KR100584746B1 - 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판주조기에서 편석을 방지하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 주조롤(1)(1a)과 에지댐(5)사이에 형성되는 용강풀(4)내로 턴디쉬(2)내의 용강을 공급하는 침지노즐(3)을 갖추어 서로 다른방향으로 회전하는 주조롤(1)(1a)사이의 롤닙부로 용강을 통과시켜 주편을 주조하는 장치에 있어서, 상기 용강풀(4)내에 침지되는 침지노즐(3)의 하부에는 상기 주조롤(1)(1a)과 에지댐(5)이 간섭되지 않도록 일정간격을 유지하면서 수평하게 배치되고, 2mm이상의 조대한 입자는 롤닙으로 혼입되지 않도록 1 내지 2mm의 구멍크기를 갖는 다공성소재로 구성되는 필터부재(21)를 포함하여, 박판 주조기의 용강풀에 용강을 공급하는 침지노즐의 외부에 필터를 부착하여 일정크기 이상의 조대한 등축정 입자가 롤닙부로 혼입되어 주편에 급속응고되고, 국부적으로 큰 롤반발력의 작용에 의하여 주편의 등축정부위에 Ni 부편석 영역이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

박판주조기, 주조롤, 에지댐, 용강풀, 침지노즐, 롤닙

Description

쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치{A DEVICE FOR PREVENTING THE SEGREGATION IN TWIN ROLL STRIP CASTER}

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조기를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치를 도시한 개략도,

도 3는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치를 도시한 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1,1a .... 주조롤 2 ..... 턴디쉬

3 ..... 침지노즐 3a .... 토출구

4 ..... 용강풀 5 ..... 에지댐

7 ..... 주편 21 .... 필터부재

본 발명은 쌍롤식 박판주조기에서 편석을 방지하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 박판 주조기의 용강풀에 용강을 공급하는 침지노즐의 외부에 필터를 부착하여 일정크기 이상의 조대한 등축정 입자가 롤닙부로 혼입되어 주편에 급속응고되고, 국부적으로 큰 롤반발력의 작용에 의하여 주편의 등축정부위에 Ni 부편석 영역이 형성되는 것을 방지할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 박판(STRIP)의 주조방법에는 용강을 턴디쉬를 통하여 연속주조방법으로 슬라브를 제조하고, 이를 압연 및 사상작업을 거쳐 박판으로 제조하는 연속주조방법과, 회전하는 쌍롤식 주조롤에 직접 용강을 투입하여 상기 롤을 통하여 슬라브의 압연 및 사상 작업없이 직접 박판을 주조하는 쌍롤식 박판주조방법이 있는데, 현재 후자의 쌍롤식 박판주조방법이 연속주조방식의 여러공정을 거치지 않으면서도 박판을 직접 주조할 수 있으므로, 원가측면에서 상당한 비용절감이 이루어지는 한편, 박판의 제조공정을 줄일 수 있어 이와 같은 쌍롤식 박판주조방법에 많은 연구가 진행되고 있다.

상기와 같은 쌍롤식 박판주조방법을 채용한 박판주조기(100)는 도 1에 도시한 바와같이, 서로 반대방향으로 회전하도록 조립되고, 복수개의 냉각수관(8)을 갖는 2개의 주조롤(1)(1a)사이에 용강 저장용기인 턴디쉬(2)의 하측으로 설치된 침지노즐(3)을 통하여 용강을 공급하여 상기 주조롤(1)(1a)과 에지댐(5)사이에 용강풀(4)을 형성하며, 상기 용강풀(4)의 용강이 주조롤(1)(1a)과 접촉하여 응고셀을 형성하고, 상기 응고셀은 주조롤(1)(1a)을 따라 회전한다.

각각의 주조롤(1)(1a)에서 생성된 응고셀이 주조롤(1)(1a)을 따라 회전하면서 성장하여 점차 근접하면 응고셀의 고상부분이 부딪치기 시작하고, 상기 응고셀의 고상이 부딪치기 시작하면 압연하중이 발생하고 이 위치를 압연개시점(Kissing Point)라 한다.

상기 압연개시점에서는 액상과 고상이 혼재된 상태로 압연하중을 받고 두개의 주조롤(1)(1a)에서 각각 성장한 응고셀이 합체되어 하나의 주편(7)을 형성하고 이러한 합체과정은 롤 최근접점인 롤닙(Roll Nip)(6)에서 완료된다.

이러한 박판주조기(100)에서 제조된 주편(7)의 내부 조직은 응고 초기의 빠른 응고속도에 의해 생성된 주상정부와 응고가 거의 완료된 시점에 생긴 주상정 내부의 등축정부로 나누어지는데, 폭방향으로 완전히 균일하게 응고가 진행되었다면 등축정부는 전폭에 걸쳐 일정한 두께를 가지고, 등축정부의 미세조직과 성분도 전폭에 걸쳐 일정해야한다.

그러나, 실제 박판주조되는 주편(7)에서 관찰되는 등축정부는 국부적으로 다른 부분에 비해 희게 보이는 부분이 존재하고 이 부분의 성분을 조사하면 Ni이 평균보다 적게 함유된 Ni 부편석이 발생한다. 이러한 Ni 부편석이 발생하는 원인은 다음과 같다.

즉, 순금속이 아닌 합금이 응고를 하는 경우에는 응고가 어떤 한 온도에서 발생하는 것이 아니고 응고가 시작하는 액상선과 응고가 완료되는 고상선이 존재하는데, 액상의 합금이 온도가 낮아져서 액상선 온도에 도달되면 응고가 시작되고, 이때 응고된 고상의 조성은 액상의 조성과 차이난다.

따라서, 응고중 액상은 점차 용질의 농도가 높아지거나 낮아지게 되고 응고가 진행됨에 따라 액상의 용질 농도가 높아지는 것을 정편석, 액상의 용질농도가 낮아지는 것을 부편석이라 한다.

오스테나이트계 스테인레스 합금에서 Ni은 정편석을 일으키므로 응고가 진행 됨에 따라 Ni의 농도가 점차 높아짐에 따라, 박판주조동안 주조롤에서 응고셀이 성장하여 압연개시점에 이르면 액상은 Ni의 농도가 높아진 정편석이 일어난 상태이다. 이때 압하를 받으면 Ni 농도가 높은 액상이 빠져나가는 스퀴즈 아웃(Squize Out) 현상이 발생하고 결과적으로 등축정부에 부편석이 발생한다.

이러한 부편석영역이 발생하게 되면 이후의 냉간압연 공정에서 마르텐사이트 형성에 차이를 나타내게 된다. 오스테나이트계 스테인레스강은 변형에 의하여 변형 유기 마르텐사이트를 형성하게 되는데, 변형 유기 마르텐사이트는 오스테나이트 기지가 변형에 의하여 슬립밴드를 형성하게 되고, 이러한 슬립밴드의 교차점이 쉽게 마르텐사이트의 핵생성 자리의 역할을 할 수 있으므로 오스테나이트가 마르텐사이트상으로 변태하는 것이다. 이러한 변태를 지배하는 인자로는 합금성분과 온도성분 두 가지가 있는데, 합금성분의 경우는 아래 식1에 의하여 표현될 수 있다.

Md₃₀(℃) = 413-462(C+N)-9.2(Si)-8.1(Mn)-13.7(Cr)-9.5(Ni)-18.5(Mo)

(Md₃₀ : 인장에 의하여 30% 변형시 50%의 마르텐사이트가 형성되는 온도)

상기 식에서 Md₃₀ 온도가 높을수록 마르텐사이트가 형성되기 쉬운 것을 의미하며, 합금성분의 함량은 중량%로 표시된다. 따라서, 박판 주조법에 의하여 제조된 주편의 등축정에 Ni 부편석이 존재하면, 위식에서 Md₃₀ 온도를 상향시키게 되고, 마르텐사이트를 쉽게 형성시킬 수 있는 조건이 된다.

냉간압연 공정이후에는 이러한 부편석 등축정 부위에서 마르텐사이트의 형성이 다른 부위에 비하여 상대적으로 많아지게 되고, 재결정 열처리 한 박판의 표면 에 흠으로 존재하게 되어, 이러한 부편석이 존재하는 부위에서의 표면의 광택도가 상대적으로 감소하는 현상을 보이게 된다.

또한, 성형시에는 이러한 부편석 부위가 상대적으로 튀어오르는 로핑(roping)현상을 나타내어 제품의 품질을 크게 떨어뜨리며, 심한 경우에는 제품판매 자체가 불가능해지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 미국특허 US5467811호에서는 델타페라이트 상향 조정에 의한 입도 미세화의 방법과 주조재와 냉연재의 등축정 부위에서의 Ni 편석도가 항상 0.9 이상이어야 함을 주장하였고, 또한, 주조 중 롤반발력(RSF)의 제어등에 의하여 저감시킬 수 있는 것으로 제시하였다.

그러나, 이러한 공지기술을 적용하는 경우에는 주편에 존재하는 높은 델타페라이트 함량이 문제가 된다. 일반적으로 박판주조법에 의하여 제조된 오스테나이트계 스테인레스강의 델타페라이트는 박판주조법의 급속응고 특성 때문에 매우 미세하게 전체적으로 비교적 균일하게 분포하게 된다. 이러한 델타페라이트는 냉간압연 공정 이후에 재결정 열처리 단계에서 일부 분해되기도 하나, 상당량 잔류하여 입계 성장을 지연하는 역할을 하게 되고, 따라서 델타페라이트 함량이 높은 경우에는 냉연재의 결정입도가 일반적인 기존재의 결정입도에 비하여 매우 미세하게 된다.

이와 같이 결정입도가 미세화 되면 재료의 강도가 지나치게 증가하여, 냉간압연재를 이용하여 제품을 성형하는 경우 힘이 증가하여야 하는등 불리하게 작용하는 문제점이 있었다.

또한, 델타페라이트의 계면에서 Cr 탄화물이 석출하기 쉬우므로 내식성을 감 소시키는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 델타페라이트는 자성을 가지므로 센서등과 같이 자성을 가지면 문제가 되는 제품에 대한 용도를 제한하는 문제점이 있었다.

그리고, 기존의 공지기술에서는 이러한 부분적인 광택 불균일을 감소하기 위하여 등축정부의 Ni 부편석을 0.9 로 제한할 것을 제시하고 있으나, 어떠한 방법에 의하여 편석을 감소할 것인지에 대해서는 근본적이고, 분명한 방안을 제시하지는 못하였다.

상기와 같이, Ni 부편석 원인은 주조시에 생성되는 등축정 입자들이 일부성장하여 입도의 분포가 매우 불균일해지면서 상대적으로 조대한 등축정 입자가 롤닙(6)에서 응고하는 경우, 상기 조대한 입자가 존재하는 영역에서는 RSF(롤반발력)이 먼저 작용하게 되고, 제어는 전체 롤반발력을 일정하게 하는 것이므로 폭 방향으로 매우 불균일한 롤반발력 분포를 가지게 되는데, 국부적으로 롤반발력을 크게 받는 영역에서는 Ni 이 농화된 액상이 짜여져 나가므로 Ni 이 부편석되는 영역을 주편에 형성하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 델타페라이트의 함량을 증가시키지 않고도 조대한 입자가 롤닙으로 혼입되지 않도록 용강풀에서 제거하여 주편품질을 향상시키고, 용강의 청정도를 높일수 있는 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은

주조롤과 에지댐사이에 형성되는 용강풀내로 턴디쉬내의 용강을 공급하는 침지노즐을 갖추어 서로 다른방향으로 회전하는 주조롤사이의 롤닙부로 용강을 통과시켜 주편을 주조하는 장치에 있어서,

상기 용강풀내에 침지되는 침지노즐의 하부에는 상기 주조롤과 에지댐이 간섭되지 않도록 일정간격을 유지하면서 수평하게 배치되고, 2mm이상의 조대한 입자는 롤닙으로 혼입되지 않도록 1 내지 2mm의 구멍크기를 갖는 다공성소재로 구성되는 필터부재를 포함함을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치를 도시한 개략도이고, 도 3는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치를 도시한 사시도이다.

본 발명의 장치(20)는 도 2와 3에 도시한 바와같이, 좌우한쌍의 주조롤(1)(1a)과 에지댐(5)사이에 형성도는 용강풀(4)내로 용강을 공급하는 침지노즐(3)에 갖추어져 서로 다른 방향으로 회전되는 주조롤(1)(1a)사이로 용강을 통과시켜 박판을 주조할 때, 조대한 등축정 입자(9)가 롤닙(6)으로 용강과 더불어 혼입되는 것을 방지하여 주편(7)의 품질을 향상시키는 것이다.

즉, 상기 박판주조기(100)의 주조작업시 용강풀(4)내에 침지되는 침지노즐(3)의 하부단에는 상기 용강풀(4)의 횡단면상과 유사한 사각단면상으로 구성되어 상기 용강풀(4)의 대부분을 덮는 필터부재(21)를 일체로 갖추어 구성하는 바, 이러한 필터부재(21)는 박판주조작업시 회전구동되는 주조롤(1)(1a)의 외주면과 간섭되지 않는 장변과 상기 주조롤(1)(1a)의 좌우양측면에 장착되는 에지댐(5)의 내측면과 간섭되지 않는 단변을 갖는 직사각형 판상으로 구성된다.

그리고, 상기 필터부재(21)는 1 내지 2mm의 구멍크기를 갖는 다공성 소재로 구성된 세라믹소재로 이루어짐에 따라, 1mm 이하의 등축적입자는 그대로 통과시키고, 2mm이상의 조대한 입자(9)는 롤닙(6)으로 혼입되지 않도록 여과하게 된다.

여기서, 상기 필터부재(21)는 상기 주조롤(1)(1a), 에지댐(5)과 간섭되지 않도록 적어도 5mm 정도의 간격을 항상 유지하면서 상기 침지노즐(3)의 토출구(3a)를 통한 용강토출류에 영향을 받지 않도록 상기 토출구(3a)로부터 상부로 8 내지 12mm 이격된 침지노즐(3)의 외주면에 고정설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 필터부재(21)의 판두께는 10 내지 15mm 로 구성된다. 이는 탕면유동이 많은 용강풀(4)에서의 강도유지를 위해서 판두께가 너무 두꺼우면 상기 용강풀(4)의 용적율이 저하되고, 용적율을 높이기 위해서 판두께를 너무 얇게 하면 강도유지가 곤란하기 때문이다.

상기와 같이 용강풀(4)내로 용강을 토출하기 위한 침지노즐(3)의 하부단에 세라믹 재질로 이루어진 다공성 필터부재(21)를 일체로 장착한 상태에서, 박판주조공정이 이루어지면, 상기 필터부재(21)의 하부단에 형성된 토출구(3a)를 통하여 용강이 토출공급되고, 상기 공급된 용강에 포함된 등축정 입자중 2mm 이상의 크기를 갖는 조대한 등축정 입자(9)는 상기 용강풀(4)에 침지된 필터부재(21)의 상부면에 여과되어 상기 주조롤(1)(1a)사이의 롤닙(6)으로 빠져나가지 못하게 된다.

이는 상기 필터부재(21)가 1 내지 2mm의 구멍을 갖는 다공성 세라믹소재로 이루어져 있기 때문에, 2 내지 3mm이상의 크기를 갖는 조대한 입자(9)는 여과되어 상기 필터부재(21)의 상부에 잔류하게 되어 제거되고, 1mm이하의 용강만이 상기 필터부재(21)를 관통하여 롤닙(6)으로 유입되어 주편(7)을 주조되는 것이다.

이와 같이, 상기 필터부재(21)가 1 - 2 mm 정도의 구멍크기를 갖는 다공성 세라믹소재로 이루어져 1 mm 이하의 등축정 입자만 통과하도록 하면 조대한 등축정 입자에 의한 국부적인 롤반발력의 증가를 막을 수 있음에 따라, Ni 부편석 영역도 발생하지 않는다. 또한, 상기 필터부재(21)에 의해서 용강에 포함된 개재물입자도 여과하여 포집함으로써, 용강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 용강풀에 침지되는 침지노즐의 하부외부면에 다공성 소재로 이루어진 필터부재를 부착함으로써, 지름이 1 mm 이상의 조대한 등축정 입자가 롤닙에 혼입되어, 국부적으로 큰 롤반발력의 작용에 의하여 Ni 부편석 영역을 형성하는 것을 방지할수 있기 때문에, Ni 부편석 영역에 의하여 발생하는 광택도 불균일을 해결하여, 냉연재의 품질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 용강풀의 탕면근방에 배치되는 필터부재에 의해서 용강중의 개재물을 포집하여 용강의 청정도를 높일 수 있는 효과가 얻어진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용 이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (3)

1. 주조롤(1)(1a)과 에지댐(5)사이에 형성되는 용강풀(4)내로 턴디쉬(2)내의 용강을 공급하는 침지노즐(3)을 갖추어 서로 다른방향으로 회전하는 주조롤(1)(1a)사이의 롤닙부로 용강을 통과시켜 주편을 주조하는 장치에 있어서,

   상기 용강풀(4)내에 침지되는 침지노즐(3)의 하부에는 상기 주조롤(1)(1a)과 에지댐(5)이 간섭되지 않도록 일정간격을 유지하면서 수평하게 배치되고, 2mm이상의 조대한 입자는 롤닙으로 혼입되지 않도록 1 내지 2mm의 구멍크기를 갖는 다공성소재로 구성되는 필터부재(21)를 포함하고,

   상기 필터부재(21)는 상기 주조롤(1)(1a), 에지댐(5)과 간섭되지 않도록 적어도 5mm 정도의 간격을 항상 유지하면서 상기 침지노즐(3)의 토출구(3a)를 통한 용강토출류에 영향을 받지 않도록 상기 토출구(3a)로부터 상부로 8 내지 12mm 이격된 침지노즐(3)의 외주면에 고정설치됨을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 편석 방지장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 필터부재(21)의 판두께는 10 내지 15mm 로 구성됨을 특징으로 하는 쌍 롤식 박판주조기의 편석 방지장치.

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