KR100648820B1

KR100648820B1 - 용탕 인출주조공정에 의해 금속스트립 두께를 증가시키는방법

Info

Publication number: KR100648820B1
Application number: KR1020050127185A
Authority: KR
Inventors: 남궁정; 김문철; 도병무
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; (주)대명에스엠씨
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2006-11-23

Abstract

본 발명은 용탕인출 주조공정을 이용한 금속 스트립제조공정에서 주조 롤의 표면에 세공을 형성하여 물질의 흡입력을 이용하고 주조 롤 표면에 접촉하는 스트립의 마찰력을 중대에 의한 용탕 인출력을 증가시켜 응고수축이 크고 주조 롤과 금속 스트립의 미끄럼이 심한 주조재의 스트립 형성두께를 증가시켜 주조하는 것이 특징인 용탕 인출주조공정에 의한 금속스트립 두께 증가 제조방법에 관한 것으로서, 응고수축이 심한 용강이 노즐을 통하여 주조 롤에 일정한 폭으로 접촉하여 냉각될 때 발생되는 수축량에 의하여 응고된 금속 스트립이 주조 롤 표면으로부터 이격되어 인출되지 못함으로써 발생하는 연속주조공정상 문제점과 현상을 방지하는 효과를 갖고, 주조 롤의 표면 재질을 열전달 계수가 적은 금속 롤을 채택하며 롤 표면에 일정 조도를 부여함으로써 형성된 스트립과 주조 롤 사이의 미끄럼을 방지하고, 주조 롤 내부는 열전달계수가 높은　금속 재질의 2중 롤을 사용함으로써 연속적인 주조공정이 가능하고, 주조 롤의 선속도를 낮추는 공정조건을 가능하게 함으로서 형성되는 스트립 두께를 1mm 이상 증가시키는 방법을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

용탕, 주조, 인출, 금속, 스트립,

Description

용탕 인출주조공정에 의해 금속스트립 두께를 증가시키는 방법{Thick Metal strip fabrication method by melt drag casting process}

도 1은 본 발명에 따른 흡입 블럭을 이용한 용탕 인출 판재주조장치의 측면도.

도 2는 용탕인출 주조 롤과 흡입 블럭의 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 노즐 2. 용탕

3: 흡입 블럭 4: 금속판재(스트립)

5: 주조 롤 6: 흡입 홀(세공)

7: 흡입 홈

본 발명은 주조 롤의 냉각능과 표면조건을 조절하는 방법으로 주조 롤 상에 형성되는 금속 박판의 두께를 1mm 이상 증가된 스트립 형태로 형성시키기 위한 주조 롤 기술에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 용강으로부터 주괴 형성 및 열간 압연공정을 생략하여 직접 금속박판을 제조하는 주조기술에 있어서 응고수축이 심한 용강이 노즐을 통하여 주조 롤에 일정한 폭으로 접촉하여 냉각될 때 발생되는 수축량에 의하여 응고된 금속 스트립이 주조 롤 표면으로부터 이격되어 인출되지 못함으로써 발생하는 연속주조공정상 문제점과 현상을 방지하기 위하여 롤의 표면 재질을 열전달 계수가 적은 금속 롤을 채택하며 롤 표면에 일정 조도를 부여함으로써 형성된 스트립과 주조 롤 사이의 미끄럼을 방지하고 주조 롤 내부는 열전달계수가 높은　금속 재질의 2중 롤을 사용함으로써 연속적인 주조공정이 가능하고 주조 롤의 선속도를 낮추는 공정조건을 가능하게 함으로서 형성되는 스트립 두께를 1mm 이상 증가시키는 용탕 인출주조공정에 의해 금속스트립 두께를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속박판을 액상으로부터 급냉 응고시켜 직접 얇은 박판을 성형하는 단롤 주조공정기술에 있어서 회전하는 냉각롤의 재질은 열전달 계수가 큰 Cu계 합금을 사용하고, 롤의 표면은 경면상태를 유지하여 이용한다.　 이때 사용되는 냉각 롤은 롤의 표면상태, 재질, 롤의 열전달 계수, 표면산화특성, 그리고 주조되는 용융금속과의 젖음성 등에 따라서 주조되어 형성되는 금속박판의 형상 및 품질에 결정적인 영향을 주는 인자 중의 하나이다. 즉, 롤의 특성 및 주조 조건에 따라 형성되는 스트립의 두께 및 두께 편차, 표면 거칠기 등은 스트립 형성에 큰 영향을 미치고 있다. 주조되어 형성되는 스트립의 두께를 증가 시키고자 할 때는 주조 롤 표면과 스트립 사이의 적절한 젖음성과 마찰력이 작용하여 형성된 금속 스트립을 연속적으로 형성시켜야 한다.

그러나 스트립 두께가 증가되면 롤과 형성된 스트립 표면과의 미끄럼이 발생 하여 연속적인 스트립 인출이 어렵게 되는데, 특히 주조되는 금속이 Ni합금과 같이 응고 수축이 심하고 표면산화 스케일의 마찰계수가 적을 경우 이러한 문제점은 쉽게 발생한다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여　 미국특허 제4,705,095호와 미국 특허 제4,819,712호에서는 주조 롤의 표면에 널링(Knurling)방법을 통하여 일정한 집합 무늬를 형성시키고, 용융금속 또는 형성된 금속 스트립과 주조 롤 사이의 마찰력을 증대시키려는 방법이 시도되었다.　 또한 미국 특허 제4,842,042호에서는 주조 롤과 별도로 용융 금속이 주조 롤과 접촉하는 위치에 보조 롤을 적용하여 형성되는 금속 스트립의 두께 제어와 형성된 스트립을 밀어내는 작용을 하도록 시도하였다.

이와 같이 응고수축이 심하고 응고된 스트립의 표면과 주조 롤과의 마찰계수가 작아서 주조 롤에 형성된 스트립이 연속적으로 용탕 인출되지 못하는 문제점을 해결하기 위해서는

첫째 롤의 냉각속도를 낮게 하여 융융 금속의 응고를 지연시켜 수축되는 속도를 늦추는 방법,

둘째 주조 롤의 표면에 일정크기의 홈 가공을 하여 기계적으로 용융 금속 또는 형성된 금속 스트립과 주조 롤 표면과의 마찰력을 증대시키는 방법,

셋째 용융금속과 주조 롤과 접하는 지점에 보조 롤을 적용하여 스트립 두께 제어 및 형성된 스트립의 인출력을 보강하는 방법이 있었다.

그러나 첫 번째 방법의 경우 주조 롤의 열전달 계수가 낮은 관계로 용용금속의 응고속도를 지연시킴으로써 응고 수축 속도를 낮추어 다소의 문제점을 해결가 능 하지만, 낮은 주조속도로 인하여 생산성이 저하되고 주조 롤에 축열이 되어 설비상 문제를 발생할 수 있다.

두 번째 방법인 주조 롤에 일정 크기의 표면 조도를 부여하는 방법은 용용금속 또는 형성된 스트립 사이에 기계적인 마찰력을 발생시킬 수 는 있지만 용융금속이 롤 표면의 홈에 부분적으로 침투하여 표면 조도 형상을 본 뜨는 경우가 발생하면 형성된 스트립의 표면 품질에 심각한 문제점을 일으킬 수 있다.

마지막으로 세 번째 보조 롤에 의한 두께 제어 및 용탕 인출력 보강방법은 비철금속과 같이 저 융점 금속을 주조할 때는 유용할 수 있다. 그러나 Fe계 또는 Ni계와 같이 고 융점 금속을 적용하는 데는 보조 롤 자체가 냉각의 매체로 작용하여 형성된 스트립의 인출을 방해할 수 있고, 보조 롤과 주조 롤과의 미끄럼에 의한 미세한 선속도 차이에 의하여 강도가 약한 상태로 형성된 고온의 금속스트립에 전단력을 가하여 단락시킬 수 있는 문제점이 있다.

따라서 상기의 방법을 사용하여 응고수축이 심하고 형성된 스트립의 표면에 미끄럼이 많은 금속 스트립의 주조두께를 증가시키는 방법으로 보다 적합한 방법이 필요하다.

본 발명의 목적은 기존 사용되고 있는 냉각능이 우수한 Cu계 합금 주조 롤을 사용하여 냉각효율을 높게 유지하고 주조 롤 내부를 통하여 표면에 세공을 형성시키고 주조 롤 외부에서 흡입장치를 연결하여 주조 롤 표면의 흡착력을 증가시킴으로써 냉각효율이 높은 주조 롤 표면에 형성된 1.5mm이상의 기존 보다 두꺼운 금속 스트립을 흡착 인출방법으로 두꺼운 스트립의 용탕 인출력을 증가 시키는 용탕인출 주조공정에 의한 금속스트립 두께 증가 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 외부에서 작용하는 흡착력이 주조 롤 표면과 주조 스트립간의 작용효율을 높이기 위하여 외부 흡착력은 용강인출 스트립이 형성되고 인출되는 구간에서 국부적으로 작용하게 하여 흡착력의 효율을 높이는 조건이 되도록 함으로서 기존보다 높은 냉각속도에 의한 주조속도 향상과 두꺼운 스트립의 형성과 인출 문제를 동시에 해결할 수 있는 용탕 인출 주조공정에 의한 금속스트립 두게 증가 제조방법을 제공하는 것이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 용탕 인출 주조공정에 의한 금속스트립 두게 증가 제조방법을 더욱 상세히 설명한다.

번 발명의 용탕 인출법에 의하여 응고수축이 큰 Fe계, Ni계 합금 스트립의 두께를 1mm 이상이 되도록 연속적으로 형성시키기 위한 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

응고수축이 큰 합금을 용탕 인출 주조공정을 이용하여 금속 스트립(4)을 연속적으로 형성시키고자 할 때 주조 초기에 주조 롤(5)에 접촉하는 용융금속(2)은 통상의 Cu계 재질의 주조 롤(2)의 우수한 냉각에 의하여 빠르게 응고되면 일시적으로 큰 수축량이 발생하고 주조 롤(2)과 응고된 금속 스트립 사이에는 이격이 발생하여 주조 롤의 회전력에 따른 주조 롤(2)과 금속 스트립(4)간의 마찰력이 작용할 수 없으므로 연속적인 금속스트립 형성을 기대하기 어렵다.　

이러한 문제점을 개선하는 기본적인 방법으로 주조 롤의 재질을 통상의 재질보다 열전달능이 낮은 주철계 금속, 또는 단열코팅 등을 적용하는 방법이 있으나 이 경우 초기 주조 조건에서 용융 금속의 빠른 냉각에 의한 응고수축형상을 방지하는 효과가 있어서 연속적인 금속 스트립형성은 가능하지만 주조속도가 낮고 연속적인 공정에서 주조 롤이 축열되므로 인하여 가열되어 지속적인 주조공정이 어려운 문제점이 있다. 따라서 이러한 문제점을 개선하는 보다 발전적인 방법으로 주조 롤의 재질을 기존 냉각능이 우수한 Cu계 합금으로 하면서 주조 롤(5) 내부로부터 롤 표면과 주조 롤(5) 옆면을 통하여 외부의 흡입장치(3)와 연결되도록 구성하여 용융상태의 용탕이 노즐을 통하여 주조 롤(5) 표면과 접촉하여 응고되고 금속 스트립(4)이 형성되는 동안과 일정두께로 형성된 금속 스트립(4)이 주조 롤의 표면마찰력에 의해 회전방향으로 인출되는 동안에 주조 롤 표면에 국부적으로 흡입력을 발생시켜 용탕 또는 금속 스트립(4)과 주조 롤 사이의 접착력을 높여 두꺼운 스트립의 주조가 용이하도록 한다.

외부에서 주조 롤(5)과 연결되는 일정 흡입력은 필요한 부분에 보다 효과적으로 작용하도록 하기 위하여 도 2에 예시된 바와 같이, 흡입 블록(block)(3)이 주조 롤(5) 양쪽 면에 일정한 범위에 연속적으로 미끄럼 접촉을 하고 있는 상태에서 주조 롤(5)이 회전하게 되므로 흡입력이 필요한 부분에 국부적으로 흡입력이 연속적으로 작용할 수 있게 된다.

주조 롤(5) 표면에 형성되는 흡입 홀(세공)(6)의 크기는 약 0.05-1.0mm범위로 한다.

흡입 홀(세공)(6)의 크기가 0.05mm보다 작게 되면 세공의 막힘 현상이 발생하고 흡입력이 미약하게 되므로 밀착력 향상효과가 미약하고, 세공의 크기가 1.0mm이상으로 크게 될 경우 용강이 침투되거나 스트립 표면에 거친 조도를 유발하게 되므로 적합하지가 않다.

또한, 주조 롤(5) 표면에 형성된 흡착세공과 용탕 또는 금속 스트립(4) 사이에 흡착력을 균일하게 하고 높이는 방법으로서 Cu계 합금으로 이루어진 주조 롤(5) 표면에 롤 폭과 수직방향으로 깊이 0.05~0.5mm, 폭 0.05~0.5mm범위로 홈(7)을 형성시키고 주조 롤(5) 양면과는 관통되지 않도록 한다. 이와 같이 주조 롤(5) 표면에 형성된 흡입(흡착)홀(세공)(6)과 흡입 홈(7)이 가지는 면적비 분율은 주조되는 재질의 점도 특성, 주조 롤(5)과 스트립(4)과의 젖음성, 요구되는 금속 스트립(4)의 두께 조건에 따라 1 ~ 99% 범위로 조정할 수 있다.

[실시예 1.]

이하 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

Fe-42Ni합금을 용융 상태로부터 용탕 인출 법에 의하여 100mm 폭의 금속 스트립(4)을 제조한다. 용강의 공급 온도는 융점온도 보다 100 ^oC 높게 공급하고 주조 롤(5)과 용융금속의 접촉길이는 25mm 하며 노즐(1)의 예열온도는 1300 ^oC, 주조 롤(5)의 순환 냉각수의 온도는 50^oC 로 유지 하면서 주조속도(스트립 성형속도)는 0.1 ~ 2m/sec 주조할 때 Cu-Cr재질의 주조 롤 표면에 형성된 흡입 홀(세공)(6)의 크기를 0.05, 0.1, 0.5, 1mm로 변화하고 흡입 홈(7) 분율을 1, 20, 40, 60, 80, 90% 로 변화할 때 최대 연속 인출이 가능한 Fe-42Ni합금으로 이루어진 금속 스트립(4) 두께를 표 1에 나타내었다. 본 실시예의 방법은 용탕 인출되는 주조재를 Fe-80Ni합금, Fe-45Ni합금, Fe-Ni36 등 Fe계, Ni계 합금에 적용할 수 있다.

표1. 주조 롤 흡입 홀(세공)크기와 흡입 홈 분율에 따른　 Fe-42Ni합금 스트립 인출 두께(우수: ◎, 양호: ○, 보통: △, 미달: ↓ , 불량: ×)

세공의 크기(mm)	홈 분율(%)	최대 스트립 인출두께(mm)	표면품질	비고
0.05	1	0.2	△	세공막힘발생
	20	0.4	○	세공막힘발생
	60	0.7	◎	세공막힘발생
	90	1.2	◎	세공막힘발생
0.1	1	0.3	△	-
	20	0.7	◎	-
	40	2.0	◎	-
	90	2.5	○	-
1	1	0.5	△	표면품질저하
	20	0.8	△	표면품질저하
	60	2.5	↓	표면품질저하
	90	2.7	×	표면품질저하

이와 같은 방법으로 응고수축이 심하고 형성된 금속 스트립과 주조 롤 표면 사이의 미끄럼으로 1mm에 근접하거나 그 이상의 두꺼운 스트립 형태를 가지며 연속적으로 주조하기가 곤란하였던 Fe계 및 Ni계 합금을 융탕 인출 주조방법에 의하여 형성되는 금속 스트립의 두께를 1 ~ 2mm 이상으로 증가시키고 표면품질이 개선된 안정적인 연속적으로 용탕인출 주조를 가능하게 하는 효과를 갖는다.

상술한 바와 같이, 용탕 인출 법에 의하여 응고 수축이 심한 금속 스트립의 두께를 증가시키는 조건으로　주조할 때 주조재가 주조 롤과의 젖음성 마찰력, 미끄럼 등에 따라 연속적으로 인출 가능한 스트립 두께의 용강의 물성 제약조건에 자유롭고 보다 두꺼운 금속 스트립을 연속적으로 형성시킴과 동시에 주조 롤과 접촉하 는 면의 금속 스트립 표면조도를 미려하게 유지할 수 있는 효과를 갖는 주조 방법을 제공한다.

Claims

용강으로부터 주괴 형성 및 열간 압연공정을 생략하여 직접 금속박판을 제조하는 주조기술에 있어서,

용탕인출 주조 롤 표층에 외부로 관통하는 흡입 홀(세공)과 흡입 홈을 형성시킨 주조 롤 표면에 용융금속을 응고시켜 금속 스트립을 연속 제조하는 것을 특징으로 하는 용탕 인출 주조공정에 의해 금속 스트립 두께를 증가시키는 방법.
제 1항에 있어서,

외부로 통하는 흡입 홀(세공)을 통하여 흡입력을 작동시키고, 주조 롤 양쪽면에 흡입 블록을 설치하여 용탕이 주조 롤과 접촉하는 부분만 국부적으로 접촉하여 국부적으로 흡입력이 작용되는 것을 특징으로 하는 용탕 인출 주조공정에 의해 금속 스트립 두께를 증가시키는 방법.
제 1항에 있어서,

흡입 홀(세공)의 크기는 0.05-1.0mm범위로 하고, 주조 롤 표면에 형성된 흡입 홈의 분율을 1-99% 분율로 형성시킨 회전체 냉각롤 표면에 용융금속을 접촉시켜 응고시키는 것을 특징으로 하는 용탕 인출 주조공정에 의해 금속 스트립 두께를 증가시키는 방법.