KR100944437B1 - 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 관한 것으로, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 있어서; 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판 주조시, 트리밍양을 고려하여 박판의 크라운을 박판의 에지로부터 50mm 지점을 기준으로 90㎛ 이하로 유지하는 제1단계와; 주조롤 표면에 주어지는 초기 주조롤 크라운은 주조롤 에지로부터 50mm 지점까지의 크라운 양과, 주조롤 중앙부에서부터 에지 50mm 지점까지의 크라운 양의 비를 1:1.2로 유지하도록 하는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법을 제공한다.

본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 의해, 보다 양호한 박판 에지형상을 얻을 수 있고, 나아가 박판의 폭방향 크라운도 압연 품질이 양호한 결과를 얻는 효과를 얻을 수 있다.

박판주조, 스테인레스, 주조롤, 크라운

Description

쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법{ROLL CROWN FORMING METHOD OF TWIN ROLL TYPE STRIP CASTER}

본 발명은 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운을 제어하여 폭방향으로 균일한 응고와 제품화가 가능한 박판을 주조할 수 있도록 한 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 박판을 연속주조하는 이 기술에서 용융금속은 냉각되는 반대방향으로 회전하는 두개의 주조 롤 사이에 노즐을 통하여 주입되고, 응고되어 응고쉘이 형성되며, 롤 닢에서 압하됨으로써 박판이 생성된다.

예컨대, 도 1의 도시와 같이, 냉각되는 반대방향으로 회전하는 두개의 주조롤(3) 사이에 턴디쉬(1)에 수강된 용융금속(4)이 노즐(2)을 통하여 주입되고, 응고되어 응고쉘이 형성되며, 롤 닢에서 압하되면서 박판(7)을 생성하게 된다.

이때, 주조롤(3)의 단부에는 세라믹으로 구성된 에지댐(5)이 있어, 단부로의 용강 유출을 막으며, 주조된 박판은 압연기(10)를 거쳐 10~40% 열간압연되어 코일링된다.

여기에서, 주조롤(3)은 내부에 냉각수 홀이 있어 이곳에 냉각수를 공급하여, 롤을 냉각시키고, 또한 구리 등과 같이 열전달이 양호한 재질로 만들어져 있으며, 표면에는 내마모를 위한 니켈 등과 같은 것이 코팅이 되어 있고, 코팅층은 강의 응고를 양호하게 하기 위하여 숏 브라스트와 같은 방법을 이용하여 무방향 조도가 형성되어 있다.

그런데, 이와 같은 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 박판(7)을 제조하는데 있어, 폭방향으로의 응고 균일화를 달성하는데 어려움이 있다. 특히, 박판(7)의 폭방향 에지측은 응고가 충분하지 못하여, 응고쉘 중앙에 액상이 잔류하여 생산된 박판(7)의 표면이 부풀어 오르는 벌징 등이 발생할 수 있다.

그리고, 박판의 폭방향 에지측은 응고속도가 늦기 때문에 최종 생산된 박판(7)의 내부 미세조직에서 자성을 띠는 델타페라이트가 다량 잔류하여 최종 냉연된 박판(7)을 성형할 때 성형성에 나쁜 영향을 준다.

그러므로, 이러한 박판(7) 폭방향 에지측의 응고를 양호하게 하는 것이 매우 중요하다. 또한, 초기 주조롤(3)의 크라운(Crown) 양의 적절성에 따라 박판(7)의 크라운이 제품으로 나갈 수 있는지 여부가 판명된다.

이때, 크라운이란 주조롤(3) 표면의 오목한 정도를 나타내는 것으로, 주조롤(3)의 정 에지부에서와 정 중앙부에서의 주조롤(3)의 오목양 차이를 나타내는 값이다.

이러한 크라운은 일반적으로 60±20㎛ 정도로 규격화 되어 있고, 좀더 박물일 경우에는 40㎛ 이하로 규격화되어 있다.

따라서, 쌍롤형 주조기에서 이것을 맞추기 위해서는 압연전 박판(7)의 크라운을 90㎛ 이하로 생산해야 하는데, 그렇게 되면 90㎛ 이하로 유지하기 위해 초기 주조롤의 크라운을 대폭 줄인 상태로 유지해야 하는 문제가 생겨 앞에서 언급한 폭방향 응고불균일이 발생하고, 그에 따라 박판의 에지나 혹은 박판의 중앙부에 벌징현상이 발생하게 된다.

이를 개선하기 위한 선행기술로, 유럽특허 EP-0788854에는 주조롤 표면에 네가티브 크라운을 부여하여, 박판 폭방향 에지의 박판 두께를 줄여줌으로써 벌징을 방지하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 네가티브 크라운을 사용할 경우 박판 폭방향 에지부의 벌징을 줄일 수는 있지만 생산되는 박판의 폭방향 두께 편차가 크거나 또는 생산되는 박판의 폭방향 형상이 압연하기에 적당하지 않아서 압연후 생산된 박판에 웨이브가 생기는 문제를 해결할 수 없다.

다른 기술로, 국내 특허출원 제2004-0113440호에는 폭방향 에지부 벌징을 줄이는데 촛점을 두고 폭방향 두께분포 및 크라운이 압연시에 문제가 없는 박판을 제조하는 방법이 개시되어 있으나 이또한 정작 실제품을 완성시킬 수 있는 두께를 생산할 수 있는 범위를 제시하지 못하고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 주조롤의 롤 크라운을 적절하게 제어함은 물론 주조롤 의 냉각을 두께별로 냉가수량에 따라 조절되게 하여 주조롤의 팽창을 달리함으로써 양호한 박판 에지 형상을 갖출 수 있도록 함과 동시에 폭방향 박판의 크라운도 압연 품질이 양호한 결과를 얻을 수 있도록 한 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 있어서; 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판 주조시, 트리밍양을 고려하여 박판의 크라운을 박판의 에지로부터 50mm 지점을 기준으로 90㎛ 이하로 유지하는 제1단계와; 주조롤 표면에 주어지는 초기 주조롤 크라운은 주조롤 에지로부터 50mm 지점까지의 크라운 양과, 주조롤 중앙부에서부터 에지 50mm 지점까지의 크라운 양의 비를 1:1.2로 유지하도록 하는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법을 제공한다.

이때, 상기 제2단계에서, 상기 박판의 크라운 양을 조절하기 위해 상기 주조롤의 냉각을 두께별로 냉각수량을 달리하여 냉각시키는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 의해, 보다 양호한 박판 에지형상을 얻을 수 있고, 나아가 박판의 폭방향 크라운도 압연 품질이 양호한 결과를 얻는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 쌍롤식 박판 주조공정에서 주조롤 표면에 형성된 크라운의 모식도이고, 도 3은 본 발명을 설명하기 위해 실시한 박판의 두께에 따른 주조롤의 팽창량 관계를 보인 실험결과 그래프이며, 도 4는 본 발명을 설명하기 위한 에지 불량일 때의 박판 폭방향으로의 크라운 형상을 보인 예시적인 그래프이고, 도 5는 본 발명을 설명하기 위한 에지 양호일 때의 박판 폭방향으로의 크라운 형상을 보인 예시적인 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따른 박판 크라운의 양호품과 불량품의 비교 그래프이다.

도 2에서와 같이, 주조롤(3)의 표면에는 오목한 형태로 크라운(20)이 부여된다.

이때, 상기 크라운(20)은 수평면으로부터 오목하게 요입된 센터부의 깊이를 마이크로미터(㎛)로 표기한 것을 기본 길이로 하며, "C50"이란 주조롤의 폭 중앙과 주조롤의 에지로부터 50mm 떨어진 지점까지의 오목정도로 정의하기로 하며, 또한 "E50"이란 주조롤의 에지와 에지로부터 50mm 떨어진 지점에서의 오목정도로 정의하기로 한다.

또한, 상기 크라운(20)은 주조롤(3) 제작 후 주조롤(3)의 구리 표면에 직접 부여할 수도 있고, 또는 내마모 코팅을 처리한 후 그 위에 주조롤(3) 크라운(20)을 부여할 수도 있다.

아울러, 쌍롤식 박판 주조기 직후에 있는 열간압연기(도 1의 '10')를 통과하여 냉간압연에 투입되어 최종재를 만들기 위해서는 박판 주조 직후 열간압연기(10) 전단에서 박판 폭방향으로의 박판 크라운은 90㎛를 넘지 않아야 한다.

이는 냉간압연을 60%로 할 경우 최종 냉간 압연재의 크라운을 60㎛ 이하로 하기 위해서이며, 또한, 최종 냉간압연재를 사용하여 제품을 생산할 경우 폭방향 두께 편차로 인한 가공재의 품질 문제가 생성되지 않도록 하기 위함이기도 하다.

이러한 주조 직후 박판의 크라운은 [식 1]과 같이 주조시의 주조롤 크라운(20)의 양과, 주조되는 박판(도 1의 '7')의 두께 및 주조롤(3)의 열팽창량과 직접적으로 관련되어 있다.

즉,

주조 박판의 크라운량(C50)=주조롤의 크라운량-주조롤의 열팽창량ㆍㆍ[식 1]

의 관계를 갖게 된다.

이때, 주조롤의 열팽창량은 도 3의 그래프를 통해 확인되는 바와 같이, 주조 두께에 따라 비례적으로 감소함을 알 수 있는 바, 이는 주조 두께가 작을수록 롤의 흡열량이 증가하여 롤의 온도가 증가하고, 열팽창을 많이 하기 때문이다.

그리고, 주조 두께 3mm를 경계로 팽창하는 기울기가 달라진다.

그러므로, 주조되는 박판의 크라운량을 일정 이하로 하기 위해서는 두께별 주조롤(3)의 크라운(20)을 달리 관리하여 3mm 이상/이하의 두께에서 조업변수인 냉각수량을 조절하여 박판을 생산하는 방법을 차별화해야 한다.

그리고, 에지 벌징 등이 없는 양호한 박판 에지 품질을 달성하기 위하여 여러 종류의 크라운을 지닌 주조롤(3)을 이용하여 실험을 한 결과, 하기한 표 1에서와 같이 E50:C50의 비율(즉, 크라운의 깊이(㎛)의 비율)이 최소 1:1.2 이상이 되어 야 박판 에지 벌징 없이, 에지 품질이 양호해짐을 확인하였다.

롤번호	E50	E100	E150	E200	E250
A	165	253	283	291	293
B	153	191	227	249	264
C	103	141	177	201	218
D	78	116	152	175	190
E	103	135	164	189	198
F	103	127	150	170	178
G	90	119	146	169	174
롤번호	C50	C100	C150	C200	C250
A	138	50	20	12	10
B	167	129	93	71	56
C	182	144	108	84	67
D	172	134	98	75	60
E	127	95	66	41	32
F	108	83	60	41	32
G	106	77	50	27	22

(이때, 상기 표에 쓰여진 수치의 단위는 ㎛이다)

상기 표 1에서와 같이, 롤번호 "G"는 본 발명의 범위에 드는 주조롤의 크라운 부여 방식으로서, 이 주조롤을 사용하여 주조한 경우, 생산된 박판은 압연 가능한 크라운의 크기를 지니면서 박판 에지도 양호하게 주조할 수 있음을 확인 하였다.

아울러, E50:C50의 비율이 1:1 정도인 주조롤 크라운에서의 박판 형상도 확인해 본 결과 도 4와 같이 확인되었는 바, 에지를 보면 두껍게 형성되어 있음을 알 수 있는데 이것은 에지 벌징으로 인해 두껍게 나타나는 것이다.

반면, 도 5를 보면 E50:C50의 비율이 1:1.2 이상의 주조롤로 주조한 경우를 나타낸 것인데, 에지 상태가 양호함을 알 수 있다. 하지만, E50:C50의 비율이 1:1.2 보다 훨씬 크게 되면 에지 품질은 양호해지나 제품 출시 가능한 박판 크라운을 만족할 수 없으므로 제품의 가치가 매우 떨어진다.

이는 도 6에서 확인되듯이, 비율이 큰 것과 1:1.2 수준으로 맞춘 것의 크라운의 경우 명확한 차이를 보임을 확인할 수 있다.

따라서, E50:C50의 비율이 1:1.2 수준으로 맞추는 것이 박판 크라운 입장에서는 매우 좋은 조건이 됨을 최종 확인하였다.

결국, 주조롤의 크라운은 E50:C50의 비율로 맞추어야 하고, 두께별로 주조롤의 냉각을 달리해야 제품으로 출시가능한 박판 크라운을 생산할 수 있으며, 또한 에지가 양호하고, 압연 품질도 양호한 박판을 생산할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조기를 통한 주조공정을 보인 모식도,

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 쌍롤식 박판 주조공정에서 주조롤 표면에 형성된 크라운의 모식도,

도 3은 본 발명을 설명하기 위해 실시한 박판의 두께에 따른 주조롤의 팽창량 관계를 보인 실험결과 그래프,

도 4는 본 발명을 설명하기 위한 에지 불량일 때의 박판 폭방향으로의 크라운 형상을 보인 예시적인 그래프,

도 5는 본 발명을 설명하기 위한 에지 양호일 때의 박판 폭방향으로의 크라운 형상을 보인 예시적인 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 박판 크라운의 양호품과 불량품의 비교 그래프.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

1....턴디쉬 2....노즐

3....주조롤 4....용융금속

5....에지댐 7....박판

10....열간압연기 20....크라운

Claims (2)

1. 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법에 있어서;

   쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판 주조시, 트리밍양을 고려하여 박판의 크라운을 박판의 에지로부터 50mm 지점을 기준으로 90㎛ 이하로 유지하는 제1단계와;

   주조롤 표면에 주어지는 초기 주조롤 크라운은 주조롤 에지로부터 50mm 지점까지의 크라운 양과, 주조롤 중앙부에서부터 에지 50mm 지점까지의 크라운 양의 비를 1:1.2로 유지하도록 하는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법.
2. 청구항 1에 있어서;

   상기 제2단계에서, 상기 박판의 크라운 양을 조절하기 위해 상기 주조롤의 냉각을 두께별로 냉각수량을 달리하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 크라운 형성방법.

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