KR101767612B1 - 용융 금속의 주조 스트립을 제조하기 위한 방법 및 주조 스트립 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 용융 금속(S)의 주조 스트립(B1 내지 B7)을 제조하기 위하여, 2개의 대향 회전 주조 롤러(2, 3)에 의해 구획된 주조 간극을 통해 용융 금속(S)을 통과시켜 주조 스트립(B1 내지 B7)으로 성형하는 방법 및 주조 스트립에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 상이한 두께를 갖는 길이 구획들을 구비하고 위에 기재된 유형의 적용을 위한 최적의 시작 재료를 형성하는 금속 스트립을 감소된 노력으로 제조하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따르면, 이는, 주조 간극(4) 내에서 주조 스트립(B1 내지 B7)에, 주조 스트립(B1 내지 B7)의 길이 방향(L)으로 연장된 길이 구획(L1 내지 L8)과 그에 인접하는 제2 길이 구획(L1 내지 L8)에 상이한 두께가 제공된다는 점에 의하여 달성된다.

Description

용융 금속의 주조 스트립을 제조하기 위한 방법 및 주조 스트립{METHOD FOR PRODUCING A CAST STRIP OF MOLTEN METAL AND CAST STRIP}

본 발명은, 용융 금속의 주조 스트립을 제조하기 위하여, 2개의 대향 회전 주조 롤러에 의해 구획된 주조 간극(casting gap)을 통해 용융 금속을 통과시켜 주조 스트립으로 성형하는 방법에 관한 것이다.

이러한 유형의 방법은 2-롤(two-roller) 주조 장치에서 실시된다. "쌍-롤 주조기"(twin-roller casting machine)라고도 지칭되는 주조 장치 내에서 용융 금속을 주조할 때에, 축 방향으로 평행하게 배치되고 내측에서 냉각되는 2개의 주조 롤러들은 각각 서로 대향하여 회전하며 이들 사이에 주조 간극의 종 방향 측부(longitudinal side)를 구획한다. 좁은 측부(narrow side)에서는, 일반적으로 주조 간극이 내화 재료의 판에 의하여 밀봉된다. 주조 공정이 완료될 때까지, 주조 간극 상방에 이른바 "용탕 풀"(melt pool)이 형성되고 유지되도록, 주조 간극 내로 각각 주입되는 액상 용융 금속의 양이 선택된다.

용탕 풀로부터 주조 롤러에 도달한 용융 금속은 각각 셸(shell)로 응고되며, 셸은 그 후에 각각의 주조 롤러에 의하여 주조 간극으로 이송된다. 주조 간극 내에서, 셸은 서로에 대하여 가압되며, 그에 따라 주조 스트립은 각각의 셸 및 그 사이에 둘러싸인 용융 금속으로부터 형성된다. 주조 간극에서 연속적으로 나오는 주조 스트립은 분리되고 냉각된 후 추가 공정으로 이송된다.

스트립 주조는 용융 금속의 금속 스트립을 직접 제조하는 것을 가능하게 한다. 이 경우에, 주조 롤러는 이동하는 냉각 판(chill plate)과 유사하게 작용한다. 주조 롤러는 안정적인 주조 작업의 실현을 위하여 냉각된다. 스트립 폭에 대하여 균일한 스트립 두께가 얻어지도록, 주조 간극에는 폭-의존성 열 팽창(width-dependent thermal expansion)을 보상하기 위하여 폭에 걸쳐서 약간의 캠버가 형성되어 있다. 이는 주조 롤러가 출측 평면(exiting plane) 내의 축 방향에 대하여 거의 동일한 반경을 가져야 한다는 것을 의미한다. 주조 롤러들 사이의 용융 금속의 레벨은 스트립 폭의 방향으로 일반적으로 동일하므로, 롤러 상에서 응고하는 재료의 동일 두께를 얻기 위해서는, 스트립 폭의 방향으로의 열 흐름(heat flow)도 동일할 필요가 있다. 스트립 폭의 방향으로의 열 흐름이 다르면, 롤러의 출구에서의 응고 셸의 두께가 달라지며, 따라서 스트립의 변형이 달라진다.

열 전도가 적절하게 이루어지도록 하기 위하여, 주조 롤러는 적어도 원주 표면의 영역 내에 구리 합금을 포함하는 롤러 몸체(roller body)를 일반적으로 특징으로 한다. 그러나, 용융 금속과 접촉하는 주조 롤러의 외측 표면은 실제 적용에 있어서 상당한 기계적 및 열적 응력을 받는다. 특히, 주조될 용융 금속이 강 합금으로 이루어진 경우에, 그와 같은 응력을 받는다. 이러한 이유로, 주강(casting steel)에 대하여 사용되는 주조 롤러의 외측 표면은, 일반적으로 주조 롤러의 나머지 재료보다 높은 경도를 갖는 피막을 구비한다.

주조 롤러 상에 피막 및 소정 표면 특성을 부여하기 위한 여러 선택안들이 독일 특허 공보 DE 10 2007 003 548 B3호에 기재되어 있다. 상기 문헌에서, 각각의 코팅 또는 표면 처리의 목적은, 주조 롤러에 도달한 용융 금속으로부터 더욱 균일한 열 방산(heat dissipation)이 달성되도록, 표면 특성을 조정하는 것이다. 이러한 방식으로, 주조 롤러와 접촉하는 용융 금속 내에는, 균일하게 전진하는 고상-액상 계면이 실현될 수 있으며, 이는 궁극적으로 그에 따라 균일한 주조 조직의 형성을 보장한다.

실제 적용에 있어서, 근래에는 편평한 제품(flat product) 즉 스트립 또는 시트뿐만 아니라, 폭 또는 길이에 걸쳐서 다른 두께 프로파일(thickness profile)을 갖도록 제조된 블랭크(blank)도 요구되고 있다. 이러한 유형의 시트는, 예를 들면, 자동차의 구조 내에 사용되고 작은 중량에도 불구하고 충돌 중에 최적화된 변형 특성을 구비하여야 하는 안전-관련 구조용 구성요소의 제조를 위하여 필요하다. 이 경우에, 더 두꺼운 영역은 충돌 중에 더 높은 응력을 받는 위치에 배치되며, 모든 다른 위치에는, 더 적은 재료의 사용에 의하여 중량을 감소시키기 위하여, 더 얇은 재료 두께가 제공된다.

그와 같은 구성요소가 제조될 수 있는 시트 금속 블랭크를 생산하기 위하여 여러 선택안들이 이용될 수 있다. 예를 들면, 블랭크는, 예를 들면 두께, 강도, 변형성 등이 상이하고 예를 들면 레이저 용접에 의하여 서로 연결된 시트 금속 블랭크들의 이른바 "테일러드 블랭크(tailored blank)"의 형태로 조립될 수 있다(슈나이더 및 프란게(SCHNEIDER u. PRANGE, "테일러드 블랭크, 새로운 형태의 구조용 재료(Tailored blanks, a material for new forms of construction)", 티센 테크니셰 베리히테(Thyssen Technische Berichte), 1/92호, 97-106 페이지).

또한, 실제 적용에 있어서, 이른바 "플렉시블 압연"(flexible rolling)(독일 공개 특허 공보 DE 199 62 754 A1호)이 또한 이용된다. 플렉시블 압연에 있어서, 금속 스트립은 열간-압연 공정에서 2개의 작업 롤러(working roller)들 사이에 형성된 압연 간극(rolling gap)을 통하여 안내된다. 이러한 압연 간극은, 금속 스트립의 길이에 걸쳐서 스트립 두께가 다른 여러 재료 구획들이 제조될 수 있도록 조정될 수 있다. 독일 공개 특허 공보 제DE 100 16 818 A1호에 따르면, 시트 강 코일로부터 권출되고 일정한 두께를 갖는 시트 강 스트립의 두께를 부분적으로 감소시킴으로써, 즉 연마 유닛(grinding unit) 내에서의 연마에 의하여, 두께가 다른 길이 구획들을 구비하는 블랭크가 또한 제조될 수 있다.

위에 기재된 종래 기술에 기초하여, 본 발명의 목적은, 상이한 두께의 길이 구획(length section)들을 구비하고 위에 기재된 유형의 적용을 위한 최적의 시작 제품(starting product)을 형성하는 금속 스트립을 감소된 노력으로 제조하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 그에 따라 구성된 제품을 제공하는 것을 또한 목적으로 한다.

방법과 관련하여, 이러한 목적은 본 발명에 따라서 청구항 1에 기재된 제조 단계를 실시함으로써 달성된다.

본 발명에 따르면, 2개의 대향 회전 주조 롤러들 사이에 형성된 주조 간극을 통하여 용융 금속이 통상적으로 통과하고 주조 간극 내에서 주조 스트립이 형성됨으로써, 용융 금속으로부터 주조 스트립이 제조된다.

본 발명에 따르면, 주조 스트립에는, 주조 스트립의 길이 방향으로 연장된 길이 구획 내에, 이에 인접하는 주조 스트립의 제2 길이 구획 내의 두께와는 다른 두께가 주조 간극 내에서 제공된다.

따라서, 본 발명은 쌍-롤러 주조 공정에 기초한다. 주조 스트립의 폭에 걸쳐서 최적으로 균일한 두께를 달성하는 것이 각각 시도되는 통상의 스트립 주조와는 대조적으로, 본 발명에 따라 스트립의 프로파일링(profiling)이 실현된다. 이러한 목적으로, 주조 스트립은, 적어도 하나의 길이 구획이 인접 길이 구획과는 상이한 두께를 갖도록 주조 간극 내에서 압인된다.

따라서, 본 발명의 방법이 실시될 때에는, 주조 롤러들 사이의 주조 간극의 내측 폭(clear width)이 변화한다. 더 두꺼운 길이 구획이 형성되어야 하는 영역에서는, 주조 간극이 더 큰 폭을 가지는데, 다시 말하자면, 주조 간극의 폭을 설정하는 주조 롤러의 원주 표면들은 더 큰 거리만큼 이격되며, 더 얇은 길이 구획이 형성되어야 하는 영역에서는, 주조 롤러의 원주 표면들 사이의 거리 및 주조 간극의 내측 폭이 감소한다. 주조 스트립의 중앙 평면(center plane)에 대하여 서로 상대적으로 변위된 주조 스트립의 길이 구획들, 즉 주조 스트립의 두께의 방향으로 비대칭적으로 구현된 길이 구획들을 형성하기 위하여, 예를 들면 각각의 주조 롤러의 회전 축으로부터 더 큰 거리만큼 이격된 하나의 주조 롤러의 원주 구획(circumferential section)과, 나머지 하나의 주조 롤러의 회전 축으로부터 더 짧은 거리만큼 이격된 그 주조 롤러의 원주 구획에 할당하는 것이 가능하며, 그 반대의 구성도 가능하다.

따라서, 본 발명은, 용융 금속으로 주조되고 하나의 연속적 1차 성형 공정에서 초기 시간부터 필요한 불-균일 두께 분포를 갖는 스트립을 제조하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 두께가 다른 적어도 2개의 길이 구획들을 구비하고 본 발명에 따라 제조되는 그와 같은 주조 스트립은, 한편으로는 구성요소의 필요 부하 능력(load capacity)과 다른 한편으로는 최소 하중을 달성하기 위하여, 예를 들면, 두께가 다른 시트 금속 구획들이 다른 부하를 받는 영역에 할당되는 구성요소로 후속 처리되기 위한 최적의 시작 제품을 형성한다.

따라서, 위에 기재된 목적을 달성하는 제품은, 용융 금속을 주조함으로써 제조되고, 본 발명에 따라, 주조 상태에서 그리고 추가 성형 전에, 적어도 하나의 길이 구획을 구비하되, 그 길이 구획이 최인접(closest adjacent) 길이 구획과는 다른 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 스트립으로 이루어진다.

"다른 두께"를 갖는 주조 스트립의 길이 구획이라는 용어는, 주조 스트립의 길이 방향 및 측방으로 연장되고 주조 스트립이 주조 스트립의 두께 방향으로 인접 길이 구획과는 다른 단면 형상을 갖는 구획을 지칭한다.

따라서, 주조 스트립의 횡단면 또는 종방향 단면에 있어서, 본 발명에 따른 주조 스트립의 스트립 두께는 2개의 인접한 길이 구획들 사이에 현저히 변화한다. 동시에, 인접하는 각각의 구획에 대하여 상대적으로 두께가 다른 구획은 각각 소정 폭을 점유한다. 두께의 변화는 이 경우에 스트립의 측방으로도 일어나는데, 다시 말하자면, 스트립의 길이 방향으로 연장된 더 작은 두께의 길이 구획은, 제1 길이 구획에 이웃하게 존재하고 주조 스트립의 길이 방향으로 또한 연장된 더 큰 두께의 인접 길이 구획에 접하며, 양 길이 구획들은 각각 주조 스트립의 폭의 일부를 점유한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 서로 접하고 두께가 다른 길이 구획들은 주조 스트립의 길이 방향으로 서로 전후로 위치할 수도 있다. 이 경우에, 스트립의 폭에 걸쳐서 더 작은 두께의 길이 구획은, 예를 들면 스트립의 폭에 걸쳐서 마찬가지로 연장되지만 더 큰 두께를 갖는 길이 구획에 단지 접한다.

따라서, 주조 스트립의 단면 형상의 변화는, 한 길이 구획이 각각 인접한 두꺼운 길이 구획보다 얇다는 결과일 수 있다. 그러나, 주조 스트립의 두께 방향으로 측정된 동일한 두께를 갖는 길이 구획들을 서로에 대해 단차가 있도록 배치함으로써, 단면 형상을 변화시키는 것도 가능하다. 따라서, 두께의 이러한 변화에 있어서, 한 길이 구획은 인접 길이 구획에 대하여 상대적으로 주조 스트립의 한 면에서 돌출하며, 그 반대의 변화도 가능하다.

주조 스트립의 한 면이 평탄하고 주조 스트립의 반대쪽 면으로 프로파일링의 경계가 설정되도록, 즉 이 면에서 더 큰 두께의 길이 구획이 더 작은 두께의 영역에 대하여 상대적으로 단지 돌출하도록, 길이 구획을 구현하는 것도 마찬가지로 가능하다. 대칭적 구성에 있어서는, 더 큰 두께의 각각의 길이 구획은, 더 작은 두께의 인접 길이 구획에 대하여 상대적으로 주조 스트립의 양면에서 동일 치수만큼 돌출하며, 비대칭적 구성에 있어서는 이와 같지 않다. 본 발명의 주조 스트립에 있어서, 주조 스트립의 중앙 평면에 대하여 대칭적 두께 프로파일을 갖는 길이 구획들은 비대칭적 구성의 길이 구획들과 물론 조합될 수 있다.

본 발명에 따라 주조 스트립 내로 압인된 상이한 두께를 갖는 구획들은, 주조 간극을 나오는 주조 스트립의 이송 방향(transport direction)으로 측정된 소정 길이를 각각 갖는다. 이 경우에, 상이한 두께를 갖는 길이 구획들이 이송 방향에 대해 횡방향으로 스트립의 전체 폭에 걸쳐서 각각 연장된 프로파일을 형성하는 것이 가능하다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상이한 두께의 길이 구획들은 주조 스트립 폭의 일부에 제한될 수도 있다. 상이한 두께를 갖는 길이 구획들의 측방 및 길이 방향 범위의 더욱 복잡한 형상을 구성하는 것도 마찬가지로 가능하다. 상이한 두께를 갖는 길이 구획들의 측방 범위뿐만 아니라 길이 방향으로 길이 구획의 두께를 변화시키는 것도 가능하다.

따라서, 본 발명에 따라 두께가 다른 길이 구획들을 주조 스트립 내에 압인하기 위하여, 실제 적용에 있어서는, 주조 롤러들 중에서 적어도 하나가 특징으로 하는 원주 표면 구획(circumferential surface section)은, 이 주조 롤러의 최인접 원주 표면 구획과는 다른 거리만큼 각각의 주조 롤러의 회전 축으로부터 이격되어 있다. 주조 스트립의 이송 방향으로 측정되는 길이 구획들의 길이가 주조 롤러의 원주 길이의 단지 일부에 대응하도록 길이 구획들이 제조되어야 한다면, 회전 축으로부터의 거리가 각각의 인접 원주 구획에 대하여 상대적으로 다른 원주 구획은 주조 롤러 원주의 일부만을 각각 차지한다. 그러나, 상이한 두께의 길이 구획들이 전체 스트립 길이에 걸쳐서 연장되도록 주조 스트립이 제조되어야 한다면, 주조 롤러는 원주에 걸쳐서 연장되고 폭의 일부를 점유하는 적어도 하나의 원주 구획을 특징으로 하며, 이 원주 구획은 각각 인접하는 주조 롤러의 원주 구획과는 다른 직경을 갖는다.

실제 적용에 있어서, 본 발명에 따른 주조 스트립의 제조는, 주조 롤러 상에 응고하는 스트립 셸이 주조 스트립의 각각의 길이 구획에 형성되는 스트립 두께에 대응하는 두께를 가질 필요가 있다는 특별한 과제(challenge)와 관련이 있다. 결과적으로, 각각의 길이 구획에 할당된 주조 롤러의 원주 구획 상에, 응고된 용융 금속의 더 두껍거나 덜 두꺼운 셸이 각각 형성되는 것을 보장하기 위해서는, 상이한 강도의 열 흐름이 국소적으로 방산될 필요가 있다.

이러한 상이한 응고를 달성하기 위하여, 본 발명은 이미 바람직한 결과를 얻을 수 있는 여러 방안들을 개별적으로 제안하지만, 적절한 방식으로 스트립 셸 성장을 제어하기 위하여, 이 방안들은 서로 조합되어 사용될 수도 있다. 이러한 목적으로, 용융 금속과 각각의 주조 롤러의 각각의 원주 구획의 영역 사이의 열 전달은, 더 큰 간극 폭이 우수한 열 전달에 의해 보상되고 더 작은 간극 폭이 감소된 열 전달에 의해 보상되도록, 변화하는 간극 폭에 적합하게 조정된다. 따라서, 더 작은 두께를 갖는 주조 스트립의 길이 구획에 할당된 각각의 주조 롤러의 원주 구획 내에서는, 더 큰 두께를 갖는 주조 스트립의 길이 구획에 할당된 원주 구획의 각각의 영역에 비하여, 용융 금속으로부터 더 적은 열이 방출된다.

이러한 목적으로, 더 큰 두께의 길이 구획이 주조 스트립 내에 제조되어야 하는 경우에, 주조 롤러의 원주 구획 내에서, 용융 금속이 주조 롤러와 접촉하여 각각의 할당 원주 구획 내에서 응고하는 시간(time period)을 조정하는 것이 가능하다. 이는, 스트립 내에 더 작은 두께의 길이 구획이 형성되어야 하는 감소된 충진 레벨(filling level)의 영역에 비하여, 해당 원주 표면 구획 내에서 더 큰 원주 길이에 걸쳐서 주조 롤러가 용융 금속으로 습윤되도록, 해당 원주 영역 내의 주조 간극 상방에 용탕 풀의 충진 레벨을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 롤러의 소정의 회전 속도에서 접촉 시간이 달라진다. 따라서, 더 높은 충진 레벨이 제공된 영역 내에서는, 더 낮은 충진 레벨이 존재하는 다른 영역에 비하여, 용융 금속과 주조 롤러 사이의 연장된 접촉 시간에 의하여, 응고된 융용 금속의 더 두꺼운 셸이 성장할 수 있다.

주조 롤러 상에서 응고하는 용융 금속으로부터 형성되는 셸의 성장을 제어하기 위한 다른 선택안은, 용융 금속으로부터 각각의 주조 롤러로 방산되는 열 흐름을 변화시키는 것이다. 주조 스트립 상에 형성될 더 큰 두께의 길이 구획에 할당된 원주 표면 구획 내에서는, 이러한 목적으로, 더 작은 두께를 갖는 주조 스트립의 길이 구획에 할당된 원주 표면 구획 내에서의 냉각에 비하여, 롤러의 냉각이 강화될 수 있다. 따라서, 주조 롤러들은 주조 스트립의 두께 프로파일의 기하학적 소망 형상에 따라 측방으로 냉각될 수 있다. 이러한 방식으로, 주조 스트립의 더 큰 두께의 길이 구획에 할당된 각각의 주조 롤러의 더욱 집중 냉각된 원주 표면 구획 상에서는, 주조 스트립의 더 작은 두께의 길이 구획에 할당된 원주 구획에 비하여, 응고된 용융 금속의 셸이 더욱 신속히 성장하도록, 용융 금속과 롤러들 사이의 온도 구배가 변경된다. 결과적으로, 열 저항(thermal resistance)과 그에 따른 국소 열 흐름은 미세형상(microtopography) 또는 피막 두께의 변화에 의하여 의도적으로 영향을 받을 수 있다. 이는 응고 셸의 상이한 성장 속도와 관련된다.

용융 금속과 주조 롤러의 각각의 원주 구획 사이의 열 전달을 의도적으로 조정하기 위하여 용이하게 실시될 수 있고 그에 따라 실제 적용을 위하여 중요한 하나의 선택안은, 각각의 원주 표면 구획 내의 주조 롤러의 표면 구조를 적절히 변경하는 것이다. 이러한 목적으로, 예를 들면, 상이한 두께의 길이 구획들에 할당된 원주 표면 구획들은 상이한 조도(roughness)를 갖는다. 예를 들면, 상이한 표면 조도는, 예를 들면 숏-피닝(shot-peening)과 같은 적절한 피닝 처리 또는 예를 들면 독일 특허 공보 DE 10 2007 003 548 B3호에 기재된 피막과 같은 적절한 적용에 의하여 조정될 수 있다. 열 흐름은 조도(Ra, Rz)의 유형 및 정도에 의하여 변화한다. 특히, 롤러 표면 상으로 열적으로 분사된 100μm 내지 200μm 범위 내의 두께를 갖는 층들은 표면의 열 저항을 증가시키고, 따라서 열 흐름 밀도(heat flow density)를 국소적으로 감소시킨다. 그 이유는 분사된 층의 열 전도도가 낮고 고도의 요철 미세형상(highly fissured microtopography)을 통한 열 전달이 높기 때문이다.

본 발명에 따르면, 더 큰 두께를 갖는 길이 구획에 할당된 주조 롤러 상의 원주 표면 구획에는, 숏-피닝 또는 다른 표면 처리에 의하여 적절한 형상이 제공될 수 있다. 용융 금속과 접촉하는 주조 롤러의 원주 표면의 조도가 증가함에 따라, 용융 금속으로부터 주조 롤러로의 열 전달이 일반적으로 감소한다. 이러한 사실이 의미하는 바에 의하면, 주조 스트립이 감소된 두께를 가져야 하는 길이 구획에 할당된 원주 표면 구획에는, 이 영역 내에서 각각의 주조 롤러 내로 더 적은 열이 방산되도록, 큰 조도가 제공될 수 있으며, 더 작은 두께를 가진 주조 스트립의 길이 구획에 할당된 원주 표면 구획은, 이 원주 표면 구획 내에서 응고하는 셸의 감소된 열 방산 및 그에 따른 감소된 성장이 달성되도록, 감소된 조도를 가질 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 주조 롤러의 각각의 원주 표면 구획과 용융 금속 사이의 열 전달은 피막의 적용에 의하여 영향을 받을 수도 있다. 적절한 피막은, 예를 들면 Fe-Cu-Fe로 이루어지고, 열 분사에 의하여 적용된다. 각각의 원주 표면 구획의 열 저항을 감소시키거나 증가시키는 금속 층의 적용에 의하여, 용융 금속과 각각의 원주 구획의 접촉 중에 국소적으로 상이한 열 흐름과 그에 따라 상이한 응고 속도가 형성된다. 이 경우에, 용융 금속으로부터 각각의 주조 롤러로의 더 큰 열 흐름을 가능하게 하는 피막은, 주조 스트립의 더 큰 두께의 길이 구획에 할당된 원주 표면 구획 상에 적용되며, 주조 스트립의 더 작은 두께의 길이 구획에 할당된 원주 표면 구획은, 감소된 열 흐름과 그에 따라 감소된 셀 성장이 일어나도록 구현될 수 있다.

위에 기재된 방식으로 적용된 피막의 두께는 전형적으로 100μm 내지 200μm의 범위 내이다, 이 경우에, 열 전달은 한편으로는 각각의 피막 재료의 선택에 의하여 영향을 받을 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 주조 스트립의 더 작은 두께의 길이 구역에 할당된 각각의 주조 롤러의 원주 표면 구획의 영역에 비하여, 주조 스트립의 더 큰 두께의 길이 구획에 할당된 원주 표면 구획의 영역 내에서는, 피막이 더 얇게 구현될 수 있는데, 다시 말하자면, 상이한 두께들에 기인하는 상이한 열 전달 계수들의 역비(inverse ratio)에 따라서 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 주조 롤러의 원주 표면 구획들에는 상이한 열 전도도의 덮개 층이 코팅될 수 있다.

본 발명의 주조 스트립은 전형적으로 용융 금속으로부터 제조된다. 상이한 두께의 길이 구획들은 서로 인접하고 주조 스트립의 길이 방향으로 연장되도록 구현될 수 있다. 이 경우에, 상이한 두께의 길이 구획들은, 주기적으로 반복되는 방식으로 적용 가능하다면, 각각 주조 스트립의 길이의 일부에 걸쳐서 또는 주조 스트립의 전체 길이에 걸쳐서 각각 연장될 수 있다. 주조 스트립의 길이의 일부만을 각각 점유하는 길이 구획들은 스트립의 전체 폭에 걸쳐서 연장될 수 있다. 주조 스트립의 폭 및 주조 스트립의 길이에 걸쳐서 연장된 상이한 두께의 길이 구획들의 혼합 구성을 구현하는 것도 가능하다.

본 발명은, 예시적 실시 형태를 나타내는 도면과 관련하여, 이하에 더욱 상세히 기재되어 있다. 이러한 개략적 도면은 실제 비율대로 도시되어 있지는 않다.
도 1은 용융 금속을 주조 스트립으로 주조하기 위한 쌍-롤러 주조기의 측면도를 나타낸다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 쌍-롤러 주조기의 주조 간극의 상세 평면도를 나타낸다.
도 3은 제2 실시 형태에 따른 쌍-롤러 주조기의 주조 간극의 상세 평면도를 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 쌍-롤러 주조기의 실시 형태의 주조 간극의 확대 상세 평면도를 나타낸다.
도 5는 도 3에 도시된 쌍-롤러 주조기의 실시 형태의 주조 간극의 확대 상세 평면도를 나타낸다.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따라 주조된 여러 스트립들을 길이 방향에 대한 횡방향 단면의 형태로 나타낸다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따라 주조된 여러 스트립들의 평면도를 나타낸다.
도 13은 용융 강을 주조 스트립으로 주조하기 위한 쌍-롤러 주조기의 다른 실시 형태의 측면도를 나타낸다.
도 14는 도 13에 따른 쌍-롤러 주조기의 주조 간극의 상세 평면도를 나타낸다.
도 15는 실제 주조 시험에 사용된 한 쌍의 주조 롤러의 상세 평면도를 나타낸다.
도 16은 한 쌍의 주조 롤러로 제조된 주조 스트립을 도 6 내지 도 10에 따른 단면 표현의 형태로 나타낸다.

도 1에 도시된 쌍-롤러 주조기(1)는 용융 강(S)을 주조 강 스트립(B)으로 주조하기 위하여 사용되고, 원론적으로, 축 방향으로 서로 평행하게 배치되고 회전축(A2, A3)을 중심으로 반대 방향으로 회전하는 2개의 주조 롤러(2, 3)들을 구비하는 통상의 디자인을 가지며, 상기 주조 롤러들은, 주조 롤러들 사이에 형성된 주조 간극(4)뿐만 아니라, 주조 간극의 상방에 위치하고 주조될 용융 강(S)이 도입되는 용탕 풀(5)의 종방향 측부를 구획한다. 주조 간극(4) 및 용탕 풀(5)의 2개의 측방의 좁은 측부들은 주조 롤러(2, 3)들에 의해 구획되지 않고, 도시된 판-형태의 측방 밀봉부(lateral seal)들에 의하여 각각 밀봉된다.

주조 간극(4)을 떠나는 주강 스트립(B)은 통상적으로 이송 경로(6)를 따라 이송된다. 이송 경로(6)는, 주조 간극(4)에서 시작하여, 본질적으로 수직으로 뻗어 있고 본질적으로 수평으로 정렬된 롤러 테이블에 아크 형태로 이르는 제1 구획을 특징으로 한다. 도시되지 않은 냉각 장치가 이송 경로(6)를 따라서 통상적으로 배치되며, 가속 방식으로 주조 스트립(B)을 의도적으로 냉각하기 위하여 사용된다. 주조 롤러(2, 3)는 외측 표면이 구리 합금으로 이루어진 롤러 몸체를 특징으로 한다.

상이한 두께의 3개의 길이 구획(L1 내지 L3)을 구비하는 주조 스트립(B1)을 제조하기 위하여, 주조 롤러(2, 3)는 원주 둘레에 각각 연장된 3개의 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들을 특징으로 하며, 이 원주 표면 구획들은, 이들 사이에 측방에 배치되고 각각의 주조 롤러(2, 3)의 회전 축(A2, A3)으로부터 더 큰 거리(G3)로 각각 이격되어 있는 원주 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들에 비하여, 주조 롤러(2, 3)들의 각각의 회전 축(A2, A3)으로부터 더 짧은 거리(G1, G2)로 이격되어 있다.

도 2에 도시된 실시 형태에서, 주조 롤러(2, 3)의 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')은 해당 회전 축(A2, A3)으로부터 동일한 짧은 거리(G1)만큼 각각 이격되어 있다.

도 3에 도시된 실시 형태에서는, 대조적으로, 각각의 외측 원주 표면 구획(10, 12; 10', 12')의 거리(G1)는 동일하지만, 해당 회전 축(A2, A3)으로부터 중앙 원주 표면(11; 11')의 각각의 거리(G2)는 더욱 짧다.

원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들에 각각 측방으로 접하는 주조 롤러(2, 3)의 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들의 거리(G3)는 일정하고 균일하다. 따라서, 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들은 주조 롤러(2, 3) 내에 원주 홈과 같이 구현되고, 각각의 깊이는 각각의 거리(G1, G2)들 사이의 차이에 의존하며, 이에 의하여 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들은 해당 회전 축(A2, A3)으로부터 각각 이격되어 있다.

따라서, 주조 롤러(2, 3)의 각각 대향하는 원주 표면 구획(10, 10'; 11, 11'; 12, 12')들 사이에서, 주조 간극(4)은, 서로 할당된 원주 표면 구획(13, 13'; 14, 14'; 15, 15')들 사이의 주조 간극(4)의 내측 폭(W3)보다도 큰 내측 폭(W1, W2)을 갖는다.

용융 금속(S)으로부터 형성되는 셸이 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들의 영역에 비하여 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들 내에서 더욱 신속하게 그리고 그에 따라 더욱 균일하게 성장할 수 있도록, 냉각 라인(20, 21)들이 주조 롤러(2, 3) 내에 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들의 영역에 각각 배치되고 서로 근접하게 위치하며, 주조 작업 중에 상기 냉각 라인을 통하여 냉각 유체가 흐른다. 서로 근접하게 배치된 2개의 냉각 라인(20, 21)들은, 도 2에 도시된 실시 형태에서 각각의 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')에, 그리고 도 3에 도시된 예에서 외측 원주 표면 구획(10, 12; 10', 12')들에도 각각 사용되지만, 도 3에 도시된 실시 형태에서는, 더욱 집중적인 열 방산 및 그에 따라 더욱 신속한 셸의 성장을 보장하기 위하여, 더욱 깊은 원주 표면 구획(11) 내에는 3개의 냉각 라인(20, 21, 22)들이 제공된다.

원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들에 비하여, 각각의 회전 축(A2, A3)으로부터 더 큰 거리(G3)만큼 이격되고 더 넓은 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들의 영역 내에는, 대조적으로, 3개의 냉각 라인(23, 24, 25)들이 각각 제공되고 더 큰 거리로 서로로부터 이격되어 있다. 그에 따라, 이 영역들에서는 주조 작업 중에 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들보다 더 적은 열이 방산되며, 주조 롤러 상에서 응고하는 용융 금속으로 형성되고 주조 간극(4) 내에서 주조 스트립(B) 내에 결합되는 셸의 성장은 더욱 느리게 진행된다.

각각의 원주 표면 구획(10 내지 16; 10' 내지 16')들의 영역에서의 용융 금속(S)의 상이한 응고 속도는, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 원주 표면 구획(10 내지 16; 10' 내지 16')들에 상이한 두께(D1, D2)의 피막(26)을 제공함으로써 조장될 수도 있다. 이 경우에, 피막(26)은 예를 들면 Fe-Cu 합금 또는 Cr-Ni 합금으로 이루어진다. 더 작은 거리(G1, G2)를 갖는 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들의 영역 내의 피막(26)의 두께(D1)는, 더 큰 거리(G3)를 갖는 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들의 영역 내의 피막의 두께(D2)보다 작다. 피막(26)은 주조 롤러 표면을 위한 마모 방지층으로서 작용하지만, 단열 효과는 용융 금속(S)으로부터 각각의 주조 롤러(2, 3)로의 열 전달에도 영향을 미친다. 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들의 영역 내의 피막(26)의 두께(D1)가 더 작으므로, 그에 따라 이 위치에서는, 피막(26)이 더 두꺼운 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들의 영역에 비하여, 용융 금속(S)으로부터 더 많은 열이 방산된다.

상이한 응고 속도는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 용융 금속(S)과 접촉하는 피막(26) 또는 주조 롤러(2, 3)의 원주 표면들이 원주 표면 구획(10 내지 16; 10' 내지 16')들의 영역 내에서 상이한 조도(R1, R2)를 갖는다는 점에 의하여 또한 조장된다. 이 경우에, 원주 표면 구획(10 내지 16; 10' 내지 16')들에는 조도(R1, R2)의 조정을 위하여 숏-피닝이 실시되었다. 피닝 처리는, 조도 R2를 갖는 표면 원주 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')에 비하여, 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들이 더 큰 조도(R1)를 갖도록 실시되었다.

도 5에 따르면, 주조 롤러(2, 3)는 냉각 매체가 통과하는 중공 샤프트(hollow shaft) 형태로 또한 구현될 수 있다. 이 경우에, 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들의 영역(61)에 비하여 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들의 영역에서 주조 롤러(2, 3)의 벽 두께가 크다는 점에 의하여, 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들의 영역 및 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들의 영역 내에 상이한 냉각 효과가 달성된다.

도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 스트립(B1, B2, B3, B4, B5)의 단면 형상 및 두께 프로파일의 여러 예를 나타낸다. 도 6에 도시되어 있는 스트립(B1)은 도 2에 따라 구현된 주조 롤러(2, 3)로 제조될 수 있고, 도 7에 도시되어 있는 스트립(B2)은 도 3에 따라 구현된 주조 롤러로 제조될 수 있다. 이러한 실시 형태들에 있어서, 길이 구획(L1 내지 L7)들의 두께는 주조 스트립(B1, B2)의 중앙 평면(M)에 대하여 대칭적으로 각각 실현되며, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이 길이 방향(L)으로 주조 스트립의 전체 길이에 걸쳐서 연장된다. 도 6에 따른 실시 형태에서, 원주 표면 구획(10, 11, 12; 10', 11', 12')들에 의해 제조된 더 두꺼운 길이 구획(L1, L2, L3)들은 동일한 두께(D10)를 가지며, 그 사이에 존재하고 원주 표면 구획(13, 14, 15, 16; 13', 14', 15', 16')들에 의해 제조된 길이 구획(L4, L5, L6, L7)들보다 더 작은 동일 두께(D13)를 갖는다.

도 7에 따른 예시적 실시 형태에서는, 대조적으로, 중앙 길이 구획(L2)은, 두께가 D10인 2개의 다른 두꺼운 길이 구획(L1, L3)들 및 그 사이에 존재하고 두께가 D13인 길이 구획(L4 내지 L7)들에 비하여, 더 큰 두께(D11)를 갖는다.

도 8 내지 도 10에 도시되어 있는 스트립(B3 내지 B5)에서, 더 큰 두께를 갖는 길이 구획(L1, L2, L3)들은 중앙 평면(M)에 대하여 비대칭적으로 배치되거나 그 형상에 있어서 변화한다.

도 12에 따르면, 본 발명에 따른 주조 스트립(B6) 상에 주기적으로 반복되는 거리(X) 내에서, 주조 스트립(B6)의 전체 폭(Y)에 걸쳐서 연장되고 주조 롤러(2, 3)의 원주 길이의 일부(fraction)로 제한되는 길이(Z)를 갖는 더 두꺼운 길이 구획(L8)을 제조하는 것도 가능하다.

도 13 및 도 14는, 길이 구획(L1 내지 L7)들을 형성시키는 원주 표면 구획(10 내지 16')들의 영역 내에서 응고하는 용융 금속(S)으로부터 각각 형성되는 셸의 성장을 제어하기 위한 다른 선택안을 나타낸다. 이 경우에, 대향 배치된 원주 표면 구획(10, 10'; 11, 11'; 12, 12'; 13, 13', 14, 14', 15, 15', 16, 16')들에 할당된 주조 간극(4)의 구획(70 내지 76)들은 격벽(77 내지 82)에 의하여 서로 분리된다. 이는, 주조 롤러(2, 3)의 각각의 회전 축(A2, A3)으로부터 더 짧은 거리(G1)를 갖는 원주 표면 구획(10, 10', 11, 11', 12, 12'; 13, 13')들에 할당된 구획(71, 73, 75)들 내에, 더 낮은 충진 레벨(F2)이 유지되는 다른 구획(70, 72, 74)에 비하여, 용융 금속(S)의 더 높은 충진 레벨(F1)을 실현하는 것을 가능하게 한다.

이러한 방식으로, 주조 간극의 구획(71, 73, 75)들 내에서는, 각각의 주조 롤러(2, 3) 상에 응고된 용융 금속(S)으로 형성되는 셸의 성장을 위하여 더 긴 시간이 이용될 수 있도록, 용융 금속(S)과 각각의 주조 롤러(2, 3) 사이에 연장된 접촉(prolonged contact)이 실현된다. 결과적으로, 주조 롤러(2, 3)의 각각의 회전 축(A2, A3)으로부터 더 짧은 거리(G1)를 갖는 원주 표면 구획(10 내지 13')들의 영역 내에는, 주조 간극의 가장 좁은 지점에서 셸의 결합이 다시 균일한 방식으로 이루어질 수 있고 주조 스트립의 내측에 존재하는 아직 용융 상태의 강의 두께가 스트립의 폭에 걸쳐서 균일하게 분포하도록, 주조 롤러(2, 3)의 다른 원주 표면 구획(14 내지 16')들의 영역에 비하여 더 두꺼운 셸이 형성된다. 여기에 기재된 다른 방안과 유사하게, 이는 불균일한 두께 분포에도 불구하고 주조 스트립 내에 균질한 미세조직을 실현하는 것을 가능하게 한다.

도 15 및 도 16과 관련하여, 실제 시험이 아래에 기재되어 있다.

예를 들면 두께 2mm의 강 스트립을 제조하기 위하여, 통상의 주조기로부터, 숏-피닝된 표면을 갖는 주조 롤러 상에서 응고를 위하여 0.29초의 접촉 시간(t_c)이 필요하고, 단지 분사 층으로 코팅된 주로 롤러에 있어서는 0.4초의 접촉 시간이 필요한 것으로 알려져 있다. 이 경우에, 아래와 같은 실험적으로 결정된 관계식이 성립하며, 숏-피닝된 롤러 표면에 대해서는 c = 0.0725 s/㎟이고, 열적으로 분사된 롤러 표면에 대해서는 c = 0.1 s/㎟이다.

t_c = c * d²

동일한 용탕 풀 충진 레벨에서, 이 관계식에 의하여, 분사 층 피막을 구비하는 롤러 표면 영역과 숏-피닝된 표면 사이의 응고 스트립 셸의 두께 비는 0.85가 된다(2개의 상수 c의 제곱근 형태로 결정). 이는 양 롤러에 적용되므로, 스트립이 롤러들 사이의 간극을 나온 후에, 스트립 두께들 사이의 비는 2배가 된다.

150㎜의 폭을 갖는 스트립(B7)이 중앙 평면(M)에 대하여 대칭적으로 프로파일링되어야 한다. 종방향 일측(50)에 인접하는 길이 구획(51) 내에서, 길이 구획(51)의 두께는 50㎜의 폭(T)에 걸쳐서 1.4㎜에 달하여야 한다. 길이 구획(51)과 주조 스트립(B7)의 종방향 타측(52)에 인접하는 길이 구획(53) 내에서는, 대조적으로, 스트립(B7)의 두께가 2㎜이어야 한다.

그와 같은 스트립을 제조하기 위하여, 폭(K)이 150㎜인 한 쌍의 주조 롤러(2, 3)가 사용되었다. 이 경우에, 롤러(2, 3)는 2개의 원주 표면 구획(56, 57; 56', 57')들을 포함하였으며, 주조 스트립(B7)의 얇은 길이 구획(51)에 할당된 원주 표면 구획(56, 56')들은, 두꺼운 길이 구획(53)에 할당된 원주 표면 구획(57)의 거리(G3)보다 큰 0.3㎜의 거리(G2)만큼, 주조 롤러(54, 55)의 회전 축(A2, A3)으로부터 이격되었다. 원주 표면 구획(56)은 열적 분사 층(sprayed thermal layer)으로 코팅되었고, 원주 표면 구획(56)은 숏-피닝에 의하여 연마되었다. 이는 길이 방향에 대한 횡방향으로 1.4㎜로부터 2.0㎜으로의 두께 급증(thickness jump)을 나타내는 용융 강(S)의 스트립 주물을 실현하는 것을 가능하게 한다.

Claims (15)

1. 2개의 대향 회전 주조 롤러(2, 3)에 의해 구획된 주조 간극을 통해 용융 금속(S)을 통과시켜 주조 스트립(B1 내지 B7)으로 성형함으로써, 용융 금속(S)의 주조 스트립(B1 내지 B7)을 제조하는 방법에 있어서,
   주조 간극(4) 내에서 주조 스트립(B1 내지 B7)에는, 주조 스트립(B1 내지 B7)의 길이 방향(L)으로 연장된 길이 구획(L1 내지 L8)과 이에 인접하는 제2 길이 구획(L1 내지 L8) 내에, 서로 다른 두께가 제공되며, 주조 롤러(2, 3)의 회전 축(A2, A3)으로부터 상이한 거리(G1, G2; G3)를 갖는 원주 표면 구획(10-12, 10'-12'; 13-16, 13'-16')들은 용융 금속(S)에 대하여 상이한 열 전달성을 갖고 있으며,
   주조 간극(4)의 상방에 용탕 풀(5)이 형성되며, 주조 스트립(B1 내지 B7)의 길이 구획(L1 내지 L7)들의 상이한 두께에 따라, 주조 스트립(B1 내지 B7)에 제조될 상이한 두께를 갖는 길이 구획(L1 내지 L8)들에 할당된 구획들 내에서 용탕 풀(5)의 충진 레벨이 상이한 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상이한 두께를 갖는 길이 구획(L1 내지 L7)들은 주조 스트립(B1 내지 B7)의 폭(K)의 일부에 걸쳐서 각각 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   적어도 하나의 주조 롤러(2, 3)는 원주 표면 구획(10-12, 10'-12')을 구비하되, 그 원주 표면 구획(10-12, 10'-12')은, 각각의 주조 롤러(2, 3)의 회전 축(A2, A3)으로부터, 이 주조 롤러(2, 3)의 최인접 원주 표면 구획(13-16, 13'-16')과는 상이한 거리(G1, G2)만큼 이격된 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   주조 롤러(2, 3)의 회전 축(A2, A3)으로부터 상이한 거리(G1, G2; G3)를 갖는 원주 표면 구획(10-12, 10'-12'; 13-16, 13'-16')들은 주조 롤러의 둘레에 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   원주 표면 구획(10-12, 10'-12'; 13-16, 13'-16')들의 조도는 상이한 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   원주 표면 구획(10-12, 10'-12'; 13-16, 13'-16')들은 상이하게 냉각되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   원주 표면 구획(10-12, 10'-12'; 13-16, 13'-16')들은 상이한 피막을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   원주 표면 구획(10-12, 10'-12'; 13-16, 13'-16')들은 상이한 두께(D1, D2)의 금속 피막(26)으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   원주 표면 구획(10-12, 10'-12'; 13-16, 13'-16')들은 상이한 열 전도도의 덮개 층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 주조 스트립을 제조하는 방법.
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