KR101537972B1

KR101537972B1 - 마그네슘 합금의 박판 주조기

Info

Publication number: KR101537972B1
Application number: KR1020130104029A
Authority: KR
Inventors: 윤두형
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-07-20
Also published as: KR20150025888A

Abstract

본 발명은 마그네슘 합금의 박판 주조기를 개시한다. 본 발명에 의한 마그네슘 합금의 박판 주조기는, 설정된 주편의 두께에 대응되는 압연폭을 갖도록 배치된 제1 주조롤 및 제2 주조롤; 상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이에 설치되는 용탕 주입부; 상기 용탕 주입부의 입구 측에 연결 설치되며, 마그네슘 합금의 용탕을 상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이로 주입하는 용탕 공급부; 상기 용탕 공급부의 일측에 연결되어 용탕 주입부에 고온의 가스를 공급하는 가스공급부;를 포함한다.

Description

마그네슘 합금의 박판 주조기{Apparatus for casting strip of magnesium alloy}

본 발명은 박판 주조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마그네슘 합금의 박판 주조기에 관한 것이다.

일반적으로 박판의 주조방법에는 용강을 턴디쉬를 통하여 연속주조방법으로 슬라브를 제조하고, 이를 압연 및 사상작업을 거쳐 박판으로 제조하는 연속주조방법과, 회전하는 쌍롤에 직접 용강을 투입하고 주조롤을 통하여 슬라브의 압연 및 사상작업 없이 박판을 제조하는 쌍롤식 박판주조방법이 있다

후자는 연속주조방식의 여러 공정을 거치지 않으면서도 박판을 직접 제조할 수 있어 원가 측면에서 상당한 비용절감 및 공정을 줄일 수 있으므로, 최근 이와 같은 쌍롤식 박판주조방법에 많은 연구가 진행되고 있다.

한편, 마그네슘은 상용되고 있는 구조용 합금원소 가운데 밀도가 가장 낮은 금속으로 1.74g/cc의 밀도를 가진다. 이는 알루미늄의 2/3에 해당되고 철의 약 1/5 정도에 해당된다. 이러한 마그네슘을 함유한 합금재료는 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능, 경량성, 우수한 전자파 차폐 특성이 있다. 그리고, 최근에 컴퓨터, 카메라, 휴대전화 등의 부품으로 사용이 확대되고 있는데 그 이유는 경량성, 재활용성의 우수성 및 전자파 차폐 및 높은 비강도 때문으로 박판으로서의 성형이 가능하기 때문이다.

기존의 마그네슘 합금 부품은 대부분 다이 캐스팅으로 제작되어 왔지만, 최근 들어 박판의 개발에 많은 연구가 진행되면서 박판을 성형하여 부품을 제조하는 것이 점차 늘고 있다. 그러나 마그네슘은 소성 변형에 필수적인 슬립시스템이 적은 조밀 육방격자(HCP) 구조를 지니고 있어 압연성이나 성형성이 나빠 박판의 제조시 냉간압연이 일정량(∼20%) 이상으로 이루어지기 어려운 단점이 있다. 그래서 박판의 제조시 대부분은 열간압연을 행하고 표면 특성을 위해 최종적으로 냉간압연을 행하고 있다.

열간압연을 통해 마그네슘 합금의 용탕으로부터 박판을 직접 제조하는 마그네슘 합금의 박판 주조기는 강의 연속주조(Continuous Casting)와 마찬가지로 마그네슘 합금 용탕을 주조롤 사이로 분사시켜 압연하는 과정을 통해 응고와 동시에 박판으로 압연시킬 수 있도록 구성된다.

보다 상세하게 설명하면, 마그네슘 합금의 박판 제조기는 소정 두께의 압연폭을 갖도록 설치된 한 쌍의 주조롤, 주조롤의 전방에 설치되고 내부에 저장된 마그네슘 합금의 용탕을 주조롤을 향해 분사할 수 있도록 마련된 용탕 주입 노즐 및 주조롤의 전방에 설치되어 주조롤과 용탕 주입 노즐 사이에 보호가스를 분사함으로써 마그네슘 합금의 용탕이 응고시 산화되는 것을 방지해주는 보호가스 분사노즐로 구성된다.

이러한 박판 주조기를 이용한 종래의 마그네슘 합금의 주조법에 따르면, 박판을 용탕으로부터 직접 제조하기 위하여 용탕 주입 노즐을 통해 마그네슘 합금의 용탕을 공급한 후 응고 직전의 메니스커스(meniscus)를 주조롤로 냉각시킨 다음 응고와 동시에 압연하여 박판의 주편을 만든다.

그런데, 기존에는 내화물 노즐을 오븐에서 장시간 예열하고, 예열된 노즐을 한 쌍의 주조롤 사이에 설치한 후 주조공정을 진행하였는데, 그 이동 시간 등으로 말미암아 노즐의 온도가 저하되어 실제 공정 진행시 노즐의 중심부에 비해 에지부와 출구 측의 온도가 저하되고, 출구 측의 경우 외부 공기에 노출되어 주조시 노즐 내부에 응고물이 형성되며, 이러한 응고물은 용탕의 원활한 주입을 방해함으로써 주편에 결함을 유발하는 문제가 있었다.

본 발명의 실시예에 따르면, 노즐의 에지부 및 출구 측 온도를 중앙부와 같이 균일하게 유지함으로써 노즐의 에지부 및 출구 측에 별도의 응고물이 발생하지 않도록 한 마그네슘 합금의 박판 주조기를 제공한다.

일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 박판 주조기는, 설정된 주편의 두께에 대응되는 압연폭을 갖도록 배치된 제1 주조롤 및 제2 주조롤; 상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이에 설치되는 용탕 주입부; 상기 용탕 주입부의 입구 측에 연결 설치되며, 마그네슘 합금의 용탕을 상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이로 주입하는 용탕 공급부; 상기 용탕 공급부의 일측에 연결되어 용탕 주입부를 예열하기 위한 고온의 가스를 공급하는 가스공급부;를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 고온 가스는 비활성 고온 가스인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 비활성 고온 가스는 아르곤(Ar), 질소(N₂), 4불소화황(SF₄), 6불소화황(SF₆) 중 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이의 출구 측에 설치되며, 용탕 주입부의 출구 측을 예열하는 보조 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 용탕 주입부 및 보조 가스 공급부의 외측에 설치되어 공정 온도를 유지시키는 온도유지커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 용탕 주입부의 입구 측과 출구 측으로 고온의 예열가스를 공급할 수 있게 됨으로써 용탕 주입부가 전체적으로 온도 편차 없이 고르게 공정 온도에 도달할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 용탕 주입부와 주조롤 사이의 공간을 가능한 한 외부와 단절시켜 주도록 온도유지커버를 설치하여 용탕 주입부 내에 양압을 형성시킴으로써 외부의 공기가 침투하여 열교환되는 것을 방지하여 용탕 주입부 내에 응고물이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 합금 박판 주조기의 구성을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 합금 박판 주조기의 주조 공정을 진행할 때의 구성을 도시하고 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 박판 주조기의 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 본 실시예에서는 입구 측과 출구 측, 전방과 후방의 용어가 사용되고 있으며, 입구 측은 용탕이 주입되는 부분을, 출구 측은 용탕이 한 쌍의 주조롤 사이로 배출되는 부분을 의미하며, 전방은 입구 측 방향을, 후방은 출구 측 방향을 의미하는 것으로 정의한다. 즉, 도면을 참고로 좌측은 전방, 우측은 후방이 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 합금 박판 주조기의 구성을 도시하고 있으며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네슘 합금 박판 주조기의 주조 공정을 진행할 때의 구성을 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 마그네슘 합금 박판 주조기는 주조롤(10)(20), 용탕 주입부(30), 용탕 공급부(40), 가스 공급부(50)를 포함한다.

주조롤은 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20)이 한 세트로 이루어지며, 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20)은 설정된 주편의 두께와 대응되는 압연 폭을 갖도록 설치된다. 주조롤은 용탕 주입부(30)로부터 마그네슘 합금 용탕을 공급받아 마그네슘 합금 박판을 제조한다. 한 쌍의 주조롤들은 도 1에 도시한 바와 같이 상호 이격되어 갭(gap)을 형성하고, 마그네슘 합금 용탕은 한 쌍의 주조롤들 사이에 형성된 갭을 통하여 연속 압연되어 마그네슘 합금의 박판으로 제조된다.

용탕 주입부(30)는 대략 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20) 사이의 전방 측에 배치되며, 용탕 공급부(40)로부터 공급된 마그네슘 합금의 용탕을 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20) 사이로 분사한다.

용탕 주입부(30)는 내화물로 이루어지고 용탕을 분사하는 노즐(31)과, 이 노즐(31)을 감싸는 노즐 하우징(32)을 포함한다. 노즐 하우징(32)은 일측으로 갈수록 직경이 점차 감소되는 테이퍼 형태로 형성되어 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20) 사이에 최대한 근접할 수 있도록 함이 바람직하다.

용탕 공급부(40)는 적정량의 용탕을 수용할 수 있는 내용적을 가지며, 용탕 주입부(30)의 입구 측에 연결되어 용탕 주입부(30)로 주편을 제조하기 위한 용탕을 공급한다.

가스 공급부(50)는 용탕 공급부(40)의 일측에 연결 설치되어 용탕 공급부(40)를 통과하여 용탕 주입부(30) 내로 고온(예컨대, 400℃)의 가스를 공급함으로써 주조 공정 전에 용탕 주입부(30)의 온도를 충분히 가열시켜 주는 역할을 한다. 이때, 가스는 공정 진행시 용탕의 산화를 방지하기 위한 비활성가스가 사용된다. 예컨대, 아르곤(Ar), 질소(N₂), 4불소화황(SF₄), 6불소화황(SF₆) 등이 사용될 수 있다. 이러한 가스를 고온으로 가열하기 위해 가스 공급부(50)에는 통상의 열풍기가 사용될 수 있다.

한편, 본 실시예의 박판 주조기는 보조 가스 공급부(60)를 더 포함할 수 있다. 보조 가스 공급부(60)는 용탕 공급부(40)와 대향되도록 한 쌍의 주조롤의 후방에 설치되어 노즐(31)의 출구 측에 고온의 비활성가스를 공급해 준다. 예컨대, 가스 공급부(50)를 통해 고온의 비활성가스를 공급하더라도 용탕 공급부(40)를 거쳐 용탕 주입부(30)에 도달하면서 고온의 비활성가스는 그 온도가 저하되어 용탕 주입부(30)의 입구(I)와 출구(O) 간에 온도차가 심하게 발생할 수 있다. 따라서, 용탕 주입부(30)의 출구(O) 측에 별도로 보조 가스 공급부(60)를 설치함으로써 용탕 주입부(30)의 입구(I)와 출구(O) 간의 온도 차이를 최소화할 수 있다.

이때, 가스 공급부(50) 및 보조 가스 공급부(60)는 장치로부터 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 가스 공급부(50) 및 보조 가스 공급부(60)는 이동 가능한 테이블(도시 생략) 상에 설치되어 용탕 주입부에 고온 가스를 공급할 때 결합되고, 주편을 제조할 때에는 분리될 수 있다.

또한, 본 실시예의 박판 주조기는 고온의 비활성가스로 인해 온도가 상승된 노즐(31)이 외기와의 접촉으로 인한 온도 하강을 방지하기 위해 제1 온도유지커버(70) 및 제2 온도유지커버(80)를 더 포함할 수 있다.

제1 온도유지커버(70)는 도 2와 같이, 그 일측이 볼트 등의 고정부재(71)를 매개로 노즐 하우징(32)에 고정 결합되고, 타측 단부는 각 주조롤의 전방 측에 최대한 근접하게 위치된다. 제2 온도유지커버(80)는 그 일측이 볼트 등의 고정부재를 매개로 보조 가스 공급부(60)의 외측에 고정 결합되고, 타측 단부는 각 주조롤의 후방 측에 최대한 근접하게 위치된다.

한편, 마그네슘 합금은 산화성이 매우 강하므로 주편 주조시에 용탕과 공기 중의 산소가 반응하여 쉽게 산화물을 형성하고 이 산화물이 롤과 접촉하거나, 응고 부위에서 열전달의 방해막으로 존재할 수 있어 주조시 조업 상의 문제를 야기하거나 주편의 결함으로 잔존할 수 있으므로, 각각의 온도유지커버는 산화, 부식 등을 방지할 수 있는 재질, 예컨대 스테인리스강으로 형성되는 것이 좋다.

또한, 각각의 온도유지커버는 적당히 탄성을 가질 수 있는 두께, 예컨대 30 마이크로미터에서 0.1mm 정도의 두께로 형성될 수 있는데, 두께가 너무 두꺼우면 주조롤의 회전시 상호 간섭이 일어날 수 있기 때문이다.

본 실시예의 마그네슘 합금의 박판 주조기는 회전하는 한 쌍의 주조롤에 용탕(용강)을 공급하여 그 용탕으로부터 직접 수 mm 정도의 박판을 연속적으로 제조하는 것으로, 본 실시예의 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 과정을 도 1 및 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 1을 참고하면, 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20)의 설치 및 설정된 주편의 두께에 따른 롤 간의 간극을 조절하고, 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20)의 전방 측에 용탕 주입부(30)를 설치한 후, 용탕 주입부(30)의 입구(I) 측에 용탕 공급부(40)를 연결시킨다.

이후, 용탕 공급부(40)의 일측에 가스 공급부(50)를 연결시키고, 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20)의 후방에 보조 가스 공급부(60)를 설치한다. 더불어, 용탕 주입부(30) 및 보조 가스 공급부(60)의 외측에 적어도 하나 이상의 온도유지커버를 설치한다.

다음으로, 가스 공급부(50)를 통해 고온의 비활성가스를 공급하면, 고온의 비활성가스는 용탕 공급부(40)를 거쳐 용탕 주입부(30)로 이동하여 노즐(31)을 예열하게 된다. 이때, 보조 가스 공급부(60)를 통해서도 고온의 비활성가스가 공급되므로 노즐(31)은 그 중앙부와 에지부 및 출구 측이 모두 고르게 예열될 수 있다.

더욱이, 용탕 주입부(30) 및 보조 가스 공급부(60)의 외측에 설치된 온도유지커버 및 노즐(31) 내부에 발생한 양압으로 인해 외기와의 접촉이 최소화됨으로써 용탕 주입부(30)는 전체적으로 온도 편차 없이 고른 온도 분포를 갖게 된다.

이와 같은 과정을 통해 노즐(31)이 충분히 예열되면, 제1 주조롤과 제2 주조롤의 전방 및 후방에 위치한 가스 공급부(50) 및 보조 가스 공급부(60)가 장치로부터 분리되고, 도 2와 같이 주편을 제조하기 위한 용탕이 용탕 공급부(40) 및 용탕 주입부(30)의 노즐(31)을 통해 제1 주조롤(10)과 제2 주조롤(20) 사이로 주입된다.

이에 따라 일정 속도로 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용탕이 주입되면, 용탕은 수냉되는 한 쌍의 주조롤과 접촉하면서 설정된 두께의 주편(1)으로 형성되는 것이다.

10; 제1 주조롤 20; 제2 주조롤
30; 용탕 주입부 31; 노즐
32; 노즐 하우징 40; 용탕 공급부
50; 가스 공급부 60; 보조 가스 공급부
70; 온도유지커버 71; 고정부재

Claims

설정된 주편의 두께에 대응되는 압연폭을 갖도록 배치된 제1 주조롤 및 제2 주조롤;
상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이에 설치되는 용탕 주입부;
상기 용탕 주입부의 입구 측에 연결 설치되며, 마그네슘 합금의 용탕을 상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이로 주입하는 용탕 공급부;
상기 용탕 공급부의 일측에 연결되어 용탕 주입부를 예열하기 위한 고온의 가스를 공급하는 가스공급부; 및
상기 제1 주조롤과 제2 주조롤 사이의 출구 측에 설치되며, 용탕 주입부의 출구 측을 예열하는 보조 가스 공급부;
를 포함하는 마그네슘 합금의 박판 주조기.
제1항에 있어서,
상기 고온 가스는 비활성 고온 가스인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 박판 주조기.
제2항에 있어서,
상기 비활성 고온 가스는 아르곤(Ar), 질소(N₂), 4불소화황(SF₄), 6불소화황(SF₆) 중 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 박판 주조기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 용탕 주입부 및 보조 가스 공급부의 외측에 설치되어 공정 온도를 유지시키는 온도유지커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 박판 주조기.