KR100798027B1

KR100798027B1 - 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤

Info

Publication number: KR100798027B1
Application number: KR1020060133739A
Authority: KR
Inventors: 김완수; 박철민; 임지우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-01-28

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤에 관한 것으로, 주조롤의 폭방향 열팽창 불균일 현상을 최소화하여 양호한 형상을 지닌 주편을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤을 제공한다. 이를 위한 본 발명은 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤에 있어서, 상기 냉각롤의 표면부 부근에 냉각수 관이 상부 및 하부 2열로 형성되어, 서로 인접한 4개의 냉각수 관을 한쌍으로 하여 상부 제 1 냉각수 관은 독립적으로 형성되고, 상기 냉각롤의 일단부에서 상부 제 2 냉각수 관이 하부 제 2 냉각수 관과 연결되고, 상기 냉각롤의 타단부에서 하부 제 1 냉각수 관이 상부 제 2 냉각수 관과 연결되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 롤 표면온도 분포가 롤 폭방향으로 균일하게 되어 주조된 주편이 후처리에 적합한 형상을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 양방향 냉각수 방향을 적용한 경우에 발생되는 롤 표면 온도 상승 및 롤 표면의 주기적인 주름을 해소하여 주조롤의 수명향상과 보다 양호한 형상의 주편 제조를 달성할 수 있는 효과가 있다.

쌍롤식 박판 주조기, 냉각수 관, 냉각롤, 롤 열팽창

Description

쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤{COOLING ROLL FOR STRIP CASTING OF TWIN ROLL TYPE}

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조기의 개략도.

도 2는 종래의 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 냉각구조를 도시한 개략도.

도 3은 종래의 주조롤 냉각구조를 나타내는 요부의 단면도.

도 4는 종래의 1열 냉각수 관을 갖는 주조롤 요부의 단면도.

도 5는 종래의 2열 냉각수 관을 갖는 주조롤 요부의 단면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤의 냉각구조를 나타낸 요부의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 노즐 2 : 용강

3 : 주조롤 4 : 응고쉘

5 : 박판(주편) 6 : 상부 냉각수 관

7 : 중앙관 8 : 수직분배관

9 : 경사분배관 10 : 환형 냉각수 통로

11 : 환형 냉각수 통로 12 : 하부 냉각수 관

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤에 관한 것으로, 특히, 용강을 냉각시키는 롤 표면부 냉각수 관의 냉각수 방향을 교대로 하여 주조시 냉각수 온도 상승에 따른 롤 표면부의 온도차를 최소화시켜 롤 폭방향의 불균일 팽창 발생시 나타나는 주편의 폭 방향 두께편차를 줄일 수 있는 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤에 관한 것이다.

일반적으로 박판의 주조방법에는 용강을 턴디쉬를 통하여 연속주조방법으로 슬라브를 제조하고 이를 압연 및 사상작업을 거쳐 박판으로 제조하는 연속 주조방법과, 슬라브의 압연 및 사상 작업 없이 회전하는 쌍롤과 에지댐 사이에 직접 투입된 용강의 풀을 통하여 주조롤에 의해 직접 주편(박판)을 제조하는 쌍롤식 박판주조방법이 있는데, 상기 후자는 연속주조방식의 여러 공정을 거치지 않으면서도 박판을 직접 제조할 수가 있어 원가 측면에서 상당한 비용절감이 가능하고 에너지 소비가 큰 재가열 및 열연 공정을 줄일 수 있어 이와 같은 쌍롤식 박판주조방식에 대한 집중적인 연구가 진행되고 있다.

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조기의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 쌍롤식 박판 주조기는 일정속도로 회전하는 2개의 주조롤(3)사이에 용강 저장용기의 하측으로 설치된 침지 노즐(1)을 통하여 용강(2)이 공급되고, 주조롤(3)과 그 양측의 에지댐으로서 형성되는 용강풀을 통하여 공급된 용강(2)이 주조롤(3)과 접촉하여 응고쉘(4)을 형성하면서 주조롤(3)이 회전함에 따라 롤 최근접점에서 주편(5)을 주조한다.

이때 용강(2)을 주편(5)으로 주조하기 위한 응고쉘(4)의 형성은 주조롤(3)과 용강(2)의 접촉시 냉각에 의해 발생하므로, 주조롤(3)은 응고쉘(4)의 형상과 품질을 좌우할 뿐 아니라 생산성을 좌우하는 박판주조공정의 중요 설비이다.

이러한 주조롤(3)은 1400℃가 넘는 고온의 용강(2)을 짧은 시간의 접촉을 통해 응고시켜야 하기 때문에 강력하고도 효율적인 냉각 방식이 요구된다. 특히 쌍롤식 주조법에서는 일반적으로 주조되는 주편(5)의 두께가 1~6㎜ 범위의 박판이며 롤 닢을 빠져나온 주편(5)은 거의 응고가 완료한 상태이기 때문에 주편 품질 및 형상에 문제가 발생하는 경우에는 교정이 거의 불가능한 측면이 있어 주조시 주조롤(3)의 열팽창 현상은 곧바로 주편 형상으로 나타나게 되므로 중요한 의미를 지니게 된다. 따라서 주조롤(3)에 대해서는 생산성 증대와 롤의 내구성 증대를 위한 냉각 강화 방법 및 주조롤의 이상적인 열팽창현상을 구현할 수 있는 효과적인 냉각 방안이 연구되고 있다.

도 2는 종래의 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 냉각구조를 도시한 개략도이고, 도 3은 종래의 주조롤 냉각구조를 나타내는 요부의 단면도이다.

용강(2)이 저장된 저장용기의 하측 노즐(1)로부터 공급된 용강(2)은 주조롤(3)의 표면측에 원주방향으로 다수개 형성되어 냉각수가 흐르는 냉각수 관(6)에 의하여 냉각된다.

여기서, 주조롤(3) 내부의 냉각수 흐름은 롤 축의 중앙관(7)을 통해 들어온 냉각수가 중앙관(7)에 수직 방향으로 형성된 다수개의 냉각수 수직분배관(8)으로 분배되고, 여기서 냉각수는 수직분배관(8)의 환형 냉각수 통로(11)를 거쳐 다시 다수개의 경사분배관(9)을 통해 분배되어 경사분배관(9)의 환형 냉각수 통로(10)를 통해 최종적으로 롤 표면부의 냉각수 관(6)으로 냉각수가 흐르게 된다.

표면부 냉각수 관(6)을 통과하여 주조롤(3)의 냉각에 의해 온도가 상승한 냉각수는 다시 경사분배관(9), 수직분배관(8), 중앙관(7)을 통해 주조롤(3) 축의 다른 쪽을 통하여 배출된다.

이러한 냉각수 흐름 구조를 지닌 주조롤(3)은 비교적 제작이 간단하며, 롤 중앙관부에 사이펀튜브 등과 같은 냉각수 입출구측 흐름 차단장치가 필요 없으므로 제작비가 저렴하고 유입된 냉각수가 롤 내부의 누수(leak) 없이 전량 롤 표면부의 냉각수 관(6)을 통해 공급될 수 있다는 안정성의 측면이 있는 장점이 있다.

그러나 이러한 냉각수 흐름 구조를 지닌 경우 롤 표면부의 냉각수는 모두 롤 일단부에서 타단부로 흐르는 방식이 되게 되며 냉각수가 롤 표면을 지나면서 용강을 응고시키는 과정에서 빼앗는 열량에 의한 냉각수 온도 상승 현상이 발생하여 롤 일단부와 타단부 냉각수 온도의 차이가 발생하게 된다. 이러한 온도 차이는 주조조건과 냉각수 유량 등에 따라 변화되는데, 이러한 온도차이는 크지 않더라도 롤 양단간의 온도 불균일 현상을 야기한다.

주조롤(3) 양단간의 온도 불균일 현상이 발생하면 롤의 열팽창이 롤 폭 중앙을 기준으로 비대칭적으로 발생하여 양단에서 롤 열팽창량의 크기가 서로 달라지므로 주조되는 주편의 형상이 중앙을 기준으로 비대칭이 되어 주편 후처리에 많은 문제점이 발생한다.

도 4는 종래의 1열 냉각수 관을 갖는 주조롤 요부의 단면도이다.

도 4에 있어서, 주조롤(3) 표면부근의 냉각수 방향이 일방향인 경우 양단의 냉각수 관에서의 온도를 나타내며, 일단부는 냉각수 공급온도를, 그리고 타단부는 상승된 냉각수 온도를 나타낸다.

여기서, 주조롤(3)의 일단부에는 온도 A 인 냉각수가 공급되며 롤 표면을 가로질러 타단부에 도달하면 온도 상승으로 인해 온도 B가 되어 결국 양단부의 온도 차이는 B-A가 되어 주조롤(3) 양측에는 이 온도에 해당하는 열팽창량의 차이가 발생한다.

이러한 일방향 냉각수 흐름에 따른 문제를 해결하기 위해서 실용신안 공개 제1998-0038078호 및 제1999-0026813호 등에서와 같이 롤 표면부 냉각수 관 내부에서의 냉각능 차등화를 통해 롤의 비대칭 열팽창 현상을 완화하는 방법이 개시되었다. 그러나 이러한 냉각수 관 내부의 냉각능 차등화 방법의 적용은 롤 제작후 변경이 불가능하므로 롤 열팽창 현상이 변하는 주조 초반부 및 롤의 열부하 조건이 제작시의 예상과 달라지는 경우에는 소기의 목적을 충분히 달성할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 일방향 냉각수 흐름에 따라 발생하는 문제점을 해결하기 위해 특허출원 제2004-0048904호에는 롤 표면부에 원주 방향으로 냉각수 관 배열을 하나 더 추가하여 냉각수 방향을 교대로 반대가 되게 하는 방법을 제시하고 있다.

도 5는 종래의 2열 냉각수 관을 갖는 주조롤 요부의 단면도이다.

이러한 방법을 적용하는 경우는 롤 표면부의 냉각수 온도를 평균하면 양단간 에 동일한 온도가 되어 롤 표면부 온도가 균일해지는 정점은 있으나 반대급부로 롤 표면에서 열을 흡수한 냉각수(A→B)가 다시 롤 표면부를 흘러(B→C) 열을 흡수함으로써 롤 표면부의 온도가 상승하는 문제점이 있다.

즉, 주조롤(3)의 타단부의 온도 B 냉각수가 다시 일단부로 흐르면서 C의 온도가 되고 따라서 일단부에서의 온도는 (A+C)/2이고, 타단부에서는 온도 (B+B)/2가 된다. 여기서, 롤 표면부 통과시 냉각수 온도차이는 동일하여 B-A=C-B가 되므로 2B=A+C가 되어 양단부 및 롤 폭방향으로도 동일한 온도를 확보할 수 있지만, 이 경우는 롤 표면 상부 냉각수 관의 평균온도가 B가 되어 냉각수 관 배열이 상부 하나만 있는 경우의 평균온도인 (A+B)/2 보다 높은 온도를 형성하는 단점이 있다.

뿐만 아니라 롤 표면부 냉각수 관에서의 온도차가 교대로 나타나기 때문에 냉각수 관과 롤 표면이 가까운 경우는 롤 표면에 일종의 주름이 형성될 위험성도 있다. 이 경우 롤 표면에 형성되는 주름의 크기는 작지만 박판주조에서는 롤 표면형상이 박판의 형상을 결정할 뿐만 아니라 롤 닙에서의 두께차가 주기적으로 발생할 위험성이 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 용강이 접촉하여 주편을 제조하는 회전하는 한쌍의 주조롤의 표면부 냉각수 관을 상하부의 2열로 구성한 후 냉각수 유로를 효과적으로 조정하여 냉각수 공급 방향이 일방향일 경우 발생하는 주조롤의 폭방향 열팽창 불균일 현상을 최소화하여 양호한 형상을 지닌 주편을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤을 제공하는 것을 목적으 로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤에 있어서, 상기 냉각롤의 표면부 부근에 냉각수 관이 상부 및 하부 2열로 형성되어, 서로 인접한 4개의 냉각수 관을 한쌍으로 하여 상부 제 1 냉각수 관은 독립적으로 형성되고, 상기 냉각롤의 일단부에서 상부 제 2 냉각수 관이 하부 제 2 냉각수 관과 연결되고, 상기 냉각롤의 타단부에서 하부 제 1 냉각수 관이 상부 제 2 냉각수 관과 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤의 냉각구조를 나타낸 요부의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤(63)은 그 표면부 부근에 냉각수 관(66,72)이 상부 및 하부 2열로 형성되어, 서로 인접한 4개의 냉각수 관(66,72)을 한쌍으로 하여 상부 제 1 냉각수 관(66, A→B)은 독립적으로 형성되고, 냉각롤(63)의 일단부에서 상부 제 2 냉각수 관(66, a→b)이 하부 제 2 냉각수 관(72, b→b)과 연결되고, 냉각롤(63)의 타단부에서 하부 제 1 냉각수 관(72, a→a)이 상부 제 2 냉각수 관(66, a→b)과 연결되도록 형성된다.

보다 구체적으로는, 도 6에 있어서, 냉각롤(63) 표면부 냉각수 관을 한방향은 상부 1개(66, A-B)만을 통해 흐르도록 하고, 다른 한방향은 상부 1개(66, a→b) 와 하부 2개(72)를 한 단위로 묶어 냉각수가 흐르도록 하며, 이 경우는 하부 냉각수 관(72, a→a)에서 공급된 냉각수가 타단부로 흐른후 상부 냉각수 관(66, a→b)으로 연결되어 다시 흘러들어와 하부 냉각수 관(72, b→b)으로 연결되어 다시 타단부로 흐르는 배열을 가진다.

즉, 이러한 배열은 일단부 상부 냉각수 관(66, A)에서 공급된 냉각수가 타단부(66, B)로 흐른후 빠져나가는 배열과, 일단부 하부 냉각수 관(72, a)에서 공급된 냉각수가 타단부(72, a)로 흐른후 상부 냉각수 관(66, a)을 통과하여 다시 일단부(66, b)측으로 흐르고 이 냉각수가 다시 하부 냉각수 관(72, b)을 통해 타단부(72, b)로 빠져나가는 배열이 연속되는 구성된다.

이러한 방식의 양방향 주조롤 냉각수 공급은 롤 표면부 원주방향 온도를 전체적으로 유사하게 하여 폭방향 롤 팽창을 균일하게 함으로써, 양호한 주편 형상을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 냉각롤을 제공한다.

상기와 같은 구성에 의한 작용을 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각롤(63)의 구조에 있어서, 먼저, 냉각수는 상부 냉각수 관(66, A)을 통해 냉각수는 타단부(66, B)로 흐르는 독립적인 유로를 형성하고, 또한, 하부 냉각수 관(72, a→b)을 통해 타단부로 흐른 다음 다시 타단부 상부 냉각수 관(66, a→b)으로 연결되어 타단부에서 일단부로 냉각수 방향이 바뀌어 공급되게 되는데, 이때 냉각수 온도는 타단부 입구측이 a 온도이며 출구측에 해당하는 일단부 출구측의 온도는 롤 표면으로부터 열을 받아 b가 된다. 여기서, 냉각수 방향이 교대로 되는 인접한 상부 및 하부의 한조를 사변형으로 묶어 표시하였 다.

또한, 상부 냉각수 관(66, a→b)을 통해 다시 일단부로 유입된 냉각수는 하단 냉각수 관(72, b→b)을 통해 다시 타단부로 빠져나가게 된다. 따라서 이러한 구성에 의해, 상부 냉각수 관에서의 냉각수 방향은 일단부에서 타단부로(A→B), 타단부에서 일단부로(a→b) 계속 반대가 될 뿐 아니라 상부 냉각수 관에서의 온도도 종례의 상부냉각수 관 배열 하나만 있는 경우와 같이 (A+B)/2의 상대적으로 낮은 평균 냉각수 온도를 유지할 수 있다.

이러한 구성에 의해 롤 표면에 열을 흡수하는 상부 냉각수 관에서 교대로 냉각수 방향을 바꾸어 롤 양단부의 냉각수 온도를 동일하게 하여 균일한 표면온도 분포를 확보할 뿐 아니라 부수적으로 종래의 양방향 냉각수 공급의 경우보다 상부 냉각수로 낮은 냉각수를 공급하여 롤 표면의 온도 상승을 억제함으로써, 롤 수명을 향상할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤은 롤 표면부 상부 냉각수 관 및 하부 냉각수 관에서의 냉각수 공급 방향이 양방향이 되고, 상부 냉각수 관에서의 냉각수 온도의 평균이 관마다 동일한 조건이 되도록 냉각수 관을 형성함으로써, 롤 표면온도 분포가 롤 폭방향으로 균일하게 되어 롤의 폭방향 열팽창 현상이 대칭을 이루기 때문에 주조된 주편이 후처리에 적합한 형상을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 양방향 냉각수 방향을 적용한 경우에 발생하는 롤 표면 온도 상승 및 롤 표면의 주기적인 주름을 해소하여 주조롤의 수명향 상과 보다 양호한 형상의 주편 제조를 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims

쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤에 있어서,

상기 냉각롤의 표면부 부근에 냉각수 관이 상부 및 하부 2열로 형성되어, 서로 인접한 4개의 냉각수 관을 한쌍으로 하여 상부 제 1 냉각수 관은 독립적으로 형성되고, 상기 냉각롤의 일단부에서 상부 제 2 냉각수 관이 하부 제 2 냉각수 관과 연결되고, 상기 냉각롤의 타단부에서 하부 제 1 냉각수 관이 상부 제 2 냉각수 관과 연결되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기용 냉각롤.