KR20100077261A - 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템 및 그 시스템에 의해표면처리된 주조롤 - Google Patents

박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템 및 그 시스템에 의해표면처리된 주조롤 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템 및 그 시스템에 의해 표면처리된 주조롤에 관한 것으로, 마스킹 막이 형성된 주조롤의 표면에 레이저를 조사하여 패터닝함에 의해 식각할 부위의 마스킹 막을 선택적으로 제거하는 레이저 장치와; 상기 레이저장치에 의해 패터닝된 주조롤을 회전시키면서 주조롤의 표면에 에칭액을 분사하여 마스킹 막이 제거된 부위를 식각시켜 딤플을 형성하는 에칭 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템 및 그 시스템에 의해 표면처리된 주조롤에 관한 것이다. 본 발명은 인쇄된 필름의 부착 및 감광현상 단계 없이 레이저 패터닝 후 에칭 처리함으로써 공정 단축이 가능하고 주조롤의 표면 형상에 관계없이 균일한 깊이의 가공이 가능하며 스패터의 발생이 없는 효과를 얻을 수 있다.
박판, 표면처리, 주조롤, 마스킹 막, 딤플, 레이저, 에칭, 식각

Description

박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템 및 그 시스템에 의해 표면처리된 주조롤{SURFACE TREATMENT SYSTEM FOR CASTING ROLL OF STRIP CASTING AND CASTING ROLL TREATED THEREBY}
본 발명은 박판주조용 주조롤 표면처리 시스템 및 그 시스템에 의해 표면처리된 주조롤에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융 금속을 두 개의 주조롤 사이로 주입하여 접촉을 통해 급속응고시켜 박판을 제조할 때 주편의 표면 균열을 방지하고 광택도를 향상시키기 위해 박판주조용 주조롤의 표면에 일정 깊이의 무늬를 효율적으로 가공하는 박판주조용 주조롤 표면처리 시스템 및 그 시스템에 의해 표면처리된 주조롤에 관한 것이다.
도 1은 종래기술의 일반적인 쌍롤형 박판주조 장치의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래기술의 일반적인 쌍롤형 박판주조 장치(스트립 캐스팅 장치)는 용강을 노즐(4)을 통해 두 개의 롤(1)(1')과 롤 측면에 부착된 에지댐(2)으로 형성되는 공간에 공급하여 용강풀(8)이 형성되게 한 후 두 개의 롤(1),(1')을 회전시키면서 롤과 용강의 접촉을 통해 주조롤 내부로의 열유출(heat flux)에 의해 용강을 급속응고시켜 주편(7)을 제조한다.
상술한 바와 같은 종래기술의 쌍롤형 박판주조 장치에 의해 제조된 주편(7)은 2 ~ 6 mm 정도로 얇은 주편이기 때문에 초기에 형성된 응고쉘(shell)은 주편의 표면 성상에 큰 영향을 미친다. 즉, 용강과 주조롤이 접촉되는 시간이 매우 짧기 때문에 응고쉘의 두께가 불균일하게 되어 주편 표면에 균열(크랙)이나 겹침흠 등 결함이 발생하게 되며, 이로 인해 후속되는 압연 공정에 나쁜 영향을 미치고, 최종 제품의 표면 광택이 저하되어 제품 가치가 떨어지게 된다.
따라서 스트립 캐스팅 공정에서 주편 표면의 균열 등의 결함을 제거하기 위하여 주편의 열응력을 효과적으로 분산시킬수 있도록 다양한 방법에 의해 주조롤의 표면에 딤플(dimple)을 가공하는 주조롤의 표면처리가 필수적인데, 이러한 딤플 형성에 의하여 냉각롤과 응고쉘과의 사이에 단열층인 개스갭(gas gap)을 형성하여 냉각롤의 췌열량(heat extraction)을 작게 하여 응고쉘의 완만한 냉각을 유도함과 동시에 딤플의 주연부(dimple(凹)의 테두리부)에서부터 응고가 시작되도록 하여 응고쉘의 두께를 균일하게 하는 것이다.
일본 공개특허공보 소60-184449호에 딤플을 형성하는 방법으로 쇼트 블라스트(shot blast), 포토에칭(photo etching), 레이저 가공 등이 개시되어 있다. 다만, 상기 가공 방법들에 의해 형성된 딤플은 그 크기와 형상에서 차이가 있고, 효과도 상이하기 때문에 최근에는 쇼트 블라스팅과 포토에칭의 혼합된 형태 또는 쇼트 블라스팅과 레이저 가공의 혼합된 하이브리드(hybrid) 형태가 적용되고 있다.
도 2는 쇼트 블라스팅 방법에 의한 스토캐스틱(stochastic) 표면 구조(a)와 결정적(deterministic) 표면구조의 일반 형상(b)을 나타낸 도면이고, 도 3은 쇼트 블라스팅과 레이저 가공이 결합된 하이브리드 롤 표면처리 방법에 의한 표면 구조의 형상을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 쇼트 블라스트 방법은 비교적 직경이 크고 깊은 딤플을 스토캐스틱 구조(stochastic structure)를 갖도록 하는데 유리하고, 도 3에 도시된 바와 같은 상대적으로 크기가 작은 미세 딤플(minor dimple)보다는 주딤플(major dimple)을 가공, 형성하는데 적합하다.
포토에칭 방법은 일본 특개평 2-295647호에 개시되어 있는데, 주조롤 표면에 마스킹 수지를 도포하고 그 위에 패턴이 인쇄된 필름을 감아 밀착시켜 자외선을 조사하여 선택적으로 마스킹 수지를 경화시킨 후 에칭액을 처리하여 식각하여 경화되지 않은 부위의 수지를 제거한다. 그러나 상기 포토 에칭 방법의 경우 마스킹 수지 필름을 주조롤 표면에 부착하여 감광 및 현상하는 공정을 거치기 때문에 특성상 암실 작업이 필수적이며, 주조롤 표면이 필름이 밀착되어 불필요한 빛이 새어 들어가지 않도록 매끈해야한다는 기술적 제약이 존재한다.
대한민국 공개특허 제668126호에는 C02 레이저를 이용하여 주조롤 표면을 가공하는 레이저 가공 방법이 개시되어 있지만, 상기 공개특허의 경우에는 집광에 의해 에너지를 집중시켜 주조롤 표면을 용융시킬 때 초점 거리가 맞지 않아 용융깊이가 얕아지게 되어 큰 편차가 발생하게 되는 문제와, 레이저에 의해 용융되고 남은 용융 금속 찌꺼기인 스패터(spatter)들이 미세 딤플 주위에 뭉쳐서 형성되어 주조롤 표면의 균열을 발생시키는 큰 문제가 있다.
즉, 레이저 가공 방법은 딤플 가공시 레이저빔이 소재의 표면에서 높은 에너지 강도를 얻기 위해 렌즈를 이용해 집속된 상태도 소재에 조사되고, 소재 표면에 조사되는 레이저빔은 소재의 반사율에 따라 일부 반사되고 나머지 에너지는 표면에서부터 빛의 세기가 지수적으로 감소하면서 소재에 흡수된다. 소재에 흡수된 빛에너지는 열에너지로 변환되면서 소재의 온도를 증가시키고 소재에 열영향부를 형성한다. 대부분의 경우 레이저 빛의 강도가 메가와트 이상이므로 레이저 스팟(spot)에 가까운 영역에서는 급속한 온도 상승과 함께 소재의 용융, 증발 등이 일어나 딤플 어블레이션(ablation)이 가능하게 된다.
도 4은 레이저빔 가공시 스패터(spatter) 및 드레그(dregs) 발생원리를 나타내는 개념도이고, 도 5는 딤플 가공 표면부에 형성된 스패터 및 드레그 형상을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 어블레이션(ablation)에 의해 소재 표면의 온도는 수백에서 수천도까지 급속히 상승하며 소재 표면의 온도가 증발점 이상으로 상승하면 액체상태 재료의 증발과 함께 표면에서의 포화증기압도 급속히 상승하며 고출력 펄스레이저 가공의 경우 보통 수십 기압 이상까지 상승한다. 증기의 분출과 함께 증기에 의해 소재 표면에 작용하는 압력을 반발압력이라고 하며 반발압력의 크기는 포화증기압의 약 0.56배로 매우 크며, 이러한 반발압력에 의해 딤플 기저부의 용융액이 바깥 표면으로 배출되면서 일부는 딤플 주연부 또는 딤플-딤플 사이 표면에 스패터(spatter) 또는 드레그(dregs)로 잔존하게 되어 도 5에 도시된 바와 같이 미세 딤플과 미세 딤플과의 사이에는 용융금속이 잘 접촉될 수 있도록 평편한 면이 되어야 함에도 불구하고 상기의 스패터 또는 드레그가 부착되어 주편의 열응력을 효과적으로 분산시킬 수 없는 표면 형상을 갖게 된다. 즉, 주조롤의 표면을 레이저 가공법으로 딤플 가공하는 경우에 있어서, 레이저 어블레이션(ablation)되면서 형성되는 반발압력에 의해 딤플 기저부의 용융액이 바깥 표면으로 배출되면서 생성되는 딤플 주연부 또는 딤플-딤플 사이의 표면에 스패터, 드레그가 부착되고 이로 인해 주편의 열응력을 효과적으로 분산시킬 수 없을 뿐만 아니라 상기 스패터, 드레그로 인하여 주조롤의 표면에 균열이 유발되는 문제가 있는 것이다.
도 6은 스패터나 드레그 제거를 위해 과도한 압하력으로 브러쉬롤을 작동시킨 경우의 예를 나타낸 도면인데, 이렇게 과도한 브러쉬롤 작동에 의해 선상 결함이 나타나게 되면 주편 표면에 결함을 유발하게 된다.
대한민국 공개특허 제721862호에는 스패터 또는 드레그 등의 부착물을 주조롤의 표면 손상없이 손쉽게 제거하기 위하여 주 딤플(major dimple)이 형성된 롤 표면에 이형 기능이 있는 윤활제를 분사하고, 상기 윤활제가 분사된 주로롤의 표면에 레이저 가공에 의해 미세 딤플을 형성시킨 후 상기 스패터 또는 드레그 등의 부착물을 브러쉬롤로 브러슁(brushing)하여 제거하는 방법이 개시되어 있으나, 그 효과가 미미하여 부착물의 완벽한 제거가 어렵고 인화성이 있어 레이저 가공시 위험한 작업이 되는 문제가 있으며, 일반적으로 스패터와 같은 부착물은 주조롤의 표면층에서 용융되었다가 재부착, 급냉되었기 때문에 접착력이 커서 브러쉬롤에 의한 제거가 어렵거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 제거를 하더라도 잔존하는 스패터들은 재질적으로 내구성이 약하여 주조시 탈락이나 주조롤의 표면이 손상되어 균열이 발 생되는 문제가 있다.
따라서, 이러한 균열이 하나만 있더라도 주조롤의 수명에 악영향을 미치기 때문에 스패터의 일부 제거가 아닌 근원적인 차단이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 인쇄된 필름의 부착 및 감광현상 단계 없이 레이저 패터닝함으로써 공정을 단축시키고 작업성을 증가시키며, 상기 레이저 패터닝후 에칭액을 분사하여 식각시켜 딤플을 형성시키므로 주조롤의 표면 형상에 관계없이 균일한 깊이의 가공이 가능하며 스패터의 발생이 없는 주조롤 및 그 표면처리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 마스킹 막이 형성된 주조롤의 표면에 레이저를 조사하여 패터닝함에 의해 식각할 부위의 마스킹 막을 선택적으로 제거하는 레이저 장치와; 상기 레이저장치에 의해 패터닝된 주조롤을 회전시키면서 주조롤의 표면에 에칭액을 분사하여 마스킹 막이 제거된 부위를 식각시켜 딤플을 형성하는 에칭 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 레이저장치는 레이저를 발생시키는 레이저 발생부와, 발생된 레이저를 전송하는 레이저 전송부와, 전송된 레이저를 출력하는 레이저 헤드부와, 상기 레이저 헤드부를 작업위치로 이송시키는 이송부와, 모터를 이용하여 주조롤을 원하는 속도로 회전시키기 위한 주조롤 회전부와, 상기 주조롤의 회전정보 및 상기 레이저 헤드부의 위치를 실시간으로 입력받아 레이저의 출력 위치 및 시간을 결정하는 중앙제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 레이저 발생부는 펄스당 0.1 ~ 4mJ 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 레이저 헤드부는 초점심도가 4 mm 이상인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 레이저 헤드부는 출력 펄스를 펄스 반복 주파수 10 ~ 200 ㎑ 의 범위로 방출하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 주조롤 회전부는 상기 주조롤의 회전속도가 0.1 ~ 50 rpm 범위에서 가변 가능한 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 주조롤 회전부는 상기 주조롤의 가감속시 최소 1 round/sec2 이상의 가속도를 갖는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 중앙제어부는 상기 이송부가 주조롤 표면과 평행 방향인 수평이동시 10 ㎛ 이하, 수직이동시 1 ㎛ 이하의 정밀도를 구비하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명은 상기 주조롤 회전부의 일측에 장착되어 1회전당 2만 펄스 이상의 분해능을 구비하며, 상기 주조롤의 위치 및 속도 정보를 상기 중앙제어부로 전송하는 엔코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 레이저장치는 레이저 조사 후 주조롤 표면으로부터 떨어지는 마스킹 막 분진을 수집하는 집진기가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 레이저장치의 레이저 매질은 Nd-YVO4 또는 Nd-YAG인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 에칭 장치는 주조롤의 원통부를 밀폐하여 거치하기 위한 개폐가능한 내산챔버와, 상기 내산챔버에 거치된 주조롤을 회전시키기 위한 구동장치와, 상기 주조롤의 원통부에 에칭액을 분사하기 위해 주조롤 표면으로부터 거리를 두고 배치된 다수개의 노즐파이프상에 길이방향으로 다수 설치된 분사노즐을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 분사노즐은 상기 주조롤의 원통부 표면과의 사이의 거리를 항상 일정하게 유지시켜 주는 자동 높낮이 조정 장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 분사노즐과 주조롤의 원통부의 표면과의 사이의 거리는 50 ~ 300 mm인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 구동장치는 회전속도가 1 ~ 120 rpm의 범위인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 에칭 장치는 에칭액을 가열할 수 있는 가열장치가 구비된 에칭액 탱크를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 노즐파이프에 0.1~15 ㎏f/㎟의 압력으로 에칭액을 가압 공급하기 위한 내산 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 내산챔버의 내부에 형성되어 상기 분사노즐을 통해 주조롤의 표면에 분사된 에칭액을 집수하여 상기 에칭액 탱크로 회수후 순환시키는 집수구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명은 상기 딤플 형성후 주조롤의 표면에 남은 마스킹 막을 제거하기 위한 탈막장치가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명은 상기 레이저의 조사 전에 상기 주조롤의 표면에 마스킹 막을 도포하여 피막을 형성시키는 마스킹 막 도포장치가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면 처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 마스킹 막 도포장치는 UV 파장의 레이저에서 Nd-Yag 레이저의 파장 길이까지의 빛에 감응하는 고분자 수지를 주조롤 표면에 10 ~ 500 ㎛의 두께로 도포한 후 건조하여 마스킹 막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 박판 주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명의 주조롤의 표면에 주 딤플을 형성하기 위한 쇼트 블라스팅, 포토 에칭, 레이저 가공방법 중에서 선택된 1가지 방법에 의한 장치와; 상기 주 딤플상에 마스킹 막을 도포하여 피막을 형성시키는 마스킹 막 도포장치와; 상기 마스킹 막이 형성된 주조롤의 표면에 레이저를 조사하여 패터닝함에 의해 식각할 부위의 마스킹 막을 선택적으로 제거하는 레이저 장치와; 상기 레이저장치에 의해 패터닝된 주조롤을 회전시키면서 주조롤의 표면에 에칭액을 분사하여 마스킹 막이 제거된 부위를 식각시켜 미세 딤플을 형성하는 에칭 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한, 본 발명은 상기 미세 딤플 형성후 주조롤의 표면에 남은 마스킹 막을 제거하기 위한 탈막장치가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템이 포함된다.
또한 본 발명은 주편의 표면 균열을 방지하기 위해 주조롤의 표면에 딤플이 다수 형성되어 있는 박판주조용 주조롤에 있어서, 상기 주조롤의 표면에 주 딤플이 형성되고, 상기 주 딤플상에 주 딤플보다 크기가 작은 미세 딤플이 다수 형성되며, 상기 미세 딤플의 주연부 또는 미세 딤플과 미세 딤플 사이의 표면에 레이저 에너지에 의해 용융된 딤플 기저부의 용융금속이 바깥 표면에 부착, 응고되어 생성되는 스패터(spatter)가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 미세 딤플은 서로 접하여 선 또는 면이 형성되며, 상 기 선이나 면의 주연부나 선과 선 사이 또는 면과 면 사이의 표면에 스패터가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 주 딤플은 쇼트 블라스팅이나 포토에칭 또는 레이저 가공 또는 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤이 포함된다.
또한, 본 발명은 상기 미세 딤플과 미세 딤플 사이의 수평피치 및 수직피치가 0.05 ~ 1 mm 인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤이 포함된다.
또한, 본 발명은 상기 선과 선 사이 또는 면과 면 사이의 수평피치 및 수직피치가 0.05 ~ 1 mm 인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 미세 딤플은 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤이 포함된다.
또한, 본 발명의 상기 선 또는 면은 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤이 포함된다.
본 발명은 인쇄된 필름의 부착 및 감광현상 단계 없이 레이저 패터닝 후 에칭 처리함으로써 공정 단축과 우수한 작업성을 제공하고 주조롤의 표면 형상에 관계없이 균일한 깊이의 가공이 가능하며 스패터의 발생이 없는 효과를 얻을 수 있다.
이하 첨부도면을 참고하여 본 발명에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 쌍롤식 박판주조장치의 주조롤 표면을 처리하는 단계를 나타낸 것이다.
도 7에 나타난 바와 같이, 주조롤은 마스킹 막을 도포하기 전에 주조롤의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 전처리가 행해진다. 따라서 마스킹 막이 주조롤의 표면에 결함없이 균일하게 부착되어 에칭액으로부터 주조롤 표면을 보호할 수 있는 피막을 형성하게 된다.
상기 전처리가 수행된 후, 마스킹 피막 재료로 상온에서 경화가 가능한 액상의 광경화성 포토레지스트 수지 또는 내산성 마스킹 도료를 스프레이 분사장치 등을 이용하여 주조롤 표면에 고르게 도포하고 상온에서 방치하여 도포된 마스킹 수지가 막으로 형성되도록 건조한다. 따라서 에칭액에 반응하지 않는 막 형성이 가능한 액상의 수지를 사용하기 때문에 주조롤 표면의 형상에 상관없이 상기 수지를 균일한 두께로 도포할 수 있다.
상기 마스킹 막을 도포하는 장치는 UV 파장의 레이저에서 Nd-Yag 레이저의 파장 길이까지의 빛에 감응하는 고분자 수지를 주조롤 표면에 10 ~ 500 ㎛의 두께로 도포한 후 건조하여 마스킹 막을 형성시키는 것이 바람직하다. 두께가 10 ㎛ 미만인 경우에는 고압의 에칭액에 의해 마스킹막이 손상 탈락될 우려가 있고, 두께가 500 ㎛를 초과하는 경우에는 가공시 주변 마스킹막에 균열 발생 등의 우려가 있기 때문이다.
주조롤의 표면에 마스킹 막이 형성되면 레이저장치를 이용하여 식각될 부위의 마스킹 막만을 제거하게 된다. 상기 레이저 장치는 선택적으로 마스킹 막만을 제거함으로써 종래 에칭방법에서 빛의 흡수 방지를 위해 필수적으로 요구되었던 필름부착에 따른 매끄러운 주조롤 표면이 필요없다는 점과 감광 후 현상 및 암실작업 등이 생략될 수 있어 시간상 공간상의 제약을 피해 공정이 간소하게 되고 작업성이 우수하게 된다.
다음으로 레이저장치에 의해 패터닝된 주조롤 표면에 에칭액을 분사하여 마스킹 막이 제거된 부분이 식각되어 미세 딤플이나 상기 미세 딤플이 서로 접하여 선(line) 또는 면(area)이 형성되게 된다. 따라서 종래 레이저를 이용하여 직접 주조롤의 표면을 가공하는 경우에 문제되는 스패터(spatter)가 형성되지 않게 된다.
마지막으로 상기 식각된 주조롤 표면에 남아 있는 마스킹 막을 제거하기 위한 탈막장치에 의한 탈막 및 표면을 세정하는 등의 마무리단계를 거치게 된다.
도 8은 본 발명의 주조롤의 표면을 가공하기 위한 레이저장치를 나타낸 것이다. 상기 레이저장치는 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(40)와, 발생된 레이저를 전송하는 레이저 전송부와, 전송된 레이저를 출력하는 레이저 헤드부(20)와, 상기 레이저 헤드부를 작업위치로 이송시키는 이송부(30)와, 모터를 이용하여 주조롤을 원하는 속도로 회전시키기 위한 주조롤 회전부(10)와, 상기 주조롤의 회전정보 및 상기 레이저 헤드부의 위치를 실시간으로 입력받아 레이저의 출력 위치 및 시간을 결정하는 중앙제어부(50)로 구성되어 있다.
상기 레이저 발생부(40)는 20 ~ 60 W의 평균출력의 레이저를 발생시키고, 상 기 레이저 전송부는 상기 발생된 레이저를 광케이블 또는 관을 통해 레이저 헤드부(20)로 전송한다.
상기 레이저 헤드부(20)는 상기 전송된 레이저를 Q스위치 또는 포컬옵틱(focal optic)을 통해 레이저를 출력한다. 특히 Q스위치는 상대적으로 고전력의 피크 출력 펄스를 반복해서 방출시키는 장치로서 제어 신호에 의해 ON과 OFF로 스위칭 되며, 이로 인하여 Q스위치는 OFF 주기 동안에 레이저 빔을 방출한다. 상기 레이저 헤드부는 상기 주조롤의 표면과의 간격이 레이저 초점거리에서 +/- 2 mm 이내로 벗어나 있더라도 균일한 결과가 나와서 균일한 미세 딤플을 형성할 수 있도록 초점심도(depth of focus)가 4 mm 이상을 갖는다.
상기 이송부(30)는 상기 레이저 헤드부(20)를 작업위치로 이송시키는 역할을 하고, 상기 주조롤 회전부(10)는 10 KW 이상의 출력을 갖는 서보(servo) 모터 또는 스핀들(Spindle) 모터를 이용하여 주조롤을 원하는 속도로 회전시킨다. 상기 주조롤 회전부(10)는 주조롤 회전축과 엔코더 회전축 사이에 최소 10대 1 이상의 회전 기어비를 이용하여, 최소 분해능이 1 펄스당 10㎛이내가 보장되도록 하고, 주조롤의 회전속도가 0.1 ~ 50rpm까지 변속이 가능하며, 가감속시 최소 1 round/sec2 이상의 가속도를 갖도록 할 수 있다. 회전속도나 가속도가 너무 느리면 작업 효율이 감소하고, 회전속도가 너무 빠르면 레이저 출력 제어가 어렵기 때문에 상기 회전속도와 상기 가속도에 의하여 원하는 크기의 미세 딤플을 보다 정밀하게 형성시키는 것이다.
상기 중앙제어부(50)는 상기 주조롤의 회전정보 및 상기 레이저 헤드부(20)의 위치를 실시간으로 입력받아 레이저의 출력 위치 및 시간을 결정한다. 상기 중앙제어부(50)는 상기 이송부(30)가 주조롤 표면과 평행 방향인 수평이동시에는 레이저 헤드부(20)의 반사렌즈의 각도를 조절하고, 레이저 헤드부(20)를 이송하는 이송부(30)를 정밀 제어하여 10 ㎛ 이하의 정밀도를 갖도록 하여 주조롤의 표면에 식각되는 각각의 무늬가 가로방향으로 겹치거나 너무 떨어지지 않고 정확하게 이어지게 하고, 주조롤의 표면과 수직 방향으로 이동시 1회전당 2만 펄스 이상의 분해능을 갖는 엔코더(60)를 이용하여 주조롤의 회전축과 엔코더의 회전축 사이에 최소 10 대 1 이상의 기어비를 통해 주조롤의 표면에 수직방향에 대한 정보가 1 ㎛ 이하의 분해 정밀도로 입력되어 세로방향의 라인 무늬도 이어진다.
한편, 본 발명에는 상기 주조롤 회전부의 일측에 장착되어 1회전당 2만 펄스 이상의 분해능을 구비하며, 상기 주조롤의 위치 및 속도 정보를 상기 중앙제어부로 전송하는 엔코더(encorder)(60)가 더 포함될 수 있는데, 상기 엔코더(60)는 주조롤 표면에 정확하게 레이저가 조사될 수 있도록 1회전당 2만 펄스 이상의 분해능을 갖고 있고, 엔코더(60)가 상기 주조롤의 위치 및 속도 정보를 상기 중앙제어부(50)로 전송해 주면, 상기 중앙제어부(50)는 상기 주조롤의 위치, 속도 및 레이저 헤드부(20) 위치를 실시간으로 입력받아 레이저의 출력 시점을 결정하게 된다.
상기 레이저장치는 레이저 조사 후 주조롤의 표면으로부터 떨어지는 마스킹 막 분진을 수집하는 집진기(미도시)가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템을 포함하는데, 레이저에 의해 주조롤의 표면 으로부터 탈락되는 마스킹 막 분진들이 다시 주조롤의 표면에 부착되어 에칭 공정시 패턴에 따라 식각되는 것을 방해하므로 즉시 제거할 필요가 있다. 그러므로 집진기는 레이저 조사가 진행되는 경우 주조롤의 표면에 근접하여 마스킹 막 분진을 흡입하여 포집하게 된다.
상기 레이저장치의 레이저 매질은 Nd-YVO4 또는 Nd-YAG인 것이 바람직한데, 단결정에 작은 양의 Nd(Neodymium) 원자를 첨가시킨 레이저봉을 발진 매질로 한다. 상기 매질은 전자가 전위를 바꿀 수 있는 활성화 원자인 Nd가 YAG라는 단결정내에 소량 첨가되어 있고, 그 무게의 약 1% 정도가 Nd 원자로서 단결정은 Nd 원자를 균일하게 분포시켜, 레이저 방출시 목적 부위의 위치가 보다 정확하게 체크되면서 작업성 및 장치의 조작성이 향상된다.
한편, 레이저 발생부(40)에 의해 펄스당 0.1~4mJ 에너지가 발생하고, 상기 주조롤 회전부(10)에 의해 주조롤은 0.1 ~ 50 rpm으로 회전하며, 상기 주조롤의 표면에 가로 1~10cm, 세로 2㎜~10cm 크기의 사각형 구간에 대하여 최대 2초 이내에 마스킹 막을 제거하게 된다. 상기 펄스당 에너지가 0.1mJ 미만이 되면 마스킹 막이 원활히 제거되지 않고 4mJ 가 초과되면 마스킹 피막 하부에 있는 주조롤 표면층도 깎여서 주변 마스킹 막까지 손상되어 균일한 미세 딤플을 형성할 수 없게 되기 때문이다.
상기와 같이 주조롤 표면의 마스킹 막의 사각형 구간을 최대 2초 이내에 제거하기 위해서는 펄스 반복 주파수가 10 ~ 200㎑ 인 것을 특징으로 하는데, 펄스 반복 주파수가 10kHz 미만인 경우에는 정확한 위치에 레이저를 주사할 수 있어 품 질이 우수하게 되나 생산성이 떨어지게 되고, 펄스 반복 주파수가 200kHz를 초과하게 되면 생산성은 향상되나, 잘못된 위치에 레이저가 주사되어 품질에 문제가 생길 수 있다. 따라서 상기의 범위내의 펄스 반복 주파수를 사용함에 의해 생산성과 품질 모두를 만족시킬 수 있게 된다.
본 발명의 상기 에칭 장치는 주조롤의 원통부(200)를 밀폐하여 거치하기 위한 개폐가능한 내산챔버(70)와, 상기 내산챔버에 거치된 주조롤을 회전시키기 위한 구동장치(80)와, 상기 주조롤의 원통부(200)에 에칭액을 분사하기 위해 주조롤 표면으로부터 거리를 두고 배치된 다수개의 노즐파이프(110)상에 길이방향으로 다수 설치된 분사노즐을 포함하여 구성되어 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 에칭 장치를 나타낸 것이다. 상기 에칭장치는 상부에 개폐문(90)이 설치되어 있어 주조롤의 장착이 용이하고 상기 개폐문(90)을 개폐시키기 위한 개폐축(130)과 상기 개폐문(90)을 회전시키는 실린더(120)가 설치되어 있다. 상기 주조롤의 원통부(200)를 장입시켜 안전하게 에칭 처리하기 위한 내산챔버(70)가 구비되어 있고 상기 내산챔버(70)의 상부에는 주조롤의 원통부(200)가 거치 된다. 상기 내산챔버(70)에 거치된 주조롤의 원통부(200)을 구동시키기 위한 구동장치(80)도 별도로 구비된다. 또한 상기 주조롤에 에칭액을 분사하기 위해
주조롤 표면으로부터 거리를 두고 배치된 다수개의 노즐파이프(110)상에 길이방향으로 분사노즐이 다수 설치되어 균일하게 에칭액이 주조롤에 분사되게 된다.
상기 각 분사노즐에는 주조롤의 원통부(200) 표면과의 사이의 거리가 항상 일정하게 유지시킬 수 있도록 자동으로 높낮이를 조정할 수 있는 장치가 부착되어 있는데, 상기 각 분사노즐마다 자동 높낮이 조정 장치가 구비됨에 의하여 보다 균일하고 정밀하게 에칭액을 주조롤의 원통부(200)에 분사시킬 수 있어 에칭 효과를 높일 수 있다.
상기 에칭 장치에는 에칭액을 가열할 수 있는 가열장치가 구비된 에칭액 탱크가 포함되는데 에칭 효과를 높이기 위함이다.
상기 분사노즐은 내산펌프를 통해 노즐파이프(110)로 0.1~15kgf/mm2으로 가압 공급하여, 주조롤 표면의 식각부위와 에칭액의 접촉시간을 최대한 크게 할 수 있게 한다.
회전하는 주조롤 표면에 분사된 에칭액은 챔버 내 집수구(미도시)를 통해 에칭액 탱크로 회수되어 순환된다.
또한, 상기 구동장치(80)는 1 ~ 120 rpm 까지 원하는 회전속도로 구동시킬 수 있는데, 회전속도가 너무 느리면 에칭 효율이 감소하고, 회전속도가 너무 빠르면 에칭 장치의 제어가 어렵기 때문에 액칭액의 농도 또는 식각 정도에 따라 상기 범위 내에서 회전속도를 설정하여 보다 정밀한 작업이 가능하게 된다.
또한, 상기 분사노즐이 주조롤의 표면에 너무 가까이 위치하게 되면, 과도한 에칭액 분사 및 고압의 에칭액에 의해 마스킹막이 손상 탈락될 우려가 있고, 너무 떨어져 있으면 에칭 효율이 떨어지고, 균일한 깊이의 에칭이 어렵기 때문에 분사노즐은 주조롤의 표면에서 50 ~ 300㎜ 떨어져 위치해 있도록 하여 에칭액이 주조롤 표면에 가장 효율적으로 분사시킬 수 있게 한다.
본 발명은 주조롤의 표면에 주 딤플을 형성하기 위한 쇼트 블라스팅, 포토 에칭, 레이저 가공방법 중에서 선택된 1가지 방법에 의한 장치와; 상기 주 딤플상에 마스킹 막을 도포하여 피막을 형성시키는 마스킹 막 도포장치와; 상기 마스킹 막이 형성된 주조롤의 표면에 레이저를 조사하여 패터닝함에 의해 식각할 부위의 마스킹 막을 선택적으로 제거하는 레이저 장치와; 상기 레이저장치에 의해 패터닝된 주조롤을 회전시키면서 주조롤의 표면에 에칭액을 분사하여 마스킹 막이 제거된 부위를 식각시켜 미세 딤플을 형성하는 에칭 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템을 제공한다.
상기 주 딤플 형성 장치는 쇼트 블라스팅, 포토 에칭, 레이저 가공방법 중 어느 것이나 가능하다.
또한, 주 딤플상에 마스킹 막을 도포하여 피막을 형성시키는 마스킹 막 도포장치는 마스킹 피막 재료로 상온에서 경화가 가능한 액상의 광경화성 포토레지스트 수지(LPR) 또는 내산성 마스킹 도료를 스프레이 분사장치 등을 이용하여 주조롤 표면에 고르게 도포하고 상온에서 방치하여 도포된 마스킹 수지가 막으로 형성되도록 건조한다. 따라서 에칭액에 반응하지 않는 막 형성이 가능한 액상의 수지를 사용하기 때문에 주조롤 표면의 형상에 상관없이 상기 수지를 균일한 두께로 도포할 수 있게 된다.
한편, 상기 레이저 장치와 에칭 장치 이외에도 식각된 주조롤 표면에 남아 있는 마스킹 막을 제거하기 위해 탈막장치가 더 포함되어 구성된다.
본 발명은 주편의 표면 균열을 방지하기 위해 주조롤의 표면에 딤플이 다수 형성되어 있는 박판주조용 주조롤에 있어서, 상기 주조롤의 표면에 주 딤플이 형성되고, 상기 주 딤플상에 주 딤플보다 크기가 작은 미세 딤플이 다수 형성되며, 상기 미세 딤플의 주연부 또는 미세 딤플 사이의 표면에 레이저 에너지에 의해 용융된 딤플 기저부의 용융금속이 바깥 표면에 부착, 응고되어 생성되는 스패터(spatter)가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤을 제공한다.
상기 주 딤플은 쇼트 블라스팅이나 포토에칭이나 레이저 가공 또는 청구항 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 미세 딤플이나 선 또는 면은 청구항 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 한다. 따라서 쇼트 블라스팅 등의 방법에 의해 주 딤플이 형성된 주조롤의 표면에 상술한 레이저장치와 에칭 장치를 포함하여 이루어진 청구항 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 표면처리 시스템에 의해 미세 딤플 또는 선이나 면을 가공함에 의해 레이저에 의해 용융되고 남은 용융 금속 찌꺼기인 스패터의 발생하지 않도록 하여 주조롤의 표면의 균열을 방지할 수 있다.
또한, 상기 미세 딤플은 서로 접하지 않게 형성될 수도 있지만, 딤플과 딤플이 서로 접하여 선(line)을 형성하기도 하고, 일정 범위의 면(area)을 형성할 수도 있다. 주조롤과 용강의 접촉을 통한 응고시, 일부 금속에 있어서는 개스(gas)가 주딤플과 응고쉘 사이에 포집되어 열팽창하게 되면 응고쉘의 표면에 기포로 인해 움푹 들어간 덴트(dent) 결함이 발생하게 되는데, 이러한 덴트 결함은 이후 압연공정에서 제거되지 않고 판파단을 조장하거나 제품의 품질을 떨어뜨리게 된다. 따라서 주딤플상에 선(line)이나 면(area)을 형성시켜 통로를 만들어 줌으로써 포집된 개스(gas)가 배출될수 있도록 하여 상기 덴트 결함을 방지할수 있다.
상기 미세 딤플이 서로 접하지 않게 형성되는 경우에는 상기 미세 딤플과 미세 딤플 사이, 그리고 상기 미세 딤플이 서로 접하여 형성되는 경우에는 상기 선과 선 사이 또는 면과 면 사이의 수평피치 및 수직피치가 0.05 ~ 1mm 인 것이 미세 딤플을 보다 효율적으로 분산 형성시킴에 의하여 주편 표면의 균열을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 상기 수평피치 및 수직피치가 0.05mm 미만인 경우에는 딤플의 단면적이 증가하여 용강과 주조롤의 접촉 불량으로 인해 냉각 속도가 저하되어 결정입경이 조대화되고 자기특성이 저하되는 문제가 발생하며, 1mm 초과인 경우에는 응고쉘의 완만한 냉각을 유도하기 어렵고, 응고쉘의 두께를 불균일하게 되는 문제가 발생한다.
다만, 일부 금속에 대해서는 응고시 용융금속에서 배출되거나 주조롤과 응고쉘 사이에 포집되어 들어간 가스에 의한 주편 표면의 결함을 방지하기 위하여 상기 피치를 0.05 ~ 2mm로 형성할 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 자세히 설명한다.
[실시예]
종례예로서, 딤플이 형성된 주조롤 표면에 레이저장치를 이용하여 직접 미세 딤플을 형성하게 하였다. 도 14는 레이저장치를 이용하여 주조롤 표면에 직접 선(line)을 가공한 후의 모습을 나타낸 것이고, 도 15는 도 14의 깊이 프로파일을 나타낸 그림이다. 도 14와 도 15에 도시된 바와 같이, 선(line) 주변에는 금속용융 찌꺼기인 스패터(15)가 형성되어 있어 미세 딤플의 형상이 왜곡되어 있음을 알 수 있었다.
또한, 도 22는 종례예로서, 쇼트 블라스팅을 이용하여 주조롤 표면에 딤플을 형성시키고 레이저장치를 이용하여 직접 선(line)을 형성시킨 주조롤의 표면을 나타낸 그림이다. 도 23은 또 다른 종례예로서, 쇼트 블라스팅을 이용하여 주조롤 표면에 요철 등을 형성시키고 레이저장치를 이용하여 직접 미세 딤플이 가공된 주조롤 표면을 나타낸 그림이고, 도 24는 도 23의 주조롤 표면을 부분 확대한 그림이다. 도 22 내지 24에 나타난 바와 같이, 상기 종래예는 레이저장치를 직접 사용하여 미세 딤플 등을 가공하여 딤플 주위에 스패터(15)가 발생하고 깊이가 균일하지 못한 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템을 통해 스패터가 없는 균일한 가공이 가능한 지 확인하기 위하여, 먼저 전처리장치를 이용하여 주조롤 표면을 탈지하고 수세하여 건조하였다. 다음으로 마스킹 막 도포를 위해 액상 마스킹 수지 분사장치를 이용하여 전처리된 주조롤 표면에 마스킹 수지를 도포한 후 상온에서 건조하여 마스킹 피막이 형성되도록 하였다. 다음으로 레이저 매질이 Nd-YVO4인 레이저를 이용하여 폭 0.5㎜, 피치 0.8㎜의 라인으로 마스킹 막을 제거하였다.
상기 레이저 패터닝 된 주조롤을 광노출하에 이동시킨 다음에 주조롤을 일정속도로 회전시키면서 2.2kg/㎡으로 가압한 에칭액을 600초간 주조롤 표면에 분사하였다. 이후, 수산화나트륨 용액 등의 염기성 용액을 이용하여 주조롤 표면에 남아 있는 마스킹 막을 제거하고, 수세 및 건조 등의 마무리단계를 실시하였다. 도 11은 본 발명의 주조롤 표면이 레이저장치에 의해 패터닝된 것을 나타낸 모습으로서 식각될 부분(11)과 식각외 부분(12)으로 나뉘어져 있다. 도 12는 에칭에 의해 본 발명의 최종 단계를 마친 주조롤 표면을 3차원 표면 측정장치를 이용하여 측정한 모습으로서, 식각된 부분(13)과 식각 안 된 부분(14)이 명확히 구분이 되어 스패터가 형성되지 않음을 확인할 수 있으며, 도 13은 도 12의 깊이 프로파일로 에칭 깊이는 평균 129.4㎛, 표준편차 1.5㎛로 균일한 깊이를 보여주고 있다.
도 16은 레이저장치를 이용하여 육각 패턴으로 마스킹 수지를 패터닝한 그림이고, 도 17은 도 16의 패터닝된 주조롤을 에칭하여 육각 패턴으로 선(line)이 형성된 모습을 나타낸 것으로서, 식각된 부분(13)과 식각되지 않은 부분(14)이 명확히 구분 가능하여 스패터가 형성되지 않음을 알 수 있었다.
도 18은 본 발명의 또 다른 예를 나타낸 것으로, 쇼트 블라스팅 된 주조롤 표면에 본 발명의 표면처리 시스템을 이용하여 주조롤의 표면에 선(line)을 형성한 것을 나타낸 그림이다. 도 19는 본 발명의 또 다른 예로, 쇼트 블라스팅 된 주조롤 표면에 본 발명의 표면처리 시스템을 이용하여 주조롤 표면에 미세 딤플(16)을 가공한 것이고, 도 20은 도 19를 3차원 표면측정장치를 이용하여 측정한 그림이며, 도 21은 도 20을 부분 확대한 그림이다. 도 18 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명은 쇼트 블라스팅 등에 의해 주조롤의 표면에 딤플이 있는 경우에도 스패터가 발생하지 않고 균일한 크기와 깊이의 미세 딤플(16) 및 선(line)이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
결국, 본 발명은 주조롤 표면에 도포된 마스킹 막을 레이저에 의해 직접적으 로 제거하기 때문에, 마킹패턴이 인쇄된 필름을 부착할 필요가 없어 주조롤 표면 형상에 상관없이 표면처리가 가능하고, 감광 및 현상공정이 없어 공정이 단축된다. 또한, 레이저 패터닝 후 바로 에칭 공정을 수행함으로써 균일한 깊이의 가공이 가능하며 스패터가 발생하지 않아 형상이 왜곡됨 없이 원하는 형상으로 가공이 가능하다.
도 1은 종래기술의 일반적인 쌍롤형 박판주조 장치의 개략도
도 2는 쇼트 블라스팅 방법에 의한 스토캐스틱(stochastic) 표면 구조도(a)와 결정적(deterministic) 표면구조의 일반 형상도(b)
도 3은 쇼트 블라스팅과 레이저 가공이 결합된 하이브리드 주조롤 표면처리 방법에 의한 표면 구조의 형상도
도 4는 레이저빔 가공시 스패터(spatter) 및 드레그(dregs) 발생원리를 나타내는 개념도
도 5는 딤플 가공 표면부에 형성된 스패터 및 드레그 형상도
도 6은 과도한 압하력으로 브러쉬롤을 작동시킨 경우의 선상 결함을 나타낸 그림
도 7은 본 발명의 박판주조용 주조롤 표면 처리 공정도
도 8은 본 발명의 주조롤 표면처리용 레이저장치의 개략도
도 9는 본 발명의 주조롤 표면처리용 에칭장치의 개략도
도 10은 본 발명의 주조롤 표면처리용 에칭장치의 측면도
도 11은 본 발명의 마스킹 막이 레이저장치에 의해 제거된 주조롤 표면그림
도 12는 본 발명의 에칭 단계 후 주조롤 표면그림
도 13은 도 12의 에칭 단계 후 주조롤 표면의 깊이 프로파일그림
도 14는 종례예인 레이저로 직접 선(골) 가공한 주조롤의 표면그림
도 15는 도 14의 주조롤 표면의 깊이 프로파일그림
도 16은 본 발명의 레이저장치에 의해 육각 패턴으로 마스킹 막이 제거된 주조롤 표면그림
도 17은 본 발명의 에칭 단계 후 육각 패턴으로 선이 가공된 주조롤의 표면그림
도 18은 본 발명의 숏 블라스팅 가공 후 선(골) 가공을 한 주조롤 표면그림
도 19는 본 발명의 숏 블라스팅 가공 후 딤플 가공을 한 주조롤 표면그림
도 20은 본 발명의 숏 블라스팅 가공 후 딤플 가공을 한 주조롤 표면의 3차원 사진
도 21은 도 19의 주조롤 표면의 부분 확대그림
도 22는 종례예로 숏 블라스팅 후 레이저장치로 직접 선(골) 가공을 한 주조롤의 표면그림
도 23은 종례예로 숏 블라스팅 후 레이저장치로 직접 딤플 가공을 한 주조롤의 표면그림
도 24는 도 23의 주조롤 표면의 부분 확대그림
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1, 1'. 주조롤 2. 에지댐
4. 노즐 7. 주편
8. 용강풀
10. 주조롤 회전부 11. 식각될 부분
12. 식각외 부분 13. 식각된 부분
14. 식각 안 된 부분 15. 스패터
16. 미세 딤플 20. 레이저 헤드부
30. 이송부 40. 레이저 발생부
50. 중앙제어부 60. 엔코더
70. 내산챔버 80. 구동장치
85. 내산펌프 90. 개폐문
100. 쌍롤형 박판주조장치 110. 노즐파이프
120. 실린더 130. 개폐축
200. 주조롤의 원통부

Claims (30)

  1. 마스킹 막이 형성된 주조롤의 표면에 레이저를 조사하여 패터닝함에 의해 식각할 부위의 마스킹 막을 선택적으로 제거하는 레이저 장치와;
    상기 레이저장치에 의해 패터닝된 주조롤을 회전시키면서 주조롤의 표면에 에칭액을 분사하여 마스킹 막이 제거된 부위를 식각시켜 딤플을 형성하는 에칭 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저장치는 레이저를 발생시키는 레이저 발생부와, 발생된 레이저를 전송하는 레이저 전송부와, 전송된 레이저를 출력하는 레이저 헤드부와, 상기 레이저 헤드부를 작업위치로 이송시키는 이송부와, 모터를 이용하여 주조롤을 원하는 속도로 회전시키기 위한 주조롤 회전부와, 상기 주조롤의 회전정보 및 상기 레이저 헤드부의 위치를 실시간으로 입력받아 레이저의 출력 위치 및 시간을 결정하는 중앙제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 발생부는 펄스당 0.1 ~ 4mJ 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 헤드부는 초점심도가 4 mm 이상인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 헤드부는 출력 펄스를 펄스 반복 주파수 10 ~ 200 ㎑ 의 범위로 방출하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 주조롤 회전부는 상기 주조롤의 회전속도가 0.1 ~ 50 rpm 범위에서 가변 가능한 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 주조롤 회전부는 상기 주조롤의 가감속시 최소 1 round/sec2 이상의 가속도를 갖는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 중앙제어부는 상기 이송부가 주조롤 표면과 평행 방향인 수평이동시 10 ㎛ 이하, 수직이동시 1 ㎛ 이하의 정밀도를 구비하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  9. 제2항에 있어서
    상기 주조롤 회전부의 일측에 장착되어 1회전당 2만 펄스 이상의 분해능을 구비하며, 상기 주조롤의 위치 및 속도 정보를 상기 중앙제어부로 전송하는 엔코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 레이저장치는 레이저 조사 후 주조롤 표면으로부터 떨어지는 마스킹 막 분진을 수집하는 집진기가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 레이저장치의 레이저 매질은 Nd-YVO4 또는 Nd-YAG인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 장치는 주조롤의 원통부를 밀폐하여 거치하기 위한 개폐가능한 내산챔버와, 상기 내산챔버에 거치된 주조롤을 회전시키기 위한 구동장치와, 상기 주 조롤의 원통부에 에칭액을 분사하기 위해 주조롤 표면으로부터 거리를 두고 배치된 다수개의 노즐파이프상에 길이방향으로 다수 설치된 분사노즐을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 주조롤의 원통부 표면과의 사이의 거리를 항상 일정하게 유지시켜 주는 자동 높낮이 조정 장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분사노즐과 주조롤의 원통부의 표면과의 사이의 거리는 50 ~ 300 mm인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 구동장치는 회전속도가 1 ~ 120 rpm의 범위인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 에칭 장치는 에칭액을 가열할 수 있는 가열장치가 구비된 에칭액 탱크를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 노즐파이프에 0.1~15 ㎏f/㎟의 압력으로 에칭액을 가압 공급하기 위한 내산 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 내산챔버의 내부에 형성되어 상기 분사노즐을 통해 주조롤의 표면에 분사된 에칭액을 집수하여 상기 에칭액 탱크로 회수후 순환시키는 집수구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 딤플 형성후 주조롤의 표면에 남은 마스킹 막을 제거하기 위한 탈막장치가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 레이저의 조사 전에 상기 주조롤의 표면에 마스킹 막을 도포하여 피막을 형성시키는 마스킹 막 도포장치가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박 판주조용 주조롤의 표면 처리 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 마스킹 막 도포장치는 UV 파장의 레이저에서 Nd-Yag 레이저의 파장 길이까지의 빛에 감응하는 고분자 수지를 주조롤 표면에 10 ~ 500 ㎛의 두께로 도포한 후 건조하여 마스킹 막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  22. 주조롤의 표면에 주 딤플을 형성하기 위한 쇼트 블라스팅, 포토 에칭, 레이저 가공방법 중에서 선택된 1가지 방법에 의한 장치와;
    상기 주 딤플상에 마스킹 막을 도포하여 피막을 형성시키는 마스킹 막 도포장치와;
    상기 마스킹 막이 형성된 주조롤의 표면에 레이저를 조사하여 패터닝함에 의해 식각할 부위의 마스킹 막을 선택적으로 제거하는 레이저 장치와;
    상기 레이저장치에 의해 패터닝된 주조롤을 회전시키면서 주조롤의 표면에 에칭액을 분사하여 마스킹 막이 제거된 부위를 식각시켜 미세 딤플을 형성하는 에칭 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 미세 딤플 형성후 주조롤의 표면에 남은 마스킹 막을 제거하기 위한 탈 막장치가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템.
  24. 주편의 표면 균열을 방지하기 위해 주조롤의 표면에 딤플이 다수 형성되어 있는 박판주조용 주조롤에 있어서,
    상기 주조롤의 표면에 주 딤플이 형성되고, 상기 주 딤플상에 주 딤플보다 크기가 작은 미세 딤플이 다수 형성되며, 상기 미세 딤플의 주연부 또는 미세 딤플과 미세 딤플 사이의 표면에 레이저 에너지에 의해 용융된 딤플 기저부의 용융금속이 바깥 표면에 부착, 응고되어 생성되는 스패터(spatter)가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 미세 딤플은 서로 접하여 선 또는 면이 형성되며, 상기 선이나 면의 주연부나 선과 선 사이 또는 면과 면 사이의 표면에 스패터가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 주 딤플은 쇼트 블라스팅이나 포토에칭 또는 레이저 가공 또는 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 미세 딤플과 미세 딤플 사이의 수평피치 및 수직피치가 0.05 ~ 1 mm 인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 선과 선 사이 또는 면과 면 사이의 수평피치 및 수직피치가 0.05 ~ 1 mm 인 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 미세 딤플은 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 선 또는 면은 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 박판주조용 주조롤의 표면처리 시스템에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 박판주조용 주조롤.
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