KR20130041927A - 스트립 주조용 용탕 공급 시스템 - Google Patents

스트립 주조용 용탕 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

분출 부재, 특히 노즐(9)을 포함하여, 용융 금속을 수평식으로 스트립 주조하기 위한 용탕 공급 시스템은, 분출 부재의 영역에 분출 부재를 가열하기 위한 가열 장치(21, 22; 28)가 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

스트립 주조용 용탕 공급 시스템{MELT CHARGING SYSTEM FOR STRIP CASTING}
본 발명은, 분출 부재(run-out element), 특히 하기에서 "노즐"로 지칭되는, 용융 금속의 자유 월류(free overflow)를 위한 주조 노즐을 포함하여, 용융 금속을 수평식으로 스트립 주조하기 위한 용탕 공급 시스템에 관한 것이다.
직접 스트립 주조(Direct Strip Casting) 및 BCT(밴드 주조 기술; Band Casting Technology)로서도 지칭되는 금속의 수평식 스트립 주조 공정은 예컨대 강재(steel)에서 예컨대 오프라인 또는 인라인 압연 공정과 조합되는 최종 치수에 가까운 주조 공정과 함께 이용된다. 이 경우 성형 또는 압연 단계의 목적은 두께 압하일 뿐 아니라 조직 재구조화, 다시 말해 재결정화이다. 이 경우 중요한 사항은 강 합금을 위한 열연 광폭 스트립의 제조에 맞춰 설정된 공정이다.
스트립 주조 시에 용강은, 그에 상응하게 형성된 노즐을 포함하는 공급 시스템을 통해서, 하부로부터 물로 냉각되는 순환식 컨베이어 벨트 상으로 공급된다. 수평식 스트립 주조 시에 용탕 추가 공급은 용탕 분배 용기(melt dispensing vessel) 또는 용탕 공급 시스템을 통해 이루어진다. 이 경우 용탕은, 세라믹 구조 부재, 예컨대 자유 월류부를 포함한 노즐을 통해 컨베이어 벨트 상에 도달하기 이전에, 주입 영역(pouring range)뿐 아니라 이후 분출 영역(run-out range)을 관류한다. 컨베이어 벨트는 2개의 편향 롤러에 의해 구동 및 안내된다. 컨베이어 벨트 상에 도포되는 용탕은 일차 냉각의 영역에서 여하히 완전하게 응고된다. 응고 후에는 스트립이 인라인 압연 공정을 위해 롤 스탠드 내로 유입된다. 인라인 압연 공정 및 추가 냉각 공정 이후에 스트립은 권취된다. 스트립 주조를 위한 상기 유형의 주조 방법은 DE 198 52 275 A1로부터 공지되었다.
또한, 분출 부재(노즐)에서 응고되는 금속의 응결을 방지하기 위해, 용탕 공급 시스템을 예열하는 점도 공지되었다. 그러나 상기 기술의 경우, 분출 부재가 예열 과정의 종료 이후에 더 이상 충분한 고온을 나타내지 못하여 주조할 금속의 응결이 발생하는 점을 방지하지는 못한다. 그 결과, 불균일한 용탕 흐름이 초래되고 주조 스트립 프로파일 내부와 주조 제품의 표면에 결함이 발생한다. 또한, 주조 동안 응결 부분을 분리하다 보면, 마찬가지로 흐름 및 표면 품질과 관련하여 불안정한 상태가 초래된다. 용탕 공급 시스템에서 금속 공급 영역에서의 매우 오랜 예열 시간, 다시 말하면 용탕의 주입 직전의 시점까지 이루어지는 예열 시간은, 마찬가지로 금속 공급의 영역에서 이루어지는, 불활성 가스에 의한 용탕의 불활성화로 인해 실현되지 않는다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점들을 방지하고, 특히 분출 부재(노즐)로부터 배출 시에 응고되는 금속의 응결을 방지하는 것에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라서, 최초에 언급한 유형의 용탕 공급 시스템의 경우, 분출 부재의 영역에 분출 부재를 가열하기 위한 하나 이상의 가열 장치가 배치되는 것을 통해 달성된다.
본 발명에 따라서, 분출 부재, 다시 말하면 특히 노즐의 능동적인 가열이 제공된다. 마찬가지로 노즐의 근처 영역도 가열된다.
본 발명의 바람직한 개선 실시예들은 종속항들로부터 제시된다.
특히 적합한 본 발명의 실시예에 따라서, 분출 부재 자체에 가열 장치가 장착되거나, 또는 가열 장치가 분출 부재에 인접하여 배치된다.
바람직하게는, 분출 부재는 적어도 부분적으로 내화성 세라믹으로 형성된다.
바람직한 방식으로, 가열 장치는 가스 가열 장치로서, 그리고/또는 전기 가열 장치로서 형성된다.
또한, 바람직하게는, 가열 장치는 분출 부재 또는 노즐의 바닥부 내에, 측면 벽부들 내에, 둑부(weir), 댐부(dam), 월류부(overflow) 내에, 그리고/또는 덮개부 내에 배치되거나 통합된다.
바람직하게는, 가열 장치는 특히 가열 봉(heating rod)의 형태로 바닥부 및/또는 덮개부 내의 공동부들(cavity) 또는 홈부들(groove)에 배치된다.
추가의 바람직한 구현예에 따라서, 가열 장치는 세라믹 구조 부재들에 의해 둘러싸인다. 상기 세라믹 구조 부재들은 다양한 기하구조에서 이용될 수 있다.
바람직하게는, 가열 봉은 탄화물 가열 봉으로서, 특히 탄화 리튬 가열 봉으로서, 또는 탄화 규소 가열 봉으로서 형성된다.
가열 장치가 하나 이상의 다공 버너를 포함한다면, 광범위한 영역에 걸쳐서 연속해서 신속하게 조절 가능한 가열 장치가 제공된다. 다공 버너는 액상 가열 매체로, 그러나 바람직하게는 가스로 작동될 수 있다. 이 경우 가연성 유체와 공기가 공급되면서 그와 동시에 세라믹 폼(ceramic foam) 내에서 연소 반응이 발생한다. 그에 따라 다공 버너는 표면적 전체에, 또는 부분적으로 노즐 하부 부재 및/또는 상부 부재에 채워질 수 있다. 다공 버너에 의해 달성되는 높은 표면 출력 밀도를 바탕으로, 상기 다공 버너는 조밀한 버너 유닛으로서 작동될 수 있다. 연속적으로 조절 가능한 버너 출력에 의해서는, 각각의 용융 공정에서 요구되는 용탕 파라미터에 부합하게 노즐 표면을 적응시키기 위해, 공정에서 각각 소요되는 버너 열을 정밀하게 조절하는 방식으로 제공할 수 있다.
추가의 실시예에 따라서, 바람직하게는 유도식 가열 수단, 예컨대 RHI 사의 WS "인듀서(inducer)"가 이용된다.
특히 바람직하게는, 약 10kHz의 유도된 중간 주파수(induced medium frequency)를 갖는 시스템이 이용된다. 코일 기하 구조는, 신속하면서도 균일한 가열을 보장하기 위해, 가열될 세라믹 구조 부재에 부합하게 형성되어야 한다. 그 외에도 세라믹은 요구되는 출력 밀도와 함께 바람직하게는 약 10분의 짧은 가열 시간을 제공하기 위해 충분한 전기 전도도를 보유해야 한다.
본 발명에 따르는 용탕 공급 시스템은 바람직하게는 분출 부재의 영역에서 주조할 금속 스트립의 스트랜드로 불활성 가스를 공급하기 위한 유닛도 제공한다.
본 발명에 따라, 분출 부재, 특히 노즐을 가열하기 위해, 다양한 기술, 특히
1.) 세라믹 내에 통합되거나, 또는 세라믹의 대체 부품으로서의 가열 부재,
2.) 앞서 기재한 것과 같은 다공 버너, 및
3.) 인덕션(induction)이
통합된다. 노즐이 세라믹 부재로서 형성된다면, 용강의 주조를 위해 예컨대 1100℃의 세라믹 온도가 설정되어야 한다. 노즐 덮개부 또는 노즐 루프(nozzle roof)가 가열되는 구조 부재에 의해 대체된다면, 열은 방사선을 통해 세라믹을 가열한다. 또한, 가열 부재들은 노즐의 덮개부 내에, 특히 월류부의 영역에 통합된다.
노즐 바닥부가 가열되는 구조 부재에 의해 대체된다면, 방사선은 마찬가지로 세라믹을 가열한다. 이 경우 주조된 금속 스트립을 이송시키는 컨베이어 벨트에 대한 적합한 냉각 조치만 취하기만 하면 된다. 마찬가지로 가열 부재들은 노즐의 바닥부 내에, 특히 월류부의 영역에, 댐부나 둑부 내에, 또는 노즐의 측면 벽부들 내에 통합된다.
전체적으로, 본 발명에 의해서는, 초기 주조 공정이 시간 및 온도 손실에 대해 더욱 견고하게 이루어진다는 장점이 제공된다. 이 경우 초기 주조 공정은 더욱 오랜 시간 간격에 걸쳐서 이루어질 수도 있다.
하기에서 본 발명은 실시예들에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
본 발명에 의하면, 종래 기술의 단점들이 방지되고, 특히 분출 부재(노즐)로부터 배출 시에 응고되는 금속의 응결이 방지될 수 있는 스트립 주조용 용탕 공급 시스템이 제공된다.
도 1은 스트립 주조를 위한 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 스트립 주조를 위한 시스템에서 가열 부재들이 장착된 분출 영역을 도시한 단면도이다.
도 3은 스트립 주조를 위한 시스템에서 이용되는 노즐을 부분적으로 절단하여 도시한 사시도이다.
강 스트립 또는 또 다른 금속 소재의 스트립을 주조하기 위한 스트립 주조 시스템(1)(도 1)은, 노(2)를 구비한 액상 금속을 위한 공급 시스템을 포함하며, 상기 노 내에는 우선 용탕(3)이 내포된다.
마개봉(4)(stopper rod)을 통해서는 노(2)가 출탕 홈통(5)(tap spout) 쪽으로 하부 방향을 향해 개방된다. 이 경우 마개봉(4)은 폐쇄된 상태에서 실링 링(6) 쪽에서 지지된다.
출탕 홈통(5)으로부터는 용탕이 배출되어 바람직하게는 마찬가지로 가열되거나 단열된 분배 용기(7) 내로 유입된다. 그런 다음 상기 분배 용기로부터, 용탕은, 분출 영역에서, 특히 노즐(9)에서 종결되는 배출 채널(8)을 통해 배출된다.
노즐(9)에는 용탕의 흐름을 채널화하기 위해 댐부(10) 및 둑부(11)가 장착된다. 노즐(9)의 배출구 영역에는 가스 노즐(12)이 제공되며, 이 가스 노즐은, 바람직하게는 주조 방향에 대해 횡방향으로 용탕을 분배하기 위해, 그리고/또는 응고되는 용탕의 상부면 부식을 방지하기 위해, 용탕의 흐름 방향을 향해 불활성 가스의 흐름을 생성한다.
상기 용탕은 연속적인 컨베이어 벨트(13) 상에서 금속 스트립(14)을 형성한다. 컨베이어 벨트(13)는 편향 또는 구동 롤러(15)를 통해 작동된다. 또한, 컨베이어 벨트(13)는 지지 롤러(16)들 및/또는 벌집형 격자 구조를 통해 안내된다. 상기 지지 롤러들 사이에는 분사 노즐(17)들이 배치되며, 이들 분사 노즐은, 금속 스트립(14)을 응고하기 위해, 컨베이어 벨트(13)의 밑면으로 저장 용기(18)로부터 유출되는 냉각 매체를 분사한다.
바람직하게는, 컨베이어 벨트(13)의 양쪽 스트립 협폭 측에는 (본원에는 미도시되고) 상기 컨베이어 벨트와 함께 회전하면서 성형하는 세그먼트들이 제공되며, 이들 성형 세그먼트는 응고되는 금속의 유출을 방지하기 위해 상호 간에 중첩되거나 상호 간에 연결되어 배치된다. 세그먼트들 간의 간격은 컨베이어 벨트(13)의 폭에 의해 사전 결정되거나, 또는 요구되는 폭에 상응하게 설정될 수 있다.
노즐(9)과 같이 구성되고 그로 인해 동일한 도면 부호로 표시된 노즐(9)(도 2)의 여러 위치에는, 금속 용탕에 인접하는 표면들을 통해 용탕을 위한 일정한 주변 온도를 제공하기 위해, 가열 부재들이 장착된다. 바람직하게는, 노즐 상부 부재(19)뿐 아니라 노즐 하부 부재(20) 내에 가열 장치들이 제공된다. 노즐 상부 부재(19) 내에는 2개의 가열 장치(21, 22)가 용탕의 흐름 방향으로 연이어서 배치된다. 상기 가열 장치(21, 22)들 각각은 세라믹 관(23) 내에 장착되는 가열 봉(24)을 포함한다. 노즐(11)의 전방 둑부(25) 내에도 가열 봉(26)이 장착된다. 이 경우 둑부는 바람직하게는 내부가 세라믹 관으로서 형성된다. 가열 봉(26)은 세라믹 관 내에 통합될 수 있다. 둑부(25)는 배출구 측에서 노즐(9)로부터 용탕의 배출을 제어한다.
마찬가지로 노즐 하부 부재(20) 내에서도 세라믹 관(27) 내에 가열 봉(28)이 장착된다. 가열 봉(24, 26, 28)들은 예컨대 탄화 규소 또는 탄화 리튬으로 제조된다.
하부 부재(31) 및 상부 부재(32)를 포함하는 노즐(30)(도 3)의 추가의 실시예에 따라서, 윗면에는 가열 봉(33, 34)들이 오옴 저항 가열 장치로서 형성되어, 댐부(35)를 통해 노즐로부터 배출되는 용탕의 흐름 방향에 대해 횡방향으로 연장된다.
노즐 상부 부재 및 하부 부재(19, 20 및 31, 32)들은 예컨대 내화성 세라믹으로 완전하게 구성된다. 이런 경우에도 내화성 세라믹에는 리세스부들이 제공될 수 있고, 상기 리세스부들에는 가열 봉(33, 34)들처럼 세라믹에 의해 둘러싸인 가열 부재들이 내장된다.
또한, 다른 한편으로, 주조할 금속의 각각의 용융 온도에 따라서, 노즐 상부 부재 및 하부 부재(19, 20 및 31, 32)들은 충분히 더욱 높은 용융 온도를 갖는 금속으로도 구성될 수 있다.
다시 말하면, 주조할 금속이 주석, 아연 또는 알루미늄이거나, 또는 이들 금속의 합금이라면, 노즐 상부 부재 및 하부 부재(19, 20 및 31, 32)들은 완전하게, 또는 부분적으로 강으로, 특히 사용과 관련하여, 특히 부식성과 관련하여 적합한 특성을 갖는 특수강으로도 구성될 수 있으며, 이런 경우에도 세라믹 외피부들을 포함하는 가열 봉들이 노즐 상부 및 하부 부재들 내의 대응하는 리세스부들에 내장될 수 있다.
도 2 및 도 3에서 화살표(S)는 용탕의 흐름 방향을 표시한다.
1: 스트립 주조 시스템
2: 노(furnace)
3: 용탕
4: 마개봉(stopper rod)
5: 출탕 홈통(tap spout)
6: 실링 링
7: 분배 용기(dispensing vessel)
8: 배출 채널(outlet channel)
9: 노즐 / 분출 부재
10: 댐부(dam)
11: 둑부(weir)
12: 가스 노즐
13: 컨베이어 벨트
14: 금속 스트립
15: 편향 또는 구동 롤러
16: 지지 롤러
17: 분사 노즐
18: 저장 용기
19: 노즐 상부 부재
20: 노즐 하부 부재
21: 가열 장치
22: 가열 장치
23: 세라믹 관
24: 가열 봉
25: 둑부
26: 가열 봉
27: 세라믹 관
28: 가열 봉
29: -
30: 노즐
31: 하부 부재
32: 상부 부재
33: 가열 봉
34: 가열 봉
35: 댐부
S: 용탕 흐름 방향에 대한 화살표

Claims (10)

  1. 분출 부재, 특히 노즐(9, 10)을 포함하여, 용융 금속(3)을 수평식으로 스트립 주조하기 위한 용탕 공급 시스템에 있어서,
    상기 분출 부재의 영역에 상기 분출 부재를 가열하기 위한 하나 이상의 가열 장치(21, 22; 28)가 배치되는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분출 부재 자체에 상기 가열 장치(21, 22; 28)가 장착되거나, 또는 상기 가열 장치가 상기 분출 부재에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분출 부재는 적어도 부분적으로 내화성 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치는 가스 가열 장치로서, 그리고/또는 전기 가열 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(21, 22; 28)는 상기 분출 부재 또는 노즐의 바닥부 내, 측면 벽부들 내, 둑부, 댐부, 월류부 내에, 그리고/또는 덮개부 내에 배치되거나 통합되는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열 장치(21, 22)는 특히 가열 봉(24, 28)들의 형태로, 바닥부 및/또는 덮개부 내의 공동부들 또는 홈부들에 배치되는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가열 장치(24, 28)는 세라믹 구조 부재(23, 27)들에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 가열 봉(23, 27)은 탄화물 가열 봉으로서, 특히 탄화 리튬 가열 봉으로서, 또는 탄화 규소 가열 봉으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치는 하나 이상의 다공 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치는 유도식 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 공급 시스템.
KR1020137002950A 2010-07-31 2011-07-29 스트립 주조용 용탕 공급 시스템 KR20130041927A (ko)

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