WO2020085772A1 - 주조 설비 및 주조 방법 - Google Patents

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WO2020085772A1
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room
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casting
mold
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정태인
박준표
김성줄
김성연
최주
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    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/08—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like for bottom pouring

Definitions

  • the present invention relates to a casting equipment and a casting method, and more particularly, to a casting equipment and a casting method capable of casting a double-layer cast.
  • a casting device for manufacturing a double-layer cast iron having a different composition from the surface layer and a center is a mold that receives molten steel from a tundish and tundish, which are molten steels of different compositions, and initially solidifies the molten steel into a predetermined shape.
  • a beam is provided in the tundish to divide the inner space into two spaces based on the beam, that is, the first space and the second space.
  • the bore provided inside the tundish is provided with a shorter length than the height of the tundish, and the lower end is installed to be separated from the bottom surface in the tundish. Therefore, even if the interior space of the tundish is divided through the beam, since the bottom surface of the tundish is spaced apart, mixing between the first molten steel and the second molten steel cannot be completely prevented.
  • the amount of molten steel in the tundish decreases at the time the ladle is replaced, so that vortices are generated in the lower part of the tundish, so that mixing cannot be avoided further. Therefore, a cast with non-uniform components is produced in the longitudinal direction of the cast by mixing the first molten steel and the second molten steel.
  • the Ar gas is bubbled to the bottom surface of the tundish, but the residence time of the molten steel in the tundish is short, and according to this method, a cast piece having an uneven component in the longitudinal direction is produced.
  • the casting equipment as described above has a structure in which one mold and one secondary cooling zone are provided on the lower side of the tundish, that is, only one strand, and thus has a disadvantage in that the production rate of the multi-layer cast iron is low.
  • Patent Document 1 Korean Open Patent KR 2012-0071475
  • the present invention provides a casting equipment and a casting method that can improve the production rate of a multi-layer cast.
  • the present invention provides a casting equipment and a casting method capable of casting a multi-layer cast iron having a desired function.
  • Casting equipment includes a ladle having a first room and a second room capable of receiving molten steel in each; A tundish provided with a first accommodating space accommodating the first molten steel provided from the first room and a second accommodating space accommodating the second molten steel provided from the second room; And a mold located on the lower side of the tundish to solidify the first molten steel and the second molten steel provided from the tundish, thereby casting a multi-layer cast with different components of the surface layer and the inner layer.
  • the ladle the body having an interior space; And a dividing member installed inside the body such that the first room and the second room are formed by dividing the inner space of the body, and the bottom surface of the dividing member is installed to be connected to the bottom surface of the body. do.
  • the first plug is provided to penetrate the bottom of the first room in the vertical direction, so that the intake of the inert gas into the first room;
  • a second plug provided to penetrate the bottom of the second room in the vertical direction so that inert gas can be blown into the second room;
  • a first discharge nozzle provided to penetrate the bottom of the first room in the vertical direction to discharge the first molten steel; It includes; a second discharge nozzle provided to penetrate the bottom of the second room in the vertical direction, so that the discharge of the second molten steel.
  • the tundish the main body having an interior space; And a partition wall portion installed inside the main body such that the first accommodating space is an outer space and the second accommodating space is an inner space in the main body.
  • the lower end of the partition is connected to the bottom of the body.
  • the main body may include a first body formed extending in a first extending direction; And a second body extending from the first body in a second extending direction intersecting the first extending direction, wherein the partition wall portion is formed to extend in the extending direction of the first body, A first partition wall accommodated therein; And a second partition wall extending in a direction intersecting with the extending direction of the first partition wall, wherein at least a portion of the second partition wall is accommodated in the second body.
  • the mold is located below the first body and the first partition of the tundish, and the ladle is located above the second body and the second partition of the tundish.
  • the mold is provided in plural, and the plurality of molds are arranged in the first extension direction from the bottom of the tundish so that the first molten steel and the second molten steel can be provided from the tundish.
  • a plurality of upper immersion nozzles supplying the first molten steel of the tundish to each of the plurality of molds; And a plurality of lower immersion nozzles supplying the second molten steel of the tundish to each of the plurality of molds.
  • the casting device includes a magnetic field generator that applies a magnetic field into the mold.
  • the present invention is a casting method for producing a multi-layer cast iron having different components of the surface layer and the inner layer, the process of supplying the first molten steel accommodated in the first room of the ladle to the first receiving space of the tundish; Supplying a second molten steel accommodated in a second room inside the ladle that is isolated from the first room to a second accommodation space of the tundish; And supplying the first and second molten steel of the tundish as a mold, and casting the cast.
  • Providing a first molten steel in the first room of the ladle, providing a second molten steel in the second room, providing a first molten steel in the first room, and second molten steel in the second room The process of providing a process of adding an additive to the first room; And charging molten steel having the same component composition in each of the first room and the second room.
  • the magnetic flux density is adjusted to form a concentration gradient in which the concentration of the additive component included in the additive decreases from the surface inward.
  • a magnetic field is applied so that the magnetic flux density in the mold is 0.2 Tesla to 0.8 Tesla.
  • the additive includes alloy iron containing at least one additive component of Cr, C, Si, Mn, Ni, and Al.
  • the multi-layer cast according to the embodiment of the present invention may have a concentration gradient layer having a concentration gradient for the additive component from the surface to the inside direction.
  • the thickness of the concentration gradient layer is 1.4% to 8.5% of the total thickness of the cast steel.
  • the equipment is configured to have a plurality of strands, it is possible to improve the production rate of the multi-layer cast iron.
  • first molten steel and the second molten steel are provided separately from the ladle, and by supplying them in a tundish, a multi-layer cast with uniform components in the longitudinal direction of the cast can be cast.
  • FIG. 1 is a view showing a casting equipment according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a three-dimensional view for explaining the ladle and tundish in the casting equipment according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing a ladle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a top view showing a tundish according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a concentration gradient in a multi-layer cast cast by a method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a flow chart sequentially showing a method for casting a multi-layer cast iron according to an embodiment of the present invention
  • the present invention relates to a casting equipment and a casting method capable of casting a multi-layer cast. More specifically, the present invention provides a casting facility and a casting method that can improve the production rate of a multi-layered cast and have a desired function.
  • FIG. 1 is a view showing a casting equipment according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a three-dimensional view for explaining the ladle and tundish in the casting equipment according to the embodiment of the present invention.
  • 3 is a view showing a ladle according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a top view showing a tundish according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a conceptual diagram for explaining a concentration gradient in a multi-layer cast cast by a method according to an embodiment of the present invention.
  • (b) is a graph conceptually showing the concentration of added components on a straight line connecting A-A 'in FIG. 5 (a).
  • 6 is a graph showing the thickness of the concentration gradient region according to the magnetic flux density intensity.
  • the casting equipment is a ladle (100), the first room (130a) and the second room (130b) that is capable of accommodating molten steel is dividedly provided inside, the first A tundish 300 having a first accommodation space 330a and a second accommodation space 330b that are divided and provided to accommodate the molten steel provided from each of the rooms 130a and the second rooms 130b, each turn The molten steel is provided from the first accommodating space 330a and the second accommodating space 330b of the dish 300, and solidified therein to provide molds 410a, 410b for casting a double-layer cast, and the length of the tundish 300 And first and second casting devices 400a and 400b arranged in the direction (X-axis direction).
  • the casting equipment is a first supply nozzle (200a) for supplying the molten steel of the first room (130a) of the ladle 100 to the first receiving space (330a) of the tundish (300), It includes a second supply nozzle (200b) for supplying the molten steel of the second room (130b) to the second receiving space (330b) of the tundish.
  • the molten steel accommodated in the first accommodation space 330a of the first room 130a of the ladle 100 and the tundish 300 is referred to as the first molten steel M1, and the ladle 100 ),
  • the molten steel accommodated in the second accommodation space 330b of the second room 130b and the tundish 300 is referred to as the second molten steel M2.
  • the ladle 100 is a body 110 having an interior space capable of receiving molten steel, and is installed inside the body 110 to turn the interior space of the body 110 into a tundish 300. It is provided to penetrate the bottom of the body 110 corresponding to the first member 130a, the dividing member 120 divided in the width direction (Y-axis direction) crossing the longitudinal direction (X-axis direction), It is provided to penetrate the bottom of the body 110 corresponding to the first plug 140a and the second room 130b capable of gas injection, and the second plug 140b and the first room capable of gas injection.
  • the first discharge nozzle 150a and the second room 130b that are provided to penetrate the bottom of the body 110 corresponding to the 130a in the vertical direction and discharge the first molten steel M1 of the first room 130a
  • a second discharge nozzle 15 that is provided to penetrate the bottom of the body 110 corresponding to the vertical direction, and discharges the second molten steel M2 of the second room 130b 0b).
  • the dividing member 120 is a means for dividing the inner space of the body 110 in the width direction (Y-axis direction) of the tundish 300. To this end, the dividing member 120 is formed to extend in the height direction and the X axis direction of the body 110, the lower end is mounted to be in contact with or coupled to the bottom surface inside the body 110.
  • the length of the vertical extension of the split member 120 may be shorter or the same as that of the body 110, and thus the height of the upper end of the split member 120 may be lower or equal to the height of the upper end of the body 110.
  • the internal space of the body 110 is divided into the first room 130a and the second room 130b based on the partition member 120 by the partition member 120.
  • the first room 130a and the second room 130b are separated by the partition member 120.
  • the dividing member 120 is formed in a plate shape extending in the vertical direction, but is not limited thereto, and divides the inner space of the body 110 in the width direction (Y-axis direction) of the tundish 300 It can be changed to various shapes that can be done.
  • a first plug 140a and a first discharge nozzle 150a are provided on the bottom of the body 110 corresponding to the lower portion of the first room 130a. At this time, the first plug 140a and the first discharge nozzle 150a are arranged in the width direction (Y-axis direction) of the tundish 300, and the first plug 140a is relatively positioned relative to the side wall of the body 110. Adjacent, the first discharge nozzle 150a may be disposed to be relatively adjacent to the dividing member 120.
  • a second plug 140b and a second discharge nozzle 150b are provided on the bottom of the body 110 corresponding to the lower portion of the second room 130b.
  • the second plug 140b and the second discharge nozzle 150b are arranged in the width direction (Y-axis direction) of the tundish 300, and the second plug 140b is relatively positioned relative to the side wall of the body 110. Adjacent, the second discharge nozzle 150b may be disposed to be relatively adjacent to the dividing member 120.
  • the first discharge nozzle 150a and the second discharge nozzle 150b may be provided so that their lower ends protrude downward from the bottom surface of the ladle 100.
  • the first discharge nozzle 150a is disposed between the first plug 140a and the dividing member 120. It is positioned and arranged so that the second discharge nozzle 150b is positioned between the dividing member 120 and the second plug 140b.
  • a gas supply unit for supplying an inert gas such as argon (Ar) gas may be connected to each of the first and second plugs 140a and 140b described above.
  • the inert gas supplied through the gas supply unit and the first and second plugs 140a and 140b is blown into the first room 130a and the second room 130b, respectively, and the first and second molten steels M1 and M2, respectively. It may serve to agitate, or to separate the inclusions.
  • the casting equipment according to the embodiment of the present invention is a equipment for casting a multi-layer cast iron having different components of the surface layer and the inner layer.
  • it is a facility for casting a multi-layer cast iron having different surface layer properties and inner layer properties.
  • the first molten steel (M1) and the second molten steel (M2) are provided in the ladle 100. More specifically, any of the first room 130a and the second room 130b of the ladle 100, for example, after the additive is added to the first room 130a, the first room 130a and the second The molten steel having the same component composition is charged into the room 130b. Accordingly, as the molten steel charged into the first room 130a and the additive are mixed, the first molten steel M1 is prepared, and the molten steel accommodated in the second room 130b is the first molten steel M1 by the additive. It becomes the 2nd molten steel (M2) which has a composition different from that.
  • the molten steel having the same composition is charged in the first room 130a and the second room 130b to obtain the first molten steel M1 and the second molten steel M2.
  • the present invention is not limited thereto, and if the first molten steel M1 is accommodated in the first room 130a of the ladle, and the second molten steel M2 is accommodated in the second room 130b, various methods may be applied. This is possible. For example, the first molten steel M1 and the second molten steel M2 having different components are provided outside the ladle 100, the first molten steel M1 is charged into the first room 130a, and the second molten steel is provided. (M2) may be charged in the second room 130b.
  • the additive is a material containing a component necessary for the surface layer to have a desired function, and hereinafter, a component required for having a desired function or a desired function is referred to as an 'additive component'. Accordingly, the additive may be described as a material containing an additive component.
  • an additive component may be Cr, and the additive may be a material containing Cr, for example, ferroalloy.
  • the additive component is not limited to the above-described Cr, and may be at least one of C, Si, Mn, Ni, and Al depending on functions to be added to the surface layer, such as plating properties, weldability, and electrical properties.
  • the inert gas is blown using the first and second plugs 140a and 140b, thereby allowing the first room ( 130a) can be uniformly mixed with the molten steel and the additive, and the advantages of easier component adjustment as the inclusions generated in each of the first room 130a and the second room 130b can be separated by floating have.
  • the tundish 300 has a body 310 having an inner space and an inner space, and the body 310 to divide the inner space of the body 310 into an inner space and an outer space. ) Includes a partition wall portion 320 installed inside.
  • the interior space of the main body 310 corresponds to a space corresponding to the outside of the partition wall part 320 and an inner side of the partition wall part 320 It is divided into spaces.
  • the outer space of the partition part 320 is referred to as a first accommodating space 330a and the inner space of the partition part 320 is referred to as a second accommodating space 330b.
  • the tundish 300 includes a main body 310 having an internal space, an internal space of the main body 310, a first accommodating space 330a, and a second accommodating space 330b, which is an inner space of the first accommodating space 330a. It includes a partition wall portion 320 installed inside the body 310 to divide into.
  • the tundish 300 is provided to penetrate the bottom surface of the main body 310 corresponding to the first receiving space 330a in the vertical direction, and the first molten steel M1 as the mold 410a of the first casting apparatus 400a.
  • the tundish 300 is provided to penetrate the bottom surface of the main body 310 corresponding to the first receiving space 330a in the vertical direction, and is the first to the second mold 410b of the second casting device 400b. It is provided to penetrate the bottom surface of the main body 310 corresponding to the third upper nozzle 343 and the second receiving space 330b that supplies the molten steel M1 in the vertical direction, and the second of the second casting device 400b. It includes a fourth phase nozzle 344 for supplying the second molten steel (M2) to the mold (410b).
  • the body 310 has a shape having at least a bottom portion and a predetermined height, and a side wall portion formed to surround an edge of the bottom portion.
  • first to fourth upper nozzles 341, 342, 343, and 344 are provided on the bottom surface of the main body 310, and the ladle 100 is positioned on the upper side of the main body 310, so that the first And first and second molten steel from the second discharge nozzles 150a and 150b and the first and second supply nozzles 200a and 200b.
  • the first and second molten steel (M1, M2) from the first and second discharge nozzles (150a, 150b) of the ladle 100 is a position or space to be supplied to the tundish 300, the first and second It is preferable that the first to fourth phase nozzles 341, 342, 343, and 344 for discharging molten steels M1 and M2 to the first and second casting devices 400a and 400b are not adjacent to each other and are far apart. Do.
  • the main body 310 intersects the first body 311 formed in the X-axis direction (longitudinal direction or the first extending direction) and the extending direction (X-axis direction) of the first body 311 It may include a second body 312 formed in the direction, that is, in the Y-axis direction (width direction or second extension direction).
  • the length of the second body 312 in the X-axis direction is shorter than the length of the first body 311 in the X-axis direction.
  • the center of the X-axis direction of the first body 311 and the center of the X-axis direction of the second body 312 may be provided to be positioned on a straight line.
  • the body 310 is formed to extend in the X-axis direction as a whole, and may be described as a shape protruding in the Y-axis direction. Accordingly, the inner space of the main body 310 extends in the X-axis direction, the space formed by the first body 311, and extends in the Y-axis direction from the X-axis extended space, and is provided by the second body 312. It is provided to include the formed protrusion space.
  • the space of the second body 312 is a space receiving the first and second molten steels M1 and M2 from the ladle.
  • the first and second molten steels M1 and M2 of the ladle 100 are supplied to the protruding space among the inner spaces of the main body 310.
  • the ladle 100 is positioned above the second body 312 of the tundish 300.
  • the partition part 320 is installed inside the main body 310, and divides the inside of the main body 310 into a first accommodating space 330a and a second accommodating space 330b.
  • the partition wall portion 320 is preferably a shape corresponding to the shape of the body 310.
  • the partition wall part 320 is formed by extending the first to fourth fourth nozzles 341, 342, 343, and 3444 in the array direction (ie, the X-axis direction) or the first body 311 in the extending direction.
  • the wall 321 and the second partition wall 322 may be formed to extend in a direction crossing the extension direction of the first partition wall 321 (ie, the X-axis direction) (Y-axis direction).
  • the length of the second partition wall 322 in the X-axis direction is shorter than the length of the first partition wall 321 in the X-axis direction. Then, the center of the first partition wall 321 in the X-axis direction and the center of the second partition wall 322 in the X-axis direction may be provided to be positioned on a straight line.
  • the first partition wall 321 is located inside the first body 311, and at least a part of the second body 312 is the second body 312 may be installed to be located inside.
  • the other side surface of the first partition wall 321 based on the Y-axis direction may be installed to contact or space away from the inner surface of the first body 311 facing this side.
  • other side surfaces of the outer side surface of the first partition wall 321 except for the other side surface are installed to be spaced apart from the inner side surface of the first body 311.
  • the second partition wall 322 may be installed so that the whole is located inside the second body 312, or only a part thereof may be installed inside the second body 312.
  • the interior space of the tundish 300 is divided into the first accommodation space 330a and the second accommodation space 330b by the above-described main body 310 and the partition part 320. That is, the partition is divided into a first accommodating space 330a corresponding to the outside of the partition part 320 and a second accommodating space 330b corresponding to the inside of the partition part 320.
  • each of the first and second receiving spaces 330a and 330b is formed to extend in the X-axis direction as a whole, and may be a shape protruding in the Y-axis direction. have.
  • each of the first and second receiving spaces 330a and 330b includes a space extending in the X-axis direction and a protruding space extending in the Y-axis direction from the X-axis extending space.
  • the space of the second partition wall 322 is a space receiving the first and second molten steel M2 from the ladle 100.
  • the first and second molten steels M1 and M2 of the ladle are supplied to the protruding space among the inner spaces of the partition part 320.
  • the ladle 100 is positioned above the second body 312 and the second partition 322 of the tundish 300. More specifically, the second body 312 and the second partition wall so that the first discharge nozzle 150a that supplies the first molten steel M1 to the tundish 300 corresponds to the first receiving space 330a. It is installed so as to be located between the (322). In addition, the second discharge nozzle 150b that supplies the second molten steel M2 to the tundish 300 is installed to be located inside the second partition wall 322 so as to correspond to the second receiving space 330b. .
  • the first supply nozzle 200a is positioned between the first discharge nozzle 150a and the tundish 300, and its upper end is connected to the first discharge nozzle 150a. Accordingly, the first molten steel M1 discharged from the first discharge nozzle 150a is supplied to the tundish 300 through the first supply nozzle 200a. That is, the first supply nozzle 200a is installed to correspond to the outer space of the first receiving space 330a or the second partition 322 of the tundish 300.
  • the second supply nozzle 200b is positioned between the second discharge nozzle 150b and the tundish 300, and its upper end is connected to the second discharge nozzle 150b. Accordingly, the second molten steel M2 discharged from the second discharge nozzle 150b is supplied to the tundish 300 through the second supply nozzle 200b. That is, the second supply nozzle 200b is installed to correspond to the second receiving space 330b of the tundish 300 or the inner side of the second partition 322.
  • the first to fourth phase nozzles 341, 342, 343, and 344 are first and second casting devices 400a and 400b, respectively, of the first and second molten steels M1 and M2 supplied into the tundish 300. It is a means to supply to each mold 410a, 410b.
  • the first to fourth phase nozzles 341, 342, 343, and 344 are arranged in the X-axis direction or in the arrangement direction of the molds 410a, 410b of the first and second casting devices 400a, 400b, as described above. do.
  • each of the first and third upper nozzles 341 and 343 is a nozzle that discharges the first molten steel M1, and is installed to communicate with the first receiving space 330a of the tundish 300.
  • the first upper nozzle 341 is provided on one side outside of the first partition wall 321
  • the third upper nozzle 343 is provided on the other outer side of the first partition wall 321. Accordingly, the first phase nozzle 341 and the third phase nozzle 343 are spaced apart in the X-axis direction with the first partition wall 321 therebetween.
  • Each of the second and fourth phase nozzles 342 and 343 is a nozzle that discharges the second molten steel M2 and is installed to communicate with the second receiving space 330b of the tundish 300. That is, the second and fourth phase nozzles 342 and 344 are installed inside the first partition wall 321, and the second phase nozzle 342 and the fourth phase nozzle 344 are arranged in the X-axis direction. Are spaced apart.
  • the second phase nozzle 342 and the fourth phase nozzle are provided in the first partition wall 321, wherein the separation distance between the first phase nozzle 341 and the second phase nozzle 342 is described later. 1 is smaller than the length in one direction of the mold 410a of the casting apparatus 400a, and the separation distance between the third phase nozzle 343 and the fourth phase nozzle 344 is the mold 410b of the second casting apparatus 400b It is smaller than the length in one direction.
  • the separation distance between the second phase nozzle 342 and the fourth phase nozzle 344 is the separation distance between the first phase nozzle 341 and the second phase nozzle 342 and the third phase nozzle 343 and the fourth phase.
  • the distance between the nozzles 344 may be large.
  • the first and second casting devices 400a and 400b are devices that receive the first molten steel M1 and the second molten steel M2 from the tundish 300 to cast a double-layer cast.
  • the first casting device 400a and the second casting device 400b are arranged in the arrangement direction or the X-axis direction of the first to fourth phase nozzles 341, 342, 343, and 344 of the tundish 300 as a whole. do.
  • first and second casting devices 400a and 400b will be described.
  • the first casting apparatus 400a receives the first and second molten steels M1 and M2 and provides the first molten steel M1 from the first mold 410a and the ladle 100 to initially solidify the molten steel into a predetermined shape.
  • the first upper immersion nozzle 420a which is received and supplied to the first mold 410a, receives the second molten steel M2 from the ladle 100, supplies it to the first mold 410a, and supplies the first upper immersion nozzle 420a It includes a first lower immersion nozzle (430a) for discharging the second molten steel (M2) in a lower position compared to), a first magnetic field generating unit (460a) for applying a direct current magnetic field in the first mold (410a).
  • the first casting device 400a fastens the first upper nozzle 341 and the first upper immersion nozzle 420a, and communicates with the first upper nozzle 341 and the first upper immersion nozzle 420a.
  • the second gate 450a to be controlled is provided below the first mold 410a to perform a series of molding operations to perform a series of molding operations while secondarily cooling the slab in the reaction state drawn from the first mold 410a. And a first cooling zone (not shown) in which the roll and the first spray nozzle are continuously arranged.
  • the first mold 410a is installed to correspond to the first and second upper nozzles 341 and 342 of the tundish 300.
  • the first mold 410a receives molten steel from the tundish 300 and initially solidifies the molten steel into a predetermined shape.
  • the first mold 410a may have a rectangular cross-sectional shape, for example.
  • each of the first molds 410a is formed to extend in one direction (X-axis direction), and a pair of long sides and each of which is spaced apart in a direction intersecting or orthogonal to the extending direction (Y-axis direction) and each of the long sides It is formed to extend in an intersecting or orthogonal direction (Y-axis direction), and includes a pair of short sides installed spaced apart in an intersecting or orthogonal direction (X-axis direction). And, inside each of the short sides and the long sides of the first mold 410a, a flow path through which cooling water for cooling molten steel flows is provided.
  • the first upper immersion nozzle 420a supplies the first molten steel M1 to the first mold 410a
  • the first lower immersion nozzle 430a supplies the second molten steel M2 to the first mold 410a.
  • the first upper immersion nozzle 420a and the first lower immersion nozzle 430a are arranged in the extending direction (ie, the X-axis direction) of the long side of the mold and are spaced apart from each other.
  • the first upper immersion nozzle 420a and the first lower immersion nozzle 430a have different heights of discharge ports through which molten steel is discharged. That is, the height of the discharge port (hereinafter, the first upper discharge port) of the first upper immersion nozzle 420a is higher than the height of the discharge port (hereinafter, the first lower discharge port) of the first lower immersion nozzle 430a. In other words, the height of the first lower discharge port 431a is lower than the height of the first upper discharge port 421a.
  • the first upper immersion nozzle 420a and the first lower immersion nozzle 430a may be formed to have different lengths, and an extended length of the first upper immersion nozzle 420a is the first lower immersion nozzle 430a. It may be shorter than the extended length of the, the first upper immersion nozzle (420a) and the first lower immersion nozzle (430a) may be provided with a discharge port in each lower portion. And the upper ends of each of the first upper immersion nozzle 420a and the first lower immersion nozzle 430a are connected to the first and second upper nozzles 431 and 432 located above the first mold 410a. It is connected so that the tops have the same height. Accordingly, the height of the first upper discharge port 421a is higher than that of the first lower discharge port 431a.
  • the first magnetic field generating unit 460a is a means for applying a magnetic force into the first mold 410a, and more specifically, a means for applying a uniform DC magnetic field in the width direction (Y-axis direction) of the first mold 410a. to be.
  • the first magnetic field generating unit 460a may be installed to be located outside each of the pair of short sides of the first mold.
  • the first cooling zone is not shown, but is provided between a plurality of first rolls and a plurality of first rolls arranged in one direction from the lower side of the first mold 410a and a first spray nozzle for spraying cooling water toward the cast piece.
  • each of the first roll and the first spray nozzle may be provided to be located on the upper side of the upper surface of the cast piece and the lower side of the lower surface. Accordingly, the cast steel drawn from the first mold is completely solidified while being cooled in the second direction by the cooling water sprayed from the first spray nozzle while moving in the direction in which the first rolls are arranged.
  • the second casting device 400b has a similar configuration and shape to the first casting device 400a described above.
  • the second casting apparatus 400b receives the first and second molten steels M1 and M2, and the first molten steel M1 from the second mold 410b and the ladle 100 to initially solidify the molten steel into a predetermined shape.
  • the second upper immersion nozzle (420b) to be supplied to the second mold (410b), the second molten steel (M2) from the ladle 100 is supplied to the second mold (410b), the second lower immersion nozzle It includes a second lower immersion nozzle (430b) for discharging the second molten steel (M2) in a lower position compared to (430b), a second magnetic field generating unit (460b) for generating a magnetic field in the second mold (410b).
  • the second casting apparatus 400b fastens the third upper nozzle 343 and the second upper immersion nozzle 420b, and communicates with the third upper nozzle 343 and the second upper immersion nozzle 420b.
  • the third gate (440b), the fourth upper nozzle 344 and the second lower immersion nozzle 430b are mutually fastened, and the communication between the fourth upper nozzle 344 and the second lower immersion nozzle 430b is controlled.
  • the second mold 410b is arranged to be spaced apart from the first mold 410a in the X-axis direction, and is installed to correspond to the lower sides of the third and fourth upper nozzles 343 and 344 of the tundish 300.
  • the second upper immersion nozzle 420b is a means for supplying the first molten steel to the second mold 410b
  • the second lower immersion nozzle 430b is a means for supplying the second molten steel M2 to the second mold 410b.
  • the second upper immersion nozzle 420b and the second lower immersion nozzle 430b are arranged to be spaced apart from each other in the extending direction (ie, the X-axis direction) of the long sides of the second mold 410b.
  • the heights of the discharge ports through which the molten steel is discharged are different from the second upper immersion nozzle 420b and the second lower immersion nozzle 430b. That is, the height of the discharge port (hereinafter, the second upper discharge port 421b) of the second upper immersion nozzle 420b is at the height of the discharge port (hereinafter, the second lower discharge port 431b) of the second lower immersion nozzle 430b. Higher than that.
  • the second cooling zone includes a plurality of second rolls arranged in one direction from a lower side of the second mold and a second spray nozzle provided between the plurality of second rolls and spraying cooling water toward the cast piece.
  • the cast steel drawn from the first mold 410a solidifies while moving in the alignment direction of the plurality of first rolls, and the cast steel drawn from the second mold 410b moves in the alignment direction of the plurality of second rolls Solidifies as it moves.
  • the first mold 410a and the first cooling zone through which the molten steel or the mold passes may be referred to as a first strand, the second mold 410b and the second cooling zone as a second strand. That is, the casting equipment according to the embodiment of the present invention includes a plurality of strands.
  • the first molten steel and the second molten steel having different components are prepared and supplied to the first mold 410a.
  • the first molten steel (M1) and the second molten steel (M2) may be, for example, molten steel for low-carbon steel including 0.018 wt% C, 0.035 wt% Si, 1.15 wt% Mn, and 0.1 wt% Ni.
  • the second molten steel M2 may be molten steel further containing 3 wt% Cr compared to the first molten steel M1.
  • the first molten steel M1 When the first molten steel M1 is supplied to the first mold 10 through the first upper immersion nozzle 420a, the first molten steel M1 solidifies to form a solidified shell (hereinafter, the first solidified shell C1). do. At this time, since the flow path through which the refrigerant flows is buried in the inner wall of the first mold 410a, the temperature of the inner wall of the first mold 410a is the lowest. Therefore, when the first molten steel M1 is supplied, the first solidification shell C1 is formed along the inner wall surface of the first mold 410a.
  • the first solidification shell C1 is formed along the inner wall surface of the first mold 410a, a space surrounded by the first solidification shell C1 is formed, and the first lower immersion nozzle 430a is used as the space.
  • the second molten steel (M2) is supplied.
  • the second molten steel M2 discharged from the first lower immersion nozzle 430a is supplied to fill the space partitioned by the first solidification shell C1.
  • the second molten steel (M2) supplied from the first lower immersion nozzle (430a) is solidified to form a solidified shell (hereinafter, the second solidified shell (C2)), the first molten steel (M1) is initially supplied It is formed along the inner wall surface of the first solidification shell (C1).
  • the first magnetic field generating unit 460a is positioned between the first upper discharge port 421a of the first upper immersion nozzle 420a and the first lower discharge port 431a of the first lower immersion nozzle 430a. Accordingly, the first molten steel M1 discharged from the first upper discharge port 421a is discharged to the upper side of the first magnetic field generating unit 460a, and the second molten steel M2 discharged from the first lower discharge port 431a is It is discharged to the lower side of the first magnetic field generator 460a.
  • the magnetic field applied from the first magnetic field generating unit 460a is the first molten steel (M1) is moved to the lower side of the first magnetic field generating unit (460a), or the second molten steel (M2) is the first magnetic field generating unit (460a) ) Acts as a resistor to suppress the upward movement.
  • the molten steel pool made of the first molten steel M1 (that is, near the first magnetic field generating portion 460a or in a position corresponding to the first magnetic field generating portion 460a in the first mold 410a (ie, Upper pool) and the second molten steel (M2) may be divided into a molten steel pool (ie, a lower pool).
  • the multi-layer cast iron is cast by using the first molten steel (M1) and the second molten steel (M2), which have different compositional components, so that the composition of the components of the surface layer SL and the inner layer IL is different. More specifically, the first molten steel (M1) and the second molten steel (M2) have different contents for the additive components, and thus the surface layers SL and the inner layer IL have different contents for the additive components. Accordingly, the surface layer SL and the inner layer IL of the multi-layer cast iron may be defined or classified according to the content (or concentration) of the additive component.
  • the multi-layer cast according to the embodiment has a concentration gradient in which the concentration of the additive component in the surface layer SL decreases toward the inner side from the surface (see FIG. 5).
  • each of the second molten steel M2 and the inner layer IL may or may not contain a small amount of additive components.
  • the surface layer (SL) from the surface of the cast to the point where 0.5% of the content of the additive component contained in the first molten steel (M1) can be referred to as the surface layer (SL).
  • the surface layer from 100% to 0.5% (in the order from the surface to the inside) of the content of the additives contained in the first molten steel M1 can be defined as the surface layer.
  • an area of less than 0.5% (including 0%) of the content of the additive component included in the first molten steel M1 may be defined as an inner layer IL.
  • the content of the additive component in the surface layer SL varies in the range of 100% to 0.5% in the inner direction.
  • the content of the additive component in the inner layer IL is less than 0.5% and may be 0%.
  • the surface layer SL is changed so that the content of the additive component decreases from the surface to the inner direction.
  • the concentration gradient layer (CGA) is defined as the point at which the ratio is reached.
  • the point at which 90% of the content of the additive component included in the first molten steel is the starting point (As) of the concentration gradient layer, and the point at which the predetermined ratio is the ending point (Ae) of the concentration gradient layer.
  • Equation 1 Since the concentration of the additive component serving as a reference for the starting point (As) of the concentration gradient layer is 90% of the content of the additive component included in the first molten steel (M1), this is expressed by Equation 1 below.
  • the reference concentration that becomes the concentration gradient starting point As calculated by Equation 1 is 2.7 wt%.
  • the point at which the calculated concentration is the concentration gradient layer starting point (As).
  • the concentration of the additive component serving as a reference for the end point (Ae) of the concentration gradient layer is the sum of the content of the additive component in the second molten steel (M2) and 5% of the content of the additive component contained in the first molten steel (M1). It is determined by the value (see Equation 2)
  • Equation 1 when the content of Cr as an additive component in the first molten steel (M1) is 3wt%, and the Cr content in the second molten steel (M2) is 0.01wt%, applying this to Equation 1 ends the concentration gradient layer ( The reference concentration to be Ae) is 0.16 wt%. And, the point at which the concentration of the end point calculated as described above may be the end point (Ae) of the surface layer.
  • the concentration gradient layer (CGA) is from the point where the content of the additive component is 2.7 wt% or more to the point where it is 0.16 wt% or less.
  • the reference concentration serving as the end point of the concentration gradient layer is 0.15 wt%.
  • the thickness T of the concentration gradient region CGA is set to 1.4% to 8.5% of the total thickness of the cast steel.
  • the thickness T of the concentration gradient region CGA means the length from the starting point As of the concentration gradient layer to the ending point Ae of the concentration gradient layer.
  • a magnetic field is applied to the molds 410a and 410b using the magnetic field generating units 460a and 460b.
  • the thickness T of the concentration gradient layer (CGA) is 1.4% to 8.5% of the total thickness of the cast steel, the first and the first 2
  • the intensity of the magnetic force density applied from the magnetic field generating units 460a and 460b is adjusted to 0.2 Tesla to 0.8 Tesla.
  • the concentration gradient region (CGA) is preferably 1.4% to 8.5% or less of the total thickness of the cast piece S, and for this purpose, the intensity of the magnetic flux density is 0.2 tesla to 0.8 tesla (0.2 tesla or more, 0.8). Tesla) or less is preferred.
  • the strength of the magnetic force is less than 0.2 Tesla
  • a large amount of the first molten steel and the second molten steel are mixed to such an extent that no boundary region exists inside the mold. Accordingly, a cast piece having no difference in the content of components between the surface layer and the inner layer can be cast. That is, a multi-layer cast may not be produced.
  • the thickness of the concentration gradient region (CGA) becomes thinner, it means that the boundary of the concentration of the additive component between the surface layer and the inner layer becomes clearer.
  • the thickness of the concentration gradient area (CGA) is not thin or less than 1.4% of the total thickness of the cast steel, and even if the concentration gradient area (CGA) is 1.4% or more, the surface layer of the cast steel (S) is added by the additive component It may have a desired function (eg, corrosion resistance). Accordingly, there is no need to make the thickness of the concentration gradient region (CGA) thinner to less than 1.4%.
  • the intensity of the magnetic flux density is 0.2 Tesla to 0.8 Tesla (0.2 Tesla or more, 0.8 Tesla), so that the concentration gradient region (CGA) has a thickness of 1.4% to 8.5% of the total thickness of the cast steel.
  • the surface layer has the desired characteristics when casting a multi-layer cast.
  • a multi-layer cast was cast in the same manner as in Example using the first molten steel and the second molten steel having different Cr contents, and the concentration of the magnetic flux density was 0.2 Tesla to 0.8 Tesla, and the concentration gradient A multi-layer cast having a region was cast.
  • a sample was prepared by sampling a part of the produced cast. Then, the sample was evaluated by applying tensile stress in an atmosphere of sulfuric acid (H 2 S), which is one of strong acids, and measuring the breakdown yield strength.
  • H 2 S sulfuric acid
  • the multi-layer cast iron according to the embodiment of the present invention does not have a clear boundary for the concentration of added components between the surface layer and the inner layer as in the prior art, and has a concentration gradient, but has a function to be added to the surface layer, such as sufficient corrosion resistance. Can be cast.
  • the surface of the cast piece S has a function to be added, such as corrosion resistance
  • the difference in component content between the surface layer and the inner layer based on the boundary between the surface layer and the inner layer is less than in the prior art. Accordingly, separation, cracks, or defects between the surface layer and the inner layer due to component differences can be reduced.
  • FIG. 7 is a flowchart sequentially showing a method of casting a multi-layer cast iron according to an embodiment of the present invention.
  • any one of the first room 130a and the second room 130b in the ladle 100 is added with an additive to the first room 130a (S100).
  • the additive is for preparing the first molten steel (M1) and the second molten steel (M2) having different component compositions, and may be alloy iron containing a component to be differentiated.
  • the additive component is Cr
  • the additive may be a material containing Cr, for example, ferroalloy.
  • the molten steel charged into the first room 130a and the second room 130b may be molten steel having the same composition.
  • the molten steel charged into the first room 130a and the second room 130b is a low-carbon steel for low carbon steel including 0.018 wt% C, 0.035 wt% Si, 1.15 wt% Mn, and 0.1 wt% Ni. You can.
  • the alloy iron is melted by the temperature of the molten steel, whereby the molten steel accommodated in the first room 130a has a different Cr content from the molten steel accommodated in the second room 130b, or It is made of molten steel containing Cr.
  • the molten steel contained in the first room 130a 2 The composition of molten steel accommodated in the room 130b is different. That is, the first molten steel M1 provided in the first room 130a and the second molten steel M2 provided in the second room differ in at least Cr content.
  • the Cr content in the first molten steel (M1) may be, for example, 3 wt%, which can be adjusted by controlling the amount of additives and the type of additives.
  • the provision of the first molten steel (M1) containing Cr is for casting a multi-layer cast with improved corrosion resistance of the surface layer.
  • an inert gas for example, Ar (argon) gas is blown into each of the first and second plugs 140a and 140b (S300).
  • Ar argon
  • Mixing is performed between the molten steel and the additives in the first room 130a by the Ar gas blown from the first and second plugs 140b, and the inclusions are separated in the first room 130a and the second room 130b, respectively. Injuries may occur.
  • the ladle 100 is moved upwardly to the tundish 300 to supply the first molten steel M1 and the second molten steel M2 to the tundish 300 (S400).
  • the first discharge nozzle 150a and the first supply nozzle 200a are positioned corresponding to the upper side of the first receiving space 330a in the tundish, and the second discharge nozzle 150b and the second supply nozzle 200b are disposed. It is positioned above the second receiving space 330b of the tundish 300.
  • the first discharge nozzle 150a and the first supply nozzle 200a are fastened, and the second discharge nozzle 150b and the second supply nozzle 200b are fastened to each other.
  • the first and second of the ladle 100 are communicated.
  • the molten steel (M1, M2) is supplied as a tundish.
  • the first molten steel M1 is supplied to the first receiving space 330a of the tundish 300 by the first discharge nozzle 150a and the first supply nozzle 200a
  • the second molten steel M2 is It is supplied to the second receiving space 330b of the tundish 300 by the second discharge nozzle 150b and the second supply nozzle 200b.
  • the first to fourth gates 440a, 450a, 440b, and 450b are operated to immerse the first upper nozzle 341, the first upper immersion nozzle 420a, the second upper nozzle 342, and the first lower immersion.
  • the nozzle 430a, the third upper nozzle 343 and the second upper immersion nozzle 420b, the fourth upper nozzle 344 and the second lower immersion nozzle 430b are respectively communicated with each other.
  • the first molten steel M1 in the first accommodation space 330a of the tundish 300 is supplied to the first mold 410a through the first upper nozzle 341 and the first upper immersion nozzle 420a.
  • the second molten steel M2 in the second receiving space 330b of the tundish 300 is supplied to the first mold 410a through the second upper nozzle 342 and the first lower immersion nozzle 430a ( S500).
  • the first molten steel M1 in the first accommodation space 330a of the tundish 300 is supplied to the second mold 410b through the third upper nozzle 343 and the second upper immersion nozzle 420b.
  • the second molten steel M2 in the second receiving space 330b of the tundish 300 is supplied to the second mold 410b through the fourth upper nozzle 344 and the second lower immersion nozzle 430b ( S500).
  • the first molten steel M1 and the second molten steel M2 supplied to the first and second molds 410a and 410b are reacted and solidified inside the first and second molds 410a and 410b, respectively.
  • a multi-layer cast piece having different components of the inner layer and the inner layer is produced. That is, the first molten steel (M1) supplied to the upper side is a surface layer, and the second molten steel (M2) supplied to the lower side is a multi-layered cast piece that is an inner layer.
  • the first magnetic field generating unit 460a and the second magnetic field generating unit 460b are operated to apply a magnetic field into the first and second molds 410b, wherein the strength of magnetic density is 0.2 Tesla to 0.8 Tesla. To be.
  • each of the cast pieces drawn from the first and second molds 410a and 410b moves along a plurality of first rolls under the first mold 410a and a plurality of second rolls under the second mold 410b. Secondary cooling by the sprayed cooling water completely solidifies.
  • the cast iron S manufactured from the first casting device 400a and the second casting device 400b is a multi-layer cast steel having different components of the surface layer and the inner layer. That is, since the surface layer is cast from the first molten steel containing 3 wt% of Cr, the surface layer has properties of stainless steel having corrosion resistance by Cr. In addition, the inner layer is cast from a second molten steel and has characteristics of low carbon steel.
  • the strength of the magnetic force density is 0.2 Tesla to 0.8 Tesla, so that the surface layer SL has a concentration gradient with respect to the additive component, thereby producing a multi-layered cast piece. do. That is, the surface layer SL has a concentration gradient layer (CGA) in which the concentration of the additive component gradually decreases from the surface toward the inner layer.
  • CGA concentration gradient layer
  • the concentration of the additive component in the surface layer SL is higher than that of the inner layer, the concentration of the additive component increases in the surface layer SL toward the outermost surface of the cast piece S.
  • the thickness of the concentration gradient layer may be 1.4% to 8.5% of the total thickness of the cast steel.
  • the surface layer SL has a function corresponding to the surface layer of the multi-layer slab that does not have a concentration gradient, such as corrosion resistance.
  • first molten steel (M1) and the second molten steel (M2) are provided separately from the ladle 100, and as it is supplied to the tundish, it is possible to cast a multi-layered cast iron with uniform components in the longitudinal direction.
  • the additives and molten steel are uniformly mixed or the components are uniform.
  • One first molten steel can be prepared.
  • a multi-layer cast piece having uniform components in the longitudinal direction of the surface layer can be produced.
  • the production rate of the multi-layer cast iron improve it.
  • the equipment is configured to have a plurality of strands, it is possible to improve the production rate of the multi-layer cast iron.
  • the first molten steel and the second molten steel are provided separately from the ladle, and by supplying them in a tundish, a multi-layer cast with uniform components in the longitudinal direction of the cast can be cast.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 주조 설비는 각각에 용강의 수용이 가능한 제 1 룸 및 제 2 룸이 마련된 래들, 내부에 제 1 룸으로부터 제공된 제 1 용강을 수용할 수 있는 제 1 수용 공간 및 제 2 룸으로부터 제공된 제 2 용강을 수용할 수 있는 제 2 수용 공간이 마련된 턴디시 및 턴디시의 하측에 위치되어, 턴디시로부터 제공된 제 1 용강과 제 2 용강을 응고시켜, 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편을 주조하는 주형을 포함한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 주조 주소 설비에 의하면, 복수의 스트랜드를 구비하도록 설비를 구성함에 따라, 복층 주편의 생산율을 향상시킬 수 있다. 또한, 래들에서 제 1 용강과 제 2 용강을 분리하여 마련하고, 이를 턴디시로 공급함에 따라 주편 길이 방향으로 성분이 균일한 복층 주편을 주조할 수 있다.

Description

주조 설비 및 주조 방법
본 발명은 주조 설비 및 주조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복층 주편을 주조할 수 있는 주조 설비 및 주조 방법에 관한 것이다.
표층과 중심의 조성이 다른 복층 주편을 제조하는 주조 장치는 각기 다른 조성의 용강인 제 1 용강과 제 2 용강을 수용하는 턴디시, 턴디시로부터 용강을 전달받아 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형, 턴디시 내의 제 1 및 제 2 용강 각각을 주형으로 공급하는 제 1 및 제 2 노즐, 주형 내에 직류 자장을 발생시키는 자장 발생부를 포함한다.
종래에는 턴디시 내에서 성분이 상이한 제 1 용강과 제 2 용강을 분리 수용하기 위해, 턴디시 내에 보를 마련하여, 내부 공간을 상기 보를 기준으로 2개의 공간 즉, 제 1 공간과 제 2 공간으로 분할하였다.
턴디시의 내부에 마련된 보는 턴디시의 높이에 비해 짧은 길이로 마련되며, 그 하단이 턴디시 내 바닥면과 이격되도록 설치된다. 따라서, 턴디시 내부 공간이보를 통해 분할된다 하더라도, 보와 턴디시 바닥면이 이격되어 있기 때문에, 제 1 용강과 제 2 용강 간의 혼합을 완벽하게 방지할 수 없다.
특히, 주편의 연속 주조시, 래들이 교체되는 시점에서는 턴디시 내 용강량이 줄어들어 턴디시 내 하부에서 와류가 발생되기 때문에, 그 혼합을 더욱 피할 수 없다. 따라서, 제 1 용강과 제 2 용강의 혼합에 의해 주편의 길이 방향으로 성분이 균일하지 않은 주편이 제조된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 턴디시 바닥면으로 Ar 가스의 버블링을 실시하나, 턴디시 내에서 용강의 체류시간이 짧아, 이 방법에 의해서도 길이 방향으로 성분이 불균일한 주편이 제조된다.
그리고, 상술한 바와 같은 주조 설비는 턴디시의 하측에 하나의 주형과 하나의 2차 냉각대가 마련되는 구조 즉, 하나의 스트랜드만을 구비하고 있어, 복층 주편의 생산율이 낮은 단점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 한국공개특허 KR 2012-0071475
본 발명은 복층 주편의 생산율을 향상시킬 수 있는 주조 설비 및 주조 방법을 제공한다.
본 발명은 목적하는 기능을 가지는 복층 주편을 주조할 수 있는 주조 설비 및 주조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 주조 설비는 각각에 용강의 수용이 가능한 제 1 룸 및 제 2 룸이 마련된 래들; 내부에 상기 제 1 룸으로부터 제공된 제 1 용강을 수용할 수 있는 제 1 수용 공간 및 상기 제 2 룸으로부터 제공된 제 2 용강을 수용할 수 있는 제 2 수용 공간이 마련된 턴디시; 및 상기 턴디시의 하측에 위치되어, 상기 턴디시로부터 제공된 제 1 용강과 제 2 용강을 응고시켜, 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편을 주조하는 주형;을 포함한다.
상기 래들은, 내부 공간을 가지는 바디; 및 상기 제 1 룸과 제 2 룸이 상기 바디의 내부 공간을 분할하여 형성하도록, 상기 바디의 내부에 설치된 분할 부재;를 포함하고, 상기 분할 부재의 바닥면은 상기 바디의 바닥면과 연결되도록 설치된다.
상기 래들은, 상기 제 1 룸으로 불활성 가스의 취입이 가능하도록, 상기 제 1 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 1 플러그; 상기 제 2 룸으로 불활성 가스의 취입이 가능하도록, 상기 제 2 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 2 플러그; 상기 제 1 용강의 배출이 가능하도록, 상기 제 1 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 1 배출 노즐; 상기 제 2 용강의 배출이 가능하도록, 상기 제 2 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 2 배출 노즐;을 포함한다.
상기 턴디시는, 내부 공간을 가지는 본체; 및 상기 본체 내에서 상기 제 1 수용 공간이 외측 공간이 되고, 상기 제 2 수용 공간이 내측 공간이 되도록, 상기 본체의 내부에 설치된 격벽부;를 포함하고,
상기 격벽부의 하단은 상기 본체의 바닥에 연결된다.
상기 본체는, 제 1 연장 방향으로 연장 형성된 제 1 몸체; 및 상기 제 1 몸체로부터 상기 제 1 연장 방향과 교차하는 제 2 연장 방향으로 연장 형성된 제 2 몸체;를 포함하고, 상기 격벽부는, 상기 제 1 몸체의 연장 방향으로 연장 형성되어, 상기 제 1 몸체의 내부에 수용된 제 1 격벽체; 상기 제 1 격벽체의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장 형성되어, 적어도 일부가 제 2 몸체 내에 수용된 제 2 격벽체;를 포함한다.
상기 주형은 상기 턴디시의 제 1 몸체 및 제 1 격벽체의 하측에 위치하고, 상기 래들은 상기 턴디시의 제 2 몸체 및 제 2 격벽체의 상측에 위치된다.
상기 주형은 복수개로 마련되며, 복수의 주형은, 상기 턴디시로부터 제 1 용강 및 제 2 용강을 제공받을 수 있도록, 상기 턴디시 하측에서 상기 제 1 연장 방향으로 나열 배치된다.
상기 턴디시의 제 1 용강을 복수의 상기 주형 각각으로 공급하는 복수의 상부 침지 노즐; 및 상기 턴디시의 제 2 용강을 복수의 상기 주형 각각으로 공급하는 복수의 하부 침지 노즐;을 포함한다.
상기 주조 장치는 상기 주형 내로 자장을 인가하는 자장 발생부를 포함한다.
본 발명은 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편을 제조하는 주조 방법으로서, 래들의 제 1 룸에 수용된 제 1 용강을 턴디시의 제 1 수용 공간으로 공급하는 과정; 상기 제 1 룸과 고립 구분되는 상기 래들 내부의 제 2 룸에 수용된 제 2 용강을 상기 턴디시의 제 2 수용 공간으로 공급하는 과정; 상기 턴디시의 제 1 및 제 2 용강을 주형으로 공급하여, 주편을 주조하는 과정을 포함한다.
상기 래들의 제 1 룸에 제 1 용강을 마련하고, 상기 제 2 룸에 제 2 용강을 마련하는 과정을 포함하고, 상기 제 1 룸에 제 1 용강을 마련하고, 상기 제 2 룸에 제 2 용강을 마련하는 과정은, 상기 제 1 룸에 첨가제를 투입하는 과정; 및 상기 제 1 룸 및 제 2 룸 각각에 성분 조성이 동일한 용강을 장입하는 과정;을 포함한다.
상기 제 1 룸에 제 1 용강을 마련하고, 상기 제 2 룸에 제 2 용강을 마련한 후, 상기 제 1 룸 및 제 2 룸 각각으로 불활성 가스를 취입하는 과정을 포함한다.
상기 주형 내로 자장을 인가하는 과정을 포함한다.
상기 주형 내로 자장을 인가하는데 있어서, 상기 표층에 있어서, 표면으로부터 내측 방향으로 상기 첨가제에 포함된 첨가 성분의 농도가 감소하는 농도 구배가 형성되도록 자속 밀도를 조절한다.
상기 주형 내 자속 밀도가 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라가 되도록 자장을 인가한다.
상기 첨가제는 Cr, C, Si, Mn, Ni 및 Al 중 적어도 하나의 첨가 성분을 포함하는 합금철을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 복층 주편은 표면으로부터 내측 방향으로 첨가 성분에 대한 농도 구배를 가지는 농도 구배층을 가질 수 있다.
상기 농도 구배층의 두께는 주편 전체 두께의 1.4% 내지 8.5%인 것이 효과적이다.
본 발명의 실시예에 따른 주조 주소 설비에 의하면, 복수의 스트랜드를 구비하도록 설비를 구성함에 따라, 복층 주편의 생산율을 향상시킬 수 있다.
또한, 래들에서 제 1 용강과 제 2 용강을 분리하여 마련하고, 이를 턴디시로 공급함에 따라 주편 길이 방향으로 성분이 균일한 복층 주편을 주조할 수 있다.
그리고, 래들의 복수의 룸 중 어느 하나에 첨가제를 투입 및 용강을 장입한 후, 플러그를 통해 불활성 가스를 저취함으로써, 첨가제와 용강이 균일하게 혼합된 또는 성분이 균일한 용강을 마련할 수 있다. 이에, 표층에 있어서 그 길이 방향으로 성분이 균일한 복층 주편을 제조할 수 있다.
또한, 표면에만 목적하는 기능이 나타나도록 주조함에 따라, 종래에 비해 보다 쉽게 복층 주편의 주조가 가능하다. 이로 인해, 주형으로 큰 자력을 인가할 필요가 없어, 자장 발생부의 크기를 무리하게 또는 과도하게 크게 제조할 필요가 없는 장점이 있고, 이에 상용화에 보다 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비에 있어서, 래들 및 턴디시를 설명하기 위한 입체도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 래들을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 턴디시를 도시한 상면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 주조된 복층 주편에 있어서, 농도 구배를 설명하기 위한 개념도
도 6은 자속 밀도 세기에 따른 농도 구배 영역의 두께를 나타낸 그래프
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 복층 주편 주조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도
이하, 본 발명의 실시예에 따른 주편 제조 방법 및 제조 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 복층 주편을 주조할 수 있는 주조 설비 및 주조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 복층 주편의 생산율을 향상시킬 수 있고, 목적하는 기능을 가지도록 복층 주편의 주조 가능한 주조 설비 및 주조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비에 있어서, 래들 및 턴디시를 설명하기 위한 입체도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 래들을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 턴디시를 도시한 상면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 주조된 복층 주편에 있어서, 농도 구배를 설명하기 위한 개념도이다. (b)는 도 5(a)의 A-A'를 잇는 일직선 상에서의 첨가 성분 농도를 개념적으로 나타낸 그래프이다. 도 6은 자속 밀도 세기에 따른 농도 구배 영역의 두께를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비는 내부에 용강의 수용이 가능한 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b)이 분할되어 마련된 래들(100), 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b) 각각으로부터 제공된 용강의 수용이 가능하도록 분할되어 마련된 제 1 수용 공간(330a) 및 제 2 수용 공간(330b)을 구비하는 턴디시(300), 각각이 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a) 및 제 2 수용 공간(330b)으로부터 용강을 제공받아 이를 응고시켜 복층 주편을 주조하는 주형(410a, 410b)을 구비하고, 턴디시(300)의 길이 방향(X 축 방향)으로 나열 배치된 제 1 및 제 2 주조 장치(400a, 400b)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비는 래들(100)의 제 1 룸(130a)의 용강을 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a)으로 공급하는 제 1 공급 노즐(200a), 제 2 룸(130b)의 용강을 턴디시의 제 2 수용 공간(330b)으로 공급하는 제 2 공급 노즐(200b)을 포함한다.
이하, 설명의 편의를 위하여, 래들(100)의 제 1 룸(130a) 및 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a)에 수용된 용강을 제 1 용강(M1)으로 명명하고, 래들(100)의 제 2 룸(130b)및 턴디시(300)의 제 2 수용 공간(330b)에 수용된 용강을 제 2 용강(M2)으로 명명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 래들(100)은 용강의 수용이 가능한 내부 공간을 가지는 바디(110), 바디(110) 내부에 설치되어 바디(110)의 내부 공간을 턴디시(300)의 길이 방향(X 축 방향)과 교차하는 폭 방향(Y 축 방향)으로 분할하는 분할 부재(120), 제 1 룸(130a)에 해당하는 바디(110)의 바닥을 상하 방향으로 관통하도록 마련되며, 가스의 취입이 가능한 제 1 플러그(140a), 제 2 룸(130b)에 해당하는 바디(110)의 바닥을 상하 방향으로 관통하도록 마련되며 가스의 취입이 가능한 제 2 플러그(140b), 제 1 룸(130a)에 해당하는 바디(110)의 바닥을 상하 방향으로 관통하도록 마련되어, 제 1 룸(130a)의 제 1 용강(M1)을 배출하는 제 1 배출 노즐(150a) 및 제 2 룸(130b)에 해당하는 바디(110)의 바닥을 상하 방향으로 관통하도록 마련되어, 제 2 룸(130b)의 제 2 용강(M2)을 배출하는 제 2 배출 노즐(150b)을 포함한다.
분할 부재(120)는 바디(110)의 내부 공간을 턴디시(300)의 폭 방향(Y 축 방향)으로 분할하는 수단이다. 이를 위해, 분할 부재(120)는 바디(110)의 높이 방향 및 X 축 방향으로 연장 형성되어, 그 하단이 바디(110) 내부의 바닥면과 접촉 또는 결합되도록 장착된다. 분할 부재(120)의 상하 연장 길이는 바디(110)에 비해 짧거나 동일할 수 있으며, 이에 분할 부재(120)의 상단의 높이는 바디(110)의 상단의 높이에 비해 낮거나 동일할 수 있다.
이러한 분할 부재(120)에 의해 바디(110)의 내부 공간은 상기 분할 부재(120)를 기준으로 제 1 룸(130a)과 제 2 룸(130b)으로 나눠진다. 다른 말로 하면, 분할 부재(120)에 의해 제 1 룸(130a)과 제 2 룸(130b)이 고립 구분된다.
실시예에 따른 분할 부재(120)는 상하 방향으로 연장 형성된 판(plate) 형상이나, 이에 한정되지 않고, 바디(110)의 내부 공간을 턴디시(300)의 폭 방향(Y 축 방향)으로 분할할 수 있는 다양한 형상으로 변경 가능하다.
제 1 룸(130a)의 하부에 해당하는 바디(110)의 바닥에는 제 1 플러그(140a)와 제 1 배출 노즐(150a)이 마련된다. 이때 제 1 플러그(140a)와 제 1 배출 노즐(150a)은 턴디시(300)의 폭 방향(Y 축 방향)으로 나열 배치되며, 제 1 플러그(140a)가 바디(110)의 측벽과 상대적으로 인접하고, 제 1 배출 노즐(150a)은 분할 부재(120)와 상대적으로 인접하도록 배치될 수 있다.
제 2 룸(130b)의 하부에 해당하는 바디(110)의 바닥에는 제 2 플러그(140b)와 제 2 배출 노즐(150b)이 마련된다. 이때 제 2 플러그(140b)와 제 2 배출 노즐(150b)은 턴디시(300)의 폭 방향(Y 축 방향)으로 나열 배치되며, 제 2 플러그(140b)가 바디(110)의 측벽과 상대적으로 인접하고, 제 2 배출 노즐(150b)은 분할 부재(120)와 상대적으로 인접하도록 배치될 수 있다.
제 1 배출 노즐(150a)과 제 2 배출 노즐(150b)은 그 하단이 래들(100) 바닥면의 하측으로 돌출되도록 마련될 수 있다.
제 1 및 제 2 플러그(140a, 140b), 제 1 및 제 2 배출 노즐(150a, 150b)의 배치에 의하면, 제 1 플러그(140a)와 분할 부재(120) 사이에 제 1 배출 노즐(150a)이 위치되고, 분할 부재(120)와 제 2 플러그(140b) 사이에 제 2 배출 노즐(150b)이 위치되도록 나열 배치된다.
또한, 상술한 제 1 및 제 2 플러그(140a, 140b) 각각에는 불활성 가스 예컨대 아르곤(Ar) 가스를 공급하는 가스 공급부가 연결될 수 있다. 가스 공급부 및 제 1 및 제 2 플러그(140a, 140b)를 통해 공급되는 불활성 가스는 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b) 각각으로 취입되어 제 1 및 제 2 용강(M1, M2) 각각을 교반시키거나, 개재물을 분리 부상시키는 역할을 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비는 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편을 주조하는 설비이다. 다른 말로 하면, 표층의 특성과 내층의 특성이 상이한 복층 주편을 주조하는 설비이다.
본 발명에서는 성분이 상호 상이한 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)을 마련하는데 있어서, 래들(100)에서 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)을 마련한다. 보다 구체적으로 설명하면 래들(100)의 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b) 중 어느 하나 예컨대, 제 1 룸(130a)에 첨가제를 투입한 후, 제 1 룸(130a)과 제 2 룸(130b)에 동일한 성분 조성을 가지는 용강을 장입한다. 이에, 제 1 룸(130a)으로 장입된 용강과 첨가제가 혼합됨에 따라 제 1 용강(M1)이 마련되고, 제 2 룸(130b)에 수용되어 있는 용강은 첨가제에 의해 상기 제 1 용강(M1)과 상이한 조성을 가지는 제 2 용강(M2)이 된다.
상기에서는 제 1 룸(130a)에 첨가제를 투입한 후, 제 1 룸(130a)과 제 2 룸(130b)에 동일한 조성의 용강을 장입하여 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)을 마련하는 방법을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 래들의 제 1 룸(130a)에 제 1 용강(M1)이, 제 2 룸(130b)에 제 2 용강(M2)이 수용되도록 할 수 있는 방법이라면, 다양한 방법의 적용이 가능하다. 예컨대, 래들(100)의 외부에서 성분이 상이한 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)을 마련하고, 상기 제 1 용강(M1)을 제 1 룸(130a)에 장입하고, 제 2 용강(M2)을 제 2 룸(130b)에 장입할 수도 있다.
여기서, 첨가제는 표층이 목적하는 기능을 가지도록 하기 위하여 필요한 성분을 포함하는 재료로서, 이하에서는 목적하는 기능 또는 원하는 기능을 가지도록 하기 위하여 필요한 성분을 '첨가 성분'이라 명명한다. 이에, 첨가제는 첨가 성분을 포함하는 재료로 설명될 수 있다.
그리고, 표층이 목적하는 기능을 가지도록 하기 위하여 필요한 성분 즉, 첨가 성분은 Cr일 수 있으며, 첨가제는 Cr을 함유하는 재료 예컨대, 합금철일 수 있다.
물론 첨가 성분은 상술한 Cr에 한정되지 않고, 표층에 부가하고자 하는 기능 예컨대, 도금성, 용접성, 전기적 특성에 따라 C, Si, Mn, Ni, Al 중 적어도 하나가 될 수 있다.
그리고, 첨가제가 투입된 제 1 룸(130a)과 제 2 룸(130b) 각각에 용강을 장입한 후, 제 1 및 제 2 플러그(140a, 140b)를 이용하여 불활성 가스를 취입함으로써, 제 1 룸(130a)으로 장입된 용강과 첨가제를 균일하게 혼합시킬 수 있으며, 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b) 각각에서 발생하는 개재물을 부상 분리시킬 수 있음에 따라 성분 조정이 보다 용이한 장점이 있다.
턴디시(300)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간을 가지는 본체(310) 및 내부 공간을 가지며, 본체(310)의 내부 공간을 내측 공간과 외측 공간으로 분할하도록 본체(310)의 내부에 설치된 격벽부(320)를 포함한다.
본체(310)의 내부에 내부 공간을 가지는 격벽부(320)가 설치됨으로써, 본체(310) 내부 공간은 격벽부(320)의 외측에 해당하는 공간과, 격벽부(320)의 내측에 해당하는 공간으로 나눠진다. 이하에서는 본체(310)의 내부 공간 중, 격벽부(320)의 외측 공간을 제 1 수용 공간(330a), 격벽부(320)의 내측 공간을 제 2 수용 공간(330b)으로 명명한다.
이하, 턴디시(300)의 구성에 대해 상세히 설명한다.
턴디시(300)는 내부 공간을 가지는 본체(310), 본체(310)의 내부 공간을 제 1 수용 공간(330a) 및 상기 제 1 수용 공간(330a)의 내측 공간인 제 2 수용 공간(330b)으로 분할하도록 본체(310)의 내부에 설치된 격벽부(320)를 포함한다.
또한, 턴디시(300)는 제 1 수용 공간(330a)에 해당하는 본체(310)의 바닥면을 상하 방향으로 관통하도록 마련되어 제 1 주조 장치(400a)의 주형(410a)으로 제 1 용강(M1)을 공급하는 제 1 상노즐(341) 및 제 2 수용 공간(330b)에 해당하는 본체(310)의 바닥면을 상하 방향으로 관통하도록 마련되어, 제 1 주조 장치(400a)의 제 1 주형(410a)으로 제 2 용강(M2)을 공급하는 제 2 상노즐(342)을 포함한다.
또한, 턴디시(300)는 제 1 수용 공간(330a)에 해당하는 본체(310)의 바닥면을 상하 방향으로 관통하도록 마련되어, 제 2 주조 장치(400b)의 제 2 주형(410b)으로 제 1 용강(M1)을 공급하는 제 3 상노즐(343), 제 2 수용 공간(330b)에 해당하는 본체(310)의 바닥면을 상하 방향으로 관통하도록 마련되어, 제 2 주조 장치(400b)의 제 2 주형(410b)으로 제 2 용강(M2)을 공급하는 제 4 상노즐(344)을 포함한다.
본체(310)는 적어도 바닥부 및 소정의 높이를 가지면서, 바닥부 상부의 가장자리를 둘러싸도록 형성된 측벽부를 포함하는 형상이다.
그리고, 본체(310)의 바닥면에는 상술한 바와 같이 제 1 내지 제 4 상노즐(341, 342, 343, 344)이 마련되고, 본체(310)의 상측에는 래들(100)이 위치되어 제 1 및 제 2 배출 노즐(150a, 150b) 및 제 1 및 제 2 공급 노즐(200a, 200b)로부터 제 1 및 제 2 용강을 제공 받는다.
이때, 래들(100)의 제 1 및 제 2 배출 노즐(150a, 150b)로부터 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)이 턴디시(300)로 공급되는 위치 또는 공간과, 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)을 제 1 및 제 2 주조 장치(400a, 400b)로 배출시키는 제 1 내지 제 4 상노즐(341, 342, 343, 344)이 인접하여 위치하지 않고, 멀리 떨어져 있는 것이 바람직하다.
이를 위해, 실시예에 따른 본체(310)는 X 축 방향(길이 방향 또는 제 1 연장 방향)으로 연장 형성된 제 1 몸체(311) 및 제 1 몸체(311)의 연장 방향(X 축 방향)과 교차하는 방향 즉, Y 축 방향(폭 방향 또는 제 2 연장 방향)으로 연장 형성된 제 2 몸체(312)를 포함할 수 있다.
이때, 제 2 몸체(312)의 X 축 방향의 연장 길이는 제 1 몸체(311)의 X 축 방향의 연장 길이에 비해 짧다. 그리고, 제 1 몸체(311)의 X 축 방향의 중심과 제 2 몸체(312)의 X 축 방향의 중심이 일 직선 상에 위치되도록 구비될 수 있다.
따라서, 본체(310)는 전체적으로는 X 축 방향으로 연장 형성되며, Y 축 방향으로 돌출된 형상으로 설명될 수 있다. 이에 따라 본체(310)의 내부 공간은 X 축 방향으로 연장되며, 제 1 몸체(311)에 의해 형성된 공간과, 상기 X 축 연장 공간으로부터 Y 축 방향으로 연장되며, 제 2 몸체(312)에 의해 형성된 돌출 공간을 포함하도록 마련된다.
이러한 턴디시(300)에 있어서, 제 2 몸체(312)의 공간이 래들로부터 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)을 공급 받는 공간이다. 다른 말로하면, 본체(310)의 내부 공간 중 돌출 공간으로 래들(100)의 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)을 공급받는다. 이를 위해, 턴디시(300)의 제 2 몸체(312) 상측에 래들(100)을 위치시킨다.
격벽부(320)는 본체(310) 내부에 설치되어, 본체(310) 내부를 제 1 수용 공간(330a)과 제 2 수용 공간(330b)으로 분할한다. 이러한 격벽부(320)는 본체(310)의 형상과 대응하는 형상인 것이 바람직하다.
즉, 격벽부(320)는 제 1 내지 제 4 상노즐(341, 342, 343, 3444)의 나열 방향(즉, X 축 방향) 또는 제 1 몸체(311)의 연장 방향으로 연장 형성된 제 1 격벽체(321) 및 제 1 격벽체(321)의 연장 방향(즉, X 축 방향)과 교차하는 방향(Y 축 방향)으로 연장 형성된 제 2 격벽체(322)를 포함할 수 있다.
이때, 제 2 격벽체(322)의 X 축 방향의 연장 길이는 제 1 격벽체(321)의 X 축 방향의 연장 길이에 비해 짧다. 그리고, 제 1 격벽체(321)의 X 축 방향의 중심과 제 2 격벽체(322)의 X 축 방향의 중심이 일 직선 상에 위치되도록 구비될 수 있다.
상술한 격벽부(320)를 본체(310) 내부에 설치하는데 있어서, 제 1 격벽체(321)가 제 1 몸체(311) 내부에 위치되고, 제 2 몸체(312)의 적어도 일부가 제 2 몸체(312) 내부에 위치되도록 설치될 수 있다.
이때, Y 축 방향을 기준으로 제 1 격벽체(321)의 타측면은 이와 마주보는 제 1 몸체(311)의 내측면과 접촉되거나, 이격되도록 설치될 수 있다. 그리고, 제 1 격벽체(321)의 외측면 중 상기 타측면을 제외한 다른 측면들은 제 1 몸체(311)의 내측면과 이격되도록 설치된다.
또한, 제 2 격벽체(322)는 그 전체가 제 2 몸체(312) 내부에 위치하도록 설치되거나, 일부만이 제 2 몸체(312) 내부에 위치하도록 설치될 수 있다.
이와 같이, 턴디시(300)의 내부 공간은 상술한 본체(310) 및 격벽부(320)에 의해, 제 1 수용 공간(330a)과 제 2 수용 공간(330b)으로 분할된다. 즉, 격벽부(320)의 외측에 해당하는 제 1 수용 공간(330a)과 격벽부(320)의 내측에 해당하는 제 2 수용 공간(330b)으로 분할된다.
그리고, 본체(310) 및 격벽부(320)의 형상에 의해, 제 1 및 제 2 수용 공간(330a, 330b) 각각은 전체적으로는 X 축 방향으로 연장 형성되며, Y 축 방향으로 돌출된 형상일 수 있다. 다른 말로 하면, 제 1 및 제 2 수용 공간(330a, 330b) 각각은 X 축 방향으로 연장 형성된 공간과, 상기 X 축 연장 공간으로부터 Y 축 방향으로 연장 형성된 돌출 공간을 포함한다.
이러한 턴디시(300)에 있어서, 제 2 격벽체(322)의 공간이 래들(100)로부터 제 1 및 제 2 용강(M2)을 공급 받는 공간이다. 다른 말로하면, 격벽부(320)의 내부 공간 중 돌출 공간으로 래들의 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)을 공급받는다.
이를 위해, 턴디시(300)의 제 2 몸체(312) 및 제 2 격벽체(322)의 상측에 래들(100)을 위치시킨다. 보다 구체적으로는, 제 1 용강(M1)을 턴디시(300)로 공급하는 제 1 배출 노즐(150a)이 제 1 수용 공간(330a)에 대응 위치하도록 제 2 몸체(312)와 제 2 격벽체(322) 사이에 위치하도록 설치된다. 그리고 제 2 용강(M2)을 턴디시(300)로 공급하는 제 2 배출 노즐(150b)이 제 2 수용 공간(330b)에 대응 위치하도록, 제 2 격벽체(322)의 내측에 위치하도록 설치된다.
제 1 공급 노즐(200a)은 제 1 배출 노즐(150a)과 턴디시(300) 사이에 위치되며, 그 상단이 제 1 배출 노즐(150a)과 연결된다. 이에, 제 1 배출 노즐(150a)로부터 배출된 제 1 용강(M1)은 제 1 공급 노즐(200a)을 통해 턴디시(300)로 공급된다. 즉, 제 1 공급 노즐(200a)은 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a) 또는 제 2 격벽체(322)의 외측 공간에 대응 위치하도록 설치된다.
제 2 공급 노즐(200b)은 제 2 배출 노즐(150b)과 턴디시(300) 사이에 위치되며, 그 상단이 제 2 배출 노즐(150b)과 연결된다. 이에, 제 2 배출 노즐(150b)로부터 배출된 제 2 용강(M2)은 제 2 공급 노즐(200b)을 통해 턴디시(300)로 공급된다. 즉, 제 2 공급 노즐(200b)은 턴디시(300)의 제 2 수용 공간(330b) 또는 제 2 격벽체(322)의 내측에 대응 위치하도록 설치된다.
제 1 내지 제 4 상노즐(341, 342, 343, 344)은 턴디시(300) 내로 공급된 제 1 및 제 2 용강(M1, M2) 각각을 제 1 및 제 2 주조 장치(400a, 400b) 각각의 주형(410a, 410b)으로 공급하는 수단이다.
제 1 내지 제 4 상노즐(341, 342, 343, 344)은 앞에서 설명한 바와 같이 X 축 방향 또는 제 1 및 제 2 주조 장치(400a, 400b)의 주형(410a, 410b)의 나열 방향으로 나열 배치된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제 1 및 제 3 상노즐(341, 343) 각각은 제 1 용강(M1)을 배출하는 노즐로서, 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a)과 연통되도록 설치된다. 즉, 제 1 격벽체(321)의 일측 외측에 제 1 상노즐(341)이 마련되고, 제 1 격벽체(321)의 타측 외측에 제 3 상노즐(343)이 마련된다. 이에, 제 1 상노즐(341)과 제 3 상노즐(343)은 제 1 격벽체(321)를 사이에 두고 X 축 방향으로 이격 배치된다.
제 2 및 제 4 상노즐(342, 343) 각각은 제 2 용강(M2)을 배출하는 노즐로서, 턴디시(300)의 제 2 수용 공간(330b)과 연통되도록 설치된다. 즉, 제 1 격벽체(321)의 내측에 제 2 및 제 4 상노즐(342, 344)이 설치되는데, 제 2 상노즐(342)과 제 4 상노즐(344)이 X 축 방향으로 나열 및 이격 배치된다.
이때, 제 1 격벽체(321) 내에 제 2 상노즐(342) 및 제 4 상노즐이 마련되는데 있어서, 제 1 상노즐(341)과 제 2 상노즐(342) 간의 이격거리가 이후 설명되는 제 1 주조 장치(400a)의 주형(410a)의 일 방향 길이에 비해 작고, 제 3 상노즐(343)과 제 4 상노즐(344) 간의 이격 거리가 제 2 주조 장치(400b)의 주형(410b)의 일 방향 길이에 비해 작다.
그리고, 제 2 상노즐(342)과 제 4 상노즐(344) 간의 이격 거리는 제 1 상노즐(341)과 제 2 상노즐(342) 간의 이격 거리 및 제 3 상노즐(343)과 제 4 상노즐(344) 간의 이격거리에 비해 클 수 있다.
제 1 및 제 2 주조 장치(400a, 400b)는 턴디시(300)로부터 제 1 용강(M1) 및 제 2 용강(M2)을 제공 받아 복층 주편을 주조하는 장치이다. 이러한 제 1 주조 장치(400a)와 제 2 주조 장치(400b)는 전체적으로 턴디시(300)의 제 1 내지 제 4 상노즐(341, 342, 343, 344)의 나열 방향 또는 X 축 방향으로 나열 배치된다.
이하, 제 1 및 제 2 주조 장치(400a, 400b)에 대해 설명한다.
제 1 주조 장치(400a)는 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)을 전달받아 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시키는 제 1 주형(410a), 래들(100)로부터 제 1 용강(M1)을 제공받아 제 1 주형(410a)으로 공급하는 제 1 상부 침지 노즐(420a), 래들(100)로부터 제 2 용강(M2)을 제공받아 제 1 주형(410a)으로 공급하며, 제 1 상부 침지 노즐(420a)에 비해 하측 위치에서 제 2 용강(M2)을 토출하는 제 1 하부 침지 노즐(430a), 제 1 주형(410a) 내에 직류 자장을 인가하는 제 1 자장 발생부(460a)를 포함한다.
또한, 제 1 주조 장치(400a)는, 제 1 상노즐(341)과 제 1 상부 침지 노즐(420a)을 상호 체결하며, 제 1 상노즐(341)과 제 1 상부 침지 노즐(420a)의 연통을 제어하는 제 1 게이트(440a), 제 2 상노즐(342)과 제 1 하부 침지 노즐(430a)을 상호 체결하며, 제 2 상노즐(342)과 제 1 하부 침지 노즐(430a)의 연통을 제어하는 제 2 게이트(450a), 제 1 주형(410a)의 하부에 구비되어 제 1 주형(410a)으로부터 인발된 반응고 상태의 주편을 2차 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 복수의 제 1 롤 및 제 1 분사 노즐이 연속적으로 배열되는 제 1 냉각대(미도시)를 포함한다.
제 1 주형(410a)은 턴디시(300)의 제 1 및 제 2 상노즐(341, 342)에 대응 위치하도록 설치된다. 이러한 제 1 주형(410a)은 턴디시(300)로부터 용강을 전달받고, 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시킨다. 제 1 주형(410a)은 예컨대 그 횡단면의 형상이 직사각형일 수 있다. 즉, 제 1 주형(410a)은 각각이 일 방향(X 축 방향)으로 연장 형성되며, 연장 방향과 교차 또는 직교하는 방향(Y 축 방향)으로 이격 설치된 한 쌍의 장변부 및 각각이 장변부와 교차 또는 직교하는 방향(Y 축 방향)으로 연장 형성되며, 그 연장 방향과 교차 또는 직교하는 방향(X 축 방향)으로 이격 설치된 한 쌍의 단변부를 포함한다. 그리고, 제 1 주형(410a)의 단변부 및 장변부 각각의 내부에는 용강을 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르는 유로가 마련되어 있다.
제 1 상부 침지 노즐(420a)은 제 1 주형(410a)으로 제 1 용강(M1)을 공급하고, 제 1 하부 침지 노즐(430a)은 제 1 주형(410a)으로 제 2 용강(M2)을 공급하는 수단으로, 제 1 상부 침지 노즐(420a)과 제 1 하부 침지 노즐(430a)은 주형 장변부의 연장 방향(즉, X 축 방향)으로 나열되어 상호 이격 배치된다.
그리고, 제 1 상부 침지 노즐(420a)과 제 1 하부 침지 노즐(430a)은 용강이 토출되는 토출구의 높이가 서로 다르다. 즉, 제 1 상부 침지 노즐(420a)의 토출구(이하, 제 1 상부 토출구)의 높이가 제 1 하부 침지 노즐(430a)의 토출구(이하, 제 1 하부 토출구)의 높이에 비해 높다. 다른 말로 하면, 제 1 하부 토출구(431a)의 높이가 제 1 상부 토출구(421a)의 높이에 비해 낮다.
이를 위해, 제 1 상부 침지 노즐(420a)과 제 1 하부 침지 노즐(430a)은 서로 다른 길이로 형성될 수 있는데, 제 1 상부 침지 노즐(420a)의 연장 길이가 제 1 하부 침지 노즐(430a)의 연장 길이에 비해 짧을 수 있고, 제 1 상부 침지 노즐(420a) 및 제 1 하부 침지 노즐(430a) 각각의 하부에 토출구가 마련될 수 있다. 그리고 제 1 상부 침지 노즐(420a) 및 제 1 하부 침지 노즐(430a) 각각의 상단은 제 1 주형(410a)의 상측에 위치된 제 1 및 제 2 상노즐(431, 432)에 연결되는데, 그 상단의 높이가 같도록 연결된다. 이에, 제 1 상부 토출구(421a)의 높이가 제 1 하부 토출구(431a)의 높이에 비해 높게 위치하게 된다.
제 1 자장 발생부(460a)는 제 1 주형(410a) 내로 자력을 인가하는 수단으로, 보다 구체적으로는 제 1 주형(410a)의 폭방향(Y 축 방향)으로 균일한 직류 자계를 인가하는 수단이다. 이러한 제 1 자장 발생부(460a)는 제 1 주형의 한 쌍의 단변부 각각의 외측에 위치하도록 설치될 수 있다.
제 1 냉각대는 도시되지는 않았지만, 제 1 주형(410a)의 하측에서 일 방향으로 나열 배치된 복수의 제 1 롤 및 복수의 제 1 롤들 사이에 마련되어 주편을 향해 냉각수를 분사하는 제 1 분사 노즐을 포함한다. 여기서, 제 1 롤 및 제 1 분사 노즐 각각은 주편 상부면의 상측 및 하부면의 하측에 위치하도록 마련될 수 있다. 이에, 제 1 주형으로부터 인발된 주편은 제 1 롤의 나열 방향으로 이동하면서 제 1 분사 노즐로부터 분사되는 냉각수에 의해 2차 냉각되면서 완전 응고된다.
제 2 주조 장치(400b)는 상술한 제 1 주조 장치(400a)와 유사한 구성 및 형상을 갖는다.
즉, 제 2 주조 장치(400b)는 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)을 전달받아 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시키는 제 2 주형(410b), 래들(100)로부터 제 1 용강(M1)을 제공받아 제 2 주형(410b)으로 공급하는 제 2 상부 침지 노즐(420b), 래들(100)로부터 제 2 용강(M2)을 제공받아 제 2 주형(410b)으로 공급하며, 제 2 하부 침지 노즐(430b)에 비해 하측 위치에서 제 2 용강(M2)을 토출하는 제 2 하부 침지 노즐(430b), 제 2 주형(410b) 내에 자장을 발생시키는 제 2 자장 발생부(460b)를 포함한다.
또한, 제 2 주조 장치(400b)는, 제 3 상노즐(343)과 제 2 상부 침지 노즐(420b)을 상호 체결하며, 제 3 상노즐(343)과 제 2 상부 침지 노즐(420b)의 연통을 제어하는 제 3 게이트(440b), 제 4 상노즐(344)과 제 2 하부 침지 노즐(430b)을 상호 체결하며, 제 4 상노즐(344)과 제 2 하부 침지 노즐(430b)의 연통을 제어하는 제 4 게이트(450b), 제 2 주형(410b)의 하부에 구비되어 제 2 주형(410b)으로부터 인발된 반응고 주편을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 복수의 제 2 롤 및 제 2 분사 노즐이 연속적으로 배열되는 제 2 냉각대(미도시)를 포함한다.
제 2 주형(410b)은 제 1 주형(410a)으로부터 X 축 방향으로 이격 배치되며, 턴디시(300)의 제 3 및 제 4 상노즐(343, 344)의 하측에 대응 위치하도록 설치된다.
제 2 상부 침지 노즐(420b)은 제 2 주형(410b)으로 제 1 용강을 공급하고, 제 2 하부 침지 노즐(430b)은 제 2 주형(410b)으로 제 2 용강(M2)을 공급하는 수단으로, 제 2 상부 침지 노즐(420b)과 제 2 하부 침지 노즐(430b)은 제 2 주형(410b)의 장변부의 연장 방향(즉, X 축 방향)으로 나열되어 상호 이격 배치된다.
그리고, 제 2 상부 침지 노즐(420b)과 제 2 하부 침지 노즐(430b)은 용강이 토출되는 토출구의 높이가 서로 다르다. 즉, 제 2 상부 침지 노즐(420b)의 토출구(이하, 제 2 상부 토출구(421b))의 높이가 제 2 하부 침지 노즐(430b)의 토출구(이하, 제 2 하부 토출구(431b))의 높이에 비해 높다.
제 2 냉각대는 도시되지는 않았지만, 제 2 주형의 하측에서 일 방향으로 나열 배치된 복수의 제 2 롤 및 복수의 제 2 롤들 사이에 마련되어 주편을 향해 냉각수를 분사하는 제 2 분사 노즐을 포함한다.
상술한 바와 같이, 제 1 주형(410a)으로부터 인발된 주편이 복수의 제 1 롤의 나열 방향으로 이동하면서 응고되고, 제 2 주형(410b)으로부터 인발된 주편이 복수의 제 2 롤의 나열 방향으로 이동하면서 응고된다.
여기서, 용강 또는 주형이 통과하는 제 1 주형(410a) 및 제 1 냉각대는 제 1 스트랜드, 제 2 주형(410b) 및 제 2 냉각대는 제 2 스트랜드로 명명될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 주조 설비는 복수의 스트랜드를 구비한다.
이하, 상술한 제 1 주조 장치(400a)에 의한 복층 주편의 주조 방법에 대해 설명한다. 이때, 제 1 주조 장치(400a)와 제 2 주조 장치(400b)에서의 주편 주조 방법은 동일하므로, 제 2 주조 장치(400b)에서의 주편 주조 방법에 대한 설명은 생략한다.
먼저, 성분이 상이한 제 1 용강과 제 2 용강을 마련하고, 이를 제 1 주형(410a)으로 공급한다. 여기서, 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)은 예컨대, 0.018 wt%의 C, 0.035 wt%의 Si, 1.15 wt%의 Mn, 0.1 wt%의 Ni을 포함하는 저탄소강용 용강일 수 있다. 그리고 제 2 용강(M2)은 제 1 용강(M1)에 비해 3wt%의 Cr을 더 포함하는 용강일 수 있다.
제 1 상부 침지 노즐(420a)을 통해 제 1 주형(10)으로 제 1 용강(M1)을 공급하면, 제 1 용강(M1)이 응고됨으로써 응고셸(이하 제 1 응고셸(C1))이 형성된다. 이때, 제 1 주형(410a)의 내벽에 냉매가 흐르는 유로가 매설되어 있으므로, 제 1 주형(410a)의 내벽의 온도가 가장 낮다. 따라서, 제 1 용강(M1)이 공급되면 제 1 주형(410a)의 내벽면을 따라 제 1 응고셸(C1)이 형성된다. 그리고, 제 1 응고셸(C1)이 제 1 주형(410a) 내벽면을 따라 형성되므로, 제 1 응고셸(C1)에 의해 둘러싸인 공간이 형성되는데, 이 공간으로 제 1 하부 침지 노즐(430a)을 통해 제 2 용강(M2)을 공급한다. 다른 말로 하면, 제 1 하부 침지 노즐(430a)로부터 토출되는 제 2 용강(M2)은 제 1 응고셸(C1)에 의해 구획된 공간을 매립하도록 공급된다. 그리고 제 1 하부 침지 노즐(430a)로부터 공급된 제 2 용강(M2)이 응고되어 응고셸(이하, 제 2 응고셸(C2))이 형성되는데 있어서, 제 1 용강(M1)이 공급되는 초기에는 제 1 응고셸(C1)의 내벽면을 따라 형성된다.
그리고, 제 1 상부 침지 노즐(420a)의 제 1 상부 토출구(421a)와 제 1 하부 침지 노즐(430a)의 제 1 하부 토출구(431a) 사이에 제 1 자장 발생부(460a)가 위치된다. 이에, 제 1 상부 토출구(421a)로부터 토출된 제 1 용강(M1)은 제 1 자장 발생부(460a)의 상측으로 토출되고, 제 1 하부 토출구(431a)로부터 토출된 제 2 용강(M2)은 제 1 자장 발생부(460a)의 하측으로 토출된다.
이때, 제 1 자장 발생부(460a)로부터 가해지는 자기장은 제 1 용강(M1)이 제 1 자장 발생부(460a)의 하측으로 이동하거나, 제 2 용강(M2)이 제 1 자장 발생부(460a)의 상측으로 이동하는 것을 억제하는 저항체의 역할을 한다.
이에, 제 1 상부 침지 노즐(420a)의 제 1 상부 토출구(421a)로부터 토출된 제 1 용강(M1)의 대부분은 제 1 자장 발생부(460a)의 하측으로 이동하지 못하고, 제 1 자장 발생부(460a)의 상측에 체류하거나, 제 1 자장 발생부(460a)의 연장 방향의 외측 방향으로 이동한다.
따라서, 제 1 주형(410a) 내에서 제 1 자장 발생부(460a) 근처 또는 상기 제 1 자장 발생부(460a)와 대응하는 위치를 기준으로, 제 1 용강(M1)으로 이루어진 용강풀(즉, 상부풀)과 제 2 용강(M2)으로 이루어진 용강풀(즉, 하부풀)로 구분될 수 있다.
복층 주편은 상술한 바와 같이 성분 조성이 상이한 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)을 이용하여 주조되어, 표층(SL)과 내층(IL)의 성분 조성이 다른 주편이다. 보다 구체적으로, 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)은 첨가 성분에 대한 함량이 다르고, 이에 표층(SL)과 내층(IL)은 첨가 성분에 대한 함량이 다르다. 이에, 복층 주편의 표층(SL)과 내층(IL)은 첨가 성분의 함량(또는 농도)에 따라 정의 또는 구분될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 복층 주편은 표층(SL)에 있어서 첨가 성분의 농도가 표면에서 내측 방향으로 갈수록 감소하는 농도 구배를 가진다(도 5 참조). 그리고 제 2 용강(M2) 및 내층(IL) 각각에는 첨가 성분이 불가피하게 소량 함유되어 있거나, 함유되어 있지 않을 수 있다.
실시예에서는 상술한 바와 같은 복층 주편에 있어서, 주편의 표면으로부터 제 1 용강(M1)에 포함된 첨가 성분의 함량의 0.5%가 되는 지점까지를 표층(SL)이라 할 수 있다. 다른 말로 하면, 제 1 용강(M1)에 포함된 첨가 성분 함량의 100% 내지 0.5%(표면으로부터 내측 방향 순)까지를 표층으로 정의할 수 있다.
그리고, 제 1 용강(M1)에 포함된 첨가 성분 함량의 0.5% 미만(0% 포함)의 영역을 내층(IL)이라 정의할 수 있다.
상술한 정의에 의하면, 표층(SL)은 첨가 성분의 함량이 내측 방향으로 100% 내지 0.5% 범위 내에서 변한다. 그리고 내층(IL)은 첨가 성분의 함량이 0.5% 미만이며, 0% 일 수도 있다.
상술한 바와 같이 표층(SL)은 표면에서 내측 방향으로 첨가 성분의 함량이 감소하도록 변하는데, 표층(SL) 중, 제 1 용강(M1)에 포함된 첨가 성분의 함량의 90%가 되는 지점으로부터 소정 비율이 되는 지점까지를 농도 구배층(CGA)이라 정의한다.
여기서, 제 1 용강에 포함된 첨가 성분의 함량의 90%가 되는 지점이 농도 구배층의 시작 지점(As)이고, 상기 소정 비율이 되는 지점이 농도 구배층의 종료 지점(Ae)이다.
농도 구배층의 시작 지점(As)의 기준이 되는 첨가 성분의 농도는 제 1 용강(M1)에 포함된 첨가 성분의 함량의 90%이므로, 이를 수식으로 나타내면, 아래 수식 1과 같다.
[수식 1]
Figure PCTKR2019013908-appb-I000001
예컨대, 제 1 용강(M1) 중 첨가 성분인 Cr의 함량이 3wt%이라면, 수식 1에 의해 산출되는 농도 구배층 시작 지점(As)이 되는 기준 농도는 2.7wt%가 된다. 그리고 산출된 농도가 되는 지점이 농도 구배층 시작 지점(As)이다.
또한, 농도 구배층의 종료 지점(Ae)의 기준이되는 첨가 성분의 농도는 제 1 용강(M1)에 포함된 첨가 성분의 함량의 5%와 제 2 용강(M2) 중 첨가 성분의 함량을 합한값에 의해 결정된다(수식 2 참조)
[수식 2]
Figure PCTKR2019013908-appb-I000002
Figure PCTKR2019013908-appb-I000003
예컨대, 제 1 용강(M1) 중 첨가 성분인 Cr의 함량이 3wt%이고, 제 2 용강(M2) 중 Cr 함량이 0.01wt%라고 할 때, 수식 1에 이를 적용하면 농도 구배층의 종료 지점(Ae)이 되는 기준 농도는 0.16 wt%이다. 그리고, 이렇게 산출된 종료 지점 기준 농도가 되는 지점이 표층의 종료 지점(Ae)일 수 있다.
이에, 농도 구배층(CGA)은 첨가 성분의 함량이 2.7 wt% 이상인 지점부터, 0.16 wt% 이하인 지점까지이다.
다른 예로, 제 2 용강(M2)에 첨가 상분이 함유되어 있지 않다면(0%), 농도 구배층의 종료 지점이 되는 기준 농도는 0.15 wt%이다.
실시예에서는 농도 구배 영역(CGA)의 두께(T)를 주편 전체 두께의 1.4% 내지 8.5% 이하로 한다. 여기서 농도 구배 영역(CGA)의 두께(T)란 농도 구배층의 시작 지점(As)으로부터 농도 구배층의 종료 지점(Ae) 까지의 길이를 의미한다.
이렇게, 성분 조성이 상이한 표층과 내층을 가지는 복층 주편을 주조하기 위해, 자장 발생부(460a, 460b)를 이용하여 주형(410a, 410b)으로 자장을 인가한다. 그리고, 표층이 농도 구배를 가지도록 또는 농도 구배층(CGA)을 가지며, 농도 구배층(CGA)의 두께(T)가 주편 전체 두께의 1.4% 내지 8.5% 이하가 되도록 하기 위해, 제 1 및 제 2 자장 발생부(460a, 460b)로부터 인가되는 자력 밀도의 세기를 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라로 조절한다.
도 6을 참조하면, 자력 밀도의 세기가 감소할수록 농도 구배 영역(CGA)의 두께(T)가 증가한다. 농도 구배 영역(CGA)은 주편(S) 전체 두께의 1.4% 내지 8.5% 이하인 것이 바람직하며, 이를 위해서는 도 6에 도시된 바와 같이, 자속 밀도의 세기를 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라(0.2 테슬라 이상, 0.8 테슬라) 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 자력의 세기가 0.2 테슬라 미만인 경우, 주형 내부에서 경계 영역이 존재하지 않을 정도로 제 1 용강과 제 2 용강이 다량 혼합된다. 이에 표층과 내층 간의 성분 함량에 차이가 없는 주편이 주조될 수 있다. 즉, 복층 주편이 제조되지 않을 수 있다.
반대로, 자력의 세기를 0.8 테슬라를 초과하도록 하는 것은 주조 설비 규모가 과도하게 커져 상용화가 어려워지는 문제가 있다.
또한, 농도 구배 영역(CGA)의 두께가 얇을수록 표층과 내층 간의 첨가 성분 농도에 대한 경계가 뚜렷하다는 의미이다.
그런데, 농도 구배 영역(CGA)의 두께가 주편 전체 두께의 1.4% 미만까지 얇지 않거나, 뚜렷하지 않고, 농도 구배 영역(CGA)이 1.4% 이상이더라도, 주편(S)의 표층은 첨가 성분에 의해 부가하고자 하는 기능(예컨대, 내식성)을 가질 수 있다. 이에, 농도 구배 영역(CGA)의 두께를 1.4% 미만까지 얇게 할 필요가 없다.
따라서, 실시예에서는 자속 밀도의 세기를 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라(0.2 테슬라 이상, 0.8 테슬라)로 하여, 농도 구배 영역(CGA)의 두께가 주편 전체 두께의 1.4% 내지 8.5%가 되도록 한다.
실시예에 따른 방법으로 복층 주편 주조시에 표층이 목적하는 특성을 가지는 지에 대해 평가하였다. 이때, 첨가 성분을 Cr으로 하여, Cr 함량이 다른 제 1 용강과 제 2 용강을 이용하여 실시예와 같은 방법으로 복층 주편을 주조하였으며, 자속 밀도의 세기를 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라로 하여, 농도 구배 영역을 가지는 복층 주편을 주조하였다.
그리고, 내식성 평가를 위해, 제조된 주편을 일부 샘플링하여 시편을 마련하였다. 그리고 샘플을 강산 중 하나인 황산(H2S) 분위기에서 인장 응력을 인가하고, 파괴되는 항복 강도를 측정하여 평가하였다.
실시예에 따른 방법으로 제조되어 내부에 두께 방향으로 농도 구배를 가지는 시편의 경우 SMYS(Specified Minimum Yield Strength)의 110% 이상 보정하는 것을 확인하였다. 이는 실시예에 따른 복층 주편이 상온 항복 강도의 110%를 보증한다.
한편, 표층과 내층의 성분이 동일한 일반적인 주편을 샘플링한 시편의 경우, SMYS(Specified Minimum Yield Strength)의 90% 수준으로 보증하였다.
이로부터, 실시예와 같이 표층에 첨가 성분에 대한 농도 구배를 가지는 복층 주편의 경우에도 원하는 부가 기능 예컨대 내식성을 가질 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 복층 주편은 종래와 같이 표층과 내층 간에 첨가 성분 농도에 대한 뚜렷한 경계를 가지지 않고, 농도 구배를 가지도록 형성하면서도, 표층에 부가하고자 하는 기능 예컨대 충분한 내식성을 가지도록 주조할 수 있다.
이를 다른 말로하면, 주편(S)의 표면은 부가하고자 하는 기능 예컨대 내식성을 가지면서도, 표층과 내층 간의 경계를 기준으로 표층과 내층 간의 성분 함량 차이가 종래에 비해 적다. 이에, 성분 차이로 인한 표층과 내층 간의 분리, 크랙 또는 결함 발생을 줄일 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 복층 주편의 주조 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 복층 주편 주조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
먼저, 래들(100) 내 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b) 중 어느 하나 예컨대, 제 1 룸(130a)으로 첨가제를 투입한다(S100).
여기서 첨가제는 성분 조성이 상이한 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)을 마련하기 위한 것으로, 차별화하고자 하는 성분을 포함하는 합금철 일 수 있다. 여기서, 첨가 성분은 Cr이고, 첨가제는 Cr을 함유하는 재료 예컨대, 합금철일 수 있다.
래들(100)의 제 1 룸(130a)으로 Cr을 포함하는 첨가제가 투입되면, 상기 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b)각각으로 용강을 장입한다(S200). 이때, 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b)으로 장입되는 용강은 동일한 성분 조성을 가지는 용강일 수 있다. 예컨대, 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b)으로 장입되는 용강은 0.018 wt%의 C, 0.035 wt%의 Si, 1.15 wt%의 Mn, 0.1 wt%의 Ni을 포함하는 저탄소강용 용강일 수 있다.
그리고, 제 1 룸(130a)으로 용강이 장입되면, 용강의 온도에 의해 합금철이 용융되는데, 이에 제 1 룸(130a)에 수용된 용강은 제 2 룸(130b)에 수용된 용강과 Cr 함량이 다른 또는 Cr이 더 포함된 용강으로 제조된다.
즉, 제 1 룸(130a)에 Cr을 포함하는 첨가제를 투입한 후, 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b)각각에 용강을 장입하면, 제 1 룸(130a)에 수용된 용강과 제 2 룸(130b)에 수용된 용강의 조성이 서로 다르게 된다. 즉, 제 1 룸(130a)에 마련된 제 1 용강(M1) 및 제 2 룸에 마련된 제 2 용강(M2)은 적어도 Cr 함량이 다르다. 이때, 제 1 용강(M1) 내 Cr 함량이 예컨대 3wt%가 되도록 할 수 있으며, 이는 첨가제의 투입량 및 첨가제의 종류를 제어함으로써 조절 가능하다.
여기서, Cr을 함유하는 제 1 용강(M1)을 마련하는 것은, 표층의 내식성이 향상된 복층 주편을 주조하기 위함이다.
래들(100) 내에 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)이 마련되면, 제 1 및 제 2 플러그(140a, 140b) 각각으로 불활성 가스 예컨대, Ar(아르곤) 가스를 취입한다(S300). 제 1 및 제 2 플러그(140b)로부터 취입된 Ar 가스에 의해 제 1 룸(130a) 내 용강과 첨가제 간에 혼합이 이루어지고, 제 1 룸(130a) 및 제 2 룸(130b)각각에서 개재물의 분리 부상이 이루어질 수 있다.
이후, 래들(100)을 턴디시(300) 상측으로 이동시켜 턴디시(300)로 제 1 용강(M1) 및 제 2 용강(M2)을 공급한다(S400). 이를 위해, 먼저 래들(100)을 턴디시(300)의 제 2 몸체(312) 및 제 2 격벽체(322)의 상측에 대응 위치시키고, 래들(100)과 턴디시(300) 사이에 제 1 및 제 2 공급 노즐(200a, 200b)을 배치시킨다. 이때, 제 1 배출 노즐(150a) 및 제 1 공급 노즐(200a)을 턴디시의 제 1 수용 공간(330a) 상측에 대응 위치되고, 제 2 배출 노즐(150b) 및 제 2 공급 노즐(200b)을 턴디시(300)의 제 2 수용 공간(330b) 상측에 위치되도록 한다. 이후, 제 1 배출 노즐(150a)과 제 1 공급 노즐(200a)을 체결하고, 제 2 배출 노즐(150b)과 제 2 공급 노즐(200b)을 상호 체결한다.
다음으로 제 1 배출 노즐(150a)과 제 1 공급 노즐(200a)을 연통시키고, 제 2 배출 노즐(150b)과 제 2 공급 노즐(200b)을 연통시키면, 래들(100)의 제 1 및 제 2 용강(M1, M2)이 턴디시로 공급된다. 이때, 제 1 용강(M1)은 제 1 배출 노즐(150a) 및 제 1 공급 노즐(200a)에 의해 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a)으로 공급되고, 제 2 용강(M2)은 제 2 배출 노즐(150b) 및 제 2 공급 노즐(200b)에 의해 턴디시(300)의 제 2 수용 공간(330b)으로 공급된다.
그리고, 제 1 내지 제 4 게이트(440a, 450a, 440b, 450b)를 동작시켜, 제 1 상노즐(341)과 제 1 상부 침지 노즐(420a), 제 2 상노즐(342)과 제 1 하부 침지 노즐(430a), 제 3 상노즐(343)과 제 2 상부 침지 노즐(420b), 제 4 상노즐(344)과 제 2 하부 침지 노즐(430b)을 각각을 상호 연통시킨다.
이에, 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a) 내 제 1 용강(M1)이 제 1 상노즐(341), 제 1 상부 침지 노즐(420a)을 통해 제 1 주형(410a)으로 공급되고, 턴디시(300)의 제 2 수용 공간(330b) 내 제 2 용강(M2)이 제 2 상노즐(342), 제 1 하부 침지 노즐(430a)을 통해 제 1 주형(410a)으로 공급된다(S500).
또한, 턴디시(300)의 제 1 수용 공간(330a) 내 제 1 용강(M1)이 제 3 상노즐(343), 제 2 상부 침지 노즐(420b)을 통해 제 2 주형(410b)으로 공급되고, 턴디시(300)의 제 2 수용 공간(330b) 내 제 2 용강(M2)이 제 4 상노즐(344), 제 2 하부 침지 노즐(430b)을 통해 제 2 주형(410b)으로 공급된다(S500).
제 1 및 제 2 주형(410a, 410b) 각각으로 공급된 제 1 용강(M1) 및 제 2 용강(M2)은 상기 제 1 및 제 2 주형(410a, 410b) 각각의 내부에서 반응고되며, 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편이 제조된다. 즉, 상측으로 공급된 제 1 용강(M1)은 표층이 되고, 하측으로 공급된 제 2 용강(M2)은 내층이 되는 복층 주편이 제조된다.
이때, 제 1 자장 발생부(460a) 및 제 2 자장 발생부(460b) 각각을 동작시켜 제 1 및 제 2 주형(410b) 내부로 자장을 인가하는데, 이때 자력 밀도의 세기가 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라가 되도록 한다.
그리고, 제 1 및 제 2 주형(410a, 410b)으로부터 인발된 주편 각각은 제 1 주형(410a) 하측의 복수의 제 1 롤 및 제 2 주형(410b) 하측의 복수의 제 2 롤을 따라 이동하면서 분사되는 냉각수에 의해 2차 냉각되어 완전 응고된다.
이렇게 제 1 주조 장치(400a) 및 제 2 주조 장치(400b)로부터 제조된 주편(S)은 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편이다. 즉, 표층은 Cr이 3wt% 함유된 제 1 용강으로 주조되기 때문에, 표층은 Cr에 의한 내식성을 가지는 스테인레스 스틸(stainless steel)의 특성을 가진다. 그리고, 내층은 제 2 용강으로 주조된 것으로, 저탄소강의 특성을 가진다.
그리고, 제 1 및 제 2 주형(410b) 각각에 자력을 인가하는데 있어서, 자력 밀도의 세기가 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라가 되도록 함으로써, 표층(SL)이 첨가 성분에 대한 농도 구배를 가지는 복층 주편이 제조된다. 즉, 표층(SL)은 표면으로부터 내층 방향으로 갈수록 첨가 성분의 농도가 점차 감소하는 농도 구배층(CGA)을 가진다. 다른 말로 하면, 표층(SL)에서의 첨가 성분의 농도가 내층에 비해 높으면서, 표층(SL) 중에서도 주편(S)의 최외각 표면 방향으로 갈수록 첨가 성분의 농도가 증가한다. 그리고, 농도 구배층의 두께는 주편 전체 두께의 1.4% 내지 8.5% 이하일 수 있다.
이와 같이, 농도 구배를 가지도록 복층 주편을 제조하더라도 표층(SL)이 농도 구배를 가지지 않는 복층 주편의 표층에 상응하는 기능 예컨대 내식성을 가진다. 이에, 복층 주편을 제조하는데 있어서, 0.8 테슬라를 초과하도록 자력을 인가할 필요가 없어, 0.8 테슬라를 인가하기 위해 설비를 무리하게 또는 과도하게 크게 제조할 필요가 없는 장점이 있고, 이에 상용화에 보다 유리하다.
또한, 래들(100)에서 제 1 용강(M1)과 제 2 용강(M2)을 분리하여 마련하고, 이를 턴디시로 공급함에 따라 길이 방향으로 성분이 균일한 복층 주편을 주조할 수 있다.
그리고, 래들(100)의 제 1 룸(130a) 내에 첨가제를 투입 및 용강을 장입한 후, 제 1 플러그(140a)를 통해 불활성 가스를 저취함으로써, 첨가제와 용강이 균일하게 혼합된 또는 성분이 균일한 제 1 용강을 마련할 수 있다. 이에, 표층에 있어서 그 길이 방향으로 성분이 균일한 복층 주편을 제조할 수 있다.
또한, 래들(100) 및 턴디시(300)가 제 1 용강(M1) 및 제 2 용강(M2) 각각의 수용이 가능하도록 하고, 복수의 스트랜드를 구비하도록 설비를 구성함에 따라, 복층 주편의 생산율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 주조 주소 설비에 의하면, 복수의 스트랜드를 구비하도록 설비를 구성함에 따라, 복층 주편의 생산율을 향상시킬 수 있다. 또한, 래들에서 제 1 용강과 제 2 용강을 분리하여 마련하고, 이를 턴디시로 공급함에 따라 주편 길이 방향으로 성분이 균일한 복층 주편을 주조할 수 있다.

Claims (18)

  1. 각각에 용강의 수용이 가능한 제 1 룸 및 제 2 룸이 마련된 래들;
    내부에 상기 제 1 룸으로부터 제공된 제 1 용강을 수용할 수 있는 제 1 수용 공간 및 상기 제 2 룸으로부터 제공된 제 2 용강을 수용할 수 있는 제 2 수용 공간이 마련된 턴디시; 및
    상기 턴디시의 하측에 위치되어, 상기 턴디시로부터 제공된 제 1 용강과 제 2 용강을 응고시켜, 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편을 주조하는 주형;
    을 포함하는 주조 설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 래들은,
    내부 공간을 가지는 바디; 및
    상기 제 1 룸과 제 2 룸이 상기 바디의 내부 공간을 분할하여 형성하도록, 상기 바디의 내부에 설치된 분할 부재;
    를 포함하고,
    상기 분할 부재의 바닥면은 상기 바디의 바닥면과 연결되도록 설치된 주조 설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 래들은,
    상기 제 1 룸으로 불활성 가스의 취입이 가능하도록, 상기 제 1 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 1 플러그;
    상기 제 2 룸으로 불활성 가스의 취입이 가능하도록, 상기 제 2 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 2 플러그;
    상기 제 1 용강의 배출이 가능하도록, 상기 제 1 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 1 배출 노즐;
    상기 제 2 용강의 배출이 가능하도록, 상기 제 2 룸의 바닥을 상하 방향으로 관통되게 마련된 제 2 배출 노즐;
    을 포함하는 주조 설비.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 턴디시는,
    내부 공간을 가지는 본체; 및
    상기 본체 내에서 상기 제 1 수용 공간이 외측 공간이 되고, 상기 제 2 수용 공간이 내측 공간이 되도록, 상기 본체의 내부에 설치된 격벽부;
    를 포함하고,
    상기 격벽부의 하단은 상기 본체의 바닥에 연결된 주조 설비.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 본체는,
    제 1 연장 방향으로 연장 형성된 제 1 몸체; 및
    상기 제 1 몸체로부터 상기 제 1 연장 방향과 교차하는 제 2 연장 방향으로 연장 형성된 제 2 몸체;
    를 포함하고,
    상기 격벽부는,
    상기 제 1 몸체의 연장 방향으로 연장 형성되어, 상기 제 1 몸체의 내부에 수용된 제 1 격벽체;
    상기 제 1 격벽체의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장 형성되어, 적어도 일부가 제 2 몸체 내에 수용된 제 2 격벽체;
    를 포함하는 주조 설비.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 주형은 상기 턴디시의 제 1 몸체 및 제 1 격벽체의 하측에 위치하고,
    상기 래들은 상기 턴디시의 제 2 몸체 및 제 2 격벽체의 상측에 위치되는 주조 설비.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 주형은 복수개로 마련되며,
    복수의 주형은, 상기 턴디시로부터 제 1 용강 및 제 2 용강을 제공받을 수 있도록, 상기 턴디시 하측에서 상기 제 1 연장 방향으로 나열 배치된 주조 설비.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 턴디시의 제 1 용강을 복수의 상기 주형 각각으로 공급하는 복수의 상부 침지 노즐; 및
    상기 턴디시의 제 2 용강을 복수의 상기 주형 각각으로 공급하는 복수의 하부 침지 노즐;
    을 포함하는 주조 설비.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 주조 장치는 상기 주형 내로 자장을 인가하는 자장 발생부를 포함하는 주조 설비.
  10. 표층과 내층의 성분이 상이한 복층 주편을 제조하는 주조 방법으로서,
    래들의 제 1 룸에 수용된 제 1 용강을 턴디시의 제 1 수용 공간으로 공급하는 과정;
    상기 제 1 룸과 고립 구분되는 상기 래들 내부의 제 2 룸에 수용된 제 2 용강을 상기 턴디시의 제 2 수용 공간으로 공급하는 과정;
    상기 턴디시의 제 1 및 제 2 용강을 주형으로 공급하여, 주편을 주조하는 과정;
    을 포함하는 주조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 래들의 제 1 룸에 제 1 용강을 마련하고, 상기 제 2 룸에 제 2 용강을 마련하는 과정을 포함하고,
    상기 제 1 룸에 제 1 용강을 마련하고, 상기 제 2 룸에 제 2 용강을 마련하는 과정은,
    상기 제 1 룸에 첨가제를 투입하는 과정; 및
    상기 제 1 룸 및 제 2 룸 각각에 성분 조성이 동일한 용강을 장입하는 과정;
    을 포함하는 주조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 룸에 제 1 용강을 마련하고, 상기 제 2 룸에 제 2 용강을 마련한 후, 상기 제 1 룸 및 제 2 룸 각각으로 불활성 가스를 취입하는 과정을 포함하는 주조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 주형 내로 자장을 인가하는 과정을 포함하는 주조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 주형 내로 자장을 인가하는데 있어서,
    상기 표층에 있어서, 표면으로부터 내측 방향으로 상기 첨가제에 포함된 첨가 성분의 농도가 감소하는 농도 구배가 형성되도록 자속 밀도를 조절하는 주조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 주형 내 자속 밀도가 0.2 테슬라 내지 0.8 테슬라가 되도록 자장을 인가하는 주조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 첨가제는 Cr, C, Si, Mn, Ni 및 Al 중 적어도 하나의 첨가 성분을 포함하는 합금철을 포함하는 주조 방법.
  17. 청구항 10 내지 청구항 16 중 어느 하나의 주조 방법으로 제조되며,
    표면으로부터 내측 방향으로 첨가 성분에 대한 농도 구배를 가지는 농도 구배층을 가지는 복층 주편.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 농도 구배층의 두께는 주편 전체 두께의 1.4% 내지 8.5%인 복층 주편.
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