KR910000575B1 - 금속스트립의 연속 주조법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

금속스트립의 연속 주조법

제1도는 본 발명의 방법의 원리의 설명도.

제2도는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립을 연속주조하기 위해 로울러형태의 회전체를 사용한 전형적인 주조장치의 주요부의 종단면도.

제3도는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립을 연속주조하기 위해 회전벨트를 사용한 전형적인 주조장치의 주요부의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 응고기체 2 : 노즐

3 : 발열체 4 : 개스버너

5 : 용금 6 : 냉각스프레이

7 : 금속스트립

본 발명은 가공성이 우수하며 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립 또는 금속선과 같이, 길이가 직경이나 두께보다 매우 긴 금속스트립의 연속주조에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 대략 연속적으로 일방향으로 이동하는 응고기체(support)의 표면상에 용금을 공급함에 의한 금속스트립의 연속주조방법에 관한 것으로, 상기 응고기체의 용탕 공급위치를 금속의 융점이상의 온도로 미리 가열해 줌으로써 응고기체면에 접촉에 의한 결정핵의 생성을 방지하고, 상기 용금의 용금 공급위치로부터 이격됨에 따라 상기 용금을 냉각시킴으로써 가공성이 우수한 일방향 응고 조직을 가지는 금속스트립을 주조하는 것을 특징으로 한다.

최근 전자공업의 급속한 발전에 따라, 사용되는 기기가 소형화, 정밀화되고 있으며, 그에 따라 사용되는 금속재료도 점점 얇고 폭이 좁으며 품질이 우수한 것이 요구된다.

즉, 내부에 기공이나 불순물을 집적시키기 쉬운 결정입계등이 없는 일방향 응고조직으로 가공한 소재로 제조된 세선 및 박판이 요구된다.

일반적으로 금속스트립은 냉간압연이나 냉간인발과 같은 냉간가공을 하게되면, 가공경화가 일어나서, 금속스트립의 응고과정에서 형성된 소위 1차 결정립계에서 파괴가 발생한다고 알려지고 있다. 따라서, 극세선 또는 극박판용 소재로 사용되는 금속스트립에는 상기한 바와 같은 냉각가공시 균열발생의 출발점이 되는 1차 결정립계가 존재하지 않도록 하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 일방향으로 연속적으로 이동하는 응고 기체의 표면상에 노즐을 통하여 용금을 공급하는 매우 간단한 작업에 의해, 기공과 같은 내부결함이 없고 압연이나 인발 가공을 용이하게 할 수 있는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립을 연속 주조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

종래에는 일방향으로 회전하는 실린더 또는 드럼형상의 응고기체의 표면상에 노즐을 통해 용금을 연속 공급하여 급냉 응고시킴으로써 비정질 스트립을 제조해 왔으며, 현재에는 비정질 스트립의 제조이외에도 상기 방법을 이용하여 박판 금속스트립 박판을 제조하고 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조한 금속스트립은 용금이 응고기체의 표면에 접촉하여 결정핵을 생성하므로 다결정체가 된다. 더우기, 응고기체의 표면에 대체로 평행한 방향으로 결정들이 성장하게 된다. 다결정체의 금속스트립은 가공시 결정입계에서 균열이 발생하기 쉬우므로 극박판이나 극세선으로 가공하기가 매우 어려우며, 특히 응고 온도범위가 넓은 합금으로된 스트립의 경우 결정립계에서 균열이 잘 발생한다.

따라서, 곡선상의 응고기체로부터 상기 금속스트립을 균열의 발생없이 박리시키기 어렵다.

일방향으로 회전하는 원통상의 냉각 응고기체의 표면상에 용금을 공급하고 이 표면과의 접촉에 의해 용금을 응고시킴으로써 다결정 조직의 금속스트립을 생산하는 종래의 방법과 달리 본 발명에서는 응고기체의 표면을 금속의 융점이상의 온도로 유지하여 용금이 상기 응고기체의 표면에 접촉할 때 결정핵의 생성을 방지함으로써 일방향 응고조직을 가지며 가공이 매우 용이한 금속스트립을 제조한다.

이하 본 발명의 다른 목적 및 특징을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

더욱 상세하게, 본 발명은 응고기체를 일방향으로 연속적으로 이동시키고, 상기 응고기체의 용금이 공급되는 부분을 금속의 융점이상의 온도로 유지하기 위해 미리 가열하고, 상기 응고기체의 표면에 용금을 공급하고, 상기 응고기체의 표면이 용금 공급부분으로부터 이동됨에 따라 공급된 용금을 응고시킴에 의해 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립을 용이하게 연속적으로 생산하는 방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용하는 "응고기체"라는 용어는 용금이 공급되어 응고하는 표면을 가지는 장치를 의미한다. 금속스트립 및 금속선 제조용 응고기체로서는 평활한 평판, 로울러 또는 회전벨트 등을 사용하며, 금속선 제조용 응고기체의 경우에는 하나이상의 홈이 구비된 주형형태의 응고기체나 외주면에 하나이상의 홈이 구비된 원통형 응고기체를 사용할 수 있다.

이하 제1도를 참고로 하여 본 발명의 원리를 설명한다. 제1도에서 응고기체(1)은 흑연, 내화물, 또는 고융점 금속으로 된것으로서 일정속도로 화살표 방향으로 이동하도록 되어 있다. 노즐(2)는 용금 공급용기(도시되지 않음)에 연결되어 응고기체(1)위에 용금을 공급하는데 사용된다. 발열체(3)은 전기저항 발열체 또는 고주파 유도코일로된 것으로서 상기 노즐(2)를 가열하는데 사용된다. 상기 노즐(2)의 출구는 항상 주조금속의 응고 온도이상으로 가열 유지된다. 개스버너(4)와 같은 히이터는 노즐 상류측에서 응고기체의 표면을 가열하는데 사용하는 것으로서, 저항 발열체, 고주파 유도코일, 또는 전자비임등을 사용할 수 있다. 용금(5)는 용금 공급용기로부터 노즐(2)내로 연속적으로 공급된다. 참조번호(6)은 냉각 스프레이로서, 냉각기체 또는 냉각무(mist)를 사용할 수 있다. 참조번호(7)은 금속스트립이다.

이제, 응고기체(1)을 화살표방향으로 이동시키고, 개스버너(4)로 응고기체(1)의 표면이 주조금속의 응고 온도 이상이 되도록 가열한다. 노즐(2)로부터 응고기체의 표면에 용금을 공급하고, 냉각스프레이(6)에 의해 냉각시키면, 금속스트립의 결정은 금속스트립의 길이 방향으로 우선적으로 성장함으로써 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립을 생산할 수 있다.

제1도에 도시한 바와 같이 금속스트립(7)의 응고선단, 즉 고-액 계면은 항상 노즐(2)의 출구측과 응고기체(1)사이의 간극내에 위치한다. 응고기체(1)의 표면의 온도를 금속스트립의 온도보다 높게 유지하고, 용금, 노즐 및 응고기체면의 온도를 조절함에 의해 금속스트립의 측면으로부터 새로운 핵생성이 없는 완전한 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립을 얻을 수 있다.

제2도는 본 발명의 원리에 따라 원통형의 응고기체를 사용한, 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립을 생산하기 위한 전형적인 장치의 요부의 종단면도이다.

제2도에서 원통형의 응고기체(11)은 화살표 방향으로 회전하도록 되어 있다. 용금을 공급하는데 사용하는 노즐(12)는 발열체(13)에 의해 주조금속의 응고온도이상의 온도로 가열된다. 개스버너(14)는 용금 공급 장소의 응고기체(11)의 표면을 주조금속의 응고온도 이상으로 가열한다. 참조번호(15)는 용금이고, 참조번호(16)은 냉각스프레이, 참조번호(17)은 응고된 금속스트립, 참조번호(18)은 응고기체(1)로부터 금속스트립(17)을 분리시키기 위한 나이프이다.

노즐(12)로부터 가열된 응고기체(11)의 표면에 공급된 용금은 금속스트립(17)의 선단에서 우선적으로 응고하여 일방향 응고조직을 형성한다. 따라서, 나이프(18)에 의해 응고기체(11)의 표면으로부터 응고된 금속스트립을 균열의 발생없이 분리할 수 있다. 분리된 금속스트립은 로울(도시되지 않음)에 감겨진다.

제3도는 본 발명의 원리에 따라 무한 벨트형 응고기체를 사용하여 금속스트립을 생산하기 위한 장치의 요부의 종단면도이다.

본 응고기체(21)은 무한 금속벨트 형상으로서 그 표면에는 용금과의 반응을 방지하기 위해 내화물로 피복되어 있으며, 로울러(29,30)에 의해 화살표 방향으로 이동할 수 있다.

개스버너(24)에 의해 가열된 금속벨트 형상의 응고기체(21)상에 노즐(22)로부터 공급된 용금은 냉각스프레이(26)으로 냉각된 금속스트립의 선단이 우선적으로 응고된다. 응고된 금속스트립(27)은 가이드로울(31)에서 진행하여 권취기(도시되지 않음)에 감겨진다. 참조번호(32)는 벨트 지지대로서, 이것 대신 가이드로울을 사용할 수 있다.

본 발명의 방법에 있어서는 응고기체면의 가열에 의해 이 응고기체면에 접촉하는 용금내에 새로운 결정핵의 생성이 완전히 방지되며, 금속스트립의 주조가 진행됨에 따라 성장 경쟁을 통해 금속스트립내에 형성된 결정의 수가 감소하여, 결과적으로 단결정을 형성하는 경향이 있다. 따라서 본 발명은 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 생산에 적합한 방법 뿐만 아니라 단결정으로된 금속스트립을 용이하게 생산하는 방법을 제공하는 것이다. 또한 공정조성의 합금의 연속주조에 있어서는 주상공정이 일방향으로 정열된 조직이나 단결정으로 된 조직의 금속스트립을 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서는 용금에 핵생성의 기회를 주지 않도록 하기 위해 가능한한 가열된 노즐을 응고기체면에 접근시켜야 한다. 또한, 금속스트립의 응고선단의 응고기체면의 온도가 주조금속의 응고온도 이하가 되지 않도록 금속스트립의 냉각정도를 조절해야 한다.

본 발명의 방법을 실시하는데 사용되는 응고기체면을 형성하는 재료는 금속스트립이 주석 또는 납의 합금과 같은 저융점 금속으로 주조될 경우에는 내열고무, 흑연, 내화물 및 내열금속(스테인레스 강)과 같은 용금과 반응하지 않는 재료로 하며, 금속스트립이 알루미늄, 구리, 또는 철합금과 같은 고융점 금속으로 된 것일 경우에는 금속스트립을 구성하는 금속의 용융 산화물과 반응하지 않는 내화물, 즉 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 보론 나이트라이드, 알루미나, 마그네시아, 및 지르코니아와 같은 내화물로부터 선택한다.

본 발명의 방법을 효과적으로 이용하기 위해서는 응고기체에 금속제의 캐리어를 구비하고, 이 캐리어의 표면에 용금과 반응하지 않는 내화재 피복을 하면된다. 특히, 응고기체가 무한금속 벨트형일 경우에는 이 금속벨트에 용금과 반응하지 않는 내화물 피복 또는 탄소피복을 함으로써 금속스트립이 상기 벨트에 타붙지 않게 할 수 있다.

또한 고융점의 금속스트립을 제조하는데 있어서, 금속의 용해 및 용금의 공급시의 산화를 방지하기 위해, 필요에 따라서 무산화성 및 분위기로 하든지, 더우기 노즐을 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 기체 또는 수소나 일산화탄소와 같은 환원성 기체분위기에서 보호하면 바람직하다.

노즐 및 응고기체를 가열하기 위해서는, 주석, 아연, 납과 같은 저융점 금속이나 알루미늄의 스트립에 대해서는 니크롬선, 실리콘 카바이드와 같은 저저항 발열체를 사용할 수 있지만, 고융점 금속을 위해서는 탄탈륨, 텅스텐, 몰리브덴, 백금 또는 실리콘 카바이드와 같은 고저항 발열체를 사용할 수 있다. 또 가열수단으로서는 고주파 유도가열 코일, 개스버너, 또는 전자비임 히이터 등을 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 방법에 의해 얻어진 일방향 응고조직으로 된 금속스트립의 응고선단은 노즐선단의 하방에 있어서 기체 표면의 온도를 응고온도 이상으로 유지함으로써 응고기체면상에서의 결정의 핵생성이 방지되는 결과, 조직은 완전한 일방향 응고조직이 되고, 미세한 기공, 기포, 용질편석과 같은 결함이 없는 고품질의 금속스트립을 생산할 수 있으므로 본 발명은 자성재료와 같은 일방향 응고조직을 필요로 하는 재료나 극박판이나 극세선용 소재를 간단한 조작에 의해 고속으로 제조할 수 있는 획기적인 방법이다.

본 발명의 방법에 의하면, 기공이나 기포와 같은 종래의 주조방법에서는 피하고 싶은 주조결함을 쉽게 제거할 수 있지만, 용금내에 존재하는 비금속 개재물은 그대로 생산된 금속스트립내에 포착되게 되므로 개재물이 존재하지 않는 고품질의 재료를 얻기 위해서는 응고전단계에서 상기 개재물을 제거해 주어야 한다. 이러한 목적을 위해서 노즐내부나 노즐에 공급되기 전단계에서 용금을 내열성 금속망이나 다공성 세라믹 필터를 통과시키는 것이 필요하다.

노즐에 용금을 공급함에 있어서, 용금수용 용기에서 미리 용해하여 일정온도에 유지된 용금을 적당한 방법으로 감압 또는 가압하여 공급량을 일정하게 조절하면서 연속적으로 공급할 수 있지만, 경우에 따라 금속을 분말이나 선의 형태로 노즐내에 공급하고, 이 노즐내에서 용해시켜 응고기체에 연속적으로 공급할 수도 있다.

금속스트립의 두께와 폭은 노즐의 개구단의 폭 및 노즐과 응고기체사이의 거리를 적절히 변경시킴에 의해 자유롭게 변화시킬 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

[실시예 1]

제1도와 같은 장치를 사용하여 1100℃로 가열한 선단의 내경이 3mm인 알루미나제 노즐에 Cu용금을 공급하고, 미리 표면을 1090℃로 가열한 폭 30mm, 길이 2000mm인 알루미나제의 응고기체의 표면과 노즐의 선단이 1mm의 간극을 유지하도록 하고, 응고기체를 200mm/min의 속도로 냉각장치 방향으로 이동시켰다.

이때, 노즐에서 층상으로 유출된 응고기체 표면상의 용금표면에 냉각스프레이에서 5℃로 냉각된 아르곤 기체를 노즐과 반대방향으로 경사지게 10 l/min의 속도로 분사했다.

얻어진 금속스트립의 표면을 에칭처리하여 조직을 검사해본 결과, 완전한 일방향 응고조직을 관찰할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 방법은 일방향 응고조직으로된 금속스트립을 생산하는데 매우 효과적인 방법이라는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

표면에 폭 8mm, 길이 3mm의 홈을 가진 회전원통형 응고기체를 사용한 제2도와 같은 장치를 사용하여, 250℃로 가열한 선단의 내경이 1mm인 석영제 노즐에 Sn용금을 주입하고, 미리 표면을 240℃로 가열한 회전 원통형 응고기체의 홈 표면위에 노즐의 선단과 응고기체사이의 간극이 1mm를 유지하도록 노즐을 설치하고, 회전원통형 응고기체를 1000mm/min의 속도로 냉각장치 방향으로 회전시켰다. 이때, 회전원통형 냉각기체의 면상에 노즐을 통해 스트립상으로 유출된 용금표면에 냉각수를 노즐의 반대방향으로 향하도록 경사지게 분사시켰다.

이렇게하여 얻어진 두께 2mm, 폭 8mm의 스트립을 에칭 처리하여 표면조직을 관찰한 결과, 완전한 일방향 응고조직이 관찰되었다. 또한 얻어진 Sn스트립을 압연가공하여 두께 50μ의 금속박을 제조할때에도 균열이 발생되지 않았다. 따라서 본 발명은 금속박의 연속제조에 매우 효과적인 방법임을 알 수 있다.

본 발명은 일정방향으로 이동하는 응고기체상에 용탕을 공급하는 매우 단순한 조작으로 용금으로부터 가공성이 우수한 소직경 또는 박판의 금속스트립을 주조할 수 있는 방법을 제공하는 것으로, 에너지 절감 및 노동절약의 관점에서도 매우 획기적인 방법이다.

이상의 본 발명의 특정 실시예에 대해서만 설명한 것으로서 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (17)

1. 용금이 공급되는 면을 가지는 기다린 응고기체를 주어진 경로를 따라 연속적으로 일방향으로 이동시키는 단계, 상기 경로를 따라 이동중인 상기 응고기체면상에 용금을 공급하는 단계, 상기 응고기체의 상류측의 온도가 공급되는 금속의 융점이상이 되도록 가열하는 단계, 상기 응고기체의 하류측의 용금을 냉각시킴으로써 상기 응고기체와의 접촉에 의한 상기 금속내의 핵생성이 방지하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 응고기체가 내화 세라믹, 금속, 흑연, 또는 내열고무로된 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 응고기체가 내화재로 피복된 금속으로된 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 응고기체의 용금 공급부분이 대체로 평활한 면인 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 응고기체의 상기 용금이 공급되는 부분에 적어도 하나의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 응고기체가 무한 경로상에서 이동하는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 무한 경로의 응고기체의 외주면에는 상기 용금이 공급되는 적어도 하나의 홈이 그 이동방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 응고기체가 무한벨트 또는 원통형인 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 용금이 노즐에 의해 상기 응고기체의 면에 공급되고, 적어도 노즐의 출구는 용금의 응고온도 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 응고기체와 접촉한 금속스트립의 응고선단의 응고기체의 면이 용금의 응고온도 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 상기 응고기체면으로부터 이격된 상기 이동중인 응고기체상에 용금을 공급하는 간극을 형성하는 하류단을 구비하며, 상기 금속의 응고선단이 상기 간극내에 위치하는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 용금이 무산화성기체 분위기하에 유지되는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 응고된 금속이 적어도 하나의 공정으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 용금이 상기 노즐에 의해 공급되기전에 불순물을 제거하기 위한 여과단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 노즐이 고주파 유도코일에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 응고기체가 개스버너, 전자비임 또는 고주파 유도코일에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 노즐 및 상기 응고기체가 상기 용금과 비반응성인 재료로된 것을 특징으로 하는 일방향 응고조직을 가지는 금속스트립의 연속주조방법.

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