KR20050074888A - 주조 롤 장치 - Google Patents

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KR20050074888A
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Abstract

알루미늄 스트립을 연속 주조하기 위한 장치는 통상의 구성에 따라 반대 방향으로 회전하는 2개의 주조 롤(1, 2)을 구비하며, 주조 롤들 사이에는 주조 갭(4)이 형성된다. 본 발명에 따라 제1 주조 롤(1)은 적어도 그 원주측 에지 영역에서 구리 재료로 이루어지고, 다른 제2 주조 롤(2)은 적어도 그 원주측 에지 영역에서 강 재료로 이루어진다. 구리 재료는 230 내지 260 W/mㆍK의 열 전도율 λk을, 그리고 강 재료는 30 내지 40 W/mㆍK의 열 전도율 λs을 가져야 한다. 균일한 결정 성장을 위해서는 동일한 종류의 주조 롤 재료만으로 주조될 수 있다는 생각과는 달리, 본 발명에 따라 강과 구리로 이루어진 주조 롤의 쌍이 제공된다. 질적으로 우수한 주조 조직을 보장하기 위해, 주조 롤들의 열전도율 차이가 5 내지 9 팩터를 넘지 않아야 한다. 구리 재료의 열 전도율 λk 대 강 재료의 열 전도율 λs의 비는 6:1 내지 8:1인 것이 특히 바람직한 것으로 나타났다.

Description

주조 롤 장치{CASTING ROLL SYSTEM}
본 발명은 2개의 반대 방향으로 회전하는 주조 롤을 포함하며, 상기 롤들 사이에는 주조 갭이 형성되어 있는, 금속 스트립, 특히 알루미늄 스트립을 연속 주조하기 위한 주조 롤 장치에 관한 것이다.
주조 롤에서는 액상 금속 용융물이 2개의 수평의, 수직의 또는 일정한 각으로 배치된 반대 방향으로 회전하는 주조 롤 사이에서 주조된다. 이 경우, 스트립은 2개의 주조 롤 사이에서 응고되며 프로세스에 연속해서 운반된다.
알루미늄 스트립의 소위 2롤-스트립 주조는 수 년전부터 사용된 방법이다. 이 방법에 의해 통상적으로 1 mm 내지 10 mm의 두께를 가진 스트립이 형성된다. 이 방법은 통상적으로 수직으로 상하 배치된 2개의 주조 롤을 특징으로 하며, 상기 롤들 사이에는 소정 스트립 두께에 상응하는 주조 갭이 형성된다.
통상의 구성을 가진 주조 롤은 냉각수 운반에 사용되는 통상적으로 강으로 이루어진 원통형 코어, 및 이 코어와 결합된 재킷을 갖는다. 강 주조 롤에 있어서, 재킷의 재료로는 높은 열 전도율을 가진 재료, 예컨대 구리 또는 구리 합금이 사용된다. 비철금속의 주조에는 통상적으로 강 재킷이 사용된다.
강 재킷의 제조를 위한 재료로는 실온에서 800 MPa 내지 1200 MPa의 강도를 가진 합금 원소 C, Mn, Ni, Cr, Mo, V를 가진 고강도 강이 사용된다. 상기 재료의 단점은 통상적으로 25 내지 50 W/mㆍK의 제한된 열 전도율에 있다.
강 재킷의 낮은 열 전도율로 인해, 얻을 수 있는 주조 속도도 제한된다. 최근에는 합금에 따른 주조 출력이 0.7 내지 1.2 t/m/h이다. 이러한 평균 주조 속도에 대해, 주조 롤 장치의 부속 설비, 예컨대 용융 및 주조 노(furnace) 그리고 와인더가 설계된다.
구리 또는 구리 합금으로 이루어진 재킷에는 주로 200 내지 370 W/mㆍK의 열 전도율을 가진 구리 재료가 사용된다. 특히, 구리 및 코발트 및 베릴륨을 기초로 하는 특수 합금에 의해, 생산 조건하에서 구리 주조 롤로 알루미늄 스트립을 만드는 것이 가능하다.
구리 합금의 10배까지 더 높은 열 전도율로 인해, 용융물로부터 훨씬 더 높은 열이 방출될 수 있으므로, 주조 롤 장치에서 훨씬 더 높은 주조 출력을 얻을 수 있다. 시험에서, 지금까지는 2.5 t/m/h 내지 2.8 t/m/h의 주조 출력이 얻어졌다.
주조 롤에 적합한 구리 합금은 높은 강도 및 연신 한계(Rp0.2 ≥450 MPa)와 더불어, 추가로 연신율 A5에 대한 높은 값을 가져야 한다.
구리 재킷을 가진 주조 롤의 사용시 단점은 비교적 높은 주조 롤 비용이며, 이것은 상응하게 높은 주조 출력에서만 수지가 맞지만 그것이 항상 제공되는 것은 아니다.
본 발명의 과제는 특히, 알루미늄 스트립의 연속 주조를 위한 주조 롤 장치를 출력 면에서 상승시키고 비용 면에서 개선시키는 것이다.
상기 과제는 청구항 1의 특징을 가진 주조 롤 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 핵심은 금속 용융물과 접촉하는 2개의 주조 롤의 에지 영역에 상이한 재료 쌍을 사용하는 것이다. 본 발명에 따라 2개의 주조 롤 중 하나는 적어도 에지 영역에서 구리 재료로 이루어지는 한편, 다른 하나의 주조 롤은 적어도 에지 영역에서 강 재료로 이루어진다.
관련 분야에서의 지금까지의 견해와는 달리, 본 발명에 따라 상이한 열 전도율을 가진 재료로 이루어진 2개의 주조 롤이 조합된다. 이로 인해, 주조 롤 장치는 용융물 처리 및 공급, 주조 출력 및 와인더에 대한 최적의 작동점에서 작동될 수 있고, 따라서 출력이 상승된다. 또한, 강으로 이루어진 저렴한 주조 롤의 장점이 구리 롤의 높은 주조 출력과 조합되어 이용됨으로써, 장치 비용이 절감될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예는 종속항 2 내지 14에 제시된다.
기본적으로, 2개의 주조 롤은 고형물로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 주조 롤은 완전히 구리 재료로, 그리고 다른 제2 주조 롤은 완전히 강 재료로 이루어질 수 있다.
그러나, 바람직하게는 각각의 주조 롤은 강 재료로 이루어진 원통형 코어 및 이것과 결합된 재킷 형태의 에지 영역을 포함하고, 제1 주조 롤의 재킷은 구리 재료로, 그리고 제2 주조 롤의 재킷은 강 재료로 이루어진다.
지금까지는 주조 롤 장치의 주조 갭에서 처리 가능한 알루미늄 스트립 주조 조직을 만들기 위해, 가급적 균일한 열 방출이 이루어져야 하는 것으로 전제되었다. 그 결과, 균일한 결정 성장을 보장하기 위해 동일한 종류의 주조 롤 재료만이 사용되었다.
이와는 달리, 본 발명에서는 낮은 열 전도율을 가진 구리 주조 롤을 강 주조 롤과 조합하여 사용한다. 이 경우, 구리 재료는 200 내지 370 W/mㆍK, 특히 230 내지 260 W/mㆍK의 열 전도율 λk을 가져야 하고, 강 재료는 25 내지 50 W/mㆍK, 특히 30 내지 40 W/mㆍK의 열 전도율 λs을 가져야 한다. Rp 0.2 ≥500 MPa의 높은 강도와 더불어 구리 재료의 상기 열 전도율 λk은 특히 CuCoBe(구리, 코발트, 베릴륨) 또는 CuNiBe(구리, 니켈, 베릴륨) 또는 CuNiSi(구리, 니켈, 실리콘) 합금에 의해 얻어진다.
강과 구리의 주조 롤 쌍에서는 주조 갭으로부터 매우 상이한 열 방출이 일어남에도 불구하고, 이러한 쌍에 의해 질적으로 우수한 주조 조직이 형성될 수 있다. 이것은 특히 롤들의 열 전도율 차이가 팩터 5 내지 9를 초과하지 않을 때 가능하다. 구리 재료의 열 전도율 λk 대 강 재료의 열 전도율 λs의 비는 6:1 내지 8:1인 것이 바람직한 것으로 나타났다.
주조 롤의 열 전도율의 비가 5:1 내지 9: 1 일 때, 주조된 스트립의 품질에 불리한 영향을 주는 바람직하지 않은 고우스트 라인의 형상이 주조된 스트립에 나타나지 않는 것이 보장된다. 결정이 양 측면에서 성장하는 고우스트 라인은 주조 스트립의 중심에 남는다. 스트립 횡단면을 따른 합금 원소의 과도한 분리는 실제 조사에서 관찰되지 않았다. 또한, 전술한 파라미터를 가진 롤 쌍에서는 조직 내 결정의 컬럼 형상이 나타나지 않는다.
본 발명에 따른 주조 롤 장치의 특히 바람직한 실시예에서, 제1 주조 롤, 즉 구리 주조 롤은 하부 롤로서 사용되는데, 그 이유는 하부 주조 롤에서보다 큰 열량이 방출되어야 하기 때문이다.
마찬가지로 주조 롤의 재킷 면이 0.2 ㎛ 내지 0.8 ㎛의 표면 조도 RA를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 높은 표면 품질을 가진 알루미늄 스트립이 형성될 수 있다.
전술한 비율의 열 전도율을 가진 주조 롤을 사용함으로써, 알루미늄 합금의 스트립 주조시 주조 출력이 1.5 t/m/h 내지 2.5 t/m/h의 값으로 증가될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제1 주조 롤이 구리 재료보다 낮은 열 전도율을 가진 재료로 이루어진 코팅을 가질 수 있다. 상기 코팅은 바람직하게 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진다. 이로 인해, 주조 롤을 통한 프로세스로부터의 열 방출이 감소될 수 있으므로, 보다 높은 열 전도율을 가진 기본 재료가 사용될 수 있다. 코팅의 열 전도율(λB)은 100 W/mㆍK 보다 작아야 한다. 코팅의 열전도율( λB)이 60 W/mㆍK 내지 80 W/mㆍK 인 것이 특히 바람직한 것으로 나타났다.
또한, 코팅은 0.5 mm 내지 2.0 mm, 특히 1.0 mm의 층 두께를 가져야 한다.
코팅, 특히 니켈 코팅의 경도는 180 HB 내지 420 HB 이어야 한다. 실제로는 220 HB 내지 380 HB의 경도를 가진 코팅이 특히 적합한 것으로 나타났다.
니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진 코팅과 더불어, 세라믹 재료 또는 금속 재료로 이루어진 코팅도 피크 층, 예컨대 MCrAlY로서 사용될 수 있다. MCrAlY에서, "M"은 금속, 예컨대 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 코발트(Co) 또는 상기 원소와 조합된 크롬, 알루미늄 및 이트륨(Fe/Ni/CoCrAlY)이다.
기본적으로, 제1 주조 롤의 열 전도율을 낮추기 위해 그리고 경도를 높이기 위해, 다수의 층들을 서로 조합하는 것도 가능하며, 외부 재킷은 각각 최대 경도를 가져야 한다.
대안으로서 또는 코팅과 조합해서, 주조 롤의 재킷면에 조직을 제공할 수 있다. 조직화(texturing)는 샌드 블라스팅 등과 같은 기계적 작용에 의해 형성될 수 있다. 주조 롤의 조직화된 표면 구조에 의해, 용융물로부터 주조 롤로의 열 전달이 조절될 수 있다.
주조된 스트립의 크라우닝을 감소시키기 위해, 본 발명에 따른 주조 롤 장치에서 주조 롤은 상이한 프로파일을 갖는다. 주조 롤 장치의 탄성 에너지를 보상하기 위해, 2개의 주조 롤은 볼록한 프로파일을 갖는다. 롤 중심에서 직경 초과는 약 0.05 mm 내지 1.0 mm이다. 제2 주조 롤(강-주조 롤)의 프로파일 초과는 보다 높은 강성으로 인해 제1 주조 롤(구리- 주조 롤)의 프로파일 초과보다 작다.
이하, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 용융 및 주조 노(3)를 구비하는, 알루미늄 띠의 스트립 또는 연속 주조를 위한 주조 롤 장치의 2개의 주조 롤(1, 2)을 개략적으로 도시한다. 2개의 주조 롤(1, 2)은 상하로 배치되며, 2개의 주조 롤(1, 2) 사이에는 소정 스트립 두께에 상응하는 주조 갭(4)이 형성된다.
용융 노(3) 내에 저장된 액체 알루미늄 용융물은 공급부(5)를 통해 주조 롤(1, 2)에 공급되고 반대 방향으로 회전하는 주조 롤(1, 2)들 사이로 도달한다. 2개의 주조 롤(1, 2) 사이에서 알루미늄 스트립(6)은 응고된 다음, 프로세스에 연속적으로 운반된다.
도 1에 따른 장치에서, 하부의 제1 주조 롤(1)은 구리 재료로 이루어지는 한편, 상부의 제 2주조 롤(2)은 강 재료로 이루어진다.
구리 재료로 이루어진 제1 주조 롤(1)은 본 발명에 따라 230 내지 260 W/mㆍK의 열 전도율 λk을 갖는다. 제2 주조 롤(2)의 강 재료는 30 내지 40 W/mㆍK의 열 전도율 λs을 갖는다.
도 2에 도시된 주조 롤 장치의 주조 롤(7, 8)에서, 각각의 주조 롤(7, 8)은 강 재료로 이루어진 원통형 코어(9, 10)를 갖는다. 주조 롤(7, 8) 사이에는 소정 스트립 두께에 상응하는 주조 갭(11)이 형성되어 있다. 각각의 주조 롤(7, 8)의 원주측 에지 영역은 각각 재킷(12, 13)으로 형성되어 있다. 재킷(12, 13)은 일반적으로 코어 상에서 수축된다. 그러나, 기본적으로 다른 접합 기술, 예컨대 기계적 클램핑도 가능하다.
하부의 제1 주조 롤(7)의 재킷(12)은 구리 재료로 이루어지는 한편, 상부의 제2 주조 롤(8)의 재킷(13)은 강 재료로 이루어진다. 상기 실시예에서도 구리 재료는 230 내지 260 W/mㆍK의 열 전도율을 가지며, 강 재료는 30 내지 40 W/mㆍK의 열 전도율을 갖는다. 실제로 구리 재료의 열 전도율 λk 대 강 재료의 열 전도율 λs의 비는 5:1 내지 9:1, 바람직하게는 6:1 내지 8:1 이어야 한다.
도 3에 도시된 2개의 주조 롤(14, 15)의 기본 구성은 이전에 설명한 것에 상응한다. 하부의 제1 주조 롤(14)은 강 재료로 이루어진 원통형 코어(16) 및 구리 재료로 이루어진 재킷(17)을 포함하는 한편, 상부의 제2 주조 롤(15)은 강 재료 이루어진 코어(18) 및 재킷(19)을 포함한다. 열 전도율에 대한 특성값과 관련해서는 상기 정보가 적용된다.
제1 주조 롤(14)은 재킷(17)의 구리 재료보다 낮은 열 전도율(λB)을 가진 재료로 이루어진 코팅(20)을 갖는다. 실제로 코팅(20)은 100 W/mㆍK 미만, 바람직하게는 60 내지 80 W/mㆍK의 열 전도율(λB)을 가져야 한다. 코팅에 대한 재료로는 니켈 또는 니켈 합금이 사용된다. 금속 또는 세라믹 피크 층을 가진 코팅도 가능하다. 금속 재료로 이루어진 코팅으로는 특히 MCrAlY로 이루어진 코팅이 있다.
코팅(20)은 0.5 내지 2.0 mm의 층 두께를 가져야 하는데, 실제로 1.0 mm의 층 두께가 특히 바람직한 것으로 나타났다. 또한, 코팅(20)은 전해 니켈 또는 니켈 합금으로 형성되면 180 내지 420 HB, 바람직하게는 220 내지 380 HB의 경도를 가져야 효과적인 내마모성이 얻어지고, 이것은 주조 롤(14)의 수명에 바람직하다.
높은 표면 품질을 가진 알루미늄 스트립을 만들기 위해, 기본적으로 총 3개의 전술한 실시예에서 주조 롤(1, 2; 7, 8; 14, 15)의 재킷 면(21-26)의 표면 조도(Ra)는 0.2 내지 0.8 mm 이어야 한다.
또한, 주조 롤(1, 2; 7, 8; 14, 15)의 재킷 면(21-26)을 조직화함으로써, 알루미늄 용융물로부터 주조 롤(1, 2; 7, 8; 14, 15)로의 열전달을 조절하는 것도 가능하다. 이 경우, 소정 열 전달에 알맞는 토포그래피가 주조 롤(1, 2; 7, 8; 14, 15)의 재킷면(21-26)에 주어진다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 스트립의 연속 주조를 위한 주조 롤 장치를 출력 면에서 상승시키고 비용 면에서 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 주조 롤 장치의 개략도.
도 2는 제2 실시예에 따른 2개의 주조 롤의 개략도.
도 3은 제3 실시예에 따른 주조 롤들의 개략도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1, 2, 7, 8, 14, 15: 주조 롤
3: 용융 및 주조 노(furnace)
4, 11: 주조 갭
5: 공급부
6: 알루미늄 스트립
9, 10, 16, 18: 코어
12, 13, 17, 19: 재킷
20: 코팅
21, 22, 23, 24, 25, 26: 재킷 면

Claims (14)

  1. 2개의 반대 방향으로 회전하는 주조 롤(1, 2; 7, 8: 14, 15)을 포함하며, 상기 롤들 사이에는 주조 갭(4, 11)이 형성되어 있는, 금속 스트립, 특히 알루미늄 스트립을 연속 주조하기 위한 주조 롤 장치에 있어서,
    제1 주조 롤(1; 7; 14)은 적어도 그 원주측 에지 영역에서 구리 재료로 이루어지고, 다른 제2 주조 롤(2; 8; 15)은 적어도 그 원주측 에지 영역에서 강 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 주조 롤(7, 8; 14, 15)은 강 재료로 이루어진 원통형 코어(9, 10; 16, 18) 및 이것과 결합된 재킷(12, 13; 17, 19) 형태의 에지 영역을 포함하고, 상기 제1 주조 롤(7; 14)의 재킷(12; 17)은 구리 재료로, 상기 제2 주조 롤(8; 15)의 재킷(13; 19)은 강 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구리 재료는 200 내지 370 W/mㆍK, 특히 230 내지 260 W/mㆍK의 열 전도율 λk을 갖고, 상기 강 재료는 25 내지 50 W/mㆍK, 특히 30 내지 40 W/mㆍK의 열 전도율 λs을 갖는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리 재료의 열 전도율 λk 대 강 재료의 열 전도율 λs의 비는 5:1 내지 9:1, 특히 6:1 내지 8:1인 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주조 롤(1; 7; 14)은 제2 주조 롤(2; 8; 15) 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 롤(1, 2; 7, 8; 14, 15)의 재킷 면(21-26)은 0.2 - 0.8 ㎛의 표면 조도(Ra)를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주조 롤(14)이 구리 재료보다 낮은 열 전도율 λB을 가진 재료로 이루어진 코팅(20)을 갖는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 코팅은 100 W/mㆍK보다 작은, 바람직하게는 60 내지 80 W/mㆍK 의 열전도율 λB을 갖는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 코팅(20)은 0.5 - 2.0 mm, 특히 1.0 mm의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅(20)은 180 HB 내지 420 HB, 바람직하게는 220 HB 내지 380 HB의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅(20)은 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  12. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅(20)은 세라믹 또는 금속 피크 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  13. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅(20)이 MCrAlY로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 롤(1, 2; 7, 8; 14, 15)의 재킷 면(21-26)이 조직화되는 것을 특징으로 하는 주조 롤 장치.
KR1020040086036A 2004-01-14 2004-10-27 주조 롤 장치 KR101148631B1 (ko)

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