KR100406375B1 - 쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철 및 비철 금속과 그 합금을 용탕에서 직접 박판으로 제조하는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서 주편 폭방향으로 응고능을 최대한 균일하게 하므로써, 주조롤 폭방향으로 균일한 주편을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 표면에 코팅층이 형성되어 있는 슬리브가 표면에 구성되어 있는 실린더부;와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부;를 포함하여 이루어지는 두개의 롤이 서로 마주보고 설치되고, 메니스커스 실드가 구비되어 있는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서, 상기 메니스커스 실드내부의 용강에서 발생되는 퓸(fume)을 회수하여 이것을 에지에서 주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 롤 표면에 대하여 롤과 용강이 접하지 않는 위치에서 롤의 폭방향으로 도포하면서 주조하는 쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법{Method For Manufacturing As-Cast Strip In Strip Casting Process}

본 발명은 철 및 비철 금속과 그 합금을 용탕에서 직접 박판으로 제조하는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 쌍롤식 박판주조장치에서 주조롤 폭방향으로 박주편을 균일응고하면서 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 박판 주조법에서는 박판을 용강으로부터 직접 제조하기 위해 도 1에 나타난 바와 같이 2개의 회전하는 롤(20)(20') 사이에 용강 저장 용기(10)에서 노즐을 통해 공급된 용강(30)을 주입하고 주입된 용강(30)이 롤(20)(20')과 접촉하여 응고각(40)을 형성하고 롤이 회전함에 따라 롤 최근접점에서 만나 주편(50)을 형성한다.

상기 롤은 크게 롤의 냉각을 담당하는 실린더부와 샤프트부로 이루어지며, 이 실린더부 주위에는 도 2에 나타난 바와 같이 열전도가 양호한 구리 슬리브(21)가 장착되어 있고, 이 슬리브의 원주에는 일정한 간격으로 다수의 냉각수 채널(22)이 구비되어 있으며, 냉각수는 샤프트의 입구에서 공급되어 반대쪽의 출구로 배출되면서롤표면에서 열을 빼앗아 가면서 응고각을 형성시킨다. 슬리브의 외부층은 롤의 냉각 속도를 조절하기 위해서 또는 구리 슬리브의 표면 마모를 방지하기 위해 구리보다는 열전도율이 작으며 기계적 내구성이 양호한 Ni 또는 Co로 도금된 도금층(23)을 가진다.

한편, 박판 주조시 롤은 매우 고온의 용강과 직접 접촉하기 때문에 롤 표면도 고온으로 되며 이때 롤의 열팽창에 따른 롤주위의 부풀음 현상이 발생되며 이 양을 보상하기 위해 도 2에 나타난 바와 같이 롤 표면에 미리 팽창량 만큼의 양을 오목형으로 가공한다. 이와 같은 형상을 가진 롤로 주조를 하는 경우, 롤은 열팽창에 의해 평탄해지나 주편의 폭방향으로 응고되면서 응고수축력이 작용하며 수축량이 가장 큰 롤단부에서 응고각의 들뜸 현상이 발생되므로 주편의 중앙부와 단부 사이에는 응고능의 차이가 발생하여 응고각의 두께가 도 3a에서와 같이 단부의 응고각 두께가 작아지는 현상이 발생되며, 이와 같은 현상을 에지 핫밴드(hot band) 라고 한다.

이와 같이 응고되는 응고각의 두께가 도 3b에서와 같이 롤 폭 방향으로 차이가 발생되어 주편의 단부가 미응고 상태로 주조가 진행되거나 응고각의 두께가 단부에서 얇아 고온의 용강이 내부에 그대로 잔류되므로써 주조시 주편의 벌징(bulging) 현상에 의해 응고각의 벌어짐이 발생되어 주조롤의 하부로 용강이 누출되는 현상이 발생하기도 한다.

도 3b에서 d₁은 중앙부에서의 응고각의 두께를, 그리고 d₂는 단부에서의 응고각의 두께를 나타낸다.

상기와 같이 주편 단부 미응고부의 발생으로 인해 제조된 주편은 단부에서 두께가 두꺼워져 주편의 코일링(coiling)시 단부 코일링 직경의 이상 과다에 의한 주편 단부의 웨이브 현상이 발생되어 주편 실수율의 감소 및 압연시 압연 작업성이 매우 나빠지는 문제점을 지니고 있다. 따라서 이러한 주편 폭방향 단부의 미응고 현상을 최대한 억제하여 폭방향의 응고를 최대한 균일하게 해야 한다.

한국공개특허 제1997-0706927호에는 이와 같은 주편 단부에서의 에지 미응고부를 방지하기 위해 Ni 도금층에 가공하는 크라운양을 크게 하여 롤 최근접 지점에서의 롤단부에서의 주편 두께를 강제로 작게 하거나, 슬리브 표면에 일정한 크라운을 미리 가공하고 열전도도가 구리에 비해 나쁜 Ni 도금층 두께를 단부는 얇게 하고 중심부는 두껍게 하는 방법으로 주편 중심과 단부에서의 응고능 차이를 작게 하는 방법이 제시되어 있다.

그러나, 이와 같은 방법을 사용하는 경우에도 주편 중심부와 단부간의 응고능의 차이를 근본적으로 해소하지 못하고, 단지 단부에서의 두께를 작게 하는 방법이므로 주조시 주편 폭방향으로 두께가 고르지 못하여 후처리 공정에서 작업상의 여러 문제점을 야기할 수 있으며 주편의 실수율이 떨어지는 등의 문제를 가지고 있다.

본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서 주편 폭방향으로 응고능을 최대한 균일하게 하므로써, 주조롤 폭방향으로 균일한 주편을 제조할 수 있는 방법을제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조기에서 박판을 제조하는 방법을 나타내는 개략도

도 2는 박판주조기용 롤의 냉각 계통을 나타내는 단면도

도 3a는 종래 박판주조기용 롤을 사용한 주조시 롤최근접점에서의 주편의 형성을 나타낸 단면도

도 3b는 종래 박판주조기용 롤을 사용한 주조시 롤최근접점에서의 응고각의 형상을 나타내는 단면도

도 4는 본 발명을 구현하기 위한 용강 퓸 회수 및 도포 시스템의 일례를 나타내는 구성도

도 5는 본 발명의 박판주조기용 롤에 용강 퓸 도포 상태를 나타내는 평면도

도 6은 본 발명에 따라 주편을 제조할 시 롤최근접점에서의 주편의 형상을 나타내는 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20, 20' : 박판 주조용 롤 21 : 구리 슬리브

23 : Ni 도금층 40 : 응고각

50 : 박판주편 60 : 메니스커스 실드

61 : 용강 퓸 70 : 개스 챔버

80 : 용강 퓸 회수관 90 : 용강 퓸 저장 탱크 91 : 퓸 공급관 100 : 퓸 공급용 노즐

101 : 퓸 도포층

본 발명은 표면에 코팅층이 형성되어 있는 슬리브가 표면에 구성되어 있는 실린더부;와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부;를 포함하여 이루어지는 두개의 롤이 서로 마주보고 설치되고, 메니스커스 실드가 구비되어 있는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서, 상기 메니스커스 실드내부의 용강에서 발생되는 퓸(fume)을 회수하여 이것을 에지에서 주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 롤 표면에 대하여 롤과 용강이 접하지 않는 위치에서 롤의 폭방향으로 도포하면서 주조하는 쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법에 관한 것이다.

바람직하게, 본 발명은 그 표면에 코팅층으로서 Ni도금층이 형성되어 있는 구리(Cu)재슬리브를 포함하는 실린더부와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부를 포함하는 두 개의 롤이 서로 마주보고 설치되고, 메니스커스 실드가 구비되어 있는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서,

상기 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)을 하기 식(1)에 의해 구하는 단계; 및

Wh (mm) = 200- (ro /4) x 150

(여기서, ro: 코팅층 평균두께)

상기 메니스커스 실드내부의 용강에서 발생되는 퓸(fume)을 회수하여 이것을 상기와 같이 구한 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)만큼만을 제외한 롤 표면에 대하여 롤과 용강이 접하지 않는 위치에서 롤의 폭방향으로 하기 식(2)를 만족하는 두께로도포하면서 주조하는 단계를 포함하여 구성되는 쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법에 관한 것이다.

fo = (코팅층의 두께의 최대치 + 2 - ro )/400

(여기서, fo : 롤 중심부의 퓸층의 도포 두께)

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

박판 주조시 박판 주편의 응고각 두께는 롤재질, 롤 표면 조건에 따라 각 각 다르며 롤의 응고능은 용강이 롤과 접촉시 접촉 시간에 따른 주편 응고 두께량의 관계식으로 표현될 수 있으며, 주편 응고 두께와 롤 접촉 시간과의 관계는 일반적인 응고식인 하기 식(3)으로 표현된다.

d = k tⁿ (d는 주편 응고 두께, t는 롤 접촉 시간, k와 n은 성분 및 냉각속도에 의하여 결정되는 상수)

따라서 본 발명에서는 박판 주편의 두께를 폭 방향으로 제어하기 위해 도 4에서와 같이 메니스커스 실드(60)내부의 용강에서 발생되는 퓸(fume)(61)을 회수하여 이것을 에지에서 주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 롤 표면에 대하여 롤과 용강이 접하지 않는 위치에서 롤의 폭방향으로 도포하여 롤의 핫밴드에 해당되는 단부 폭만큼의 위치와 유사한 열전도도를 가지도록 조정하므로써 롤폭방향의 열전도도 불균일에 의한 주편 단부의 핫밴드 현상이 근본적으로 방지될 수 있다.

상기 슬리브의 재질로는 통상 구리가 사용되고 있으며, 상기 코팅층으로는 Ni이 통상 사용되고 있다.

본 발명에 있어서 슬리브가 구리로 제작되고, 코팅층이 Ni도금층으로 이루어지는 경우에는 에지로 부터의 핫밴드 폭(Wh)은 하기 식(1)과 같이 구하는 것이 바람직하다.

(수학식 1)

Wh(mm) = 200 - (ro /4) x 150

(여기서, ro: 코팅층 평균두께)

상기 슬리브의 표면에는 코팅층이 형성되며, 그 코팅층 평균두께(ro)는 통상 0.5 - 4mm의 범위를 갖는다.

상기 ro가 두꺼울수록 핫밴드를 나타내는 응고각 두께비(d₂)/(d₁)(도 3참조)는 1에 가까워지며, 이는 코팅층의 두께가 커질수록 핫밴드에 덜 민감해지는 것을 나타낸다.

따라서 퓸층을 롤표면에 도포할 때 이같은 사항을 고려하여 핫밴드의 발생이 일어나지 않도록 한다.

한편, 롤 중심부의 퓸층의 도포 두께를 fo라 하면 fo와 ro는 하기 식(1)과 같은 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

(수학식 2)

fo = (코팅층 두께의 최대치 + 2 - ro )/400

상기 코팅층이 Ni 도금층인 경우에는 코팅층 의 최대 두께는 4mm이므로 4가 되며, 이 때에도 최소한 2/400 (mm) 두께의 퓸층을 도포해야 한다.

상기와 같이 퓸을 롤 표면에 도포하므로써 도 6에서와 같이 주편 중심에서의 응고각 두께 d₁과 단부에서의 응고각 두께 d₂가 차이가 많이 나지 않아 핫밴드 발생이 방지된다.

이하, 본 발명을 구현하기 위한 장치의 일례를 나타내는 도 4 및 도 5를 통해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4에 나타난 바와 같이, 용강의 메니스커스부는 분위기 가스를 불어넣어 분위기 중의 산소 농도를 일정 수준이하로 유지하면서 외부에서의 산소가 유입되지 못하도록 메니스커스 실드(60)와 개스 챔버(70)를 롤(20)(20')의 원주를 따라 실링이 되도록 간극을 유지하면서 밀폐된 공간을 형성한다. 이 때 용강 표면에서 발생되는 용강 퓸(61)은 롤(20)(20')의 표면에 도포되어 롤로의 열전달 장해층으로 작용한다.

이러한 열전달 장해층의 두께는 롤 폭방향으로 일정한 두께로 형성이 되며, 두께를 폭방향으로 조정하는 것은 어렵다.

따라서, 용강중의 퓸을 회수하여 원하는 위치에 도포할 수 있다면 이를 전열 장해층으로 적극적으로 활용하여 롤폭방향으로의 응고능을 제어할 수 있어 주편의 균일 응고 제조가 가능하게 될 것이다.

이를 보다 상세히 설명하면 용강중의 퓸을 흡입용 펌프(81)을 가진 용강 퓸 회수관(80)을 통해 회수한 후 용강 퓸 저장 탱크(90)에 저장한 다음, 용강 퓸 공급용 유량 조정 밸브(92)을 가진 퓸 공급관(91)을 통해 유량을 조절하면서 퓸 공급용 노즐(100)로 롤(20)(20')의 표면에 도포시킨다. 도 5에 나타난 바와 같이, 상기와 같이 퓸도포층(101)은 주조시 열전달 방해막으로 작용해 주편 단부와의 응고능차이가 없어지면서 균일 응고 주편이 제조되는 것이다.

본 발명에 있어서 롤 표면에 흄가스를 공급하여 도포하는 경우 흄가스 공급량이 너무 적은 경우에는 코팅층 두께가 얇아 원하는 효과를 얻을 수 없고, 너무 많은 경우에는 중앙부의 핫밴드가 생성될 우려가 있으므로, 흄가스 공급량은 20∼200Nm³/hr로 조절하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 3a과 같이 종래의 방법대로 주조를 실시한 후 제조된 주편의 두께 분포를 측정하여 핫밴드의 정도를 측정하였다.

또한, 주편 단부에서 30mm에서의 응고각 두께가 d₂/d₁≤ 0.5 의 관계를 만족할 때 주편 단부의 핫밴드가 심하게 발생되어 코일링시 주편의 단부 웨이브 현상이 발생되었다.

또한, 응고각의 감소가 시작되는 지점은 주조에 따라 다르나 주편 단부에서 100 ~ 200 mm 범위이었다.

용강 퓸의 도포 조건을 하기 표 1과 같은 조건으로 하여 STS304 강을 주조한 결과 일부 조건에서 주편 단부의 핫밴드가 없는 양호한 주편의 제조가 가능하였다. 주편의 두께는 주편 중앙부의 두께 d₁을 기준으로 2mm로 하였으며, 용강 퓸 성분은 Mn, MnO가 대부분이었다.

따라서, Mn, MnO 퓸을 핫밴드가 발생되는 지점을 제외한 폭만큼 Ni 도금층 상부에 도포하여 핫밴드 발생 지점에 비해 MnO가 두껍게 형성되도록 하므로써 균일한 주편응고를 가능하게 하였다.

퓸 도포 위치는 응고각이 얇아지기 시작하는 단부에서 100 ~ 200 mm 범위중 본 실시예에서는 100 mm까지 하였으며, 크라운은 통상의 가공 조건인 50 ~ 500 um의 범위내의 값 중에서 200um를 기준으로 하였다.

하기 표 1과 같은 조건으로 적용한 결과 퓸 가스 공급량이 20 ~ 200 Nm3/hr의 범위내에서 응고각 두께비(d₂/d₁)가 0.5 ~ 1.0 범위로 형성되었으며 결과적으로 단부에서의 핫밴드 발생이 방지되었다.

주편두께(mm)	퓸가스공급량(Nm3/hr)	d2/d1	단부핫밴드 양상
2	5	0.1	×
2	10	0.2	×
2	20	0.3	○
2	50	0.6	◎
2	100	0.9	◎
2	200	1.3	○

상기한 바와 같이, 본 발명은 주편 폭방향의 응고능을 최대한 균일하게 하므로써 단부의 미응고 현상 발생을 억제하여 박판 주조시 응고되는 응고각의 두께가 롤 폭 방향으로 균일하므로 주편의 단부가 미응고 상태로 주조가 진행되는 것을 방지할 수 있고, 응고각의 두께가 단부에서 얇아 고온의 용강이 내부에 그대로 잔류되어 주조시 주편의 벌징(bulging) 현상에 의해 응고각이 벌어지는 현상 및 주조롤의 하부로 용강의 누출 현상을 방지할 수 있어 코일링시 주편 단부의 웨이브 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 주편 실수율의 감소 및 압연시 압연 작업성이 악화되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 표면에 코팅층이 형성되어 있는 슬리브가 표면에 구성되어 있는 실린더부;와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부;를 포함하여 이루어지는 두개의 롤이 서로 마주보고 설치되고, 메니스커스 실드가 구비되어 있는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서, 상기 메니스커스 실드내부의 용강에서 발생되는 퓸(fume)을 회수하여 이것을 에지에서 주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 롤 표면에 대하여 롤과 용강이 접하지 않는 위치에서 롤의 폭방향으로 도포하면서 주조하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법
2. 제1항에 있어서, 슬리브가 구리(Cu)로 제작되고, 코팅층이 Ni 도금층이고;

   상기 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)이 하기 식(1)에 의해 구해지고; 그리고

   (수학식 1)

   Wh (mm) = 200- (ro /4) x 150

   (여기서, ro: 코팅층 평균두께)

   상기 메니스커스 실드내부의 용강에서 발생되는 퓸(fume)을 회수하여 이것을 상기와 같이 구한 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)만큼만을 제외한 롤 표면에 대하여 롤과 용강이 접하지 않는 위치에서 롤의 폭방향으로 흄 가스를 공급하여 하기 식(2)를 만족하는 두께로,

   (수학식 2)

   fo = (코팅층의 두께의 최대치 + 2 - ro )/400

   (여기서, fo : 롤 중심부의 퓸층의 도포 두께)

   도포하면서 주조하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법
3. 제2항에 있어서, 흄가스 공급량은 20∼200Nm³/hr인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 주편 제조방법