KR101536432B1 - 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치 - Google Patents

박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면 품질이 우수한 박판제조를 위한 박판 주조 장치의 주조롤의 표면을 처리 하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 레이저 빔 무늬 각인 공정과 전기도금 공정의 조합을 통하여 무늬의 형태와 대상 표면의 형상에 제약을 받지 않고 일정한 높이로 정밀하게 롤 표면에 양각의 돌기를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치 {CASTING ROLL SURFACE TREATMENT METHOD FOR STRIP CASTING AND EQUIPMENT FOR THE SAME}
본 발명은 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 박판 주조기의 주조롤에 일정 높이의 무늬 가공을 위한 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
박판 주조용 주조롤에 의한 주조는 최종 제품 두께에 가까운 박판을 급속 응고시켜 주조하기 때문에, 주조된 박판의 표면 품질이 매우 중요하다.
박판 주조용 주조롤로 주조 시, 주조롤과 용강이 접촉되는 시간이 매우 짧기 때문에 응고 불균일로 인하여 표면 균열이 발생하거나, 응고 시 표면의 미소한 오목부가 생성되면 후속되는 압연공정 등에서 제거가 불가능하다. 또한, 응고 조직의 불균일이 발생되면 최종 생산품에서 표면광택 불균일이 발생되어 제품으로서 가치가 떨어진다. 또한, 용강상태에서 녹아 있던 용해성 가스가 응고 시 포화되어 발생되는 경우 판에 오목한 덴트 결함을 발생시키거나 발생된 가스압에 의해 주조 박판과 주조롤 사이 갭이 발생되어 응고 불균일으로 인한 접힘 흠 등이 발생된다.
상기와 같이 발생되는 가스는 주조롤의 음각성 표면구조에서는 배출이 어려워 표면 결함을 일으키게 된다. 이러한 가스를 배출하기 위해서는 양각성 표면구조가 필요한데 특히 요철의 골들이 웅덩이로 고립되어 가스가 갇히지 않게 연결되어있어야 한다. 그러나 쇼트 블라스트나 레이저를 이용한 딤플 가공은 고립된 요철의 골을 연결하기 어렵기 때문에 결함의 방지가 불가능하다.
박판 주조의 주조롤 표면 처리 기술 분야에서는 주조롤 표면에 여러가지 방법으로 딤플을 부여하거나 요철을 부여하여 상기 표면 결함을 해결하는 방법들이 연구되고 있다. 한 예로 포토에칭으로 별도의 형상이 식각된 롤 표면에 쇼트 블라스팅 딤플을 가공하는 방법이 사용되고 있는데, 이러한 포토 에칭을 이용한 주조롤 표면 처리 기술로서, 포토에칭 기술을 이용하여 주조롤 표면에 원하는 패턴이 인쇄된 다수의 필름을 감아 패턴을 베끼고 에칭을 이용하여 패턴부분을 가공하는 기술 (특허문헌 1)이 제안되고 있다.
그러나, 상기와 같이 포토에칭을 이용한 표면 처리 기술의 경우 마스킹 수지를 도포한 롤 표면에 필름을 부착하여 감광 현상하는 공정의 특성상 암실 작업이 필수이며, 롤 표면이 필름이 밀착되어 불필요한 빛이 새어 들어가지 않도록 매끈해야한다는 기술적 제약이 있고, 포토에칭 후 쇼트 블라스팅 딤플을 가공하게 되면 기 가공되어 있는 에칭 패턴이 손상 받을 수 있다는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 일본 특개평2-295647호
본 발명은 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치에 관한 것으로 주조롤 표면에 요철 딤플이 존재하더라도 원하는 형상으로 양각의 돌기를 생성시킬 수 있는 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 박판 주조용 주조롤의 표면에 마스킹 수지를 도포하여 경화시키는 마스킹 단계; 레이저를 이용하여 상기 마스킹 수지의 식각할 부위를 제거하는 레이저 패터닝 단계; 상기 패터닝으로 인하여 상기 마스킹 수지가 제거된 부위를 도금하는 도금 단계; 및 상기 박판 주조용 주조롤의 표면에 남아있는 마스킹 수지를 제거하는 탈막 단계를 포함하는 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법에 의하여 달성된다.
여기에서, 바람직하게는 상기 마스킹 단계에서 도포하는 마스킹 수지로서 광경화 액상 포토레지스트 수지를 사용한다.
바람직하게는, 상기 마스킹 단계에서 도포하는 마스킹 수지의 두께는 5um ~ 100um이다.
바람직하게는, 상기 도금 단계에서 도금을 실시하기 전에, 전해 연마 장치를 이용하여 상기 패터닝된 주조롤의 표면을 세정하는 전해 연마 단계를 추가적으로 실시한다.
본 발명의 또 다른 목적은 박판 주조용 주조롤을 회전 및 이동시키면서 레이져 조사하여 패터닝을 형성하는 패터닝 형성 수단; 박판 주조용 주조롤을 회전 및 이동시키면서 상기 박판 주조용 주조롤의 적어도 일부분을 전해 연마 용액에 침적시켜 표면을 세정하는 전해 연마 수단; 및 상기 패터닝이 형성된 부분을 도금하는 도금 수단을 포함하는 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 장치에 의하여 달성된다.
본 발명은 롤 표면에 도포된 마스킹 수지를 레이저에 의해 직접적으로 제거 하기 때문에 마킹 패턴이 인쇄된 필름의 부착 및 감광 현상 단계 없이 레이저 패터닝 후 바로 도금을 하여 표면 처리 대상면의 요철 여부에 상관없이 균일한 높이의 도금 작업이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의하여 마스킹 수지가 레이저 패터닝으로 제거된 롤 표면을 광학현미경으로 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서 도금 단계를 마친 후의 롤 표면을 3차원 측정기로 측정한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서 도금 단계를 마친 후의 롤 표면의 높이 프로파일로서 원하는 높이의 양각의 돌기가 형성되었음을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 박판 주조기의 주조롤에 일정 높이의 무늬 가공을 위한 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법에 관한 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 공정도를 나타내고 있다.
본 발명의 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법은 박판 주조용 주조롤의 표면에 마스킹 수지를 도포하는 마스킹 단계 (S1), 상기 마스킹 수지가 경화되면 레이저를 이용하여 식각할 부위의 마스킹 수지를 제거하는 레이저 패터닝 단계 (S2), 패터닝으로 인하여 마스킹 수지가 제거된 부위를 도금하는 도금 단계 (S3) 및 박판 주조용 주조롤의 표면에 남아있는 마스킹 수지를 제거하는 탈막 단계 (S4)로 이루어진다.
상기 마스킹 단계 (S2)는 박판 주조용 주조롤 (11)의 표면에 마스킹 수지 (12)를 도포하는 공정이다. 마스킹 수지 (12)의 형성은 마스킹 수지를 주조롤 (11) 표면에 직접 접착하는 방법으로 하거나 또는 액상의 마스킹 수지 (12)를 붓이나 분무장치 등을 이용하여 주조롤 (11) 표면에 도포하여 건조 후 막을 형성하는 방법으로 수행된다.
상기 주조롤 (11)의 표면은 숏블라스팅에 의해 딤플 가공이 되어있는 표면이건 아무런 가공이 안되어 있는 표면이건 상관없이 모든 표면에서 본 발명의 박판 주조용 주조롤 표면 처리가 가능하다.
바람직하게는, 상기 마스킹 단계 (S1)에서 마스킹 수지 (12)를 도포하기 전에, 주조롤 (11)의 표면에 부탁된 이물질을 제거하기 위하여 탈지 또는 수세 등의 방법으로 주조롤 (11)의 표면을 세척해 줄 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 마스킹 수지는 액상의 광경화성 포토레지스트 수지(LPR)이다. 상기 광경화성 포토레지스트 수지(LPR)는 숏블라스팅에 의해 미리 생성된 딤플에도 균일한 두께로 도포될 수 있다.
상기 마스킹 수지 (12)의 두께는 두꺼우면 가공 형상이 불량하고, 얇을수록 레이저 가공은 결과는 우수하나, 이후 도금 단계 (S3)까지 마스킹 수지 (12)의 손상이 없기 위해서는, 마스킹 수지 (12)의 두께는 적어도 5um이상인 것이 바람직하고, 가공 형상이 불량하고 레이저 가공이 불량해지는 것을 막기 위하여 100um이하인 것이 바람직하다.
상기 레이저 패터닝 단계 (S2)는 상기 마스킹 수지 (12)가 경화되면 레이저 (13)를 이용하여 식각할 부위의 마스킹 수지 (12)를 제거하는 공정이다. 마스킹 수지의 선택적 제거를 포토 에칭 공정을 통한 필름 부착 및 감광 후 현상하는 방법을 사용하지 않고, 레이저 (13)에 의해 직접 불필요한 마스킹 수지 (12)를 제거하기 때문에 암실에서의 작업이나 광원에 의한 현상 단계를 생략하였기 때문에 주조롤 (11) 표면 요철상태에 상관없이 작업이 가능하다.
상기 도금 단계 (S3)는 패터닝으로 인하여 마스킹 수지 (12)가 제거된 부위를 도금하는 공정이다. 도금하는 공정에는 제한이 없으나, 바람직하게는, 도금액 Ni(SO3NH2)2을 포함하고, Ni을 양극으로 가지는 도금 장치 (15)에 음극을 가지는 주조롤 (11)을 침지하고 전류밀도 1.2A/dm2~2A/dm2 범위에서 전기도금을 실시한다.
바람직하게는, 상기 도금 단계 (S3)에서 도금을 실시하기 전에 전해 연마 장치 (14)를 이용하여 상기 패터닝된 주조롤의 표면을 세정하는 전해 연마 단계를 추가적으로 실시한다. 레이저 (13)에 의한 패터닝 후 표면 불순물을 제거하기 위한 것으로, 바람직하게는, 인산 50% 수용액을 포함하는 전해 연마 장치 (14)에 주조롤 (11)의 일부분 담그고,　주조롤 (11)에는 양극 전해 연마 장치 (14)에는 음극을 걸어 주조롤을 회전시키면서 전해연마를 실시한다. 전해 연마 단계를 거친 후 바로 도금 장치 (15)로 이동하여 전기 도금에 의해 원하는 형상의 요철을 원하는 높이로 만들 수 있다.
탈막 단계 (S4)는 레이저 (13)로 패터닝된 부분에 도금된 부분이 드러나도록 박판 주조용 주조롤의 표면에 남아있는 마스킹 수지 (12)를 제거하여 하는 공정이다. 상기 마스킹 수지 (12)를 제거하는 방법에는 제한이 없으나, 바람직하게는, 수산화나트륨 4% 수용액에 주조롤 (11)을 넣고 회전시키면 마스킹 수지 (12)를 염기에 녹여 제거한다.
도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 의하여 마스킹 수지가 레이저 패터닝으로 제거된 롤 표면을 광학현미경으로 촬영한 사진을 나타내고 있다. 더 상세하게는, Ni 재질의 주조롤 표면에 Tokyo Ohka Kogyo 사의 PMER N-SG31B 액을 전용희석액을 이용　50% 희석하여 스프레이 상태로 건조 후 두께 20um로 마스킹 수지를 도포하고 레이저를 이용 직경 0.2mm, 수직 피치 0.6mm, 수평 피치 0.6mm로 마스킹 수지를 제거한 것을 나타낸 사진이다.
도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따라서 도금 단계를 마친 후의 롤 표면을 3차원 측정기로 측정한 사진을 나타내고 있다. 도2에서 청색으로 마스킹된 부분은 변화가 없고 청색의 마스킹 수지가 레이저로 제거된 부분은 양각으로 도금되었다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따라서 도금 단계를 마친 후의 롤 표면의 높이 프로파일로서 원하는 높이의 양각의 돌기가 형성되었음을 보여주는 그래프이다. 도 3에서의 중앙 4개의 요철 부분 (분홍색 표시)의 높이 프로파일을 나타낸 것이다. 돌출된 요철의 높이는 평균 59um 표준편차 4um 으로 균일한 높이 얻을 수 있었다.
이하, 상기 박판 주조용 주조롤의 표면 처리를 실시할 수 있는, 본 발명의 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 장치에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 장치는 박판 주조용 주조롤을 회전 및 이동시키면서 레이져 조사하여 패터닝을 형성하는 패터닝 형성 수단, 박판 주조용 주조롤을 회전 및 이동시키면서 상기 박판 주조용 주조롤의 적어도 일부분을 전해 연마 용액에 침적시켜 표면을 세정하는 전해 연마 수단 및 상기 패터닝이 형성된 부분을 도금하는 도금 수단으로 이루어져 있다.
상기 패터닝 형성 수단은 표면에 마스킹 수지를 도포하고 건조시킨 박판 주조용 주조롤을 회전 및 이동시키면서 레이저로 패터닝을 형성시키기 위한 수단으로, 레이저 가공속도, 주조롤 회전 속도　및 레이저 축 방향 이송속도를 정밀 제어하여 회전하는 주조롤 표면에 연속 무늬를 가공할 수 있다.
상기 전해 연마 수단은 상기 패터닝을 마친 박판 주조용 주조롤을 그대로 이동시켜 회전 및 이동시키면서 주조롤의 적어도 일부분을 전해 연마 용액에 침적시켜 표면을 세정하는 수단이다. 상기 전해 연마 수단은 수용액으로 채워진 수조와 주조롤을 상기 수조의 수용액에 일부분 침적시키고 롤을 회전 시킬 수 있는 회전 장치를 포함한다.
상기 도금 수단은 레이저에 의해 마스킹 수지가 패터닝되어 주조롤의 표면이 드러난 부위에 금속을 도금하는 수단이다. 바람직하게는, 상기 도금 수단은 주조롤을 완전히 침적시킬 수 있는 수조, 도금액을 승온 보온할 수 있는 도금액 가열장치, 전원 공급장치 및 주조롤 회전장치를 포함하며, 상기 주조롤에 음극을 가지게 하고, 순수　Ni 양극 판을 상기 주조롤 폭방향으로　설치하여 주조롤을 회전시키면서 전폭으로 일정한 높이의 도금이 이루어지도록 구성된다.
상기 패터닝 형성 수단, 전해 연마 수단 및 도금 수단에 의한 공정은 연속해서 이루어질 수도 있고, 시간차를 각각 이루어질 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
11: 박판 주조용 주조롤
12: 마스킹 수지
13: 레이저 조사 장치
14: 전해 연마 장치
15: 도금 장치

Claims (5)

  1. 박판 주조용 주조롤의 표면에 마스킹 수지를 도포하여 경화시키는 마스킹 단계;
    레이저를 이용하여 상기 마스킹 수지의 식각할 부위를 제거하는 레이저 패터닝 단계;
    상기 패터닝으로 인하여 상기 마스킹 수지가 제거된 부위를 도금하는 도금 단계; 및
    상기 박판 주조용 주조롤의 표면에 남아있는 마스킹 수지를 제거하는 탈막 단계를 포함하고, 상기 도금은 상기 패터닝된 주조롤을 도금액에 침지하고 상기 주조롤에 음극을 띄게 하고 양극을 띄는 양극 판을 상기 주조롤 폭방향으로 설치하여, 상기 주조롤이 회전하면서 상기 주조롤의 패터닝된 부분에 일정한 높이로 상기 도금이 이루어지는 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마스킹 단계에서 도포하는 마스킹 수지로서 광경화 액상 포토레지스트 수지를 사용하는 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마스킹 단계에서 도포하는 마스킹 수지의 두께는 5um ~ 100um인 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 도금 단계에서 도금을 실시하기 전에, 전해 연마 장치를 이용하여 상기 패터닝된 주조롤의 표면을 세정하는 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 방법.
  5. 박판 주조용 주조롤을 회전 및 이동시키면서 레이져 조사하여 패터닝을 형성하는 패터닝 형성 수단;
    박판 주조용 주조롤을 회전 및 이동시키면서 상기 박판 주조용 주조롤의 적어도 일부분을 전해 연마 용액에 침적시켜 표면을 세정하는 전해 연마 수단; 및
    상기 패터닝이 형성된 부분을 도금하는 도금 수단을 포함하고, 상기 도금 수단은 도금액을 담는 수조, 상기 도금액을 승온 또는 보온할 수 있는 도금액 가열장치, 양극 판 및 주조롤 회전장치를 구비하며, 상기 주조롤에 음극을 띄게 하고 양극을 띄는 상기 양극 판을 상기 주조롤 폭방향으로 설치하여, 상기 주조롤이 회전하면서 상기 주조롤의 패터닝된 부분에 일정한 높이의 도금이 이루어지도록 구성되는 박판 주조용 주조롤의 표면 처리 장치.
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