KR100887120B1 - 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한쌍의 주조롤(1)과, 상기 주조롤(1)의 좌우양단변에 설치되는 에지댐(6), 상부단이 턴디쉬(2)에 연통연결되어 용탕이 안내공급되는 원통형 상부노즐(3a)과 외부면에 토출구(14)가 복수개 관통형성되어 상기 상부노즐(3a)의 하부단이 내삽되는 광폭형 하부노즐(3b)로 구성된 용강공급용 노즐(3) 및 상기 주조롤(1), 에지댐(6)에 둘러싸인 용탕풀(4)의 상부를 덮고, 상기 용탕풀(4)에 하부단이 침지되는 한쌍의 위어(12)를 갖는 매니스커스실드(10)를 갖추어 서로 맞물리는 방향으로 주조롤(1)을 회전시켜 박판을 제조하는 쌍롤식 박판주조기에 있어서,

상기 하부노즐(3b)의 내부에는, 상기 토출구(14)의 상측에 수평되게 설치되고 복수개의 관통공(16a)이 형성된 배플판(16); 및 상기 토출구(14)의 설치높이(HH)보다 낮은 형성높이(H)를 가지며, 상기 하부노즐(3b)의 바닥면과 내부벽체에 외부테두리가 일체로 접하여 수직하게 고정설치되는 한쌍의 댐(15a)(15b);이 구비되고, 상기 댐(15a)(15b)간의 간격(W)은 상기 상부노즐(3a)의 직하부단에 형성되어 용탕풀(4)의 탕면에 부상되는 불순물을 상기 위어(12)사이에 정체시켜, 산화성 게재물 등이 주편내로 혼입되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 얻어진다.

쌍롤식 박판주조기, 주조롤, 침지노즐, 매니스커스실드, 위어, 댐,

Description

쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치{A DEVICE FOR CONTROLLING THE SCUM AT FREE SURFACE IN TWIN ROLL STRIP CASTER}

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조기를 도시한 개략도,

도 2(a)는 쌍롤식 박판주조기에서 주조중 용탕풀 탕면에서 정체지역을 유발시키는 용강흐름을 도시한 개략도,

도 2(b)는 쌍롤식 박판주조기에서 주조중 용탕풀 탕면에서 정체지역을 유발시키지 않는 용강흐름을 도시한 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치를 정면에서 바라본 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치를 측면에서 바라본 종단도,

도 5는 본 발명의 댐을 사용하지 않았을 경우의 탕면흐름을 도시한 상태도,

도 6은 본 발명의 댐을 사용하였을 경우의 탕면흐름을 도시한 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ...... 주조롤 2 ...... 턴디쉬

3 ...... 침지노즐 3a ..... 상부노즐

3b ..... 하부노즐 4 ...... 용탕풀

8 ...... 응고쉘 10 ...... 매니스커스실드

15 .....배플 16 ...... 배플

본 발명은 한쌍의 주조롤 사이로 공급된 고온의 용융금속을 서로 반대방향으로 회전하는 주조롤과의 접촉을 통하여 주조롤로 대부분의 열량을 방출시킴으로써 용강을 급속 응고시켜 얇은박판을 제조하는 쌍롤식 박판주조기에서 턴디쉬로부터 공급되는 용강내에 이미 함유되어 있거나 혹은 탕면에서 형성된 산화개재물 또는 불순물을 침지노즐 내부에 갖추어지는 댐에 의해 탕면에서의 용강흐름을 조절하여 산화성 개재물등이 주편내로 혼입되는 것을 최소화할 수 있도록 개선한 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 쌍롤식 박판주조기(100)는 도 1에 도시한 바와같이, 일정량의 용강이 채워진 턴디쉬(2)의 하부와 용탕풀(4)사이에 배치되고, 원통형 상부노즐(3a)과 광폭형 하부노즐(3b)로 구성된 침지노즐(3)의 토출구(14)을 통하여 용강(4)을 공급하고, 상기 용강은 상기 주조롤(1)과 에지댐(6)에 의해 둘러싸인 용강풀(4)을 형성하게 된다.

그리고, 상기 주조롤(1)과 접촉한 용강은 상기 주조롤(1)의 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 주조롤(1)표면에서 응고셀(8)을 형성하게 되고, 형성된 응고쉘(8)은 서로 반대 방향으로 회전하는 주조졸(1)에 의해 롤닢을 빠져나오면서 박판형상의 주편(5)을 제조하는 것이다.

한편, 상기 용탕풀(4)의 상부에는 대기와의 접촉에 의해 용탕풀(4)의 탕면용강이 산화되는 것을 방지하기 위해서 외부공기를 차단하도록 상기 용탕풀(4)의 상부를 덮어주는 매니스커스실드(meniscus shield)(10)를 설치하고, 상기 매니스커스실드(10)에 설치된 가스공급노즐(11)을 통하여 용탕물의 용강표면으로 불활성 가스를 공급함으로서, 탕면 윗부분이 불활성 분위기로 유지되도록 한다.

또한, 상기 침지노즐(3)의 토출구(14)에서 토출된 용강의 운동량은 상당히 커서 탕면 요동을 야기시킬수 있기 때문에, 용강의 유동을 제어할 목적으로 상기 매니스커스실드(10)의 상부내측면에 상부단이 고정되고, 하부단이 상기 용탕풀(4)에 일부침지되는 위어(12)가 폭방향으로 길게 설치되어 있다.

한편, 한쌍의 주조롤(1)사이로 용강을 통과시켜 주편을 제조하는 공정중 상기 용탕풀(4)의 탕면분위기를 최대한 불활성 분위기로 유지하도록 상기 용탕풀(4)의 상부공간을 100% 실링(sealing)하는 것이 곤란하기 때문에, 상기 용탕풀(4)의 탕면에는 부분적으로 산화물이 생성되며, 상기 위어(12)는 생성된 산화물이 성장하는 응고셀(8)로 도달하지 못하도록 하는 일종의 장애물(barrier)역할도 수행한다.

그리고, 상기 턴디쉬(2)로부터 공급되는 용강중에는 이미 Al₂O₃ 와 같은 산화물성 개재물이 내재되어 있거나 혹은 용강중에 용해되어 있던 Al 등이 매니스커스실드(10)내 분위기의 미소산소와 급속히 반응하여 산화물을 생성시키게 되는데, 이렇게 형성된 산화물은 대개 그 크기가 10㎛이하로 작기 때문에, 용탕풀(4)에서 용강과의 부력차이에 의해 탕면쪽으로는 부상하지 못하고 용강흐름을 따라 주로 이동하게 된다.

이에 따라, 탕면쪽으로 공급된 용강의 흐름을 제대로 제어할 수 있다면 산화성 개재물(스컴)등의 흐름 제어도 원활히 할 수 있을 것이다.

도 2(a)는 쌍롤식 박판주조기에서 주조중 용탕풀 탕면에서 정체지역을 유발시키는 용강흐름을 도시한 개략도로서, 이는 턴디쉬(2)가 설치되는 상부에서 하부로 바라본 것으로, 스컴 및 용강흐름을 제어하기 위해서 위어(12)가 설치되어 있으며, 상기 위어(12)가 설치되었다고 해서 모든 산화성 개재물이 제어되는 것은 아니고 어느 일정 부분만 긍정적인 역할을 할 수 있을 뿐이며, 도시한 바와같이, 상기 용탕풀(4)의 탕면 흐름은 영역-A(Zone-A)(ZA)와 영역-B(Zone-B)(ZB)에서 탕면 용강흐름이 충돌을 일으키거나 분리가 일어나게 된다.

넓은 의미로 보면 상기 주조롤(1)의 폭방향 중앙부분에 발생되는 상기 ZA와 ZB도 일종의 정체지역으로 볼 수 있으며, 이러한 정체 지역에서 Al₂O₃ 와 같은 산화성 개재물이 발생한다면 어느 일정시간내에 상기 주조롤(1)의 회전력에 의해 응고하는 응고셀(8)내로 포집되어 주편(5)내에 포함되고, 이로 인하여 주조되는 주편(5)의 품질을 저하시키는 원인이 되었다.

한편, 도 2(b)는 쌍롤식 박판주조기에서 주조중 용탕풀 탕면에서 정체지역을 유발시키지 않는 용강흐름을 도시한 개략도로서, 이는 스컴을 제어하는 관점에서 상기 위어(12)와 주조롤(1)표면사이에서 용강흐름의 가장 바람직한 한 실시예이다. 이는 상기 침지노즐(3)을 통해 위어(12)와 주조롤(1)사이로 공급된 용강은 표면으로 재부상하면서 이렇게 부상된 용강은 에지댐(6)쪽으로 균일하게 흘러가서 위어(12)와 위어(12)사이로 흘러 들어가는 것이다.

이러한 경우, 상기 용탕풀(4)의 탕면 스컴을 상기 위어(12)와 위어(12)사이에 포집할 수 있게 되며, 롤 회전력에 의해 산화물이 응고셀(8)로 포집되는 것을 최대한 억제시킬수 있는 것이다. 물론, 상기 위어(12)와 주조롤(1)사이에서 용강의 흐름을 에지댐(6)쪽으로 균일하게 하기 위해서는 상,하부노즐(3a)(3b)로 이루어진 침지노즐(3)의 토출구(14)를 통해 용탕풀(4)로 빠져나가는 용강의 양을 조절해야만 하며 이러한 조절은 상기 하부노즐(3b)의 내부에 수행된다.

도 1에서 미설명 부호 7은 주조롤(1)을 냉각하도록 냉각수가 순환공급되는 냉각홀이며, 9는 주조롤(1)표면에 잔류하는 이물질을 브러슁하여 제거하는 브러쉬롤(9)이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 주조공정중 용강중에 함유되어 있거나 탕면에 형성된 산화개재물 또는 불순물이 주편내로 혼입되는 것을 최소화하여 우수한 품질의 주편을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,

한쌍의 주조롤과, 상기 주조롤의 좌우양단변에 설치되는 에지댐, 상부단이 턴디쉬에 연통연결되어 용탕이 안내공급되는 원통형 상부노즐과 외부면에 토출구가 복수개 관통형성되어 상기 상부노즐의 하부단이 내삽되는 광폭형 하부노즐로 구성된 용강공급용 노즐 및 상기 주조롤, 에지댐에 둘러싸인 용탕풀의 상부를 덮고, 상기 용탕풀에 하부단이 침지되는 한쌍의 위어를 갖는 매니스커스실드를 갖추어 서로 맞물리는 방향으로 주조롤을 회전시켜 박판을 제조하는 쌍롤식 박판주조기에 있어서,

상기 토출구의 설치높이보다 낮은 형성높이를 가지며, 상기 하부노즐의 바닥면과 내부벽체에 외부테두리가 일체로 접하여 수직하게 고정설치되는 한쌍의 댐을 갖추며, 상기 댐간의 간격은 상기 상부노즐의 직하부단에 형성되어 용탕풀의 탕면에 부상되는 불순물을 상기 위어사이에 정체시킴을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치를 정면에서 바라본 종단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치를 측면에서 바라본 종단도이다.

본 발명의 장치(1)는 도 3과 4에 도시한 바와같이, 턴디쉬의 용탕을 주조롤과 에지댐에 둘러싸인 용탕풀로 공급하는 침지노즐(3)에 갖추어 하부노즐(3b)의 토출구(14)를 통하여 빠져나가는 용탕의 양을 조절함으로써, 위어(12)와 롤(1)사이에서 발생된 산화성 개재물, 불순물들을 서로 마주하는 위어(12)사이로 한정시켜 산화성 개재물, 불순물들이 롤표면에서응고하는 응고쉘(8)내로 혼입되지 않도록 하는 것입니다.

이러한 장치(1)는 상부단이 용탕이 토출되는 토출구(14)보다 낮은 형성높이(H)를 갖는 좌우한쌍의 댐(15a)(15b)으로 구성되며, 상기 댐(15a)(15b)은 상기 하부노즐(3b)의 바닥면과 내부벽체에 외부테두리가 일체로 접하여 수직하게 배치된다.

상기 댐(15a)(15b)간의 간격(W)은 상기 상부노즐(3a)의 직하부단에 해당하는 상기 하부노즐(3b)의 바닥면에 고정설치된다.

한편, 상기 턴니쉬(2)로부터 침지노즐(3)의 상부노즐(3a)로 공급된 용강은 하부노즐(3b)의 내부공간에 수평하게 설치된 배플판(16)의 관통공(16a)을 통하여 통과한 후, 상기 하부노즐(3b)의 외부면에 관통형성된 토출구(14)를 빠져나와 용탕풀(4)로 공급되게 된다.

여기서, ID는 상부노즐(3a)의 내부직경이며, W는 댐(15a)과 이에 인접하는 댐(15b)사이의 거리이며, HH는 하부노즐(3b)의 하부면으로부터 토출구(14)까지의 거리인 높이이며, H는 상기 댐(15a)(15b)의 높이를 나타낸다.

이때, 상기 토출구(14)는 균일하게 동일한 크기로 가공되어 있다 할지라도 상기 댐(15a)(15b))의 조건 즉, 상기 댐(15a)(15b)의 형성높이(H), 간격(W)에 의해 큰 영향을 받게 됨에 따라, 형성높이(H), 간격(W)를 결정하는 것이 가장 중요한 요소가 된다.

상기 댐(15a)(15a)의 형성높이가 너무 낮을 경우에는 상기 댐(15a)(15b)의 효과가 전혀 나타나지 않게 되어 도 2(b)에 도시한 바와 같은 결과를 기대할 수 없 게 되고, 극단적으로 댐(15a)(15b)의 형성높이가 높아서 하부노즐(3b)의 하부면으로부터 배플(16)의 하부면까지 측정되는 배플설치높이(BH)와 같게 될 경우에는 상기 댐(15a)(15b)의 존재때문에 토출구(14)를 균일하게 가공할 수 없게 되는 단점이 생긴다.

여기서, 상기 토출구(14)를 동일한 형상으로 균일하게 관통가공하지 않을 경우, 주편 폭방향으로 불균일 응고가 수반되여 불량한 주편이 제조될 소지가 있으므로 이 또한 피해야 한다.

따라서, 상기 댐(15a)(15b)의 최대 형성높이(H)는 토출구의 설치높이(HH)와 동일하거나 이보다 낮은 높이에 형성되는 것이 바람직하며, 상기 토출구(14)의 설치높이(HH) 변화에 따른 탕면흐름 변화를 계산한 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1

H/HH	탕면흐름상태
0.9 ~ 1.0	극히 양호
0.8 ~ 0.9	양호
0.7 ~ 0.8	양호
0.6 ~ 0.7	정체지역발생
0.6이하	불량

상기 표 1에서 상기 댐(15a)(15b)의 형성높이(H)와 토출구(14)의 설치높이(HH)이 비율은 0.7 ≤ H/HH ≤ 1.0 범위로 유지하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.

또한, 상기 댐(15a)과 이에 인접하는 댐(15b)사이의 적정한 간격(W)은 상기 상부노즐(3a)의 내경(ID)크기에 크게 의존하는바, W/ID 비율을 이용하여 적정한 간격을 나타내는 것이 필요하며, 상기 간격(W)에 따라 탕면흐름 변화를 계산한 결과 를 표 1에 나타내었다.

표 2

W/ID	탕면흐름상태
0.8 ~ 0.9	불량
0.9 ~ 1.0	양호
1.0 ~ 2.5	극히양호
2.5 ~ 4.0	양호
4.0이하	불량

상기 표 2를 살펴보면 댐(15a)과 이에 인접하는 댐(15b)사이의 간격(W)과 상부노즐(3a)의 내경사이의 비율(W/ID)은 0.9~4.0 범위의 값을 사용함이 탕면 스컴제어에 바람직함을 알 수 있으며 1.0~2.5 사이의 값이 가장 바람직함을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 댐을 사용하지 않았을 경우의 탕면흐름을 도시한 상태도로서, 위어(12)와 롤(1)표면사이에서 에지댐(6)과 중심선사이에 정체지역이 심하게 발생함을 알 수 있다. 도 6은 본 발명의 댐을 사용하였을 경우의 탕면흐름을 도시한 상태도로서, 이때, W/ID = 1.46 이고, H/HH = 0.95 인 조건에서 탕면흐름이 상당히 양호해지고, 탕면흐름이 주로 에지댐(6)쪽으로 향하고 있으며, 이는 도 2(b)와 유사한 탕면흐름이 발생하는 것을 알 수 있다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 하부노즐 내부에 용강흐름을 제어할수 있도록 토출구보다 낮은 형성높이를 가지며, 일정크기의 간격을 형성하는 한쌍의 댐을 설치하여 하부노즐의 토출구(14)를 통하여 용탕풀로 공급되는 용강의 양을 조절함으로써 위어와 롤사이에서 발생된 산화성 개재물 및 불순물들을 위어와 위어사이에 한정시킬수 있기 때문에, 주조공정중 롤표면에서 응고하는 응고셀에 불순물이 혼입되지 않도록 하여 우수한 품질의 주편을 제조할 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 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (3)

1. 한쌍의 주조롤(1)과, 상기 주조롤(1)의 좌우양단변에 설치되는 에지댐(6), 상부단이 턴디쉬(2)에 연통연결되어 용탕이 안내공급되는 원통형 상부노즐(3a)과 외부면에 토출구(14)가 복수개 관통형성되어 상기 상부노즐(3a)의 하부단이 내삽되는 광폭형 하부노즐(3b)로 구성된 용강공급용 노즐(3) 및 상기 주조롤(1), 에지댐(6)에 둘러싸인 용탕풀(4)의 상부를 덮고, 상기 용탕풀(4)에 하부단이 침지되는 한쌍의 위어(12)를 갖는 매니스커스실드(10)를 갖추어 서로 맞물리는 방향으로 주조롤(1)을 회전시켜 박판을 제조하는 쌍롤식 박판주조기에 있어서,

   상기 하부노즐(3b)의 내부에는, 상기 토출구(14)의 상측에 수평되게 설치되고 복수개의 관통공(16a)이 형성된 배플판(16); 및

   상기 토출구(14)의 설치높이(HH)보다 낮은 형성높이(H)를 가지며, 상기 하부노즐(3b)의 바닥면과 내부벽체에 외부테두리가 일체로 접하여 수직하게 고정설치되는 한쌍의 댐(15a)(15b);

   이 구비되고, 상기 댐(15a)(15b)간의 간격(W)은 상기 상부노즐(3a)의 직하부단에 형성되어 용탕풀(4)의 탕면에 부상되는 불순물을 상기 위어(12)사이에 정체시키도록 설치된 것을 특징으로 하는 쌍롤실 박판주조기의 탕면스컴 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 댐(15a)(15b)의 형성높이(H)와 토출구(14)의 설치높이(HH)이 비율은 0.7 ≤ H/HH ≤ 1.0 범위로 유지함을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 댐(15a)과 이에 인접하는 댐(15b)사이의 간격(W)과 상부노즐(3a)의 내경사이의 비율(W/ID)은 0.9~4.0 사이의 범위로 유지함을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 탕면스컴 제어장치.

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