KR20000039375A - 쌍롤식 연속박판 주조설비의 탕면 밀봉장치 및 방법 - Google Patents

쌍롤식 연속박판 주조설비의 탕면 밀봉장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쌍롤 사이로 공급된 용융금속을 주조롤과의 접촉을 통하여 주조롤로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 쌍롤과 에지댐에 의해 형성되는 용강표면에 유동제어장치를 설치하되 제어장치내에는 플럭스를 공급하여 탕면의 산화와 스컴발생을 최소화하고 유동제어장치와 주조롤 사이의 공간은 메니스커스실드(meniscus shield)를 설치하고, 불활성 가스를 주입함으로서 용강의 보온효과를 극대화하고, 양질의 박판을 제조하기 위한 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치에 관한 것이다.
본 발명은 쌍롤 사이로 공급된 용융금속을 주조롤과의 접촉을 통하여 주조롤로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서, 용강제어장치의 내측면에 형성된 용강풀의 탕면에 플럭스를 투입하여 용강풀의 탕면과 외기를 밀폐시키고, 용강제어장치의 외측면에 형성된 용강풀의 탕면에는 불활성가스를 충진하여 용강풀의 탕면을 밀봉함을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치 및 방법을 제공한다.

Description

쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉장치 및 방법
본 발명은 쌍롤 사이로 공급된 용융금속을 주조롤과의 접촉을 통하여 주조롤로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 쌍롤과 에지댐에 의해 형성되는 용강표면에 유동제어장치를 설치하되 제어장치내에는 플럭스를 공급하여 탕면의 산화와 스컴발생을 최소화하고 유동제어장치와 주조롤 사이의 공간은 메니스커스실드(meniscus shield)를 설치하고, 불활성 가스를 주입함으로서 용강의 보온효과를 극대화하고, 양질의 박판을 제조하기 위한 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치에 관한 것이다.
쌍롤식 연속박판 주조 공정의 개략도가 도 1에 제시되어 있다. 상기 쌍롤식 연속박판 주조공정은 턴디쉬(100)에 부착된 침지노즐(110)을 통해 쌍롤(120) 사이로 용강(125)을 공급하고, 쌍롤(120)과 에지댐(130)에 의해 용강(125)이 둘러싸이도록 하여 용강풀(125a)(Pool)을 형성하게 되고, 쌍롤(120)과 접촉한 용강(125)은 주조롤(120)의 중심방향으로 열량을 빼앗기면서 쌍롤(120) 표면에서 응고셀(135)을 형성하게 되고, 상기 응고셀(135)에 의해서 형성된 주편(140)은 서로 반대방향으로 회전하는 쌍롤(120)에 의해 주조롤(120)의 닢부(nip portion)을 빠져나오게 된다.
상기와 같은 박판 주조장치에서 용강(125) 탕면의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 종래에 여러 기술들이 제시되어 있다.
종래의 미국특허 USSN 005385199A 에서는 탕면의 보온, 산화방지 및 탕면레벨 조절을 목적으로 용강 유동제어장치(145)가 겸비된 메니스커스쉴드(150)를 사용한 구조를 보여주고 있다. 이는 도 2에 도시된 바와 같은 것으로, 유동 제어장치(145)와 주조롤(120)사이의 틈새(gap)는 3-10mm 정도로 최소화하면서 그 틈새로 아르곤(Ar)이나 질소(N2) 같은 불활성 가스(160)를 주입하여 주조롤(120)과 유동제어장치(145) 사이로 새로이 공급되는 용강이 산화되지 않도록 하여 최종적으로 크랙(crack)이 없는 주편(140)을 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
이를 위하여 두 개의 용강 유동제어장치(145)사이는 빈 공간을 형성하여 전자기 센서로 탕면레벨을 측정할 수 있도록 하였으며 주조시 탕면의 급격한 변화는 최소화하도록 하였다.
한편, USSN 005660224A 호에서도 에지댐(130)와 쌍롤(120)에 의해 형성된 용강풀(125a) 밀봉을 목적으로 용강(125) 직상부에 주조롤(120)축과 평행한 내화물(미도시)을 각각의 주조롤(120)에 1개씩 설치한 다음, 이 내화물에 가스 공급노즐을 부착, 불활성 가스를 용강(125) 표면으로 공급하고 있다. 또한 두 개의 내화물사이에도 외부 대기에 의해 용강(125)이 산화되는 것을 방지하기 위해 차단벽을 설치하였으며, 이 차단벽과 탕면, 그리고 두 개의 내화물에 의해 형성되는 빈 공간으로는 가스 공급노즐에서 공급된 불활성 가스가 유입되도록 하여 빈 공간이 불활성 분위기로 유지되도록 하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술에 의하면 두개의 용강유동제어장치(145)에 의해 형성되는 공간과 각각의 장치 및 주조롤(120)에 의해 형성되는 공간으로 충분한 양의 불활성 가스가 공급이 되어야 하지만, 이에 앞서 탕면산화방지를 위해 완벽한 밀봉(sealing)이 선행되어야 한다. 밀봉이 완벽치 않을 경우 탕면이 외부 대기에 노출되게 되고 이로인해 스컴과 같은 산화성 물질이 탕면에서 형성되게 된다. 설혹, 이는 비록 주면의 크랙을 유발하지 않더라도 주편(140) 표면에 스컴등이 유입될 경우 주편(140) 표면 품질저하를 가져오게 된다.
또한 용강풀(125a)의 탕면은 대기로 복사에 의해 대부분의 열량을 빼앗기는데 이처럼 외부로의 열량 유출은 탕면에서 국부적으로 스컴 발생을 조장할 확률이 높으며, 외부에 노출된 탕면 면적이 넓을수록 이러한 경향은 더 증가하게 될 것이다. 큰 스컴이 탕면에서 발생하여 탕면에 부유하다가 주조롤(120)의 회전력에 의해 성장하는 응고셀(135)에 유입될 경우 주조롤(120) 닢부 근처에서 심한 주조롤(120) 반발력이 발생하게 되고, 반발력이 상당히 클 경우 주조롤(120) 표면에 심한 주조롤(120) 결함을 유발하게 되어 더 이상 주조가 불가능하게 된다. 그런데 현실적으로 탕면을 외부 대기로부터 완전히 차단하는 것은 불가능하다.
설혹, 종래와 같이 메니스커스 쉴드(150)등을 설치하더라도 복사에 의한 탕면에서의 열방출을 막을 방법이 없다. 따라서, 종래에는 생산되는 주편(140)의 품질이 저하되는 것이고, 주편(140)의 크랙발생을 근본적으로 막을수 없는 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 용강풀에서 대기에 노출되는 탕면 면적을 가능한한 최소화시킴으로서 주조 중 산화성 물질발생 및 스컴발생을 극소화하여 주편의 크랙발생을 근본적으로 방지하고 양호한 품질의 주편을 생산할수 있는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치 및 방법을 제공함에 있는 것이다.
도 1은 일반적인 쌍롤식 연속박판 주조장치의 개략 구성도;
도 2는 종래의 기술에 따른 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉 장치를 도시한 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 플럭스를 이용한 탕면 밀봉 장치의 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10..... 플럭스 투입관 20..... 쉴드 고정구
30..... 불활성 가스 공급관 40..... 절곡부
50..... 메니스커스 쉴드 70..... 플럭스 투입공간
80..... 불활성 가스 충진공간 90..... 플럭스
100.... 턴디쉬 120.... 롤
125.... 용강
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 쌍롤 사이로 공급된 용융금속을 주조롤과의 접촉을 통하여 주조롤로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하기 위한 장치에 있어서, 턴디쉬의 하부면에서 침지노즐의 주위로 일정길이 연장되고, 양측으로는 침지노즐측으로 향하여 플럭스 투입관이 각각 장착된 쉴드 고정구; 상기 쉴드 고정구의 하단에 장착되고 내측으로는 불활성 가스 공급관이 연장되며, 중간부분은 주조롤측으로 향한 절곡부를 형성한 복수개의 분리형 매니스커스 쉴드; 상기 매니스커스 쉴드의 내측에 상단이 연결되어 하부측으로 연장되고, 하단부가 용강풀의 탕면에 잠기어 탕면의 흐름을 제어하는 용강제어장치; 상기 용강풀의 탕면과 턴디쉬의 하부면, 쉴드 고정구의 내측면 및 용강제어장치의 내측면이 상호협력하여 이루는 밀폐형의 플럭스 투입공간; 및 상기 용강제어장치의 외측면과 메니스커스 쉴드의 내측면 및 주조롤의 외측면과 용강풀의 탕면일부가 형성하는 불활성가스 충진공간;을 포함함을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치를 마련함에 의한다.
그리고, 본 발명은 쌍롤 사이로 공급된 용융금속을 주조롤과의 접촉을 통하여 주조롤로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하기 위한 방법에 있어서, 용강제어장치의 내측면에 형성된 용강풀의 탕면에 플럭스를 투입하여 용강풀의 탕면과 외기를 밀폐시키고, 용강제어장치의 외측면에 형성된 용강풀의 탕면에는 불활성가스를 충진하여 용강풀의 탕면을 밀봉함을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)방법을 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치 및 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 용강풀에서 대기에 노출되는 탕면 면적을 가능한한 최소화시킴으로서 주조 중 산화성 물질발생 및 스컴발생을 극소화하기 위한 것으로서, 본 발명은 쌍롤(120) 사이로 공급된 용융금속을 주조롤(120)과의 접촉을 통하여 주조롤(120)로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강(125)을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하게 된다.
먼저, 본 발명의 탕면밀봉장치(1)는 턴디쉬(100)의 하부면에서 침지노즐(110)의 주위로 일정길이 연장되고, 양측으로는 침지노즐(110)측으로 향하여 플럭스 투입관(10)이 각각 장착된 쉴드 고정구(20)를 갖는바, 상기 쉴드 고정구(20)는 종래와 같이 턴디쉬(100)의 하부면에 체결구(22)를 통하여 장착되지만 종래와는 다르게 플럭스 투입관(10)을 갖추고 있다. 그리고, 상기 플럭스 투입관(10)에는 이를 개폐시킬수 있는 잠금밸브(25)가 장착된 구성을 갖는 것이다.
그리고, 상기 쉴드 고정구(20)의 하단에 장착되고 내측으로는 불활성 가스 공급관(30)이 연장되며, 중간부분은 주조롤(120)측으로 향한 절곡부(40)를 형성한 매니스커스 쉴드(50)를 갖추며, 상기 메이스커스 쉴드(50)의 하단모서리는 주조롤(120)에 근접위치되어 주조롤(120)과의 사이에서 공기의 흐름이 최소화되도록 구성되는 것이다. 상기 메니스커스 쉴드(50)는 종래와 다르게 2개로 분리되어 있는 것으로 각각 주조롤(120)측으로 하나씩 형성된 것이다. 상기 메니스커스 쉴드(50)는 메니스커스 쉴드 고정구(20)에 의해 턴디쉬(100)에 장착된 것으로, 상기 쉴드 고정구(20)는 고정핀(22)을 이용하여 턴디쉬(100) 하부에 가공된 고정구멍(26)에 결합되도록 구성되어 있다.
또한, 상기 매니스커스 쉴드(50)의 내측에 상단이 연결되어 하부측으로 연장되고, 하단부가 용강풀(125a)의 탕면에 잠기어 탕면의 흐름을 제어하는 용강제어장치(60)가 갖춰지며, 이는 2개로 분리된 각각의 메니스커스 쉴드(50) 하부에 설치된 것으로, 상기 용강유동 제어장치(60)의 재질은 단열성 및 고온내구성이 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 프로시리트(procelit) 혹은 BN-복합체 등과 같은 재질이 가능할 것이다.
이때 용강유동 제어장치(60)는 하단부가 탕면에 가능한 한 적게 침지되는 것이 바람직하며, 그 깊이는 5-15mm 정도가 바람직하다. 상기 침지 깊이가 깊을수록 용강(125)으로부터 용강유동 제어장치(60)로 유출되는 열량이 커지게 되고, 스컴발생의 원인이 된다.
한편, 상기 용강풀(125a)의 탕면과 턴디쉬(100)의 하부면, 쉴드 고정구(20)의 내측면 및 용강제어장치(60)의 내측면이 상호협력하여 이루는 밀폐형의 플럭스 투입공간(70)을 형성하는 것이며, 상기 용강제어장치(60)의 외측면과 메니스커스 쉴드(50)의 내측면 및 주조롤(120)의 외측면과 용강풀(125a)의 탕면일부가 형성하는 불활성가스 충진공간(80)을 형성하는 것이다.
그리고, 본 발명의 방법은 쌍롤(120) 사이로 공급된 용융금속을 주조롤(120)과의 접촉을 통하여 주조롤(120)로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강(125)을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하기 위하여 용강제어장치(60)의 내측면에 형성된 용강풀(125a)의 탕면으로 플럭스(90)를 투입하여 용강풀(125a)의 탕면과 외기를 밀폐시키고, 용강제어장치(60)의 외측면에 형성된 용강풀(125a)의 탕면에는 불활성가스를 충진하여 용강풀(125a)의 탕면을 밀봉시키는 것이다.
본 발명은 플럭스 투입공간(70)으로 보온성이 좋고 용강(125)이 대기에 의해 산화되는 것을 방지할수 있는 CaO-Al2O3-SiO2의 3원계를 주성분으로 하는 플럭스(90)가 용강(125) 표면에 공급되고, 상기 불활성가스 충진공간(80)으로는 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스를 주입, 탕면위의 분위기를 불활성 분위기로 유지하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 에지댐(130)과 쌍롤(120)에 의해 형성된 용강풀(125a)에서 5-15mm 정도 침지되는 용강유동 제어장치(60)의 사이에 보온성이 좋고 용강(125)이 대기에 의해 산화되는 것을 방지할수 있는 CaO-Al2O3-SiO2의 3원계를 주성분으로 하는 플럭스(90)를 용강(125)표면에 공급시키고, 유동제어장치(60)의 외측과 주조롤(120) 사이의 공간 및 매니스커스 쉴드(50)사이에 가스공급공급관(30)을 통해 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스를 주입, 탕면위의 분위기를 불활성 분위기로 유지시킴으로서 불활성가스를 이용하여 실딩을 해야 하는 탕면 면적을 최소화하게 되며, 궁극적으로 이러한 방법을 통해 스컴 및 스컴의 발생방지를 극소화하게 된다.
본 발명의 경우, 상기 유동제어장치(60)와 주조롤(120)사이에 설치된 메니스커스 쉴드(50)에는 가스공급관(30)을 설치하여 공급관(30)로부터 불활성 가스를 그 쪽 공간에 공급함으로서 그 곳에 존재하는 용강(125)의 산화가 최대한 억제되도록 한다.
상기 용강유동제어장치(60)사이에서 플럭스(90)를 공급하는데 플럭스(90)가 갖추어야 할 조건은, 용강(125) 그리고 용강 유동제어장치(60)와 반응성이 적고, 대기와의 접촉에 의한 탕면의 산화가 최대한 방지되어야 하며, 용강탕면 복사에 의한 열방출량이 최대한 억제되어야 한다. 일반적으로 플럭스(90)는 CaO-Al2O3-SiO2의 3원계 상태도에서 Pseudo-wollastonite 영역안에 보통 존재하는데 밀도가 용강(125)의 밀도 7200kg/m3보다도 훨씬 작기 때문에 용강(125)의 요동이 어느 정도 존재하더라도 용강 제어장치 사이의 플럭스 투입공간(70)으로 공급된 플럭스(90)가 성장하는 응고셀(135)에 혼입될 확률은 거의 없다.
상기 플럭스(90)는 주조 초기 침지노즐(110)로부터 쌍롤(120) 사이로 공급된 용강(125)이 목표 레벨에 도달하면 외부에서 인위적 혹은 쉴드 고정구(20)에 형성된 플럭스 투입관(10)을 통하여 용강유동제어장치(60) 사이로 공급하면 된다. 또한, 주조초기에 어느 정도 양의 플럭스(90)만 공급되면 주조동안 특별히 더 공급해줄 필요가 없다.
상기에서 플럭스(90)의 두께는 5 내지 20mm의 것으로서, 두께가 5mm 이하이면 보온효과가 저하되며, 20mm 이상이면 과도하게 보온이 이루어져 실익이 없게 되는 것이다.
상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 용강풀(125a)에서 대기에 노출되는 탕면 면적을 가능한한 최소화시킴으로서 주조 중 산화성 물질발생 및 스컴발생을 극소화하여 주편(140)의 크랙발생을 근본적으로 방지하고 양호한 품질의 주편(140)을 생산할수 있는 효과가 얻어지는 것이다.

Claims (4)

  1. 쌍롤(120) 사이로 공급된 용융금속을 주조롤(120)과의 접촉을 통하여 주조롤(120)로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강(125)을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하기 위한 장치에 있어서,
    턴디쉬(100)의 하부면에서 침지노즐(110)의 주위로 일정길이 연장되고, 양측으로는 침지노즐(110)측으로 향하여 플럭스(90) 투입관(10)이 각각 장착된 쉴드 고정구(20); 상기 쉴드 고정구(20)의 하단에 장착되고 내측으로는 불활성 가스 공급관(30)이 연장되며, 중간부분은 주조롤(120)측으로 향한 절곡부(40)를 형성한 복수개의 분리형 매니스커스 쉴드(50); 상기 매니스커스 쉴드(50)의 내측에 상단이 연결되어 하부측으로 연장되고, 하단부가 용강풀(125a)의 탕면에 잠기어 탕면의 흐름을 제어하는 용강제어장치(60); 상기 용강풀(125a)의 탕면과 턴디쉬(100)의 하부면, 쉴드 고정구(20)의 내측면 및 용강제어장치(60)의 내측면이 상호협력하여 이루는 밀폐형의 플럭스투입공간(70); 및 상기 용강제어장치(60)의 외측면과 메니스커스 쉴드(50)의 내측면 및 주조롤(120)의 외측면과 용강풀(125a)의 탕면일부가 형성하는 불활성가스 충진공간(80);을 포함함을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메니스커스 쉴드(50)는 2개로 분리되어 있는 것으로 각각 주조롤(120)측으로 하나씩 형성된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)장치.
  3. 쌍롤(120) 사이로 공급된 용융금속을 주조롤(120)과의 접촉을 통하여 주조롤(120)로 대부분의 열량을 방출시킴으로서 용강(125)을 응고시켜 얇은 판을 제조해 내는 쌍롤식 박판 제조장치에서 탕면을 밀봉(sealing)하기 위한 방법에 있어서,
    용강제어장치(60)의 내측면에 형성된 용강풀(125a)의 탕면에 플럭스(90)를 투입하여 용강풀(125a)의 탕면과 외기를 밀폐시키고, 용강제어장치(60)의 외측면에 형성된 용강풀(125a)의 탕면에는 불활성가스를 충진하여 용강풀(125a)의 탕면을 밀봉함을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 플럭스(90)는 보온성이 좋고 용강(125)이 대기에 의해 산화되는 것을 방지할수 있는 CaO-Al2O3-SiO2의 3원계를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조설비의 탕면 밀봉(sealing)방법.
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