KR100368285B1 - 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤형 박판주조기에 채용되는 롤의 냉각능을 조절하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 주편의 양단부가 양호한 형상이 되도록 주조중 양 에지부의 냉각능을 조절하여 주편 양에지부에 발생되는 응고지연에 의한 이상 응고현상을 방지하여 주편의 형상품질 및 실수율 향상을 도모하는 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치에 관한 것이다.

본 발명은 냉각수가 흐르는 한쌍의 롤(1a)(1b)상부에 노즐(4)을 통해 용강을 공급하고, 상기 롤(1a)(1b) 사이로 용강을 통과시켜 주편(6)을 주조하는 박판주조기에 있어서, 상기 각 롤(1a)(1b)의 양 에지부에서 공급홀(32a)을 통해 가스를 분사할수 있도록 가스탱크(31)와 일단이 연결된 가스공급라인(33)의 타단에 연결되고, 하부면이 개방형성된 공급기(32)와, 상기 롤(1a)(1b)의 양 에지부 표면으로 가스가 분사되는 가스공급폭(W)을 조절하는 가스공급폭조절기(40)와, 상기 주편(6)의 폭방향으로 온도측정기(51)로서 측정한 온도를 수신하여 상기 주편(6)의 미응고정도에 따라 상기 가스공급라인(33)에 장착된 유량조절밸브(35)의 개폐정도를 조절하는 밸브제어기(53)를 제어하고, 상기 가스공급폭조절기(40)의 폭조절량을 조절하는 폭제어기(52)를 제어하는 메인제어기(54)를 포함하는 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치를 제공한다.

Description

쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치

본 발명은 쌍롤형 박판주조기에 채용되는 롤의 냉각능을 조절하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 주편의 양단부가 양호한 형상이 되도록 주조중 양 에지부의 냉각능을 조절하여 주편 양에지부에 발생되는 응고지연에 의한 이상 응고현상을 방지하여 주편의 형상품질 및 실수율 향상을 도모하는 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 쌍롤형 박판주조기를 도시한 개략도로서, 박판주조기(10)는 턴디쉬(3)에 담겨진 용강을 노즐(4)을 통하여 한쌍의 롤(1a)(1b)과, 그 양측면에 부착되는 에지댐(2)에 의해서 형성되는 공간에 용탕풀(pool)(5)이 형성되도록 한후, 서로 반대방향으로 상기 롤(1a)(1b)을 회전시키면서 그 외주면과 접하는 용강의 접촉을 통해 냉각수가 흐르는 상기 롤(1a)(1b)내부로의 열유출(heat flux)에 의해 상기 용강을 급속응고시켜 주편(6)을 주조하는 장치이며, 이러한 주조방식으로 주조된 주편(6)의 두께 방향으로 단면형상(profile)은 주조공간내에서 상기 롤(1a)(1b) 외측표면의 형상과 밀접한 관련이 있다.

여기서, 상기 주편(6)의 단면형상은 냉간압연공정단계에서 잘 압연되어 최종제품의 판평탄도를 양호하게 하기 위해서는, 사각형이든가, 약간 중앙부가 볼록한 형상으로 되는 것이 이상적이다. 이러한 이상적인 주편(6)의 단면형상을 가지기 위해서는, 각 롤(1a)(1b)의 모선은 주조공간에서 두 개의 롤(1a)(1b)이 최고로 근접하는 롤닙에서 일직선이든가, 약간은 오목한 형상인 것이 좋다.

그러나, 실제적 주조작업중에는 주조중 상기 롤(1a)(1b)이 용강에 의해서 높은 온도로 가열되기 때문에, 냉각시에는 완전히 직선의 모선으로 가지고 있던 롤도 열팽창으로 인해 외측표면이 볼록한 형상이 된다.

따라서, 주조후 응고된 주편(6)의 두께단면은 상기 롤(1a)(1b)사이의 간극부의 주조공간의 단면형상을 정확히 재현하기 때문에, 주편(6)의 중심부로부터 양에지부쪽으로 갈수록 두께가 약간 두꺼워지는 단면형상으로 제조된다.

이러한 단면형상이 불량한 주편(6)은 냉간압연시 압연불량을 유발시켜 최종제품의 품질 및 실수율을 크게 저하시키기 때문에, 일반적으로 상기 롤(1a)(1b)의 형상은 도 2에 도시한 바와같이, 주조중 롤(1a)(1b)의 열팽창현상을 보상하기 위해 중앙부(22)는 오목하고, 양 에지부(21)는 볼록한 형상으로 롤크라운(roll crown)(Cs)을 부여함에 불구하고, 도 3에 도시한 바와같이, 상기와 같은 형상을 갖는 롤(1a)(1b)를 통과하여 주조된 주편(6)폭 양단부(24)가 판두께 중심부의 미응고 용강의 벌징(bulging)현상에 의해서 폭중앙부(23)는 평평한 반면에 양단부(24)는 오히려 두꺼워지는 형상으로 주조된다.

상기와 같이 주편(6)의 양단부(24)에 벌징 또는 핫밴드(hot band)(Hs)현상이 발생되면, 주조된 박판의 품질을 저하시키고, 실수율 저하를 초래하는 심각한 문제를 야기시킴에 따라, 안정된 조업, 우수한 품질의 박판제조 및 실수율 향상측면에서 상기 롤(1a)(1b)의 폭방향 균일냉각은 필수적이고, 이를 위하여 여러 가지 방법이 제안되었다.

한편, 이러한 주편(6)의 양단부(24)의 벌징 또는 핫밴드(Hs)현상은 롤 양에지부(21)의 응고능 저하에 기인함에 따라, 이상 응고능을 방지하기 위해서는 국부적으로 롤 양 에지부(21)의 응고능을 증가시킴으로서 가능하다. 이에 대한 대책으로는 크게 롤 크라운 양을 조절하는 방법과 롤의 폭방향에서 냉각능을 다르게 하는 방법이 주로 고안되어 왔다.

먼저, 롤닙을 통과하는 주편(6)의 양단부(24)의 두께 중심부에서 고상률이 일정이상이 되도록 상기 롤(1a)(1b)의 크라운(Cs)양을 부여하여 주편(6)의 양단부(24)에서의 벌징현상은 방지할수 있었다(일본국 특개평 9-103845호). 그러나, 주조된 주편(6)이 폭 중앙부(23)의 두께가 양단부(24)보다 상당히 큰 단면형상을 가지게 되어 단면형상의 불량을 초래하기 때문에, 주조된 주편(6)을 곧바로 냉간압연공정으로 투입하는 것이 불가능하여 양단부(24)를 절단해야하는 등의 문제점이 있었다.

그리고, 롤 폭방향으로 냉각능을 다르게 하는 방법으로는 상기 롤(1a)(1b)내부를 흐르는 냉각수의 유로를 여러개로 분할하여 냉각능을 조절하는 것이 알려져 있다(일본국 특개평 6-297108호, 특개평 6-328205호). 그러나, 상기 냉각수의 유로를 구성하는 것이 복잡하여 롤의 제조단가가 증가되고, 폭방향으로의 냉각능을 충분히 균일화시킬수 없는 문제점이 있었다.

또다른 방법으로는 특개평 9-327753호에 개시된 바와같이, 롤(1a)(1b) 폭방향으로 냉각능력을 조정하기 위해서, 롤 외주면에 다수의 딤플(dimple)을 형성시키고, 상기 딤플의 밀도, 깊이 및 직경을 조정하여 롤(1a)(1b)의 중앙부(22)에서의 냉각능은 작게, 양 에지부(21)에서의 냉각능은 크게되도록 하였다. 그러나, 이러한 방법은 롤 중앙부(22)에 있어서 딤플의 깊이를 깊게, 직경을 크게 그 형성갯수를 많게 해야만 냉각능의 차등부여효과를 극대화시킬수 있는데, 상기와 같은 롤(1a)(1b)을 표면처리하게 되면, 롤 표면처리의 비용이 증가되고, 제조된 주편(6)도 중앙부(23)는 롤표면의 깊고, 큰 딤플전사에 의한 요철이 심하기 때문에, 주편(6)의 중앙부(23)의 표면조도가 양단부(24)에 비해 매우 높아져 압연성 뿐만 아니라 광택도와 같은 최종제품의 품질에도 큰 문제를 야기시키는 문제점이 있었다.

일반적인 쌍롤식 박판주조기(10)에서 주편양단부에서 발생되는 벌징이나 핫밴드와 같은 응고지연현상은 전술한 바와같이, 롤(1a)(1b)의 초기 크라운(Cs)의 양이나 롤(1a)(1b)의 표면처리 방법에 따라 큰 영향을 받지만, 또한 응고쉘과 롤(1a)(1b)사이의 가스갭의 종류나 조성에 의해서도 큰 영향을 받는다.

도 4는 딤플이 롤표면에 형성된 냉각롤로서 오스테나이트 스테인레스강을 박판주조할 때 응고쉘과 롤면간의 단열층으로 작용하는 가스의 조성변화에 따른 주편의 표면조도를 나타낸 것으로서, 동일한 롤 표면처리를 한 경우에도 분위기가스의 종류와 폭방향의 위치에 따라서 딤플전사에 의한 주편의 표면조도는 상당한 차이를 나타낸다. 분위기 가스로 질소를 사용한 경우는 용강내로 질소의 용해도가 커서 응고쉘과 표면과의 밀착성이 향상되어 전체적으로 냉각능이 향상되지만, 불용성 가스인 아르곤이나 용해도가 낮은 가스인 경우는 밀착성저하에 따른 냉각능이 감소 하게 된다. 따라서, 오스테나이트 스테인레스강의 박판주조시 분위기가스로는 질소가스가 적합하다.

한편, 동일한 롤(1a)(1b) 표면처리와 동일한 분위기 가스를 사용하더라도 롤 양단부에서 응고지연현상이 쉽게 일어나는 첫 번째 원인으로는 도 5에 도시한 바와같이 응고쉘이 S자방향으로 응고수축에 의한 응고쉘 들뜸현상이 롤(1a)(1b) 양단부에서 일어나 갭(G)을 형성하는 것이고, 두 번째원인으로는 롤(1b)(1b) 폭방향으로 동일한 양의 질소가스를 공급하더라도 양 에지부는 실링이 저하되기 때문에 산소등과 같은 타 종류의 가스오염이 발생되기 때문이다. 따라서, 이러한 두가지 원인에 의해 양 에지부는 롤(1a)(1b)중앙부에 비해 냉각능 저하가 현저하게 되어 벌징이나 핫밴드등과 같은 미응고현상이 발생하게 되어 주편(6)의 품질을 저하시키는 것이다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 그 목적은, 롤사이를 통과하여 주조되는 주편의 양단부가 양호한 형상이 되도록 주조중 주편의 형상변화에 상응되도록 롤 양에지부의 표면에 질소를 공급하여 롤 양단부의 냉각능을 증대시킴으로서 주편의 양단부에 발생되는 응고지연에 의한 이상 응고현상을 방지하여 주편의 품질 및 실수율을 향상시킬 수 있는 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치를 제공하고자 한다.

도 1은 일반적인 쌍롤형 박판주조기를 도시한 개략도.

도 2는 일반적인 쌍롤형 박판주조기에서 크라운을 갖는 롤형상을 도시한 개략도,

도 3은 일반적인 쌍롤형 박판주조기에서 주조된 미응고의 주편형상을 도시한 개략도,

도 4는 딤플이 롤표면에 형성된 롤로서 주조된 주편의 표면조도를 도시한 개략도,

도 5는 쌍롤형 박판주조기에서 롤과 응고쉘의 압착상태를 도시한 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치를 도시한 측면도,

도 7은 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치를 도시한 평면도,

도 8은 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치에 채용되는 가스공급폭조절기를 상부에서 바라본 평면도.

* 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 *

1a,1b ....... 롤 2 ....... 에지댐

3 ...... 턴디쉬 4 ....... 노즐

6 ...... 주편 31 ...... 가스탱크

32 ..... 공급기 32a ..... 공급홀

33 ..... 가스공급라인 40 ..... 가스공급폭조절기

41 ..... 실린더 42 ..... 차단판

43 ..... 드래그체인 44 ..... 가이드웨이

51 ..... 온도측정기 52 ..... 폭제어기

53 ..... 밸브제어기 54 ..... 메인제어기

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,

냉각수가 흐르는 한쌍의 롤상부에 노즐을 통해 용강을 공급하고, 상기 롤 사이로 용강을 통과시켜 주편을 주조하는 박판주조기에 있어서,

상기 각 롤의 양 에지부에서 공급홀을 통해 가스를 분사할수 있도록 가스탱크와 일단이 연결된 가스공급라인의 타단에 연결되고, 하부면이 개방형성된 공급기;와,

상기 롤의 양 에지부 표면으로 가스가 분사되는 가스공급폭을 조절하는 가스공급폭조절기;와,

상기 주편의 폭방향으로 온도측정기로서 측정한 온도를 수신하여 상기 주편의 미응고정도에 따라 상기 가스공급라인에 장착된 유량조절밸브의 개폐정도를 조절하는 밸브제어기를 제어하고, 상기 가스공급폭조절기의 폭조절량을 조절하는 폭제어기를 제어하는 메인제어기;를 포함함을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치를 마련함에 의한다.

본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치(100)는 도 6 내지 8에 도시한 바와같이, 용강을 롤(1a)(1b)사이로 통과시겨 주편(6)을 주조할 때 상기 주편(6)의 양 에지부에서 발생되는 미응고정도에 따라 불활성가스인 질소가스를 분사하여 냉각능을 조절함으로서, 용강의 응고쉘과 롤(1a)(1b)과의 밀착성을 증대시켜 균일한 단면형상을 갖는 양호한 주편(6)을 얻고자 하는 것이다.

즉, 주조되는 주편(6)의 양에지부에 미응고가 발생될 때 상기 롤(1a)(1b)의 양에지부의 상단부근에서 불활성가스인 질소가스를 공급하는 공급기(32)는 하부면이 개방된 박스부재이며, 용해도가 커서 롤(1a)(1b)표면과의 밀착성이 높아 상기 롤(1a)(1b)의 냉각능을 향상시키는 질소가스가 채워진 가스탱크(31)를 갖추며, 상기 가스탱크(31)와 일단이 연결된 가스공급라인(33)은 상기 각 롤(1a)(1b)의 양 에지부 상단부근에서 용강과 롤(1a)(1b)이 서로 접하는 표면으로 질소가스를 공급할수 있도록 상기 공급기(32)와 타단이 연결되어 질소가스가 하방으로 분사되는 공급홀(32a)을 형성한다.

상기 가스공급라인(33)에는 상기 가스탱크(31)의 질소가스의 공급유로를 단순히 열고 닫는 차단밸브(34)와 개방된 차단밸브(34)를 통해 상기 공급기(32)로 공급되는 질소가스의 양을 적절히 조절할수 있도록 후술하는 밸브제어기(53)에 의해서 개폐정도가 조절되는 유량조절밸브(35)를 갖추어 구성한다.

그리고, 상기 가스공급폭조절기(40)는 질소가스가 공급되는 가스공급라인(33)과 연결된 공급기(32)로부터 상기 롤(1a)(1b)의 폭방향으로 상기 롤(1a)(1b) 양 에지부 표면으로 분사되는 질소가스의 가스공급폭(W)을 적절히 넓히거나, 좁히는 조절장치이다. 이러한 가스공급폭조절기(40)는 도 8에 도시한 바와같이, 하부면이 개방된 공급기(32)의 내부면에 상기 롤(1a)(1b)의 폭방향으로 활주이동가능하도록 조립되는 차단판(42)과, 상기 공급기(32)의 길이방향과 동일한 방향으로 나란하게 설치되고, 상기 차단판(42)에 일단이 연결되는 드래그체인(drag chain)(43)의 타단을 로드선단에 클램프(45)로서 연결구성한 한쌍의 실린더(41)와, 유압유가 공급되고, 배출되는 유압호스(46)와 연결된 실린더(41)의 전,후진작동에 따른 상기 드래그체인(43)의 밀림, 당김이동을 안내하도록 상기 공급기(32)의 선단에 각각 장착되는 'Ｕ'자형 단면구조의 가이드웨이(guide way)(44)로 구성된다.

이에 따라, 후술하는 폭제어기(52)로서 상기 실린더(41)의 전,후진작동을 제어하면, 상기 드래그체인(43)은 가이드웨이(44)을 통해 후렉시블하게 휘어져 밀려지거나, 당겨지면서 상기 차단판(42)과 연동되기 때문에, 상기 차단판(42)을 공급홀(32a)측으로 이동시켜 가스공급폭(W)을 줄이거나, 상기 차단판(42)을 공급홀(32a)로부터 멀리 이격시켜 가스공급폭(W)을 넓힐수 있는 것이다.

또한, 상기 롤(1a)(1b)사이를 통과하면서 주조되는 주편(6)의 폭방향으로 온도를 측정하여 상기 주편(6)의 폭방향으로의 미응고정도를 확인하는 온도측정기(51)를 갖추며, 상기 온도측정기(51)로서 주편(6)의 폭방향으로 측정한 온도를 수신하여 상기 주편(6)의 미응고정도에 따라 질소가스를 공급하는 공급기(32)에서의 가스공급폭(W)을 조절할수 있도록 실린더(41)의 전,후진작동을 제어하는 폭제어기(52)와, 질소의 공급량을 조절하는 유량조절밸브(35)의 개폐정도를 조절하는 밸브제어기(53)와 각각 전기적으로 연결되어 이들을 주편(6)의 미응고 정도에 따라 적절히 제어하는 메인제어기(54)로 이루어져 있다.

상기와 같은 본 발명의 롤 냉각능 조절장치(100)를 이용하여 주편(6)의 미응고현상을 방지하고자 하는 경우, 마주하는 롤(1a)(1b)사이로 용강을 통과시켜 주편(6)을 주조하는 과정에서 상기 주편(6)의 양단부에 미응고현상이 발생되어 상기 주편양단부가 중앙부에 비해 온도가 상대적으로 높아지는 현상이 온도측정기(51)에 의해서 관찰되면, 온도가 높은 부위와 대응되는 롤폭만큼 냉각능을 증가시킬 필요가 있다.

이에 따라, 상기 온도측정기(51)로부터 전달되는 온도신호를 수신한 메인제어기(54)로서, 상기 롤(1a)(1b)의 양에지부에 형성된 미응고부위에서의 가스공급폭(W)을 계산하여 결정하고, 상기 공급기(32)를 통해 상기 롤(1a)(1b)의 양에지부로 공급되어야할 질소가스공급량을 결정하면, 결정된 가스공급폭(W)을 수신한 가스공급폭조절기(40)에 의해서 실린더(41)의 로드선단을 전진 또는 후진작동시키기 때문에, 가스공급라인(33)과 연결된 공급기(32)내에 상기 롤(1a)(1b)의 폭방향으로 활주이동가능하도록 조립된 차단판(42)을 이동시켜 공급홀(32a)을 통해 질소가스가 분사되는 공급기(32)의 가스공급폭(W)을 미응고부위에 맞추어 넓히거나 좁힐수 있는 것이다.

이와 동시에, 결정된 가스공급량을 수신한 밸브제어기(53)에 의해서 질소가스를 공급하는 가스공급라인(33)과 연결된 유량조절밸브(35)의 개폐정도가 크게 또는 적게 조절되기 때문에, 상기 가스공급폭조절기(40)로서 가스공급폭(W)이 조절된 공급기(32)의 공급홀(32a)을 통해 결정된 가스공급량만큼 질소가스를 분사하여 짧은 시간내에 롤표면온도를 낮추어 냉각능을 증대시킬수 있다.

이때, 상기 질소가스의 공급량은 주조되는 주편(6)의 표면온도를 폭방향으로 측정하는 온도측정기(51)에 의한 온도분포가 폭방향으로 균일해질 때 까지 질소가스의 공급량을 증대시켜 상기 롤(1a)(1b) 양 에지부에서의 냉각능을 증가시킨다. 그리고, 상기 주편(6)의 폭방향으로 온도분포가 균일해지면 질소가스의 공급량을 일정하게 유지한다.

상기 주편(6) 양에지부에서 발생하는 미응고 현상은 롤 표면처리, 분위기가스의 유량과 농도, 용강의 온도등 여러 가지 조업인자로 인해 수시로 발생되고, 상기 롤(1a)(1b) 양단부 4곳은 각각 다른 조건에 의해서 미응고현상이나 그 정도가 매우 달라질수 있기 때문에, 이에 대한 적극적인 대처방안으로 마주하는 상기 두 개의 롤(1a)(1b)양단부에 각각 질소가스를 공급하는 공급기(32)와, 가스공급폭(W)을 조절하는 가스공급폭조절기(40)를 각각 갖추어 구성하고, 상기 메인제어기(54) 및 밸브,폭제어기(52)(53)로서 독립적으로 조절이 가능하도록 한다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 주편(6)의 양단부가 양호한 형상이 되도록 주조중 주편에지부에 발생되는 응고지연에 의한 벌징이나 핫밴드 등과 같은 이상 응고현상을 주편(6)의 폭방향으로의 온도를 검출하는 온도측정기(51)로서 검출하면, 즉각적으로 질소가스를 공급기(32)를 통해 롤에지부에 분사하여 짧은 시간내에 롤온도를 낮추어 냉각능을 증대시키고, 롤양단부에서의 질소농도를 높여 응고쉘과 롤(1a)(1b)간의 밀착성을 증대시킴으로서, 조업의 안전성을 향상시키고, 주편(6)의 형상품질 및 실수율을 향상시킬수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (2)

1. 냉각수가 흐르는 한쌍의 롤(1a)(1b)상부에 노즐(4)을 통해 용강을 공급하고, 상기 롤(1a)(1b) 사이로 용강을 통과시켜 주편(6)을 주조하는 박판주조기에 있어서,

   상기 각 롤(1a)(1b)의 양 에지부에서 공급홀(32a)을 통해 가스를 분사할수 있도록 가스탱크(31)와 일단이 연결된 가스공급라인(33)의 타단에 연결되고, 하부면이 개방형성된 공급기(32)와,

   상기 롤(1a)(1b)의 양 에지부 표면으로 가스가 분사되는 가스공급폭(W)을 조절하는 가스공급폭조절기(40)와,

   상기 주편(6)의 폭방향으로 온도측정기(51)로서 측정한 온도를 수신하여 상기 주편(6)의 미응고정도에 따라 상기 가스공급라인(33)에 장착된 유량조절밸브(35)의 개폐정도를 조절하는 밸브제어기(53)를 제어하고, 상기 가스공급폭조절기(40)의 폭조절량을 조절하는 폭제어기(52)를 제어하는 메인제어기(54)를 포함함을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가스공급폭조절기(40)는 상기 공급기(32)의 내부면에 상기 롤(1a)(1b)의 폭방향으로 활주이동가능하도록 조립되는 차단판(42)과, 상기 공급기(32)의 길이방향과 동일한 방향으로 나란하게 설치되고, 상기 차단판(42)에 일단이 연결되는 드래그체인(43)의 타단을 로드선단에 클램프(45)로서 연결구성한 한쌍의 실린더(41)와, 상기 실린더(41)의 전,후진작동에 따른 상기 드래그체인(43)의 밀림, 당김이동을 안내하도록 상기 공급기(32)의 선단에 각각 장착되는 'Ｕ'자형 단면구조의 가이드웨이(44)로 이루어짐을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기의 롤 냉각능 조절장치.