초저탄소(ULC)강과 저탄소강부터 고탄소강 및 다양한 특수강에 이르기까지 광범위한 강종이 연속 주조기(CCM)에서 주조되어야 합니다. 이러한 강종 주조는 CCM 생산성을 극대화하면서 달성되어야 합니다. 최적의 주조 파라미터를 유지하기 위해 CCM의 운영 및 정비 유연성을 높이는 것이 일관된 고품질 주강 제품 생산의 핵심입니다. 이러한 유연성은 CCM의 모든 요소와 제어 시스템 모두에 필요합니다.
스트랜드가 주조 속도로 지속적으로 인출되는 동안, 강의 응고가 몰드 아래에서 일련의 물 분사가 있는 다양한 냉각 존을 통과하며 계속됩니다. 2차 냉각 시스템은 응고 중인 스트랜드가 CCM을 통과함에 따라 제어된 냉각 세그먼트를 담당하는 여러 존으로 구성됩니다. 분사 매체는 물 또는 물과 공기의 혼합물(미스트 분사 냉각)입니다. 미스트 분사 냉각은 다음과 같은 장점을 제공합니다.
2차 냉각 존에서 스트랜드 냉각 중 온도 변화는 CCM의 제품 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 따라서 2차 냉각 존은 올바른 온도 파라미터 유지에 매우 중요한 기능을 하며, 주강 제품 품질에 결정적입니다.
강의 품질은 표면 온도 거동과 시간 경과에 따른 강 응고 전선에 의존하므로, 상당 부분 물 분사 강도에 의해 정의됩니다. 부적절한 냉각 조건은 응고 쉘의 응력 분포에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. 첫째, 과냉각은 균열 형성을 초래할 수 있습니다. 또한 강이 2차 냉각 존을 통과할 때 표면 온도의 부드러운 전이가 있어야 합니다. 게다가 2차 냉각 중 스트랜드 과소냉각은 용융 풀을 너무 길게 만들 수 있습니다. 이러한 기술적 요구사항은 더 효율적이고 신뢰할 수 있는 분사 냉각을 요구하며, 2차 냉각 공정에 제약 조건을 부과합니다. 분사 유량은 일반적으로 용융 코어가 야금학적 길이에 도달할 만큼 충분히 단단해질 때까지 스트랜드 표면 온도를 제어하도록 조정됩니다.
과냉각과 과소냉각 두 메커니즘은 각각 중간 균열과 표면 균열을 유발합니다. 주조 작업에서 이러한 품질 문제가 발생하면, 2차 냉각 존의 설정을 변경하여 더 만족스러운 표면 온도 프로파일을 얻기 위한 합리적인 근거가 필요합니다.
CCM 기술에서의 응고 거동은 주조 공정의 동적 특성에서 기인합니다. 특히 다음과 같은 문제와 관련됩니다.
부분적으로 응고된 주편의 온도를 제어하기 위한 균일한 냉각 시스템 설계가 중요합니다. 2차 냉각 시스템 설계 시 중요한 고려사항은 다음과 같습니다.
최신 CCM에서는 2차 냉각 시스템 설계에 최신 노즐 기술을 활용하여 주조기의 엄격한 운영 및 생산 요구사항을 충족합니다. 2차 분사 냉각 시스템의 레이아웃은 새로운 연속 주조기 설계 시 신중한 고려가 필요한 첫 단계 중 하나입니다. 2차 냉각에서 노즐 수는 이동하는 스트랜드 표면에 분포합니다. 분사 간 중첩이 발생할 수 있으므로 노즐 간 거리가 중요합니다.
노즐 배열이 안정적인 분사 패턴을 유지하면서 스트랜드 전체에 균일한 열 제거를 생성하는 것이 필수적입니다. 지지 롤과의 분사 충돌은 물의 비효율적 사용과 열전달 감소를 초래하므로 피해야 합니다. 일반적으로 다중 노즐 레이아웃이 선호되는 배열입니다.
연속 롤 갭에서 노즐 쌍을 어긋나게 배치하면 균일한 표면 온도를 보장합니다. 다중 노즐 구성으로 분사 폭 제어가 가능합니다. 다중 노즐 배열에서 가장 바깥쪽 노즐은 스트랜드 폭과 관련하여 체계적으로 차단되며, 연속 롤 갭에서 노즐 수를 번갈아 가며 배치하는 레이아웃을 사용할 수 있습니다. 더 정밀한 제어가 필요하면 인라인 배열을 사용할 수 있습니다.
비판적이지 않은 강종의 최종 응고 영역, 일반적으로 곡선 주조기의 수평 구간에서는 롤 갭의 노즐 수를 1~2개로 줄일 수 있는데, 이는 응고에 덜 중요한 영역이기 때문입니다.
2차 냉각 존의 운영 체제를 신중하게 설계하려면, 정상 상태든 과도 상태든 분사 존이 스트랜드 전체 온도장에 미치는 영향을 알아야 합니다. 본질적으로 동적인 현상인 과도 상태는 응고의 자연스러운 비선형성, 공정 시상수의 독특한 특성, 그리고 무엇보다 전체 생산 공정의 엄격한 경제성으로 인해 제어에 상당한 도전을 안겨줍니다.
동적 2차 냉각 제어 시스템은 강 연속 주조 중 실시간으로 온도를 정확하게 예측하고 제어하는 데 도움이 됩니다. 이러한 시스템은 주조 속도의 큰 변동에서도 강 전체에 걸쳐 원하는 온도 프로파일을 유지하기 위해 2차 냉각 존의 분사 수량을 조정합니다.
스트랜드로부터의 열 제거는 분사 냉각만의 기능이 아니며, 지지 롤에 의한 열 제거 등 다른 메커니즘도 널리 존재합니다. 롤에 의해 제거되는 열은 스트랜드 표면 온도와 스트랜드 응고 조건에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 롤에 의한 열 제거가 스트랜드 폭 전체에 걸쳐 균일하고 분사에 의한 열 제거도 균일하다면 이상적인 응고 조건이 존재해야 합니다. 구체적으로 분사 챔버(2차 냉각) 열전달은 다음 기능을 수행합니다.
몰드 아래 부분적으로 응고된 스트랜드에 물을 분사하여 응고를 완료합니다. 열 추출 속도에 영향을 미치는 주요 파라미터는 다음과 같습니다.
분사 냉각은 본질적으로 비등 열전달을 포함합니다. 스트랜드 표면에 수증기 막이 형성되어 물방울이 스트랜드 표면과 직접 접촉하는 것을 방지합니다. 물방울 속도는 증기 층을 관통하여 표면을 습윤시키고 냉각할 수 있어야 합니다.
2차 존에서의 열유속 밀도(q)는 열전달 계수(?)에 정비례하며 다음 공식으로 계산됩니다.
q = ? (Ts – Tw)
여기서 Ts는 스트랜드 온도, Tw는 물 온도입니다.
효율적인 냉각을 위해서는 ?가 높아야 하지만, 강 품질 유지를 위해 제어 가능해야 합니다. ? 값을 높이는 한 가지 방법은 냉각 매체로 물 제트(water jets)를 사용하는 것입니다. 이 경우 열전달 계수는 노즐의 형상과 설계, 냉각수의 속도, 냉각수 질량에 의존합니다. 물 제트 사용은 다음과 같은 두 가지 뚜렷한 냉각 영역을 생성합니다.
CCM 주조에서의 열전달은 2차 냉각에서 전도, 대류, 복사의 조합으로 이루어집니다. 2차 냉각에서 물 분사에 의한 열 추출 강도는 다음과 같습니다.
h = 열유속 / (Ts - Tw)
h는 열전달 계수(W/m²·s), Ts와 Tw는 표면 온도와 물 온도입니다. 열전달 계수 h는 물 유량에 의존합니다. 2차 냉각에서는 응고가 완료되어야 합니다. 이와 관련된 몇 가지 문제는 다음과 같습니다.
2차 존에서 발생하는 세 가지 기본 열전달 형태는 다음과 같습니다.
2차 냉각 챔버 상부 영역에서 우세한 열전달 형태로, 다음 식으로 표현됩니다.
Q = ? E A (Ts⁴ - Ta⁴)
여기서 ?는 스테판-볼츠만 상수(5.67×10⁻⁸ W/m²/K⁴), 'E'는 방사율 상수(일반적으로 0.8), 'A'는 표면적, Ts는 스트랜드 온도, Ta는 주위 온도입니다.
제품이 롤을 통과할 때 열은 쉘을 통해 전도로 전달되며, 관련 접촉으로 인해 롤 두께를 통해서도 전달됩니다. 이 열전달 형태는 푸리에 법칙으로 설명됩니다.
Q = k A (Ti - To) / ?X
강철 쉘을 통한 전도 열전달에서 k는 강철 쉘의 열전도도, 'A'와 ?X는 열이 전달되는 강철 쉘의 단면적과 두께, Ti와 To는 강철 쉘의 내부 및 외부 표면 온도입니다. 이 열전달 형태는 격납 롤에서도 발생합니다.
이 열전달 메커니즘은 분사 노즐에서 빠르게 이동하는 물방울이나 미스트가 강철 표면 옆의 증기 층을 관통하여 증발함으로써 발생합니다. 이 대류 메커니즘은 뉴턴의 냉각 법칙으로 수학적으로 설명됩니다.
q = h A (Ts – Tw)
여기서 h는 열전달 계수, 'A'는 강철 스트랜드 표면적, Ts는 강철 표면 온도, Tw는 분사수 온도입니다.
쉘 성장은 피크의 법칙(Fick's law)으로부터 신뢰성 있게 예측할 수 있습니다. 강이 완전히 응고되는 주조 거리(L)를 계산하는 데 다음 식이 사용됩니다.
L = V / (D/K)²
여기서 D는 강철 쉘 두께, L은 몰드 강 메니스커스(응고 시작점)로부터의 주조 거리, V는 주조 속도, K는 강종과 기계 설계에 주로 의존하는 경험적 상수입니다.
격납 영역은 2차 냉각 영역의 필수적인 부분입니다. 일련의 유지 롤이 스트랜드를 격납하며, 반대쪽 스트랜드 면을 가로지릅니다. 에지 롤 격납도 필요할 수 있습니다. 이 영역의 초점은 응고 쉘이 자립할 때까지 스트랜드 가이드와 격납을 제공하는 것입니다.
제품 품질 저하를 피하기 위해, 롤 배열 및 스트랜드 언밴딩과 관련된 응력을 최소화하기 위한 신중한 고려가 필요합니다. 따라서 롤 레이아웃(간격 및 롤 직경)은 롤 간 벌징과 액체/고체 계면 변형을 최소화하도록 신중하게 선택됩니다.
스트랜드 지지는 스트랜드 형상 유지를 요구합니다. 스트랜드 자체는 액체 코어를 포함하는 응고 쉘로, 기계 높이와 관련된 수두 압력에서 비롯되는 벌징 페로스태틱 힘을 가집니다. 가장 우려되는 영역은 기계 상부입니다. 여기서 벌징 힘은 상대적으로 작지만, 쉘이 가장 얇고 약합니다. 이러한 본질적 약점을 보상하고 쉘 파열 및 그에 따른 용강 돌출 사고를 방지하기 위해 롤 직경은 작고 간격은 촘촘합니다. 몰드 바로 아래에서는 일반적으로 네 면이 모두 지지되며, 기계 하부 영역에서는 광폭 면만 지지됩니다.
수직면에서 수평면으로의 스트랜드 격납 및 가이드와 동등하게 중요한 것이 언밴딩과 스트레이트닝 힘입니다. 언밴딩이 발생하면 고체 쉘의 외측 반경은 인장 상태, 내측 반경은 압축 상태가 됩니다. 결과적인 변형률은 호 반경과 주강 강종의 기계적 물성에 의해 결정됩니다. 외측 반경의 변형률이 과도하면 균열이 발생하여 강 품질에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 변형률은 일반적으로 다점 언밴딩 공정을 도입하여 최소화하며, 이 공정에서는 반경이 점진적으로 커져 제품을 수평면으로 서서히 펴줍니다.
제조공정
다이캐스팅은 용융 합금 액체를 압력 챔버에 부어 강철 금형 캐비티를 고속으로 채우고, 합금 액체가 압력 하에서 응고되어 주물을 형성하는 주조 방법입니다. 다이캐스팅을 다른 주조법과 구별하는 주요 특징은 고압과 고속입니다. 다이캐스팅 제품 생산은 다이캐스팅 장비를 사용하여 완료해야 합니다. 다이캐스팅 장비의 기술 수준이 제품의 품질과 수준을 결정합니다. 이 글에서는 다이캐스팅 제조 공정의 각 절차별 원가를 이야기하여 작업 시간 절약, 생산 원가 절감, 효율 향상을 돕고자 합니다. 다이캐스팅 제조 공정 원가에 영향을 미치는 3가지 핵심
다이캐스팅은 금형 캐비티를 이용해 용융 금속에 고압을 가하는 금속 주조 공정입니다. 금형은 보통 고강도 합금으로 가공하며, 일부는 사출 성형과 유사합니다. 대부분 다이캐스팅은 비철 금속으로 만듭니다: 아연, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 납, 주석, 납-주석 합금 및 그 합금들. 다이캐스팅 유형에 따라 콜드 챔버 또는 핫 챔버 다이캐스팅 머신이 필요합니다. 이 글의 주제는 다이캐스팅 제조 공정입니다. 포괄적 이해를 위해 기본 2가지 다이캐스팅 머신 유형과 상세 제조 절차를 소개합니다. 읽고 나면 생산 공정을 크게 최적화할 수 있을 것
