KR19980702596A - 스트립형 박판금의 연속제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 강으로 만들어진 스트립형 박판금의 연속 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 순수 금속 표면을 갖는 모 스트립(1)이 금속 융해조(14)를 관통하여 융해조를 빠져 나온 후 곧바로 롤러에 의해 피복제가 평평해진다. 커다란 장치가 필요 없으며 모 스트립의 표면의 재산화의 우려도 없이 모 스트립을 실온 보다 훨씬 더 높은 온도(특히 200℃이상)로 예열을 할 수 있는 제조 방법과 이를 실시하기 위한 장치를 설계하기 위해서는 모 스트립이 실온보다 훨씬 더 높은 온도, 특히 200℃ 이상으로 예열되어 융해조(14)로 유입되어야 한다. 상기 예열은 무산소 환경에서 융해조와의 간접 열 교환을 통해서 예열이 지고, 상기 융해조로 새로 공급된 용융체가 예열로 인한 열 손실만큼 증가된 온도를 나타내야 한다.

Description

스트립형 박판금의 연속 제조방법 및 장치

[기술분야]

본 발명은 청구의 범위 제1항의 상위 개념에 나타난 특징을 갖는 특히, 강(鋼)으로 만들어진 스트립형 박판금의 연속제조 방법과 이러한 방법의 실시를 위한 장치에 관한 것이다.

[배경기술]

EP 0 311 602에서 예를 들어 20mm 이하의 두께를 갖는 강으로 된 가는 금속 막대의 제조 방법이 공지되어 있다. 이러한 방법에서는 실온을 나타내면서 순수 금속 표면의 강 스트립(모(母)스트립)이 수직 방향, 즉 아래에서 위로, 또는 위에서 아래로 금속 용융체를 관통한다. 금속 용융체는 동종의 재질 또는 모 스트립과는 다른 재질로 이루어질 수 있다. 상기 모 스트립이 금속 용융체에서 머무는 시간은 모 스트립의 온도에 따라 정해지기 때문에, 모 스트립 자체가 용해되거나 이미 모 스트립에 축적된 물질이 다시 융해됨이 없이 금속 결정화와 모 스트립의 표면에 용융체가 축적된다. 이러한 방법으로 모 스트립의 본래의 두께에 6 내지 10배나 되는 스트립형 반제품이 제조될 수 있다. 일반적인 연속 주조와는 다르게 응결의 과정이 바깥쪽에서 안쪽으로 이루어지는 것이 아니라, 안쪽에서 바깥쪽으로 일어나기 때문에, 반제품의 제조도 마찬가지로 역순 주조라 할 수 있다.

WO 94 29 048에서 역순 주조의 다른 방법이 공지되어 있다. 상기 방법에서 얇은 강 스트립은 강 용융체를 아래에서 위쪽 방향으로 지나가고 용융체에서 다시 빠져 나간 후 곧바로 막대의 표면이 한쌍의 다름질 롤러에 의해 평평해진다. 상기 한 쌍의 다름질 롤러에 이어서 상기와 같이 제조된 강 스트립이 내부가 가스로 가득 채워진 냉각 지대를 관통한다. 상기 냉각 지대에서 재질의 고유한 특성을 개선하기 위해 상기 강 스트립이 점검되는 식으로 냉각된다.

대체적으로 역순 주조에서는 모 스트립에 가능한 한 많은 물질을 결정화시키고자 애쓰기 때문에, 상기 모 스트립은 대개 실온에서 융해된다. 그러나 특히 다층으로 피복 처리된 재질(복합 재질)을 갖는 금속 스트립을 제조할 때, 반드시 피복 두께가 가장 두꺼울 필요는 없다. 대략 3 내지 6배의 두께를 갖는 모 스트립의 일반적인 제조 대신에, 복합 재질의 몇배나 훨씬 더 얇은 피복 두께가 바람직하다. 상기 사실이 원칙적으로 용융체와 모 스트립의 접촉 시간이 매우 많이 줄어듦으로써 가능할 수는 있지만, 결정화된 물질과 모 스트립이 충분하게 접착하지 않는 다는 단점을 가지고 있다. 그러므로 안정성이 결여된 상태에서 용접되는 것이다. 모 스트립 표면의 증가율을 줄이면서 동시에 모 스트립과의 결정화로 안정적인 용접을 위해 모 스트립에 예열을 가한다. 상기 방법은 특히 다층으로 피복 처리된 재질(예를 들어 스테인리스 강으로 피복 처리된 탄소강)의 제조에 이용될 수 있다.

용융체의 용기에 적절한 예열로가 분리 유닛으로서 연속로의 형태로 상기 용기에 접속되기 때문에, 일반적으로 용융체 안으로 유입되기 전에 매번 원하는 온도로 모 스트립에 예열을 가할 수 있다. 상기와 같은 노(furnace)를 화석 에너지(예:가스 또는 오일) 또는 전자에너지(예:유도로)를 사용하여 가열할 수 있다. 또한 플라스마로의 사용도 고려해 볼 수 있다.

이러한 해결책은 모 스트립의 이송 속도가 비교적 빠르기 때문에 추가 장치에 비교적 많은 비용을 들게 한다. 일반적으로 상기 이송속도는 10∼100m/min에 달한다. 게다가 용융체 안으로 유입되는 상기 모 스트립은 순수 금속 표면을 가져야 한다. 즉, 예열된 모 스트립을 산소의 침입으로부터 보호해야 한다는 것이다. 왜냐하면 산소의 침입을 방지하지 않을 경우 재산화가 매우 빨리 이루어지기 때문이다. 산화된 표면은 결정화된 물질과의 필수적인 용접을 위태롭게 한다.

[발명의 상세한 설명]

모 스트립을 실온보다 훨씬 더 높은 온도(특히 200℃이상)로 예열할 수 있고, 물론 추가 장치에 드는 많은 비용도 필요 없으며, 모 스트립의 표면이 재산화될 우려도 없는 방법과 상기 방법을 실시하기 위한 장치를 개시하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 의한 방법에서의 목적은 청구의 범위 제1항에 나타난 특징들을 통해어 달성된다. 종속항 제1항 내지 제9항에서 바람직한 방법이 구체화된다. 이러한 방법을 실시하기 위한 본 발명에 의한 장치는 제10항에 나타난 특징들을 갖는다. 제11항 내지 제18항에 나타난 특징들을 통해서 상기 장치는 효과적으로 점점 구체화된다.

본 발명에 의한 방법에서는 각각 사용된 모 스트립이 순수 금속으로 표면 처리된 후 융해조로 유입되기 전에 실온보다 훨씬 더 높은 온도로 예열된다. 상기 예열 온도는 최소한 200℃, 바람직하게는 최소한 300℃, 더 바람직하게는 최소한 400℃에 달해야 한다. 필요한 경우에는 상기 예열의 온도가 훨씬 더 높을 수도 있다. 상기 가열은 간접 열 교환을 통해서, 정확하게는 결정화하는데 사용된 금속 용융체의 열을 활용하여 실시된다. 그러나 금속 용융체의 열을 활용하기 위해서 금속 용융체와 모 스트립이 직접 접촉하는 것은 아니다. 모 스트립 표면의 재산화를 방지하기 위해서, 최소한 가열 지대는 무산소 분위기이다. 예를 들어 적절한 진공 상태를 조성함으로써 상기 무산소 분위기를 유지할 수 있다. 그러나 대부분의 경우 보호 가스 분위기를 사용하는 것이 더 바람직하다. 보호 가스로서 특히 아르곤과 때로는 질소를 고려할 수 있다. 모 스트립이 예열되고 나면 그 자체로 잘 알려진 것과 같이 금속용융체를 관통하고 나서 용융체가 모 스트립 표면에서 결정화되고 이송된다. 금속 용융체 안으로 잠기는 길이와 용융체 온도를 고려한 상태에서 모 스트립의 이송 속도를 적절하게 조절함으로써 모 스트립의 피복 두께를 원하는 대로 조절할 수 있다. 융해조를 떠난 후 결정화된 피복제를 바로 평평하게 하는 것이 바람직하다. 모 스트립을 예열하는데 필요한 열을 융해조에서 빼앗기기 때문에, 융해조로 새로 공급된 용융체의 온도를 조절할 때 상기 사실을 고려해야 한다. 그러므로 분리 유닛으로 접속된 가열 유닛(예:연속로)의 예열 온도보다 상기 융해 온도를 적당히 더 높게 조절해야 한다.

일반 탄소강으로 만들어진 모 스트립의 피복제에 상기와 같은 방법의 적용은 뛰어난 장점이다. 금속 용융체는 동종의 물질만으로 구성될 수 있지만, 모 스트립과 다른 물질로 구성된 금속 용융체를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 금속 용융체를 사용함에 있어서 특히, 비교적 합금도가 높은 재질을 사용하는 것이 좋다. 사용되는 모 스트립의 두께는 가능한 한 3mm이하, 바람직하게는 2mm이하, 더욱더 바람직하게는 1mm이하이어야 한다. 사용되는 재료가 얇으면 얇을수록 가열이 점점 빠르게 이루어진다. 즉, 예열루트를 짧게 설정할 수 있으며, 또는 동일한 시간에 더 높은 온도의 예열이 가능하다.

모 스트립이 융해조를 아래에서 위쪽으로 지나가는 방법을 선호한다. 그러나 정반대 방법 또는 모 스트립의 측면을 융해조 안으로 넣었다가 다시 꺼내는 방법도 가능하다. 상기 모 스트립이 아래에서 위쪽으로 용융체를 지날 때, 모 스트립이 용융체 안으로 들어가는 지점에서 액체 상태의 용융체가 밖으로 나오지 않게 해야 한다. 상기 유입 지점은 모 스트립의 횡단면으로 전체가 채워지는 좁은 틈새를 포함한다. 상기 모 스트립이 야기하는 냉각 효과로 인해 유입 지대 근처에 온도 기울기가 존재한다. 상기 모 스트립의 유입부에서 용융체의 영역은 여러 가지 메니스커스(meniscus)로도 표시된다. 상기 위치에 밀봉 장치를 하기 위한 비용이 드는 조치를 방지하기 위해서는, 모 스트립의 예열 때문에 열이 방출되는 것을 고려하여 모 스트립이 용융체 안으로 유입되는 지점에 가까운 융해조가 액상(液相)온도(T_liq)와 고상(固相)온도(T_sol)사이의 등온선을 나타내도록 새로 공급된 용융체의 온도를 조절하는 것이 효과적이다. 이러한 전제 조건하에서 어려움 없이 밀봉이 이루어질 수 있다.

다음에 이어지는 도면으로 본 발명은 더 자세히 설명된다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 본 발명에 의한 장치의 실시예의 종단면도이고,

도 2는 재료의 두께와 표면의 온도에 좌우되는 열 방사에 의한 박판금과 강판의 냉각 속도를 나타낸다.

[실시예]

도 1에서는 본 발명에 의한 장치의 가능한 실시 형태를 도식으로 나타내었다. 여기에서 크기의 비율, 특히 모 스트립의 두께와 길이의 비는 실제의 비율에 상응하지는 않는다.

상기 장치는 하나의 밀봉 장치(10)로 바닥이 형성되는 용융체 용기(9)로 구성된다. 물론 상기 용융체 용기(9)에 원래 바닥이 형성되어 있는 상태에서 밀봉장치(10)를 그 안에 장치할 수도 있다. 상기 밀봉 장치(10)는 일반적으로 피복 가동되는 모 스트립(1)의 횡단면의 형태에 적절하게 대략 직육면체의 내실을 갖는 납작한 하우징으로 구성된다. 상기 밀봉 장치(10)의 측벽에 관련 번호 11을 붙였다. 상기 밀봉 장치(10)의 내실은 아래에서 위쪽으로 열려 있기 때문에 모 스트립(1)을 위한 협소한 수송관을 포함한다. 최소한 상기 측벽(11)은 사용되는 금속 용융체(14)에 비해 내열성이 강한 물질로 만들어진다. 왜냐하면 열 교환기의 개념에서 측벽(11)을 복사전열면으로 이용해야 하기 때문에, 가능한 한 높은 열 전도율을 갖는 상기 내열성이 강한 물질을 선택하는 것이 효과적이다. 원칙적으로 용융체 용기(9)의 폭 전체에 측벽(11)이 뻗어 있을 수도 있으므로 극단적인 경우 모 스트립(1)의 세로 가장자리가 옆으로 지나가는 협소한 측면이 생략된다. 상기 밀봉 장치의 하부에서 차폐함(6)은 플랜지로 틈새가 없이 체결되어 있다. 상기 차폐함(6)은 가스 연결 보조파이프(8)를 포함하는데, 상기 가스 연결 보조파이프를 통해서 게이지압을 받는 불활성 가스(화살표 7)를 차폐함(6)의 내부로 끌어들일 수 있다. 불활성 가스를 끌어들이기에 적합한 틈새의 크기를 위해서, 모 스트립(1)의 유입 틈새 영역에서 차폐함(6)에 특별한 밀봉 시스템을 장치하는 것이 본 발명의 바람직한 형태이다. 예를 들어 상기 밀봉 시스템은 도면의 왼쪽에 나타난 바와 같이 얇은 금속판 밀봉장치(4)의 형태이거나 도면의 오른쪽에 나타난 바와 같이 한 쌍의 탄성 밀봉 롤러(3)(강성 고무 재질이 바람직함)로 형성된다. 모 스트립(1)을 용융체 용기(9)안의 금속 용융체 안으로 끌어들이기 위해 쌍을 이루는 추진 롤러(2,5)에 의해 모 스트립이 수직 방향, 즉 아래에서 위쪽으로 적절하게 이송 운동을 한다. 밀봉 장치(10)의 하부 근처에 위치하면서 유출 개구부와 함께 측벽(11)쪽을 향하는 다수의 용융체 유입 보조 파이프(13)에 의해 상기 금속 용융체(14)가 용융체 용기(9)안으로 유입된다. 상기 유입은 화살표로 표시하였다. 상기 측벽(11)은 금속용융체(14)와 직접 접촉을 함으로써 적절하게 높은 온도로 가열된다. 따라서 수송관(12)은 유도되는 모 스트립(1)을 위한 가열관이 된다. 측벽(11)이 집중적으로 열 방출하기 때문에 모 스트립(1)이 매우 빠르게 가열된다. 도 2의 그래프를 통해 상기 효과를 용이하게 알아 볼 수 있다.

도 2는 표면 온도와 물체의 두께에 좌우되는 강으로 만들어진 띠형 또는 판형의 반제품의 냉각속도를 나타낸다. 도면에 나타난 바와 같이 실온의 적절한 형태의 물질이 표면 온도를 갖는 열 방출원에 의해 가열될 때, 상기 그래프는 반대 방법인 가열 속도를 설명하는데도 이용될 수 있다. 상기 그래프를 통해서 1mm 두께의 강 스트립은 예를 들어 1426℃의 방출 온도에서 대략 250℃/s의 속도로 가열된다는 것을 알 수 있다. 그러므로 수송관과 가열 루트는 길이(a) 1m, 모 스트립의 이송속도는 60m/s, 측벽의 방출 온도는 약 1426℃에 달하고, 스크립 두께가 1mm에 달할 때, 모 스트립이 금속 용융체 안으로 유입될 때까지 온도가 약 250℃ 정도 더 올라갈 수 있다. 관 길이(a)를 적절하게 형성함으로써 조절 가능한 예열 온도에 영향을 줄 수 있다. 관 길이(a)는 동일하고 모 스트립의 두께를 줄이면 온도를 좀 더 높게 조절할 수 있다. 도 2에 상응하여 1426℃의 방출 온도와 0.8mm의 모 스트립 두께, 그리고 수송관(12)에서 1초 동안 머물 때(이송 속도 60m/s와 관길이 1mm에 상응함) 온도가 대략 316℃ 정도 높아진다.

금속 용융체(14) 안으로 유입된 후 곧바로 용융체의 결정화가 시작된다. 상기 결정화는 관련 번호 16으로 표시된 피복제(16)쪽으로 일어난다. 피복 처리된 생산물의 표면을 평평하게 하기 위해 쌍을 이루는 다듬질 롤러(15)가 효과적으로 융해조 위쪽에 바로 장착된다. 평평한 표면을 갖는 피복된 스트립은 관련번호 17을 붙였다. 피복제(16)의 가능한 두께는 일반적으로 예열 온도 이외에도 모 스트립(1)과 금속 용융체(14)의 접촉 시간 길이에 좌우된다. 그리고 상기 접촉 시간은 이송 속도와 모 스트립(1)이 잠기는 길이(b)의 크기에 좌우된다. 모 스트립(1)이 금속 용융체(14)안으로 유입되는 영역에서 형성되는 앞에서 이미 언급된 메니스커스에는 관련 번호 18을 붙였다. 몇개되는 등온선은 점선으로 나타내었다. 액상 온도를 갖는 상기 등온선은 T_liq로 표시했다. 용융체의 유출을 방지하기 위해서는 대부분의 경우 관 길이(a)의 전 영역에서 보다 모 스트립(1)의 유출 영역에서의 수송관(12)안 치수의 폭을 좁게 하는 것이 효과적이다. 이송 속도가 충분히 빠를 때 예열 온도를 충분히 높이려면 상기 관 길이는 최소한 0.5m, 바람직하게는 최소한 1m에 달해야 한다.

본 발명으로 인해 기초 공작재료에 안정적인 용접을 함으로써 모 스트립 위로 얇은 피복 처리가 가능해지고, 공간을 차지하는 별도의 가열 유닛을 사용할 필요가 없게 된다. 오히려 모 스트립의 예열은 금속 용융체 안으로 유입되기 바로 전에 이미 사용된 용융체와 간접 열 교환을 통해서 모 스트립의 예열이 이루어진다.

Claims (18)

1. 순수 금속 표면을 갖는 모 스트립이 금속(잠기는 길이(b)) 융해조를 통과하고, 또한 잠기는 길이(b)와 금속 용융체의 온도에 좌우되는 모 박판금의 속도는 결정화와 융해의 형태로 모 스트립 표면에 침전하는 피복제의 원하는 전체 두께를 위해 조절되며, 피복제는 융해조를 떠난 후 곧바로 롤러를 이용하여 평평해지는, 특히 강으로 만들어진 스트립형 박판금의 연속 제조의 방법으로서,

   모 스트립의 실온보다 훨씬 더 높은 온도, 즉 200℃이상의 온도로 예열되어 융해조로 유입되고, 무산소 환경에서 융해조와의 간접 열 교환을 통해서 예열이 이루어지며, 융해조로 새로 공급된 금속 용융체는 예열로 인한 열 손실만큼 증가된 온도를 나타내는 것을 특징으로 하는 스트립형 박판금의 연속 제조의 방법.
2. 제1항에 있어서, 모 스트립이 융해조를 아래에서 위쪽으로 관통하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항 중 한 항에 있어서, 약한 게이지압으로 유지되는 불활성가스, 특히 아르곤 또는 질소의 분위기에 의해 무산소 환경이 조성되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 최소한 300℃까지, 특히 최소한 400℃까지 예열이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 일반 탄소강으로 이루어진 재질이 모 스트립으로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 모 스트립과 같은 재질의 금속 용융체를 융해조로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 모 스트립의 재질에 비해서 합금도가 더 높은 강 재질의 금속 용융체를 융해조로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서, 3mm, 바람직하게는 2mm, 더 바람직하게는 1mm 보다 작은 두께의 모 스트립을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 한 항에 있어서, 모 스트립을 예열하는데 방출되는 열을 고려하여 모 스트립이 금속 용융체 안으로 유입되는 지점의 인접 영역(메니스커스의 영역)에서 액상 온도(T_liq)와 고상 온도(T_sol) 사이의 등온선을 나타내도록 새로 공급된 용융체의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 용융체 용기(9)와 상기 용융체 용기의 외벽 영역에 위치하는 밀봉 장치(10)를 갖추며, 상기 외벽을 통하여 상기 모 스트립(1)이 금속 용융체(14)안으로 유입되고 밖으로 유출되고, 모 스트립의 이송 장치(추진 롤러(2,5))와 결정화된 피복제를 평평하게 하기 위한 롤러 장치(다듬질 롤러(15))를 포함하는, 제1항에 의한 방법을 실시하기 위한 장치로서,

    상기 밀봉 장치(10)가 모 스트립(1)의 이송 방향에서 금속 용융체(14)쪽으로 깊숙히 돌출되어 일반적으로 납작한 직육면체 하우징의 형태를 취하고, 상기 모 스트립(1)의 평면에 평행하게 뻗어 있는 하우징의 측벽(11)은 내열성이 강한 물질로 이루어지고, 납작한 수송관(12)이 형성된 상태에서 방출열면으로서 모 스트립(1)을 간격을 적게 두고서 둘러싸고, 수송관(12)의 영역에서 무산소 분위기를 유지하기 위한 장치가 밀봉 장치(10)에 예열되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 밀봉 장치(10)는 용융체 용기(9)의 바닥 영역에 장착되고, 이송 장치(추진 롤러(2,5))의 이송 방향이 수직 방향, 즉 아래에서 위쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 밀봉 장치(10)가 비교적 높은 열전도 계수를 갖는 내열성 강한 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 금속 용융체(14)의 공급 장치가 용융체 용기(9)의 바닥 부근에서 특히 금속 용융체가 측벽(11)의 하부로 유출되는 방향을 향한 다수의 용융체 유입 보조 파이프(13)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제10항 내지 제13항 중 한 항에 있어서, 무산소 분위기를 유지하기 위한 장치가 불활성 가스 차폐 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 불활성 가스 차폐 장치는 수송관(12)에서 모 스트립(1)의 유입 영역을 둥그렇게 만드는 차폐함(6)을 갖추며, 상기 차폐함에 가스 연결 보조 파이프(8)를 통하여 약간 게이지 압을 받는 불활성 가스가 공급되고, 상기 가스 연결 보조 파이프 안으로 모 스트립(1)이 좁고 긴 개구부를 통하여 안으로 유입되는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 상기 제15항에 있어서, 상기 차폐함(6)의 좁고 긴 개구부가 얇은 금속판 밀봉 장치(4) 또는 한 쌍의 탄성 롤러(밀봉 롤러(3)), 특히 한 쌍의 강성 고무 롤러에 의해 바깥쪽으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제10항 내지 제16항 중 한 항에 있어서, 상기 밀봉 장치(10)가 금속 용융체(14)쪽으로 최소한 0.5m, 특히 최소한 1m 돌출(길이 a)하는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제10항 내지 제17항 중 한 항에 있어서, 상기 모 스트립(1) 유출 영역의 안 치수의 폭이 용융체의 유출을 방지하기 위해 수송관(12)의 길이(a)의 전 영역에서 보다 수송관(12)에서 더 좁은 것을 특징으로 하는 장치.