KR100605706B1 - 쌍롤식 박판주조공정에서의 주편 에지부 핫밴드 방지방법 - Google Patents

Abstract

쌍롤식 박판주조공정에서의 주편 에지부 핫밴드 방지법이 제공된다.

본 발명은, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤과, 그 양측면에 용강풀을 형성하도록 설치되는 에지댐과, 상기 용강풀 상부면으로 불활성 질소 가스를 공급하는 메니스커스 쉴드와, 상기 롤의 폭 방향으로 한 쌍의 가스나이프와 한 쌍의 브러쉬롤를 포함하는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판주조공정에 있어서, 롤닢을 빠져나오는 주편을 연속적으로 촬영하여 핫밴드나 벌징 결함 발생여부를 관찰하고, 그 결함발생에 연동하여, 롤 표면 에지부(유동체 누적 집중부:We)에서의 가스층 두께(de)와 롤 배럴 중앙부의 가스층 두께(dc)의 비(de/dc)가 1이하가 되도록 해당 롤 표면 에지부(We)에서의 가스층을 흡입제거함을 특징으로 하는 롤 표면 에지부 가스층 두께조절장치를 이용한 주편 에지부 핫밴드 방지방법에 관한 것이다.

롤 표면에지부, 롤 배럴 중앙부, 유동체 누적집중부

Description

쌍롤식 박판주조공정에서의 주편 에지부 핫밴드 방지방법{Method for preventing hot band of hot strip in twin-roll strip casting process}

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조 장치의 개략도

도 2는 주편 에지부의 미응고현상인 핫밴드(hot band)가 관찰되는 Hot Strip

도 3은 일반적인 쌍롤식 박판주조기의 크라운을 지닌 주조롤 형상 개략도

도 4는 일반적인 쌍롤식 박판주조기에서 주조된 양단부 핫밴드 발생된 주편형상 개략도

도 5는 일반적인 쌍롤형 박판주조기에서 주조롤 표면,측면 및 주위의 유동체거동(fluid behavior)을 나타내는 개략도

도 6은 일반적인 박판주조시 주조종료후 주롤 측면 양단부와 중앙부 표면에 부착 및 생성된 오염물의 집중도 변화

도 7은 본 발명의 주조롤 표면 가스층 두께 조절 장치의 개략도

도 8은 본 발명의 주조롤 표면 가스층 두께 조절 장치 적용시의 롤 폭 방향의 가스층 두께 변화

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1,1' : 주조롤 2 : 에지댐

3 : 턴디쉬 4 : 노즐

5 : 용강풀 6 : 주편

7 : 브러쉬 롤(brush roll) 8 : 가스 나이프(gas knife)

9 : 메니스커스 쉴드 10 : 주편 에지부 핫밴드 발생부

11 : 주편의 폭 중앙부 12: 주조롤의 폭 중앙부

13 : 주조롤 양단부의 크라운 부여부 14: 에지댐과 접촉되는 주조롤의 End face

15 : 롤 표면 부착 유동체 밴드(band) 16: 롤 표면 양단부의 유동체 누적 집중부

17 :가스나이프 전단의 실링부의 실링재 20: 롤 표면 가스층 두께 조절 장치

본 발명은 용융금속을 두 개의 냉각롤 사이로 주입하여 롤과의 접촉을 통해 급속응고시켜 박판을 제조하는 쌍롤식 박판주조공정에서의 주편 에지부 핫밴드 방지방법에 관한 것으로, 보다 상세히는, 주조중 주편 양단부의 핫밴드 발생여부와 연동시켜, 주조 롤 표면 양단부의 롤 냉각능을 국부적으로 급격히 저하시키는 유동체 누적 집중부(We)에서의 분위기 가스층의 두께(de)와 롤 배럴 중심부의 가스층 두께(dc)의 비, de/dc를 1 이하로 차등 조절함으로써 상기 유동체의 롤 표면 폭 방향으로의 불균일 분포에 기인된 주편 에지부에서의 응고지연에 의한 핫밴드를 방지할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적인 쌍롤식 박판주조장치를 이용한 박판주조공정이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 노즐(4)을 통하여 용강을 두 개의 주조 롤(1, 1')과 롤 측면에 부착된 에지댐(2)으로 형성되는 공간에 공급하여 용강풀(5)을 형성한 후, 서로 반대 방향으로 주조 롤(1, 1')을 회전시키면서 롤과 용강의 접촉을 통해 롤 내부로의 열유출(heat flux)에 의해 용강을 급속응고시켜 주편(6)이 제조되는데, 상기 장치로 제조된 주편의 두께방향으로의 단면형상(profile)은 주조 공간내에서 롤 외측표면의 형상과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다.

즉, 상기 공정에 의해 제조된 주편이 후처리 공정인 냉간압연단계에서 잘 압연되어 최종제품으로 양호한 판 평탄도를 얻기 위해서는 그 단면형상이 사각형이든가, 중앙부가 약간 볼록한 형상으로 되는 것이 이상적이다. 이러한 주편의 단면형상을 가지지 위해서는 각 롤의 모선은 주조공간에서 두 개의 롤(1, 1')이 최고로 근접하는 롤닢에서 직선이든가, 약간은 오목한 형상인 것이 좋다.

하지만 실제로는 주조중 롤이 높은 온도로 가열되기 때문에 냉각시에는 완전히 직선의 모선을 가졌던 롤도 열팽창으로 인해 롤 외측 표면이 볼록한 형상이 되므로, 응고된 주편의 판 두께 프로파일(profile)은 이러한 롤의 간극부의 주조공간의 단면 형상을 정확히 재현하기 때문에 중심에서부터 에지쪽으로 갈수록 약간 두꺼워지는 단면 형상의 주편이 제조된다. 이러한 판 두께 프로파일의 형상불량인 주편은 냉간압연시 압연불량을 유발시켜 최종재의 품질 및 실수율을 크게 저하시킨다.

상기와 같은 주조 롤의 열팽창 현상을 보상하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 주조 롤 폭 중앙부(12)가 편평 또는 오목하고 롤 양단부(13)가 볼록한 형상으로 롤 크라운을 부여하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 조치를 함에도 불구하고 도 4와 같이 주편 양단부(10)에서 판 두께 중심부의 미응고 용강의 벌징(bulging)이나 핫밴드(hot band)에 의해 주편의 중앙부(11)는 편평하지만 주편의 양단부(10)가 오히려 두꺼운 형상을 가지며, 이 부위에서 주편의 온도가 중앙부에 비해 상대적으로 높아서 롤닢 하부에서 핫스트립(hot strip)을 비디오로 촬영할 시 도 2 같이 중앙부(11)와 구별되어 밝은색(10)으로 관찰된다.

이처럼 일단 주편의 양단부(10)에서 벌징(bulging) 또는 핫밴드(hot band) 현상이 발생되면 박판의 품질 저하 및 실수율 저하를 초래하는 심각한 문제를 야기시킨다. 따라서 안정된 조업 측면에서 뿐만 아니라 주편의 품질 향상 및 실수율 향상 측면에서 주편 양단부(10)의 미응고 현상인 벌징이나 핫밴드 발생을 방지하는 기술은 S/C공정의 상업화를 위해 필수적이다.

따라서 상기 주편 양단부(10)의 미응고 현상을 방지하기 위하여 수많은 방안들이 많은 발명자들에 의해 그 동안 다각도로 검토되어 왔으며, S/C공정개발 초기단계에서는 주편 양단부(10)의 벌징 또는 핫밴드 현상이 근본적으로 롤 양단부에서 롤 자체의 상대적인 응고능 저하에 기인한다고 판단하여 이에 대한 대책으로 롤 초기 크라운 양을 조절하는 방법과 롤의 폭 방향의 냉각능 차등 부여를 통해 해결하고자 하였다.

상술하면, 일본 특개평6-297108호와 특개평6-328205호등에서는 냉각수로 (cooling channel)를 폭 방향으로 여러 개로 분할함으로써 냉각능을 조정하는 방법이 제시되었으며, 특개평 9-103845호등에서는 롤닢에서 주편 양단부의 두께 중심부에서 일정 고상분율 이상이 될 수 있도록 롤 크라운 양을 부여하는 방법을 고안되었다. 또한, 일본 특개평 9-327753호등에서 는 롤 표면의 표면처리 차등 시공을 통해 롤 폭방향으로 냉각능을 조정하고자 하였다.

그러나, 상기 방법들은 주조기 롤 사양이 동일하거나 대상강종이나 주편 두께등 동일한 주조조건에서는 주편 양단부의 미응고 현상을 어느 정도 방지할 수 있지만, 대상 강종이나 주편 두께, 주조 용량(heat size) 등이 변화되면 그에 적정한 조건으로 변화시켜야 한다는 문제점이 존재한다.

또한 상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인도 대한민국 특허출원 98-57611호에 질소가스 공급에 의한 롤 에지부 냉각능 조절법을 제시한 바 있으며, 아울러 특허출원 99-42986호에서는 롤 표면의 가스막 두께 및 조성의 On-line 제어를 통해 주편 에지부에 발생되는 응고지연에 의한 핫밴드 현상을 방지하고자 하였다.

그러나, 상기 선행기술문헌에 제시된 발명 즉, 롤 크라운 조절방법, 롤 폭 방향의 냉각능 차등 부여방법, 롤 폭 방향의 표면처리 차등 부여방법등은 대상강종의 다변화에 능동적으로 대처할 수 없다는 근본적인 문제점외에, 에지댐 재질이나 적용방식 또는 분위기 가스의 종류나 조성등에 의해서도 주편 양단부의 핫밴드 양 상이 매우 달라지는 것과 동일한 주조조건하에서도 주편 양단부의 핫밴드가 주조 시간이 경과될수록 점점 더 심해지는 핫밴드의 시간 의존성 문제를 해결할 수 없다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 쌍롤식 박판주조공정에서 주조 롤의 냉각능을 국부적으로 급격히 저하시키는 분위기 가스, 외부 유입 가스 및 외부 유입 미세 입자 등과 같은 유동체들의 누적 집중부 즉, 주조롤 표면 에지 특정부위에서의 롤-응고쉘의 계면의 전열현상에 매우 큰 영향을 미치는 가스층의 두께(de)를 롤 배럴 중심부의 그것(dc)에 비해 그 두께를 얇게 조절함으로써, 주조롤 표면 양단부의 냉각능을 증대시켜 주편 에지부에 응고지연으로 발생되는 벌징이나 핫밴드와 같은 이상 응고현상을 방지하여 주편의 형상품질 및 실수율을 향상시킬 수 있는 주편 에지부 핫밴드 방지방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤과, 그 양측면에 용강풀을 형성하도록 설치되는 에지댐과, 상기 용강풀 상부면으로 불활성 질소 가스를 공급하는 메니스커스 쉴드와, 상기 롤의 폭 방향으로 한 쌍의 가스나이프와 한 쌍의 브러쉬롤를 포함하는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판주조공정에 있어서, 롤닢을 빠져나오는 주편을 연속적으로 촬영하여 핫밴드나 벌징 결함 발생여부를 관찰하고, 그 결함발생에 연동하여, 롤 표면 에지부(유동체 누적 집중부:We) 에서의 가스층 두께(de)와 롤 배럴 중앙부의 가스층 두께(dc)의 비(de/dc)가 1이하가 되도록 해당 롤 표면 에지부(We)에서의 가스층을 흡입제거함을 특징으로 하는 롤 표면 에지부 가스층 두께조절장치를 이용한 주편 에지부 핫밴드 방지방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

도 5는 회전하고 있는 롤 주위에 존재하는 유동체(fluid)의 거동을 나타낸 도면이다. 이러한 유동체의 거동은 대상 유동체가 작은 구동력(driving force)에 의해서도 물질이동(mass transfer)이 가능한 경우 모두 적용 가능한 일반적인 현상이지만, 도 5에서는 실제 박판 주조시 주편 양단부의 핫밴드 현상에 직접적으로 영향을 미치는 인자들인 분위기 가스인 질소와 외부에서 유입된 유입산소, 그리고 에지댐(2)과 롤 측면(14)과의 마모에 의해 생성된 세라믹 재질의 에지댐 마모분, 및 롤 표면 또는 주편에서 탈락한 미세한 산화 스케일분에 대해서 나타내었다. 그리고 도 6은 실제 주조가 종료된 후 주조롤 표면과 중앙부에 부착된 에지댐 마모분이나 산화물의 축적도(Build-up) 변화를 나타내는 것이다.

일반적으로 롤이 회전하는 경우에 있어서 롤 주위의 유동체 거동(fluid behaviour)을 모의 실험한 결과를 도 5의 왼쪽에 개략적으로 나타내었다. 상술하면, 롤이 회전하게 되면 원심력에 의해 롤 표면과 측면 그리고 롤 샤프트(18) 주위의 유동체는 서로 다른 3종류의 힘 F1, F2, F3이 작용하게 되며, 이들 3가지 힘의 구동력은 회전체의 회전속도, 유동체의 물리적 특성 및 롤 표면의 특성 등에 의해 결정되나, 롤 표면 에지부로 유동체가 집중되는 것은 회전하고 있는 롤의 일반적인 현상으로 보여지며, 에지부로 집중되는 유동체의 양이나 폭(15)은 각기 다른 방향의 구동력 F1, F2 및 F3의 상호작용에 의해 결정됨이 실험 결과를 통해 관찰되었다. 즉, 롤 측면에서 공급되는 유동체가 없을 경우에는 구동력 F2가 존재하지 않더라도 구동력 F3가 존재하기 때문에 롤 표면의 유동체는 점차적으로 롤 측면 에지부로 이동되어 이 부위에서 유동체가 집중(Build-up)하게 된다. 그리고 롤 측면에서 계속해서 유동체가 공급될 경우에는 상대적으로 큰 힘의 F2가 생성되고, F2, F3 힘의 균형(force balance)에 의해 에지부에서의 유동체 집중 위치나 폭이 결정된다.

박판주조공정에서 주편 양단부에 발생되는 핫밴드 현상에 미치는 상기 유동체의 영향으로서 다음을 들 수 있다.

첫째로 주조롤과 같은 회전체 표면에서의 질소가스의 가스막 두께(gas film thickness)는 롤 폭방향으로 두께가 동일하지 않고, 롤 양단부에서 상대적으로 두꺼워져 롤의 냉각능을 크게 저하시킴으로써 이 부위에서 미응고 현상에 의한 핫밴드가 발생된다.

둘째로 회전하는 주조롤 측면부와 롤 샤프트(18)는 대기와 직접 접하는 부위로 이 부위의 산소가스는 도 5의 b와 같은 경로로 롤 에지부 표면으로 이동되어 집중(Build-up)하게 된다. 이러한 산소가스는 용강내 용해도가 낮은 팽창성 가스이기 때문에 응고쉘-롤간의 밀착성을 저하시켜 응고능을 크게 떨어뜨릴 뿐만 아니라 응 고쉘의 산화를 촉진시켜 추가적인 산화스케일층 형성에 따른 응고능 저하를 초래하기도 한다.

셋째로 회전하는 있는 롤의 측면부(14)와 에지댐(2)과의 마모에 의해 발생된 미세한 세라믹 마모분과 롤 표면 오염물을 제거하기 위해 설치된 측면 브러쉬 롤(7)에 의해 형성된 다량의 롤 표면 산화스케일 또는 주편에서 탈락한 산화스케일 등의 전열 저항이 큰 유동체가 계속해서 공급되고, 이러한 유동체가 롤 측면 에지부에 집중(Build-up)하게 되므로써 응고쉘-롤간의 응고능을 크게 저하시킨다.

일반적으로 유동하는 평판상에 형성되는 유동체의 경계층 두께(δ)는 하기 수학식 1과 같이 가스의 레이놀수의 평방근에 비례한다고 알려져 있다.

δ= (υx / Vp)1/2

여기서, υ는 가스의 동점도(kinematic viscosity), x는 평판의 선단에서의 거리, Vp는 평판의 이동속도이다.

또한, 롤과 용강사이에 존재하는 유동체의 종류 및 막 두께는 응고쉘 형성에 매우 큰 영향을 미친다. 박판주조시 용강과 롤 사이의 열유속(heat flux)을 지배하는 인자로는 전열저항으로는 롤 본체, 롤-용강사이의 가스막, 산화막이나 세라믹 분말이 있으며, 정상부에서의 용강과 롤 사이의 총괄열전달계수(h)는 하기 수학식 2와 같이 나타내어진다.

h = 1/ d_r/k_r + d_g/k_g + d_s/k_s + d _c/k_c

여기서, d는 두께, k는 열전달율, 아래첨자 r는 롤, g는 가스, s는 용강 표면의 산화막, c는 산화스케일분이나 에지댐 마무분과 같은 전열저항이 매우 큰 세라믹 분말이다.

상기 수학식 1, 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 롤과 용강사이에 존재하는 가스의 종류나 조성 또한 이들 가스층의 두께, 산화막의 종류나 두께, 세라믹 마모분의 종류나 두께에 따라 총괄열전달계수는 매우 크게 변화할 수 있으며, 동일한 가스 조성이라 하더라도 가스막 두께(δ)가 증가될수록, 그리고 산화막층이나 세라믹 마모분의 누적도가 클수록 총괄열전달계수는 급격히 감소한다. 즉, 롤 측면 양단부의 유동체 누적 집중부(16)는 롤 폭 중앙부에 비해 롤-응고쉘간의 전열저항이 매우 큼으로써 미응고 현상인 벌징이나 핫밴드가 발생된다고 판단된다. 그리고 전술한 유동체 거동 모의실험 결과와 실제 박판주조시의 주편 양단부의 핫밴드 발생과 잘 일치하는 경향을 나타내었다.

즉, 상기 3가지 원인 , 다시 말하면, 롤 에지부에서 질소 가스층의 두께 증가, 롤 측면부로부터의 유입 산소와 롤의 측면부와 에지댐 사이의 마모분 집중(Build-up)에 의해서 롤 양 에지부는 롤 중앙부에 비해 냉각능 저하가 현저하게 되어 벌징이나 핫밴드 등과 같은 미응고현상이 발생하게 되고, 주조시간이 경과될수록 전열 저항이 큰 물질의 에지부 집중(Build-up)에 의해 핫밴드가 점점 심해지는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점에 착안하여 고안된 것으로, 연속주조중 핫밴드나 벌징 결함 발생시 이에 연동하여,주조롤 표면 에지부(We)에서의 가스층의 두께(de)와 롤 배럴 중심부의 가스층의 두께(dc)의 비가 1이하가 되도록 롤 표면 에지부 가스층 두께조절장치를 이용하여 상기 롤 표면 에지부에서의 가스층을 흡입제거함을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에서 상기 롤 표면 에지부 가스층 두께 조절 장치는 롤 전폭에 걸쳐 롤 상부에 설치된 한쌍의 Thin steel plate부착 방식의 가스 나이프에 진공흡입기능을 부여하도록 구성되어 있다. 이러한 Thin steel plate부착 방식의 가스 나이프는 롤 폭 방향으로 We, W-2*We, We로 3등분되어 롤 표면 양 에지부(We)만 진공흡입할 수 있도록 양끝단이 밀폐되어 있다. 여기서, We란 유동체 누적 집중이 일어나 핫밴드등 주편 미응고가 발생되는 롤 표면 양 에지부를 말하며, W-2*We란 핫밴드등 미응고 현상등이 발생되지 않는 롤 배럴중앙부, 즉 롤 전체 폭(W)에서 양 에지부(2*We)를 뺀 부위를 말한다.

그리고 진공흡입에 의해 가스층이 롤 폭 방향으로 균일하게 유지되도록, 롤 원주면의 두 방향, 상기 가스 나이프의 메니스커스 쉴드 대응측면부와 브러쉬롤 대응측면부에는 도 7과 같이 구성되어 있다.

상세하게 설명하면, 가스 나이프의 메니스커스 쉴드 대응부 측면에는, 롤 전폭 크기의 부착용 홀드와 다수의 고정용 볼트를 사용하여 주조롤 표면에 접하는 최하부에는 전폭 크기의 얇은 철판 한 장을 깔아 롤 표면과 맞닿게 하고, 그 상부에 는 철판과 동일한 크기의 내열성 천으로 만들어진 감싸개에 일체형의 또는 다수의 판상형태를 모자이크한 영구자석을 설치하고, 그 최상부에는 상기 감싸개가 고온에서 손상되지 않고, 또한 고온으로 영구자석이 탈자(demagnetization)되지 않도록 열적으로 보호해 줄 수 있는 내열 덮개가 순서대로 적층되어 상기 가스나이프의 측면에 부착되어 있다.

그리고 가스나이프의 브러쉬롤 대응부 측면에는, 얇은 철판과 그 위에는 상기의 포장된 영구자석이나 내열성 세라믹 천을 단이 발생되지 않도록 균일하게 깔고, 롤 회전시 상기의 철판이나 세라믹 천이 가스나이프 하부로 말려들지 않도록 지지할 수 있는 지지대를 구비하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 Thin steel plate부착방식의 가스나이프는 롤 폭 방향으로 We, W-2*We, We로 3 등분되어 각각 롤 접촉면만 개공된 독립적인 내부공간을 가지도록 구성되어 있으며, 주조중 핫밴드나 벌징현상이 발생되면 롤 표면 에지 특정부위(We), 즉 핫밴드 발생 대응부에만 독립적으로 진공흡입이 가능하도록 만들어진 진공챔버(vacuum chamber)와 상기 진공챔버내의 가스 및 유동체를 흡입할 수 있는 도시되지 않은 진공장치를 구비하고 있다.

그리고 이와 같이 구성된 본 발명의 롤 표면 에지부 가스층 두께 조절 장치를 이용하여, 주조중 롤-응고쉘간 계면에서 매우 큰 열적저항체로 작용하는 가스층의 두께(de)를 핫밴드나 벌징현상과 연동시켜 가스 흡인력, P를 변수로 조절함으로써 상기 핫밴드 발생부분에 대응하는 롤 표면 에지부(We)에서의 분위기 가스층의 두께(de)와 롤 배럴 중심부의 가스층 두께(dc)의 비(de/dc)를 1 이하로 차등 조절할 수 있는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 롤 표면 에지부 가스층 두께 조절장치(20)가 도 7에 나타나 있다. 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 장치(20)는 서로 반대방향으로 회전하는 주조롤에 용강을 통과시켜 주편을 생산하는 한 쌍의 롤 표면 상부에 각각 설치되어, 도 8에 제시된 바와 같이, 롤 표면 에지부(We)의 질소나 산소등으로 이루어진 가스층의 두께(de)를 롤 배럴 중앙부에 비해 얇게 조절한다. 그리고 롤 표면 에지부(We)만의 추가적인 전열저항체인 에지댐 마모분이나 산화스케일분을 진공흡입 수단으로 응고계면으로의 유입을 차단함으로써 롤 표면 에지부(We)의 냉각능을 증대시킬 수가 있다.

이러한 장치는(20)는 상기 한 쌍의 롤 상부 표면에 동일한 구조로 각각 설치되는 바, 이하, 동일한 부재에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 그 일측에 대해서만 설명하기로 한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 롤 표면 에지부 가스층 두께 조절 장치(20)는 Thin steel plate부착방식의 가스나이프에 진공흡입 기능을 부여한 것을 특징으로 하는데, 이때 상기 가스나이프는 롤 폭 방향으로 We, W-2*We, We로 3 등분되어 특정한 롤 표면 에지부(We)만을 진공 흡입할 수 있도록 양끝단이 밀폐되어 있다.

상세하게 설명하면, 상기 가스나이프의 메니스커스 쉴드 대응부 측면에는 얇은 철판(21),영구자석(22),내열덮개(23)의 적층체를 가급적 용강풀(5)에 최대한으로 근접하여 형성되어 있으며, 이렇게 함으로써 철판과 롤 표면간의 거리(d)에 의해 결정되는 가스층 두께(de,dc)가 메니스커스 내의 가스흐름에 영향을 덜 받은 채로 롤-응고쉘간의 가스갭으로 작용할 수 있어 진공흡입에 의해 가스층이 롤 폭 방향으로 균일하게 유지될 수 있는 것이다. 또한, 브러쉬롤 대응부 측면은 롤 표면 접촉 Thin steel plate가 외부의 공기나 오염물등이 유입되지 않도록 밀폐를 강화하는 역할을 한다.

본 발명에서는 이러한 기능을 가진 가스층 두께 조절장치(20)를 이용해서 주조중에 주편의 두께 프로파일이나 비디오상의 contrast차이와 같은 데이터와 연동시켜 롤-응고쉘 계면의 가스층 두께를 직접적으로 조절하는 것도 가능하다.

그리고 상기 Thin steel plate부착방식의 가스나이프의 구성 요소로서, 롤 표면과 접하는 최하부의 얇은 철판(21)은 가급적 주조 대상강종과 동일한 재질이면서 자석에 잘 붙는 자성체 철판을 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 철판이 자성체이면 철판 두께나 자계강도 및 진공 흡입력 등의 조건이 부적절해서 롤 표면과의 마찰에 의해 마모 부스러기(debris)가 발생되더라도 상부의 영구자석(22)에 의해 포집되어 용강내로 유입되지 않으며, 또한 동일한 재질의 철판을 사용하면 마모분이 일부 유입되더라도 오염에 대한 영향이 상대적으로 감소될 수 있기 때문이다.

실제 재료선정시에 있어 주조대상강종 성분의 철판이 자성체가 아니거나, 또한 쉽게 녹이 쓰는 경우 또는 제작이나 구입이 용이치 않는 경우에는 표면이 깨끗한 순 철의 철판(100% iron plate)을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 롤 표면 접촉부의 얇은 철판(21)의 두께는 철판 자체의 내구성, 롤 표면 손상 및 실링역할 측면에서 매우 중요한 인자이다. 철판의 두께가 너무 얇으면 롤 표면의 요철에 의해 철판이 쉽게 찢겨져 가스층 두께 조절 장치로서의 제 기능을 발휘할 수 없고, 반대로 철판이 너무 두꺼우면 고열에 의해 휘어짐(waving) 현상이 발생되고 휘어진 날까로운 모서리는 롤 표면에 스크렛치를 유발시킬 수 있다.

따라서 순철, 일반강 및 스테인레스강의 철판인 경우는 40~60mm 두께의 철판을 사용하는 것이 바람직하다..

상기 철판(21) 상부에는 일정한 크기의 자계강도(magnetic field intensity)를 갖는 영구자석(22)을 나란히 일렬로 롤 전폭에 걸쳐 배치한다. 주조롤은 외주면에 강자성체인 Ni을 도금하였기 때문에 상기의 자석과 잘 붙게 되며, 그 사이에 존재하는 철판(21)과 롤(1)과의 접촉상태 및 접촉하중, 즉 가스실링역은 영구자석의 자력에 의존한다고 볼 수 있다. 따라서 주어진 철판 재질 및 두께에 대해서 적절한 자계강도를 지닌 영구자석을 사용하는 것이 바람직하다. 자계강도가 너무 작으면 접촉력이 약하여 가스나이프의 실링능이 떨어지고, 자계강도가 너무 큰 자석을 사용하면 철판 뿐만 아니라 주조롤 표면에 스크렛치(scratch)를 발생시켜 주편 표면에 세로균열 등과 같은 심각한 결함을 유발시킨다.

철판 재질과 두께, 주조롤 표면상태 그리고 모자이크된 영구자석의 면적율이나 자석의 두께에 따라 약간 다를 수 있지만, 4~6mm두께의 페라이트계 영구자석을 기준으로 할 때 500~1500Oe의 자계강도를 지니는 것이 바람직하다.

상기의 영구자석 감싸개(22)는 200~500도의 온도범위에서도 견딜 수 있는 세라믹 재질의 내열성 천을 사용하고, 그 위에는 감싸개 보호용 내열덮개(23)를 배치시켜 고온의 용강과 분위기 가스에 직접 노출되어 감싸개가 연소되는 것을 방지하도록 한다. 이때 감싸개 보호용 내열덮개(23)를 위한 재질로는 고온에서 견딜 수 있는 얇은 철판이나 세라믹 천을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 도 7에서 미설명부호 24는 부착용홀드(holder), 25는 고정용 볼트, 26은 가스 배출구, 27은 철판 및 상부 세라믹천 지지대를 나타내며, F는 가스흡입에 의해 얇은 철판이 롤 표면을 누르는 힘을 나타낸다.

이하, 상기 롤 표면 에지부 가스층 두께 조절 장치(20)를 이용한 본 발명의 주편 에지부 핫밴드 방지방법을 상세히 설명한다.

도 5및 6에 나타난 바와 같이, 주편 에지부에 발생하는 핫밴드나 벌징(10)은 롤 표면의 유동체와 매우 밀접한 관련이 있다. 즉, 롤 표면 에지부는 롤 배럴 중앙부에 비해 유동체의 누적이 집중되는 구간(16)으로서 분위기 가스인 질소나 산소 가스층의 두께가 두꺼울 뿐만 아니라 에지댐 마모분이나 산화스케일분등과 같은 외부 유입 오염원의 누적이 심하기 때문에, 롤 배럴부에 비해 롤 냉각능 저하로 인한 응고지연현상를 나타낸다. 그리고 이러한 현상은 주조초기에는 관찰되지 않다가도 주조시간이 경과됨에 나타날 수 있는데 이러한 시간 경과성은 앞서 설명한 유동체 누적과 밀접한 상관성이 있다.

따라서 상기 원인으로 인해 주편에지부에 핫밴드나 벌징이 발생되었을 경우, 롤 표면 에지부에서의 냉각능을 롤 배럴부에 비해 차등 증대시키지 않으면 미응고 현상은 해소되지 않는다.

이에 따라, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 방안으로 안출된 것으로써, 주조개시 후 롤닢을 빠져나오는 핫스트립(6)을 관찰했을 때 주편 에지부의 미응고현상인 핫밴드나 벌징이 발생되지 않고 정상적으로 주조되는 경우는 상기 롤 표면 에지부 가스층 두께 조절 장치(20)는 Thin steel plate 부착 방식의 가스나이프로서의 역할, 즉 가스실링과 유해한 마모분 부스러기(debris) 유입방지 역할을 한다.

그러나 만일 주편 에지부의 미응고현상이 발생되면, 상기 장치(18)는 롤 에지 특정부위(We), 즉 핫밴드 발생 대응부만 독립적으로 진공흡입하여 롤-응고쉘간 계면에서 매우 큰 열적저항체로 작용하는 가스층의 두께(de)를 주조중 핫밴드나 벌징현상과 연동시켜 가스 흡인력, P를 변수로 조절함으로써, 롤 표면 양단부(We)의 롤 냉각능을 국부적으로 급격히 저하시키는 유동체 누적 집중부(16)에서의 분위기 가스층의 두께(de)와 롤 배럴 중심부의 가스층 두께(dc)의 비, de/dc를 1 이하로 차등 조절함으로써 상기의 미응고현상을 해소할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 주편 에지부의 미응고현상이 발생되기 쉬운 영역, 즉 롤 표면 에지부(We)의 가스층 두께(de)를 주조중 핫밴드나 벌징현상과 연동시켜 롤 배럴 중앙부의 가스층 두께(dc)와 차등 조절함으로써 상기의 미응고현상 에 능동적이면서 신속히 대처할 수 있으며, 이에 따라 우수한 주편품질, 조업의 안정성, 실수율 향상등을 꾀할 수 있다.

Claims (2)

1. 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤과, 그 양측면에 용강풀을 형성하도록 설치되는 에지댐과, 상기 용강풀 상부면으로 불활성 질소 가스를 공급하는 메니스커스 쉴드와, 상기 롤의 폭 방향으로 한 쌍의 가스나이프와 한 쌍의 브러쉬롤를 포함하는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판주조공정에 있어서,

   롤닢을 빠져나오는 주편을 연속적으로 촬영하여 핫밴드나 벌징 결함 발생여부를 관찰하고, 그 결함발생에 연동하여, 롤 표면 에지부(유동체 누적 집중부:We)에서의 가스층 두께(de)와 롤 배럴 중앙부의 가스층 두께(dc)의 비(de/dc)가 1이하가 되도록 해당 롤 표면 에지부(We)에서의 가스층을 흡입제거함을 특징으로 하는 롤 표면 에지부 가스층 두께조절장치를 이용한 쌍롤식 박판주조공정에서의 주편 에지부 핫밴드 방지방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 롤 표면 에지부 가스층 두께 조절 장치는,

   롤 폭 방향으로 We, W-2*We, We 폭으로 독립적으로 3등분 되어 롤 표면 양 에지부(We)만 진공흡입할 수 있도록 양끝단이 밀폐되어 있는 Thin steel plate부착 방식의 가스나이프를 포함하고,

   상기 가스나이프의 메니스커스 쉴드 대응부 측면에는, 롤-응고쉘 계면의 가스층 두께(d)를 효과적으로 조절할 수 있도록, 그 하부에서 상부로 각각 얇은 철판, 영구자석 및 내열덮개가 차례로 적층되어 용강풀에 최대한 근접하여 형성되어 있으며, 상기 가스나이프의 브러쉬롤 대응부 측면에는 하부에서 상부로 얇은 철판과 내열덮개가 적층되어 형성되어 있음을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조공정에서의 주편 에지부 핫밴드 방지방법.

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