KR100554725B1

KR100554725B1 - 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치

Info

Publication number: KR100554725B1
Application number: KR1019990041713A
Authority: KR
Inventors: 하만진; 강태욱; 정한남
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2006-02-24
Also published as: KR20010029089A

Abstract

본 발명은 쌍롤형 박판주조기에 설치되어 탕면 및 루프분위기를 유지하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 탕면의 실링을 향상시키고, 사용되는 불활성가스의 사용량을 최소화시키며, 불활성가스의 온도를 증가시킴으로서 탕면표면에서의 스컬발생을 억제할수 있는 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치에 관한 것이다.

본 발명은 상기 주조롤(1a)(1b)의 상부에 설치되는 탕면분위기유지부(4)와 상기 주조롤(1a)(1b)의 하부에 설치되는 루프분위기유지부(7)사이를 일체로 연결하여 상기 주조롤(1a)(1b)을 감싸 외기와의 접촉을 차단하는 상부밀폐부(19)를 형성하도록 외각쉴드(11)가 갖추어지고, 상기 외각쉴드(11)내부면에는 전원공급부(15a)(15b)와 전기적으로 연결되어 전원공급시 열원을 제공하여 상기 상부밀폐부(19)내의 불활성가스를 승온시키는 발열체(12)를 복수개 장착하는 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치를 제공한다.

탕면분위기 유지부, 루프분위기 유지부, 외각쉴드, 전원공급부, 발열체

Description

쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치{APPARATUS FOR CONTROLLING THE ATMOSPHERE OF SUMP AND LOOP IN STRIP CASTER OF TWIN ROLL}

도 1은 일반적인 쌍롤형 박판주조기를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치를 도시한 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치를 도시한 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치에 채용되는 세라믹부재의 설치상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1a,1b .. 주조롤 2 ...... 용강풀

3 ...... 침지노즐 4 ...... 탕면분위기 유지부

7 ...... 루프분위기 유지부 11 ..... 외각쉴드

12 ..... 발열체 15a,15b ...... 전원공급부

19 ..... 상부밀폐부 20 ..... 하부밀폐부

33a,33b ... 스프링부재 34a,34b .... 세라믹부재

36 ..... 가이더부재 38a,38b ... 브러쉬롤

일반적으로 박판연속주조공정은 용융금속으로부터 최종 박판제품을 직접 주조하는 공정으로서, 중간공정들을 대폭 생략하여 경량화된 설비로 재래식 철강공정에 비해 생산원가를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 재래식 공정으로 제조하기 힘든 난 가공성 제품의 생산도 가능하게 한다.

이러한 박판연속주조공정에서는 수냉되는 두 개의 주조롤을 서로 반대방향으로 회전시키면서 주조롤사이에 용강을 공급하여 용강풀(melt pool)을 형성시키고, 상기 용강풀의 용강이 주조롤의 표면에서 응고되며, 응고된 두 개의 응고쉘(shell)이 합쳐져서 박판을 형성하게 된다.

상기와 같이 주조생산된 박판의 표면품질은 일반 연속주조공정에 비하여 후처리공정을 적게 거치게 됨으로 매우 중요하기 때문에, 박판의 표면품질을 향상시키기 위하여 많은 방법들이 제안되었고, 이러한 방법들중에는 용강공급노즐의 적정화, 용강표면의 요동제어, 주조롤의 압하력의 적정화, 용강표면의 산화물 혼입방지 및 주조롤 닢하부에서의 주편표면 산화스케일 방지등이 제시되고 있다.

한편, 용강표면이 대기중의 산소와 접하게 되면, 용강표면에는 산화물이 생성되고, 생성된 산화물이 용강표면의 유동에 의해 롤측으로 혼입되게 되며, 주조롤쪽으로 혼입된 산화물은 주편의 표면에 붙게 되어 주편표면의 품질을 악화시키는 것이다. 또한, 이러한 산화물들은 롤과 주편사이의 열전달을 방해하여, 주편에 크랙(crack)을 생성시키는 원인으로 작용하였다.

따라서, 주편표면에 산화물이 혼입되는 것을 방지하기 위해서는, 먼저 용강표면에 근본적으로 산화물을 생성시키지 않도록 하거나 생성된 산화물이 혼입되지 않도록 하는 방법이 있다. 이러한 방법중에 가장 많이 제시되고 있는 것이 박판제조를 목적으로 하는 공정에서 용강표면의 산화를 방지할수 있도록 주조롤상부에 탕면 분위기유지장치(meniscus shield)를 설치하는 방법이다.

이러한 종래의 탕면 분위기유지장치는 용강탕면과 바깥대기사이를 물리적으로 차단하거나, 롤표면에 흡착되는 산소를 제거하고, 분위기용 불활성 가스를 적게 사용하는 방법이다. 그러나, 이러한 종래의 탕면 분위기유지장치를 사용하여 롤표면에 흡착되는 산소를 완전히 제거할 수는 없으며, 또한 사용하는 불활성가스의 양을 적게 하였을때에는 탕면에서의 실링효과가 많이 떨어진다. 그리고, 탕면실링을 확실히 하기 위하여 많은 양의 불활성 가스를 탕면으로 분사하면, 탕면의 온도가 하락하고 이에 의해 스컬이 생성하게 된다. 그러므로 탕면으로 공급되는 불활성 가스의 온도를 증가시키는 것이 필요하다.

또한, 주조롤 표면을 빠져 나온후 주조롤 닢직하로 주조되는 주편루프(loop) 에서의 주편온도는 매우 높기 때문에, 주편표면이 고온 산화되어 스케일이 끼기 쉽다. 이러한 스케일을 벗겨내기 위하여 후처리공정에서 많은 노력이 필요하므로, 롤닢하부에서의 주편표면의 산화스케일을 저감시키는 것이 필요하다.

이러한 산화스케일을 저감시키기 위해서는 주편루프를 감싸는 쉴드(shield)를 만들어 루프분위기를 유지하는 방법을 많이 사용하고 있다. 이러한 방법에서는 루프쉴드내에 불활성가스를 넣어서 주편표면에서의 산화에 필요한 산소를 차단시켜 산화속도를 저감시킨다. 그러므로 여기에서 사용되는 불활성 가스의 종류도 분위기 유지장치에서 사용하는 가스의 종류와 유사하다. 주조롤닢하부의 고온산화를 막기 위한 루프분위기 유지장치는 미국특허 5584337호에서와 같이 가스를 공급하여 산소농도를 낮추어 산화스케일을 방지하는 방법을 사용한다. 그리고 WO 95/13156호에서와 같이 주조롤 닢 직하에서 고온산화를 막기 위하여 주편표면을 코팅하는 방법을 사용하였다.

이와 같이, 박판연속공정에서는 분위기 유지장치와 루프분위기 유지장치에서 단가가 비싼 불활성 가스를 많이 사용하고 있다. 그러므로 종래의 방법을 사용할 경우에는 분위기용 불활성 가스를 계속적으로 공급하여 소모하게 됨으로 주조비용이 증가하는 문제가 있다. 따라서 이러한 가스를 재활용하는 것이 생산된 박판의 단가를 저감시키는 것일 뿐만 아니라 환경보호를 위해서도 필요한 것이다.

한편, 도 1은 일반적인 쌍롤형 박판주조장치를 도시한 개략도로서, 도시한 바와같이, 반대방향으로 회전하는 수냉 주조롤(1a)(1b)사이에 용강을 주입하여 상기 주조롤(1a)(1b)표면에서 용강을 응고시키고, 주조롤(1a)(1b)의 닢하부에서 일정 한 두께의 주편(6)을 주조생산하는 것이다.

이러한 주조롤(1a)(1b)의 상부에는 탕면에 외기가 접촉하는 것을 방지할수 있도록 탕면분위기 유지부(4)가 설치되고, 상기 탕면분위기 유지부(4)에는 용강의 표면에서 산화물이 생성되는 것을 방지할수 있도록 용강풀(2)에 불활성가스를 공급하는 가스공급관(9a)(9b)을 각각 장착하였다. 그리고, 상기 주조롤(1a)(1b)의 닢하부에는 주조되는 주편(6)표면의 산화를 방지할수 있도록 루프분위기유지부(7)를 설치하고, 상기 루프분위기 유지부(7)에는 주편루프의 분위기를 유지할수 있도록 불활성가스가 공급되는 가스공급관(10a)(10b)을 장착하였다.

그러나, 상기 주조롤(1a)(1b)과 탕면분위기 유지부(4) 및 루프분위기 유지부(7)사이에는 간격(s1)(s2)이 형성되기 때문에, 용강풀(2)의 탕면에서 완전한 불활성가스 분위기가 조성되지 못하고, 상기 탕면부위기유지부(4)와 용강풀(2)사이의 공간에 공기가 일정이상 포함하게 된다. 즉, 공기의 유입경로는 상기 간격(s1)(s2)이며, 상기 간격(s1)(s2)을 통하여 상기 주조롤(1a)(1b)의 회전방향으로 얇은 공기층을 롤표면에 생성하면서 내부로 유입되는 것이다.

여기서, 이러한 간격(s1)(s2)은 회전체인 주조롤(1a)(1b)의 표면이 매우 민감하여, 특정장치가 롤표면에 닿을 경우 흠이 발생되고, 이는 주조되는 주편의 흠이 되어 주편불량을 초래하기 때문에 형성되는 것이다.

그리고, 상기 탕면, 루우프분위기(4)(7)의 가스공급관(9a)(9b)(10a)(10b)을 통해 내부로 들어가는 불활성가스의 온도가 탕면온도에 비하여 낮기 때문에 탕면에 스컬을 발생하고, 주편표면에 흠으로 작용하는 한편, 이러한 스컬에 의해서 롤(1a)(1b)의 손상이 발생한다.

또한, 탕면표면 또는 에지댐근처에서 용강이 응고된 스컬이 응고쉘(5)사이로 들어가게 되면 순간적으로 압하를 많이 받게 되어 구리로 만들어진 주조롤(1a)(1b)이 국부적으로 찌그러지게 되어 롤의 손상을 초래한다. 이에 따라 스컬의 발생을 억제하는 것이 매우 중요하다.

그리고, 탕면분위기 유지부(4)의 가스공급관(9a)(9b)을 통해 주조롤(1a)(1b)의 상부공간으로 공급된 불활성가스는 간격(s1)을 통해 외부로 유출되고, 루프분위기 유지부(7)의 가스공급관(10a)(10b)을 통해 주조롤(1a)(1b)의 하부공간으로 공급된 불활성가스는 간격(s2) 및 핀치롤(8)과 루프분위기 유지부(7)사이의 틈새를 통해 외부로 유출된다. 이러한 불활성가스의 유출에 의해서 불활성가스의 사용량을 증가시켜 주조공정비용을 상승시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은, 롤표면에 흡착되어 탕면으로 들어가는 산소를 제거하여 탕면의 실링을 향상시키고, 탕면에 사용하는 불활성가스의 온도를 증가시켜 스컬생성을 억제하며, 불활성가스를 재활용함으로서 가스사용량을 최소화시킬 수 있는 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치를 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,

서로 반대방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 통과시켜 주편을 연속주조하는 쌍롤형 박판주조장치에 있어서,

상기 주조롤의 상부에 설치되는 탕면분위기유지부와 상기 주조롤의 하부에 설치되는 루프분위기유지부사이를 일체로 연결하여 상기 주조롤을 감싸 외기와의 접촉을 차단하는 상부밀폐부를 형성하도록 외각쉴드가 갖추어지고, 상기 외각쉴드내부면에는 전원공급부와 전기적으로 연결되어 전원공급시 열원을 제공하여 상기 상부밀폐부내의 불활성가스를 승온시키는 발열체를 복수개 장착함을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치를 마련함에 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치를 도시한 종단면도, 도 3은 본 발명에 따른 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치를 도시한 평면도로서, 도시한 바와같이, 본 발명의 장치(100)는 회전체인 주조롤(1a)(1b)의 상부에 수평하게 설치되는 탕면분위기유지부(4)와 상기 주조롤(1a)(1b)의 하부에 수직하게 설치되어 주편(6)루프를 감싸는 하부밀폐부(20)를 형성하도록 설치되는 루프분위기유지부(7)와의 사이에 외각쉴드(11)를 갖추어 구성한다.

이러한 외각쉴드(11)는 상기 탕면분위기유지부(4)의 각 외부테두리와 상단이 연결되고, 상기 루프분위기유지부(7)의 상단과 하단이 일체로 연결되어 한쌍의 주조롤(1a)(1b)을 전체적으로 감싸 외기와의 접촉을 차단하는 상부밀폐부(19)를 형성하는 철구조물로 갖추어지며, 그 내부면에는 고온의 열을 충분히 견딜수 있도록 내 화물이 장착된다.

그리고, 상기 탕면부위기유지부(4)의 상부면에는 한쌍의 주조롤(1a)(1b)사이에 형성되는 용강풀(2)에 용강을 공급하는 침지노즐(3)이 설치되고, 상기 루프분위기유지부(7)에는 하부밀폐공간으로 불활성가스를 공급하는 가스공급관(10a)(10b)이 설치되어 있다.

한편, 이러한 외각쉴드(11)의 내측면에는 전원공급부(15a)(15b)와 전기적으로 연결되어 전원공급시 열원을 제공하는 발열체(12)를 복수개 설치하며, 상기 발열체(12)는 서로 직렬로 연결되어 전원공급시 일정온도로 발열됨으로서, 상기 상부밀폐부(19)와 하부밀폐부(20)사이를 연결하며, 주조된 주편이 진행되는 연결구(17)를 통해 상기 상부밀폐부(19)내로 공급된 불활성가스를 승온시킬수 있는 것이다.

그리고, 상기 외각쉴드(11)에는 도 3과 4에 도시한 바와같이, 그 외부면으로 돌출되는 주조롤(1a)(1b)의 롤축(31a)(31b)과 상기 외각쉴드(11)사이의 틈새를 차단할 수 있도록 스프링(33a)(33b)에 의해서 상기 롤축(31a)(31b)측으로 탄력지지되는 세라믹부재(34a)(34b)를 상기 롤축(31a)(31b)의 좌우양측에 설치하며, 상기 세라믹부재(34a)(34b)를 지지하는 가이더부재(36)는 상기 외각쉴드(11)의 외부면에 장착되며, 상기 세라막부재(34a)(34b)에 선단이 연결되는 스프링(33a)(33b)의 각 후단은 에지댐(39)에 설치되거나 상기 외각쉴드에 고정되는 고정대(35)에 연결구성되는 한편, 상기 세라막부재(34a)(34b)의 각 선단은 원통형 롤축(31a)(31b)에 밀착되도록 반원단면형 홈으로 갖추어진다.

여기서, 상기 세라믹부재(34a)(34b)는 내열성이 우수하고, 신축성이 있으며, 내마모성을 갖는 알루미나파이버(fiber)를 소재로 하여 이를 겹쳐구성한 패드(pad)형으로 제작된다.

또한, 상기 주조롤(1a)(1b)에는 롤표면에 붙어있는 이물질을 제거할수 있도록 브러쉬롤(38a)(38b)을 상기 주조롤(1a)(1b)과 나란하게 설치하며, 상기 외각쉴드(11)에 회전가능하도록 설치되는 브러쉬롤(38a)(38a)의 롤축의 일단에는 회전동력장치(미도시)를 연결구성하여 상기 브러쉬롤(38a)(38b)을 일방향 구동시키도록 한다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

한쌍의 주조롤(1a)(1b)사이로 용강풀에 채워진 용강을 통과시켜 주편(6)을 주조하고자 하는 경우, 루프분위기 유지부(7)에 설치된 가스공급관(10a)(10b)을 통하여 불활성가스를 하부밀폐부(20)내로 공급하면, 상기 하부밀폐부(20)내의 불활성가스는 주조되는 주편(6)의 온도가 1300℃로 고온이기 때문에 상기 주편(9)이 핀치롤(8)을 통해 외부로 빠져나가는 동안 제공하는 열원에 의해서 가열되어 자체온도가 초기 공급시보다 높아지게 된다.

이러한 경우, 상기 루프분위기 유지부(7)내에 형성된 하부밀폐부(20)내의 불활성가스는 자체온도가 높아지면서 밀도가 낮아지기 때문에, 대류에 의해 유일통로인 주편이 주조되는 연결구(17)를 통하여 상부밀폐부(19)측으로 상승공급된다.

그리고, 상승공급되는 불활성가스는 회전체인 상기 주조롤(1a)(1b)의 회전에 의해서 생성되는 끌림에 의해서 주조롤(1a)(1b)의 회전방향에 따라 용강풀(2)까지 공급되어 용강풀의 탕면과 산소가 접촉되는 것을 차단하여 산화스케일의 생성을 억제할 수 있는 것이다.

또한, 상기 상부밀폐부(19)는 탕면분위기 유지부(4), 외각쉴드(11) 및 루프분위기 유지부(7)에 의해서 형성되는 밀폐공간이고, 주조롤(1a)(1b)의 롤축(31a)(31b)과 외각쉴드(11)의 외부면사이의 틈새를 세라믹부재(34a)(34b)에 의해서 차단하여 그 내부로 공급된 불활성가스를 장시간동안 체류시킬수 있기 때문에, 탕면분위기 유지부(4)에 별도의 가스공급관을 설치하여 불활성 가스를 공급할 필요가 없을 뿐만 아니라 불활성가스의 사용소비도 줄일수 있는 것이다. 이때, 상기 상부밀폐부(19)내의 가스는 상기 주조롤(1a)(1b)과의 접촉에 의하여 냉각될수 있으나 주조중의 롤표면온도가 300℃ 이상이므로 가스의 냉각은 심하게 발생하지 않는다.

이와 더불어 상기 외각쉴드(11)내에 장착된 복수개의 발열체(12)측으로 전원공급부(15a)(15b)를 통하여 외부전원을 인가하면, 전원인가시 고온으로 발열되는 발열체(12)의 열원으로서 상부밀폐부(19)으로 공급된 불활성가스는 다시 한번 승온되어 고온상태를 장시간 유지할 수 있는 것이다. 이것에 의해서 승온된 불활성가스가 상부밀폐부(19)에 장시간 체류하면서 탕면과 공기의 접촉을 근본적으로 차단하여 탕면에서 스컬 및 산화물이 생성되는 것을 억제할수 있는 것이다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 탕면분위기 유지부와 루프분위기 유지부사이에 주조롤을 감싸는 상부밀폐부를 형성하도록 외각쉴드를 일체로 구성하고, 내부면에 불활성가스를 승온시킬수 있는 발열체를 복수개 장착함으로서, 탕면의 실링을 향상시켜 탕면에 산소가 유입되것을 차단하고, 불활성가스의 온도를 증가시킬수 있기 때문에, 탕면에서의 산화물생성 및 스컬발생을 방지하여 우수한 품질의 주편을 생산하고, 롤손상을 예방할수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 루프분위기 유지부에서 사용된 불활성가스를 탕면분위기 유지부에서 재활용함으로서 가스사용량을 최소화시켜 설비유지비를 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims

서로 반대방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤(1a)(1b) 사이로 용강을 통과시켜 주편을 연속주조하는 쌍롤형 박판주조장치에 있어서,

상기 주조롤(1a)(1b)의 상부에 설치되는 탕면분위기유지부(4)와 상기 주조롤(1a)(1b)의 하부에 설치되는 루프분위기유지부(7)사이를 일체로 연결하여 상기 주조롤(1a)(1b)을 감싸 외기와의 접촉을 차단하는 상부밀폐부(19)를 형성하도록 외각쉴드(11)가 갖추어지고, 상기 외각쉴드(11)내부면에는 전원공급부(15a)(15b)와 전기적으로 연결되어 전원공급시 열원을 제공하여 상기 상부밀폐부(19)내의 불활성가스를 승온시키는 발열체(12)를 복수개 장착함을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기의 탕면 및 루프분위기 유지장치.
제 1항에 있어서,

상기 외각쉴드(11)에는 그 외부면으로 돌출되는 주조롤(1a)(1b)의 롤축(31a)(31b)과 상기 외각쉴드(11)사이의 틈새를 차단할 수 있도록 스프링(33a)(33b)에 의해서 상기 롤축(31a)(31b)측으로 탄력지지되는 세라믹부재(34a)(34b)를 상기 롤축(31a)(31b)의 좌우양측에 설치하며, 상기 세라믹부재(34a)(34b)를 지지하는 가이더부재(36)는 상기 외각쉴드(11)의 외부면에 장착되며, 상기 세라막부재(34a)(34b)에 선단이 연결되는 스프링(33a)(33b)의 각 후단은 에지댐(39)에 설치되거나 상기 외각쉴드(11)에 고정되는 고정대(35)에 연결구성 됨을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조장치의 탕면 및 루프분위기 유지장치.
제 2항에 있어서,

상기 세라막부재(34a)(34b)의 각 선단은 원통형 롤축(31a)(31b)에 밀착되도록 반원단면형 홈으로 갖추어짐을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조장치의 탕면 및 루프분위기 유지장치.