KR20190054686A - 롤 표면에 상이한 깊이를 부여하는 에칭장치 및 에칭방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤의 위치에 따라 에칭액에 노출되는 시간을 제어함으로써, 롤 표면에 형성된 채널에 상이한 깊이를 부여할 수 있는 에칭장치 및 에칭방법에 관한 것으로, 에칭장치는, 롤의 표면에 에칭액을 분사하는 복수의 분사노즐; 및 상기 롤과 상기 분사노즐 사이에 이동가능하게 배치되어, 상기 롤의 적어도 일부분을 차폐시키는 차단막을 포함한다.

Description

롤 표면에 상이한 깊이를 부여하는 에칭장치 및 에칭방법{Etching apparatus and etching method for forming depth difference on surface of roll}

본 발명은, 예컨대 쌍롤식 박판 주조 공정에 사용되는 주조롤에 대해 패터닝을 실시한 후 채널을 형성하는 에칭공정에서, 위치에 따라 롤 표면에 형성된 채널에 상이한 깊이를 부여할 수 있는 에칭장치 및 에칭방법에 관한 것이다.

쌍롤식 박판 주조 공정에서 액체상태의 용강을 고체상태의 박판 제품으로 바꾸고자 할 때 가장 필요한 물리적 구성요소는 주조롤이다. 이러한 주조롤은 원통형으로 형성되어 배럴부에서 직접 용강과 접촉하여 응고를 진행시키게 된다. 이때, 주조롤의 표면 상태에 따라 응고의 속도 및 두께 등이 결정되게 된다.

한편, 예를 들어 고질소 듀플렉스 스테인레스강 박판을 쌍롤식 박판 주조 공정으로 제조하기 위해서는 주조롤의 표면에 가스의 배출이 가능한 표면처리가 요구된다. 응고시 발생하는 가스를 배출하기 위하여 주조롤의 표면에 채널과 돌기를 포함한 요철을 가공하게 된다.

응고시에 가스가 원활하게 배출되지 못하게 되면, 해당 부위에서 디프레션(Depression), 크랙(Crack) 등과 같은 결함이 발생하여, 정상적인 제품을 생산할 수 없다. 따라서, 이러한 가스의 신속한 배출과 응고 시작 지점의 균일성을 확보하는 것이 제품의 표면 문제를 제거하는 주요 인자로 작용한다.

응고 시작 지점의 균일성을 확보하기 위해서는 주조롤의 배럴부와 용강이 접촉하는 지점의 기하학적인 구조가 일정하여야 하며, 가스의 신속한 배출을 위해서는 일정 크기 이상의 폭과 깊이를 가진 채널을 확보하여 가스 배출을 위한 통로를 마련해야 한다.

기본적으로는, 용강이 주조롤의 표면에 닿는 순간의 용강의 흐름과 주조롤의 길이방향(주편의 폭방향)에 따른 냉각능의 차이에 의해 주편은 전체 폭에 걸쳐 균일하게 응고되지 못한다. 이러한 응고의 불균일은 주조롤의 길이방향에 따라, 가스 배출을 위한 채널의 크기와 용강이 접촉하게 되는 돌기의 크기 및 빈도를 상이하게 함으로써 균일하게 제어할 수가 있다.

통상, 가스 배출을 위한 통로의 깊이를 확보하기 위해 주조롤의 배럴부에 대해 패터닝을 실시한 후 채널을 형성하는 에칭공정이 적용되고 있다. 하지만, 단순히 에칭액을 주조롤의 표면에 균일하게 분사하면, 주조롤 전체에 걸쳐 동일한 깊이의 채널이 형성되게 되며, 이를 통해서는 주조롤의 중앙부와 에지부가 갖는 냉각능의 차이로 인하여 야기되는 응고의 불균일을 해소할 수 없다. 이는 후공정인 압연에서, 웨이브(Wave)나 크랙 등과 같은 결함을 초래하며, 심한 경우에는 주조 안정성 자체까지도 위협한다.

(특허문헌 1) KR 333072 B1

이에 본 발명은 롤의 위치에 따라 에칭액에 노출되는 시간을 제어함으로써, 롤 표면에 형성된 채널에 상이한 깊이를 부여할 수 있는 에칭장치 및 에칭방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 에칭장치는, 롤의 표면에 에칭액을 분사하는 복수의 분사노즐; 및 상기 롤과 상기 분사노즐 사이에 이동가능하게 배치되어, 상기 롤의 적어도 일부분을 차폐시키는 차단막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 에칭방법은, 롤의 표면에 형성된 패턴을 식각하기 위해 에칭액을 분사하는 단계; 및 상기 에칭액에 노출되는 시간을 조절하도록 상기 롤의 적어도 일부분을 차폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 롤의 위치에 따라 서로 상이한 깊이를 가진 가스 배출용 채널을 형성할 수 있게 되고, 이에 따라 주조롤에 균일한 응고능을 부여할 수 있어 주조 안정성에 크게 기여하며, 에지부의 불량률도 감소시켜 우수한 제품을 생산할 수 있는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 에칭방법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 2는 레이저로 패터닝 가공된 롤 표면을 나타낸 사진이다.
도 3은 롤 길이에 따른 채널의 깊이를 나타낸 분포도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 원하는 깊이의 패턴을 얻기 위해 롤 길이에 따른 부위별 에칭액 노출시간을 나타낸 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 1은 본 발명의 에칭방법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 공정도이다.

본 발명에 따른 에칭방법에 앞서, 롤(100)의 표면 전처리가 수행된다. 이러한 표면 전처리는 롤(100)의 표면에 부착된 이물질을 제거하여 표면의 균일화를 이루기 위한 것으로, 탈지, 수세 등의 공정을 들 수 있다.

이어서, 표면 전처리된 롤(100)의 표면에, 에칭액으로부터 롤 표면을 보호할 수 있는 마스킹 막(110)이 형성된다. 마스킹 막의 형성은 마스킹 필름을 롤 표면에 직접 접착하는 방법, 또는 액상의 마스킹 재료를 붓이나 분무장치 등을 사용하여 롤 표면에 고르게 도포하고 건조시키는 방법으로 이루어질 수 있다.

여기서, 도포되는 경우에, 마스킹 재료로는 광경화성 액상 포토레지스트 수지 또는 내산성 도료를 사용할 수 있다.

마스킹 막(110)의 형성이 완료되면, 광노출 상태로 이동하여 원하는 부위에 레이저(10) 등을 이용한 패터닝을 수행하게 된다. 이로써, 롤(100)의 표면에 형성된 마스킹 막(110)에 패턴(120)이 형성될 수 있다.

도 2는 레이저로 패터닝 가공된 롤 표면을 나타낸 사진으로서, 이에 도시된 바와 같이 패터닝을 한 후에 롤 표면에는, 예컨대 레이저(10)의 조사에 의해 마스킹 막(110)이 제거된 제거부(121)와, 레이저가 조사되지 않아 마스킹 막이 남아 있는 잔류부(122)를 포함하는 패턴(120)이 형성될 수 있다.

다음으로, 패턴(120)이 형성된 롤 표면에 에칭액(20)을 분사하여, 패턴 중 마스킹 막(110)이 제거된 제거부(121)가 식각되게 함으로써, 채널(131)과 돌기(132)를 포함한 요철(130)이 형성되게 된다.

이와 같이, 화학적 식각을 하게 되면 마스킹 막(110)의 잔류부(122)는 남고 제거부(121)가 식각되어, 원하는 깊이로 요철(130)을 형성할 수 있다. 에칭공정에서는, 작업의 용이성과 균일성을 확보하기 위해 롤(100)을 균일한 속도로 회전시키면서 에칭액(20)을 균일한 양으로 분사하여 식각하는 것이 바람직하다.

예를 들어 고질소 듀플렉스 스테인레스강 박판을 쌍롤식 박판 주조 공정으로 제조하는 데에 사용되는 주조롤의 표면에는, 응고시 발생하는 가스를 배출하기 위하여 채널과 돌기를 포함한 요철이 형성되어 있다.

이러한 경우에, 주조롤의 길이방향(주편의 폭방향)에 따른 전체 길이에 걸쳐 요철의 채널이 갖는 원하는 깊이의 분포는 주조롤의 중앙부가 깊고 에지부로 갈수록 깊이가 얕아지는 형태인 것이 바람직하다. 도 3은 롤 길이에 따른 채널의 깊이를 나타낸 분포도이다.

주조롤의 중앙부에서는 냉각능이 상대적으로 우수하여 빨리 응고되므로 중앙부의 냉각능을 떨어뜨려야 하고, 에지부는 냉각능이 상대적으로 저하되어 에지부의 냉각능을 높여야 하기 때문이다.

전술한 바와 같이, 가스의 통로를 확보하기 위해 단순히 에칭액을 주조롤의 표면에 균일하게 분사하면, 주조롤 전체에 걸쳐 동일한 깊이의 채널이 형성될 수는 있지만, 이를 통해서는 주조롤의 중앙부와 에지부가 갖는 냉각능의 차이를 해소할 수 없다.

다시 말해, 주조롤의 부위별로 채널의 깊이가 조정되지 못하여, 도 3과 같이 롤 길이에 따른 채널의 깊이를 가질 수 없고, 이에 따라 원하지 않는 깊이로 인한 응고의 불균일이 야기될 수밖에 없다.

이에 본 발명에 따른 에칭방법은, 롤(100)의 표면에 형성된 패턴(120)을 식각하기 위해 에칭액(20)을 분사하는 단계; 및 에칭액에 노출되는 시간을 조절하도록 롤의 적어도 일부분을 차폐시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

더불어, 본 발명에서는, 전술한 에칭방법을 이행할 수 있게 하는 에칭장치를 제안한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭장치는, 롤(100)의 표면에 에칭액(20)을 분사하는 복수의 분사노즐(210); 및 롤과 분사노즐 사이에 이동가능하게 배치되어, 롤의 적어도 일부분을 차폐시키는 차단막(220)을 포함하고 있다.

분사노즐(210)은, 롤(100)에 에칭액(20)을 분사하기 위해 롤 표면으로부터 거리를 두고 배치된 적어도 하나의 파이프(211) 상에 이 파이프의 길이방향을 따라 복수개로 배열될 수 있다. 이러한 복수의 분사노즐은 균일하게 에칭액이 롤에 분사되도록 한다.

에칭액(20)은 내산펌프(미도시)를 통해 파이프(211)로 가압되어 공급될 수 있으며, 롤 표면의 식각부위와 접촉할 수 있도록 고르게 분사된다.

본 발명의 에칭장치는, 롤(100)을 밀폐하여 거치하기 위한 내산챔버(230)와, 이 내산챔버에 거치된 롤을 회전시키기 위한 회전부(미도시)를 포함할 수 있다.

복수의 분사노즐(210)이 배열된 적어도 하나의 파이프(211)가 내산챔버(230) 내에서, 롤(100)의 길이방향과 평행하게 또는 원주방향으로 적어도 롤의 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

회전부는 모터와, 이 모터와 롤의 회전축 사이를 연결하는 전동수단 등으로 구성될 수 있다. 이러한 회전부는 널리 공지되어 있으므로, 본 명세서에서 그 상세한 설명 및 도해는 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 에칭장치는, 도시되지는 않았지만, 회전하는 롤(100)의 표면에 분사된 에칭액(20)을 배출하는 내산챔버(230) 내 배출구와, 이 배출구에 연결되어 배출된 에칭액을 회수하는 탱크를 더 포함할 수 있다. 탱크는 에칭액을 가열할 수 있는 가열장치가 구비될 수 있다.

예를 들어, 식각을 통해 채널의 깊이를 부여할 때에는, 시간에 비례하여 남아 있는 잔류부(122)의 마스킹 막(110)도 조금씩 떨어져 나가게 되는데, 이는 에칭액이 롤 표면에 강하게 분사되는 힘에 의해 야기될 수 있다.

이와 같이, 마스킹 막(110)의 떨어져 나가는 양만큼 채널(131)의 폭도 커지게 되므로, 이러한 양을 미리 예측하여 시간당 커지는 폭을 보정하면서 식각을 실시하여야 한다.

이를 위해, 이전 에칭공정에서 시간과 온도 및 습도 등에 관계된 보정치를 제공받아 식각에 이용할 수 있다.

차단막(220)이 롤(100)과 분사노즐(210) 사이에 이동가능하게 배치된다. 이러한 차단막은 산성인 에칭액(20)에 의해 변형되지 않는 예컨대 플라스틱과 같은 내산성의 재질로 만들어질 수 있다.

더욱이, 차단막(220)의 적어도 일부는 신축가능한 주름막으로 형성될 수 있다. 하지만, 차단막의 구성은 반드시 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에칭장치는 차단막(220)에 연결되어 이 차단막을 이동시키는 구동부(240)를 더 포함할 수 있다. 구동부는 차단막을 롤(100)의 길이방향을 따라 이동시키는 구동력을 제공하는 역할을 할 수 있다.

예를 들어, 구동부(240)로는 유체압 실린더가 채용될 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 차단막(220)의 하중을 지지하여 이동시킬 수 있다면 다른 임의의, 예컨대 전기식 액츄에이터 등이 적용되어도 무방하다.

이러한 구동부(240)의 작동본체(241)는 에칭액(20)으로부터 보호하기 위해 내산챔버(230)의 외부에 고정되고, 작동로드(242)가 내산챔버를 통과하여 차단막(220)의 일측 단부에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에칭장치에는 차단막(220)과 구동부(240)의 조립체가 한 쌍으로 구비되어, 차단막과 구동부의 조립체가 롤(100)의 길이방향 양단 쪽에 각각 배치될 수 있다.

차단막(220)이 주름막인 경우에는, 차단막 중 롤(100)의 중앙부에 인접한 일측 단부가 구동부(240)의 작동로드(242)의 단부에 연결되고, 차단막의 타측 단부는 내산챔버(230) 등에 고정될 수 있다.

이에 따라, 구동부(240)의 작동로드(242)가 신장 또는 수축됨으로써 차단막(220)의 일측 단부가 진퇴되면서 차단막이 롤(100)과 분사노즐(210) 사이에서 일정 길이만큼 펼쳐지거나 접힐 수 있게 되는 것이다.

초기에 롤 표면을 차폐할 필요가 없을 때에는 회전하는 롤(100)과 에칭액(20)을 분사하는 분사노즐(210) 사이에서 간섭이 없도록 구동부(240)는 수축된 상태로 되어 차단막(200)이 가능한 한 롤로부터 벗어나 위치한다. 차단막은 예컨대 내산챔버(230)의 내벽 쪽에 인접하게 위치될 수 있다.

이어서, 식각을 통해 채널(131)의 깊이를 상이하게 부여하고자 할 때에는, 구동부(240)가 신장되어 차단막(220)이 이동됨으로써, 롤(100)의 길이에 따라 롤 표면이 에칭액(20)에 노출되는 시간을 제어할 수 있게 되고, 이에 따라 롤 길이에 걸쳐 다른 깊이와 크기를 가진 채널을 형성할 수 있게 된다.

도 5는 원하는 깊이의 패턴을 얻기 위해 롤 길이에 따른 부위별 에칭액 노출시간을 나타낸 그래프이다.

이를 참조하면, 초기에는 복수의 분사노즐(210)로부터 균일하게 에칭액(20)이 롤(100)에 분사되고 차단막(220)은 롤로부터 벗어나 있어, 롤 길이 전체에 걸쳐 모든 롤 표면은 균일하게 식각된다. 즉, 차폐시키는 단계는, 에칭액을 분사하는 일정 시간 동안 롤 전체에 걸쳐 이행되지 않는다.

예컨대 약 1800초 동안 에칭액(20)에 의해 식각되어 채널(131)의 일정 깊이가 확보되면, 차단막(220)을 롤(100)의 양측 에지부로부터 중앙부를 향해 조금씩 이동시켜, 혹은 차단막이 주름막인 경우에는 차단막을 조금씩 펼쳐, 롤 표면 중 에지부와 같은 해당 구간이 더 이상 식각되지 않도록 한다.

차단막(220)의 이동 또는 펼침이 완료된 후에도 롤(100)의 중앙부가 예컨대 약 2600초까지 에칭액(20)에 노출되면, 롤의 중앙부에 부여된 채널(131)은 도 3처럼 대략 230㎛의 깊이를 갖게 되어, 대략 150㎛의 깊이를 갖는 에지부의 채널보다 더 깊은 깊이를 갖게 된다.

이렇게 롤 전체에 걸쳐 부위별로 에칭액에 대한 노출 시간을 선형적으로 조절할 수 있게 됨으로써, 식각으로 형성되는 채널(131)의 깊이 및 크기를 원활하게 제어할 수 있음은 물론, 롤(100)의 중앙부와 에지부가 갖는 냉각능의 차이를 극복하여, 예컨대 쌍롤식 박판 주조 공정의 주조롤에서 용강이 균일하게 응고될 수 있는 장점이 있다.

따라서, 쌍롤식 박판 주조 공정에서 에지부의 불량률을 감소시켜 제품의 실수율을 향상시킴과 더불어, 균일한 응고를 통해 주조롤의 국부적 결함이 발생하지 않아 주조롤의 사용수명도 증가시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

이와 같이, 에칭공정이 완료되면 탈막을 통해 잔류부(122)의 마스킹 막(110)을 제거하고, 이어 후처리로 마무리한다. 이로써, 롤의 길이방향 위치에 따라 상이한 깊이의 가스 배출용 채널(131)을 가진 롤(100)을 형성할 수 있게 되는 것이다.

이에 따라 본 발명에 의하면, 주조롤에 균일한 응고능을 부여할 수 있어 주조 안정성에 크게 기여하며, 에지부의 불량률도 감소시켜 우수한 제품을 생산할 수 있는 효과를 얻는다.

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: 레이저 20: 에칭액
100: 롤 110: 마스킹 막
120: 패턴 121: 제거부
122: 잔류부 130: 요철
131: 채널 132: 돌기
210: 분사노즐 220: 차단막
230: 내산챔버 240: 구동부
241: 작동본체 242: 작동로드

Claims (11)

1. 롤의 표면에 에칭액을 분사하는 복수의 분사노즐; 및
   상기 롤과 상기 분사노즐 사이에 이동가능하게 배치되어, 상기 롤의 적어도 일부분을 차폐시키는 차단막
   을 포함하는 에칭장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 에칭장치는,
   상기 롤을 밀폐하여 거치하는 내산챔버; 및
   상기 내산챔버에 거치된 롤을 회전시키는 회전부
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 내산챔버 내에서, 상기 복수의 분사노즐은 상기 롤의 표면으로부터 거리를 두고 배치된 적어도 하나의 파이프 상에 배열된 것을 특징으로 하는 에칭장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 에칭장치는, 상기 차단막에 연결되어 상기 차단막을 이동시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 차단막은 적어도 일부가 신축가능한 주름막으로 형성된 것을 특징으로 하는 에칭장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 차단막과 상기 구동부의 조립체는 상기 롤의 길이방향 양단 쪽에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 에칭장치.
   
7. 롤의 표면에 형성된 패턴을 식각하기 위해 에칭액을 분사하는 단계; 및
   상기 에칭액에 노출되는 시간을 조절하도록 상기 롤의 적어도 일부분을 차폐시키는 단계
   를 포함하는 에칭방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 에칭액을 분사하는 단계 전에,
   상기 롤 표면에 마스킹 막을 형성하는 단계; 및
   상기 마스킹 막이 형성된 상기 롤 표면에 레이저를 조사하여 식각할 부위의 마스킹 막을 제거함으로써, 상기 패턴을 형성하는 단계
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 차폐시키는 단계는, 상기 에칭액을 분사하는 일정 시간 동안 상기 롤 전체에 걸쳐 이행되지 않는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 차폐시키는 단계를 통해 상기 에칭액에 노출되는 시간을 선형적으로 조절하여, 상기 패턴에서 식각으로 형성되는 채널이 상이한 깊이를 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 에칭액을 분사하는 단계는, 이전 에칭공정에서 시간에 따른 마스킹 막의 탈락을 고려하여 시간과 관계된 보정치를 제공받는 것을 특징으로 하는 에칭방법.

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