KR101650245B1 - 용탕 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

용탕 공급 장치 및 그 방법이 소개된다.
본 발명의 용탕 공급 장치는, 수평식 트윈 롤 박판 주조 장치의 상부 롤 및 하부 롤 사이에 용탕을 공급하는 장치로서, 노즐 하우징, 상기 노즐 하우징의 선단에 결합되어 용탕을 공급하는 노즐팁, 상기 상부 롤 및 상기 하부 롤 사이에 형성된 머쉬 존이 외부와 차단될 수 있도록, 일단이 상기 노즐 하우징에 고정되고 타단이 각각 상기 상부 롤 및 하부 롤에 접하도록 연장된 상부 커튼 및 하부 커튼을 포함하여 밀폐 공간을 형성시키는 커튼부, 상기 밀폐 공간 내부에 보호가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하고, 상기 상부 커튼 및 상기 하부 커튼은 각각 일체화된 일단이 상기 노즐 하우징에 대향하게 고정되되, 상기 상부 커튼의 타단은 상기 상부 롤의 서로 다른 지점에 접하도록 상기 상부 롤 방향으로 분기되어 연장된 제1상부 커튼 및 제2상부 커튼을 포함하고, 상기 하부 커튼의 타단은 상기 하부 롤의 서로 다른 지점에 접하도록 상기 하부 롤 방향으로 분기되어 연장된 제1하부 커튼 및 제2하부 커튼을 포함하며, 상기 제1, 2상부 커튼 및 상기 제1, 2하부 커튼은, 상기 밀폐 공간의 내부 압력이 대기압보다 높아질 경우 그 압력에 의해 일시적으로 상기 상부 롤 및 상기 하부 롤로부터 이격되어 상기 밀폐 공간 내부의 보호가스를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.

Description

용탕 공급 장치{APPARATUS FOR SUPPLYING MOLTEN METAL}
본 발명은 용탕 공급 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 마그네슘 용탕 주조 시 무산화 분위기가 형성될 수 있도록 밀폐된 공간을 형성한 상태에서 보호가스를 투입하는 용탕 공급 장치에 관한 것이다.
마그네슘은 밀도가 낮아서 중량도 매우 낮다. 그와 동시에, 마그네슘은 알루미늄의 강성에 필적하는 강성을 갖는다. 이러한 특성 조합으로 인해 마그네슘은 차체, 특히 자동차 차체의 구조물 영역, 특히 스트립이나 박판과 같은 평판 제품의 형태로 사용하기에 매우 적합하다.
마그네슘 박판을 경제적으로 제조하기 위해 마그네슘 용탕이 최대 50 ㎜ 두께의 예비 스트립으로 주조되는바, 용탕이 공기 중의 산소와 접촉되는 것을 방지하기 위해 용탕을 먼저 주조 용기 내로 넣는다.
이 주조 용기에는 주조 갭 내로 용탕을 공급하는 주조 노즐이 연결되어 있다. 주조 갭으로부터 배출되는 예비 스트립은 주조 열에 의해 열간 압연 초기 온도에서 소정 두께로 열간 압연된다. 이러한 프로세스는 주조 열을 이용하여 예비 스트립의 열간 압연을 실시할 수 있기 때문에, 별도의 재가열이 필요없다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 세라믹 재질의 주조 노즐에는 파이프 노즐(3)이 설치되어 마그네슘 용탕의 산화를 방지하는 보호가스(SF6 + N2)를 분사한다.
보호가스는 머쉬(mushy) 상태의 마그네슘 용탕 주위로 보호가스를 분사하여 무산화 분위기를 조성한다.
주조 노즐의 노즐팁부(5)는 롤 립부(7)에 최대한 접근한 상태에서 마그네슘 용탕을 공급해야 하는데, 롤 표면과 파이프 노즐(3)의 간섭에 의해 노즐팁부(5)의 접근은 제한을 받게 되는 것은 물론, 파이프 노즐(3)에 의해서 롤 표면이 손상되기도 하며, 노즐팁부(5)를 통과하여 롤 립부(7)에 물리는 용탕 즉, 머쉬 존(mushyzone)에 보호가스가 도달하기 전 분산됨으로써 무산화 분위기 조성에 악 영향을 끼치게 되는바, 노즐팁부(5)에 개재물이 생성되어 판재에 결함이 생기게 되는 문제점이 있다.
이와 같이, 종래 방식으로 제조된 마그네슘 스트립은 대부분 자동차 차체 구조물의 영역에서 요구되는 엄격한 기준을 만족시키기에는 불충분한 표면 상태를 갖는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 보호가스를 분사하는 기술들이 다양하게 개발되어 있는데, 이하에서는 몇 가지 선행기술들을 소개한다.
한국공개특허 제2006-0073345호(2006.06.28)에는 "수평식 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 마그네슘 박판주조시스템"이 개시되어 있다.
이는 주조 노즐을 통해 롤 사이의 주조 갭으로 마그네슘 용탕을 유도하여 예비 스트립으로 주조하되, 이송 방향으로 주조 롤의 전, 후방에는 가스 공급관 시스템에 접속된 가스 분사 노즐들이 제공되며, 이 가스 분사 노즐들은 주조 갭을 향하며 예비 스트립의 윗면과 밑면에 가스를 분사하는바, 주조 갭 내로 유입되는 마그네슘 용탕 및 주조 갭으로부터 배출되는 예비 스트립이 주변 대기와 접촉, 산화되는 것을 방지, 표면 상태를 개선한 것이다.
한국공개특허 제2010-0023741호(2010.03.04)에는 "마그네슘 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치"가 개시되어 있다.
이는 2개의 주조 롤 사이에 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융시킨 마그네슘 용탕을 마그네슘 스트립으로 연속 주조하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 주조 롤들 중 적어도 하나의 주연면에 각각 주조된 마그네슘 용탕에 비하여 불활성인 액화 가스의 흐름이 분사. 불활성 가스가 주조 롤의 표면을 감싸는 가스 커튼을 형성함으로써 마그네슘 용탕의 산화를 방지하는 기술이다.
그러나, 상술한 선행기술들은 모두 트윈 롤 사이로 마그네슘 용탕을 공급할 때, 용탕의 산화 방지를 위해 보호가스를 분사, 무산화 분위기를 형성하고자 하는 기술과 관련된 것이지만, 상술한 바와 같이 머쉬 존까지 완벽하게 무산화 분위기를 조성하기에는 한계를 가지고 있다.
본 발명자는 이러한 선행기술들의 문제점을 인식하고, 파이프 노즐의 롤 표면과의 간섭, 롤 표면 손상, 머쉬 존에서의 무산화 분위기 조성과 관련된 문제를 해결한 본 발명에 이르게 되었다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
한국공개특허 제2006-0073345호(2006.06.28) 한국공개특허 제2010-0023741호(2010.03.04)
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 커튼부를 이용하여 트윈 롤, 머쉬 존 및 가스 공급부 사이에 밀폐된 공간(실링 공간)을 형성한 상태에서 보호가스를 분사하여 완벽한 무산화 분위기를 조성할 수 있는 용탕 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용탕 공급 장치는, 수평식 트윈 롤 박판 주조 장치의 상부 롤 및 하부 롤 사이에 용탕을 공급하는 장치로서, 노즐 하우징, 상기 노즐 하우징의 선단에 결합되어 용탕을 공급하는 노즐팁, 상기 상부 롤 및 상기 하부 롤 사이에 형성된 머쉬 존이 외부와 차단될 수 있도록, 일단이 상기 노즐 하우징에 고정되고 타단이 각각 상기 상부 롤 및 하부 롤에 접하도록 연장된 상부 커튼 및 하부 커튼을 포함하여 밀폐 공간을 형성시키는 커튼부, 상기 밀폐 공간 내부에 보호가스를 분사하는 가스 분사부를 포함하고, 상기 상부 커튼 및 상기 하부 커튼은 각각 일체화된 일단이 상기 노즐 하우징에 대향하게 고정되되, 상기 상부 커튼의 타단은 상기 상부 롤의 서로 다른 지점에 접하도록 상기 상부 롤 방향으로 분기되어 연장된 제1상부 커튼 및 제2상부 커튼을 포함하고, 상기 하부 커튼의 타단은 상기 하부 롤의 서로 다른 지점에 접하도록 상기 하부 롤 방향으로 분기되어 연장된 제1하부 커튼 및 제2하부 커튼을 포함하며, 상기 제1, 2상부 커튼 및 상기 제1, 2하부 커튼은, 상기 밀폐 공간의 내부 압력이 대기압보다 높아질 경우 그 압력에 의해 일시적으로 상기 상부 롤 및 상기 하부 롤로부터 이격되어 상기 밀폐 공간 내부의 보호가스를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.
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상기 가스 분사부는, 상기 노즐 하우징 선단에 결합되며 상기 상부 롤 및 하부 롤 표면으로 보호가스를 분사할 수 있도록 분사공이 형성된 파이프 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1상부 커튼은 상기 상부 롤을 향하여 상향 경사지게 설치되고, 상기 제2상부 커튼은 상기 제1상부 커튼보다 급한 경사각으로 상기 상부 롤을 향하여 상향 경사지게 설치되며, 상기 제1하부 커튼은 상기 하부 롤을 향하여 하향 경사지게 설치되고, 상기 제2하부 커튼은 상기 제1하부 커튼보다 급한 경사각으로 상기 하부 롤을 향하여 하향 경사지게 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 파이프 노즐은, 상기 상부 롤에 보호가스를 분사할 수 있도록 상부 분사공이 형성된 상부 파이프 노즐과, 상기 하부 롤에 보호가스를 분사할 수 있도록 하부 분사공이 형성된 하부 파이프 노즐을 포함하고, 상기 상부 분사공은 상기 상부 롤을 향하여 상향 경사지게 형성되고, 상기 하부 분사공은 상기 하부 롤을 향하여 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 보호가스의 분산을 방지하고, 외기를 차단하여 주조 시 머시 존에 존재하는 용탕의 산화를 방지, 판재의 형상 및 품질을 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한 파이프 노즐이 롤 표면에 간섭되어 발생되는 롤 표면 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 롤립부 및 머쉬 존에서 용탕 흐름 매커니즘을 나타낸 도면,
도 2는 종래 파이프 노즐을 적용한 보호가스 투입 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예의 측면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예의 정면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용탕 공급 장치 및 그 방법을 설명한다.
본 발명의 용탕 공급 방법은, 주조를 위한 트윈 롤에 용탕 공급 시 트윈 롤 표면 및 용탕에 의해 형성되는 머쉬 존과 밀폐된 공간을 형성 한 후 용탕의 산화를 방지하기 위한 보호가스를 투입하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 이러한 방법을 적용하여 완벽한 무산화 분위기를 조성할 수 있는 장치에 대하여 설명한다.
판재의 품질 확보 측면에서 주조 작업 시 용탕의 산화를 방지하는 매우 중요한 요소이다. 특히, 중량 및 밀도가 낮으면서 강성이 뛰어나 자동차 차체 구조물에 적용되는 마그네슘 판재에 있어서 산화 방지를 위한 기술을 매우 중요한 요소이다.
본 발명의 용탕 공급 장치는 주조 과정에서 용탕이 산화되는 것을 방지하기 위한 것으로, 주조를 위한 트윈 롤에 용탕 공급 시 실링된 공간 내에서 보호가스가 공급될 수 있도록 트윈 롤 표면 및 용탕에 의해 형성되는 머쉬 존과 밀폐된 공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용탕 공급 장치는, 가스 분사부(10), 노즐팁(20), 커튼부(30)를 포함한다.
마그네슘 용탕이 트윈 롤(R)의 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR) 사이를 통과하면서 주조될 때, 용탕이 머쉬 상태에 이르는 영역이 존재하는데, 이를 일반적으로 머쉬 존(Z)이라 한다.
종래 보호가스를 이용하여 주조 시 무산화 분위기를 조성하려는 노력이 있었음에도 불구하고, 주조 노즐과 롤과의 간섭 등으로 인하여 완벽한 무산화 분위기를 조성하는 데에는 한계가 있었으며, 본 발명에서는 커튼부(30)를 도입함으로써 완벽한 무산화 분위기를 조성하였다.
가스 분사부(10)에서는 보호가스를 분사하는데, 보호가스로는 SF6 + N2의 혼합가스가 이용된다.
가스 분사부(10)의 전단에는 노즐팁(20)이 결합되며, 이러한 노즐팁(20)은 세라믹 재질로 형성되는바, 용탕을 트윈 롤(R)로 공급하는 기능을 한다.
커튼부(30)는 트윈 롤(R)의 표면에 선택적으로 접촉, 트윈 롤(R)의 표면과 머쉬 존(Z) 사이에 밀폐 공간(실린 공간)을 형성함으로써, 보호가스가 유출되거나 분산되는 것을 방지, 머쉬 존(Z)에 존재하는 용탕이 산화되는 것을 방지한다.
본 발명은 노즐 하우징(40)을 더 포함하고, 트윈 롤(R)은 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR)을 포함한다.
또한 가스 분사부(10)는 노즐 하우징(40) 선단에 결합되며, 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR) 표면을 향하여 보호가스가 분사될 수 있도록 분사공(14)이 형성된 파이프 노즐(12)을 포함하는바, 커튼부(30)는 상부 롤(UR)과 선택적으로 접촉하는 상부 커튼(32), 하부 롤(DR)과 선택적으로 접촉하는 하부 커튼(34)을 포함한다.
본 발명에 따르면 상부 커튼(32) 및 하부 커튼(34)이 각각 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR)에 접촉, 밀폐된 공간을 형성한 상태에서 보호가스가 공급되기 때문에, 상부 롤(UR)과 머쉬 상태의 용탕 및 상부 커튼(32), 하부 롤(DR)과 머쉬 상태의 용탕 및 하부 커튼(34) 사이에 형성된 공간은 완벽한 무산화 분위기가 형성된다.
또한, 상부 커튼(32) 및 하부 커튼(34)이 각각 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR)에 접촉하기 때문에, 노즐 하우징(40) 등이 롤 표면에 접촉할 가능성이 없으므로, 롤 표면 손상을 예방할 수 있는 이점이 있다.
파이프 노즐(12)은 상부 롤(UR)에 보호가스를 분사할 수 있도록 상부 분사공(14a)이 형성된 상부 파이프 노즐(12a)과, 하부 롤(DR)에 보호가스를 분사할 수 있도록 하부 분사공(14b)이 형성된 하부 파이프 노즐(12b)을 포함한다.
상부 분사공(14a)은 상부 롤(UR)을 향하여 상향 경사지게 형성되고, 하부 분사공(14b)은 하부 롤(DR)을 항하여 하향 경사지게 형성되는 것이 바람직한 바, 보호가스가 최대한 머쉬 존(Z)과 가까운 롤 표면으로 분사될 수 있도록 함으로써, 산화 방지 효과를 극대화할 수 있다.
이러한 상부 분사공(14a) 및 하부 분사공(14b)의 형성 방향과 대응될 수 있도록 상부 커튼(32)은 상부 롤(UR)을 향하여 경사지게 설치하고, 하부 커튼(34)은 하부 롤(DR)을 향하여 경사지게 설치함으로써, 분사되는 보호가스가 상부 커튼(32) 및 하부 커튼(34)의 간섭없이 롤 표면으로 직 분사될 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용탕 공급 장치의 상부 커튼(32)은 제1상부 커튼(32a)과, 제2상부 커튼(32b)을 포함하는 것이 바람직하고, 하부 커튼(34)은 제1하부 커튼(34a)과 제2하부 커튼(34b)을 포함하는 것이 바람직하다.
상부 커튼(32) 및 하부 커튼(34)을 각각 2중 구조화함으로써 실링 효과를 극대화할 수 있는바, 제2상부 커튼(32b)의 기울기는 제1상부 커튼(32a)의 기울기보다 더 크게 형성하고, 제2하부 커튼(34b)의 기울기는 제1하부 커튼(34a)의 기울기보다 더 크게 형성함으로써 각각 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR)과의 접촉을 더 용이하게 할 수 있다.
또한, 제1상부 커튼(32a) 및 제2상부 커튼(32b)의 일측은 일체화되고, 타측으로 갈수록 서로 분기되도록 형성하고, 제2하부 커튼(34b) 및 제2하부 커튼(34b)의 일측은 일체화되고, 타측으로 갈수록 서로 분기되어 형성되도록 함으로써 제1상부 커튼(32a) 및 제1하부 커튼(34a)의 내압성이 개선될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조로, 본 발명의 용탕 공급 장치의 작동 과정을 간략하게 설명한다.
용탕이 트윈 롤(R) 사이로 공급되는 경우, 노즐팁(20)은 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR) 사이에 형성된 공간과 수평 방향으로 최대한 가깝게 위치한다.
이때, 제1상부 커튼(32a) 및 제2상부 커튼(32b), 제1하부 커튼(34a) 및 제2하부 커튼(34b)이 각각 상부 롤(UR) 및 하부 롤(DR) 표면에 접촉하게 되고, 상부 롤(UR) 표면 및 제1상부 커튼(32a)의 내측면 사이에 밀폐된 공간이 형성됨과 동시에, 하부 롤(DR) 표면 및 제1하부 커튼(34a)의 내측면 사이에 밀폐된 공간이 형성되는바, 가스 분사부(10)에서 분사되는 보호가스가 외부로 누설되지 않고 밀폐된 공간에 존재함으로써 머쉬 존(Z)에 완벽한 무산화 분위기가 조성된다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 가스 분사부 12 : 파이프 노즐
12a : 상부 파이프 노즐 12b : 하부 파이프 노즐
14 : 분사공 14a : 상부 분사공
14b : 하부 분사공 20 : 노즐팁
30 : 커튼부 32 : 상부 커튼
32a: 제1상부 커튼 32b : 제2상부 커튼
34 : 하부 커튼 34a : 제1하부 커튼
34b : 제2하부 커튼 40 : 노즐 하우징
R : 트윈 롤 UR : 상부 롤
DR : 하부 롤 Z : 머쉬 존

Claims (8)

  1. 수평식 트윈 롤 박판 주조 장치의 상부 롤 및 하부 롤 사이에 용탕을 공급하는 장치로서,
    노즐 하우징;
    상기 노즐 하우징의 선단에 결합되어 용탕을 공급하는 노즐팁;
    상기 상부 롤 및 상기 하부 롤 사이에 형성된 머쉬 존이 외부와 차단될 수 있도록, 일단이 상기 노즐 하우징에 고정되고 타단이 각각 상기 상부 롤 및 하부 롤에 접하도록 연장된 상부 커튼 및 하부 커튼을 포함하여 밀폐 공간을 형성시키는 커튼부;
    상기 밀폐 공간 내부에 보호가스를 분사하는 가스 분사부;를 포함하고,
    상기 상부 커튼 및 상기 하부 커튼은 각각 일체화된 일단이 상기 노즐 하우징에 대향하게 고정되되, 상기 상부 커튼의 타단은 상기 상부 롤의 서로 다른 지점에 접하도록 상기 상부 롤 방향으로 분기되어 연장된 제1상부 커튼 및 제2상부 커튼을 포함하고, 상기 하부 커튼의 타단은 상기 하부 롤의 서로 다른 지점에 접하도록 상기 하부 롤 방향으로 분기되어 연장된 제1하부 커튼 및 제2하부 커튼을 포함하며,
    상기 제1, 2상부 커튼 및 상기 제1, 2하부 커튼은, 상기 밀폐 공간의 내부 압력이 대기압보다 높아질 경우 그 압력에 의해 일시적으로 상기 상부 롤 및 상기 하부 롤로부터 이격되어 상기 밀폐 공간 내부의 보호가스를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는, 용탕 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 분사부는, 상기 노즐 하우징 선단에 결합되며 상기 상부 롤 및 하부 롤 표면으로 보호가스를 분사할 수 있도록 분사공이 형성된 파이프 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는, 용탕 공급 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1상부 커튼은 상기 상부 롤을 향하여 상향 경사지게 설치되고, 상기 제2상부 커튼은 상기 제1상부 커튼보다 급한 경사각으로 상기 상부 롤을 향하여 상향 경사지게 설치되며,
    상기 제1하부 커튼은 상기 하부 롤을 향하여 하향 경사지게 설치되고, 상기 제2하부 커튼은 상기 제1하부 커튼보다 급한 경사각으로 상기 하부 롤을 향하여 하향 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는, 용탕 공급 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 파이프 노즐은, 상기 상부 롤에 보호가스를 분사할 수 있도록 상부 분사공이 형성된 상부 파이프 노즐과, 상기 하부 롤에 보호가스를 분사할 수 있도록 하부 분사공이 형성된 하부 파이프 노즐을 포함하고,
    상기 상부 분사공은 상기 상부 롤을 향하여 상향 경사지게 형성되고, 상기 하부 분사공은 상기 하부 롤을 항하여 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는, 용탕 공급 장치.
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