KR20070114296A

KR20070114296A - 연속주조를 위한 용탕 공급 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070114296A
Application number: KR1020077021831A
Authority: KR
Inventors: 존 슐제르; 윌라드 마크 트루먼 갈러뉼트
Original assignee: 노벨리스 인코퍼레이티드
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-11-30
Also published as: CN101128277A; EP1858661A1; EP1858661A4; JP2008531285A; US20060191664A1; US20080083524A1; AU2006217571A1; CN100528405C; BRPI0609048A2; WO2006089419A1; NO20074877L; CA2596473A1

Abstract

본 발명은 연속주조기의 대면하는 주조면 사이에 형성된 몰드로 용탕을 인도하기 위한 공급장치를 제공하며, 상기 공급장치는 용탕접촉 내면, 거의 평평한 외면, 및 상기 내면과 외면 사이에서 연장하는 팁의 극한 외측에서의 단부면이 제공된 하나 이상의 하부 벽을 갖는 돌출 노즐 팁을 구비하며, 상기 내면은 거의 평평하며 바람직하게는 8°미만의 기울기 각도로 팁의 극단 쪽으로 이동하는 방향으로 외면 쪽으로 경사지며, 단부면은 거의 평평하며 팁의 극단으로부터 떨어지는 방향으로 내면에 대해 88°미만, 즉 15°내지 80°의 내재각으로 내면으로부터 외면으로 연장하며, 공급장치는 주조 동안 금속 산화물의 파열에 의한 표면결함이 감소된 금속 시트 제품을 주조하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속주조를 위한 용탕 공급 방법 및 장치{METHOD OF AND MOLTEN METAL FEEDER FOR CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 용탕, 특히 알루미늄 및 알루미늄합금 용탕의 연속주조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용탕을 연속주조기의 주조 캐비티내로 도입하는 방법 및 용탕을 도입하기 위해 사용된 금속 공급장치의 설계에 관한 것이다.

금속의 연속주조는 쌍벨트 주조기, 쌍롤 주조기 또는 회전 블록 주조기를 사용하는 것에 의해 오랫 동안 실시되어 왔다. 이러한 종류의 연속주조기는 일반적으로 2개의 대면하고 연속적으로 회전하는 주조면 사이에 형성된 수평, 또는 약간 하방으로 기울어진 주조 캐비티를 가진다. 용탕은 주조 캐비티의 일단으로 도입되고, 냉각되며, 회전 주조면에 의해 주조 캐비티를 통해 인출될 때 응고된다. 주조 잉곳, 슬래브, 또는 응고된 금속 스트립은 주조 캐비티의 타단으로부터 배출된다.

용탕은 주조면(casting surface) 사이에 용탕의 스트림을 도입하는 몇몇 형태의 용탕 공급장치에 의해 주조 캐비티내로 도입된다. 공급장치는 용탕이 개방 분출구(open spout) 또는 채널 수단, 또는 바람직하게는 용탕이 노즐의 극단(extreme end)의 팁으로부터 배출될 때까지 용탕을 둘러싸고 가두어두는 노즐 수단에 의해 주조 캐비티내로 향하는("풀 공급(pool feeding)으로 언급됨) 개방 토핑 트로프(open topped trough) 형태일 수 있다.

DC(직냉) 및 연속스트립 주조기 양쪽에 의해 제조된 생주물(as-cast) 잉곳은 다양한 종류의 표면결함을 갖는 금속 슬래브 또는 스트립을 생성한다. DC 주조에 있어서, 이러한 표면결함은 "스캘핑(scalping)" 수단(즉, 주조품으로부터 얇은 표면층의 제거)에 의해 종종 제거된다. 그러나, 연속스트립 주조에 있어서, 스캘핑은 실용적이거나 또는 경제적이지 않을 수 있으며, 최소 표면결함을 갖는 시제품을 제공하는 것이 바람직하다.

표면결함은 금속 인도 시스템의 내화재와의 반응 및 비균일 국부냉각을 포함하는 메카니즘의 변화에 의해 생성될 수 있으며, 이러한 결함의 크기 및 개수를 감소시키기 위한 많은 개선이 시도되어 왔다.

다른 공통 메카니즘은 "콜드 셧(cold shut)"을 형성하는 표면산화물의 비말동반(entrainment)을 수반한다. 이러한 결점은 금속 공급장치를 빠져나가는 용탕이 이동하는 주조면에 접촉하여 용탕의 메니스커스 면(meniscus surface)상에 형성되는 불가피한 표면산화물로부터 발생한다. 메니스커스가 이동하는 주조면에 의해 잡아당겨질 때 산화막은 변형되어 파괴되기 시작하며, 불규칙한 성질의 비교적 크고 가시적인 표면결함을 일으킨다. 이는 주조품의 외관에 영향을 미칠 뿐만 아니라 압연성에 문제를 일으키는 구조적 취약을 유도할 수 있다. 이러한 결함은 호일 스톡, 캔 스톡 및 자동차용 시트 등의 표면임계적용에 특히 문제가 되며, 주조 속도를 제한할 수 있다.

연속주조 캐비티내로 금속을 도입하기 위한 공급장치 및 방법을 개시하는 다 양한 종래의 문헌, 예컨대 1997년 6월 10일 공표된 미국특허 제5,636,681호, 2004년 4월 27일에 공표된 미국특허 제6,725,904호가 있다. 이들 특허는 주조 캐비티내로 비난류 금속 유동을 생성하기 위한 공급장치 설계를 개시한다.

2003년 12월 17일에 특허된 헤즐렛 스트립-캐스팅 코퍼레이션(발명자 : 발레리에 지. 카간)의 유럽특허 제 0 962 271 B1 호는 벨트상에 금속을 "쏟아붓는(pour)" 금속인도장치를 구비한 벨트 주조장치를 개시한다. 금속인도장치의 팁은 벨트의 표면으로부터 떨어진 소정 간격으로 이격되어 있으며, 금속인도장치의 금속접촉 내면에 직각으로 배치된 단부면에서 종단된다.

1987년 3월 10일에 공표된 헤즐렛 스트립-캐스팅 코퍼레이션(발명자 : 로버트 더블유. 헤즐렛 등)의 미국특허 제4,648,438호는 팁의 단부가 "정사각형"이고, 주조면에 대해 직각으로 배치된 벨트 주조기 및 금속인도장치를 개시한다.

하기 문헌은 팁의 내부가 팁의 방향으로 테이퍼진 팁을 갖는 스트립 주조기의 예를 기술한다:

1973년 11월 27일에 공표된 프롤리젠쯔 에이지(발명자 : 이반 지온지오스)의 미국특허 제3,774,670호; 1997년 8월 26일에 공표된 헌터 엔지니어링 캄퍼니 인코퍼레이티드(발명자 : 데니스 엠. 스미스)의 미국특허 제5,660,757호; 2001년 1월 16일 공표된 알루미늄 캄퍼니 오브 아메리카(발명자 : 나이-이 리 등)의 미국특허 제6,173,755호.

본 발명의 목적은 주조품의 표면결함을 감소시키고, 특히 주조면내로의 산화물혼입의 결합을 감소시키기 위한 관점에서 용탕, 특히 용융 알루미늄 및 그 합금의 연속주조를 개선하는 것이다.

본 발명의 한가지 관점에 따르면, 연속주조기의 대면하는 주조면 사이에 형성된 몰드내로 용탕을 인도하기 위한 공급장치(feeder)가 설치되어 있다. 공급장치는 용탕접촉 내면, 외면, 및 상기 내면과 외면 사이에서 연장하는 팁의 극한 외측에서의 단부면이 제공된 하나 이상의 벽을 포함하는 돌출팁(projecting tip)을 갖는 노즐을 구비한다. 내면과 단부면은 라인으로 상호연결되며, 88°미만의 내재각(included angle)을 형성하며, 노즐의 벽은 상기 라인 근처에서 0.5 내지 3 mm의 두께를 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 주조 캐비티를 가로질러 서로 대면하는 한쌍의 무한 주조면, 동일 속도 및 동일 방향으로 상기 주조면을 이동시키기 위한 수단 및 주조 캐비티의 일단에서 주조 캐비티내로 용탕을 도입하기 위한 공급장치가 설치되어 있다. 공급장치를 포함하는 연속주조기가 제공된다. 공급장치는 용탕접촉 내면, 외면, 및 상기 내면과 외면 사이에서 연장하는 팁의 극한 외측에서의 단부면이 제공된 하나 이상의 벽을 포함하는 돌출팁을 갖는 노즐을 구비한다. 내면과 단부면은 라인으로 상호연결되며, 88°미만의 내재각을 형성한다. 노즐의 벽은 상기 라인 근처에서 0.5 내지 3 mm의 두께를 가지며, 상기 라인은 주조 동안 인접한 주조면으로부터 0.5 내지 3 mm 범위내의 거리로 위치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 주조 금속 스트립 제품을 형성하기 위해 용탕을 연속 스트립주조하는 공정이 제공된다. 상기 공정은 돌출 노즐 팁을 갖는 노즐로부터 하나 이상의 이동 주조면에, 공기와 접촉할 때 산화물층을 성장시키는 용탕을 공급하여, 상기 용탕이 팁의 극단과 주조면 사이에 금속 산화물의 표면코팅을 갖는 메니스커스를 형성하는 단계를 포함한다. 용탕은 라인에서 상호연결되고 88°미만의 내재각을 형성하는 내면 및 단부면이 제공된 벽을 갖는 팁으로부터 공급된다. 벽은 상기 라인 근처에서 0.5 내지 3 mm의 두께를 갖는다. 팁은 주조 동안 인접한 주조면으로부터 0.5 내지 3 mm 범위내의 거리로 위치된다.

본 발명은 양호한 표면품질의 연속주조 스트립 제품을 얻는 것에 관한 것이다. 본 발명자들은 주조 기술 및 장치에 일반적인 개선을 가하는 것에 의해 표면품질의 개선을 얻었으며, 본 발명자들은 주조 방향에 대해 직각으로 주조품을 가로질러 연장하는 간헐적인 표면 줄무늬(striation)을 인지하였다. 본 발명자들은 이들 줄무늬는 주조 팁과 주조면 사이에 형성된 메니스커스의 적어도 일부의 진동에 의한 것임을 발견하였다. 알루미늄과 같은 반응성 금속을 주조할 때, 메니스커스는 금속 산화물층으로 코팅되며, 메니스커스의 진동은 금속 산화물층을 파괴시킬 수 있다. 따라서, 노출된 하층의 금속은 공기와 반응하여 새로운 산화물층을 빠르게 성장시키지만, 파괴는 산화물층을 주조면에 끌어당길 때 주조품의 표면에 가시적 결함을 형성한다. 이론적으로, 메니스커스 진동은 알루미늄 및 그의 합금 뿐만 아니라 다른 반응성 재료를 주조하기 위해 사용된 연속 주조기, 적어도 벨트 주조기에서 본질적이며, 그들은 완전히 제거되지 않는다. 따라서, 본 발명자들은 다른 접근, 즉 그들의 규칙적이고 미세한 출현 때문에 표면결함의 징후가 나타나지 않는 작고 규칙적으로 이격된 줄무늬를 갖는 주조품을 제조하기 위해 진동의 균일성을 증가시키는 접근을 하였다. 특히, 50 Hertz 이상, 즉 50 내지 200 Hertz의 메니스커스의 진동이 주조품에 허용된 출현을 부여하기 위해 요구되는 것을 발견하였다.

메니스커스는 그의 표면으로 직각으로 진동하는 경향이 있으며, 즉 더욱 원형으로 되기 시작하며, 그 후 각 사이클이 1회 진동을 나타내는 노즐로부터 주조면으로 연장하는 구역내에서는 약간 원형이 되는 경향이 있다.

본 발명자들은 다양한 파라미터, 예컨대 노즐과 주조 벨트 사이의 작은 갭내의 공압과 같은 외부 힘의 적용 및 메니스커스 영역내의 가변 자기장의 적용에 의해 메니스커스 진동주기가 영향을 받을 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나, 본 발명자들은 주조면에 용탕을 주입하기 위해 사용된 노즐의 설계 및 위치를 개선하는 것에 의해 진동주기를 증가시키는 것이 가장 효과적인 방법인 것을 발견하였다.

주조 노즐의 설계와 관련하여, 종래의 노즐은 대면하는 내부 금속접촉면 사이에 용탕 채널을 형성하는 한쌍의 돌출 벽을 채용한다. 채널은 돌출 벽이 내부 금속접촉면에 직각으로 연장하는 평평한 단부면에서 종단되는 노즐의 팁에 배출구를 갖는다. 또한, 벽은 사용시에 작은 갭으로 주조면을 따라 연장하는 외부면을 갖는다. 이 형태의 노즐을 사용하는 것은 느리고 불규칙한 메니스커스 진동 주기 뿐만 아니라 진동이 노즐 벽의 단부면과 금속을 접촉시켜 산화물 위스커(oxide whisker)를 형성시켜 성장시키며, 이에 의해 추가의 스티킹(sticking) 및 진동과의 간섭을 일으키는 것이 인지되었다. 본 발명자들은 이 영향은 단부면을 더 "커팅-백(cutting-back)"하는 것에 의해 최소화되거나 또는 제거될 수 있다는 것을 발견하였다. 이는 단부면이 88°미만, 바람직하게는 85°이하, 더욱 바람직하게는 80°이하, 가장 바람직하게는 75°이하의 내재각(노즐 벽의 재료내의 각도)를 형성하도록 내부 금속접촉면과 접촉하는 라인으로부터 후방방향으로 경사지도록 하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 최소 각도는 15°이며, 더 작은 각도는 노즐을 구성하는데 있어 일반적으로 실용적이지 않을 수 있기 때문이다(구조적 제한이 극복될 수 있는 출현되는 바람직한 효과가 나타날 때까지). 컷-백 각도에 대한 더욱 바람직한 하한(lower limit)은 30°이다. 가장 바람직한 하한은 45°이다. 가장 바람직하게는, 노즐 벽의 단부면은 그의 전체 길이, 즉 내부 및 외부 벽과의 교차점 및 노즐을 가로질러 단면에서 단면으로의 길이를 따라 평평하다. 이는 더욱 규칙적인 줄무늬, 특히 주조 캐비티의 폭을 가로지르는 줄무늬를 만드는 이점을 가진다.

전술한 라인 접촉(내재각의 정점(apex))은 메니스커스에 대한 "테이크오프 포인트(take-off point)"를 형성하며, 이 포인트는 용탕이 노즐과 접촉하여 손실되고, 주조면을 접촉하기 전의 표면인장에 의해 짧게 지지된다. 어떤 라인(일반적으로 평면이 예각을 만나는 방향의 돌연한 변경)을 제공하는 것이 필요하다. 본 발명의 작동의 이론적인 제한 없이, 이 지점에서의 라인과 예각은 금속이 노즐 벽의 단부면에 오락가락하지 않도록 팁에서의 금속 일탈 포인트를 고정시키는 것을 나타낸다. 금속의 진동이 테이크오프 포인트에 국한되는 것을 나타내는 대신에, 금속이 팁을 빠져나갈 때 진동은 규칙적이고 주기적으로 산화물층을 파괴시키고, 이에 의해 최종 제품에 규칙적이고 미세한 줄무늬를 생성시킨다.

이론적인 제한 없이, 메니스커스 진동의 진폭은 주조 속도(즉, 주조 벨트 속도)와 함께 증가하는 것으로 보인다. 진동의 큰 진폭은 노즐의 단부면에 오락가락하는 메니스커스의 위험을 증가시키며, 따라서 "컷-백" 각도는 주조 속도가 증가할 때 감소되는 것이 바람직하다(즉, 단부면과 내면의 각도는 작게, 즉 15 내지 80°범위내인 것이 바람직하다). 빠른 주조를 위해, 각도는 75°이하가 바람직하며, 및 70°또는 65°가 더욱 바람직한 상한이다.

이상적으로, 메니스커스는 적어도 알루미늄 및 알루미늄합금에 대해 50 Hertz 내지 약 200 Hertz의 주파수에서 진동을 일으켜야 한다. 주파수 범위는 금속의 물리적 특성, 즉 밀도, 점성 및 표면 인장에 따르지만, 이들 특성의 상당한 변화에 따를 뿐이다. 알루미늄합금의 변경은 크게 중요하지 않지만, 베이스 금속(즉, 알루미늄 내지 구리)의 변화는 진동이 더욱 두드러지게 작용하는 상당한 변화를 생성한다.

본 발명에 있어서, "테이크오프 포인트"와 주조면 사이의 거리가 매우 특별하다는 것을 발견하였다. 거리가 너무 크면, 메니스커스가 팁의 단부 벽에 "오락가락" 할 때 및 금속이 노즐의 팁 아래로 역주할 때 안정적인 메니스커스를 유지하는 것이 어렵거나 또는 불가능하다. 유동 특성 변경은 주조 속도 보다 액체를 더 쏟아붓기 시작하게 된다. 그러나, 거리는 테이크오프 포인트와 주조면 사이에 메니스커스가 형성되도록 충분히 커야 한다. 최소 간격은 팁이 주조면으로부터 약간 이격된 구성방법 및 필요성에 의한 팁의 제한된 위치에 의해 제어된다. 바람직한 거리(주조면으로의 테이크오프 라인)은 약 1 mm ± 0.5 mm이다, 그러나, 본 발명은 정규 노즐 벽 두께(일반적으로 약 1 mm 또는 1/32 인치) 및 최대 약 3 mm의 거리로 유효하다.

금속은 종래의 헤드 박스(head box) 또는 턴디시(tundish)로부터 밀폐 노즐 또는 상부개방 노즐로 공급될 수 있다. 본 발명은 양쪽 형태의 노즐이 사용될 수 있지만, 밀폐 노즐이 바람직하다.

노즐이 밀폐 형태인 경우, 노즐을 형성하는 2개의 벽은 그들의 길이 전체에 걸쳐 평평하고 평행일 수 있거나 또는 금속인도 단부에 인접한 벽이 약 8°미만의 각도로 외측으로 절곡되는 그의 단부가 "나팔모양(flared)" 또는 "점점 멀어지는 형상(divergent)"일 수 있다. 이는 벽이 팁의 극단의 작은 각도에 의해 주조면 쪽으로 모이는 것을 허용한다.

본 발명은 수평 및 수직 연속주조기 양쪽, 즉 쌍벨트 주조기, 회전 블록 주조기 및 쌍롤 주조기가 사용될 수 있다(쌍롤 주조기가 본 발명에 채용되는 경우 고속에서 바람직하게 작동된다).

도 1은 본 발명에 채용될 수 있는 형태의 쌍벨트 주조기(금속공급장치 도시 생략)의 부분 측단면도,

도 2는 본 발명에 채용될 수 있는 형태의 쌍벨트 주조기의 금속 공급장치 및 인접한 부분의 단면도,

도 3은 종래기술의 노즐 및 인접한 주조 벨트 및 용탕 유동의 부분 단면도로서, 금속 메니스커스 성장을 도시하는 도면,

도 4는 본 발명 따른 노즐의 일부를 도시하는 도 3 상당도,

도 5는 본 발명의 실시예에 사용된 시험장치의 평면도,

도 6은 도 5의 시험장치의 단면도,

도 7A, 7B, 7C, 7D는 본 발명의 실시예 1에 사용된 팁의 단면도,

도 8은 내면과 단부면 사이에 93°의 각도를 갖는 종래기술의 노즐을 구비한 알루미늄합금 스트립 주조의 표면 현미경사진,

도 9는 내면과 단부면 사이에 88°의 각도를 갖는 본 발명에 따른 노즐을 구비한 알루미늄합금 스트립 주조의 표면 현미경사진,

도 10은 내면과 단부면 사이에 78°의 각도를 갖는 본 발명에 따른 노즐을 구비한 알루미늄합금 스트립 주조의 표면 현미경사진,

도 11은 내면과 단부면 사이에 48°의 각도를 갖는 본 발명에 따른 노즐을 구비한 알루미늄합금 스트립 주조의 표면 현미경사진 및

도 12는 내면과 단부면 사이에 33°의 각도를 갖는 본 발명에 따른 노즐을 구비한 알루미늄합금 스트립 주조의 표면 현미경사진이다.

전술한 바와 같이, 스트립 제품(종종 시트, 플레이트, 슬래브, 잉곳, 빌렛, 레이어 등으로 언급됨)을 형성하기 위한 금속 연속주조는 연속주조기의 많은 다른 형태에서 오랫 동안 실시되어 왔다. 예를 들면, 쌍벨트 주조기는 1977년 12월 6일에 공표된 알칸 리서치 앤드 디벨로프먼트 리미티드(발명자 : 올리보 귀세페 시빌로티)의 미국특허 제4,061,177호에 상세히 개시되어 있으며, 이 종류(뿐만 아니라 다른 종류)의 주조기는 본 발명의 실시에 적합하다. 이 특허의 내용은 본 명세서에 참조로 편입되어 있으며, 간격하고 간략화한 설명이 하기에 제공된다.

도시된 쌍벨트 주조기(10)는 가깝게 이격되어 이동하며 대면하는 벨트의 주조면(16, 18)이 캐비티 도입구(21)로부터 캐비티 배출구(22)로의 주조 캐비티(주조 몰드(20))를 형성하는 구역을 통해 서로 실질적으로 평행하게 배치되도록 배열된 상부 및 하부 무한 회전 금속벨트(12, 14)를 갖는다. 벨트는 주조 캐비티의 도입구와 배출구 사이의 적절한 타원형 또는 다른 루프 복귀 경로를 통해 회전되도록 안내된다. 상부 벨트(12)는 원통형 구동롤(24) 둘레를 통과하며, 그 후 다른 지지체, 소망한다면 복수 열의 아이들러 롤러(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있는 상부 경로를 따라 이동하며, 그 후 반원통형 베어링(25) 둘레를 통과한다. 하부 벨트는 구동롤(26)과 상기 베어링(25)과 유사한 반원통형 베어링(27)을 포함하며 실질적으로 상부 벨트와 동일하며 거울상 경로이다. 용탕은 팁의 극한 외측(극단)(36)에 용탕 배출구(35)가 설치된 돌출팁(34)을 갖는 노즐(32)과 일체로 된 공급장치(30)(도 1에는 도시되어 있지 않고, 도 2에 도시됨)에 의해 주조 캐비티내로 도입된다. 따라서, 용탕은 공급장치로부터 화살표 A(도 1 참조)로 도시된 방향으로 주조기로 도입되며, 주조 캐비티(20)내에서 응고되고, 주조 스트립 제품은 화살표 B로 도시된 방향으로 주조 캐비티의 배출구에서 배출된다. 주조 벨트의 반대면(내면)(17, 19)은 참조부호 "23"으로 나타낸 바와 같이 냉각수 분사수단에 의해 일반적으로 냉각된다.

도 2는 주조 캐비티(20)의 도입구(21)에 인접한 주조기의 단부의 확대도를 도시한다. 벨트(12, 14)는 일점쇄선으로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 주조기에는 1997년 6월 10일에 공표된 알칸 인터내셔날 리미티드의 미국특허 제 5,636,681호(그 내용은 본 명세서에 참조로 편입됨)에 개시된 형태일 수 있는 용탕 공급장치(30)가 설치된다. 공급장치(30)는 노즐의 팁(34)이 벨트 주조기의 2개의 이동 벨트(12, 14) 사이에 돌출하는 위치에 금속인도 노즐(32)을 유지하는 상하부 노즐 장착부(38)를 포함한다. 장착부(38)는 주조기 구조체(도시되지 않음)에 볼트결합되어 노즐(32)을 지지하며, 상류 개구부(upstream opening)(40)는 용탕을 주조기에 공급하기 위해 사용된 턴디시 또는 공급-박스(도시되지 않음)의 유사한 개구부와 짝을 이룰 수 있다. 탄성 내화 시일(도시되지 않음)은 노즐의 상류 면(upstream face)(41)과 턴디시 또는 공급-박스 사이에 사용된다. 노즐(32)은 미국특허 제5,636,681호에 개시된 것과 같은 내화재로 제조되며, 팁(34)은 도시된 바와 같은 약간의 나팔 형상(divergent shape)을 가진다. 와이어 메시 또는 금속 스트립 형태의 스페이서(46)는 노즐과 벨트 사이의 고정 및 제어된 거리를 유지하기 위해 노즐의 외면과 인접한 주조 벨트 사이에 설치된다. 노즐은 상류 개구부로부터 금속 배출구(35)로 이끄는 용탕-이송 채널(50)을 가로질러 서로 대면하는 내부 용탕접촉면(55)을 갖는 내화 벽(53)을 포함한다. 벽은 라인(65)에서 내면(55)과 상호연결되는 단부면(56)을 갖는다. 또한, 벽은 주조 벨트(12, 14)를 대면하는 외면(54)을 갖는다.

본 발명은 노즐 팁(34)의 영역에서 주조 캐비티내로 용탕을 인도하는 것에 주로 관련되어 있다. 이는 도 3 및 4를 참조하여 더욱 상세히 설명된다.

도 3은 팁의 하부 벽(53)이 하부 주조 벨트(14)에 인접하여 도시된 종래의 노즐 팁(34)을 도시한다. 팁의 상부 벽과 상부 주조 벨트는 상기 하부 부분과 거 울상으로서 생각할 수 있다. 도시된 팁은 인접한 벨트(14)의 표면에 거의 평행하게 연장하는 외면(54), 용탕접촉 내면(55) 및 팁의 내면(55)에 직각으로 배치된 좁은 단부면(56)(작은 직사각형으로 도시됨)을 갖는다. 용탕 인도 및 주조에 있어서, 메니스커스(58)(즉, 미지지된 금속 표면)는 노즐 팁(34)과 인접한 주조 벨트(14) 사이의 갭을 중개한다. 알루미늄 및 그 합금과 같은 반응성 금속(즉, 공기와 접촉할 때 산화물층을 자발적으로 형성하는 금속)에 대해, 메니스커스는 산화물층(60)에 의해 피복된다. 벨트(14)가 주조 캐비티를 통해 이동할 때, 산화물층(60)은 마찰에 의해 벨트를 따라 끌어 당겨지며, 메니스커스 영역이 응력을 받게 한다. 메니스커스상의 산화물층은 주기적으로 파열될 것이며 노출된 금속은 새로운 산화물층을 즉시 형성할 것임을 발견하였다. 얻어지는 산화물 파괴 및 재성장은 주조품에 표면결함을 일으킨다. 본 발명의 발명자들은 표면품질에서의 필연적인 산화물 파열 영향은 주기적으로 산화물막 파열을 보장하고, 보다 랜덤한 방식으로 제어하는 것에 의해 감소되거나 또는 최소화될 수 있다는 것을 발견하였다.

특히, 본 발명자들은 메니스커스를 50 Hz 이상의 제어가능한 주파수에서 자유롭게 진동하도록 하는 것에 의해, 산화물층 파열 영향이 제어되고 감소된다는 것을 발견하였다. 본 발명에 따라 설계되고 사용된, 즉 도 4에 도시된 바와 같은 노즐 팁은 규칙적인 진동 및 산화물 파열이 발생하는 것을 허용할 것이다. 이 팁에 있어서, 내면(55)과 단부면(56) 사이의 각도 α("컷-백 각도(cut-back angle)" 및 "내재각(included angle)"으로 언급됨)는 88°미만, 바람직하게는 15°내지 85°, 더욱 바람직하게는 15°내지 80°, 더욱 바람직하게는 30°내지 80°, 가장 바람직 하게는 30°내지 75°의 예각이다. 상기 각도가 채용되는 경우, 메니스커스(58)는 진동으로부터 자유로우며, 어떠한 외측 영향이 없으며, 용탕의 물리적 특성, 용탕과 이동 기재(주조 벨트) 사이의 접촉 마찰 및 벨트로의 팁의 거리(spacing)(도 4에 도시된 "S")에 의해 결정된 "자연" 주파수를 나타낸다. 예각 컷-백 각도(α)의 사용은 벨트로의 팁의 정밀하게 규정된 거리(S)와 조합하여, 메니스커스의 기하학은 주조 벨트(12)의 주조면(61)과 노즐 팁의 내면(55)과 단부면(56) 사이의 교차점(65)의 라인("테이크오프 포인트" 또는 "테이크오프 라인"으로 언급됨) 사이에서 확실하게 제어되고, 따라서 진동 주파수가 안정되는 것을 의미한다. 예각 컷-백 각도(α)의 사용은 용탕과 노즐 사이의 최종 접촉점이 팁상에 고정위치, 즉 교차점(65)의 라인에 한정되는 것을 보장한다. 이 점(point)에서, 용탕 표면은 지지된 상태(노즐에 의해 지지됨)에서 미지지된 상태(메니스커스 형태)로 전환되며, 금속 표면상의 산화물막은 메니스커스가 진동할 때 이 라인을 따라 반복적으로 파열된다. 산화물 파열은 진동 주파수와 동일한 규칙적인 주기를 가지며, 작고 규칙적인 파괴가 일어나며, 따라서 정규의 최소 결함이 금속 표면상에 발생된다.

컷-백 각도(α)가 예각이 아니면(종래의 노즐 팁과 같이 90°), 메니스커스는 진동 동안 팁의 단부면(56)을 접촉할 수 있다. 이는 팁의 단부면에 산화물 위스커를 빠르게 형성하며, 이는 교차점 라인(65) 아래의 단부면(56)에 메니스커스의 접착을 일으킨다. 이 접착은 메니스커스의 규칙적이고 자유로운 진동을 변화시키며 방해한다. 그 결과, 산화물층의 파괴가 불규칙적이고 지연되며, 큰 표면결함이 얻어진다.

메니스커스 진동의 진폭은 관련된 어떤 주조 속도, 즉 더 높은 주조속도에서 큰 진폭이 마주치게 된다. 큰 진폭은 메니스커스가 노즐에 고정되는 것을 더욱 어렵게 할 수 있기 때문에 높은 주조 속도에서 각도 α를 감소시키는 것이 바람직하며, 75°미만의 각도가 높은 주조 속도에서 일반적으로 바람직하다. 한편, 컷-백 각도가 15°미만이면, 요구되는 강성 및 강도특성을 갖는 노즐 팁을 구성하는 것이 어렵게 된다.

거리(S)(메니스커스가 주조면을 접촉하는 포인트에서 "테이크오프 포인트"(65)와 주조 벨트의 주조면(61) 사이의 간격)는 주조공정의 실행에 영향을 미친다. 대부분의 합금 및 주조 공정에 대해, 거리(S)는 0.5 내지 3.0 mm의 범위이어야 한다. 거리(S)는 팁의 하부 벽(53)의 두께를 포함하기 포함하며, 따라서 이 두께는 또한 0.5 내지 3 mm 범위내일 필요가 있다. 거리(S)에 대한 가장 바람직한 간격은 1 ± 0.5 mm이다. 이는 예를 들면 팁에서 1 mm의 두께를 가지며, 리지다이저(rigidizer)로 약간 압축된 알루미늄-실리카 섬유판(예컨대, Fiberfrax®)으로 제조되는 측벽(53)에 의해 달성될 수 있다. 재료가 약간 압축되고, 사용 동안 열팽창에 의해 두께가 약간 변화될 때, 거리(S)는 측벽(53)과 주조면 사이에 형성하는 약간의 갭으로 약 1 mm에서 유지될 수 있다. 표시된 재료는 그의 좁은 두께에도 불구하고 충분한 강도 및 강성을 가지며, 또한 비교적 낮은 전도성이 바람직하다.

본 발명은 본 발명의 기술사상을 제한하지 않는 하기 실시예를 참조하여 더 상세히 기술된다.

실시예 1

서로다른 공급장치 팁 각도의 영향은 이동하는 수냉 벨트에 고정식 공급장치 팁으로부터 금속을 유동시키는 조건을 시뮬레이트하기 위해 슬라이딩 하부를 구비한 상부개방 박스를 사용하는 단일 몰드 평면(수냉됨)에서 연구되었다. 채용된 장치는 도 5(평면도) 및 도 6(수직 종단면도)에 개략적으로 도시되어 있다.

금속을 박스(70) 내로 쏟아붓고, 하부 플레이트(71)는 금속(75)이 이동 하부 플레이트로부터 시트 강 몰드(73)로 유동하도록 소정 속도 및 용탕 온도에서 수평으로 끌어당겼으며, 금속은 이동 하부 플레이트 쪽으로 점진적으로 응고되었다. 이동 하부 플레이트(얇은 슬라이드 형성)는 연속주조를 위해 사용된 공급장치 팁과 동일한 재료로 제조되었으며, 메니스커스 파괴 라인 및 다른 잉곳 표면 결함과 같은 응고된 금속상의 임의의 변화의 영향을 연구하기 위해, 우측 단부는 도 7A 내지 7D에 도시된 바와 같은 기하학으로 변화시켰다. 도 7A의 기하학은 75°의 컷-백 각도를 갖는 본 발명에 대응하는 것이다. 도 7B는 120°, 즉 본 발명 이외의 컷-백 각도를 갖는다. 도 7C는 내부 코너("테이크오프 포인트")에서의 각도가 120°인 복합면(compound surface)을 갖는다. 제 2 각도가 테이크오프 포인트를 형성하지 않기 때문에 제 2 각도는 메니스커스에 영향을 끼치지 않는다. 도 7D는 명확한 내부 코너 또는 "테이크오프 포인트"가 얻어지지 않는 만곡된 외면을 갖는다. 도 7B, 7C 및 7D의 모든 조건은 응고접합(solidification juncture)에서 바람직하지 않은 산화물 파괴가 얻어졌지만, 75°의 팁 절단 각도의 도 7A의 조건은 양호한 결 과를 부여하였다. 도 7A와 동일한 설계에 대해, 60 °및 30°로의 절단 각도 변경은 도 7A에 도시된 예리한 상부 가장자리에 의해 모두 양호한 결과를 얻었다.

실시예 2

일련의 주조는 다양한 컷-백 각도를 갖는 금속인도 노즐을 사용하여 실험실 규모의 벨트 주조기에서 실시되었다. 주물은 8 내지 10 meter/minute의 속도에서 알루미늄합금 AA5754 주물 10 mm 두께 주물을 사용하여 구리 벨트상에서 제조하였다. 생주물 스트립의 표면을 관찰하고 현미경 촬영하였다. 그 결과는 도 8 내지 도 12에 도시되어 있으며, 하기 표 1에 요약되어 있다.

컷-백 각도	도면 번호	관찰
93°	8	약 30 mm로 불규칙하게 이격된 산화물 띠형성 또는 절곡 심함
88°	9	약 30 mm로 불규칙하게 이격된 띠형성 및 절곡 산화물
78°	10	약 1 mm 간격의 규칙적인 미세 띠형성
48°	11	약 1 mm 간격의 규칙적인 미세 띠형성
33°	12	약 1 mm 간격의 규칙적인 미세 띠형성

본 발명의 각도 범위 이외의 93°및 88°의 컷-백 각도 및 상기 각도의 팁을 사용하는 시트 주물은 부적합한 산화물 절곡(oxide fold) 또는 띠형성((banding)을 나태낸다. 밴드의 30 mm의 거리는 약 4 내지 6 Hz의 주파수에 대응한다. 88°미만의 컷-백 각도는 무거운 밴드(heavy band)의 부재를 나타내며, 100 Hz 이상의 주파수에 대응하여 약 1 mm의 거리를 구비한 더욱 규칙적인 미세한 표면 마크를 표시한다.

Claims

연속주조기의 대면하는 주조면 사이에 형성된 몰드로 용탕을 인도하기 위한 공급장치에 있어서,

용탕접촉 내면, 외면, 및 상기 내면과 외면 사이에서 연장하는 팁의 극한 외측에서의 단부면이 제공된 하나 이상의 벽을 포함하는 돌출팁을 갖는 노즐을 구비하며,

상기 내면과 단부면은 라인으로 상호연결되며, 88°미만의 내재각을 형성하며,

상기 하나 이상의 벽은 상기 라인 근처에서 0.5 내지 3 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 내재각은 15°내지 85°인 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 내재각은 15°내지 80°인 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 내재각은 15°내지 75°인 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 내재각은 30°내지 70°인 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 두께는 1 ± 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 팁은 금속이송 채널을 가로질러 서로 대면하고 상기 금속접촉 내면과 서로 정렬된 2개의 상기 벽을 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 팁의 벽은 상기 극한 외측 쪽으로 연장하는 방향으로 서로 점점 멀어지는 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 벽은 약 8°의 각도로 상기 팁의 길이방향 축으로부터 점점 멀어지는 것을 특징으로 하는 용탕 공급장치.
연속주조기에 있어서,

주조 캐비티를 가로질러 서로 대면하는 한쌍의 무한 주조면;

동일 속도 및 동일 방향으로 상기 주조면을 이동시키기 위한 수단; 및

상기 주조 캐비티의 일단에서 주조 캐비티내로 용탕을 도입하기 위한 공급장치를 포함하며,

상기 공급장치는 용탕접촉 내면, 외면, 및 상기 내면과 외면 사이에서 연장하는 팁의 극한 외측에서의 단부면이 제공된 하나 이상의 벽을 포함하는 돌출팁을 갖는 노즐을 구비하며,

상기 내면과 단부면은 라인으로 상호연결되며, 88°미만의 내재각을 형성하며,

상기 하나 이상의 벽은 상기 라인 근처에서 0.5 내지 3 mm의 두께를 가지며,

상기 라인은 주조 동안 상기 주조면 중 하나의 인접한 주조면으로부터 0.5 내지 3 mm 범위내의 거리로 유지되는 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 10 항에 있어서,

상기 내재각은 15°내지 85°인 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 10 항에 있어서,

상기 내재각은 15°내지 80°인 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 12 항에 있어서,

상기 내재각은 15°내지 75°인 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 12 항에 있어서,

상기 내재각은 30°내지 70°인 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 10 항에 있어서,

상기 두께는 1 ± 0.5 mm인 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 12 항에 있어서,

상기 팁은 금속이송 채널을 가로질러 서로 대면하고 상기 금속접촉 내면과 서로 정렬된 2개의 상기 벽을 갖는 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 16 항에 있어서,

상기 팁의 벽은 상기 극한 외측 쪽으로 연장하는 방향으로 서로 점점 멀어지는 것을 특징으로 하는 연속주조기.
제 17 항에 있어서,

상기 벽은 약 8°의 각도로 상기 팁의 길이방향 축으로부터 점점 멀어지는 것을 특징으로 하는 연속주조기.
주조 금속 스트립 제품을 형성하기 위해 용탕을 연속 스트립주조하는 공정에 있어서,

상기 공정은

돌출 노즐 팁을 갖는 노즐로부터 하나 이상의 이동 주조면에, 공기와 접촉할 때 산화물층을 성장시키는 용탕을 공급하여, 상기 용탕이 팁의 극단과 주조면 사이에 금속 산화물의 표면코팅을 갖는 메니스커스를 형성하는 단계를 포함하며,

상기 용탕은 라인에서 상호연결되고 88°미만의 내재각을 형성하는 내면 및 단부면을 갖는 팁으로부터 공급되며,

상기 하나 이상의 벽은 상기 라인 근처에서 0.5 내지 3 mm의 두께를 가지며,

상기 팁은 주조 동안 상기 주조면 중의 하나의 주조면으로부터 0.5 내지 3 mm 범위내의 거리로 위치되는 것을 특징으로 연속주조공정.
제 19 항에 있어서,

상기 용탕과 팁 사이의 최종 접촉은 라인에서 상호연결되며 15°내지 80°범위로부터 선택된 내재각을 갖는 금속접촉 내면과 단부면을 팁에 제공하고, 상기 용탕을 상호연결된 상기 라인 위로 상기 주조면에 유동시키는 것에 의해 팁상의 고정된 위치에 한정되는 것을 특징으로 하는 연속주조공정.