (6)

  1. 주형으로부터 인발되는 주조편을 압하하는 주조편 압하 장치이며,
    상기 주조편을 끼움 지지하여 압박하는 한 쌍의 주조편 압박 롤과, 이 주조편 압박 롤을 지지하는 백업 롤과, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 프레임을 갖고,
    상기 프레임 각각에, 상기 주조편 압박 롤 및 상기 백업 롤의 세트가, 주조편 인발 방향으로 3세트 이상 배치되어 있고,
    상기 한 쌍의 프레임에는, 상기 한 쌍의 프레임 사이의 거리를 근접 이격시키는 압하 수단이 2개소 이상 설치되고,
    상기 주조편을 사이에 두고 쌍으로 되는 상기 주조편 압박 롤 중 적어도 한쪽은, 축 방향 중앙부에, 직경 방향 외측으로 돌출된 대직경부를 갖고,
    상기 주조편의 두께를 t로 한 경우에, 상기 주조편 압박 롤의 상기 대직경부에 의해 압하되지 않는 상기 주조편의 폭 방향 단부 영역이, 상기 주조편의 폭 방향 단부로부터 60㎜ 이상이고, 또한 주조편의 폭 방향 단부로부터 1.5×t 이하의 영역으로 되어 있는, 주조편 압하 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 백업 롤은, 상기 주조편 압박 롤의 축 방향에 있어서 복수로 분할되어 있는, 주조편 압하 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 백업 롤이, 상기 주조편 압박 롤에 대해 상기 주조편의 인발 방향 하류측에 배치되어 있는, 주조편 압하 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 백업 롤은, 상기 주조편 압박 롤의 축 방향에 있어서 분할되어 있고, 적어도 하나의 백업 롤이 상기 주조편의 인발 방향 하류측에 배치되고, 적어도 하나의 백업 롤이 상기 주조편의 인발 방향 상류측에 배치되어 있는, 주조편 압하 장치.
  6. 삭제
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