KR101243253B1 - 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디쉬의 침지노즐로부터 주입된 용강으로부터 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 주조롤의 표면에 딤플이 형성되되, 상기 주조롤의 에지로부터 주조롤 폭방향으로 10mm 지점까지 형성된 에지부 딤플이 나머지 부분에 형성된 주딤플보다 조도값이 더 큰 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤을 제공한다.
본 발명에 의하면, 롤닙 부근의 압착 유동(squeezing flow)으로 용강이 압출(squeezing out)되면서 에지댐의 씰플레이트에 발생되는 국부적인 홈의 발생을 방지하여 박판 에지부의 형상을 양호하게 만들고, 이로 인하여 상기 홈을 제거하기 위해 부여했던 에지댐의 과도한 마모량을 감소시켜 주조량을 증대시켜 생산성을 향상시키고, 에지댐의 수명을 연장시킬 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

Description

쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤{CASTING ROLL OF TWIN ROLL STRIP CASTER}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤에 관한 것으로, 보다 상세하게는 턴디쉬의 침지노즐로부터 주입된 용강으로부터 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치에 사용되고, 표면에 딤플이 가공 형성되어 있는 주조롤에 관한 것이다.

일반적인 쌍롤식 박판 주조 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(3)의 침지노즐(4)을 통해 반대방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤(1,1')과 상기 주조롤의 측면에 부착된 에지댐(2)으로 형성되는 공간인 롤섬프(8)에 용강을 공급하여 용강풀을 형성한 후 한쌍의 주조롤(1,1')을 회전시키면서 수냉되는 주조롤과 용강의 접촉을 통해 주조롤 내부로의 열유출(heat flux)에 의해 용강을 급속응고시켜 주편(7)을 제조한다.

쌍롤식 박판 주조 장치의 측면을 형성하는 에지댐(2)은 회전하는 주조롤(1,1')에 접촉하면서 내화물인 씰플레이트의 마모가 이루어지기 때문에 연주 효율을 증가시키려면 마모되는 두께를 고려하여 상기 씰플레이트를 두껍게 제작하여야 한다. 다만, 내화물인 씰플레이트는 고가이기 때문에 최소한의 두께를 마모시키면서 장기간동안 연속적으로 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그런데, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 스테인리스 강종을 쌍롤식 박판 주조 장치에 의해 주조시, 주조롤의 에지부의 응고능이 양호할 경우 압착 유동(squeezing flow)으로 인해 용강이 압출(squeezing out)되면서 용강의 힘이 커지게 되고, 상기 씰플레이트를 마모시키는 힘이 증가하게 되며, 그 결과로서 압출되는 반응고 용강에 의해 상기 씰플레이트가 국부적으로 마모되어 홈이 발생하게 된다.

이러한 홈은 주편의 에지부 형상을 불규칙하게 만들고, 후 공정에서 압연될 때 압입되어 박판의 표면에 압입흠을 발생시켜 제품의 불량을 야기시킨다.

물론, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 에지댐의 씰플레이트의 마모량을 증가시키도록 제어할 수 있으나, 고가의 씰플레이트를 조기에 마모시키게 되어 생산비용이 많이 소요되고, 동일한 씰플레이트를 사용하여 주조할 수 있는 양이 감소되어 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에 의하면, 용강이 압출되면서 에지댐의 씰플레이트에 발생되는 국부적인 홈의 발생을 방지하여 박판 에지부의 형상을 양호하게 만들고, 이로 인하여 상기 홈을 제거하기 위해 부여했던 에지댐의 과도한 마모량을 감소시켜 주조량을 증대시켜 생산성을 향상시키고, 에지댐의 수명을 연장시킬 수 있어 비용 절감이 가능한 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 턴디쉬의 침지노즐로부터 주입된 용강으로부터 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤에 있어서, 상기 주조롤의 표면에 딤플이 형성되되, 상기 주조롤의 에지로부터 주조롤 폭방향으로 10mm 지점까지 형성된 에지부 딤플이 나머지 부분에 형성된 주딤플보다 조도값이 더 큰 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤을 제공한다.

이때, 상기 에지부 딤플이 상기 주딤플보다 조도값이 Ra 5 ~ 30㎛ 더 큰 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 에지부 딤플은 상기 주조롤의 에지로부터 주조롤 폭방향으로 2~10mm 지점까지 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 딤플은 쇼트 블라스트 방법에 의해 가공된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 롤닙 부근의 압착 유동으로 용강이 압출되면서 에지댐의 씰플레이트에 발생되는 국부적인 홈의 발생을 방지하여 박판 에지부의 형상을 양호하게 만들고, 이로 인하여 상기 홈을 제거하기 위해 부여했던 에지댐의 과도한 마모량을 감소시켜 주조량을 증대시켜 생산성을 향상시키고, 에지댐의 수명을 연장시킬 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조 장치의 개략도.
도 2는 에지댐의 구조를 나타낸 개략도.
도 3은 에지댐의 중·상부에 씰플레이트의 홈 발생을 나타낸 모식도.
도 4는 에지댐의 하부에 씰플레이트의 홈 발생을 나타낸 모식도.
도 5는 쇼트 블라스팅 방법에 의한 스토캐스틱(stochastic) 표면 구조도(a)와 결정적(deterministic) 표면구조의 일반 형상도(b).
도 6은 발명예와 비교예의 실시에 따른 응고쉘과 홈 발생의 상태를 나타낸 개략도.
도 7은 발명예와 비교예의 박판 에지부의 사진.

이하, 본 발명의 구성에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤은 롤닙 부근의 압착 유동(squeezing flow)으로 용강이 압출(squeezing out)되면서 에지댐의 씰플레이트에 발생되는 국부적인 홈의 발생을 방지하여 박판 에지부의 형상을 양호하게 만들고, 이로 인하여 상기 홈을 제거하기 위해 부여했던 에지댐의 과도한 마모량을 감소시키는 것을 그 특징으로 한다.

보통, 쌍롤식 박판 주조 장치에 의해 제조된 주편(7)은 2 ~ 6 mm 정도로 얇은 주편이기 때문에 초기에 형성된 응고쉘은 주편의 표면 성상에 큰 영향을 미친다. 즉, 용강과 주조롤이 접촉되는 시간이 매우 짧기 때문에 응고쉘의 두께가 불균일하게 되어 주편의 표면에 균열이나 겹침흠 등 결함이 발생하게 되며, 이로 인해 후속되는 압연 공정에 나쁜 영향을 미치고, 최종 제품의 표면 광택이 저하되어 제품 가치가 떨어지게 된다.

따라서, 쌍롤식 박판 주조 공정에서는 주편 표면의 균열 등의 결함을 제거하기 위하여 주편의 열응력을 효과적으로 분산시킬수 있도록 다양한 방법에 의해 주조롤의 표면에 딤플(凹, dimple)을 가공하는 주조롤의 표면처리가 필수적인데, 이러한 딤플 형성에 의하여 냉각롤과 응고쉘과의 사이에 단열층인 개스갭(gas gap)을 형성하여 냉각롤의 췌열량(heat extraction)을 작게 하여 응고쉘의 완만한 냉각을 유도함과 동시에 딤플의 테두리부에서부터 응고가 시작되도록 하여 응고쉘의 두께를 균일하게 하는 것이다.

다만, 상기 딤플의 크기가 큰 경우에는 작은 경우보다 열전달의 통로가 줄어들게 되어 용강의 응고 속도가 감소되고, 상기 딤플의 크기가 작은 경우에는 큰 경우보다 단위 면적당 응고 포인트가 증가하게 되어 용강의 응고 속도가 증가하게 되는 바, 본 발명에서는 주조롤의 에지부의 응고능이 양호함으로 인하여 주조시 용강이 압출(squeezing out)되면서 용강의 힘이 커지게 되어 씰플레이트가 마모되어 형성된 홈의 발생을 방지하기 위하여, 도 6(가)에 도시된 바와 같이, 주조롤의 에지로부터 주조롤 폭방향으로 10mm 지점까지 형성된 에지부 딤플(a)의 조도값을 주조롤의 나머지 부분에 형성된 주딤플(b)의 조도값보다 더 크게 가공하여 단위 면적당 응고 포인트를 감소시켜 에지댐과 접하는 에지부의 응고쉘의 두께를 인접하는 부분의 응고쉘의 두께보다 얇게 형성토록 한다.

이로 인하여, 에지댐의 상부에서는 응고쉘의 두께가 얇아져서 강성이 감소되어 씰플레이트에 홈의 발생이 줄어들게 되고, 에지댐의 하부에서는 반응고 용강의 갭이 증가하여 반응고 용강의 압출 압력이 감소하게 되므로 씰플레이트에 홈의 발생이 줄어들게 되는 것이다.

이때, 딤플의 형성은 쇼트 블라스트 방법에 의해 가공하는 것이 바람직한 바, 도 5에 도시된 바와 같이, 쇼트 블라스트 방법은 비교적 직경이 크고 깊은 딤플을 스토캐스틱 구조(stochastic structure)를 갖도록 하는데 유리하고, 상대적으로 크기가 딤플보다는 크기가 큰 딤플을 가공, 형성하는데 레이저 보다 더 적합하다.

이때, 상기 에지부 딤플(a)은 상기 주조롤의 에지로부터 주조롤 폭방향으로 2~10mm 지점까지 형성되어 있는 것이 바람직한데, 2mm 미만이면 쇼트 블라스팅 방법을 사용하여 주조롤의 모서리 부분에 완전한 형상을 가진 딤플의 형성이 어려운 문제가 있고, 10mm를 초과하면 나중에 트리밍되는 부분을 제외한 나머지 박판의 형상에도 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않기 때문이다.

또한, 상기 에지부 딤플(a)은 상기 주딤플(b)보다 조도값이 Ra 5 ~ 30㎛ 더 큰 것이 바람직한 바, 상기 에지부 딤플(a)과 상기 주딤플(b)의 차이가 5㎛ 미만이면 단위 면적당 응고 포인트의 감소 효과를 기대할 수 없고, 그 차이가 30㎛을 초과하면 후속 공정에서 압연을 하더라도 딤플의 형상이 남게 되어 표면 광택이 불량해 지고, 스테인리스강의 내식성이 저하되기 때문이다.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

사용된 주조롤의 직경은 1,400mm이고, 폭이 1,350mm이며, 동재질로 구성되고, 표면은 니켈로 도금되었으며, 내부는 수냉식으로 냉각된다. 그리고, 강철볼을 사용한 쇼트 블라스트 방법에 의해 주조롤의 표면에 조도를 부여하였고, 그 구체적인 조건은 아래의 표 1에 나타난 바와 같다.

또한, 강종은 STS 304이고, 3.5mm 두께로 100톤을 주조하였다.

[표 1]

표 1에 나타난 바와 같이, 주조롤에 형성된 딤플의 조도값이 동일하거나 그 차이가 Ra 5㎛ 미만인 비교예1 및 2의 경우에는, 도 6(나)에 도시된 바와 같이, 단위 면적당 응고 포인트 감소 효과가 크지 않아 씰플레이트 마모량에 큰 변화가 없었고, 도 7(나)의 사진처럼 주조재의 에지부에 에지핀이 발생하여 에지 품질이 불량하였다.

반면에 에지부 딤플의 조도값이 주딤플의 조도값보다 Ra 5~30㎛ 더 큰 경우에는 도 6(가)에 도시된 바와 같이, 에지댐과 접하는 에지부의 응고쉘 두께가 인접하는 부분의 응고쉘 두께보다 얇게 형성되어 반응고 용강의 압출 압력이 감소하게 되므로 씰플레이트의 홈의 발생이 감소하게 되며, 도 7(가)의 사진처럼 주조재의 에지부의 품질이 양호함을 확인할 수 있었다.

결국, 본 발명은 용강이 압출되면서 에지댐의 씰플레이트에 발생되는 국부적인 홈의 발생을 방지하여 박판 에지부의 형상을 양호하게 만들고, 이로 인하여 상기 홈을 제거하기 위해 부여했던 에지댐의 과도한 마모량을 감소시켜 주조량을 크게 증대시킬 수 있는 것이다.

100. 쌍롤식 박판 주조 장치
1,1'. 주조롤 2. 에지댐
3. 턴디쉬 4. 침지노즐
5. 메니스커스 쉴드 6. 브러쉬롤
7. 주편 8. 롤섬프(rollsump)
9. 용강 11. 응고쉘
12. 반응고 용강 21. 베이스 플레이트
22. 씰플레이트(seal plate) 23. 홈

Claims (4)

1. 턴디쉬의 침지노즐로부터 주입된 용강으로부터 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤에 있어서,
   상기 주조롤은 에지댐의 씰플레이트에 홈 발생이 줄어들도록 주조롤의 표면에 딤플이 형성되되,
   상기 주조롤에 형성되는 딤플은 에지로부터 주조롤 폭방향으로 10mm 지점까지 형성된 에지부 딤플이 나머지 부분에 형성된 주딤플보다 조도값이 Ra 5 ~ 30㎛ 더 큰 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 에지부 딤플은 상기 주조롤의 에지로부터 주조롤 폭방향으로 2~10mm 지점까지 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤.
4. 제1항에 있어서,
   상기 딤플은 쇼트 블라스트 방법에 의해 가공된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 주조롤.

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