KR101238891B1 - 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치 - Google Patents

Abstract

트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치가 개시된다. 개시된 트윈롤 주소 시스템용 노즐 장치는, 한 쌍의 주조 롤 사이로 용탕을 공급하여 금속 박판을 주조하기 위한 것으로서, 금속 소재로 이루어지며 용탕의 주입 경로를 형성하는 메인 바디와, 메인 바디에 결합되며 용탕의 배출 통로를 형성하고 주조 롤 사이에 근접하는 세라믹 소재의 팁 바디를 포함하여 이루어진다.

Description

트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치 {NOZZLE DEVICE FOR TWIN ROLL CASTER}

본 발명의 예시적인 실시예는 트윈롤 주조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한 쌍의 주조 롤 사이로 용탕을 공급할 수 있는 노즐 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 경금속 합금인 알루미늄 합금 혹은 마그네슘 합금 부품은 주로 다이캐스팅에 의해 제조되고 있으나, 최근 빌렛 및 판재의 연속 주조 기술에 대한 관심도가 높아지고 있으며 가공재에 대한 수요도 점차 증가하고 있다.

특히, 마그네슘의 연속 주조에 실용화 연구가 수행중인 기술로서 스트립 캐스팅 주조법인 트윈롤 주조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

상기와 같은 트윈롤 주조법은 회전하는 한 쌍의 주조 롤 사이에 용탕을 공급하여 소정 두께의 박판을 주조할 수 있는 구조로 이루어진다.

이러한 트윈롤 주조법은 용탕으로부터 얇은 두께의 박판을 생산함으로써 제조 원가, 설비 투자 비용, 에너지 사용량, 그리고 공해 가스 배출량 등을 획기적으로 저감할 수 있는 새로운 주조 공정 프로세스이다.

여기서, 용탕은 노즐에 의해 주조 롤 사이로 공급되는데, 그 노즐의 끝 부분으로서 주조 롤 사이에 근접하며 용탕이 배출되는 부위를 노즐 팁이라고 정의할 수 있다.

종래 기술에서는 상기 노즐로서 세라믹 재질의 노즐을 사용하고 있다. 이러한 세라믹 재질의 노즐은 내식성과 단열성이 우수하기 때문에 용탕의 열을 빼앗기지 않고 주조 롤 사이로 용탕을 지속적으로 공급할 수 있다.

그러나, 세라믹 노즐을 사용하는 종래 기술에서는 주조 롤과 근접한 팁 부분의 두께가 불 균일하여 셋백 설정이 항상 바뀌게 되고, 초기에 노즐 전체의 가열이 쉽지 않기 때문에 초기 공급 용탕 온도의 불균일을 초래하며, 일회용으로 매번 주조 작업마다 새로운 노즐을 장착해야 하고, 충격에 의한 파손이 발생할 수 있다.

한편, 최근에는 세라믹 노즐을 대체할 수 있는 금속 소재의 노즐을 사용하고 있으며, 이러한 금속 노즐은 일 예로서 노즐의 표면에 열선이 설치된 구조로 이루어질 수 있다.

그런데, 금속 노즐을 사용하는 종래 기술에서는 팁 부분까지 열선을 설치할 수 없기 때문에 용탕이 국부적으로 응고되며 유동성이 저하됨으로써 판재가 형성되지 않을 수 있으며, 주조 롤과의 마찰 시 주조 롤의 마모가 발생할 수 있다.

또한, 종래 기술에서는 금속 노즐의 반복 사용에 따라 팁 부분의 열 변형량이 증가하게 됨으로써 실제적으로는 많은 횟수의 사용이 어려워 대부분의 트윈롤 주조 시스템에서는 노즐로서 세라믹 노즐을 사용하고 있는 실정이다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 고온의 용탕에 대한 내식성과 단열성이 우수하고 기계적 강도를 확보할 수 있도록 한 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치는, 한 쌍의 주조 롤 사이로 용탕을 공급하여 금속 박판을 주조하기 위한 것으로서, 금속 소재로 이루어지며 용탕의 주입 경로를 형성하는 메인 바디와, 상기 메인 바디에 결합되며 용탕의 배출 통로를 형성하고 상기 주조 롤 사이에 근접하는 세라믹 소재의 팁 바디를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치는, 상기 메인 바디에 구성되며 상기 메인 바디와 팁 바디를 일체로 결합하기 위한 체결유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 팁 바디는 상기 메인 바디의 용탕 주입 경로에 일부 삽입되며 상기 체결유닛에 의해 메인 바디와 일체로 결합될 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 체결유닛은 상기 팁 바디의 삽입 부위 양측면에 대응하여 상기 메인 바디의 양측면에 나사 결합 결합되며 상기 팁 바디의 양측면을 탄성 지지할 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 조정 노브는 상기 메인 바디의 양측면에 나사 결합되는 로드부재의 중간에 스프링이 연결된 것일 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 로드부재의 일측 단부에는 상기 팁 바디의 양측면을 지지하는 지지판이 설치될 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 팁 바디의 양측면과 상기 지지판 사이에는 패드부재가 설치될 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 로드부재의 다른 일측 단부에는 손잡이부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 메인 바디에는 전원을 인가받아 열을 발생시키는 열선이 설치될 수 있다.

또한, 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 있어서, 상기 팁 바디는 알루미나 및 실리카로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치에 의하면, 금속 소재로 이루어진 메인 바디에 세라믹 소재로 이루어진 노즐 팁으로서의 팁 바디를 결합 및 분리 가능하게 구성할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 종래 기술의 금속 노즐과 같이 팁 부분에서 용탕이 국부적으로 응고되는 등의 유동성 저하를 막을 수 있고, 팁 부분에서의 열 변형량을 줄일 수 있으며, 주조 롤과의 마찰에 따른 주조 롤의 마모 발생을 줄일 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 종래 기술의 세라믹 노즐과 달리, 팁 바디 만을 세라믹 소재로서 가공하게 되므로 치수 안정성을 도모할 수 있고, 일회만 사용하더라도 팁 바디 만을 교환할 수 있으므로 제조 비용을 크게 줄일 수 있으며, 주조 롤과의 충격 및 열변형을 최소화 할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면 구성도이다.
도 3은 도 1의 B-B선에 따른 단면 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 노즐 장치(100)는 한 쌍의 주조 롤(1: 이하 도 2 참조) 사이로 용탕을 공급하고, 주조 롤(1)을 반대 방향으로 회전시키면서 금속 판재를 주조하는 트윈롤 스트립 캐스팅 방식의 트윈롤 주조 시스템에 적용될 수 있다.

즉, 상기 트윈롤 주조 시스템은 본 실시예에 의한 노즐 장치(100)를 통하여 용탕을 주조 롤(1) 사이로 용탕을 공급하고, 주조 롤(1)을 회전시키면서 별도 냉각되는 주조 롤(1)과 용탕의 접촉을 통해 용탕을 급속 응고시켜 스트립을 제조하게 된다.

여기서, 상기 트윈롤 주조 시스템은 금속 판재의 연속 주조 기술로서 다양한 경금속 합금, 예를 들면 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금 판재를 제조할 수 있다.

본 실시예에 의한 상기 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치(100)는 주조 롤(1) 사이로 용탕을 공급(분사)하기 위한 것으로서, 고온의 용탕에 대한 내식성과 단열성이 우수하고 기계적 강도를 확보할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치(100)는 기본적으로, 메인 바디(10), 팁 바디(30), 체결유닛(50)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면 구성도이고, 도 3은 도 1의 B-B선에 따른 단면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에서 메인 바디(10)는 노즐 장치(100)의 본체로서 구비되는 바, 금속 소재로 이루어지며, 용탕이 주입될 수 있는 용탕 주입 경로(11)를 형성하고 있다.

상기 메인 바디(10)는 상부 플레이트(13), 하부 플레이트(15), 및 상하부 플레이트(13, 15) 사이에서 측면을 이루는 한 쌍의 측판(17)으로 이루어지며, 상하부 플레이트(13, 15) 사이에 양단이 개방된 용탕 주입 경로(11)를 형성하고 있다.

여기서, 상기 상하부 플레이트(13, 15)의 표면에는 메인 바디(10)에 열을 제공하기 위한 열선(19)이 설치된다. 상기 열선(19)은 전원을 인가받아 전기적인 저항으로서 열을 발생시킬 수 있다.

그리고, 상기 상하부 플레이트(13, 15)에는 열선(19)은 물론 그 열원(19)의 열량을 보호하기 위해 금속 판재로 된 덮개(도면에 도시되지 않음)가 설치될 수도 있다.

이와 같이 메인 바디(10)에 열선(19)을 통하여 열을 제공하는 이유는 용탕이 응고가 되지 않고 유동성을 유지할 수 있도록 하기 위함이다.

이 경우, 상기 메인 바디(10)는 열팽창이 적은 열간금형용강(JIS 규격의 SKD61)으로서 고온에서 안정한 스틸재 혹은 수퍼합금(super-alloy)과 같이 700℃ 이상의 고온에서 안정한 금속 소재로 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 메인 바디(10)가 금속 소재로 이루어지고 열선(19)을 통해 열을 제공받을 수 있기 때문에, 초기에 노즐 자체의 가열이 쉽고, 용탕 주입 경로(11)로 주입되는 용탕의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 팁 바디(30)는 전체 노즐 장치(100)에 있어 주조 롤(1) 사이에 근접하는 노즐 팁(tip) 부분으로서, 메인 바디(10)에 끼워지며 결합되고 그 메인 바디(10)에 착탈 가능하게 구비된다.

상기 팁 바디(30)는 뒤에서 더욱 설명될 체결유닛(50)을 통해 메인 바디(10)에 결합되는 바, 그 메인 바디(10)의 용탕 주입 경로(11)와 연결되는 용탕 배출 통로(31)를 형성하고 있다.

이러한 팁 바디(30) 또한 메인 바디(10)와 같이 상하면 및 측면으로 이루어지는 바, 상부 플레이트(33), 하부 플레이트(35), 및 상하부 플레이트(33, 35) 사이에서 측면을 이루는 한 쌍의 측판(37)으로 이루어지며, 주조 롤(1) 사이에 근접하게 위치하도록 상하부 플레이트(33, 35)가 소정 구배의 곡률을 지닌다.

즉, 상기 팁 바디(30)는 상하부 플레이트(33, 35) 사이에 양단이 개방된 용탕 배출 통로(31)를 형성하며 메인 바디(10)의 용탕 주입 경로(11)에 일부 삽입되고, 체결유닛(50)에 의해 메인 바디(10)와 일체로 결합될 수 있다.

여기서, 상기 팁 바디(30)는 내식성과 단열성이 우수하고 기계적 강도가 높은 세라믹 소재로서 이루어진다. 예를 들면, 상기 팁 바디(30)는 알루미나(Al₂O₃)와 실리카(SiO₂) 등의 혼합 소재로서 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 체결유닛(50)은 열팽창 특성이 다른 이종 재질의 메인 바디(10)와 팁 바디(30)를 일체로 결합하기 위한 것으로서, 메인 바디(10)에 구성될 수 있다.

이러한 체결유닛(50)은 도 1 및 도 3에서와 같이, 메인 바디(10)에 대한 팁 바디(30)의 삽입 부위 양측면에 대응하여 그 메인 바디(10)의 양측면에 나사 결합 결합되면서 팁 바디(30)의 양측면을 탄성 지지하는 조정 노브(51)를 포함하고 있다.

상기 조정 노브(51)는 본 실시예에서 메인 바디(10)의 양측면에 나사 결합되는 로드부재(53)의 중간에 스프링(55)이 연결된 구조로 이루어진다.

이 경우, 상기 팁 바디(30)의 양측면에 대응하는 로드부재(53)의 일측 단부에는 그 팁 바디(30)의 양측면을 지지하는 지지판(57)이 연결되게 설치된다.

상기 지지판(57)은 로드부재(53)와 일체로 연결되지 않고 그 로드부재(53)의 일측 단부가 회전 가능하게 연결될 수 있다.

그리고, 상기 지지판(57)과 팁 바디(30)의 양측면 사이에는 열저항성이 높은 패드부재(59)가 설치되는 바, 이 패드부재(59)는 팁 바디(30)의 양측면과 지지판(57) 사이의 틈새를 밀봉하는 실링 패드로서 이루어진다.

한편, 상기 메인 바디(10)의 양측면에 위치하는 로드부재(53)의 다른 일측 단부에는 그 로드부재(53)를 회전시키기 위한 손잡이부(54)가 일체로 형성되어 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치(100)에 의하면, 금속 소재로 이루어진 메인 바디(10)에 세라믹 소재로 이루어진 노즐 팁으로서의 팁 바디(30)를 삽입 결합하고, 체결유닛(50)을 통하여 메인 바디(10)와 팁 바디(30)를 일체로 체결할 수 있다.

이로써, 본 실시예에서는 메인 바디(10)의 용탑 주입 경로(11)로 용탕이 주입되고, 팁 바디(30)의 용탕 배출 통로(31)를 통해 용탕이 배출되면서 주조 롤(1) 사이로 공급될 수 있다.

상기에서, 체결유닛(50)의 조정 노브(51)는 메인 바디(10)의 양측면에 나사 결합되는 로드부재(53)의 스프링(55)으로서 지지판(57)을 가압하며 팁 바디(30)의 양측면을 탄성 지지하고 있다. 그리고, 패드부재(59)는 팁 바디(30)의 양측면과 지지판(57) 사이를 실링하고 있다.

이와 같은 상태에서, 전체 노즐 장치(100)에 대하여 온도가 상승하게 되면, 세라믹 소재의 팁 바디(30)는 열 팽창이 거의 없으나 금속 소재의 메인 바디(10)는 팽창할 수 있다.

상기와 같이 메인 바디(10)가 열 팽창하는 경우, 본 실시예에서는 지지판(57)이 스프링(55)의 탄성력에 의해 팁 바디(30)의 양측면을 지속적으로 가압하고 있으므로, 메인 바디(10)가 측면 방향으로 팽창하더라도 지지판(57)이 메인 바디(10)와 팁 바디(30) 사이로 용탕이 새어나오지 않게 된다.

한편, 상기에서와 같은 작용으로서 용탕의 트윈롤 주조가 완료되면, 본 실시예에서는 조정 노브(51)를 회전시켜 메인 바디(10)에 대한 팁 바디(30)의 체결력을 해제함으로써 팁 바디(30)를 메인 바디(10)로부터 분리해 낼 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치(100)에 의하면, 금속 소재로 이루어진 메인 바디(10)에 세라믹 소재로 이루어진 노즐 팁으로서의 팁 바디(30)를 결합 및 분리 가능하게 구성할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 종래 기술의 금속 노즐과 같이 팁 부분에서 용탕이 국부적으로 응고되는 등의 유동성 저하를 막을 수 있고, 팁 부분에서의 열 변형량을 줄일 수 있으며, 주조 롤과의 마찰에 따른 주조 롤의 마모 발생을 줄일 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 종래 기술의 세라믹 노즐과 달리, 팁 바디(30) 만을 세라믹 소재로서 가공하게 되므로 치수 안정성을 도모할 수 있고, 일회만 사용하더라도 팁 바디(30) 만을 교환할 수 있으므로 제조 비용을 크게 줄일 수 있으며, 주조 롤과의 충격 및 열변형을 최소화 할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1... 주조 롤 10... 메인 바디
11... 용탕 주입 경로 13, 33... 상부 플레이트
15, 35... 하부 플레이트 17, 37... 측판
19... 열선 30... 팁 바디
31... 용탕 배출 통로 50... 체결유닛
51... 조정 노브 53... 로드부재
54... 손잡이부 55... 스프링
57... 지지판 59... 패드부재

Claims (10)

1. 한 쌍의 주조 롤 사이로 용탕을 공급하여 금속 박판을 주조하기 위한 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치로서,
   금속 소재로 이루어지며 용탕의 주입 경로를 형성하는 메인 바디;
   상기 메인 바디에 결합되며 용탕의 배출 통로를 형성하고 상기 주조 롤 사이에 근접하는 세라믹 소재의 팁 바디; 및
   상기 메인 바디에 구성되며 상기 메인 바디와 팁 바디를 일체로 결합하기 위한 체결유닛을 포함하며,
   상기 팁 바디는 상기 메인 바디의 용탕 주입 경로에 일부 삽입되며 상기 체결유닛에 의해 메인 바디와 일체로 결합되고,
   상기 체결유닛은 상기 팁 바디의 삽입 부위 양측면에 대응하여 상기 메인 바디의 양측면에 나사 결합되며 상기 팁 바디의 양측면을 탄성 지지하는 조정 노브를 포함하는 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 조정 노브는,
   상기 메인 바디의 양측면에 나사 결합되는 로드부재의 중간에 스프링이 연결된 것인 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 로드부재의 일측 단부에는 상기 팁 바디의 양측면을 지지하는 지지판이 설치되는 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 팁 바디의 양측면과 상기 지지판 사이에는 패드부재가 설치되는 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 로드부재의 다른 일측 단부에는 손잡이부가 형성되는 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 메인 바디에는 전원을 인가받아 열을 발생시키는 열선이 설치되는 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 팁 바디는 알루미나 및 실리카로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 트윈롤 주조 시스템용 노즐 장치.

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