KR20100023741A

KR20100023741A - 마그네슘 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100023741A
Application number: KR1020090072482A
Authority: KR
Inventors: 한스-피터 포그트; 베른하르트 엥글
Original assignee: 엠지에프 마그네슘 플라흐프로덕트 게엠베하
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2010-03-04
Also published as: DE102008039140A1

Abstract

본 발명은 하나의 주조 갭(casting gap)(11)을 획정하는 2개의 주조 롤(8, 9) 사이에서 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융시킨 마그네슘 용탕(M)을 마그네슘 스트립(B)으로 연속 주조하는, 마그네슘 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법 및 장치를 통해, 후속 가공을 위해 최적화된 표면 상태를 갖는 마그네슘 열간 스트립을 간단한 방식으로 제조할 수 있다. 이는 주조 롤들(8, 9) 중 적어도 하나의 주연면(18, 19)에, 각각 주조된 마그네슘 용탕에 비해 불활성인 액화 가스의 흐름(G1, G2)이 분사됨으로써 달성된다.

마그네슘 스트립, 마그네슘 용탕, 주조 갭, 주조 롤, 불활성 액화 가스

Description

마그네슘 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A MAGNESIUM STRIP}

본 발명은, 하나의 주조 갭(casting gap)을 획정하는 2개의 주조 롤 사이에서 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융시킨 마그네슘 용탕을 마그네슘 스트립으로 연속 주조하는, 마그네슘 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

마그네슘은 밀도가 낮아서 중량도 매우 낮다. 그와 동시에, 마그네슘은 알루미늄의 강성에 필적하는 강성을 갖는다. 이러한 특성 조합으로 인해 마그네슘은 차체, 특히 자동차 차체의 구조물 영역, 특히 스트립이나 박판과 같은 평판 제품의 형태로 사용하기에 매우 적합하다.

마그네슘 박판을 경제적으로 제조할 수 있는 방법이 유럽 특허 제1 330 556 B1호에 개시되어 있다. 상기 특허 명세서에 개시된 방법에 따르면, 먼저 마그네슘 용탕이 최대 50 ㎜ 두께의 예비 스트립으로 주조된다. 주조될 용탕이 공기 중의 산소와 접촉되지 않도록 하기 위해, 통상 상기 용탕을 먼저 주조 용기 내로 넣는다. 이 주조 용기에는 주조 갭 내로 (용탕을) 공급하는 주조 노즐이 연결되어 있으며, 상기 주조 갭의 세로 측면들은 2개의 엇회전식 주조 롤에 의해 획정된다. 주조 갭 으로부터 방출되는, 거의 완전히 응고된 예비 스트립은 이어서 바로 주조 열에 노출되어 소정의 열간 압연 초기 온도에서 소정의 두께 감소를 고려하여 열간 압연 스트립으로 열간 압연된다. 이러한 프로세스의 특별한 장점은, 주조 열을 이용하여 예비 스트립의 열간 압연을 실시할 수 있기 때문에, 그렇지 않을 경우 요구되는 압연 온도로 재가열될 때 수반되는 비용이 절감될 수 있다는 것이다.

강과 철 125 (2005년) 제4호, 66 - 68페이지에 게재된 B. Engl의 논문, "마그네슘 평판 제품: 경제적인 제조 방법의 개발(Magesium-Flachprodukte: Wirtschaftliches Verfahren fuer industrielle Fertigung entwickelt)"에 보고된 바와 같이, 앞에서 요약한 방법은 실제 실험을 통해 입증되었다.

그러나 계속된 실험을 통해, 종래 방식으로 제조된 마그네슘 스트립은 대부분 자동차 차체 구조물의 영역에서 요구되는 엄격한 사양을 만족시키기엔 불충분한 표면 상태를 갖는 것으로 밝혀졌다.

대한민국 특허청에 의해 공개된, 대한민국 특허출원 제10 2006 0073345호의 초록에도 역시 마그네슘 박판을 압연하기 위한 장치가 기술되어 있는데, 여기서는 각각의 마그네슘 용탕이 전술한 방법으로 주조 노즐을 통해 2개의 엇회전식 주조 롤 사이의 주조 갭으로 유도되어 예비 스트립으로 주조된다. 이송 방향으로 주조 롤들의 전방 및 후방에는 가스 공급관 시스템에 접속된 가스 분사 노즐들이 제공되며, 이 가스 분사 노즐들은 주조 갭을 향하며, 주조 갭 내로 유입된 용탕 및 주조 갭으로부터 배출된 예비 스트립의 윗면과 밑면에 가스 흐름을 분사한다. 이러한 가스 분사는, 주조 갭 내로 유입되는 마그네슘 용탕 및 상기 주조 갭으로부터 방출되 는 뜨거운 예비 스트립을 주변 대기와의 접촉으로부터 보호하기 위해 실시된다. 이러한 방식으로, 제조된 마그네슘 스트립의 표면 상태가 개선될 수 있다고 되어 있다. 그러나 이러한 목적은 실제로는 달성될 수 없다. 오히려 주조 갭의 밀봉에도 불구하고, 제조된 마그네슘 평판 제품에서는 그러한 제품의 사용자에게 용인되지 않는 표면 결함이 나타난다.

마그네슘 용탕의 자유 표면에 불활성 가스를 도포함으로써 대기와의 접촉으로부터 보호한다는 발상 역시 유럽 특허 공개 공보 제1 584 387 A1호에 개시되어 있다. 본 종래 기술에 따르면, 주조 노즐로부터 방출되는 마그네슘 용탕은 최대한 빠르게 보다 두꺼운 슬래브 형태의 예비 재료로 응고되고, 바로 이어서 압연 단계를 거치도록 해야 한다. 이 경우, 용탕 용기 내부에 주조될 마그네슘 용탕의 흐름 방향으로 노즐 개구 바로 앞에 배치된 노즐을 통해, 상기 주조 노즐의 반대 방향을 향한 가스 흐름이 용탕 용기 내에 있는 용탕의 표면으로 분사된다. 이러한 방식으로 주변 대기가 용탕 용기 내로 유입되는 일이 방지된다. 주조 노즐로부터 방출되는 예비 재료의 응고를 가속하기 위해, 이송 방향으로 주조 노즐의 바로 뒤에 배치된 추가 노즐을 통해 냉각제가 공급된다. 냉각제로는 물이나 액체 질소가 사용될 수 있다. 이렇게 하여 제조된 예비 재료의 치수 가공 및 표면 가공은, 상기 재료로부터 차체 구조물에 적합한 마그네슘 평판 제품을 만들어내기 위해 복잡한 추가 조치들을 필요로 한다.

전술한 종래 기술에 근거하여 본 발명의 과제는, 후속 가공을 위해 최적화된 표면 상태를 갖는 마그네슘 열간 스트립을 간단하게 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1에 제시된 조치들이 수행됨으로써 해결된다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들은 청구항 1을 인용하는 항들에 언급된다.

장치와 관련한 전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 그러한 장치에 청구항 6에 제시된 특징을 부여할 것을 제안한다. 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들은 청구항 6을 인용하는 항들에 제시된다.

본 발명을 통해, 후속 가공을 위해 최적화된 표면 상태를 갖는 마그네슘 열간 스트립을 간단하게 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 하나의 주조 갭의 길이 측면들을 획정하는 2개의 주조 롤 사이에서 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융시킨 용탕을 연속 공정으로 주조하는 점에서 종래 기술과 일치한다.

본 발명에 따라 이제 주조 롤들 중 적어도 하나의 주연면에, 각각 주조된 용탕에 대해 불활성인 액화 가스의 흐름이 분사된다. 본 발명에 따른 장치에서는 이 에 상응하여, 주조 롤들 중 적어도 하나의 주연면으로 액화된 불활성 가스 흐름을 공급하기 위한 노즐이 제공된다.

그런데 본 발명에서는 가스 흐름이, 주조 갭 내로 유입되는 용탕 또는 주조 갭으로부터 방출되는 예비 스트립이 아닌 각 주조 롤의 주연면을 향한다. 액화될 때까지 냉각된 가스가 이러한 방식으로 공급됨으로써, 주조 프로세스에서 회전하는 주조 롤의 주연면 중 액상의 응집 상태(aggregate state)로 분사되는 극저온의 가스 흐름에 노출된 주연면이 국부적으로 매우 강력하게 급냉된다.

이러한 급냉으로 인해 각 주조 롤의 주연면에 달라붙어 있던, 주조된 마그네슘 스트립에 동반된 입자가 용해되어 제거된다. 그와 동시에, 주조 롤에 부딪치는 불활성 가스가 주조 롤의 주연면에 남겨진 마그네슘 점착물을 대기 중 산소에 의한 산화로부터 보호한다. 이러한 방식으로 주조 롤의 주연면은, 주조될 용탕과의 재접촉시 전반적으로 점착물 및 표면 산화물이 남지 않을 정도로 강력하게 세척된다. 그에 상응하여, 주조 갭으로부터 방출되는 예비 재료는 산화 응집물 또는 그 밖의 불규칙성(irregularity)이 최소로 감소된 깨끗한 표면을 갖는다.

본 발명에 따라 구성되고 작동되는 주조 장치의 주조 롤들 중 적어도 하나에 본 발명에 따라 가스를 공급하는 방법의 또 다른 긍정적 효과 중 하나는, 각각의 주조 롤에 부딪치는 액상의 가스가 주조 롤을 에워싸는 동시에 가열되어 기화됨으로써 주조 롤 전체 및 그 주변이 보호 가스로 둘러싸이게 된다는 점이다. 이러한 방식으로 주조 갭으로의 유입 영역 및 주조 갭으로부터의 방출 영역에서는, 주조 갭으로 유입되는 용탕 흐름 및 주조 갭으로부터 방출되는 예비 스트립의 노출된 표 면들의 산화가 억제됨으로써, 제조된 마그네슘 스트립의 표면의 최적화에 추가로 기여하는 분위기가 유지될 수 있다.

따라서 본 발명을 통해, 그 표면 상태와 관련하여 후속 가공을 위해 최적으로 준비된 주조 스트립을 간단하게 제조할 수 있게 하는 방법 및 장치가 모두 제공될 수 있다.

제조될 스트립에 대해 각기 요구되는 조건들에 근거하여, 경우에 따라서는 본 발명에 따라 구성되고 작동되는 주조기의 주조 롤들 중 하나에만 본 발명에 따른 방식으로 액상 가스 흐름을 분사하는 것으로 충분할 수 있다. 이는 예컨대 제조된 스트립의 한 쪽 면만 매우 높은 표면 품질을 가져야 하는 경우에 해당할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 공정에 의한 효과는, 양측 주조 롤의 주연면들에 본 발명에 따른 방식으로 액화된 불활성 가스가 분사되는 경우에 특히 확실하게 나타나게 된다.

실제 실험을 통해, 본 발명에 따른 목적을 위한 불활성 가스로 사용하기에 저가의 질소가 매우 적합한 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따른 액체 가스 분사의 최대한 균일한 효과를 보장하기 위해, 불활성 가스 흐름을 주조 롤의 전체 폭에 걸쳐 분포하도록 분사하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 본 발명에 따른 장치에서는 액화된 불활성 가스의 분사를 위해 마련된 노즐이 거의 각 주조 롤의 폭에 걸쳐 연장되는 노즐 개구를 가질 수 있다. 그 대안으로, 같은 목적으로, 액화된 불활성 가스의 분사를 위해 각 주조 롤의 폭에 걸쳐 분포 배치된 복수의 노즐을 제공하는 것도 가능하다.

각 주조 롤의 주연면들에 액화된 불활성 가스가 공급되는 공정은, 주조 갭에 도달하는 불활성 가스가 주조 갭으로 이르는 도중에 불가피하게 발생하는 가열로 인해 주조 갭에 도달하였을 때 가스 상태일 정도로 주조 갭으로부터 멀리 이격된 위치에서 실시되며, 그로 인해 본 발명에 따라 분사된 액체 가스 흐름으로부터 형성된 불활성 가스에 의해 주조 갭이 매우 확실하게 밀봉될 수 있다.

이하에서는 실시예를 개략적으로 도시한 도면을 토대로 본 발명을 더 상세히 설명한다.

생산 라인(1)은 이송 방향(F)으로 연속하여 일렬로 배치된 스트립 주조 장치(2), 구동 장치(3), 트리밍 전단기(trimming shear)(4) 및 권취 장치(5)를 포함한다.

스트립 주조 장치(2)는 본래 공지된 방식으로 설계되고, 용탕 용기(6)를 구비하며, 상기 용탕 용기로부터 마그네슘 용탕(M)이 주조 노즐(7) 내로 공급된다.

주조 노즐(7)의 입구는, 주조 노즐(7)로부터 배출되는 마그네슘 용탕(M)이 주조 갭(11) 내로 거의 수평으로 정렬되어 유입되도록, 주조 롤 스탠드(10)의 2개의 주조 롤(8, 9) 사이에 형성된 주조 갭(11) 내부로 배향된다.

주조 롤(8, 9)의 주연면들(18, 19)과 접촉되는 마그네슘 용탕(M)은 그곳에서 (도면에는 도시되지 않은) 쉘(shell)로 응고되고, 이어서 상기 쉘은 주조 갭(11)의 가장 좁은 지점에서 압착되어 마그네슘 스트립(B)을 형성한다.

주조 갭(11)을 벗어나는 마그네슘 스트립(B)이 적시에 방출되도록 하기 위해, 이송 방향(F)으로 주조 롤 스탠드(10)의 후방에 배치된, 역시 본래 공지된 방 식으로 형성된 구동 장치(3)가 제공된다.

상기 구동 장치(3)에 의해 마그네슘 스트립(B)이 이송 방향(F)으로 구동 장치(3)의 후방에 배치된 트리밍 전단기(4)를 통과하고, 상기 트리밍 전단기는 마그네슘 스트립(B)의 길이방향 가장자리의 트리밍을 수행한다.

트리밍 전단기(4)로부터 배출되는 마그네슘 스트립(B)은 역시 종래 방식으로 형성된 권취 장치(5)에 의해 감겨서 코일(C)을 형성한다.

주조 롤 스탠드(10) 내에서 주조 롤들(8, 9)의 상부 및 하부에는 각각 주조 롤들(8, 9)의 폭에 걸쳐 연장되며, 주조 롤들(8, 9)의 각 회전축(D)에 평행하게 위치되는 노즐 바아(12, 13)가 설치되며, 상기 노즐 바아는 공급라인(14)을 통해 액체 가스 공급부(15)와 접속된다. 액체 가스 공급부는 노즐 바아(12, 13)에 액화된 질소 가스를 공급한다.

노즐 바아(12, 13)의 노즐들(16, 17)은 각각 그들에 할당된 주조 롤들(8, 9)의 주연면(18, 19)으로부터 약간의 거리를 두고 배치되며, 관련 주연면(18, 19)을 향해 있다. 도면에 도시된 예의 경우, 노즐들(16, 17)이 거의 주조 롤들(8, 9)의 폭에 걸쳐 연장되는 노즐 개구를 가짐에 따라, 상기 노즐들(16, 17)로부터 각각 분사되는 액상의 불활성 가스 흐름(G1, G2)이 주조 롤들(8, 9)의 전체 폭에 걸쳐 균일하게 분산되도록 도포된다.

또는, 노즐 바아들(12, 13)에 주조 롤들(8, 9)의 폭에 걸쳐 균일하게 분포 배치된 복수의 노즐이 장착될 수도 있으며, 이 노즐들로부터 주조 롤들(8, 9)의 폭을 함께 커버하는 개별 가스 제트(gas jet)가 분사된다.

노즐 바아(12, 13)의 노즐(16, 17)로부터 분사되어, 주조 공정 중에 상호 엇회전하는 주조 롤들(8, 9)에 부딪치는, 마그네슘 용탕의 관점에서 불활성인 극저온 액화 질소 가스의 흐름(G1, G2)이 상기 노즐(16, 17) 하부에 각각 존재하는, 주조 롤(8, 9)의 주연 섹션들을 강력하게 급냉시킴으로써, 그곳에 붙어 있는 마그네슘 점착물이 벗겨져서 주조 롤들(8, 9)의 표면으로부터 제거된다. 그와 동시에, 주조 롤들(8, 9)을 향하는 가스 흐름(G1, G2)으로부터 각각 전반적으로 가스상인 질소 가스로 이루어진 보호 가스 커튼(S1, S2)이 형성되고, 이 보호 가스 커튼은 주조 롤들(8, 9)을 에워쌈으로써 표면에 남겨진 마그네슘 잔여물의 산화를 방지한다. 이러한 방식으로 세정되고 보호된 상태로, 주조 롤들(8, 9)의 주연면(18, 19)은 다시 마그네슘 용탕(M)과 접촉되며, 그 결과 주조 갭으로부터 배출되는 마그네슘 스트립 상에는, 만약 있다면 단지 최소한의 표면 불균일성이 발생할 뿐이다.

그와 동시에, 상기 질소 가스 커튼(S1, S2)은 주조 갭(11)의 유입 영역 및 방출 영역으로 주변 산소가 유입되지 않도록 함으로써, 상기 영역들에서도 마그네슘 재료의 산화가 효과적으로 억제된다.

코일(C)로 권취된 마그네슘 스트립(B)은 이러한 방식으로 후속 가공에 있어 최적의 표면 상태를 갖게 된다.

도면은 마그네슘 스트립(B)을 제조하기 위한 생산 라인(1)의 부분 측단면도이다.

1 마그네슘 스트립(B)을 제조하기 위한 생산 라인

2 스트립 주조 장치

3 구동 장치

4 트리밍 전단기

5 권취 장치

6 용탕 용기

7 주조 노즐

8, 9 주조 롤

10 주조 롤 스탠드

11 주조 갭

12, 13 노즐 바아

14 공급라인

15 액체 가스 공급부

16, 17 노즐들

18, 19 주조 롤들(8, 9)의 주연면

B 마그네슘 스트립

C 코일

D 주조 롤들(8, 9)의 각 회전축

F 이송 방향

G1, G2 액상의 불활성 가스 흐름

M 마그네슘 용탕

S1, S2 보호 가스 커튼

Claims

하나의 주조 갭(casting gap)(11)을 획정하는 2개의 주조 롤(8, 9) 사이에서 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융시킨 마그네슘 용탕(M)을 마그네슘 스트립(B)으로 연속 주조하는, 마그네슘 스트립을 제조하기 위한 방법에 있어서,

주조 롤들(8, 9) 중 적어도 하나의 주연면(18, 19)에, 각각 주조된 마그네슘 용탕에 대해 불활성인 액화 가스의 흐름(G1, G2)이 분사되는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 두 주조 롤(8, 9)의 주연면들(18, 19)에 각각 하나의 액화 불활성 가스 흐름(G1, G2)이 분사되는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 불활성 가스로서 질소가 사용되는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 주조 롤(8, 9)의 주연면들(18, 19)에 불활성 가스 흐름이 상기 주조 롤의 전체 폭에 걸쳐 분포하도록 분사되는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각 주조 롤(8, 9)의 주연면들(18, 19)에 액화된 불활성 가스가 공급되는 공정은, 주조 갭(11)에 도달하는 불활성 가스가 주조 갭(11)에 도달할 때에 가스 상태가 되도록 주조 갭(11)으로부터 멀리 이격된 위치에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 방법.
하나의 주조 갭(11)을 획정하는 2개의 주조 롤(8, 9)과, 상기 주조 갭(11) 내로 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 용융시킨 마그네슘 용탕(M)을 유도하기 위한 장치를 구비한, 마그네슘 스트립(B)을 제조하기 위한 장치에 있어서,

주조 롤들(8, 9) 중 적어도 하나의 주연면(18, 19)에 액화된 불활성 가스의 흐름(G1, G2)을 분사하기 위한 노즐(16, 17)이 제공된 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 장치.
제6항에 있어서, 상기 노즐(16, 17)은 거의 각 주조 롤(8, 9)의 폭에 걸쳐 연장되는 노즐 개구를 갖는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 장치.
제6항에 있어서, 불활성 액화 가스의 분사를 위해 각 주조 롤(8, 9)의 폭에 걸쳐 분포 배치된 복수의 노즐이 제공된 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 주조 롤(8, 9)에는 가스 흐름(G1, G2)의 분사를 위한 노즐(16, 17)이 할당된 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 장치.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 노즐들(16, 17)은, 상기 노즐(16, 17)로부터 분사되는 액화된 불활성 가스 흐름(G1, G2)이 주조 갭(11)에 도달할 때에 가스 상태가 되도록 주조 갭(11)으로부터 이격 배치된 위치에 각각 설치된 것을 특징으로 하는, 마그네슘 스트립의 제조 장치.