수직 연속주조 공정으로 제조된 Al-8Zn-2Mg-2Cu 빌렛의 표면 결함 형성에 미치는 주조 온도와 주조 속도의 영향

이윤호 ( Yoon-ho Lee ),김용유 ( Yong-You Kim ),이상화 ( Sang-hwa Lee ),김민석 ( Min-seok Kim ),어광준 ( Kwangjun Euh ),이동근 ( Dong-geun Lee ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.3

7000계 알루미늄 합금은 다른 Al 합금에 비해 강도가 우수하여 주목을 받고있으며, 7000계 알루미늄 빌렛은 일반적으로 Direct-Chill (DC) 주조 공정을 통해 제조된다. DC 주조 공정으로 제조된 알루미늄 빌렛의 표면 결함은 주로 Exudation과 Meniscus freezing 현상과 관련이 있으며, 이는 합금 성분, 주조 속도 및 주조 온도의 영향을 받는다. 특히, 7000계 알루미늄 합금은 응고 과정에서 응고 온도 범위가 넓어 주조 결함이 발생하기 쉽다. 본 연구에서는 DC 주조 공정에 의해 제조된 Al-8Zn-2Mg-2Cu 합금 빌렛에 대한 표면 결함 변화에 대하여 조사하였다. 빌렛의 표면은 "Wavy" 또는 "Dot" 표면으로 관찰되었다. Wavy 표면은 낮은 주조 속도(200mm/min)와 온도(655℃)에서 Meniscus freezing 현상에 의해 형성되었으며, Concave 영역에서 Meniscus freezing 현상으로 인한 조성작 과냉으로 인해 미세한 수지상 조직이 관찰되었다. 반면에, 주조 온도가 높은 조건(675℃)에서는 Dot 표면이 기공 형성에 의해 형성되었으며, 높은 주조 속도(230mm/min)에서 제조된 Dot 표면을 갖는 빌렛에서는 높은 금속 수두압에 의해 Exudation 층이 형성되었다. Exudation 층의 Dot 영역과 Smooth 영역은 각각 미세한 수지상 형태와 주상정 형태의 조직이 관찰되었으며 이는 Dot 영역에서 가스 기공의 형성에 의한 결과이다. 7000-series aluminum alloys are noted for their superior strength compared with other Al alloys, and their billets are generally fabricated by direct-chill (DC) casting. Surface defects in a DC-cast aluminum billet are mainly related to exudation and the meniscus freezing phenomenon, which are influenced by alloy compositions, casting speed, and casting temperature. 7000-series aluminum alloys have a wide freezing range during solidification, which makes it easy for casting defects to occur. In this study, we investigated surface defect evolution in casting billets of Al-8Zn-2Mg-2Cu alloy fabricated by a DC casting process. The billets showed “wavy” or “dotted” surfaces. The wavy surface was formed by meniscus freezing at a lower casting speed (200 mm/min) and temperature (655 ℃). In the wavy surface, refined dendritic cells were observed in a concave region due to the constitutional supercooling caused by meniscus freezing. Meanwhile, at a higher casting temperature (675 ℃), the dotted surface was formed by pore formation. In the dotted surfaces in the billet formed at a high casting speed (230 mm/min), an exudation layer was formed by the high metallostatic head pressure. The dotted region and the smooth region had a refined dendritic morphology and a columnar morphology at the exudation layer, respectively. This is attributed to the formation of gas pores in the dotted region.

제강용주조기 가이드 롤의 표면 오버레이용접에 관한 연구

국종한(Jong-Han Kook) 산업기술교육훈련학회 2013 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.18 No.2

This study aims to investigate efficient techniques for mending the guide roll of the caster machine, which is one of the pieces of equipment needing frequent repair in the integrated process of ironworks. In the guide roll of the caster machine often appear abrasions, cracks, and corrosion in the surface as a result of repeated abrasion and bending compression under high temperatures. FCAW(Flux Cored Arc Welding) is chosen as the welding method, due to its relatively simple handling method and favorable expenses and working time. As for welding wire, the method uses a type of continuous roll wire which makes auto-welding possible, and also has the possibility of a hardfacing which takes advantage of the mechanical properties of the welded metal according to the chemical reaction of the flux. The overlay welding teachnique for the repair of the guide roll of the caster machine described in this paper is sure to contribute to the improvement of the quality of steel products and productivity, as well as the reduction of repair expenses by overlay welding of guide rolls in the future.

연속주조 몰드의 보텍스 코어 현상에 관한 연구

이종희(Jong Hui Lee),한상우(Sangwoo Han),조현진(Hyun-Jin Cho),박일석(Il Seouk Park) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.7

욕조 보텍스와 같은 보텍스 코어 현상은 배수과정 뿐만 아니라 연속주조의 몰드 공정에서도 관찰되며, 이는 슬래그를 용강 내로 유입시켜 최종 생산된 철강 제품에 심각한 결함을 야기한다. 본 연구에서는 실제 연속주조 몰드와 동일한 크기의 수 모델을 이용하여 보텍스 코어 현상에 대한 수치해석 연구를 수행하였다. 제안된 몰드 수치해석 모델은 보텍스 코어와 공기 흡입을 성공적으로 모사하였다. 또한 수치해석 결과는 실험과 정성적 및 정량적으로 잘 일치하였다. 추가적으로, 몰드 내 보텍스 코어 발생을 방지하기 위해 침지노즐 양쪽에 판을 추가하는 기계적인 방법을 제안하였으며, 이는 침지노즐 부근에서 발생하는 칼만 보텍스 현상을 성공적으로 억제함으로써 보텍스 코어 생성을 예방할 수 있음을 확인하였다. The vortex core phenomenon, such as a bathtub vortex, is observed in draining processes or in the molds used for continuous casting; and it causes slag entrainment, which leads to serious defects in steel products. In this study, we numerically investigated the vortex core phenomenon by using a full-scale water model of a continuous casting mold. The numerical model successfully captured the air entrainment caused by the vortex core accompanying a large deformation in the mold; its results showed a qualitatively and quantitatively good agreement with the experimental results. Furthermore, we also suggested the mechanical method to suppress the vortex core phenomenon by adding the splitter plates at both sides of the submerged entry nozzle (SEN); it was successfully prevented the vortex core phenomenon near the SEN by suppressing the interaction of vortices caused by the Karman vortex phenomenon.

연속 주조의 용강 높이 제어를 위한 퍼지-PI 제어기

주문갑(Moon G. Joo),김도응(Do E. Kim),김호경(Ho K. Kim),김종민(Jong M. Kim) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회논문지 Vol.18 No.4

본 논문은 연속 주조 공정에서의 용강 높이에 대한 수학적인 비선형모델을 유도하는데, 여기에는 용강 높이, 몰드내의 입출력 유량, 스토퍼의 위치와 입력유량의 관계 등이 고려되었다. 비선형 모델은 MATLAB을 사용하여 구현되었으며 실제 데이터와 비교하여 수학적 모델이 유효함을 확인하였다. 구현된 비선형 모델을 사용하여, 퍼지 시스템에 의하여 변화하는 Kp값을 가지는 퍼지 PI 제어기를 사용하여, 기존에 사용되던 PI 제어기보다 나은 제어 성능 및 외란에의 강인성을 가짐을 시뮬레이션으로 보였다. A mathematical model of molten steel level for continuous casting process is presented, where the molten steel level, input and output flow in the mold, the relation between stopper position and input flow etc. are considered. The mathematical model is implemented and simulated by using MATLAB. Comparing the result of molten steel level from the simulator with that of real plant, the performance of the model is shown to be reasonable. By using this simulator, it is shown that PI controller with variable P gain, adjusted by fuzzy logic system, has better control result than conventional PI controller.

Al-Mg-Zn 계 알루미늄 합금 연주 빌렛 균질화처리과정 중 용질원소 거동변화

김명균 한국주조공학회 2023 한국주조공학회지 Vol.43 No.6

본 연구에서는 고강도 Al-Mg-Zn계 알루미늄 합금 연속주조 빌렛의 균질화처리 과정 중 미세조직 전개과정을 다양한 장비 (OM,SEM, EDS, DSC)로 분석 및 고찰하였다 . 우선 , 연속주조된 알루미늄 합금 빌렛 내 입계 및 입내에는 AlMgZn, AlMgFe 및AlMgZnSi상 등 많은 양이 불균일하게 존재하며 , 이들 상은 균질화처리 과정 중 입계 및 기지로 용해된다 . 합금설계 프로그램 및동력학 방정식을 활용한 결정립 내 주요 합금원소인 Mg 및 Zn의 확산거동을 분석한 결과 , JMatPro 내 균질화처리 모드에서 대상합금 내 Mg이 Zn 대비 기지 내로 빠르게 용해되나 , 동력학 방정식의 경우에도 유사한 경향성이 나타난다 . 확산속도에 대한 의미로 실제로 Zn 대비 상대적으로 Mg이 많은 양을 함유하고 있어 기지로 확산과 동시에 고용되었음을 확인할 수 있었다 . In this study, we investigated the microstructural evolution of Al-Mg-Zn aluminum alloy billet during homogenization treatmentusing OM, SEM, EDS and DSC. There were numerous phases found, such as; AlMgZn, AlMgFe, and AlMgZnSi phases, in thegrain of the cast billet. After 6 hours homogenization treatment, Zn was mostly dissolved, whereas, Mg and Si were only partly dis-solved. Accordingly, only AlMgFe and AlMgSi remained. After 18 hours, all of the leftover Mg and Si were dissolved, leavingonly AlMgFe, which was also found after 24 hours. The results of the alloy design program, JMatPro showed that Mg disslovedmore rapidly than Zn. According to the homogenization kinetic equation, Mg and Zn are completely dissolved within 1.9 and 3.5hours, respectively.

전자기 브레이크를 적용한 연속주조공정에서의 난류유동 및 응고의 3차원 해석

김덕수,김우승,Kim, Deok-Soo,Kim, Woo-Seung 대한기계학회 1999 大韓機械學會論文集B Vol.23 No.10

A three-dimensional coupled turbulent fluid flow and solidification process were analyzed in a continuous casting process of a steel slab with Electromagnetic Brake(EMBR). A revised low-Reynolds number $k-{\varepsilon}$ turbulence model was used to consider the turbulent effects. The enthalpy-porosity relation was employed to suppress the velocity within a mushy region. The electromagnetic field was described by Maxwell equations. Tile application of EMBR to the mold region results in the decrease of the transfer of superheat to the narrow face, the increase of temperature in free surface region and most liquid of submold region, and the higher temperature gradient near the solidifying shell. The increasing magnetic flux density effects mainly to the surface temperature of the solidifying shell of narrow face, hardly to the one of wide face. It is seen that in the presence of EMBR a thicker solidifying shell is obtained at the narrow face of the slab.

열농도대류를 고려한 연속주조공정의 수치해석

정재동,유호선,이준식,Jeong, Jae-Dong,Yu, Ho-Seon,Lee, Jun-Sik 대한기계학회 1997 大韓機械學會論文集B Vol.21 No.3

Continuous casting process is numerically analyzed using the continuum model in a non-orthogonal coordinate system. Flow damping in the mush is modeled by combining the viscosity dependence on liquid fraction in dilute mush and the permeability dependence on liquid fraction in concentrated mush. The effect of turbulence is indirectly considered by effective diffusivity determined elsewhere by experiment. The main objective is to investigate the effects of casting parameters such as casting speed and tundish superheat on the distribution of surface temperature, shell thickness, metallurgical length and centerline segregation. Some of the computed results are compared with available experiments, and reasonable agreements are obtained.

연속주조기의 몰드 폭 변경 패턴 개발

강기판(Gi Pan Kang),신건(Geon Shin),강충길(Chung Gil Kang) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.7

연속주조 시에 폭변경 속도를 향상시키기 위해 폭조정의 4 가지 패턴에 대해 연구하였다. 주요 사항은 폭변경 장치의 구동력을 최소화하고, 몰드 내의 응고막의 변형해석 모델을 개발하고, 폭변경 속도 상승을 제한하는 주요인자를 도출하는 것이다. 폭변경 실험을 근간으로 4 개 패턴의 주요 특징을 도출하였고, 각 패턴에 대한 힘을 비교하였다. 실험은 각 패턴의 구동력 비교를 위해 동일한 주조속도에서 수행하였다. 응고막 변형 해석모델의 변수를 조정하기 위해 실험결과를 모델에 적용하였다. 폭변경 속도를 상승시키고, 구동력을 저감시키기 위해 패턴의 변수를 제어하였다. 가장 효율적인 패턴은 고속패턴이었으며, 구동력을 저감하기 위한 주요인자는 구동장치가 이동할 때의 기울기였다. Four patterns for width adjustment were studied with an aim to increase the width-adjustment speed in continuous casting. The main goals are to minimize the actuating force of a WAM actuator, to develop a deformation analysis model of a solidified shell in the mold, and to induce the main limit factor for the speedup of width adjustment. On the basis of the widthadjustment experiment, the notable features of four patterns types were considered, and we compared the corresponding actuating forces. For comparing the driving forces of the patterns, during the experiment, the same casting speed was maintained for each pattern. To optimize the parameter of the deformation analysis model of the solidified shell, the experiment results were applied to them. To speed up width adjustment and to reduce the driving force, we controlled the pattern parameters. The most effective pattern was the fast-mode pattern, and the taper was the main parameter that helped reduce the driving forces during the motion of the actuator.

연속주조 알루미늄 합금을 이용한 자동차용 열교환기의 성능평가

김동배(Dongbae Kim),이동석(Dongsuk Lee),지용준(Yongjun Jee),김기홍(Kihong Kim) 한국자동차공학회 2015 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2015 No.5

연속주조 공정 모사를 위한 2상 수모델 상사 조건 연구 (초)

이고기,조성묵,김선효,( Brian G. Thomas ) 대한금속재료학회 ( 구 대한금속학회 ) 2007 대한금속재료학회 학술대회 개요집 Vol.2007 No.1