KR100547654B1 - 금속스트립주조장치와그에사용되는노즐및그주조방법 - Google Patents

Abstract

금속 스트립(20)이 냉각된 주조 롤(16) 사이에서 닙(69) 상측에 형성된 용융금속의 주조 풀(68)로부터 주조되고, 용융금속은 바닥 플로워(63)에 의해 밀폐된 수용홈통부(61)를 가진 노즐(19)에 의해 주조 풀 내로 유입되며, 용융금속은 플로워(63)에 충돌하여 플로워를 가로지르는 방향으로 외측으로 확장하면서 노즐의 측개구부(64)를 통해 주조 풀 내로 유입되는, 자유 낙하하는 용융금속흐름(65) 형태로 상기 수용홈통부(61)에 공급되고, 상기 용융금속흐름(65)은 측개구부(64)에 대해 수용홈통부의 길이방향으로 엇갈리게 유동된다.

Description

금속 스트립 주조장치와 그에 사용되는 노즐 및 그 주조방법{STRIP CASTING}

본 발명은 금속 스트립을 주조하는 장치에 관한 것으로, 특히 철계금속 주조장치와 그에 사용되는 노즐 및 그 주조방법에 관한 것이지만, 이에 한정하지 않는다.

일반적으로, 트윈 롤 주조기로 금속 스트립을 연속적으로 주조하는 장치가 공지되어 있는 데, 한 쌍의 상반방향으로 회전하는 수평의 냉각 주조 롤 사이에 용융금속을 도입하는 것에 의해, 회전하는 롤 표면에 금속 쉘(shell)을 응고시키고, 금속 쉘이 닙 사이로 이동하여, 롤 사이의 닙에서 하측방향으로 공급되는 응고 스트립 제품을 생산한다. 본원에서 " 닙(nip)" 이란, 롤이 서로 가장 근접되게 배열된 일반적인 영역을 말하고, 용융 금속은 레이들(ladle)로부터 이 보다 작은 용기로 부어진 다음에 닙 바로 위에서 롤의 주조면상에 지지되는 용융 금속의 주조 풀을 형성하는 금속공급노즐로 유동되어, 이 금속공급노즐로부터 상기 롤 사이에 위치된 닙으로 유입되게 되며, 상기 주조 풀은 롤의 단부와 미끄럼이동 가능하게 결합된 측부 판이나 혹은 댐에 의해 구속된다.

냉각시키면 빠르게 응고되는 비철계금속을 주조하는 데에 상기와 같은 트윈롤을 사용하는 주조장치가 성공적으로 사용되지만, 응고 온도가 매우 높은 철계금속의 주조장치로 비철계금속을 주조하게 되면 롤의 냉각된 주조면에서 비철계금속이 불균일하게 응고되는 등의 여러 가지 문제점이 있었고, 용융 금속을 주조 풀로 균일하면서 원활하게 유동시키기 위한 금속공급노즐의 설계에 많은 연구가 진행되어 오고 있었다. 예컨대 미합중국 특허 제 5,178,205호와 제 5,238,050호에서는 금속공급노즐이 주조 풀의 표면 아래까지 연장되게 설치됨과 더불어 노즐로부터 노즐의 잠겨진 바닥 단부에서 슬롯 출구까지 하측방향으로 유동하는 용융 금속의 운동에너지를 감소시키는 장치가 구비되어 있다. 상기 미합중국 특허 제 5,178,205호에서는 다수 개의 유동통로를 가진 유동분산기와 이 유동분산기의 위쪽에 위치된 배플(baffle)에 의해 용융 금속의 운동에너지가 저감되고, 상기 분산기 아래에서 용융 금속이 천천히 흘러서 유출 슬롯을 통해 최소한의 교란으로 주조 풀까지 균등하게 유동되게 되어 있다. 상기 미합중국 특허 제 5,238,050호에서는 용융금속흐름이 낙하되어 예각으로 노즐의 경사진 측벽에 충돌하여 유출구 통로로 유도되는 유동시이트(flowing sheet)를 형성하는 측벽면에 용융금속이 달라붙게 되어 있고, 다시 공급노즐의 바닥으로부터 용융금속이 균등하게 유동되어 주조 풀의 균열을 최소한으로 줄이도록 되어 있다.

한편 신일본 제철 주식회사에서 출원한 일본국 공개 특허 제 5-70537호에는 용융금속이 주조 풀 내로 천천히 균등하게 유동되도록 하기 위한 공급노즐이 제안되어 있는 바, 이 노즐은 하방으로 유동하는 용융금속의 운동에너지를 제거하기 위해 다공성 배플/디퓨저(diffuser)를 구비하여, 용융금속이 노즐의 측벽에 형성된 일련의 구멍을 통해 주조 풀로 유동되며, 용융금속이 닙의 길이방향을 따라 롤의 주조면으로 유동되도록 상기 구멍들은 경사지게 형성되어 있고, 특히 노즐의 한쪽벽면에 형성되어 있는 구멍들은 노즐 내부의 어느 하나의 방향으로 용융금속이 유동하도록 유도하는 반면에 다른쪽 벽면에 형성되어 있는 구멍들은 다른 길이방향으로 용융금속이 유동하도록 유도하여, 주조 풀의 표면에서 용융금속의 교란을 최소한으로 줄이면서 주조면을 따라서 원활하면서도 균등하게 유동하도록 되어 있다.

본 출원인의 광범위한 시험을 통해 여러 가지 문제를 일으키는 주요 원인은 풀 표면이 롤의 주조면과 만나는 부위(주조 풀의 메니스커스(meniscus) 또는 메니스커스 영역)에서 용융금속의 빠른 응고에 있다는 것을 인지한 후, 상기한 메니스커스 영역들에서 용융금속은 인접한 주조면쪽으로 유동됨과 더불어 용융금속이 롤의 표면과 균일하게 접촉되기 이전에 응고가 발생된다면 롤과 쉘 사이에 초기의 불균일한 열전달이 발생되고, 또 제품의 표면에는 함몰이나 물결무늬 혹은 탕경(cold shuts)이나 균열 등이 발생되는 것을 인지하였다.

주조 풀 내에서 용융금속이 매우 균일하게 유동되도록 하기 위한 이전의 여러 가지 제안들은 스트립의 외측면을 이루는 쉘 표면을 형성하기 위해 용융금속이 제일 먼저 응고되는 부위로부터 떨어져서 용융금속이 유입됨에 따라 용융금속의 빠른 응고에 의한 다소 심각한 문제점들을 가지고 있었고, 따라서 롤 사이의 주조 풀의 표면에서 용융금속의 온도가, 재유입되는 용융금속의 온도보다 상당히 낮게 되고, 만일 메니스커스 영역내의 풀 표면에서의 용융금속의 온도가 너무 낮게 되면 균열과 메니스커스 자국(풀 높이가 불균일한 동안에 메니스커스 영역의 냉각에 기인하는 스트립 상의 자국)이 형성되기 쉬우며, 상기한 문제점을 해소하는 하나의 방안은 유입되는 용융금속의 온도를 높은 온도로 가열시키고, 용융금속이 롤의 주조면에 이르기 전에는 용융금속의 온도가 응고온도로 떨어지지 않도록 하면서 주조 풀 내에서 냉각되도록 하는 것이다.

최근에는 용융금속의 조기 응고에 관한 상기한 문제점을 해소하기 위해 용융금속이 노즐을 통해 주조 풀의 메니스커스 영역으로 상대적으로 빠르게 공급되게 하는 시도가 있었고, 이러한 방법은 용융금속이 주조면에 이르기 전에 조기 응고되는 경향을 최소한으로 줄이는 것으로, 이러한 방법은 조기 응고로 인해 스트립 표면에 나타난 결점을 해소하는 데에 있어서 주조 풀 내에서 용융금속의 유동을 매우 안정되게 만들어주는 방법보다 훨씬 효과적일 뿐만 아니라 이 방법을 사용하면 용융금속이 롤의 표면에 도달할 때까지 용융금속은 응고되지 않으므로 풀 표면에서 용융금속의 요동현상이 저지되게 되며, 이러한 시도의 예로서는 신일본 제철 주식회사에서 출원한 일본국 특허 공보 제64-5650호와 본 출원인의 오스트레일리아의 특허 출원 제 96-60773호가 있다.

용융금속을 공급노즐로부터 바로 주조 풀 표면의 메니스커스 영역으로 유도하는 방법을 사용하면, 비교적 낮은 레벨로 과열된 용융금속으로 스트립의 표면에 균열을 발생시키지 않고 주조가 이루어질 수 있지만, 주조 풀을 형성하는 측부 판이나, 댐들과 인접한 경계지역에서 " 스컬즈(skulls)" 로 알려진 고체 금속편이 형성되는 문제점들이 있었고, 이러한 문제점들은 유입되는 용융금속의 파열온도를 낮추게 되면 더욱 더 심화되며, 금속 풀로부터 열손실률은 사이드 댐들의 인접부위에서 가장 크게 되며, 이는 사이드 댐을 통해 롤의 단부로 추가적으로 열전도가 발생되기 때문이다.

상기와 같이 국부적으로 열손실률이 매우 높게 되면 고체 금속에 스컬즈가 형성되기 쉽고, 상당한 치수로 성장해, 롤 사이까지 번지게 되어 스트립 제품이 불량해지고, 순수 열손실률이 사이드 댐의 인접부위보다 크기 때문에 상기 스컬즈가 방지된다면 상기한 부위로 유입되는 열유입률은 증가될 것이며, 상기와 같은 삼중점 영역으로 용융금속의 유동량을 증대시키기 위한 몇 가지 제안들이 있었는 바, 이러한 제안들은 코어 노즐의 단부에서 용융금속의 유동통로를 몇 갈래로 나누어서 " 삼중점(triple point)" 영역으로 용융금속을 여러 흐름으로 유동시키는 것으로, 이러한 제안들은 미합중국 특허 제 4,694,887호와 동 특허 제 5,221,511호에 개시되어 있다.

한편 본 출원인의 오스트레일리아 특허 출원 제96-60773호에는 코어 노즐의 수용홈통부로 하나 혹은 다수의 자유 낙하하는 용융금속흐름으로 용융금속을 공급하는 장치와 방법이 제안되어 있는 바, 상기 코어 노즐의 수용홈통부는 바닥부에서 밀봉됨과 더불어 노즐로부터 주조 풀 표면에 인접한 주조 풀로 용융금속을 유동시키는 측개구부를 갖추고 있다. 상기와 같은 구조에서는 노즐의 측개구부가 노즐 수용홈통부의 플로워(floor)보다도 약간 높은 높이로 형성되어, 노즐 수용홈통부내의 용융금속 덩어리가 상기 측개구부 상방 높이까지, 그리고 노즐 수용홈통부의 외측에서 주조 풀 표면 높이보다도 대폭 상승하게 설계되어 있다.

상기와 같은 구조에서는 주조공정이 만족스럽게 이루어지지만, 노즐 수용홈통부 내에 축적된 용융금속 덩어리가 수용홈통부 내의 용융금속 표면에 용융금속흐름이 충돌하는 작용에 의해 발생하는 상하 회전을 받기 쉽고, 또 공기와 다른 가스가 축적된 용융금속 덩어리내에 함유되면서 상기 서술한 회전작용과 복합되어, 상기 측개구부를 통한 용융금속의 정상 흐름을 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 주조 풀내에 교란이 발생된다고 하는 결점이 있었다. 이에 본 발명은 주조 풀 내로 용융금속흐름을 보다 안정되게 유동시킬 수 있을 뿐만 아니라 주조 풀 내에서 용융금속의 교란이 발생되지 않도록 된 노즐을 갖춘 금속 스트립 주조장치와 그에 사용되는 노즐 및 그 주조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 한 쌍의 냉각 주조 롤 사이의 닙 상방에 닙을 따라 연장하는 길다란 금속공급노즐을 통해 용융금속을 주조 롤 사이에 주입하고, 닙 상방에 지지되고 주조 롤 측부 밀폐판에 의해 닙 단부가 구속된 용융금속 주조 풀이 형성되고, 닙에서 하방으로 공급된 응고 스트립을 주조하도록 주조 롤을 회전하는 금속 스트립 주조방법에 있어서, 노즐 수용홈통부의 바닥부에는 용융금속을 노즐 수용홈통부에서 노즐 바닥 모서리에 형성된 측개구부를 통해 주조 풀로 유출시키는 것에 의해 노즐 수용홈통부에서의 용융금속의 유출을 행하고, 노즐 수용홈통부로는 자유낙하하는 일련의 용융금속흐름이 공급되어 노즐 수용홈통부의 플로워에 직접 충돌하여 이 바닥부를 가로질러 외측방향으로 확장되도록 하여, 노즐 수용홈통부의 바닥 높이의 측개구부를 통해 상호 반대방향을 향해 분사흐름으로서 주조 풀로 도달되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 측개구부는 입구 단부와 출구 단부를 가지며, 상기 출구 단부는 상기 노즐 플로워 높이의 하측에 위치한다.

바람직하게는, 상기 노즐의 측개구부가 길이방향을 따라 소정간격을 두고 수용홈통부의 바닥 모서리를 따라 연장된 길다란 슬롯형태이다.

또한 바람직하게는, 상기 수용홈통부의 플로워에는 상기 측개구부와 인접해서 길이방향을 따라 소정간격을 두고 오목홈이 형성되어, 상기 측개구부가 플로워에서 오목홈과 연속되게 형성된다.

상기 오목홈은 수용홈통부의 바닥 중앙부위에서 측개구부쪽으로 외측 및 하측방향으로 경사지게 형성된다.

또한 본 발명은, 상호간의 닙을 형성하는 한 쌍의 평행한 주조 롤과, 주조 롤 사이에 닙 상방에 닙을 따라 연장하고 또 용융금속을 닙에 공급하는 길다란 금속공급노즐과, 이 금속공급노즐 상방에 배치되어 용융금속을 일련의 자유 낙하 흐름으로서 금속공급노즐에 공급하는 분배기로 구성된 금속 스트립 주조장치에 있어서, 노즐 수용홈통부의 바닥부에는 용융금속의 자유 낙하 흐름이 충돌하는 플로워가 설치되고, 상기 금속공급노즐의 바닥 모서리에 측개구부를 설치해 노즐 수용홈통부의 플로워에서 노즐 수용홈통부에서 충돌하는 용융금속이 직접 유출하도록 구성된 금속 스트립 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 노즐은 용융금속을 수용하기 위해 상부가 개구된 수용홈통부와, 노즐 플로워에 의해 밀봉되면서 수용홈통부로부터 용융금속을 수용홈통부의 플로워로 유출하기 위해 수용홈통부의 바닥 모서리에 배열된 측개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐을 제공한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 주조장치는 도시된 바와 같이 공장 플로워(12)에 직립되게 설치되는 주 장치프레임(11)을 갖추고, 이 주 장치프레임(11)은 주조 롤 캐리지(13)를 지지하게 되어 있으며, 주조 롤 캐리지(13)는 어셈블리 스테이션(14)과 주조 스테이션(15) 사이에서 수평방향으로 이동가능하게 설치되어 있다. 상기 롤 캐리지(13)는 한 쌍의 평행한 주조 롤(16)을 운반하게 되어 있고, 상기 주조 롤(16)에는 주조작업동안에 레이들(17)로부터 분배기(18)와 공급노즐(19)을 통해 용융금속이 공급되게 되며, 쉘(shell)이 회전하는 롤 표면에서 응고되고 롤 사이의 닙을 통해 배출되어 응고된 스트립제품(20)이 닙 출구에서 생산되도록 상기 롤(16)은 수냉되며, 상기 스트립제품은 표준 제1 코일러(21)로 공급됨과 더불어 계속해서 제2 코일러(22)로 공급되어질 수 있고, 저장소(23)가 상기 주조 스테이션과 인접한 장치 프레임에 장착되고, 용융금속은 분배기의 배수로(24)를 통해 상기 저장소로 유입될 수 있다.

상기 롤 캐리지(13)는 주 장치프레임(11)의 길이방향을 따라 연장하는 레일(33) 위에서 휠(32)에 장착된 캐리지 프레임(31)을 구비하여, 상기 레일(33)을 따라 이동가능하게 장착되고, 상기 캐리지 프레임(31)은 롤(16)을 회전가능하게 장착한 한 쌍의 롤 미끄럼대(34)를 운반하며, 상기 캐리지(13)는 유압피스톤과 실린더 유니트(39)의 2중 작동으로 레일(33)을 따라 이동하게 되어 있고, 상기 실린더 유니트(39)는 롤 캐리지(13)의 구동브라켓(40)과 주 장치프레임 사이에 설치되어 롤 캐리지를 어셈블리 스테이션(14)과 주조 스테이션(15) 사이로 또한 그 역으로 정확하게 왕복이동시킬 수 있다.

상기 주조 롤(16)은 캐리지 프레임(31)에 장착된 전동모터와 변속기의 구동 샤프트(41)를 통해 서로 반대방향으로 회전하고, 상기 롤(16)은 길이방향으로 연장되면서 원주방향으로는 서로 이격된 일련의 냉각수통로를 형성한 구리 원주벽을 가지고, 상기 냉각수통로에는 회전하는 눌림쇠(43)를 통해 물공급호스(42)와 연결되어 있는 롤 구동샤프트(41)에서 물공급덕트로부터 롤 단부를 통해 냉각수가 공급되며, 상기 롤은 2m까지의 폭을 가진 넓은 스트립제품을 생산하기 위해 약 500mm의 직경과 2m까지의 길이를 갖는다.

상기 레이들(17)은 전형적으로 종래에 사용되는 구조로서 오버헤드 크레인의 요오크(45)를 통해 지지되면서 고온의 용융금속 수납스테이션으로부터 작업위치로 이동할 수 있게 되어 있고, 용융금속이 레이들로부터 출구 노즐(47)을 통해 분배기(18)의 내화성 덕트(48)로 유동될 수 있도록 상기 레이들은 서보 실린더에 의해 작동되는 스톱퍼 로드(46)와 결합되어 있다.

상기 분배기(18)는 넓은 접시형상으로서 내식성 라이닝을 가진 주조성 고 알루미나와 같은 내화성 재질로 만들어지고, 상기 분배기의 일측은 레이들로부터 용융금속을 수용하도록 전술한 배수구(24)가 마련되어 있으며, 상기 분배기의 다른 측면에는 길이방향을 따라 일련의 유출 개구부(52)가 소정간격을 두고 형성되어 있고, 상기 분배기의 하부에는 롤 캐리지 프레임(31)에 분배기를 장착하기 위한 장착 브라켓(53)이 부착됨과 더불어 분배기를 정확하게 위치시키기 위해 캐리지 프레임상에 형성된 걸림쇠(54)에 끼워지는 구멍이 형성되어 있다.

한편 상기 공급노즐(19)은 동일한 2부분이 결합된 대칭형상 세그먼트로서 알루미나 그래파이트와 같은 내화성 재질로 제조되어 완전한 노즐을 형성하도록 양단을 유지한다. 도 5에서 도 11은 노즐 세그먼트의 구조를 도시한 것으로서 장착브라켓(60)을 매개로 롤 캐리지 프레임에 장착되며, 노즐 세그먼트의 상부에는 측면플랜지(55)가 장착브라켓(60)에 위치되는 바깥쪽으로 돌출되게 형성되어 있다.

노즐의 각 세그먼트는 대체로 개구된 통형상으로 형성되어, 상기 분배기의 개구부(52)로부터 하방으로 유동하는 용융금속을 수용할 수 있도록 상향 수용홈통부(61)가 노즐(19)에 형성되어 있으며, 이 수용홈통부(61)는 노즐의 측벽(62)과 선단벽(70) 사이에 형성되면서 노즐 세그먼트 2개의 평평한 선단벽(80)에 의해 그 양쪽 선단부를 횡방향으로 구획하여 완전한 노즐을 이룬다. 수용홈통부의 바닥면은 수평한 바닥 플로워(63)에 의해 밀폐됨과 더불어 상기 플로워(63)는 깍인 바닥 모서리(81)에서 상기 수용홈통부의 측벽(62)과 이어지게 되어 있다. 상기 노즐의 바닥 모서리에는 노즐의 길이방향을 따라서 일정한 간격을 두고 배열되어 길이방향으로 이격된 일련의 슬롯(64)형태의 측개구부가 함께 형성되어 있고, 상기 슬롯(64)은 수평한 플로워(63) 높이로 노즐 수용홈통부(61)에서 용융금속을 유출할 수 있도록 배열되어 있으며, 상기 플로워(63)에는 슬롯(64)에 인접한 부위에 오목홈(83)이 형성되어 있는데, 이 오목홈(83)은 플로워의 중심에서부터 상기 슬롯쪽으로 바깥아래쪽으로 경사지게 형성되어 슬롯과 연결되어, 플로워 상면(85)의 높이 아래에서 노즐의 바닥 모서리(81)의 슬롯(64)에 도달하고, 또 수용홈통부(61)의 각 측부를 따라 이격 배열되어 있다.

상기 노즐 세그먼트의 바깥쪽 선단부에는 노즐 선단벽(70)보다 외측으로 뻗은 삼중점 주입 단부 구조(87)가 형성되어 있고, 상기 주입 단부(87)의 각 선단벽은 분배기로부터 용융금속을 수용하기 위해 상향 개구된 리저버(88)를 형성하고 있으며, 이 리저버(88)는 노즐 수용홈통부(61)에서 선단벽(70)에 의해 분리된다. 상기 선단벽(70)의 상단부(89)는 노즐 수용홈통부(61) 상단 및 리저버(88) 외측부보다 낮고, 이하 상술하는 바와 같이 상기 리저버(88)에 용융금속이 넘쳐 흐를 때에 수용홈통부(61)로의 흐름을 허용하는 댐 역할을 할 수 있다.

상기 리저버(88)는 내면(92)과 측면(93) 및 만곡된 직립 외측면(94)과 평평한 플로워(91)를 가진 깊이가 얕은 접시형상을 하고 있고, 한 쌍의 삼중점 주입통로(95)는 리저버(88)로부터 외측 측방향으로 연장되어 노즐 선단부(87)의 하면에서 삼중점 주입 출구(96)와 연결되도록 플로워(91) 높이 바로 윗쪽까지 연장하며, 상기 출구(96)는 하측방향 안쪽으로 경사지게 형성되어 용융금속을 주조 풀의 삼중점영역내로 공급할 수 있다.

용융금속은 분배기의 유출 개구부(52)로부터 수직으로 자유낙하하는 일련의 분리된 용융금속흐름(65)을 통해 노즐 수용홈통부(61)의 바닥부로 낙하하고, 또 용융금속은 주조 롤(16) 사이의 닙(69) 바로 위에 배열된 주조 풀(68)을 형성하기 위해 상기 리저버로부터 측개구부(64)를 통해 유출되며, 상기 주조 풀은 롤(16)의 단부(57)에 부착된 한 쌍의 측부 밀폐판(56)에 의해 롤(16)의 단부에서 형성되고, 상기 측부 밀폐판(56)은 예컨대 붕소 질화물과 같은 강한 내화성 재질로 만들어진다. 또 상기 측부 밀폐판(56)은 플레이트 홀더(82)에 장착되어 있고, 용융금속의 주조 풀에 대한 측부를 밀봉시키기 위해 측부 밀폐판을 주조 롤의 단부로 이동시키는 한쌍의 유압실린더(83)의 구동에 의해 상기 측부 밀폐판(56)이 이동가능하게 설치되어 있다.

주조 작업과정에는, 용융금속 흐름을 제어하는 것에 의해, 금속공급노즐(19)의 하단부가 주조 풀에 침적하는 높이로 주조 풀(68)을 유지하고, 금속공급노즐(19)의 수평방향으로 이격된 2줄의 측개구부(64)가 주조 풀의 하면 바로 아래에 배열될 수 있다. 용융금속은 주조 풀 표면에 인접해서 주조 롤(16) 냉각 표면에 충돌하도록, 측개구부(64)를 통해 주조 풀(68) 표면에 전반에 인접해 2줄의 측방향 외측방향을 향한 분사흐름을 유출하여, 이로 인해 주조 풀의 메니스커스 영역으로 공급되는 용융금속흐름의 온도가 최대로될 뿐만 아니라 주조 스트립 표면에 메니스커스 마크나 균열이 발생될 위험이 대폭적으로 감소된다.

본 발명에 의하면, 용융금속은 노즐 수용홈통부(61)의 최하단부에서 플로워와 거의 동일한 높이의 측개구부(64)를 통해 유출될 수 있다. 용융금속은 주조 풀표면 바로 아래에서 서로 반대방향으로 향하는 분사 흐름으로서 주조 풀에 유입되어, 주조 풀의 메니스커스 영역에서 주조 롤(16) 표면상에 충돌하며, 노즐의 수용홈통부 내에 어떠한 금속 덩어리도 퇴적되지 않도록 용융금속이 직접 주조 풀로 유입될 수 있는 유량을 제공하도록 측개구부(64)가 형성되어 있다. 따라서 자유낙하하는 용융금속흐름(65)은 노즐 플로워(63)의 상면(85)에 직접 충돌하여 플로워 홈(83)을 가로질러 외측으로 팬(fan)형상으로 펼쳐지면서 플로워 홈(83)을 따라 측개구부(64)로 도달되고, 상기와 같은 운동에너지를 용융금속의 외향 확장운동(outward fanning movement)으로 전환하는 것을 돕기 위해 분배기의 유출구(52)는 노즐의 측개구부(64)에 대해 노즐의 길이방향을 따라 엇갈리게 형성되어, 낙하되는 용융금속흐름(65)은 일련의 측개구부(64) 쌍사이의 소정부위에서 노즐 플로워에 충돌하며, 이에 따라 상기 용융금속흐름은 플로워 홈(83) 사이에 배열된 플로워(97)의 평평한 부위에 충돌하게 된다. 그리고 주조 풀(68)이 금속공급노즐(19)의 바닥부 바로 위 높이까지 상승하여, 주조 풀(68) 표면이 노즐의 수용홈통부의 플로워 바로 위에 있으면서 동시에 수용홈통부(61)의 용융금속과 동일한 높이가 되도록 조작될 수 있고, 이러한 상태하에서 매우 안정된 주조 풀을 얻을 수 있으며, 상기 유출개구부가 충분한 각도로 하측방향으로 경사진다면 정지된 주조 풀 표면을 얻을 수 있게 되며, 상기 금속공급노즐의 길이방향을 따라 측개구부의 외측 및 하측방향경사각도를 변화시키면 메니스커스 영역에서 열전달을 향상시키기 위해 주조 풀의다른 부분보다 교란상태에 있는 동안에 카메라나 혹은 다른 센서를 매개로 감지할 수 있는 주조 풀 높이에서 정지된 부위를 만들 수 있다.

또, 측개구부의 경사각도를 변화시키면 금속공급노즐의 양쪽 단부 지역보다 노즐의 중앙부위에서 교란이 심화되어 주조 풀 표면에 있는 슬래그를 풀의 가장자리로 밀어 보내서 스트립의 외측 가장자리에 응고되게 할 수 있고, 이렇게 응고된 슬래그는 차후의 다듬질 작업으로 제거될 수 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위해 측개구부의 외측 및 하측방향 경사각도는 노즐의 중앙부위에서 매우 작은 각도로부터 점진적으로 노즐의 단부쪽을 향해 급격하게 변화(증가)시킬 수 있고, 상기한 구조는 삼중점 주입에 의해 사이드 댐 플레이트로부터 떨어져서 슬래그를 유지하는 관계로, 삼중점 주입 단부 구조를 구비한 노즐을 사용하는 데에 매우 적합하게 된다.

상기 노즐의 측개구부(64)를 2개의 금속공급노즐 단면의 내측단부에 형성시키는 것이 매우 중요하고, 이렇게 하면 노즐의 중앙부위와 인접해서 주조 풀에 용융금속을 충분히 공급할 수 있을 뿐만 아니라 풀에서 스컬즈의 형성을 방지할 수 있게 된다.

삼중점 주입 리저버(88)는 분배기(18)로부터, 예를 들면, 최외측 2개의 용융금속흐름(65)을 수용하게 되고, 상기 리저버(88)가 경사진 측면(92)의 바로 외측에서 평평한 플로워(91)상에 충돌하는 각각의 분리된 용융금속흐름을 수용할 수 있도록 분배기(18)의 2개의 최외측 개구(52)가 적절히 배열되며, 상기와 같이 플로워(91)상에 용융금속이 충돌하게 되면 용융금속이 플로워를 가로질러서 외측으로 확장됨과 더불어 삼중점 주입통로(95)를 통해 유출구(96)쪽으로 외측으로 확장되고, 상기 유출구(96)는 사이드 댐의 면을 가로지르면서 닙쪽으로 주조 롤의 단부를 따라서 고온의 용융금속이 하방 및 내측으로 분출되게 한다.

상기 각 수용홈통부에서 삼중점 주입은 용융금속의 얕고 넓은 풀로 진행하고, 이 풀의 높이는 벽(70)의 상단부(89) 높이에 의해 제한되며, 상기 리저버(88)가 용융금속으로 채워질 때에 용융금속은 선단벽(89) 위로 역류되면서 수용홈통부로 유입되어, 상기 벽(70)이 삼중점 주입 공급 리저버(88)내에서 금속 풀의 깊이를 제어하는 댐 역할을 하게 되고, 상기 풀의 깊이는 용융금속을 삼중점 주입통로로 공급할 수 있도록 충분히 깊게 형성되어 용융금속의 일정한 유동을 유지할 수 있게 되므로, 상기 삼중점 주입통로를 통해 고온의 용융금속이 매우 안정되고 균일하게 유동될 수 있게 된다. 상기와 같은 유동량의 제어는 스트립의 선단부를 적절히 형성시키는 데에 매우 중요한 역할을 하게 되고, 상기 삼중점 통로를 통해 용융금속이 과도하게 흐르면 스트립의 선단부에 벌징(bulging)이 형성되는 반면에 유동량이 작게 되면 스트립에 스컬즈와 " 스네이크 에그(snake egg)" 가 형성되게 된다.

상기 삼중점 주입 구조(87)의 하면(98)은 주조 풀의 표면보다 높게 형성되어 삼중점 주입 단부에서 풀의 표면 냉각을 방지할 수 있게 되고, 게다가 상기 하면(98)은 외측 및 상측방향으로 경사지게 형성되어, 금속공급노즐의 선단부 바로 아래에서 슬래그 등의 오염물 축적을 방지하거나 덩어리가 퇴적되는 것을 예방할 수 있으며, 상기와 같이 덩어리가 퇴적되면 주조 풀 내의 가스나 김 등이 원활하게 배출되지 못하여 폭발의 위험이 있게 된다.

상기 서술한 장치는 예시에 불과하며, 본 발명이 서술한 장치의 구조적 기술 부분에만 한정되는 것은 아니고, 특히 본 발명에 있어서 금속공급노즐에 삼중점 주입 단부 구조를 형성시키는 것이 바람직하지만, 오스트레일리아의 특허 출원 제 96-60773호에 기재된 것과 같이 노즐내의 선단부 개구부를 통해 삼중점 영역으로 용융 금속을 유동시키는 것도 가능하며, 상기 노즐을 다수의 세그먼트로 형성할 필요는 없지만, 노즐을 하나의 내화성 몸체로 형성시킬수도 있으며 후술하는 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형이 이루어질 수 있다.

이상 실현한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주조 풀 내로 용융금속을 보다 안정되게 유동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 주조 풀 내의 용융금속의 교란이 발생되지 않게 되고, 노즐의 중앙부위와 인접해서 풀에 용융금속을 충분히 공급할 수 있을 뿐만 아니라 풀에서 스컬즈의 형성을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 한 쌍의 주조 롤을 가진 스트립 연속 주조장치의 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 금속공급노즐을 포함하는 도 1에 도시된 주조장치의 종단면도,

도 3은 도 2에 도시된 주조장치의 횡방향 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 주조 롤과 인접한 부위와 금속공급노즐의 주요 부분을 확대하여 도시한 횡단면도,

도 5는 본 발명에 따른 금속공급노즐 절반부의 측면도,

도 6은 도 5의 노즐부분 평면도,

도 7은 금속공급노즐의 종단면도,

도 8은 금속공급노즐의 사시도,

도 9는 금속공급노즐의 배면 사시도,

도 10은 도 5에 도시된 금속공급노즐의 10-10선 단면도,

도 11은 도 7의 선11-11에 따른 단면도,

도 12는 도 7의 선12-12에 따른 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11-주 장치프레임 13-주조 롤 캐리지(carriage)

16-주조 롤 17-캐리지

18-분배기 19-금속공급노즐

52-개구부 64-측개구부

65-용융금속흐름 68-주조 풀(pool)

70-선단벽 88-리저버(reservior)

Claims (28)

1. 한 쌍의 냉각 주조 롤(16) 사이의 닙(69) 상방에 닙을 따라 연장하는 길다란 금속공급노즐(19)을 통해 용융금속을 주조 롤(16) 사이에 주입하고, 닙(69) 상방에 지지되고 주조 롤 측부 밀폐판(56)에 의해 닙 단부가 구속된 용융금속 주조 풀(68)이 형성되고,

   닙(69)에서 하방으로 공급된 응고 스트립(20)을 주조하도록 주조 롤(16)을 회전하는 금속 스트립 주조방법에 있어서,

   노즐 수용홈통부(61)의 바닥부에는 플로워(63)이 형성되고, 용융금속을 노즐 수용홈통부(61)에서 노즐 바닥 모서리에 형성된 측개구부(64)를 통해 주조 풀(68)로 유출시키는 것에 의해 노즐 수용홈통부(61)에서의 용융금속의 유출을 행하고, 노즐 수용홈통부(61)로는 자유낙하하는 일련의 용융금속흐름(65)이 공급되어 노즐 수용홈통부의 플로워(63)에 직접 충돌하여 이 바닥부를 가로질러 외측방향으로 확장되도록 하여, 노즐 수용홈통부의 바닥 높이의 측개구부(64)를 통해 상호 반대방향을 향해 분사흐름으로서 주조 풀로 도달되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 측개구부(64)는 입구 단부와 출구 단부를 가지며, 상기 출구 단부는 상기 노즐 플로워(63) 높이의 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 측개구부(64)가 길이방향을 따라 소정간격을 두고 수용홈통부의 바닥 모서리(81)를 따라 연장된 길다란 슬롯형태인 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
4. 제3항에 있어서,

   융용금속흐름이 일련의 측개구부(64)쌍 사이의 소정부위에서 노즐 플로워(63)에 충돌하도록 하기 위해, 상기 자유낙하하는 일련의 용융금속흐름(65)은 상기 측개구부(64)에 대해 수용홈통부의 길이방향을 따라 엇갈리도록 소정간격을 두고 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 수용홈통부(61)의 플로워(63)에는 상기 측개구부(64)와 인접해서 길이 방향을 따라 소정간격을 두고 오목홈(83)이 형성되어, 상기 측개구부(64)가 플로워에서 오목홈(83)과 연속되게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 오목홈(83)은 수용홈통부의 바닥 중앙부위에서 측개구부(64)쪽으로 외측 및 하측방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 수용홈통부의 플로워(63)가 길이방향을 따라 소정간격을 두고 오목흠(83) 사이에서 평평하게 형성되고, 상기 자유낙하하는 용융금속흐름(65)이 오목홈(83) 사이의 플로워(63)의 평평한 부위에 충돌하도록 된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 측개구부(64)가 수용홈통부의 바닥 모서리의 외측 및 하측방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 측개구부(64)의 경사각도가 노즐의 길이방향을 따라 다른 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 측개구부(64)의 경사각도가 노즐의 중앙부위로부터 노즐의 단부를 향하여 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조방법.
11. 상호간의 닙(69)을 형성하는 한 쌍의 평행한 주조 롤(16)과, 주조 롤(16) 사이에 닙(69) 상방에 닙을 따라 연장하고 또 용융금속을 닙(69)에 공급하는 길다란 금속공급노즐(19)과, 이 금속공급노즐(19) 상방에 배치되어 용융금속을 일련의 자유 낙하 흐름(65)으로서 금속공급노즐(19)에 공급하는 분배기(18)로 구성된 금속 스트립 주조장치에 있어서,

    노즐 수용홈통부(61)의 바닥부에는 용융금속의 자유 낙하 흐름(65)이 충돌하는 플로워(63)가 설치되고, 상기 금속공급노즐(19)의 바닥 모서리(81)에 측개구부(64)를 설치해 노즐 수용홈통부의 플로워(63)에서 노즐 수용홈통부에서 충돌하는 용융금속이 직접 유출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
12. 제11에 있어서,

    상기 측개구부(64)는 입구 단부와 출구 단부를 가지며, 상기 출구 단부는 노즐 플로워(63)의 바닥 높이 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 측개구부(64)가 수용홈통부의 바닥 모서리(81)를 따라서 길이방향으로 소정간격을 두고 연장되게 형성된 길다란 슬롯인 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 분배기(18)가 수용홈통부를 따라 소정간격을 두고 용융금속의 자유 낙하하는 용융금속흐름(65)을 공급하기 위해 측개구부(64)에 대해 수용홈통부의 길이 방향을 따라 엇갈리게 배열된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
15. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 수용홈통부(61)의 플로워(63)에는 측개구부(64)와 인접해서 길이방향을 따라 소정간격을 두고 오목홈(83)이 형성되어, 상기 측개구부(64)가 플로워에서 오목홈(83)과 연속되게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 오목홈(83)은 수용홈통부의 바닥 중앙부에서 측개구부(64)쪽으로 외측 및 하측방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
17. 제15항에 있어서,

    상기 노즐 플로워(63)가 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 오목홈 사이에 평평하게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
18. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 측개구부(64)가 수용홈통부의 바닥모서리의 외측 및 하측방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
19. 제18항에 있어서,

    상기 측개구부(64)의 경사각도는 노즐의 길이방향을 따라 다른 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 측개구부(64)의 경사각도는 노즐의 중앙부위로부터 노즐의 단부쪽으로갈수록 점차로 증가하는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 주조장치.
21. 노즐은 용융금속을 수용하기 위해 상부가 개구된 수용홈통부(61)와, 노즐 플로워(63)에 의해 밀봉되면서 수용홈통부로부터 용융금속을 수용홈통부의 플로워로 유출하기 위해 수용홈통부의 바닥 모서리(81)에 배열된 측개구부(64)를 구비하는 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.
22. 제21항에 있어서,

    상기 노즐의 측개구부(64)는 입구 단부 및 출구 단부를 구비하며, 상기 출구 단부는 노즐의 플로워(63) 높이 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.
23. 제21항 또는 제22항에 있어서,

    상기 측개구부(64)가 길이방향을 따라 소정간격을 두고 수용홈통부의 바닥 모서리(81)를 따라 연장된 길다란 슬롯형태인 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.
24. 제21항 또는 제22항에 있어서,

    상기 수용홈통부(61)의 플로워(63)에는 상기 측개구부(64)와 인접해서 길이 방향을 따라 소정간격을 두고 오목홈(83)이 형성되어, 상기 측개구부(64)가 플로워에서 오목홈(83)과 연속되게 형성된 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.
25. 제24항에 있어서,

    상기 오목홈(83)은 수용홈통부의 바닥 중앙부위에서 측개구부(64)쪽으로 외측 및 하측방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.
26. 제21항 또는 제22항에 있어서,

    상기 측개구부(64)가 수용홈통부의 외측 및 하측방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.
27. 제26항에 있어서,

    상기 측개구부(64)의 경사각도가 노즐의 길이방향을 따라 다른 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.
28. 제27항에 있어서,

    상기 측개구부(64)의 경사각도가 노즐의 중앙부위로부터 노즐의 단부쪽으로갈수록 점차로 증가하는 것을 특징으로 하는 트윈 롤 주조기의 주조 풀로 용융금속을 공급하는 내화성의 노즐.

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