KR100489238B1 - 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 롤 표면에 부착되는 이물질의 양을 최소화 하여 롤 표면 조도가 손상받지 않는 브러싱 조건에서도 롤 표면의 이물질의 제거가 가능하게 되는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 박판제조장치를 이용하여 박판을 제조하는 방법에 있어서,

그 팁이 상기 탕면분위기 유지장치를 관통하여 탕면분위기 유지장치의 저면과 탕면사이에 위치되고 그리고 분사된 불활성가스가 롤과 탕면이 만나는 쪽에서 용강풀의 중심을 향하여 공급되도록 설치되는 가스공급노즐과 그 일단은 탕면분위기 유지장치의 저면과 탕면사이에 그리고 그 타단은 외부에 위치되고 그리고 롤과 침지노즐사이에 설치되어 이물질을 외부로 배출하도록 구성되는 가스배출구를 구비시키는 단계; 및

상기 가스공급노즐을 통하여 불활성가스를 공급하여 이물질을 상기 가스배출구를 통해 배출하는 단계를 포함하여 구성되는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판제조방법을 그 요지로 한다.

Description

쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판의 제조방법{Method for Manufacturing Strip Using Twin Roll Strip Caster}

본 발명은 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 주편을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주조롤 표면에 부착되는 이물질의 양을 최소화 할 수 있는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판의 제조방법에 관한 것이다.

박판 연속 주조 공정은 용융 금속으로부터 최종 제품을 직접 주조하는 공정으로서, 중간 공정들을 대폭 생략하여 경량화 된 설비로 재래식 철강 공정에 비해 생산 원가를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 재래식 공정으로 제조하기 힘든 난 가공성 제품의 생산도 가능하게 한다. 이러한 박판 연속 주조 공정에서는 도 1에 나타난 바와 같이, 수냉되는 두 개의 주조 롤(1)을 서로 반대 방향으로 회전시키면서, 주조 롤(1)사이에 침지노즐(3)에 의해 용강을 공급하여, 용강 풀(2)을 형성시킨다. 용강이 주조 롤(1)의 표면에서 응고되며 이렇게 응고된 두 개의 응고 쉘(shell)이 합쳐져서 주편(4)을 형성하게 된다. 이러한 박판 연속 주조 공정으로 생산된 박판의 표면 품질은 일반 연속 주조 공정에 비해 후처리 공정을 적게 거치게 되므로 매우 중요하다.

박판의 표면 품질을 향상시키기 위하여 많은 방법들이 제안되어 왔다. 이러한 방법들 중에는 용강 공급 노즐의 적정화, 용강 표면의 요동 억제, 주조 롤 압하력의 적정화, 용강 표면의 산화물 혼입방지 그리고 주조롤 닢하부에서의 주편 표면 산화 스케일 방지 등이 제시되고 있다.

주편의 표면 품질을 결정하는 것은 표면 크랙(crack)의 발생, 표면 스컴(scum) 혼입, 표면조도의 과다에 따른 냉연 품질의 광택도 불량이다.

이중 주편의 표면 크랙은 주조롤의 사용횟수와 많은 상관이 있다. 이는 주조롤을 일정이상 사용하게 되면 롤 표면의 조도가 점차적으로 감소하게 되고, 롤 표면의 조도가 감소하게 되면, 주편 표면 크랙의 발생이 증가한다.

또한, 롤 표면에 이물질이 덮힌 정도가 증가하게 되면, 이러한 이물질이 열전달 저항으로 작용하게 되어, 주조 속도가 감소하게 된다. 또한 이러한 이물질이 롤 표면에 많이 덮히게 되면, 주편 표면 크랙의 발생이 증가한다.

이러한 이물질의 유입 원(source)은 특허 WO 00/07753에서와 같이 탕면 슬래그가 롤에 코팅될 수도 있으나, 이보다는 탕면에서 휘발된 물질이 롤 표면에 코팅되어 나타난다.

본 발명자들은 이러한 이물질이 생성되는 원인을 알기 위하여 침지시험(test)을 행 하였다.

침지 시험은 도 2에 나타난 바와 같이 유도로(5)내에 용강(6)을 녹인 후 Ni 칠플레이트(chill plate)(7)를 침지 시켜 칠표면의 이물질을 관측하였다.

침지 시험 결과, Ni 칠 표면에서는 검은 코팅이 관측되었으며, 이러한 디포지션 밴드(deposition band)의 성분은 대부분 Mn이 주성분으로 나타났는데, 이는 용강 원소 중에서 Mn의 휘발성이 다른 원소에 비하여 높기 때문이다.

이러한 휘발성이 높은 원소가 칠면에 디포지션되며, 이것이 용강에 침지되고 소결(sintering)되면서 검은 코팅층이 된다.

이러한 롤 표면의 변화가 있으면, 주조 속도 저하 등의 불안정이 발생하여 문제가 발생되며, 특히 주편의 품질이 악화되게 된다. 롤 표면의 조도 변화는 롤 표면 코팅 재질의 경도 증가 및 브러싱(brushing)의 정도를 줄임으로써 해결할 수 있으나, 브러싱의 정도를 줄이게 되면 롤 표면에 이물질이 쌓이는 정도가 증가하게 되어, 문제가 발생되게 된다. 브러싱을 강화하게 되면, 롤 표면에 이물질이 쌓이는 정도는 줄일 수 있으나, 롤 표면의 조도를 저하시켜 주편에 크랙을 유발할 수 있다.

그러므로 롤 표면 조도가 손상받지 않는 적정한 브러싱 조건에서도 롤 표면에 이물질이 쌓이는 정도를 줄이는 방법이 필요하다.

본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 롤 표면에 부착되는 이물질의 양을 최소화 하여 롤 표면 조도가 손상받지 않는 브러싱 조건에서도 롤 표면의 이물질의 제거가 가능하게 되는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 수냉되고, 서로 반대 방향으로 회전되는 두 개의 주조 롤, 주조 롤사이에 용강을 공급하는 침지노즐, 및 탕면분위기 유지장치를 포함하여 구성되는 박판제조장치를 이용하여 박판을 제조하는 방법에 있어서,

그 팁이 상기 탕면분위기 유지장치를 관통하여 탕면분위기 유지장치의 저면과 탕면사이에 위치되고 그리고 분사된 불활성가스가 롤과 탕면이 만나는 쪽에서 용강풀의 중심을 향하여 공급되도록 설치되는 가스공급노즐과 그 일단은 탕면분위기 유지장치의 저면과 탕면사이에 그리고 그 타단은 외부에 위치되고 그리고 롤과 침지노즐사이에 설치되어 이물질을 외부로 배출하도록 구성되는 가스배출구를 구비시키는 단계; 및

상기 가스공급노즐을 통하여 불활성가스를 공급하여 이물질을 상기 가스배출구를 통해 배출하는 단계를 포함하여 구성되는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

박판주조 공정에서는 탕면의 분위기를 유지하기 위하여 불활성 가스를 공급하게 된다. 이러한 불활성 가스는 아르곤, 질소, 헬륨등을 사용한다.

본 발명은 이러한 불활성 가스의 공급조건을 적절히 조절하여 롤 표면의 이물질 디포지션(deposition)을 막는데 그 특징이 있다.

본 발명에 따라 롤 표면의 이물질 디포지션을 막기 위해서는 우선 도 3에 나타난 바와 같이 그 팁이 상기 탕면분위기 유지장치(10)를 관통하여 탕면분위기 유지장치(10)의 저면과 탕면(9)사이에 위치되고 그리고 분사된 불활성가스가 롤과 탕면(9)이 만나는 쪽에서 용강풀의 중심을 향하여 공급되도록 설치되는 가스공급노즐(11)과 그 일단은 탕면분위기 유지장치(10)의 저면과 탕면사이에 그리고 그 타단은 외부에 위치되고 그리고 롤과 침지노즐(3)사이에 설치되어 이물질을 외부로 배출하도록 구성되는 가스배출구(12)를 구비시켜야 한다.

도 3에서, 부호 "8"은 응고쉘을 나타낸다.

다음에, 상기 가스공급노즐(11)을 통하여 불활성가스를 공급하여 이물질을 상기 가스배출구를 통해 배출시킨다.

즉, 상기와 같이 본 발명에 따라 불활성가스를 공급하면 탕면에서 휘발되어 나오는 이물질이 이러한 가스의 흐름에 실려 주조 롤(1)과 멀리 떨어진 지점으로 이동하게 되고, 가스 배출구(12)에서 이러한 이물질을 뽑아 바깥으로 배출하게 된다.

본 발명에서 사용되는 불활성 가스로는 아르곤, 질소, 헬륨등을 들수 있다.

롤과 탕면(9)이 만나는 쪽에서 용강풀의 중심을 향하여 공급되는 가스의 흐름을 강하게 하기 위하여, 롤과 탕면이 만나는 지점과 가장 가까운 지점에서 가스를 분사하는 것이 바람직하다. 그리고 이때 가스의 흐름이 불균일 하게 되면, 터블런스(tubulence)가 생겨서 휘발성 물질이 일부 롤 쪽으로 올 수도 있기 때문에 가능하면 폭방향으로 균일하게 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 일례를 도 4를 통해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서의 가스 공급노즐(11)의 위치는 도 4에 나타난 바와 같이 d, h,θ로 정의 될 수 있다. 여기서, d는 용강과 롤이 만나는 지점에서 노즐 팁과의 수평 거리, h는 탕면과 노즐 팁과의 수직 거리 그리고 θ 는 가스공급노즐의 각도이며, θ= tan-1 (h/d) 로 나타내어 진다.

그리고 상기 가스공급노즐의 각도는 메니스커스부 즉, 탕면이 롤과 만나는 부분에서의 롤의 접선 방향보다 크게 하고, 최대 45°로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 롤의 반경을 R, 용강의 높이를 L이라고 할 때 h/d는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

예를 들면, 롤의 반경이 650mm, 용강의 높이가 400mm일 경우, h/d는 0.85이상이 된다.

바람직한 h/d의 값은 1.0-0.85이다.

상기 가스 공급 노즐이 용강과 롤의 접촉부와 가까울수록 효과가 커지나, 너무 가까울 경우 가스 공급노즐이 고온에 노출되므로 손상될 수 있고, 또한 큰 유속의 가스에 의해 탕면이 응고되고, 이것이 응고 셀에 들어갈 경우 주편 표면 결함의 원인이 될 수 있다.

따라서, 상기 h, d값의 하한값이 존재하게 된다.

상기 가스공급노즐을 통한 가스의 공급압은 2-10bar정도, 가스의 공급속도는 5-20m/sec로 한정하는 것이 바람직하다.

상기한 정도의 가스의 분출 조건에서는 h와 d는 가각 30mm 이상 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 가스 배출구는 탕면에서 휘발되는 이물질을 포함한 가스를 바깥으로 배출시키는 역할을 하므로 사이즈(size)가 클수록 유리하다. 그러나 가스 배출구가 크게 되면, 탕면 분위기 유지 장치내의 압을 저하시켜, 대기가 탕면으로 유입되게 된다.

따라서, 상기 가스 배출구의 크기의 상한치는 탕면 분위기 유지장치내의 압이 대기압에서 0.01-0.1bar 높은 수준으로 유지되도록 설정하는 것이 바람직하다. 상기 가스의 공급량이 100Nm³/hr, 가스의 공급압이 5 bar인 경우에 배출구의 사이즈는 그 직경을 30-100mm로 설정하는 것이 바람직하다.

그리고 가스 배출구와 가스 공급노즐과의 거리 S는 분사되는 가스가 탕면을 따라서 흐르는 시간이 많고 또한 가스배출구로 나가는 동안 터블런스(tubulence)가 생기지 않는 조건이 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

만일, 가스 배출구가 침지 노즐과 가까울 경우 침치 노즐 근처가 냉각되어, 탕면에 응고 쉘이 생길 수 있고, 이 응고 쉘이 주편에 유입될 경우 결함으로 나타날 수 있다.

따라서, 침지 노즐과 가스공급노즐사이의 중간 거리에 가스 배출구를 위치시키는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 박판을 제조할 시 적절한 조건으로 불활성가스를 공급하여 롤 표면의 이물질을 제거하므로써 보다 우수한 표면품질을 갖는 박판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 통상적인 쌍롤식 박판주조기의 개략도

도 2는 침지시험장치의 일례도

도 3은 본 발명에 부합되는 박판제조방법을 구현하기 위한 장치의 일례개략도

도 4는 본 발명에 부합되는 바람직한 박판제조방법을 구현하기 위한 장치의 일례개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 주조 롤 10 . . . 탕면분위기 유지장치 11 . . . 가스공급노즐

12 . . . 가스배출구

Claims (4)

1. 수냉되고, 서로 반대 방향으로 회전되는 두 개의 주조 롤, 주조 롤사이에 용강을 공급하는 침지노즐, 및 탕면분위기 유지장치를 포함하여 구성되는 박판제조장치를 이용하여 박판을 제조하는 방법에 있어서,

   그 노즐 팁이 상기 탕면분위기 유지장치를 관통하여 탕면분위기 유지장치의 저면과 탕면사이에 위치되고 그리고 분사된 불활성가스가 롤과 탕면이 만나는 쪽에서 용강풀의 중심을 향하여 공급되도록 설치되는 가스공급노즐과 그 일단은 탕면분위기 유지장치의 저면과 탕면사이에 그리고 그 타단은 외부에 위치되고 그리고 롤과 침지노즐사이에 설치되어 이물질을 외부로 배출하도록 구성되는 가스배출구를 구비시키는 단계;

   롤의 반경을 R, 용강의 높이를 L이라고 할 때 용강과 롤이 만나는 지점에서 노즐 팁과의 수평 거리(d)와 탕면과 노즐 팁과의 수직 거리(h)가 하기 수학식 1의 조건을 만족하도록 상기 가스공급노즐을 위치시키는 단계; 및

   (수학식 1)

   상기 가스공급노즐을 통하여 2-10bar의 압력 및 5-20m/sec의 속도로 불활성가스를 롤과 탕면이 만나는 쪽에서 용강풀의 중심을 향하도록 공급하여 이물질을 상기 가스배출구를 통해 외부로 배출시키는 단계를 포함하여 구성되는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판제조방법
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, h/d 값이 1.0 - 0.85인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판제조방법
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 가스의 공급량이 100Nm³/hr이고, 가스의 공급압이 5 bar이고, 그리고 가스배출구의 직경이 30-100mm인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기를 이용한 박판제조방법