WO2020076107A1 - 금속 소재 제조장치 및 그 방법 - Google Patents

금속 소재 제조장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2020076107A1
WO2020076107A1 PCT/KR2019/013322 KR2019013322W WO2020076107A1 WO 2020076107 A1 WO2020076107 A1 WO 2020076107A1 KR 2019013322 W KR2019013322 W KR 2019013322W WO 2020076107 A1 WO2020076107 A1 WO 2020076107A1
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metal material
blocking film
nozzle
melt
roll
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PCT/KR2019/013322
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English (en)
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Inventor
김성줄
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주식회사 포스코
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
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    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring

Definitions

  • the present invention relates to a metal material manufacturing apparatus and method, and more specifically, to prevent or prevent the occurrence of defects in the amorphous metal material by preventing coagulation from adhering to the nozzle, and a metal material manufacturing apparatus and method It is about.
  • an amorphous alloy (hereinafter referred to as an amorphous alloy) is manufactured by rapidly cooling molten steel in a molten state. Accordingly, in the process of cooling the molten steel, it does not form crystalline and solidifies into a glassy state, that is, an amorphous state.
  • Amorphous metals unlike conventional crystalline metals, have a glassy structure similar to a liquid phase that has no crystallinity due to the irregular arrangement of atoms. Therefore, the amorphous metal has no grain boundary, which is a characteristic of the crystalline metal, does not have crystalline imperfection such as dislocation, and has excellent softness, toughness, corrosion resistance, compared to a crystalline metal having the same composition. It has characteristics such as superconductivity.
  • Methods of manufacturing the amorphous metal include die casting / permanent mold casting and melt spinning, among which the melt spinning method is mainly used.
  • the melt spinning method is also called PFC (Planar Flow Casting), and is a method of manufacturing an amorphous metal material such as a ribbon or a strip by supplying a melt to a cooling roll rotating at a high speed to rapidly cool and solidify it.
  • PFC Planar Flow Casting
  • the metal material when the metal material is manufactured using the melt spinning method, when the metal material is manufactured, molten steel contained in a container, such as a tundish, is discharged to a cooling roll through a nozzle provided in the tundish. At this time, the molten steel discharged to the cooling roll spreads widely in the direction of rotation and upstream of the cooling roll to form an unstable puddle. And within a short period of time, the puddle in an unstable state can be cast into an amorphous material of a constant thickness, for example, a ribbon, while having a stable state while gathering again under the nozzle by the rotation of the cooling roll and the tension of the molten steel. At this time, the puddle may be filled between the bottom surface of the nozzle and the cooling roll in the reverse rotation direction based on the discharge port formed in the nozzle, and may be spaced apart from the bottom surface of the nozzle in the rotation direction.
  • molten steel discharged from the cooling roll contacts the bottom surface of the nozzle in the process of forming a stable puddle.
  • a coagulated product is formed in the process of manufacturing the metal material.
  • the coagulated product thus formed gradually grows in contact with the puddle, and eventually there is a problem of causing defects such as cracks and scratches on the metal material by contacting the metal material.
  • Patent Document 1 KR1525189 B
  • Patent Document 2 KR2014-0123125 A
  • the present invention provides a metal material manufacturing apparatus and method that can prevent the formation of a clot on the nozzle.
  • the present invention provides a metal material manufacturing apparatus and a method for improving the product quality and productivity.
  • the container for providing a space for receiving the melt therein;
  • a nozzle provided at the bottom of the container to discharge the melt;
  • a cooling roll spaced apart from the lower portion of the nozzle and rotatably provided to solidify the melt to produce a metal material;
  • a blocking portion for preventing the melt from contacting at least a portion of the bottom surface of the nozzle.
  • the blocking portion a blocking film; And a supporting unit for supporting the blocking film to cover at least a part of the nozzle.
  • the barrier film may include at least one of paper, low-melt fiber, Si-based refractory material, and SiO 2- based refractory material.
  • the thickness of the blocking film may be formed from 0.1 to 0.5.
  • the nozzle the nozzle body provided at the bottom of the container to extend in the longitudinal direction of the cooling roll; And a discharge port formed in the nozzle body to discharge the melt along the longitudinal direction of the cooling roll, wherein the support unit comprises: a nozzle body located in front of the discharge port with respect to the rotation direction of the cooling roll.
  • the bottom surface may be covered with the blocking film.
  • the support unit includes a support frame connected to the container to extend in a horizontal direction; A support rod connected to the support frame to extend in the vertical direction; And a clamp connected to the support rod and capable of holding the blocking film detachably.
  • the support unit may include a driver for moving the support rod along a direction in which the support frame extends.
  • the support unit may include a clamp connected to the container and capable of holding the blocking film detachably.
  • the support unit includes a first roll provided on one side of the container and rotatable; A second roll provided on the other side of the container and rotatable; It may be provided on each of the lower portion of the first roll and the second roll, a guide roll for guiding the movement of the blocking film to move while contacting the bottom surface of the nozzle.
  • the blocking film forms a closed loop, and at least one of between the first roll and the guide roll and between the second roll and the guide roll is formed to remove the coagulation material attached to the blocking film. It may include; a remover provided to be in contact.
  • a method of manufacturing a metal material includes a process of preparing a melt inside a container; A process of covering at least a part of the bottom surface of the nozzle provided at the bottom of the container using a blocking film; Rotating the cooling roll provided at the bottom of the container; Discharging the melt to the cooling roll through the discharge port of the nozzle; And the process of solidifying the melt discharged to the cooling roll; may include.
  • the covering process may include covering the bottom surface of the nozzle positioned in front of the discharge port with the blocking film with respect to the rotation direction of the cooling roll.
  • It may include a process of melting or burning the barrier film.
  • the process of moving the blocking film may be performed after the process of discharging the melt to the cooling roll.
  • the process of moving the blocking film may be performed continuously or intermittently in the process of manufacturing the metal material.
  • the process of moving the blocking film may include a process of removing the coagulum attached to the blocking film.
  • the embodiment of the present invention it is possible to prevent the formation of a coagulum on the bottom surface of the nozzle when manufacturing a metal material. That is, it is possible to prevent the molten steel from contacting the bottom surface of the nozzle, which is disposed in the rotational direction of the cooling roll around the nozzle, for example, using a blocking film. Therefore, it is possible to prevent a clot from forming on the bottom surface of the nozzle during metal material production, thereby preventing the metal material from cracking or scratching. Therefore, the quality and reliability of the metal material to be manufactured can be improved, and productivity can be improved.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a metal material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a view showing a process of forming a coagulum on the bottom surface of the nozzle.
  • Figure 3 is a photograph showing a state in which the coagulation is attached to the bottom surface of the nozzle.
  • FIG. 4 is a view showing a modification of the blocking portion.
  • 5 is a view showing another modification of the blocking portion.
  • FIG. 6 is a view showing another modification of the blocking portion.
  • FIG. 7 is a view showing a process of manufacturing a metal material using a metal material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a metal material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a process in which a coagulum is formed on the bottom surface of the nozzle
  • FIG. 3 is a view showing a state in which a coagulation material is attached to the bottom surface of the nozzle.
  • 4 is a view showing a modification of the blocking portion
  • FIG. 5 is a view showing another modification of the blocking portion
  • FIG. 6 is a view showing another modification of the blocking portion.
  • a metal material manufacturing apparatus includes a container 100 that provides a space for accommodating a melt therein, and a lower part of the container 100 to discharge the melt.
  • the nozzle 110 is prevented from being formed in the cooling roll 120 and the nozzle 110, which are spaced apart from the lower portion of the nozzle 110 so as to be rotatable and solidify the melt to produce a metal material.
  • It may include a blocking unit 200 for.
  • the metal material manufacturing apparatus includes a measuring unit (not shown) capable of measuring the thickness of the metal material, and a control unit (not shown) capable of controlling the operation of the blocking unit 200 according to the measured thickness of the metal material. It may further include.
  • the melt may include molten steel
  • the container 100 may include a tundish.
  • the metal material manufacturing apparatus is to produce an amorphous product that solidifies in a state such as glass by rapidly cooling the melt before forming crystalline.
  • the amorphous product has a thickness of about 15 to 40 ⁇ m, a width of about several mm to several hundred mm, and may include a metal material such as a ribbon or a strip.
  • the container 100 may be formed in a hollow shape in which an upper portion is opened so that a melt can be charged therein.
  • an outlet capable of discharging the melt may be formed at the bottom of the container 100, for example, at the bottom.
  • the cooling roll 120 may be provided to be spaced apart from the container 100 under the container 100. At this time, the cooling roll 120 may be arranged to extend in one direction, for example, along the width direction of the metal material.
  • the direction in which the cooling roll 120 extends is referred to as a longitudinal direction.
  • the rotation direction of the cooling roll 120 is called forward with respect to the rotation direction of the cooling roll 120, and the opposite direction is called rearward. .
  • the cooling roll 120 may have a flow path (not shown) capable of moving the cooling medium therein, and the cooling roll 120 may maintain a relatively low temperature by the cooling medium. And the cooling roll 120 may be provided to be rotatable at high speed. At this time, the cooling roll 120 may rotate at a rate of about 90 to 110 km per hour. Accordingly, the cooling roll 120 may form a thin metal material such as a ribbon or a strip by rapidly cooling and solidifying the melt by attaching the melt to the outer circumferential surface.
  • the nozzle 110 may be provided on the lower portion of the container 100, that is, on the bottom surface, to supply the melt discharged through the outlet to the cooling roll 120.
  • the nozzle 110 may include a nozzle body (110a, 110b), and a discharge port (112) formed in communication with the outlet and passing through the nozzle body (110a, 110b).
  • the nozzle bodies 110a and 110b extend along the direction in which the cooling roll 120 extends, and are arranged side by side with the cooling roll 120, and the discharge ports 112 are formed in a slit shape along the nozzle bodies 110a and 110b. Can be. Accordingly, the nozzle 110 may discharge the melt along the longitudinal direction of the cooling roll 120 through the discharge port 112.
  • the nozzle body (110a, 110b) is disposed to be spaced apart from the cooling roll 120, it can form a space between the cooling roll 120 can be discharged melt.
  • the melt discharged to the cooling roll 120 through the discharge port 112 of the nozzle 110 may form a melt pool, aka a puddle, by interfacial tension.
  • the puddle may be shaped by flow due to the self-viscosity of the melt and interfacial tension between the nozzle 110 and the cooling roll 120.
  • the flow due to the viscosity of the melt is determined by the temperature of the melt and the rotation speed of the cooling roll 120.
  • the gap between the nozzle 110 and the cooling roll 120 is very small, the stability of the behavior of the puddle and the length of the puddle can be determined by the interfacial tension of the melt and air.
  • the puddle should be formed to have a predetermined length in the front and rear directions of the rotation direction of the cooling roll 120 based on the discharge port 112 between the nozzle 110 and the cooling roll 120, a metal material such as a ribbon or strip Can be stably produced.
  • the puddle disposed at the rear for example, in the reverse rotational direction, based on the discharge port 112 is called the rear end
  • the puddle disposed at the front for example, the rotational direction
  • the front end is referred to as the front end.
  • the nozzle body located at the rear with respect to the rotation direction of the cooling roll 120 based on the discharge port 112 is called a rear nozzle body 110a
  • the nozzle body located at the front is called a front nozzle body 110b.
  • the coagulated material attached to the bottom surface of the front nozzle body 110b grows in contact with the puddle in the process of manufacturing a metal material.
  • it is in contact with the metal material solidified by the puddle or the cooling roll 120 to cause defects such as cracks or scratches on the metal material.
  • FIG 3 shows a state in which a coagulation product is formed on the bottom surface of the nozzle 110, for example, the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the present invention by preventing the coagulation material from being formed on the bottom surface of the front nozzle by using the blocking unit, it is possible to prevent the metal material from causing defects due to the coagulation material.
  • the blocking unit 200 includes a blocking film 220 and a support unit for supporting the blocking film 220 so as to cover at least a part of the nozzle 110, for example, the bottom surface of the front nozzle body 110b. It may include (210). At this time, to cover the bottom surface of the front nozzle body 110b, the blocking film 220 is not brought into contact with the bottom surface of the front nozzle body 110b, or the melt does not flow between the blocking film 220 and the front nozzle body 110b. To the extent, the blocking film 220 may be spaced apart from the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the blocking film 220 may include at least one of paper, low-melting fiber having a melting point of 200 ° C. or less, Si-based refractory material, and SiO 2- based refractory material. At this time, in the case of using paper or low-melting fiber as the barrier film 220, when it comes into contact with the melt, it can be removed by burning or melting. The blocking film 220 is removed from the bottom surface of the front nozzle body 110b, but since it is removed after contact with the melt, it is possible to suppress or prevent the melt from directly contacting the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the blocking film 220 can maintain a state in which the bottom surface of the front nozzle body 110b is covered even if it contacts the melt, so that the melt is directly applied to the bottom surface of the front nozzle body 110b. It can suppress or prevent contact.
  • the thickness of the barrier film 220 is about 0.1 to 0.5 when the distance d between the bottom surface of the nozzle 110 and the outer circumferential surface of the cooling roll 120 is 1 at the position where the discharge port 112 through which the melt is discharged is formed. It can be formed to occupy. Normally, the distance between the bottom surface of the nozzle 110 and the outer circumferential surface of the cooling roll 120 at the position where the discharge port 112 through which the melt is discharged is formed is 1000 ⁇ m or less, for example, about 100 to 600 ⁇ m. At this time, when the thickness of the blocking film 220 is formed to be thinner than the suggested range, it is difficult to handle the blocking film 220.
  • the thickness of the blocking film 220 is formed to be thicker than the suggested range, since the blocking film 220 occupies too much area in the vertical direction between the nozzle 110 and the cooling roll 120, the puddle is stably formed. There are difficult problems. Therefore, it is preferable to manufacture and use the blocking film 220 within the suggested range.
  • the blocking film 220 may be formed in a plate shape to cover the bottom surface of the front nozzle body 110b. At this time, the blocking film 220 may be formed in the same or a similar shape to the bottom surface of the front nozzle body 110b, and because it is supported by the support unit 210 from the outside of the nozzle 110, the front nozzle body 110b It can be formed larger than the area of.
  • the support unit 210 includes a support frame 212 connected to the container 100 to extend in the horizontal direction, and a support rod 214 and support rod 214 connected to the support frame 212 to extend in the vertical direction. It may include a clamp 216 that can be connected and gripped so that the blocking film 220 can be detached. At this time, the support rod 214 may be provided to be movable along the direction in which the support frame 212 extends. Accordingly, the support unit 210 may further include a driver (not shown) for moving the support rod 214.
  • the support unit 210 may support the blocking film 220 to cover the bottom surface of the front nozzle body 110b, and, if necessary, the blocking film 220 outside the front nozzle body 110b. Can be moved.
  • the barrier film 220 when the barrier film 220 is formed of paper or low-melting fiber, the barrier film 220 does not need to be moved outside the front nozzle body 110b because the barrier film 220 is burned or melted and removed when it comes into contact with the melt. .
  • the blocking film 220 when the blocking film 220 is formed of a refractory material, the blocking film 220 maintains its state even if it contacts the melt. However, when the barrier film 220 is in contact with the melt, the melt is attached to the barrier film 220, so that the melt attached to the barrier film 220 forms a coagulation product in the process of manufacturing a metal material. Therefore, after the blocking film 220 is in contact with the melt, it can be moved to the outside of the front nozzle body 110b to prevent defects in the metal material due to the coagulated material.
  • the support unit 210 has been described as including a support frame 212, a support rod 214, and a clamp 216, but the support unit, as shown in the modified example shown in Figure 4, the blocking film 220, the front nozzle body It may also include clamps (230a, 230b) that can be gripped to cover the bottom surface of (110b). At this time, the clamps 230a and 230b may be directly connected to the container 100.
  • the barrier film 220 may be a material that can be removed by combustion or melting when contacted with a melt.
  • the clamps 230a and 230b are blocking films. It is sufficient that the 220 can be supported or held so as to be detachable.
  • the blocking part may include a strip-shaped blocking film 2400 and a support unit 2000 capable of moving the blocking film 2400 along the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the support unit 2000 is provided on one side of the container 100 and is provided on the other side of the first roll 2100 and the other side of the container 100 to provide a blocking film 2400 on the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the guide roll 2300 may include a first guide roll 2300a provided under the first roll 2100 and a second guide roll 2300b provided under the second roll 2200. have.
  • the first roll 2100, the second roll 2200 and the guide roll 2300 may all rotate in the same direction.
  • a blocking film 2400 is wound on the first roll 2100, and a blocking film 2400 may be provided on the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the second roll 2200 may be recovered by winding the blocking film 2400 passing through the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the first guide roll 2300a and the second guide roll 2300b may serve to guide the blocking film 2400 to cover the bottom surface of the front nozzle body 110b or move in contact.
  • the strip-shaped barrier film 2400 may move along the bottom surface of the front nozzle body 110b by rotation of the first roll 2100 and the second roll 2200.
  • the molten film or the coagulation material is attached to the blocking film 2400 that covered the bottom surface of the front nozzle body 110b, it may be disposed of after use.
  • the blocking part may include a blocking film 2400a formed in a strip shape and forming a closed loop, and a support unit 2000 capable of moving the blocking film 2400a along the bottom surface of the front nozzle body 110b.
  • the support unit 2000 is provided on one side of the container 100 and is rotatable on a first roll 2100, and on the other side of the container 100 is rotatable on a second roll 2200 and the front nozzle body 110b.
  • a guide roll 2300 may be included to guide the movement of the blocking film 2400a so as to cover and move the bottom surface.
  • the guide roll 2300 may include a first guide roll 2300a provided under the first roll 2100 and a second guide roll 2300b provided under the second roll 2200.
  • the first roll 2100, the second roll 2200, and the guide roll 2300 may all rotate in the same direction.
  • the blocking film 2400a may be provided to surround the first roll 2100, the second roll 2200, and the guide roll 2300. Accordingly, at least one of the first roll 2100 and the second roll 2200 may be rotated to circulate the blocking film 2400a. At this time, the area through the front nozzle body 110b in the blocking film 2400a may be provided again on the bottom surface of the front nozzle body 110b. Therefore, a remover 3000 for removing the melt or coagulate attached to the barrier film 2400a may be additionally provided.
  • the remover 3000 may be provided to be in contact with the blocking film 2400a, and may be disposed between the first roll 2100 and the first guide roll 2300a and between the second roll 2200 and the second guide roll 2300b. It can be provided in at least one place.
  • the remover 3000 is provided to be able to contact at least a surface in contact with the melt in the barrier film 2400a, so that the melt or coagulate attached to the barrier film 2400a can be removed. Therefore, there is an advantage that the blocking film 2400a provided on the bottom surface of the front nozzle body 110b can be provided back to the bottom surface of the front nozzle body 110b, so that the blocking film 2400a can be efficiently used.
  • FIG. 7 is a view showing a process of manufacturing a metal material using a metal material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Metal material manufacturing method the process of providing a melt inside the container 100, and the process of covering the bottom surface of the nozzle 110 provided in the lower portion of the container 100 with a blocking film 220 And, it may include a process of rotating the cooling roll 120 provided on the lower portion of the container 100, a process of discharging the melt to the cooling roll 120, and solidifying the melt to produce a metal material.
  • the bottom surface of the nozzle 110 for example, the bottom surface of the front nozzle body 110b, may be covered with a blocking film 220 using a blocking unit (see FIG. 1).
  • the blocking film 220 is disposed between the nozzle 110 and the cooling roll 120 in a state gripped by a clamp 216 provided at a lower portion of the support rod 214, and the bottom surface of the front nozzle body 110b is I can cover it.
  • the support rod 214 may be disposed at a position adjacent to the container 100.
  • the bottom surface of the front nozzle body 110b is covered with the blocking film 220 after the melt is provided in the container 100, but the order can be variously changed.
  • the cooling roll 120 provided under the container 100 may be rotated.
  • the metal material may be manufactured by discharging the melt accommodated in the container 100 to the cooling roll 120 through the discharge port 112 of the nozzle 110.
  • the metal material can be manufactured by adjusting the discharge rate of the melt or the rotation speed of the cooling roll 120 so that the metal material can be formed to a target thickness.
  • the melt discharged from the container 100 may form a puddle between the nozzle 110 and the cooling roll 120 as shown in FIG. 7A.
  • the melt may be filled between the nozzle 110 and the cooling roll 120 before forming a stable shape puddle. At this time, it is possible to prevent the melt contact with the bottom surface of the nozzle 110, that is, the bottom surface of the front nozzle body 110b by the blocking film 220.
  • the blocking film 220 may be moved outside the front nozzle body 110b to separate the blocking film 220 in contact with the melt from the bottom surface of the front nozzle body 110b. have.
  • the blocking film 220 can be separated from the front nozzle body 110b by moving the support rod 214 to the outside of the nozzle 110, for example, in the forward direction with respect to the rotation direction of the cooling roll 120 using a driver. .
  • the melt since the melt is discharged to the cooling roll 120, it forms a stable puddle within a short time, for example, 1 second, so that it hardly contacts the bottom surface of the front nozzle body 110b in the process of manufacturing the metal material. .
  • the molten material discharged to the cooling roll 120 prevents the melt material from contacting the bottom surface of the front nozzle body 110b using the blocking film 220 until the stable puddle is formed. It is possible to suppress or prevent the occurrence of defects such as cracks and scratches.
  • manufacturing of the metal material may be ended.
  • the blocking film 220 is burned when it contacts the melt discharged to the cooling roll 120 Or it may be melted and removed. Therefore, when the manufacturing of the metal material is completed, a new blocking film 220 may be installed on the clamps 230a and 230b for subsequent processing.
  • the blocking film 2400 may be moved after the molten material is discharged from the cooling roll 120.
  • the barrier layer 2400 may be continuously moved or intermittently moved while manufacturing the metal material.
  • the barrier film 2400 is intermittently moved, at least one of the barrier films 2400 covering the front nozzle body 110b passes between the front nozzle body 110b and the cooling roll 120, and a new area It is preferable to move such that it is disposed between the front nozzle body 110b and the cooling roll 120.
  • the blocking film 2400a may be moved after the molten material is discharged from the cooling roll 120. .
  • the blocking film 2400a since the blocking film 2400a has a closed loop shape, an area that covers the front nozzle body 110b comes into contact with the nozzle 110 again. Accordingly, in the process of moving the blocking film 2400a, the blocking film 2400a may be brought into contact with the remover 3000 to remove coagulum attached to the blocking film 2400a. Accordingly, since the blocking film 2400a can be continuously used, the utilization efficiency of the blocking film 2400a can be improved.
  • the metal material manufacturing apparatus and method according to the embodiment of the present invention can prevent a clot from forming on the bottom surface of the nozzle when manufacturing the metal material, thereby improving the quality of the metal material and increasing the service life of the nozzle. .

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Abstract

본 발명은 금속 소재 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기; 용융물을 배출시킬 수 있도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐; 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 상기 노즐의 하부에 이격되어 회전 가능하게 구비되는 냉각롤; 및 상기 노즐의 저면 적어도 일부에 용융물이 접촉하는 것을 방지하기 위한 차단부;를 포함하고, 금속 소재 제조 중 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 것을 방지하여 응고물에 의해 금속 소재에 갈라짐, 긁힘 등의 결함이 발생하는 것을 방지함으로써 고품질의 금속 소재를 제조할 수 있다.

Description

금속 소재 제조장치 및 그 방법
본 발명은 금속 소재 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 노즐에 응고물이 부착되는 것을 방지하여 비정질 금속 소재에 결함이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있는 금속 소재 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 비결정질 합금(이하 비정질 합금이라 한다)은 용융상태의 용강을 급속 냉각시켜 제조된다. 이에 용강이 냉각되는 과정에서 결정질을 형성하지 못하고 유리질과 같은 상태, 즉 비결정질 상태로 응고된다.
비정질 금속은 통상적인 결정질 금속과는 달리 원자들이 불규칙하게 배열함으로써 결정성을 갖지 않는 액상과 유사한 유리질 구조를 지닌다. 따라서 비정질 금속은 결정질 금속의 특징인 결정입계(grain boundary)가 없고, 전위(dislocation) 등과 같은 결정결함(crystalline imperfection)이 존재하지 않으며, 같은 조성의 결정질 금속에 비해 우수한 연자성, 강인성, 내식성, 초전도성 등의 특징을 갖는다.
이러한 비정질 금속의 제조 방법은 다이캐스팅/영구주형주조법(die casting/permanent mold casting)과 멜트 스피닝법(melt spinning) 등이 있으며, 그 중 멜트 스피닝법이 주로 사용되고 있다.
멜트 스피닝법은 PFC(Planar Flow Casting)이라 불리우기도 하며, 용융물을 고속으로 회전하는 냉각롤에 공급하여 급속 냉각 및 응고시킴으로써 리본이나 스트립 등과 같은 비정질 금속 소재로 제조하는 방법이다.
한편, 멜트 스피닝법을 이용하여 금속 소재를 제조하는 경우, 금속 소재의 제조가 시작되면, 용기, 예컨대 턴디쉬에 수용되어 있는 용강은 턴디쉬에 구비되는 노즐을 통해 냉각롤으로 배출된다. 이때, 냉각롤로 배출된 용강은 냉각롤의 회전 방향(downstream) 및 역회전 방향(upstream)으로 넓게 퍼지면서 불안정한 상태의 퍼들을 형성하게 된다. 그리고 짧은 시간 내에 불안정한 상태의 퍼들은 냉각롤의 회전 및 용강의 장력에 의해 다시 노즐 하부로 모이면서 안정적인 상태를 가지면서 일정한 두께의 비정질 소재, 예컨대 리본으로 주조될 수 있다. 이때, 퍼들은 노즐에 형성되는 토출구를 기준으로 역회전 방향에서는 노즐의 저면과 냉각롤 사이에 충진되고, 회전 방향에서는 노즐의 저면과 이격될 수 있다.
그런데 주조 초기, 냉각롤으로 배출된 용강이 안정된 형태의 퍼들을 형성하는 과정에서 노즐의 저면에 접촉하게 된다. 특히, 토출구를 기준으로 냉각롤의 회전 방향에 배치되는 노즐의 저면에 용강이 접촉하는 경우, 금속 소재를 제조하는 과정에서 응고물을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 응고물은 퍼들과 접촉하면서 점차 성장하게 되고, 결국에는 금속 소재와 접촉하여 금속 소재에 갈라짐, 긁힘 등의 결함을 유발하는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) KR1525189 B
(특허문헌 2) KR2014-0123125 A
본 발명은 노즐에 응고물이 형성되는 것을 방지할 수 있는 금속 소재 제조장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 제품의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 금속 소재 제조장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 금속 소재 제조장치는, 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기; 용융물을 배출시킬 수 있도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐; 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 상기 노즐의 하부에 이격되어 회전 가능하게 구비되는 냉각롤; 및 상기 노즐의 저면 적어도 일부에 용융물이 접촉하는 것을 방지하기 위한 차단부;를 포함할 수 있다.
상기 차단부는, 차단막; 및 상기 노즐의 적어도 일부를 커버할 수 있도록 상기 차단막을 지지하기 위한 지지유닛;을 포함할 수 있다.
상기 차단막은, 종이, 저융점 섬유, Si계 내화물 및 SiO2계 내화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 차단막의 두께는 상기 노즐의 저면과 상기 냉각롤의 외주면까지 거리를 1이라 할 때, 0.1 내지 0.5로 형성될 수 있다.
상기 노즐은, 상기 냉각롤의 길이방향으로 연장되도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐 몸체; 및 상기 용융물을 상기 냉각롤의 길이방향을 따라 배출시키기 위해 상기 노즐 몸체에 형성되는 토출구;를 포함하고, 상기 지지유닛은, 상기 냉각롤의 회전방향에 대해서 상기 토출구의 전방에 위치하는 노즐 몸체의 저면을 상기 차단막으로 커버할 수 있다.
상기 지지유닛은, 수평방향으로 연장되도록 상기 용기에 연결되는 지지프레임; 상하방향으로 연장되도록 상기 지지프레임에 연결되는 지지로드; 및 상기 지지로드에 연결되고, 상기 차단막을 분리 가능하도록 파지할 수 있는 클램프;를 포함할 수 있다.
상기 지지유닛은, 상기 지지프레임이 연장되는 방향을 따라 상기 지지로드를 이동시키기 위한 구동기를 포함할 수 있다.
상기 지지유닛은, 상기 용기에 연결되고, 상기 차단막을 분리 가능하도록 파지할 수 있는 클램프를 포함할 수 있다.
상기 지지유닛은, 상기 용기의 일측에 구비되고, 회전 가능한 제1롤; 상기 용기의 타측에 구비되고, 회전 가능한 제2롤; 상기 제1롤과 상기 제2롤의 하부에 각각 구비되고, 상기 노즐의 저면에 접촉하면서 이동할 수 있도록 상기 차단막의 이동을 가이드하기 위한 가이드 롤;을 포함할 수 있다.
상기 차단막은 폐루프를 형성하고, 상기 차단막에 부착되는 응고물을 제거하기 위해, 상기 제1롤과 상기 가이드 롤의 사이 및 상기 제2롤과 상기 가이드 롤의 사이 중 적어도 어느 하나에는 상기 차단막과 접촉 가능하도록 구비되는 제거기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 금속 소재 제조방법은, 용기 내부에 용융물을 마련하는 과정; 차단막을 이용하여 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐의 저면 적어도 일부를 커버하는 과정; 상기 용기의 하부에 구비되는 냉각롤을 회전시키는 과정; 상기 노즐의 토출구를 통해 상기 냉각롤에 용융물을 배출시키는 과정; 및 상기 냉각롤에 배출된 용융물을 응고시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 커버하는 과정은, 상기 냉각롤의 회전 방향에 대해서 상기 토출구의 전방에 위치하는 노즐의 저면을 상기 차단막으로 커버하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 차단막을 용융 또는 연소시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 노즐과 분리되도록 상기 노즐의 외측으로 상기 차단막을 이동시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 노즐 몸체의 저면을 따라 상기 차단막을 이동시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 차단막을 이동시키는 과정은, 상기 용융물을 상기 냉각롤에 배출시키는 과정 이후에 수행할 수 있다.
상기 차단막을 이동시키는 과정은, 상기 금속 소재를 제조하는 과정에서 연속적 또는 단속적으로 수행할 수 있다.
상기 차단막을 이동시키는 과정은, 상기 차단막에 부착된 응고물을 제거하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 금속 소재 제조 시 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 차단막을 이용하여 노즐, 예컨대 배출구를 중심으로 냉각롤의 회전 방향에 배치되는 노즐의 저면에 용강이 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 따라서 금속 소재 제조 중 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 것을 방지하여 응고물에 의해 금속 소재에 갈라짐, 긁힘 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 제조되는 금속 소재의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 생산성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 과정을 보여주는 도면.
도 3은 노즐의 저면에 응고물이 부착된 상태를 보여주는 사진.
도 4는 차단부의 변형 예를 보여주는 도면.
도 5는 차단부의 다른 변형 예를 보여주는 도면.
도 6은 차단부의 또 다른 변형 예를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치를 이용하여 금속 소재를 제조하는 과정을 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고,단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시 예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 과정을 보여주는 도면이고, 도 3은 노즐의 저면에 응고물이 부착된 상태를 보여주는 도면이다. 도 4는 차단부의 변형 예를 보여주는 도면이고, 도 5는 차단부의 다른 변형 예를 보여주는 도면이고, 도 6은 차단부의 또 다른 변형 예를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치는, 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기(100)와, 용융물을 배출시킬 수 있도록 용기(100)의 하부에 구비되는 노즐(110)과, 회전 가능하고 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 노즐(110)의 하부에 이격되어 구비되는 냉각롤(120) 및 노즐(110)에 응고물이 형성되는 것을 방지하기 위한 차단부(200)를 포함할 수 있다. 또한, 금속 소재 제조 장치는 금속 소재의 두께를 측정할 수 있는 측정부(미도시)와, 측정된 금속 소재의 두께에 따라 차단부(200)의 동작을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기에서 용융물은 용강을 포함할 수 있고, 용기(100)는 턴디쉬를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치는, 용융물이 결정질을 형성하기 전에 급속하게 냉각시켜 유리질과 같은 상태로 응고되는 비정질 제품을 제조하기 위한 것이다. 이러한 비정질 제품은 15 내지 40㎛ 정도의 두께와, 수 mm에서 수백 mm 정도의 폭을 가지며, 리본, 스트립 등과 같은 금속 소재를 포함할 수 있다.
용기(100)는 내부에 용융물을 장입할 수 있도록 상부가 개방되는 중공형으로 형성될 수 있다. 또한, 용기(100)의 하부, 예컨대 바닥에는 용융물을 배출시킬 수 있는 배출구(미도시)가 형성될 수 있다.
냉각롤(120)은 용기(100)의 하부에 용기(100)와 이격되도록 구비될 수 있다. 이때, 냉각롤(120)은 일방향, 예컨대 금속 소재의 폭방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 이하에서는 냉각롤(120)이 연장되는 방향을 길이 방향이라 한다. 그리고 냉각롤(120)이 연장되는 방향, 즉 길이 방향에 대해서 교차하는 방향에서 냉각롤(120)의 회전 방향은 냉각롤(120)의 회전 방향에 대해서 전방이라 하고, 그 반대 방향은 후방이라 한다.
냉각롤(120)은 내부에 냉각매체를 이동시킬 수 있는 유로(미도시)가 형성될 수 있으며, 냉각롤(120)은 냉각매체에 의해 비교적 저온을 유지할 수 있다. 그리고 냉각롤(120)은 고속으로 회전 가능하도록 구비될 수 있다. 이때, 냉각롤(120)은 시간당 90 내지 110㎞ 정도의 속도로 회전할 수 있다. 이에 냉각롤(120)은 용융물을 외주면에 부착시켜 급속 냉각, 응고시킴으로써 리본이나 스트립 등과 같은 얇은 두께의 금속 소재를 형성할 수 있다.
노즐(110)은 용기(100)의 하부, 즉 저면에 구비되어 배출구를 통해 배출되는 용융물을 냉각롤(120)에 공급할 수 있다. 노즐(110)은 노즐 몸체(110a, 110b)와, 배출구와 연통되고 노즐 몸체(110a, 110b)를 관통하도록 형성되는 토출구(112)를 포함할 수 있다. 노즐 몸체(110a, 110b)는 냉각롤(120)이 연장되는 방향을 따라 연장되어 냉각롤(120)과 나란하게 배치되고, 토출구(112)는 노즐 몸체(110a, 110b)를 따라 슬릿 형상으로 형성될 수 있다. 이에 노즐(110)은 토출구(112)를 통해 냉각롤(120)의 길이방향을 따라 용융물을 배출시킬 수 있다. 또한, 노즐 몸체(110a, 110b)는 냉각롤(120)과 이격되도록 배치되어, 냉각롤(120)과의 사이에 용융물이 배출될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
노즐(110)의 토출구(112)를 통해 냉각롤(120)으로 배출된 용융물은 계면 장력에 의해 용융물 풀, 일명 퍼들(puddle)을 형성할 수 있다. 퍼들은 용융물의 자체 점성에 의한 유동과 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 계면 장력으로 형태가 결정될 수 있다. 여기에서 용융물의 점성에 의한 유동은 용융물의 온도와 냉각롤(120)의 회전 속도에 의해 결정된다. 그런데 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격이 매우 작기 때문에, 퍼들의 거동 안정성과 퍼들의 길이는 용융물과 공기의 계면 장력에 의해 결정될 수 있다. 이때, 퍼들은 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 토출구(112)를 기준으로 냉각롤(120)의 회전방향의 전방 및 후방으로 일정 길이를 갖도록 형성되어야, 리본이나 스트립 등과 같은 금속 소재를 안정적으로 제조할 수 있다. 여기에서 토출구(112)를 기준으로 후방, 예컨대 역회전 방향에 배치되는 퍼들은 후단부라 하고, 전방, 예컨대 회전 방향에 배치되는 퍼들은 전단부라 한다. 그리고 토출구(112)를 기준으로 냉각롤(120)의 회전 방향에 대하여 후방에 위치하는 노즐 몸체를 후방 노즐 몸체(110a)라 하고, 전방에 위치하는 노즐 몸체를 전방 노즐 몸체(110b)라 한다.
그런데 토출구(112)를 통해 냉각롤(120)으로 배출된 용융물은 안정적인 형태의 퍼들을 형성하기 이전에, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 토출구(112)를 기준으로 회전 방향 및 역회전 방향으로 일시적으로 퍼지면서 노즐(110)의 저면에 접촉하게 된다.
이후, 용융물은 용융물 자체 점성에 의한 유동과 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 계면 장력에 의해 안정적인 형태의 퍼들을 형성하게 된다. 이때, 퍼들의 후단부는 냉각롤(120)과 후방 노즐 몸체(110a) 사이를 충진한 상태를 유지하고, 퍼들의 전단부는 냉각롤(120)과 접촉하고 전방 노즐 몸체(110b)의 저면과는 이격된 상태를 유지하게 된다. 이와 같이 퍼들의 전단부가 전방 노즐 몸체(110b)의 저면과 이격되면 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 접촉했던 용융물은 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에서 응고되어 응고물을 형성하게 된다.
전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 부착된 응고물은 금속 소재를 제조하는 과정에서 퍼들과 접촉하면서 성장하게 된다. 이에 도 2의 (b)에 도시된 것처럼, 퍼들이나 냉각롤(120)에 의해 응고된 금속 소재와 접촉하여 금속 소재에 갈라짐이나 긁힘 등의 결함을 유발하게 된다.
도 3은 노즐(110)의 저면, 예컨대 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 응고물이 형성된 상태를 보여주고 있다. 이와 같이 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 응고물이 형성되면, 금속 소재를 제조하는 과정에서 응고물이 성장하여 냉각롤(120)에 부착된 퍼들이나 냉각롤(120)에 의해 응고된 금속 소재와 접촉하게 된다. 이에 제조된 금속 소재에 갈라짐이나 긁힘 등의 결함이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 차단부를 이용하여 전방 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 것을 방지함으로써 응고물에 의해 금속 소재에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 차단부(200)는 차단막(220)과, 노즐(110)의 적어도 일부, 예컨대 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버할 수 있도록 차단막(220)을 지지하기 위한 지지유닛(210)을 포함할 수 있다. 이때, 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버하는 것이란, 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 접촉시키거나, 차단막(220)과 전방 노즐 몸체(110b) 사이로 용융물이 유입되지 않을 정도로 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 차단막(220)을 이격 배치하는 것을 모두 포함할 수 있다.
차단막(220)은 종이, 200℃ 이하의 융점을 갖는 저융점 섬유, Si계 내화물 및 SiO2계 내화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 차단막(220)으로 종이나 저융점 섬유를 이용하는 경우, 용융물과 접촉하게 되면 연소 또는 용융되어 제거될 수 있다. 차단막(220)은 전방 노즐 몸체(110b)의 저면으로부터 제거되지만, 용융물과 접촉된 이후 제거되기 때문에 용융물이 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 직접 접촉하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.
또한, 차단막(220)으로 내화물을 이용하는 경우, 차단막(220)은 용융물과 접촉하더라도 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버한 상태를 유지할 수 있기 때문에 용융물이 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 직접 접촉하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.
차단막(220)의 두께는 용융물이 배출되는 토출구(112)가 형성된 위치에서 노즐(110)의 저면과 냉각롤(120)의 외주면까지의 거리(d)를 1이라 할 때, 약 0.1 내지 0.5 정도를 차지하도록 형성될 수 있다. 통상 용융물이 배출되는 토출구(112)가 형성된 위치에서 노즐(110)의 저면과 냉각롤(120)의 외주면까지의 거리는 1000㎛ 이하, 예컨대 100 내지 600㎛ 정도이다. 이때, 차단막(220)의 두께를 제시된 범위보다 얇게 형성하는 경우, 차단막(220)을 핸들링하는데 어려움이 있다. 또한, 차단막(220)의 두께를 제시된 범위보다 두껍게 형성하는 경우에는 차단막(220)이 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 상하방향으로 지나치게 많은 영역을 차지하기 때문에 퍼들을 안정적으로 형성하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 차단막(220)을 제시된 범위로 제작하여 사용하는 것이 좋다.
차단막(220)은 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버할 수 있도록 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 차단막(220)은 전방 노즐 몸체(110b)의 저면 형상과 동일하거나 유사한 형태로 형성될 수 있으며, 노즐(110)의 외측에서 지지유닛(210)에 의해 지지되기 때문에 전방 노즐 몸체(110b)의 면적보다 크게 형성될 수 있다.
지지유닛(210)은 수평방향으로 연장되도록 용기(100)에 연결되는 지지프레임(212)과, 상하방향으로 연장되도록 지지프레임(212)에 연결되는 지지로드(214) 및 지지로드(214)에 연결되고 차단막(220)을 분리 가능하도록 파지할 수 있는 클램프(216)를 포함할 수 있다. 이때, 지지로드(214)는 지지프레임(212)이 연장되는 방향을 따라 이동 가능하도록 구비될 수도 있다. 이에 지지유닛(210)은 지지로드(214)를 이동시키기 위한 구동기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
이와 같은 구성을 통해 지지유닛(210)은 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버할 수 있도록 지지할 수 있고, 필요에 따라 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 외측으로 이동시킬 수 있다.
예컨대 차단막(220)이 종이나 저융점 섬유로 형성된 경우, 차단막(220)은 용융물과 접촉하면 연소되거나 용융되서 제거되기 때문에 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 외측으로 이동시킬 필요가 없다.
반면, 차단막(220)이 내화물로 형성된 경우, 차단막(220)은 용융물과 접촉하더라도 그 상태를 그대로 유지하게 된다. 그러나 차단막(220)이 용융물과 접촉하면, 차단막(220)에 용융물이 부착되기 때문에 금속 소재를 제조하는 과정에서 차단막(220)에 부착된 용융물이 응고물을 형성하게 된다. 따라서 차단막(220)이 용융물과 접촉한 이후에는 전방 노즐 몸체(110b)의 외측으로 이동시켜 응고물에 의해 금속 소재에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기에서는 지지유닛(210)이 지지프레임(212), 지지로드(214) 및 클램프(216)를 포함하는 것으로 설명하였지만, 지지유닛은 도 4에 도시된 변형 예처럼 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버하도록 파지할 수 있는 클램프(230a, 230b)를 포함할 수도 있다. 이때, 클램프(230a, 230b)는 용기(100)에 직접 연결될 수 있다.
이 경우, 차단막(220)은 용융물과 접촉했을 때 연소되거나 용융되어 제거될 수 있는 재질이 사용될 수 있다. 도 4의 (b)를 참조하면, 차단막(220)은 용융물과 접촉하면 제거되기 때문에 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 외측으로 이동시킬 필요가 없으므로, 클램프(230a, 230b)는 차단막(220)을 분리 가능하도록 지지 또는 파지할 수 있으면 된다.
도 5는 차단부의 다른 변형 예를 보여주고 있다.
차단부는 스트립 형상의 차단막(2400)과, 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 따라 차단막(2400)을 이동시킬 수 있는 지지유닛(2000)을 포함할 수 있다.
지지유닛(2000)은 용기(100)의 일측에 구비되고 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 차단막(2400)을 제공하기 위한 제1롤(2100)과, 용기(100)의 타측에 구비되고 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 제공되는 차단막(2400)을 회수하기 위한 제2롤(2200) 및 전방 노즐 몸체의 저면을 커버 또는 접촉하면서 이동할 수 있도록 차단막(2400)의 이동을 안내하기 위한 가이드 롤(2300)을 포함할 수 있다. 이때, 가이드 롤(2300)은 제1롤(2100)의 하부에 구비되는 제1가이드 롤(2300a)과, 제2롤(2200)의 하부에 구비되는 제2가이드 롤(2300b)을 포함할 수 있다. 이때, 제1롤(2100), 제2롤(2200) 및 가이드 롤(2300)은 모두 동일한 방향으로 회전할 수 있다.
제1롤(2100)에는 차단막(2400)이 감겨 있으며, 전방 노즐 몸체(110b)의 저면으로 차단막(2400)을 제공할 수 있다. 제2롤(2200)은 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 통과한 차단막(2400)을 감아 회수할 수 있다. 그리고 제1가이드 롤(2300a)과 제2가이드 롤(2300b)은 차단막(2400)이 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버하거나 접촉한 상태로 이동할 수 있도록 안내하는 역할을 할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 스트립 형상의 차단막(2400)은 제1롤(2100)과 제2롤(2200)의 회전에 의해 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 따라 이동할 수 있다. 이 경우, 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버했던 차단막(2400)에는 용융물 또는 응고물이 부착되어 있기 때문에 사용 후 폐기 처리될 수 있다.
도 6은 차단부의 또 다른 변형 예를 보여주고 있다.
차단부는 스트립 형상으로 형성되고 폐루프를 형성하는 차단막(2400a)과, 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 따라 차단막(2400a)을 이동시킬 수 있는 지지유닛(2000)을 포함할 수 있다.
지지유닛(2000)은 용기(100)의 일측에 구비되고 회전 가능한 제1롤(2100)과, 용기(100)의 타측에 구비되고 회전 가능한 제2롤(2200) 및 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버하면서 이동할 수 있도록 차단막(2400a)의 이동을 가이드하기 위한 가이드 롤(2300)을 포함할 수 있다. 이때, 가이드 롤(2300)은 제1롤(2100)의 하부에 구비되는 제1가이드 롤(2300a)과, 제2롤(2200)의 하부에 구비되는 제2가이드 롤(2300b)을 포함할 수 있고, 제1롤(2100), 제2롤(2200) 및 가이드 롤(2300)은 모두 동일한 방향으로 회전할 수 있다.
차단막(2400a)은 제1롤(2100), 제2롤(2200) 및 가이드 롤(2300)을 감싸도록 구비될 수 있다. 이에 제1롤(2100)과 제2롤(2200) 중 적어도 어느 하나의 롤을 회전시켜 차단막(2400a)을 순환시킬 수 있다. 이때, 차단막(2400a)에서 전방 노즐 몸체(110b)를 통과한 영역이 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 다시 제공될 수 있다. 따라서 차단막(2400a)에 부착된 용융물이나 응고물을 제거하기 위한 제거기(3000)를 추가로 구비할 수 있다.
제거기(3000)는 차단막(2400a)과 접촉 가능하도록 구비될 수 있으며, 제1롤(2100)과 제1가이드 롤(2300a) 사이 및 제2롤(2200)과 제2가이드 롤(2300b) 사이 중 적어도 어느 한 곳에 구비될 수 있다. 예컨대 제거기(3000)는 차단막(2400a)에서 적어도 용융물과 접촉한 면과 접촉 가능하도록 구비되어, 차단막(2400a)에 부착된 용융물이나 응고물을 제거할 수 있다. 따라서 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 제공되었던 차단막(2400a)을 전방 노즐 몸체(110b)의 저면으로 다시 제공할 수 있는 이점이 있어, 차단막(2400a)을 효율적으로 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조 장치를 이용하여 금속 소재를 제조하는 과정을 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 금속 소재 제조방법은, 용기(100) 내부에 용융물을 마련하는 과정과, 차단막(220)으로 용기(100)의 하부에 구비되는 노즐(110)의 저면을 커버하는 과정과, 용기(100)의 하부에 구비되는 냉각롤(120)을 회전시키는 과정과, 냉각롤(120)에 용융물을 배출시키는 과정 및 용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조하는 과정을 포함할 수 있다.
먼저, 용기(100)에 용융물이 마련되면, 차단부를 이용하여 노즐(110)의 저면, 예컨대 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 차단막(220)으로 커버할 수 있다(도 1 참조). 이때, 차단막(220)은 지지로드(214)의 하부에 구비되는 클램프(216) 의해 파지된 상태로 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 배치되고, 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버할 수 있다. 이 경우, 지지로드(214)는 용기(100)에 인접한 위치에 배치될 수 있다.
여기에서는 용기(100)에 용융물을 마련한 이후에 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 차단막(220)으로 커버하는 것으로 설명하였으나, 그 순서는 다양하게 변경 가능하다.
이후, 용기(100) 하부에 구비되는 냉각롤(120)을 회전시킬 수 있다. 그리고 용기(100)에 수용된 용융물을 노즐(110)의 토출구(112)를 통해 냉각롤(120)으로 배출시키면서 금속 소재를 제조할 수 있다. 이때, 금속 소재를 목표로 하는 두께로 형성할 수 있도록 용융물의 배출량이나 냉각롤(120)의 회전 속도를 조절하며 금속 소재를 제조할 수 있다.
용기(100)에서 배출된 용융물은 도 7의 (a)에 도시된 것처럼 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에서 퍼들을 형성할 수 있다. 용융물은 안정된 형태의 퍼들을 형성하기 이전, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이에 충진될 수 있다. 이때, 차단막(220)에 의해 노즐(110)의 저면, 즉 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 용융물이 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
이후, 도 7의 (b)에 도시된 것처럼, 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 외측으로 이동시켜 용융물과 접촉한 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)의 저면으로부터 분리시킬 수 있다. 이때, 구동기를 이용하여 지지로드(214)를 노즐(110)의 외측, 예컨대 냉각롤(120)의 회전방향에 대해서 전방측으로 이동시킴으로써 차단막(220)을 전방 노즐 몸체(110b)로부터 분리시킬 수 있다. 이와 같이 용융물은 냉각롤(120)에 배출된 이후, 짧은 시간, 예컨대 1초 이내에 안정된 형태의 퍼들을 형성하기 때문에 금속 소재를 제조하는 과정에서 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 거의 접촉하지 않게 된다. 따라서 금속 소재의 제조 초기, 예컨대 냉각롤(120)에 배출된 용융물이 안정된 형태의 퍼들을 형성하기 전까지 차단막(220)을 이용하여 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 용융물이 접촉하는 방지함으로써 금속 소재에 갈라짐, 긁힘 등의 결함이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.
그리고 용기(100)에 수용된 용융물의 배출이 완료되면, 금속 소재의 제조를 종료할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 형태의 차단부를 이용하여 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 용융물이 접촉하는 것을 방지하는 경우에는, 차단막(220)은 냉각롤(120)에 배출된 용융물과 접촉하면 연소 또는 용융되어 제거될 수 있다. 따라서 금속 소재의 제조가 완료되면, 후속 공정을 위해 클램프(230a, 230b)에 새로운 차단막(220)을 설치할 수 있다.
도 5에 도시된 형태의 차단부를 이용하여 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 용융물이 접촉하는 것을 방지하는 경우, 냉각롤(120)에 용융물이 배출된 이후 차단막(2400)을 이동시킬 수 있다. 이때, 금속 소재를 제조하는 동안 차단막(2400)을 연속적으로 이동시킬 수도 있고, 단속적으로 이동시킬 수도 있다. 여기에서 차단막(2400)을 단속적으로 이동시키는 경우, 차단막(2400) 중 적어도 전방 노즐 몸체(110b)를 커버하고 있던 영역이 전방 노즐 몸체(110b)와 냉각롤(120) 사이를 빠져나가고, 새로운 영역이 전방 노즐 몸체(110b)와 냉각롤(120) 사이로 배치되도록 이동시키는 것이 바람직하다. 이는 차단막(2400) 중 용융물과 접촉한 영역이 전방 노즐 몸체(110b)의 저면을 커버하는 경우, 차단막(2400)에 부착된 용융물이 응고물을 형성하여 퍼들이나 금속 소재와 접촉함으로써 금속 소재에 결함을 유발시킬 수 있기 때문이다.
그리고 도 6에 도시된 형태의 차단부를 이용하여 전방 노즐 몸체(110b)의 저면에 용융물이 접촉하는 것을 방지하는 경우, 냉각롤(120)에 용융물이 배출된 이후 차단막(2400a)을 이동시킬 수 있다. 이때, 차단막(2400a)은 폐루프 형태를 이루고 있기 때문에 전방 노즐 몸체(110b)을 커버했던 영역이 노즐(110)과 다시 접촉하게 된다. 이에 차단막(2400a)을 이동시키는 과정에서 차단막(2400a)을 제거기(3000)에 접촉시켜 차단막(2400a)에 부착된 응고물을 제거할 수 있다. 이에 차단막(2400a)을 연속적으로 사용할 수 있기 때문에 차단막(2400a)의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 방법으로 금속 소재를 제조하면, 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 것을 방지할 수 있기 때문에 응고물에 의해 금속 소재에 갈라짐, 긁힘 등의 결함이 발생하는 것을 방지함으로써 고품질의 금속 소재를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 금속 소재 제조장치 및 그 방법은, 금속 소재 제조 시 노즐의 저면에 응고물이 형성되는 것을 방지하여, 금속 소재의 품질을 향상시키고, 노즐의 사용 수명을 증대시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 내부에 용융물을 수용하기 위한 공간을 제공하는 용기;
    용융물을 배출시킬 수 있도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐;
    용융물을 응고시켜 금속 소재를 제조할 수 있도록 상기 노즐의 하부에 이격되어 회전 가능하게 구비되는 냉각롤; 및
    상기 노즐의 저면 적어도 일부에 용융물이 접촉하는 것을 방지하기 위한 차단부;
    를 포함하는 금속 소재 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단부는,
    차단막; 및
    상기 노즐의 적어도 일부를 커버할 수 있도록 상기 차단막을 지지하기 위한 지지유닛;을 포함하는 금속 소재 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 차단막은,
    종이, 저융점 섬유, Si계 내화물 및 SiO2계 내화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 소재 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 차단막의 두께는 상기 노즐의 저면과 상기 냉각롤의 외주면까지 거리를 1이라 할 때, 0.1 내지 0.5로 형성되는 금속 소재 제조장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐은,
    상기 냉각롤의 길이방향으로 연장되도록 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐 몸체; 및
    상기 용융물을 상기 냉각롤의 길이방향을 따라 배출시키기 위해 상기 노즐 몸체에 형성되는 토출구;를 포함하고,
    상기 지지유닛은,
    상기 냉각롤의 회전방향에 대해서 상기 토출구의 전방에 위치하는 노즐 몸체의 저면을 상기 차단막으로 커버할 수 있는 금속 소재 제조장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지유닛은,
    수평방향으로 연장되도록 상기 용기에 연결되는 지지프레임;
    상하방향으로 연장되도록 상기 지지프레임에 연결되는 지지로드; 및
    상기 지지로드에 연결되고, 상기 차단막을 분리 가능하도록 파지할 수 있는 클램프;를 포함하는 금속 소재 제조장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지유닛은,
    상기 지지프레임이 연장되는 방향을 따라 상기 지지로드를 이동시키기 위한 구동기를 포함하는 금속 소재 제조장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지유닛은,
    상기 용기에 연결되고, 상기 차단막을 분리 가능하도록 파지할 수 있는 클램프를 포함하는 금속 소재 제조장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지유닛은,
    상기 용기의 일측에 구비되고, 회전 가능한 제1롤;
    상기 용기의 타측에 구비되고, 회전 가능한 제2롤;
    상기 제1롤과 상기 제2롤의 하부에 각각 구비되고, 상기 노즐의 저면에 접촉하면서 이동할 수 있도록 상기 차단막의 이동을 가이드하기 위한 가이드 롤;을 포함하는 금속 소재 제조장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 차단막은 폐루프를 형성하고,
    상기 차단막에 부착되는 응고물을 제거하기 위해, 상기 제1롤과 상기 가이드 롤의 사이 및 상기 제2롤과 상기 가이드 롤의 사이 중 적어도 어느 하나에는 상기 차단막과 접촉 가능하도록 구비되는 제거기;를 포함하는 금속 소재 제조장치.
  11. 용기 내부에 용융물을 마련하는 과정;
    차단막을 이용하여 상기 용기의 하부에 구비되는 노즐의 저면 적어도 일부를 커버하는 과정;
    상기 용기의 하부에 구비되는 냉각롤을 회전시키는 과정;
    상기 노즐의 토출구를 통해 상기 냉각롤에 용융물을 배출시키는 과정; 및
    상기 냉각롤에 배출된 용융물을 응고시키는 과정;을 포함하는 금속 소재 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 커버하는 과정은,
    상기 냉각롤의 회전 방향에 대해서 상기 토출구의 전방에 위치하는 노즐의 저면을 상기 차단막으로 커버하는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 차단막을 용융 또는 연소시키는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 노즐과 분리되도록 상기 노즐의 외측으로 상기 차단막을 이동시키는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 노즐 몸체의 저면을 따라 상기 차단막을 이동시키는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 차단막을 이동시키는 과정은,
    상기 용융물을 상기 냉각롤에 배출시키는 과정 이후에 수행하는 금속 소재 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 차단막을 이동시키는 과정은,
    상기 금속 소재를 제조하는 과정에서 연속적 또는 단속적으로 수행하는 금속 소재 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 차단막을 이동시키는 과정은,
    상기 차단막에 부착된 응고물을 제거하는 과정을 포함하는 금속 소재 제조방법.
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