KR100605707B1 - 쌍롤식 연속박판주조공정에서 주편 에지 미응고 방지 방법 - Google Patents

Abstract

쌍롤식 연속박판주조공정에서 주편 에지 미응고 방지 방법이 제공된다.

본 발명은, 주조롤과 에지댐에 의해 둘러싸인 용강풀을 대기로부터 보호하는 메니스커스실드와, 메니스커스실드에 설치되어 용강 유동을 제어하는 위어를 포함하는 쌍롤식 박판제조장치를 이용한 쌍롤식 박판제조공정에 있어서,

상기 메니스커스 실드내 위어와 위어사이 공간을 영역 (B)라 하고 상기 위어 바깥쪽 공간을 영역(A)라 할 때, 주조시, 하기 수학식 1로 정의되는 가스압 차이가 120mmH₂0 이하가 되도록 상기 영역(B)내의 가스를 펌핑,배출제어함을 특징으로 하는 주편 에지 미응고 방지방법에 관한 것이다.

[수학식 1]

△P(mmH₂O) = |영역(A)의 가스압 - 영역(B)에서의 가스압|

박판주조, 메니스커스실드, 위어, 에지 미응고

Description

쌍롤식 연속박판주조공정에서 주편 에지 미응고 방지 방법{A method for preventing strip edge bulging in twin roll strip casting process}

도 1은 쌍롤식 연속박판주조장치의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 메니스커스실드의 평면 개략도이다.

도 3은 본 발명의 메니스커스실드의 정면 개략도이다.

도 4는 본 발명의 돌출에지댐 사용시 메니스커스실드 윗면도

도 5는 본 발명의 돌출에지댐 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1. 주조 롤(twin roll) 3. 턴디쉬(tundish)

5. 침지노즐 7. 롤 섬프내 용강

9. 노즐토출구 11. 주편

13. 에지댐 15. 냉각수 홀

17. 응고셀 19. 메니스커스실드

21. 위어 23. 압력측정용 배관

25. 가스배출용 배관 27. 가스배출용 배관

29. 분위기 가스 공급 노즐

본 발명은 고온의 용강을 서로 반대 방향으로 회전하는 있는 주조 롤(twin roll)과의 접촉을 통하여 급속 응고시켜 박판을 제조하는 쌍롤식 연속박판제조공정에 관한 것으로, 보다 상세히는, 메니스커스실드내의 위어와 위어 사이의 공간[영역(B)]과 위어 바깥쪽 공간[영역(A)]에서의 가스압 차이가 소정치 이하로 되도록 제어함으로써 망간등과 같은 불순물에 의한 주편 에지부 미응고를 방지하고, 궁극적으로 주조 롤 폭방향으로 균일한 주편의 응고를 통해 주편 결함이 없는 박판을 얻을 수 있는 쌍롤식 연속박판주조공정에서의 주편 에지 미응고 방지 방법에 관한 것이다.

종래 쌍롤식 연속박판주조 공정으로 박판을 제조하는 공정이 도 1에 개략적으로 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 턴디쉬(3)에 부착된 침지노즐(5)의 토출구(9)을 통하여 주조 롤(twin roll:1) 사이로 공급된 용강(7)은 주조롤(1)과 에지댐(13)에 의해 둘러싸인 용강풀을 형성하게 된다. 그리고 주조 롤(1)에 접촉한 용강은 롤의 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 롤(1) 표면에서 응고셀(10)을 형성하게 되고 형성된 주편(11)은 서로 반대방향으로 회전하는 쌍롤에 의해 롤닢을 빠져나오게 된다.

이때, 용강 윗면에는 대기와의 접촉에 의해 용강(7)이 산화되는 것을 방지하 기 위하여 외부 공기를 차단해주는 메니스커스실드(19) 장치를 설치하고, 이 장치에 설치된 분위기 가스공급노즐(29)을 통하여 용강 표면으로 불활성 가스를 공급해줌으로써 탕면 윗부분이 불활성 분위기로 유지되도록 한다. 또한 침지노즐(5)에서 토출된 용강(7)의 운동량은 상당히 커서 탕면 요동을 야기시킬수 있기 때문에, 용강(7) 유동 제어를 목적으로 위어지지대(22)에 고정된 위어(21)가 메니스커스실드 (19) 장치에 설치되어 있다. 그리고 위어(21)는 이렇게 생성된 산화물이 성장하는 응고셀(17)로 도달하지 못하도록 하는 일종의 장애물(barrier) 역할도 감당한다.

이와 같이, 메니스커스실드(19)와 위어(21)는 용강(7)의 산화를 방지하기 위해 탕면 위의 산화성 분위기를 환원성 분위기로 유지시켜 줌과 아울러 탕면류의 흐름을 제어하여 탕면 레벨의 요동 및 산화물이 롤 표면에서 생성되어 응고셀로 혼입되는 것을 방지하는 역할을 하고 있으나, 이에 의해 탕면을 120% 실링(sealing)하기란 쉽지 않으며, 따라서 부분적으로 산화물이 탕면에서 생성될 소지가 있었다.

따라서 特開平6-297111경우 주조 롤과 에지댐으로둘러 싸인 용강의 산화를 방지하기 위해 탕면 윗 부분에 노즐 침지 깊이 조절이 가능하도록 하면서 외부의 산화성 분위기를 차단할수 있는 실링(sealing) 장치를 제안하고 있다. 즉, 이 발명에 의하면, 주조시 탕면 레벨을 변화시킬 필요가 있을 때 턴디쉬 측면에 설치된 스프링을 조절함으로써 노즐의 침지 깊이 조정이 가능하도록 함과 동시에 탕면 레벨 높이 변화에 의해서도 탕면 위의 환원성 분위기가 계속 유지되도록 하고 있다.

또한, 特開平7-204795의 경우 용강풀에 부분적으로 침적되는 장변댐을 설치 하여 탕면에서 생성된 산화물이 성장하는 응고셀로 혼입되는 것을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다. 즉, 주조 롤 표면과 장변댐 사이에 약간의 간격이 유지되도록 하고 탕면 레벨이 이 간격 사이에 유지되도록 함과 동시에 탕면 윗 부분을 환원성 분위기로 유지시켜 최대한 산화물이 생성되는 것을 방지함과 동시에 생성된 산화물이 성장하는 응고셀로 혼입되는 것을 방지하고 있는 것이다.

그러나 상기 방법에서는 궁극적으로 용강 표면에서 발생하는 망간 및 부유하는 불순 가스의 흐름을 컨트롤 할 수가 없기 때문에 주조롤 표면에서 응고셀이 형성될 때 망간 및 부유하는 불순물이 롤 표면 특히 롤 에지부에 증착되고, 이에 따라 응고셀이 형성되는 초기에 열저항으로 작용하게 되어 롤 폭방향으로 불균일한 응고를 유발하는 문제가 있다. 특히, 주편 에지부의 미응고가 심하게 되어 결국 주편 표면 결함 및 생산성 저하를 초래하는 문제가 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 쌍롤식 박판제조장치를 이용한 주조공정에서 매니커스실드내 위어와 위어 사이 공간영역과 위어 바같쪽 공간영역간의 압력차를 소정치 이하로 제어함으로써 망간등과 같은 불순물에 의한 주편 에지부 미응고를 방지하고, 궁극적으로 주조 롤 폭방향으로 균일한 주편의 응고를 통해 주편 결함이 없는 박판을 얻을 수 있는 주편 에지 미응고 방지 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주조롤과 에지댐에 의해 둘러싸인 용강풀을 대기로부터 보호하는 메니스커스 실드와, 이에 설치되어 용강 유동을 제어하는 위어를 포함하는 쌍롤식 박판제조장치를 이용한 쌍롤식 박판제조공정에 있어서, 상기 메니스커스 실드내 위어와 위어사이 공간을 영역 (B)라 하고 상기 위어 바깥쪽 공간을 영역(A)라 할 때, 주조시, 하기 수학식 1로 정의되는 가스압 차이가 120mmH₂0 이하가 되도록 상기 영역(B)내의 가스를 펌핑,배출함을 특징으로 하는 주편 에지 미응고 방지방법에 관한 것이다.

△P(mmH₂O) = |영역(A)의 가스압 - 영역(B)에서의 가스압|

이하, 본 발명을 설명한다.

상술한 바와 같이, 쌍롤식 연속박판주조 공정에서 메니스커스실드(19)와 위어(21)는 용강(7)의 산화를 방지하기 위해 탕면 위의 산화성 분위기를 환원성 분위기로 유지시켜 줌과 아울러 탕면류의 흐름을 제어하여 탕면 레벨의 요동 및 산화물이 롤 표면에서 생성되어 응고셀로 혼입되는 것을 방지하는 역할을 하고 있다. 특히, 위어(21)는 이렇게 생성된 산화물이 성장하는 응고셀(17)로 도달하지 못하도록 하는 일종의 장애물(barrier) 역할도 감당한다.

그러나, 롤섬프로 공급된 용강(7) 표면에서는 주조중 연속적으로 망간등과 같은 물질이 메니스커스실드(19) 아래 공간으로 휘발(evaporate)하게 되고 이 불순 물들은 탕면 위의 불활성 가스 흐름을 따라 움직이게 된다. 그런데 휘발된 망간 같은 물질들이 주조 롤(1) 표면에 증착될 경우, 열전도도가 상당히 작기 때문에 응고셀 형성시 일종의 열저항으로 작용하게 되어 국부적 미응고 발생 및 주편 결함등을 야기시킬 수 있다. 따라서 도 2에 나타낸 바와 같이 영역(B)에서 발생한 망간등은 가능한 한 영역(A) 지역으로 유입되지 않도록 할 것이 요구되는 것이다.

그런데 도 3에 나타난 바와 같이, 에지댐(13)과 위어(21) 사이에는 간격(24)이 존재하고 이 간격을 통해 상술한 가스의 흐름이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 가스의 흐름을 없애기 위해 위어(21)와 에지댐(13)사이의 간격(24)을 밀착시키는 방법을 고려할 수 있으나, 이렇게 하면 주조 초기 혹은 주조 도중 이 밀착 부위에서 스컬이 발생하게 되며, 심할 경우 위어의 파손등이 초래되어 주조 중단의 상황도 발생할 수 있다. 또한, 보통 주조중 에지댐(13) 표면에서 발생하는 스컬 생성을 억제시키기 위해 에지댐을 진동(oscillation)시키는 경우가 있는데, 이렇게 위어(21)와 에지댐(13)이 밀착되어 있으며 에지댐 진동에 의해 위어(21)가 파손될 우려가 있다. 이상과 같은 이유로 에지댐(13)과 위어(21)를 밀착시키는 것은 곤란한 것이다.

따라서, 본 발명에서는 상기 영역(B)에서 발생한 망간등을 가능한한 영역(A) 지역으로 유입되지 않도록 하기 위해, 하기 수학식 1로 정의되는 압력차이(△P)를 120mmH₂0 이하가 되도록 제어함을 특징한다.

[수학식 1]

△P(mmH₂O) = |영역(A)의 가스압 - 영역(B)에서의 가스압|

본 발명에서 이와 같이 그 압력차이를 제어하는 것은 이러한 압력차가 주편에지 미응고에 미치는 영향을 제시하고 있는 하기 표 1과 같은 실험결과에 근거하여 마련된 것이다. 하기 표1에 나타난 바와 같이, 상기 압력차이(△P)가 120mmH₂0 이하일때 핫밴드등이 발생되지 않았으며, 보다 우수한 주편품질을 확보하기 위해서는 상기 상기 압력차이(△P)를 100mmH₂0 이하로 제한함이 바람직함을 알 수 있다.

△P(mmH2O)	주편 에지상태
0	극히 양호
50	양호
100	양호
120	보통
150	핫밴드 발생
200	핫밴드 및 벌징발생

본 발명에서는 상기 영역(A)과 영역(B)내의 압력은 마노미터(manometer)등과 같은 압력측정수단을 이용하여 압력측정용 배관(23)을 통하여 측정된다. 그리고 이러한 측정된 압력차이가 상기 수학식 1을 충족할 수 있도록 가스배출용 배관(25)을 통하여 영역(B)내의 가스량을 펌프(27)를 이용하여 배출제어할 수 있다.

한편, 영역(B)에 비해서는 비록 작은 양이기는 하지만, 상기 영역(A)에서도 역시 망간등과 같은 물질들이 휘발하여 존재하게 된다. 그런데 일반적으로 주조 롤(1) 에지쪽의 응고능이 롤 폭 중앙부에 비해서는 작을 수밖에 없다. 왜냐하면 주조 롤(1) 표면에서 응고셀(17)이 형성될 때 용강(7)의 잠열은 롤(1) 내부의 냉각수 홀(15)을 순환하는 냉각수를 통해 빠져나가게 되는데, 일반적으로 롤(1) 완전 에지부까지는 냉각수가 순환할 수 없도록 냉각수 홀(15)이 가공되어 있고 에지댐(13)이 거의 단열조건을 형성하고 있기 때문에 주조시 롤(1) 에지부에서 생성되는 응고셀(17)의 두께가 롤 중앙부에서 생성되는 것보다 작을 수밖에 없기 때문이다.

따라서, 상기 영역(A)에서 발생된 망간등과 같은 불순물들은 가능한 한 롤 에지쪽보다는 롤 폭 중앙부에서 펌핑(pumping) 혹은 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에서는 상기 영역(A)내에서 주조롤 폭 중앙부의 가스압에 비해 주조롤 에지쪽의 가스압이 10mmH₂0 이상 높게 유지하도록 상기 주조롤 폭 중앙부의 가스를 펌핑, 배출함이 바람직하다. 만일 이 가스압의 차이가 10mmH₂0 이내로 유지될 경우에는, 영역(A)에서 발생된 망간등과 같은 불순물들이 롤(1) 에지쪽으로도 이동할 확률이 높게 되어 주편(11) 에지의 핫밴드나 벌징등을 유발할 수도 있기 때문이다.

또한, 도2에 나타난 영역(B)의 경우, 탕면의 복사열을 거의 그대로 받는 지역이기 때문에 이 영역에서의 가스 자연대류는 상당히 크게 되며, 따라서 가스가 어떤 일정한 흐름을 갖기 보다는 비대칭적인 흐름을 갖게 되기 쉽다. 따라서 상기 영역(A) 혹은 영역(B) 각각의 영역에서 펌핑되는 가스량을 잘 조절한다 하더라도 영역(B)에서 발생한 망간등과 같은 불순물들이 영역(A) 로 유입될 가능성이 존재할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명에서는 이로 인하여 주편 에지 상태가 나빠지는 것을 최대한 방지하기 위하여 가스의 비대칭적인 흐름에 기인하여 유입되는 망간등의 불순물 양을 최소화시켰으며, 그 구체적인 방법의 개략도가 도 4에 나타내었다.

즉, 본 발명은 도 4의 위어(21)와 에지댐(13)사이의 간격(24)에 이웃한 탕면의 면적을 최소화시키기 위해, 기존의 평편한 에지댐을 사용하기 보다는 도 5와 같은 돌출에지댐(14)을 사용함이 바람직하며, 이에 의해 가스 흐름의 불안정성에 의해 영역(A)로 유입될 수 있는 망간등과 같은 불순물의 양을 근본적으로 줄일 수 있다.

이러한 돌출에지댐(14)을 사용할 경우, 일정치 못한 가스의 흐름을 어느 정도 일정하게 해줄 수 있는 잇점이 있고, 이로 인해 영역(B)에 있는 가스가 외란에 의해 영역(A)로 유입될 수 있는 확률도 상당히 줄어들게 된다.

이렇게 에지댐에서 돌출되는 부분은 위어와의 수직 거리(W1)로 최소 5mm 이상으로 떨어져야 스컬 발생등과 같은 외란에 의해 문제가 발생하지 않을 수 있으며 돌출되는 길이(W2)는 10~150mm 범위의 값을 유지할 경우 양호한 에지 주편을 얻을 수 있다.

길이(W2)가 150mm 이상으로 유지될 경우는 탕면에서 스컬이 심하게 발생하여 정상적인 주조를 하기가 어려웠다. 참고로 수직거리가 5mm 이내인 경우에도 탕면에서 심한 스컬 발생을 유발하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 , 쌍롤식 박판제조장치를 이용한 주조공정에서 매니커스실드내 위어와 위어 사이영역과 위어 바같쪽 영역의 압력차를 소정치 이하로 제어함으로써 망간등과 같은 불순물에 의한 주편 에지부 미응고를 방지하고, 궁극적으로 주조 롤 폭방향으로 균일한 주편의 응고를 통해 주편 결함이 없는 박판을 제조함에 유용 한효과가 있다.

Claims (4)

1. 주조롤과 에지댐에 의해 둘러싸인 용강풀을 대기로부터 보호하는 메니스커스실드와, 메니스커스실드에 설치되어 용강 유동을 제어하는 위어를 포함하는 쌍롤식 박판제조장치를 이용한 쌍롤식 박판제조공정에 있어서,

   상기 메니스커스 실드내 위어와 위어사이 공간을 영역 (B)라 하고 상기 위어 바깥쪽 공간을 영역(A)라 할 때, 주조시, 하기 수학식 1로 정의되는 가스압 차이가 120mmH₂0 이하가 되도록 상기 영역(B)내의 가스를 펌핑,배출제어함을 특징으로 하는 주편 에지 미응고 방지방법.

   [수학식 1]

   △P(mmH₂O) = |영역(A)의 가스압 - 영역(B)에서의 가스압|
2. 제 1항에 있어서, 상기 영역(A)내에서 주조롤 폭 중앙부의 가스압에 비하여 상기 주조롤 에지쪽의 가스압이 10mmH₂0 이상 높게 유지될 수 있도록 주조롤 폭 중앙부내의 가스를 펌핑,배출제어함을 특징으로 하는 주편 에지 미응고 방지방법.
3. 제 1항에 있어서, 가스의 비대칭적인 흐름에 의하여 상기 영역(B)에서 영역(A)로 망간등과 같은 불순물이 흐르는 것을 억제하기 위하여, 상기 위어와 에지댐사이의 공간에 이웃한 탕면 면적을 최소화하기 위해 돌출에지댐을 부설함을 특 징으로 하는 주편 에지 미응고 방지방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 돌출에지댐과 위어와의 수직거리(W1)를 최소 5mm이상 유지하고 돌출에지댐의 길이(W2)는 10~150mm 범위임을 특징으로 하는 주편 에지 미응고 방지방법.

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