KR100423417B1 - 쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 냉각하여 제조하는 쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면에 딤플을 형성하는 표면처리방법에 관한 것으로, 그 목적은 주조롤의 표면에 편심된 반구형의 딤플을 형성하여 용강과의 접촉을 보다 용이하게 할 수 있는 표면처리방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 노즐로 부터 공급된 용강을 한쌍의 주조롤 사이로 통과시켜 박판을 주조하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면에 딤플을 형성하는 표면처리방법에 있어서, 상기 주조롤의 표면에 30∼60°의 투사각도로 쇼트볼을 투사하여 편심된 반구형의 딤플을 다수개 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면처리방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면처리방법{Method for surface treating roll of twin roll strip casting apparatus}

본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 냉각하여 제조하는 쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면에 딤플을 형성하는 표면처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주조롤의 표면에 편심된 반구형의 딤플을 형성하여 용강과의 접촉을 보다 용이하게 할 수 있는 표면처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 박판주조방법에서는 도 1에서 도시된 바와 같이, 턴디쉬(1)의 노즐(3)을 통해 용융된 용강(5)을 내부의 냉각수에 의해 수냉되어 회전하는 한쌍의 주조롤(6)의 사이로 공급하여 박판(9)을 제조한다. 이때, 용강은 짧은 시간내에 주조롤과 접촉을 완료하여 응고쉘(8)로 형성되고 주조롤(6)을 빠져나오면서 약 2∼6mm의 주편(9)을 형성하기 때문에 주편의 표면부는 응고시 급격한 열적 스트레스를 수반하게 된다. 따라서, 주조롤의 표면이 평활한 경우에는 주조롤의 표면과 응고쉘이 국부적으로 들뜨게 되므로써 열전달의 차이에 의해 불균일 응고가 조장되어 응고쉘에 균열이 발생하는 문제점이 생긴다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 주조롤의 표면에, (가) 거칠기를 형성하거나, (나) 딤플(dimple)을 형성하는 표면처리방법으로, 주조롤의 표면에 수 많은 불균일 열전달 지점을 만들어 주어 주편의 열적 스트레스를 결함이 발생하지 않을 정도의 작은 크기로 분산화시켜주는 것이 효과적인 것으로 알려져 있다.

(가) 거칠기를 형성하는 방법은 그 대표적인 예가 일본 공개특허공보 소 60-184449호에 알려진 바와 같이, 롤 표면에 4㎛이상의 거칠기를 부여함으로서 균일한 응고를 도모하는 기술이다. 그러나, 이 기술은 주편의 균열방지 방법이라기 보다는 어느 정도의 냉각능저하로 균일한 응고를 조장하는 방법으로, 완전한 균열방지 방법을 제시하지 못하고 있다.

(나) 주조롤의 표면에 딤플을 형성하는 표면처리방법은, 롤 표면에 수 많은 딤플을 불균일 열전달부로서 사전에 만들어 놓음으로서 주편의 균열부가 생길정도의 커다란 열적 스트레스 발생부가 생기는 것을 없애는 것과 롤 표면의 딤플에 의해 주편표면에 딤플이 전사되어 보다 많은 표면적을 지니게 하여 발생되는 열적 스트레스를 열전달이 지연되는 부분이 팽창하면서 스트레스를 해소하게 하는 것이다. 딤플을 형성하는 표면처리방법으로는 크게 ① 포토에칭 또는 ② 쇼트 블라스트 방법이 알려져 있다.

① 포토에칭방법은, 에칭액분무에 의해 롤 표면의 일부가 부식되는 과정에서 롤의 표면에 딤플을 형성하는 것으로, 딤플의 형상은 롤 표면의 재료에 크게 의존하게 된다. 일반적으로 주조롤은 롤 표면층의 재질이 구리이고 구리층 위에 최종적으로 니켈 및 니켈 합금등을 도금하여 사용하므로 최상 롤 표면층은 도금 조직을지니게 된다.

따라서, 이러한 도금조직은 기저부인 구리로부터 수직으로 성장하게 되므로 에칭액에 의한 부식형상은 도 2와 같이 원기둥 형상을 지니게 된다. 이러한 원기둥의 직경이 크고 깊이가 작은 경우는 용강의 침투가 비교적 용이하나 표면적 증가 효과가 작고 열전달 지연부가 작아 열적 스트레스 해소의 역할을 하기가 어려우며 반대로 직경이 작고 깊이가 깊은 경우는 용강의 침투 자체가 어려워 딤플(11)안에 갇힌 가스가 팽창하게 되어 국부적으로 주편 균열을 발생시킬 정도의 커다란 열전달 지연효과를 가져와 오히려 주편결함을 조장하는 원인으로서 작용하게 되는 문제점이 있개 된다. 따라서 주편균열을 방지하기 위해 필요한 직경 및 깊이가 엄격하게 요구되며 용강의 침투성은 용강의 조성 및 사용하는 가스의 종류에 따라 다르게 되므로 사용시 많은 제약과 시행착오가 따르게 된다.

이뿐 아니라, 포토에칭에서는 딤플간의 최인접거리를 0.1mm 이하로 제한(일본 공개특허공보 평 5-7997)하고 있는데, 이는 현실적으로 불가능하여 응고시 열적 스트레스가 훨씬 심한 고액상 온도 구간이 작은 강종에서는 결함방지의 역할이 효과적으로 달성되지 못하는 단점이 있다.

② 이에 반해, 쇼트 블라스트 방법은 쇼트볼을 주조롤에 투사하여 표면에 딤플을 형성하는 기술로, 쇼트 볼 형상이 구형이기 때문에 롤 표면에 도 3과 같이 포토에칭방법 보다는 훨씬 완만한 형태의 딤플(21)을 형성하게 되어 균열이 발생하지 않는 딤플의 직경 및 깊이의 범위가 넓어지는 장점을 지니고 있다. 또한 쇼트 블라스트 방법은 포토에칭방법에 비해 경제적이며 포토에칭법이 롤당 일회의 적용기회 밖에 없는데 비해 여러번의 적용기회를 지니고 있으므로 내구성 및 적용성 측면에서도 장점을 지니고 있다.

주조롤에 딤플을 형성하여 롤의 균열을 방지하는 기술에서 중요한 것은 딤플내로 용강의 침투를 원활히 하는 것이며, 이에 영향을 미치는 인자중에 중요한 하나가 강종의 특성과 용강의 재산화를 방지하기 위해 적용하는 쉴딩가스의 종류이다. 쉴딩가스로 질소가스를 사용하는 STS304 강종의 경우에는 STS304가 질소를 흡질하는 특성을 지니고 있기 때문에 용강내의 질소가스에 의해 용강이 효과적으로 딤플로 침투되므로, 주편표면적 증가 및 분산된 불균일 열전달 역할이 증대되어 어느 정도 주편균열을 방지하는데 효과가 있다.

그러나, 강종 특성상 흡질이 STS304와 같이 크지 못하거나 질소를 사용하여도 흡질이 되지 않는 일반 탄소강의 경우 또는 흡질도 잘 되지 않을 뿐 아니라 질소의 함량제어가 엄격한 인바합금(INVAR alloy)등과 같은 강종에서는 질소가스의 작용이 없으므로 딤플의 형상에 용강의 침투여부가 달려 있다. 따라서, 특히 이러한 경우에는 용강의 침투를 효과적으로 할 수 있도록 딤플의 형상을 최적화하는 것이 필요하다.

본 발명에서는 딤플내로 용강이 용이하게 침투될 수 있도록 주조롤의 표면에 편심된 반구형의 딤플을 쇼트블라스트법으로 형성하는데 그 목적이 있으며, 이러한 본 발명에 의해 균열이 없는 주편을 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조기의 개략도

도 2는 포토에칭에 의해 롤 표면에 형성된 딤플의 예시도

도 3은 종래의 쇼트 블라스트 방법에 의해 롤 표면에 형성된 딤플의 예시도

도 4는 본 발명의 딤플과 종래의 쇼트 블라스트 방법에 의해

롤 표면에 형성된 딤플의 예시도

도 5는 일반적인 쇼트 블라스트 장치 개략도

도 6은 종래방법과 본 발명에 의한 딤플의 기하학적 예시도

도 7은 본 발명의 쇼트볼 투사방법에 대한 예시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1..... 턴디쉬 3.....침지노즐

5..... 용강 6.....주조롤

8..... 응고쉘 9.....주편

11, 21, 31.....딤플 50.....쇼트블라스트 장치

51.....노즐 53.....고압가스 공급기

55.....쇼트볼 공급탱크

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면처리방법은, 노즐로 부터 공급된 용강을 한쌍의 주조롤 사이로 통과시켜 박판을 주조하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면에 딤플을 형성하는 표면처리방법에 있어서, 상기 주조롤의 표면에 30∼60°의 투사각도로 쇼트볼을 투사하여 편심된 반구형의 딤플을 다수개 형성하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 도 4와 같이 주조롤의 표면에 반구형의 딤플(21)을 형성하는 종래의 표면처리기술과는 달리, 예각의 투사각도로 쇼트볼을 주조롤의 표면에 투사하여 편심된 반구형의 딤플(31)을 주조롤의 표면에 형성하는데, 그 특징이 있다. 본 발명에 따라, 주조롤의 표면에 편심된 반구형의 딤플을 형성시키면, 딤플과 용강과의 접촉이 용이해져서 균열이 없는 주편을 얻을 수 있는데, 이를 도 4 ∼도 7를 통해 설명한다.

일반적으로 쇼트블라스트법에 의한 주조롤의 표면처리는 도 5에 나타난 바와 같이, 고압가스 공급기(53)에서 나온 가스가 쇼트볼 공급탱크(55)에서 공급되는 쇼트볼과 혼합되어 쇼트볼을 노즐(51)을 통해 주조롤의 표면(6)에 투사하여 롤표면에 딤플을 형성하는 것이다. 쇼트블라스트법에 의해 주조롤(6)의 표면에 형성되는 딤플의 형상은 쇼트볼의 직경 및 투사압력 등에 따라 변하게 되며, 동일 투사압에서도 쇼트볼의 직경이 작으면 작을수록 딤플의 깊이는 작아지게 되므로 원하는 딤플 깊이 및 직경을 고려하여 볼 크기 및 투사압력을 조정하고 있다. 또한, 형성되는 딤플의 깊이는 다른 조건이 동일하다면 쇼트볼을 주조롤의 표면에 직각으로 투사하는 경우가 가장 깊게 나온다. 따라서, 지금까지는 딤플의 깊이를 중시하는 경향이 있어 주조롤의 표면에 투사각도를 직각으로 하여 쇼트볼을 투사하여 도 4와 같이 반구형의 딤플(21)을 주조롤의 표면에 형성하였다.

본 발명자들은 종래의 반구형의 딤플로도 주편의 균열이 발생되는 문제 특히, 질소와는 달리 용강에 용해되지 않는 불활성가스(아르곤)를 쉴딩가스로 사용할때 더 심해지는 문제를 해결하기 위한 일련의 연구과정에서 딤플의 형상과 용강 높이와의 기하학적 관계에 따라 딤플과 용강의 접촉성이 영향을 받는다는 사실을 밝혀내고, 도 4에 나타난 바와 같이, 편심된 반구형의 딤플을 얻을 수 있는 표면처리방법을 도출하는데 성공하여 본 발명을 완성하게 이르렀다.

먼저, 본 발명에 따라 얻어지는 편심된 반구형의 딤플이 갖는 특징을 도 6을통해 설명한다. 즉 도 6(a)에는 포토에칭에 의한 딤플(11)이, 도 6(b)에는 쇼트블라스트법에서 투사각도를 90°로 할때 얻어지는 딤플(21)이, 그리고 도 6(c)에는 본 발명의 쇼트 블라스트에 의해 얻어지는 딤플(31)이 도시되어 있다. 도 6에서 각도 β는 딤플(11, 21, 31) 하단의 접선(11a, 21a, 31a)과 용강의 상승면의 연장선(2a)이 이루는 각도를 의미한다.

도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 편심된 반구형의 딤플이 형성되면 각도 β가 작아져서 용강(2)의 침투가 용이해짐을 쉽게 확인할 수 있다. 즉, 딤플과 용강높이와의 기하학적 관계에 따라 딤플과 용강의 접촉이 영향을 받으며, 딤플(11,21,31)이 용강(2)면과 접하는 각도가 작으면 작을수록, 즉 수평에 가까울수록 용강(2)의 침투가 용이해지는 것이다. 즉, 쇼트볼을 주조롤의 표면에 일정각도를 가진체로 경사지게 투사되면 주조롤의 표면에 형성되는 딤플의 형상이 종래의 반구형에서 용강(2)접촉면으로 보다 작은 기울기를 지닌 한쪽으로 편심된 딤플(31)이 형성되어 형성되어 용강(2)과의 접촉이 보다 용이하게 된다.

본 발명에서는 이러한 딤플을 만들기 위하여 도 7과 같이, 노즐(51)을 주조롤(6)의 표면과 예각 바람직하게는 약 30∼60°정도의 투사각도(α)를 지니도록 하여 쇼트볼을 투사한 결과, 편심된 반구형의 딤플을 얻을 수 있었다. 투사각도를 30∼60°로 설정한 것은, 각도 β를 줄여서 용강과 딤플의 접촉을 효과적으로 유도하기 위해서이다. 즉, 투사각도(α)가 60°를 넘는 경우 형성되는 딤플(31)이 반구형에 가깝게 되어 용강의 침투가 용이하지 않게 되며, 30°보다 작은 경우에는 용강의 침투가 훨씬 더 용이해지나 표면적 증가가 만족스러울 정도의 딤플(12)깊이를 만들기 위해서는 상당한 고압이 필요하기 때문에 고압가스 공급기(53)의 압력이 급격히 커져야 하는 문제가 있게 되어 통상의 15바(bar)를 공급하는 고압가스 공급기(53)로는 만족스러운 결과를 얻지 못하며, 이를 만족시킬 수 있는 고압가스 공급기(9)의 설계는 경제적인 측면에서 바람직하지 못하다.

상기와 같이 본 발명에 따라 투사각도를 조절하여 편심된 반구형의 딤플을 주조롤의 표면에 형성하는데, 이때 딤플의 직경과 깊이 등은 쇼트볼의 직경과 투사압의 제어를 통해 조정가능하다. 본 발명에서는 주조롤의 표면에 형성된 딤플의 직경을 0.2∼1mm 깊이를 20∼100㎛로 할때 주편의 균열방지에 효과적인 것을 확인할 수 있었는데, 이러한 딤플을 얻기 위해서는 쇼트볼의 직경은 0.5∼3mm로 하고, 투사압력은 5∼15바(bar)로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 편심된 반구형의 딤플을 주조롤의 표면에 형성하면, 용강에 용해되는 가스(질소)를 쉴딩가스로 이용하는 경우는 물론, 용강에 용해되지 않는 가스(아르곤)을 쉴딩가스로 이용하는 경우 모두에 적용될 수 있다. 특히, 용강과 딤플의 접촉성이 딤플의 형상에 가장 큰 영향을 받는 아르곤 같은 쉴딩가스를 사용하는 경우에 적용 효과가 더 크다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 주조롤의 표면에 편심된 반구형의 딤플을 형성하면 용강과 딤플의 접촉성이 개선되어 응고시 발생되는 스테레스를 해소할 수 있어 무결함 주편을 만들 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 노즐로 부터 공급된 용강을 한쌍의 주조롤 사이로 통과시켜 박판을 주조하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면에 딤플을 형성하는 표면처리방법에 있어서,

   상기 주조롤의 표면에 30∼60°의 투사각도(α)로 쇼트볼을 투사하여 편심된 반구형의 딤플(31)을 다수개 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면처리방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 쇼트볼의 직경은 0.5∼3mm임을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면처리방법.
3. 제 1 또는 제 2항에 있어서, 상기 쇼트볼의 투사압력은 5-15바(bar)임을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기 주조롤의 표면처리방법.