KR20170036950A - 주조롤 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 박판의 주조시 디프레션, 덴트, 크랙 등의 표면 결함의 발생을 방지하고, 스컬의 혼입 등에 의한 박판이 주조롤에 끼이는 현상을 방지하도록 개선된 주조롤을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 주조롤은, 주조롤 본체 및 상기 주조롤 본체의 표면에 형성되는 표면처리부를 갖는 주조롤로서, 상기 표면처리부는 상기 주조롤의 원주방향으로 연속되며 형성되는 다수의 제1가스채널; 및 적어도 상기 주조롤의 에지부에 인접하여 상기 주조롤의 원주방향으로 연속되며 형성되고, 단면의 형상이 경사진 홈으로 형성되는 다수의 제2가스채널;을 포함한다.

Description

주조롤 {CASTING ROLL}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 활용되는 주조롤에 관한 것이다.

일반적으로 주조 공정은, 용융금속을 응고하여 일정한 두께의 주편으로 제조하는 공정으로, 최근에는 용융금속을 두 개의 주조롤을 활용하여 최종 제품 두께에 가까운 박판으로 직접 응고시켜 제조하는 박판 주조기술이 개발되어 활용되고 있다.

일반적으로 쌍롤식 박판 주조 공정은, 서로 인접하게 배치되어 반대방향으로 회전하는 두개의 주조롤 사이에 노즐을 통하여 용융금속을 주입하고, 용융금속이 주조롤 사이를 통과하여 진행하는 과정에서 응고되어 응고쉘로 형성된 후, 롤 닢에서 압하되며 박판으로 생성된다.

이러한, 박판 주조 공정은, 제조과정에서 용강을 급속 응고시켜 최종 제품 두께에 가까운 박판으로 주조하기 때문에, 주조된 박판의 표면 품질이 매우 중요하다.

한편, 최종 제품보다 수십~수백 배 두꺼운 슬라브를 연주하는 경우, 슬라브 표면에 주조 결함이 있더라도 표면의 결함을 제거하고 압연을 하여 최종 제품에서는 표면 결함이 없도록 할 수 있다.

그러나, 얇은 두께로 제조되는 박판은, 주조롤과 용강이 접촉하는 시간이 매우 짧기 때문에 응고 불균일로 인한 표면 균열이 발생된다거나, 응고시 표면의 미소한 오목부 등의 결함이 생성되면 후속되는 압연 공정 등에서, 이들 결함의 제거가 불가능하고, 응고 조직의 불균일이 발생되면, 최종 생산품에서 표면 광택 불균일이 발생되어 제품으로서 가치가 떨어진다.

또한, 용강상태에서 녹아 있던 용해성 가스가 응고시 포화되어 발생되는 경우, 판에 오목한 덴트 결함을 발생시키거나 발생된 가스압에 의해 주조 박판과 주조롤 사이에 갭이 발생되어 응고 불균일로 인한 접힘 흠 등이 발생된다.

이때 발생된 가스는 주조롤의 음각성 표면 텍스쳐에서는 배출이 어려워 표면 결함을 일으키게 된다.

이에 따라 박판 주조분야에서는 주조롤 표면 처리시, 여러 가지 방법으로 딤플을 부여하거나 요철을 형성하여 표면 결함을 해결하는 방안이 연구, 제안되고 있다.

한편, 최근에는 주조롤의 표면에 원주방향으로 연속되는 가스채널을 가공한 기술이 제안되었으며, 이에 따라 가스채널을 통해 용강이 응고되며 방출되는 가스를 배출하여 덴트 등의 표면 결함을 최소화한 제품을 생산하고 있다.

그러나, 이러한 주조롤은 주조 박판의 전폭에 덴트나 겹침흠 등의 결함은 방지할 수 있으나, 주조롤 측면에서 용강을 막기 위해 설치된 구조물인 에지댐에서 성장한 응고 금속인 스컬이 혼입될 경우, 스컬이 롤 닢에서 눌리며 가스채널에 낄 수 있으며, 이에 따라 응고되는 박판이 주조롤에 달라붙는 기계적인 스티킹(sticking)이 발생하게 된다.

기계적인 스티킹이 발생하면, 응고 직후의 강도가 약한 주조 박판이 주조롤에 붙어 찢어져 주조롤 표면에 붙은 잔편이 탕면으로 재혼입되어 롤 닢을 통과하는 과정에서 롤 표면에 눌림 손상을 발생시킬 수 있으며, 이러한 주조롤을 통과할 경우 불량 코일로 제조될 수 있고, 스티킹에 의한 찢어짐의 양이 크면 판파단으로 인한 주조 중단이 발생할 수 있다.

도 1과 도 2는 종래의 에칭에 의해 주조롤 표면에 형성된 가스채널을 도시한 사시도와 단면도이다. 또한, 도 3은 스컬 혼입으로 가스채널에 끼인 주조 박판의 단면도이다.

도 3을 참고하면, 에칭에 의해 형성된 가스채널의 깊이가 깊은 경우, 깊이로만 에칭되는 것이 아니라 옆으로도 에칭되어 들어가기 때문에 스컬이 혼입되어 과압하를 받으면 응고된 주조 박판이 가스채널 사이에 끼어 잘 빠지지 않게 된다.

일본 특개평2-295647호 미국특허 제8343367호

본 발명의 일 실시예는 박판의 주조시 디프레션, 덴트, 크랙 등의 표면 결함의 발생을 방지하고, 스컬의 혼입 등에 의한 박판이 주조롤에 끼이는 현상을 방지하도록 개선된 주조롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 주조롤은, 주조롤 본체 및 상기 주조롤 본체의 표면에 형성되는 표면처리부를 갖는 주조롤로서, 상기 표면처리부는 상기 주조롤의 원주방향으로 연속되며 형성되는 다수의 제1가스채널; 및 적어도 상기 주조롤의 에지부에 인접하여 상기 주조롤의 원주방향으로 연속되며 형성되고, 단면의 형상이 경사진 홈으로 형성되는 다수의 제2가스채널;을 포함한다.

상기 제2가스채널은, 상기 주조롤의 양단부에서 중앙방향으로 1 내지 10mm의 위치에 적어도 5mm 이상의 영역에 형성되고, 상기 제1가스채널은, 상기 주조롤의 양단부에서 중앙방향으로 15mm 이격된 영역에 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1가스채널은, 에칭에 의해 형성되고, 상기 제2가스채널은, 절삭기의 바이트에 의한 기계적 가공에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2가스채널은 경사진 홈이 이루는 각도가 45 내지 100도일 수 있다.

또한, 상기 제2가스채널은 홈의 단면적을 피치로 나눈값으로 정의되는 가스 배출능 지수가 30 내지 200일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주조롤의 에지 근처에 형성되는 가스채널의 형상 변형을 통해 박판의 주조시 디프레션, 덴트, 크랙 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 스컬 혼입시 스티킹의 발생도 방지할 수 있어, 주조되는 박판의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1과 도 2는 종래의 에칭에 의해 주조롤 표면에 형성된 가스채널을 도시한 사시도와 단면도이다. 또한, 도 3은 스컬 혼입으로 가스채널에 끼인 주조 박판의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조 장치에 주조롤이 설치된 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 정면도.
도 6은 도 5의 A부분을 확대한 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 제2가스채널을 가공하기 위한 바이트의 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 바이트 팁의 반경과 단면적의 관계를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 바이트 팁의 각도와 단면적의 관계를 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 가스 배출능 지수를 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조 장치에 주조롤이 설치된 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 정면도이며, 도 6은 도 5의 A부분을 확대한 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예의 주조롤(1)은 용강을 급속하게 응고시켜 응고쉘(S)을 형성하는 장치로, 쌍롤식 박판 주조 장치에서 주조롤(1)은 한 쌍으로 이루어져 서로 인접하게 배치되며, 서로 반대방향으로 회전하도록 제공될 수 있다.

또한, 주조롤(1)의 양단부에는 에지댐(2)에 의해 막혀질 수 있다.

또한, 쌍롤식 박판 주조 장치는 한 쌍의 주조롤(1) 사이로 용융금속(용강)(Y)을 주입하고, 용융금속(Y)이 주조롤(1) 사이를 통과하여 진행하는 과정에서 응고되어 응고쉘(S)로 형성된 후, 롤 닢에서 압하되는 과정을 연속적으로 진행하며 박판을 제조할 수 있다.

용융금속(Y)은 주조롤(1)과 접촉되며 응고되는 과정에서, 용융금속(Y) 상태에서 녹아있던 용해성 가스(질소 가스 등)가 응고시 포화되며 가스 상태로 빠져나오게 되는데, 가스가 신속하게 배출되지 못할 경우 가스갭을 형성하게 되며, 이에 따라 국부적인 응고지연이 유발될 수 있고, 이는 응고쉘(S)의 뒤틀림을 조장하고, 디프레션(depression), 덴트(dent), 크랙(crack) 등의 결함을 일으키는 원인이 된다.

본 실시예에서 주조롤(1)은, 내부에 냉각수단이 구비되며, 열전도율이 높은 재질로 이루어진 주조롤(1) 본체를 포함할 수 있다. 또한, 주조롤(1) 본체의 표면에는 내마모도 등의 향상과 용융금속(Y)과의 접촉특성을 개선하기 위한 표면처리부가 제공될 수 있다.

표면처리부는 주조롤(1)의 원주방향으로 연속되며 형성되는 다수의 제1가스채널(10)을 포함할 수 있다.

제1가스채널(10)은 에칭에 의해 형성될 수 있다. 제1가스채널(10)은 주조롤(1)의 표면에 걸쳐 형성될 수 있으며, 표면에 포토레지스트 입힌 후, 필름 또는 레이저 가공으로 패턴 이외 부분의 포토 레지스트를 제거한 후, 에칭을 함으로써 최종적인 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 제1가스채널(10)은 에칭액에 의해 식각이 이루어지는 과정에서 가스채널의 홈이 깊이를 갖게 되며, 이때 옆으로도 일부 에칭이 이루어지며 최종적인 패턴의 폭도 증가할 수 있다.

바람직하게는 제1가스채널(10)은 주조롤(1) 본체의 원주방향으로 폭 400 내지 500㎛이며, 깊이는 50 내지 150㎛의 연속된 홈 형태로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 제1가스채널(10)은 주조롤(1)의 양단부에서 중앙방향으로 15mm 이격된 영역에 형성될 수 있다.

한편, 주조롤(1)은 박판을 제조하는 과정에서, 주조롤(1)의 에지 부분은 주조롤(1)의 양단을 막고 있는 에지댐(2)에 의한 냉각효과로 인해 응고능이 증가할 수 있으며, 이에 따라 에지댐(2)에서 성장한 응고금속인 스컬이 혼입되며 롤닢에서 눌리며 가스채널에 끼일 수 있다.

이에 따라 본 실시예의 주조롤(1)은 에지부에 인접한 부분에 박판이 주조롤(1)의 가스채널에 끼이는 것을 방지할 수 있는 구조를 제안하고 있으며, 구체적으로 주조롤(1)의 원주방향으로 연속되며 형성되는 다수의 제2가스채널(20)을 형성할 수 있다.

제2가스채널(20)은 단면의 형상이 경사진 홈의 형태, 즉 V자 홈의 형태로 형성될 수 있다.

이러한 구조의 주조롤(1)은 에지 부분에서 응고된 스컬이 주조롤(1) 사이로 혼입되어 주조 박판과 함께 제2가스채널(20)에 눌려 들어가더라도 쉽게 빠질 수 있으며, 이에 따라 박판 제조과정에서 박판이 주조롤(1)에 끼이는 현상, 즉 스티킹(sticking) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게는 제2가스채널(20)은 주조롤(1)의 양단부에서 중앙방향으로 1 내지 10mm의 위치에서 적어도 5mm 이상의 영역에 형성될 수 있다.

여기서, 제2가스채널(20)은 주조롤(1)의 양단부에서 적어도 1mm 이격되어 형성됨에 따라 제2가스채널(20)이 주조롤(1)의 에지에 맞닿게 형성되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 제2가스채널(20)은 기계적 가공에 의해 형성될 수 있다.

일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤(1)의 제2가스채널(20)을 가공하기 위한 바이트의 단면도인 도 7을 참고하면, 제2가스채널(20)은, 선반 등의 절삭기에 제공된 바이트(30)에 의해 절삭되어 형성될 수 있다.

제2가스채널(20)은 절삭기, 일례로 선반에 의해 바이트(30)를 이용하여 경사진 홈, 즉 V자형 홈을 선삭하여 가공할 수 있다.

제2가스채널(20)은, 선반에서 일정 속도로 피드를 주는 스파이럴 가공을 하게 될 경우, 롤 한바퀴를 돌면서 에칭 가공에 의해 형성되는 제1가스채널(10)과 거리가 달라지게 되어 가스 배출능이 달라질 수 있다. 따라서, 선반 가공은 일정 속도로 피드를 주는 것이 아니라 고정된 위치에서 1바퀴씩 회전하면서, 경사진 홈, 즉 V자형 홈을 가공후 일정 피치만큼 바이트(30)를 이동하여 위치가 고정된 상태로 다시 1바퀴 회전하는 과정을 반복하며 제2가스채널(20)을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 바이트(30)의 끝은 곡률이 커서 홈의 형상이 호의 형상이어도 스컬에 의한 스티킹은 막을 수 있으나, 가스 배출능은 떨어질 수 있다.

도 4에는 표면의 홈의 폭을 400㎛로 고정하고, 바이트(30) 각도(θ)를 60도로 하였을 때, 바이트(30) 팁의 반경(r)과 단면적의 관계가 도시되어 있다.

또한, 도 5에는 바이트(30) 팁의 반경(r)을 100㎛로 고정하고, 홈의 폭을 400㎛로 하였을 때, 바이트(30) 각도와 단면적의 관계가 도시되어 있다.

본 실시예에서 바이트(30)의 형상은 가스를 배출하기 위해서는 홈의 단면적이 클수록 좋으나, 골의 폭이 커지면 용강과 접해서 응고시킬 면적이 줄어들기 때문에 바이트(30)의 반경과 바이트(30)의 끝 각도는 너무 커지지 않도록 제한하는 것이 바람직하며, 일례로 약 100도 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 바이트(30)의 반경과 바이트(30)의 끝 각도가 너무 줄게 되면, 바이트(30) 팁 부분의 파손으로 홈의 형상이 불량하게 되어 가스 배출능이 불량하게 되는 요인이 될 수 있으므로, 약 45도 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제2가스채널은 바이트에 의해 가공되는 과정에서, V자형인 경사진 홈이 이루는 각도가 45 내지 100도로 형성될 수 있다.

또한, 제2가스채널은, 바이트에 의해 채널이 가공되는바, 에칭과 달리 폭 방향으로는 가공이 이루어지지 않으며, 이에 따라 박판 또는 스컬이 제2가스채널에 끼이더라도 쉽게 빠질 수 있어 스티킹의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 제2가스채널(20)의 간격(P)은 제2가스채널(20)의 단면적과 함께 덴트나 디프레션 결함을 막는 중요한 변수이다. 즉, 제2가스채널(20)의 간격(P)이 너무 커지면 덴트나 디프레션이 발생되고, 너무 작으면 응고가 어려워질 수 있다.

이와 같이, 채널의 단면적과 간격(P)과의 관계로 대표적으로 가스 배출능 지수(G index)가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 가스 배출능 지수를 설명하기 위한 도면인 도 10을 참고하면, 가스 배출능 지수는 수학식 1과 같이, 가스채널의 단면적(A), 즉 V자형 경사홈인 제2가스채널은 깊이(d)와 채널 폭(w)에 1/2을 곱하여 얻은 단면적을 채널간격(p)으로 나눈 값으로 정해진다.

본 실시예에서 주조롤(1)은 디프레션이나 덴트의 발생을 방지하기 위해 제2가스채널(20)의 가스 배출능 지수(G index)는 30 이상이 되는 것이 바람직하다. 한편, 가스 배출능 지수가 너무 크게 되면, 가스 배출은 원활하나 표면적이 줄어들어 응고가 지연될 수 있으므로 가스 배출능 지수는 200을 초과하지 않는 것이 바람직하다.

<실시예>

본 실시예의 주조롤(1)은 양단 에지로부터 3mm 까지는 가공을 하지 않고, 에지에서 3mm ~ 15mm 범위에는, 가스 배출능이 85가 되도록 각도 60도, 팁 반경 100㎛인 바이트(30)를 이용하여, 피치 850㎛이고, 깊이는 270㎛인 제2가스채널(20)을 가공하여 형성하였다. 또한, 에지에서 15mm 내측에는 에칭에 의해 제1가스채널(10)을 형성하였다.

상기와 같이 제작된 주조롤(1)을 이용하여, 고질소 강을 박판 주조한 경과, 디프레션이 없고, 스컬 혼입시 스티킹 발생도 없는 품질이 우수한 박판이 주조됨을 확인하였다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

1: 주조롤 2: 에지댐
10: 제1채널부 20: 제2채널부

Claims (5)

1. 주조롤 본체 및 상기 주조롤 본체의 표면에 형성되는 표면처리부를 갖는 주조롤로서, 상기 표면처리부는
   상기 주조롤의 원주방향으로 연속되며 형성되는 다수의 제1가스채널; 및
   적어도 상기 주조롤의 에지부에 인접하여 상기 주조롤의 원주방향으로 연속되며 형성되고, 단면의 형상이 경사진 홈으로 형성되는 다수의 제2가스채널;
   을 포함하는 주조롤.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2가스채널은, 상기 주조롤의 양단부에서 중앙방향으로 1 내지 10mm의 위치에서 적어도 5mm 이상의 영역에 형성되고,
   상기 제1가스채널은, 상기 주조롤의 양단부에서 중앙방향으로 15mm 이격된 영역에 형성되는 주조롤.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제1가스채널은, 에칭에 의해 형성되고,
   상기 제2가스채널은, 절삭기의 바이트에 의한 기계적 가공에 의해 형성되는 주조롤.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2가스채널은 경사진 홈이 이루는 각도가 45 내지 100도인 주조롤.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제2가스채널은 홈의 단면적을 피치로 나눈값으로 정의되는 가스 배출능 지수가 30 내지 200인 주조롤.

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