KR100613032B1 - 연속 주조기용 냉각롤 - Google Patents

Abstract

주조 금속과 접촉하는 한 쌍의 역회전 롤이 구비된 연속 주조기용 표면 딤플을 가진 냉각롤은, 상기 주조 금속과 접촉하게 되는 표면이 해당 표면상에 불규칙적인 간격으로 형성된 제 1 및 제 2 다중 공동(6,7)을 포함하며, 선택적으로 적어도 부분적으로 상기 공동과 접촉하고; 상기 제 1 및 제 2 공동중 적어도 하나에서, 각 공동(6,7)의 롤 표면상에 압인된 긁기는 다각형 또는 원형, 그리고 더욱 바람직하게는 장사방형이다.

냉각롤, 공동, 주조, 스트립, 주름.

Description

연속 주조기용 냉각롤{A COOLING ROLL FOR CONTINUOUS CASTING MACHINES}

본 발명은 연속 주조기용 주괴 주형 롤(ingot mould roll)에 관한 것으로, 특히 금속 스트립을 제조하기 위한 주괴 주형 역회전 롤의 표면구조에 관한 것이다.

일반적으로, 스트립은 평 강편을 연속적으로 주조하는 종래의 공정으로 제조되며, 선택적으로, 벌림끝 가공(beveling), 평 강편 가열 및 열간 압연이 행해진다.

상기 공정은 평 강편을 가열하고 처리하는데 많은 에너지를 소비한다. 반면, 상기 스트립 연속 주조공정은 얇은 스트립, 즉 얇은 주물을 직접 제조할 수 있기 때문에, 벌림끝 가공과 열간 압연공정을 생략하고 두께를 더 얇게 하기 위한 냉각 압연만을 계속할 수 있는 기술이다.

따라서, 스트립을 연속주조하는 경우, 스트립의 표면 검사가 불가능하기 때문에, 피제조 스트립의 표면 결함이 절대적으로 없어야만 한다. 이를 위하여, 주괴 주형 롤에 가까운 스트립의 응고는 안내되어야만 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 여러 방법이 당업계에 알려져 있다. 그중 하 나는 상기 주괴 주형 표면상에 소정의 갭을 형성하는 것이다. 예를 들어, 유럽 특허출원번호 제 EP 0 493 290A1호에는 금속 응고용 이동식 벽체가 개시되어 있는데,구리 코어받침못(copper chaplet)상에 적당한 주름이 형성되고, 그 공동은 저전도성 금속으로 충진되어 있다. 따라서, 고열교환영역과 저열교환영역사이에 차이가 존재하는 표면이 생성된다.

또한, 유럽 특허출원번호 제 EP 0 309 247 B1호는 각각의 주괴 금형 롤의 표면상에 규칙적으로 분포된 원형 또는 난형의 직렬 공동을 형성함으로써 소정의 목적을 달성하였다.

양 특허에서, 주름진 표면을 갖는 스트립이 제조되었다. 상기 출원에서 차후의 공정도 본래의 주름을 복원하는데 부적절할 수 있기 때문에, 표면 형상이 결정적이란 사실은 문제가 된다. 또한, 전술한 방법은 상기 공정의 영향을 받지 않은 채로 남은 롤 표면 영역에 대한 문제를 해결하지 않았기 때문에, 매우 심한 열교환이 발생한다.

따라서, 첫번째 경우는 제 2 금속으로 상기 공동을 충진시킬 필요가 있고, 두번째 경우는 롤 표면상에 규칙적인 간격으로 공동을 형성시킬 필요가 있기 때문에, 매우 복잡하여 제작비 및 차후 주괴 주형 유지비가 많이 소요된다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점을 해결하는 것으로, 열추출 및 금속 응고가 물질의 고유 특성보다는 주괴 주형 형상의 함수인 주괴 주형을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 용융 금속과 접촉하는 한 쌍의 역회전 롤이 구비된 연속 주조기용 표면 딤플(dimples; 오목부)을 가진 냉각롤을 제공하되, 상기 표면 딤플은 표면 위에 불규칙적인 간격을 두고 선택적으로 적어도 부분적으로 접촉하는 제 1 및 제 2 공동들로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제 1 공동들은 응고되는 금속과 롤간의 열 플럭스(thermal flux)를 줄이는 역할을 한다. 상기 공동의 깊이는 2 내지 10㎛ 사이에서 변할 수 있으며, 10 내지 50㎛ 사이의 같은 직경을 갖는다.

본 발명에 따르면, 상기 제 2 공동들은 국소적인 갭을 생성시키는 역할을 한다. 따라서, 응고는 연속적이라기 보다는 불연속적으로 안내되기 때문에, 스트립의 결함을 유발하는 수축으로 인한 응력을 감소 및 축소시키게 된다. 열 플럭스를 1차로 감소시키는 제 1 공동들이 존재하기 때문에, 제 2 공동들은 서로 다른 형태이며 0.2 내지 1㎜사이의 균일 직경을 갖는 반면, 각 공동의 깊이는 40 내지 200㎛이므로 스트립의 표면 형상에 이롭다.

상기 공동이 롤 표면상에 불균칙적으로 형성되어 있다는 사실은 단일 응력들이 크고 작은 결함을 야기할 수 있는 높은 수치로 상승하며 국소적으로 통합될 수 있는 선택 방향을 피하면서, 수축으로 인한 응력을 감소 및 축소시키는데 도움이 된다.

또한, 각각의 제 1 공동간의 거리는 0 내지 60㎛인 반면, 각각의 제 2 공동간의 거리는 0 내지 1.5㎜이다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 공동들 중 적어도 한 공동들의 각 공동의 롤 표면에 압인된 패턴(pattern)은 다각형 및 원형, 그리고 더욱 바람직하게는 장사방형으로 이루어진 군으로부터 선택된 형상을 갖는다.

본 발명에 따르면, 주조 금속과 접촉하는 각 롤의 표면은 15 내지 380 W/mㆍK 사이의 열 전도율을 가지며, 롤의 가용 기간중에 공동의 불변성을 제공하기 위해 선택된 철, 구리, 니켈, 크롬 또는 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 제조된다.

유리하게, 주괴 주형 표면에 적당한 띠(webbing)가 형성된 본 발명에 따르면, 차후의 공정에서 복원될 수 있는 조절된 거칠기를 가진 무결함 스트립을 제조할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 띠는 롤 표면에 공동이 형성되도록 롤 표면을 피닝가공(peening process)함으로써 얻게 된다.

유리하게, 본 발명에 따르면, 공동은 불규칙적으로 조밀하게 분포되고 숏트(shots)의 종류에 따라 변할 수 있는 형태이며, 서로 다른 2개의 공동이 존재하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 응고는 연속적이라기 보다는 불연속적으로 안내되기 때문에, 스트립의 결함을 유발하는 수축으로 인한 응력을 감소 및 축소시키게 된다

이하, 실시예 및 비교예가 첨부도면을 참조하여 기술되어 있으나, 이는 종래 기술의 주괴 주형과 본 발명의 실시예에 따른 주괴 주형에서 냉각되었을 때 본래 액체였던 금속의 양태를 설명하기 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 따라 변형된 롤의 표면을 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 2a, 2b 및 2c는 평탄면에서 응고될 때 주조 금속의 양태를 개략적으로 나타낸 도면이며,

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 표면상에서 응고될 때 주조 금속의 양태를 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 4는 평탄면과 본 발명에 따라 변형된 표면에서 스트립 온도에 따른 스틸 스트립상의 균열발생가능율을 나타낸 그래프이다.

본 실시예에서 주조 금속은 3㎜ 두께의 스트립 형태로 응고되는 금속으로서 오스테나이트 이녹스 스틸(austenitic inox steel) AISI 304이다. 도 2a, 2b 및 2c는 냉각된 평탄한 구리 코어받침못상에서 응고될 때 상기 금속의 양태를 나타낸다.

도 2a를 참조하면, 주괴 주형의 엘리먼트로서 롤(1)의 표면이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 표면은 평탄하며 주조 금속과 접촉하고 있다. 금속이 주괴 주형의 메니스커스(meniscus)(2)에서 어떻게 응고되기 시작하고, 약 70 내지 100㎛ 균일한 두께를 제외하고 얇은 층(2)을 형성하는지는 명백하다.

도 2b를 참조하면, 상기 얇은 층(2)은 롤로부터 박리되며, 매우 얇으나 내구성있는 구조는 아니기 때문에 매우 불안정하여 약 30 내지 80㎜의 가변 피치로 된 불규칙 파형을 형성하게 된다. 이 상태에서, 파형의 존재는 스트립과 롤사이에 최대 박리값이 약 20㎛인 가변 두께의 공간(4)을 형성하게 된다. 그 결과, 롤로부터 더 박리된 스트립 구간은 고온으로 남게 되기 때문에, 스트립으로부터의 열 추출은 매우 불균일하게 되고, 120℃ 이상의 온도차가 스트립 표면상에서 발생하게 된다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 롤로부터 더 박리된 구간에 해당하는 얇은 구간(5)이 형성되면서, 경화된 두께(2)는 불규칙하게 증가한다. 강정압(ferrostatic pressure)이 메니스커스로부터 약 10㎝ 깊이에 해당하는 소정값에 도달할 때, 동일한 압력이 스트립을 롤과 다시 접촉시키고 파형은 점진적으로 사라지게 된다. 그럼에도 불구하고, 비록 온도차가 줄어들지라도, 파형은 스트립이 롤의 하부로부터 나갈 때까지 존재하게 된다. 그러나, 가장 얇은 두께를 나타내는 구간(5)에서 높은 인장응력이 발생되며, 여기에서 표면 온도는 1370 내지 1390℃이고 AISI 304 스틸 연성은 매우 낮기 때문에, 균열이 발생하게 된다.

도 1, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 일반적인 롤(1)의 표면이 본 발명에 따라 변형되어 개략적으로 도시되어 있다. 특히, 본 발명에 따라 변형된 표면이 존재하는 경우 열교환 메카니즘은 극심하게 변화한다.

도 3a를 참조하면, 다중 소공동(6)이 존재함으로써 강한 초기 열교환이 매우 억제되고, 스틸(2)이 제 2 다중 대공동(7)속으로 완전히 침투하지 않았기 때문에, 응고가 대공동에서 약간 지연된다.

응고 초기에, 메니스커스(2) 부근에는 (평탄면 롤의 경우에서와 같이)균일한 두께를 제외하고 얇은 층이 형성되지 않으나, 그 대신 여전히 페이스트 상태인 구간(9)으로 상호연결된 완전 응고구간(8)은 형성된다.

따라서, 파형의 계속된 형성과 함께 롤로부터 얇은 층의 박리는 발생하지 않는다. 따라서, 강정압이 스트립을 롤에 성공적으로 부착시킬 때, 스트립 표면은 메 니스커스로부터 약 10㎝ 깊이에서 완전 응고에 도달하게 된다.

도 3b에 따르면, 이 순간부터 인장 응력의 전진상태가 공동(6)(7) 부근의 냉구간의 표면상에서 최대값에 도달하며 스트립에 트리거된다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 평탄면 롤에 의해 스트립 주물상에 생성된 것보다 응력상태의 강도가 훨씬 낮은 구간(10)이 존재한다.

도 4를 참조하면, 평탄면과 본 발명에 따라 변형된 표면에서 스트립 온도에 따른 스틸 AISI 304 스트립상의 균열발생가능율을 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 1370 내지 1390℃ 사이, 즉 균열이 주로 발생하는 AISI 304 스틸의 저연성구간에서 균열발생가능율은 본 발명에 따라 피닝가공된 표면을 가진 롤이 양호하다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 모든 변형을 포함한다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주내의 다른 형태의 실시예를 포함한다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 딤플을 갖는 표면을 지닌 연속 주조기용 냉각롤(1)에 있어서,

   상기 딤플은 제1공동들(6)과 제2공동들(7)을 갖고 표면 위에 불규칙한 간격을 두고 서로 접촉하는 다수의 공동들로 구성되며, 상기 제1공동들(6)은 10 내지 50㎛ 사이의 같은 직경과 2 내지 10㎛ 사이의 깊이를 가지며, 상기 제2공동들(7)은 0.2 내지 1㎜ 사이의 같은 직경과 40 내지 200㎛ 사이의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조기용 냉각롤(1).
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 각 제1공동들(6) 사이의 거리는 0 내지 60㎛인 것을 특징으로 하는 연속 주조기용 냉각롤(1).
5. 제 1 항에 있어서, 상기 각 제2공동들(7) 사이의 거리는 0 내지 1.5㎜인 것을 특징으로 하는 연속 주조기용 냉각롤(1).
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1공동들(6), 상기 제2공동들(7) 또는 모든 공동들(6,7)의 각 공동의 롤 표면에 압입된 패턴은 다각형상 또는 원형상인 것을 특징으로 하는 연속 주조기용 냉각롤(1).
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1공동들(6)과 상기 제2공동들(7)의 상기 다각형상은 실질적으로 장사방형상인 것을 특징으로 하는 연속 주조기용 냉각롤(1).
8. 제 1 항에 있어서, 주조 금속과 접촉하는 상기 표면은 15 내지 380 W/mㆍK 사이의 열 전도율을 가진 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 주조기용 냉각롤(1).
9. 제 1 항에 있어서, 주조 금속과 접촉하게 되는 상기 표면은 철, 구리, 니켈, 크롬, 또는 이들의 합금으로 제조된 것을 특징으로 하는 연속 주조기용 냉각롤(1).
10. 제 1 항 내지 제 9 항에 따른 2개의 역회전 롤을 가진 것을 특징으로 하는 연속 주조기.

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