KR101940916B1 - 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 및 쌍롤식 박판 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 및 쌍롤식 박판 주조방법에 관한 것으로, 표면에 산부와 골부를 포함한 요철 패턴이 형성된 주조롤에서, 상기 요철 패턴 중 하나의 산부에 대해, 상기 주조롤의 원주방향으로 인접한 어느 한쪽 골부의 절반 길이와 상기 산부의 원주방향 길이의 절반 길이를 더한 값(H)에 대한, 상기 주조롤의 축방향으로 인접한 어느 한쪽 골부의 절반 길이와 상기 산부의 축방향 길이의 절반 길이를 더한 값(W)의 비율(W/H)이 1 이상 및 1.5 이하인 것을 특징으로 하여서, 제품의 양호한 표면 품질을 확보할 수 있게 된다.

Description

쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 및 쌍롤식 박판 주조방법 {Casting roll for twin-roll strip caster and twin-roll strip casting method}

본 발명은 예컨대 박판 주조 공정으로 듀플렉스 스테인리스강 박판을 제조할 때 발생하는 표면 얼룩을 방지하여 표면 품질이 양호한 제품을 제조할 수 있게 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 및 쌍롤식 박판 주조방법에 관한 것이다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조기를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 쌍롤식 박판 주조기는, 용강을 수용하는 래들(1), 수용된 용강이 유입되는 턴디쉬(2), 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤(5), 주조롤(5)들 사이로 용강을 공급하는 노즐(3), 주조롤(5)의 양측면에 용강풀이 형성되도록 섬프(sump; 4)를 형성하는 에지댐(6), 및 용강풀의 상부를 덮어 외기와 용강풀의 접촉을 차단하도록 제공되는 메니스커스 쉴드(7)를 포함한다. 또한, 쌍롤식 박판 주조기는 압연기(8), 냉각 장치(9) 및 권취기(10)를 더 포함할 수 있다.

이러한 쌍롤식 박판 주조기에서는, 래들(1)에 수용된 용강이 턴디쉬(2)로 유입되며, 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤(5)들의 양단부에 설치된 에지댐(6)의 사이, 즉 주조롤들의 사이로 노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이때, 메니스커스 쉴드(7)에 의해 주조롤(5)들 사이에서 용강풀의 산화를 방지하여 용강풀의 상면을 보호할 수 있으며, 소정의 가스를 주입하여 분위기를 조절할 수 있다. 용강은 주조롤(5)이 만나는 롤 닙을 빠져나오면서 주물편으로 제조되어 인발될 수 있으며, 이 주물편이 압연기(8)에서 대략 20 ~ 40%의 압하율로 압연된 후 박판으로 형성되고, 이 박판이 냉각 장치(9)를 거쳐 권취기(10)에서 권취된다. 이러한 과정에서 박판의 표면 조도가 양호하게 되고, 재결정이 발생하여 물성이 우수하게 된다.

한편, 예를 들어 고질소 듀플렉스 스테인레스강 박판을 박판 주조 공정으로 제조하기 위해서는 주조롤의 표면에 가스의 배출이 가능한 표면처리가 요구되는데, 한 예로 응고시 발생하는 가스를 배출하기 위하여 주조롤의 표면에 골부와 산부를 포함한 요철을 가공하게 된다. 이러한 요철로 인하여 제품의 표면 품질이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 주조롤의 표면에 부여하는 요철의 형상을 적절하게 형성하는 것이 요구된다.

(특허문헌 1) JP 2003-117641 A

이에 본 발명은 박판을 제조할 때 발생하는 표면 얼룩을 방지하여 표면 품질이 양호한 제품을 제조할 수 있게 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 및 쌍롤식 박판 주조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤은, 표면에 산부와 골부를 포함한 요철 패턴이 형성된 주조롤에서, 상기 요철 패턴 중 하나의 산부에 대해, 상기 주조롤의 원주방향 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부의 원주방향 최소길이의 절반 길이와 상기 산부의 원주방향 최대길이의 절반 길이를 더한 값(H)에 대한, 상기 주조롤의 축방향 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부의 축방향 최소길이의 절반 길이와 상기 산부의 축방향 최대길이의 절반 길이를 더한 값(W)의 비율(W/H)이 1 이상 및 1.5 이하이고, 상기 주조롤의 축방향 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 인접한 골부의 축방향 최소길이의 절반 길이와 상기 산부의 축방향 최대길이의 절반 길이를 더한 값(W)은 0.1 ~ 1.25mm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조방법은, 서로 반대 방향으로 회전하는 전술한 2개의 주조롤 사이에 용강을 주입하여 주물편을 형성하는 단계; 및 상기 주물편을 압연하여 제품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 제품의 양호한 표면 품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 궁극적으로 제품의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤이 갖는 요철 패턴을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤의 요철 패턴과 비교예에 따른 주조롤의 요철 패턴을 나타낸 사진과, 본 발명의 주조롤에 의해 제조된 제품의 표면과 비교예의 주조롤에 의해 제조된 제품의 표면을 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 예를 들어 박판 주조 공정으로 고질소 듀플렉스 스테인리스강 박판을 제조할 때에는 표면의 결함을 방지하기 위하여, 주조롤의 표면에 가스의 배출이 가능한 표면처리를 부여한다. 즉, 주조롤의 표면에 골부와 산부를 포함한 요철을 가공하는 것이다.

그러나 표면처리를 실시한 종래기술의 주조롤을 사용하여 제조된 주물편을 압연기로 냉연한 박판에는 압연방향의 직각인 방향으로 연장하여 줄무늬가 발생하는 문제가 있다. 이러한 줄무늬 결함은 공정에 따라 달라지기는 하지만, 대부분의 제품에서 발현되며, 이에 따라 냉연 박판의 사용 용도를 제한하게 된다.

냉연 박판과 같은 제품에서 줄무늬 결함이 발생하는 원인은, 주조롤의 표면에 있는 요철 중 산부가 용강과 직접 접하게 됨으로써, 주물편 중 산부에 해당하는 부위의 응고조직은 미세하게 되고, 주물편 중 골부에 해당하는 부위는 응고조직이 거칠고 크게 되기 때문인 것으로 알려져 있다. 이러한 응고조직의 차이는 주조롤의 표면에 요철이 존재하므로 생기는 것이다.

주물편이 열간 압연 및 냉간 압연을 거치게 되면 응고조직의 차이가 줄어드는 경우도 있지만, 엄연히 응고조직의 차이는 존재하는 것이 사실이고, 결국 냉연한 박판에 미세한 응고조직의 차이가 잔류하게 되면서 줄무늬가 나타나게 된다.

예를 들어, 요철을 가진 주조롤에 의해 주물편을 제조하고, 이 주물편을 압연기에 의해 약 30%의 압하율로 열간 압연을 진행하면 주물편이 압연방향으로 연신되어 줄무늬가 미세하게 나타난다. 또한, 이러한 주물편을 다시 압연기에 의해 추가 냉간 압연을 진행하게 되면 압연방향의 직각인 방향으로 줄무늬가 선명하게 나타난다. 주물편이 압연방향으로 연신되면서 산부에 해당하는 부위의 응고조직과 골부에 해당하는 부위의 응고조직 간 차이가 뚜렷해지는 것이다.

이와 같이, 냉연 후 제품의 표면에서 나타나는 줄무늬를 없애기 위해서는 주조롤의 표면에 부여하는 요철의 형상 내지 산부 및 골부의 배치를 적절히 한정해야 할 필요가 있다.

도 2는 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤이 갖는 요철을 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤(5)은, 표면에 요철 패턴이 형성된 주조롤에서, 요철 패턴 중 하나의 산부(10)에 대해, 주조롤의 원주방향(C) 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부(20)의 원주방향 최소길이의 절반 길이(22)와 산부(10)의 원주방향 최대길이의 절반 길이(12)를 더한 값(H)에 대한, 주조롤의 축방향(L) 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부(20)의 축방향 최소길이의 절반 길이(21)와 산부(10)의 축방향 최대길이의 절반 길이(11)를 더한 값(W)의 비율(즉, W/H; 이하에서는 요철 종횡비라 칭함)이 1 이상 및 1.5 이하이다.

요철은 주조롤(5)의 표면에 예컨대 레이저를 이용하여 패턴을 형성한 후 포토 레지스트를 사용한 감광과정을 거쳐 산처리를 통해 에칭함으로써, 가스 배출을 위한 골부(20)와 이들 골부 사이에 배치된 산부(10)를 형성할 수 있다.

이와 같은 표면처리 가공을 통해 만들어진 주조롤의 요철 패턴 중에서 산부의 형상은 선(line)형, 마름모 등과 같은 다각형, 원형, 타원형 등이 채택될 수 있다.

본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤(5)에서는, 마름모 형상으로 된 산부(10)를 사용할 수 있다. 이는 제품 표면의 결함을 방지하는 데에 우수하기 때문이며, 더구나 냉연 후 제품의 폭방향 또는 압연방향에 무관하게 재질에서 품질의 균일성을 갖게 되기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤(5)에서 요철 중 산부(10)의 주조롤의 축방향(L)으로 연장한 길이는 대략 0.1 ~ 2mm 정도이고, 골부(20)의 주조롤의 축방향으로 연장한 길이는 대략 0.1 ~ 0.5mm 정도이다. 요철의 깊이, 즉 산부의 최상단에서 골부의 바닥면까지의 깊이는 대략 0.1 ~ 0.3mm 정도이다.

요철 패턴 중 산부(10) 및 골부(20)의 배치는, 하나의 산부에 대해, 주조롤(5)의 원주방향(C) 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부의 원주방향 최소길이의 절반 길이(22)와 산부의 원주방향 최대길이의 절반 길이(12)를 더한 값(H)에 대한, 주조롤의 축방향(L) 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부의 축방향 최소길이의 절반 길이(21)와 산부의 축방향 최대길이의 절반 길이(11)를 더한 값(W)의 비율(W/H)인 요철 종횡비로 정의될 수 있다. 이러한 요철 종횡비에 의해 냉연 후 제품의 표면에서 줄무늬 결함의 존재 내지 그 강도가 결정될 수 있다.

산부(10)의 주조롤의 축방향으로 연장한 길이는 대략 0.1 ~ 2mm 정도이고, 골부(20)의 주조롤의 축방향으로 연장한 길이는 대략 0.1 ~ 0.5mm 정도이므로, 주조롤(5)의 축방향(L) 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부의 축방향 최소길이의 절반 길이(21)와 산부의 축방향 최대길이의 절반 길이(11)를 더한 값(W)은 대략 0.1 ~ 1.25mm 정도의 범위 내에 있다.

요철 패턴의 표면처리를 부여한 주조롤을 사용하는, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조방법은 다음과 같다.

예를 들어, 고질소 듀플렉스 스테인리스강은 강 중에 질소의 농도가 대략 1800ppm 이상을 가지게 된다.

이러한 듀플렉스 스테인리스강의 용강을 서로 반대 방향으로 회전하는 본 발명에 따른 2개의 주조롤(5) 사이에 주입하여 약 2.5 ~ 4.5mmt의 두께를 가진 주물편을 주조한다.

그 후에, 이 주물편을 압연기(8)에 의해 약 30%의 압하율로 열간 압연을 진행하여 약 1.5 ~ 3.0mmt의 열연판을 형성한다. 다음으로, 이러한 열연판은 소둔 및 산세 공정을 거치고 나서, 다시 압연기에 의해 약 50 ~ 70%의 압하율로 추가 냉간 압연을 진행하게 되면 0.5 ~ 1.5mmt의 두께를 가진 냉연판, 즉 최종 제품이 된다.

도 3은 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤의 요철 패턴과 비교예에 따른 주조롤의 요철 패턴을 나타낸 사진과, 본 발명의 주조롤에 의해 제조된 제품의 표면과 비교예의 주조롤에 의해 제조된 제품의 표면을 나타낸 사진이다.

본 발명에서는 요철 종횡비를 1.0으로 하고, 비교예에서는 요철 종횡비를 0.48로 하여, 실제 주조롤(5)의 표면에 요철 패턴을 가공하고, 주물편의 주조 후 열간 압연과 냉간 압연을 동일하게 진행하여, 제품의 표면을 관찰하였다.

도 3에 도시된 바와 같이, 요철 종횡비가 1.0인 주조롤을 사용한 냉연판에는 줄무늬 없이 양호한 표면 품질을 얻을 수 있지만, 요철 종횡비가 0.48인 경우에는 종래와 마찬가지로 줄무늬 결함이 나타났다.

따라서, 요철 종횡비를 크게 하는 것이 최종 제품의 표면 품질에 유리함을 알 수 있다.

표 1에는 요철 종횡비와 냉간 압연에서의 압하율을 달리하여 제조한 제품들의 표면 품질 결과를 나타내었다.

번호	요철 종횡비	냉연 압하율(%)	표면 품질	비고
1	0.48	50	줄무늬	비교예
2	0.48	60	줄무늬	비교예
3	0.6	50	줄무늬
4	0.8	50	양호	냉연 압하율이 증가하면 불량
5	0.8	60	줄무늬
6	1.0	50	양호	본 발명
7	1.0	60	양호	본 발명
8	1.0	70	양호	본 발명
9	1.2	50	양호	본 발명
10	1.2	60	양호	본 발명
11	1.2	70	양호	본 발명
12	1.5	60	양호	본 발명

본 발명에서와 같이, 냉간 압연에서의 압하율이 대략 50 ~ 70% 범위인 냉연판의 생산을 위해서는 주조롤이 갖는 요철 패턴의 요철 종횡비가 1.0 이상으로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 요철 종횡비가 1.5보다 커지게 되면, 주조롤의 표면에 부여한 요철의 기본적인 기능이 악화된다. 다시 말해, 주조롤(5)의 요철은 가스 배출 수단으로서의 역할이 있는데, 주조롤의 축방향(L)으로 가스 배출이 많아지고, 원주방향(C)으로의 가스 배출은 적어져 가스 배출과 관련된 기능이 떨어지기 때문에, 이러한 경우에는 제품에 크랙 등의 결함이 발생할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 제품의 양호한 표면 품질을 확보할 수 있어, 궁극적으로 제품의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

5: 주조롤 8: 압연기
10: 산부 20: 골부

Claims (7)

1. 표면에 산부와 골부를 포함한 요철 패턴이 형성된 주조롤에서,
   상기 요철 패턴 중 하나의 산부에 대해, 상기 주조롤의 원주방향 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부의 원주방향 최소길이의 절반 길이와 상기 산부의 원주방향 최대길이의 절반 길이를 더한 값(H)에 대한, 상기 주조롤의 축방향 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 위치한 골부의 축방향 최소길이의 절반 길이와 상기 산부의 축방향 최대길이의 절반 길이를 더한 값(W)의 비율(W/H)이 1 이상 및 1.5 이하이고,
   상기 주조롤의 축방향 최단거리로 인접한 다른 산부와의 사이에 인접한 골부의 축방향 최소길이의 절반 길이와 상기 산부의 축방향 최대길이의 절반 길이를 더한 값(W)은 0.1 ~ 1.25mm의 범위 내에 있는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 산부의 형상은 마름모인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 산부의 최상단에서 상기 골부의 바닥면까지의 깊이는 0.1 ~ 0.3mm인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
   
5. 서로 반대 방향으로 회전하는, 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 2개의 주조롤 사이에 용강을 주입하여 주물편을 형성하는 단계; 및
   상기 주물편을 압연하여 제품을 제조하는 단계
   를 포함하는 쌍롤식 박판 주조방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 주물편을 압연하여 제품을 제조하는 단계는, 상기 주물편을 열간 압연한 후 냉간 압연을 진행하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 냉간 압연에서의 압하율은 50 ~ 70% 범위인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조방법.

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