KR102171089B1 - 금속 소재 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 소재 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기; 용융물을 배출시킬 수 있도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐; 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 상기 노즐의 하부에 이격되어 회전 가능하게 구비되는 냉각롤; 용융물의 유동을 제어하기 위해 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이에 자기장을 형성할 수 있는 자기장 발생부; 및 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이에 인가되는 강도 구배를 조절하도록 상기 자기장 발생부의 동작을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고, 비정질 금속 소재 제조 시 노즐과 냉각롤 사이에 형성되는 용융물의 유동을 제어함으로써 조업을 안정적으로 수행할 수 있고, 고품질의 금속 소재를 제조할 수 있다.

Description

금속 소재 제조장치 및 그 방법{Manufacturing apparatus for metal material and method thereof}

본 발명은 금속 소재 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 균일한 두께를 갖는 비정질 금속 소재를 제조할 수 있는 금속 소재 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 비결정질 합금(이하 비정질 합금이라 한다)은 용융상태의 용강을 급속 냉각시켜 제조된다. 이에 용강이 냉각되는 과정에서 결정질을 형성하지 못하고 유리질과 같은 상태, 즉 비결정질 상태로 응고된다.

비정질 금속은 통상적인 결정질 금속과는 달리 원자들이 불규칙하게 배열함으로써 결정성을 갖지 않는 액상과 유사한 유리질 구조를 지닌다. 따라서 비정질 금속은 결정질 금속의 특징인 결정입계(grain boundary)가 없고, 전위(dislocation) 등과 같은 결정결함(crystalline imperfection)이 존재하지 않는다. 또한, 비정질 금속은 같은 조성의 결정질 금속에 비해 우수한 연자성, 강인성, 내식성, 초전도성 등의 특징을 갖는다.

이러한 비정질 금속의 제조 방법은 다이캐스팅/영구주형주조법(die casting/permanent mold casting)과 멜트 스피닝법(melt spinning) 등이 있으며, 그 중 멜트 스피닝법이 주로 사용되고 있다.

멜트 스피닝법은 PFC(Planar Flow Casting)이라 불리우기도 하며, 용융물을 고속으로 회전하는 냉각롤에 공급하여 급속 냉각 및 응고시킴으로써 리본이나 스트립 등과 같은 비정질 금속 소재로 제조하는 방법이다. 이와 같은 방법으로 비정질 금속 소재를 제조는 경우, 비정질 금속 소재의 품질에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나는 냉각롤의 회전에 의해 발생하는 공기의 유동을 들 수 있다.

이는 공정 진행 중에 대기 중의 공기가 고속으로 회전하는 냉각롤에 유입되어 용융물을 산화시키거나 냉각롤 상부에 누적된 용융물, 즉 퍼들(puddle)의 거동을 불안정하게 한다. 공기의 유동에 의해 퍼들의 거동이 불안정해지면 퍼들에 진동이 발생하여 냉각롤에 부착되는 용융물의 양에 편차가 발생하여 비정질 금속 소재의 두께가 불균일해져 품질이 저하되는 문제점이 있다.

KR 1525189 B KR 2014-0123125 A

본 발명은 용융물의 유동을 제어하여 두께가 균일한 금속 소재를 제조할 수 있는 금속 소재 제조장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명은 제품의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 금속 소재 제조장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 금속 소재 제조장치는, 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기; 용융물을 배출시킬 수 있도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐; 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 상기 노즐의 하부에 이격되어 회전 가능하게 구비되는 냉각롤; 용융물의 유동을 제어하기 위해 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이에 자기장을 형성할 수 있는 자기장 발생부; 및 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이에 인가되는 강도 구배를 조절하도록 상기 자기장 발생부의 동작을 제어할 수 있는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 자기장 발생부는 정자기장을 발생시킬 수 있다.

상기 자기장 발생부는, 양단부가 상기 냉각롤의 길이 방향으로 양쪽에 배치되고, 양단부 사이의 거리를 조절할 수 있도록 형성되는 철심; 상기 철심의 적어도 일부에 권선되는 코일; 상기 코일에 전류을 인가하기 위한 전원; 및 상기 철심의 양단부 사이의 거리를 조절하기 위한 구동기;를 포함할 수 있다.

상기 철심은, 제1철심과 제2철심을 포함하고, 상기 제1철심과 상기 제2철심의 서로 마주보는 단부에는 슬라이딩 방식으로 서로 맞물려지도록 오목부와 돌출부 중 적어도 어느 하나가 형성될 수 있다.

상기 철심은, 제1철심과 제2철심 및 신축 가능하고 상기 제1철심과 상기 제2철심 사이에 구비되는 제3철심을 포함할 수 있다.

상기 전원은 직류 전원을 포함할 수 있다.

상기 금속소재의 두께를 측정하기 위한 측정부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 측정된 금속소재의 두께에 따라 상기 전원과 상기 구동기 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다.

상기 측정부는, 상기 금속소재의 폭방향에서 적어도 2개의 지점에서 거리를 측정할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 금속 소재 제조방법은, 용기 내부에 용융물을 마련하는 과정; 상기 용기의 하부에 구비되는 냉각롤을 회전시키는 과정; 상기 냉각롤에 용융물을 배출시키는 과정; 상기 냉각롤에 배출되는 용용물에 상기 냉각롤의 길이 방향으로 자기장을 인가하는 과정; 상기 냉각롤의 길이 방향으로 자기장의 강도 구배를 조절하여 용융물의 유동을 제어하는 과정; 및 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 금속 소재의 폭방향에서 중심 두께와, 가장자리 두께를 각각 측정하는 과정을 더 포함하고, 상기 중심 두께와 상기 가장자리 두께는 동시에 측정하는 포함할 수 있다.

상기 용융물의 유동을 제어하는 과정은, 측정된 중심 두께와 측정된 가장자리 두께의 차이인 폭방향 두께 차이값을 산출하는 과정; 및 산출된 폭방향 두께 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 상기 냉각롤의 길이 방향으로 형성되는 자기장의 강도 구배를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 용융물의 유동을 제어하는 과정은, 측정된 중심 두께 또는 측정된 가장자리 두께 중 적어도 어느 하나와 상기 금속 소재의 목표 두께의 차이인 길이 방향 두께 차이값을 산출하는 과정; 및 산출된 길이방향 두께 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 자기장의 강도를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 중심 두께와 상기 가장자리 두께 중 적어도 어느 하나를 연속적으로 측정하는 과정을 더 포함하고, 상기 용융물의 유동을 제어하는 과정은, 측정되는 두께들 사이의 차이인 길이방향 두께 변동량을 산출하는 과정; 및 산출된 길이방향 두께 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위를 벗어나면 자기장의 강도를 조절하여 제조될 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 금속 소재 제조방법은, 용기 내부에 용융물을 마련하는 과정; 상기 용기의 하부에 구비되는 냉각롤을 회전시키는 과정; 상기 냉각롤에 용융물을 배출시키는 과정; 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조하는 과정; 상기 금속 소재의 두께들을 측정하는 과정; 및 측정된 두께들을 이용하여, 적어도 상기 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하도록 상기 냉각롤에 배출되는 후속 용융물에 대한 자기장 처리 방식을 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 금속 소재의 두께들을 측정하는 과정은, 상기 금속 소재의 폭방향에서 중심 두께와 상기 금속 소재의 폭방향에서 가장자리 두께를 각각 측정하는 과정을 포함하고, 상기 자기장 처리 방식을 결정하는 과정은, 측정된 중심 두께와 측정된 가장자리 두께의 차이값을 산출하는 과정; 산출된 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 상기 후속 용융물에 자기장을 인가하는 과정; 및 상기 냉각롤의 길이방향으로 인가되는 자기장의 강도 구배를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 후속 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정은, 상기 냉각롤의 길이방향으로 자기장을 인가하기 위한 자기장 발생부의 철심의 양단부 사이의 거리를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 자기장 처리 방식을 결정하는 과정은, 측정된 중심 두께 또는 측정된 가장자리 두께와 상기 금속 소재의 목표 두께의 차이값을 산출하는 과정; 산출된 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 상기 후속 용융물에 자기장을 인가하는 과정; 및 상기 자기장 발생부의 전원의 세기를 조절하여 제조된 후속 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 금속 소재의 두께들을 측정하는 과정은, 상기 금속 소재의 폭방향에서 중심 두께와 상기 금속 소재의 폭방향에서 가장자리 두께를 연속적으로 측정하는 과정을 포함하고, 상기 자기장 처리 방식을 결정하는 과정은, 측정되는 중심 두께들 또는 측정되는 가장자리 두께들 사이의 차이인 두께 변동량을 산출하는 과정; 산출된 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위를 벗어나면, 상기 후속 용융물에 자기장을 인가하는 과정; 및 상기 자기장 발생부의 전원의 세기를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정은, 상기 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정 이전에 수행할 수 있다.

상기 자기장을 인가하는 과정은, 직류 전원을 이용하여 상기 냉각롤의 길이 방향으로 정자기장을 인가하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 비정질 금속 소재 제조 시 노즐과 냉각롤 사이로 주입되는 용융물의 거동을 제어하여 조업을 안정적으로 수행할 수 있고, 고품질의 금속 소재를 제조할 수 있다. 즉, 노즐과 냉각롤 사이에 정자기장을 형성하여 냉각롤으로 배출되는 용융물의 거동을 안정화시킴으로써 퍼들의 진동을 억제할 수 있다. 또한, 금속 소재 제조 중 정자기장의 강도 및 강도 구배를 조절하여 퍼들의 진동 혹은 유동으로 인해 금속 소재의 두께가 불균일해지는 것을 억제함으로써 금속 소재의 품질 및 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 정자기장의 강도 및 강도 구배를 제어하여 금속 소재의 길이방향 및 폭방향으로의 두께를 조절하여 고품질의 금속 소재를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 금속 소재 제조 시 노즐과 냉각롤 사이에서 공기의 유동을 보여주는 도면.
도 3은 자기장 발생부를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 4는 자기장의 강도를 조절하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 자기장 발생부의 다양한 실시 예를 보여주는 도면.
도 6은 측정부의 설치 상태를 개략적으로 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 금속 소재 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 몰드 및 이를 이용한 주조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 금속 소재 제조 시 노즐과 냉각롤 사이에서 공기의 유동을 보여주는 도면이고, 도 3은 자기장 발생부를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 4는 자기장의 강도를 조절하는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 자기장 발생부의 다양한 실시 예를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치는, 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기(100)와, 용융물을 배출시킬 수 있도록 용기(100)의 하부에 구비되는 노즐(110)과, 회전 가능하고 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 노즐(110)의 하부에 이격되어 구비되는 냉각롤(120) 및 용융물의 유동을 제어하기 위해 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가할 수 있는 자기장 발생부(200)를 포함할 수 있다. 또한, 금속 소재 제조 장치는 금속 소재의 두께를 측정할 수 있는 측정부(300)와, 측정된 금속 소재의 두께에 따라 자기장 발생부(200)의 동작을 제어할 수 있는 제어부(400)를 포함할 수 있다.

여기에서 용융물은 용강을 포함할 수 있고, 용기(100)는 턴디쉬를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치는, 용융물이 결정질을 형성하기 전에 급속하게 냉각시켜 유리질과 같은 상태로 응고되는 비정질 제품을 제조하기 위한 것이다. 이러한 비정질 제품은 15 내지 40㎛ 정도의 두께와, 수 mm에서 수백 mm 정도의 폭을 가지며, 리본, 스트립 등과 같이 길게 연장되는 금속 소재를 포함할 수 있다.

용기(100)는 내부에 용융물을 장입할 수 있도록 상부가 개방되는 중공형으로 형성될 수 있다. 또한, 용기(100)의 하부, 예컨대 바닥에는 용융물을 배출시킬 수 있는 배출구(미도시)가 형성될 수 있다.

냉각롤(120)은 용기(100)의 하부에 용기(100)와 이격되도록 구비될 수 있다. 냉각롤(120)은 일방향으로 연장되는 원통형으로 형성될 수 있다. 이때, 냉각롤(120)이 연장되는 방향을 냉각롤의 길이 방향이라 한다. 그리고 금속 소재에서 냉각롤의 길이방향에 대응하는 방향을 금속 소재의 폭방향이라 하고, 냉각롤(120)의 회전방향으로 연장되는 방향을 금속 소재의 길이 방향이라 한다.

냉각롤(120)은 내부에 냉각매체를 이동시킬 수 있는 유로가 형성될 수 있으며, 냉각롤(120)은 냉각매체에 의해 비교적 저온을 유지할 수 있다. 그리고 냉각롤(120)은 고속으로 회전 가능하도록 구비될 수 있다. 이때, 냉각롤(120)은 시간당 90 내지 110㎞ 정도의 속도로 회전할 수 있다. 이에 냉각롤(120)은 용융물을 외주면에 부착시켜 급속 냉각, 응고시킴으로써 리본이나 스트립 등과 같은 얇고 긴 형상의 금속 소재를 형성할 수 있다.

노즐(110)은 용기(100)의 하부, 즉 저면에 구비되어 배출구를 통해 배출되는 용융물을 냉각롤(120)에 공급할 수 있다. 노즐(110)은 노즐 몸체(112)와, 배출구와 연통되고 노즐 몸체(112)를 관통하도록 형성되는 주입구(114)를 포함할 수 있다. 노즐 몸체(112)는 냉각롤(120)이 연장되는 방향과 나란하게 배치되고, 주입구(114)는 노즐 몸체(112)가 연장되는 방향을 따라 슬릿 형태로 형성되어 냉각롤(120)의 길이방향을 따라 용융물을 배출시킬 수 있다. 또한, 노즐 몸체(112)는 냉각롤(120)과 이격되도록 배치되어, 냉각롤(120)과의 사이에 용융물이 배출될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.

도 2를 참조하면, 노즐(110)의 주입구(114)를 통해 냉각롤(120)으로 배출된 용융물은 계면 장력에 의해 용융물 풀, 일명 퍼들(puddle)을 형성할 수 있다. 퍼들은 용융물의 자체 점성에 의한 유동과 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 계면 장력으로 형태가 결정될 수 있다. 여기에서 용융물의 점성에 의한 유동은 용융물의 온도와 냉각롤(120)의 회전 속도에 의해 결정된다. 그런데 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격이 매우 작기 때문에, 퍼들의 거동 안정성과 퍼들의 길이는 용융물과 공기의 계면 장력에 의해 결정될 수 있다. 이때, 퍼들은 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 주입구(114)를 기준으로 냉각롤(120)의 회전방향의 전방 및 후방으로 일정 길이를 갖도록 형성되어야 리본이나 스트립 등과 같은 금속 소재를 안정적으로 제조할 수 있다. 여기에서 주입구(114)를 기준으로 후방에 배치되는 퍼들은 후단부라 하고, 전방에 배치되는 퍼들은 전단부라 한다.

그러나 도 2에 도시된 바와 같이 주입구(114)의 후방에서는 냉각롤(120)이 고속으로 회전하면서 발생하는 공기의 흐름이 퍼들의 후단부에 충돌하면서 충격을 가하게 되고, 이렇게 가해진 충격은 퍼들의 전단부까지 영향을 미치게 된다. 예컨대 주입구(114)의 후방에서 공기의 흐름이 퍼들의 후단부를 냉각롤(120)의 회전방향으로 밀어서 퍼들의 후단부의 길이가 짧아지고, 그 영향으로 인해 퍼들의 전단부 길이가 길어지게 된다. 이와 같은 현상으로 인해 퍼들의 거동 안정성이 저하되어 냉각롤(120)의 회전방향, 즉 퍼들의 길이 방향으로 진동이 발생하게 된다. 이렇게 퍼들에 발생하는 진동은 퍼들의 길이를 변동시켜 금속 소재의 두께 편차를 유발하고, 금속 소재의 표면 조도를 저하시키는 등의 문제점을 일으킬 수 있다.

또한, 고속으로 회전하는 냉각롤(120)에 퍼들을 형성하면서 금속 소재를 제조하기 때문에 금속 소재의 폭방향으로 중심 영역와 양쪽 가장자리 영역에서 두께 편차가 발생할 수 있다. 즉, 냉각롤(120)의 길이방향으로 양쪽 가장자리 영역에 위치하는 퍼들은 냉각롤(120)의 외측으로 이동하려는 경향을 보일 수 있다. 이에 금속 소재의 폭방향으로 양쪽 가장자리 영역에서 퍼들이 냉각롤(120)의 외측으로 유동, 예컨대 퍼지면서 금속 소재의 중심부 두께가 양쪽 가장자리 영역 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.

이에 본 발명에서는 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가하여 퍼들의 유동을 제어함으로써 퍼들이 진동하는 것을 억제할 수 있다. 특히, 시간의 경과에 따라 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 일정한 강도의 자기장을 형성할 수 있도록 정자기장(Static magnetic field)을 인가할 수 있다. 정자기장이란 정지한 자석 또는 정상 전류가 흐르는 정지한 도체 주위에 형성되는 자기장을 말하며, 자기장의 강도는 시간이 지나도 일정하게 유지되는 특징이 있다. 또한, 정자기장은 자기장의 힘이 미치는 영역에서 용융물(용강)의 흐름이나 전체적인 거동을 감속 혹은 억제하는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 전기전도도를 가지는 용융물에 정자기장을 인가하여, 정자기장과 용융물의 상대 속도가 발생하는 반대 방향으로 로렌츠힘(Lorentz force)를 작용시킴으로써 용융물의 유동을 저감시킴으로써 퍼들의 거동 또는 유동을 안정화시킬 수 있다. 또한, 이를 통해 퍼들의 진동 및 유동을 억제하여 두께가 균일하고 표면 품질이 우수한 금속 소재를 제조할 수 있다.

도 3을 참조하면, 정자기장 발생부(200)는 철심(210)과, 철심(210)의 적어도 일부에 권선되는 코일(220) 및 코일(220)에 직류전류를 인가하기 위한 전원(230)을 포함할 수 있다. 또한, 정자기장 발생부(200)는 철심(210)의 길이를 조절하기 위한 구동기(240)를 포함할 수 있다.

철심(210)은 일방향으로 연장되도록 형성되고, 양단부는 서로 마주보도록 절곡되어 형성될 수 있다. 이때, 철심(210)은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 양단부 사이의 거리(L0, L1)를 조절할 수 있도록 형성될 수 있다. 예컨대 철심(210)은 제1철심(210a)과 제2철심(210b)으로 분할되도록 형성될 수 있다.

철심(210)의 양단부 사이의 거리(L0, L1)를 조절하면, 철심(210)의 양단부 사이에 형성되는 정자기장의 강도 구배를 조절할 수 있다. 코일(220)에 직류전류를 인가하면, 철심(210)의 양단부 사이에 정자기장이 인가될 수 있다.

도 4의 (b)를 참조하면, 정자기장은 철심(210)의 양단부 사이에서 동일한 강도를 갖지 않고, 철심(210)의 양단부 사이에서 중심에서 가장자리로 갈수록 정자기장의 강도가 증가하는 형태, 예컨대 철심(210)의 양단부 사이의 중심을 기준으로 좌우 대칭되는 포물선 형태의 구배를 갖게 된다. 이때, 철심(210)의 양단부 사이의 거리에 따라 철심(210)의 양단부 사이의 중심에서 정자기장 강도와 가장자리에서 정자기장 강도의 차이가 변화하게 된다. 예컨대 철심(210)의 양단부 사이의 거리가 L0에서 L1으로 증가하면, 철심(210)의 양단부 사이의 중심에서 정자기장 강도와 가장자리에서 정자기장 강도의 차이값이 감소하게 된다. 반면, 철심(210)의 양단부 사이의 거리가 감소하면, 철심(210)의 양단부 사이의 중심에서 정자기장 강도와 가장자리에서 정자기장 강도의 차이값이 증가하게 된다. 이와 같은 원리를 이용하여 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 조절함으로써 냉각롤(120)에 인가되는 정자기장의 강도 구배를 조절하여 금속 소재의 폭방향으로 두께를 조절할 수 있다.

도 5에는 철심(210)의 다양한 형태가 도시되어 있다.

철심(210)은 제1철심(210a)과, 제1철심(210a)의 일측에 구비되는 제2철심(210b)을 포함할 수 있다. 이때, 제1철심(210a)의 일단은 냉각롤(120)의 일측을 향하도록 절곡될 수 있고, 제2철심(210b)의 일단은 냉각롤(120)의 타측을 향하도록 절곡될 수 있다.

제2철심(210b)과 인접한 제1철심(210a)의 타단과, 제1철심(210a)의 타단과 인접한 또는 마주보는 제2철심(210b)의 타단에는 서로 맞물려지도록 요철구조가 형성될 수 있다. 이때, 요철구조는 돌출부와 오목부를 포함할 수 있으며, 돌출부와 오목부는 슬라이딩 방식으로 맞물려질 수 있도록 형성될 수 있다. 이때, 요철구조의 적어도 일부는 코일(220) 내부에 배치될 수 있다. 그리고 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 조절을 위해 제1철심(210a)과 제2철심(210b)이 이격되는 경우, 이격된 부분이 코일(220) 내부에 배치되는 것이 좋다.

도 5의 (a)를 참조하면, 제1철심(210a)의 타단에는 오목부 및 돌출부가 형성되고, 제2철심(210b)의 타단에는 제1철심(210a)의 타단에 형성된 오목부 및 돌출부와 맞물려질 수 있는 돌출부 및 오목부가 형성될 수 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 제1철심(210a)의 타단에는 2개의 돌출부와, 돌출부 사이에 오목부가 형성될 수 있다. 그리고 제2철심(210b)의 타단에는 제1철심(210a)의 오목부와 맞물려질 수 있는 1개의 돌출부와, 제1철심(210a)의 돌출부와 맞물려질 수 있는 2개의 오목부가 형성될 수 있다.

도 5의 (c)를 참조하면, 제1철심(210a)의 타단에는 2개의 돌출부 및 2개의 오목부가 형성될 수 있고, 제2철심(210b)의 타단에는 제1철심(210a)의 돌출부 및 오목부와 맞물려질 수 있는 2개의 돌출부 및 2개의 오목부가 형성될 수 있다.

도 5의 (d)를 참조하면, 제1철심(210a)의 타단에는 오목부 및 돌출부가 형성되고, 제2철심(210b)의 타단에도 오목부 및 돌출부가 형성될 수 있다. 이때, 제1철심(210a)과 제2철심(210b)에 형성되는 돌출부는 단부로 갈수록 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.

이외에도 제1철심(210a)과 제2철심(210b)에는 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 조절할 수 있는 다양한 형상의 요철구조가 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 도 5의 (e)를 참조하면, 제1철심(210a)과 제2철심(210b)의 사이에는 신축 가능한 제3철심(210c)이 구비될 수 있다. 이때, 제3철심(210c)은 신장 및 수축이 가능한 주름관 형태로 형성될 수 있다. 제3철심(210c)은 제1철심(210a)의 타단 및 제2철심(210b)의 타단에 연결되어, 제1철심(210a)과 제2철심(210b) 중 적어도 어느 하나를 이동시키면 제1철심(210a)과 제2철심(210b)에 연결된 상태로 신장 또는 수축하며, 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 조절할 수 있다.

이때, 철심(210)의 양단부 사이의 거리는 구동기(240)를 이용하여 조절할 수 있다. 구동기(240)는 제1철심(210a)과 제2철심(210b)을 이동시킬 수 있도록 구비될 수 있다. 도 2에서는 구동기(240)가 제1철심(210a)과 제2철심(210b)에 각각 연결된 것으로 도시하고 있으나, 제1철심(210a)과 제2철심(210b) 중 적어도 어느 하나에 연결될 수도 있다. 다만, 구동기(240)는 제1철심(210a)과 제2철심(210b)을 냉각롤(120)의 길이방향을 따라 동일한 거리를 이동시킬 수 있도록 철심(210)에 연결되는 것이 좋다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 정자기장은 철심(210)의 양단부 사이의 중심을 기준으로 좌우 대칭되는 형태로 형성되기 때문이다. 즉, 철심(210)의 양단부 사이 거리를 조절하기 위해 제1철심(210a)과 제2철심(210b) 중 어느 하나를 이동시키면, 철심(210)의 양단부 사이에서 중심이 변경될 수 있다. 이 경우, 금속 소재의 폭방향을 따라 정자기장의 강도 구배가 비대칭적으로 인가되기 때문에 금속 소재의 양쪽 가장자리 두께가 서로 다르게 형성될 수 있다.

코일(220)이 권선된 철심(210)은 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이 공간, 즉 퍼들에 정자기장을 인가하도록 설치될 수 있다. 이때, 철심(210)은 금속 소재의 폭방향을 따라 정자기장을 인가할 수 있도록 철심(210)의 양단부는 냉각롤(120)의 길이방향으로 양쪽에 각각 배치될 수 있다.

그리고 측정부(300)는 냉각롤(120)의 일측, 예컨대 냉각롤(120)에 의해 냉각된 용융물이 리본 등과 같은 금속 소재로 형성되는 위치에 설치될 수 있다. 측정부(300)는 냉각롤(120)과 이격되도록 설치되어 냉각롤(120)에 의해 형성되는 금속 소재의 두께를 측정할 수 있다.

도 6을 참조하면, 측정부(300)는 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께를 측정할 수 있는 제1측정부(300a)와, 금속 소재의 가장자리 두께를 측정할 수 있는 제2측정부(300b)를 포함할 수 있다. 이때, 제1측정부(300a)와 제2측정부(300b)는 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께를 동시에 측정할 수도 있고, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께 선택적으로 측정할 수도 있다. 측정부(300)는 X선 두께측정기, 레이저 센서, 와전류 센서 등이 사용될 수 있다.

제어부(400)는 자기장 발생부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 측정부(300)에서 측정된 금속 소재의 두께에 따라 정자기장의 강도를 조절하도록 자기장 발생부(200)의 전원(230)와 구동기(240) 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 금속 소재 제조 시 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 용융물, 즉 퍼들의 거동이 불안정해지는 것을 억제 혹은 방지하여 조업을 안정적으로 수행할 수 있고, 고품질의 금속 소재를 제조할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 방법에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 금속 소재 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.

본 발명의 실시 예에서는 노즐(110)본 발명의 실시 예에서는 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가함으로써 냉각롤(120)의 고속 회전으로 인해 유발하는 퍼들의 진동을 억제하여 퍼들의 형태 또는 거동을 일정하게 제어하는 방법에 대해서 제시한다. 즉, 퍼들에 정장기장을 인가하여 퍼들이 진동하는 방향에 대해서 반대방향으로 로렌츠힘을 발생시켜 퍼들이 진동하는 것을 억제하고, 이를 통해 퍼들의 형태를 일정하게 제어할 수 있다. 또한, 정자기장의 강도 구배를 조절함으로써 퍼들이 진동하는 방향은 물론, 퍼들이 진동하는 방향에 대해서 교차하는 방향으로의 유동을 조절하여 금속 소재의 길이방향 및 폭방향 두께를 효과적으로 조절할 수 있다. 이때, 금속 소재의 길이방향 두께를 먼저 조절한 다음, 폭방향 두께를 조절할 수 있다.

도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조방법을 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조방법은, 회전하는 냉각롤(120)에 용융물을 배출시키면서 금속 소재를 주조하는 과정과, 냉각롤(120)에 배출된 용융물에 정자기장을 인가하여 용융물의 유동을 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

먼저, 용기(100)에 용융물이 마련되면, 용기(100) 하부에 구비되는 냉각롤(120)을 회전시킬 수 있다. 이후, 노즐(110)을 통해 용기(100)에 수용된 용융물을 냉각롤(120)으로 배출시키면서 금속 소재를 제조 또는 주조(S100)할 수 있다. 이때, 금속 소재를 목표로 하는 두께로 형성할 수 있도록 용융물의 배출량이나 냉각롤(120)의 회전 속도를 조절하며 주조를 실시할 수 있다.

용기(100)에서 배출된 용융물은 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 퍼들을 형성할 수 있다.

냉각롤(120)으로 용융물이 배출되면, 자기장 발생부(200)의 코일(220)에 직류를 공급하여 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가(S102)할 수 있다. 냉각롤(120)으로 배출된 용융물, 즉 퍼들은 냉각롤(120)의 고속 회전에 의해 발생하는 공기의 유동에 의해 진동을 일으키게 된다. 이때, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 인가된 정자기장의 로렌츠힘에 의해 용융물의 유동이 저감하면서 진동이 억제될 수 있다.

이와 같이 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가하고 금속 소재를 제조하면서, 측정부(300)를 이용하여 금속 소재의 두께를 측정(S104)할 수 있다. 이때, 금속 소재의 두께를 측정하는 과정은 금속 소재의 길이방향으로 두께 변화를 측정하기 위한 과정으로, 제1측정부(300a)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께를 측정하거나, 제2측정부(300b)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 가장자리 두께를 측정할 수 있다. 본 실시 예에서는 제1측정부(300a)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께를 측정한 예에 대해서 설명한다.

측정부(300)를 이용한 금속 소재의 두께 측정은 주조를 동안 전 과정에서 연속적 또는 단속적으로 수행될 수 있다. 이때, 금속 소재는 냉각롤(120)이 고속 회전함에 따라 발생하는 진동이나 퍼들의 유동 등에 의해 일정 범위 내에서 두께가 변화면서 주조될 수 있다.

이에 측정된 금속 소재의 중심 두께가 지나치게 두껍거나 지나치게 얇아지는 경우, 정자기장의 강도를 조절하여 용융물의 유동을 제어함으로써 금속 소재의 길이방향으로 균일한 두께를 갖는 금속 소재를 얻을 수 있다.

따라서 측정된 금속 소재의 두께에 따라 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 인가되는 정자기장의 강도를 조절하기 위하여, 정자기장의 강도 조절을 위한 기준을 정할 수 있다.

정자기장의 강도 조절의 위한 기준은, 금속 소재의 목표 두께의 오차 범위를 이용하여 다음과 같이 정할 수 있다.

첫 번째로, 측정된 금속 소재의 두께와 목표 두께의 차이값이 미리 정한 설정 범위, 예컨대 제1설정 범위를 벗어나면, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 인가되는 정자기장의 강도를 조정할 수 있다. 이때, 설정 범위는 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 10%일 수 있다. 이 범위는 필요에 따라 다양한 범위를 갖도록 조정될 수 있다.

두 번째로, 측정부(300)를 이용하여 측정된 금속 소재의 두께들 사이의 차이인 두께 변동량을 산출하고, 두께 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위를 벗어나면, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 인가되는 정자기장의 강도를 조정할 수 있다. 이때, 설정 변동 범위는 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 5%일 수 있다. 설정 변동 범위를 설정 범위보다 좁게 정한 것은, 두께 변동량을 산출하기 위한 적어도 2개의 측정 두께 중 하나가 목표 두께보다 작고 다른 하나는 목표 두께보다 큰 경우 그 차이값이 지나치게 커질 수 있기 때문이다. 또한, 설정 변동 범위도 필요에 따라 다양한 범위를 갖도록 조정될 수 있다.

먼저, 설정 범위, 예컨대 제1설정 범위를 이용하여 정자기장의 강도 조절 여부를 판단하는 방법에 대해서 설명한다.

제1측정부(300a)를 통해 금속 소재의 두께가 측정되면, 측정된 금속 소재의 두께와 목표 두께 간의 차이값을 산출한다. 그리고 산출된 차이값이 제1설정 범위에 포함(S140)되면, 금속 소재가 길이방향으로 비교적 일정한 두께로 제조되어 있는 것으로 판단하고, 정자기장의 강도를 조정하지 않고 초기 인가된 정자기장의 강도를 유지하면서 주조를 실시한다. 예컨대 금속 소재의 길이방향으로 두께 변동량이 미리 설정된 범위 내에 포함되면 퍼들의 진동이 억제되어 주조가 정상적으로 이루어지는 것으로 판단할 수 있다. 예컨대, 금속 소재의 목표 두께가 20㎛이고, 금속 소재의 두께가 19 내지 21㎛ 범위로 측정되면, 측정된 금속 소재의 두께와 목표 두께의 차이값은 2㎛ 이내로 미리 설정된 범위, 즉 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 10%에 포함될 수 있다. 이에 퍼들의 진동이 억제되어 주조가 정상적으로 이루어지는 것으로 판단할 수 있다.

반면, 산출된 차이값이 설정 범위를 벗어나면(S106), 정자기장의 강도를 조절하여 금속 소재의 길이방향 두께를 조절(S108)할 수 있다. 이때, 자기장 발생부(200)의 전원(230)을 통해 인가 전류를 증가시켜 정자기장의 강도를 증가시킬 수 있다. 이에 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 용융물의 유동이 억제되어 길이방향으로 일정한 두께의 금속 소재를 주조할 수 있다. 예컨대, 금속 소재의 목표 두께가 20㎛이고, 금속 소재의 두께가 17 내지 23㎛ 범위로 측정되면, 퍼들이 크게 진동하여 주조가 정상적으로 이루어지지 않는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 측정된 금속 소재의 두께와 목표 두께의 차이값이 2㎛ 를 초과하기 때문에 그 차이값이 미리 설정된 범위, 즉 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 10%를 벗어났으므로 퍼들의 진동에 의해 주조가 정상적으로 이루어지지 않는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 자기장 발생부(200)의 코일(220)에 공급되는 전류를 증가시켜 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 인가되는 정자기장의 강도를 증가시킬 수 있다.

다음, 설정 변동 범위를 이용하여 정자기장의 강도 조절 여부를 판단하는 방법에 대해서 설명한다.

측정부(300)를 통해 금속 소재의 두께가 측정되면, 측정되는 금속 소재의 두께들로부터 차이값, 즉 두께 변동량을 산출한다. 그리고 산출된 두께 변동량과 미리 정한 설정 변동 범위를 상호 비교(S106)하여, 산출된 두께 변동량이 설정 변동 범위에 포함되는 경우, 금속 소재가 길이방향으로 비교적 일정한 두께로 제조되어 있는 것으로 판단하고, 정자기장의 강도를 조정하지 않고 초기 인가된 정자기장의 강도를 유지하면서 주조를 실시한다. 예컨대, 금속 소재의 목표 두께가 20㎛이고, 측정된 금속 소재의 두께가 19㎛와, 20㎛로 측정되면, 금속 소재의 길이방향으로 두께 변동량은 1㎛로 산출될 수 있다. 이 경우 금속 소재의 두께 변동량은 미리 정한 설정 변동 범위, 즉 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 5%에 포함되므로, 퍼들의 진동이 억제되어 주조가 정상적으로 이루어지는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 정자기장의 강도를 조정하지 않고 초기 인가된 정자기장의 강도를 유지하면서 주조를 실시할 수 있다.

반면, 산출된 두께 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위를 벗어나면(S106), 정자기장의 강도를 조절(S108)할 수 있다. 이때, 자기장 발생부(200)의 전원(230)을 통해 인가 전류를 증가시켜 정자기장의 강도를 증가시킬 수 있다. 이에 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 용융물의 유동이 억제되어 길이방향으로 일정한 두께의 금속 소재를 주조할 수 있다. 예컨대 금속 소재의 목표 두께가 20㎛이고, 측정된 금속 소재의 두께가 18㎛와, 22㎛로 측정되면, 길이방향으로 금속 소재의 두께 변동량은 4㎛로 산출될 수 있다. 이 경우, 산출된 두께 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위, 즉 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 5%를 벗어나기 때문에 자기장 발생부(200)의 코일(220)에 공급되는 전류를 증가시켜 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 인가되는 정자기장의 강도를 증가시킬 수 있다.

이와 같이 금속 소재의 길이방향 두께가 조절되면, 금속 소재의 두께를 다시 측정하고 측정 결과를 이용하여 금속 소재의 폭방향 두께를 조절할 수 있다.

금속 소재의 폭방향 두께는 자기장 발생부(200)를 구성하는 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 조절함으로써 조절될 수 있다. 이때, 금속 소재의 폭방향 두께는 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 조절하여 금속 소재의 폭방향 또는 냉각롤(120)의 길이방향으로 정자기장의 강도 구배를 조절함으로써 조절될 수 있다.

먼저, 측정된 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께에 따라 정자기장의 강도 구배를 조절하기 위하여, 정자기장의 강도 구배 조절을 위한 기준을 정할 수 있다.

정자기장의 강도 조절을 위한 기준은, 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값에 따라 정해질 수 있다.

금속 소재의 폭방향으로 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값이 미리 정한 설정 범위, 예컨대 제2설정 범위를 벗어나면, 철심(210)의 양단부 거리를 조절하여 금속 소재의 폭방향으로 정자기장의 강도 구배를 조절함으로써 금속 소재의 폭방향 두께를 조절할 수 있다. 이때, 금속 소재의 길이 방향으로 두께를 조절할 때 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께를 측정하고, 이를 목표 두께와의 비교를 통해 금속 소재의 길이방향으로 두께를 조절하였다. 따라서 금속 소재가 길이 방향으로 일정한 두께, 즉 목표 두께로 제조되고 있다고 가정하고, 제2설정 범위를 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 10% 정도로 정할 수 있다. 이 설정 범위는 필요에 따라 다양한 범위를 갖도록 조정될 수 있다.

금속 소재의 폭방향 두께 조절을 위해, 제1측정부(300a)와 제2측정부(300b)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께와 가장자리 두께를 측정(S110)할 수 있다. 이때, 제1측정부(300a)와 제2측정부(300b)는 금속 소재의 폭방향으로 동일한 높이에 설치되고, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께를 동시에 측정할 수 있다.

금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께가 각각 측정되면, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 차이값과 미리 정한 제2설정 범위를 비교(S112)할 수 있다.

비교 결과, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값이 설정 범위, 즉 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 10%에 포함되면, 금속 소재가 폭방향으로 일정한 두께를 갖도록 제조되고 있는 것으로 판단하고, 철심(210)의 양단부 거리를 유지한 상태로 주조를 실시할 수 있다. 그리고 주조가 완료(S116)되면 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장의 인가를 중단(S118)하고, 주조를 종료한다.

반면, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값이 제2설정 범위, 즉 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 10% 에 포함되지 않으면, 금속 소재가 폭방향으로 일정한 두께를 갖지 않는 것으로 판단하고, 철심(210)의 양단부 거리를 조절하여 금속 소재의 폭방향 두께를 조절할 수 있다. 예컨대, 금속 소재의 목표 두께가 20㎛인 경우, 금속 소재의 중심 두께가 21㎛ 로 측정되고, 금속 소재의 가장자리 두께가 18㎛로 측정되면, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값은 3㎛로 산출될 수 있다. 이 경우, 그 차이값이 설정 범위, 즉 금속 소재의 목표 두께에 대해서 0 내지 10% 에 포함되지 않으므로 퍼들이 냉각롤(120)의 폭방향으로 유동하여 주조가 정상적으로 이루어지지 않는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 철심(210)의 양단부 사이 거리를 단축시키거나 증가시켜 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 인가되는 정자기장의 강도 구배를 조절할 수 있다.

예컨대 금속 소재의 중심 두께가 가장자리 두께의 차이값이 설정 범위를 벗어나고, 중심 두께가 가장자리 두께보다 두꺼운 경우, 금속 소재의 폭방향으로 가장자리에서 퍼들의 유동이 제대로 제어되지 않는 것으로 판단할 수 있다. 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 감소시켜 금속 소재의 중심에서 정자기장의 강도와 가장자리에서 정자기장의 강도 차이를 증가시킬 수 있다(도 4의 (b) 참조).

반면, 금속 소재의 중심 두께가 가장자리 두께의 차이값이 설정 범위를 벗어나고, 가장자리 두께가 중심 두께보다 두꺼운 경우, 금속 소재의 폭방향으로 중심보다 가장자리보다 퍼들의 유동이 지나치게 많이 제어된 것으로 판단할 수 있다. 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 증가시켜 금속 소재의 중심에서 정자기장의 강도와 가장자리에서 정자기장의 강도 차이를 감소시킬 수 있다.

이후, 주조가 완료(S116)되면 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장의 인가를 중단(S118)하고, 주조를 종료한다.

이상에서는 금속 소재를 주조하는 동안 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 지속적으로 인가하는 방법에 대해서 설명하였다. 그러나 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 지속적으로 인가하지 않고, 금속 소재의 두께에 따라 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 선택적으로 인가할 수도 있다.

이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 변형 예에 대해서 설명한다.

본 발명의 변형 예에 따른 금속 소재 제조방법은, 회전하는 냉각롤에 용융물을 배출시켜 응고시키면서 금속 소재를 주조하는 과정과, 금속 소재의 두께를 측정하는 과정 및 측정된 두께를 이용하여 냉각롤에 배출되는 후속 용융물에 대한 자기장 처리 방식을 결정하는 과정을 포함할 수 있다.

용기(100)에 용융물이 마련되면, 용기(100) 하부에 구비되는 냉각롤(120)을 회전시킬 수 있다. 이후, 노즐(110)을 통해 용기(100)에 수용된 용융물을 냉각롤(120)으로 배출시키면서 금속 소재를 제조(S200)할 수 있다. 이때, 금속 소재를 목표로 하는 두께로 형성할 수 있도록 용융물의 배출량이나 냉각롤(120)의 회전 속도를 조절하며 주조를 실시할 수 있다.

이와 같이 금속 소재를 주조하면서 측정부(300)를 이용하여 주조된 금속 소재의 두께를 측정(S202)할 수 있다. 이때, 금속 소재의 두께를 측정하는 과정은 금속 소재의 길이방향으로 두께 변화를 측정하기 위한 과정으로, 제1측정부(300a)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께를 측정하거나, 제2측정부(300b)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 가장자리 두께를 측정할 수 있다. 본 변형 예에서는 제1측정부(300a)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께를 측정한 예에 대해서 설명한다.

측정부(300)를 이용한 금속 소재의 두께 측정은 주조를 진행하는 동안 전 과정에서 수행될 수 있다. 이때, 금속 소재는 냉각롤(120)이 고속 회전함에 따라 발생하는 진동이나 퍼들의 유동 등에 의해 일정 범위의 두께 변동량을 가지며 주조될 수 있다.

금속 소재를 주조하면서 측정된 금속 소재의 중심 두께를 이용하여 냉각롤(120)에 배출되는 후속 용융물에 대한 처리 방식을 결정할 수 있다. 여기에서 후속 용융물이란 앞으로 금속 소재로 제조될 용융물, 즉 용기에서 아직 배출되지 않은 용융물을 의미할 수 있다. 그리고 후속 용융물로 제조된 금속 소재는 유동이 제어된 후속 용융물로 제조된 후속 금속 소재를 의미할 수 있다.

먼저, 측정된 금속 소재의 중심 두께와 금속 소재의 목표 두께의 차이값을 산출할 수 있다.

산출된 차이값이 미리 정한 제1설정 범위에 포함(S204)되면, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가하지 않고 주조를 실시할 수 있다. 그리고 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하기 위한 과정을 수행할 수 있다.

반면, 산출된 차이값이 미리 정한 제1설정 범위에 포함되지 않으면(S204), 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가(S206)할 수 있다. 그리고 자기장 발생부(200)의 전원(230)을 제어하여 코일(220)에 인가되는 전류의 세기를 조절함으로써 냉각롤(120)에 배출될 후속 용융물의 유동을 제어하여 금속 소재의 길이방향 두께를 조절할 수 있다(S207). 그리고 유동이 제어된 후속 용융물을 이용하여 후속 금속 소재를 주조하면서 측정된 후속 금속 소재의 중심 두께와 목표 두께의 차이값을 산출하고, 산출된 차이값이 제1설정 범위에 포함되면, 그 상태로 주조를 실시할 수 있다.

그리고 주조를 하면서 측정된 후속 금속 소재의 중심 두께와 목표 두께 간의 차이값을 지속적으로 산출하고, 산출된 차이값이 제1설정 범위에 포함되면(S204), 정자기장의 강도를 조정하지 않고 주조를 실시할 수 있다. 그러나 산출된 차이값이 제1설정 범위를 벗어나면 자기장 발생부(200)의 전원(230)을 제어함으로써 정자기장의 강도를 증가시켜 냉각롤(120)에 배출될 후속 용융물의 유동을 추가적으로 제어할 수 있다.

이후, 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하기 위한 과정을 수행할 수 있다.

또는, 측정된 금속 소재의 중심 두께들로부터 차이값, 즉 두께 변동량을 산출할 수 있다.

산출된 두께 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위에 포함(S204)되면, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가하지 않고 주조를 실시할 수 있다. 그리고 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하기 위한 과정을 수행할 수 있다.

반면, 산출된 두께 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위에 포함되지 않으면(S204), 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가(S206)할 수 있다. 그리고 자기장 발생부(200)의 전원(230)을 제어하여 코일(220)에 인가되는 전류의 세기를 조절함으로써 냉각롤(120)에 배출될 후속 용융물의 유동을 제어하여 금속 소재의 길이방향 두께를 조절할 수 있다(S207). 그리고 유동이 제어된 후속 용융물을 이용하여 후속 금속 소재를 주조를 실시하면서 측정된 후속 금속 소재의 중심 두께로부터 길이방향으로의 두께 변동량을 산출하고, 산출된 두께 변동량과 설정 변동 범위를 비교할 수 있다. 그리고 산출된 두께 변동량이 설정 변동 범위설정에 포함되면, 정자기장의 강도를 유지한 상태로 주조를 실시할 수 있다.

그리고 주조를 하면서 측정된 후속 금속 소재의 중심 두께로부터 두께 변동량을 지속적으로 산출하고, 산출된 두께 변동량이 설정 변동 범위에 포함되지 않으면, 정자기장의 강도를 조절, 즉 정자기장의 강도를 증가(S206)시킨 후 주조를 실시할 수 있다.

이와 같이 금속 소재의 길이방향 두께가 조절되면, 금속 소재의 두께를 다시 측정하고 측정 결과를 이용하여 금속 소재의 폭방향 두께를 조절할 수 있다. 금속 소재의 폭방향 두께는 자기장 발생부(200)를 구성하는 철심(210)의 양단부 사이의 거리를 조절함으로써 조절될 수 있다.

금속 소재의 폭방향 두께 조절을 위해, 제1측정부(300a)와 제2측정부(300b)를 이용하여 금속 소재의 폭방향으로 중심 두께와 가장자리 두께를 측정(S208)할 수 있다. 이때, 제1측정부(300a)와 제2측정부(300b)는 금속 소재의 폭방향으로 동일한 높이에 설치되고, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께를 동시에 측정할 수 있다.

금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께가 각각 측정되면, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 차이값과 미리 정한 제2설정 범위를 비교(S210)할 수 있다.

비교 결과, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값이 제2설정 범위에 포함되면, 금속 소재가 폭방향으로 일정한 두께를 갖도록 제조되고 있는 것으로 판단하고, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가하지 않고 주조를 실시할 수 있다. 이후, 주조가 완료(S214)되면, 용융물에 정자기장이 인가 상태를 확인(S216)한 후 주조를 종료한다.

반면, 금속 소재의 중심 두께와 가장자리 두께의 차이값이 제2설정 범위에 포함되지 않으면, 금속 소재가 폭방향으로 일정한 두께를 갖지 않는 것으로 판단하고, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 정자기장을 인가(S212)할 수 있다. 그리고 철심(210)의 양단부 거리를 조절하여 냉각롤(120)의 길이방향 또는 금속 소재의 폭방향으로 인가되는 정자기장의 강도 구배를 조절함으로써 금속 소재의 폭방향 두께를 조절(S213)할 수 있다.

이후, 주조가 완료(S214)되면 용융물에 정자기장의 인가 상태를 확인(S216)하고, 정자기장의 인가된 경우 정자기장의 인가를 중단(S218)한 다음, 공정을 종료한다.

이와 같은 방법으로 금속 소재를 제조하면, 금속 소재 제조 시 퍼들의 진동을 억제하여 퍼들을 이상적인 형태로 형성할 수 있기 때문에 조업을 안정적으로 수행할 수 있고, 길이방향 및 폭방향으로 균일한 두께를 갖는 고품질의 금속 소재를 제조할 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

100: 용기 110: 노즐
120: 냉각롤 200: 자기장 발생부
300: 측정부 400: 제어부

Claims (20)

1. 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기;
   용융물을 배출시킬 수 있도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐;
   용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 상기 노즐의 하부에 이격되어 회전 가능하게 구비되는 냉각롤;
   용융물의 유동을 제어하기 위해 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이에 자기장을 형성할 수 있는 자기장 발생부; 및
   상기 노즐과 상기 냉각롤 사이에 인가되는 강도 구배를 조절하도록 상기 자기장 발생부의 동작을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고,
   상기 자기장 발생부는,
   양단부가 상기 냉각롤의 길이 방향으로 양쪽에 배치되고, 양단부 사이의 거리를 조절할 수 있도록 형성되는 철심;
   상기 철심의 적어도 일부에 권선되는 코일;
   상기 코일에 전류을 인가하기 위한 전원; 및
   상기 철심의 양단부 사이의 거리를 조절하기 위한 구동기;를 포함하는 금속 소재 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 자기장 발생부는 정자기장을 발생시키는 금속 소재 제조장치.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 철심은,
   제1철심과 제2철심을 포함하고,
   상기 제1철심과 상기 제2철심의 서로 마주보는 단부에는 슬라이딩 방식으로 서로 맞물려지도록 오목부와 돌출부 중 적어도 어느 하나가 형성되는 금속 소재 제조장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 철심은,
   제1철심과 제2철심 및 신축 가능하고 상기 제1철심과 상기 제2철심 사이에 구비되는 제3철심을 포함하는 금속 소재 제조장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 전원은 직류 전원을 포함하는 금속 소재 제조장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속 소재의 두께를 측정하기 위한 측정부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 측정된 금속 소재의 두께에 따라 상기 전원과 상기 구동기 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있는 금속 소재 제조장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 측정부는,
   상기 금속 소재의 폭방향에서 적어도 2개의 지점에서 거리를 측정할 수 있는 금속 소재 제조장치.
9. 용기 내부에 용융물을 마련하는 과정;
   상기 용기의 하부에 구비되는 냉각롤을 회전시키는 과정;
   상기 냉각롤에 용융물을 배출시키는 과정;
   상기 냉각롤에 배출되는 용용물에 상기 냉각롤의 길이 방향으로 자기장을 인가하는 과정;
   상기 냉각롤의 길이 방향으로 자기장의 강도 구배를 조절하여 용융물의 유동을 제어하는 과정; 및
   용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조하는 과정;을 포함하고,
   상기 용융물의 유동을 제어하는 과정은, 자기장을 인가하기 위한 자기장 발생부의 철심의 양단부를 상기 냉각롤의 양단에 배치하고, 상기 철심의 양단부 사이의 거리를 조절하는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 금속 소재의 폭방향에서 중심 두께와, 가장자리 두께를 각각 측정하는 과정을 더 포함하고,
    상기 중심 두께와 상기 가장자리 두께는 동시에 측정하는 포함하는 금속 소재 제조방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 용융물의 유동을 제어하는 과정은,
    측정된 중심 두께와 측정된 가장자리 두께의 차이인 폭방향 두께 차이값을 산출하는 과정; 및
    산출된 폭방향 두께 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 상기 냉각롤의 길이 방향으로 형성되는 자기장의 강도 구배를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정;을 포함하는 금속 소재 제조방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 용융물의 유동을 제어하는 과정은,
    측정된 중심 두께 또는 측정된 가장자리 두께 중 적어도 어느 하나와 상기 금속 소재의 목표 두께의 차이인 길이 방향 두께 차이값을 산출하는 과정; 및
    산출된 길이방향 두께 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 자기장의 강도를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 더 포함하는 금속 소재 제조방법.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 중심 두께와 상기 가장자리 두께 중 적어도 어느 하나를 연속적으로 측정하는 과정을 더 포함하고,
    상기 용융물의 유동을 제어하는 과정은,
    측정되는 두께들 사이의 차이인 길이방향 두께 변동량을 산출하는 과정; 및
    산출된 길이방향 두께 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위를 벗어나면 자기장의 강도를 조절하여 제조될 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 포함하는 금속 소재 제조방법.
14. 용기 내부에 용융물을 마련하는 과정;
    상기 용기의 하부에 구비되는 냉각롤을 회전시키는 과정;
    상기 냉각롤에 용융물을 배출시키는 과정;
    용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조하는 과정;
    상기 금속 소재의 두께들을 측정하는 과정; 및
    측정된 두께들을 이용하여, 적어도 상기 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하도록 상기 냉각롤에 배출되는 후속 용융물에 대한 자기장 처리 방식을 결정하는 과정;을 포함하고,
    상기 용융물을 배출시키는 과정 이전에,
    양단부 사이의 거리를 조절할 수 있는 철심을 포함하는 자기장 발생부를 마련하는 과정; 및
    상기 냉각롤의 길이방향으로 자기장을 인가하기 위해, 상기 철심의 양단부를 상기 냉각롤의 양단에 배치하는 과정;을 포함하는 금속 소재 제조방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 금속 소재의 두께들을 측정하는 과정은,
    상기 금속 소재의 폭방향에서 중심 두께와 상기 금속 소재의 폭방향에서 가장자리 두께를 각각 측정하는 과정을 포함하고,
    상기 자기장 처리 방식을 결정하는 과정은,
    측정된 중심 두께와 측정된 가장자리 두께의 차이값을 산출하는 과정;
    산출된 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 상기 후속 용융물에 자기장을 인가하는 과정; 및
    상기 냉각롤의 길이방향으로 인가되는 자기장의 강도 구배를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정;
    을 포함하는 금속 소재 제조방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 후속 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정은,
    상기 철심의 양단부 사이의 거리를 조절하는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 자기장 처리 방식을 결정하는 과정은,
    측정된 중심 두께 또는 측정된 가장자리 두께와 상기 금속 소재의 목표 두께의 차이값을 산출하는 과정;
    산출된 차이값이 미리 정한 설정 범위를 벗어나면, 상기 후속 용융물에 자기장을 인가하는 과정; 및
    상기 자기장 발생부의 전원의 세기를 조절하여 제조된 후속 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 더 포함하는 금속 소재 제조방법.
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 금속 소재의 두께들을 측정하는 과정은,
    상기 금속 소재의 폭방향에서 중심 두께와 상기 금속 소재의 폭방향에서 가장자리 두께를 연속적으로 측정하는 과정을 포함하고,
    상기 자기장 처리 방식을 결정하는 과정은,
    측정되는 중심 두께들 또는 측정되는 가장자리 두께들 사이의 차이인 두께 변동량을 산출하는 과정;
    산출된 변동량이 미리 정한 설정 변동 범위를 벗어나면, 상기 후속 용융물에 자기장을 인가하는 과정; 및
    상기 자기장 발생부의 전원의 세기를 조절하여 제조될 후속 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정;을 더 포함하는 금속 소재 제조방법.
19. 청구항 12, 13, 17 및 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 소재의 길이방향 두께를 조절하는 과정은,
    상기 금속 소재의 폭방향 두께를 조절하는 과정 이전에 수행하는 금속 소재 제조방법.
20. 청구항 9 내지 13, 15 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기장을 인가하는 과정은,
    직류 전원을 이용하여 상기 냉각롤의 길이 방향으로 정자기장을 인가하는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.

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