KR101977494B1 - 에지 벌징 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예컨대 쌍롤식 박판 주조 공정에서 물리적으로 응고셀의 들뜸을 막아 에지 벌징의 발생을 억제할 수 있는 에지 벌징 방지 장치에 관한 것으로, 이는 한 쌍의 주조롤 상부에 제공되는 매니스커스쉴드; 및 상기 매니스커스쉴드에 설치되고 상기 주조롤의 에지측에 인접하게 배치되어, 응고셀을 눌러주는 가압부재를 포함하고 있다.

Description

에지 벌징 방지 장치 {Apparatus for preventing edge bulging}

본 발명은 예컨대 쌍롤식 박판 주조 공정에서 에지 벌징(edge bulging)의 발생을 방지할 수 있는 에지 벌징 방지 장치에 관한 것이다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 쌍롤식 박판 주조 장치는 용강(M)이 담겨져 있는 래들(10)에 연결된 턴디쉬(20)에는 침지노즐(50)이 부착되어 있으며, 이 침지노즐을 통해 용강을 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤(30) 사이로 공급하며, 공급된 용강은 주조롤(30)과 에지댐(40)에 의해 둘러싸인 용강풀을 형성하게 된다.

이때, 주조롤(30)과 접촉한 용강(M)은 열량을 빼앗기면서 주조롤의 표면에 응고셀을 형성하게 되고, 이렇게 형성된 주편(S)은 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤에 의해 박판을 형성하며 빠져나오게 된다.

이러한 쌍롤식 박판 주조 장치에서 박판을 제조할 때, 주조롤(30)의 길이방향(주편(S)의 폭방향)으로 응고능을 균일하게 하여 주편의 폭방향 응고 균일도를 확보하여야 한다. 하지만, 통상적으로 쌍롤식 박판 주조 장치에 의한 박판 제조시 주편의 에지부는 응고가 지연되어 에지 벌징이 생성된다. 주편의 에지부에서는 중앙부보다 상대적인 응고 지연에 의해 고온 영역이 형성되는데, 특히 중앙부 대비 에지부의 온도가 100℃ 이상 높은 구역에서 박판의 두께가 과도하게 커지는 현상, 즉 에지 벌징이 발생한다.

에지 벌징이 발생하면, 압연시 심한 웨이브를 발생시키거나 에지부에서 응고셀이 탈락하여, 제품이 불량으로 되게 한다.

(특허문헌 1) KR 178739 Y1

이에 본 발명은 예컨대 쌍롤식 박판 주조 공정에서 물리적으로 응고셀의 들뜸을 막아 에지 벌징의 발생을 억제할 수 있는 에지 벌징 방지 장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에지 벌징 방지 장치는, 한 쌍의 주조롤 상부에 제공되는 매니스커스쉴드; 및 상기 매니스커스쉴드에 설치되고 상기 주조롤의 에지측에 인접하게 배치되어, 용강의 응고셀을 눌러주는 가압부재를 포함하고, 상기 가압부재는, 일단이 상기 매니스커스쉴드에 연결된 지지부; 및 상기 지지부의 타단에 장착된 가드부를 포함하며, 상기 가드부는 15 ~ 70밀리미터의 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 예컨대 쌍롤식 박판 주조 공정에 의한 주조시 응고셀의 들뜸을 물리적으로 억제하여 주조롤과 주편의 접촉시간을 연장하여 줄 수 있게 됨으로써, 주편의 에지부 응고를 강화시킴과 동시에 에지 벌징의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

이에 따라, 압연시 에지 벌징으로 인한 웨이브가 발생하거나, 에지부에서 응고셀이 탈락하는 것을 방지하여서, 궁극적으로 불량률을 줄이고 품질이 우수한 제품을 생산할 수 있는 효과를 얻는다.

도 1은 종래의 쌍롤식 박판 주조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 벌징 방지 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 에지 벌징 방지 장치의 요부와 위어를 도시한 작동 상태도이다.

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.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 벌징 방지 장치를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 에지 벌징 방지 장치의 요부와 위어를 도시한 작동 상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 벌징 방지 장치는, 한 쌍의 주조롤(30) 상부에 제공되는 매니스커스쉴드(60); 및 이 매니스커스쉴드에 설치되고 주조롤의 에지측에 인접하게 배치되어, 용강(M)의 응고셀(1)을 눌러주는 가압부재(70)를 포함하고 있다.

주조롤(30)은 한 쌍이 제공된다. 주조 공정에서 래들(10; 도 1 참조)에 저장된 용강(M)이 턴디쉬(20; 도 1 참조)에 공급되고, 이 턴디쉬에 부착된 침지노즐(50; 도 1 참조)을 통해 한 쌍의 주조롤 사이로 용강이 공급되면, 주조롤은 용강을 냉각시키면서 주편(S; 도 1 참조)을 제조하는 역할을 하게 된다.

주조롤(30)과 용강풀을 형성하도록, 한 쌍의 주조롤의 길이방향 양끝에는 각각 에지댐(40; 도 1 참조)이 제공될 수 있다. 즉, 에지댐이 주조롤의 양끝에 제공되어 용강(M)이 이탈하는 것을 방지함과 동시에 용강풀을 형성할 수 있는 것이다.

이와 같이, 한 쌍의 주조롤(30)은 에지댐(40)과 함께 용강풀을 형성하게 되며, 주조롤과 접촉한 용강(M)은 열량을 빼앗기면서 냉각되어 주조롤의 표면에 응고셀(1)을 형성하게 되고, 이렇게 형성된 응고셀은 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤에 의해 박판을 형성하며 빠져나올 수 있게 되는 것이다.

매니스커스쉴드(60)는 주조롤(30)의 상측에서 용강(M)이 산화되는 것을 방지하기 위해, 용강이 대기와 접촉하는 것을 차단해 주는 역할을 할 수 있다.

이를 위해, 매니스커스쉴드(60)에는, 비산화가스 공급챔버에 연결되어 비산화가스를 공급하는 노즐이 제공될 수 있으며, 그밖에 불활성 분위기를 조성하기 위해, 주조롤(30)과 경계되는 부분에 실링부가 제공될 수 있다.

이러한 매니스커스쉴드(60)에는 용강(M)의 탕면(1)에 떠 있는 금속 산화물이나 개재물이 주편에 혼입되는 것을 방지하기 위한 위어(weir; 80)를 갖추고 있다.

위어(80)는 주조롤(30)의 길이방향을 따라 길게 형성되고 용강(M)에 일부 잠기도록 설치된다. 이로써, 위어는 주편(S)이 형성되는 주조롤(30)과 용강(M)의 탕면(1)이 접촉되어 형성되는 메니스커스 라인으로 금속 산화물이나 개재물이 접근하는 것을 막아주는 일종의 댐으로서의 역할을 수행하게 된다.

이때, 위어(80)는 주조 상황에 따라 수 밀리미터 내지 수십 밀리미터의 깊이로 용강(M) 내에 침지될 수 있다. 또한, 위어는 주조 중에 그 침지 깊이를 변경시킬 수 있도록 승강 가능하게 매니스커스쉴드(60)에 설치될 수 있다.

예를 들어, 쌍롤식 박판 주조 장치에서 박판을 제조할 때, 주조롤(30)의 길이방향으로 응고능을 균일하게 하여 주편(S)의 폭방향 응고 균일도를 확보하는 것이 바람직하다. 하지만, 통상적으로 주편의 에지부에서는 응고가 지연되어 에지 벌징이 생성된다.

주편의 에지부가 중앙부보다 상대적인 응고능이 떨어지는 이유는 용강이 주조롤의 표면에서 응고가 진행될 때 수축이 발생하게 되는데, 이러한 수축에 의해 응고셀의 에지부가 주조롤의 표면으로부터 수십 마이크로미터 정도로 들뜨게 되고, 이와 같이 주조롤의 표면에서 응고셀이 뜨게 되면 열전달이 방해되어 응고가 중앙부에 비하여 더디게 진행되기 때문이다.

또한, 응고에 따른 수축이 적더라도, 예컨대 고질소 스테인리스강 등과 같이 응고시 과포화된 가스나 흄(fume)이 배출되는 강종의 경우에는 가스압에 의해 응고셀의 에지부가 들떠 에지부로의 열전달이 저하됨으로써 에지 벌징이 발생한다.

이에 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 벌징 방지 장치는, 응고쉘(1)의 에지부가 응고에 의한 수축이나 가스압에 의해 들뜨게 될 때, 물리적으로 응고셀을 직접 눌러주어 주조롤(30)과 주편(S)의 접촉시간을 연장시키고 응고시간을 증가시켜 주는 수단, 즉 가압부재(70)를 제공하는 것을 주요 특징으로 한다.

가압부재(70)는 일단이 매니스커스쉴드(60)에 연결된 지지부(71); 및 이 지지부의 타단에 장착된 가드부(72)를 포함할 수 있다.

지지부(71)는 매니스커스쉴드(60)에 설치되어 주조롤(30)에 가까워지거나 멀어질 수 있도록 상하로 승강할 수 있다. 또한, 지지부는 승강시 위어(80)와의 간섭이 없도록 하기 위해 소정의 각도로 절곡되어 형성될 수 있다.

가드부(72)는 주조롤(30)의 인접한 원주 상의 접선과 대략 평행하도록 일정 각도(θ)로 지지부(71)의 타단에 경사지게 장착될 수 있다. 이러한 가드부의 각도는 수평면에 대해 0도를 초과하고 90도 미만의 값을 가질 수 있으나, 바람직하기로는 약 25도 ~ 65도의 범위로 될 수 있다.

전술한 바와 같이 가드부(72)는 주조롤(30)의 인접한 원주 상의 접선과 대략 평행해야 하는데, 가드부의 각도(θ)가 25도 미만이면, 주조롤과 용강(M)의 탕면(2)이 접촉되는 메니스커스 라인이 주조롤의 상단에 인접하게 되고, 이러한 경우에 용강이 주조롤을 넘어갈 위험이 높아지기 때문에 바람직하지 않다.

반면에, 가드부(72)의 각도(θ)가 65도를 초과하면, 가드부가 용강(M) 내에서 깊이 위치하게 되고 응고셀(1)은 이미 상당히 두꺼워져 있어, 가압부재(70)의 누름 작용이 충분히 발휘될 수 없다.

더불어, 가드부(72)는 응고셀(1)의 에지부를 충분히 커버할 수 있는 폭(W: 주편(S)의 폭방향에 상응한 길이)을 가져야 한다. 가드부의 폭은 약 15 ~ 70밀리미터의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

또, 가드부(72) 중 상대적으로 탕면(2)에 인접한 상부 끝단은 둥글게 라운딩 가공된 라운드부(73)를 갖추어, 가드부(72)와 주조롤(30)의 사이에서 응고셀(1)이 원활히 진행할 수 있도록 하는 것이 좋다.

가드부(72)와 지지부(71)를 포함한 가압부재(70)는 뜨거운 용강(M)에 넣어도 파손이 없도록 예컨대 세라믹 등과 같은 내화물로 제조될 수 있으며, 이러한 내화물에 의해 일체로 성형되어도 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에지 벌징 방지 장치는, 지지부(71)에 연결되어 가압부재(70)를 승강시키는 구동부(75)를 더 포함할 수 있다.

이러한 구동부(75)는 가압부재(70)를 상하로 이동시키는 구동력을 제공하는 역할을 할 수 있다.

도 2를 참조로 하면, 구동부(75)의 한 예로 지지부(71)의 상단부에는 랙기어(76)가 형성될 수 있으며, 이 랙기어에 맞물려 회전하면서 상대이동하는 피니언기어(77)가 매니스커스쉴드(60)에 설치될 수 있다. 또한, 피니언기어를 구동시키는 모터(78)가 제공될 수 있다.

혹은, 지지부(71)의 일단에 대략 10밀리미터 이상의 두께를 가진 와이어(미도시)가 연결되고, 모터에 의해 정역 회전되어 와이어를 감거나 풀어줄 수 있는 권취롤(미도시)이 매니스커스쉴드(60)에 설치될 수도 있다.

하지만, 구동부의 구성은 반드시 전술된 예들에 한정되지 않으며, 고온의 용강(M) 내에서 가압부재(70)를 상하로 이동시킬 수만 있다면 다른 임의의 구성으로 된 구동부가 채용되어도 무방하다.

이와 같이, 가압부재(70)는 구동부(75)의 작동 하에 상하이동, 즉 승강할 수 있다.

실시예

이하 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

주조시 에지 벌징이 방지되는지 그 효과를 비교하기 위하여, 예컨대 에지 벌징이 심하게 발생하는 고질소 스테인리스강을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치에 본 발명의 에지 벌징 방지 장치를 적용하였다.

우선, 주조를 시작할 때, 본 발명의 에지 벌징 방지 장치의 가압부재(70)는 용강(M)의 탕면(1) 밖에 위치시키고, 용강의 레벨이 정상 위치까지 도달하면 위어(80)와 함께 가압부재의 높이를 낮추어 침지시켰다.

주조 중 에지 벌징이 발생하면 가압부재(70)의 침지 깊이를 조금씩 증가시켜, 도 3에 도시된 바와 같이 가드부(72)가 응고셀(1)과 접촉되게 하였다.

에지 벌징의 상태를 실시간으로 식별하기 위하여 주조롤(30)의 닢 직하에 주편(S)을 관찰하는 카메라를 설치하였다. 에지 벌징이 발생하면, 카메라로부터 획득된 영상을 보여주는 모니터에서 예컨대 주편의 에지부는 밝은 백색에 가까워지는 색상을 나타내게 되고, 온도가 낮은 주편의 중앙부는 어두운 오렌지의 색상을 나타내게 된다.

에지 벌징이 발생한 후 가압부재(70)의 가드부(72)가 응고셀(1)과 접촉되게 하면, 주편의 색상이 전체적으로 중앙부와 유사하게 되는데, 주편의 폭방향 응고능이 균일해져 주편의 전폭에 걸쳐 밝은 백색 없이 오랜지의 색상을 나타내었다.

다음으로, 가압부재(70)의 가드부(72)가 갖는 각도(θ)와 폭(W)을 달리하면서 주조하였다.

아래의 표 1은 가드부(72)의 폭(W)을 일정하게 하고 각도(θ)를 달리하면서 주조했을 때의 결과를 보여주고 있다.

가드부 각도	가드부 폭	주조 두께	에지부와 중앙부의 온도차
25 도	30 mm	3.2 mm	95 ℃
40 도	30 mm	3.2 mm	85 ℃
55 도	30 mm	3.2 mm	48 ℃
65 도	30 mm	3.2 mm	72 ℃

표 2는 가드부(72)의 각도(θ)를 일정하게 하고 폭(W)을 달리하면서 주조했을 때의 결과를 나타내고 있다.

가드부 각도	가드부 폭	주조 두께	에지부와 중앙부의 온도차
미적용	미적용	3.2 mm	120 ℃
55 도	15 mm	3.2 mm	60 ℃
55 도	30 mm	3.2 mm	48 ℃
55 도	50 mm	3.2 mm	45 ℃
55 도	70 mm	3.2 mm	48 ℃

결론적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 벌징 방지 장치는 응고셀(1)의 들뜸에 의한 에지 벌징을 방지할 수 있으며, 특히 가드부(72)의 각도(θ)가 55도이고 가드부의 폭(W)이 50밀리미터일 때 에지부와 중앙부 사이의 온도차가 가장 낮아져 에지 벌징이 발생하지 않았다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 예컨대 쌍롤식 박판 주조 공정에 의한 주조시 응고셀의 들뜸을 물리적으로 억제하여 주조롤과 주편의 접촉시간을 연장하여 줄 수 있게 됨으로써, 주편의 에지부 응고를 강화시킴과 동시에 에지 벌징의 발생을 방지할 수 있는 효과가 있게 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 발명에 개시된 실시예는 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.

1: 응고쉘 2: 탕면
30: 주조롤 60: 매니스커스쉴드
70: 가압부재 71: 지지부
72: 가드부 73: 라운드부
75: 구동부 80: 위어

Claims (9)

1. 한 쌍의 주조롤 상부에 제공되는 매니스커스쉴드; 및
   상기 매니스커스쉴드에 설치되고 상기 주조롤의 에지측에 인접하게 배치되어, 용강의 응고셀을 눌러주는 가압부재
   를 포함하고,
   상기 가압부재는,
   일단이 상기 매니스커스쉴드에 연결된 지지부; 및
   상기 지지부의 타단에 장착된 가드부
   를 포함하며,
   상기 가드부는 15 ~ 70밀리미터의 폭을 갖는 에지 벌징 방지 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 가드부는 수평면에 대해 25도 ~ 65도의 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 에지 벌징 방지 장치.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 가드부 중 상대적으로 상기 용강의 탕면에 인접한 끝단에 라운드부가 형성된 것을 특징으로 하는 에지 벌징 방지 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 가압부재는 내화물로 만들어진 것을 특징으로 하는 에지 벌징 방지 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 지지부에 연결되어 가압부재를 승강시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에지 벌징 방지 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 매니스커스쉴드는 상기 주조롤의 길이방향을 따라 형성되고 상기 용강에 일부 잠기도록 설치되는 위어를 구비한 것을 특징으로 하는 에지 벌징 방지 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 가압부재의 지지부는 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 에지 벌징 방지 장치.

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