KR101790001B1 - 용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법 - Google Patents

용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법에 관한 것으로, 메인 몰드 플럭스를 마련하는 과정; 몰드에 용강을 주입하는 과정; 상기 메인 몰드 플럭스를 용융시켜 용융 몰드 플럭스를 제조하고, 상기 용강 상부에 상기 용융 몰드 플럭스를 주입하는 과정; 주편을 주조하는 과정; 및 상기 주편을 주조하는 과정에서 주조 상태에 따라 첨가제의 투입 여부를 결정하는 과정;을 포함하고, 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법{Melt supply equipment, casting apparatus and casting method}
본 발명은 용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법에 관한 것이다.
주편의 주조 공정에서 사용되는 용융물 주입장치, 예컨대 용융 몰드 플럭스 주입장치는 분체인 몰드 플럭스를 용융시켜 몰드로 공급하는 설비이다. 통상적인 용융 몰드 플럭스 주입설비는 몰드 플럭스가 저장되는 호퍼와, 호퍼로부터 몰드 플럭스를 공급받아 용융시키는 용해로와, 용해로의 일측에 구비되어 용해로 내부로 화염을 분사함으로써 몰드 플럭스를 용해시키는 토치를 포함한다. 이때, 용해로에는 용해된 용융 몰드 플럭스가 토출되는 토출구가 형성될 수 있다.
이와 같이 몰드 플럭스를 용해시켜 몰드에 공급하면 몰드 내 용강의 온도 저하를 억제할 수 있는 동시에, 윤활성능을 향상시켜 주편 결함을 저감시킬 수 있다.
그런데 강종마다 특성 성분을 갖도록 제조된 몰드 플럭스를 용해로에서 용융시켜 주편을 주조하는 경우, 강중에 함유되는 불순물과 몰드 플럭스 간의 반응에 의해 몰드 플럭스의 성분이 변화하는 현상이 발생한다. 예컨대 Al을 다량 함유하는 용강을 이용하여 주조를 하는 경우, 몰드 플럭스에 Al2O3가 픽업되면서 몰드 플럭스의 점도가 상승하게 된다. 이에 몰드 플럭스가 몰드와 주편(응고셀) 사이로 원활하게 유입되지 않아 용강과 몰드 사이의 열전달이 불균일해지고, 윤활능이 저하되어 응고셀 터짐 현상이 발생하거나 주편의 표면에 크랙이 발생하는 등의 조업 사고가 발생하게 된다.
이와 같은 몰드 플럭스의 물성 변화에 의해 단일 강종을 한 차지(charge) 이상의 다연연주를 수행하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 여러 강종을 다연연주하는 경우, 강종이 바뀔때마다 그에 적합한 물성의 몰드 플럭스를 이용하여야 한다. 따라서 강종이 바뀌면 그에 적합한 물성을 갖도록 제조된 몰드 플럭스를 몰드에 주입해야 한다. 그런데 강종에 따른 몰드 플럭스를 공급할 때 서로 다른 물성을 갖는 몰드 플럭스가 혼합되지 않도록 하는 것이 좋으나, 공정 특성 상 서로 다른 물성을 갖는 몰드 플럭스가 상호 혼합되는 과도기가 발생할 수 밖에 없다. 이러한 과도기에는 몰드 플럭스가 몰드와 응고셀 사이로 원활하게 유입되지 못해 응고셀의 터짐 현상이 종종 발생하는 문제점이 있다.
KR2014-70037A KR2013-70667A
본 발명은 주조 효율을 향상시킬 수 있는 용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법을 제공한다.
본 발명은 주편의 품질을 향상시킬 수 있는 용융물 주입 장치, 이를 이용한 주조설비 및 주조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 용융물 주입 장치는, 이종의 원료를 각각 공급하는 원료공급부와; 상기 원료공급부에서 공급되는 이종의 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합부와; 상기 혼합부와 연결되어 상기 혼합부에서 공급되는 혼합물을 용융시켜 용융물을 생성하고, 상기 용융물이 토출되는 토출구가 마련되는 용융부; 및 상기 원료공급부, 혼합부 및 용융부의 동작을 제어하여 상기 혼합물의 성분을 조절하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 원료공급부는 제1원료를 공급하는 제1원료공급부와, 서로 다른 성분을 갖는 복수의 제2원료를 개별적으로 공급하는 제2원료공급부를 포함할 수 있다.
제1원료공급부는, 제1원료를 저장하는 제1저장기와; 상기 제1저장기와 상기 혼합부를 연결하는 제1이송배관; 및 상기 제1저장기와 상기 제1이송배관 중 적어도 하나에 구비되어 상기 제1원료의 배출량을 조절하는 제1절출기;를 포함할 수 있다.
상기 제2원료공급부는, 상기 복수의 제2원료를 각각 저장하는 복수의 제2저장기와; 상기 복수의 제2저장기와 상기 혼합부를 각각 연결하는 제2이송배관과; 및 상기 제2저장기와 상기 제2이송배관 중 적어도 하나에 구비되어 상기 제2원료의 배출량을 조절하는 제2절출기;를 포함할 수 있다.
상기 혼합부는 상기 제1이송배관 및 상기 제2이송배관과 연통되는 혼합용기와; 상기 혼합용기 내에 구비되어 상기 제1원료와 제2원료를 혼합하는 교반기; 및 상기 제1원료와 제2원료의 혼합물을 용융부로 이송하는 제3이송배관;을 포함할 수 있다.
상기 혼합부는 상기 제1이송배관 및 상기 제2이송배관과 연통되는 혼합용기를 포함하고, 상기 혼합용기는 회전 가능할 수 있다.
상기 용융부는, 내부에 상기 제1원료와 제2원료가 수용되고 용해되는 용해공간을 구비하는 용해로와; 상기 용해로의 일측에 구비되어 상기 용해공간에 열원을 공급하는 열원 공급부;를 포함할 수 있다.
상기 열원 공급부는 플라즈마를 열원으로 사용할 수 있다.
상기 제어부는 입력되는 신호에 따라 상기 제2원료의 투입 여부를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조설비로서, 용강을 전달받아 초기 응고시키는 몰드와; 상기 몰드에 용융 몰드 플럭스를 주입하는 용융물 주입장치와; 상기 몰드의 온도 및 상기 몰드 내 주입되는 용융 몰드 플럭스의 성분 중 적어도 하나를 측정부; 및 상기 측정부의 측정 결과에 따라 상기 몰드에 주입되는 용융 몰드 플럭스의 성분을 변경 가능하도록 상기 용융물 주입장치의 동작을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 용융물 주입장치는 메인 몰드 플럭스를 공급하는 제1원료공급부와; 첨가제를 공급하는 제2원료공급부와; 상기 제1원료공급부와 상기 제2원료공급부에서 공급되는 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합부; 및 상기 혼합부에서 공급되는 혼합물을 용해시켜 용융 몰드 플럭스를 생성하고, 상기 용융 몰드 플럭스를 상기 몰드에 주입하는 용융부;를 포함할 수 있다.
상기 제2원료공급부는 복수의 첨가제를 개별적으로 저장하고, 상기 복수의 첨가제를 상기 혼합부에 선택적으로 공급할 수 있다.
상기 측정부는 상기 몰드의 온도를 측정하는 온도측정기를 포함할 수 있다.
상기 측정부는 상기 몰드에 주입된 용융 몰드 플럭스를 채취하는 프로브와, 상기 프로브에 의해 채취된 용융 몰드 플럭스의 성분을 분석하는 분석기를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 측정부에 의해 측정된 결과를 이용하여 상기 첨가제의 투입여부를 결정하고, 그 결과에 따라 상기 제2원료공급부를 제어하여 첨가제의 종류 및 투입량을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조방법으로서, 메인 몰드 플럭스를 마련하는 과정; 몰드에 용강을 주입하는 과정; 상기 메인 몰드 플럭스를 용융시켜 용융 몰드 플럭스를 제조하고, 상기 용강 상부에 상기 용융 몰드 플럭스를 주입하는 과정; 주편을 주조하는 과정; 및 상기 주편을 주조하는 과정에서 주조 상태에 따라 첨가제의 투입 여부를 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 메인 몰드 플럭스를 마련하는 과정에서, 상기 첨가제를 마련할 수 있다.
상기 메인 몰드 플럭스를 용융시켜 용융 몰드 플럭스를 제조하는 과정에서, 상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 함께 용융시킬 수 있다.
상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 주조 상태로서 상기 몰드의 온도를 측정하고, 측정된 몰드의 온도값에 따라서 상기 첨가제의 투입 여부를 결정할 수 있다.
상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 주조 상태로서 상기 몰드에 주입된 용융 몰드 플럭스의 성분을 분석하고, 분석된 용융 몰드 플럭스의 성분에 따라 상기 첨가제의 투입 여부를 결정할 수 있다.
상기 첨가제의 투입이 결정되면, 상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합한 후 용융시켜 성분이 변경된 용융 몰드 플럭스를 상기 몰드에 주입할 수 있다.
상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 몰드에 주입되는 용강의 종류가 변경되면 상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합한 후 용융시켜 성분이 변경된 용융 몰드 플럭스를 상기 몰드에 주입할 수 있다.
상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합할 때, 상기 용강의 종류에 따라 서로 다른 성분의 첨가제를 투입할 수 있다.
상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합할 때, 상기 용강의 종류에 따라 동일한 성분을 갖는 첨가제의 투입량을 변경할 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 주조 중 몰드 슬래그의 성분 변화에 신속하게 대응하여 주조 효율 및 주편의 품질을 향상시킬 수 있다. 즉, 주조 중 몰드 슬래그의 성분을 조절하기 위한 첨가제를 첨가하여 몰드 슬래그의 성분 변화에 실시간으로 대응할 수 있다. 따라서 몰드 슬래그의 성분 변화에 의한 주편 표면의 크랙이나 응고셀의 터짐 현상을 방지할 수 있으므로 주편의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 단일 강종을 연연주가 가능해져 생산성도 향상시킬 수 있다.
또한, 여러 강종을 연연주하는 경우 강종에 적합한 용융 몰드 플럭스를 신속하게 제조하여 공급할 수 있으므로 주조 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 서로 다른 물성을 갖는 용융 몰드 플럭스가 혼합되는 시간을 저감하여 주편의 터짐 현상 등이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 주조설비의 요부 구성을 보여주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 주조설비의 구성을 보여주는 블록도.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 주조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 주조 방법으로 주편을 주조하는 경우 몰드에 용융 몰드 플럭스를 주입하는 방법을 개념적으로 보어주는 블록도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법으로 주편을 주조할 때 첨가제의 투입 여부에 따른 실험 결과를 보여주는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 주조설비의 요부 구성을 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 주조설비의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조장치는, 제강공정에서 정련된 용강이 담기는 래들(10)과, 래들(10)에 연결되는 주입노즐(미도시)을 통해 용강을 공급받아 이를 일시 저장하고 몰드(30)에 공급하는 턴디쉬(20)와, 턴디쉬(20)에 연결되는 침지노즐(22)을 통해 용강을 전달받아 일정한 형상으로 초기 응고시키는 몰드(30)와, 몰드(30)의 하부에 구비되어 몰드(30)로부터 인발된 미응고 주편(1)을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 복수의 세그먼트가 연속적으로 배열되는 냉각라인(40)을 포함할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 주조장치는 몰드(30)에 공급되는 용강 탕면에 몰드 플럭스를 용융시켜 공급하는 용융물 주입장치(100)와, 몰드(30) 내 몰드 플럭스의 성분 변화에 따른 여러 가지 현상을 측정하는 측정부(130)와, 측정부(130)의 측정 결과에 따라 용융물 주입장치(100)의 동작을 제어하는 제어부(140)를 포함할 수 있다.
용융물 주입장치(100)는 고상의 몰드 플럭스를 용융시켜 몰드(30)에 액상의 몰드 플럭스, 즉 용융 몰드(30)를 공급할 수 있다. 종래에는 용융물 주입장치가 강종에 따라 특정 성분을 갖도록 제공되는 몰드(30)를 그대로 플라즈마 토치 등과 같은 가열수단으로 실시간으로 용융시켜 몰드(30)에 공급하였다. 그러나 주조 시 몰드(30) 내 공급된 용융 몰드(30)가 용강 중 불순물과 반응하여 그 성분이 변경되더라도, 용융물 주입장치에서는 계속 동일한 성분의 몰드(30)를 공급하기 때문에 주조 중 몰드(30)의 성분 변화에 실시간으로 대응하는 것이 불가능하였다.
또한, 이강종을 연연주하는 경우에는 강종에 따라 서로 다른 성분의 몰드(30)가 제공되기 때문에 강종에 적합한 성분을 갖는 몰드(30)로 변경하는데 시간이 소요되고, 용해로(112) 내에서 서로 다른 성분의 몰드(30)가 불가피하게 혼합되어 몰드(30)와 응고셀 사이로 몰드(30)가 원활하게 주입되 못해 응고셀 터짐 현상 등과 같은 문제점이 발생하였다.
이에 본 발명에서는 전술한 용융물 주입장치의 문제점을 해결하기 위하여 몰드(30)에 공급되는 용융 몰드(30)의 성분을 실시간으로 변경할 수 있도록 용융물 주입장치(100)를 구성하였다. 이하에서는 몰드 플럭스를 지칭함에 있어, 용해로(112)에 공급되기 이전에는 고상의 몰드 플럭스를 몰드 플럭스라 하고, 용해로(112)에서 고상의 몰드 플러스를 용해시킨 이후에는 용융 몰드 플럭스라 한다. 또한, 용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 주입한 이후에는 몰드 슬래그라 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 용융물 주입장치(100)는 고상의 몰드 플럭스를 공급하는 원료공급부(110)와, 고상의 몰드 플럭스를 공급받아 용해시켜 용융 몰드 플럭스를 생성하고, 용융 몰드 플럭스를 몰드(30)로 주입하는 용융부(120) 및 원료공급부(110)와 용융부(120)의 동작을 제어하는 제어부(140)를 포함할 수 있다.
원료공급부(110)는 제1원료를 공급하는 제1원료공급부(112)와, 제2원료를 공급하는 제2원료공급부(114)와, 제1원료공급부(112)와 제2원료공급부(114)와 연결되고 제1원료공급부(112)와 제2원료공급부(114)에서 공급되는 제1원료와 제2원료를 혼합하하여 제1원료와 제2원료의 혼합물을 제조하는 혼합부(116)를 포함할 수 있다. 또한, 원료공급부(110)는 제1원료와 제2원료의 혼합물을 혼합부(116)를 통해 용융부(120)로 공급할 수도 있지만, 혼합부(116)와 용융부(120) 사이에 제1원료 또는 제1원료와 제2원료의 혼합물을 용융부(120)로 일정하게 공급할 수 있는 원료공급기(118)를 포함할 수도 있다.
제1원료공급부(112)는 제1원료, 예컨대 메인 몰드 플럭스를 저장하는 제1저장기(112a)와, 제1저장기(112a)와 혼합부(116)를 연통시키는 제1이송배관(112b)을 포함할 수 있다.
제1저장기(112a)는 고체 상태의 제1원료, 예컨대 메인 몰드 플럭스를 저장한다. 제1저장기(112a)에서 메인 몰드 플럭스가 배출되는 부분이나 제1이송배관(112b)에는 메인 몰드 플럭스를 제1이송배관(112b)으로 일정량씩 또는 균일하게 배출하기 위한 제1절출기(112c)가 구비될 수 있다. 이때, 제1절출기(112c)는 제1저장기(112a)나 제1이송배관(112b)에 구비되어 구동장치의 동작에 의해 작동하는 스크류 피더일 수도 있고, 제1저장기(112a)와 제1이송배관(112b)의 연결부위나 제1이송배관(112b) 내부의 유로를 개폐하는 밸브일 수도 있다.
제2원료공급부(114)는 제2원료, 예컨대 첨가제를 저장하는 제2저장기(114a)와, 제2저장기(114a)와 혼합부(116)를 연통시키는 제2이송배관(114b)을 포함할 수 있다. 이때, 제2저장기(114a)는 복수개가 구비되어 다양한 종류의 첨가제를 각각 독립적으로 저장할 수 있다. 각각의 제2저장기(114a)에서 첨가제가 배출되는 부분이나 제2이송배관(114b)에는 첨가제를 혼합부(116)로 일정량씩 또는 균일하게 배출하기 위한 제2절출기(114c)가 구비될 수 있으며, 제2절출기(114c)는 제1저장기(112a)나 제2이송배관(114b) 내에 구비되어 구동장치의 동작에 의해 작동하는 스크류 피더일 수도 있고, 제2저장기(114a)와 제2이송배관(114b)의 연결부위를 개폐하거나 제2이송배관(114b) 내부의 유로를 개폐하는 밸브일 수 있다.
이러한 구성을 통해 제2원료공급부(114)는 복수의 첨가제 중 적어도 어느 하나의 첨가제를 선택적으로 공급할 수 있다.
혼합부(116)는 제1원료공급부(112) 및 제2원료공급부(114)에서 배출되는 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 균일하게 혼합한 몰드 플럭스를 용융부(120)로 공급할 수 있다. 또한, 혼합부(116)는 제1원료공급부(112)에서 공급되는 제1원료만 용융부(120)로 공급할 수도 있다. 혼합부(116)는 제1원료공급부(112)와 제2원료공급부(114)에서 공급되는 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 수용하는 혼합용기(116a)와, 혼합용기(116a) 내에 수용되는 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 균일하게 혼합하기 위한 교반기(미도시) 및 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물, 즉 몰드 플럭스를 용융부(120)로 이송하는 제3이송배관(116b)을 포함할 수 있다.
혼합용기(116a)는 제1원료공급부(112)와 제2원료공급부(114)에서 배출되는 고체 상태의 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 수용할 수 있다. 혼합용기(116a)에서 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물이 배출되는 부분이나, 제3이송배관(116b)에는 제1원료와 제2원료의 혼합물을 일정량씩 또는 균일하게 배출하기 위한 제3절출기(116c)가 구비될 수 있다. 이때, 제3절출기(116c)는 혼합용기(116a)나 제3이송배관(116b)에 설치되어 모터의 구동에 의해 동작하는 스크류일 수도 있고, 혼합용기(116a)와 제3이송배관(116b)의 연결부위를 개폐하거나, 제3이송배관(116b) 내부의 유로를 개폐하는 밸브일 수 있다.
교반기는 혼합용기(116a) 내에서 회전 가능하도록 구성되는 스크류나 임펠러 등으로 형성될 수 있다. 이외에도 교반기는 혼합용기(116a) 내로 불활성 가스 등을 취입할 수 있는 노즐일 수도 있다.
여기에서는 혼합부(116)가 혼합용기(116a)와 교반기를 포함하도록 구성되는 것으로 설명하고 있으나, 혼합용기(116a)를 회전 가능하도록 구성하여 교반기 없이 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 균일하게 혼합할 수도 있다. 혼합부(116)는 이에 한정되지 않고 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 균일하게 혼합할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 혼합부(116)는 메인 몰드 플럭스 또는 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물을 예열하기 위한 가열기(116d)를 포함할 수 있다. 가열기(116d)는 교반기나 혼합용기에 구비될 수 있으며, 메인 몰드 플럭스 또는 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물을 일정 온도로 가열하여 원료공급기(118)로 공급할 수 있다.
원료공급기(118)는 혼합부(116)의 제3이송배관(116b)과 연통되는 제3저장기(118a)와, 제3저장기(118a)와 용융부(120)를 연결하고 그 내부 유로를 통해 제1원료 또는 제1원료와 제2원료의 혼합물을 공급하는 제4이송배관(118b)와, 제3저장기(118a) 내부나 제4이송배관(118b)에 구비되어 제1원료 또는 제1원료와 제2원료의 혼합물을 용융부(120)로 일정량씩 또는 균일하게 배출하기 위한 제4절출기(118c)가 구비될 수 있다. 제4절출기(118c)도 전술한 제1 내지 제3절출기(112c, 114c, 116c)와 같이 제3저장기(118a)이나 제4이송배관(118b) 내에 구비되어 구동장치의 동작에 의해 작동하는 스크류 피더나 밸브일 수 있다.
또한, 원료공급기(118)는 혼합부(116)에서 공급되는 메인 몰드 플럭스 또는 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물을 예열하기 위한 가열기(118d)를 포함할 수 있다. 가열기(118d)는 제3저장기(118a)나 제4이송배관(118b)에 구비될 수 있으며, 메인 몰드 플럭스 또는 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물을 일정 온도로 가열하여 용융부(120)로 공급할 수 있다. 이에 메인 몰드 플럭스 또는 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물 용해를 촉진하여 몰드 슬래그의 성분 변화에 더욱 신속하게 대응할 수 있다.
용융부(120)는 상부에 혼합부(116)에서 공급되는 몰드 플럭스, 즉 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물을 가열하여 용융시킴으로써 용융 몰드 플럭스를 생성 및 임시 저장하고, 용융 몰드 플럭스를 토출시켜 몰드(30)에 주입할 수 있다. 용융부(120)는 혼합부(116)에서 공급되는 혼합물이 수용되는 용해로(112)와, 용해로(112) 내부에 열원을 공급하는 열원공급부(128)를 포함할 수 있다.
용해로(112)는 내부에 메인 몰드 플럭스와 첨가제가 주입되어 용해되는 용해공간이 형성되고, 일측에는 용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 주입하기 위한 토출구(126)가 형성될 수 있다. 용해로(112)는 중심부가 하향 절곡된 대략 "V"자형으로 형성되고, 경동 가능하게 구비될 수 있다. 용해로(112)에는 상부에 혼합부(116)에서 배출되는 몰드 플럭스를 용해공간으로 주입하기 위한 주입구(124)와, 용해공간에서 생성된 용융 몰드 플럭스를 몰드(30)로 주입하기 위한 토출구(126)를 포함할 수 있다. 그리고 용해로(112)에는 용해 공간에 열원을 공급할 수 있도록 일측에는 열원공급부(128)가 연결될 수 있다. 이에 용해로(112)의 일측에서 열원이 공급되어 용해 공간 내의 몰드 플럭스가 용해되어 용융 몰드 플럭스가 생성 및 임시 저장되며, 타측의 토출구(126)를 통해 용융 몰드 플럭스가 토출되어 몰드(30)로 주입될 수 있다. 이는 용해로(112)가 경동 가능하게 구성되기 때문에 가능한 것으로, 용해로(112)의 경동 정도에 따라 용해 공간에 임시 저장되는 용융 몰드 플럭스의 토출량을 조절할 수 있다.
열원공급부(128)는 플라즈마 토치와 플라즈마 토치에 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등과 같은 플라즈마 기체를 공급하는 가스공급관을 포함할 수 있다. 플라즈마 토치는 전기를 이용하여 20,000℃ 이상의 고온의 플라즈마를 발생시키는 장치로서, 용해로(112)의 용해 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 토치는 가스공급관에서 공급되는 플라즈마 가스가 수용되는 플라즈마 가둠관과, 플라즈마 가둠관을 둘러싸며 배치되는 유도 코일 및 유도 코일에 전원을 공급하는 전원공급기 등을 포함할 수 있다. 이에 전원공급기에서 유도 코일에 전원을 인가하면 플라즈마 가둠관 내부에 플라즈마가 생성된다. 이렇게 생성된 플라즈마와 플라즈마에 의한 열은 주입구(124)를 통해 용해 공간으로 공급되는 혼합물, 즉 고상의 몰드 플럭스와 첨가제를 용해시키는 열원으로 사용될 수 있다. 용해 공간의 용융 몰드 플럭스는 용해 공간에 일시적으로 저장되었다가 용해로(112)를 경동시키면 토출구(126)를 통해 토출되어 몰드(30)에 주입될 수 있다.
용융부(120)를 구성하는 용해로(112)는 이외에도 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 용융 몰드 플럭스도 다양한 방법으로 토출시킬 수 있음은 물론이다. 이와 같은 용융부(120)는 공지의 기술로서로 보다 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같은 구성을 통해 용융물 주입장치(100)는 몰드 플럭스의 성분을 실시간으로 조절하여 용해시킨 후 몰드(30)에 주입할 수 있다.
또한, 측정부(130)는 몰드(30)에 구비될 수 있으며, 몰드(30)의 전열 거동을 측정하기 위한 온도측정기 또는 몰드(30) 내에 주입된 몰드 플럭스의 성분을 측정하는 프로브일 수 있다.
측정부(130)로 온도측정기가 사용되는 경우, 온도측정기는 몰드(30)에 설치되어 몰드(30)의 온도 변화를 측정할 수 있다. 예컨대 단일강종을 다연연주하는 경우 주조 후 어느 정도 시간이 경과하면 몰드 슬래그에 Al2O3가 유입되어 몰드 슬래그의 점도가 상승하게 된다. 이에 몰드(30)와 응고셀 사이로 몰드 슬래그가 불균일하게 유입되고, 윤활작용이 제대로 이루어지지 않는다. 이러한 영향으로 응고셀에서 몰드(30)로 열전달이 균일하게 이루어지지 않아 온도측정기에 의해 측정되는 온도값에 편차가 발생하게 된다. 따라서 온도측정기에 의해 측정되는 온도값에 따라 앞으로 몰드(30)에 주입될 용융 몰드 플럭스의 성분을 변경하여 몰드(30)에 주입함으로써 주조 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 측정부(130)로서 프로브를 사용하는 경우 몰드(30) 내 몰드 슬래그 중 일부를 채취하고, 프로브를 통해 채취된 몰드 슬래그의 성분을 분석하여 몰드(30)에 주입되는 용융 몰드 플럭스와 몰드 슬래그의 성분을 비교 분석할 수 있다. 이에 주조 중 몰드 슬래그의 성분 변화에 대응하여 앞으로 몰드(30)에 주입될 용융 몰드 플럭스의 성분을 변경하여 몰드(30)에 주입함으로써 주조 성능을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 측정부(130)의 측정 결과를 이용하여 통해 몰드 플럭스에 첨가제를 혼합하는 내용에 대해서는 주조방법의 설명에서 다시 언급하기로 한다.
제어부(140)는 측정부(130)의 측정 결과를 전달받아 그 측정 결과에 따라 원료공급부의 동작을 제어하여 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 공급량을 조절함으로써 몰드(30)에 주입되는 용융 몰드 플럭스의 성분을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 용융부(120)와 측정부(130)의 동작을 제어하여 측정 결과에 따라 몰드(30)에 주입되는 용융 몰드 플럭스의 공급량도 조절할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주조방법에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 주조방법은, 단일 강종을 이용하여 주편을 주조하는 제1실시 예와, 이강종을 이용하여 주편을 주조하는 제2실시 예를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 주조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.
먼저, 단일 강종을 이용하여 주편을 주조하는 제1실시 예에 대해 설명한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 주조방법은, 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 마련하는 과정(S110), 래들(10), 턴디쉬(20)를 거친 용강을 몰드(30)에 주입하는 과정(S120), 몰드(30) 내 주입된 용강의 상부에 용융 몰드 플럭스를 주입하는 과정(S130), 주조 상태를 측정하는 과정(S140) 및 주조 상태를 분석하여 첨가제 투입여부를 판단(S150)한 후 첨가제를 투입하는 과정(S160)을 포함할 수 있다. 몰드(30)에 용강을 주입하는 과정, 용융 몰드 플럭스를 주입하는 과정은 주조가 진행되는 동안 연속적으로 이루어질 수 있다. 그리고 주조 상태를 측정하는 과정과, 첨가제를 주입하는 과정은 주조의 완료가 판단(S170)되는 과정에 의해 주조가 진행되는 동안 반복적으로 수행될 수 있다.
이하에서는 주조 초기에 몰드(30)로 주입되는 용융 몰드 플럭스를 제1용융 몰드 플럭스로, 주조 중 첨가제와 혼합되어 몰드(30)로 주입되는 용융 몰드 플럭스를 제2용융 몰드 플럭스라 한다.
메인 몰드 플럭스와 첨가제를 마련하는 과정은, 제1저장기(112a)에 고상의 메인 몰드 플럭스를 마련하고, 제2저장기(114a)에는 주조 중 메인 몰드 플럭스와 혼합될 첨가제를 마련한다. 이때, 용융 몰드 플럭스는 CaO, SiO2, MnO, P2O5, Al2O3, MgO, TiO2, K2O, Na2O, F, Fe2O3 등을 포함할 수 있다. 메인 몰드 플럭스는 주조에 사용되는 용강에 적합한 조성을 갖도록 제조된 것일 수 있다. 그리고 첨가제는 NaF(S), Na3AlF6, CaF2(S), AlF3(s), SiO2(s), Li2O(s), LiF(s), CaO, MnO, P2O5, MgO, Al2O3(s), TiO2, Fe2O3, K2O(s), Na2O(s), C 중 어느 하나거나, 적어도 2개의 성분을 혼합한 것일 수 있다.
용강을 몰드(30)에 주입하는 과정은 정련공정에서 정련이 완료되어 래들(10)에 수용된 용강을 주입노즐을 통해 턴디쉬(20)로 공급하고, 턴디쉬(20)로 공급된 용강은 턴디쉬(20)에 구비되는 침지노즐(22)을 통해 몰드(30)에 주입한다.
몰드(30)에 용강이 어느 정도 주입되면 몰드(30) 내 용강 상부에 제1용융 몰드 플럭스를 주입한다. 제1용융 몰드 플럭스는 제1저장기(112a)에 저장된 메인 몰드 플럭스를 혼합부(116)의 혼합용기(116a)를 거쳐 용융부(120)에서 용융시켜 제조될 수 있다. 주조 초기에 주입되는 제1용융 몰드 플럭스는 용융부(120)에서 메인 몰드 플럭스만 용해시켜 제조된 것일 수 있다.
이와 같이 용강과 제1용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 주입하며 주편을 주조할 수 있다. 몰드(30)에 주입된 제1용융 몰드 플럭스, 즉 몰드 슬래그는 몰드(30)와 응고셀(또는 용강) 사이로 유입되어 몰드(30)와 응고셀 간의 열전달을 제어하고, 윤활 작용을 하여 주편의 주조를 원활하게 한다.
주조 초기 몰드 슬래그는 주입되었을 때 성분을 유지하지만, 주조가 진행되면서 용강 중 불순물이 몰드 슬래그에 유입되어 몰드 슬래그의 성분이 변화하게 된다. 예컨대 용강 중 Al2O3가 몰드 슬래그에 유입되면 몰드 슬래그의 점도가 증가하게 된다. 이 경우, 몰드 슬래그가 몰드(30)와 응고셀 사이로 원활하게 유입되지 못하여, 몰드 슬래그가 몰드(30)의 폭방향 및 길이 방향으로 불균일하게 유입된다.
이러한 영향으로 몰드(30)와 응고셀 간에 열전달이 불균일하게 이루어져 응고셀이 제대로 형성되지 못하고, 이에 주조 후 주편에 표면 결함이 형성되거나 주편 터짐 현상이 발생하게 된다.
이에 주조 중 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 혼합한 후 용융시켜 제조된 제2용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 주입함으로써 몰드 슬래그의 성분 변화에 신속하게 대응하여 몰드 슬래그가 몰드와 응고셀 사이로 균일하게 유입되도록 하여 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
첨가제의 투입 여부는 주조 상태, 예컨대 몰드(30)의 온도 변화나 몰드 슬래그의 성분 변화에 따라 결정될 수 있다.
주조 중 몰드(30)의 온도 변화를 측정하고, 측정된 온도 변화에 따라 몰드 플럭스에 첨가제를 적정량 혼합한 후 용융시켜 몰드(30)에 주입함으로써 몰드 슬래그의 성분 변화에 신속하게 대응할 수 있다. 따라서 몰드 슬래그가 몰드(30)와 응고셀 사이로 균일하게 유입될 수 있도록 하여 주조가 완료될 때까지 주조 초기와 같은 전열 특성과 윤활 성능을 유지할 수 있다.
몰드(30)의 온도 측정은 몰드(30)에 몰드(30)의 길이방향 및 폭방향으로 복수개의 온도측정기를 설치하고, 몰드(30)의 길이방향 및(또는) 폭방향에서의 온도값을 측정할 수 있다. 그런 다음, 온도 측정기에서 측정된 온도값의 편차를 측정할 수 있다. 측정된 온도값이 주조 초기 측정된 온도값으로부터 0 초과 내지 5% 정도의 편차 범위에 포함되면 주조를 그대로 진행할 수 있다. 또는 측정된 온도값이 상기 제시된 편차 범위를 벗어나는 경우 첨가제를 투입을 결정할 수 있다.
비교 결과, 측정된 온도값이 편차 범위 내에 포함되면 몰드 슬래그가 몰드(30)와 응고셀 사이로 균일하게 주입되고 있으며 몰드 슬래그의 성분 변화가 미미한 것으로 판단하여 주조 초기와 동일한 성분의 용융 몰드 플럭스, 즉 제1용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 주입한다.
그러나 측정된 온도값이 편차 범위를 벗어나는 경우에는 몰드 슬래그의 성분 의 변화가 크게 일어난 것으로 판단하여 첨가제가 투입된 용융 몰드 플럭스, 즉 제2용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 주입할 수 있다.
몰드(30)에 투입될 첨가제의 선택은 다음과 같이 선택될 수 있다.
주조 초기에는 몰드 슬래그의 성분 변화가 거의 없기 때문에 온도측정기로부터 측정되는 온도값은 일정한 범위 내에서 변화하게 된다. 그러나 주조가 진행되면서 용강 중 불순물이 몰드 슬래그에 유입되어 몰드 슬래그의 성분에 변화가 발생하게 된다. 예컨대 용강 중 Al2O3가 유입되거나, 몰드 슬래그 중 불소(F) 성분이 휘발되어 몰드 슬래그의 점도가 높아질 수 있다. 이 경우 몰드 슬래그가 몰드(30)와 응고셀 사이로 균일하게 유입되지 않아 전열 성능이 저하되어 몰드(30)에 설치되는 온도 측정기에서 측정되는 온도값에 변화가 발생하게 된다. 이와 같은 경우 몰드 플럭스와 첨가제를 혼합하여 용융시킨 후 몰드(30)에 주입함으로써 몰드 슬래그의 성분 변화에 의한 주조 효율의 저하를 억제 혹은 방지할 수 있다. 몰드 슬래그에 Al2O3가 다량 유입되는 경우에는 첨가제로서 NaF, CaF2, Li2CO3 등 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 몰드 슬래그 중 불소가 휘발된 경우에는 Na3AlF6, NaF 등 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 이에 몰드(30) 내 몰드 슬래그의 점도를 어느 정도 낮출 수 있으므로 몰드 슬래그가 몰드(30)와 응고셀 사이로 균일하게 주입될 수 있다. 예컨대 용융 몰드 슬래그를 1㎏/분으로 주입할 때 첨가제로 Na3AlF6 를 50g/분으로 투입할 수 있다. 즉, 용융 몰드 슬래그의 전체 중량에 대해서 1 ~ 5중량% 범위로 투입할 수 있다. 이 경우 몰드(30)에 주입되는 몰드 슬래그의 성분 중 불소함량이 ~ 2.7중량% 정도 증가하게 되고, 몰드 슬래그의 점도가 증대되어 ㅁ몰드와 응고셀 사이로 몰드 슬래그가 원활하게 유입될 수 있다. 한편, Al2O3와 Na2O 성분도 0초과 내지 2중량% 범위 내에서 다소 증가하게 된다. Al2O3와 Na2O 함량의 변화는 불소함량 변화에 비해 미미하여 주조에 큰 영향을 미치지 않는다.
이외에도 첨가제는 앞서 설명한 다양한 종류의 첨가제 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있음은 물론이다.
메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합은 제어부(140)를 통해 이루어지며, 제어부(140)는 측정부(130), 예컨대 온도측정기에서 측정된 결과를 전달받아 제1원료공급부(112)의 제1절출기(112c)와, 제2원료공급부(114)의 제2절출기(114c)의 동작을 제어하여 제1저장기(112a)와 제2저장기(114a)에 각각 저장된 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 혼합부(116)의 혼합용기(116a)로 공급한다.
이후, 제어부(140)는 혼합부(116)의 교반기를 동작시켜 혼합용기(116a)로 공급된 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 균일하게 혼합한다. 메인 몰드 플럭스와 첨가제가 균일하게 혼합되면 제어부(140)는 혼합부(116)의 제3절출기(116c)를 동작시켜 메인 몰드 플럭스와 첨가제의 혼합물을 용융부(120)의 용해로(112)에 주입한다.
용해로(112)에 주입된 혼합물은 용융부(120)의 열원공급부(128)에서 제공되는 열, 즉 플라즈마에 의해 용해되어 제2용융 몰드 플럭스로 제조된다. 이렇게 제조된 제2용융 몰드 플럭스는 용해로(112)의 경동에 의해 용해로(112)에 형성된 토출구(126)를 통해 몰드(30)로 주입되어 몰드 슬래그와 혼합된다. 이에 몰드(30) 내 몰드 슬래그의 점도가 낮아져 몰드(30)와 응고셀 사이로 균일하게 유입될 수 있다.
이와 같이 주편을 주조하는 과정에서 몰드(30)의 온도를 지속적으로 감시하여, 몰드 슬래그의 성분 변화에 의한 몰드(30)의 온도 변화에 신속하게 대응하여 주편의 품질을 향상시킬 수 있다. 주조 중 몰드 슬래그의 성분 제어는 측정부(130)에 의한 측정 결과에 따라 다수 번 반복적으로 수행될 수 있다. 따라서 주조 중 몰드 슬래그의 성분 변화에 신속하게 대응하여 몰드 슬래그의 성분을 제어할 수 있기 때문에 침지노즐(22) 등과 같은 장치의 열화가 발생하지 않은 한 용강 처리량, 즉 차지(charge) 수를 증가시켜 주조 시간을 연장할 수 있고, 연연주가 가능하게 되어 주편의 생산량을 향상시킬 수 있다.
여기에서는 몰드(30)의 온도 변화를 통해 몰드 슬래그의 성분 변화를 측정하는 것으로 설명하였으나, 주조 중 몰드 슬래그를 채취하여 몰드 슬래그의 성분을 분석할 수도 있다. 또는, 몰드 슬래그에 Al2O3가 유입되는 경우 몰드 슬래그의 색상이 변경되기 때문에 육안으로도 몰드 슬래그의 성분 변화를 측정할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시 예에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 주조 방법으로 주편을 주조하는 경우 몰드에 용융 몰드 플럭스를 주입하는 방법을 개념적으로 보여주는 블록도이다.
본 발명의 제2실시 예에서는 서로 다른 강종, 예컨대 이강종을 주조하는 방법에 대해서 설명한다.
예컨대 고 Al 강이나 고 Mn강을 이용하여 주편을 주조하는 경우 서로 다른 성분을 갖는 몰드 플럭스를 사용하게 된다. 이때, 사용하는 몰드 플럭스는 CaO, SiO2, MnO, P2O5, Al2O3, MgO, TiO2, K2O, Na2O, F, Fe2O3 등을 포함하고 있으나, 그 함량에 차이가 있으며, 그 외의 다른 성분을 더 포함할 수 있다. 따라서 이와 같은 이강종을 연속적으로 주조하는 경우 강종이 바뀔 때 서로 다른 몰드 플럭스를 주입하게 된다. 이 경우 강종에 따라 적합한 몰드 플럭스를 별도로 마련해야 하고, 주조하고자 하는 강종의 생산량이 적은 경우에는 용융로 내 잔류하는 용융 몰드 플럭스를 폐기하고 새로운 몰드 플럭스를 용융시켜 용융 몰드 플럭스를 마련하거나 주조 중 서로 다른 성분의 몰드 플럭스가 혼합되어 몰드(30)로 공급되는 과도기가 발생하게 된다.
따라서 본 발명의 제2실시 예에서는 주조 중 사용되는 강종에 따라 용융 몰드 플럭스의 성분을 조절하여 몰드(30)에 주입할 수 있다.
이하에서는 모든 강종에 적용할 수 있는 몰드 플럭스는 메인 몰드 플럭스라 하고, 주조 초기 사용되는 첨가제는 제1첨가제, 주조 중 강종이 변경될 때 사용되는 첨가제는 제2첨가제라 한다. 또한, 주조 중 측정부(130)에 의해 측정된 결과에 따라 사용되는 첨가제는 제3첨가제라 한다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 주조방법은, 메인 몰드 플럭스와 제1첨가제, 제2첨가제 및 제3첨가제를 마련하는 과정, 래들(10), 턴디쉬(20)를 거친 제1용강을 몰드(30)에 주입하는 과정, 몰드(30) 내 주입된 제1용강의 상부에 메인 몰드 플럭스와 제1첨가제를 혼합하여 제조된 제1용융 몰드 플럭스를 주입하는 과정, 제1용강을 이용한 주조가 완료되면, 제2용강을 몰드(30)에 주입하는 과정과, 몰드(30) 내 주입된 제2용강의 상부에 메인 몰드 플럭스와 제2첨가제를 이용하여 제조된 제2용융 몰드 플럭스를 주입하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 제1용강 및 제2용강을 이용하여 주편을 주조하는 과정에서 주조 상태를 측정하는 과정 및 주조 상태에 따라 제3첨가제를 주입하는 과정을 포함할 수 있다.
여기에서 제1용강을 이용한 주조공정과 제2용강을 이용한 주조공정을 연속적으로 수행될 수 있으며, 주조 상태를 측정하는 과정과, 제3첨가제를 주입하는 과정은 제2용강을 이용한 주조의 완료가 판단되는 과정에 의해 주조가 진행되는 동안 반복적으로 수행될 수 있다.
먼저, 메인 몰드 플럭스와, 제1첨가제, 제2첨가제 및 제3첨가제를 마련하는 과정은, 모든 강종에 적용할 수 있는 메인 몰드 플럭스와, 강종에 따라 몰드 플럭스의 성분을 조절하기 위한 제1첨가제 및 주조 중 몰드 슬래그의 성분을 조절하기 위한 제2첨가제를 마련한다. 메인 몰드 플럭스는 CaO, SiO2, MnO, P2O5, Al2O3, MgO, TiO2, K2O, Na2O, F, Fe2O3 등을 포함할 수 있다. 그리고 제3첨가제는 NaF(S), Na3AlF6, CaF2(S), AlF3(s), SiO2(s), Li2O(s), LiF(s), CaO, MnO, P2O5, MgO, Al2O3(s), TiO2, Fe2O3, K2O(s), Na2O(s), C 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 그리고 제1첨가제와 제2첨가제는 강종에 따른 몰드 플럭스의 성분을 조절하기 위한 것으로 메인 몰드 플럭스의 성분 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 제2첨가제의 성분 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 제1첨가제와 제2첨가제는 CaO, SiO2, MnO, P2O5, Al2O3, MgO, TiO2, K2O, Na2O, F, Fe2O3, NaF(S), Na3AlF6, CaF2(S), AlF3(s), SiO2(s), Li2O(s), LiF(s), CaO, MnO, P2O5, MgO, Al2O3(s), TiO2, Fe2O3, K2O(s), Na2O(s), C 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 제1첨가제와 제2첨가제가 서로 동일한 성분일 수도 있다.
이렇게 마련된 메인 몰드 플럭스는 제1원료 저장부의 제1저장기(112a)에 저장될 수 있고, 제1첨가제와 제2첨가제 및 제3첨가제는 제2원료 저장부의 제2저장기(114a)에 저장될 수 있다. 이때, 제2저장기(114a)는 복수개로 구비되어 제1첨가제와 제2첨가제 및 제3첨가제 각각의 성분을 저장할 수 있다.
이후, 주조가 시작되면 제1용강을 몰드(30)에 주입하고 제1용강 상부에 메인 몰드 플럭스와 제1첨가제를 혼합하여 제조된 제1용융 몰드 플럭스를 주입한다.
그리고 제1용강을 이용한 주조가 완료되면 몰드(30)에 제2용강을 주입하고 제2용강 상부에 메인 몰드 플럭스와 제2첨가제를 혼합하여 제조된 제2용융 몰드 플럭스를 주입한다.
예컨대 제1용강이 고망간강과, 제2용강이 고망간-고알루미늄강인 경우, 제1용융 몰드 플럭스와 제2용융 몰드 플럭스는 Al2O3의 함량에 차이를 갖는다. 즉, 제1용융 몰드 플럭스에는 제2용융 몰드 플럭스에 비해 Al2O3가 적게 함유된다.
따라서 주조 초기 몰드(30)에 제1용강이 주입될 때에는 메인 몰드 플럭스와 제1첨가제로 미량, 예컨대 1% 미만의 Al2O3를 투입하고, 제1용강을 이용한 주조가 완료되고 몰드(30)에 제2용강이 주입될 때에는 메인 몰드 플럭스와 제2첨가제로 1 ~ 3%의 Al2O3를 투입할 수 있다. 이때, 제2첨가제는 제2용융 몰드 플럭스가 제2용강에 적합한 물성을 갖도록 서서히 증가시키는 방법으로 투입될 수 있다. 이는 제2용융 몰드 플럭스의 물성, 예컨대 점도나 염기도가 급격하게 변경되면 몰드와 응고셀 사이로 원활하게 유입되지 않아 주편 터짐 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 예에서는 제1첨가제와 제2첨가제가 동일한 성분으로 이루어지고 그 투입량을 증가시키는 예에 대해서 설명하였으나, 몰드(30)에 주입되는 용강의 종류에 따라 제1첨가제와 제2첨가제의 투입량을 점차 감소시킬 수도 있으며, 제1첨가제와 제2첨가제의 성분이 상호 다를 수 있음은 물론이다. 또한, 2가지의 용강을 이용하여 주조를 수행하는 방법에 대해서 설명하였으나, 2가지 이상의 용강을 이용하여 주조를 수행할 수도 있다.
또한, 이강종, 즉 제1용강 및 제2용강을 이용하여 주조하는 동안 앞서 설명한 실시 예에서처럼 주조상태를 측정하고, 그 측정 결과에 따라 제2첨가제를 사용하여 몰드 슬래그의 성분을 조절할 수 있음은 물론이다.
이하에서는 본 발명에 따른 주조방법으로 주편을 주조하는 실험 예에 대해서 설명한다. 본 실험 예는 단일 강종을 이용하여 주편을 주조하는 과정에서 첨가제의 투입 여부에 따른 몰드 온도 변화를 살펴본다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법으로 주편을 주조할 때 첨가제의 투입 여부에 따른 실험 결과를 보여주는 그래프로서, 주조 중 첨가제 투입 여부에 따른 몰드의 온도 변화를 보여주고 있다.
몰드(30)에 복수의 온도 측정기를 설치하고, 주조 중 몰드(30)의 온도를 측정하였다. 온도 측정기는 몰드(30)의 폭방향, 예컨대 주편의 폭방향 중심부에서 몰드(30)의 길이방향, 예컨대 주편의 주조방향을 따라 복수의 지점, 구체적으로는 몰드(30)의 상부로부터 300, 400, 500 및 600㎜ 지점에 설치하였다.
그리고 몰드(30)에 용강을 주입하고 메인 몰드 플럭스를 용해시킨 제1용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 주입된 용강 상부에 주입하였다.
도 6을 살펴보면, 주조 초기(A 구간)에는 몰드(30) 온도가 일정한 범위 내에서 변화하는 것을 알 수 있다. 그러나 주조 중반(B 구간)에서는 몰드(30) 온도가 급격하게 변화하며, 불규칙하게 요동치는 것을 알 수 있다. 일정 시간동안 몰드(30) 온도를 관찰하였으나 주조 초기(A 구간)과 같은 패턴으로 돌아오지 않았다.
이에 메인 몰드 플럭스와 첨가제를 혼합하여 용융시킨 제2용융 몰드 플럭스를 몰드(30)에 투입하였다. 이때, 첨가제로서 불소(F)를 투입하였다.
몰드(30)에 제2용융 몰드 플럭스가 투입되자, 몰드(30)의 온도는 점차 안정적으로 변화하며 일정한 범위 내에서 변화하였다.
이와 같은 현상은 주조 중 몰드 슬래그가 용강 중 불순물과의 반응을 통해 성분이 변화함으로써 발생할 수 있다. 따라서 주조 중 첨가제를 투입하여 몰드 슬래그의 성분을 조절함으로써 주조를 원활하게 수행할 수 있고, 그에 따라 주편의 품질 저하를 억제 혹은 방지할 수 있다.
상기에서는 주편을 주조하는 방법 및 장치에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 액상 탈린재를 이용한 정련 공정과 같이 다양한 조업에 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 래들 20: 턴디쉬
22: 침지노즐 30: 몰드
40: 냉각라인 100: 용융물 주입장치
110: 원료공급부 112: 제1원료공급부
114: 제2원료공급부 116: 혼합부
118: 원료주입기 120: 용융부
130: 측정부 140: 제어부

Claims (24)

  1. 이종의 원료를 각각 공급할 수 있도록, 제1원료를 공급하는 제1원료공급부와, 상기 제1원료와 다르고 서로 다른 성분을 갖는 복수의 제2원료를 개별적으로 공급하는 제2원료공급부를 포함하는 원료공급부와;
    상기 제1원료공급부와 상기 제2원료공급부에서 공급되는 상기 제1원료 및 상기 제2원료를 혼합하여 혼합물을 제조하기 위한 혼합용기를 포함하는 혼합부와;
    상기 혼합용기에서 공급되는 혼합물을 용융시켜 용융물을 생성하고, 상기 용융물이 토출되는 토출구가 마련되는 용융부; 및
    상기 원료공급부, 혼합부 및 용융부의 동작을 제어하여 상기 혼합물의 성분을 조절하는 제어부;
    를 포함하는 용융물 주입장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합부와 상기 용융부 사이에 상기 혼합물을 상기 용융부에 공급하는 원료공급기를 포함하고,
    상기 원료공급기는 상기 혼합물을 예열하기 위한 가열기를 포함하는 용융물 주입장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1원료공급부는,
    제1원료를 저장하는 제1저장기와;
    상기 제1저장기와 상기 혼합용기를 연결하는 제1이송배관; 및
    상기 제1저장기와 상기 제1이송배관 중 적어도 하나에 구비되어 상기 제1원료의 배출량을 조절하는 제1절출기;
    를 포함하는 용융물 주입 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2원료공급부는,
    상기 복수의 제2원료를 각각 저장하는 복수의 제2저장기와;
    상기 복수의 제2저장기와 상기 혼합용기를 각각 연결하는 제2이송배관을 포함하는 용융물 주입장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 혼합부는 상기 혼합용기 내에 구비되어 상기 제1원료와 제2원료를 혼합하는 교반기;
    상기 제1원료와 제2원료의 혼합물을 용융부로 이송하는 제3이송배관; 및
    상기 혼합물을 예열하기 위한 가열기;
    를 포함하는 용융물 주입 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 혼합용기는 회전 가능한 용융물 주입 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용융부는,
    내부에 상기 제1원료와 제2원료가 수용되고 용해되는 용해공간을 구비하는 용해로와;
    상기 용해로의 일측에 구비되어 상기 용해공간에 열원을 공급하는 열원 공급부;를 포함하는 용융물 주입 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 열원 공급부는 플라즈마를 열원으로 사용하는 용융물 주입장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는 입력되는 신호에 따라 상기 제2원료의 투입 여부를 제어하는 용융물 주입장치.
  10. 주조설비로서,
    용강을 전달받아 초기 응고시키는 몰드와;
    상기 몰드에 용융 몰드 플럭스를 주입하는 용융물 주입장치와;
    상기 몰드의 온도 및 상기 몰드 내 주입되는 용융 몰드 플럭스의 성분 중 적어도 하나를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정부의 측정 결과에 따라 상기 몰드에 주입되는 용융 몰드 플럭스의 성분을 변경 가능하도록 상기 용융물 주입장치의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 용융물 주입장치는 메인 몰드 플럭스를 공급하는 제1원료공급부와;
    첨가제를 공급하는 제2원료공급부와;
    상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하기 위한 혼합용기를 포함하는 혼합부; 및
    상기 혼합부에서 공급되는 혼합물을 용해시켜 용융 몰드 플럭스를 생성하고, 상기 용융 몰드 플럭스를 상기 몰드에 주입하는 용융부;를 포함하는 주조설비.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 용융물 주입장치는 상기 혼합부와 상기 용융부 사이에 상기 혼합물을 상기 용융부에 공급하는 원료공급기를 포함하고,
    상기 원료공급기는 상기 혼합물을 예열하기 위한 가열기를 포함하는 주조설비.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2원료공급부는 복수의 첨가제를 개별적으로 저장하고,
    상기 복수의 첨가제를 상기 혼합부에 선택적으로 공급하는 주조설비.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 측정부는 상기 몰드의 온도를 측정하는 온도측정기를 포함하는 주조설비.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 측정부는 상기 몰드에 주입된 용융 몰드 플럭스를 채취하는 프로브와, 상기 프로브에 의해 채취된 용융 몰드 플럭스의 성분을 분석하는 분석기를 포함하는 주조설비.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정부에 의해 측정된 결과를 이용하여 상기 첨가제의 투입여부를 결정하고, 그 결과에 따라 상기 제2원료공급부를 제어하여 첨가제의 종류 및 투입량을 조절하는 주조설비.
  16. 주조방법으로서,
    메인 몰드 플럭스를 마련하는 과정;
    몰드에 용강을 주입하는 과정;
    상기 메인 몰드 플럭스를 용융시켜 용융 몰드 플럭스를 제조하고, 상기 용강 상부에 상기 용융 몰드 플럭스를 주입하는 과정;
    주편을 주조하는 과정;
    상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 몰드의 온도와 상기 몰드에 주입된 용융 몰드 플럭스의 성분을 분석하고, 측정된 상기 몰드의 온도값 또는 분석된 용융 몰드 플럭스의 성분에 따라 첨가제의 투입 여부를 결정하는 과정;
    상기 첨가제를 투입하는 것으로 결정되면, 상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합한 후 용융시켜 성분이 변경된 용융 몰드 플럭스를 제조한 후 상기 몰드에 주입하는 과정;
    을 포함하는 주조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 메인 몰드 플럭스를 마련하는 과정에서,
    상기 첨가제를 마련하는 주조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 메인 몰드 플럭스를 용융시켜 용융 몰드 플럭스를 제조하는 과정에서,
    상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 함께 용융시키는 주조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합한 후 용융시켜 성분이 변경된 용융 몰드 플럭스를 제조하여 상기 몰드에 주입하는 과정에서,
    상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합한 혼합물을 예열하는 과정을 포함하는 주조방법.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 몰드에 주입되는 용강의 종류가 변경되면 상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합한 후 용융시켜 성분이 변경된 용융 몰드 플럭스를 상기 몰드에 주입하는 주조방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합할 때, 상기 용강의 종류에 따라 서로 다른 성분의 첨가제를 투입하는 주조방법.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 메인 몰드 플럭스와 상기 첨가제를 혼합할 때, 상기 용강의 종류에 따라 동일한 성분을 갖는 첨가제의 투입량을 변경하는 주조방법.
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