KR20010064997A - 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주편의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철 및 비철 금속과 그 합금을 용탕에서 직접 박판으로 제조하는 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서 주편 폭방향으로 응고능을 최대한 균일하게 하므로써, 주조롤 폭방향으로 균일한 주편을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 그 표면에 코팅층이 형성되어 있는 슬리브를 포함하는 실린더부와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부를 포함하는 두 개의 롤이 서로 마주보고 설치되는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서, 에지에서 주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 슬리브 표면을 미리 가공해내고 거기에 슬리브의 열전도도보다 작은 열전도도를 갖는 전열 방해층을 설치하는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주조주편의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주편의 제조방법{Method For Manufacturing Homogeneous As-Cast Strip In Strip Casting Process}

본 발명은 철 및 비철 금속과 그 합금을 용탕에서 직접 박판으로 제조하는 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 주조롤 폭방향으로 균일한 주편을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 박판 주조법에서는 박판을 용강으로부터 직접 제조하기 위해 도 1에서와 같이 2개의 회전하는 롤(20)(20') 사이에 용강 저장 용기(10)에서 노즐(30)을 통해 공급된 용강(40)을 주입하고 주입된 용강(40)이 롤(20)(20')과 접촉하여 응고각(50)을 형성하고 롤이 회전함에 따라 롤 최근접점에서 만나 주편(60)을 형성한다. 이 때 응고각을 형성하는 롤(20)은 도 2에 나타난 바와 같이 실린더부(21)와 실린더부의 양쪽을 연결하는 샤프트부(22)로 구성되어 있다. 롤의 냉각을 담당하는 실린더부(21)는 실린더부 주위에 열전도가 양호한 구리 슬리브(23)를 장착하고 슬리브의 원주에 일정한 간격으로 다수의 냉각수 채널(24)을 갖추고 있으며, 냉각수는 샤프트의 입구에서 공급되어 반대쪽의 출구로 배출되면서 롤표면에서 열을 빼앗아 가면서 응고각을 형성시킨다. 슬리브의 외부층은 롤의 냉각 속도를 조절하기 위해서 또는 구리 슬리브의 표면 마모를 방지하기 위해 구리보다는 열전도율이 작으며 기계적 내구성이 양호한 Ni 또는 Cr, Co도금층인 코팅층(25)을 가진다.

한편, 도 3에 나타난 바와 같이 박판 주조시 롤은 매우 고온의 용강과 직접 접촉하기 때문에 롤 표면도 고온으로 되며 이때 롤의 열팽창에 따른 롤주위의 부풀음 현상이 발생되며 이 양을 보상하기 위해 롤 표면에 미리 팽창량 만큼의 양을 오목형으로 가공한다.

이와 같은 형상을 가진 롤로 주조를 하는 경우, 롤은 열팽창에 의해 평탄해지나 주편의 폭방향으로 응고되면서 응고수축력이 작용하며 수축량이 가장 큰 롤단부에서 응고각의 들뜸 현상이 발생되므로 주편의 중앙부와 단부 사이에는 응고능의 차이가 발생하여 응고각의 두께가 도 4a에서와 같이 단부의 응고각 두께가 작아지는 현상이 발생되며, 이같은 현상을 에지 핫밴드(hot band) 라고 한다. 이와 같이 응고되는 응고각의 두께가 도 4b에서와 같이 롤 폭 방향으로 차이가 발생되어 주편의 단부가 미응고 상태로 주조가 진행되거나 응고각의 두께가 단부에서 얇아 고온의 용강이 내부에 그대로 잔류되므로써 주조시 주편의 벌징(bulging) 현상에 의해 응고각의 벌어짐이 발생되어 주조롤의 하부로 용강의 누출 현상이 발생하기도 한다.

이와 같은 주편 단부 미응고부의 발생으로 인해 제조된 주편은 단부에서 두께가 두꺼워져 주편의 코일링(coiling)시 단부 코일링 직경의 이상 과다에 의한 주편 단부의 웨이브 현상이 발생되어 주편 실수율의 감소 및 압연시 압연 작업성이 매우 나빠지는 문제점을 지니고 있다. 따라서 이러한 주편 폭방향 단부의 미응고 현상을 최대한 억제하여 폭방향의 응고를 최대한 균일하게 해야 한다.

한국공개특허 제1997-0706927호에는 이 같은 주편 단부에서의 에지 미응고부를 방지하기 위해 Ni 도금층에 가공하는 크라운(crown)양을 크게 하여 롤 최근접 지점에서의 롤단부의 주편 두께를 강제로 작게 하거나, 슬리브 표면에 일정한 크라운을 미리 가공하고 열전도도가 구리에 비해 나쁜 Ni 도금층 두께를 단부는 얇게 하고 중심부는 두껍게 하는 방법으로 주편 중심과 단부에서의 응고능 차이를 작게 하는 방법이 제시되어 있다.

그러나, 이와 같은 방법을 사용하는 경우에도 주편 중심부와 단부간의 응고능의 차이를 근본적으로 해소하지 못하고, 단지 단부에서의 두께를 작게 하는 방법이므로 주조시 주편 폭방향으로 두께가 고르지 못하여 후처리 공정에서 작업상의 여러 문제를 야기할 수 있을 뿐만 아니라 주편의 실수율이 떨어지는 등의 문제점을 가지고 있다.

본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서 주편 폭방향으로 응고능을 최대한 균일하게 하므로써, 주조롤 폭방향으로 균일한 주편을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 쌍롤형 박판 주조기에서 박판을 제조하는 방법을 나타내는 개략도

도 2는 박판주조기용 롤의 냉각 계통을 나타낸 단면개략도

도 3은 종래 박판주조기용 롤의 냉각수 순환 통로를 나타낸 단면도

도 4a는 종래 박판주조기용 롤을 사용한 주조시 롤최근접점에서의 주편의 형상을 나타낸 단면도

도 4b는 종래 박판주조기용 롤을 사용한 주조시 롤최근접점에서의 응고각의 형상을 나타내는 단면도

도 5a는 전열 방해층이 설치되어 있는 본 발명의 박판주조기용 롤의 냉각수 순환통로를 나타낸 단면도

도 5b는 본 발명의 박판주조기용 롤의 전열 방해층 배열을 나타낸 단면도

도 6은 본 발명의 박판주조기용 롤을 사용한 주조시 롤 최근접점에서의 주편의 형상을 나타낸 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20, 20' : 박판 주조용 롤 21 : 실린더부

22 : 샤프트부 23 : 슬리브

25 : 코팅층 26 : 전열 방해층

본 발명은 그 표면에 코팅층이 형성되어 있는 슬리브를 포함하는 실린더부와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부를 포함하는 두 개의 롤이 서로 마주보고 설치되는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서, 에지에서주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 슬리브 표면을 미리 가공해내고 거기에 슬리브의 열전도도보다 작은 열전도도를 갖는 전열 방해층을 설치하는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주조주편의 제조방법에 관한 것이다.

바람직하게, 본 발명은 그 표면에 코팅층으로서 Ni도금층이 형성되어 있는 구리(Cu)재슬리브를 포함하는 실린더부와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부를 포함하는 두 개의 롤이 서로 마주보고 설치되는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서,

상기 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)을 하기 식(1)에 의해 구하는 단계; 및

Wh (mm) = 200- (ro /4) x 150

(여기서, ro: 코팅층 평균두께)

상기 슬리브의 열전도도 보다 작은 열전도도를 갖는 재질로 이루어지는 전열 방해층을 상기와 같이 구한 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)만큼만을 제외한 슬리브 부분의 내부에 설치하는 단계를 포함하여 구성되는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일주조주편의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

박판 주조시 박판 주편의 응고각 두께는 롤재질, 롤 표면 조건에 따라 각각 다르며 롤의 응고능은 용강이 롤과 접촉시 접촉 시간에 따른 주편 응고 두께량의 관계식으로 표현될 수 있으며, 주편 응고 두께와 롤 접촉 시간과의 관계는 일반적인 응고식인 하기 식(2)와 같이 표현된다.

d = k tⁿ

따라서, 본 발명에서는 박판 주편의 두께를 폭 방향으로 제어하기 위해 슬리브 표면을 에지에서 주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 폭으로 미리 가공해내고 거기에 열전도도가 낮은 전열 방해층을 설치하여 롤의 핫밴드에 해당되는 단부 폭만큼의 위치와 유사한 열전도도를 가지도록 조정하므로써 롤폭방향의 열전도도 불균일에 의한 주편 단부의 핫밴드 현상이 근본적으로 방지된다.

상기 슬리브의 재질로는 통상 구리가 사용되고 있으며, 상기 코팅층으로는 Ni이 통상 사용되고 있다.

본 발명에 있어서 슬리브가 구리로 제작되고, 코팅층이 Ni도금층으로 이루어지는 경우에는 에지로 부터의 핫밴드 폭(Wh)은 하기 식(1)과 같이 구하는 것이 바람직하다.

(수학식 1)

Wh(mm) = 200- (ro /4) x 150

(여기서, ro: 코팅층 평균두께)

상기 슬리브의 표면에는 코팅층이 형성되며, 그 코팅층 평균두께(ro)는 통상 0.5 - 4mm의 범위를 갖는다.

상기 ro가 두꺼울수록 핫밴드를 나타내는 응고각 두께비(주편 단부에서의 응고각 두께/주편 중심에서의 응고각 두께)(d₂)/(d₁)(도 4참조)는 1에 가까워지며, 이는 코팅층의 두께가 커질수록 핫밴드에 덜 민감해지는 것을 나타낸다.

따라서, 전열 방해층의 설치시에도 이같은 사항을 고려하여 핫밴드의 발생이 일어나지 않도록 한다.

또한 전열 방해층의 두께는 코팅층의 두께와 일정한 상관 관계를 가지며, 상기에 언급한 바와 같이 코팅층의 두께가 두꺼울수록 핫밴드에 덜 민감해지므로 전열 방해층의 두께는 얇아져도 되며, 그 들간의 상대적인 관계는 하기 식(3)과 같이 표현될 수 있다.

Ro = 1/(ro + 0.5) x 코팅층의 최대 두께

(여기서, Ro : 전열 방해층의 두께)

본 발명에 있어서 전열 방해층의 재질로는 슬리브 열전도도보다 작은 열전도도를 갖는 것이면, 어느 것이나 가능하며, 바람직하게는 슬리브 열전도도의 0.5배 이하인 재질을 전열 방해층으로 사용하는 것이다.

상기 전열 방해층은 일체로 설치시키거나, 또는 도 5(a)및(b)에서와 같이 일정한 간격을 두고 전열 방해층(26)을 설치시킬 수 있다.

또한, 상기 전열 방해층은 도금 또는 용접 방법 등으로 가공하여 설치할 수 있다.

도 5(a)및(b)에서와 같이 일정한 간격을 두고 전열 방해층을 설치하는 경우에는 전열 방해층의 두께(a)는 3mm 이상, 폭(b)은 2mm 이상이고 전열방해층간 간격(s)은 3mm이하로 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 전열방해층을 설치하는 경우에는 도 6에서와 같이 주편 중심에서의 응고각 두께 d₁과 단부에서의 응고각 두께 d₂가 차이가 많이 나지 않아 핫밴드 발생이 방지된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

슬리브가 구리로 이루어지고 코팅층이 Ni 도금층인 주조롤를 사용하여 기존의 방법에 적용한 후 그 결과를 얻고 이를 주조 두께의 계산 결과에 기초 자료로 활용하여 전열 방해층의 크기 및 재질을 결정하였다.

즉, 주조롤을 도 4a에서와 같이 종래의 방법대로 제작 가공하여 주조를 수행한 후 제조된 주편의 두께 분포를 측정하여 핫밴드의 정도를 측정한 결과, 주편 단부에서 30mm에서의 응고각 두께가 d₂/d₁≤ 0.5 의 관계를 만족할 때 주편 단부의 핫밴드가 심하게 발생되어 코일링시 주편의 단부 웨이브 현상이 발생되었다.

한편, 응고각의 감소가 시작되는 지점은 주조에 따라 다르나 주편 단부에서 100 ~ 200 mm 범위였다.

따라서, 전열 방해층을 하기 표 1과 같은 조건으로 슬리브내에 설치하여 주조를 한 결과 일부 조건에서 주편 단부의 핫밴드가 없는 양호한 주편의 제조가 가능하였다. 주편의 두께는 주편 중앙부의 두께 d₁을 기준으로 2mm로 하였으며, 방해층 재질은 구리슬리브층의 열전도도의 약 0.23배(상온 Ni 열전도도 : 0.22 cal/cm^oC sec, 구리 열전도도 0.94 cal/cm^oC sec)인 Ni 도금층과 동일한 재질의 Ni을 Cu 슬리브 표면에 도금 또는 용접 방법으로 가공하여 도 5에서와 같이 삽입하였으며, 폭방향 설치 위치는 단부에서 100 ~ 200 mm 범위중 본 실시예에서는 100 mm까지 가공하여 설치하였으며, 크라운은 통상의 가공 조건인 50 ~ 500 um의 범위내의 값 중에서 200um를 기준으로 하였다.

하기 표 1과 같은 조건으로 전열 방해층을 설치한 결과 전열 방해층 깊이(a)가 3mm 이상, 방해층폭 2mm 이상에서 핫밴드가 양호해졌으며, 또한 핫밴드는 응고각 두께비(d₂/d₁)가 0.5이하에서 양호해졌다. 방해층간 간격(s)가 3mm 이하에서 방해층 설치와 미설치부의 차이에 따른 판두께 불균일도가 줄어들어 양호함을 확인할 수 있었다.

두께(mm)	방해층두께(mm)	방해층폭(mm)	방해층 간격 (mm)	응고각 두께비(d1/d2)	핫밴드양상	판두께균일도
2	1	2	1	0.3	×	◎
2	3	2	1	0.6	○	◎
2	5	2	1	0.8	◎	◎
2	1	2	3	0.25	×	○
2	3	2	3	0.55	○	○
2	5	2	3	0.7	◎	○
2	1	2	5	0.15	×	×
2	3	2	5	0.4	×	×
2	5	2	5	0.55	○	×

상기한 바와 같이, 본 발명은 주편 폭방향의 응고능을 최대한 균일하게 하므로써 단부의 미응고 현상 발생을 억제하여 박판 주조시 응고되는 응고각의 두께가 롤 폭 방향으로 차이를 최소화시킴으로써 주편의 단부가 미응고 상태로 주조가 진행되는 것을 방지할 수 있고, 또한 응고각의 두께가 단부에서 얇아 고온의 용강이 내부에그대로 잔류되어 주조시 주편의 벌징(bulging) 현상에 의해 응고각의 벌어짐이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 주조롤의 하부로 용강이 누출되는 현상을 방지하여 코일링시 주편 단부의 웨이브 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 주편 실수율의 감소 및 압연시 압연 작업성이 악화되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 그 표면에 코팅층이 형성되어 있는 슬리브를 포함하는 실린더부와 이 실린더부의 양쪽부를 연결하는 샤프트부를 포함하는 두 개의 롤이 서로 마주보고 설치되는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 있어서, 에지에서 주편의 핫밴드폭 만큼만을 제외한 슬리브 표면을 미리 가공해 내고 거기에 슬리브의 열전도도보다 작은 열전도도를 갖는 전열 방해층을 설치하여 주조하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주조주편의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 슬리브가 구리(Cu)로 제작되고, 코팅층이 Ni 도금층이고;

   상기 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)이 하기 식(1)에 의해 구해지고; 그리고

   (수학식 1)

   Wh (mm) = 200- (ro /4) x 150

   (여기서, ro: 코팅층 평균두께)

   상기 구리 슬리브의 열전도도 보다 작은 열전도도를 갖는 재질로 이루어지는 전열 방해층을 상기와 같이 구한 에지로부터의 핫밴드의 폭(Wh)만큼만을 제외한 슬리브 부분의 내부에 설치하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주조주편의 제조방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전열 방해층은 슬리브의 열전도도의 0.5배이하의열전도도를 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주조주편의 제조방법
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전열 방해층이 일정한 간격을 두고 설치되고, 전열 방해층의 두께는 3mm 이상이고, 폭은 2mm 이상이고, 그리고 전열방해층간 간격은 3mm이하인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주조주편의 제조방법
5. 제3항에 있어서, 상기 전열 방해층이 일정한 간격을 두고 설치되고, 전열 방해층의 두께는 3mm 이상이고, 폭은 2mm 이상이고, 그리고 전열 방해층간 간격은 3mm이하인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조법에서의 균일한 주조주편의 제조방법