KR102567105B1 - 슬래브 주편의 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

슬래브 주편의 연속 주조 중에, 주형 장변 동판 온도를 광범위로 측정하고, 연속 주조기의 고생산성과 고품질 주편의 제조를 양립시킨다. 본 발명의 연속 주조 방법은, 마주 대하는 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면으로부터 냉각수 슬릿과의 사이에 측정점이 위치하고, 또한, 용강측 표면으로부터 각 측정점까지의 거리가 동일해지도록 측온 소자 (20) 를 설치하여 동판 온도를 측정하면서 슬래브 주편을 연속 주조함에 있어서, 상기 측정점을, 용강탕면 위치로부터 주편 인발 방향으로 600 ㎜ 이상까지의 범위에, 주편 인발 방향으로 100 ㎜ 이하의 간격으로 또한 폭 방향으로 150 ㎜ 이하의 간격으로 설치하고, 주편의 단변 위치보다 폭 중앙측에서, 또한, 용강탕면 위치로부터 50 ㎜ 이상 하방에 설치되는 측온 소자에 의한 측정값을 평가 대상으로 하고, 동일 주편 인발 방향 위치에 있어서의 폭 방향의 측정값의 표준 편차가 20 ℃ 이하가 되도록, 주조 조건을 조정한다.

Description

슬래브 주편의 연속 주조 방법

본 발명은 슬래브 주편의 연속 주조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 연속 주조 중에 주형 장변 동판 온도를 측정하고, 측정되는 주형 장변 동판 온도의 주형 폭 방향의 편차가 소정의 범위 내가 되도록 제어하여 슬래브 주편을 연속 주조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 연속 주조에 있어서의 생산성의 향상 및 고품질 주편의 요구는 더욱 더 높아지고 있어, 연속 주조기의 생산성을 향상시키기 위해서, 주편 인발 속도를 증가시키는 기술 개발, 및, 주편의 품질을 향상시키는 기술 개발이 진행되고 있다.

그러나, 안이하게 주편 인발 속도를 증가시키면, 주형 내에 있어서의 응고 쉘의 성장이 불균일해져, 응고 쉘 두께가 얇은 지점의 주편 표면에 균열이 발생한다. 최악의 경우, 균열이 발생한 부분이 깨져, 용강이 누출하는 브레이크 아웃이 발생하고, 연속 주조기의 생산을 장시간 정지시키는 경우가 있다. 또, 이러한 현상은, 강재 (鋼材) 제품의 기계 특성의 향상을 목적으로 하여, 규소나 망간 등으로 대표되는 합금 원소의 첨가량을 높인 강종에 있어서 발생하기 쉬운 경향이 있다.

이와 같은 상황을 타파하기 위해서, 연속 주조용 주형 내의 용강 유동 제어 기술이 개발되어, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 주형 내의 용강에 자장을 인가하는 방법이 제안되어 있다.

주형 내의 용강에 자장을 인가하여 용강 유동을 제어함으로써, 어느 정도의 생산성과 품질의 안정화를 도모하는 것이 가능해진다. 그러나, 자장을 인가해도, 예기치 못한 조업 변동 등에 기인하여, 주형 내의 용강 유동을 완전하게 제어하는 것은 곤란하므로, 주형 동판에 매립된 측온 소자에 의한 측온 결과를 병용하여 조업을 제어하는 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 2 에는, 주형 동판 배면의 폭 방향으로 복수 개의 측온 소자를 배치하고, 그 측온 소자에 의해 주형 동판 온도의 주형 폭 방향 분포를 측정하고, 주형 폭 방향의 온도 분포에 기초하여 주편의 표면 결함을 판정하는 방법이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 3 에는, 주형 내 용강을 수평 방향으로 선회시키는 이동 자장을 인가하면서, 주형 장변 동판 배면에 매설한 측온 소자를 사용하여 주형 동판 온도를 측정하고, 측정된 주형 동판 온도에 기초하여 주편 표면 결함을 판정하는 방법이 제안되어 있다. 구체적으로는, 주형 공간의 축심선을 대칭축으로 하여 대칭의 위치에 배치된 측온 소자끼리의 측정 결과를 비교하고, 양자 중 높은 쪽의 측정 온도에 대한 낮은 쪽의 측정 온도의 비가 0.85 보다 작아졌을 경우에, 주편 표면에 결함이 발생하였다고 판정하는 방법이다.

일본 공개특허공보 평10-305353호 일본 공개특허공보 2003-181609호 일본 공개특허공보 2009-214150호

그러나, 상기 종래 기술에는 이하의 문제가 있다.

즉, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 은, 주형 내의 용강 유동의 변화에 수반하는 주형 동판 온도의 변화를 파악하여, 주편 표면의 결함 판정을 실시하는 것이며, 주형 내 용강탕면으로부터 주편 인발 방향으로 135 ㎜ 이내 영역의 주형 동판 온도를 측정하는 것을 추장 (推奬) 하고 있다.

그러나, 일반적으로, 브레이크 아웃의 발생 기구로는, 몰드 파우더의 불균일 유입이나, 주형과 응고 쉘 사이에 있어서의 공극 (「에어 갭」 이라고 불린다) 의 생성에 의한 것이 알려져 있다. 이것은, 몰드 파우더의 불균일 유입에 의해, 몰드 파우더의 유입이 적은 지점에서 주형과 응고 쉘이 눌러붙어, 브레이크 아웃이 발생한다. 또, 에어 갭의 생성에 의해, 국소적으로 용강으로부터 주형으로의 발열량 (拔熱量) 이 저하되어 응고 쉘 두께가 얇은 지점이 형성되고, 이 부위의 응고 쉘이 내부의 용강 정압에 견디어낼 수 없어 균열되고, 브레이크 아웃이 발생한다. 몰드 파우더의 불균일 유입에 의해서도, 응고 쉘 두께가 얇은 지점이 형성되고, 이에 따라 브레이크 아웃이 발생한다.

이와 같은 국소적인 응고 쉘 두께가 얇은 지점을 검지하기 위해서는, 주형 내 용강탕면으로부터 주편 인발 방향으로 135 ㎜ 이내 영역의 측온만으로는 현상을 파악해내지 못한다. 요컨대, 연속 주조기의 안정성을 보증하려면, 보다 광범위에서의 주형 동판 온도의 측정이 필요하다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 슬래브 주편의 연속 주조 중에, 주형 장변 동판 온도를 광범위로 측정하고, 측정되는 주형 장변 동판 온도의 주형 폭 방향의 편차가 소정의 범위 내가 되도록 주조 조건을 조정하고, 이에 따라, 연속 주조기의 고생산성과 고품질 주편의 제조를 양립할 수 있는, 슬래브 주편의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 연속 주조용 주형의 마주 대하는 주형 장변 동판의 각각의 내부에 측온 소자를 설치하고, 그 측온 소자를 사용하여 주형 장변 동판 온도를 측정하면서 강의 슬래브 주편을 연속 주조하는, 슬래브 주편의 연속 주조 방법으로서,

상기 측온 소자를, 그 측온 소자의 온도 측정점이 주형 장변 동판의 용강측 표면과 냉각수 슬릿의 사이에 위치하고, 또한, 주형 장변 동판의 용강측 표면으로부터 각 온도 측정점까지의 동판 두께 방향 거리가 동일해지도록 설치하고,

상기 온도 측정점을, 주형 내의 용강탕면 위치로부터 주편 인발 방향으로 600 ㎜ 이상까지의 범위에, 주편 인발 방향으로 100 ㎜ 이하의 간격으로, 또한, 주형 장변 동판의 폭 방향으로 150 ㎜ 이하의 간격으로 격자상으로 형성하고,

연속 주조 중의 슬래브 주편의 단변 위치보다 슬래브 주편 폭 중앙측에서, 또한, 주형 내의 용강탕면 위치로부터 주편 인발 방향으로 50 ㎜ 이상 하방에 설치되는 측온 소자에 의한 측정값을 주형 장변 동판 온도의 평가 대상으로 하고,

주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판의 폭 방향의 측정값의 표준 편차가 20 ℃ 이하가 되도록 주조 조건을 조정하는,

슬래브 주편의 연속 주조 방법.

[2] 상기 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판의 폭 방향의 측정값의 표준 편차 모두가 20 ℃ 이하가 되도록 주조 조건을 조정하는, 상기 [1] 에 기재된 슬래브 주편의 연속 주조 방법.

[3] 상기 주조 조건이, 주편 인발 속도, 전자장 발생 장치로부터 주형 내 용강으로 인가되는 자속 밀도, 침지 노즐의 침지 깊이의 3 종 중 1 종 또는 2 종 이상인, 상기 [1] 또는 상기 [2] 에 기재된 슬래브 주편의 연속 주조 방법.

본 발명에서는, 주형 장변 동판의 온도를 주편 인발 방향 및 주형 장변 동판의 폭 방향의 광범위에 걸쳐 측정하고, 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판의 폭 방향의 측온값의 편차가 작아지도록, 주조 조건을 조정한다. 이에 따라, 연속 주조기의 고생산성과 슬래브 주편의 고품질을 양립한 조업을 실시하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 슬래브 주편의 연속 주조 방법을 실시할 때에 적합한 슬래브 연속 주조기의 개략 단면도이다.
도 2 는, 측온 소자로서 열전쌍을 사용했을 때의, 열전쌍의 설치 방법을 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 주편 인발 방법 및 주형 장변 동판의 폭 방향에서의 주형 장변 동판 온도의 분포를 조사할 때에, 주형 장변 동판에 설치한 열전쌍의 위치를 나타내는 개략도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시에 제공되는, 열전쌍을 매설한 연속 주조용 주형, 및, 표준 편차에 의한 판정·제어를 실시하기 위한 연산 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5 는, 실시예에 있어서, A 스트랜드에 탑재한 연속 주조용 주형의 주형 장변 동판의 배면을 나타내는 개략도이다.
도 6 은, 실시예에 있어서, B 스트랜드에 탑재한 연속 주조용 주형의 주형 장변 동판의 배면을 나타내는 개략도이다.
도 7 은, 슬래브 주편의 표면 균열 발생율의 조사 결과를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 표준 편차의 최대값과 표면 균열 발생율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 제품 수율의 조사 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 도 1 은, 본 발명에 관련된 슬래브 주편의 연속 주조 방법을 실시할 때에 적합한 슬래브 연속 주조기의 개략 단면도이고, 연속 주조용 주형 및 턴디시의 개략 정면 단면도이다.

도 1 에 있어서, 마주 대하는 주형 장변 동판 (7) 과, 이 주형 장변 동판 (7) 에 협지 (挾持) 된, 마주 대하는 주형 단변 동판 (8) 을 구비한 연속 주조용 주형 (6) 의 상방 소정 위치에, 턴디시 (9) 가 배치되어 있다. 이 턴디시 (9) 의 저부에는 상측 노즐 (12) 이 설치되고, 그리고, 상측 노즐 (12) 의 하면에 접하여, 고정판 (14), 슬라이딩판 (15) 및 정류 노즐 (16) 로 이루어지는 슬라이딩 노즐 (13) 이 설치되어 있다. 또한, 슬라이딩 노즐 (13) 의 하면에 접하여, 하부에 1 쌍의 토출공 (17a) 을 갖는 침지 노즐 (17) 이 설치되어 있다. 침지 노즐 (17) 의 내벽면에 대한 알루미나 부착 방지를 위해서, 턴디시 (9) 로부터 연속 주조용 주형 (6) 에 공급되는 용강 (1) 에, 아르곤 가스 등의 희가스나 질소 가스 등의 비산화성 가스가, 상측 노즐 (12), 고정판 (14), 침지 노즐 (17) 등으로부터 불어넣어지고 있다. 턴디시 (9) 는, 외각을 철피 (10) 로 하고, 그 내부에 내화물 (11) 이 시공되어 있다.

주형 장변 동판 (7) 의 배면에는, 전자장 발생 장치 (18) 가, 주형 장변 동판 (7) 을 사이에 두고 대향하여 설치되어 있다. 전자장 발생 장치 (18) 는 전원 (도시하지 않음) 과 결선되어 있고, 전원으로부터 공급되는 전력에 의해, 전자장 발생 장치 (18) 로부터 인가되는 자속 밀도 및 자장의 이동 방향을 각각 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 도 1 에서는, 침지 노즐 (17) 을 경계로 주형 장변 동판 (7) 의 폭 방향 좌우에서 2 개로 분할된 합계 4 기의 전자장 발생 장치 (18) 가, 주형 장변 동판 (7) 을 사이에 두고 대향하여 설치되어 있지만, 전자장 발생 장치 (18) 는, 도 1 의 사양에 한정되는 것은 아니고, 용강에 대하여 직류 자장을 인가하여 용강류를 제동하는 것이나, 교류 자장을 인가하여 용강을 일정 방향으로 선회 또는 제동하는 것 등, 제조하는 강재 제품의 특성에 따른 장치가 적절히 선택된다.

용강 (1) 을 래들 (ladle) (도시하지 않음) 로부터 턴디시 (9) 에 주입하고, 턴디시 (9) 에 체류하는 용강량이 소정량이 되었다면, 슬라이딩판 (15) 을 열고, 용강 (1) 을 턴디시 (9) 로부터 연속 주조용 주형 (6) 에 주입한다. 용강 (1) 은, 침지 노즐 (17) 의 토출공 (17a) 으로부터, 주형 단변 동판 (8) 을 향하는 토출류 (5) 가 되어 연속 주조용 주형 (6) 의 내부 공간에 주입된다. 연속 주조용 주형 (6) 의 내부 공간에 주입된 용강 (1) 은 연속 주조용 주형 (6) 과 접촉하여 냉각된다. 이에 따라, 연속 주조용 주형 (6) 과의 접촉면에 응고 쉘 (2) 이 형성된다.

연속 주조용 주형 (6) 의 내부 공간에 소정량의 용강 (1) 이 주입되었다면, 토출공 (17a) 을 용강 (1) 에 침지한 상태로 유지하여, 연속 주조용 주형 (6) 의 하방에 설치된 핀치 롤 (도시하지 않음) 을 구동하여, 외각을 응고 쉘 (2) 로 하고, 내부에 미응고의 용강 (1) 을 갖는 슬래브 주편 (3) 의 인발을 개시한다. 인발 개시 후에는, 연속 주조용 주형 내의 용강탕면 (4) 의 위치를 거의 일정 위치로 제어하면서, 주편 인발 속도를 증속하여 소정의 주편 인발 속도로 한다. 주형 내의 용강탕면 (4) 상에는 몰드 파우더 (19) 를 첨가한다. 몰드 파우더 (19) 는 용융하여, 용강 (1) 의 산화 방지나 응고 쉘 (2) 과 연속 주조용 주형 (6) 의 사이에 흘러들어 윤활제로서의 효과를 발휘한다.

전자장 발생 장치 (18) 로부터 인가하는 자장은, (1) ; 마주 대하는 전자장 발생 장치 (18) 로 자장의 이동 방향이 반대 방향인 이동 자장을 인가하고, 주형 내의 용강탕면 (4) 에 수평 방향의 용강 (1) 의 선회류를 형성하는 방법, 요컨대, 응고 쉘 계면을 따라 수평 방향으로 선회하는 용강 유동을 형성하는 방법, (2) ; 마주 대하는 전자장 발생 장치 (18) 로 자장의 이동 방향이 동일 방향인 이동 자장을 인가하고, 토출류 (5) 의 유속을 감속 또는 가속하는 방법, (3) ; 직류 정자장을 인가하여 주형 내의 용강 (1) 의 유동을 감속하는 방법 등을, 목적에 따라 채용한다.

본 발명자들은, 상기와 같이 하여 실시되는 슬래브 연속 주조기의 조업에 있어서, 여러 가지 주조 조건하에서, 주편 인발 방법 및 주형 장변 동판 (7) 의 폭 방향에서의 주형 장변 동판 온도의 분포를 조사하였다. 그 경우에, 마주 대하는 주형 장변 동판 (7) 의 내부에, 마주 본 거의 동일한 지점에, 열전쌍을 측온 소자로서 매립하여 설치하고, 각각의 주형 장변 동판 (7) 의 온도를 측정하였다.

또한, 이번에는 측온 소자로서 열전쌍을 사용하였지만, 예를 들어, 광 파이버 방식의 센서 등, 주형 동판 온도를 정확하게 측정할 수 있는 수법이면 어떠한 측온 소자라도 상관없다. 수직 굽힘형 슬래브 연속 주조기와 같이 주형 장변 동판 (7) 이 평탄한 면으로 구성되는 경우에, 광 파이버를 사용하는 경우에는, 예를 들어 주형 장변 동판 (7) 의 상단면으로부터, 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면과 평행하게, 주편 인발 방향으로 삽입하는 것도 가능하다.

또, 측온 소자의 온도 측정점 (열전쌍이면 열전쌍 선단 위치) 의 주형 동판 두께 방향에 있어서의 설치 위치는, 설치한 모든 온도 측정점의 동판 두께 방향 거리 (주형 동판의 용강측 표면으로부터의 거리) 를 동일하게 하고, 또한, 각 온도 측정점이 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면과 냉각수 슬릿 (주형 동판을 냉각시키기 위한 냉각수가 통과하는 수로) 의 사이에 위치하도록 설치한다.

도 2 는, 측온 소자로서 열전쌍을 사용했을 경우의 구체적인 설치 방법의 모식도이다. 도 2 에 있어서, (A) 는 주형 장변 동판 (7) 의 일부분을 연직 방향 상방에서 본 단면도이고, (B) 는 주형 장변 동판 (7) 의 일부분을 워터 챔버 (주형 냉각수의 급배수 장치) 가 설치된 측에서 본 측면도이다.

측온 소자로서 열전쌍 (20) 을 설치하는 경우에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 주형 장변 동판 (7) 의 배면의 냉각수 슬릿 (22) 이 설치되어 있지 않은 부위에, 열전쌍 (20) 을 삽입하기 위한 구멍을 주형 장변 동판 (7) 의 배면에 거의 수직으로 형성하고, 그 구멍에 열전쌍 (20) 을 삽입한다. 열전쌍 (20) 의 온도 측정점 (20a) (열전쌍 선단 위치) 이, 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면 (7a) 과 냉각수 슬릿 (22) 의 사이에 위치하도록 설치한다.

측온 소자로서 광 파이버 센서 (FBG 센서) 를 설치하는 경우 (도시하지 않음) 에는, 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면 (7a) 과 냉각수 슬릿 (22) 의 사이에, 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면 (7a) 과 평행한 구멍을 설치하고, 그 구멍에 광 파이버 센서를 삽입한다. 온도 측정점은, 측온 소자로서 열전쌍을 사용한 경우와 동일한 위치이며, 도 2 중의 흑색 동그라미표 (●) 의 위치가 된다.

또, 측온 소자의 각 온도 측정점이, 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면과 냉각수 슬릿 (22) 의 사이에 위치한 다음에, 또한, 주형 장변 동판 (7) 의 용강측 표면 (7a) 으로부터 4 ∼ 20 ㎜ 의 거리 범위에 존재하는 것이 바람직하다. 상기 거리 범위가 4 ㎜ 를 하회하는 경우에는, 주형 동판에 대한 열부하에 의해 발생하는 크랙이 온도 측온점과 연결되어, 측온 소자를 손상시킬 우려가 있다. 또, 상기 거리 범위가 20 ㎜ 를 초과하는 경우에는, 측온의 응답성이 둔해지므로 바람직하지 않다.

도 3 에, 주형 장변 동판 (7) 에 있어서의 열전쌍의 설치 위치를 나타낸다. 도 3 중의 흑색 동그라미표 (●) 가 열전쌍의 설치 위치이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 주편 인발 방향으로는, 주형 장변 동판 (7) 의 상단으로부터 100 ㎜ 의 위치를 시점 (始點) 으로 하여, A 부터 Q 까지의 합계 17 단 (段) 의 열전쌍을 50 ㎜ 간격으로 형성하였다. 또, 주형 장변 동판 (7) 의 폭 방향으로는, 1 부터 27 까지의 합계 27 열의 열전쌍을 75 ㎜ 간격으로 형성하고, 주편 인발 방향 및 주형 장변 동판 (7) 의 폭 방향으로, 열전쌍을 격자상으로 설치하였다.

이와 같이, 주형 장변 동판 (7) 의 거의 전역에 걸쳐서 열전쌍을 격자상으로 설치함으로써, 주형 장변 동판 (7) 전체의 온도 분포를 측정하는 것이 가능해진다. 또한, 도 3 에 있어서, 용강탕면 (4) 의 위치는, 주형 장변 동판 (7) 의 상단으로부터 80 ㎜ 의 위치이지만, 80 ± 30 ㎜ 정도이면, 용강탕면 (4) 의 위치를, 연속 주조 조업에 지장을 초래하는 일 없이, 변화시킬 수 있다.

이와 같은 연속 주조용 주형 (6) 을 사용하여 슬래브 주편 (3) 을 연속 주조하면서, 주형 장변 동판 온도 분포의 측정을 실시하였다. 얻어진 온도 분포와 연속 주조 시의 조업 상황을 대비 조사하였다.

본 발명자들은, 먼저, 몰드 파우더의 불균일 유입이나 에어 갭의 발생을, 어느 정도의 측온 범위 및 측온 간격이면 놓치지 않고 검지할 수 있는지를 검증하였다. 구체적으로는 여러 가지 주조 조건에 대하여 얻어진 「A-1」 부터 「Q-27」 까지의 합계 459 개 지점 (= 17 × 27) 의 측정 온도 데이터를, 몇 개 생략한 다음에 해석을 실시하였다.

몰드 파우더의 불균일 유입이 일어나면, 연속 주조용 주형 (6) 과 응고 쉘 (2) 의 사이에 흘러드는 몰드 파우더가 국소적으로 얇아지는 지점이 발생한다. 그 부분에 있어서는, 몰드 파우더의 열 저항이 작아지기 때문에, 주형 장변 동판 온도의 측정값이 주형 폭 방향으로 서로 이웃하는 열전쌍의 측온값과 비교해서 높아지는 경향이 있다. 한편, 연속 주조용 주형 (6) 과 응고 쉘 (2) 의 사이에 에어 갭이 발생하면, 응고 쉘 (2) 과 연속 주조용 주형 (6) 의 사이의 거리가 커지기 때문에, 그 부분에 있어서는, 주형 장변 동판 온도의 측정값이 주형 폭 방향으로 서로 이웃하는 열전쌍의 측온값과 비교해서 낮아지는 경향이 있다.

이와 같은 측온 결과에 기초하여, 해석을 실시한 결과, 몰드 파우더의 불균일 유입이나 에어 갭의 발생을 놓치지 않기 위한 측정 범위로서, 하기의 조건을 만족할 필요가 있는 것을 알아냈다.

1 ; 주형 내의 용강탕면 위치로부터 주편 인발 방향을 향하여 적어도 600 ㎜ 이상의 범위를 측정할 필요가 있는 것

2 ; 주편 인발 방향으로는 100 ㎜ 이내의 간격으로 측정할 필요가 있는 것

3 ; 주형 장변 동판의 폭 방향으로는 150 ㎜ 이내의 간격으로 측정할 필요가 있는 것

상기보다 좁은 범위 또는 넓은 간격으로 측정한 경우에는, 몰드 파우더의 불균일 유입이나 에어 갭 생성에 의한 국소적인 온도 변화 거동을 놓치기 쉬운 것을 알 수 있었다.

다음으로, 본 발명자들은, 주형 장변 동판 온도의 국소적인 편차를 표현하는 지표에 관해서 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는, 주형 장변 동판의 폭 방향의 측온값의 표준 편차를 사용하는 것이 최적이라는 결론에 이르렀다. 이 때, 연속 주조용 주형 내의 용강탕면 (4) 의 위치로부터 50 ㎜ 하방의 위치보다 상방의 단의 측정값에 대해서는, 용강탕면 위치의 변동 영향을 크게 받으므로, 이와 같은 단의 측정값은 평가에 포함하지 않는 편이 연속 주조 조업의 안정 제어에 있어서 중요한 것도 알 수 있었다. 요컨대, 연속 주조용 주형 내의 용강탕면 (4) 의 위치로부터 주편 인발 방향으로 50 ㎜ 이상 하방에 설치되는 측온 소자의 측정값을 평가 대상으로 할 필요가 있는 것을 알 수 있었다. 또, 당연하기는 하지만, 연속 주조 중의 슬래브 주편의 단변 위치보다 슬래브 주편 폭 중앙측의 측정값을 평가 대상으로 한다. 연속 주조 중의 슬래브 주편의 단변 위치 및 단변 위치보다 외측은, 주형 장변 동판 온도가 낮고, 이와 같은 열의 측정값은 평가 대상으로 하지 않는다.

상기 서술한 평가 대상 범위에 있어서, 여러 가지 주조 조건하에서 비교 검증을 하였다. 그 결과, 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판의 폭 방향의 온도 측정점의 표준 편차가 20 ℃ 이하가 되도록 조업을 실시함으로써, 연속 주조 조업의 안정성을 확보할 수 있고, 연속 주조기의 고생산성과 슬래브 주편의 고품질을 양립할 수 있는 것을 알아냈다. 바람직하게는, 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판의 폭 방향의 온도 측정점의 표준 편차 모두가 20 ℃ 이하가 되도록 조업을 실시하는 것이다.

본 발명자들의 시뮬레이션에 의하면, 표준 편차가 20 ℃ 를 초과하지 않는 경우에도 주조 조건을 변경하도록 했을 경우 (예를 들어 표준 편차가 15 ℃ 를 초과한 경우에 주조 조건을 변경하는 것으로 한 경우), 소정의 표준 편차의 범위 내로 제어하기 위해서는, 극단적으로 주편 인발 속도를 계속 떨어뜨리는 등, 필요 이상으로 조업에 대한 개입을 실시할 필요가 있어, 오히려 생산성을 저해할 염려가 있다. 요컨대, 표준 편차가 20 ℃ 를 초과하지 않는 경우에는, 주조 조건을 변경하지 않는 것이 바람직하다.

한편, 표준 편차가 20 ℃ 를 초과하는 조업을 실시한 경우 (예를 들어 표준 편차가 30 ℃ 를 초과한 경우에 주조 조건을 변경하는 것으로 한 경우도 포함한다), 국소적인 응고 쉘의 박육화가 발생해도, 주조 조건의 변경을 실시하지 않기 때문에, 이 상태를 회복할 수 없어, 슬래브 주편의 표면 균열이나 브레이크 아웃의 발생으로 이어지기 쉽고, 또, 강재 제품의 품질 악화도 조장되기 쉽다. 요컨대, 표준 편차가 20 ℃ 를 초과한 경우에는, 적절히, 주조 조건을 변경하는 것이 바람직하다.

다음으로, 표준 편차를 20 ℃ 이하로 제어하기 위한 방법에 대해서 설명한다.

본 발명자들은 다양한 실험을 실시한 결과, 주편 인발 속도, 전자장 발생 장치 (18) 의 자속 밀도, 침지 노즐 (17) 의 침지 깊이의 3 종의 인자가 표준 편차의 제어에 효과적인 것을 알 수 있었다. 여기서, 침지 노즐 (17) 의 침지 깊이란, 용강탕면 (4) 으로부터 토출공 (17a) 의 상단까지의 거리이다.

이들 중에서도, 전자장 발생 장치 (18) 의 자속 밀도를 변화 (자속 밀도의 증가) 시키는 조작은, 연속 주조기의 생산성이나 조업에 영향을 잘 미치지 않아, 가장 바람직하다. 침지 노즐 (17) 은, 내화 재료의 손상 보호의 관점에서, 침지 깊이마다 사용 가능한 시간이 정해져 있다. 이와 같은 제약 조건하이기는 하지만, 침지 노즐 (17) 의 침지 깊이의 변화 (침지 깊이의 증가) 도 유효하다. 또, 주편 인발 속도의 변화 (속도 저하) 에 대해서는, 고생산성을 유지하기 위해서는 가능한 한 높은 속도를 유지하고자 하지만, 브레이크 아웃에 이른 경우에는, 연속 주조기의 조업이 정지하여, 복구에도 다대한 시간을 필요로 하므로, 이와 같은 사태를 초래하기 전에, 주편 인발 속도를 저하시킨다는 제어도 유효하다.

도 4 는, 본 발명의 실시에 제공되는, 열전쌍 (20) 을 매설한 연속 주조용 주형 (6), 및, 표준 편차에 의한 판정과 제어를 실시하기 위한 연산 장치 (21) 를 나타내는 개략도이다. 연속 주조용 주형 (6) 에는, 상기 서술한 적절한 위치에 열전쌍 (20) 이 매설되어 있다. 열전쌍 (20) 에 의해 측정된 주형 장변 동판 온도의 데이터는 연산 장치 (21) 에 취입되고, 범용의 통계 해석 소프트를 사용하여, 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판 폭 방향의 측온값의 표준 편차 해석이 실시된다.

표준 편차가 모든 단에서 20 ℃ 이하이면, 주조 조건을 변경하지 않고, 그대로 연속 주조 조업을 계속한다. 표준 편차가 20 ℃ 를 초과하는 단이 존재하는 경우에는, 전자장 발생 장치 (18) 의 자속 밀도, 침지 노즐 (17) 의 침지 깊이, 주편 인발 속도 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 조정하여, 모든 단에서의 표준 편차를 20 ℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

연속 주조 후의 슬래브 주편은, 다음 공정의 압연 공정으로 반송된다. 여기서, 표준 편차가 20 ℃ 이하인 슬래브 주편은, 슬래브 주편의 표면 검사를 실시하는 일 없이, 압연 공정으로 반송한다. 한편, 표준 편차 20 ℃ 초과가 발생한 슬래브 주편은, 예를 들어 슬래브 주편의 표면 검사를 실시하고, 슬래브 주편의 표면에 균열 등의 흠이 존재하는 경우에는, 스카퍼나 그라인더 등에 의한 표면 연삭 처치로 표면 흠을 제거하고, 그 후, 압연 공정으로 반송한다. 이에 따라, 최종 제품의 품질을 향상시킨다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 주형 장변 동판 (7) 의 온도를 주편 인발 방향 및 주형 장변 동판 (7) 의 폭 방향의 광범위에 걸쳐 측정하고, 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판 (7) 의 폭 방향의 측온값의 편차가 작아지도록, 주조 조건을 조정한다. 이에 따라, 연속 주조기의 고생산성과 슬래브 주편의 고품질을 양립한 조업을 실시하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서 제어 대상으로 하는 표준 편차는, 동일 시간에 있어서의 동판 온도의 공간 변화분 (주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 장변 동판의 폭 방향의 측온값) 의 표준 편차이며, 시간 변화분의 표준 편차는 제어 대상으로는 하지는 않는다.

실시예

2 스트랜드형 (각각 「A 스트랜드」, 「B 스트랜드」 라고 칭한다) 의 슬래브 연속 주조기를 사용하여 알루미늄 킬드 용강을 연속 주조하였다. 2 스트랜드형의 슬래브 연속 주조기이면, 동일 성분 조성의 용강을 사용하므로, 거의 동일한 조업 조건하에서 비교 가능해진다.

A 스트랜드에는, 도 5 에 나타내는, 배면에 열전쌍을 매설한 주형 장변 동판을 구비한 연속 주조용 주형을 탑재하고, 또한, 도 4 에 나타내는 연산 장치를 설치하였다 (본 발명예). 또한, 도 5 는, 주형 장변 동판의 배면을 나타내는 개략도이고, 도 5 의 흑색 동그라미표 (●) 가 열전쌍의 설치 위치이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 주편 인발 방향으로는, 주형 장변 동판 (7) 의 상단으로부터 100 ㎜ 의 위치를 시점으로 하여, 100 ㎜ 간격으로, A 부터 G 까지의 합계 7 단의 열전쌍을 설치하고, 주형 장변 동판의 폭 방향으로는, 150 ㎜ 간격으로, 1 부터 14 까지의 합계 14 열의 열전쌍을, 격자상으로 설치하였다.

비교예로서, B 스트랜드에는, 도 6 에 나타내는, 배면에 열전쌍을 매설한 주형 장변 동판을 구비한 연속 주조용 주형을 탑재하였다. 또한, 도 6 은, 주형 장변 동판의 배면을 나타내는 개략도이고, 도 6 의 흑색 동그라미표 (●) 가 열전쌍의 설치 위치이다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 주편 인발 방향으로는, 주형 장변 동판 (7) 의 상단으로부터 100 ㎜ 의 위치 및 200 ㎜ 의 위치의 2 단의 열전쌍을 형성하고, 주형 장변 동판의 폭 방향으로는, 243.75 ㎜ 간격으로, 1 부터 9 까지의 합계 9 열의 열전쌍을 형성하였다.

슬래브 주편의 두께는 220 ∼ 300 ㎜ 이고, 슬래브 주편의 폭은 1000 ∼ 2100 ㎜ 이고, 용강 주조량을 3.0 ∼ 7.5 톤/min 의 범위로서 연속 주조하였다. 침지 노즐의 토출공의 토출 각도는 15° 이상 45° 이하로 하고, 침지 깊이 (주형 내 용강탕면으로부터 토출공 상단까지의 거리) 는 80 ㎜ 를 기본으로 하고, 80 ± 20 ㎜ 의 범위에서 변경하였다. 침지 노즐 내벽에서의 알루미나 부착을 방지하기 위해서, 침지 노즐을 유하하는 용강에, 상측 노즐로부터 아르곤 가스를 불어넣었다. 또, 전자장 발생 장치로부터, 마주 대하는 주형 장변 동판을 따라 각각 상반되는 방향의 이동 자장을 인가하고, 주형 내의 용강에 응고 쉘 계면을 따라 수평 방향으로 선회하는 유동을 부여하였다.

A 스트랜드에서는, 도 4 에 나타내는 연산 장치를 사용하여, B ∼ G 단의 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판 폭 방향의 1 ∼ 14 의 측온값을 1 초 간격으로 취입하고, 표준 편차를 해석하였다. 모든 단에서의 온도 측정점에 있어서의 측온값의 표준 편차 중 몇 개가 20 ℃ 초과인 경우에는, 20 ℃ 이하가 되도록, 전자장 발생 장치의 부가 전류, 침지 노즐의 침지 깊이, 주편 인발 속도 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 조정하여, 모든 단에서의 표준 편차를 20 ℃ 이하로 제어하였다. 한편, B 스트랜드에서는, 미리 설정한 주조 조건에 기초하여 연속 주조 조업을 실시하였다. 시험 결과를 표 1 에 나타낸다.

A 스트랜드에서는, 연속 주조용 주형을 설치한 후, 3425 차지를 연속 주조한 후에, 주형 교환 기준에 기초하여 연속 주조용 주형을 떼어내었다. 요컨대, A 스트랜드에서는, 주형 장변 동판 수명을 다하여, 트러블을 일으키는 일 없이 연속 주조 조업을 실시할 수 있었다. 한편, B 스트랜드에서는, 연속 주조용 주형을 설치한 후, 730 차지째에, 탄소 함유량이 0.12 질량％ 인 중탄소강을 주편 인발 속도 1.4 m/min 으로 연속 주조 중에, 브레이크 아웃이 발생하여, 주형 교환으로 되었다.

B 스트랜드의 브레이크 아웃한 슬래브 주편을 상세하게 관찰한 결과, 브레이크 아웃의 발생 지점에 있어서, 응고 쉘 두께의 박육화 (薄肉化) 가 관찰되었다. A 스트랜드로 동일한 강종을 연속 주조했을 때에는, 열전쌍에 의한 측온값의 표준 편차가 20 ℃ 를 초과하는 경우가 발생하고, 연산 장치의 제어 로직에 의해, 전자장 발생 장치의 부가 전류, 침지 노즐의 침지 깊이, 주편 인발 속도 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 조정하여, 표준 편차가 20 ℃ 이하가 되도록 제어하고 있어, 브레이크 아웃에는 이르지 않았다.

제조된 슬래브 주편의 품질을 비교하였다. A 스트랜드 및 B 스트랜드로부터, 거의 동일 주조 조건으로 연속 주조된 슬래브 주편을 각각 125 개씩 빼내어, 슬래브 주편의 표면 검사를 실시하고, 표면 균열의 유무를 확인하였다. 도 7 에, 슬래브 주편의 표면 균열 발생율의 조사 결과를 나타낸다. 슬래브 주편의 표면 균열 발생율은, 1 개 지점이라도 표면 균열이 존재한 슬래브 주편의 개수를, 검사 개수 125 개로 나눗셈한 수치 (백분율) 이다.

B 스트랜드에서는, 표면 균열 발생율이 12.0 ％ 였던데 반해, A 스트랜드에서는, 표면 균열 발생율이 5.6 ％ 로 저감하였다. 본 발명에서는, 국소적인 응고 쉘 두께의 박육화를 억제하도록, 주조 조건을 조정하므로, 슬래브 주편에 표면 균열이 잘 발생하지 않고, 고품질인 슬래브 주편을 제조할 수 있는 것으로 생각된다.

또한, A 스트랜드로 제조한 주편에 대해, 주편이 주형 내에 체재한 시간 내에 있어서의 표준 편차의 최대값과 표면 균열 발생율의 관계를 조사하였다. 조사 결과를 도 8 에 나타낸다. 표준 편차의 최대값을 20 ℃ 이하로 제어할 수 있었던 주편에는 표면 균열은 확인되지 않았지만, 표준 편차의 최대값이 20 ℃ 초과가 된 주편에서는 표면 균열이 드문드문 보였다.

또, 최종 제품까지의 제품 수율을 비교하였다. B 스트랜드로 제조한 슬래브 주편을, 그 표면을 스카퍼나 그라인더로 손질하는 일 없이, 손질하지 않은 상태로 압연 공정으로 반송하고, 열간 압연, 냉간 압연 등을 실시하여 최종 제품으로 하였다. 한편, A 스트랜드로 제조한 슬래브 주편은, 표준 편차가 20 ℃ 이하인 슬래브 주편은 손질하지 않는 것으로 하고, 표준 편차가 20 ℃ 초과인 슬래브 주편은 표면 흠을 육안 확인한 후, 스카퍼나 그라인더로 흠을 제거하고 나서, 다음 공정으로 반송하고, 열간 압연, 냉간 압연 등을 실시하여 최종 제품으로 하였다. 최종 제품 단계에서 결함이 된 지점에 대해서는, 결함 지점의 손질이나 잘라내기를 실시하고, 제품 수율을 평가하였다. 또한, 제품 수율은, 제품으로서 출하할 수 있었던 제품 질량을, 슬래브 주편의 질량으로 나눗셈한 수치로 평가하였다.

도 9 에, 제품 수율의 조사 결과를 나타낸다. 비교예의 B 스트랜드의 슬래브 주편을 사용하여 제조했을 때의 제품 수율을 제품 수율 지수 100 으로 했을 때, 본 발명예의 A 스트랜드의 슬래브 주편을 사용하여 제조한 제품에서는, 제품 수율 지수가 103 이 되어, 3 ％ 의 제품 수율 향상이 얻어졌다. 이것은, 본 발명예에서는, 표준 편차에 의한 판정 시스템을 사용함으로써, 슬래브 주편의 단계에서 표면 흠을 제거할 수 있으므로, 제품 단계에서의 잘라내기 등의 로스가 감소한 것에 의한 것이다.

이와 같이, 본 발명에 관련된 슬래브 주편의 연속 주조 방법에 의해, 우수한 품질의 슬래브 주편을 효율적으로 안정적으로 제조하는 것이 실현된다.

1 : 용강
2 : 응고 쉘
3 : 슬래브 주편
4 : 용강탕면
5 : 토출류
6 : 연속 주조용 주형
7 : 주형 장변 동판
8 : 주형 단변 동판
9 : 턴디시
10 : 철피
11 : 내화물
12 : 상측 노즐
13 : 슬라이딩 노즐
14 : 고정판
15 : 슬라이딩판
16 : 정류 노즐
17 : 침지 노즐
17a : 토출공
18 : 전자장 발생 장치
19 : 몰드 파우더
20 : 열전쌍
20a : 온도 측정점
21 : 연산 장치
22 : 냉각수 슬릿

Claims (3)

1. 연속 주조용 주형의 마주 대하는 주형 장변 동판의 각각의 내부에 측온 소자를 설치하고, 그 측온 소자를 사용하여 주형 장변 동판 온도를 측정하면서 강의 슬래브 주편을 연속 주조하는, 슬래브 주편의 연속 주조 방법으로서,
   상기 측온 소자를, 그 측온 소자의 온도 측정점이 주형 장변 동판의 용강측 표면과 냉각수 슬릿의 사이에 위치하고, 또한, 주형 장변 동판의 용강측 표면으로부터 각 온도 측정점까지의 동판 두께 방향 거리가 동일해지도록 설치하고,
   상기 온도 측정점을, 주형 내의 용강탕면 위치로부터 주편 인발 방향으로 600 ㎜ 이상까지의 범위에, 주편 인발 방향으로 100 ㎜ 이하의 간격으로, 또한, 주형 장변 동판의 폭 방향으로 150 ㎜ 이하의 간격으로 격자상으로 형성하고,
   연속 주조 중의 슬래브 주편의 단변 위치보다 슬래브 주편 폭 중앙측에서, 또한, 주형 내의 용강탕면 위치로부터 주편 인발 방향으로 50 ㎜ 이상 하방에 설치되는 측온 소자에 의한 측정값을 주형 장변 동판 온도의 평가 대상으로 하고,
   주편 인발 방향의 적어도 하나의 위치에 있어서, 상기 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판의 폭 방향의 측정값의 공간 변화분의 표준 편차가 20 ℃ 이하가 되도록 주조 조건을 조정하고,
   상기 주조 조건이, 주편 인발 속도, 전자장 발생 장치로부터 주형 내 용강으로 인가되는 자속 밀도, 침지 노즐의 침지 깊이의 3 종 중 1 종 또는 2 종 이상인, 슬래브 주편의 연속 주조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   주편 인발 방향의 모든 위치에 있어서, 상기 주편 인발 방향으로 동일 위치가 되는 주형 장변 동판의 폭 방향의 측정값의 공간 변화분의 표준 편차가 20 ℃ 이하가 되도록 상기 주조 조건을 조정하는, 슬래브 주편의 연속 주조 방법.
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