KR20160013292A - 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤에 관한 것으로, 표면에 복수의 미세홈이 형성된 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤에서, 주조롤의 표면에 미세홈으로 형성되는 산의 면적율이 중간부보다 에지부에서 더 높은 것을 특징으로 하여서, 에지부의 응고능이 향상되고, 이에 따라 폭방향으로 균일한 응고가 이루어져 벌징을 저감시킴으로써, 주물편의 선단부의 품질이 향상됨과 더불어, 주조 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 {Casting roll for twin-roll strip caster}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스배출을 용이하게 하기 위해 주조롤의 표면에 미세홈을 가공함에 있어서 응고지연이 발생하는 에지부의 위치에서는 산 면적율을 증가시켜 에지부의 응고능이 향상되고, 이에 따라 폭방향으로 균일한 응고가 이루어져 주물편의 선단부의 품질을 향상시킬 수 있고 주조 안정성을 확보할 수 있는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤에 관한 것이다.

일반적으로 쌍롤식 박판 주조기를 사용하는 이른바 스트립 캐스팅(strip casting) 방법은 턴디쉬 용강으로부터 노즐을 통해, 회전하는 2개의 주조롤 사이에 용강을 주입하여 직접 2 ~ 6mm 정도의 두께를 갖는 얇은 주물편을 주조할 수 있어서, 공정 단축에 의한 생산 비용의 절감뿐만 아니라 급속응고에 의한 제품 품질의 향상이 가능하므로 철강 공정에서 집중적으로 연구되고 있다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조기를 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 레이들(1)에 수용되어 있는 용강은 턴디쉬(2)와 침지노즐(3)을 통하여 섬프(4)로 공급된다. 이 섬프(4)로 공급된 용강은 2개의 주조롤(5) 사이를 지나면서 박판으로 주조된다.

2개의 주조롤(5)과 에지댐(6)으로 둘러싸인 섬프(4) 구역의 용강이 대기에 노출되면 용강이 산화되고, 이로 인해 생성된 산화물이 제품 품질에 크게 영향을 끼치게 되므로, 용강의 탕면을 분위기 가스로 덮기 위해 섬프(4)의 상부에는 메니스커스 쉴드(7)가 위치한다.

이에 따라, 섬프(4)의 상부에는 용강의 탕면, 주조롤(5), 그리고 에지댐(6)으로 구획되는 공간이 형성되고, 이 공간에 분위기 가스를 공급함으로써 용강의 산화를 방지하게 된다.

섬프(4) 내로 공급된 용강은 주조롤(5)의 표면에서 냉각되어 응고쉘을 형성하며, 주조롤의 최근접점에서 합체되어 주물편으로 제조된다.

이러한 쌍롤식 박판 주조기를 사용하는 스트립 캐스팅에 있어서 중요한 기술은, 반대방향으로 빠르게 회전하는 수냉식 쌍롤 사이에 용강을 공급하여 원하는 두께의 박판을 균열이 없고 실수율이 향상되도록 제조하는 것이다. 특히, 고질소를 포함하는 듀플렉스 스테인리스강 또는 고망간강으로 된 박판을 제조하는 경우에는 가스의 배출이 용이하면서 폭방향으로 균일하게 냉각이 제어될 수 있어야 한다.

하지만, 주조롤(5)의 표면이 평탄하게 되면, 주조롤의 표면과 응고쉘이 분위기 가스에 의해 국부적으로 들뜨게 됨으로써 열전달의 차이로 인해 불균일한 응고가 조장되어 응고쉘에 균열이 발생할 수 있다.

이러한, 문제점을 개선하기 위하여 주조롤의 표면에 조도(거칠기)를 형성하거나 딤플(dimple)을 형성하는 주조롤 표면처리 방법들이 제안되고 있다.

예를 들어, 본 출원인이 특허출원하여 등록받은 대한민국 특허 제1372741호는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 1500ppm 이상의 질소를 함유하는 고질소 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법에서 표면결함(덴트, 디프레션 등)을 방지할 수 있는 주조롤 표면처리 방법을 제시하였다.

이 특허에서는 응고시 발생하는 질소가스를 배출하기 위하여 주조롤의 표면에 미세홈을 가공하였는데, 이때 미세홈을 형성하는 방법으로는 정밀도와 경제성 측면에서 장점이 있는 에칭법을 적용하였다.

도 2는 종래기술에 따른 주조롤 표면에서의 산 면적율을 나타낸 그래프로서, 주조롤의 폭방향으로 미세홈이 균일하게 분포되어, 주조롤의 중간부와 에지부가 동일한 산 면적율을 갖는다.

그러나 폭방향으로 균일한 미세홈을 적용하게 되면 주조롤의 에지부에서 주물편의 응고시 들뜸이 발생하여, 응고가 지연되면서 벌징이 발생하거나 심한 경우에는 용강이 흘러내리는 등 주조 안정성을 해치는 문제점이 있다.

도 3은 선단부에서 응고지연이 발생한 고온의 주물편을 나타낸 사진이고, 도 4는 이러한 주물편의 폭방향 두께 분포를 도시한 그래프이다. 도 3에서 선단부의 밝게 보이는 부위가 온도가 높은, 즉 응고지연이 발생한 영역이며, 도 4는 벌징이 약간 발생한 것으로 선단부의 두께가 두껍게 나타나고 있다.

이에 본 발명은 주물편의 선단부의 품질을 향상시키고 주조 안정성을 확보할 수 있는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤은, 표면에 복수의 미세홈이 형성된 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤로서, 상기 주조롤의 표면에 상기 미세홈으로 형성되는 산의 면적율이 중간부보다 에지부에서 더 높은 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 가스배출을 용이하게 하기 위해 주조롤의 표면에 미세홈을 가공함에 있어서 응고지연이 발생하는 에지부의 위치에서는 산 면적율을 증가시켜 에지부의 응고능이 향상되고, 이에 따라 폭방향으로 균일한 응고가 이루어져 벌징을 저감시킴으로써, 주물편의 선단부의 품질이 향상됨과 더불어, 주조 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 궁극적으로 제품의 품질 및 실수율을 증대시키는 효과를 얻게 된다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 주조롤 표면에서의 산 면적율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 선단부에서 응고지연이 발생한 고온의 주물편을 나타낸 사진이다.
도 4는 종래기술에 따른 주조롤을 사용하여 제조된 주물편의 폭방향 두께 분포를 도시한 그래프이다.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 주조롤의 일부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 주조롤 표면에서의 산 면적율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 주조롤을 사용하여 제조되는 고온의 주물편을 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 주조롤을 사용하여 제조된 주물편의 폭방향 두께 분포를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 주조롤의 일부를 도시한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤은, 표면에 복수의 미세홈이 형성된 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤로서, 이 주조롤의 표면에 미세홈(14)으로 형성되는 산(12)의 면적율이 중간부(20)보다 에지부(10)에서 더 높은 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 명세서에서는 주조롤의 에지부(10)를 주조롤의 폭방향 끝에서부터 300mm 이내의 부분으로 정의할 수 있다. 바람직하기로, 에지부의 경계는 응고지연이 발생하는 위치인 50 ~ 300mm 구간 내에서 이동이 가능한데, 즉 주조롤의 일측에서 에지부는 최소 50mm, 그리고 최대 300mm로 될 수 있음을 의미한다. 그리고 주조롤에서 양측 에지부를 제외한 부분을 편의상 중간부(20)로 칭한다.

예를 들어, 2000ppm 이상의 고질소를 포함하는 듀플렉스 스테인리스강 또는 고망간강으로 된 박판을 제조하는 경우에, 가스의 배출량이 많아 그 배출이 원활하지 못하여 들뜸이 발생하고, 응고가 지연되면서 벌징이 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤은, 가스배출을 용이하게 하기 위해 주조롤의 표면에 미세홈을 가공함에 있어서 응고지연이 발생하는 에지부의 위치에서는 산 면적율을 증가시켜 에지부의 응고능이 향상되게 한다.

중간부(20)에서 산(12)의 면적율은 대략 10 ~ 40%이다. 에지부(10)의 산(12)의 면적율은 중간부(20)가 갖는 산(12)의 면적율의 약 1.5배를 하한으로 하고 상한은 70%인 범위 내에 있다. 여기서, 에지부(10)의 산(12)의 면적율이 70%를 초과하면 상대적으로 미세홈(14)의 면적이 줄어들게 되고 이에 따라 가스배출능이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 못하다.

산 면적율의 변화는 중간부에서 에지부 측으로 최대 70%까지 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 한다. 이때, 에지부에서 중간부로부터 폭방향 끝으로 향하여 산 면적율을 변화시키는 방법에는, 연속적으로 변화시키는 방법과 계단식으로 변화시키는 방법이 모두 가능하며, 중간부와 에지부 사이의 경계에서 변화의 폭이 작을수록 주물품의 표면 품질이 양호해진다.

한편, 미세홈(14)의 가공은 도 5에 도시된 바와 같이 주조롤의 원주방향으로 일정한 각도를 갖도록 경사진 사선형 또는 경사진 격자형으로 가공하거나, 도 6에 도시된 바와 같이 주조롤의 원주방향을 따라 선형으로 가공할 수 있다. 다만, 주물품의 표면 품질면에서는 경사진 격자형이 보다 바람직하다.

도 5를 살펴보면, 주조롤의 에지부에서 응고지연을 방지하기 위해 미세홈(14)으로 인해 생성된 마름모꼴의 돌출부, 즉 산(12)의 면적율을 에지부(10)로 갈수록 크게 적용하여 에지부에서의 응고능을 증가시킬 수 있다.

미세홈(14)은 높은 에너지를 가지는 레이저를 주조롤의 표면에 조사한 후 화학적인 에칭에 의하여 형성될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예컨대 기계가공 등과 같은 다른 임의의 가공법이 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 이러한 조건과 더불어, 주물품의 표면 결함을 해결하기 위하여 산(12)의 표면에 예를 들어 쇼트 블라스팅을 실시하여 요철을 형성시킴으로써 용강의 전사가 용이하게 이루어지도록 하여 균일한 응고를 유도하는 것이 좋다. 보다 구체적으로, 쇼트 블라스팅에 의해 생성된 요철은 용강과 주조롤이 접촉할 때 그 철(凸) 부분이 응고의 씨로 작용하여 균일한 응고를 유도할 수 있고, 응고 수축시 발생하는 표면 인장력을 작게 분절하는 효과를 일으켜 응고 수축에 의한 표면 크랙의 발생을 억제할 수 있다.

이를 위해, 요철은 5 ~ 25㎛의 평균 조도(Ra)를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 요철의 형성은 미세홈의 형성 전에 실시하는 것이 좋으나, 미세홈의 가공 후에도 가능하다.

도 7은 본 발명에 따른 주조롤 표면에서의 산 면적율을 나타낸 그래프로서, 산 면적율의 변화가 연속적으로 변화되는 방법(실선)과 계단식으로 변화되는 방법(점선)을 예로 나타내었다. 연속적으로 천이하는 것이 표면 품질면에서 양호하지만, 산 면적율의 변화가 연속적으로 이루어지기 곤란한 경우에는 계단식으로 천이할 수도 있다.

도 8은 본 발명에 따른 주조롤을 사용하여 제조되는 고온의 주물편을 나타낸 사진이다. 본 발명에 따른 주조롤을 사용하여 주물편을 제조하였을 때 주조롤의 직하에서 주조되는 주물편의 균일한 폭방향 온도분포를 보여주고 있다. 이와 같이, 주조롤의 에지부에서의 산 면적율을 중간부의 산 면적율과 상이하게 함으로써, 폭방향으로 응고가 균일한 주물편을 얻게 됨을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 주조롤을 사용하여 제조된 주물편의 폭방향 두께 분포를 도시한 그래프로서, 주물편의 선단부에서 두께의 증가 없이 양호한 두께 분포를 나타내고 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 주조롤은, 응고지연에 의한 벌징을 방지하기 위해, 주조롤의 표면에 미세홈을 가공할 때, 응고지연이 발생하는 에지부의 위치에서는 산 면적율을 증가시키도록 형성하여 에지부의 응고능이 향상되고, 이에 따라 폭방향으로 균일한 응고가 이루어져 벌징을 저감시킴으로써, 주물편의 선단부의 품질이 향상됨과 더불어, 주조 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 에지부 12: 산
14: 미세홈 20: 중간부

Claims (8)

1. 표면에 복수의 미세홈이 형성된 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤로서,
   상기 주조롤의 표면에 상기 미세홈으로 형성되는 산의 면적율이 중간부보다 에지부에서 더 높은 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에지부의 경계는 주조롤의 폭방향 끝에서 떨어진 50 ~ 300mm 구간 내에 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
3. 제1항에 있어서,
   상기 중간부에서 산의 면적율은 10 ~ 40%이고,
   상기 에지부에서 산의 면적율은 상기 중간부가 갖는 산의 면적율의 1.5배를 하한으로 하고 상한은 70%인 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
4. 제3항에 있어서,
   상기 에지부에서, 상기 중간부로부터 폭방향 끝으로 향하여 산의 면적율이 변화할 때, 연속적으로 변화되거나, 계단식으로 변화되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
5. 제1항에 있어서,
   상기 산의 표면에 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
6. 제5항에 있어서,
   상기 요철은 5 ~ 25㎛의 평균 조도(Ra)를 갖는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
7. 제1항에 있어서,
   상기 미세홈은 상기 주조롤의 원주방향으로 일정한 각도를 갖도록 경사진 사선형 또는 경사진 격자형으로 가공되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
8. 제1항에 있어서,
   상기 미세홈은 상기 주조롤의 원주방향을 따라 선형으로 가공되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤.
   

Images