KR101451715B1 - 노즐 예열 장치 및 이를 이용한 금속 스트립 연속 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 예열 장치는, 주조롤의 일측에 설치되어 상기 주조롤에 용융 금속을 공급 가능한 노즐의 선단부의 상부에 설치되며, 상부 및 하부가 개방된 내부공간을 가지는 노즐 예열관; 상기 내부공간에 설치되어 상기 내부공간을 상부공간 및 하부공간으로 구획하며, 상하방향으로 관통 형성된 복수의 관통홀을 가지는 화염 반사판; 상기 하부공간에 설치되며, 상기 노즐 예열관의 하단을 폐쇄하는 노즐 예열판; 및 상기 상부공간에 설치되며, 상기 관통홀에 각각 대응되게 배치되어 상기 관통홀을 향해 화염을 분사 가능한 복수의 토치를 포함한다.

용탕 인출 주조, melt drag casting, 노즐, 예열, 표면조도

Description

노즐 예열 장치 및 이를 이용한 금속 스트립 연속 제조방법{Apparatus for heating a nozzle tip and Method for continuous manufacturing a metal strip using the apparatus}

본 발명은 용강으로 부터 직접 금속박판을 제조하는 제조기술에 있어서 노즐 선단의 용탕 온도 저하에 따른 고착현상과 주조 스트립의 표면조도 증가를 방지하기 위한 노즐 예열 장치 및 이를 이용한 금속 스트립 연속 제조방법에 관한 것이다.

금속박판을 액상으로 부터 급냉 응고시켜 직접 얇은 박판을 성형하는 단롤 주조공정기술에 있어서, 공급되는 용탕이 냉각 롤에 의하여 냉각되어 일정한 두께의 금속 스트립이 연속적으로 형성되어 주조되기 위해서는, 노즐을 통하여 용탕이 공급될 때 냉각 롤과 접촉직전의 노즐의 선단의 용탕은 항상 목적하는 일정한 온도와 높이를 유지하고 용탕 표면의 출렁임과 같은 높이의 기복이 없이 안정되게 공급되어야 한다. 그러나, 실제 제조공정에서는 용탕 표면의 출렁임이 있거나 용탕의 높이가 변화하고 용탕의 표면의 온도저하에 의해 점도가 증가하게 되고 이에 따라 주조 스트립의 표면의 거칠기가 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 각각 노즐 선단의 직상에 가스 노즐을 설 치하여 주조방향과 반대방향으로 일정한 각도로 용탕 표면에 가스를 분사하여 에어 나이프 효과를 통해 과도하게 표면에 고착된 용탕을 쓸어내려서 스트립 두께를 일정하게 유지하고, 표면상태를 일정하게 하는 방법이 시도 되었다. 또한 용융 금속이 주조 롤과 접촉하는 위치에 보조롤을 적용하거나 보조롤과 가스냉각 노즐을 동시에 적용하여 금속 스트립의 두께 제어와 주조스트립의 표면을 제어할 수 있는 방법을 시도하였다.

종래 기술에서 노즐 직상에 가스 노즐을 사용하여 스트립의 두께조절과 스트립의 표면을 균일하게 하는 방법은 아연, 알루미늄과 같이 융점이 낮은 금속이나 온도 강하가 없는 강판의 용융아연 도금공정과 같은 공정에서는 유효할 수 있다. 그러나, Fe-Ni 합급의 용탕 인출 공정과 같이 용탕의 융점이 1500℃ 내외로 높고 노즐의 예열온도가 용탕의 융점온도 보다 낮게 예열되는 경우에는 분사되는 가스가 냉매 역할을 하여 노즐 선단의 용탕 온도를 강하시키고 안정적인 주조시간을 단축시킴과 동시에 용탕의 표면에 기복을 유발할 수 있는 문제점을 드러낼 수 있다. 한편 보조 롤에 의한 두께제어 및 주조스트립의 표면조도 제어방법은 비철금속과 같이 저융점 금속을 주조 할 때는 유용할 수 있다. 그러나 Fe계 또는 Ni계와 같이 고융점 금속을 적용하는 데는 보조 롤 자체가 냉각의 매체로 작용하여 스트립의 인출을 방해할 수 있고 보조 롤과 주조 롤과의 미끄럼에 의한 미세한 선 속도 차이에 의하여 강도가 약한 상태로 형성된 고온의 금속스트립에 전단력을 가하여 단락시킬 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주조 롤과 노즐 선단 사이의 협소한 공간적인 제약을 극복하면서 용탕인출 주조장치중 용탕 공급에 핵심적인 부품인 노즐의 선단의 온도를 주조되는 용탕의 융점온도와 근접한 온도범위에서 안정적으로 유지하기 위한 노즐 예열 장치 및 이를 이용한 금속 스트립 연속 제조방법을 제공하는 것이다.

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본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 예열 장치는, 주조롤의 일측에 설치되어 상기 주조롤에 용융 금속을 공급 가능한 노즐의 선단부의 상부에 설치되며, 상부 및 하부가 개방된 내부공간을 가지는 노즐 예열관; 상기 내부공간에 설치되어 상기 내부공간을 상부공간 및 하부공간으로 구획하며, 상하방향으로 관통 형성된 복수의 관통홀을 가지는 화염 반사판; 상기 하부공간에 설치되며, 상기 노즐 예열관의 하단을 폐쇄하는 노즐 예열판; 및 상기 상부공간에 설치되며, 상기 관통홀에 각각 대응되게 배치되어 상기 관통홀을 향해 화염을 분사 가능한 복수의 토치를 포함한다.
상기 노즐 예열판의 표면적은 그 수평 단면적보다 넓은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 스트립 연속 제조방법은, 상기 노즐 예열 장치를 사용하여 노즐 선단부에 열을 전달하는 단계; 및 주조롤에 용융 금속을 공급하여 금속 스트립을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 금속 스트립은 Fe계 또는 Ni계 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 용융 금속을 공급하여 금속 스트립을 제조하는 단계의 주조속도는 0.1~2.0 m/sec, 상기 금속 스트립의 두께는 0.8 ~ 2.1 mm인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 융점이 높은 금속을 용탕 인출 주조법으로 제조하는데 있어서 노즐 예열이 주조금속의 융점이상으로 예열온도 확보가 어려울 경우 주조 공정중 노즐 선단에서 발생할 수 있는 용탕의 공급과 흐름에 대한 장애로 부터 자유롭게 예열이 가능하여, 금속 스트립을 안정적으로 길이가 증가된 형태로 연속 주조가 곤란하였던 Fe계, Ni계 합금을 표면품질을 향상시키면서 안정적으로 연속적인 스트립제조가 가능하다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 각각의 구성요소를 기술하기 위해 설명되었지만, 각각의 구성요소는 이 같은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 이러한 용어들은 단지 소정의 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.

도면들에 있어서, 각각의 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되게 표현될 수 있다. 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부부은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.

용융점이 높은 합금을 용탕 인출 주조공정을 이용하여 금속 스트립을 연속적으로 제조하고자 할 때 주조 시작 전 용탕이 주조 롤에 공급되기 위해 유도하는 노즐의 온도를 높게 유지하기 위하여 전기 저항열, 가스버너 등에 의하여 예열을 실시한다. 그러나 이때 예열되는 노즐의 최고온도는 주조되는 고융점 주조재의 융점온도 보다 높게 가열하는 것은 기술적으로 어려움이 있다. 이와 같은 조건에서 초기에 주조 롤(2)에 접촉하는 용융금속은 통상의 금속계 재질의 주조롤에 의해 신속하게 응고되면 주조롤 표면에 응고 쉘이 형성되고 응고쉘은 회전하는 주조롤의 마찰력에 의해 한시적으로 금속 스트립 형태로 인출될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열 장치를 이용한 용탕 인출 금속 스트립 주조장치의 개략도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열 장치의 수직 단면도이다. 도1 및 도2를 참조하여 노즐 예열 장치의 구성과 노즐을 가열하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 노즐(1) 선단에서 용탕의 안정적인 두께 유지와 출렁임을 최소화하는 노즐 예열 장치(4)는 노즐 예열판(6)을 노즐(1)의 선단부에 근접하게 위치시키고 급속가열이 가능한 토치(7)를 노즐 예열판(6)의 직상부에 위치된다. 상기 노즐 예열판(6)은 고온에서 사용가능한 내열강 재질을 사용한다. 토치(7)와 노즐 예열판(6) 사이에 토치(7)의 화염을 통과시킬 수 있도록 관통홀(8)을 포함하는 화염 반사판(9)이 설치된다. 상기 관통홀(8)은 토치(7)의 적정 화염길이의 높이에 수평방향으로 규칙적인 간격을 두고 설치되고, 그 구멍의 크기는 화염의 직경보다 크게 하여 화염이 간섭받지 않도록 한다.

용탕 인출 준비 중 주조공정 중 급속 가열 토치(7)가 주조 공정에 간섭을 주지 않고 노즐(1) 선단을 가열하는 과정은 다음과 같다. 여러 개의 소형 급속 가열 토치(7) 선단으로 방출하는 고열의 화염은 화염 반사판(9)에 형성된 관통홀(8)을 통하여 노즐 예열판(6)을 가열한다. 노즐 예열판(6)에 충돌하여 높은 압력의 기류에 의한 역류되는 화염은 화염 반사판(9)의 후면에 충돌하고 다시 노즐 예열판(6)으로 되돌아와서 노즐 예열판(6)을 다시 가열하게 된다. 화염 반사판(9)에 의해 노즐 예열판(7)의 가열을 극대화하고 역류 화염이 최소화되어 토치(7)에 사용되는 에너지 손실을 방지할 수 있다. 가열된 노즐 예열판(6)은 노즐(1) 선단 직상에서 노즐(1) 및 노즐(1)의 용탕의 표면을 복사열에 의해 가열하게 되어 용탕 인출 주조공정 중 용탕의 온도저하를 완화시키며 용탕 표면의 교란 및 출렁임을 방지하게 된다. 이와 같이 노즐(1) 선단의 온도와 용탕의 표면 온도를 노즐(1)의 용탕 흐름에 영향을 주지않고 주조공정 중에도 높은 온도로 유지함으로써 용탕 인출 주조온도를 높은 상태로 유지하고 안정적인 주조 시간 확보가 가능하게 된다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 금속 스트립과 일반 가열방법에 따른 금속 스트립을 제조하여 표면품질, 스트립의 최대 길이, 두께를 표1에 나타내었다. 제조공정의 조건은 다음과 같다.

Fe-42Ni 합금을 용융 상태로부터 용탕 인출법에 의하여 100 mm 폭의 금속 스트립을 제조하였다. 용강의 공급온도는 융점온도 보다 100℃ 높게 하고 공급량은 30 kg/ch 내외로 공급하고 주조롤과 용융금속의 접촉길이는 25mm를 유지한다. 노즐의 예열온도는 1300℃, 주조롤의 냉각수 순환온도는 50℃ 내외로 유지하면서 주조 속도(스트립 성형속도)는 0.1 ~ 2m/sec으로 하였다.

고융점 금속을 주조할 때 본 발명의 주조중 노즐 선단의 간접 가열방법은 주조중 용탕의 흐름과 안정성에 대한 간섭에서 자유롭게 노즐 선단의 용탕 온도저하를 방지하고 용탕표면의 유동성을 확보하여 스트립의 두께를 일정하게 유지하며 자유표면이 미려하도록 효과적으로 길게 제조 할 수 있음을 알수 있다.

[표1]

도1은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열 장치를 이용한 용탕 인출 금속 스트립 주조장치의 개략도이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열 장치의 수직단면도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1: 노즐 2: 주조롤 3: 보조롤

4: 노즐 예열 장치 5: 금속 스트립 6: 노즐 예열판

7: 토치 8: 관통홀 9: 화염 반사판
10: 노즐 예열관

Claims (5)

1. 주조롤의 일측에 설치되어 상기 주조롤에 용융 금속을 공급 가능한 노즐의 선단부의 상부에 설치되며, 상부 및 하부가 개방된 내부공간을 가지는 노즐 예열관;

   상기 내부공간에 설치되어 상기 내부공간을 상부공간 및 하부공간으로 구획하며, 상하방향으로 관통 형성된 복수의 관통홀을 가지는 화염 반사판;

   상기 하부공간에 설치되며, 상기 노즐 예열관의 하단을 폐쇄하는 노즐 예열판; 및

   상기 상부공간에 설치되며, 상기 관통홀에 각각 대응되게 배치되어 상기 관통홀을 향해 화염을 분사 가능한 복수의 토치를 포함하는 노즐 예열 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노즐 예열판의 표면적은 그 수평 단면적보다 넓은 것을 특징으로 하는 노즐 예열 장치.
3. 제1항의 노즐 예열 장치를 이용한 금속 스트립 연속 제조방법에 있어서,

   상기 노즐 예열 장치를 사용하여 노즐 선단부에 열을 전달하는 단계; 및

   주조롤에 용융 금속을 공급하여 금속 스트립을 제조하는 단계를 포함하는 금속 스트립 연속 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 금속 스트립은 Fe계 또는 Ni계 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 스트립 연속 제조방법
5. 제3항에 있어서,

   상기 용융 금속을 공급하여 금속 스트립을 제조하는 단계의 주조속도는 0.1~2.0 m/sec, 상기 금속 스트립의 두께는 0.8 ~ 2.1 mm인 것을 특징으로 하는, 금속 스트립 연속 제조방법

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