연속주조에서 금형의 역할

강 연속 주조에서 금형의 역할

주형은 액강의 연속 주조 공정에서 중요한 역할을 합니다. 그것들은 연속 주조 공정의 핵심입니다. 연속 주조 공정에서 액체 강철은 액체 강철에 잠긴 잠긴 주입 노즐(SEN)을 통해 턴디쉬에서 주조 금형으로 주입됩니다. 금형은 수냉식입니다. 액체의 응고는 간접 냉각에 의해 금형에서 시작됩니다. 금형의 냉각 과정을 1차 냉각 과정이라고 합니다.

주형에서 주형 벽 옆의 얇은 강철 셸이 중간 섹션 전에 응고됩니다. 이것을 스트랜드라고 하며 금형 베이스를 스프레이 챔버에 남겨둡니다. 스트랜드의 벽 내부에 있는 대부분의 액강은 여전히 ​​용융되어 있습니다. 스트랜드는 스트랜드 내에서 여전히 응고되고 있는 액체강의 강압에 대해 스트랜드의 벽을 지지하는 밀접하게 이격된 수냉식 롤러에 의해 즉시 지지됩니다. 응고 속도를 높이기 위해 스트랜드는 스프레이 챔버를 통과할 때 다량의 물을 스프레이합니다. 이것이 2차 냉각 프로세스입니다. 스트랜드의 최종 응고는 스트랜드가 스프레이 챔버를 떠난 후에 발생할 수 있습니다.

연속 주조 금형의 기능은 액체 강철을 받고 냉각수로의 빠른 열 전달을 보장하여 빠른 응고를 가능하게 하는 것입니다. 주형을 떠날 때 액체강은 연속 주조 기계 부품 위로 튀는 것을 방지할 수 있을 만큼 충분히 두꺼운 외부 쉘을 나타내야 합니다. 금형은 이 기능을 수행하는 것입니다. 금형 후 강재 스트랜드의 추가 냉각은 직접 물 분무의 도움으로 더 빠른 직접 냉각을 통해 수행됩니다.

응고는 주조 공정의 동적 특성에서 발생합니다. 특히 이것은 다음과 관련이 있습니다.

• 금형에서 매우 높은 열유속 처리
• 스트랜드가 몰드 아래로 내려가는 동안 브레이크아웃을 방지하기 위해 초기의 얇고 깨지기 쉬운 단단한 껍질을 육성합니다.
• 주조 제품의 표면 및 내부 결함을 최소화하거나 제거하기 위해 강종의 응고 역학에 맞춰 주조 매개변수 설계

주형을 떠나는 강철 셸의 핵심 요소는 모양, 셸 두께, 균일한 셸 온도 분포, 최소한의 다공성으로 결함이 없는 내부 및 표면 품질, 소수의 비금속 개재물입니다.

주조 기계의 안전한 작동(즉, 금속 이탈 없이)과 허용 가능한 주강 품질의 달성을 위해서는 응고의 공정 공학과 야금학에 대한 이해가 필요합니다. 중요한 측면은 금형의 마찰 제어와 응고 과정에 대한 등급 특성의 영향입니다. 전자는 응고 메커니즘과 공정 공학이 결합된 독특한 예이고 후자는 다양한 강종의 주조에 적용되는 주조 매개변수를 정의합니다.

금형

금형은 기본적으로 고순도 구리 합금으로 제작된 수냉식 내부 라이닝을 포함하는 개방형 상자 구조입니다. 강도를 높이기 위해 소량의 합금 요소가 추가됩니다. 곰팡이 물은 응고 쉘에서 열을 전달합니다. 구리 표면의 작업 표면은 종종 크롬 또는 니켈로 도금되어 더 단단한 작업 표면을 제공하고 주조 스트랜드 표면의 구리 픽업을 방지하여 주강의 표면 균열을 촉진할 수 있습니다. 주형의 깊이는 주조 속도와 단면 크기에 따라 0.5m에서 2.0m까지 다양합니다.

금형은 에어 갭 형성을 줄이기 위해 테이퍼링됩니다. 테이퍼는 일반적으로 금형 길이의 1%입니다. 금형 단면의 경우 테이퍼는 1m 길이의 금형에 대해 약 1mm입니다. 금형의 단면은 주조되는 단면의 단면입니다. 금형 단면은 위에서 아래로 점차 감소합니다.

금형 내벽을 코팅하는 도금은 동 금형의 수명을 연장하기 위한 것입니다. 코팅의 품질은 금형의 수명을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 수년에 걸쳐 연속 주조 금형의 품질과 비용 효율성을 지속적으로 개선한 다양한 유형의 코팅이 개발되었습니다.

주조 공정의 요구 사항에 따라 최적의 결과를 얻으려면 다양한 코팅 공정과 재료를 적용해야 합니다. 사용 가능한 코팅 재료는 Ag, Ni, Cr, Mo, CrO, ZrO 및 Al2O3입니다. 코팅은 화학적, 전해 또는 열처리 공정에 적용됩니다. 사용 가능한 코팅의 종류는 다음과 같습니다.

• 평행 코팅 – 이 유형의 코팅은 스트랜드와 구리 사이의 직접적인 접촉을 방지하고 코팅 두께를 변경하여 열 손실(모든 경우에 소산 아님)을 제어하며 서비스 수명을 향상시킵니다.
• 다중 코팅 – 이러한 유형의 코팅은 핫스팟을 보상하고 서비스 수명을 향상시킵니다.
• 금형 입구 또는 출구의 부분 평행 코팅 – 입구의 코팅은 금형 상부 영역의 방열을 줄이고 겹침을 방지하며 서비스 수명을 향상시킵니다. 출구의 코팅은 금형 끝단의 방열을 줄이고 서비스 수명을 향상시킵니다.
• 원추형 코팅 – 이 유형의 코팅은 금형 길이를 따라 열 분산을 제어하고 서비스 수명을 향상시킵니다.

연속주조 금형은 연속주조기에서 주조할 단면에 따라 모양과 내부 테이퍼가 다를 수 있습니다. 금형의 몇 가지 일반적인 단면 모양이 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 금형의 단면 모양

금형에서 원하는 요구사항

금형은 열 침식 및 변형에 강해야 합니다. 금형의 원하는 특성은 다음과 같습니다.

• 높은 열전도율
• (i) 내마모성, (ii) 내크리프성, (iii) 피로 저항성, (iv) 균열 저항성을 보장하는 고강도 및 경도
• 높은 연화 온도(고온에서 원하는 특성 유지)

연속 주조기의 성공을 위해서는 금형 내 액강 높이의 제어가 중요합니다. 이것은 강철 레벨(메니스커스 레벨)을 제어하여 수행됩니다. 응고는 금형의 강철 레벨의 메니스커스에서 시작됩니다. 금형 레벨 센서는 금형의 메니스커스 레벨을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 센서는 메니스커스 레벨을 제어하는 ​​데 사용됩니다.

곰팡이는 일반적으로 총 열의 약 10%를 추출합니다. 금형 열 전달은 중요하면서도 복잡합니다. 수학적 및 컴퓨터 모델링은 일반적으로 금형 열 조건을 더 잘 이해하고 적절한 설계 및 작동 방식을 지원하는 데 사용됩니다. 열전달은 일반적으로 다음과 같은 일련의 열 저항으로 간주됩니다.

• 고화 쉘을 통한 열 전달
• 강철 쉘 표면에서 구리 몰드 외부 표면으로의 열 전달
• 동 금형을 통한 열 전달
• 동금형 내면에서 금형 냉각수로의 열전달

연속 주조에서 조기 응고는 금형 액체 접촉점에서 비롯된 메니스커스 곡률의 부분 동결 형태로 발생합니다. 응고 스트랜드가 하강하는 동안 이 초기 얇은 쉘이 달라붙거나 찢어지는 것을 방지하는 것은 금형의 주요 기능 중 하나입니다. 쉘 점착 및 찢어짐을 최소화하려면 스트랜드 표면과 금형 벽 사이의 마찰을 쉘 강도에 따라 임계 수준 미만으로 유지해야 합니다.

금형 진동

마찰의 최소화와 금형에서 쉘의 지속적인 릴리스는 윤활에 의한 금형 진동의 도입을 통해 달성되었습니다. 금형은 부분적으로 응고된 가닥을 빼내기 위해 위아래로 진동합니다. 진동 주파수는 다양할 수 있습니다. 금형은 또한 수직으로(또는 거의 수직 곡선 경로로) 진동하여 액강이 금형 벽에 달라붙는 것을 방지합니다.

진동 주기는 몰드에서 스트랜드의 릴리스를 포함하여 몰드 스트랜드 마찰에 영향을 미치고 주조 제품의 표면 지형도 정의합니다. 금형 진동 주기는 주파수, 스트로크 및 패턴이 다양합니다. 윤활의 관점에서 볼 때 진동 주기는 다음과 같이 두 가지 작동 단계로 변환됩니다.

• 금형 슬래그가 첫 번째 응고 쉘과 금형 사이의 틈으로 침투되는 음의 스트립 시간으로 정의되는 지속 시간 t1의 압축 단계. 기간 t1은 스트랜드의 하강 속도에 비해 몰드의 더 높은 하향 속도를 목격하고 몰드 벽에서 쉘의 방출을 담당하고 표면 균열 및 다공성을 밀봉하여 강도를 증가시키는 쉘에서 압축 응력이 발생하도록 합니다. .
• 주형 벽에 침투된 주형 슬래그의 침착과 함께 첫 번째 응고 쉘에 인장 응력이 가해지는 지속 시간 t2의 윤활 단계. 이는 금형의 위쪽 움직임에 해당합니다.

몰드 진동은 응고 쉘의 마찰 및 고착을 최소화하고 쉘 찢어짐 및 액체 강철 브레이크아웃을 방지하기 위해 필요합니다. 이는 청소 및 수리로 인해 장비 및 기계 가동 중지 시간에 큰 피해를 줄 수 있습니다. 쉘과 금형 사이의 마찰은 오일 또는 분말 금형 플럭스와 같은 금형 윤활제를 사용하여 감소됩니다. 진동은 유압으로 이루어지거나 금형을 지지하고 왕복하는(또는 진동하는) 모터 구동 캠 또는 레버를 통해 이루어집니다.

금형 진동으로 인해 주조 제품 표면에 거의 일정한 간격으로 진동 표시(OM)가 형성됩니다. 이러한 표시는 진동 표시 아래에 응고된 후크의 형성을 동반할 수 있습니다. 오실레이션 마크의 형성은 기본적으로 3가지 주요 단계로 구성됩니다.

• 곰팡이 벽에 대한 메니스커스의 부분적 응고와 깨지기 쉬운 고리 형태의 몰드 가루.
• t1 동안 후크가 구부러지고 쉘 찢어짐이 치유됩니다(이전 업스트로크에서 점성 항력으로 인해 발생). 분리 선은 용질이 풍부한 수지상 간 액체가 표면으로 압착되는 쉘 굽힘에 기인합니다.
• 쉘 언벤딩은 점성 드래그에 의해 업스트로크 중에 발생합니다. 업스트로크는 강한 메니스커스 쉘 또는 금형 레벨 상승의 경우 구부러진 후크 위로 액체강이 범람하는 것과 관련될 수도 있습니다. 쉘 언벤딩과 금속 오버플로의 조합도 가능합니다. 오실레이션 마크는 쉘 언벤딩의 경우 더 깊은 경향이 있는 반면, 이들은 얕고 오버플로가 발생하면 겹쳐진 표면을 보여줍니다.

후크 및 오실레이션 마크의 모양은 기본적으로 캐스팅 시 쉘의 굽힘/언벤딩 및 메니스커스 오버플로 정도와 관련이 있습니다.

금형 윤활

또한 윤활제를 주형의 액상강에 첨가하여 점착을 방지하고 액상강에 존재할 수 있는 슬래그 입자(산화물 입자 또는 스케일 포함)를 포획하여 풀의 상단으로 가져와 접착제를 형성할 수 있습니다. 부유층 슬래그

몰드의 윤활은 몰드 슬래그가 스트랜드 몰드 갭으로 침투하여 발생합니다. 틈에 슬래그의 층이 있습니다. 금형의 마찰은 두 가지 메커니즘에서 비롯된 것으로 간주됩니다. 응고된 쉘에 대한 금형의 움직임은 슬래그 필름의 점도로 인해 마찰력을 발생시킵니다. 액체 마찰이라고 하는 이 메커니즘을 통해 생성되는 마찰력은 금형 속도, 주조 속도, 액체 슬래그 필름의 점도 및 슬래그 필름 두께와 관련이 있습니다.

스트랜드와 응고된 몰드슬래그 사이에 상대적인 움직임이 발생하면 고체-고체 접촉에 의해 마찰력이 발생합니다. 결과적인 고체 마찰은 고체 마찰 계수 및 용강의 강정압과 관련이 있습니다.

액체 윤활은 금형 상부에서 완전히 지배적입니다. 한편, 고체마찰의 값은 금형 하부의 액체마찰보다 낮아 고체윤활이 우세함을 알 수 있다. 또한 슬래그 점도가 낮을수록 액체 윤활 영역이 금형의 하부로 더 확장됩니다.

위에서 언급한 마찰 개념은 캐스팅 속도가 증가함에 따라 스티커 뜯김 현상이 증가하는 경향을 설명하는 데 유용합니다. 마찰 분석은 고속 주조에서 스틱킹 유형 브레이크아웃을 방지하기 위해 금형 상부, 특히 메니스커스 바로 아래의 윤활 개선이 필요함을 나타냅니다.