KR101909510B1 - 주조 장치 및 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조 장치 및 주조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 밀폐하여 주편을 주조하기 위한 주조 장치 및 주조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치는 주편을 주조하기 위한 몰드; 상기 몰드 내에 삽입되는 더미 바 헤드; 및 상기 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 밀폐하기 위한 실링부;를 포함하고, 상기 실링부는, 상기 더미 바 헤드의 가장자리를 따라 형성되는 제1 실링부; 및 상기 제1 실링부로부터 연장되어, 상기 몰드의 일측 내벽을 따라 상기 더미 바 헤드의 상부로 돌출되는 제2 실링부를 포함한다.

Description

주조 장치 및 주조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CASTING}

본 발명은 주조 장치 및 주조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 밀폐하여 주편을 주조하기 위한 주조 장치 및 주조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연속 주조 설비는 제강로에서 생산되어 레이들로 이송된 용강이 턴디쉬로 공급되고, 턴디쉬의 하부에 설치된 침지 노즐을 통해 하측이 개구된 몰드로 공급되어, 일정한 크기의 주편을 연속 생산하는 설비로 이루어진다.

몰드에 공급된 용강은 세그멘트 설비를 통하여 냉각되면서 소정의 폭과 두께를 갖는 주편으로 주조된다. 이와 같은 주편은 자중만으로 몰드 하부의 만곡부와 세그멘트 설비 끝단까지 원활하게 이송될 수 없기 때문에, 더미 바를 주편 선단에 연결하여 몰드와 세그멘트에서 주편을 인발시킨다.

연속 주조 초기에 더미 바를 몰드의 내부로 삽입시킨 상태에서, 더미 바를 인출하여 주편의 인발이 이루어지며, 이와 같은 더미 바는 주편과 연결되는 더미 바 헤드가 선단에 구비되고, 이어서 여러 개의 더미 바 몸체들이 연결 링크를 통하여 연결된다. 선단의 더미 바 헤드는 몰드의 하단부를 밀폐하여 용강이 유출되지 않도록 하는 한편, 주편이 응고된 상태에서 더미 바 헤드와 연결되어 인발을 가능하게 한다. 여기서, 몰드와 더미 바 헤드 사이에는, 용강이 몰드와 더미 바 헤드의 틈 사이로 흘러나오는 것을 방지하도록 용강의 응고를 강화시키는 몰드 실링재(mold sealing material)가 구비된다.

그러나, 수직 만곡형의 연속 주조 설비에 있어서 주편이 수직부를 지나 만곡부에 들어설 때, 주편의 선단이 상기 주편을 하부에서 지지하는 롤러와 충돌하게 된다. 즉, 더미 바는 여러 개의 더미 바 몸체들이 연결 링크를 통하여 연결되는 구조를 가지고 있어 만곡부에서 용이하게 굴절되나, 주편은 더미 바 헤드에 형성되는 주편 연결 홈에 응고되어 일체로 주조되므로, 상기 주편 연결 홈을 제외한 면에서 더미 바 헤드와 분리되어 주편을 하부에서 지지하는 롤러와 충돌하게 된다.

이러한 충돌로 인하여 몰드 내에 수용되는 용강의 탕면이 출렁거리는 현상이 발생하게 되고, 이로 인하여 주조 초기 응고층 형성이 불안정해질 뿐만 아니라, 주편의 크랙을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

JP 1995-100602 A

본 발명은 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 밀폐할 뿐만 아니라, 주편의 선단이 롤러와 충돌하게 되는 것을 방지할 수 있는 주조 장치 및 주조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치는 주편을 주조하기 위한 몰드; 상기 몰드 내에 삽입되는 더미 바 헤드; 및 상기 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 밀폐하기 위한 실링부;를 포함하고, 상기 실링부는, 상기 더미 바 헤드의 가장자리를 따라 형성되는 제1 실링부; 및 상기 제1 실링부로부터 연장되어, 상기 몰드의 일측 내벽을 따라 상기 더미 바 헤드의 상부로 돌출되는 제2 실링부를 포함한다.

상기 제2 실링부는 상기 더미 바 헤드의 상면으로 돌출될수록 간격이 감소하도록 형성될 수 있다.

상기 몰드의 하부에 설치되어 만곡부를 가지는 냉각대;를 더 포함하고, 상기 냉각대는, 상기 만곡부의 하부에 설치되는 복수 개의 하부 롤러를 포함할 수 있다.

상기 제2 실링부는, 상기 복수 개의 하부 롤러가 배치되는 경로 상에 위치하는 몰드의 일측 내벽을 따라 형성될 수 있다.

상기 제2 실링부는, 상기 더미 바 헤드의 상면과 상기 몰드의 일측 내벽을 연결하는 경사면을 가질 수 있다.

상기 경사면의 하단은, 상기 몰드의 일측 내벽으로부터 하기의 수학식 1에 의하여 계산되는 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격될 수 있다.

[수학식 1]

(여기서, R은 상기 만곡부의 곡률 중심과 상기 하부 롤러 사이의 거리, L은 인접한 하부 롤러 사이의 거리를 나타낸다.)

상기 경사면의 하단은, 상기 몰드의 일측 내벽으로부터 상기 이탈 거리(Δ)의 5배 이하로 이격될 수 있다.

상기 경사면의 상단은, 상기 더미 바 헤드의 상면으로부터 상기 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격될 수 있다.

상기 인접한 하부 롤러 사이의 거리(L)는, 상기 복수 개의 하부 롤러 중 상호 거리가 가장 먼 하부 롤러 사이에서 측정될 수 있다.

상기 제1 실링부는, 내화성 분말과 용제를 혼합한 혼합물로 형성될 수 있다.

상기 제2 실링부는, 상기 제1 실링부와 동일한 재질로 형성될 수 있다.

상기 경사면 상에 밀착되는 지지 플레이트;를 더 포함할 수 있다.

상기 지지 플레이트는, 하단으로부터 절곡되어 상기 더미 바 헤드의 상면을 따라 연장되는 연장부를 포함할 수 있다.

상기 지지 플레이트 상에 부착되는 코일 스프링을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법은 몰드의 내부로 더미 바 헤드를 삽입하는 과정; 상기 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간에 혼합물을 주입하는 과정; 및 상기 더미 바 헤드를 인출하여 주편을 인발하는 과정;을 포함하고, 상기 혼합물을 주입하는 과정은, 상기 몰드의 일측 내벽과 더미 바 헤드 사이에 주입되는 혼합물이 상기 더미 바 헤드의 상부로 돌출되도록 주입한다.

상기 주입되는 혼합물은, 부정형의 혼합물을 포함할 수 있다.

상기 더미 바 헤드의 상부로 돌출되는 혼합물을 소정 경사 각도를 가지는 지지 플레이트로 가압하는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 주편을 인발하는 과정은, 상기 주편에 상기 지지 플레이트가 일체화되어 인발될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 몰드와 몰드 내에 삽입되는 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 부정형의 혼합물을 주입하여 실링함으로써 복잡한 형상의 더미 바 헤드가 몰드에 삽입되는 경우에도 단시간 내에 효과적으로 이격 공간을 밀폐할 수 있다.

또한, 몰드와 더미 바 헤드 사이를 밀폐함에 있어서, 몰드의 일측 내벽을 따라 더미 바 헤드의 상부로 돌출되는 실링부에 의하여 주편의 선단부가 면취된 상태로 주조되어 만곡부의 하부에 설치되는 롤러와의 충돌을 방지할 수 있다. 즉, 주편과 롤러의 충돌에 의하여 발생하는 몰드 내 탕면의 요동을 완화시키고, 주조 초기의 응고층을 안정하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 주편에 크랙이 발생하는 것을 억제하여 주편 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 연속 주조 장치를 나타내는 도면.
도 2는 주편의 선단이 하부 롤러와 충돌하는 모습을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이탈 거리(Δ)를 계산하는 과정을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하부 롤러 상에서 주편이 인발되는 모습을 나타내는 도면.
도 7은 몰드 내에서의 탕면의 변화를 나타내는 그래프.

본 발명에 따른 주조 장치 및 주조 방법은 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 효과적으로 밀폐하여 주편을 주조할 수 있을 뿐만 아니라, 수직 만곡형의 주조 장치에서 주편의 선단이 상기 주편을 하부에서 지지하는 롤러와 충돌하게 되는 것을 방지할 수 있는 기술적 특징을 제시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

일반적으로 연속 주조 장치는 제강로에서 생산되어 레이들로 이송된 용강을 턴디쉬에 받았다가 몰드에 공급하여 일정한 크기의 주편을 연속 생산하는 설비로 이루어진다.

도 1은 일반적인 연속 주조 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 주편의 선단이 하부 롤러와 충돌하는 모습을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 연속 주조 장치는 레이들 터렛(10)(Ladle Turret)에 설치된 레이들(20)(Ladle)에 불순물 제거와 화학 성분이 조정된 용강을 채우고 레이들(20)에 있는 용강을 원통형 내화 벽돌로 된 노즐을 통하여 턴디쉬(30)(Tundish)에 부어진다.

상기 턴디쉬(30)에 저장된 용강은 원통형 내화 벽돌로 된 침지 노즐을 통하여 몰드(40)로 주입되어 몰드에 의해 대판상의 주편(Slab)으로 주조된다. 상기 몰드(40)는 내부에 냉각 기구가 구비되어 있기 때문에 용강이 유입되면서 냉각되어 주형(40)의 단면에 대응하는 단면을 갖는 주편(50)이 주조된다.

상기 몰드(40) 내에는 주편(50)을 인출 안내하게 되는 더미 바(Dummy Bar)(60)가 몰드(40)의 개방된 하부에 유입되어 있고 몰드(40)에 유입된 초기의 용강은 더미 바 헤드(70)의 주편 연결 홈(72)의 내부로 유입 및 응고되면 상기 주편 연결 홈(72)에 응고된 용강이 걸리게 되어, 몰드(40)의 하부에 설치되어 주편(50)의 이동 궤도를 형성하는 냉각대에 설치된 다수의 롤러(80)가 구동됨에 따라 더미 바(60)가 응고된 주편(50)을 이끌고 냉각수가 분사되는 롤러 사이를 이동하여 연속적으로 주편(50)이 제조되는 것이다.

용강의 주조 초기에는 더미 바(60)에 의하여 응고된 주편(50)이 인출되나 일단 응고된 주편(50)이 롤러(80) 사이를 통과하게 되면 그 후에는 더미 바(60)의 역할은 필요 없게 된다. 따라서, 더미 바(60)는 분리 장치에 의하여 상부로 올라가고 연속적으로 주조된 주편(50)은 절단기(90)에 의하여 소정의 길이로 절단되고 테이블 롤러(82)에 의하여 집하장으로 이송된다.

한편, 상기 연속 주조 설비의 몰드(40)는 조괴 주형과 달리 밑바닥이 없다. 따라서 주조 초기 몰드(40)에 용강을 주입할 때 용강이 노출되지 않도록 막아주는 바닥이 필요한데 그 역할을 하는 것이 더미 바 헤드(70)이다. 더미 바(60)의 선단 부분 즉, 몰드 바닥에 상당하는 부분을 더미 바 헤드(70)라 하며 초기 용강은 이 부분에서 응고되어 더미 바(60)와 결합되고 롤러(80)에 의해 인발된다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 수직 만곡형의 연속 주조 장치에 있어서 주편(50)이 냉각대에서 수직부를 지나 만곡부로 인발되면, 상기 주편(50)을 하부에서 지지하는 롤러가 수직 방향의 하부에 배치되지 않고, 수평 방향으로 일정 간격 이격되어 하부에 배치된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 주편(50)의 이동 궤도를 형성하는 냉각대에서 만곡부의 하부에 설치되어 주편(50)을 하부에서 지지하는 하부 롤러 중 상측에 위치하는 롤러를 제1 롤러(82), 하측에 위치하는 롤러를 제2 롤러(84)라 할 때, 제2 롤러(84)는 제1 롤러(82)의 수직 하부에 배치되지 않고, 제1 롤러(82)의 하부에서 수평 방향으로 일정 간격 이격되어 배치된다.

이 경우, 더미 바는 여러 개의 더미 바 몸체들이 연결 링크를 통하여 연결되는 구조를 가지고 있어 만곡부에 배치되는 제1 롤러(82) 및 제2 롤러(84) 상에서 용이하게 굴절되어 이동할 수 있으나, 더미 바 헤드(70)에 형성되는 주편 연결 홈에 응고되어 일체로 주조되는 주편(50)의 선단은 더미 바 헤드(70)와 일부 분리되어 제2 롤러(84)와 충돌하게 된다.

이러한 충돌로 인하여 몰드 내에 수용되는 용강의 탕면이 출렁거리는 현상이 발생하게 되고, 이로 인하여 주조 초기 응고층 형성이 불안정해질 뿐만 아니라, 주편(50)의 크랙을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이탈 거리(Δ)를 계산하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치는 주편(50)을 주조하기 위한 몰드(40); 상기 몰드(40) 내에 삽입되는 더미 바 헤드(70); 및 상기 몰드(40)와 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 밀폐하기 위한 실링부;를 포함하고, 상기 실링부는, 상기 더미 바 헤드(70)의 가장자리를 따라 형성되는 제1 실링부(110); 및 상기 제1 실링부(110)로부터 연장되어, 상기 몰드(40)의 일측 내벽을 따라 상기 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출되는 제2 실링부(120)를 포함한다.

몰드(40)는, 예를 들어 4개의 측벽으로 구성되며, 조괴 주형과 달리 밑바닥이 없다. 따라서 주조 초기 몰드(40)에 용강을 주입할 때 용강이 노출되지 않도록 막아주는 바닥이 필요한데 그 역할을 하는 것이 더미 바의 선단에 마련되는 더미 바 헤드(70)이다. 이러한 더미 바 헤드(70)는 몰드(40) 내에 상방 또는 하방으로부터 장입되나, 몰드(40)와 더미 바 헤드(70) 사이에는 필연적으로 이격 틈 즉, 이격 공간이 존재하게 된다. 이러한 이격 공간으로 용강이 누출되는 것을 방지하기 위하여 실링부는 몰드(40)와 몰드(40) 내에 삽입되는 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 밀폐한다.

제1 실링부(110)는 더미 바 헤드(70)의 가장자리를 따라 형성되어 몰드(40)와 상기 몰드(40) 내에 삽입되는 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 밀폐한다. 제1 실링부(110)는 SiO₂, Al₂O₃ 및 CaO 중 적어도 하나의 물질로 구성되는 내화성 분말과 용제가 혼합된 혼합물로 형성될 수 있으며, 이 경우 혼합물은 젤리(jelly) 상의 부정형 혼합물로 형성될 수 있다. 즉, 제1 실링부(110)는 감열 감량 특성 및 수분해성이 우수한 특성을 가지도록 SiO₂, Al₂O₃ 및 CaO 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 50% 이상 60% 이하의 점토질 성분의 내화성 분말과, 메틸알콜, 글리세린 및 페놀레진 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 40% 이상 50% 미만의 휘발 성분의 용제가 혼합된 혼합물로 형성될 수 있다. 여기서, 내화성 분말이 50% 미만으로 함유되면, 제1 실링부(110)의 형상 유지가 어렵게 되고, 결속력이 저하되어 실링 특성이 현저히 떨어지게 되고, 내화성 분말이 60%를 초과하여 함유되면, 제1 실링부(110)의 고착화를 초래하고, 작업성을 저하시켜 작업 능률 및 실링 효율이 현격히 떨어지게 된다.

제1 실링부(110)는 상기의 혼합물을 더미 바 헤드(70)의 가장자리로 주입하여 형성된다. 즉, 몰드(40)의 각 내벽과 더미 바 헤드(70)의 가장자리 사이의 이격 공간에 호스 등을 통하여 젤리 상의 혼합물을 주입하여 상기 이격 공간을 충전시키고, 충전된 혼합물은 몰드(40)의 여열에 의하여 고화되어 몰드(40)와 더미 바 헤드(70)와의 이격 공간을 완전하게 밀폐하게 된다.

이와 같이, 몰드(40)와 몰드(40) 내에 삽입되는 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 부정형의 혼합물을 주입하여 실링함으로써 복잡한 형상의 더미 바 헤드(70)가 몰드(40)에 삽입되는 경우에도 단시간 내에 효과적으로 이격 공간을 밀폐할 수 있다.

제2 실링부(120)는 제1 실링부(110)로부터 연장되어, 몰드(40)의 일측 내벽을 따라 상기 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출된다. 즉, 제2 실링부(120)는 제1 실링부(110)로부터 연장되어, 상기 제1 실링부(110)와 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 더미 바 헤드(70)의 가장자리에 위치한 부분은 제1 실링부(110)로 정의되며, 몰드(40)의 일측 내벽을 따라 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출되는 부분은 제2 실링부(120)로 정의될 수 있다. 이와 같이 제2 실링부(120)를 제1 실링부(110)와 일체로 형성함으로써, 제2 실링부(120)는 내화성 분말과 용제를 혼합한 혼합물로 형성되는 제1 실링부(110)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.

여기서, 몰드(40)의 일측 내벽은 본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치가 몰드(40)의 하부에 설치되어 만곡부를 가지는 냉각대를 더 포함하고, 상기 냉각대가 만곡부의 하부에 설치되는 복수 개의 하부 롤러를 포함할 때, 상기 복수 개의 하부 롤러가 배치되는 경로 상에 위치하는 몰드(40)의 일측 내벽일 수 있다. 즉, 몰드(40)의 일측 내벽은, 몰드(40)의 각 측벽들 중에서 주편(50)이 수직부, 만곡부 및 수평부로 이어지는 이동 궤도를 따라 이동할 때 주편(50)의 하면을 형성하는 몰드(40)의 일 측벽의 벽면을 의미하는 것으로써, 도면상에서 몰드(40)의 좌측 측벽의 내측 벽면(45)을 의미한다. 이와 같이, 복수 개의 하부 롤러가 배치되는 경로 상에 위치하여 주편(50)의 하면을 형성하는 몰드(40)의 일측 내벽(45)을 따라 제2 실링부(120)를 형성함으로써, 후술하는 만곡부의 하부에 설치되는 하부 롤러와의 충돌을 방지할 수 있게 된다.

제2 실링부(120)는 더미 바 헤드(70)의 상면으로 돌출될수록 간격이 감소하도록 형성될 수 있다. 제2 실링부(120)는 주편(50)의 선단이 하부 롤러와 충돌하는 것을 방지하기 위하여 주편(50)의 선단을 면취하는 역할을 하게 된다. 따라서, 제2 실링부(120)가 더미 바 헤드(70)의 상면으로 돌출될수록 간격이 감소하도록 형성하여 상기 제2 실링부(120)와 더미 바 헤드(70) 상에 공급되는 용강으로부터 선단이 면취된 주편(50)을 제조할 수 있게 된다.

여기서, 제2 실링부(120)는 더미 바 헤드(70)의 상면으로 돌출될수록 간격이 감소하는 곡면 등의 다양한 형성을 가질 수 있으나, 더미 바 헤드(70)의 상면과 몰드(40)의 일측 내벽을 연결하는 경사면을 가지도록, 즉 도 3에 도시된 바와 같이 삼각형의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.

여기서, 경사면은 상기 제2 실링부(120)가 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 더미 바 헤드(70)의 상면으로 연장되는 최대 거리(A)와, 상기 제2 실링부(120)가 더미 바 헤드(70)의 상면으로부터 상기 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로 연장되는 최대 거리(B)에 의하여 정의된다. 즉, 제2 실링부(120)의 경사면 하단은 더미 바 헤드(70)의 상면 상에 배치되고, 제2 실링부(120)의 경사면 상단은 몰드(40)의 일측 내벽(45) 상에 배치된다.

상기와 같이, 내화성 분말과 용제를 혼합한 혼합물로 형성되는 제1 실링부(110) 및 제2 실링부(120)는 몰드(40) 내부로 주입되는 용강에 의하여 용제의 휘발 성분이 소각되어 없어진다. 또한, 몰드(40) 내부에서 1차 냉각 과정을 거친 후 더미 바의 인출시 제1 실링부(110) 및 제2 실링부(120)의 일부는 연속 주조 설비의 내부로 떨어지고, 제1 실링부(110) 및 제2 실링부(120)의 나머지는 냉각대에서 살수되는 냉각수에 의하여 자연 분해되거나, 연속 주조 설비의 내부로 떨어지게 된다.

전술한 바와 같이 주편(50)의 이동 궤도를 형성하는 냉각대에서 만곡부의 하부에 설치되어 주편(50)을 하부에서 지지하는 하부 롤러 중 상측에 위치하는 롤러를 제1 롤러(82), 하측에 위치하는 롤러를 제2 롤러(84)라 할 때, 제2 롤러(84)는 제1 롤러(82)의 수직 하부에 배치되지 않고, 제1 롤러(82)의 하부에서 수평 방향으로 일정 간격 이격되어 배치된다.

이 경우, 더미 바는 여러 개의 더미 바 몸체들이 연결 링크를 통하여 연결되는 구조를 가지고 있어 만곡부에 배치되는 제1 롤러(82) 및 제2 롤러(84) 상에서 용이하게 굴절되어 이동할 수 있으나, 더미 바 헤드(70)에 형성되는 주편(50) 연결 홈에 응고되어 일체로 주조되는 주편(50)의 선단은 더미 바 헤드(70)와 일부 분리되어 제2 롤러(84)와 충돌하게 된다.

따라서, 제2 실링부(120)의 경사면의 하단은 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 하기로부터 계산되는 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 실링부(120)가 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 더미 바 헤드(70)의 상면으로 연장되는 최대 거리(A)는 하기로부터 계산되는 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격되어 형성될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 롤러(82) 및 상기 제1 롤러(82)와 인접한 하부에 수평 방향으로 이격 배치되는 제2 롤러(84)가 만곡부에 배치되어 주편(50)의 하면을 지지할 때, 주편(50)의 이송 경로 상에서 제1 롤러(82)에 대하여 제2 롤러(84)가 이탈되는 거리인 이탈 거리(Δ)는 하기의 수학식 1에 의하여 계산될 수 있다.

(여기서, R은 만곡부의 곡률 중심과 하부 롤러 사이의 거리, θ는 곡률 중심으로부터 인접한 하부 롤러 사이의 각도를 나타낸다.)

도 5에 도시된 바와 같이, 만곡부의 곡률 중심과 제1 롤러(82) 또는 제2 롤러(84) 사이의 거리(R)는 이탈 거리(Δ)와 R·cosθ의 합으로 표시될 수 있으며, 이에 의하여 이탈 거리(Δ)는 상기의 수학식 1로 표현될 수 있다.

또한, 인접한 하부 롤러 사이의 거리 즉, 제1 롤러(82)와 제2 롤러(84)의 직선 거리(L)는 하기의 수학식 2에 의하여 계산될 수 있다.

따라서, 상기 수학식 1과 수학식 2에 의하여 주편(50)의 이송 경로 상에서 제1 롤러(82)에 대하여 제2 롤러(84)가 이탈되는 거리인 이탈 거리(Δ)는 하기의 수학식 3으로 표현될 수 있다.

예를 들어, 만곡부의 곡률 반경이 10m, 제1 롤러(82)와 제2 롤러(84) 사이의 간격이 0.3m라고 가정할 때, 주편(50)의 이송 경로 상에서 제1 롤러(82)에 대하여 제2 롤러(84)가 이탈되는 거리인 이탈 거리(Δ)는 9mm가 되며, 주편(50)의 선단부는 제2 롤러(84)를 지날 때, 상기 제2 롤러(84)의 9mm 안쪽 부분에서 충돌하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치는 제2 실링부(120)의 경사면 하단을 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 상기 수학식 3으로 표현되는 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격 형성하여 주편(50)의 선단이 제2 롤러(84)에 충돌하는 것을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 제2 실링부(120)의 경사면 하단을 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 상기 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격 형성하는 경우에 경사면이 제2 롤러(84)의 상부에 안착되게 되어 주편(50)의 선단이 제2 롤러(84)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 제2 실링부(120)의 경사면 하단이 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 상기 이탈 거리(Δ) 이상 이격됨에 따라 상기 제2 실링부(120)가 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 더미 바 헤드(70)의 상면으로 연장되는 최대 거리(A)는 증가한다. 이에, 제2 실링부(120)에 의한 단열에 의하여 몰드(40) 내부에서 응고층 성장이 방해될 수 있으므로, 제2 실링부(120)의 경사면 하단이 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 이격되는 거리(A)는 상기의 이탈 거리(Δ)의 5배 이하로 설정될 수 있다. 이에 의하여, 주형 내에 수용되는 용강의 탕면 변화에 따른 용강 유출에 의한 조업 사고를 방지할 수 있으며, 주편(50)의 굴곡성을 고려할 때 제2 실링부(120)의 경사면 하단이 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로부터 이격되는 거리(A)는 상기의 이탈 거리(Δ)의 2배 이상 3배 이하로 설정됨이 바람직하다.

또한, 경사면의 상단은, 상기 더미 바 헤드(70)의 상면으로부터 상기의 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 실링부(120)가 더미 바 헤드(70)의 상면으로부터 상기 몰드(40)의 일측 내벽(45)으로 연장되는 최대 거리(B)는 상기의 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격되어 형성될 수 있다. 이는, 경사면이 제2 롤러(84)에 충돌하는 것을 방지하기 위한 것으로, 경사면이 더미 바 헤드(70)의 상면과 이루는 각이 클수록 경사면이 제2 롤러(84) 상에 안착되어 만곡부를 따라 이동하기 용이하기 때문이다. 또한, 경사면의 상단은 상기 더미 바 헤드(70)의 상면으로부터 상기의 이탈 거리(Δ)의 5배 이하로 설정될 수 있다.

또한, 상기의 이탈 거리(Δ)는 만곡부의 하부에 복수 개의 하부 롤러가 설치되는 경우 인접한 하부 롤러의 쌍 중에서 상호 거리가 가장 먼 하부 롤러의 쌍 사이의 거리로부터 측정될 수 있다. 즉, 이탈 거리(Δ)를 계산함에 있어서, R은 만곡부의 곡률 중심으로부터 하부 롤러 사이의 거리로 고정된 값을 가지나, L은 만곡부의 하부에 설치되는 복수 개의 하부 롤러 사이의 간격이 변화하는 경우 변화되는 값을 가지게 된다. 따라서, 인접한 하부 롤러의 쌍 중에서 상호 거리가 가장 먼 하부 롤러의 쌍의 거리로부터 L을 결정하여 주편(50)의 선단이 만곡부를 따라 이동함에 있어서 각 하부 롤러와 충돌하는 모두 방지할 수 있게 된다.

이와 같은 제2 실링부(120)의 경사면은 더미 바 헤드(70)의 상면과 몰드(40)의 일측 내벽(45) 사이에 주입되는 혼합물을 직접 성형하거나, 별도의 성형 부재에 의하여 혼합물을 성형하고 이를 제거하는 방법으로 형성할 수도 있으나, 경사면을 가지는 제2 실링부(120)를 용이하게 형성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치는 상기 경사면 상에 밀착되고, 경사면을 차폐하는 지지 플레이트;를 더 포함할 수 있다.

즉, 지지 플레이트는 더미 바 헤드(70)의 상면과 몰드(40)의 일측 내벽(45) 사이에 주입되는 혼합물을 가압하여 경사면을 가지는 제2 실링부(120)를 성형한다. 여기서, 지지 플레이트는 더미 바 헤드(70)의 상면에 대하여 경사면의 경사 각도를 가지도록 배치되어 혼합물을 하부로 가압하여 경사면을 가지는 제2 실링부(120)를 형성할 수 있다. 또한, 지지 플레이트를 정확한 경사 각도를 가지도록 배치하여 혼합물을 가압하는 것은 용이하지 않으므로, 지지 플레이트는 경사면을 차폐하는 본체부(130) 및 상기 본체부(130)의 하단으로부터 절곡되어 더미 바 헤드(70)의 상면으로 연장되는 연장부(135)를 포함할 수 있다. 즉, 지지 플레이트에 의하여 혼합물을 가압하는 때에 상기 연장부(135)를 더미 바 헤드(70)의 상면에 밀착시키고, 상기 연장부(135)로부터 일정 각도로 상부 절곡되는 본체부(130)에 의하여 혼합물이 가압되어 경사면을 가지는 제2 실링부(120)를 형성할 수 있게 된다.

여기서, 지지 플레이트는 스틸(steel) 등의 재질로 형성될 수 있으며, 몰드(40) 내부로 주입되는 용강에 의하여 주편(50)과 일체화되어, 더미 바 헤드(70)의 인출시 주편(50)과 함께 인출되게 된다.

또한, 지지 플레이트는 몰드(40) 내에서 용강과의 직접적인 접촉에 의하여 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 지지 플레이트 상에는 용접 등에 의하여 부착되는 코일 스프링이 더 구비될 수 있다. 여기서, 코일 스프링은 본체부(130)와 연장부(135)의 경계를 따라 연장되도록 지지 플레이트 상에 부착되어, 경사면이 변형되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 지지 플레이트 상에는 추가적인 용강의 응고 촉진을 위하여 네일 칩(nail chip) 등이 도포될 수 있음은 물론이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하부 롤러 상에서 주편이 인발되는 모습을 나타내는 도면이고, 도 7은 몰드 내에서의 탕면의 변화를 나타내는 그래프이다.

전술한 바와 같이, 내화성 분말과 용제를 혼합한 혼합물로 형성되는 제1 실링부(110) 및 제2 실링부(120)는 몰드(40) 내부로 주입되는 용강에 의하여 용제의 휘발 성분이 소각되어 없어진다. 또한, 몰드(40) 내부에서 1차 냉각 과정을 거친 후 더미 바 헤드(70)의 인출시 제1 실링부(110) 및 제2 실링부(120)의 일부는 주조 설비의 내부로 떨어지고, 제1 실링부(110) 및 제2 실링부(120)의 나머지는 살수되는 냉각수에 의하여 자연 분해되거나, 주조 설비의 내부로 떨어지게 되어 제거된다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 주편(50)의 선단 즉, 만곡부에서 주편(50)의 하부를 형성하는 선단의 모서리는 제2 실링부(120)에 의하여 면취(chamfer)된다. 즉, 주편(50)의 선단에는 제2 실링부(120)의 경사면에 대응하여 경사면이 형성되고, 상기 주편(50)의 선단에 형성되는 경사면에 의하여 주편(50)이 제1 롤러(82)의 하부에서 수평 방향으로 이격 배치되는 제2 롤러(84)와 충돌하는 것을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 단순히 주편(50)의 선단의 모서리를 면취하기 위하여는 상기의 제2 실링부(120)에 의한 방법 외에 더미 바 헤드(70)의 상면을 상기 제2 실링부(120)에 대응하는 형상으로 형성하는 것도 고려될 수 있다. 그러나, 더미 바 헤드(70)의 상면을 제2 실링부(120)에 대응하는 형상으로 형성하는 경우, 더미 바 헤드(70) 자체가 롤러와 충돌하게 되며, 주편(50)과 더미 바 헤드(70)의 분리가 어려워지는 문제점이 있어 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 장치는 몰드(40)와 더미 바 헤드(70) 사이를 밀폐하고 주조시에 분리되어 제거되는 제2 실링부(120)에 의하여 주편(50)의 선단부를 면취된 상태로 주조할 수 있다. 이에 의하여 주편(50)의 선단이 만곡부에 배치되는 롤러와 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경사면 상에 밀착되는 지지 플레이트는 스틸(steel) 재질로 형성되어 주조되는 주편(50)과 일체화될 수 있으며, 이 경우 지지 플레이트는 상기 제1 롤러(82) 및 제2 롤러(84) 상에 안착되어 충돌 없이 인발되게 된다.

도 5(a)는 몰드(40)와 상기 몰드(40) 내에 삽입되는 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 밀폐하는 제1 실링부(110)만을 사용하여 몰드(40) 탕면의 변화를 측정한 그래프이고, 도 5(b)는 본 발명의 실시 예에 따라, 몰드(40)와 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 밀폐하는 제1 실링부(110)와 롤러와 충돌하는 주편(50)의 선단부를 면취하기 위한 제2 실링부(120)를 포함하는 실링부를 사용하여 몰드(40) 탕면의 변화를 측정한 그래프이다.

도 5(a)와 도 5(b)를 비교하면, 본 발명의 실시 예에 따른 실링부를 사용하는 경우 몰드(40) 내부에 수용되는 용강의 탕면이 요동하는 현상이 상당히 완화된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 실링부를 사용하는 경우 주조 초기의 응고층을 안정하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 주편(50)에 크랙이 발생하는 것을 억제하여 주편(50) 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 용강의 탕면이 요동하여 몰드(40) 외부로 누출되는 것을 방지하여 조업 사고를 예방할 수도 있음은 물론이다.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법에 대하여 설명한다. 제1 실링부(110) 및 제2 실링부(120)를 포함하는 실링부와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법은 몰드(40)의 내부로 더미 바 헤드(70)를 삽입하는 과정; 상기 몰드(40)와 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간에 혼합물을 주입하는 과정; 및 상기 더미 바 헤드(70)를 인출하여 주편(50)을 인발하는 과정;을 포함하고, 상기 혼합물을 주입하는 과정은, 상기 몰드(40)의 일측 내벽과 더미 바 헤드(70) 사이에 주입되는 혼합물이 상기 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출되도록 주입한다.

더미 바 헤드(70)를 몰드(40)의 내부로 삽입하는 과정은, 여러 개의 더미 바 몸체들이 연결 링크를 통하여 연결되는 구조를 가지고 있는 더미 바의 선단에 마련되는 더미 바 헤드(70)를 몰드(40) 내에 상방 또는 하방으로부터 장입한다.

혼합물을 주입하는 과정은, 몰드(40)와 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 전술한 내화성 분말과 용제를 혼합한 부정형의 혼합물로 밀폐한다. 즉, 혼합물을 주입하는 과정은, 더미 바 헤드(70)의 가장자리를 따라 부정형의 혼합물을 주입하여 몰드(40)의 각 측벽과 더미 바 헤드(70) 사이의 이격 공간을 모두 밀폐한다.

여기서, 혼합물을 주입하는 과정은, 상기 몰드(40)의 일측 내벽과 더미 바 헤드(70) 사이에서 주입되는 혼합물이 상기 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출되도록 주입된다. 이는, 주편(50)의 선단이 하부 롤러와 충돌하는 것을 방지하기 위하여 주편(50)의 선단을 면취하는 역할을 하는 제2 실링부(120)를 형성하기 위한 것으로, 여기서 몰드(40)의 일측 내벽은 몰드(40)의 각 측벽들 중에서 주편(50)이 수직부, 만곡부 및 수평부로 이어지는 이동 궤도를 따라 이동할 때 주편(50)의 하면을 형성하는 몰드(40)의 일 측벽의 벽면일 수 있음은 전술한 바와 같다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법은, 상기 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출된 혼합물로부터 경사면을 가지는 제2 실링부(120)를 성형하기 위하여, 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출되는 혼합물을 소정 경사 각도를 가지는 지지 플레이트로 가압하는 과정을 더 포함할 수 있다.

즉, 제2 실링부(120)의 경사면은 더미 바 헤드(70)의 상면과 몰드(40)의 일측 내벽(45) 사이에 주입되는 혼합물을 직접 성형하거나, 별도의 성형 부재에 의하여 혼합물을 성형하고 이를 제거하는 방법으로 형성할 수도 있으나, 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출되는 혼합물을 소정 경사 각도를 가지는 지지 플레이트로 가압하여 경사면을 가지는 제2 실링부(120)를 용이하게 형성할 수 있다. 여기서, 지지 플레이트의 경사 각도는 전술한 제2 실링부(120)의 경사면과 동일하게 결정됨은 물론이다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법에 의하면, 몰드(40)의 일측 내벽을 따라 더미 바 헤드(70)의 상부로 돌출되는 제2 실링부(120)에 의하여 주편(50)의 선단부가 면취된 상태로 주조되어 만곡부의 하부에 설치되는 롤러와의 충돌을 방지할 수 있다. 여기서, 경사면 상에 밀착되는 지지 플레이트는 스틸(steel) 재질로 형성되어 주조되는 주편(50)과 일체화될 수 있으며, 이 경우 지지 플레이트는 상기 제1 롤러(82) 및 제2 롤러(84) 상에 안착되어 충돌 없이 인발되어, 주편(50)과 롤러의 충돌에 의하여 발생하는 몰드(40) 내 탕면의 요동을 완화시키고, 주조 초기의 응고층을 안정하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 주편(50)에 크랙이 발생하는 것을 억제하여 주편 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: 레이들 터렛 20: 레이들
30: 턴디쉬 40: 몰드
50: 주편 60: 더미 바
70: 더미 바 헤드 80: 롤러
90: 절단기
110: 제1 실링부 120: 제2 실링부
130: 본체부 135: 연장부

Claims (18)

1. 주편을 주조하기 위한 몰드;
   상기 몰드 내에 삽입되는 더미 바 헤드; 및
   상기 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간을 밀폐하기 위한 실링부;를 포함하고,
   상기 실링부는, 상기 더미 바 헤드의 가장자리를 따라 형성되는 제1 실링부;
   상기 제1 실링부로부터 연장되어, 상기 몰드의 일측 내벽을 따라 상기 더미 바 헤드의 상부로 돌출되는 제2 실링부; 및
   상기 몰드의 하부에 설치되어 만곡부를 가지는 냉각대;를 포함하고,
   상기 냉각대는, 상기 만곡부의 하부에 설치되는 복수 개의 하부 롤러를 포함하고,
   상기 제2 실링부는, 상기 복수 개의 하부 롤러에 의하여 지지되는 주편의 하면을 형성하는 상기 몰드의 일측 내벽과, 상기 더미 바 헤드의 상면을 연결하는 경사면을 가지고,
   상기 경사면의 하단은, 상기 몰드의 일측 내벽으로부터 하기의 수학식 1에 의하여 계산되는 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격되는 주조 장치.
   [수학식 1]
   

   

   
   (여기서, R은 상기 만곡부의 곡률 중심과 상기 하부 롤러 사이의 거리, L은 인접한 하부 롤러 사이의 거리를 나타낸다.)
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 경사면의 하단은, 상기 몰드의 일측 내벽으로부터 상기 이탈 거리(Δ)의 5배 이하로 이격되는 주조 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 경사면의 상단은, 상기 더미 바 헤드의 상면으로부터 상기 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격되는 주조 장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 인접한 하부 롤러 사이의 거리(L)는, 상기 복수 개의 하부 롤러 중 상호 거리가 가장 먼 하부 롤러 사이에서 측정되는 주조 장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 실링부는, 내화성 분말과 용제를 혼합한 혼합물로 형성되는 주조 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 실링부는, 상기 제1 실링부와 동일한 재질로 형성되는 주조 장치.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사면 상에 밀착되는 지지 플레이트;를 더 포함하는 주조 장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 지지 플레이트는, 하단으로부터 절곡되어 상기 더미 바 헤드의 상면을 따라 연장되는 연장부를 포함하는 주조 장치.
    
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 지지 플레이트 상에 부착되는 코일 스프링을 더 포함하는 주조 장치.
    
15. 몰드의 내부로 더미 바 헤드를 삽입하는 과정;
    상기 몰드와 더미 바 헤드 사이의 이격 공간에 혼합물을 주입하는 과정;
    상기 주입된 혼합물을 성형하는 과정; 및
    상기 더미 바 헤드를 인출하여 주편을 인발하는 과정;을 포함하고,
    상기 혼합물을 주입하는 과정은,
    상기 몰드의 일측 내벽과 더미 바 헤드 사이에 주입되는 혼합물이 상기 더미 바 헤드의 상부로 돌출되도록 주입하고,
    상기 주입된 혼합물을 성형하는 과정은,
    주편의 이동 경로를 형성하는 냉각대에서 만곡부의 하부에 설치되는 복수 개의 하부 롤러에 의하여 지지되는 주편의 하면을 형성하는 상기 몰드의 일측 내벽과, 상기 더미바 헤드의 상면을 연결하는 경사면을 가지도록 상기 주입된 혼합물을 성형하고,
    상기 경사면의 하단은, 상기 몰드의 일측 내벽으로부터 하기의 수학식 1에 의하여 계산되는 이탈 거리(Δ) 이상으로 이격되는 주조 방법.
    [수학식 1]
    

    

    
    (여기서, R은 상기 만곡부의 곡률 중심과 상기 하부 롤러 사이의 거리, L은 인접한 하부 롤러 사이의 거리를 나타낸다.)
    
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 주입되는 혼합물은, 부정형의 혼합물을 포함하는 주조 방법.
    
17. 청구항 15에 있어서,
    상기 주입된 혼합물을 성형하는 과정은,
    상기 더미 바 헤드의 상부로 돌출되는 혼합물을 소정 경사 각도를 가지는 지지 플레이트로 가압하는 과정;을 포함하는 주조 방법.
    
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 주편을 인발하는 과정은,
    상기 주편에 상기 지지 플레이트가 일체화되어 인발되는 주조 방법.
    

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