KR20230164182A - 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법에 관한 것으로, 분배장치의 위치를 조절하고, 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 가동하는 단계; 용융 금속은 분배장치를 통과한 후 초기 운동량을 가진 균일한 시트형 용융 금속 흐름을 형성하는 단계; 시트형 용융 금속 흐름은 50-100℃의 과열도 및 0.5-2m/s의 초기 속도로 용융지 내로 유입되고, 분배장치는 용융지와 간격을 두고 설치되는 단계; 용융 금속의 초기 속도의 작용하에서, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하는 단계; 2개의 냉각 롤러의 회전에 따라, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하는 단계;를 포함한다. 본 출원은 용융 금속의 운동 에너지를 충분히 활용하여, 용융지 내에서 냉각 롤러 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하여, 과열도가 50-100℃로 높을 때 등축 결정 박대를 제조할 수 있고, 또한 등축 결정 비율을 100%까지 향상시켜, 결정립을 미세화하고, 편석을 개선할 수 있다.
Description
본 출원은 금속 박대 연속 주조에 적용되는 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법의 기술 분야에 관한 것이다.
본 공개는 2021년 12월 17일자 출원 번호가 202111554142.9이고, 발명 명칭이 "운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법"인 중국 특허 출원에 기초한 우선권을 주장하며, 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
각 방향에서 크기 차이가 작은 결정립을 등축 결정이라고 하며, 대응되게, 각 방향에서 크기 차이가 큰 결정립을 주상 결정이라고 한다. 등축 결정의 성능은 균일하고, 주상 결정의 성능은 방향성을 가지며, 금속 재료는 치밀하고 균일한 등축 결정 조직을 얻어 금속 재료의 역학적 성능 및 공정 성능을 향상시킬 수 있다.
트윈 롤러 박대 연속 주조는 근사 정형(Near Net Shape) 연속 주조 기술이며, 상기 기술을 이용하면 완제품 두께에 가까운 스트립을 제조할 수 있어, 금속 박대의 짧은 공정 생산을 실현하고, 해당 공정은 생산 공정을 크게 단순화하여, 생산 라인 길이를 단축시킴으로써, 장비 투자를 절감하고, 비용을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지를 절약할 수 있고, 환경을 보호할 수 있어, 시장 전망이 매우 높다. 트윈 롤러 박대 연속 주조는 2개의 수냉식 롤러를 이동 결정기로 사용하고, 박대를 주조하는 이동 방향에 따라, 주조기의 배치 형식은 냉각 롤러가 수직으로 배치된 수평형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비, 냉각 롤러가 수평으로 배치된 수직형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비 및 냉각 롤러가 경사로 배치된 경사형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비로 나눌 수 있다. 종래 기술에서, 수평형 트윈 롤러 박대 연속 주조 과정에서, 로우 헤드의 용융 금속은 공급 노즐을 통해 모두 층류 형태로 용융지로 유입되며; 수직형 트윈 롤러 박대 연속 주조 과정에서, 용융 금속은 담금식 분배기를 통해 용융지로 유입되고, 다양한 대책을 채택하여 용융 금속의 운동 에너지를 낮춰, 용융지의 난류를 억제하며; 경사형 트윈 롤러 박대 연속 주조 과정에서도, 용융 금속은 모두 층류 형태로 용융지로 유입된다.
중국 특허 CN103464702A는 금속 박판 근사 정형 성형 장치 및 그 성형 방법을 공개하였고, 경사 배치되고 내부가 수냉되고 반대 방향 회전하는 한 쌍의 주조 롤러를 구비하고, 하부 주조 롤러 일측에 용융 금속 분배장치를 설치하여, 분배장치를 통해 용융 금속을 하부 주조 롤러의 롤면에 고르게 펴고, 이후 용융 금속은 상하 주조 롤러 사이에 용융지를 형성하여, 용융 금속의 응고 및 압연을 완성함으로써, 금속 박판의 근사 정형 성형을 구현한다. 해당 특허에서 용융 금속은 하부 주조 롤러의 롤면에 고르게 펴지므로, 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성할 수 없다.
미국 특허 US7604039B2는 분배장치를 공개하였고, 레이들 내의 용강은 노즐을 통해 턴디쉬로 유입된 후, 내화 장비를 통해 분배기로 유입되고, 분배기 하부 측면에는 복수의 분배 출구가 있고, 상기 분배장치의 분배기 노즐은 용강 내에 침지되고, 분배기 출구의 용강 유속을 최대한 감소시켜, 용융지 액면 및 메니스커스의 변동을 줄여, 용융지의 안정을 제어한다. 분배기에 복수의 분배 출구가 있어, 축방향에서의 용강의 분배가 고르지 않으므로, 용융지 내의 온도장 분포가 불균일하게 되어, 박대에 균열이 발생할 수 있다. 동시에, 용강이 큰 용융지로 천천히 유입되므로, 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성할 수 없다. 용강의 온도 업데이트 속도가 느리고, 용융지 내의 온도 구배가 크고, 단방향 성장 조건이 충분하여, 주상 결정을 주로 하는 응고 조직을 형성하기 쉽고, 고체 상 변화 조직 중의 결정립도 조대하기 때문에, 미세한 등축 결정 조직을 얻기 위해서는 압연 변형과 같은 후속 공정을 통해 개선하여, 박대 제품의 역학적 성능 요구를 만족시켜야 한다. 주조 스트립의 응고 조직 중의 등축 결정 비율을 향상시킬 수 있으면, 결정립이 미세화되고, 편석이 개선되어, 후속 공정의 부담이 줄어든다.
중국 특허 CN100493745C는 트윈 롤러 박대 연속 주조를 통해 등축 결정율을 향상시키는 방법을 공개하였고, 캐스팅 공정에서 용강 내에 아르곤 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 도입하여, 산소 분압을 낮춤으로써, 용강의 과냉도를 낮춰, 용강의 응고 조건을 변화시키며, 액체 상태에서의 용강과 결정화 롤러의 접촉 시간을 증가시켜, 결정화 롤러와 응고 쉘 사이의 열 전달을 향상시킨다. 상기 방법은 박판의 표면 품질을 향상시킬 수 있고, 또한 혼합 가스의 비율을 제어함으로써 박판의 응고 조직도 제어하여, 박판의 등축 결정 비율을 향상시키고, 결정립을 미세화할 수 있다. 상기 방법의 단점은 다음과 같다: 장비가 상대적으로 복잡하고, 조작이 불편하고, 또한 상기 방법에서 혼합 가스와 용강 및 회전하는 결정화 롤러 롤면의 부분 접촉 상태를 제어하기 어려워, 용강과 결정화 롤러 사이의 열전달이 불안정하게 되어, 박대 블랭크 조직이 불균일하게 된다. 상기 방법은 등축 결정 영역을 확장할 수 있지만, 여전히 100% 등축 결정 조직인 박판을 얻을 수는 없다.
중국 특허 CN102069167A는 트윈 롤러 박대 연속 주조 기술을 이용하여 방향성 규소강 등축 결정 박대 블랭크를 제조하는 방법을 공개하였고, 박대 연속 주조 공정의 용강 과열도, 용융지 내 용강과 결정화 롤러 롤면의 접촉 길이 및 접촉 시간 등 주요 공정 매개변수를 제어하여, 등축 결정립을 얻는 것을 포함한다. 상기 방법의 단점은, 용강 과열도를 15-30℃사이로 제어해야 하므로, 온도 제어 범위가 좁고, 제어 난이도가 증가하고, 또한 얻은 등축 결정 조직은 여전히 매우 거칠다는 점이다. 일 측면에서, 일정 정도까지 캐스팅했을 때, 레이들 내의 용강 온도가 낮아짐에 따라, 용강은 턴디쉬 및 노즐 부분에서 응고되기 쉽거나 또는 응고 구간이 너무 길어 압연 사고가 발생할 수 있다. 다른 일 측면에서, 과열도가 상기 온도 범위보다 높으면, 해당 특허에서 용융지 내 교반 효과가 뚜렷하지 않아, 등축 결정의 발달에 불리하다. 해당 특허에서 15-30℃의 조건에서 등축 결정 박대를 제조할 수 있는 이유는, 초기의 과열도가 낮고, 과냉도가 커서, 핵 생성율이 증가하기 때문이고, 또한 핵 생성율이 증가하는 폭이 크지 않기 때문에, 상대적으로 조대한 등축 결정 조직을 형성한다. 당업자는, 과열도가 50℃보다 높으면, 제조되는 금속 박대의 조직은 등축 결정 조직이 아닌 주상 결정 조직으로 간주될 것임을 알고 있다.
이를 통해, 종래 기술에는 용융 금속의 운동 에너지를 충분히 활용하여, 용융지 내에서 냉각 롤러 롤면과 인접한 와류를 형성함으로써, 등축 결정 조직을 제조하는 기술적 시사가 없음을 알 수 있다. 반대로, 종래 기술에서는 분배기로 유입되는 용융 금속 액체의 변동을 방지하기 위해, 일반적으로 분배 노즐을 금속 액체에 침지하거나 또는 약한 수평 유동으로 분배 노즐에 유입하고, 설령 등축 결정 조직을 제조할 수 있더라도, 과열도를 30℃ 이하로 제어해야 하며, 또한 제조된 등축 결정 조직도 상대적으로 조대하다. 따라서, 종래 기술은 더 높은 과열도에서, 100% 등축 결정 조직을 제조할 수 있는 금속 박대 연속 주조 방법 및 장비가 필요하다.
본 출원의 목적은 용융 금속의 운동 에너지를 충분히 활용하여, 용융지 내에서 냉각 롤러 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하여, 과열도가 50-100℃로 높을 때 등축 결정 박대를 제조할 수 있고, 또한 주조 스트립 응고 조직의 등축 결정 비율을 100%까지 향상시켜, 결정립을 미세화하고, 편석을 개선할 수 있는, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
본 출원은 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법에 관한 것으로，
(1)분배장치의 위치를 조절하고, 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 가동하는 단계;
(2)용융 금속이 분배장치로 유입되고, 용융 금속은 분배장치를 통과한 후 축선 방향으로 균일하고 초기 운동량을 가진 시트형 용융 금속 흐름을 형성하는 단계;
(3)시트형 용융 금속 흐름은 50-100℃의 과열도 및 0.5-2m/s의 초기 속도로 용융지 내로 유입되고, 분배장치와 용융지가 접촉하지 않도록 분배장치를 용융지와 간격을 두고 설치하는 단계;
(4)용융 금속의 초기 속도의 작용하에서, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하는 단계;
(5)2개의 냉각 롤러의 회전에 따라, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하여, 응고 조직이 균일하고 미세한 등축 결정 조직인 금속 박대를 제조하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비는 경사형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비이고, 상부 냉각 롤러 및 하부 냉각 롤러를 포함하고, 상기 상부 냉각 롤러 및 상기 하부 냉각 롤러는 경사 배치되고 양자 사이에 롤 갭이 형성되며, 상기 하부 냉각 롤러의 상방에는 상기 분배장치가 설치되어 있다. 상기 분배장치는, 용융 금속을 수용하기 위한, 위로 개구된 입구 섹션; 저부에 연속된 스트립형 출구가 설치되어, 시트형 용융 금속 흐름을 송출하기 위한, 입구 섹션과 연결된 수직 출구 섹션; 시트형 용융 금속 흐름의 유출을 가이드하기 위한, 수직 출구 섹션의 일측과 연결된 흐름 가이드판;을 포함한다. 상기 수직 출구 섹션의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 3-10배일 수 있고, 상기 흐름 가이드판의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 5-10배일 수 있으며, 상기 흐름 가이드판과 상기 수직 출구 섹션의 교차점에서 상기 수직 출구 섹션 저부 까지의 거리는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 1.5-3배일 수 있다. 상기 분배장치의 출구 끝점과 하부 냉각 롤러 축심의 연결선과 수직선의 각도(α)는 0-70°일 수 있고, 2개의 냉각 롤러 축심의 연결선과 수직선 사이의 각도(β)는 30-90°일 수 있고, 각도(α)＜각도(β)이며; 상기 흐름 가이드판의 판면과 수평선의 각도(γ)와 각도(α)의 차이는 0-5°일 수 있다.
상기 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비는 수직형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비일 수도 있고, 수평 배치된 제1 냉각 롤러 및 제2 냉각 롤러를 포함하고, 상기 제1 냉각 롤러와 상기 제2 냉각 롤러의 중간 대칭 위치 상방에 분배장치가 설치되어 있고 양자 사이에 롤 갭이 형성된다. 상기 분배장치는, 용융 금속을 수용하기 위한, 위로 개구된 입구 섹션; 저부에 연속된 스트립형 출구가 설치되어, 시트형 용융 금속 흐름을 송출하기 위한, 상기 입구 섹션과 연결된 수직 출구 섹션;을 포함한다. 상기 수직 출구 섹션의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 길이의 3-10배일 수 있다.
본 출원에 따른 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법은 운동량 분배 방식을 이용하고, 즉 분배장치는 축선 방향으로 균일하고 초기 운동량을 가진 시트형 용융 금속 흐름을 제공하여, 용융 금속 흐름이 용융지로 유입될 때의 운동량이 크도록 보장하고, 용융지 내의 운동량 교반 효과가 뚜렷하다. 용융지 내에서 와류가 강한 운동량 교반 효과를 통해, 등축 결정 조직의 형성을 촉진하여, 50-100℃의 과열도에서 등축 결정 박대를 제조할 수 있으며, 또한 100% 등축 결정형 조직을 형성할 수 있다.
도 1은 실시예1의 금속 박대 연속 주조 장비의 개략도이다.
도 2는 실시예1의 분배장치의 사시도이다.
도 3은 실시예1의 분배장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 실시예1의 운동량 분배와 용융지 와류의 개략도이다.
도 6은 실시예2의 금속 박대 연속 주조 장비의 개략도이다.
도 7은 실시예2의 분배장치의 사시도이다.
도 8은 실시예2의 분배장치의 단면도이다.
도 9는 도 8의 B-B 단면도이다.
도 10은 실시예2의 운동량 분배와 용융지 와류의 개략도이다.
도 2는 실시예1의 분배장치의 사시도이다.
도 3은 실시예1의 분배장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 실시예1의 운동량 분배와 용융지 와류의 개략도이다.
도 6은 실시예2의 금속 박대 연속 주조 장비의 개략도이다.
도 7은 실시예2의 분배장치의 사시도이다.
도 8은 실시예2의 분배장치의 단면도이다.
도 9는 도 8의 B-B 단면도이다.
도 10은 실시예2의 운동량 분배와 용융지 와류의 개략도이다.
본 출원의 목적, 기술 방안 및 장점을 더욱 명확하게 하기 위하여, 이하 도면을 결합하여 본 출원의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 설명해야 할 점은, 모순되지 않는 한, 본 출원의 실시예 및 실시예의 특징은 서로 임의로 조합할 수 있다.
본 출원은 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법에 관한 것으로,
(1)분배장치의 위치를 조절하고, 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 가동하는 단계;
(2)용융 금속이 분배장치로 유입되고, 용융 금속은 분배장치를 통과한 후 축선 방향으로 균일하고 초기 운동량을 가진 시트형 용융 금속 흐름을 형성하는 단계, 여기서 축선 방향은 트윈 롤러의 축선 방향을 의미함;
(3)시트형 용융 금속 흐름은 50-100℃의 과열도 및 0.5-2m/s의 초기 속도로 용융지 내로 유입되고, 분배장치와 용융지가 접촉하지 않도록 분배장치를 용융지와 간격을 두고 설치하는 단계;
(4)용융 금속의 초기 속도의 작용하에서, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하는 단계;
(5)2개의 냉각 롤러의 회전에 따라, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하여, 응고 조직이 균일하고 미세한 등축 결정 조직인 금속 박대를 제조하는 단계;를 포함한다.
본 출원의 운동량 분배 방식은 용융 금속이 큰 초기 속도를 가짐으로써, 융용지로 유입되는 운동량이 크고, 용융지 내의 운동량 교반 효과가 뚜렷하도록 보장해야 하고, 용융지 내 와류가 강한 운동량 교반 효과를 통해, 등축 결정 조직의 형성을 촉진한다. 와류의 운동량 교반 효과는 용융 금속과 냉각 롤러의 열교환을 강화하는데 유리하고, 용융지 각 부분의 온도 균일을 촉진하는데 유리하며, 온도 구배를 낮추고, 과냉도 및 핵생성율을 향상시키며; 와류의 운동량 교반은 수지상 결정을 파쇄할 수 있어, 주상 결정의 형성과 성장을 억제하여, 결정립을 미세화하며; 와류의 운동량 교반은 또한 성분을 더욱 균일하게 하여, 편석을 개선한다. 와류가 발달할수록, 응고 조직을 미세화하고, 등축 결정 비율을 향상시키고, 편석을 개선하는 효과가 좋다. 이러한 운동량 교반 효과는 과열도가 50-100℃일 때 등축 결정의 형성을 실현할 수 있고, 턴디쉬 및 노즐 부분에서의 막힘을 효과적으로 방지할 수 있다. 동시에, 용융지로 유입되는 시트형 용융 금속 흐름이 균일하고 연속적이므로, 용융지 내에서 형성된 와류가 냉각 롤러 축선 방향을 따라 균일하게 유지되도록 하여, 균일한 응고를 실현하고, 표면 품질을 개선한다.
실시예 1
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 출원의 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법은 경사형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 이용하여 실현할 수 있으며, 상기 방법은,
(1)분배장치의 위치를 조절하고, 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 가동하는 단계;
(2)용융 금속이 분배장치로 유입되고, 용융 금속은 분배장치를 통과한 후 축선 방향으로 균일하고 초기 운동량을 가진 시트형 용융 금속 흐름을 형성하는 단계;
(3)용융 금속은 50-100℃의 과열도 및 0.5-2m/s의 초기 속도로 하부 롤러 롤면을 따라 2개의 냉각 롤러와 2개의 에지댐으로 구성된 용융지 내로 유입되고, 분배장치와 용융지가 접촉하지 않도록 분배장치를 용융지와 간격을 두고 설치하는 단계;
(4)용융 금속의 초기 속도의 작용하에서, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하는 단계;
(5)2개의 냉각 롤러의 회전에 따라, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하여, 응고 조식이 균일하고 미세한 등축 결정 조직인 금속 박대를 제조하는 단계;를 포함한다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 경사형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비는 하방에 위치한 제1 냉각 롤러(1) 및 상방에 위치한 제2 냉각 롤러(6)을 포함하고, 제1 냉각 롤러(1)와 제2 냉각 롤러(6)는 경사 배치되고 양자 사이에 롤 갭이 형성되며, 제1 냉각 롤러(1)의 상방에는 분배장치(2)가 설치되어 있고, 용융 금속(3)은 분배장치(2)로부터 유출되어 축선 방향으로 균일하고, 초기 운동량을 갖는 시트형 용융 금속 흐름(4)을 형성한다. 분배장치(2)의 출구 끝점과 하부 롤러 축심의 연결선과 수직선의 각도(α)는 0-70°일 수 있고, 바람직하게는 20-60°이고, 예를 들면 40°일 수 있으며; 2개의 냉각 롤러 축심 연결선과 수직선 사이의 각도()는 30-90°일 수 있고, 바람직하게는 60-80°이고, 예를 들면 70°일 수 있고, 각도(α)＜각도(β)이다. 초기 운동량은 턴디쉬 또는 라운더의 액면 높이와 분배장치 사이의 높이를 통해 조절할 수 있고, 와류의 충분한 발달을 보장하기 위해, 분배장치는 용융지와 접촉하지 않는다. 시트형 용융 금속 흐름은 0.5-2m/s의 초기 속도로 제1 냉각 롤러의 롤면을 따라 제1 냉각 롤러(1)와 제2 냉각 롤러(6) 사이의 롤 갭으로 유입되어, 용융지(5)를 형성하고, 후속으로 유입된 시트형 용융 금속 흐름은 용융지(5) 내에서 와류 운동량을 형성한다. 제1 냉각 롤러(1)와 제2 냉각 롤러(6)는 반대 방향으로 동기 회전하고, 롤러 속도는 0.1-3m/s일 수 있다. 와류 운동량 교반의 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하고, 제조된 금속 박대(7)는 제1 냉각 롤러(1)와 제2 냉각 롤러(6) 사이의 롤 갭으로부터 인출되고, 금속 박대(7)의 응고 조직은 균일하고 미세한 등축 결정 조직이다.
분배장치(2)는 턴디쉬로부터의 용융 금속을 수용하기 위한, 위로 개구된 입구 섹션(8); 저부에 연속된 스트립형 출구가 설치되어, 시트형 용융 금속 흐름을 송출하기 위한, 입구 섹션(8)과 연결된 수직 출구 섹션(9); 시트형 용융 금속 흐름의 유출을 가이드하기 위한, 수직 출구 섹션(9)의 일측과 연결된 흐름 가이드판(10)을 포함한다. 수직 출구 섹션(9)의 길이(l 1)는 수직 출구 섹션(9)의 두께(t 1)의 3-10배이고, 바람직하게는 5-7배이며; 흐름 가이드판(10)의 길이(l 2)는 수직 출구 섹션(9)의 두께(t 1)의 5-10배이고, 바람직하게는 7-8배이며; 흐름 가이드판(10)과 수직 출구 섹션(9)의 교차점과 수직 출구 섹션(9) 저부 사이의 거리(b)는 수직 출구 섹션(9)의 두께(t 1)의 1.5-3배이고, 바람직하게는 2-2.5배이며; 흐름 가이드판(10)의 판면과 수평선의 각도는 γ =α+δ이고, δ는 α와 γ 사이의 각도 편차량이고, 0-5°일 수 있다. 상기 크기 관계 및 각도 관계의 조합 설정을 통해, 흐름 가이드판을 따라 롤면으로 유입되는 시트형 용융 금속 흐름은 용융지 내에서 우수한 운동량 교반 효과를 형성하여, 100% 등축 결정에 필요한 와류 교반을 실현한다.
이러한 비교예에서, 용융 금속은 과열도 70℃ 및 초기 속도 1m/s로 하부 롤러의 롤면을 따라 용융지 공간으로 유입되고, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하고, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하여, 금속 박대를 제조하고, 그 응고 조직은 균일하고 미세한 100% 등축 결정 조직이고, 결정립 크기는 80㎛이다.
실시예 2
도 6 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 본 출원의 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법은 또한 수직형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 이용하여 실현할 수 있으며, 상기 방법은,
(1)분배장치의 위치를 조절하고, 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 가동하는 단계;
(2)용융 금속이 턴디쉬 또는 라운더를 통해 분배장치로 유입되고, 용융 금속은 분배장치를 통과한 후 축선 방향으로 균일하고 초기 운동량을 가진 시트형 용융 금속 흐름을 형성하는 단계;
(3)용융 금속은 50-100℃의 과열도 및 0.5-2m/s의 초기 속도로 2개의 냉각 롤러의 인접 롤면의 대칭면을 따라 2개의 냉각 롤러와 2개의 에지댐으로 구성된 용융지 내로 유입되고, 분배장치는 용융지와 간격을 두고 설치되는 단계;
(4)용융 금속의 초기 속도의 작용하에서, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하는 단계;
(5)2개의 냉각 롤러의 회전에 따라, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하여, 응고 조식이 균일하고 미세한 등축 결정 조직인 금속 박대를 제조하는 단계;를 포함한다.
도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 수직형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비는 수평 배치된 제1 냉각 롤러(11) 및 제2 냉각 롤러(16)를 포함하고, 양자 사이에 롤 갭이 형성되고, 제1 냉각 롤러(11)와 제2 냉각 롤러(16)의 대칭 위치의 상방에 분배장치(12)가 설치되어 있고, 용융 금속(13)은 분배장치(12)로부터 유출되어 축선 방향으로 균일하고, 초기 운동량을 갖는 시트형 용융 금속 흐름(14)을 형성한다. 분배장치(12)는 턴디쉬 또는 라운더로부터의 용융 금속을 수용하기 위한, 위로 개구된 입구 섹션(18); 저부에 연속된 스트립형 출구가 설치되어, 시트형 용융 금속 흐름(14)을 송출하기 위한, 입구 섹션(18)과 연결된 수직 출구 섹션(19);을 포함한다. 수직 출구 섹션(19)의 길이(l 3)는 수직 출구 섹션(19)의 두께(t 2)의 3-10배이고, 바람직하게는 5-7배이다. 시트형 용융 금속 흐름(14)은 0.5-2m/s의 초기 속도로 제1 냉각 롤러(11)와 제2 냉각 롤러(16) 사이의 롤 갭으로 유입되어 용융지(15)를 형성하고, 후속으로 유입된 시트형 용융 금속 흐름(14)은 용융지(15) 내에서 와류 운동량을 형성한다. 제1 냉각 롤러(11)와 제2 냉각 롤러(16)는 반대 방향으로 동기 회전하고, 롤러 속도는 0.1-3m/s일 수 있고, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하고, 제조된 금속 박대(17)는 제1 냉각 롤러(11)와 제2 냉각 롤러(16) 사이의 롤 갭으로부터 인출되고, 금속 박대(17)의 응고 조직은 균일하고 미세한 등축 결정 조직이다.
이러한 비교예에서, 용융 금속은 과열도 60℃ 및 초기 속도 0.8m/s로 2개의 냉각 롤러의 상방 중간 위치로부터 용융지 공간으로 유입되고, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하고, 와류 운동량 교반 작용하에서 용융 금속의 응고를 완성하여, 금속 박대를 제조하고, 그 응고 조직은 균일하고 미세한 100% 등축 결정 조직이고, 결정립 크기는 100㎛이다.
본 출원에서 제시한 금속 박대 연속 주조 방법을 이용하면, 조작이 간단하고 편리하며, 원재료 성분을 변경하지 않고, 과열도를 감소시키지 않는 전제에서, 금속 박대 응고 조직의 등축 결정 비율을 향상시킬 수 있고, 등축 결정 비율은 최대로 100%에 도달할 수 있어, 결정립을 미세화하고, 편석을 개선할 수 있다. 본 출원은 강철 및 유색 금속 등 다양한 금속 박대의 근사 정형 연속 주조에 응용할 수 있다.
본 출원에서 공개한 실시방식은 상술한 바와 같으나, 상술한 내용은 본 출원에서 이용하는 실시방식의 이해를 용이하게 하기 위한 것일 뿐, 본 출원을 한정하기 위한 것이 아니다. 당업자는, 본 출원에서 공개한 정신과 범위를 벗어나지 않는 전제에서 실시된 형태 및 세부 사항에 대해 수정 및 변경할 수 있으나, 본 출원의 보호 범위는 여전히 첨부된 청구범위에 의해 정의된 범위를 기준으로 해야 한다.
Claims (10)
- 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법에 있어서,
(1)분배장치의 위치를 조절하고, 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비를 가동하는 단계;
(2)용융 금속이 분배장치로 유입되고, 용융 금속이 분배장치를 통과한 후 축선 방향으로 균일하고 초기 운동량을 가진 시트형 용융 금속 흐름을 형성하는 단계;
(3)시트형 용융 금속 흐름은 50-100℃의 과열도 및 0.5-2m/s의 초기 속도로 용융지 내로 유입되고, 분배장치와 용융지가 접촉하지 않도록, 분배장치가 용융지와 간격을 두고 설치되는 단계;
(4)용융 금속의 초기 속도의 작용 하에서, 용융지 내에서 2개의 냉각 롤면과 인접하고 운동량 교반 작용이 있는 와류를 형성하는 단계;
(5)2개의 냉각 롤러의 회전에 따라, 와류 운동량 교반 작용하에서, 용융 금속의 응고를 완성하여, 응고 조직이 균일하고 미세한 등축 결정 조직인 금속 박대를 제조하는 단계;를 포함하는, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비는 경사형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비이고, 상부 냉각 롤러 및 하부 냉각 롤러를 포함하고, 상기 상부 냉각 롤러 및 상기 하부 냉각 롤러는 경사 배치되면서 양자 사이에 롤 갭이 형성되며, 상기 하부 냉각 롤러의 상방에는 상기 분배장치가 설치되어 있는, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 분배장치는,
용융 금속을 수용하기 위한, 위로 개구된 입구 섹션;
저부에 연속된 스트립형 출구가 설치되어, 시트형 용융 금속 흐름을 송출하기 위한, 상기 입구 섹션과 연결된 수직 출구 섹션;
시트형 용융 금속 흐름의 유출 방향을 가이드하기 위한, 수직 출구 섹션의 일측과 연결된 흐름 가이드판;을 포함하는, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 수직 출구 섹션의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 3-10배이고, 상기 흐름 가이드판의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 5-10배이고, 상기 흐름 가이드판과 상기 수직 출구 섹션의 교차점에서 상기 수직 출구 섹션 저부 까지의 거리는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 1.5-3배인, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 수직 출구 섹션의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 5-7배이고, 상기 흐름 가이드판의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 7-8배이고, 상기 흐름 가이드판과 상기 수직 출구 섹션의 교차점에서 상기 수직 출구 섹션 저부 까지의 거리는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 2-2.5배인, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 분배장치의 출구 끝점과 하부 냉각 롤러 축심의 연결선과 수직선의 각도(α)는 0-70°이고, 2개의 냉각 롤러 축심의 연결선과 수직선 사이의 각도(β)는 30-90°이고, 각도(α)＜각도(β)이며; 상기 흐름 가이드판의 판면과 수평선의 각도(γ)와 각도(α)의 차이는 0-5°인, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 분배장치의 출구 끝점과 하부 냉각 롤러 축심의 연결선과 수직선의 각도(α)는 20-60°이고, 2개의 냉각 롤러 축심의 연결선과 수직선 사이의 각도(β)는 60-80°이고, 각도(α)＜각도(β)이며; 상기 흐름 가이드판의 판면과 수평선의 각도(γ)와 각도(α)의 차이는 0-5°인, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비는 수직형 트윈 롤러 박대 연속 주조 장비이고, 수평 배치된 제1 냉각 롤러 및 제2 냉각 롤러를 포함하고, 상기 제1 냉각 롤러와 상기 제2 냉각 롤러의 중간 대칭 위치의 상방에 분배장치가 설치되어 있고 양자 사이에 롤 갭이 형성되는, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 분배장치는,
용융 금속을 수용하기 위한, 위로 개구된 입구 섹션;
저부에 연속된 스트립형 출구가 설치되어, 시트형 용융 금속 흐름을 송출하기 위한, 상기 입구 섹션과 연결된 수직 출구 섹션;을 포함하는, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 수직 출구 섹션의 길이는 상기 수직 출구 섹션의 두께의 3-10배이고, 바람직하게는 5-7배인, 운동량 분배를 이용한 금속 박대 연속 주조 방법.
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