연속주조 (continuous casting)

<주조 구분>

• 주조
  • 소모성주형주조
    
    • 사형주조
    • 정밀주조 (인베스트먼트주조, 로스트왁스법)
    • 쉘몰드주조
    • 풀몰드주조
    • 로스트폼주조
  • 금형주조
    • 고압주조
    • 저압주조
    • 중력주조 
    • 특수주조
      • 진공주조
      • 고압응고주조 (Squeeze casting) 
      • 원심주조법 (Centrifugal casting)
      • 반원심주조법 (Semi Centrifugal casting)
      • 센트리퓨징 (Centrifuging)
      • 칠드주조 (Chilled casting) 
      • 고진공다이캐스팅
      • 기공없는주조 (PF Die-casting; Pore-Free Process)
      • CO2주조
  • 기타주조
    • 연속주조 ★ 
    • 반고체주조
    • 마그네틱주조

<기출>

• 금속 17-3-2 연속주조법의 특징과 연속주조방식 3가지를 설명하시오.
• 사형주조와 비교하여 연속주조의 장점을 설명하시오 
• 연속주조에서 중심편석의 생성기구와 그 방지대책에 대해서 설명하시오. 

 

1. 연속주조

 

1) 연속주조의 정의

 용융금속에서 직접 압연과  동시에 빌렛(billet)을 연속적으로 주조함으로서 조괴 → 균질가열 → 분괴 공정을 생략한 주조법 
(일반적인 압연제품 : 용해 → 조괴 → 균질가열 → 분괴 → 가열 →압연)

 

연속주조 개략도

 

2) 연속주조의 종류 

• 수직형
  건물 높이가 높아 설비비가 많이 발생
• 수직만곡형 (수직형 개선)
  수직상태에서 주편을 완전히 응고시킨 후 밴딩롤에서 일정한 곡률로 굽혀주고 교정롤을 통과하면서 수평상태로 고정
  주편이 완전히 응고된 후 밴딩시키기 때무누에 밴딩으로 인한 부하가 생겨 품질 문제 야기 
• 전만곡형 (수직만곡형 단점 개선)
  주형으로부터 곡률을 갖는 만곡형 연주기 
  주형 내에 혼입된 개재물이 부상분리 과정에서 응고하여 셀 내측에 포집, 개재물 집적문제 발생 가능 

 

 

 

3) 연속주조  장점 ( + 사형주조 대비 장점) 

• 공정의 간략화로 인한 설비비 절감
• 주조수욜(yeild)의 향상으로 경제적 이점 확보 (낭비되는 재료가 적음) 
• 얻어지는 빌레트의 표면 및 내부의 품질이 우수 
• 금속을 긴 관의 형태로 주조 가능 
• 사형주조에서 필요한 압탕, 탕구, 탕도 등이 존재하지 않아 수율이 증가함 
• 사형주조에 비해 각종 주조 결함이 없어진다

블룸, 빌렛, 슬래브

 

 

4) 연속주조법  공정 순서 

1. 미리 충분히 가열한 레이들(ladle)에 용탕을 주입
2. 레이들 중의 용강을 가열하여 충분히 보온 (주입시간이 길다) 
3. 레이들을 주입탑상의 턴디시 (tundish) 위에 설치 
4. 기계작동준비 점검 
5. 주형에 냉각수 및 윤활유를 유동시키면서 주입 개시 
6. 레이들에서 턴디시로 유입된 용탕은 턴디시 노즐 (tundish nozzle)을 통해 주형으로 들어감
7. 주형에 들어간 용탕은 순차적으로 주형 내에 괴어, 모임과 동시에 밑과 측면에 달라부터 응고 개시 (아래는 더미바로 막아줌)
8. 주형의 상부까지 용강이 고이면 핀치롤(pinch roll)을 작용시켜 더미바의 인발을 개시함과 동시에 주형의 왕복운동 개시 
9. 더미바와 동시에 빌렛이 순차적으로 아래방향으로 강하, 롤러 에이프론의 속을 통과
10. 동시에 분무대의 분사를 개시하여 빌렛을 표면으로부터 냉각시킴 

연속주조

5) 연속주조시 문제점 및 중심편석의 생성기구 

• 온도가 너무 높을때 : 응고각의 발달이 늦어져 break out이 발생, 응고에 따른 국부적 편석 발생
• 온도가 너무 낮을때 : 온도가 낮아져서 노즐이 막힐 위험 증가, 비금속 개재물 증가 
  • 주속이 너무 빠를때 : 브레이크아웃(break out) 발생, 개재물 부상 분리, 중심편석, 내부균열 위험 

표면결함

만곡형 연주기에서, 교정시 주편 표면온도가 적정하지 않는 경우 균열 발생 (오스테나이트결정의 입게균열, Al, Nb, V, Ti, Cu, Ni 등의 합금원소 농도의 증가가 1023~1123K에서 취성영역 확댸) 
교정점에서 주편 표면온도를 취성영역보다 높게하거나 낮게하는 방법이 있음 (피하는 방법) 

내부균열

롤 사이의벌징에 의한 변형, 냉각대 및 공냉대에 들어갈 때 복사열에 의한 열응력이나 변형응력과 탄질화물의 석출에 기인하는 고온취ㅜ화와의 경합, 통과 라인의 부정확 등에 의해 발생
대책으로 롤피치의 단축, 분할 롤의 채용, 다점굽힘, 다점교정, 연주기 높이를 낮게 조정

중심편석의 생성기구

breakout은 연속주조과정에서 응고쉘이 터지는 현상

• 구속성 브레이크아웃
  주형과 주편 사이 윤활작용이 부족하여 응고쉘이 주형에 구속되있는 상태에서 주편이 인발되면, 응고쉘이 인발력을 견디지 못하고 파단하고, 파단부가 주형을 빠져나올때 주편 내부의 용강이 밖으로 유출 
• 결함성 브레이크아웃
  주형 내 주편의 불균일 응고부위를 기점으로 응고쉘에 크랙 발생, 주편이 인발될때 크랙 발생부위가 주형 직하에 도달했을 때 주편 냉각을 위해 분사하는 냉각수에 의해 크랙 성장, 응고쉘이 터져 주편 내부의 용강이 밖으로 유출되는 현상 

 

주철 용탕 처리 - 탈가스처리, 탈산처리(Deoxidiser)

주철 - 용탕, 용융금속의 화학성분 분석, CE미터

항온열처리(Isothermal Heattreatment), 오스템퍼링, 마퀜칭, 마템퍼링, 항온뜨임, 항온불림, 항온풀림

진공주조 (Vacuum Casting)