KR100301692B1 - 롤사이연속주조용장치의가동개시방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 스트립용 연속 롤-주조기, 특히 상기 연속 롤-주조기의 가동개시를 의한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의하면 용융된 액체금속 공급을 제어하고 주입 위치를 계속적으로 조정하여 얇은 두께의 주조된 스트립을 얻을 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

롤 사이 연속주조용 장치의 가동개시 방법 및 장치

제 1 도는 롤-주조기의 개략적인 단면도;

제 2 도는 롤-주조기의 개략적인 평면도;

제 3a 도는 종래의 탱크/주입기 조립체의 부분을 나타내는 도면;

제 3b 도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탱크/주입기 조립체의 부분을나타내는 도면;

제 4a도는 탱크의 폭이 주입기의 중심영역 폭보다 작은 탱크/주입기 조립체의 사시도;

제4b도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탱크/주입기 조립체의 사시도로서, 탱크 폭이 주입기 중심영역의 폭과 동일한 것을 나타내며;

제 5a 도는 탱크/주입기 조립체의 사시도로서, 탱크와 중심영역사이의 통로가 그전 폭을 따라서 분리 배치된 통로에 의해 관통된 보강판에 의해 닫힌 것을 나타내며;

제 5b 도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탱크/주입기 조립체의 사시도로서, 탱크와 주입기의 중심영역 사이의 통로가 완전히 개방되며 댐이 폭 전체에 걸친 연속판으로 구성된 것을 나타낸다.

* 도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명

1 : 주입기 11 : 탱크

12 : 주입기의 중심영역 13 : 단부 립

14 : 댐 15 : 주입기 상부

16 : 주입기 하부 21 : 높이 센서

22 : 구동기구 23 : 제 1 조절기

31 : 로 41 : 주입기 지지부

42 : 위치센서 43 : 이동기구

본 발명은 롤 사이로 알루미늄과 그 합금을 연속주조(일반적으로 롤-주조라 함)하는 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 두께 4.5mm 또는 그 이하인 알루미늄이나 알루미늄합금 스트립의 주조에 관한 것이다.

백여가지 이상이 롤-주조기가 현재 산업적인 규모로 사용되고 있으며 6∼10mm 두께 범위의 알루미늄 스트립을 년간 100만톤 이상 생산하고 있다.

스트립은 이 후 냉간 압연되어 요구되는 적용분야에 따른 최종 두께로 생산된다. 음료수 캔에 사용되도록 고안된 스트립은, 예를 들면, 연속주조기 로부터 취출되어 나올때의 출발두께 6/10 mm에서 약 0.3mm로 감소되도록 냉간 압연된다.

오랜동안 이와 같은 롤-주조기의 생산자와 사용자들은 롤 주조된 스트립의 두께를 감소시켜 이후의 필요한 냉간압연 패스의 수를 줄이는 것 및 이에 따른 비용절감에 관하여 고찰해왔다. 하나의 특이한 동기가 흔히 롤-주조와 주형내에서 슬랩으로 주조된 슬랩을 종래의 압연 밀에서 열간압연하는 것으로 구성된 종래의 공정이 조합되는 예에 포함된다. 종래의 열간 압연 밀은 2/3mm 두께의 스트립을 생산한다. 롤-주조기가 이 두께의 스트립을 생산할 수 있다면, 하향의 냉간 압연 라인은 롤-주조나 종래의 공정으로부터 공정 종류에 상관없이 스트립을 수용할 수 있으며 결과적으로 바람직한 생산구조와 냉간압연 밀의 바람직한 생산성을 얻을 수 있다.

다른 오랫동안 존재해왔던 보다 얇은 두께의 롤 주조된 스트립에 대한 요구는 롤-주조 공정의 디지달 시뮬레이션으로부터 기인한다. 이들 연구는 보다 얇은 주조 스트립을 주조함에 의해서, 스트립의 폭이 일정할 때 두께가 감소되면 주입속도가 시간당 톤으로 나타내는 주조기의 생산성이 증가하는 지점까지 증가할 수 있다는 것을 보여준다. 이들 시뮬레이션 연구는 실험실 테스트와 파일럿 테스트에 의해서 확인되었다.

따라서 두께가 한정된 주조에 의해서 일석이조의 효과를 얻을 수 있음을 착안할 수 있다. 첫째로 주조장치의 생산성을 증가시킬 수 있고 스트립의 가격을 낮출 수 있다. 두번째로 최종 두께에 근접한 스트립이 생산될 수 있고 따라서 이후에 더 적은 전환비용이 필요하다

이와 같은 잠재적인 효과에도 불구하고 얇은 스트립(4.5 mm 또는 그 이하)의 롤-주조는 아직까지 산업적인 규모로 개발되지 않았다. 주요한 방해요소중의 하나는 주조기 가동 개시의 어려움이다.

심지어 종래의 연속주조기(스트립 두께 6∼10mm)의 가동개시도 간단한 일이 아니다. 첫째로 액체 금속을 폭 방향으로 균일하게 분배시키는 것이 중요하다(2 미터 폭 까지의 스트립이 주조된다.) 두번째로 스트립의 길이방향으로의 너무 빠른 응고로 인한 장치의 걸림과 너무 느린 응고로 인해 액체금속이 주조기 출구에 나타나는 것과의 균형을 이루는 것이 필요하다.

특히 이와 같은 두가지 면을 제어하는 것이 두께 4.5mm 이하로 주조할 때 더 어려운 것이 명확하다. 이것이 박판 롤-주조의 산업적인 개발을 오랫동안 방해한 원인이며 본원 발명이 해결하고자 하는 과제이다.

본 발명의 첫번째 목적은 두께 4.5mm 또는 그 이하의 알루미늄 또는 알루미늄합금 스트립을 생산하는 롤-주조기의 가동 개시를 위한 방법을 제공하는 것이며 다음과 같이,

- 주입기의 탱크내 액체 금속의 높이를 검지하기 위한 센서를 설치하는 단계;

- 탱크와 주입기 중심영역 사이에 하나이상의 이동가능한 댐을 설치하는 단계;

- 주입기 조립체를 예비가열 하는 단계;

- 롤의 회전을 개시하는 단계;

- 액체금속의 공급을 개시하는 단계;

- 탱크내 액체금속이 설정 높이에 도달하면 댐을 개방하는 단계;

- 탱크내 액체금속의 높이를 자동으로 조절하는 단계; 및

- 가동개시 동안에 주입기의 위치를 조정하여 주입기의 립(lip)과 롤 사이의 거리를 일정하게 유지하는 단계를 구비하는 것이 특징이다.

본 발명의 두번째 목적은 두께 4.5mm 또는 그 이하의 알루미늄 또는 알루미늅합금 스트립을 생산하는 롤-주조기에 액체금속을 공급하는 장치를 제공하는 것이다. 상기 장치는 정상상태 조건에서 주조기에 액체금속을 공급하는 작용을 하지만 또한 주조기 가동 개시시의 문제점을 해결한다.

이 장치는 다음과 같이 구성된다.

- 롤(51) 사이에 액체금속을 공급하며 탱크(11), 중심영역(12) 및 단부립(13)으로 구성된 주입기(1);

- 탱크(11)와 주입기의 중심영역(12) 사이의 이동가능한 하나 이상의 댐(14);

- 탱크(11)내에 위치하며 액체금속 높이를 검지하는 센서(21);

- 더 크게 또는 더 작게 공급 로를 기울이거나 또는 공급로의 오리피스를 개방하는 구동요소(22);

- 높이 설정 지점을 가지며, 상기 설정 지점과 상기 높이 센서(21)에 의해 공급되는 실제 높이를 비교하여 결과적으로 높이 규정을 지기기 위해 상기 구동기구(22)에 작용하는 제 1 조절기(23);

- 이동기구(43)에 의해 금속 흐름 축에 수평으로 그리고 금속 흐름축에 수직으로 이동할 수 있고 위치센서(42)를 구비한 주입기 지지부(41);

- 주입기 지지부(41)용의 이동 설정 지점을 가지며, 상기 설정지점과 위치센서(42)에 의한 실제위치를 비교하여 결과적으로 상기 주입기 지지부(41)를 이동시켜서 설정 지점에 일치시키기 위한 제 2 조절기(44).

본 발명의 범위 내에서, 종래에 두꺼운 스트립(6∼10mm)용의 롤-주조에 사용되던 주입기가 사용될 수 있다. 이들 주입기는 형상의 변화가 심하고 차단벽과 보강부를 구비(또는 구비하지 않음)하며 일반적으로 세라믹 파이버와 같은 내화재료로 만들어진다.

종래의 주입기가 제 3a 도에 도시되어 있다.

주입기는 상부(15)와 하부(16)를 구비하며 이들 사이로 액체금속이 흐른다. 주입기는 세개의 영역: 로(31)에서 액체금속을 수용하며 탱크(11)로 불리는 상류영역, 여러개의 차단벽과 보강부를 구비하는 중심영역(12) 및 롤의 끝부분에 립(13)으로 불리는 단부영역을 구비한다.

종래의 주입기가 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다 하더라도, 본 출원인은 얇은 판(4.5mm 또는 그 이하)을 주조하는 특히 어려운 경우에는 다음과 같은 특징을 갖는 특정한 주입기를 사용하는 것이 효과적이라는 점을 보였다. 첫번째로 액체금속과 접촉하는 두개의 립(13)의 내부면이 평행하고 두번째로 중심영역(12)내에서 그 상부(15)와 하부(16)사이의 거리가 즉, 주조기가 가동중일때 액체금속의 두께에 대응하는 거리가 주입기 단부에서의 두개의 립(13)의 내부 평행면사이의 거리보다 크게 되도록 고안된 주입기를 사용하는 것이 효과적이다. 따라서 본 발명의 범위내에서 얇은 스트립(4.5mm 또는 그 이하)의 주조개시시에 매우 바람직한 것으로 판명된 금속 배치가 생성된다.

최대의 효과는 주입기 중심영역내 액체금속의 두께가 립 사이의 액체금속의 두께 보다 1.5 내지 5 배 클때 얻어진다.

이와 같은 형태의 주입기는 제 3b 도에 도시되어 있다.

로에서 나오는 액체금속을 수용하여 주입기의 중심영역(12)에 분배하는 탱크(11)는 주입기 중심영역(12)의 폭보다 작은 폭을 가질수 있다. 이는 제 4a 도에 도시된 경우이다. 그러나 이경우에 "데드" 존이 액체금속의 흐름내에 생성되어 가동개시 국면동안의 액체금속의 온도를 조절하는 것을 더욱 어렵게 한다. 얇은 스트립(4.5mm 또는 그 이하) 주조를 개시하기 위해서는 주입기(제 4b 도)의 중심영역의 폭과 동일한 폭의 탱크를 사용하는 것이 바람직하다. 이 탱크는 탱크내의 액체금속의 온도를 균일화 하기 위한 전자기 교반기를 구비하거나 또는 구비하지 않을 수 있다.

탱크(11)를 주입기의 중심영역(12)로 부터 분리시키는 댐(14)에는 여러가지 형태가 가능하다. 제 5a 도는 주입기가 탱크(11)와 중심영역(12)사이의 통로가 주입기의 전 폭에서 완전히 개방되도록 고안된 주입기의 형태를 나타낸다. 이 경우에 대응하는 댐(14)은 폭의 전길이에서 연속하는 판으로 형성된다. 제 5b 도는 탱크(11)와 주입기의 중심영역(12)사이의 통로가 주입기와 일체로 형성된 보강판에 의해 닫힌 것이 도시되어 있다. 이 보강판은 주입기의 폭 전체에 걸쳐서 분포된 여러개의 통로에 의해 관통되어 있다. 댐(14)은 각각의 개구와 직각으로 위치한다.

이와 같은 모든 형태는 본 발명의 관점내에서 가능하다. 댐에 사용되는 재료는 내화재료 또는 코팅된 강철등과 같은 알루미늄 주조에 사용되는 모든 종래의 재료이다.

로에서부터 롤 까지의 전길이에 걸친 온도제어는 성공적인 가동개시의 중요한 요소이다. 특정한 설비에서는 로의 열적 관성 또는 탈개스 및/또는 연속적으로 작동하는 여과 시스템이 온도제어를 더욱 어렵게 만든다. 가동개시를 위한 최적조건은, 액체금속의 온도가 관련되는 한, 정상상태 조건과는 크게 다를 수 있으며, 가동개시의 모드에서 정상상태 모드로의 전환은 상당한 시간을 필요로 하고, 이는 주조기의 생산성과 스트립의 품질의 균일성에 나쁜 영향을 미친다. 이 경우 로 또는 관련된 크루시블(crucible)내에 정확한 온도로 유지된 여분의 액체금속을 제공하는 것이 도움이 된다. 이 여분의 액체금속은 가동개시모드 중에 로에서부터 나오는 액체금속을 치환하거나 또는 이에 더해진다.

본 발명의 범위내에서 일반적인 알루미늄 주조에 사용되는 종래의 높이-조절 시스템을 사용하는 것이 가능하다. 센서(21)는 유도 또는 용량성(capacitive) 또는 레이져 센서일 수 있다. 구동기구(23)는 플런저 또는 플랩 구동기구로 할 수 있다. 그러나 본 발명자는 얇은 스트립(4.5mm 또는 그 이하) 주조의 가동개시에는 용량성 센서를 사용하는 것이 특히 효과적임을 보였으며, 상기 센서는 빠른 응답시간이라는 이점을 가진다.

본 발명의 간단화한 형태에서 조절기(23)에 대한 지시명령으로서 제공된 높이변화를 조절하는 규정은 이전에 실험에 의해서 미리 확립된 시간의 함수인 규정이다. 또한 시간이 아닌 주조속도에 의존하는 높이 조절규정을 조절기(23)에 대한 지시명령으로서 제공하는 것이 가능하다. 마지막으로 시간의 함수로 미리 확립된 높이 조절규정과 높이가 주어진 범위에서 벗어날때 주조속도를 측정함에 의해 높이를 수정할 수 있도록 조합시킨 방안을 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 간단화한 형태내에서, 조절기(44)에 대한 지시명령으로서 제공된 주입기 지지부의 변위를 조절하는 규정은 이전의 실험에 의해 미리 확립된 규정이며 시간의 함수이다. 또한 롤의 클램핑에 따라 주입기 지지부의 변위를 조절하는 규정 또는 주입기 위치의 원래장소의 측정에 따른 주입기 지지부의 변위 조절규정을 구비한 조절기(44)를 제공하는 것이 가능하다. 마지막으로 변위 조절규정이 미리 확립된 규정과 시간의 함수를 조합시킨 방안이며 이들 변수들이 주어진 범위에서 벗어날때 롤의 클램핑의 측정 및/또는 주입기 위치의 측정에 의해 수정가능한 변위 조절규정을 채용할 수 있다. 이와 같은 주입기 위치의 계속적인 조절의 목적은 롤 립 사이의 거리를 0.1 에서 0.5mm 범위로 유지시키고 주입기 중앙면이 두개의 롤로부터의 거리가 동일한 주조면(53)과 동일 위치에 있도록 하는 것이다.

요구되는 정확도와 알루미늄 주조의 특별한 환경을 고려하면 위치를 조절할 수있게 하는 주입기 지지판의 정확한 변위는 종래의 어떠한 기계 수단에 의해 가능하다. 예를 들면 스테퍼 모터가 매우 바람직하다.

본 발명에 따른 가동개시 방법과 장치는 전 공정이 자동화될때 완전한 효율을 달성할 수 있고 따라서 수동조작에 의한 불량을 제거할 수 있다. 그러나 또한 댐을 여는 동작과 같은 것에 사람이 개입하는 것을 허용하면서 본 발명에 따른 공정을 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법이 완전히 자동화된 경우에는 상세한 단계는 다음과 같다.

- 주조될 스트립의 두께 및 합금에 관한 데이터의 수동 입력;

- 높이 및 주입기의 변위를 제어하는 규정을 파일에서 찾기 위한 자동검색;

- 탱크, 주입기 및 롤내의 온도개시를 위한 지시명령을 자동검색;

- 적합한 센서에 의한, 이들 지시명령들이 이행되었는지에 대한 자동검증 및 댐이 닫혔는 지에 대한 자동 검증;

- "가동개시 준비"를 표시;

- 장치의 수동 풀림;

- 롤 회전의 자동 개시;

- 설정된 높이에 도달했을때 댐의 자동 개방;

- 선택된 규정에 따라 탱크 높이 측정용 센서-구동기구 쌍에 의한 액체금속 공급의 자동조절;

- 선택된 규정에 따른 주입기 위치의 자동 조정.

Claims (16)

1. 최대 두께가 4.5mm인 알루미늄 또는 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법에 있어서,

   주입기(12)의 중심영역에 액체금속을 공급하는 탱크(11)내에 높이 센서(21)를 설치하고;

   탱크(11)와 주입기(12)의 중심영역 사이에 하나 이상의 이동가능한 댐(14)을 설치하고;

   탱크(11) 및 주입기(12)의 중심영역을 예비 가열하고;

   주조기의 롤(15)을 예비 가열하고;

   롤(51)의 회전을 개시하고;

   액체금속의 공급을 개시하고;

   액체금속이 탱크(11)내 설정 높이에 도달했을때 댐(14)을 개방하고;

   탱크(11)내 액체금속의 높이를 조절하고;

   주입기의 립(13)과 롤(51) 사이의 거리를 일정하게 유지하기 위해 주입기의 위치를 조정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   완전히 자동화된 방식으로 여러 단계가 개시되는 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   탱크내 액체금속의 높이제어는 이전에 미리 확립된 규정에 따르며 시간의 함수인 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   주입기 지지부의 변위제어는 미리 확립된 규정에 따르며 시간의 함수인 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   탱크내 액체금속의 높이 조절을 제어하는 규정이 주조속도의 함수인 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   주입기 지지부의 변위 제어 규정이 롤의 클램핑의 함수인 것을 특징으로 하는롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   주입기 립과 롤 사이의 거리의 원래 위치에서의 측정의 함수로서 이 거리를 0.1 내지 0.5mm 사이로 유지하기 위해 주입기 지지부가 변위되는 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   탱크내 액체금속의 높이 조절을 제어하는 규정이 시간의 함수와 롤 클램핑 함수인 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   주입기 지지부의 변위 제어를 위한 규정이 시간의 함수와 롤 클램핑 함수인 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동개시를 위한 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    주입기 지지부의 변위 제어를 위한 규정이 시간의 함수와 주입기 립과 롤 사이 거리의 원래 위치에서의 측정의 함수인 것을 특징으로 하는 롤-주조기의 가동 개시를 위한 방법.
11. 두께가 4.5mm 이하인 알루미늄 또는 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 롤-주조기에 액체금속을 공급하기 위한 장치에 있어서,

    롤 사이에 액체 금속을 공급하도록 고안된 탱크/주입기 조립체(11,12,13);

    탱크(11)와 주입기(12)의 중심영역 사이 액체금속의 통로를 폐쇄하고 개방할 수 있는 하나 이상의 이동가능한 댐(14);

    탱크(11)내 액체금속용의 높이 센서(21);

    더 크게 또는 더 적게 로를 기울이거나 로의 오리피스를 개방하는 구동기구(22);

    지시명령으로서의 높이 규정을 가지며 상기 지시명령과 높이 센서에 의한 실제 높이를 비교하여 높이 규정을 만족시키기 위해 구동기구(22)에 작용하는 제 1조절기구(23);

    액체금속의 흐름축에 수평하고 상기 축에 수직하게 이동할 수 있으며 위치센서(42)가 구비된 주입기 지지부(41); 및

    지시명령으로서의 변위 규정을 가지며, 상기 지시명령과 위치센서(42)로부터 실제 위치를 비교하여 상기 규정을 만족시키기 위해 주입기 지지부(41)를 변위시키는 제 2 조절기(44)를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤-주조기에 액체금속을 공급하기 위한 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    롤 위의 주입기 단부가 립(13)으로 구성되며 액체금속과 접촉하는 상기 립의 내부표면이 평행한 것을 특징으로 하는 롤-주조기에 액체금속을 공급하기 위한 장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    주입기(12) 중심영역내 액체금속의 두께가 단부 립(13) 사이의 두께 보다 큰것을 특징으로 하는 롤-주조기에 액체금속을 공급하기 위한 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    주입기(12) 중심영역내의 액체금속의 두께가 단부 립(13) 사이의 두께 의 1.5 내지 5 배인 것을 특징으로 하는 롤-주조기에 액체금속을 공급하기 위한 장치.
15. 제 11 항에 있어서,

    탱크(11)가 주입기(12) 중심영역의 폭과 동일한 폭을 가져서 탱크와 주입기 중심영역 사이의 통로가 폭 전체에 걸쳐서 개방되며, 댐(14)이 폭 전체에 걸친 연속적인 판인 것을 특징으로 하는 롤-주조기에 액체금속을 공급하기 위한 장치.
16. 탱크(11)내 액체금속용의 높이 센서(21)가 용량 센서인 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 따른 방법에 사용되는 장치.