KR100944438B1

KR100944438B1 - 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 표면 처리방법

Info

Publication number: KR100944438B1
Application number: KR1020070135231A
Authority: KR
Inventors: 정성인; 박성진; 이대성
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2010-02-25
Also published as: EP2222894A4; EP2222894A1; AU2008341374A1; CN101883878A; US20100243193A1; WO2009082075A1; US8302665B2; JP2011506098A; KR20090067542A; CN101883878B; AU2008341374B2; EP2222894B1; JP5458019B2

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 표면 처리방법에 관한 것으로, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 있어서; 상기 주조롤의 외표면 및 측면에 도금형성된 니켈도금층과; 상기 주조롤의 측면 니켈도금층 위에 도금형성된 니켈-보론 합금도금층과; 상기 주조롤의 외표면 니켈도금층 및 상기 주조롤의 외표면쪽 니켈-보론 합금도금층 위에 도금형성된 경도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤을 제공한다.

본 발명에 따르면, 박판 주조롤의 표면처리와 관련하여 측면 도금시 보론 도금액을 첨가하여 니켈-보론 합금 도금을 실시함으로써 도금층의 두께가 충분히 확보되면서 경도도 높아 주형의 내구성을 향상시키고, 주조재 에지부 품질도 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

쌍롤식, 박판주조기, 주조롤, 표면처리, 니켈도금, 니켈-보론 합금도금

Description

쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 표면 처리방법{CASTING ROLL AND THEREOF SURFACE TREATMENT METHOD OF TWIN TYPE STRIP CASTER}

본 발명은 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내화물과 접촉되는 측면부 도금층을 고경도이면서 충분한 도금두께를 가질 수 있는 NiB 복합도금을 적용하여 내구성을 향상시킨 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 표면 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 쌍롤식 박판주조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 래들(1)에 수용된 용강이 턴디쉬(2)로 유입된 후 주입노즐(3)을 통해 주조롤(6) 양단부에 설치된 에지댐(5) 사이, 즉 주조롤(6) 사이로 공급되어 응고가 개시되고, 이때 주조롤(6) 사이의 용탕부에는 산화방지를 위해 메니스커스쉴드(4)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 되며, 양 주조롤(6)이 만나는 롤닙(7)을 빠져나오면서 박판(8)으로 제조되어 인발되면서 냉각되고, 권취기(9)에서 권취되는 형태로 이루어진다.

이와 같이, 박판주조기를 이용하여 용강으로부터 두께 10mm 이하의 박판을 직접 제조하는 쌍롤식 박판주조방법에 있어서 중요한 것은 서로 반대방향으로 빠르 게 회전하는 수냉식 주조롤(6) 사이로 주입노즐(3)을 통해 용강을 신속히 공급하여 원하는 두께의 박판을 균열없이 높은 실수율로 제조하는 것에 있다.

한편, 연속주조용 주형표면은 전해식 도금방법을 채택하고 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 피도금체인 주조롤(6)이 음극이 되고, 양극은 도금하고자 하는 금속(10)을 연결하며, 피도금체는 도금액에 완전히 잠기게 하여 적절한 전류를 흘려 원하는 두께의 도금층을 얻게 된다.

이때, 피도금체인 주조롤(6)은 도금품질을 향상시키기 위해 회전을 실시하며, 평탄면인 경우 도금액(30)을 회전시켜 도금이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는데 이 경우 일차적으로 동판위에 니켈 등의 도금을 실시한 후 내구성 향상을 위해 경도금층인 Ni-W 이나 Ni-Co 등의 경도금층을 이차도금층으로 입히게 된다.

이와 같은 종래 주형 도금방법은 주로 니켈로 도금을 실시하였으며, 전류밀도나 도금액의 온도 등 도금조건에 관해서는 아래와 같은 기술들이 개시된 바 있다.

즉, JP 1898-066049에는 주조롤의 측면부에 용사코팅을 적용하여 내구성을 향상시키는 것이 개시되어 있고, JP 1989-254357에는 몰드 표면에 일차적으로 Ni 도금을 실시한 후 Cr 도금을 이차적으로 실시하여 내구성과 품질향상을 꾀하는 것이 개시되어 있으며, JP 1990-047890에는 Ni 도금후 그라파이트 코팅으로 열전단계수를 낮춰 온도 불균일을 감소시킴으로써 품질향상을 꾀하는 것이 개시되어 있고, JP 2001-205399에는 일차 Ni 도금후 고경도의 Ni-W, Ni-Co 등의 도금층을 적용하여 내구성을 향상시키는 것이 개시되어 있다.

그러나, 이들 종래 개시 기술들은 대부분 기본이 되는 Ni 도금을 실시한 후, 이차적으로 내구성 향상을 위한 도금이나 용사코팅층을 적용한 것이어서, 대부분 내구성 향상을 위해 경도금층을 채택하게 되고, 결국 내부 응력이 높아 도금층 표면에 미세균열이 생성되곤 하였다.

따라서, 이러한 경도금층의 미세균열은 주형의 내구성을 저하시키고, 주조재의 표면품질을 악화시키는 문제을 유발하였다.

여기에서, 도면중 도 2에 미설명된 부호 '20'은 도금조, '40'은 정류기이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 주형의 표면처리의 일환으로 도금을 적용하고 있는데, 구리합금의 모재위에 니켈 등의 일차도금과 고경도 층의 이차도금층을 적용함에 있어 경도금층의 미세균열을 방지할 수 있는 적정도금조건을 도출하여 주형의 내구성을 향상시키고, 주조재의 표면품질을 안정화시킬 수 있도록 한 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 표면 처리방법을 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 있어서; 상기 주조롤의 외표면 및 측면에 도금형성된 니켈도금층(110,112)과; 상기 주조롤의 측면의 니켈도금층(112) 위에 도금형성된 니켈-보론 합금도금층(120)과; 상기 주조롤의 외표면 니켈도금층(110) 및 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 도금형성된 경도금층(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 있어서; 상기 주조롤의 측면에 도금형성된 니켈-보론 합금도금층(120)과; 상기 주조롤의 외표면 및 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 도금형성된 니켈도금층(110)과; 상기 주조롤의 니켈도금층(110) 위에 도금형성된 경도금층(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤을 제공한다.

이때, 상기 니켈-보론 합금도금층의 두께는 0.1-2.0mm인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 니켈-보론 합금도금층의 경도는 Hv 300~1000인 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 경도금층은 Ni-W 혹은 Ni-Co로 도금된 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 니켈도금층과 경도금층 사이에는 롤 크라운 및 조도가 가공 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법에 있어서; 상기 주조롤의 외표면 및 측면에 스프레이 노즐을 통해 니켈을 스프레이하여 니켈도금층(110,112)을 형성하는 단계와; 상기 주조롤의 측면의 니켈도금층(112) 위에 니켈을 계속 스프레이하면서 보론을 함께 스프레이하여 보론이 니켈도금층 속에 묻히도록 하는 니켈-보론 합금도금층(120)을 형성하는 단계와; 상기 단계를 통해 형성된 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위와 상기 주조롤의 외표면에 도금형성된 니켈도금층(110) 위에 경도금층(130)을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법을 제공한다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법에 있어서; 상기 주조롤의 측면에 니켈을 스프레이하는 도중에 보론을 함께 스프레이하여 보론이 니켈 속에 묻히도록 하는 형태로 니켈-보론 합금도금층(120)을 형성하는 단계와; 상기 주조롤의 외표면과 상기 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 니켈을 스프레이하여 니켈도금층(110)을 형성하는 단계와; 상기 단계를 통해 형성된 니켈도금층(110) 위에 경도금층(130)을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법을 제공한다.

이때, 상기 니켈도금층 형성단계 후 주조롤의 외표면에 롤 크라운을 가공하고, 표면 조도를 부여하는 단계가 더 수행되는 것에도 그 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 도금을 위한 도금장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 도금층의 예시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 도금층의 경도분포를 보인 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 도금을 위한 도금장치는 기존 도금장치를 대부분 그대로 사용하게 된다.

다만, 주조롤(100)의 측면도금을 위해 도금액(300)이 충전된 도금조(200)의 일측에는 스프레이노즐(500)이 부가적으로 더 설치될 뿐이다.

그리고, 정류기(600)를 거친 음극에는 주조롤(100)이, 양극에는 도금될 금속(400)이 연결되는 것도 기존과 동일하다.

이러한 도금장치를 이용한 본 발명 도금방법은 주조롤(100)의 양측면에 니켈 도금을 형성하는 단계와, 상기 단계를 수행하는 중에 니켈(Ni)-보론(B) 복합도금을 실시하여 보론이 니켈속에 묻히도록 하는 단계와, 최종 원통부 경도금을 실시하는 단계로 이루어진다.

이때, 상기 니켈-보론 복합도금은 먼저 니켈 도금을 실시하고 있다가 보론을 일정시간 동안 투입하여 보론이 니켈 도금층에 박히도록 하는 형태로 복합도금이 실시되며, 보론의 투입량과 분사속도에 따라 도금층의 경도가 달라지게 된다.

아울러, 상기 경도금이 실시되기 전에 주조롤(100) 표면에는 크라운 가공과 조도(딤플) 가공을 먼저 실시하여 주조재의 품질을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 필요에 따라 경도를 조절할 수 있는 것으로 특정범위로 굳이 제한될 필요는 없으며, 본 발명의 핵심적인 기술사상은 니켈 도금중 보론을 투입하여 보론이 니켈 도금층에 묻히도록(박히도록) 하는 것에 있다.

본 발명에 따른 도금층의 형성은 도 4의 (a),(b)에 예시된 형태로 실시될 수 있다.

예컨대, 도 4의 (a)를 참조하여 보면, 먼저 주조롤(100)의 외표면과 측면 모두에 니켈도금층(110,112)을 형성하고, 상기 주조롤(100)의 측면인 상기 니켈도금층(112) 위에 니켈-보론 합금도금층(120)을 형성하며, 마지막으로 이와 같은 도금층 형성에 의해 상기 주조롤(100)의 외표면을 형성하게 되는 니켈도금층(110)과 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 경도금층(130)을 형성한 형태가 될 수 있다.

이때, 상기 경도금층(130) 형성전에 주조롤(100)의 외표면에 크라운 가공 및 조도(딤플) 가공를 실시함이 바람직하다.

또한, 상기 경도금층(130)은 앞서 종래 기술에서 설명하였듯이, Ni-W 혹은 Ni-Co를 주성분으로 한다.

그런데, 도 4의 (a) 구조를 갖게 될 경우, 주조롤(100)의 측면 지지가 단단하여 안정한 구조이기는 하나 모서리의 니켈-보론 합금도금층(120)에 과도한 힘이 가해질 경우 박리가능성과 파손가능성을 전혀 배제할 수 없으므로 이하 설명되는 또다른 실시 형태와 병행하여 공정특성에 따라 선택 사용됨이 바람직하다.

즉, 다른 실시 형태로 도 4의 (b)를 참조하여 보면, 먼저 주조롤(100)의 측면에 니켈-보론 합금도금층(120)이 형성되고, 상기 주조롤(100)의 외표면 및 상기 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 니켈도금층(110)이 형성되며, 마지막으로 상기 니켈도금층(110) 위에 경도금층(130)이 형성된 형태가 있을 수 있다.

이때에도, 상기 경도금층(130) 형성전에 주조롤(100)의 외표면에 크라운 가공 및 조도 가공이 선행 실시됨이 바람직하다.

이러한 형태의 경우는 주조롤(100)의 모서리부에서 니켈-보론 합금도금층(120)에 가해지는 힘을 니켈도금층(110)이 완화시켜 주는 역할을 하지만 모서리부의 내마모성이 약화될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 5의 (a)는, 니켈도금층을 최소로 하고, 니켈-보론 합금도금층을 2단으로 적용하여 최외각 도금층의 경도를 최대화시킨 도 4의 (a)와 같은 구조를 갖도록 한 예이며, 도 5의 (b)는, 니켈-보론 합금도금층을 측면에 먼저 형성한 후 그 위에 니켈도금층을 형성하여 경도는 다소 낮지만 안정적인 도금층을 확보하도록 한 것으로 도 4의 (b)와 같은 구조를 갖도록 한 예이다.

이때, 니켈-보론 합금도금층의 경도는 Hv300-1000에서 안정적인 품질성능을 발휘하였는데, 이는 Hv300 미만에서는 마모가 쉽게 일어나 잇점이 없고, Hv1000 초과시에는 도금층에 균열 혹은 박리가 일어나게 되어 제약이 따르므로 상기 범위일 때가 가장 바람직한 경도임을 확인하였다.

또한, 니켈도금층의 경우는 앞서 종래 기술에서 설명한 기존과 같은 범위의 두께로 도금해도 무방하나, 니켈-보론 합금도금층의 경우에는 0.1-2.0mm의 두께가 본 발명의 해결 과제를 만족시키는 가장 합리적인 두께인 바, 예컨대 0.1mm 이하로 는 니켈-보론 합금도금층을 형성할 수 없게 되며, 2.0mm 이상에서는 도금시 균열이나 박리가 일어나기 때문에 상기 범위의 두께를 가져야 한다.

그리고, 경도금층 형성과정은 조도부여후 조도가 그대로 전사되어 나타나야 하므로 가능하면 얇고 경도가 높은 도금층이 요구되므로 기존과 같이 Ni-W나 Ni-Co 도금층이 적용됨이 바람직하다.

이렇게 함으로써, 주조롤의 내구성을 향상시킬 수 있음을 확인하였고, 또한 주조재의 에지부 및 표면품질도 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

도 1은 일반적인 박판주조공정을 보인 예시적인 개념도,

도 2는 종래 주조롤의 도금방식을 보인 예시적인 장치 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 도금을 위한 도금장치의 개략적인 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 도금층의 예시도,

도 5는 본 발명에 따른 도금층의 경도분포를 보인 그래프.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....주조롤 110,112....니켈도금층

120....니켈-보론 합금도금층 130....경도금층

200....도금조 300....도금액

400....금속 500....스프레이 노즐

Claims

쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 있어서;

상기 주조롤의 외표면 및 측면에 도금형성된 니켈도금층(110,112)과;

상기 주조롤의 측면의 니켈도금층(112) 위에 도금형성된 니켈-보론 합금도금층(120)과;

상기 주조롤의 외표면 니켈도금층(110) 및 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 도금형성된 경도금층(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 있어서;

상기 주조롤의 측면에 도금형성된 니켈-보론 합금도금층(120)과;

상기 주조롤의 외표면 및 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 도금형성된 니켈도금층(110)과;

상기 주조롤의 니켈도금층(110) 위에 도금형성된 경도금층(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;

상기 니켈-보론 합금도금층의 두께는 0.1-2.0mm인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;

상기 니켈-보론 합금도금층의 경도는 Hv 300~1000인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;

상기 경도금층은 Ni-W 혹은 Ni-Co로 도금된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;

상기 니켈도금층과 경도금층 사이에는 롤 크라운 및 조도가 가공 형성된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법에 있어서;

상기 주조롤의 외표면 및 측면에 스프레이 노즐을 통해 니켈을 스프레이하여 니켈도금층(110,112)을 형성하는 단계와;

상기 주조롤의 측면의 니켈도금층(112) 위에 니켈을 계속 스프레이하면서 보론을 함께 스프레이하여 보론이 니켈도금층 속에 묻히도록 하는 니켈-보론 합금도금층(120)을 형성하는 단계와;

상기 단계를 통해 형성된 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위와 상기 주조롤의 외표면에 도금형성된 니켈도금층(110) 위에 경도금층(130)을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법.
쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법에 있어서;

상기 주조롤의 측면에 니켈을 스프레이하는 도중에 보론을 함께 스프레이하여 보론이 니켈 속에 묻히도록 하는 형태로 니켈-보론 합금도금층(120)을 형성하는 단계와;

상기 주조롤의 외표면과 상기 니켈-보론 합금도금층(120)의 주조롤의 외표면쪽 위에 니켈을 스프레이하여 니켈도금층(110)을 형성하는 단계와;

상기 단계를 통해 형성된 니켈도금층(110) 위에 경도금층(130)을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서;

상기 니켈도금층 형성단계 후 주조롤의 외표면에 롤 크라운을 가공하고, 표면 조도를 부여하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 표면 처리방법.