KR20130072700A - 쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일측면인, 쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법은 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강이 주입되어 박판을 형성하고, 상기 박판을 외부공기와의 접촉을 차단하는 분위기 유지장치를 통과시켜 박판을 주조하는 방법에 있어서, 생산 강종별 기준 주조 속도 및 상기 분위기 유지장치내의 기준 질소공급량을 설정하는 단계; 주조 속도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 주조 속도에 따라 상기 분위기 유지장치내의 질소 공급량을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING SURFACE PROPERY OF STRIP IN TWIN ROLL STRIP CASTING PROCESS}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 박판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 우수한 표면 품질을 확보할 수 있는 박판 주조방법에 관한 것이다.

통상적으로 쌍롤식 박판 주조방법은 회전하는 두개의 주조롤 사이로 용강을 공급하여, 그 용강으로부터 직접 수 ㎜두께의 박판을 연속적으로 제조하는 기술을 말한다.

구체적으로, 쌍롤식 박판 주조 방법은 냉각수에 의해 냉각되면서 회전하는 한 쌍의 주조롤과, 이들의 측면을 밀봉하는 에지댐에 의해 형성된 용융풀로 턴디쉬에 부착된 침지노즐을 통해, 용강이 공급된 후 주조롤 표면과 접촉 응고되면서 얇은 응고셀을 형성하고, 롤 닢에서 압하되어, 박판이 생성된다.

롤의 단부에는 세라믹으로 구성된 에지댐이 있어, 단부로의 용강 유출을 막는다. 주조롤은 내부에 냉각수 홀이 있어 이곳에 냉각수를 공급하여, 롤을 냉각시키고, 롤은 구리등과 같이 열전달이 양호한 재질로 만들어져 있으며, 표면에는 내마모를 위한 니켈등과 같은 코팅이 되어 있다.

코팅층은 강의 응고를 양호하게 하기 위하여 숏 브라스트와 같은 방법을 이용하여 무방향 조도가 형성되어 있다. 이러한 조도가 있는 박판을 1100~1200℃ 정도의 온도에서, 열간압연을 통하여, 20~40%의 압하율로 압연을 하게 된다. 이러한 과정에서 판재의 표면조도가 양호해지고, 재결정이 발생되어 물성을 양호하게 한다.

박판 주조 공정은 일반적인 연주-열연 공정의 단계인 슬라브 냉각, 표면 정정, 재가열, 디스케일링, 조압연공정 등이 생략되기 때문에, 주조 공정 중 압연 공정직전의 박판의 표면상태가 바로 최종 압연된 박판의 표면상태에 가장 큰 영향을 미친다. 그런데, 압연 공정에서 중요한 것은 압연기의 롤 압하력의 변동이다. 따라서, 이러한 롤 압하력의 변동이 발생하게 되면, 압연 작업시 문제가 발생할 수 있다.

일반적으로 박판 주조 공정에서 연연주를 할 때, 레들마다 온도 및 성분의 편차가 존재하므로, 이에 의해 응고 현상이 달라진다. 따라서, 판의 두께를 일정하게 유지할 경우, 주조 속도의 변동이 발생한다. 예를 들어, 박판 주조 공정에서 2.86mmt의 주조판재를 생산할 때, STS304강의 경우 50~65mpm 정도의 속도 변화가 발생한다. 이러한 15mpm의 속도 변화에 의해, 압연기의 롤 압하력은 1500톤~2000톤 정도의 변동이 발생한다. 500톤의 압연기 압하력이 변동할 때 압연기에서 사행이 발생하거나, 조건 변동으로 박판의 형상이 나빠지는 문제가 발생한다. 이러한 주조 속도 변화에 따른 압연기의 압하력 변동을 최소화할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 박판의 표면 품질을 일정하게 제어할 수 있는 쌍롤식 박판 주조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일측면인, 쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법은 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강이 주입되어 박판을 형성하고, 상기 박판을 외부공기와의 접촉을 차단하는 분위기 유지장치를 통과시켜 박판을 주조하는 방법에 있어서, 생산 강종별 기준 주조 속도 및 상기 분위기 유지장치내의 기준 질소공급량을 설정하는 단계; 주조 속도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 주조 속도에 따라 상기 분위기 유지장치내의 질소 공급량을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 측정된 주조 속도가 상기 기준 주조 속도보다 빠른 경우, 상기 질소공급량을 상기 기준 질소공급량보다 감소시키는 것이 바람직하다.

상기 측정된 주조 속도가 상기 기준 주조 속도보다 느린 경우, 상기 질소공급량을 상기 기준 질소공급량보다 증가시키는 것이 바람직하다.

상기 분위기 유지장치는, 상기 박판의 상부 및 하부 중 일측 또는 양측에 질소를 분사하는 하나 또는 다수의 질소 분사부를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일측면인 제어방법에 의하면, 주조 속도에 연동되도록 분위기 유지장치 내의 질소 공급량을 적절히 제어함으로서, 판재의 스케일량을 일정하게 유지시켜, 판재의 온도를 제어할 수 있으며, 이를 통하여 압연롤의 압하력을 일정하게 제어할 수 있다.

결국, 상기 롤 압하력을 일정하게 유지함으로서, 최종적으로 제조되는 박판의 표면 품질을 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은 통상의 쌍롤식 박판 주조 공정의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 박판 주조 공정의 모식도이다.

본 발명자들은 쌍롤식 박판 주조 방법에 있어서, 박판의 최종 품질을 일정하게 유지할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구한 결과, 주조 속도에 따라 분위기 유지 장치내의 질소 공급량을 제어함으로서, 판재의 스케일량, 판재의 온도 및 롤 압하력을 순차적으로 제어할 수 있음을 인지하고, 본 발명에 이르게 되었다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 쌍롤식 박판 주조공정은 턴디쉬(1)에 부착된 노즐(2)을 통해 서로 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤(3) 사이로 공급된 용강(4)이 상기 주조롤(3)과 에지댐(5)에 의해 둘러싸인 용융풀을 형성하고, 상기 주조롤(1) 표면과 접촉 응고되면서 박판(7)을 형성하고, 상기 박판(7)은 분위기 유지장치(8)를 통과한 후 압연롤(11)에 의하여 최종 압연된다. 여기서 도면부호 6은 브러쉬롤, 9는 메니스커스 실드 및 10은 핀치롤이다.

이러한 박판 주조 공정은 주조된 판재 표면에 스케일을 생성된채로 압연하게 되므로, 스케일의 두께 변화가 발생할 경우, 최종 판재의 스케일 상태도 달라지게 된다. 따라서, 이러한 스케일의 변화는 최종 소둔 산세 공정에서 스케일의 두께차이에 의한 산세성에 영향을 주어, 각 코일의 표면 품질의 변동으로 연결된다. 그러므로, 모든 코일의 판재 표면 스케일을 일정하게 가져가는 것이 균일한 품질의 제품을 생산하는데 중요한 것이다.

상기 판재의 표면에 생성되는 스케일은 주조롤 직하에서 압연기까지의 진행과정에서 산화에 의해 생성된다. 스케일의 상태는 판재의 온도, 판재 주위의 산소 농도 그리고 노출 시간으로 결정된다. 판재의 온도가 높을 경우, 고온에서 산화가 진행되어, 스케일이 두꺼워진다. 또한, 판재 주위의 산소 농도가 높을 경우에도 판재와 산소가 반응하는 빈도가 증가하므로 스케일이 두꺼워진다. 그리고 노출 시간이 길 경우에도 판재와 산소가 반응하는 시간이 증가하므로 스케일이 두꺼워진다. 그러므로, 스케일을 일정하게 생성되도록 하기 위하여, 판재의 온도, 주위 산소 농도 및 노출 시간을 제어하는 것이 중요하다.

주조 속도의 변화는 압연시의 스트레인 레이트 및 판재의 온도에 영향을 주어, 압연기의 압하력에 영향을 준다. 일반적으로 주속이 증가하면, 압연기에서의 스트레인 레이트가 증가하여, 압하력이 증가하는 방향으로 진행되고, 판재의 온도가 증가하기 때문에 압하력이 감소하는 방향으로 진행된다. 그러나, 이러한 영향도 중 스트레인 레이트에 의한 압하력의 증가 보다 판재의 온도 증가에 의한 영향이 더 크기때문에 압연기의 압하력이 감소하게 된다. 즉, 주조 속도가 변동됨에 따라서, 압하력이 변동되는 것이다.

따라서, 주조 속도의 변화에 대하여, 압하력이 변동되는 것을 방지하기 위한 방안이 필요한 것이다. 본 발명의 일측면은 이러한 관점에서, 주조 속도의 변화에 따라, 분위기 유지장치 내의 질소 공급량을 적절히 제어하여, 상기와 같은 압하력의 변동을 방지하여, 일정하게 유지시킬 수 있다.

주조 속도가 증가하는 경우, 판재는 분위기 유지장치에서 머무르는 시산이 작아지므로, 상대적으로 산화가 적게 일어난다. 이로 인하여, 스케일의 두께가 줄어들고, 방사율이 감소하게 된다. 방사율이란, 한 물체가 외부 광 에너지를 흡수한 후 일부 재방사하거나 혹은 표면 반사 현상이 일어날 때 재복사하는 에너지 비율을 말한다. 방사율이 감소함에 따라서, 복사에 의한 열전달 약화로 판재의 온도가 상승하고, 이로 인하여, 결국 롤 압하력이 감소하게 된다.

이와 반대로, 주조 속도가 감소하는 경우, 상대적으로 산화가 많이 일어나서 스케일의 두께가 증가하고, 방사율이 증가하여, 판재의 온도가 감소하고, 결국 롤 압하력이 증가하게 된다.

본 발명의 일측면은, 이러한 주조 속도의 변화에 따라, 분위기 유지장치 내의 질소의 공급량을 제어하는 방법을 통하여, 롤 압하력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 즉, 질소의 공급량을 제어함으로서, 산소의 농도를 제어하고 이를 통하여 스케일의 두께를 제어할 수 있는 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일측면은 턴디쉬(1)에 부착된 노즐(2)을 통해 서로 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤(3) 사이로 공급된 용강(4)이 상기 주조롤(3)과 에지댐(5)에 의해 둘러싸인 용융풀을 형성하고, 상기 주조롤(1) 표면과 접촉 응고되면서 박판(7)을 형성하고, 상기 박판(7)은 분위기 유지장치(8)를 통과한다. 그리고, 상부와 하부의 질소 분사부 밸브(14, 15)에 의하여 제어되는 상부와 하부 질소 분사부(12,13)을 이용하여 상기 분위기 유지장치(8)의 분위기 가스를 제어하여, 주속의 변동에 따라 질소의 공급량을 제어하는 것이다. 여기서 도면부호 6은 브러쉬롤, 9는 메니스커스 실드 및 10은 핀치롤이다.

질소 분사부에서 공급된 질소 가스에 의해 분위기 중의 산소 농도가 결정된다. 즉, 분위기는 완벽하게 밀폐될 수가 없기 때문에, 대기의 공기가 언제나 유입될 수 있으며, 질소의 공급량이 클 경우, 질소가 대기에 비해 농도가 커지므로, 산소 농도가 떨어지며, 질소의 공급량이 작은 경우에는 반대로 산소 농도가 올라가게 된다. 이를 통하여, 스케일의 두께를 적절히 제어할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일측면은 생산 강종별 기준 주조 속도 및 상기 분위기 유지장치내의 기준 질소공급량을 설정하고, 주조 속도를 측정한 후 상기 측정된 주조 속도에 따라 상기 분위기 유지장치내의 질소 공급량을 제어할 수 있다.

먼저, 각각의 강종에 맞게 기준 주조 속도와 상기 분위기 유지장치내의 기준 질소공급량을 설정한다. 설정된 기준 주조 속도보다, 측정된 주조 속도가 빠르다면, 상기 질소공급량을 상기 기준 질소공급량보다 감소시키는 것이 바람직하다. 반대로, 상기 측정된 주조 속도가 상기 기준 주조 속도보다 느린 경우, 상기 질소공급량을 상기 기준 질소공급량보다 증가시키는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 질소공급량의 제어를 통하여, 표면 품질을 제어할 수 있다.

그리고, 질소를 공급하는 방법은 상술한 바와 같이, 질소 분사부를 이용하며, 이 때의 질소 분사부는 판재의 상판과 하판에 각각 분사할 수 있도록, 상부 및 하부 중 일측 또는 양측에 분사부로 구비되는 것이 바람직하다. 상부 질소 분사부와 하부 질소 분사부는 대칭적으로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상부 분사부 및 하부 분사부는 주조 장치나, 판재의 강종 등을 고려하여 하나 또는 다수의 분사부로 구비되는 것이 보다 바람직하다. 질소 분사부는 주조롤에 가까운 부분, 중간 부분 및 압연기에 가까운 부분에 세쌍을 구비하는 것이 보다 더 바람직하며, 균일도 향상을 위하여, 각 지점 사이에 추가의 질소 분사부를 설치하는 것이 가장 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

주조를 개시하여 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이에 용강을 주입하여 2.86mmt 두께로 박판을 형성한 다음, 하기 표 1에 나타낸 주조속도에 따라서, 분위기 유지 장치내의 질소 공급량을 제어하였다. 판재에 형성된 스케일의 두께, 압연전 판재의 온도 및 압연기의 압하력을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다. 그리고, 압연 후 작업 결과로서, 평탄도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

구분	주조속도 (mpm)	분위기 유지장치 질소공급량 (Nm3)	스케일두께 (㎛)	압연전 판온도 (℃)	압연기압하력 (ton)	압연작업 결과
비교예	50	1500	7	1100	1900	양호
	65	1500	5	1200	1500	불량
발명예	50	1500	7	1100	1900	양호
	65	1000	6.5	1130	1800	양호

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 주조 속도가 50mpm에서 65mpm으로 변동될 때, 분위기 유지 장치 내의 질소 공급량을 일정하게 유지하는 경우, 압하력이 저하되어, 평탄도가 불량해짐을 확인할 수 있다.

이에 반하여, 본 발명에서 제어하는 바와 같이, 주조 속도가 50mpm에서 65mpm으로 변동될 때, 분위기 유지 장치 내의 질소 공급량을 1500Nm³에서 1000Nm³으로 감소시킨 경우 스케일의 두께가 일정부분 유지되고, 압하력을 일저하게 유지시킴으로서, 평탄도가 양호함을 확인할 수 있다.

1: 턴디쉬,
2: 노즐,
3: 주조롤,
4: 용강,
5: 에지댐,
6: 브러쉬롤,
7: 박판,
8: 분위기 유지장치,
9: 메니스커스 실드,
10: 핀치롤,
11: 압연기,
12: 상부 질소 분사부,
13: 하부 질소 분사부,
14: 상부 질소 분사부 밸브,
15: 하부 질소 분사부 밸브.

Claims (4)

1. 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강이 주입되어 박판을 형성하고, 상기 박판을 외부공기와의 접촉을 차단하는 분위기 유지장치를 통과시켜 박판을 주조하는 방법에 있어서,
   생산 강종별 기준 주조 속도 및 상기 분위기 유지장치내의 기준 질소공급량을 설정하는 단계; 주조 속도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 주조 속도에 따라 상기 분위기 유지장치내의 질소 공급량을 제어하는 단계를 포함하는 쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 측정된 주조 속도가 상기 기준 주조 속도보다 빠른 경우, 상기 질소공급량을 상기 기준 질소공급량보다 감소시키는 쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 측정된 주조 속도가 상기 기준 주조 속도보다 느린 경우, 상기 질소공급량을 상기 기준 질소공급량보다 증가시키는 쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 분위기 유지장치는, 상기 박판의 상부 및 하부 중 일측 또는 양측에 질소를 분사하는 하나 또는 다수의 질소 분사부를 구비하는 쌍롤식 박판 주조공정에서의 표면 품질 제어방법.

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