KR101059206B1 - 쌍롤식 박판 주조 공정에 있어서 주편 실수율 향상을 위한박판 주조 공정 - Google Patents

Abstract

쌍롤식 박판주조 공정에서 잔류 델타페라이트는 주편 폭방향 균일도를 나타내는 척도가 되며, 최종 주편의 실수율과 매우 밀접한 연관성을 가진다. 본 발명은 주편의 폭방향 델타페라이트 함량에 영향을 미치는 주조변수를 제어하여 주편의 높은 에지부 델타페라이트 함량과 중심부의 델타페라이트 함량을 동시에 균일화함으로써, 주편의 품질향상과 실수율을 향상시키는 박판 주조 공정에 관한 혁신적인 기술이다.

본 발명은 롤 표면처리로 기존의 대형 조도형성을 위한 대형 쇼트 볼에 의한 쇼트 블라스트 공정과 그 위에 부가적으로 소형 쇼트볼에 의한 쇼트 블라스트 공정을 접목하여 냉각능을 향상시켜 생산성을 증대하는 것이다. 또한 국부적으로 미응고가 발생하는 부위에 미세 쇼트볼로 쇼트 블라스트 공정을 추가적으로 적용하여 응고 균일화를 꾀함으로써 주편의 형상과 델타페라이트 분포 균일화 및 실수율 향상 등에 많은 이점이 있다.

박판주조, 롤 표면처리, 이중 쇼트 블라스트, 델타페라이트, 스테인레스강

Description

쌍롤식 박판 주조 공정에 있어서 주편 실수율 향상을 위한 박판 주조 공정{Manufacturing method for thin strip with high yield in Twin Roll Strip Casting Process}

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판제조장치의 개략도,

도 2는 쌍롤식 박판제조공정에서의 주편 폭방향 델타페라이트 분포 그래프도,

도 3은 쌍롤식 박판제조공정에서의 주편 폭방향 온도분포 그래프도,

도 4는 본 발명의 조도형성 방법에 따른 롤 표면 조도 형상에 대한 개략도,

(a) 큰 볼만 사용한 경우 (b) 큰 볼 + 작은 볼 사용한 경우

도 5는 본 발명의 미세 쇼트볼의 크기에 따른 주조속도 변화에 대한 결과 그래프도,

도 6은 본 발명의 중앙부에 미세 쇼트볼 적용시의 델타페라이트 분포를 나타내는 그래프도,

도 7은 본 발명의 에지부에 미세 쇼트볼 적용시의 델타페라이트 분포를 나타내는 그래프도,

도 8은 본 발명의 에지부/중앙부에 미세 쇼트볼 적용시의 델타페라이트 분포를 나타내는 그래프도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 래들 20 : 턴디쉬 30 : 주입노즐

40 : 메니스커스쉴드 50 : 에지댐 60 : 주조롤

70 : 브러쉬롤 80 : 주편 90 : 코일권취설비

본 발명은 쌍롤식 박판제조공정에서 롤 표면처리 조건을 개선하여 주편의 응고 균일화를 꾀하여 양호한 주편의 품질을 확보할 수 있으며, 특히 에지부의 응고 지연부를 방지하여 주편의 실수율을 향상시키는 쌍롤식 박판제조공정에 관한 것이다.

일반적으로 박판주조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 용융된 용강을 래들(10)에 수용시키고, 노즐을 따라 턴디쉬(20)로 유입되며, 턴디쉬로 유입된 용강은 주조롤(60) 양 끝단부에 설치된 에지댐(50)의 사이, 즉, 주조롤(60)의 사이로 용강 주입노즐(30)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이 때 롤 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 메니스커스 쉴드(40)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닢을 빠져나오면서 박판(80)이 제조되어 인발되면서 냉각공정을 거쳐 권취설비(90)에 권취된다.

따라서, 용강으로부터 두께 10mm 이하의 박판을 직접 제조하는 쌍롤식 박판주조공정에 있어서 중요한 기술은 빠른 속도로 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 쌍롤 사이에 주입 노즐을 통해 용강을 공급하여 원하는 두께의 박판을 제조하는 것이다.

종래의 쌍롤식 박판 주조 방법에서 양호한 주편을 얻기 위해 롤 표면에 거칠기를 부여하거나 코팅층을 부여하여 불균일 응고를 억제하였으며, 용탕면에 적절한 분위기 가스를 공급하여 냉각능을 제어함으로써 주편의 균열을 억제하였다. 일본 공개특허공보 특개소 60-184449에서는 4μm 이상의 거칠기를 롤 표면에 부여함으로써 균일한 응고가 이루어지게 하였으며, 일본 공개특허공보 특개소 64-83340, 64-83342 및 특개평 2-52152에서는 직경 0.1~1.2mm의 원형 또는 타원형으로 깊이 5~100μm의 요철(dimple)을 롤 표면에 형성시켜 주편의 균열을 방지하고자 하였다. 일본 공개특허공보 특개평 5-7997에서는 상기의 방법으로 요철을 형성시킨 롤 표면을 사용함에 따라 요철 부위가 30μm까지 마모되면 주편에 균열이 발생하는 등 문제가 발생하므로 쇼트 블라스트 방법으로 롤 표면을 재처리하여 롤의 수명을 연장하고자 하는 방법이다. 그리고 일본 공개특허공보 특개평 10-258339에서는 주조중 롤 표면에 쇼트볼을 분사하여 주편의 균열을 방지하고자 하는 기술이다. 특개평 7-276004 에서는 용탕면에 사용하는 분위기 가스에 따라 열유속이 변하고, 열유속이 변하게 되면 롤의 열팽창되는 정도가 달라짐에 따라 분위기 가스를 적절히 조절하여 주편의 두께를 제어하는 방법을 제시하고 있으며, 일본 공개특허공보 특개평 8-281388에서는 질소와 아르곤을 적절히 혼합하여 사용하게 되면 열유속이 변화되어 롤 크라운이 제어되므로 균일 응고에 도움이 되는 방법을 제시하고 있다.

상기의 종래 방법들은 주편의 균열 억제나 불균일 응고 방지를 위해 많은 노 력들이 행해졌으며, 실제 균열억제나 두께 제어에는 많은 효과가 있는 방법들로 인정되고 있다. 그러나 주편 양 끝단부에서의 미응고 방지에 대한 언급은 없으며, 양 끝단부의 미응고로 인해 델타페라이트의 급격한 증가로 실수율에 있어서 치명적인 결함으로 대두되고 있다. 또한 심한 경우, 벌징이나 끝단부 터짐 등으로 권취가 어려울 만큼 불안정한 주조가 야기되기도 하였다. 이러한 경우 주편 양 끝단부의 절단량이 매우 많아 실수율에 있어서 심각한 문제가 되고 있으며, 생산성이 떨어져 많은 문제를 야기하고 있는 실정이다.

한편, 주편의 폭방향의 응고 균일도를 조사하기 위해 폭방향 델타페라이트를 측정하거나 주편의 폭방향 온도분포 등을 측정한다. 도 2와 도 3에는 각각 쌍롤식 박판주조공정의 주편 델타페라이트 분포와 주편의 온도 분포를 나타내는 것으로 전형적인 에지부 미응고의 징후를 나타내고 있다.

기존 연주공정에서는 열간 압연시 크랙이나 표면흠 등이 발생하는 가장 큰 이유를 열간가공성의 저하라고 판단하며, 열간가공성이란 소재가 크랙에 견딜 수 있는 능력을 말하는 것으로 열간가공성이 저하되면 입계크랙이 발생하게 되고 열간가공성이 증가하게 되면 열간압연 시에 크랙 등이 발생하지 않게 된다. 열간가공성에 영향을 미치는 가장 큰 인자 중의 하나는 델타페라이트(delta-ferrite) 함량으로 스테인레스 304강을 제조하는데 있어서, 델타페라이트 함량이 9% 이상이 되면 열간압연시에 델타페라이트와 오스테나이트상과의 고온 강도 차이에 의해 표면크랙이 발생하게 되고 델타페라이트 함량이 6% 이하가 되면 열간압연시에 재결정 사이트가 부족하게 되어 그레인(grain)들이 조대하게 되어 표면크랙이 발생된다고 하였 다. 따라서, 현재 304강을 제조시에는 델타페라이트 함량을 6 ~ 9%로 맞춰 조업을 하고 있다.

그러나 쌍롤식 박판주조공정에서는 기존 연주공정에 비해 냉각속도가 빠르고, 응고시 약간의 열간 압연 공정이 포함되어 있으므로, 이러한 부가적인 열간압연공정이 생략되기 때문에 델타페라이트 함량을 높게 유지할 필요가 없게 되었다. 스테인레스 304강의 경우 델타페라이트는 응고시 우선적으로 생성되어 냉각되면서 변태를 거쳐 서서히 분해되어 최종 델타페라이트 함량이 존재하게 되며, 쌍롤식 박판주조 공정에서는 기존 연주보다 낮은 1~6% 정도가 유지된다.

쌍롤식 박판주조공정에서의 주편 폭방향 델타페라이트 함량을 도시해보면 도 2에서와 같이 일반적으로 주편의 양 끝단부는 미응고에 의해 델타페라이트 함량이 높고, 중심부는 낮은 분포를 나타낸다. 주편의 온도 분포 또한 도 3에서와 같이 에지부 미응고 부위에서 온도가 높아 밝게 표시됨을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 롤 표면처리 조건을 개선하여 적정한 주편형상과 양호한 품질 및 양 끝단부 미응고부의 생성을 억제하여 주편의 실수율을 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에서는 주편의 폭방향 응고 균일도를 델타페라이트의 분포와 주편 온도 분포로 표시하고, 델타페라이트 함량이 국부적으로 높거나 온도가 높은 영역에 롤 표면처리 조건을 달리함으로써 주편의 양 끝단부 또는 국부적인 미응고 현상을 억제하고, 주편의 형상을 양호하게 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 스테인레스 강의 연속주조공정에 있어서, 롤 표면에 초벌로 직경 1.0~2.5mm의 대형 쇼트 볼로 쇼트 블라스트를 한 후, 상기 대형 쇼트볼 보다 작은 소형 쇼트 볼로 추가 쇼트 블라스트를 실시하여 응고를 균일화하는 것을 특징으로 하는 주편 실수율 향상을 위한 박판 주조 공정을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 소형 쇼트볼은 상기 대형 쇼트볼의 15~85% 크기인 것을 특징으로 하는 주편 실수율 향상을 위한 박판 주조 공정을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 추가 쇼트 블라스트는 미응고가 발생하는 롤 양 끝단부 0~1/4폭에 대해서 실시하여 국부적으로 냉각능을 향상시켜 응고를 균일화하는 것을 특징으로 하는 박판주조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 추가 쇼트 블라스트는 미응고가 발생하는 롤 중심부에 대해서 실시하여 국부적으로 냉각능을 향상시켜 응고를 균일화하는 것을 특징으로 하는 박판주조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 있어 롤 표면처리 조건은 응고 균일화에 매우 중요한 요소가 되는데, 대형 쇼트 볼로 큰 딤플을 형성한 후 부분적으로 소형 쇼트 볼로 쇼트 블라스트를 적용하게 되면 국부적으로 냉각능이 향상되어 응고 균일화를 달성할 수 있다. 큰 볼에 의한 조도는 그대로 유지되면서 미세 볼에 의해 조도 산의 개수가 증가함 에 따라 응고 개시점이 늘어나는 것이므로 냉각능이 향상된 것으로 판단된다. 그 개략도를 도 4에 나타내었다. 도 4의 (a)는 큰 볼에만 의하여 형성된 표면의 형상이며, 도 4의 (b)는 큰 볼과 미세 볼에 의하여 형성된 표면의 형상이다. 상대적으로 적용하는 볼 크기의 차이가 클수록 냉각능 향상 효과가 크게 나타나며, 냉각능이 향상됨으로 생산성 향상에도 도움이 된다.

[실시예 1]

주조두께는 2~4mm, 강종은 스테인레스 304이며, 롤 직경은 1,250mm, 폭은 1,300mm로 주조하였다. 사용한 롤은 동재질로 구성되고 표면에 니켈로 도금되었으며, 내부는 수냉식으로 냉각된다. 용강량은 10톤이며, 용강 풀 높이는 400~500mm로 일정하게 유지하도록 제어하였다. 주조시험시 압하력은 10톤 이하로 제어하였으며, 분위기 가스는 질소를 사용하였고, 분위기 중의 산소 농도는 최소가 되도록 메니스커스 쉴드로 차폐시켰다. 또한 롤 표면에는 균일 응고를 조장하기 위해 쇼트 블라스트 방법으로 조도를 균일하게 부여하였으며, Ra 10 μm 이상이 되도록 하였다.

쇼트 블라스트는 강철 볼을 사용하였는데, 직경 1.0~2.5mm, 7bar 이상의 압력으로 투사하여 조도가 Ra 10μm 이상을 확보하고, 부가적으로 미세 쇼트 볼로 쇼트 블라스트를 적용하였는데, 동일한 조건에서 직경을 0.1~2.0mm 볼을 사용하여 시험하였다.

도 5에는 미세쇼트 볼의 크기에 따라 주조속도가 변화함을 나타내고 있는데, 일차 쇼트 블라스트용 쇼트 볼은 2.0mm 직경을 사용하였고, 부가적으로 미세 쇼트볼을 그 위에 투사하여 추가 쇼트 블라스트한 경우 미세 쇼트볼의 크기에 따라 냉 각능의 향상효과를 나타내고 있다. 미세쇼트볼의 직경이 0.3mm 보다 작을 경우 냉각능 효과가 미미하였으며, 1.7mm 이상의 크기에서도 효과가 뚜렷하지 않았다. 따라서 미세쇼트볼에 의한 냉각능 향상은 2.0mm 쇼트볼을 일차로 사용한 경우, 미세쇼트볼 직경은 0.3~1.7mm 사이가 양호함을 알 수 있다. 즉 일차 대형 쇼트 볼의 크기에 비해 15~85% 범위의 미세 쇼트볼을 적용하는 경우 냉각능 향상 효과가 나타났으며, 미응고 정도에 따라 미세 쇼트볼의 크기를 선택하여 사용하면 된다.

[실시예 2]

주조두께는 2~4mm, 강종은 스테인레스 304이며, 롤 직경은 1,250mm, 폭은 1,300mm로 주조하였다. 사용한 롤은 동재질로 구성되고 표면에 니켈로 도금되었으며, 내부는 수냉식으로 냉각된다. 용강량은 10톤이며, 용강 풀 높이는 400~500mm로 일정하게 유지하도록 제어하였다. 주조시험시 압하력은 10톤 이하로 제어하였으며, 분위기 가스는 질소를 사용하였고, 분위기 중의 산소 농도는 최소가 되도록 메니스커스 쉴드로 차폐시켰다. 또한 롤 표면에는 균일 응고를 조장하기 위해 쇼트 블라스트 방법으로 조도를 균일하게 부여하였으며, Ra 10μm 이상이 되도록 하였다.

쇼트 블라스트는 강철 볼을 사용하였는데, 직경 1.0~2.5mm, 7bar 이상의 압력으로 투사하여 조도가 Ra 10μm 이상을 확보하고, 부가적으로 미세 쇼트 볼로 쇼트 블라스트를 적용하였는데, 동일한 조건에서 직경을 0.1~2.0mm 볼을 사용하여 시험하였다.

도 6은 롤 중심부에 미세 쇼트볼로 쇼트 블라스트를 실시한 결과이다.

여기에서 ■는 롤 중심부 폭 700mm 부위에 1차 쇼트볼은 2.0mm, 미세 쇼트볼 은 1.2mm로 쇼트 블라스트를 실시한 결과이며, 비교를 위한 ▲는 롤 크라운 230μm의 롤 전폭에 2.0mm의 균일 쇼트볼을 적용한 결과이다.

국부적으로 중심부에만 적용한 결과 델타페라이트 분포가 'W' 에서 'U' 모양으로 변함을 알았다. 중심부 700mm 부위의 델타페라이트가 급격하게 감소함을 알 수 있는데, 이는 중심부의 냉각능이 향상되었다는 것을 의미한다. 특히 중심부위의 미세 쇼트볼 효과는 에지부에 비해 매우 두드러지게 나타났다.

양 에지부위에 미응고가 심한 경우 양 에지부에 국부적으로 미세 쇼트볼을 적용할 수 있는데, 그 적용 결과를 도 7에 나타내었다.

○는 양 에지부 250mm 구간에 국부적으로 1.2mm의 미세볼을 적용한 결과이며, 비교를 위하여 ◆는 롤 크라운 180μm의 롤에 전폭 균일 조도를 적용한 결과이다.

미세볼 적용전에는 주편 델타페라이트 분포가 ‘U' 모양의 형상을 나타내었으나 미세 쇼트볼을 롤 양 끝단부 250mm 부위에 쇼트 블라스트를 적용한 결과 델타페라이트 분포가 'U' 모양에서 'W' 모양으로 변함을 알았다. 이러한 원인은 롤 양 끝단부에 적용된 미세 쇼트볼의 영향으로 중싱부에 비해 상대적으로 냉각능이 향상되어 델타페라이트의 분포가 역전된 것으로 판단된다. 이때 에지부의 미응고 영역이 감소하고, 주편의 형상이 양호해짐을 알 수 있었다.

주편의 델타페라이트 분포가 'W' 형인 경우에는 중심부에서는 롤 갭 효과가 지배적으로 나타나고, 또한 양 끝단 부위에는 근본적인 들뜸이 존재하고, 결국 1/4 폭 부위에서 응고가 촉진되거나 롤 갭 효과가 나타나 델타페라이트 분포는 'W' 형 상으로 나타난다. 이때 1/4 폭 부위에서 과응고가 일어나면서 응고쉘과 롤이 고착되며, 응고수축에 의해 응력이 발생하게 되면 양 끝단 부위는 변형에 쉽게 적응하게 되나 폭 중앙부 미응고 부위는 1/4 폭 부위의 응고쉘 고착에 의해 응고 수축이나 외부요인 등에 의해 주편 균열의 발생이 'U' 형상에 비해 훨씬 용이하게 일어날 수 있게 된다.

이런 형상이 심한 경우 중심부에서 미응고가 발생하여 균열이 생기거나 벌징이 생겨 문제가 발생할 수 있는데, 미세 쇼트볼을 미응고가 발생한 중심부위에 적용하면 중심부의 들뜸부위의 주편이 냉각능 향상으로 치유가 된다. 도 8에 실시예를 도시하였는데, 중심부의 미응고 현상이 억제됨을 알 수 있었다.

도 8에서는 ■는 에지부(200mm)와 중심부(300mm)에 미세 쇼트볼을 적용한 결과이며, 비교를 위하여 △는 롤 크라운 180μm의 롤에 2.0mm의 쇼트볼로 전폭균일 조도를 적용한 결과이다.

미세쇼트볼에 의한 국부적인 냉각능 향상 시험에 의해 주편의 폭방향 응고를 균일하게 제어할 수 있었으며, 주편 끝단부의 미응고 방지뿐만 아니라 중심부 주편 균열 방지에 이르기 까지 주편의 품질 향상에 크게 이바지 할 수 있게 되었다.

본 발명은 주편의 응고 균일도를 향상시키는 것이 목적이며, 이를 위해 주편의 폭방향 델타페라이트 분포나 주편의 온도 분포를 제어하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 주편의 롤 표면처리를 제어해주는 것이 바람직한데, 기존의 큰 직경의 쇼트볼로 조도를 형성한 상태에서 미세한 쇼트볼로 이중으로 표면처리를 하게 되면 냉각능이 향상됨을 연구결과 알 수 있었다. 미응고가 발생한 부위에 국부적으로 적 용하여 주편 폭방향의 응고를 균일하게 제어할 수 있었으며, 주편의 형상과 주편의 폭방향 델타페라이트 분포를 균일하게 하고, 주편의 균열도 억제하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 발명은 롤 표면에 적정한 거칠기를 부여함으로써 주편의 균열을 방지하고, 또한 주편 양 끝단부 미응고를 억제함으로써 주편의 품질 향상뿐만 아니라 실수율 향상에도 획기적인 도움이 되므로 생산성이 양호한 장점이 있다.

Claims (4)

1. 스테인레스 강의 연속주조공정에 있어서, 롤 표면에 초벌로 직경 1.0~2.5mm 의 대형 쇼트 볼로 쇼트 블라스트를 한 후, 상기 대형 쇼트볼의 15~85% 크기인 소형 쇼트 볼로 추가 쇼트 블라스트를 실시하여 응고를 균일화하되,

   상기 추가 쇼트 블라스트는 미응고가 발생하는 롤 양 끝단부 0~1/4폭 또는 롤 중심부에 대해서 실시하여 국부적으로 냉각능을 향상시켜 응고를 균일화하는 것을 특징으로 하는 주편 실수율 향상을 위한 박판 주조 공정.
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