KR960002217B1 - 박판 주조법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

박판 주조법

제1도는 박판 주조설비의 개략도.

제2도는 박판 주조용 롤(쌍롤)의 외관 및 롤 표면 가공정도(조도)를 보여주는 개략도.

제3도는 박판 주조용 롤(쌍롤)의 외관 사진.

제4도는 주조된 박판의 응고조직 확대사진.

(N : 1,200메쉬 G1-G5 :세로홈, 배율 20배).

제5도는 주조된 박판의 응고조직 확대사진(배율 75배).

(1) 제4도의 G5.

(2) 제4도의 N.

제6도는 주조된 박판의 응고조직 확대사진.

(E : 80메쉬, G1∼G5 : 세로홈 + 가로홈, 배율 : 20배).

제7도는 주조된 박판의 응고조직 확대사진(배율 75배).

(1) 제6도의 G5.

(2) 제6도의 E.

제8도는 주조된 박판(주조방향 시편)의 응고조직 확대사진.

(1) : N₁: 1200메쉬.

(2) N₂: 1200메쉬.

(3) G : 세로홈 + 가로홈.

(4) E₁: 80메쉬.

(5) E₂: 80메쉬.

제9도는 주조된 박판의 응고조직 확대사진.

(세로홈, 균열발생, 배율 75배)

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유도로 또는 래들 2 : 턴디쉬(tundish)

3 : 롤(쌍롤) (twin roll) 4 : 노즐 및 스토파(nozzle and stopper)

5 : 용강 6 : 주조박판(Strip)

7 : 롤라 콘베이어(roller conveyer) 8 : 박판 주조기 지지장치

9 : 세로홈 10 : 세로홈+가로홈

11 : 1200메쉬 조도 가공면 12 : 80메쉬 조도 가공면

본 발명은 쌍롤(Twin Roll) 또는 단롤(Single Roll) 박판주조(Strip Casting) 공정에 있어서, 주조박강판의 표면품질 및 응고조직을 개선하기 위하여, 롤 표면조도(組度)를 적절히 설정한 롤을 이용하는 박판주조법에 관한 것이다.

최근 철강분야에서는, 제조공정중 일부를 생략하면서도 최종 제품에 하자가 없도록 하여 원가절감을 꾀할 수 있는 그러한 기술개발을 위하여 많은 노력을 기울여 왔다. 그리고, 이러한 노력의 결과중 하나가, 박판주조공정에 있어서 열연공정을 생략하는 것이다. 이전의 박판 주조법은 용강(용탕)→연속주조→열간압연(열연)→냉간압연(냉연)의 제조공정으로 이루어졌었는데, 이를 용강(용탕)→쌍롤(또는 단롤) 박판주조법→냉간압역(냉연)의 공정으로 변환시킴으로서, 종전의 열연공정을 생략할 수 있도록 한 것이다.

개량된 박판주조공정에 대하여 간단히 설명하면 다음과 같다.

박판주조 설비는, 제1도와 같이, 용해한 후 소정의 온도로 가열된 용강이 담겨 있는 유도로(1)와, 상기 유도로(1)와 쌍롤(3) 사이에서 깔대기 역할을 하는 턴디쉬(2), 박판(6)을 주조하는 쌍롤(3) 및 롤라 콘베이어(또는 롤라 테이블) (7)로 구성되어 있다. 여기서, 턴디쉬(2)와 쌍롤(3) 사이에는 노즐(4)이 있고, 노즐상부에는 용강의 유량을 조절하는 수동식 스토파(Stopper)가 설치되어 있다. 주조된 박판은 롤라 콘베이어(7)를 따라 인출되며, 전체 박판 주조기는 지지장치(8)에 의해 지탱된다.

박판 주조공정에 있어서, 품질이 우수한 박판을 형성하기 위해서는, 용강이 두개의 롤 사이에서 단시간내에 응고될 수 있어야 하는데, 이를 위해서는 초기 응고층과 롤 사이의 열전달이 적절히 조절되어져야 한다. 이 열전달 현상에 관련되는 공정 변수로는 롤의 재질, 롤의 회전속도(주조속도), 롤과 용강간의 접촉시간, 용탕온도등을 들 수 있으며, 그중에서도 롤의 재질을 바꾸거나 롤 표면을 특수처리하여 열전달량을 조절하는 방식이 널리 사용되어져 왔다.

롤 재질을 달리하는 방법으로서, 종래에는 박판 주조시 쌍롤 또는 단롤의 재질로서 열전달 효율이 좋은 순동을 사용하기도 했었다. 그러나, 이 경우 동의 용융온도가 낮아 용융온도가 높은 강을 주조하기에는 부적합하였다. 그 이유는, 고온의 용강을 동제롤(銅製 roll) 사이에 주입할 경우 박판을 주조하기도 전에 동제롤이 고온의 용강에 의해 용해되어 버릴 위험이 높기 때문이다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 동제롤의 내부에 여러가지 형상의 홈을 파서 롤의 내부를 냉각하는 방법도 있으나 강이 응고함에 따라 그 강도가 높아져서 동제롤 사이를 빠져 나가면서 상대적으로 강도가 약한 순동제가 롤 표면 또는 전체 롤 형상에 치명적인 손상을 입히는 단점이 있어 이 방법은 현재 채용이 되지 않고 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 동합금 롤을 사용하기도 하나 이 방법도 강을 주조하기 위한 적절한 강도 유지가 곤란하며, 동합금 롤의 표면에 강한 재질을 도금 또는 분사하는 기술등이 알려져 있으나 실용화되지는 못한 실정이다.

동제롤이나 동합금롤에는 상기와 같은 문제점이 있기 때문에, 근자에는 일반적으로 강도가 높은 강(鋼)계통의 롤을 사용하고 있다. 그러나, 강계통의 롤을 사용하면 강도는 증가하는 반면에 열전도가 낮아서 열전달 효율이 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 종래방법등의 결점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 열전달 효율이 우수하여 주조박강판의 표면품질 및 응고조직이 개선될 수 있도록, 롤의 표면조도를 적절히 설정하는 그러한 박판 주조법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 쌍롤 또는 단롤 방식에 의한 강의 박판 주조공정에 있어서, 롤 표면조도를 100메쉬 이하로 하는 박판 주조법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

쌍롤식 박판 주조법은 롤과 용강이 접촉하는 시간(Roll Contact Time)에 의하여 결정되는 바, 주조속도는 롤의 회전속도와 비례하며 롤의 직경에 따라 다르나 0-200rpm의 속도로 주조되는 일종의 고속주조 방식이다. 따라서, 용강이 롤과 접촉한 후 롤을 빠져 나갈때까지 응고가 완료되어야 하므로 응고가 빨리 진행(통상 0.1-0.5초)되어야 하며, 이를 위해서는 용강으로부터 롤쪽으로 빠져나가는 열전달현상 즉, 냉각이 급속히 진행되어야 한다.

이와같이 급속응고에 의해 얻어지는 응고조직은 기존 연속주조 방식에 의하여 얻어지는 응고 조직과 비교해 보면 수십분의 일 내지 수백분의 일 정도로 미세해지기 때문에 열간압연공정을 생략하여도 후공정에서 냉간압연등 가공후에 얻어지는 기계적 성질이 기존의 용강(용탕)→연속주조→열간압연(열연)→냉간압연(냉연)의 제조공정을 거쳐서 생산된 냉연판의 기계적 성질과 동등 또는 그 이상인 장점을 가지고 있다. 따라서, 일종의 급속응고 공정인 박판 주조법에서는 단위 시간당 빠른 응고를 통하여 보다 미세한 응고조직을 균일하게 얻는 것이 중요한 관건이며, 이를 위해서는 용강으로 부터 롤쪽으로 열량을 급속하게 많이, 그리고, 균일하게 전달하는 것이 필수적이라 하겠다.

통상 롤의 표면은 1,000-1,200메쉬(Mesh)의 고온 연마지(Emery Paper)에 의해 가공하여 사용된다. 일반적으로 롤 표면가공도가 미세하여 표면상태가 미려할수록 주조박판의 표면품질도 미려할 것으로 예상되지만, 실제로 실험에 의하면 롤의 표면이 과도하게 미세할 경우, 즉, 롤 표면이 고울수록 용강과의 접촉성이 나빠 응고가 불균일해질 가능성이 높다. 이는 용강과 롤 사이의 접촉성이 나빠져서 공기에 의한 틈새(Air Gap)가 생길 확률이 높아지고, 이러한 공기 틈새가 형성된 부분은 다른 부분보다 용강으로부터 롤 쪽으로 열이 빠져 나갈때 공기층을 한번 더 거쳐야 하므로 열전달 효과가 저하되어 응고가 지연되기 때문이다. 반면에 롤 표면이 소정의 조도를 가지고 있어 거칠 경우에는 롤과 초기 응고층간의 접촉 가능한 표면적이 넓어지는 효과를 가져와 냉각롤과 초기 응고층간의 열전달이 균일해지고 열전달량도 많아져 주어진 시간내에 응고가 균일하면서도 빨리 진행된다.

본 발명은 롤 표면에 소정의 조도를 설정하여 용강 상태로 부터의 열전달 균일화를 통한 초기 응고층의 건전성 확보, 즉, 판 표면품질의 확보 및 내부 응고조직의 균질화를 도모할 수 있도록 하는 방법이다. 이때, 롤 표면조도를 100메쉬 이상으로 하게 되면 용강과의 접촉성이 나빠 응고가 불균일해지고 특히 내부 응고조직이 불균일해지는 문제가 있기 때문에 롤 표면조도는 100메쉬 이하로 하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예에 의거 본 발명을 설명한다.

[실시예]

롤 표면조도가 주조후 박판 표면품질 및 응고조직에 미치는 효과를 규명하기 위하여 제2도 및 제3도에 나타낸 바와같은 실험을 실시하였다. 실험에 사용한 박판 주조기의 롤 직경은 200mm, 롤 길이 250mm, 롤 재질은 스테인레스강이며, 박판 두께 설정치는 1.0mm로 하여, 홈(Groove)이 초기 응고층과 롤 사이의 틈새(gap) 역할도 하므로 이러한 틈새들이 응고조직에 미치는 영향도 조사하였다. 각각의 홈의 폭은 0.35mm, 깊이는 0.3mm이며 간격은 2.5mm씩으로 하였다. 세로홈(9), 세로홈 및 가로홈(10), 1200번 연마지(No. 1,200 Emery Paper)로 표면연마한 면(11), 80번 연마지(No. 80 Emery Paper)로 연마한 면(12), 등 네가지 종류의 표면조도(거칠기)를 실험에 적용하였다. 이때 세로홈은 5개, 가로홈은 209개이었다(제2도 및 제3도). 주조조건으로서는 롤 회전속도 28rpm(주조속도 17.6m/분)으로 하였으며, 이때 롤과 용강이 접촉하는 시간은 0.22초 였다.

적용한 4가지 롤 표면조도 실험에 의하여 얻어진 결과를 제4도에 두께 방향 응고조직 사진으로 나타내었다. 사진에서 N은 Normal의 약자로서 통상 적용해오고 있는 1200번 연마지로 롤 표면을 가공한 경우를 표시하며, G는 Groove의 약자로서 G1, G2, G3, G4, G5는 각각 세로홈의 일련번호를 의미한다.

제4도 및 제5도를 롤 표면의 조건이 N(1200메쉬의 조도)에서 G(Groove)로 바뀌었다가 다시 N으로 됨에 따라 응고조직이 변화하는 양상을 보여주는 광학현미경 사진으로써 각각 20배 및 75배의 배율로 촬영한 것이다. 롤 표면조건이 N일 경우에는 주조된 박판의 두께 방향으로 30% 정도의 등축정의 백색띠(Equiaxed White Band)가 있는 비교적 미세한 주상정 조직을 보이고 있는 반면, 롤 표면조건이 G일 경우에는 심한 편석 또는 기공(Porosity)을 수반하며 조대한 등축정이 주조된 박판의 두께 방향으로 60% 정도의 조직으로 되었다가, 롤 표면조건이 다시 N으로 되면 등축정의 백색띠가 있는 비교적 미세한 주상정 조직으로 변화되는 것을 알 수 있다. 이와 같은 사실로 부터 정상 롤 표면조건(N)과 홈을 판 롤 표면조건(G) 사이에는 응고조직의 천이 현상이 수반됨을 알 수 있다. 이러한 천이현상은 홈을 판 롤 표면조건(G)에서 정상 롤 표면조건(N)으로 롤 표면조건이 바뀌면 다시 반대현상을 보여주는 것이 확인되었다. 또한 가장 중요한 특징중의 하나는 정상 롤 표면조건(N)에서는 미세한 응고조직이 얻어진 반면, 홈을 판 롤 표면조건(G)에서는 조대하며 엉성한 응고조직이 얻어진다는 점이다.

제6도 및 제7도에는 홈을 판 롤 표면조건(G)과 80번 연마지로 연마한 면(E)에서 얻어진 응고조직을 비교하여 보여주고 있다. 제4도 및 제5도에서와 같이 각각 20배, 75배의 배율로 촬영한 응고조직 사진으로써 제4도 및 제5도에서 얻어진 결과와 유사한 결과를 보이나, 홈을 판 롤 표면조건(G)에서는 정편석이 수반된 조대한 응고조직이 얻어지며, 80번 연마지로 연마한 면(E)에서는 1,200메쉬의 조도인 경우와 유사한 폭의 등축정 백색띠를 수반하는 미세한 응고조직이 얻어진다.

제8도는 주조박판의 시편을 주조방향으로 채취하여 주조방향 단면의 응고조직을 관찰한 결과로써, 정상롤 표면조건(N)에서 주조한 조직인 제8도의 (1), (2)는 조직이 미세하기는 하지만 두 경우의 조직이 상이하며, 홈을 판 롤 표면조건(G)에서 얻어진 조직(제8도의 (3))은 조대하고 편석립들이 군데군데 분포하고 있으며, 80번 연마지로 연마한 면(E)에서 얻어진 조직(제8도의 (4), (5))은 시편위치에 관계없이 균일하면서도 미세한 것을 알 수 있다.

여기서, 홈을 판 롤 표면조건(G)에서 얻어진 응고조직이 이와같이 다른 조건에서 얻어진 응고조직에 비해 열위한 것은 홈 부위에서 롤과 초기 응고층 사이의 불균일한 접촉에 의하여 응고지연 현상이 일어난 때문이며, 이와 같은 이유로 인해서 초기 응고층으로부터 롤 쪽으로의 열전달이 극히 나쁜 부위에서는 균열(Crack)까지도 발생하여 표면으로까지 균열이 전파하여 표면 및 내부품질이 극도로 나빠진다.(제9도). 또한, 정상 롤 표면조건(N)에서 얻어지는 불균일한 응고조직 즉, 부위에 따라 응고조직이 다르게 나타나는 이유는 롤 표면을 1,200메쉬로 연마하여 롤 표면상태가 상당히 매끄럽고 고와서 응고지연 현상이 일어난 때문이며, 이 경우에는 홈을 판 롤 표면조건(G)에서 보다는 롤과 초기 응고층 사이의 접촉성이 양호하여 미세한 응고조직을 얻을 수 있는 것이다.

80메쉬로 연마한 면(E)에서 얻어진 응고조직이 시편위치에 관계없이 균일하면서도 미세한 것은 균일하게 분포된 표면 거침이 롤과 초기 응고층 사이의 접촉성을 균일하게 하여 초기 응고층으로부터 회전하는 2개의 롤 쪽으로 균일한 열전달이 가능하도록 한 때문이다.

한편, 롤의 표면조도의 범위에 따른 영향을 확인하기 위하여 상기와 같은 방법으로 롤 표면을 각각 60, 80, 100, 120메쉬로 가공한 후 이를 이용, 주조하고, 본 발명의 경우와 종래방법 및 세로홈 또는 세로홈+가로홈이 설정된 롤 표면의 경우에 있어서 주조박강판의 표면품질 및 내부품질을 비교하여 표 1에 나타내었다.

[표 1]

표 1에서 보듯이, 100메쉬를 기준으로 100메쉬 이상, 즉 롤의 표면상태가 매끄러워짐에 따라 점차 용강과 롤과의 접촉성이 나빠 응고가 불균일해지고 따라서 특히 내부 품질 측면에서도 점차 나빠짐을 확인할 수 있었다. 그러나, 100메쉬 이하인 60, 80, 100메쉬의 경우에는 매우 균일하게 양호한 품질로 나타내고 있음을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 경우와 1200메쉬의 종래방법의 경우 모두 표면 품질에 있어서는 양호하였으나 내부 품질에 있어서는 본 발명의 경우가 보다 우수하였다.

Claims (1)

1. 쌍롤 또는 단롤 방식에 의한 강의 박판구조 공정에 있어서, 롤 표면조도를 100메쉬 이하로 하는 것을 특징으로 하는 박판주조법.