KR102635630B1 - 강의 연속 주조 방법 - Google Patents
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Abstract
주편 내에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공한다. 본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법은, 연속 주조기 내의 주편 인발 방향을 따른 구간에 있어서, 주편 (18) 의 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 0.4 이상 0.8 이하의 범위 내인 시점부터, 상기 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 상기 시점에서의 고상률의 평균값보다 크고, 또한 1.0 이하의 범위 내인 종점까지를 제 1 구간으로 하고, 상기 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 2000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물에 의해 주편을 냉각한다.
Description
본 발명은, 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 주편 내에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있는 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
강의 응고 과정에서는, 탄소, 인, 황, 망간 등의 용질 원소가, 응고 시의 재분배에 의해 미응고의 액상 측에 농화된다. 그 결과, 덴드라이트 수간에는, 마이크로 편석이 형성된다.
또, 연속 주조기로 주조되고, 응고되고 있는 연속 주조 주편 (이후, 간단히 「주편」이라고도 한다) 에서는, 응고 수축, 열 수축, 및, 연속 주조기의 롤 사이에서 발생하는 응고 쉘의 벌징 등에 의해, 주편의 두께 중심부에 공극이 형성되거나, 부압이 생기거나 하는 경우가 있다. 그 결과, 주편의 두께 중심부에 용강이 흡인된다. 그러나, 응고 말기의 미응고층에는 충분한 양의 용강이 존재하지 않기 때문에, 상기 서술한 용질 원소가 농축된, 덴드라이트 수간의 용강이 주편의 두께 중심부로 흡인되어 이동하고, 주편의 두께 중심부에서 응고된다. 이와 같이 하여 형성된 편석 스폿은, 용질 원소의 농도가 용강의 초기 농도에 비해 현격히 높은 값이 된다. 이 현상은, 일반적으로 「매크로 편석」이라고 불리고 있고, 그 존재 부위로부터 「중심 편석」이라고도 불리고 있다.
주편의 중심 편석에 의해, 원유나 천연가스 등의 수송용 라인 파이프재의 품질이 현저하게 저하한다. 품질 저하는, 예를 들어, 부식 반응에 의해 강 내부에 침입한 수소가, 중심 편석부에서 생성된 망간 황화물 (MnS) 이나 니오브 탄화물 (NbC) 등의 주위로 확산하여 집적하고, 그 내압에서 기인해 균열이 발생함으로써 야기된다. 또, 중심 편석부는, 높은 농도의 용질 원소에 의해 경질화되어 있으므로, 상기 균열은 더욱 주위로 전파되어 확장된다. 이 균열이 수소 야기 균열 (HIC : Hydrogen Induced Cracking) 로 불리고 있다. 따라서, 주편의 두께 중심부의 중심 편석을 저감하는 것은, 강 제품의 품질 향상을 도모하는 데에 있어서, 매우 중요하다.
종래, 연속 주조 공정부터 압연 공정에 이를 때까지의 동안에, 주편의 중심 편석을 저감 또는 무해화하는 기술이 다수 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에는, 연속 주조기 내에 있어서, 미응고층을 갖는 응고 말기의 주편을, 주편 지지 롤에 의해 응고 수축량과 열 수축량의 합에 상당하는 정도의 압하량으로 서서히 압하하면서 주조하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술은, 경압하법으로 불리고 있다. 경압하법에서는, 주조 방향으로 배열된 복수 쌍의 주편 지지 롤을 사용하여 주편을 인발할 때에, 응고 수축량과 열 수축량의 합에 알맞은 압하량으로 주편을 서서히 압하하여 미응고층의 체적을 감소시켜, 주편 중심부에 있어서의 공극 및 부압부의 형성을 방지하고 있다. 이로써, 덴드라이트 수간의 농화 용강이, 덴드라이트 수간으로부터 주편의 두께 중심부로 흡인되는 것을 방지하고 있다. 이와 같은 기구에 의해, 경압하법에 의해, 주편 내에 발생하는 중심 편석이 경감된다.
또, 두께 중심부의 덴드라이트 조직의 형태와 중심 편석 간에는, 밀접한 관계가 있는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 3 에는, 연속 주조기의 2 차 냉각대의 주입 방향에 있어서의 특정 위치의 비수량 (比水量) 을 0.5 L/kg 이상으로 설정함으로써, 응고 조직의 미세화 및 등축정화를 촉진하여, 중심 편석을 저감하는 기술이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 4 에는, 압하 조건 및 냉각 조건을 적절히 조정하여, 주편 두께 중심부의 덴드라이트 1 차 아암 간격을 1.6 mm 이하로 함으로써, 중심 편석을 저감하는 기술이 제안되어 있다.
한편, 주편의 표면 균열을 방지하는 것을 목적으로 하는 기술이지만, 연속 주조기 내에서의 주편의 온도 제어의 수법으로서, 주편 표면을 가열 승온하는 기술이 특허문헌 5 에 제안되어 있다. 특허문헌 5 는, 연속 주조기의 교정대 내에서 주편 표층을 평균 30 ℃/min 이상으로 승온시켜, 주편 교정 시의 표면 균열을 방지하고 있다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 기재된 발명에서는, 경압하함으로써 중심 편석을 저감할 수 있다. 그러나, 최근, 라인 파이프재 등의 강관에 요구되고 있는 레벨까지 중심 편석을 저감시키기에는 충분하지 않다.
또, 특허문헌 3 및 특허문헌 4 에 기재된 발명에서는, 경압하하는 것에 부가하여, 2 차 냉각 조건을 조정함으로써, 응고 조직이 미세화하여, 중심 편석을 저감할 수 있다. 그러나, 라인 파이프재 등의 강관에 요구되는 편석 저감의 레벨은 해마다 높아지고 있어, 장래적으로 요구되는 편석도의 레벨까지 저감시키기에는 충분하지 않다. 또, 추가적인 편석 저감을 위해서는, 예를 들어, 최적의 경압하 조건으로 강을 연속 주조하는 것을 생각되지만, 특허문헌 3 및 특허문헌 4 의 방법으로는, 중심 편석을 현상황 이상으로 저감시키는 것은 곤란하다.
또, 특허문헌 5 의 주편 가열 장치는, 연속 주조기 내에서의 설치 스페이스가 한정되어 있으므로, 국소 가열 수법으로서는 활용할 수 있지만, 주편 전체를 균일한 온도로 컨트롤하는데는 이르러 있지 않다.
본 발명은, 이들 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 주편 내에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있는 강의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 실시했다. 그 결과, 강의 연속 주조에 있어서의 주편의 냉각 공정에 있어서, 주편을, 소정의 구간, 소정의 수량 밀도로 냉각함으로써, 중심 편석을 대폭 저감할 수 있는 것을 알아내어 본 발명에 이르렀다.
본 발명은 상기 지견에 근거하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
[1] 연속 주조기 내의 주편 인발 방향을 따른 구간에 있어서, 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 0.4 이상 0.8 이하의 범위 내인 시점 (始點) 부터, 상기 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 상기 시점에서의 고상률의 평균값보다 크고, 또한 1.0 이하의 범위 내인 종점까지를 제 1 구간으로 하고,
상기 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 2000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물에 의해 주편을 냉각하는, 강의 연속 주조 방법.
[2] 상기 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 300 L/(㎡×min) 이상 1000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물에 의해 주편을 냉각하는, 상기 [1] 에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[3] 상기 제 1 구간의 종점에서의 고상률의 평균값을 1.0 미만으로 하고, 상기 제 1 구간보다 하류에 위치하는 소정의 길이의 구간을 제 2 구간으로 하고,
상기 제 2 구간에 있어서, 상기 제 1 구간에 있어서의 주편 표면적당의 수량 밀도보다 작은 주편 표면적당의 수량 밀도로, 물에 의해 주편을 냉각하는, 상기 [1] 또는 상기 [2] 에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[4] 상기 제 2 구간에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 300 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물에 의해 주편을 냉각하는, 상기 [3] 에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[5] 상기 제 2 구간에 있어서, 주편의 표면 온도가 200 ℃ 이하인, 상기 [3] 또는 상기 [4] 에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[6] 상기 제 1 구간은, 연속 주조기 내에서 주편을 수평 방향으로 반송하는 수평대의 영역 내인, 상기 [1] 내지 상기 [5] 중 어느 하나에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[7] 연속 주조기의 주형 하단 (下端) 으로부터 주편 인발의 패스 라인을 따라 5 m 이상 떨어진 하류 측의 범위 내이고, 또한, 상기 제 1 구간의 시점보다 하나 상류 측의 롤 사이로부터 상류 측으로 적어도 5 m 이상인 구간에 있어서,
2 차 냉각수를 주편에 분사하지 않고 주편의 냉각을 실시하고,
주편의 전체폭을 W (-0.5W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.5W) 로 했을 때에, 상기 제 1 구간의 시점보다 하나 상류 측의 롤 사이에 있어서의 주편폭의 0.8W (-0.4W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.4W) 의 범위 내에 있어서의 주편 표면 온도의 최대값과 최소값의 차가 150 ℃ 이하인, 상기 [1] 내지 상기 [6] 중 어느 하나에 기재된 강의 연속 주조 방법.
본 발명의 강의 연속 주조 방법으로는, 주편 내에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법을 실시 가능한 연속 주조기의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 주편 폭 중앙의 위치를 설명하는 평면도이다.
도 3 은, 주편 폭 중앙의 위치에서 두께 방향으로 절단한 주편의 횡단면도이다.
도 4 는, 주편 폭 중앙의 두께 방향을 따른 고상률을 계산할 때의, 주편 단면의 해석 영역을 나타내는 설명도이다.
도 5 는, 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배를 계산할 때에 사용한 주편 단면의 영역을 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 참고 실험 1 에 있어서의 온도 구배와 편석립 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 참고 실험 2 에 있어서의 수량 밀도와 온도 구배의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 참고 실험 3 에 있어서의 수량 밀도와 온도 강하 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 참고 실험 4 에 있어서의 강냉각 개시 시에서의 고상률과 온도 구배의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법을 실시 가능한 연속 주조기의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
도 11 은, 2 차 냉각수 없음의 구간 길이와 편석립 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 주편 폭 중앙의 위치를 설명하는 평면도이다.
도 3 은, 주편 폭 중앙의 위치에서 두께 방향으로 절단한 주편의 횡단면도이다.
도 4 는, 주편 폭 중앙의 두께 방향을 따른 고상률을 계산할 때의, 주편 단면의 해석 영역을 나타내는 설명도이다.
도 5 는, 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배를 계산할 때에 사용한 주편 단면의 영역을 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 참고 실험 1 에 있어서의 온도 구배와 편석립 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 참고 실험 2 에 있어서의 수량 밀도와 온도 구배의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 참고 실험 3 에 있어서의 수량 밀도와 온도 강하 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 참고 실험 4 에 있어서의 강냉각 개시 시에서의 고상률과 온도 구배의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법을 실시 가능한 연속 주조기의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.
도 11 은, 2 차 냉각수 없음의 구간 길이와 편석립 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다. 단, 본 발명의 범위는 도시예에 한정되지 않는다. 또, 본 명세서에 있어서, 「-」는 무차원수인 것을 의미한다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법을 실시 가능한 연속 주조기의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 1 에 나타내는 연속 주조기 (11) 는, 수직 굽힘형의 연속 주조기이다. 또한, 수직 굽힘형에 한정되지 않고, 만곡형의 연속 주조기를 사용할 수도 있다.
도 1 에 나타내는 연속 주조기 (11) 는, 턴디쉬 (14), 주형 (13), 복수 쌍의 주편 지지 롤 (16), 및 복수의 스프레이 노즐 (17) 등을 구비한다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 주편 (18) 은, 주편 인발 방향 D1 로 인발된다. 또, 본 명세서에서는, 주편 인발 방향 D1 의 턴디쉬 (14) 가 형성된 측을 상류 측, 주편 (18) 이 인발되어 가는 앞의 측을 하류 측이라고 하여 설명한다.
턴디쉬 (14) 는, 주형 (13) 의 상방에 형성되고, 용강 (12) 을 주형 (13) 에 공급한다. 턴디쉬 (14) 에는, 취과 (도시 생략) 로부터 용강 (12) 이 공급되고, 용강 (12) 이 저류되고 있다. 턴디쉬 (14) 의 저부에는, 용강 (12) 의 유량을 조정하기 위한 슬라이딩 노즐 (도시 생략) 이 설치되고, 이 슬라이딩 노즐의 하면에는 침지 노즐 (15) 이 설치되어 있다.
주형 (13) 은, 턴디쉬 (14) 의 하방에 형성되어 있다. 주형 (13) 에는, 턴디쉬 (14) 의 침지 노즐 (15) 로부터 용강 (12) 이 주입된다. 주입된 용강 (12) 은, 주형 (13) 에서 냉각 (1 차 냉각) 되고, 이로써, 주편 (18) 의 외각 형상이 형성된다.
복수 쌍의 주편 지지 롤 (16) 은, 주편 인발 방향 D1 을 따라, 주편 (18) 을 양측으로부터 지지하고 있다. 복수 쌍의 주편 지지 롤 (16) 은, 예를 들어, 서포트 롤쌍, 가이드 롤쌍 및 핀치 롤쌍으로 이루어지는 복수 쌍의 지지 롤로 구성되어 있다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 주편 지지 롤 (16) 은 복수 쌍이 모여 하나의 세그먼트 (20) 를 형성하고 있다.
복수의 스프레이 노즐 (17) 은, 주편 인발 방향 D1 을 따라 이웃하는 주편 지지 롤 (16) 사이에 형성되어 있다. 스프레이 노즐 (17) 은, 주편 (18) 에 대해 냉각수를 분사하여, 주편 (18) 을 2 차 냉각하기 위한 노즐이다. 스프레이 노즐 (17) 로서는, 물 스프레이 노즐 (일류체 스프레이 노즐) 이나 에어미스트 스프레이 노즐 (이류체 스프레이 노즐) 등의 노즐을 제한 없이 사용할 수 있다.
주편 (18) 은, 복수의 스프레이 노즐 (17) 로부터 분무되는 냉각수 (2 차 냉각수) 에 의해, 주편 인발 방향 D1 을 따라 인발되면서 냉각된다. 또한, 도 1 에는, 주편 (18) 내의 용강의 미응고부 (18a) 를 사선으로 나타내고 있다. 또, 도 1 에는, 미응고부 (18a) 가 없어지고 응고 완료된 응고 완료 위치를, 부호 18b 를 붙여 나타내고 있다.
연속 주조기 (11) 의 하류 측에는, 주편 (18) 을 경압하하는 경압하대 (19) 가 형성되어 있다. 경압하대 (19) 에는, 복수 쌍의 주편 지지 롤 (16) 로 구성되는 세그먼트 (20a, 20b) 가, 복수 형성되어 있다. 경압하대 (19) 의 복수의 주편 지지 롤 (16) 은, 각 롤쌍의 주편 (18) 의 두께 방향의 롤 간격이 주편 인발 방향 D1 을 향해 서서히 좁아지도록 배치되고, 이로써, 경압하대 (19) 를 통과하는 주편 (18) 을 경압하하고 있다. 또, 도 1 에는, 경압하대 (19) 의 영역 내에 형성되어 있는, 연속 주조기 (11) 의 하부 교정 위치에, 부호 22 를 붙여 나타내고 있다.
연속 주조기 (11) 의 하류 측에는, 주편 (18) 이 수평 방향으로 운반되는 수평대의 영역 A1 이 형성되어 있다. 또한, 도 1 에서는, 주편 지지 롤 (16) 로 구성되는 세그먼트 중, 수평대의 영역 A1 에 존재하는 세그먼트를 부호 20a, 수평대의 영역 A1 보다 상류 측에 있는 세그먼트를 부호 20b 로 하여 나타내고 있다.
연속 주조기 (11) 에 있어서, 수평대의 영역 A1 보다 하류 측에는, 완전히 응고된 주편 (18) 을 반송하기 위한 복수의 반송 롤 (21) 이 형성되어 있다. 반송 롤 (21) 의 상방에는, 주편 (18) 을 소정의 길이로 절단하는 주편 절단기 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법에서는, 연속 주조기 (11) 의 주편 인발 방향 D1 을 따른 구간에 있어서, 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 0.4 이상 0.8 이하의 범위 내인 시점부터, 상기 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 상기 시점에서의 고상률의 평균값보다 크고, 또한, 1.0 이하의 범위 내인 종점까지의 구간을 제 1 구간으로 정하고 있다. 여기서, 고상률이란, 응고의 진행 상황을 나타내는 지표이며, 고상률은 0 ~ 1.0 의 범위에서 나타내어지고, 고상률 = 0 (제로) 이 미응고를 나타내고, 고상률 = 1.0 이 완전 응고를 나타내고 있다.
본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법에서는, 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 2000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물 스프레이 노즐로부터 분사되는 물 스프레이에 의해 주편을 냉각한다. 이로써, 주편 두께 중심부의 온도 구배가 대폭 커져, 주편 두께 중앙부의 응고 조직을 미세화해, 중심 편석을 저감한다. 여기서 본 명세서에서는, 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 2000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 냉각수에 의해 주편을 냉각하는 것을 「강냉각」이라고 칭한다.
주편 폭 중앙에서의 두께 방향에 대해, 도 2 및 도 3 을 사용하여 설명한다.
도 2 는, 주편 폭 중앙의 위치를 C1 로 했을 때, 주편 폭 중앙의 위치 C1 을 설명하는 도면이다. 도 2 는, 주편 (18) 의 상면 및 하면을 주편 지지 롤 (16) 에 의해 지지한 경우의, 주편 (18) 의 평면도를 나타내고 있다. 도 2 에 있어서, 「후←→전」의 전 방향은 주편 인발 방향 D1 에 대응하고 있고, 「우←→좌」의 방향은 주편 (18) 의 폭 방향 D2 에 대응하고 있다. 주편 폭 중앙의 위치 C1 은, 주편 (18) 의 폭의 중앙에 있어서 주편 인발 방향 D1 을 따른 위치이며, 도 2 중에 파선으로 나타내고 있다.
도 3 은, 주편 인발 방향 D1 에 수직인 면으로 절단한 주편 (18) 의 횡단면도이다. 도 3 에 있어서, 「좌←→우」의 방향은 주편 (18) 의 폭 방향 D2 에 대응하고 있고, 「상←→하」의 방향은 주편 (18) 의 두께 방향 D3 에 대응하고 있다. 주편 폭 중앙의 두께 방향의 위치 C2 는, 주편 (18) 의 횡단면에 있어서, 주편 폭 중앙의 위치 C1 에서의 두께 방향 D3 에 평행한 위치이며, 도 3 중에 파선으로 나타내고 있다.
＜주편 폭 중앙의 두께 방향을 따른 고상률＞
주편 폭 중앙의 두께 방향을 따른 고상률은, 주편 단면에서의 해석 영역 A2 (도 3 을 참조) 에 있어서, 주편의 단면 온도 분포와, 용강의 고상선 온도와, 용강의 액상선 온도를 사용하여 산출할 수 있다. 고상률의 상세한 산출 방법은 후술한다. 해석 영역 A2 는, 주편 인발 방향 D1 에 수직인 면으로 절단한 주편 (18) 의 단면을, 균등하게 4 분할한 중의 하나의 단면 영역이다. 단면의 4 분할은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 주편의 두께 방향 및 폭 방향으로 각각 균등하게 2 개로 나누어, 합계 4 개로 나누고 있다. 도 3 에서는, 해석 영역 A2 를 일점쇄선으로 나타내고 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 주편에서의 온도는, 주편 표면 전역에 균등하게 2 차 냉각수를 분사한다고 가정하여 계산하고 있다. 여기서, 고상선 온도란, 용강이 완전히 응고되는 온도이며, 요컨대, 고상률이 1.0 이 되는 온도이며, 액상선 온도란, 용강의 응고가 개시하는 온도이며, 요컨대, 고상률이 0 을 초과하는 온도이다. 고상선 온도 및 액상선 온도는, 용강의 화학 성분에 의해 정해진다.
＜주편의 단면 온도 분포＞
해석 영역 A2 를 비정상 전열 응고 해석함으로써, 주편의 단면 온도 분포를 구한다. 비정상 전열 응고 해석은, 공지된 일반적인 방법을 사용하여 해석할 수 있다. 예를 들어, 비정상 전열 응고 해석은, 간행물 1 (오나카 이츠오 저, 컴퓨터 전열·응고 해석 입문 주조 프로세스에의 응용, 마루젠 주식회사, 1985년, p201 ~ 202) 에 기재된 「엔탈피법」등을 사용하여, 계산을 할 수 있다.
도 4 는, 해석 영역 A2 를 나타내고 있다. 또, 해석 영역 A2 의 각 정점은, 주편의 단면에 있어서의 중심 위치 P1, 주편 표면의 폭 중앙 위치 P2, 주편 측면의 두께 중앙 위치 P3, 주편의 코너 위치 P4 를 각각 나타내고 있다. 또, 도 4 에서는, 해석 영역 A2 의 경계에 대해, 두께 방향의 경계 B1 과 폭 방향의 경계 B2 를, 각각 부호를 붙여 나타내고 있다.
주편의 단면의 해석 영역 A2 에 있어서, 경계 조건을 미러 조건으로 하고, 경계 B1 및 경계 B2 에는, 1 차 냉각 및 2 차 냉각에서의 냉각 조건을 경계 조건으로서 부여하고 있다. 또, 각 냉각 조건에서는, 공지된 물 스프레이로의 냉각 방법의 회귀식, 또는 실험에 의해 측정한 결과를 사용하고 있다. 공간 메시 및 시간 메시는 적절히 조정하여, 적절한 값을 사용하고 있다.
물 스프레이에 의한 주편 표면으로부터의 냉각의 열전달 계수는 회귀식을 사용하고, 그 밖의 강에 관한 물성값은, 데이터 북으로부터 각 온도에 대응한 물성값을 사용하고, 데이터가 없는 온도에서는, 그 온도를 사이에 두는 전후의 온도에서의 데이터로 비례 계산을 실시한 값을 사용하고 있다.
물 스프레이에 의한 주편 표면에서의 열전달 계수는, 예를 들어, 간행물 2 (미츠즈카 마사시, 철과 강, Vol.91, 2005년, p.685 ~ 693, 일본 철강 협회) 나, 간행물 3 (테지마 토시오 등, 철과 강, Vol.74, 1988년, p.1282 ~ 1289, 일본 철강 협회) 등에 기재되어 있다.
주편 단면의 온도 분포는, 변환 온도 φ 와 함열량 H 를 열전도 방정식에 도입한 하기의 (1) 식을 사용하여 산출하고 있다.
상기 (1) 식에 있어서, ρ : 강의 밀도 (kg/㎥), H : 강의 함열량 (J/kg), τ : 전열하고 있는 한중간의 시간 (sec), k0 : 기준 온도에서의 열전도율 (J/(m×sec×℃)), φ : 변환 온도 (℃), x : 해석 영역 내의 주편의 두께 방향의 위치 (m), y : 해석 영역 내의 주편의 폭 방향의 위치 (m) 를 나타낸다.
또한, 기준 온도는, 변환 온도를 구할 때의 적분 조작 시의 개시 온도이며, 어느 온도로 설정해도 상관없지만, 통상은, 실온이나 0 ℃ 로 설정한다.
또, 변환 온도는, 기준 온도부터 실제의 온도까지의 열전도율의 비의 적분 조작을 실시하여 구해지는 계수와, 진온도 θ 의 곱이다. 상세하게는, 예를 들어, 간행물 4 (일본 철강 협회 열경제 기술부회 가열로 소위원회, 연속 강편 가열로에 있어서의 전열 실험과 계산 방법, 1971년, 일본 철강 협회) 에 기재되어 있다.
이상과 같이 비정상 전열 응고 해석을 실시함으로써, 주편의 단면 온도 분포를 얻을 수 있다.
＜주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값의 산출＞
주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값은, 해석 영역 A2 로 한 주편의 이차원 단면 내 중, 주편의 폭 방향의 중앙 (도 4 중의 경계 B1) 으로부터 폭 10 mm 의 범위 내의 두께 방향을 따른 영역 A3 에서의 고상률의 평균값을 계산해 구한 것이다. 도 4 에서는, 영역 A3 을 이점쇄선으로 나타내고 있다. 이하, 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값을 간단히 「고상률 평균값」이라고도 기재한다.
주편 단면의 두께 방향에서 임의로 선택한 어느 위치의 고상률은, 임의로 선택한 위치의 온도와, 용강의 고상선 온도와, 용강의 액상선 온도를 사용하여 산출할 수 있다. 임의로 선택한 위치의 온도는, 상기 서술한 주편의 단면 온도 분포를 사용하여 특정할 수 있다. 또, 그 위치에서의 온도가 용강의 고상선 온도 이하일 때에 고상률은 1.0 이며, 그 위치에서의 온도가 용강의 액상선 온도 이상일 때에 고상률이 0 이다. 또, 그 위치에서의 온도가, 용강의 고상선 온도보다 높고, 또한 용강의 액상선 온도보다 낮을 때는, 고상률이 0 보다 크고, 또한 1.0 보다 작은 값이고, 그 위치의 온도에 의해 정해지는 소정의 고상률이 된다.
이와 같이 하여 산출한 주편 두께 방향 각 위치의 고상률로부터, 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값을 구한다.
본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법에서는, 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 2000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 한다. 또, 효율적으로 편석 저감의 효과를 얻기 위해서는, 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를, 300 L/(㎡×min) 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 2000 L/(㎡×min) 으로 했을 때와, 1000 L/(㎡×min) 으로 했을 때는, 각각, 온도 구배, 편석립 개수 모두 큰 차가 없다. 또, 수량 밀도를 작게 하면, 필요 수량을 줄임으로써 비용을 저감할 수 있으므로, 수량 밀도를 1000 L/(㎡×min) 이하로 하는 것이 바람직하다.
제 1 구간에 있어서, 주편을 본 발명에서 규정하는 수량 밀도로 냉각하면, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 당해 수량 밀도로 냉각하는 거리를 길게 하여 본 발명의 효과를 유효하게 얻는 관점에서, 시점과 종점의 고상률 평균값의 차는 0.2 이상인 것이 바람직하고, 0.4 이상인 것이 보다 바람직하다.
제 1 구간의 시점은, 연속 주조기 내에서 주편을 수평 방향으로 반송하는 수평대, 또는 당해 수평대보다 상류 측에 있는 만곡대 중 어느 것에 있는 경우가 많다. 여기서, 제 1 구간은, 연속 주조기 내에서 주편을 수평 방향으로 반송하는 수평대의 영역 A1 내에 있는 것이 바람직하다. 수평대의 영역 내에서 강냉각하면, 균등하게 냉각하여 열응력의 영향을 억제할 수 있으므로, 주편의 내부 균열을, 보다 발생하기 어렵게 할 수 있다.
또한, 제 1 구간의 시점을 만곡대로 한 경우여도, 본 발명의 효과는 얻어지므로, 제 1 구간의 시점을 만곡대 내의 위치로 하는 경우도 본 발명의 범위 내이다.
또, 제 1 구간의 종점에서의 고상률 평균값을 1.0 미만으로 한 경우에, 제 1 구간보다 하류에 존재하는 소정의 길이의 구간을 제 2 구간으로 정하고 있다.
제 2 구간에 있어서는, 상기 제 1 구간에 있어서의 주편 표면적당의 수량 밀도보다 작은 주편 표면적당의 수량 밀도로, 물 스프레이에 의해 주편을 냉각하는 것이 바람직하다. 이로써, 제 1 구간에서만 강냉각하는 경우와 동등한 레벨로 편석을 저감하면서, 제 1 구간에서만 강냉각하는 경우보다 수량 밀도를 줄임으로써 필요한 냉각수량을 저감할 수 있다는 효과와, 급격한 복열을 억제하여 복열에 의한 주편의 내부 균열을 방지한다는 효과를, 얻을 수 있다.
또, 상기 효과를 유효하게 얻는 관점에서는, 제 2 구간에서는, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상, 300 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물 스프레이에 의해 주편을 냉각하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 구간에 있어서, 주편의 표면 온도는 200 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 복열에 의한 주편의 내부 균열을 방지하고, 또한, 냉각을 안정화시킨다는 효과를 보다 유효하게 얻을 수 있다.
또, 연속 주조기 (11) 의 주형 하단으로부터 주편 인발의 패스 라인을 따라 5 m 이상 떨어진 하류 측의 범위 내이고, 또한, 상기 제 1 구간의 시점보다 하나 상류 측의 롤 사이로부터 상류 측으로 적어도 5 m 이상인 구간에 있어서, 2 차 냉각수를 주편에 분사하지 않는 것이 바람직하다. 요컨대, 주편을 주편 지지 롤 (16) 에 접촉시키는 것만으로, 주편을 냉각하는 것이 바람직하다. 그때, 주편의 전체폭을 W (-0.5W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.5W) 로 했을 때, 제 1 구간의 시점보다 하나 상류 측의 롤 사이에 있어서의 주편폭의 0.8W (-0.4W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.4W) 의 범위 내에 있어서, 주편 표면 온도의 최대값과 최소값의 차를 150 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
주편의 표면 온도는, 상기 서술한 비정상 전열 응고 해석에 의해 구한 주편의 단면 온도 분포 중, 주편의 최표면의 폭 중앙 위치 P2 (도 4 참조) 에서의 온도를 말한다. 또한, 본 발명에서의 표면 온도는 이 계산값을 사용하고 있지만, 주편의 표면 온도는 실측할 수도 있다. 표면 온도를 실측하는 경우에는, 예를 들어, 방사 온도계나 열전쌍을 사용하여 주편의 최표면의 온도를 표면 온도로서 측정한다.
실시예
먼저, 참고 실험에 의해, 중심 편석을 감소시키기 위한 요건을 검토했다. 이어서, 참고 실험의 결과에 근거하여, 실시예에 의해, 중심 편석을 감소시키기 위한 실시 조건을 상세하게 검토했다.
참고 실험 1 ~ 4 및 실시예 1 ~ 3 에서는, 도 1 에 나타낸 수직 굽힘형의 연속 주조기를 사용하여, 중탄소 알루미늄 킬드 강을 주조했다. 연속 주조기의 기장 (機長) 은 49 m, 주편의 두께는 250 mm, 주편의 폭은 2100 mm, 2 차 냉각은, 제 1 구간 및 제 2 구간을 제외하고, 에어미스트 스프레이를 사용하고, 2 차 냉각의 범위는 주형 바로 아래부터 연속 주조기의 출구까지로 했다. 중탄소 알루미늄 킬드 강의 화학 성분 농도는, 탄소 (C) 가 0.20 질량%, 규소 (Si) 가 0.25 질량%, 망간 (Mn) 이 1.1 질량%, 인 (P) 이 0.01 질량%, 황 (S) 이 0.002 질량% 이다.
또, 참고 실험 및 실시예에 있어서, 주편의 응고 완료 위치 및 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배는, 이하와 같이 정의하고 있다. 또, 주편의 편석립 개수 및 내부 균열 길이는, 이하와 같이 측정한 것을, 편석도, 내부 균열의 평가에 각각 사용하고 있다.
＜응고 완료 위치＞
주편의 응고 완료 위치는, 상기 서술한 비정상 전열 응고 해석에 의해 산출했다. 구체적으로는, 상기 서술한 주편의 단면 온도의 분포를, 주편 인발 방향 D1 에 수직인 주편의 단면으로 계산하고, 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 영역 A3 (도 4 참조) 의 모든 온도가, 용강의 고상선 온도 이하가 된 위치를, 응고 완료 위치로 했다.
＜응고 말기에 있어서의 주편 두께 중심 부근의 온도 구배＞
응고 말기에 있어서의 주편의 두께 중심 부근의 온도 구배는, 상기 서술한 비정상 전열 응고 해석을 사용하여 산출했다. 또한, 도 5 는, 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배를 계산할 때에 사용한 주편의 단면 (응고 완료 위치로부터 주편 인발 방향 D1 로 1 m 상류 측의 주편의 단면) 의 영역을 나타내는 설명도이다.
구체적으로는, 먼저, 응고 완료 위치로부터 주편 인발 방향 D1 로 1 m 상류 측의 주편의 단면에 있어서, 주편의 중심 위치 P1 로부터 두께 방향으로 1 mm 또한 폭 방향으로 10 mm 의 범위 내의 영역 (도 5 의 A4 로 나타내는 영역) 의 평균 온도를 산출했다. 다음으로, 응고 완료 위치로부터 주편 인발 방향 D1 로 1 m 상류 측의 주편의 단면에 있어서, 주편의 중심 위치 P1 로부터 두께 방향으로 10 mm 의 위치 P5 를 중심으로 하여, 두께 방향으로 ±1 mm 또한 폭 방향으로 10 mm 의 범위 내의 영역 (도 5 의 A5 로 나타내는 영역) 의 평균 온도를 산출했다. 그리고, 이들 2 개의 평균 온도의 차를 10 mm 로 나눈 것을, 응고 말기에 있어서의 주편 두께 중심 부근의 온도 구배 (K/mm) 로 했다.
＜편석립 개수＞
편석립 개수는 이하의 방법으로 측정하고, 편석의 평가에 사용했다.
주편 인발 방향 D1 에 수직인 주편의 단면에 있어서, 폭이 15 mm 이고 중심부에 중심 편석부를 포함하고, 폭 중앙부터 편측의 3 중점 (重點) (단변 측과 장변 측의 응고 쉘이 성장하여 만난 점) 까지의 길이의 주편 시료를 채취했다. 채취한 주편 시료의 주편 인발 방향 D1 에 수직인 단면을 연마하고, 예를 들어, 피크르산 포화 수용액 등으로 표면을 부식시켜 편석대를 출현시키고, 그 편석대의 중심으로부터 주편 두께±7.5 mm 의 범위를 중심 편석부로 했다. 두께 중앙 부근의 편석대 (응고 완료부 부근) 의 주편 시료를, 주편 폭 방향으로 소분할한 후, 전자 프로브 마이크로 애널라이저 (Electron Probe Micro Analyzer : EPMA) 를 사용하여 전자빔 직경 100 ㎛ 로 주편 시료의 망간 (Mn) 농도를 전체면에 걸쳐 면분석했다. 그리고, 망간 (Mn) 편석도의 분포를 구하고, Mn 편석도가 1.33 이상인 영역이 연결되어 있는 것을 하나의 편석립으로 했다. 편석립의 수를 카운트하고, 편석립의 수를 샘플의 주편 폭 방향의 길이로 나눈 것을 편석립 개수로 했다. 여기서, Mn 편석도란, 편석부의 Mn 농도를, 두께 중심부로부터 10 mm 떨어진 위치에 있어서의 Mn 농도로 나눈 것이다.
＜주편의 내부 균열 길이＞
주편의 내부 균열 길이를 이하의 방법으로 측정하고, 내부 균열의 평가에 사용했다.
주조 후의 주편에 있어서, 주편 인발 방향 D1 에 수직인 주편의 단면을 관찰하고, 내부 균열의 주편 두께 방향을 따른 길이를 측정했다. 이 내부 균열의 길이 중, 관찰 단면 내에서 최대의 길이인 것을 내부 균열 길이로 했다. 내부 균열을 확인할 수 없는 경우에는, 내부 균열 길이는 0 으로 했다.
본 발명자들은, 이하와 같이 다수의 참고 실험을 실시하여, 중심 편석을 줄이기 위한 조건을 검토했다.
[참고 실험 1]
주편의 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배와, 편석립 개수를, 상기 서술한 방법으로 산출 또는 측정하고, 이들의 관계를 고찰했다. 이들의 측정 데이터를 표 1 에 나타내고, 이들 데이터를 플롯한 그래프를 도 6 에 나타낸다.
표 1 및 도 6 의 결과로부터, 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배를 크게 하면, 중심 편석 개수가 적어져, 중심 편석을 저감할 수 있는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 중심 편석을 저감할 수 있었던 이유는, 온도 구배를 크게 함으로써, 주편 두께 중심부의 응고 조직을 미세화할 수 있었기 때문이라고 생각된다.
[참고 실험 2]
연속 주조기를 사용하여 주편을 2 차 냉각할 때에, 물 스프레이에서의 주편 표면적당의 수량 밀도의 조건을 변경하여 주편을 제조하고, 당해 수량 밀도와, 주편의 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배의 관계를 조사했다. 그리고, 중심 편석을 저감할 수 있는 주편 두께 중심부의 온도 구배를 실현하기 위해서 최적인 수량 밀도의 범위를 조사했다. 이들의 측정 데이터를 표 2 에 나타내고, 이들 데이터를 플롯한 그래프를 도 7 에 나타낸다.
표 2 및 도 7 의 결과로부터, 주편 표면적당의 수량 밀도가 50 L/(㎡×min) 이상이고, 주편 두께 중심부의 온도 구배가 대폭 커지는 것을 알 수 있었다. 요컨대, 참고 실험 1 의 결과에 근거하면, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상으로 하여 냉각함으로써, 중심 편석을 대폭 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또, 주편 표면적당의 수량 밀도를 500 L/(㎡×min) 보다 크게 해도 온도 구배는 크게 되지 않았다. 따라서, 효율적인 온도 구배 증대를 위해서는, 주편 표면적당의 수량 밀도를 500 L/(㎡×min) 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
[참고 실험 3]
주편 냉각의 효과에는, 주편의 표면 온도가 크게 영향을 주고 있다. 이것은 주편 표면 온도에 의해 냉각수의 비등 형태가 변화하기 때문이다. 주편의 표면 온도가 충분히 강하하여 있으면, 표층에서의 비등 형태는 핵비등이 되어, 안정적인 냉각을 실현할 수 있다.
그래서, 연속 주조기를 사용하여 주편을 2 차 냉각할 때에, 물 스프레이에서의 주편 표면적당의 수량 밀도의 조건을 변경하여, 주편의 표면 온도가 800 ℃ 부터 300 ℃ 까지 강하하기까지 소비한 시간 (온도 강하 시간) 을 계산하고, 온도 강하 시간에 미치는 수량 밀도의 영향을 조사했다. 이들의 측정 데이터를 표 3 에 나타내고, 이들 데이터를 플롯한 그래프를 도 8 에 나타낸다.
표 3 및 도 8 의 결과로부터, 주편 표면적당의 수량 밀도가 50 L/(㎡×min) 부근에서, 주편의 표면 온도가 800 ℃ 부터 300 ℃ 까지 강하할 때까지의 온도 강하 시간은, 200 초 미만이 되어, 짧아지므로, 주편 표면적당의 수량 밀도는 50 L/(㎡×min) 이상이 바람직한 것을 알 수 있었다. 또, 주편 표면적당의 수량 밀도가 2000 L/(㎡×min) 보다 큰 경우에는 강하 시간에 큰 변화는 없었다. 따라서, 효율적인 냉각의 관점에서는, 주편 표면적당의 수량 밀도는 2000 L/(㎡×min) 이하로 하는 것이 필요한 것을 알 수 있었다.
[참고 실험 4]
발명자들은, 주편 두께 중심부의 온도 구배를 효율적으로 크게 할 수 있는 강냉각의 개시 위치를 조사했다.
연속 주조기를 사용하여, 강냉각 개시 시에서의, 주편의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값의 조건을 변화시켜 주편을 냉각하고, 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값과, 주편의 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배의 관계를 조사했다. 주편의 두께는 250 mm 이며, 강냉각에서의 주편 표면적당의 수량 밀도는 300 L/(㎡×min) 이며, 강냉각은 주편의 완전 응고 위치까지 계속했다. 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값과, 주편의 응고 말기에 있어서의 두께 중심 부근의 온도 구배의 관계에 대해, 측정 데이터를 표 4 에 나타내고, 이들 데이터를 플롯한 그래프를 도 9 에 나타낸다.
표 4 및 도 9 의 결과로부터, 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값이 작을수록, 주편 중심부의 온도 구배는 커지는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 단, 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값이 0.26 에 있어서의 온도 구배는, 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값이 0.43 에 있어서의 온도 구배와, 큰 변화는 없다. 따라서, 본 발명의 효과가 충분히 발휘되고, 또한 강냉각의 설비를 보다 컴팩트하게 하여 설비 투자나 운전의 효율을 높이려면 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값은 0.4 이상이면 되는 것을 알 수 있었다. 또, 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값이 0.9 보다 큰 경우에는, 온도 구배는 커지지 않았다.
[실시예 1]
2 차 냉각에서 주편에 물 스프레이할 때의 주편 표면적당의 수량 밀도를, 표 5 에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 변화시켜 강의 연속 주조 시험을 실시했다. 강냉각 개시 시에서의 고상률 평균값은 0.59 이다. 또, 강냉각은 주편의 응고 완료 위치까지 실시했다. 따라서, 제 1 구간의 시점에서의 고상률 평균값은 0.59 이며, 종점에서의 고상률 평균값은 1.00 이다. 실시예 1 에 있어서의 강냉각은, 수평대의 영역 내에서 실시했다.
또, 각각의 연속 주조 시험으로, 주편 두께 중심부의 응고 말기의 온도 구배와, 주편의 편석립 개수를 측정했다. 그리고, 측정한 편석립 개수에 의해 편석도를 평가했다. 이들의 측정 결과를 표 5 에 나타낸다.
편석도는, 하기의 기준으로 평가했다. 본 발명에서는, ◎ 또는 ○ 를 합격으로 했다.
◎ : 편석립 개수가 1.40 이하
○ : 편석립 개수가 1.40 보다 크고, 또한 2.30 미만
× : 편석립 개수가 2.30 이상
표 5 의 결과로부터, 본 발명예의 시험에서는, 주편 내에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 2000 L/(㎡×min) 이하로 한 주조 조건에서는, 주편에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또, 주편 표면적당의 수량 밀도를 1000 L/(㎡×min) 이상으로 해도, 편석립 개수는 대폭은 개선되지 않았다. 편석 저감의 효과를 유효하게 얻기 위해서는, 주편 표면적당의 수량 밀도를 300 L/(㎡×min) 이상 1000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
[실시예 2]
2 차 냉각에서 주편에 물 스프레이할 때의 주편 표면적당의 수량 밀도와, 강냉각 개시에서의 고상률 평균값과, 강냉각 종료 시에서의 고상률 평균값을, 표 6 에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 변화시켜 연속 주조 시험을 실시했다. 실시예 2 에 있어서의 강냉각은, 수평대의 영역 내에서 실시했다.
또, 비교예의 시험 번호 2-1 에서는, 강냉각하지 않았기 때문에, 표 6 의 제 1 구간의 난에는 「통상 냉각」이라고 기재하고 있다. 또, 시험 번호 2-2 ~ 2-23 에서는, 참고 실험 4 의 결과에 근거하여, 제 1 구간의 시점에서의 고상률 평균값을 0.4 이상으로 했다.
편석도의 평가는, 실시예 1 과 동일한 기준으로 평가했다. 표 6 의 결과로부터, 본 발명예의 시험에서는, 주편 내에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
표 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 구간의 시점에서의 고상률 평균값을 0.90 으로 한 비교예의 시험 번호 2-6, 2-17, 2-20 에서는, 강냉각을 하지 않았던 시험 번호 2-1 과, 편석립 개수가 거의 동일했다. 이것에 대해, 제 1 구간의 시점에서의 고상률 평균값을 0.4 이상 0.8 이하의 범위 내로 한 본 발명예의 시험에서는, 편석립 개수를 대폭 저감시킬 수 있었다.
이들 결과로부터, 본 발명에서는, 제 1 구간의 시점에서의 고상률 평균값을 0.4 이상 0.8 이하의 범위 내로 했다. 또, 제 1 구간의 종점에서의 고상률 평균값을 1.0 미만으로 한 본 발명예의 시험 번호 2-21, 2-22, 2-23 에 있어서도, 편석립 개수를 대폭 저감시킬 수 있었다. 이 결과로부터, 제 1 구간의 종점에서의 고상률 평균값은 1.0 미만이어도 되는 것을 알 수 있었다.
[실시예 3]
2 차 냉각에서 주편에 물 스프레이할 때의 제 1 구간 및 제 2 구간에서의 주편 표면적당의 수량 밀도와, 각 구간의 시점 및 종점에서의 고상률 평균값을, 표 7 에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 변화시켜 연속 주조 시험을 실시했다. 또한, 제 1 구간과 제 2 구간을 반드시 연속한 구간으로 할 필요는 없지만, 실시예 3 에 있어서는 제 1 구간과 제 2 구간을 연속한 구간으로 했기 때문에, 제 1 구간의 종점에서의 고상률 평균값과 제 2 구간의 시점에서의 고상률 평균값이 일치하고 있다.
편석도의 평가는, 실시예 1 과 동일한 기준으로 평가했다. 표 7 의 결과로부터 본 발명예의 시험에서는, 주편 내에 발생하는 중심 편석을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
제 2 구간의 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 300 L/(㎡×min) 이하로 한 본 발명예의 시험에서는, 편석립 개수를 대폭 저감시킬 수 있었다. 이들 결과로부터, 제 2 구간의 수량 밀도는 50 L/(㎡×min) 이상 300 L/(㎡×min) 이하가 바람직한 것을 알 수 있었다.
또, 제 2 구간의 수량 밀도를 30 L/(㎡×min) 으로 한 시험 번호 3-5 와, 제 2 구간의 수량 밀도를 40 L/(㎡×min) 으로 한 시험 번호 3-6 에서는, 제 2 구간 내에서 표층 온도가 200 ℃ 이상까지 상승하여, 요컨대 복열이 일어나, 이것에 의한 내부 균열이 조금 발생했다. 이것에 대해, 제 2 구간의 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 300 L/(㎡×min) 이하로 한 본 발명예의 시험에서는, 제 2 구간 내에서 표면 온도가 200 ℃ 이상이 되는 큰 복열은 일어나지 않아, 내부 균열은 거의 발생하지 않았다. 이들 결과로부터, 제 2 구간에 있어서 주편의 표면 온도는 200 ℃ 이하가 바람직한 것을 알 수 있었다.
또, 제 2 구간의 종점에서의 고상률 평균값을 1.0 미만으로 한 시험 번호 3-4 에서는, 편석립 개수가 저감하여 있지만, 제 2 구간보다 하류에서 복열이 일어나고, 이것에 의한 경미한 내부 균열이 발생하고 있었다. 따라서, 제 2 구간의 종점에서의 고상률은 1.0 인 것이 바람직하고, 완전 응고 위치에서의 주편 표면 온도가 200 ℃ 이하인 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
[실시예 4]
도 10 은, 본 발명에 관련된 강의 연속 주조 방법을 실시 가능한 연속 주조기의 다른 일례를 나타내는 개략도이다. 도 10 에 나타내는 연속 주조기 (11A) 는, 기본적으로는 도 1 에 나타낸 연속 주조기와 동일하지만, 제 1 구간의 시점보다 하나 상류 측의 롤 사이로부터 상류 측의 소정 구간에 있어서, 2 차 냉각수 스프레이를 주편에 분사하지 않고, 주편을 주편 지지 롤에 접촉시키는 것만으로 주편을 냉각 (이하, 「롤 냉각」이라고 기재한다) 하는 사양으로 되어 있는 점이 상이하다. 실시예 4 에서는, 도 10 에 나타내는 수직 굽힘형 연속 주조기를 사용했다.
롤 냉각의 구간에 배치되어 있는 주편 지지 롤은, 내부에 냉각수가 흐르는 구조이면 되고, 내구성 등을 고려해 임의로 설계할 수 있다. 이 롤 냉각만의 구간을 통과한 후의 수평대에 있어서 주편의 강냉각을 실시하는 연속 주조 시험을 실시했다. 강냉각의 조건은, 제 1 구간은, 수량 밀도를 500 L/(㎡·min), 제 2 구간은 150 L/(㎡·min) 으로 하는 예를 나타냈지만, 본 발명의 범위 내의 수량 밀도이면, 모두 동일한 결과인 것을 확인하고 있다.
실시 결과의 일람을 표 8 에 나타낸다.
여기서, 표 8 중의 「2 차 냉각수 없음의 구간 길이」는, 2 차 냉각수 없음의 시점부터 제 1 구간 시점의 하나 상류 측의 롤 사이까지의, 2 차 냉각수를 없음으로 한 구간의 거리를 나타내고 있다. 또한, 2 차 냉각수 없음의 구간은, 주형 하단으로부터 5 m 보다 하류에서 실시하는 것이 바람직하다. 주형 하단으로부터 5 m 보다 상류에서 2 차 냉각수를 없음으로 하면, 응고 쉘의 성장 부족에서 기인하는 브레이크 아웃 등의 조업 불안정성을 조장하기 때문이다.
또, 「주편의 폭 방향 온도차」는, 제 1 구간 시점의 하나 상류 측의 롤 사이에 있어서 주편 폭 방향의 표면 온도를 계측하고, 주편 전체폭 W (-0.5W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.5W) 에 대해, 주편폭의 0.8W (-0.4W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.4W) 의 범위 내에 있어서의 주편 표면 온도의 최대값과 최소값의 차를 기재하고 있다 (동일 주조 조건으로 측정한 중에서의 최대차를 기재).
도 11 에, 2 차 냉각수 없음의 구간 길이와 편석립 개수의 관계를 나타낸다. 시험 번호 4-1, 4-2 에 나타내는 바와 같이, 2 차 냉각수 없음의 구간 길이가 5 m 미만인 경우에는, 주편의 폭 방향 온도차가 크다.
한편, 시험 번호 4-3 ~ 4-8 과 같이 2 차 냉각수 없음의 구간 길이가 5 m 이상인 경우에는, 주편의 폭 방향 온도차가 150 ℃ 이하가 된다. 그 결과, 주편 두께 중심부 부근의 온도 구배값은 큰 차가 없지만, 주편 폭 방향에서의 편석 편차가 억제되므로, 편석립 개수를 저감할 수 있었다.
11 : 연속 주조기
11A : 연속 주조기
12 : 용강
13 : 주형
14 : 턴디쉬
15 : 침지 노즐
16 : 주편 지지 롤
17 : 스프레이 노즐
18 : 주편
18a : 주편 내의 미응고부
18b : 응고 완료 위치
19 : 경압하대
20 : 세그먼트
20a : 세그먼트
20b : 세그먼트
21 : 반송 롤
11A : 연속 주조기
12 : 용강
13 : 주형
14 : 턴디쉬
15 : 침지 노즐
16 : 주편 지지 롤
17 : 스프레이 노즐
18 : 주편
18a : 주편 내의 미응고부
18b : 응고 완료 위치
19 : 경압하대
20 : 세그먼트
20a : 세그먼트
20b : 세그먼트
21 : 반송 롤
Claims (7)
- 연속 주조기 내의 주편 인발 방향을 따른 구간에 있어서, 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 0.4 이상 0.8 이하의 범위 내인 시점부터, 상기 주편 폭 중앙에서의 두께 방향을 따른 고상률의 평균값이 상기 시점에서의 고상률의 평균값보다 크고, 또한 1.0 이하의 범위 내인 종점까지를 제 1 구간으로 하고,
상기 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 2000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물에 의해 주편을 냉각하고,
상기 고상률의 평균값은, 직사각형의 주편의 이차원 단면 내의 단면 온도 분포와, 용강의 고상선 온도와, 용강의 액상선 온도에 기초하여, 주편 폭 중앙의 두께 방향을 따른 영역의 각 위치의 고상률을 산출하고, 당해 각 위치의 고상률의 평균값으로서 산출되는, 강의 연속 주조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구간 내에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 300 L/(㎡×min) 이상 1000 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물에 의해 주편을 냉각하는, 강의 연속 주조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 구간의 종점에서의 고상률의 평균값을 1.0 미만으로 하고, 상기 제 1 구간보다 하류에 위치하는 소정의 길이의 구간을 제 2 구간으로 하고,
상기 제 2 구간에 있어서, 상기 제 1 구간에 있어서의 주편 표면적당의 수량 밀도보다 작은 주편 표면적당의 수량 밀도로, 물에 의해 주편을 냉각하는, 강의 연속 주조 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 구간에 있어서, 주편 표면적당의 수량 밀도를 50 L/(㎡×min) 이상 300 L/(㎡×min) 이하의 범위 내로 하여, 물에 의해 주편을 냉각하는, 강의 연속 주조 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 구간에 있어서, 주편의 표면 온도가 200 ℃ 이하인, 강의 연속 주조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 구간은, 연속 주조기 내에서 주편을 수평 방향으로 반송하는 수평대의 영역 내인, 강의 연속 주조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
연속 주조기의 주형 하단으로부터 주편 인발의 패스 라인을 따라 5 m 이상 떨어진 하류 측의 범위 내이고, 또한, 상기 제 1 구간의 시점보다 하나 상류 측의 롤 사이로부터 상류 측으로 적어도 5 m 이상인 구간에 있어서,
2 차 냉각수를 주편에 분사하지 않고 주편의 냉각을 실시하고,
주편의 전체폭을 W (-0.5W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.5W) 로 했을 때에, 상기 제 1 구간의 시점보다 하나 상류 측의 롤 사이에 있어서의 주편폭의 0.8W (-0.4W ~ 폭 중앙 0 ~ ＋0.4W) 의 범위 내에 있어서의 주편 표면 온도의 최대값과 최소값의 차가 150 ℃ 이하인, 강의 연속 주조 방법.
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