KR101051741B1 - 스컴혼입 방지기능이 개선된 쌍롤식 박판주조장치 - Google Patents

Abstract

스컴혼입 방지기능이 개선된 쌍롤식 박판주조장치가 제공된다. 본 발명의 박판주조장치는 두 개의 주조롤과 에지댐에 의해 형성된 섬프로 용강을 공급하기 위한 토출구가 형성된 침지노즐과, 섬프로 공급된 용강의 유동을 제어하기 위한 위어를 포함하여 구성된 쌍롤식 박판주조장치에 있어서, 상기 토출구의 침지깊이는 25~ 50mm인 것, 상기 위어의 침지깊이는 -10mm ≤ (토출구 침지깊이 - 위어 침지깊이) ≤ 10mm 범위 내인 것, 상기 위어의 탕면에 대한 경사각도는 55°~ 75°인 것, 상기 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리는 35 ~ 45mm인 것을 특징으로 한다.

쌍롤식 박판주조장치(Twin Roll Strip Caster), 에지댐(Edgedam), 위어, 침지노즐, 토출구

Description

스컴혼입 방지기능이 개선된 쌍롤식 박판주조장치{TWIN ROLL STRIP CASTER WITH IMPROVED SCUM CONTROL SKILL}

본 발명은 쌍롤식 박판주조장치에 관한 것으로, 특히 주편으로 스컴이 혼입되는 것을 방지하여 고품질의 박판을 제조할 수 있도록 개선된 쌍롤식 박판주조장치에 관한 것이다.

일반적으로 쌍롤식 박판주조공정은 냉각되고 있는 한 쌍의 주조롤과 한 쌍의 에지댐에 의하여 형성되는 공간에 용강공급 노즐로 용강을 공급하여 용강풀의 높이를 일정하게 유지시키고, 주조롤을 마주보는 방향으로 회전시켜, 주조롤 표면에 형성된 응고쉘(Shell)이 주조롤 간의 근접점에서 합체되어 주편을 형성시킴으로서, 용강으로부터 직접 박판을 연속적으로 제조하는 방법이다.

도 1은 종래의 쌍롤식 박판주조장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 쌍롤식 박판주조장치는 두 개의 주조롤(1)과 에지댐(6)에 의해 용강이 공급되는 섬프(Sump)가 형성되고, 턴디쉬(2)의 하부측에 부착된 침지노즐(3)을 통해 턴디쉬(2)에 저장된 용강을 섬프로 공급하게 된다. 상기 침지노즐(3)은 상부노즐(3a)과 하부노즐(3b)의 2-피스(Piece) 형으로 구성되며, 상부 노즐(3a)의 상부는 턴디쉬(2)의 하부측에 연결되고, 하부는 하부노즐(3b)의 상부측을 관통하여 하부노즐(3b)과 연결된다. 상기 하부노즐(3b)에는 상부노즐(3a)을 통하여 공급된 용강을 섬프로 배출하기 위한 토출구(14)가 형성되며, 토출구(14)를 통해 섬프로 공급된 용강은 섬프 내에서 용강풀(4)을 형성한다.

두 개의 주조롤(1)과 접촉되는 용강은 주조롤(1)의 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 주조롤(1) 표면에서 응고쉘(8)로 변하면서 주편(5)을 형성하고, 형성된 주편(5)은 서로 반대 방향으로 회전하는 주조롤(1)에 의해 롤닢을 빠져나오게 된다. 용강풀(4)의 상측으로는 대기와의 접촉에 의해 용강이 산화되는 것을 방지하기 위해 외부 공기를 차단해주는 메니스커스실드(10)가 설치되며, 상기 메니스커스실드(10)를 관통하여 설치된 가스공급 노즐(11)을 통해 용강의 표면으로 불활성 가스를 공급해줌으로써 탕면의 윗부분이 불활성 분위기로 유지된다.

침지노즐(3)에서 토출된 용강의 운동량은 상당히 커서 탕면 요동을 야기시킬수 있기 때문에 용강의 유동을 제어하기 위한 위어(12)가 메니스커스쉴드(10)에 고정되어 설치된다. 탕면위의 분위기는 최대한 불활성 분위기로 유지하여야 하나, 100% 실링(sealing)을 확보하기는 어려우므로 부분적으로 산화물이 탕면에서 생성될 소지가 있다. 상기 위어(12)는 용강의 유동 제어와 함께, 부득이하게 생성된 산화물이 성장하고 있는 응고셀(8)로 도달하지 못하도록 하는 일종의 장애물(Barrier) 역할을 동시에 수행한다.

한편, 턴디쉬(2)로부터 공급되는 용강중에는 이미 Al₂O₃ 와 같은 산화성 개 재물이 내재되어 있거나, 혹은 용강중에 용해되어 있던 Al 등이 메니스커스쉴드(10)내 분위기의 미소 산소와 급속히 반응하여 산화물을 생성시키게 된다. 이렇게 형성된 산화물은 대개 그 크기가 10um 이하이기 때문에 용강과의 부력 차이에 의해 탕면쪽으로는 부상하기 어려우며, 주로 용강 흐름을 따라 이동하게 된다. 따라서 탕면쪽으로 공급된 용강의 흐름을 제대로 제어하지 못하는 경우 산화성 개재물인 스컴(Scum) 등의 흐름 제어도 원활히 수행할 수 없게 된다.

도 2는 상부에서 바라본 탕면의 흐름을 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, 침지노즐과 주조롤(1) 사이에 위어(12)가 설치되어 용강의 흐름과 스컴을 제어하고 있으나, 침지노즐과 위어(12)는 그 침지깊이나 설치상태가 산화성 개재물(스컴)을 정확하게 제어할 수 있을 정도로 이루어지고 있지는 못하였다. 위어(12)를 설치하는 조건 및 침지노즐과의 상대적인 침지조건을 최적화시키지 못하는 경우 위어(12)가 제 기능을 발휘하지 못하게 되며, 산화 스컴들이 주편 내로 혼입되게 된다. 즉, 위어(12)의 설치가 제대로 되지 않은 경우 도 2에 도시된 ZA 구역에서는 탕면 흐름이 분리되고 ZB 구역에서는 탕면 흐름이 정체되며, 정체된 ZB 구역으로는 산화물이나 불순물이 유입되게 된다. 이와 같이 유입된 산화물이나 불순물들은 주조롤(1)의 회전력에 의해 주조롤(1) 표면에서 성장되고 있는 응고쉘로 혼입되며, 결국 주조재 표면의 크랙(Crack) 등의 결함을 야기시키게 되어 실수율 저하를 가져오게 된다. 따라서 위어(12)와 주조롤(1) 사이에서 용강의 흐름을 에지댐(6) 쪽으로 균일하게 하면서 탕면에서 정체지역을 최소화하고, 탕면이나 용강 내부의 산화물 및 불순물을 효율적으로 제거하기 위해서는 위어(12)의 침지깊이와 침지각도 및 주조롤 표면에 이르는 수평거리 등을 적정 수준으로 유지하여 최적의 조건으로 탕면내에 침지시켜야 하는 것이나, 종래에는 이에 대한 대비가 부족한 실정이었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하고자 창출된 것으로, 탕면의 용강 흐름을 적정 수준으로 제어하고 용강중에 형성된 스컴이 주편으로 혼입되는 것을 방지할 수 있도록 침지노즐의 침지깊이와 위어의 침지깊이 및 설치상태를 최적화하여 주편의 품질을 향상시키도록 개선된 쌍롤식 박판주조장치를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 스컴혼입 방지기능이 개선된 쌍롤식 박판주조장치는 두 개의 주조롤과 에지댐에 의해 형성된 섬프로 용강을 공급하기 위한 토출구가 형성된 침지노즐과, 섬프로 공급된 용강의 유동을 제어하기 위한 위어를 포함하여 구성된 쌍롤식 박판주조장치에 있어서, 상기 토출구의 침지깊이는 25 ~ 50mm 인 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 위어의 침지깊이는 -10mm ≤ (토출구 침지깊이 - 위어 침지깊이) ≤ 10mm 의 범위 내에 속하는 것과, 상기 위어의 탕면에 대한 경사각도는 55°~ 75°인 것과, 상기 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리는 35 ~ 45mm 인 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면 침지노즐 토출구와 위어의 침지깊이 및 설치상태가 최적의 상태로 개선되어 탕면의 용강 흐름을 적정 수준으로 제어하고, 스컴이 주편 내로 혼입되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 박판의 품질을 극대화하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 스컴혼입 방지기능이 개선된 쌍롤식 박판주조장치를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명을 구성하는 위어의 침지 상태를 나타낸 개략도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 스컴혼입 방지기능이 개선된 쌍롤식 박판주조장치는 침지노즐토출구와 위어의 침지깊이 및 설치상태를 적정 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 것으로, 침지노즐은 탕면에서 일정 깊이만큼 침지되어 있으며, 토출구(14) 또한 탕면으로부터 일정 깊이에 위치하고 있다.

상기 토출구(14)의 침지깊이(A)를 25 ~ 50mm 사이로 하는 것은 주편으로의 스컴 혼입 방지에 유효하다. 토출구(14)의 침지깊이(A)가 50mm 보다 큰 경우, 탕면으로 공급되는 용강량이 너무 작게 되어 탕면 흐름이 작아지게 되며, 탕면으로의 고온 용강 공급이 원활하지 못하게 되어 탕면 스컴 발생이 심해지게 된다. 이에 반해 토출구(14)의 침지깊이(A)가 25mm 보다 작을 경우, 토출되는 용강에 의해 탕면 요동이 과도하게 발생되어 균일한 응고쉘이 형성되지 못하며, 심할 경우 주편에 크랙이 발생하게 된다. 침지깊이를 25 ~ 50mm 범위 내로 유지하는 경우 주조롤 전 폭에 걸쳐 균일한 열유속으로 탕면 흐름을 제어할 수 있게 된다. 따라서 토출구(14)의 침지깊이(A)는 25mm 이상, 50mm 이하의 범위 내로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명자는 침지노즐의 토출구(14)의 침지깊이 외에도 위어(12)의 침지깊이나 설치상태와 같은 요인들이 주편으로 혼입되는 스컴의 빈도에 영향을 미칠 수 있을 것으로 생각되어 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과 토출구(14)의 침지깊이(A)와 위어(12)의 침지깊이(B)를 적정 범위 내로 하는 것에 의해 스컴의 혼입 빈도를 최소화할 수 있음을 알게 되었다. 그 실시예는 다음과 같다.

< 실시예1 >

쌍롤식 박판주조장치를 이용하여 두께 2.86mm, 폭 1340mm의 스테인레스강(STS304)을 제조하였다. 토출구(14)의 침지깊이(A)는 40mm로 한 상태에서, 위어(12)의 침지깊이(B)를 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70mm로 변화시키면서 스컴 혼입 빈도율을 측정하였다.

표 1은 상기 실험에 의한 결과를 나타낸 것이다.

[표 1]

침지깊이 차이는 토출구(14)의 침지깊이(A)에서 위어(12)의 침지깊이(B)를 뺀 값을 의미하며, 스컴의 혼입 빈도율은 해당 침지깊이 차이의 스컴 혼입 빈도를 침지깊이 차이 -30mm인 조건에서의 스컴 혼입 빈도로 나눈 값으로 하였다. 여기서, 토출구(14)의 침지깊이(A)는 토출구(14)의 중심위치에서 탕면에 이르는 수직거리이며, 위어(12)의 침지깊이(B)는 위어의 최하단부에서 탕면에 이르는 수직거리이다.

침지깊이 차이(A-B)가 -10, 0, 10mm일 때의 스컴 혼입 제어능이 양호하였다.

도 4는 상기 실험결과를 그래프로 도시한 것으로, 가로축은 침지깊이 차이(A-B)를 나타내며, 세로축은 스컴 혼입 빈도율을 나타낸 것이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 침지깊이 차이(A-B)가 -10 ~ 10mm일 때의 스컴 혼입 빈도율은 0.2 미만의 매우 낮은 수준으로 유지되고 있으며, 스컴 혼입 제어능이 양호한 것으로 볼 수 있다. 따라서 토출구(14)의 침지깊이(A)와 위어(12)의 침지깊이(B)가 │A - B│≤ 10 mm의 조건을 만족시키는 본 발명의 경우에 스컴의 혼입 빈도를 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다.

상기한 바와 같이 침지깊이의 차이(A-B)를 -10 ~ 10mm 범위로 한 경우에 스컴 혼입 빈도가 최소화된 이유는 다음과 같다. 위어(12)의 침지깊이(B)가 토출구(14)의 침지깊이(A)보다 10mm 이상 크게 되면 토출구(14)로부터 공급된 용강이 주조롤(1) 표면으로 전달되지 못하고 위어(12) 표면에서 되튕기게 되어 주조롤(1)과 위어(12) 사이의 탕면 흐름이 바람직하지 못하게 된다. 반대로 위어(12)의 침지깊이(B)가 토출구(14)의 침지깊이(A)보다 10mm 이상 작은 경우 위어(12)와 주조롤(1) 사이에서 탕면 흐름 제어에 필요한 충분한 용강량이 형성되지 못하며, 위어(12)와 주조롤(1) 사이의 용강의 흐름이 스컴을 제거하기에 적당하지 않게 된다.

다음으로, 본 발명자는 위어의 경사각도(θ)가 탕면의 스컴 제어능에 영향을 미칠 것으로 생각되어 연구와 실험을 거듭한 결과, 위어의 경사각도(θ)를 55°~ 75°로 하는 것이 스컴의 혼입 방지에 유효함을 확인할 수 있었으며, 실험내용은 다음과 같다.

< 실시예2 >

쌍롤식 박판주조장치를 이용하여 두께 2.86mm, 폭 1340mm의 스테인레스강(STS304)을 제조하였다. 토출구(14)의 침지깊이(A)와 위어(12)의 침지깊이(B)는 40mm로 하였다. 위어(12)의 경사각도(θ)를 40, 50, 60, 70, 80, 90°로 변화시키면서 스컴 혼입 빈도율을 측정하였다.

표 2는 상기 실험에 의한 결과를 나타낸 것이다.

[표 2]

위어의 경사각도(θ)는 탕면으로부터 측정한 값으로 하였으며, 스컴의 혼입 빈도율은 해당 위어 경사각도의 스컴 혼입 빈도를 위어 경사각도 40°인 조건에서의 스컴 혼입 빈도로 나눈 값으로 하였다.

표 2에 나타난 바와 같이, 위어의 경사각도(θ)가 60, 70°일 때의 스컴 혼입 제어능이 양호하였다.

도 5는 상기 실험결과를 그래프로 도시한 것으로, 가로축은 위어 경사각도(θ)를 나타내고, 세로축은 스컴 혼입 빈도율을 나타낸 것이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 위어 경사각도(θ)가 55°이상, 75°이하인 경우 스컴 혼입 빈도율이 0.2 이하로 유지되고 있으며, 스컴 혼입 제어능이 양호한 것으로 볼 수 있다. 따라서 위어 경사각도(θ)가 55 ~ 75°의 범위 내인 본 발명의 경우에 스컴의 혼입 빈도를 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다.

위어(12)를 탕면을 기준으로 하여 55 ~ 75°의 경사각도로 형성할 때 위어(12)와 주조롤(1) 사이의 탕면 흐름에 필요한 충분한 용강량을 확보할 수 있게 되며, 이로 인해 스컴의 혼입 빈도가 최소화되는 것이다.

다음으로, 본 발명자는 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리(d)가 탕면의 스컴 제어능에 영향을 미칠 것으로 생각되어 연구와 실험을 거듭한 결과, 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리(d)를 35 ~ 45mm로 하는 것이 스컴의 혼입 방지에 유효함을 확인할 수 있었으며, 실험내용은 다음과 같다.

< 실시예3 >

쌍롤식 박판주조장치를 이용하여 두께 2.86mm, 폭 1340mm의 스테인레스강(STS304)을 제조하였다. 토출구(14)의 침지깊이(A)와 위어(12)의 침지깊이(B)는 40mm로 하고, 위어(12)의 경사각도(θ)를 70°로 한 상태에서, 위어의 주조롤 표면 에 이르는 수평거리(d)를 15, 25, 35, 45, 55, 65mm로 변화시키면서 스컴 혼입 빈도율을 측정하였다.

표 3는 상기 실험에 의한 결과를 나타낸 것이다.

[표 3]

스컴의 혼입 빈도율은 해당 수평거리의 스컴 혼입 빈도를 수평거리가 15mm 조건에서의 스컴 혼입 빈도로 나눈 값으로 하였다.

표 3에 나타난 바와 같이, 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리(d)가 35, 45mm일 때의 스컴 혼입 제어능이 양호하였다.

도 6은 상기 실험결과를 그래프로 도시한 것으로, 가로축은 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리(d)를 나타내고, 세로축은 스컴 혼입 빈도율을 나타낸 것이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리(d)가 35 ~ 45mm인 경우 스컴 혼입 빈도율이 0.1 이하로 유지되는 것으로부터 스컴 혼입 제어능이 양호한 것으로 평가할 수 있다. 따라서 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리(d)가 35 ~ 45mm 범위 내인 본 발명의 경우에 스컴의 혼입 빈도를 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다.

위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리(d)가 45mm보다 클 경우 위어(12)의 탕면 흐름 제어 역할을 기대하기 어려우며, 반대로 수평거리(d)가 35mm보다 작을 경우 위어(12)와 주조롤(1) 사이에서 탕면의 흐름이 작아지게 되어 스컴의 제어능이 떨어지게 되는 것으로 생각된다.

상술한 바와 같이, 침지노즐 토출구의 침지깊이와 위어의 침지깊이, 경사각도 및 주조롤 표면에 이르는 수평거리를 최적화한 본 발명의 경우에 스컴의 제어능이 우수하며, 이로써 주편으로 스컴이 혼입되는 빈도를 최소화하여 고품질의 박판을 안정적으로 주조할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 쌍롤식 박판주조장치의 단면도.

도 2는 탕면의 흐름을 나타낸 개략도.

도 3은 본 발명을 구성하는 침지노즐 및 위어를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 4는 침지깊이 차이와 스컴혼입 빈도율과의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 위어 경사각도와 스컴혼입 빈도율과의 관계를 나타낸 그래프.

도 6은 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리와 스컴혼입 빈도율과의 관계를 나타낸 그래프.

♧ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♧

1 : 주조롤 2 : 턴디쉬 3a : 상부노즐

3b : 하부노즐 4 : 용강풀 5 : 주편

6 : 에지댐 7 : 냉각수홀 8 : 응고쉘

9 : 브러쉬롤 10 : 메니스커스실드 11 : 분위기가스 공급노즐

12 : 위어 13 : 주조롤 회전방향 14 : 토출구

Claims (4)

1. 두 개의 주조롤과 에지댐에 의해 형성된 섬프로 용강을 공급하기 위한 토출구가 형성된 침지노즐과, 섬프로 공급된 용강의 유동을 제어하기 위한 위어를 포함하여 구성된 쌍롤식 박판주조장치에 있어서,

   상기 토출구의 침지깊이는 25 ~ 50mm 이고, 상기 위어의 침지깊이는 -10mm ≤ (토출구의 침지깊이 - 위어의 침지깊이) ≤ 10mm 의 조건을 만족하며, 상기 위어의 탕면에 대한 경사각도는 55°~ 75°이고, 상기 위어의 주조롤 표면에 이르는 수평거리는 35 ~ 45mm인 것을 특징으로 하는 스컴혼입 방지기능이 개선된 쌍롤식 박판주조장치.
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