KR100568353B1 - 박판주조공정에 의한 주편제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박판주조공정에서 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 박판주조공정에서 표면품질이 우수한 주편을 보다 높은 생산성으로 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조 롤 및 주조 롤사이에 용강을 공급하는 침지노즐을 포함하고, 용강과 롤사이의 접촉면에서 질소 분위기를 확실히 하기 위한 메니스커스 쉴드를 결합되고, 그리고 상기 메니스커스 쉴드에는 질소분사노즐이 구비되어 있는 박판주조기를 사용하여 두 개의 주조 롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서, 상기 주조 롤사이에 침지노즐을 통해 용강을 공급하고 상기 질소분사노즐을 통해 롤 표면에 질소가스를 분사하면서 주편을 제조하는 방법에 있어서,

상기 질소분사노즐은 그 선단부가 롤표면과 5-20mm떨어지도록 설치되고: 그리고

상기 질소분사노즐의 선단부로부터 100mm떨어진 롤표면에서의 질소가스의 분사속도가 15m/sec이상이 되는 조건으로 질소가스가 상기 질소분사노즐을 통해 상기 롤 표면에 분사되는 박판주조공정에 의한 주편제조방법을 그 요지로 한다.

박판주조, 주편, 질소, 미세균열, 질소가스 바운더리 레이어

Description

박판주조공정에 의한 주편제조방법{Method for Manufacturing Strip by Strip Casting Process}

도 1은 통상적인 박판 주조 공정의 개략도

도 2는 종래의 박판 주조 공정에서 롤과 용강사이의 접촉시의 형상을 나타내는 개략도

도 3은 종래의 박판 주조 공정에서 제조된 주편표면에 형성된 미세균열의 확대사진

도 4는 본 발명을 구현하기 위한 박판주조기의 일례를 나타내는 개략도

도 5는 본 발명을 따르는 박판 주조 공정에서 롤과 용강사이의 접촉시의 형상을 나타내는 개략도

도 6은 질소가스의 분사속도변화에 따른 주편표면에 형성된 미세균열의 갯수변화를 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 주조롤 2 . . . 용강 3 . . . 침지 노즐 7 . . . 미세 균열

8 . . . 공기 분위기 9 . . . 질소 분위기 10 . . . 메니스커스 쉴드

12 . . . 레이어최소화수단 13 . . . 가스 노즐

본 발명은 박판주조공정에서 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박판주조공정에서 표면품질이 우수한 주편을 보다 높은 생산성으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

박판 연속 주조 공정은 용융 금속으로부터 최종 제품을 직접 주조하는 공정으로서, 중간 공정들을 대폭 생략하여 경량화 된 설비로 재래식 철강 공정에 비해 생산 원가를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 재래식 공정으로 제조하기 힘든 난 가공성 제품의 생산도 가능하게 한다.

이러한 박판 연속 주조 공정에서는 도 1에 나타난 바와 같이 수냉되는 두 개의 주조 롤(1)을 서로 반대 방향으로 회전시키면서, 주조 롤(1) 사이에 침지노즐(3)을 통해 용강(2)을 공급하여, 용강 풀을 형성시킨다.

용강이 주조 롤의 표면에서 응고되며 이렇게 응고된 두 개의 응고 쉘(shell)이 합쳐져서 주편(박판)(4)을 형성하게 된다.

이러한 박판 연속 주조 공정에서 주조롤과 응고 쉘사이의 접촉의 정도 즉 가스 갭의 정도에 따라 열추출량이 차이가 나게 된다. 즉 주조롤과 응고쉘의 접촉이 매우 좋아 가스 갭이 거의 없는 경우에는 열추출량이 크기 때문에, 응고 속도가 증가하고, 주속이 증가하여, 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 주조롤과 응고쉘의 접촉을 좋게 하여 생산성을 향상시키기 위한 방법으로는 스테인레스의 박판 주조시 분위기 가스로서 질소를 사용하여 스테인레스 용강과 롤사이의 가스 갭을 줄여서 생산성을 증가시키는 방법을 들 수 있다.

또한, 다른 방법으로는 용강에 용강의 표면 장력을 감소시키는 Bi, Te, Sn 등을 0.01%이하로 소량 첨가하여, 열 추출량을 증가시키는 방법(철과 강 1989, pp 1308-1315)을 들 수 있다.

그러나, 상기와 같이 질소를 사용하는 방법의 경우에는 용강과 롤사이의 접촉면에서 질소 분위기를 확실히 하는 것이 필요하다.

이러한 질소 분위기를 확실히 하기 위하여 메니스커스 쉴드를 사용하고, 이러한 메니스커스 쉴드안에 질소를 공급하여 분위기를 형성시킨다.

이때 메니스커스 쉴드를 충분히 크게 하여, 롤 표면을 완전히 덮게 만드는 방법이 있으나, 이 방법의 경우에는 가스 소비가 많게 될 뿐만 아니라 구조가 복잡하게 되는 문제점이 있다.

그러므로 메니스커스 쉴드를 충분히 작게한 상태에서 롤과 용강의 접촉부에서 질소분위기를 확실히 하는 방법이 필요하다.

박판 주조 공정에서 롤은 일정속도로 회전하게 되고, 이 회전에 의해 롤 표면에 가스의 바운다리 레이어(boundary layer)가 형성된다. 이러한 바운다리 레이어의 두께는 수 um으로 측정된다. 특히 주조 롤 표면에는 조도가 존재하므로 이러한 조도의 영향에 의해 바운다리 레이어의 실제 두께는 증가하게 된다.

그러므로 메니스커스 쉴드를 롤 주위로 한정할 경우, 롤 표면에는 공기 바운다리 레이어가 존재하게 된다. 이러한 바운다리 레이어의 두께는 롤 속도 및 롤 표면 조도에 의해 두께가 결정된다.

이러한 공기 바운다리 레이어가 용강과 롤이 만나는 메니스커스에 들어오게 되면, 용강과 롤 사이의 접촉이 불량해진다.

이러한 불량의 원인으로는 도 2에 나타난 바와 같이 첫째 공기에 포함되어 있는 산소에 의해 용강 표면 특히 롤과 만나는 부위에 얇은 산화막(5)을 형성시켜 용강(2)이 롤(1)에 접촉되는 것이 어려워지게 하여 가스갭(공기 바운더리레이어)을 증가시키는 것과, 둘째 산소는 질소가 용강에 용해되는 것을 막기 때문에 가스갭을 증가시키는 것을 들수 있다.

따라서, 주편 표면에는 상기한 바와 같이 공기 바운다리 레이어에 의한 가스갭의 증가로 인하여 도 3의 (a) 및 (b)에서와 같이 미세 균열(7)이 생성된다.

도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 나타난 미세 균열(7)의 길이방향단면사진을 나타낸다.

이러한 미세 균열(7)은 미세한 가로 균열로 나타나게 되며, 이러한 미세 균열은 길이 10mm, 폭 50um 그리고 깊이 50um 정도이다. 이러한 미세한 가로 균열이 발생할 경우에는 주편을 압연 등의 후처리 후에 물리적인 균열은 없으나, 부식성을 감소시키는 원인이 된다.

이러한 미세 균열을 방지하기 위해서는 메니스커스 쉴드의 구조를 롤 표면이 대기와 완전히 밀폐되도록 하고, 질소 가스를 공급할 경우 방지될 수 있다.

그러나, 현실적으로 롤 뒤쪽의 브러쉬 롤의 설치 및 여러가지 롤 표면 조건 즉 온도 등의 측정 설비가 필요하므로 롤 표면을 완전히 밀폐하지는 못하며, 매우 복잡한 설비를 필요로 한다.

그리고 이러한 설비를 설치하면 넓은 공간에 공급되어야 하는 질소의 양도 매우 많다.

그러므로 롤 표면은 일정부분 대기와 접하게 하고, 롤 표면의 공기 바운다리 레이어를 질소 바운다리 레이어로 만들어 주는 작업이 필요하다.

본 발명자는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 롤 표면에 분사되는 질소 가스 젯트의 분사속도를 적절히 제어하여 롤 표면의 공기 바운다리 레이어를 질소 바운다리 레이어로 만들어 주므로써, 표면품질이 우수한 주편을 보다 높은 생산성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조 롤 및 주조 롤사이에 용강을 공급하는 침지노즐을 포함하고, 용강과 롤사이의 접촉면에서 질소 분위기를 확실히 하기 위한 메니스커스 쉴드를 결합되고, 그리고 상기 메니스커스 쉴드에는 질소분사노즐이 구비되어 있는 박판주조기를 사용하여 두 개의 주조 롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서, 상기 주조 롤사이에 침지노즐을 통해 용강을 공급하고 상기 질소분사노즐을 통해 롤 표면에 질소가스를 분사하면서 주편을 제조하는 방법에 있어서,

상기 질소분사노즐은 그 선단부가 롤표면과 5-20mm떨어지도록 설치되고: 그리고

상기 질소분사노즐의 선단부로부터 100mm떨어진 롤표면에서의 질소가스의 분사속도가 15m/sec이상이 되는 조건으로 질소가스가 상기 질소분사노즐을 통해 상기 롤 표 면에 분사되는 박판주조공정에 의한 주편제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 4에는 본 발명을 구현하기 위한 박판주조기의 일례가 나타나 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 상기 박판주조기에는 용강(2)과 롤(1)사이의 접촉면에서 질소 분위기(9)를 확실히 하기 위한 메니스커스 쉴드(10)가 결합되어 있고, 이 메니스커스 쉴드(10)에는 질소 가스를 롤 방향으로 분사하도록 구성되는 질소분사노즐(13) 및 롤(1)의 회전방향으로 보아 이 질소분사노즐(13)직전에서 공기 바운더리 레이어를 최소화하는 레이어최소화수단(12)이 구비되어 있다.

도 4에서 부호 3은 침지노즐을, 부호 8은 공기분위기를, 그리고 부호 11은 레이어최소화수단을 지지하는 지지대를 나타낸다.

상기 레이어최소화수단(12)는 롤의 회전에 의해 롤 쪽으로 이동하는 가스를 막기 위하여 커튼 또는 브러쉬롤 형식으로 제작될 수 있으며, 이들 수단은 롤 표면에 스크래치등 상처를 내지 않도록 하기 위하여 롤과 일정간격이 떨어져 있거나, 또는 롤 표면에 약한 압으로 덮혀 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 조건을 만족시키기 위해서는 세라믹 울(wool)이나 커튼을 사용하거나, 또는 얇은 철사로 만들어진 브러쉬롤을 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 커튼의 직전 또는 세라믹 울(wool)의 중간 또는 브러쉬롤 쪽에 질소가스를 분사하므로써 물리적으로 깨어지는 공기 바운더리 레이어가 질소 가스 바운더리 레이어로 치환된다.

즉, 질소분사노즐(13)직전에서 레이어최소화수단(12)을 통과한 후에는 대부분의 공 기 바운더리 레이어가 깨어지고 질소 가스 바운더리 레이어로 치환된다.

다음에, 레이어최소화수단(12)을 통과한 후 메니스커스 쉴드(10) 하부에 설치된 질소분사노즐(13)에서 질소 가스 젯트를 분사하여 롤 표면에 남은 공기 바운더리 레이어를 깨어주고, 도 5에 나타난 바와 같이 완전히 질소 가스 바운더리 레이어가 되게 한다.

이때 질소분사노즐(13)에서 분사되는 질소 가스의 속도 및 노즐과 롤 표면사이의 간격이 중요하다.

롤 표면과 노즐사이의 간격이 큰 경우에는 질소 가스의 분사 속도도 커야 하므로 롤 표면과 노즐사이의 간격을 최소한으로 하는 것이 필요하다.

롤 표면과 노즐사이의 간격은 설치의 편의성을 고려할 때 5-20mm정도로 선정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 롤 표면과 노즐사이의 간격은 10mm 정도이다.

노즐에서 분사된 질소 가스의 속도는 공급 압력, 노즐의 직경, 노즐의 구조에 의해 결정된다.

본 발명에 있어서, 질소가스의 분사속도는 상기 질소분사노즐의 선단부로부터 100mm떨어진 롤표면에서의 질소가스의 분사속도가 15m/sec이상이 되도록 선정되는 것이 바람직하다.

상기 질소가스의 분사속도가 15m/sec미만인 경우에는 공기 바운다리 레이어가 질소바운더리 레이어로 충분히 바뀌지 않아 주편표면에 미세균열이 발생될 우려가 있기 때문에, 상기 질소가스의 분사속도는 15m/sec이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

질소분사노즐에서 분사되는 질소가스의 분사속도에 따른 주편에 나타나는 미세 균열의 개수를 조사하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

가스 분사 속도는 질소분사노즐에서 100mm 떨어진 지점에서 측정한 것이다.

도 6에 나타난 바와 같이, 질소 가스의 분사속도가 증가하면, 롤 표면에 공기 가스 바운더리 레이어의 두께가 감소하고, 질소 가스 바운더리 레이어의 두께가 증가하므로써 균열의 발생이 줄어듬을 알 수 있다.

그리고 임계 질소 가스의 분사 속도 이상에서는 미세 균열이 발생되지 않음을 알 수 있으며, 이러한 임계 질소 가스의 분사 속도는 15m/sec임을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 박판주조공정에서 표면품질이 우수한 주편을 보다 높은 생산성으로 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조 롤 및 주조 롤사이에 용강을 공급하는 침지노즐을 포함하고, 용강과 롤사이의 접촉면에서 질소 분위기를 확실히 하기 위한 메니스커스 쉴드를 결합되고, 그리고 상기 메니스커스 쉴드에는 질소분사노즐이 구비되어 있는 박판주조기를 사용하여 두 개의 주조 롤을 서로 반대 방향으로 회전시키면서, 상기 주조 롤사이에 침지노즐을 통해 용강을 공급하고 상기 질소분사노즐을 통해 롤 표면에 질소가스를 분사하면서 주편을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 질소분사노즐은 그 선단부가 롤표면과 5-20mm떨어지도록 설치되고: 그리고

   상기 질소분사노즐의 선단부로부터 100mm떨어진 롤표면에서의 질소가스의 분사속도가 15m/sec이상이 되는 조건으로 질소가스가 상기 질소분사노즐을 통해 상기 롤 표면에 분사되는 것을 특징으로 하는 박판주조공정에 의한 주편제조방법

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