KR0180985B1 - 강의 연속주조방법 - Google Patents

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

본발명은 강의 연속주조방법에 관한것이다.

[발명이 해결하려고하는 기술적과제]

본발명의 목적은 고배출, 고속주조를 실시하는경우에 있어서 적합한 무결함주조주편을 제조하는데 적합한 신규의 연속주조방법과 그 방법을 실시하는데 적합한 장치를 제안하는데있다.

[발명의 해결방법의 요지]

연속주조용주형(1)의 대향측면벽의 상호간에 정자장을 인가시켜서 침지노즐(2)을 통해서 연속주조용주형(1)내에 공급하는 용강의 분출류를 제어함에 있어서, 6t/min이상의 배출로해서 용강을 연속주조용주형(1)내에 공급함과 동시에 공심초전도전자석(3)을 사용해서 연속주조용주형(1)의 메니스커스부에 자속밀도가 적어도 0.5T가되는 정자장을, 침지노즐(2)의 토출구로부터 분출된 용강분출류의 하부영역에는 자속밀도가 0.5T 이상이되는 정자장을 각각 동시에 인가시키는것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.

[발명의 중요한용도]

본발명은 무결함주조주편을 제조하는데 적합한 신규의 연속주조방법과 그 방법을 실시하는데 적합한 장치를 제공하는데있다.

Description

강의 연속주조방법

제1도는 연속주조용 주형내에 있어서의 용강탕면온도와 자속밀도(용강분출류의 하부영역에 있어서 정자장을 인가시킨 경우의 자속밀도)의 관계를 나타낸 도면.

제2도는 노즐막힘과 자속밀도 (용강분출류의 하부영역에 있어서 정자장을 인가시킨 경우의 자속밀도)의 관계를 나타낸 도면.

제3도는 코일결함발생율과 자속밀도 (용강분출류의 하부영역에 있어서 정자장을 인가시킨 경우의 자속밀도)의 관계를 나타낸 도면.

제4도는 브레이크아우트발생율과 자속밀도 (용강분출류의 하부영역에 있어서 정자장을 인가시킨 경우의 자속밀도)의 관계를 나타낸 도면.

제5도는 진동마아크부깊이와 용강의 수퍼히이트와의 관계를 나타내는 도면.

제6도 a, b는 본발명을 실시하는데 사용하기에 아주 적당한 설비의 구성을 나타내는 도면.

제7도 a,b는 본발명을 실시하는데 사용하기에 아주 적당한 설비의 구성을 나타내는 도면.

제8도 a, b는 본발명을 실시하는데 사용하기에 아주 적당한 설비의 구성을 나타내는 도면.

제9도 a, b는 본발명을 실시하는데 사용하기에 아주 적당한 설비의 구성을 나타내는 도면.

제10도는 정자계발생용 초전도전자석의 구성을 나타내는 도면.

제11도는 본발명을 실시하는데 사용하기에 아주 적당한 연속주조용주형의 구성설명도.

제12도는 제11도의 사시도.

제13도는 자극간거리와 정자장의 상대자속밀도의 관계를 나타내는 도면.

제14도는 자속밀도(지수표시)와 주형의 냉각판의 변형량(지수표시)의 관계를 나타내는 도면.

제15도 a, b 는 본발명의 연속주조장치의 주요부의 부분단면도.

제16도는 전극의 주요부를 나타내는 도면.

제17도 a, b 는 본발명의 실시에 사용하기에 아주 적당한 연속주조용주형의 구성을 나타낸 도면.

제18도 a, b 는 본발명의 실시에 사용하기에 아주 적당한 연속주조용주형의 구성을 나타낸 도면.

제19도 a, b 는 본발명의 실시에 사용하기에 아주 적당한 연속주조용주형의 구성을 나타낸 도면.

제20도는 자속밀도와 전류의 관계를 나타내는 그래프.

제21도는 자속밀도와 냉간압연코일 결함율의 관계를 나타내는 그래프.

제22도는 종래방식에 따른 연속주조의 상황을 나타내는 도면.

제23도 a, b, c 는 복귀전류에 의해 용강분출류가 가속되는 상황의 설명도.

제24도는 본발명의 실시에 사용하기에 아주 적당한 연속주조용주형의 구성을 나타낸 도면.

제25도는 본발명의 실시에 사용하기에 아주 적당한 연속주조용주형의 다른 구성을 나타낸 도면.

제26도는 유도전류의 흐름을 나타내는 도면.

제27도는 공심초전도 전자석을 구비한 연속주조용 주형의 구성을 나타내는 도면.

제28도 a, b 는 초전도코일의 주요부를 나타낸 도면.

제29도는 공심초전도 전자석을 구비한 연속주조용 주형의 다른 구성을 나타내는 도면.

제30도는 초전도코일의 주요부를 나타낸 도면.

제31도는 자속밀도와 표면결함발생율의 관계를 조사한 그래프.

제32도는 주조주편내의 개재물에대해 조사한 결과를 나타낸 그래프.

제33도는 브레이크아우트발생율을 조사한 결과를 나타내는 그래프.

제34도는 주조주편의 표면성상에 대한 조사결과를 표시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연속주조용주형 1a : 단변측벽

2 : 침지노즐 3 : 초전도전자석

강의 연속주조에 있어서는 턴디시(tundish)에 수용한 용강을 그 저면부에 설치한 침지노즐을 통해서 연속주조용 주형에 공급하지만 침지노즐의 토출구로부터 분출되는 용강의 유속은 주조속도에 비교해서 현저히 크기때문에 용강중의 개재물이나 기포가 크레이터(crater)에 깊이 침입하기쉽고 이와같은 경우에는 내부결함이 되는것을 피할수없다.

또 응고셸(shell)의 재용해의 문제가 있는외에 용강의 분출류중 특히 위로 향한흐름(반전류등)은 주조메니스커스(mould meniscus)부를 부풀어 오르게 하여 탕면변동을 조장시켜서 주조분말(mould powder)을 말려들어가게하여 주조주편의 품질이나 주조조업에 현저히 나쁜 영향을 미친다.

본발명은 특히 용강의 공급량이 종래의 2배를 초과하는것과같은 고배출(throughput), 고속주조를 행하는경우에 있어서 연속주조용 주형내에 있어서의 탕면변동이나 분말의 말려들어감 혹은 개재물등의 말려들어감등을 경감시켜서 내부품질의 개선을 도모함과 동시에 그 표면성상의 건전화도 아울러 도모하고 내ㆍ외품질이 개선된 주조주편을 안정적으로 얻고자하는것이다.

침지노즐로부터의 용강분출류를 제어하기위해서는 종래에는 침지노즐의 토출구의 형상에 대해 연구를 하거나 용강의 주입속도를 저감시키는것이 일반적이었다.

그러나 침지노즐의 토출구의 형상을 단지 변경하거나 용강의 주입속도를 저감시키는것 만으로는 용강중에 포함되는 개재물등에 기인한 품질결함을 완전히 방지하는것은 곤란했었다.

이 점에대한 선행기술로서는 예를들면 일본국 특개소 57-17356호 공보에는 연속주조용 주형에 정자장발생장치를 설치하고 이것에의해 침지노즐로부터의 용강의 분출류에 제동을 가하는 방법이 또 일본국 특개평 2-284750호공보에는 연속주조용 주형의 전면에 정자장을 작용시켜 그 때에 유도되는 전류와 자장과의 상호작용에의해 생기는 로오렌쯔의 힘(Lorentz force)으로 침지노즐로부터의 용강의 분출류에 제동을 가하는 기술이 각각 개시되어있다.

그런데 상기한 일본국 특개소 57-17356호공보에 개시된 기술에서는 용강의 분출류에 제동을 가한때에 그것이 마치 벽에 부딪친것처럼 그 방향을 변경하지만 분출류가 갖는 에너지를 분산시켜서 균일한 흐름으로 할수가없고 또 분출류가 정자장이없는 방향으로 달아나기때문에 만족한 결과를 얻을수가없는 불리한점이 있었다.

한편 일본국 특개평 2-284750호공보에 개시된 기술에 있어서는 침지노즐로부터의 용강의 분출류의 균일화를 도모하는것이 가능함과 동시에 메니스커스부의 탕면변동도 적게할수있고 주조주편의 표면 및 내부의 품질에 대해 어느정도까지 개선할수있게 되었으나 용강의 배출이 종래의 2배를 초과하는것과같은 고속주조를 실시하는 경우에 있어서는 다음과같은 문제가있어 아직 다소의 개선의 여지가 남아있다.

(1) 다공식의 침지노즐을 사용하는경우 침지노즐로부터의 용강분출류에 수반하는 주형내에서의 편류의 발생을 피할수가 없다.

(2) 다공식침지노즐을 사용한경우 용강분출류의 고속화에의해 노즐막힘이 발생한때에 주형내에서의 편류가 크게되어서 안정되게 연속주조를 실현할수 없다.

(3) 다공식의 침지노즐을 사용한경우 용강분출류의 고속화에 수반하여 주형단변에서의 반전류도 고속화하기때문에 탕면의 유동증가에의한 분말의 말려들어감을 피할수없다.

또한 이점에 대해서는 단공식의 침지노즐의 적용이 고려되지만 용강분출류의 하부영역에 정자장을 인가시키면 주형내에있어서의 복귀전류(용강분출류를 가속시키는 방향으로 흐르는 유도전류)의 영향으로 용강의 반전상승류가 생겨 탕면변동을 갖어와서 분말이 말려들어간다.

(4) 탕면의 산란이 크게되기때문에 진동(oscillation)에 기인해서 마아크깊이가 깊게되고 또 동시에 진동마아크(oscillation mark)가 산란되기때문에 압연해서 얻은 강판에 표면상처(코일결함)이 다수발생한다.

(5) 주형내에 있어서의 탕면이 파도쳐서 진동마아크가 산란되기때문에 균일한 분말공급이 곤란해지고 스티킹(sticking)등의 발생에의한 구속성 브레이크아우트(breakout)를 일으키기쉽다.

(6) 침지노즐로부터의 용강분출류에의한 응고셸의 재용해의 우려가있다.

또 최근에는 연속주조용주형의 하단부에 정자장을 인가시켜서 연속주조하는 방법(일본국 특개평 7-51801호공보, 특개평 7-51802호공보, 특개소 59-76647호공보, 특개소 62-254955호공보, 「Iron Steel Eng. May(1984) 41~47쪽」, 특개평 6-126399호공보)외에 연속주조용주형의 하단에 정자장을 인가시킴과 동시에 2개의 노즐을 사용해서 연속주조를 행하는방법(일본국 특개평 5-277641호공보)등이 제안되어있다.

이들 기술은 보통강의 연속주조만이아니고 접합강의 주조를 대상으로한것도 포함되어있으나 이것에의하면 예를들면 침지노즐로부터의 용강의 분출류에 대해 적절한영역 (연속주조용주형의 단변벽측의 응고셸의 근방영역등)에 정자장을 인가시키므로서 유속을 적게하는것이 가능한바 어느경우에도 정자장의 값은 0.5T 이하이기때문에 배출이 6~10t/min이나되는 고속주조에 대응할수없고 제품에 결함이 발생하는일이없이 주조할수있는 양은 극히 소량의것에 한정되어버리는 불리한점이 있었다.

자속밀도를 보다 높게하고 또한 전력비용의 경감을 도모하기위해 일본국 특공소 63-54470호공보에는 종래의 상온자석을 초전도자석으로 교환하는 기술이 개시되어있다.

그런데 상전도전자석이거나 초전도전자석이거나 정자장의 인가조건이 나쁜 경우에는 역으로 결함이 다발하는 일이있고 특히 용강의 배출이 종래의 5t/min 정도로부터 6t/min을 초과하는 고속주조를 행하는 경우에 있어서는 탕면의 산란이나 개재물의 말려들어감등의 문제로부터 조업상의 제약이 점점 엄격하게되지만 그러한 기술에서는 결함이없는 주조주편을 얻는데 필요한 자장의 인가조건, 주조조건에 대해서는 전혀 개시되어있지않다.

다시또 이에 관련된것으로서 일본국 특개평 3-94959호공보에는 초전도전자석과 가프스자장을 사용해서 주조하는 방법이 개시되어있으나 이 방법에의한 자장의 강도는 최고 0.15T 정도이며 상전도전자석을 사용한경우와 비교해도 상당히 적은것과 자장의 인가방식이 가프스인것때문에 고속주조시에 문제가되는 연속주조용 주형내에 있어서의 탕면에 대해서는 제어불가능이었다.

또한 일본국 특개평 4-52057호공보에는 자장의 강도가 최대 0.5T가되는 정자장을 주형의 하단에 인가해서 결함이 적은 슬랩을 주조하는 방법이 개시되어있어서 이것에의해 종래보다도 기포나 개재물의 말려들어감의 경감을 도모하는것이 가능하다고 하고있으나 주조조건에 대해서는 종래와 같은 조건이기때문에 고속주조에는 대응할수가없다.

고배출, 고속주조를 실현하기위해 상술한 (1)~(6)에대해서의 해결을 도모하는 유효한 제안은 현재로서는 없다.

본발명의 목적은 고배출, 고속주조를 실시하는경우에 있어서의 상기와같은 과제를 해소하고 DHCR법(Direct Hot Charged Rolling)혹은 CC-DR법(Continuous Casting Rolling)에 적합한 무결함주조주편을 제조하는데 적합한 신규의 연속주조방법과 그 방법을 실시하는데 적합한 장치를 제안하는데 있다.

본발명은 연속주조용주형의 대향측면벽의 상호간에 정자장을 인가시켜서 침지노즐을 통해서 연속주조용주형내에 공급하는 용강의 분출류를 제어함에 있어서, 6t/min이상의 배출로해서 용강을 연속주조용주형내에 공급함과 동시에 공심초전도전자석을 사용해서 연속주조용주형의 메니스커스부에 자속밀도가 적어도 0.5T가되는 정자장을 침지노즐의 토출구로부터 분출된 용강분출류의 하부영역에는 자속밀도가 0.5T 이상이되는 정자장을 동시에 각각 인가시키는것을 특징으로하는 강의 연속주조방법이다.

본발명에 있어서는 정자장은 메니스커스부 및 용강분출류의 하부영역을 포함하는 주형폭방향의 전역에 인가시킨다.

또 침지노즐에의한 용강의 공급에 있어서는 SㆍF450 [S:연속주조용주형의 상하 스트로크(stroke)(mm), F : 진동수(cpm) ] 를 만족시키도록 연속주조용주형을 진동시켜서 연속주조를 행한다.

침지노즐에 가스(Ar, N₂, NH₃, H₂, He, Ne등의 가스를 단독 또는 혼합해서 사용한다)를 주입함에 있어서는 0.5Qf20 + 3Q [ f : 가스주입량(Nl/min), Q : 용강의 배출 (t/min) ]의 조건에 따른다.

침지노즐에 대해서는 단공식의 직선노즐을 사용한다.

또 본발명에 있어서는 정자장을 인가시키는 전도전자석으로서는 공심초전도전자석을 사용하고 연속주조용주형과 초전도전자석의 지지계와는 독립된 것으로하고 주조상황에 따라 초전도전자석의 자극간거리를 그들의 상호 접근, 격리에의해 변경해서 정자장의 자속밀도를 조정한다.

연속주조용주형내에는 전류를 인가시키고 정자장의 인가에의해 생기는 유도전류는 연속주조용주형의 단변측면벽으로부터 빼내고 또한쪽의 단변측면벽측으로 보내서 유도전류를 회전시키도록 하는것이 특히 유리하다.

제1도 제2도는 침지노즐을 통해서 공급하는 용강(C : 20-30ppm, Mn : 0.1~0.2wt%, P : 0.01~ 0.012wt%, S : 0.006~0.010wt%, Al : 0.032~0.045wt%, T.O : 22~32ppm)의양 Q, 즉 배출을 4t/min, 7t/min, 10t/min 으로해서 각각의 경우에대해 턴디시용강온도 Tt : 1555~1560℃, 1차아지 : 230t, 주형크기 : 260㎜×1300㎜, 수직굴곡연속주조기(수직부 3m), 침지노즐 : 2공노즐, 노즐경 : 내경 : 70㎜, 토출크기 : 70㎜×80㎜의 각형, 노즐각도 : 하향 15°, 노즐폐색방지용가스(Ar가스)의 주입 유무의 조건으로 연속주조를 행하여 연속주조중에 인가시킨 정자장(자장의 인가형식 : 상하2단 전폭형으로 L₁=250㎜, L₂=250㎜, 제8도 참조, 자속밀도 : 0~10T인가가능)의 자속밀도와 주형내탕면온도(지수) 및 침지노즐의 노즐막힘(지수)와의 관계를 각각 조사한 결과를 나타낸것이다.

또 제1도 제2도에있어서 자속밀도는 메니스커스부에서 0.5T, 용강분출류의 아래쪽영역에서 0~5T의 범위로 조정하고 가스의 주입량, 스트로크 및 진동조건에 대해서는 제1도에서는 가스의 주입량 : 20±2Nl/min, 주형의 스트로크 : 8~10㎜, 진동 : 187~257cpm, 제2도에서의 가스주입량 : 22±4Nl/min, 주형스트로크는 7~9㎜, 진동은 170~220cpm으로했다.

메니스커스부에 있어서 0.5T가되는 정자장을 인가시킴과 동시에 용강분출류의 하부영역에 있어서 마찬가지로 자속밀도가 0.5T이상이되는 정자장을 인가시켜서 용강의 분출류를 제어하는 경우에 있어서는 주형내에 있어서의 탕면온도의 저하는 적게되고(제1도) 노즐토출구에서의 용강분출류의 정류화 작용에의해 노즐막힘도 적게된다(제2도).

특히 가스의 주입을 행한경우에는 그 경향은 현저하며 가스의 주입을 행하지않은경우에도 0.5T로 그효과가 나타나기시작하고 0.7T근방에서 그 효과가 현저하게된다.

1.0T근방에서는 그 효과는 가스의 주입을 행한경우에 근접하고 탕면온도의 저하는 적게되고 노즐막힘도 거의 없어진다.

가스는 기포로서 용강중에 주입되기때문에 0.5QNl/min(Q : 배출)이상의 유량으로 주입하므로서 처음으로 부력의 효과가 나타난다.

가스를 다량으로 주입한경우에는 부력의 효과가 크게되고 용강분출류를 제어하기 쉽게되지만 체적당의 기포가 지나치게 많아지면 자장중에서 발생하는 전류가 통하기어렵게되기때문에 자장의 제동효과가 떨어진다.

따라서 침지노즐에 가스를 주입하는경우에는 용강의 배출을 Q(t/min)으로 해서 그 상한은 20+3Q 정도로한다.

통상 0.5~1.0T 정도의 자속밀도가되는 정자장의 인가에 있어서는 바람직하게는 0.5Qf20+3Q [ f :가스의 주입량 (Nl/min)] 정도로하는것이 특히 바람직하다.

가스주입하한치는 개재물의 부상 탕면의 온도상승의 요청의 정도로부터 결정되고 상한치는 자장인가하에서 토출류로 반송되는 개재물이 응고셸에 포착되는것을 방지하는 점, 혹은 탕면을 산란시켜서 개재물이 증가하는것을 방지하는점에서 결정된다.

주입하는 가스로서는 Ar가스가 일반적이지만 Ar 과 N₂의 혼합가스라도되고 기타 그 기포에의한 부력효과가 기대되고 용강의 토출류에 제동력을 부여할수있고 또한 용강을 오염시키지않는것이면 상기한바와같은 각종의것을 사용하는것이 가능하고 특히 한정되지않는다.

용강분출류를 제어하기위해 인가시키는 정자장에 관해서는 단지 자속밀도를 높게하면 되는것이 아니고 용강분출류에대한 자장의 인가길이를 특정의 범위로하는것이 중요한 요소로되어있다.

용강의 분출류를 제어할수있는 자장의 인가길이는 용강유동의 운동에너지를 정지 혹은 감속시킬수 있는만큼의 제동력을 부여할수있는 범위라고 생각되고 일반적으로 자장중에 유동하고있는 도전성유체가 자장으로부터 받는 에너지 E 는 유체의 평균유속을 V₁, 자속밀도를 B, 도전성유체의 저항률을 ρ, 자장의 인가길이를 L(제6도~제8도참조)로한경우, E (V₁/ρ)ㆍB²ㆍL로표시할수가있다.

특히 용강의 배출이 6t/min 이상의 고속주조에 있어서는 용강의 유속을 저감시키기까지에 필요한 자장인가 길이 L은 모델실험등에의해 비례계수를 구하여 KㆍQ/BL(k:0.55, L(㎝), B(T), Q (t/min) 로표시할수가있다.

본발명에 있어서는 메니스커스부의 자장인가길이의 최소치는 50㎜로하는 것이 또 용강분출류의 하부영역의 자장인가길이의 최소치에 대해서도 50㎜로하는것이 바람직하다.

여기에 공심초전도전자석을 사용해서 정자장을 인가시키는경우 자장인가길이 L은 전자석의 권선의 상하단말의 간격으로하고 자속밀도 B는 자장인가길이 L에 있어서의 주조주형의 1/2의 두께로 최대자속밀도로한다.

자장인가용의 전자석을 복수개 사용하는 경우에는 L₁+L₂…L_n=L 이된다.

연속주조용주형의 메니스커스부에 있어서 자속밀도가 0.5T 이상이 되는 자장을 인가시키고 동시에 용강분출류의 하부영역에 자속밀도가 0.5T 이상이 되는 자장을 인가시키고 동시에 용강분출류의 하부영역에 자속밀도가 0.5T이상이되는 정자장을 인가시키므로서 다공식의 침지노즐을 사용한경우에 있어서의 용강의 반전류에의한 탕면의 변동은 억제되고 동시에 침지노즐을 나와서 하향으로 흐르는 용강은 정류화되기때문에 노즐내 및 노즐토출구부에서의 용강의 흐름이 균일하게되어 노즐폐색의 우려가 적어진다.

또 단공식의 침지노즐의 경우에는 메니스커스부 및 용강분출류의 하부영역에 동시에 0.5T이상의 정자장을 인가시키므로서 용강의 반전상승류에의한 탕면의 변동이 억제됨과 동시에 고배출 고속주조에있어서 염려되는 용강분출류의 응고셸에의 충돌이 회피되고 재용해의 위험도 극히 경감된것으로 된다.

제3도 제4도는 자속밀도에 대해서 코일결함율, 브레이크아우트발생율을 조사한결과를 나타낸것(제3도는 가스주입량 : 18±2Nl/min, 스트로크 : 6~8㎜, 진동수 : 240~260cpm, 기타의 조건은 제1도 제2도와 동일) 이지만 메니스커스부 및 용강분출류의 하부영역 모두 자속밀도가 0.5T이상이되는 정자장을 인가시킨경우에는 분말의 말려들어감이나 브레이크아우트발생율도 극히 적게된다.

또한 이경우 메니스커스부에 인가시키는 정자장의 자속밀도를 0.35T이하로 한경우에는 배출이 6t/min이상이라도 단공노즐, 다공노즐에 관계없이 코일결함발생율은 0.25%이상이된다.

또 제5도에 자속밀도를 0~1.25T로한경우에 있어서의 연속주조용주형내의 용강탕면의 수퍼히이트와 주편표면의 진동마아크의 깊이의 관계를 나타낸다.

제1도 제5도로부터 메니스커스부 및 용강분출류의 하부영역에대해 동시에 자속밀도가 높은 정자장을 인가시키고 주형내의 용강탕면의 수퍼히이트를 높은 상태로 유지하므로서 깊이도 경감된다.

이 깊이가 경감되면 그부분에 포착되는 개재물, 분말, 기포가 감소되기때문에 냉간압연코일제품의 결합율이 저하되는것으로 생각된다.

용강의 배출이 6t/min이상이되는 고속주조를 대상으로한 본발명에 있어서는 침지노즐에의한 용강의 공급중 SㆍF450 [S : 연속주조주형의 상하스트로크(진폭의 최대치로부터 최소치의 사이의 값)(㎜), F : 진동수 (cpm) ] 의 조건을 만족시킬수있는 주조를 행하지만 그 이유는 본발명에 있어서 목표로한것과같은 고속연속주조를 실시하는경우 브레이크아우트율이나 주조주편의 내부결함의 발생방지를 도모하는점에서는 용강유동의 안정화가 큰 요인이 되지만 주조분말을 안정해서 흘려넣는것도 중요하고 그를위해서는 특히 상기한 조건하에서 연속주조를 행할필요가있고 이것에의해 진동마아크의 산란은 없어지고 그 마아크의 깊이는 경감된다.

이 조건은 보다 바람직하게는 Sㆍ F1000 으로한다.

또 진동수 F에대해서는 그 수치를 높게하므로서 분말의 소비량이 많아져서 진동마아크의 깊이는 저감되기때문에 바람직하게는 150cpm이상, 보다바람직하게는 200cpm이상으로한다.

또 최대치는 진동파형의 산란도의 경감, 분말소비량의 확보등으로부터 600cpm정도로한다.

직송압연을 전제로한 표면무결함 주조주편을 제조하기위해서는 특히 용강의 배출을 6t/min이상, 바람직하게는 7t/min, 보다 바람직하게는 10t/min이상으로해서 행하는 고속주조에 있어서는 상기한 효과는 보다일층 현저하게 될 뿐만아니라 온도가 높은 용강이 연속주조용주형의 출구측보다도 하측으로 깊이 침입하는것을 저지할수있기때문에 응고셸의 재용해도 회피된다.

또한 용강의 배출 6t/min은 두께 0.22m, 폭 1.2m의 슬랩의 연속주조를 전제로한경우로서 주조속도 V₀는 2.9m/min정도로한다.

제6도 a, b에 본발명을 실시하는데 사용하기에 아주 적당한 설비(연속주조용주형)의 구성을 나타낸다.

제1도에 있어서의 번호(1)은 한쌍의 단변벽(1a)와 장변벽(1b)의 조합으로된 연속주조용주형, (2)는 연속주조용주형(1)에 용강을 공급하는 침지노즐, (3)은 연속주조용주형(1)의 장변벽(1b)의 상호간에 정자장을 인가시키기위한 전자석(초전도전자석)으로서 이 전자석(3)은 연속주조용주형(1)의 배면에 배치된다.

상기한 제6도 a, b에 나타낸 설비에있어서 침지노즐(2)에의한 용강의 공급중 전자석(3)으로 자속밀도가 0.5T이상의 정자장을 인가(메니스커스부 : 0.5T, 용강분출류의 하부영역 : 0.5T)시키면 이 정자장과 용강류와의 상호작용으로 생기는 유도전류에 유래한 전자력(로오렌쯔의 힘)으로 용강류에 제동이 가해져서 감속된 균일한 흐름이되고 주조분말을 말려들어가게하거나 개재물이 깊이 침입해서 응고셸에 포착되는일은 없다.

제7도 a, b는 연속주조용주형에 있어서의 장변벽(1b)의 폭방향의 전역에 정자장을 인가시키는경우 (단 메니스커스부, 용강분출류의 하부영역 다같이 0.5T이상의 정자장을 인가)의 예로서 이경우 침지노즐(2)로부터의 용강의 분출류는 그 토출각도나 토출속도등의 조업조건의 변동에 관계없이 균일한 자장중을 흘러서 정류화된다.

제8도 a, b에 나타내는바와같이 침지노즐(2)의 토출구(2a)의 상하에 전자석(3)을 배치한경우에는 상하의 전자석간에 용강분출류를 봉입시킬수 있기때문에 개재물을 포함하는 분출류의 침입깊이의 감소와 메니스커스의 진정화가 동시에 달성될뿐만이아니고 주형내에있어서의 용강의 온도강하도 억제할수가있다.

상기한 제6도~제8도에 있어서는 다공식의 침지노즐에대해 나타냈으나 본발명에서는 단공식의 침지노즐을 적용할수있는것은 물론이고 얻어지는 효과도 거의 동일하다.

제9도 a, b는 침지노즐로서 단공식직선노즐을 적용한 경우에대해 나타낸것이다.

이와같은 침지노즐은 특히 용강분출류가 깊이 침입하기때문에 응고셸의 재용해, 개재물, 가스기포의 침입이 염려되지만 침지노즐의 하측의 정자장에의해 용강의 유속이 감소됨과 동시에 개재물 가스기포의 침입이 저지되고 다시또 하향의 흐름은 균일화된다.

한편 메니스커스부에 대해서는 그영역의 정자장에의해 복귀전류(유도전류)와 자장으로 형성되는 상승류는 약화되고 탕면의 산란은 적게된다.

또 제9도 a, b에 나타낸바와같이 상하에 전자석을 배치하는경우에는 그 배치는 침지노즐의 배치관계로부터 자장의 인가가 보다 유효하게 작용하는 영역으로하면 되지만 자극에 대해서는 상하와 대향면에서 각각 이극으로하는 것이 바람직하다.

제10도는 본발명을 실시함에있어 사용하기에 아주 적당한 정자장발생용 전자석(3)의 구성을 나타낸것이다.

이와같은 자석(3)은 헬륨조, 복사단열차폐체, 및 이것을 둘러싸서 대류에의 한 열의 침입을 방지하는 진공용기를 갖고 헬륨조는 액체헬륨용기에 복사단열차폐체는 액체질소용기에 각각 연결되어있다.

자석(3)은 항상 액체헬륨에의해 냉각되어 -268.9℃이하로 유지하도록 되어 있다.

복사단열차폐체에는 액체질소용기로부터 액체질소가 항상 공급되어 외부의 열이 직접 헬륨조에 도달하지않도록 되어있다.

각 용기는 도시하지않았지만 냉동기를 갖고있어서 기체로된 각각의 가스를 재차 냉각 액화하여 각각의 용기에 회수하는 구조로되어있다.

정자장발생용 전자석으로서 상기한 제10도에 나타내는바와같은 초전도전자석을 사용하면 높은 자속밀도가 얻어질뿐만아니라 철심이 들지않기때문에 종래의 상전도식의 전자석에 비해 경량화를 도모할수있고 또 항상 통전시킬 필요가 없기때문에 에너지절약을 달성할수있어서 극히 유리하게된다.

그런데 정자장을 인가시키는데 있어서는 상기한바와같이 초전도전자석을 사용하는것이 유리하지만 상전도식의 전자석은 철심과 이 철심을 둘러싸는 코일 및 이 코일에 전류를 흘리는 전원등으로 이루어진다.

그러한 상전도전자석에 있어서는 보다 큰 제동력을 부여하기위해서는 코일의 권선수를 증가시키거나 철심의 크기확대, 코일에 통전시키는 전류치를 높게할필요가 있으나 상전도전자석을 사용한 연속주조에 있어서는 다음과같은 문제가있다.

(1) 상전도전자석은 연속주조용주형의 배면에 직접 부착된 구조로 되어있기때문에 주형의 상하진동에 수반하여 주형내의 용강을 상하이동시키는 로오렌쯔의힘이 발생하기때문에 탕면변동이 조장되어 주조분말의 말려들어감이 현저하게된다.

(2) 상전도전자석의 철심은 그 중량이 수10톤이상이 되지만 주형의 진동에 수반한 관성력이 증대하기때문에 주형의 진동수를 높게하는데도 한계가있다.

(3) 용강의 배출이 6ton/min을 초과하는 고속주조를 행하는경우에는 자속밀도가 0.5T이상이되는 자장을 인가시킬 필요로부터 코일의 권선수를 증가시키거나 철심의 크기의 확장을 도모하지않으면 안되고 상기한 (1), (2)의 문제가 보다 현저하게되는외에 주형을 구성하는 냉각판에 큰힘이 가해지기때문에 그 변형을 초래하고 (냉각판에 작용하는 응력은 자계의 강도의 2승에 비례해서 크게된다) 그때 생긴 주형의 틈새로부터 용강이 누설되어 응고껍지가 파괴되어 브레이크아우트를 일으킨다.

본발명은 상기와같은 문제를 해소하기위해 초전도전자석을 사용하지만 이 초전도전자석은 주형의 지지계와는 독립해서 배치하고 주조상황에 따라 초전도전자석의 상호간 거리를 그들의 상호 접근, 격리에의해 변경해서 정자장의 자속밀도를 조정하는것이 바람직하다.

연속주조용주형에 자장을 인가시키는 수단으로서 초전도자석을 사용하면 설비의 소형화(총중량을 수톤이하로 억제할수가있다)를 도모하는것이 가능하며 더구나 용강의 제동력도 대폭 향상시킬수가 있기때문에 개재물등의 말려들어감에의한 품질열화는 경감되고 또한 고배출, 고속주조에도 용이하게 대응할수가있는 이점이있다.

초전도전자석을 사용함에 있어서는 연속주조용주형의 대향측면벽의 배면에 각각 배치하지만 주형의 진동에 수반해서 초전도전자석이 진동하면 초전도 상태가 파괴되는 소위 분쇄현상을 일으키기때문에 주형의 지지계(주형의 지지계는 도시생략)는 제11도에 나타내는바와같이 초전도전자석의 지지계와는 독립된것으로하고 상대하는 초전도전자석을 상호 격리, 접근시킬수있게 하고 있다.

제11도에 나타내는바와같이 연속주조용주형(1)의 배면에 배치한 대차(4)상에 초전도전자석(3)을 탑재시키고 필요에 따라 대차(4)에 래일(5)에 따라 진퇴이동시켜서 자극간거리를 변경시키므로서 주조중에있어서도 자속밀도를 간단히 조정할수가있다.

제12도에 제11도의 사시도를 나타낸다.

또 이와같은 구조를 채용하므로서 초전도전자석(3)은 주형(1)의 진동에 영향받지 않기때문에 주형내에 있어서의 용강을 상하시키는 것과같은 로오렌쯔의 힘이 생기거나 주형의 냉각판을 변형시키는것과 같은 힘이 가해지는 일이없이 안정된 연속주조를 실시할수가있다.

초전도전자석을 사용하고 이 초전도전자석을 이동가능하게 하는것에의한 최대의 이점은 다음과같다.

초전도전자석에 전류를 일단 흘린후 그 자석을 전기적으로 단락, 절연상태로하면 전류를 계속 흘리지않아도 반영구적으로 자장을 인가시킬수있으나 초전도전자석의 설치위치가 일정(고정)하게되는것에서는 주조상황에의해 자속밀도를 조정할필요가 생긴경우 (연속주조시의 턴디시나 침지노즐의 교체 혹은 조작자가 주형에 접근하지않으면 안되는때)에는 일차 절연상태를 해제하고 전류치를 변경하지않으면 안되고 이때 여분의 전기에너지를 소비하는 것이 되기때문에 초전도전자석을 사용하는것의 이점을 손상하는 불합리한점이있다.

본발명에 있어서는 초전도전자석을 상호 접근 격리시킬수있기때문에 쓸데없는 에너지를 소비하는 일이없이 간편하게 자속밀도를 조정할수가있다.

상기한 제11도에 나타낸 연속주조용주형에 있어서 초전도전자석의 자극간 거리를 변경한경우에 있어서의 자속밀도(상대자속밀도)의 변동상황을 제13도에 또 초전도전자석을 연속주조주형에 고정시킨경우 (초전도전자석의 지지계와 주형의 지지계를 동일하게하는경우)에 있어서의 주형냉각판의 변형상황을 제14도에 각각 나타낸다.

다음에 정자장을 수반하는 고배출, 고속주조에 있어서 연속주조용주형내에서 전류를 인가해서 침지노즐의 토출구로부터 유출되는 용강분출류를 제어하는경우에대해 설명한다.

제15도 a, b 는 연속주조용주형(1)내에 있어서 전류를 인가하기위한 전극(6)을 배치한 상황을 나타낸것이다.

전극(6)은 그 주요부를 제16도에 나타내는바와같이 도전부(6a) 및 절연부(6b)로 이루어지고 다공식의 침지노즐을 사용한경우에는 전극(6)의 도전부(6a)는 토출구(2a)의 상부 및 하부에 배치된다.

제15도 a, b에 나타내는것과 같은 구성의 연속주조용주형을 사용해서 자속밀도가 0.5T이상이되는 정자장을 메니스커스부 및 용강분출류의 하부영역에 인가시키면서 전류를 인가시키면 (토출구 2a의 상부의 도전부 6a로부터 하부의 도전부 6a로향해서 전류를 흘리는 즉 주조주편의 빼내는 방향에 따른 방향으로 전류를 흘린다) 용강의 배출 6t/min을 초과하는것과같은 고속주조를 행한 경우에있어서도 침지노즐의 토출구로부터 유출되는 용강분출류의 유속이 극히 적은것이되고 용강중에 포함되는 개재물등이 깊이 침입해서 응고셸에 포착되는일은 없어진다.

제17도 a, b는 단공식의 침지노즐(2)을 적용한 경우의 예이지만 이와같은 구성의 주형을 사용한 연속주조에 있어서 주형(1)의 장변벽(1b)와 직각으로 교차하는 방향으로 전류 i 를 흘리므로서 상기한 제15도 a, b에 나타낸것과 같은 용강분출류의 유속은 적어진다.

제18도 a, b는 단공식의 침지노즐(2)를 사용한 연속주조에 있어서 주형(1)의 메니스커스부 및 그 하단의 전체폭에 걸쳐서 정자장을 인가시킴과 동시에 주형(1)의 출구측 바로아래의 응고셸(S)의 대향벽상호간에서 전극로울(7a), (7b)에의해 전류를 인가시키는 구조의 예를 나타낸것이다.

이와같은 구성으로된 주형을 사용한 연속주조에 잇어서는 침지노즐(2)로부터 유출되는 용강분출류를 정자장을 인가시켜 통전을 행하므로서 발생하는 상승류로 상쇄시킴과 동시에 주형내에서의 용강의 교반이 기대되고 또한 상승류에의한 탕면변동을 일으키는일이없이 균일한 하강류를 얻는것이 가능하게되는 이점이있다.

제19도 a, b는 단공식의 침지노즐(2)를 사용한 연속주조에 있어서 주형(1)의 상부(메니스커스부)의 전체폭과 침지노즐(2)의 토출구를 포함하는 영역에 정자장을 인가시킴과 동시에 주형(1)의 장변벽(1b)와 직각으로 교차하는 방향으로 전류 i 를 흘리는경우의 예이다.

이와같은 연속주조를 행하면 용강분출류의 유속의 저감은 물론 주형내에 있어서의 탕면변동의 억제, 진정화가 가능하게된다.

또한 정자장을 인가시키는 영역이나 전류를 인가시키는 영역에 대해서는 침지노즐의 구조의 차이나 주조조건에 의해 변하는것이며 상기한 제15도~제19도에만 한정되는것은 아니다.

제20도는 단공식의 침지노즐을 사용하고 용강과 거의 동일한 특성을 갖는 저융점합금의 용탕을 연속주조(미리 실제기계로부터 얻은 데이터를 기초로 유체 및 전열계산을 행하여 주조의 하단에 있어서의 주조가능한 유속을 결정해두고 그 값이하로 되는때를 주조가능으로했다)를 행한경우 (주조모델실험)에 있어서의 정자장의 자속밀도와 전류치의 관계를 나타낸그래프이다.

연속주조용주형내에서 전류를 인가시키는경우 전극이나 케이블이 자기발열해서 조업에 감내할수없는 전류치는 용강으로부터의 열의 전달을 감안해서 약 2,000A 정도가 한계라고 생각되지만 본발명에서는 전류치를 상기한 2,000A의 한계치의 범위로 한정해도 자속밀도가 0.5T 이상이되는 정자장을 인가시켜서 용강분출류의 제어를 행할수가있기때문에 용강의 배출이 6~10ton/min 에이르는 고속주조에도 용이하게 대처할수가있다.

본발명에 있어서는 상기한 케이블 및 전극등의 자기발열과 정자장과 전류에의해 발생하는 상승류의 효율등의 관점으로부터 주형에 있어서 인가시키는 전류는 400A~2,000A정도로하는것이 바람직하다.

제21도는 극저탄소강에대해 연속주조용주형에 있어서 인가시키는 정자장의 자속밀도(메니스커스부 : 0.5T, 용강분출류의 하부영역 : 0~10T, 제6도) 를 각종 변화시켜서 연속주조를 행하여 얻어진 주조주편을 냉간압연코일까지 끝마무리해서 코일결함율의 발생상황에대해 조사한 결과를 나타낸것이다.

코일의 결함발생율은 자속밀도 : 0.5T근방영역 (메니스커스부, 용강분출류 하부영역 다같이)를 경계로해서 극단적으로 저감되고 특히 주형내에 있어서 전류를 인가시킨경우에는 용강의 편류가 억제되기때문에 코일의 결함율은 보다 일층 저감되게된다.

다음에 연속주조주형의 특히 주형단변측에 전기적인 단자를 설치하고 정자장의 인가에 있어서 유도전류가 흐르는 폐회로를 형성하여 용강유동의 효과적인 제어를 행하는경우에대해 설명한다.

우선 침지노즐(2)로서 제22도와같은 2공식의 침지노즐을 사용한경우에 있어서는 토출구(2a)가 주형의 단변벽(1a)로 향하고있기때문에 침지노즐(2)로부터 주형내로 유출되는 용강분출류도 주형단변벽(1a)로 향해서 흐르고 화살표로 나타내는 상승류와 하강류로 나누어진다.

하강류에 관해서는 그것이 용강중의 개재물이나 기포를 크레이터깊이까지 침입시켜서 주조주편의 내부결함이되는 문제가 있는것때문에 전자석(3)에의 해 주형내 용강에 정자장을 인가시키고 이 정자장과 용강분출류와의 상호작용에의해 생기는 로오렌쯔의 힘에의해 이 하강류를 감소시킬수가있지만 용강의 배출이 6t/min이고 또한 자속밀도가 0.5T이상이되는 정자장을 인가시키는 고속주조에있어서는 특히 다음과같은 문제가 우려된다.

① 제23도 a에 사시도로 나타내는바와같이 하강류의 유속 v를 감소시키기 위해 정자장 B를 인가시키면 하강유속 v와 정자장 B와의 상호작용에의해 유도전류 I가 흐르고 이 유도전류 I와 정자장 B와의 상호작용에의해 용강류의 방향과는 역방향의 힘 F가발생해서 하강유속을 감소시키는것이지만 유도전류 I는 용강중에서 전류회로를 형성하는것때문에 제23도 b에 그 세로단면도를, 동도면 c에 그 가로단면도를 나타내는바와같이 유도전류 I와는 역방향의 전류 I₁, I₂, I₃, I₄가발생한다.

그리고 그결과 이와같은 유도전류 I 와는 역방향의 전류 소위 복귀전류가 흐르는 영역에도 전자석으로부터의 자속이 통하고있는것때문에 이 복귀전류와 정자장과의 상호작용에의해 용강류의 제동력과는 역방향의 힘이 생기게 된다.

이것은 복귀전류의 존재에의해 용강류의 제동력이 감쇄되는것을 의미한다.

이 복귀전류의 강도는 하강류가 빠를수록 또 인가자장이 강할수록 큰것이 되기때문에 보다 효과적인 용강유동제어를 행하려고해도 이 복귀전류가 장해가되어서 양호한 결과가 얻어지지않는 경우도있다.

이때문에 본발명에서는 주형단변측에 유도전류를 도입하는 전기적인 단자를 설치하여 주형단변측을 상호 도통수단으로 연결하여 용강내의 유도전류가 한쪽의 단자로부터 또한쪽의 단자로 흐르도록한다.

제24도에 그 아주적당한 부분단면도를 나타낸다.

이 장치에있어서의 하측의 전자석(3)은 제22도에 나타낸바와같은 용강의 하강류에 제동을 가하기위한것이며 이 전자석(3)이 위치하는 주형단변벽(1a)의 바로아래에 전기적인 단자로서 로울(8)을 배치해서 주조주편에 압착시킴과 동시에 2개의 단자를 도선(9)로 연결한다.

제22도의 로울(8)은 압착되어있어서 주조주편의 빼냄에 따라서 회전하므로 유도전류의 도통이 단절되는일은 없다.

그러한 전기적인 단자의 별개의 예를 제25도에 나타낸다.

제25도의 단자는 복수매의 플레이트(10)이 주조주편의 빼냄에 따라 순차로 압착되도록 구성하고 각 플레이트는 코넥터(11)과 접속해서 유도전류의 도통이 단절되지않도록 구성한것이며 구체적으로는 무한궤도와같은것을 들수가 있다.

복수매의 플레이트를 동작시키는 수단은 임의이다.

제25도와같이 단자가 플레이트이면 접촉면적이 크기때문에 유리하다.

그러한 구성에의해 제26도에 나타내는바와같이 유도전류는 주형내 용강중이아니고 단자 및 도통수단을 통하는것과같은 회로를 형성하기때문에 주형내 용강중에 생기고있던 복귀전류가 발생하지않게 되기때문에 용강류와 동일한 방향의 전자력이 발생하는것도 용강류의 제동력이 감쇄되는것도 없어져서 그 결과 효과적으로 용강유동제어를 행할수가있다.

본발명에있어서 전기적인 단자의 배치는 주형단변측으로서 유도전류가 발생하고있는 영역의 근방이면 그 배치영역은 특히 한정되지않는다.

여기서 설명한장치는 도시한 예에 한정되는것이아니고 각종의 변형이 가능하다.

예를들면 침지노즐은 토출구가 2개인경우에 한정되지않고 1개의 소위 직선노즐이라도 된다.

다음에 연속주조용주형에 대해서 150cpm이상에 이르는 진동을 부여해서 고배출, 고속주조를 실시하는경우의 구체적인 장치에대해 다음에 설명한다.

고속주조에 있어서 조업의 안정성을 확보함과 동시에 표면성상이 양호한 무결점주조주편을 얻기위해서는 연속주조용주형의 진동수를 높이는것도 유효한 수단이 되는것은 앞서 기술한바와같다.

초기응고시의 셸의 성장을 안정화시키고 구속성브레이크아우트를 방지하기 위해서는 하기식으로 표시되는 네거티브스트립율 (negative strip ratio : NS치)이 적어도 정의 값이고 바람직하게는 보다 높은값으로 하는것이 바람직하다.

이 네거티브스트립율이 정의값이 되는것이 필요한것은 주형하강속도가 주조속도보다도 빠르게되는 시간을 확보할 필요가있는것을 의미하고 있다.

상기한 식으로부터 알수있는바와같이 주조속도 v를 단지 고속화하면 네거티브스트립율이 저하하기때문에 주형진동의 스트로크 S, 진동수 F의 한쪽 또는 양쪽을 높게 할필요가있다.

그러나 주형의 스트로크 S를 크게하면 주형내의 용강메니스커스부에서 고체분말의 말려들어감 혹은 슬랙림에의한 분말유로의 폐색을 초래할 우려가 있기때문에 주형의 스트로크 S 는 가능한한 적게해야하며 통상은 10㎜이하로 설정하고있다.

따라서 본발명에 있어서 대상으로하고있는 주조를 행하기위해서는 연속주조용주형의 진동수 F를 높일 필요가 있는것이다.

또 주형의 진동수 F를 높이는일은 진동마아크깊이를 저감시키는데에도 유리하게된다.

요는 1 스트랜드(strand)당의 배출량을 증가시키고 고속연속주조를 실현하기위해서는 주조시의 안정성을 확보하는것에 추가해서 주조주편의 표면성상의 향상을 도모하는 양자를 동시에 만족시킬 필요가있고 이를 위해서는 주형의 진동수를 높이는것이 중요하다.

이때문에 본발명에서는 철심을 갖지않는 소위 공심초전도전자석을 사용한다.

제27도는 본발명에 따른 연속주조장치의 1예를 그 주요부의 단면에대해 나타낸것이다.

여기서 예를든 장치에있어서는 전자석(3)은 철심을 갖지않고 초전도와이어에의해 형성한 코일(3a)만으로 이루어진다.

이 전자석(3)은 그 주요부를 제28도 a, b 에나타낸바와같이 종래의 전자석에있어서 권취되는 코일보다도 그 권취수가 많아져있어서 (다중권취), 고배출, 고속주조에 대응하는 소정의 자속밀도가 얻어지게된다.

이와같이 공심형의 전자석을 사용하면 전자석의 중량은 종래의 1/5~1/7까지 저감되고 따라서 주형진동시에 있어서의 주형 및 전자석의 총중량이 전자석의 중량저감분만큼 경감되기때문에 주형의 진동수를 높게할수가있다.

구체적으로는 종래의 연속주조장치가 200~300㎜t×700~1800㎜w 의슬랩크기의 경우에 진동수는 대개 130~150cpm정도가 상한이지만 공심전자석에 있어서는 200cpm이상, 다시또 220~230cpm이상의 진동수가 확보된다.

제29도는 초전도와이어를 제30도에 나타내는바와같이 평면적으로 권취한 초전도코일(3a)로된 전자석(3)을 구비한 예를 나타낸것이다.

초전도코일(3a)는 소선으로서 Nb, Ti 등의 초전도재료를 사용할수있고 그 배면에는 냉각상자를 설치해서 액체헬륨등으로 냉각시키므로서 초전도상태로 유지한다.

또한 제29도에 있어서의 냉각기구등의 구체적구성에 대해서는 상기한 제10도와 거의 같은모양의 구성이된다.

초전도전자석을 구비한 장치는 철심을갖는 전자석을 구비한 장치에 비해서 그 중량은 약 90%정도까지 저감시킬수가있기때문에 대폭적인 경량화가 달성될뿐만이아니라 자속밀도는 종래(0.3T정도이하)에 비해서 3~5배이상의 값을 얻을수가있는 이점이있다.

공심초전도자석의 주형에의 배치에 대해서는 도시한 예에 한정되지않고 각종 변형이 가능하다.

[실시예 1]

C : 10~15ppm, Mn : 0.15~0.2wt%, P : 0.02~0.025wt%, S : 0.008~0.012wt%, Al : 0.025~0.035wt%, T. O : 25~31ppm 의 성분조성이 되는 용강을 사용해서 장변벽간의 간격(주조주편의 두께에 대응한다)이 220㎜, 단변벽간의 간격 (주조주편의 폭에 대응한다)이 1,600㎜로서 장변벽의 배면에 새로 200㎜, 폭 2,000㎜의 정자장발생용초전도전자석(코일의 종류 Nb-Ti선)을 배치한 제6도~제9도에 나타낸바와같은 구조로된 주형을갖는 연속주조기로서,

자속밀도 : 메니스커스부 0.5 T, 용강분출류의 하부영역 1.0T

용강의 배출 : 8t/min

2공식 침지노즐(제6도~제8도)

단공식침지노즐(제9도)

노즐경 : 내경 80㎜

침지노즐의 토출구크기 : 80㎜×80㎜□(2공식 침지노즐)

침지노즐의 토출각도 : 하향 20°(2공식 침지노즐)

침지노즐의 토출구위치 : 메니스커스로부터 노즐의 토출구상단까지 230㎜

메니스커스의 위치 : 코일의 상단으로부터 +20㎜의 위치

주형의 진동수 : 220cpm

주형의 스트로크 : 7㎜

주조속도 : 2.89m/min

의 조건하에서 두께 220㎜, 폭 1600㎜의 슬랩을 600차아지, 1차아지당 260톤을 주조하여 주조시에 있어서의 노즐막힘, 브레이크아우트의 발생상황, 및 얻어진 슬랩의 내부품질, 표면품질(코일결합율)에대해 조사했다.

그 결과를 정자장을 인가시키지 않은것외는 모두 동일한 조건으로 연속주조를 행한 비교법으로 얻어진 슬랩의 품질과 함께 표 1에 나타낸다.

표 1로부터 명백한바와같이 본발명에 따르면 진동깊이가 얕게되고 분말의 말려들어감이나 탕면변동을 저감시킬수있기때문에 표면품질의 개선을 도모하는것이 가능해질뿐만이아니고 내부도 높은 품질로 할수가있고 고배출, 고속연속주조에 있어서 무결함주조주편을 안정적으로 제조할수있는것이 확인되었다.

[실시예 2]

제11도에 나타낸 연속주조주형을 조립한 설비를 사용해서 정자장에 있어서의 자속밀도를 0.2~1.0T(초전도자석의 상호간격을 상하 모두 조정), 용강의 배출을 3.0t/min~8.0t/min, 진동수를 150~240cpm, 스트로크를 7~9㎜로한 조건하에서 극저탄소Al킬드강(C : 0.001wt%)의 주조를 행하여 두께 220㎜, 폭 800~1,800㎜의 슬랩을 제조하여 이어서 압연공정, 다시또 소둔공정(연속소둔라인)을 통해서 강판을 끝마무리하여 그러한 강판의 표면품질(강판표면의 결함발생율)을 조사했다.

그 결과를 상전도전자석을 사용하여 이것을 연속주조용주형에 고정시켜서 0.4T 정도(종래의 한계)에 이르기까지의 자속밀도가되는 정자장을 인가시키면서 연속주조를 행한경우의 결과와 합쳐서 제31도에 나타낸다.

제31도로부터 명백한바와같이 본발명에 따라 연속주조를 행하므로서 0.2~0.4T 의범위내에있어서는 상전도전자석에의한 정자장인가를 행한 연속주조와 비교해서 결함발생율이 낮고 자속밀도를 1.0T까지 높인경우에는 침지노즐로부터 유출되는 용강분출류를 효과적으로 감소시키는것이 가능하고 개재물의 말려들어감등이 경감되어 결함발생율을 보다 한층 경감시킬수있는것을 확인했다.

[실시예 3]

제24도에 나타낸것과 같은 구성으로된 장치를 사용하여 다음에 기술하는 조건으로 A~E의 방법에의해 연속주조를 실시했다.

[조건]

ㆍ 주조강종 : 극저탄소알루미늄킬드강(C : 10~25ppm, P : 0.015~0.020wt%, S : 0.01~0.015wt%, Al : 0.03~0.04wt%, T. O : 25~28ppm)

ㆍ 연속주조기 : 2.5m수직부를 갖는 수직굴곡연속주조기

ㆍ 주형크기 : 주조주편의 크기로 폭 1600㎜, 두께 220㎜

ㆍ 침지노즐 : 하향 25°(2공식 노즐)

ㆍ 주조속도 : 3.5m/min

ㆍ 주형진동수 : 220cpm

ㆍ 주형스트로크 : 8㎜

ㆍ 정자장의 인가 : 메니스커스부, 용강분출류의 하부영역 모두 동등의 자속밀도가되는 정자장을 인가

ㆍ 배출 : 8.62t/min

방법 A : 전자석없음

방법 B : 상전도자석, 자속밀도 : 0.3T

방법 C : 상전도자석, 자속밀도 : 0.3T, 플레이트단자를 주편에 압착해서 도통

방법 D : 초전도자석, 자속밀도 : 1.1T

방법 E : 초전도자석, 자속밀도 : 1.1T, 플레이트단자를 주편에 압착해서 도통

이상의 각방법에의해 얻어진 주조주편을 두께 방향으로 10㎜피치로 절단하여 X선 투과법에의해 주편내의 개재물개수를 측정하고 그 최대치에 대해 장치A의 값을 1로해서 상대지수화해서 제32도에 나타낸다.

이 도면으로부터 방법 D, E에서는 방법 A~C에 비교해서 주편의 내부품질이 현저히 양호하게 되어있는것을 알수있다.

또 각 방법에대해 얻어진 주조주편을 열간압연 및 냉간압연을 시행한후 자기탐상시험(MT검사)을 실시했으나 제32도와같은 경향이 있는것을 확인할수 있었다.

[실시예 4]

C : 10~15ppm, Si : 0.008~0.005, Mn : 0.15~0.2wt%, P : 0.002~0.025wt%, S : 0.008~0.012wt%, Al : 0.025~0.035wt%, T : 25~31ppm 의 성분조성이 되는 용강을 장변벽의 간격(주조주편의 두께)이 220㎜, 단변벽의 간격 (주조주편의 폭)이 1,600㎜로서 장변벽의 배면에 세로 200㎜ 폭 2,000㎜의 정자장인가용의 초전도전자석(Nb-Ti선)을 배치한 제15도, 제17도, 제18도, 제19도에 각각 나타낸바와같은 구조로된 주형을구비한 연속주조기를 각각 적용해서 하기와같은 조건으로 7,200 차아지(1차아지당 260톤)를 주조해서 주조시에 있어서의 침지노즐의 노즐막힘, 브레이크아우트의 발생상황, 및 슬랩의 내부품질, 표면품질(코일결합율)에대해 조사했다.

그 결과를 정자장을 인가시키지않은것외는 모두 동일조건으로 연속주조를 행한 비교예의 결과와 함께 표2에 나타낸다.

[조건]

자속밀도 : 1.0T (메니스커스부, 용강분출류의 하부영역 모두에 동등한 정자장을 인가)

용강의 배출 : 8ton/min

전극에 있어서의 인가전류치 : 800A

a. 2공식 침지노즐

노즐경 : 내경 80㎜

침지노즐의 토출구크기 : 80㎜×80㎜□

침지노즐의 토출각도 : 하향 20°

침지노즐의 토출구위치 : 메니스커스로부터 노즐의 토출구 상단까지 200㎜

메니스커스의 위치 : 정자장인가코일의 상단으로부터 +20㎜의 위치

b. 단공식 노즐

노즐경 : 내경 80㎜

침지노즐의 토출구위치 : 메니스커스로부터 노즐의 선단까지 200㎜

메니스커스의 위치 : 정자장인가코일의 상단으로부터+20㎜의 위치

※ : 6연속주조시

노즐막힘지수 : (S-S)/S

S: 주조전의 노즐토출면적

S: 주조후의 노즐토출면적

※1. 주형내용강온도지수 : T-T(℃)

T: 턴디시온도

T: 주형내온도

※2. 코일결합발생율 : D/ N×100

(박판으로 압연한 냉간압연코일을 단순히 코일이라한다.)

N : 전체코일

D: 결합발생율

※3. 브레이크아우트발생율 : N/N×100(%)

N : 전체주조차아지수

N: 브레이크아우트 발생주조 차아지

표 2로부터 명백한바와같이 본발명에 따른 연속주조에있어서는 용강의 배출이 8ton/min에 이르는 주조에 있어서도 주조분말의 말려들어감이나 탕면 변동이 저감되기때문에 내ㆍ외부 모두 양호한 품질을 확보할수있고 고속연속주조에 있어서 무결함주조주편을 안정적으로 공급할수있는것을 확인했다.

[실시예 5]

다음에 기술하는 조건하에 방법 A~C의 3가지 방법에의해 연속주조를 실시했다.

[조건]

ㆍ 주조강종 : 극저탄소알루미늄킬드강(C : 20~25ppm, P : 0.02~0.03wt%, S : 0.008~0.010wt%, Al : 0.025~0.035wt%, T. O : 30~40ppm)

ㆍ 주형크기 : 주조주편의 크기로 폭 1500㎜, 두께 200㎜

ㆍ 주형중량 (전자석을 제외한 중량) : 1기당 11 t

ㆍ 주조속도 : 3.6m/min

ㆍ 배출 : 7.56t/min/스트란드

ㆍ 주형의 스트로크 : 9㎜

ㆍ 주형의 진동수 : 230 cpm

ㆍ 전자석의 배치 : 주형장변벽 전체폭, 상하2단 (제27도, 제29도)

ㆍ 자속밀도 : 전자석의것에 대해서는 메니스커스부, 용강분출류의 하부영역 모두 0.4T(한계치) 초전도전자석에 대해서는 메니스커스부, 용강분출류의 하부영역 모두 0.7T

방법 A : 상전도자석, 철심있음. 전자석의 중량은 주형장변의 양측(총중량)으로 19t

방법 B : 상전도자석, 철심없음. 전자석의 중량은 주형장변의 양측(총중량)으로 3t

방법 C : 초전도자석, 공심. 전자석의 중량은 주형장변의 양측(총중량)으로 2t

그러한 방법 A~C에 대해서 주형+전자석의 총중량, 진동수의 상한, 네거티브스트립율의 상한 및 주형내 최대자속밀도에대해 조사했다.

그 결과를 표3에 나타낸다.

각 방법에대해서의 브레이크아우트발생율을 제33도에 또 주조주편의 표면성상에대해 조사한결과를 제34도에 각각 나타낸다.

또한 브레이크아우트발생율에 대해서는 방법 A에 있어서의 브레이크아우트발생율(주조히이트비율) 0.9%를 기준으로하는 상대평가로 나타내고 주조주편의 표면성상에 대해서는 주편을 표피제거작업후에 주편의 표면에 부착하고있는 개재물이나 기포의 수를 측정하여 단위면적당의 부착개수로 평가하고 방법A에있어서의 값을 기준으로 상대평가로 표시했다.

표2 및 제33도 제34도로부터 본발명에 따른 방법 B, C에서는 전자석중량을 경량화하고 주형진동을 고주기화할수있기때문에 네거티브스트립율을 높게 설정할수있고 브레이크아우트발생율이 방법 A에비해 격감되고있는것을 알수있다.

또 주편표면성상에 관해서는 방법 B의경우 주형진동수의 고주기화에의한 진동마아크깊이의 저감효과가 자속밀도의 저하에의해 감쇄되어있으나 방법 A보다도 표면성상이 개선되어있는것을 알수있다.

또 방법 C의경우에는 자속밀도가 1.1T 로서 방법A의경우의 0.3T에비해 대단히 높기때문에 주형진동수의 고주기화와 맞물려서 주편의 표면성상이 극단으로 개선되어있는것을 알수있다.

얻어진 주조주편에대해 열간압연-냉간압연후 표면결함의 검사를 행했으나 제34도와 같은 결과가 얻어졌다.

본발명에의하면 다음과같은 효과가 기대된다.

1. 주형내의 용강탕면온도의 저하가 적기때문에 노즐막힘을 일으키는일이 극히 적고 또 주조분말의 말려들어감이나 개재물의 말려들어감, 진동에 기인한 표면결합등이 경감되고 다시또 셸의 재용해도 회피되기때문에 내ㆍ외 모두 품질이 양호한 주조주편을 안정적으로 제조할수있다.

2. 정자장인가수단으로서 공심초전도전자석을 사용하고 이것을 연속주조용주형과는 도립된 지지계로 지지하고 또한 초전도코일의 자극간 거리를 변경할수있게 했기때문에 주형내에 있어서의 용강의 탕면변동이 극히 적어진다.

또 주형의 냉각판에 여분의 응력이 작용하지않기때문에 그 냉각판이 변형되어 용강의 누설에의한 브레이크아우트를 회피할수있다.

또 자속밀도의 조정을 간단히 행할수있다.

다시또 장치자체의 대형화를 수반하지않고 제동능력을 높일수있기때문에 품질이 높은 주조주편을 제조할수있고 또한 용강의 배출이 6ton/min을 초과하는것과같은 고속연속주조에도 용이하게 대응할수있다.

3. 주형단변측에 유도전류를 도입하는 전기적인 단자를 설치하고 또한 한쪽의 주형단변측의 단자와 다른쪽의 주형단변측의 단자와를 도통수단으로 연결하여 유도전류의 폐회로를 형성했으므로 용강유동의 제동을 방해하는 힘이 발생하지않고 용강유동의 효과적인 제어를 행할수가있다.

4. 정자장을 인가시킨상태에서 연속주조주형내에 전류를 인가시키므로서 용강분출류의 유속을 보다 일층 적게할수있기때문에 고배출, 고속연속주조를 실시하는 경우에있어서도 주조분말이 말려들어가거나 개재물을 깊이 말려들게하는일이 없고 또 진동에기인한 결합등도 경감되고 다시또 응고셸의 재용해도 회피되기때문에 내ㆍ외 모두 품질이 양호한 주조주편을 안정적으로 제조할수있다.

5. 연속주조용주형에 정자장을 인가시키는 수단으로서 철심을 갖지않는 공심초전도전자석을 사용하기때문에 주형의 진동수를 높일수가있고 그때문에 진동마아크깊이를 저감시킬수있을뿐만아니라 고배출주조, 고속연속주조라도 네거티브스트립율을 양호한 범위로 유지하는것이 가능하고 주조의 안정성을 확보하고 또한 주편표면성상을 향상시킬수가있다.

Claims (8)

1. 연속주조용주형(1)의 대향측면벽의 상호간에 정자장을 인가시켜서 침지노즐(2)을 통해서 연속주조용주형(1)내에 공급하는 용강의 분출류를 제어함에 있어서, 6t/min이상의 배출로해서 용강을 연속주조용주형(1)내에 공급함과 동시에 공심초전도전자석(3)을 사용해서 연속주조용주형(1)의 메니스커스부에 자속밀도가 적어도 0.5T가되는 정자장을, 침지노즐(2)의 토출구로부터 분출된 용강분출류의 하부영역에는 자속밀도가 0.5T 이상이되는 정자장을 각각 동시에 인가시키는것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.
2. 제1항에 있어서 정자장을 메니스커스부 및 용강분출류의 하부영역을 포함하는 주형폭방향의 전체영역에 인가시키는것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.
3. 제1항에 있어서 용강의 공급중에 하기식을 만족시키도록 연속주조용주형(1)을 진동시키는 것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.
4. 제1항에 있어서 침지노즐(2)에 하기의 조건을 만족시키는 가스를 주입하는것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.
5. 제1항에 있어서 침지노즐(2)이 단공식의 직선노즐인것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.
6. 제1항에 있어서 연속주조용주형(1)의 대향측면벽의 배면에 각각 정자장을 인가시키는 초전도전자석(3)을 주형의 지지계와는 독립해서 배치하고 주조상황에 따라 초전도전자석(3)의 자극간거리를 그들의 상호 접근, 격리에의해 변경해서 정자장의 자속밀도를 조정하는것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.
7. 제1항에 있어서 연속주조용주형(1)내에서 전류를 인가시키는것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.
8. 제1항에 있어서 정자장의 인가에의해 생기는 유도전류를 연속주조용주형(1)의 단변측면벽(1a)으로부터 빼내고 또한쪽의 단변측면벽(1a)측으로 보내서 그 유도전류를 회전시키도록 한것을 특징으로하는 강의 연속주조방법.