KR100264947B1 - 얇은 금속 빌릿을 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 강철로 만들어진 얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서 금속 스트립은 용융체로 채워진 용기의 바닥으로 밀려 들어가 용융체의 결정화 후에 용융체에서 나오게 된다. 본 발명에 있어서, 금속 스트립은 접촉을 줄이는 방식으로 가늘고 긴 틈새형 통로로 진입된다. 상기 금속 용융체는 두가지 상이 공존하는 부위에서 50~90%의 결정화가 이루어지는 온도로 통로의 주둥이 영역에서 냉각되고, 상기 금속 스트립은 통로의 주둥이 영역에서 냉각된 용융체와 접촉한다. 본 발명은 또한 얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
Description
상기 방법은 특히 와이어를 제조하는 방법으로 공지되었지만, 스트립 주조방법으로도 공지된 바 있다. 예를 들면 스트립 주조에 대한 특허 US3,264,692는 지르코늄으로 이루어진 바닥 석재를 이용하여 상기 방법을 실시하기 위한 주조 용기를 나타내고 있다. 상기 바닥 석재의 가늘고 긴 틈새형 통로(slit-shaped opening)는 관통하는 스트립의 규격을 위해서 매우 좁은 공차를 갖는다.
공지된 상기 바닥으로 유입되는 것의 단점은 허용된 스트립의 규격에서 약간만이라도 벗어날 때, 스트립이 꽉 죄여 움직이지 않거나 스트립의 원활하지 않은 이송으로 인하여 마찰이 증가될 우려가 크다는 점이다.
WO-A-87 07 192에는 내열 내강제 처리된 용기를 이용하여 얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 장치가 공지되어 있다. 상기 용기의 바닥에 금속 스트립을 안으로 유입시키기 위한 통로가 위치하며, 상기 용기의 바닥에 금속 스트립을 안으로 유입시키기 위한 통로가 위치하며, 이때 상기 가늘고 긴 틈새형 도관(slit-shaped channel)으로 형성되어 있다. 상기 스트립의 전체 두께를 매우 굵게 만들려면 상기 스트립이 용융체를 관통하는 순환 과정을 여러번 거쳐야 한다.
얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 또 다른 장치가 DE-A-36 38 249에 공지되어 있다. 도관벽과 피복층 처리된 스트립 사이에는 일정한 간격이 유지된다.
무엇보다도 US 3,264,692를 언급해야 한다. 상기 특허에서 설명된 장치에 있어서, 유입 도관을 위한 특정 재료가 사용된다. 상기 재료의 팽창은 금속 스트립이 도관 안에서 더 이상 움직이지 않게 되는 경우를 방지한다.
US 4,479,530에는 와이어를 용융체의 위에서 아래쪽으로 집어넣어 용융체 용기의 바닥 출구로 내보내는 방법이 공지되어 있다. 구리 와이어 제조를 위해 고안된 상기 방법에서는 상기 바닥 출구가 원추형으로 형성될 뿐만 아니라 와이어와 용융체가 함께 이송된다.
와이어 제조를 위한 장치와 이와 유사한 장치가 금속 잡지(1996년 10월호, 연속 주조 방법, 774~780쪽)에 공지되어 있다. 상기 문헌에는 몰리브덴으로 이루어지며 냉각수로 냉각될 수 있는 바닥 통로가 설명되어 있다.
앞에서 언급한 두 문헌은 구리로 된 와이어의 제조에 관한 것이므로, 강철로 만들어진 스트립 제조를 위한 방법과 장치에 전용할 수는 없다. 특히, 와이어를 제조함에 있어서, 결정화된 피복층이 울퉁불퉁해서 철사의 지름이 일정하지 않으므로, 실용적인 사용을 위해서 재 가공된다. 또한, 모 와이어의 굵은 두께(여기에서는 통상 6mm 이상의 두께)로 인해 결정화율이 적고 접합 상태가 불량하다.
본 발명은 특히 강철로 만들어진 얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서 금속 스트립은 용융체로 채워진 용기의 바닥으로 빨려 들어가 그 위에서 용융체가 결정화된 후 용기 위에 장착되어 움직이는 롤러에 의해 이송된다.
상기 스트립 주조 방법은 일반적인 연속 주조가 바깥쪽에서 안쪽으로 이루어지는 것과 다르게 응결이 안쪽에서 바깥쪽으로 일어나기 때문에 역주조라고 칭한다.
제1도는 주조 방향으로 자른 단면도이고,
제2도는 냉각 요소에 관련된 도면이고,
제3도는 부닥 유입 통로의 단면도를 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
용기
11 : 용기 바닥 12 : 용기 측벽
13 : 금속 용기 외장제 14 : 내열 내장제
15 : 내열 피복층 20 : 통로
21 : 내열성 도관부 22 : 금속 도관부
23 : 석재 24 : 탬핑 클레이
25 : 냉각함 26 : 냉각관
냉각 장치
31 : 매체 공급 장치 32 : 매체 배출 장치
33 : 펌프 34 : 탱크
스트립 이송 장치
41 : 유도 롤러 42 : 다듬질 롤러
측정 및 조절 장치
51 : 열 에너지 S : 용융체
B : 스트립 K : 결정화된 피복층
d : 스트립 두께 D : 관 내부 두께
M : 메니스커스
본 발명의 목적은 스트립이 용융체 용기 안으로 유입될 때, 스트립의 금속손상을 방지하고, 매우 강한 마찰(마멸 위험) 때문에 제어할 수 없는 인장 응력 상태를 방지하며, 용융체가 용기로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위한 방법과 장치를 고안해 내는 것이다.
본 발명의 이러한 목적은, 상기 금속 스트립이 가늘고 긴 틈새형 통로를 접촉하지 않고 용기 내부로 유도되는 단계와, 통로 주둥이 영역에서 금속 용융체가 집중적으로 냉각되어 용융과 결정의 두 상이 공존하는 부위가 50 내지 90% 결정화가 이루어지는 응고점 보다는 높은 온도를 나타내는 단계, 및 상기 금속 스트립이 통로의 주둥이 영역에서 냉각된 용융체와 접촉하여 메니스커스를 형성하며, 상기 메니스커스의 근처에서 용융과 결정화의 두 상이 공존하는 부위의 용융체를 고상점 이상의 온도로 냉각하는 단계를 포함하는 얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은, 가늘고 긴 틈새형 통로(20)로 형성되고, 상기 통로의 내벽과 금속 스트립(B)의 표면이 0.3 내지 1.0mm의 간격을 두고 떨어져 있고, 금속 도관부(22)가 상기 용융체에 면하고 있는 통로의 주둥이에 냉각 요소로서 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 의해서 달성된다.
본 발명에 있어서, 용탕은 용기 안으로의 유입의 시작인 가늘고 긴 틈새형통로의 주둥이 영역에서 집중적으로 냉각되므로, 이 영역에서 온도의 하강이 일어난다. 이 결과, 응고점 보다 약간 높은 용융/결정의 두가지 상(相)이 공존하는 영역이 생기게 된다.
냉각된 모 스트립과 접촉하는 상기 두 상이 공존하는 영역은 높은 점성을 나타내기 때문에, 상기 두 상이 공존하는 영역은 스스로 복원되는 밀봉 장치의 기능을 하여 용융체가 틈새와 바닥 통로로 스며드는 것을 방지한다.
밀봉 장치로 작용하는 용융체가 많이 팽창하기 때문에, 관통하는 스트립을 위한 바닥 유입의 가늘고 긴 통로의 내벽 사이의 빈 공간의 크기는 관통한 스트립이 가늘고 긴 틈새형 통로에 닿지 않으며, 무엇보다도 메니스커스에 닿지 않고서 관통할 수 있도록 선택될 수 있다.
스트립과 통로의 금속적인 접촉이 거의 없기 때문에, 구리가 통로의 재료로서 사용될 수 있다. 상기 구리는 마찰에 의해 마모되는 것을 방지하기 위해 보호층 처리될 수 있다. 상기 보호층으로는 금속(크롬, 니켈) 또는 산화물(지르콘 산화물) 또는 세라믹(예:질화 붕소)이 적당하다.
추가되는 바람직한 실시 형태에 있어서, 냉각 요소는 내열 재료로 이루어진 피복 처리된 용기 쪽에 위치한 벽 위에 놓인다. 이런 식으로 해서 상기 냉각 요소가 비교적 잘 보호될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 조치를 통해 용출되는 용융체에 비해 차가운, 냉각 요소에 인접한 용융체에도 영향을 미칠 수 있다.
이때, 상기 긴 틈새형 통로는 유지보수가 간편하고 경제적이며, 두 개의 부분으로 구성된다. 상기 한 부분은 설명한 바와 같이 구리로 이루어지고, 용융체로부터 떨어진 부분은 내열 재료 즉, 내열 석재로 이루어진다.
메니스커스에 영향을 확실히 주기 위해서, 냉각 요소는 용기 내부 방향으로 원뿔형 통로가 갖추어져 있다.
냉각 매체로는 액체와 기체가 적당하다. 무시할 수 없는 냉각 요소의 손상으로 인한 손실을 방지하기 위해서 물을 냉각 매체로 사용하는 경우 물은 흡입에 의하여 이송된다.
특별한 실시 형태로서 구불구불하게 이어진 냉각관들이 사용된다. 사용되는 구불구불한 관은 냉각제가 우선 틈새 부근에서 흐르도록 디자인된다. 상기 통로의 주둥이 영역에서 상기 금속 용융체로부터의 열전달은 용탕 온도에 따라 조절된다. 상기 용융체를 과도하게 냉각시킨 다면, 상기 용융체는 예를 들어 플라스마 버너와 같은 가열 장치에 의해 원하는 온도로 조절될 수 있다.
냉각 매체에 의해 열전달은 스트립 속도에 대응하여 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예는 이어지는 도면에 나타나 있다.
제1도는 바닥(11)과 용기 측벽(12)으로 구성된 용융체 용기를 나타낸다. 상기 용기 측벽은 금속 용기 외장제(13) 및 내열 내강제(14)를 포함한다.
상기 바닥은 통로(20)를 포함하는데, 상기 통로에서 용융체(S) 쪽을 향하는 주둥이는 제1도에서는 냉각함(25)으로 형성된 예를 들어 강철과 같은 금속으로 만들어진 도관부(22)를 갖는다.
상기 냉각함(25)은 매체 공급 장치(31)에 의해서 탱크(34)와 연결되고, 매체 배출 장치(32)에 의해서 펌프(33)와 연결된다.
상기 통로(20)을 통하여 상기 스트립(B)이 유도 롤러(41)에 의해 유도되어 용기 안의 용융체(S) 안으로 미끄러져 들어가서, 상기 스트립(B) 위에 피복층(K)이 결정화되며, 상기 피복층(K)은 용기의 위쪽에서 다듬질 롤러(42)에 의해서 이송되고, 최종 규격에 가깝게 평평해진다.
열 에너지를 측정하고 조절하기 위한 장치(51)가 상기 매체 배출 장치(32)에 연결된다.
제2도는 금속 도관부(22)를 수평으로 자른 단면을 나타낸다. 상기 금속 도관부는 제2도에서 공급 장치(31)와 배출 장치(32)에 연결된 냉각관(26)으로 형성되어 있다. 구불구불하게 뻗어있는 냉각관(26)들의 중앙에서 상기 스트립(B)은 가늘고 긴 통로(20)를 관통한다.
제2(a)도에서는 스트립의 양쪽으로 각각 두 개의 관이 연결되어 있다. 화살표는 냉각 매체 흐름의 방향을 나타낸다. 상기 냉각 매체는 배출 장치가 있는 스트립의 영역에서 구불구불한 냉각관에 평행하게 연속적으로 공급되기 위해서 우선 스트립의 주위를 돌고 있음을 알 수 있다.
제2(b)도에서는 총 세 개의 관이 옆으로 나란하게 배열되어 있다. 본 요약도에서는 스트립 가까이에 있는 냉각관이 비스듬하게 잘려져 있다. 더 자세히 말해서, 가늘고 긴 통로(20)는 원추형으로 용기의 내부 쪽으로 벌어져 있다.
상기 요약도에서 나타난 바와 같이, 원형 종단면과 사각형 종단면을 갖는 도관이 사용될 수 있다.
제3도는 금속 용기 외장제(13)와 내열 내장제(14)를 포함하는 용기의 단면도를 나타낸다. 더 자세히 말해서, 오른쪽은 탬핑 클레이(tamping clay)로, 왼쪽은 석재로 만들어진 용기의 단면도이다.
상기 통로(20)는 금속 용기 외장제(13)쪽으로 기울어져 내열 도관부(21) 위에 형성된 언덕을 포함한다. 더 자세히 말해서, 상기 언덕은 도면을 반쪽으로 나누어 보아 왼쪽에는 내열 석재(23)로, 오른쪽은 탬핑 클레이(24)로 형성되어 있다.
도면의 왼쪽은 냉각관(26), 오른쪽은 냉각함(25)으로 만들어진 금속 도관부(22)는 용융체 쪽으로 기울어지며, 상기 도관부(22)는 용기의 내부 쪽으로 내열 피복층(15)으로 덮인다.
상기 통로(20)는 스트립 두께(d)가 관통하는 관 내부 두께(D)를 갖는다.
용융체(S)를 관통하는 스트립(B) 위로 피복층(K)이 스트립이 이송되는 방향으로 결정화된다.
계속해서 제3도에서는 용융체(S)의 등온선이 나타나 있다. 금속 도관부(22) 영역에 위치하는 가늘고 긴 틈새형 통로 안의 온도가 응고점(TSOL) 가까이로 낮아진다. 용융/결정의 두가지 상이 공존하는 부위는 용융체가 가늘고 긴 틈새형 통로를 통해 용융체 용기로부터 빠져나가는 것을 방지한다.
두 상이 공존하는 부위에서부터 추가 등온선, 그리고 용융체 온도(TSOL)까지 나타나 있다. 가늘고 긴 틈새의 영역에서 스트립(B)과 냉각관(26)/냉각함(25) 사이에 메니스커스(M)가 형성된다. 금속 도관부(22)의 전면의 형태에 따라 메니스커스의 형태가 좌우되며, 상기 메니스커스는 원추형으로 형성된 전면에서 가늘고 긴 틈새형 통로(20) 쪽으로 깊게 돌출한다. 이때, 상기 용융체(S)는 완전히 응결되지 않아 아직은 연성이지만, 용융체가 도관으로부터 빠져 나오는 것이 방지될 만큼 굳은 상태에 있다.
상기 살펴본 바와 같이, 용탕은 용기 안으로의 유입의 시작인 가늘고 긴 틈새형 통로의 주둥이 영역에서 집중적으로 냉각되므로, 이 영역에서 온도의 하강이 일어난다. 이 결과, 응고점 보다 약간 높은 용융/결정의 두가지 상(相)이 공존하는 영역이 생기게 된다. 냉각된 모 스트립과 접촉하는 상기 두 상이 공존하는 영역은 높은 점성을 나타내기 때문에, 상기 두 상이 공존하는 영역은 스스로 복원되는 밀봉 장치의 기능을 하여 용융체가 틈새와 바닥 통로로 스며드는 것을 방지한다.
또한, 밀봉 장치로 작용하는 용융체가 많이 팽창하기 때문에, 관통하는 스트립을 위한 바닥 유입의 가늘고 긴 통로의 내벽 사이의 빈 공간의 크기는 관통한 스트립이 가늘고 긴 틈새형 통로에 닿지 않으며, 무엇보다도 메니스커스에 닿지 않고서 관통할 수 있다. 상기 모 스트립과 통로의 금속적인 접촉이 거의 없기 때문에, 구리가 통로의 재료로서 사용될 수 있다.
Claims (12)
- 금속 스트립이 용융체로 채워진 용기의 바닥에 의해 이송되고, 용융체가 결정화된 후 용기의 위에 장착되어 움직이는 롤러에 의해 상기 금속 스트립의 표면이 다듬질되는 얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 방법으로서, a) 상기 금속 스트립이 가늘고 긴 틈새형 통로를 접촉하지 않고 용기 내부로 유도되는 단계; b) 통로 주둥이 영역에서 금속 용융체가 집중적으로 냉각되어 용융과 결정의 두 상이 공존하는 부위가 50 내지 90% 결정화가 이루어지는 응고점 보다는 높은 온도를 나타내는 다계; 및 c) 상기 금속 스트립이 통로의 주둥이 영역에서 냉각된 용유체와 접촉하여 메니스커스를 형성하며, 상기 메니스커스의 근처에서 용융과 결정화의 두 상이 공존하는 부위의 용융체를 고상점 이상의 온도로 냉각하는 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 통로의 주둥이 영역에 메니스커스가 형성되도록 스트립 속도가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스트립의 속도에 대응하여 냉각 매체에 의해 열전달이 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 용탕 온도에 따라 열전달이 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 내열 내장제가 구비되고, 용융체로 채워지며, 바닥에 금속 스트립을 유도하기 위한 구멍이 있는 용기를 이용하여 제1항에 의한 방법을 실시하기 위한 얇은 금속 빌릿을 제조하기 위한 장치로서, 상기 구멍은 가늘고 긴 틈새형 통로(20)로 형성되고, 상기 통로의 내벽이 금속 스트립(B)의 표면으로부터 0.3 내지 1.0mm의 간격을 두고 떨어져 있고, 금속 도관부(22)가 상기 용융체(S)에 면하고 있는 통로의 주둥이에 냉각 요소로서 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 통로(20)의 도관부(22)가 강철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 통로(20)의 도관부(22)가 마모를 방지하기 위해 보호 피복층(27) 처리된 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 냉각 매체가 기체인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 통로(20)의 도관부(22)와 냉각수를 흡입하면서 움직이게 하는 이송 장치(33)가 매체 공급 장치(31)와 매체 배출 장치(32)에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 통로(20)의 도관부(22)가 원추형으로 용기 내부 쪽으로 벌어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제10항에 있어서, 용기 내부 쪽을 가리키는 벽의 상기 도관부가 내열 재료(15)로 이루어진 층으로 덮이는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제5항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 금속 도관부(22)로부터의 열 배출 및 열 공급을 측정하고 조절하는 장치(51)가 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
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