KR20120072493A - 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐 및 그 용강 공급 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 공급하여 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치에 사용되고, 상부노즐과 하부노즐로 구분되는 침지노즐에 있어서, 상기 하부노즐의 내부에 수평방향으로 배플이 설치되고, 상기 배플의 하측 내부의 공간을 3등분하도록 수직 방향으로 2개의 격벽이 설치되며, 상기 배플의 하측에 다수의 측면 토출구가 형성되고, 상기 배플의 하측의 하부노즐 양단에는 에지 토출구가 형성되되, 상기 다수의 측면 토출구는 토출 각도가 에지댐 방향으로 향하도록 형성된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐과, 쌍롤식 박판 주조 장치의 상부노즐과 하부노즐로 구분되는 침지노즐의 용강 공급 방법에 있어서 상기 하부노즐의 내부에 수평방향으로 설치된 배플의 하측에 2개의 격벽에 의해 3등분된 내부 공간중에 중앙부로 공급되는 용강의 양을 전체의 15~25%가 되도록 하고, 상기 배플의 하측에 다수 형성되고 토출 각도가 에지댐 방향으로 향하도록 형성된 측면 토출구와, 상기 배플의 하측의 하부노즐 양단에 형성된 에지 토출구를 통해 용강을 토출시키되, 상기 에지 토출구를 통해 토출되는 용강의 양이 전체의 10~15%가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 용강 공급 방법을 제공한다.

Description

쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐 및 그 용강 공급 방법{SUBMERGED ENTRY NOZZLE OF TWIN ROLL STRIP CASTER AND METHOD FOR SUPPLYING MOLTEN METAL BY THAT SUBMERGED ENTRY NOZZLE}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐 및 그 용강 공급 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 공급하여 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치에 사용되고 상부노즐과 하부노즐로 구분되는 침지노즐과, 상기 침지노즐에 의한 안정된 용강공급을 통해 주편결함을 최소화하도록 한 용강 공급 방법에 관한 것이다.

쌍롤식 박판 주조 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(2)의 하부에 결합된 침지노즐(SUBMERGED ENTRY NOZZLE, 3)의 토출구(14)을 통해 반대방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤(1) 사이로 공급된 용강(4)이 한쌍의 주조롤(1)과 그 양측의 에지댐(6)에 의해 형성된 공간에 공급되어 용강풀을 형성하게 되고, 냉각수에 의해 수냉되는 한쌍의 주조롤(1)과 접촉된 용강은 상기 주조롤(1)의 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 주조롤(1)의 표면에서 급냉되어 응고셀(8)을 형성하게 되며, 이렇게 형성된 응고셀(8)은 주편(5)이되어 한쌍의 주조롤(1) 사이로 빠져나오게 된다.

또한, 상기 용강풀의 상측에는 대기와의 접촉에 의한 용강(4) 산화를 방지하기 위해 외부의 공기를 차단해주는 메니스커스실드(10)가 설치되고, 상기 메니스커스실드(10)에 설치된 가스공급노즐(11)을 통해 용강(4)의 표면으로 불활성 가스를 공급함으로써 용강(4)의 탕면이 불활성 분위기로 유지되도록 한다.

그리고, 침지노즐(3)에서 토출된 용강(4)은 운동량이 매우 커서 탕면을 크게 요동시키기 때문에 용강(4)의 유동을 제어하기 위하여 상기 메니스커스쉴드(10)에는 위어(12)를 설치한다.

이때, 이러한 쌍롤식 박판 주조 장치에는 용강풀을 형성하기 위해 턴디쉬(2)의 하부에 침지노즐(3)을 설치하는 바, 상기 침지노즐(3)은 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)로 구분되고, 상부노즐(3-1)을 통해 턴디쉬로부터 공급된 용강은 하부노즐(3-2)에 형성된 토출구(14)를 통하여 한쌍의 주조롤(1)과 에지댐(6) 사이에 형성된 공간에 용강을 토출시켜 공급하게 된다.

여기서, 가장 중요한 것은 주조롤(1)의 표면에서 성장하는 응고셀(8)이 주조롤의 폭방향으로 균일하게 응고되도록 하는 것인 바, 주조롤(1)의 에지부가 중앙부에 비하여 응고능이 취약하여 응고 건전성이 매우 떨어진다.

게다가, 쌍롤식 박판 주조 장치에서는 롤닢에서 상승하는 용강의 흐름이 발생하여 에지댐의 하부 지역이 용강의 온도가 낮은 상태로 존재할 확률이 매우 커지므로 고착된 스컬(skull)이 발생하여, 도 2 및 도 3의 사진에 나타난 바와 같이, 한쌍의 주조롤(1) 사이로 인출되는 주편(5)의 에지부에 찢김이 발생하거나 에지 단락이 발생되어 주조가 불안정해지고 실수율이 저하되는 문제가 있다.

더욱이, 고탄소를 함유하는 마르텐사이트계 스테인리스강의 제조시에는 고온 주조성이 매우 취약하여 이러한 현상이 다른 강종에 비하여 매우 빈번하게 발생하고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 내부구조와 토출구의 형상 및 용강 공급 방법을 개선하여 주조롤 폭방향으로 균일하게 용강을 공급함으로써 응고셀이 주조롤 폭방향에 걸쳐 균일하게 생성되도록 하여, 주편의 에지부에 찢김이나 에지 단락의 발생을 방지하여 주조 안정성과 실수율 향상이 가능한 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐 및 그 용강 공급 방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 공급하여 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치에 사용되고, 상부노즐과 하부노즐로 구분되는 침지노즐에 있어서, 상기 하부노즐의 내부에 수평방향으로 배플이 설치되고, 상기 배플의 하측 내부의 공간을 3등분하도록 수직 방향으로 2개의 격벽이 설치되며, 상기 배플의 하측에 다수의 측면 토출구가 형성되고, 상기 배플의 하측의 하부노즐 양단에는 에지 토출구가 형성되되, 상기 다수의 측면 토출구는 토출 각도가 에지댐 방향으로 향하도록 형성된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐을 제공한다.

이때, 상기 다수의 측면 토출구는 에지댐 방향으로 갈수록 상기 토출 각도가 순차적으로 증가하는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 토출각도는 최대 각도가 45~60°인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 쌍롤식 박판 주조 장치의 상부노즐과 하부노즐로 구분되는 침지노즐의 용강 공급 방법에 있어서, 상기 하부노즐의 내부에 수평방향으로 설치된 배플의 하측에 2개의 격벽에 의해 3등분된 내부 공간중에 중앙부로 공급되는 용강의 양을 전체의 15~25%가 되도록 하고, 상기 배플의 하측에 다수 형성되고 토출 각도가 에지댐 방향으로 향하도록 형성된 측면 토출구와, 상기 배플의 하측의 하부노즐 양단에 형성된 에지 토출구를 통해 용강을 토출시키되, 상기 다수의 측면 토출구의 총 토출면적은 16,000~20,000 mm²의 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 용강 공급 방법을 제공한다.

여기서, 상기 에지 토출구를 통해 토출되는 용강의 양이 전체의 10~15%가 유지되도록 하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 결국, 본 발명에 의하면, 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 내부구조와 토출구의 형상 및 용강 공급 방법을 개선하여 주조롤 폭방향으로 균일하게 용강을 공급함으로써 응고셀이 주조롤 폭방향에 걸쳐 균일하게 생성되도록 하여, 스컬 생성을 저감시키고, 주편의 에지부에 찢김이나 에지 단락의 발생을 방지하여 주조 안정성과 실수율이 크게 향상된다.

도 1은 쌍롤 박판 주조 장치의 개략도.
도 2는 종래 장치에 의해 주조시 주편 에지부의 찢김이 발생한 사진.
도 3은 종래 장치에 의해 주조시 주편 에지부의 에지 단락이 발생한 사진.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 침지노즐의 구성을 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 침지노즐의 토출구의 형상을 나타낸 부분 평면 절개도.
도 6은 침지노즐 Type에 따른 스컬 혼입 빈도를 나타낸 그래프.
도 7은 침지노즐 Type에 따른 주편의 에지 찢김과 에지 단락의 횟수를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명의 구성에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하의 첨부 도면의 설명에서 종래기술의 장치와 구성의 명칭이 동일한 명칭은 동일한 도면 부호를 사용하되, 다른 구성은 도면의 부호를 달리 기재하여 설명한다.

본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐은 크게 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)로 구분되고, 상기 상부노즐(3-1)은 상부가 턴디쉬(2)의 하부와 연결되고, 하부가 하부노즐(3-2)을 관통하여 일정 위치에 위치되도록 형성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하부노즐(3-2)은 내부가 상부커버(30)에 의해 완전 밀폐되어 산화 개재물을 제어하고, 상기 하부노즐(3-2)의 내부에는 수평방향으로 배플(20)이 설치된다. 상기 배플(20)에는 배플토출구가 형성되어 있고, 상부노즐(3-1)을 통해 공급된 용강이 난류성으로 인해 크게 요동되는 것을 안정되게 하부노즐(3-2)로 공급하도록 제어한다.

상기 배플(20)의 하측 내부의 공간에는 수직방향으로 2개의 격벽(50)이 설치되어 하부노즐 중앙부(40), 하부노즐 측면부(41,42)로 3등분되도록 구성함으로써 상부노즐(3-1)을 통해 공급되는 용강이 하부노즐(3-2)의 영역 중 격벽(50)에 의해 구획된 3등분된 공간으로 분산되도록 하여 토출되는 용강의 양을 조절할 수 있도록 한다.

상기 배플(20)의 하측에는 턴디쉬(2)로부터 유입된 용강을 롤섬프(rollsump)로 공급하기 위한 다수의 측면 토출구(60)가 형성되는 바, 상기 측면 토출구(60)는 주조롤(1)의 표면 쪽을 향하여 용강을 배출한다.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 측면 토출구(60)는 토출 각도(θ)가 에지댐 방향으로 향하도록 하고, 중앙을 기준으로 좌우 대칭되도록 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 바, 여기서, 상기 다수의 측면 토출구(60)는 에지댐 방향으로 갈수록 토출 각도(θ)가 순차적으로 증가하도록 형성되는 것이 바람직하다.

이는, 기존의 침지노즐의 측면토출구에는 토출 각도가 부여되지 않아서 주조롤의 표면에 엄청난 열충격을 주고, 에지댐 부분의 용강 온도가 낮은 상태로 유지되어 스컬(skull)이 자주 발생하는 문제가 있었는 바, 측면 토출구(60)는 토출 각도(θ)를 에지댐 방향으로 향하도록 하고, 바람직하게는 에지댐 방향으로 갈수록 토출 각도(θ)가 순차적으로 증가하도록 형성함으로써, 주조롤 표면에 토출 각도없이 토출되는 것에 비하여 열충격을 감소시킬 수 있고, 용강이 주조롤 표면에 짧은 거리로 공급되는 대신에 긴 거리로 공급됨으로써 토출 속도가 완화디어 주조롤 폭방향으로 균일하게 용강을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 주조롤의 에지부인 에지댐 부분에서의 스컬 생성도 억제되며, 탕면에서 발생하는 산화성 개재물의 제거도 용이하게 된다.

다만, 상기 측면 토출구(60)의 토출 각도(θ)는 최대 각도가 45~60°인 것이 바람직한 바, 상기 최대 각도의 범위를 초과하게 되면 용강의 불균일 공급을 초래하여 오히려 주조롤의 중앙부의 탕면에 스컬이 발생할 수 있는 문제가 있기 때문이다.

그리고, 상기 배플(20)의 하측의 하부노즐(3-2) 양단에는 에지 토출구(70)가 형성되어, 상기 에지 토출구(70)를 통해서도 용강을 롤섬프로 공급함으로써 스컬의 생성을 방지하고, 용강 공급의 균일성이 향상된다.

한편, 본 발명에 따른 침지노즐의 용강 공급 방법은 배플(20)의 하측에 2개의 격벽에 의해 3등분된 내부 공간중에 하부노즐 중앙부(40)로 공급되는 용강의 양이 전체의 15~25%가 되도록 하고, 하부노즐 측면부(41,42)로 공급되는 용강의 양이 75~85%가 되도록 하는 바, 이는 하부노즐 중앙부(40)로 공급되는 용강의 양을 크게 하는 경우, 상대적으로 토출 속도가 감소하게 되어 탕면의 전체 흐름 제어가 용이하지 못하게 되고, 주조롤에 국부적인 심한 열충격을 가하게 되어 주조롤 전폭에 걸쳐 균일한 고온의 용강을 공급하기 어렵기 때문이다.

또한, 토출 각도가 에지댐 방향으로 향하도록 형성된 다수의 측면 토출구(60)의 총 토출면적은 16,000~20,000 mm²의 범위로 유지하는 것이 바람직한 바, 측면 토출구(60)의 총 토출면적이 16,000mm² 미만이면 토출 유속이 증가하여 용탕의 탕면이 크게 요동치게 되어 주조롤 전폭에 걸쳐 균일한 용강 공급이 어려운 문제가 있고, 총 토출면적이 20,000 mm²를 초과하면 토출 유속이 감소하여 스컬 생성이 증가될 수 있는 문제가 있기 때문이며, 에지 토출구(70)를 통해서도 에지댐 방향으로 비교적 소량을 토출시킴으로써 주조롤의 에지부에 발생되는 스컬의 발생을 최소화할 수 있다.

또한, 에지 토출구(70)를 통해 토출되는 용강의 양은 전체의 10~15%가 유지되도록 하는 것이 바람직한 바, 토출량이 10% 미만인 경우에는 주조롤의 에지부에 스컬 생성이 증가할 수 있고, 토출량이 15%를 초과하는 경우에는 탕면의 전체 흐름 제어가 용이하지 못하게 될 수 있기 때문이다.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 하기의 공통조건과, 표 1에 나타난 침지노즐 Type에 따른 조건하에서 박판을 제조하였고, 그 결과를 스컬 혼입 빈도와 박판의 에지 찢김 및 에지 단락의 횟수에 대하여 각각 도 6 및 도 7에 나타내었다.

공통조건의 대상 강종은 중량%로 C:0.5%, Cr:13.5%, Ni.0.8%를 포함하는 마르텐사이트계 스테인리스강이고, 박판 사이즈는 두께 2.86mm×폭 1,340mm이며, 주조롤의 직경은 1,250mm, 주조롤의 폭은 1,340mm였다.

[표 1]

도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 측면 토출구의 토출 각도를 부여하지 않은 침지노즐 Type A와 B는 스컴 혼입 빈도가 가장 많이 발생하여 주편의 표면 결함에 의한 크랙 발생이 심한 문제가 있고, 박판의 에지 찢김과 에지 단락의 횟수도 가장 많아 주조 안정성이 상당히 감소한 것을 확인할 수 있다.

또한, 측면 토출구의 에지댐을 향한 토출 각도를 30°로 동일하게 형성한 경우에는 본 발명의 범위에 해당하는 침지노즐 Type C는 스컴 혼입 빈도나 박판의 에지 찢김과 에지 단락의 횟수가 급감하여 박판의 품질이 현저히 향상됨을 확인할 수 있었다.

다만, 침지노즐 Type D 내지 G는 측면 토출구의 토출각도가 본 발명의 범위에 해당되었지만, 침지노즐 Type D, G는 측면 토출구 총 토출면적이 과도하거나 적고, 침지노즐 Type E, F는 하부노즐 중앙부 공급 용강량이 매우 적거나 많아서 스컴 혼입 빈도와 박판의 에지 찢김과 에지 단락의 횟수가 침지노즐 Type A나 B보다는 감소하였으나, 실수율이 크게 증가하지는 못한 것을 확인할 수 있었다.

반면에, 다수의 측면 토출구의 토출각도를 에지댐 방향으로 갈수록 7~50°로 순차적으로 증가시키고, 하부노즐 중앙부 공급 용강량, 측면 토출구 총 토출면적 및 에지 토출구 토출 용강량이 본 발명의 범위에 포함되는 침지노즐 Type H는 스컴 혼입 빈도가 급감하였고, 박판의 에지 찢김과 에지 단락은 발생하지 않아서 박판의 품질이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.

물론 침지노즐 Type I, J는 에지 토출구의 토출 용강량이 너무 적거나 많아서 이로 인하여 스컬 생성이 다소 증가하거나, 탕면의 전체 흐름 제어가 다소 용이하지 못하여, 스컴 혼입 빈도와 박판의 에지 찢김과 에지 단락의 횟수가 감소하였지만 침지노즐 Type C나 H보다는 다소 증가하였음을 알 수 있었다.

결국, 본 발명에 의하면, 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 내부구조와 토출구의 형상 및 용강 공급 방법을 개선하여 주조롤 폭방향으로 균일하게 용강을 공급함으로써 응고셀이 주조롤 폭방향에 걸쳐 균일하게 생성되도록 하여, 스컬 생성을 저감시키고, 주편의 에지부에 찢김이나 에지 단락의 발생을 방지하여 주조 안정성과 실수율이 크게 향상되는 것이다.

1 : 주조롤 2 : 턴디쉬(tundish)
3 : 침지노즐(submerged entry nozzle) 3-1 : 상부노즐
3-2 : 하부노즐 4 : 용강
5 : 주편 6 : 에지댐
7 : 냉각수홀 8 : 응고셀
9 : 브러쉬롤 10 : 메니스커스실드
11 : 가스 공급 노즐 12 : 위어(weir)
14 : 토출구 20 : 배플(baffle)
30 : 상부커버 40 : 하부노즐 중앙부
41,42 : 하부노즐 측면부 50 : 격벽
60 : 측면 토출구 70 : 에지 토출구

Claims (7)

1. 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 공급하여 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 장치에 사용되고, 상부노즐과 하부노즐로 구분되는 침지노즐에 있어서,
   상기 하부노즐의 내부에 수평방향으로 배플이 설치되고,
   상기 배플의 하측 내부의 공간을 3등분하도록 수직 방향으로 2개의 격벽이 설치되며,
   상기 배플의 하측에 다수의 측면 토출구가 형성되고, 상기 배플의 하측의 하부노즐 양단에는 에지 토출구가 형성되되,
   상기 다수의 측면 토출구는 토출 각도가 에지댐 방향으로 향하도록 형성된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 측면 토출구는 에지댐 방향으로 갈수록 상기 토출 각도가 순차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐.
3. 제2항에 있어서,
   상기 토출각도는 최대 각도가 45~60°인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐.
4. 쌍롤식 박판 주조 장치의 상부노즐과 하부노즐로 구분되는 침지노즐의 용강 공급 방법에 있어서,
   상기 하부노즐의 내부에 수평방향으로 설치된 배플의 하측에 2개의 격벽에 의해 3등분된 내부 공간중에 중앙부로 공급되는 용강의 양을 전체의 15~25%가 되도록 하고,
   상기 배플의 하측에 다수 형성되고 토출 각도가 에지댐 방향으로 향하도록 형성된 측면 토출구와, 상기 배플의 하측의 하부노즐 양단에 형성된 에지 토출구를 통해 용강을 토출시키되,
   상기 다수의 측면 토출구의 총 토출면적은 16,000~20,000 mm²의 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 용강 공급 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 다수의 측면 토출구는 에지댐 방향으로 갈수록 상기 토출 각도가 순차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 용강 공급 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 토출각도는 최대 각도가 45~60°인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 용강 공급 방법.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 에지 토출구를 통해 토출되는 용강의 양이 전체의 10~15%가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조 장치의 침지노즐의 용강 공급 방법.

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