KR100920638B1

KR100920638B1 - 쌍롤형 박판 주조기에서 비철금속의 박판제조방법

Info

Publication number: KR100920638B1
Application number: KR1020020082398A
Authority: KR
Inventors: 정성인; 이철규; 추동균
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2009-10-08
Also published as: KR20040055923A

Abstract

본 발명은 비철금속을 수직형 쌍롤식 박판주조기에서 박판으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 제조방법은, 좌우 대칭의 주조롤 사이에 용융금속을 주입하여 주편을 인발롤러에 의해 인발하는 수직 쌍롤형 박판주조기에서의 박판제조 방법에 있어서, 비철금속의 용융물을 상기 두개의 주조롤 사이로 주입하는 단계,

상기 두개의 주조롤 사이에서 인출되는 주편은 하부의 가이드롤러에 의해 지지된 채 만곡부를 형성하면서 상기 인발롤러에 의해 인발하는 단계 및,

상기 인발롤러를 통과하는 주편은 루프를 형성하면서 권취하는 단계를 포함한다.

이러한 비철금속의 박판주조방법은 주조속도를 개선하여 생산성이 향상되며, 용융 금속의 공급이 안정적으로 이루어질 수 있어 경제적이며, 안정적인 주조를 행할 수 있는 장점이 있다. 또한, 냉각속도가 빨라 주조조직이 미세화되어 기계적인 물성이 향상되며, 주편의 표면 품질을 양호하게 할 수 있다.

비철금속, 수직형, 쌍롤식 박판주조기, 롤닢, 가이드 롤러

Description

쌍롤형 박판 주조기에서 비철금속의 박판제조방법{Methods of manufacturing non-ferrous metal strip sheet with twin roll strip casting apparatus}

도 1은 종래 비철금속의 박판주조에 이용되는 수평형 쌍롤식 박판 주조기의 개략도

도 2는 종래의 수직형 쌍롤식 박판 주조기의 개략도

도 3은 본 발명이 적용되는 수직형 쌍롤식 박판 주조기의 개략도

도 4는 본 발명이 적용되는 수직형 쌍롤식 박판주조기에서의 만곡부를 설명하는 개략도

도 5는 압하력에 따른 크랙지수를 나타내는 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 용융금속 저장 용기 20 : 용융금속 주입노즐

30 : 주조롤 40 : 주편

50 : 가이드 롤러 테이블 55 : 가이드 상부 롤러

60 : 에지댐 70 : 주편의 루프

80: 인발롤러 90: 가이드 롤러

100: 주편냉각기 110: 주편 보열기

120: 디스챠지 롤러 테이블 130: 권취기

본 발명은 비철금속의 박판제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직형 쌍롤식 박판주조기에 의한 비철금속의 박판제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 비철 금속의 박판주조방법은 도 1에서 도시된 바와 같이, 쌍롤이 상하 대칭으로 정렬되어 용융금속을 측면에서 주입하고 주편은 수평으로 인발되는 수평형 쌍롤식 박판주조기에서 박주편을 생산하고 있다. 이러한 박판주조기에서는 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 쌍롤(30) 사이 및 롤 양끝단부에 설치된 에지댐(도시 안됨)의 사이에 주입 노즐(20)을 통해 용융금속을 공급하여 원하는 두께의 박판(40)을 제조하고 있다.

이러한 수평형 쌍롤식 박판조조기에서는 용융금속의 주입방법이 중요한 기술로 인정되고 있으며, 탕면 높이가 극히 제한되어 주조속도가 매우 느리게 된다. 즉, 용융금속의 측면 주입으로 탕면의 높이가 매우 낮고 주입방법이 매우 까다로워 주조속도는 느리며, 또한, 노즐 및 용융금속의 연속적이고도 안정적인 공급이 어렵다. 또한, 중력에 의해 편석이 하부 롤로 편중되거나 냉각능의 차이가 발생하는 등 여러 가지 문제점이 존재한다.

따라서, 본 발명에서는 비철금속을 수직형 쌍롤식 박판주조방법에 의해 주조함으로써 용융금속을 연속적이고도 안정적으로 공급하여 주조속도를 개선할 수 있는 비철금속의 박판제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비철금속의 박판제조방법은, 좌우 대칭의 주조롤 사이에 용융금속을 주입하여 주편을 인발롤러에 의해 인발하는 수직 쌍롤형 박판주조기에서의 박판제조 방법에 있어서,

비철금속의 용융물을 상기 두개의 주조롤 사이로 주입하는 단계,

상기 두개의 주조롤 사이에서 인출되는 주편은 하부의 가이드롤러에 의해 지지된 채 만곡부를 형성하면서 상기 인발롤러에 의해 인발하는 단계,

상기 인발롤러를 통과하는 주편은 루프를 형성하면서 권취하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 비철금속을 수직형 쌍롤식 박판주조기에서 박판으로 제조하는데 특징이 있다. 본 발명자들은 비철금속을 도 2의 수직형 쌍롤식 박판주조기에 적용한 결과, 롤 직하의 루프(70)를 형성하는 주편에서 주편 가로 균열이 발생하는 것을 확인하였다. 루프에서는 주편의 심한 굴곡이 생기는데, 비철금속주편의 경우에는 취약한 고온물성과 주편의 자중 때문에 심각한 주편 가로 균열이 야기되는 것이 다. 루프는 주조속도의 급격한 변화에 대응하기 위한 버퍼역할을 수행하며, 일정한 루프를 유지하는 것이 주요한 기술 중의 하나이다.

따라서, 본 발명에서는 비철금속 주편의 하중과 굴곡을 최소화할 수 있는 방안에 대한 연구를 실시한 결과, 도 3과 같이 인발롤(80)의 이전에 주편에 만곡부를 형성하면서 인발하는 대신 루프는 인발 이후에 적용하면 주편균열을 방지하면서 주조속도 변화의 대응이 가능하다는 사실을 알게 되었다. 이러한 본 발명을 도 3을 통해 설명한다.

본 발명에서는 비철금속을 수직형 쌍롤식 박판주조기에서 주조하는 것이다. 본 발명의 대상이 되는 비철금속은 박판주조에 이용되는 것이면 가능하며, Cu, Al, Mg, Zn, Ti, Sn 또는 그 합금을 예로 들 수 있다.

턴디쉬(10)에서 주입노즐(20)을 통해 비철금속의 용융물을 회전하는 주조롤(30) 사이에 주입한다. 주조롤(30)이 서로 맞물려 돌게 되고, 롤의 양 끝은 에지댐으로 실링이 된다. 용융금속이 일정한 탕면 높이로 제어되면 주조롤 사이에서 응고쉘이 형성되어 주편으로 주조되어 인발하게 된다. 이때, 주조롤의 압하력도 비철금속의 주편균열에 영향을 미치는데, 주조롤에서의 단위 폭 길이당 압하력이 10kg중/mm(0은 제외)이하에서는 주편의 균열이 발생하지 않는다.

다음으로 주조롤에서 인출되는 박주편은 다수개의 가이드 롤러(50)에 의해 지지된 채 만곡부를 형성하면서 인발 롤러(80)에 의해 인발된다. 가이드 롤러(50)는 주편의 마찰을 최소화하기 위해 롤러테이블로 구성하는 것이 바람직하다. 다수개의 롤러가 완만한 곡률을 유지하면서 연결되어 설치되는 것이다. 롤러는 베어링으로 연결되어 아이들로 쉽게 회전할 수 있는 것이면 좋다. 롤러의 재질은 일반적인 기계에 사용되는 것으로 가능하며, 내부에는 수냉으로 냉각을 하는 것이 바람직하나 대부분의 비철 금속 용융 온도가 1000^oC 이하이므로 냉각하지 않아도 큰 문제는 없다. 가이드 롤러(50)의 직경은 100~200mm가 바람직하다. 만곡부의 상부에는 상부 롤러(55)를 설치할 수 있다. 하부 롤러 테이블만으로 하중제어가 가능하다면 상부롤러는 오픈하여 사용하지 않아도 된다.

본 발명에 따라 다수개의 가이드 롤러가 주편을 지지해 주므로 주편의 하중이 최소화되고 또한, 만곡부에 의해 굴곡이 최소화되므로 주편결함의 생성이 방지된다.

두개의 주조롤 사이에서 인출되어 인발롤 지점까지는 만곡부를 형성하는데, 가능한 완만한 곡률을 가지도록 하는 것이다. 본 발명에서 가장 바람직한 만곡부의 형태를 도 4에 의해 설명한다.

롤닢(두개의 주조롤의 최단거리 지점)의 수평선상에 중심이 위치하면서 다음의 조건 5D₀≥D₁≥1.5D₀을 만족하도록 좌측 주조롤(지름:D₀)에 대한 외접원(지름:D₁)을 그린다. 그 다음, 상기 외접원(지름:D₁)의 중심축에서 θ(240≥θ≥190) 의 각도로 이동하여 만나는 외접원(지름:D₁)의 호에서 임의의 점에 접(접점, A)하면서, 다음의 조건, 5D₁≥D₂≥1.5D₁을 만족하도록 외측 내접원(지름D₂)을 그릴 때, 상기 롤닢으로부터 상기 접점(A)까지는 외접원(지름D₁)의 곡률을 갖고, 그 이후에서 인발롤러(80) 이전까지는 내접원(지름D₂)의 곡률을 갖는 만곡부를 형성한다.

즉, 본 발명에서 만곡부는 롤닢에서 나오는 주편이 상기 좌측 주조롤(지름:D₀)의 외접원(지름:D₁)을 따라 만곡을 형성하다가, 상기 접점이후 부터는 외측내접원(D₂)의 곡률을 따라 만곡부를 형성하는 것이다.

본 발명에서 상기 좌측 주조롤에 대한 외접원(지름:D₁)의 지름은 5D₀≥D₁≥1.5D ₀을 만족하는 것이 바람직하다. 외접원(D₁)의 지름이 1.5D₀보다 작은 경우에는, 곡률이 너무 급하고, 주조롤에 가까이 붙어 주조되므로 롤의 표면 온도 상승요인이 된다. D₁이 5D₀보다 큰 경우에는 곡률이 너무 완만하여 오히려 주조되어 나오는 주편의 변형을 촉진시킬 수 있다.

그리고, 상기 내접원 (지름D₂)의 지름도 5D₁≥D₂≥1.5D₁를 만족하는 것이 바람직하다. 내접원(D₂)의 지름이 1.5D₁ 보다 작은 경우에는, 마찬가지로 곡률이 너무 급하여 주편의 변형에 무리를 주게 되고, 5D₁보다 큰 경우에는 거의 수평선에 가까우므로 이 또한 주편의 변형에 무리를 줄 수 있다.

또한, 만곡부의 곡률반경이 변화는 지점을 상기 외접원(지름:D₁)의 중심축에서 θ(240˚≥θ≥190˚) 의 각도로 이동하여 외접원(D₁)의 호 상에 만나는 임의의 점에 접(접점)하는데, 만일 접점(A)의 위치가 외접원의 중심축에서 190˚보다 작을 경우에는, 주편 가이드 롤러 테이블이 주조롤에 너무 가까이 위치하게 되어 주조롤의 표면 온도를 상승시키는 요인이 되며, 또한 주편의 변형에도 무리를 주게된다. 240˚보다 클 경우에는, 주편의 수직에 가까운 부위가 길어져 주편의 하중을 크게 하고, 주편의 굽힘 변형에도 무리를 주어 좋지 않다.

상기와 같이 만곡부를 형성하는 경우에는 만곡부의 가이드 롤러를 접점(A)에서부터 인발롤러 이전까지 설치하는 것이 바람직하다.

다음으로 인발롤러를 통과하는 주편은 루프를 형성하면서 권취한다. 인발롤러를 통과하면 주편은 루프(70) 형성전에 온도조절을 위해 주편냉각(100)을 할 수 있다. 또한, 루프(70)를 형성한 다음 권취(130)하기 전에 보열(110)을 행할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

폭 350mm, 롤 직경 750mm(D₀)의 수직형 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 동합금(Cu-Sn)을 두께 2~3mm 로 주조하였다. 도 2와 같이 루프를 형성시킨 경우, 굴곡이 생기는 부위에서 주편의 균열이 가로로 발생하였다.

이에 반해 도 3의 수직형 쌍롤식 박판주조기에서 도 4의 만곡부를 표와 같이 조절하고, 하부에 가이드 롤러를 사용하였다. 즉, 외접원(D1)과 내접원(D2)의 접점(A)을 기준으로 롤닢에서 상기 접점까지는 외접원(D1)의 곡률로서 만곡부를 형성하고, 상기 접점부터 인발롤러 이전까지는 내접원(D2)의 곡률로서 만곡부를 형성한 것이다. 이때 주조롤에서의 단위 폭 길이당 압하력은 5kg중/mm로 하였다.

구분	좌측 주조롤의 외접원(D1)의 지름	외접원(D1)에 대한 내접원(D2)의 지름	외접원(D1)과 내접원(D2)의 접점의 위치(θ)	결과 (주편상태)
1	1×D₀	1×D₁	θ=180°	균열발생
2	3×D₀	3×D₁	θ=220°	양호
3	5×D₀	5×D₁	θ=240°	양호
4	6×D₀	6×D₁	θ=260°	균열발생

표 1과 같이, 본 발명을 만족하는 경우에는 주편의 하중이 최소화되고, 주편의 굽힘 변형이 최소로 되어 주편의 균열이 나타나지 않았다.

[실시예 2]

실시예 1에서 표 2의 조건으로 만곡부를 형성하면서 주조롤의 압하력에 따른 주편의 균열상태를 조사하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에서 알 수 있듯이, 주조롤의 압하력이 10kg/mm이하일 때 주편의 균열이 없었다.

본 발명은 쌍롤형 박판 주조기를 이용하여 비철 금속의 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로 기존의 수평식 쌍롤형 박판주조 방법에 비해 주조속도가 빨라 생산성이 매우 향상되며, 용융 금속의 공급이 안정적으로 이루어질 수 있어 경제적이며, 안정적인 주조를 행할 수 있는 장점이 있다. 냉각속도가 빨라 주조조직이 미세화되어 기계적인 물성이 향상되며, 주편의 표면 품질이 양호한 특징이 있다.

Claims

좌우 대칭의 주조롤 사이에 용융금속을 주입하여 주편을 인발롤러에 의해 인발하는 수직 쌍롤형 박판주조기에서의 박판제조 방법에 있어서,

비철금속의 용융물을 상기 두개의 주조롤 사이로 주입하는 단계,

상기 두개의 주조롤 사이에서 인출되는 주편은 하부의 가이드롤러에 의해 지지된 채 만곡부를 형성하면서 상기 인발롤러에 의해 인발하는 단계,

상기 인발롤러를 통과하는 주편은 루프를 형성하면서 권취하는 단계를 포함하고,

상기 주편의 만곡부는 롤닢의 수평선상에 중심이 위치하고 다음의 조건 5D₀≥D₁≥1.5D₀을 만족하도록 좌측 주조롤(지름:D₀)의 외접원(지름:D₁)을 그리며,

상기 외접원(지름:D₁)의 중심축에서 θ(240≥θ≥190) 의 각도로 이동하여 만나는 외접원 호상의 임의의 점에 접하고(접점), 다음의 조건을 5D₁≥D₂≥1.5D₁를 만족하도록 외측 내접원(지름D₂)을 그릴 때, 상기 롤닢으로부터 상기 접점까지는 외접원(지름D₁)의 곡률을 갖고, 그 이후부터 인발롤러 이전까지는 내접원(지름D₂)의 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 비철금속의 박판제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 비철금속은 Cu, Al, Mg, Zn, Ti, Sn 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 비철금속의 박판제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 두개의 주조롤에서의 단위 폭 길이당 압하력은 10kg중/mm(0은 제외)이하임을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 비철금속의 박판제조방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 만곡부의 가이드 롤러는 상기 접점에서 인발롤러 이전까지 설치하는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기에서 비철금속의 박판제조방법