KR101303067B1 - 쌍롤식 주조기를 이용하여 박편 캐스트 스트립을 제조하는방법 및 장치 - Google Patents

쌍롤식 주조기를 이용하여 박편 캐스트 스트립을 제조하는방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

연속적인 캐스팅에 의해 박판 캐스트 스트립을 생산하는 방법과 시스템은 알려져있다. 상기 시스템은 서로 측면으로 인접하는 한 쌍의 주조롤들을 갖는 하나의 쌍롤식 캐스팅 장치를 포함하며, 주조롤은 금속 스트립이 연속적으로 주조될 수 있도록 주조롤 사이로 닙을 형성한다. 개별 구동 모터를 포함하는 구동 장치는 구동축을 통해 주조롤들을 서로 반대방향으로 개별적으로 구동시켜 스트립이 주조롤 사이의 닙을 통해 지나갈 수 있게 한다. 시스템의 제어장치는 주조롤에 의해 생산되는 스트립 프로파일에 대한 주조롤의 편심을 줄여주기 위해 주조롤들 사이의 회전 정렬 각도를 조절할 수 있다. 제어장치는 모터 제어/구동 장치을 포함며, 상기 모터 제어/구동 장치는 주조롤로부터 멀어질 때 스트립의 두께 프로파일의 변화를 감지하는 스트립 센서로부터 피드백 신호를 받으며, 나아가 구동축의 각도 위치를 감지하는 센서들로부터는 주조롤의 각도 위치 ω1와 ω2를 표시하는 신호를 받는다.
Figure R1020087002325
연속적인 캐스팅, 박판 캐스트 스트립, 쌍롤식 주조기, 편심, 정렬 각도

Description

쌍롤식 주조기를 이용하여 박편 캐스트 스트립을 제조하는 방법 및 장치{METHOD OF MAKING THIN CAST STRIP USING TWIN-ROLL CASTER AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 쌍롤식 주조기(twin roll caster)에 의해 캐스트 스트립(cast strip)을 캐스팅(casting)하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
쌍롤식 주조기에 있어서, 용융 금속은 한 쌍의 반대로 회전하는 수평 주조롤 사이에 투입되며, 냉각되어 금속 쉘(metal shells)이 이동하는 롤 표면 상에서 응고하고 그 롤들 사이의 닙(nip)부위에서 한데 모아져서 상기 닙으로부터 아래로 공급되는 응고된 캐스트 스트립 제품을 제조하게 된다. 여기서, 상기 "닙(nip)"이란 용어는 주조롤들이 서로 가장 근접하는 영역 전반을 의미한다. 용융 금속은 래들(ladle)로부터 턴디쉬(turndish)와 닙 위에 위치한 코어 노즐(core nozzle)로 구성되는 금속 공급 시스템을 통해 옮겨질 수 있고, 상기 닙 위에 위치한 롤들의 캐스팅 표면상에 유지되는 용융 금속의 캐스팅 풀(casting pool)을 형성하게되고, 닙의 길이를 따라 신장(extending)될 수 있다. 이러한 캐스팅 풀은 통상 상기 롤의 단부 표면과 미끄럼 가능하게 맞물리는 구성으로 유지되는 내화성의(refractory) 측면 플레이트들(plates) 또는 댐들(dams)의 사이에 형성되어 캐스팅 풀의 양측 단 부를 통한 용융 금속의 유출(outflow)을 저지하는 일종의 댐 역할을 한다.
쌍롤식 주조기에서 강철 스트립을 주조하는 경우, 스트립은 매우 높은 온도인 대략 1400°C 또는 그 이상의 온도에서 닙을 빠져나간다. 보통의 공기에 노출되면, 고온에서의 산화로 인해 급속하게 스케일링(scaling)되는 문제점이 있다. 따라서, 뜨거운 스트립이 들어와 스트립 주조기로부터 스트립이 지나갈 봉인된 포위부(enclosure)가 주조롤 밑에 제공되는데, 이 포위부는 스트립의 산화를 억제하는 공기를 포함한다. 산화 억제 공기는 비산화(non-oxidizing) 가스를 주입함으로써 만들어질 수 있는데, 예를 들면 아르곤이나 질소와 같은 비활성 가스 또는 가스를 줄여주는 연소 배기 가스(combustion exhaust gas)가 될 것이다. 대안으로써, 스트립 주조기의 작동 기간에 산소를 함유하는 공기의 유입을 막기 위해 상기 포위부를 봉인할 수도 있을 것이다. 미국 특허 제5,762,126호와 제5,960,855호에 개시된 것처럼, 봉인된 포위부의 산소를 추출하기 위해 스트립의 산화를 허용함으로써 캐스팅의 초기 단계 동안에 그 포위부 내의 공기의 산소 함유량은 감소한다.
쌍롤식 캐스팅에 있어서, 주조롤의 편심 현상(eccentricities)은 스트립을 따라 스트립 두께의 변화를 초래할 수 있다. 그러한 편심은 롤의 기계가공이나 조립에 의해서, 또는 롤이 뜨거울 때 열 흐름의 분배가 균일하지 않아서 생길 수 있는 뒤틀림이나 마멸에 의해 발생할 수 있다. 특히, 주조롤들 각각의 회전은 롤의 편심에 의해 좌우되는 두께 변화 패턴을 만들어낼 것이다. 그리고 이러한 패턴은 주조롤들이 각기 회전할 때마다 반복될 것이다. 보통의 경우 그러한 반복 패턴은 일반적으로 사인파형(sinusoidal)의 패턴일 것이나, 일반적인 사인파형의 패턴 내 에 제2의 또는 제3의 파동이 있을 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 주조롤들의 회전을 각기 구동시킴으로써 그리고 캐스트 스트립의 프로파일(profile)의 변화에 관한 롤들의 편심의 효과를 줄이기 위해 주조롤들의 회전 사이의 각 위상 관계를 조정함으로써 상기 반복되는 두께의 변화를 현저하게 줄일 수 있다. 이러한 문제를 보완하기 위한 하나의 방법은 2003. 8. 12 발행된 미국특허 제6,604,569호에 기술되어 있다.
본 발명은 연속적인 캐스팅에 의해 박판 캐스트 스트립을 제조하는 방법을 기술하는 것으로서, 다음과 같은 단계를 포함한다:
(a) 주조롤들 사이로 닙을 형성하는 한 쌍의 주조롤들을 갖는 쌍롤식 주조기를 조립하는 단계;
(b) 주조롤들을 개별적으로 구동시키고 주조롤들 사이의 정렬 각도를 유지시킬 수 있는 쌍롤식 주조기의 구동 장치(drive system)를 조립하는 단계;
(c) 닙 위의 주조롤들 사이로 캐스팅 풀을 형성할 수 있고, 닙의 일단부에 인접하여 캐스팅 풀을 형성하는 측면 댐을 가지는 금속 공급 시스템을 조립하는 단계;
(d) 측면 댐들에 의해 그 경계가 한정되고 주조롤들의 표면을 따라 유지되는 캐스팅 풀을 형성하도록 용융금속을 한 쌍의 주조롤들 사이로 주입하는 단계;
(e) 주조롤들의 표면에 응고된 금속 쉘을 형성하고, 주조롤들 사이의 닙을 통하여 응고된 쉘로부터 스트립을 주조하기 위해 주조롤들을 반대 방향으로 회전시키는 단계; 및
(f) 보다 균일한 두께의 캐스트 스트립을 형성하기 위해 주조롤들 사이의 편심이 감소하도록 주조롤들 사이의 정렬 각도를 변경하는 단계.
더불어, 주조롤들 중에 적어도 하나의 롤의 캐스팅 표면에서의 편심을 감지하여, 주조롤(들)의 편심의 변화를 나타내는 전기적 신호를 생성할 수 있는 센서가 제공될 수 있다. 또한, 주조롤들의 편심으로 인한 스트립 형태 변화를 줄일 수 있도록 회전 정렬 각도를 변화시킬 수 있는 제어 장치가 제공된다.
박편 캐스트 스트립을 생산하기 위한 쌍롤식 캐스팅 장치도 또한 본 발명의 일부로서, 다음의 사항을 포함하여 이루어진다:
(a) 주조롤들 사이로 닙을 형성하고 상기 닙을 통해 금속 스트립이 연속적으로 주조되도록 서로 측면에 인접하여 위치하는 한 쌍의 주조롤;
(b) 스트립이 주조롤들 사이의 닙을 통해 지나가도록 서로 반대 방향으로 회전하는 상기 주조롤의 회전 속도를 개별적으로 구동시킬 수 있는 주조롤 구동 장치(drive mechanism); 및
(c) 상기 주조롤들에 의해 생산되는 스트립의 프로파일(profile)에 관한 주조롤들의 편심 효과를 감소시키도록 상기 주조롤들 사이의 회전 정렬 각도를 변화시킬 수 있는 제어 장치.
또한, 상기 쌍롤식 캐스팅 장치는 주조롤의 캐스팅 표면에서의 편심을 감지하여, 적어도 하나의(통상 양쪽의) 캐스팅 표면의 편심의 변화를 나타내는 전기적 신호를 생성할 수 있는 센서들로 이루어진다. 제어 장치는 상기 전기적 신호들에 대응하여 스트립의 프로파일(profile)에 대한 주조롤들의 편심 효과를 자동으로 줄이기 위해 주조롤들 사이의 회전 정렬 각도를 변화시킬 수 있다.
발명의 다른 세부사항들, 목적 및 이점들은 아래와 같은 본 발명의 특히 바람직한 것으로 여겨지는 실시예의 기재를 통해 명백해질 것이다.
이하 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 쌍롤식 캐스팅 설비의 동작을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판 스트립 캐스팅 설비의 개략도이다;
도 2는 도 1의 박판 스트립 캐스팅 설비의 쌍롤식 주조기의 확대된 측 단면도이다;
도 3은 각각의 롤에 대해 개별 구동 가능한 도 1과 도 2의 쌍롤식 주조기의 주조롤들을 보여주는 쌍롤식 캐스팅 장비의 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 블록 다이어그램이다;
도 4는 원하는 소정의 각속도에서 주조롤들을 구동시키는 동안 주조롤들(도 1, 도 2 및 도 3에 도시된)의 정렬 각도를 제어하기 위한 도 3의 모터 제어/구동 장치(340)의 바람직한 실시예의 개략적인 블록 다이어그램이다;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1 내지 도 4에 도시된 박판 스트립 캐스팅 설비를 이용하여 연속적인 캐스팅에 의해 박판 캐스트 스트립을 생산하는 방법의 순서도이다;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 주조롤들의 각위상 관계의 예시적인 묘사 도이다; 그리고
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 도 6의 주조롤들을 사용하여 형성된 캐스팅(casting) 스트립의 일 부분을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박판 스트립 캐스팅 설비(5)를 도시하는 개략도이다. 도시된 주조(casting) 및 압연(rolling) 장치는 박판 캐스트 강철 스트립(12)을 생산하는, 쌍롤식 주조기(11)를 포함한다. 박판 캐스트 강철 스트립(12)은 아래쪽으로 이동하여 가이드 테이블(guide table)(13)을 지나 핀치롤(pinch roll) 스탠드(14)를 향해 전이 통로(transient path)로 들어선다. 핀치롤 스탠드(14)를 빠져나온 후, 박판 캐스트 스트립(12)은 선택적으로 백업롤들(16)과 상측 및 하측 롤들(work rolls)(16A, 16B)을 포함하는 열간 압연기(15)로 들어갈 수 있으며 여기에서 상기 스트립의 두께가 줄어들 수 있다. 압연기(16)를 빠져나온 스트립(12)은 공정작업대(run out table)(17)위로 이동하며, 거기서 공정작업대(17) 상에서 물 분사기들(water jets)(18)에 의해 강제 냉각될 수 있다. 그 다음, 한 쌍의 핀치롤(20A, 20B)을 포함하는 핀치롤 스탠드(20)를 통과하여 권취기(coiler)(19)로 이동하고, 여기에서 코일 형태로, 예를 들면, 20톤 코일로 감기게 된다.
도 2는 도 1의 박판 스트립 캐스팅 설비(5)의 쌍롤식 주조기의 확대된 측 단면도(cut-away side view)이다. 쌍롤식 주조기(11)는 캐스팅 표면(22A)을 구비하며, 주조롤들 사이로 닙(27)을 형성하는 측면으로 위치하는 한 쌍의 주조롤들(22)을 포함한다. 용융 금속은 캐스팅 공정(casting campaign)동안 래들(미도시)로부터 턴디쉬(23)로 공급되고, 내화성 슈라우드(shroud)(24)를 통과하여 이동가능한 턴디쉬(25)(운반용 용기 또는 트랜지션 피스(transition piece)라고도 함)로 운반되며, 그리고 나서 닙(27)위의 주조롤들(22) 사이의 금속 공급 노즐(코어 노즐이라고도 함)을 통해 운반된다. 이동가능한 턴디쉬(25)에는 덮개(29)가 장착된다. 슈라우드(24)로부터의 배출구(outlet)를 선택적으로 개폐하고 턴디쉬(23)로부터 주조기로의 용융 금속의 흐름을 효과적으로 제어할 수 있도록 상기 턴디쉬(23)에는 제지장치(stopper rod) 및 슬라이드 게이트 밸브(slide gate valve)(미도시)가 장착된다. 용융 금속은 이동가능한 턴디쉬(25)로부터 배출구를 통과하여, 대개 운반 노즐(26)까지 흘러들어간다.
주조롤들(22)로 운반된 용융 금속은 주조롤 표면(22A)에 의해 유지되는 닙(27)위에 캐스팅 풀(30)을 형성한다. 이러한 캐스팅 풀은 한 쌍의 측면 댐들 또는 플레이트들(plates)(28)에 의해 롤들의 단부에 그 경계가 형성되는데, 상기 측면 댐들 또는 플레이트들(28)은 측면 댐에 연결된 유압 실린더를 포함하는 한 쌍의 트러스터(thruster)(미도시)에 의해 롤들의 단부에 적용된다. 캐스팅 풀(30)의 상측 표면(일반적으로 "메니스커스"(meniscus) 레벨이라 함)은 운반 노즐(26)의 하측 단부의 위까지 올라올 수 있으므로 운반 노즐의 하측 단부는 캐스팅 풀 속에 잠기게 된다.
주조롤들(22)은 냉각제 공급(미도시)에 의해 내부적으로 수냉되고 구동 장치들(mechanisms)(도 1과 도 2에서는 표시되지 않음)에 의해 서로 반대방향으로 회전하도록 구동되며 이에 따라 쉘이 움직이는 주조롤의 표면(22A) 위에서 응고되고 닙(27)에 모아져서 주조롤들의 사이에서 닙으로부터 아래쪽으로 운반되어 박판 캐스트 스트립(12)을 생산하게 된다.
쌍롤식 주조기(11) 아래에서, 캐스트 강철 스트립(12)은 봉인된 포위부(10)의 내부를 지나서 가이드 테이블(13)로 운반된다. 가이드 테이블(13)은 스트립이 핀치롤 스탠드(14)로 가도록 가이드하는데, 핀치롤 스탠드(14)를 통해 스트립이 봉인된 포위부(10)를 빠져나간다. 상기 포위부(10)의 봉인(seal)은 완전하지 않을 수도 있다. 그러나 이하에서 설명되는 것처럼, 포위부 내부의 공기를 제어할 수 있도록 하고, 포위부 내부에서 캐스트 스트립으로의 산소의 접근을 제어할 수 있도록 하는 것이 적절하다. 봉인된 포위부(10)를 빠져나간 후, 스트립(12)은 핀치롤 스탠드(14) 이후에도 추가의 봉인된 포위부(미도시)를 지나갈 수도 있다.
포위부(10)는 다양한 밀폐 연결부(seal connections)를 통해 함께 꼭 맞는 다수의 개별적인 벽 부위들(wall sections)로 형성되어 하나의 연속된 에워싼 벽체(enclosure wall)(이하 포위 벽이라 함)를 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 벽 부위들은 주조롤들(22)을 에워싸도록 된 쌍롤식 주조기(11)에 있는 제1 벽 부위(41)와 스크랩 박스 용기(40)의 상부 가장자리와 밀봉 정합(sealing engagement)하는 개구(opening)를 형성하도록 상기 제1 벽 부위(41)의 아래에서 하방으로 연장된 포위 벽(42)을 포함한다. 스크랩 박스 용기(40)와 포위 벽(42) 사이의 밀봉부(43)는 포위 벽(42)의 개구 주위에 "나이프 앤 샌드" 밀폐 방식(knife and sand seal)으로 형성되는데, 상기 봉인은 포위 벽(42)에 대응하는 스크랩 박스 용기(40)의 수직적인 움직임에 의해 만들어질 수도 있고 분해될 수도 있다. 보다 자세하게는, 스크랩 박스 용기(40)의 상부 테두리는 위쪽으로 향하는 모래로 채워진 채널(channel)로 형성될 수 있는데, 이 채널은 포위 벽(42)의 개구(opening) 주위에 아래쪽으로 향하는 나이프 플랜지(knife flange)를 수용한다. 밀봉(43)은 스크랩 박스 용기(40)를 들어올림으로써 만들어지는데, 밀봉을 형성하기 위해 나이프 플랜지가 채널에 있는 모래를 관통하도록 하는 것이다. 이러한 밀봉(43)은 주조기(캐스터)로부터 스크랩 배출 위치(scrap discharge position)(미도시)로의 이동에 앞서서 스크랩 박스 용기(40)를 그의 작동 위치로부터 하강함으로써 분리될 수 있다.
스크랩 박스 용기(40)를 레일(47) 위를 주행하는 바퀴(46)가 장착된 운반기(carriage)(45) 위에 배치함으로써 스크랩 박스 용기(40)를 스크랩 배출 위치로 이동시킬 수 있다. 운반기(45)는 스크랩 박스 용기(40)를 낮은 위치, 즉 포위 벽(42)으로부터 떨어져 있는 위치로부터 나이프 플랜지가 모래를 관통하여 둘 사이에 봉인(43)을 형성하는 높은 위치로 들어올릴 수 있는 한 세트의 동력 스크루 잭(powered screw jacks)들을 갖추고 있다.
밀봉된 포위부(10)는 제3 벽 부위(wall section)(61)를 더 가질 수도 있다. 상기 제3 벽 부위(61)는 가이드 테이블(13) 주위에 배치되고, 도 2에 도시된 바와 같은 쵸크들(chocks)(62) 내부의 한 쌍의 핀치롤들(60A, 60B)을 지지하는 핀치롤 스탠드(14)의 프레임(67)과 연결된다. 포위부(10)에 배치된 제3 벽 부위(61)는 슬라이딩 씰(sliding seals)(63)에 의해 밀봉된다.
포위 벽 부위(41, 42, 61)들의 대부분은 내화성 벽돌로 된 라이닝(lining)이 대어져도 좋다. 또한, 스크랩 박스 용기(40)에도 내화 벽돌이나 주조가능한 내화성 라이닝(castable refractory lining)이 부착될 수 있다.
이런 식으로, 캐스팅 공정에 앞서 완전하게 포위부(10)를 형성함으로써 스트립이 주조롤들(22)로부터 핀치롤 스탠드(14)로 이동할 때에 박편 캐스트 스트립(12)으로의 산소의 접근을 제한한다. 초기에 스트립(12)은 스트립의 시작 부분에 다량의 스케일(heavy scale)을 형성함으로써 포위부(10) 내부의 공기로부터 산소를 흡수할 수 있다. 그러나, 봉인된 포위부(10)는 스트립(12)에 의해 흡수되는 산소의 양을 제한하기 위해 주위 공기로부터 포위부 내부의 공기로의 산소의 유입을 제한한다. 따라서, 초기의 작업 개시기간(start-up period) 후에는 포위부(10) 내의 공기 중에 포함된 산소의 양은 고갈된 상태로 있을 것이고, 스트립(12) 산화용 산소의 이용 기능성을 제한하게 된다. 이런 방식으로, 포위부(10) 내부로 환원 가스(reducing gas)나 비산화 가스(non-oxidizing gas)를 지속적으로 공급하지 않고 스케일 형성을 제어할 수 있다.
물론, 환원 가스나 비산화 가스는 포위부(10)의 벽을 통해 주입될 수도 있다. 그러나, 작업 개시 기간 동안에 다량의 스케일링을 방지하도록, 포위부(10) 내부의 초기 산소 레벨(oxygen level)을 낮추기 위해 캐스팅 공정 시작 전에 즉시 포위부(10)는 정화될 수 있고, 이에 의해 포위부를 통과하는 스트립의 산화작용에서의 산소와의 상호작용의 결과로 생기는 포위부의 공기를 안정화시키는 산소 레벨을 위한 시간(time period)을 줄일 수 있다. 따라서, 예시적으로, 포위부(10)는 예를 들면 질소 가스에 의해 쉽게 정화될 수 있다. 초기 산소 함유량을 5% ~ 10%사이의 수준으로 감소시킬 경우 심지어 초기 시동 상태에서 포위부(10)의 출구에 있는 스트립의 스케일링(scaling)을 10 마이크론 에서 17 마이크론까지 제한한다는 사실은 알려져 있다. 산소 레벨은 5% 미만으로, 스트립(12)에서의 스케일 생성을 더 줄이기 위해 1% 미만이나 그보다 낮게 제한될 수 있다.
캐스팅 공정의 초기 시점에는 캐스팅 환경이 안정화됨에 따라서 짧은 길이의 불완전한 스트립이 생산된다. 연속적인 캐스팅이 이루어진 후에는, 주조롤들(22)은 약간 이격되도록 이동된 다음 다시 합쳐지는데, 이는 이어지는 박판 캐스트 스트립(12)이 깨끗한 헤드 단부(head end)를 형성하도록, 호주 특허 제646,981호와 미국 특허 제5,287,912호에서 기술된 방법대로 스트립의 전단부(leading end)가 이탈되도록 하기 위함이다. 불완전한 물질은 주조기(11) 밑에 위치한 스크랩 박스 용기(40) 내로 떨어지고, 이 때 도 2에서 보이는 바와 같이 통상 피벗(39)으로부터 주조기의 일 측면(one side)으로 아래쪽으로 매달려 흔들리는 에이프런(swinging apron)(34)은 스트립이 핀치롤 스탠드(14)로 공급되는 곳인 가이드 테이블(13) 위로 박판 캐스트 스트립(12)의 깨끗한 단부를 안내하기 위해 주조기의 출구를 가로질러 흔들거린다. 에이프런(34)은 그 후에 도 2에서 도시된 바와 같이 매달리는 위치로 되돌아가는데, 이로써 가이드 테이블(13) 위로 스트립이 이동하기 전에 도 1과 도 2에서와 같이 주조기 밑에서 스트립이 루프(36)에 매달릴 수 있게 한다. 가이드 테이블(13)은 스트립이 핀치롤 스탠드(14)로 이동하기 전에 스트립을 지지하기 위한 일련의 스트립을 지지하는 롤들(37)로 이루어진다. 상기 롤들(37)은 핀치롤 스탠드(14)로부터 일렬로(in an array) 배치되며, 스트립(12) 밑으로 뒤쪽으로 이어져, 루프(36)로부터 스트립을 원활하게 받아들여 안내하도록 아래 방향으로 굴곡이 된다.
상기한 쌍롤식 주조기는 미국 특허 제5,184,668호와 미국 특허 제5,277,243호 또는 미국 특허 제5,488,988호에 상세하게 도시 및 설명된 종류의 것이어도 좋다. 이러한 특허들에 대한 참조는 단지 구조적 세부사항을 제시하기 위한 것으로서 본 발명의 일부는 아니다.
도 3은 각각의 롤에 대해 분리되고 개별적인 구동과 함께 도 1과 도 2의 쌍롤식 주조기(11)의 주조롤들(22)을 보여주는 쌍롤식 캐스팅 장비의 실시예를 보여주는 개략적인 블록 다이어그램이다. 상기 주조롤들(22)은 프레임 어셈블리(frame assembly)(310) 위에 설치되고 구동축들(311, 312)에 연결된다. 구동축(311)은 모터(320)에 의해 구동되고 다른 구동축(312)은 모터(330)에 의해 구동된다. 상기 모터들(320, 330)은 모터 제어/구동 장치(340)로부터의 신호들에 의해 구동된다. 모터 제어/구동 장치(340)는, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 3상 교류 신호들(321, 331) (즉, 독립 구동 신호들)을 모터들(320, 330)에게 각각 제공하는데, 이는 모터들(320, 330)을 회전시키기 위함이다. 따라서, 모터들(320, 330)은 3상 교류 모터들이 될 수 있으며 다른 타입의 모터들(예를 들면, 직류 모터)도 사용가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각의 주조롤이 효율적이면서 개별적으로 구동되고 제어될 수 있는 적합한 트랜스미션(transmission)과 연결된 단일의 동력원(예를 들면, 하나의 모터)이 제공될 수도 있다(두 개의 모터들 대신에).
센서들(350, 360)은 상기 구동축들(311, 312) 각각의 기설정된 기 준(reference)에 대한 각도 회전 위치(angular rotational position) ω1와 ω2 를 각각 감지하고, 그리고 차례로 주조롤들(22)(주조롤 #1과 주조롤 #2) 각각의 각도 회전 위치 ω1와 ω2 를 감지한다. 센서들(350, 360)로부터의 전기적 신호들(351, 361)은 모터 제어/구동 장치(340)에 피드백되고, 주조롤들(22)이 서로 반대방향으로 회전할 때 주조롤들의 각도 정렬을 유지하는 것을 돕는데 사용되며, 여기에서 나중에 기술하듯이 주조롤들(22)의 편심을 교정하는 것을 돕는데 사용된다. 본 발명의 실시예에 따라, 센서들(350, 360)은 고해상도(high-resolution) 각도 인코더(angular encoders)로 이루어진다.
캐스팅 스트립 센서(370)는 캐스팅 스트립(12)이 주조롤들(22) 사이에 닙(27)으로부터 이동해갈 때 캐스팅 스트립(12)의 두께 프로파일(thickness profile)의 변화를 감지하거나, 주조롤들 중에 적어도 하나의 표면의 변화를 감지하는데 사용된다. 상기 센서(370)는 전기적 신호(371)를 모터 제어/구동 장치(340)로 피드백하고, 또한 캐스팅 스트립(12) 두께의 시간에 따른 변화(또는, 예를 들면, 캐스팅 공정 초기의 캐스팅 표면의 측정치와 같은 어떤 기준에서 주조롤들 중 적어도 하나의 표면에서의 편심)를 측정한다. 상기 전기적 신호(371)는 후술되는 바와 같이 전기적 신호들(351, 361)과 함께 사용되어 주조롤들(22)의 편심을 교정한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐스팅 스트립 센서(370)는 X-레이 센서, 초음파 센서, 또는 캐스팅 스트립(12)의 두께의 변화 및/또는 주조롤들의 원형도(roundness)/표면 변화율(surface variations)을 측정할 수 있는 다른 유형의 센 서로 이루어질 수 있다. 그러나, 스트립의 두께를 측정하는 것이 보다 정확한 측정이라고 여겨진다. 또한, 상기 캐스팅 스트립 센서(370)는 캐스팅 설비(5)의 보다 아랫부분, 예를 들면, 핀치롤 스탠드(14)의 출력단(output) 또는 다른 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 수동 정렬 각도 값(manual alignment angle value)(381)은 두 개의 주조롤들(22) 사이의 초기의 적정한 정렬 각(0°~ 360°)을 제공하기 위해 상기 모터 제어/구동 장치(340)의 내부로 인가될 수 있다. 예를 들면, 만일 30°가 적정하다면, 그러한 값이 수동 정렬 각도 값(381)으로 입력될 수 있다. 그 결과, 주조롤들(22)은 서로 반대 방향으로 회전할 때 상호 30°까지 오프셋(offset)될 것이다. 상기 모터 제어/구동 장치(340)는 작동 중에 캐스팅 스트립(12)에 관한 주조롤들(22)의 편심의 효과를 줄이기 위해 정렬 각도가 바뀌어야 한다고 피드백 신호(371)가 알려주지 않는 이상 주조롤들(22)이 서로 반대 방향으로 회전할 때 입력 정렬 각도 30°를 유지하려고 할 것이다.
도 4는 주조롤들(22)을 원하는 각속도로 구동하는 동안 상기 주조롤들(22)(도 1, 도 2 및 도 3에 도시된)의 정렬 각도를 제어하는 도 3의 모터 제어/구동 장치(340)의 제어 회로의 일 실시예에 관한 개략적 블록 다이어그램이다. 도 4는 모터 제어/구동 장치(340)뿐만 아니라, 도 3의 모터들(320, 330)과 센서들(350, 360)을 도시한다. 동작 중에, 주조롤들(22)을 선택된(예를 들면, 희망하는) 각속도 dω/dt로 서로 반대 방향으로 구동시키는 것이 바람직하다. 디지털 값 신호(digital value signal)나 직류 신호(DC signal)(401)가 주조롤들(22)의 희망하 는 각속도 dω/dt를 설정하기 위해 모터 제어/구동 장치(340)에 입력 값으로 제공된다. 사인파형의 교류 전기 신호들인 ω1(351)와 ω2(361)는 모터 제어/구동 장치(340)내에서 센서들(350, 360)로부터 미분기들(440, 450)로 각각 피드백된다. 상기 전기적 신호들(351, 361)은 주조롤들(22)이 서로 반대 방향으로 0°에서 360°사이에서 반복적으로 회전할 때 어떤 기준(reference) 위치에 대한 모터들(320, 330)(또는 축들 311, 312)의 각도 회전 위치를 나타낸다.
상기 미분기(440)는 전기적 신호(351)를 수신하여 회전하는 구동축(311)의 실제 각속도 dω1/dt를 나타내는 신호(441)을 생성시킨다. 유사하게, 상기 미분기(450)는 전기적 신호(361)를 수신하여 회전하는 구동축(312)의 실제 각속도 dω2/dt를 나타내는 신호(451)을 발생시킨다. 상기 두 신호(441, 451)는 적정 각속도 dω/dt로부터 감산(subtract) 된다.
또한, 상기 교류 신호들ω1(351)와 ω2(361)는 모터 제어/구동 장치(340)의 모터 각도 제어(motor angle control)와 기준 오프셋 장치(reference offset mechanism)(410)에 의해 미분 각도 신호(differential angle signal) ωdifferential(411)를 생성하는 데 사용되는데, 일반적으로, 상기 미분 각도 신호는 일정 시점에서의 두 주조롤들(22) 사이의 각도 차이(ω1 - ω2)를 나타낸다. 예를 들어, 만일 수동 정렬 각도 값(381)이 0°로 설정된다면, 이상적으로는 ω1 는 ω2 와 같고(ω1 = ω2) ω1 - ω2 = 0 이 된다. 모터 제어/구동 장치(340)는 주조롤들(22)이 서로 반대 방향으로 회전할 때 ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)를 유지하려고 할 것이다. 만일 캐스팅 스트립 센서(370)가 캐스팅 스트립(12)의 두께에 대한 주조롤들(22)의 편심을 감지한다면, 피드백 신호(371)는 0(zero)이 아닌 값을 갖게될 것이고 편심을 교정하려는 시도로 ω1 를 ω2 로부터 벗어나게 할 것이다(예를 들면, ωdifferential(411)은 0(zero)이 아닌 값을 갖게될 것이다). 상기 ωdifferential(411) 신호는 모터 제어/구동 장치(340)의 구동 채널들(drive channels) 모두에 추가된다. 합성된 신호들(420, 430)은 구동 회로(drive circuitry)(425, 435)에 각각 입력된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 장치(회로 425, 435)는 모터들(320, 330)을 제각기 회전시킬 수 있도록 3상 전류 신호들(321, 331)을 각각 생성한다.
일반적으로, 상기 모터 제어/구동 장치(340)는 주조롤들의 설정된 각속도 dω/dt 를 유지하려고 할 것이다. 그러나, 만일 두 개의 주조롤들(22)이 서로 각도 정렬로부터 벗어나기 시작하면, 두개의 주조롤들(22)이 각도 정렬상태로 돌아올 때까지 모터 제어/구동 장치(340)는 하나의 모터(예를 들면, M1(320))의 각속도를 조금씩 증가시킬 것이고 다른 모터(예를 들면, M2(330))의 각속도를 조금씩 감소시킬 것이다. 각도 정렬은 ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)로 정의될 수 있고, 또는 0(zero)이 아닌 어떤 정렬 각도에 의해 ω1 이 ω2 로부터 오프셋(offset)되는 것이라고 정의될 수 있으며, 이는 주조롤들 사이의 편심에 의한 효과를 상쇄하기 위한 것이다.
DRV #1(425) 안으로 입력되는 신호(420)는 dω/dt - dω1/dt + ωdifferential 에 비례하고 DRV #2(435) 안으로 입력되는 상기 신호(430)는 dω/dt - dω2/dt + ωdifferential 에 비례한다. 예를 들어, ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)(즉, ωdifferential = 0)를 유지하는 것이 적정하다면, ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)일 때, 두 개의 구동 장치들(425, 435)로 입력되는 신호(420)와 신호(430)는 같다. 그러나, 주조롤들(22)이 서로 반대 방향으로 회전함에 따라 ω1 이 ω2 보다 조금씩 커지기 시작하면, 상기 신호(420)는 ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)였을 때보다 조금씩 작아질 것이고 상기 신호(430)는 ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)였을 때보다 조금씩 커질 것이다.
결과적으로, ω1 이 ω2 와 다시 한번 같아질 때까지, 모터 M1(320)의 각속도는 조금씩 감소할 것이고 모터 M2(330)의 각속도는 조금씩 증가할 것이다. ω1 과 ω2가 서로 같아지도록 다시 안정화되면, 각 주조롤의 각속도는 다시 적정 각속도인, dω/dt로 안정화된다.
유사하게, 주조롤들(22)이 서로 반대방향으로 회전할 때 ω2 가 ω1 보다 조금씩 커지기 시작하면, 신호(430)는 ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)일 때보다 조금씩 작아질 것이고 신호(420)는 ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)일 때보다 조금 씩 커질 것이다. 결과적으로, ω1 이 ω2 와 다시 한번 같아질 때까지, 모터 M1(320)의 각속도는 조금씩 증가할 것이고 모터 M2(330)의 각속도는 조금씩 감소할 것이다. ω1과 ω2가 서로 같아지도록 다시 안정화되면, 각 주조롤의 각속도는 다시 dω/dt로 안정화된다. 이런 식으로, 두 개의 주조롤들(22) 사이의 각위상 관계는 유지된다.
수동 정렬 값(381) 및/또는 피드백 신호(371)는 주조롤들(22)이 주조롤들(22) 사이의 편심을 교정하도록 어떤 다른 정렬 각도에서 안정화 되게 한다. 예를 들면, 피드백 신호(371)는 생산 중인 캐스팅 스트립(12) 두께의 사인파형의 변화를 나타낼 수 있고, 이는 허용될 수 없는 변화 수준이다. 결과적으로, 각도 제어와 기준 오프셋 장치(410)는 ωdifferential을 변경하고 그 결과 두 개의 주조롤들(22) 사이의 정렬 각도는 점차로, 예를 들어, 14°가 될 것이고, 그리하여 변화율을, 예를 들어, 70%까지 줄일 것이다. 상기 모터 제어/구동 장치(340)는 이제 정렬 각도 14°에서 유지하려고 할 것이다(즉, 두 개의 주조롤들(22)은 서로 반대 방향으로 회전할 때에 dω/dt와 14°만큼 위상이 다르게(out of phase) 된다).
일반적으로, 본 발명의 다양한 실시예에 따라서, 여기에서 기술되는 다양한 전기적 신호들과 회로들은 디지털 방식일 수도, 아날로그 방식일 수도 있고, 디지털과 아날로그 방식의 어떤 조합일 수도 있다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 박편 스트립 제조 설비(5)를 사용하는 연속적인 캐스팅에 의한 박편 캐스트 스트립을 생산하는 방법(500)의 일 실시예에 대한 순서도(flowchart)이다. 510 단계에서, 쌍롤식 주조기는 주조롤들 사이로 닙을 형성하는 한 쌍의 주조롤들을 갖도록 조립된다. 520 단계에서; 상기 주조롤들을 개별적으로 구동시킬 수 있고 주조롤들 사이의 정렬 각도를 변경할 수 있는 쌍롤식 주조기를 위한 구동 시스템(drive system)이 조립된다. 530 단계에서, 닙 위에 주조롤들 사이로 캐스팅 풀을 형성할 수 있고 캐스팅 풀을 형성하도록 닙의 단부와 인접하는 측면 댐들을 가질 수 있는 금속 운반 시스템이 조립된다. 540 단계에서, 용융 금속은 한 쌍의 주조롤들 사이로 공급되어 주조롤들의 캐스팅 표면 위에 유지되는 캐스팅 풀을 형성하고 측면 댐에 의해 가두어진다. 550 단계에서, 주조롤들은 서로 반대 방향으로 회전하여 주조롤들의 표면에 응고된 금속 쉘을 형성하고 주조롤들 사이의 닙을 통해서 응고된 쉘로부터 스트립을 주조하기 위해 서로 반대 방향으로 회전한다. 560 단계에서, 주조롤들 사이의 정렬각도는 변경되고 그 결과 주조롤들 사이의 편심이 감소하여 보다 균일한 두께를 갖는 캐스트 스트립을 형성한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 도 1 내지 도 4의 시스템과 도 5의 방법이 주조롤들의 편심에 따른 캐스트 스트립의 두께 변화율을 교정하는 데 어떻게 쓰일 수 있는지 그 예를 나타낸 것이다. 도 6A는 서로 반대 방향으로 회전하는(휘어진 화살표를 참조) 두 개의 주조롤들(610, 620)을 보여준다. 각각의 주조롤(610, 620)은 두 개의 해쉬 마크(hash mark)(611, 612)로 표시되있는데, 이는 설명을 위한 것으로서, 주조롤의 기설정된 0°(또는 360°)인 각도 위치를 나타낸다. 도 6A로부터 두 개의 주조롤들(610, 620)이 각도상으로 정렬되어 있음(즉, 동위상으로(phased))을 알 수 있고 따라서 두 개의 주조롤들이 서로 반대 방향으로 회전할 때에 가상의 기준선(630)에 대해 두 개의 해쉬 마크(611, 512)는 항상 같은 각도 회전 위치(즉, ω1 과 ω2 가 같은 상태(ω1 = ω2)) 상에서 나타난다. 즉, 정렬 각도는 0°이다.
도 7A는 도 6A의 서로 반대 방향으로 회전하는 주조롤들로부터 나오는 캐스팅 스트립(710)의 예시적인 단편을 보여준다. 도시된 바와 같이, 캐스팅 스트립(710)의 길이에 따른 두께쪽 프로파일(thickness profile)이 주조롤들(610, 620) 사이의 편심으로 인해 상당한 변화가 있음을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐스팅 스트립 센서(예를 들면, 도 3의 370)는 캐스팅 스트립(710)의 두께의 변화를 감지할 수 있고, 관측되는 모든 두께 변화 혹은 일부를 바로 잡기 위해, 모터 제어/구동 장치(예를 들면, 도 3의 340)에 바람직한 피드백 신호(예를 들면, 도 3의 371)를 제공한다.
예를 들면, 도 6B를 참조하면, 피드백 신호는 첫 번째 주조롤(610)과 두 번째 주조롤(620) 사이의 각위상 관계(즉, 정렬 각도)를 조절하기 위해 모터 제어/구동 장치(340)에 의해 사용되는데, 주조롤(620)의 기설정된 0°각도 회전 위치(612)는 주조롤(610)의 기설정된 0°각도 회전 위치(611)에 45°만큼 앞선다. 그 결과, 도 7B는 도 6B의 서로 반대 방향으로 회전하는 주조롤들로부터 나오는 캐스팅 스트립(720)의 단편을 나타낸 것으로, 상기 주조롤들은 45°의 정렬 각도를 갖는다. 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 두께 변화가 제거되었다(즉, 캐스팅 스트립(720)의 단편의 두께 프로파일(profile)은 일정하다). 여러 가지 요인들, 예를 들면, 주 조롤들의 표면의 온도 변화와 같은 요인들에 의해 두 개의 주조롤들 사이의 편심이 연속적으로 변함에 따라, 그런 각도 위상 조정은 캐스팅 기간 동안 연속적으로 그리고 자동으로 수행될 수 있다.
요약하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 박판 캐스트 스트립의 두께 프로파일(profile)의 변화를 줄이기 위해 두 개의 주조롤들의 구동 시스템들(drive systems)은 개별적으로 제어될 수 있다. 두 개의 주조롤들 사이의 각도 관계는 두 개의 주조롤들이 서로 반대 방향으로 회전할 때의 각도 관계를 유지 및/또는 수정하도록 제어된다. 그러한 개별적 제어 덕분에 그로부터 제조되는 결과물로서의 캐스팅 스트립이나 캐스팅 쉘(casting shells)에 대한 손상이 없이 더 균일한 캐스팅 스트립을 생산할 수 있다.

Claims (9)

  1. 주조롤들 사이로 닙(27)을 형성하는 한 쌍의 주조롤(22)을 가지는 쌍롤식 주조기(11)를 조립하는 과정과;
    상기 주조롤들을 개별적으로 구동시키고 상기 주조롤들 사이의 정렬 각도를 유지할 수 있는 상기 쌍롤식 주조기를 위한 구동 장치를 조립하는 과정과;
    상기 닙 위로 상기 주조롤들 사이에 캐스팅 풀(30)을 형성할 수 있고 상기 캐스팅 풀의 경계를 형성하도록 상기 닙의 단부에 인접한 측면 댐(28)을 갖는 금속 운반 시스템(23-26)을 조립하는 과정과;
    상기 주조롤들(22)의 캐스팅 표면 위에 유지되고 상기 측면 댐에 의해 그 경계가 형성되는 상기 캐스팅 풀을 형성하도록 상기 한 쌍의 주조롤들 사이로 용융 금속을 주입하는 과정과; 그리고
    상기 주조롤들의 상기 표면(22A) 위로 응고된 금속 쉘을 형성하고 상기 주조롤들 사이의 상기 닙을 통해서 상기 응고된 쉘로부터 캐스트 스트립(12)을 주조하기 위해 상기 주조롤들(22)을 서로 반대 방향으로 회전시키는 과정을 포함하는 연속적인 캐스팅에 의해 박판 캐스트 스트립을 생산하는 방법에 있어서,
    균일한 두께를 갖는 캐스트 스트립(12)을 형성하기 위해 상기 주조롤들 사이의 편심이 감소하도록 상기 주조롤들(22) 사이의 상기 정렬 각도를 변경하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 연속적인 캐스팅에 의해 박판 캐스트 스트립을 생산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주조롤들(22)의 적어도 하나의 캐스팅 표면의 편심을 감지할 수 있고 상기 주조롤들의 적어도 하나의 캐스팅 표면의 상기 편심 정도를 나타내는 전기적 신호들(371)을 생성할 수 있는 센서들(370)이 제공되고, 그리고 상기 주조롤들의 적어도 하나의 캐스팅 표면의 상기 편심으로 인한 상기 스트립의 형태의 변화를 줄이기 위해 상기 정렬 각도를 변화시킬 수 있는 제어 장치(340)가 제공됨을 특징으로 하는 연속적인 캐스팅에 의해 박판 캐스트 스트립을 생산하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구동 장치는 적어도 두 개의 독립적인 3상 교류 모터들(320, 330)을 포함함을 특징으로 하는 연속적인 캐스팅에 의한 박판 캐스트 스트립을 생산하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어 장치(340)는 상기 주조롤들의 최소로 요구되는 각속도와 상기 주조롤들의 각도 회전 위치에 대응하는 신호들(401, 351, 361)을 사용하여 주조롤들 상호 간에 각도 위상 관계 측면에서 상기 주조롤들(22)을 개별적으로 구동시키는데 사용되는 제어 신호들(321, 331)을 생성하는 적어도 하나의 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 캐스팅에 의한 박판 캐스트 스트립을 생산하는 방법.
  5. 주조롤들(22) 사이로 닙(27)을 형성하고 상기 닙을 통해서 금속 스트립(12)이 연속적으로 주조될 수 있도록 서로 측면으로 인접하여 위치하는 한 쌍의 주조롤(22); 및
    상기 주조롤들 사이의 상기 닙을 통해서 상기 스트립이 지나가도록 서로 반대 방향으로 회전하는 상기 주조롤들의 회전 속도를 개별적으로 구동할 수 있는 상기 주조롤들을 위한 구동 장치(320, 330)를 포함하는 박판 캐스트 스트립을 생산하는 쌍롤식 캐스팅 장치에 있어서,
    상기 주조롤들(22)에 의해 생산되는 상기 스트립의 프로파일에 대한 상기 주조롤들의 편심 효과를 줄이기 위해 제공된 상기 주조롤들(22) 사이의 정렬 각도를 변화시킬 수 있는 제어 장치(340)를 포함함을 특징으로 하는 박판 캐스트 스트립을 생산하는 쌍롤식 캐스팅 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 쌍롤식 캐스팅 장치는 상기 주조롤들(22)의 적어도 하나의 캐스팅 표면(22A)의 편심을 감지하고 상기 주조롤들의 적어도 하나의 상기 캐스팅 표면의 상기 편심을 나타내는 전기적 신호들을 생성하는 적어도 하나의 센서(370)를 더 포함하고, 그리고 상기 제어 장치(340)는 최소한 상기 전기적 신호들(371)에 응답하여 상기 주조롤들의 상기 편심으로 인한 상기 스트립의 상기 프로파일 효과를 자동으로 줄일 수 있도록 상기 주조롤들 사이의 상기 정렬 각도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 캐스팅 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 구동 장치는 적어도 두 개의 독립적 3상 교류 모터들(320, 330)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 캐스팅 장치.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제어 장치(340)는 상기 주조롤들의 최소로 요구되는 각속도와 상기 주조롤들의 각도 회전 위치에 대응하는 신호들(401, 351, 361)을 사용하여 주조롤들 상호 간에 각도 위상 관계 측면에서 상기 주조롤들(22)을 개별적으로 구동시키는데 사용되는 제어 신호들(321, 331)을 생성하는 적어도 하나의 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 캐스팅 장치.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 쌍롤식 캐스팅 장치는 상기 주조롤들(22)의 각도 회전 위치를 감지할 수 있고 상기 주조롤들(22)의 상기 각도 회전 위치들을 나타내는 전기적 신호들(351, 361)을 생성할 수 있는 적어도 하나의 센서(350, 360)를 더 구비하고, 그리고 상기 제어 장치(340)와 상기 구동 장치는 최소한 상기 전기적 신호들에 따라 상기 주조롤들(22) 각각에 대해 독립적 구동 신호들(321, 331)을 생성하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 캐스팅 장치.
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