KR101323335B1

KR101323335B1 - 용탕을 주조 스트립으로 주조하는 쌍롤 주조기의 가동 방법

Info

Publication number: KR101323335B1
Application number: KR1020087013969A
Authority: KR
Inventors: 안드레 드혼; 르네 리넨
Original assignee: 티센크룹 니로스타 게엠베하
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2013-10-30
Also published as: WO2007057469A1; EP1957220A1; KR20080065310A; US20090090484A1; US7938167B2; EP1957220B1; DE502006003743D1; DE102005054996A1; ATE431209T1

Abstract

본 발명은 용탕, 특히 용강을 주조 스트립(B)으로 주조하는 쌍롤 주조기 가동 방법으로서, 상기 주조기는 회전축(D2, D3) 주위를 서로 반대 방향으로 회전 구동하며, 2개의 주조 롤 사이의 종 측면(longitudinal side)에 주조 갭(4)을 획정하는 2개의 주조 롤을 구비하고 있으며, 상기 주조 롤(2, 3) 위에 설치될 수 있으며, 내화성 재료를 가지고서 주조 롤(2, 3)들을 가교(bridge)하면서 주조 롤(2, 3)의 정면부를 지탱함으로써 주조 공정 중에 주조 갭의 협소부에서 주조 갭(4)을 밀봉하는 측면 플레이트들을 구비하고, 상기 측면 플레이트(5, 6)가 주조 공정 중에 주조 갭(4)을 빠져 나오는 주조 스트립(B)의 이송 방향(F)과 평행하게 정렬되는 방향(Z)으로 이동되는 것을 특징으로 하는, 쌍롤 주조기 가동 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 의해, 주조 공정 초기부터 측면 플레이트(5, 6)가 주조 갭(4)을 떠나는 주조 스트립(B)의 주조 속도의 함수로 스트립(B)의 이송 방향(F)과 평행한 방향(Z)으로 연속적으로 이동함에 따라 향상된 신뢰성을 가지고서, 주조 결과 및 주조 공정을 방해하는 그루브의 생성이 방지될 수 있고, 종전 기술에 비해 측면 플레이트의 사용 수명이 증가될 수 있다.

쌍롤 주조기, 용강, 갭형 그루브, 측면 플레이트 인서트

Description

용탕을 주조 스트립으로 주조하는 쌍롤 주조기의 가동 방법{METHOD OF OPERATING A TWIN-ROLL CASTING MACHINE FOR CASTING MOLTEN METAL INTO CAST STRIP}

본 발명은 용탕, 특히 용강을 주조 스트립으로 주조하는 쌍롤 주조기로서, 회전축에 대해 서로 반대 방향으로 회전 구동하며, 2개의 주조 롤 사이의 종 측면(longitudinal side)에 주조 갭을 형성하는 2개의 주조 롤을 구비하고 있으며, 상기 주조 롤 위에 설치될 수 있으며, 내화성 재료를 가지고서 주조 롤들을 가교하면서 주조 롤의 정면부를 지탱함으로써 주조 공정 중에 주조 갭의 협소부(narrow side)에서 주조 갭을 밀봉하는 측면 플레이트들을 구비하고, 주조 공정 중에, 상기 측면 플레이트들이 주조 갭을 빠져 나오는 주조 스트립이 이동하는 방향과 평행하게 정렬되는 수직 방향으로 이동되며, 가동 시간이 증가함에 따라 상기 측면 플레이트의 내화성 재료 내에 갭형 그루브(gap-like groove)가 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기의 가동 방법에 관한 것이다.

쌍롤 주조 방법에 따른 주조 스트립에서, 주조 롤의 정면부 위의 용융 영역은, 통상적으로 실제의 밀봉부를 형성하는 세라믹 인서트를 지지하는 측면 플레이트로 밀봉되어 있다. 상기 세라믹은, 주조 공정 중에, 한편으로는 주조 롤의 마멸 에 의해 제거되는 세라믹 재료를 보상하고, 다른 한편으로는 주조 갭 내에 형성되는 스트립 에지 및 화학 반응에 의해 야기되는 인서트의 마멸을 보상하기 위해 주조 롤의 방향에 있어서 축 방향으로 이동된다.

실제에 있어서, 스트립 에지에 의해 야기되는 측면 플레이트 인서트의 마멸은 측면 플레이트의 수명에 결정적인 영향을 끼쳐서 관심이 되는 유형의 스트립 주조 설비의 전반적인 경제성에 영향을 미친다는 것이 알려져 있다. 만약 스트립 에지에 의한 마멸이 제때에 보상되지 않으면, 가동 시간이 증가함에 따라 인서트 내에 갭형 그루브가 형성되는데, 이러한 그루브는 주조 갭에 해당되는 각 인서트의 표면으로부터 떨어지고 인서트의 둘레면(peripheral surface) 위에 지탱되어 있는 주조 롤의 외주와 접촉하고 있는 영역을 따라 연장된다. 주조 갭을 빠져 나오는 방향에 따라 증가하는 용탕의 강도에 따라, 주조 롤 위에서 응고되는 금속 쉘이 압박됨으로써 주조 갭의 최협소 영역 방향을 따라 그루브의 폭과 깊이가 증가한다. 압출 효과에 의해, 갭형 그루브가 주조 롤의 정면과 그 주조 롤에 할당되어 있는 인서트의 접촉면 사이에 위치하는 인서트 세라믹의 영역으로 이동한다. 이러한 방식으로 갭형 그루브가 확장되어 T자형 단면으로 된다. T자형 그루브에 침투된 용탕이 주조 롤의 정면 위에서 응고될 수 있다. "T-에지"라는 기술 용어로도 불리우는 응고된 용탕 단편이 주조 롤 위에 동반 되어서 주조 공정의 결과를 심하게 손상시킬 수 있다.

인서트 위에 이러한 그루브들이 형성되면, 용탕이 이들 그루브 내에 침투하여 그 안에서 응고한다. 단면에서 보았을 때, 스트립의 에지는 스트립 단면에서 협 소부에서 종 측면으로 전이되는 영역의 가장자리 위에 응고되는 금속이, 주조 공정에서 상당한 문제를 초래하며, 최종 주조 스트립의 품질에 결정적인 부정적 영향을 미치는 얇은 웨브로 형성되는 "T형"이라는 점에서, 주조 갭을 빠져 나오는 스트립 위에서의 응고가 변하게 된다. 예를 들면, 인서트와 각 주조 롤 사이에 침투한 금속은 인서트의 정면의 중앙에 위치하는 금속보다 급격하게 냉각된다. 각각의 주조 롤과 인서트 사이에 침투하여 응고된 금속이 스트립 수축으로 인해 주조 갭을 빠져 나온 후에 폭에 걸쳐서 동반되는 것과 동시에, 스트립의 중앙부는 스트립 갭으로부터 빠져 나온 후에 중력의 영향으로 인해 처지게 된다. 그 결과, 아직 응고되기도 전에 스트립 재료 내에 응력이 형성되어 최종 주조 스트립 내에 종방향의 크랙이 형성될 위험을 초래한다. 극한의 경우에는 T-에지가 분리되어서 주조 롤과 함께 회전하여 주조 공정이 중단되게 한다.

국제 특허 공개 공보 WO 2004/000487호는, 주조 스트립이 주조 갭을 빠져 나와서 주조 공정이 정상(stationary) 상태에 도달한 후에, 제1 시간 구간에는 주조 롤의 정면에 대해 주조 롤의 축 방향으로, 제2 시간 구간에서는 스트립 이송 방향과 평행한 방향으로 인서트를 구비하고 있는 측면 플레이트를 이동시켜 그루브 생성을 방지하는 것에 대해 개시하고 있다. 이 경우에, 축 방향으로 이동하는 제1 시간 구간은 스트립의 이송 방향과 평행하게 이동하는 제2 시간 구간과 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 그러나, 모든 경우에 있어서 제1 시간 구간은 언제나 측면 플레이트 인서트가 완전하게 연마되는 제2 시간 구간보다 먼저 시작되어야 한다. 인서트와 함께 측면 플레이트의 주조 스트립의 이송 방향에 대한 이동인 이송 속도는 주조 시간의 시간 당 50 ㎜, 바람직하게는 시간 당 1 ㎜ 내지 30 ㎜이다.

실제의 시험을 통해 국제 특허 공개 공보 WO 2004/000487호에 개시되어 있는 방법에 의해 그루브 생성 가능성과 그에 부수하는 문제점들이 감소될 수는 있지만, 이러한 감소는 실제의 가동 조건에서 가동되는 시간 동안에 충분한 확실성을 가지고서 광범위하게 발생하는 그루브 생성을 방지하기에는 아직 충분하지 않다는 것을 알 수 있다.

전술한 선행 기술 외에도, 독일 특허 공개 공보 DE 100 56 916 A1호는, 내화성 재료로 된 인서트를 지지하는 측면 플레이트에 의해 그 2개의 주조 롤 사이에 형성되어 있는 주조 갭이 단변부가 밀봉되어 있는 쌍롤 주조기에서 금속 스트립을 주조하는 다른 방법을 개시하고 있다. 상기 문헌에서, 측면 플레이트는 이동시에 주기적인 진동이 부가되어서, 주조 방향과 대략적으로 수직인 평면을 따라 이동하여 최적으로 밀봉되게 한다. 상기 수단의 목적은, 초기 단계에 측면 플레이트에 부착되어 응고되는 소위 "크러스트"(crust)로 불리는 입자의 축적을 방지하기 위한 것이다. 이들 크러스트들은 국부적인 범위 내에서 측면 플레이트 위에 축적되어서, 주조 갭 내에 존재하는 금속과 주조 롤 근처 영역에서 이미 응고되어 있는 금속에 까지 연장되지만, 그들 사이의 금속은 아직 용융된 상태로 있다. 이러한 본질의 문제점은 특히 측면 플레이트 영역에서의 온도 및 유동 조건이 양호하지 않은 쌍롤 주조 설비에서 특히 발생한다. 측면 플레이트에 부착된 입자들이 탈락되면, 에지 영역에서의 스트립 두께가 국부적으로 증가한다. 쌍롤 공정 후의 상태에서의 스트립 주조 중에도 일어날 가능성이 있는 스트립의 대규모 확장으로 인해, 측면 플레 이트의 측면방향으로 제한되어 있는 인서트에 가해지는 압력이 과도하게 증가하여 인서트의 특히 하부 영역에서 균열을 조장하게 된다. 인서트의 하부 영역의 균열 및 다른 영향에 의한 균열은 일반적으로 인서트의 하부 에지를 위쪽으로 이동시키는 결과를 초래하고, "키싱 포인트"(kissing point)라고 불리우는 공정-의존 스트립 쉘 접촉점 아래에 새로운 균열이 발생하게 한다. 인서트의 하부 에지의 균등하지 않은 부적당한 위치 설정은 키싱 포인트를 인서트의 하부 에지 아래로 이동시키는 바람직하지 않은 공정 파라미터에 기인한다. 이들의 관계는 스트립 확장력에 의해 여전히 용융 상태인 재료가 주조 갭 바깥쪽으로 압박되거나 심한 경우에는 주조 갭으로부터 직접적으로 유출되는 "드롭 에지 형성"(drop edge formation)으로 불리우는 원치 않는 결과로 된다.

실제에서, 이러한 가능성은 적당하지 않은 하부 에지의 위치에 있는 측면 플레이트를 짧은 시간에 하강시킴으로써 방지된다. 그러나 독일 특허 공개 공보 DE 100 56 916 A1호에는 특히 고속으로 진행되는 극도로 효율적인 쌍롤 주조기에서 발생하는 갭형 그루브의 형성에 대한 문제에 대해서는 개시하고 있지 않다.

전술한 선행 기술을 기초로, 본 발명의 목적은 주조 결과와 주조 공정을 왜곡하는 그루브 생성을 억제하고, 선행 기술에 비해 상대적으로 사용 수명과 안정적인 주조 공정이 유지될 수 있는, 확실성이 증가된 방법을 제공하는 것을 포함한다.

상기 목적은 청구항 1에 기재된 사항에 의해 달성될 수 있다. 청구항 1의 발명은 용탕인 용강을 주조 스트립으로 주조하는 쌍롤 주조기 가동 방법으로서, 상기 주조기는 회전축 주위를 서로 반대 방향으로 회전 구동하며, 2개의 주조 롤 사이의 종 측면(longitudinal side)에 주조 갭을 획정하는 2개의 주조 롤을 구비하고 있으며, 상기 주조 롤 위에 설치될 수 있으며, 내화성 재료를 가지고서 주조 롤들을 가교(bridge)하면서 주조 롤의 정면부를 지탱함으로써 주조 공정 중에 주조 갭의 협소부에서 주조 갭을 밀봉하는 측면 플레이트들을 구비하고, 상기 측면 플레이트가 주조 공정 중에 주조 갭을 빠져 나오는 주조 스트립의 이송 방향과 평행하게 정렬되는 수직 방향으로 이동되며, 가동 시간이 증가함에 따라 상기 측면 플레이트의 내화성 재료 내에 갭형 그루브(gap-like groove)가 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기의 가동 방법에 있어서,
주조 스트립의 주조 길이를 함수로 하는, 측면 플레이트의 수직 방향으로의 하강 속도(v_s)가 아래의 식에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기 가동 방법.

여기서, v_s: 주조 스트립(B)의 ㎞ 당 ㎜인 하강 속도,
a_G: 주조 스트립(B)의 단위 ㎞ 당 ㎜인, 축 방향으로의 갭형 그루브(G1, G2) 형성 속도,
a_v: 주조 스트립(B)의 단위 ㎞ 당 ㎜인, 축 방향(Y)으로 선택적으로 수행되는, 측면 플레이트(5, 6)의 이송 속도,
k_G: ㎜를 단위로 하는, 갭형 그루브(G1, G2)의 임계 깊이,
Δh_s: 주조 공정 중에, 수직 방향으로 주조 스트립(B)의 가동 ㎞ 당 갭형 그루브(G1, G2)의 형성을 방지하기 위해 조절되는, 측면 플레이트(5, 6)의 최소 조절량으로, 아래의 식에 의해 계산된다.(단위는 ㎜):

h₁: 욕 수위의 높이;
h_G: 응고된 스트립 쉘이 만나는 위치에서, 주조 갭(4)의 물림점(NP)에 대해 측정된 갭형 그루브의 높이;
n: 0.5-0.65;
r_GW: 주조 롤(2, 3)의 원주 반경;
s: 주조 스트립(B)의 두께.
이러한 해결안의 유리한 실시예는 청구항 1을 인용하는 청구항들에 개시되어 있다.

본 발명에 따르면, 주조 공정 초기부터 인서트를 갖고 있는 측면 플레이트들이 주조 스트립의 주조 길이를 감안하여 조절된다. 본 발명에 따르면, 모든 경우에 있어서 각 주조 속도에 직접적으로 의존하는 주조 스트립 길이를 참조하여, 모든 경우에 있어서 제조되는 스트립 두께를 감안하며, 그 결과 주조 갭에서 작동되는 조건들을 감안하여 측면 플레이트를 조절하게 된다. 이는, 각 스트립의 두께에 관계없이, 오랜 가동 시간이 경과된 후에도 인서트의 최고 협소 지점에서 그루브가 생성되도록 하여 어느 정도까지는 주조 공정에 대한 위험성과 얻어지는 스트립의 품질에 영향이 미치지 않도록 한다.

이와 관련하여, 본 발명은 실험값을 기초로 하여, 그루브 생성 결과로 측면 플레이트가 이동하지 않는다면, 최악의 경우에, 인서트와 주조 롤 사이에 형성된 함몰부(recess)로 용탕이 침입하는 지점이, 주조 갭의 유출부 위쪽으로 측정된 욕조 레벨 높이의 약 3/4에 위치하고, 형성된 그루브들의 폭은 최대로 스트립 두께의 절반과 동일하다는 가정을 한다. 이러한 가정 하에서, 그루브들의 형성을 방지하기 위해, 본 발명에 따른 방법에 의해 주조 롤의 축 방향으로의 그루브의 형성 경과를 감안한 측면 플레이트가 수직 방향으로 하강되어야 하는 하강 속도가 예측될 수 있다.

본 발명에서 가장 중요한 것은 본 발명에 따른 측면 플레이트의 이동이 연속적으로 이루어진다는 것과, 바람직하지 않은 공정 파라미터 또는 인서트의 하부 에지의 파손에 의한 인서트의 이동이 증가한 속도로서 주조 방향을 따라서만 이루어진다는 것이다. 이러한 방식에 의해서만이, 이미 응고된 스트립 에지가 인서트를 따라 이동하는 주조 갭의 임계 섹션(critical section) 영역에서, 언제나 충분하게 마모되지 않은 인서트 재료가 궤도가 되어, 인서트와 주조 롤의 원주면 사이의 접촉 영역에 깊은 그루브가 생성되지 않게 된다.

본 발명의 성공에 있어 특히 중요한 것은, 본 발명에 따라 수행되는 이동이 주조 공정이 시작되는 것과 거의 동시에 개시된다는 것이다. 따라서, 인서트와 주조 롤 사이에 용탕이 침입할 수 있는 영역이, 스트립의 이송 방향을 따라, 즉 이송 방향이 수직 정렬되었을 때에는 아래쪽으로 초기서부터 이동한다. 주조 스트립의 이송 방향을 따라 측면 플레이트가 연속적으로 이동하기 때문에, 주조 용탕이 임계 영역에서 응고되기에는 짧은 시간동안 머무르게 되어 그로 인한 연삭 마멸이 적게 된다.

본 발명에 따른 조절은 쌍롤 주조기에 사용되는 측면 플레이트의 사용 수명을 현저하게 증가시킨다. 예를 들어, 본 발명에 따라 스트립의 축 방향, 즉 주조 롤의 회전 및 종축을 따라 이루어지는 이동 외에도, 본 발명에 따라 가동되는 주조기에서 이동하는 측면 플레이트의 위치결정 속도도 통상적인 쌍롤 주조기에서 설정되는 위치결정 속도의 1/3 정도로 감소될 수 있음을 알 수 있다. 주조 시간 중에 발생하는 측면 플레이트 두께 손실이 그에 상응하여 작기 때문에, 선행 기술에 비해 측면 플레이트 인서트의 사용 수명이 일반적으로 길어지게 된다.

본 발명에 따른 방법에 따라 그리고 오늘날 일반적인 주조 속도인 10 ~ 150 m/min에서 실시한 시험을 통해, 측면 플레이트가 주조 스트립 이송 방향을 따라, 주조 스트립 ㎞ 당 적어도 0.1 ㎜ 내지 최대 50 ㎜의 속도로 이동할 때, 바람직하게는 주조 스트립 ㎞ 당 0.5 ㎜ ~ 1.5 ㎜의 속도로 이동할 때에 우수한 주조 결과가 얻어짐을 알 수 있다.

본 발명에 따라 조절되는, 특정적으로 선택되는 이동 속도는, 처리되는 용탕의 물성과 기타의 다른 주조 조건을 감안하여 전술한 범위 내에서 설정될 수 있다. 예를 들면, 고온 내열강이 주조되고, 경도가 낮은 인서트가 사용될 때에는, 인서트의 마멸을 보상하기 위해 보다 빠른 이동 속도, 즉 더 경한 인서트를 사용하여 저온 내열강을 주조할 때보다 빠른 이동 속도로 설정될 수 있다. 예를 들어, 금속의 급속 응고 및 그에 상응하는 높은 냉각 파워 또는 스트립 셀의 형성을 조장하기 위해 사용되는 공정 가스의 조성으로 의해 높은 스트립 형성력을 필요로 하는 경우에는, 그루브의 형성을 방지하기 위해 높은 이동 속도, 즉 주조 갭 내에서 주조 금속이 덜 급속하게 응고되고 이에 따라 인서트의 마멸이 적은 공정 조건에서 보다 높은 이동 속도로 설정될 수 있다.

주조 스트립 상에서 드롭 에지가 관찰되면, 본 발명에 따른 방법에도 불구하고, 주조 갭을 빠져 나오는 스트립의 에지가 제대로 형성될 때까지 이동 속도를 증가시켜 가면서 주조 방향으로 인서트의 이동을 재연하여야 한다. 이와 관련하여, 주조 스트립 ㎞ 당 최대 50 ㎜의 이동 속도의 제한은, 현재 이용 가능한 통상적인 인서트 경도와 주조 롤의 표면 조도를 감안하여, 과도한 부하에 의한 인서트의 균열이 발생하지 않도록 하는 정도의 수직 및 수평력이 되게 한다.

공정 파라미터에 변동이 있다면, 드롭 에지의 형성을 방지하기 위해 본 발명에 따라 측면 플레이트의 이동 속도를 증가시켜야 할 것이다. 예를 들면, 제조되는 스트립의 두께가 변하거나, 높은 냉각 파워 또는 특수한 조성의 공정 가스 사용에 의해 용탕의 응고 속도가 증가하면, 이들의 변화와 관련된 마멸 조건들의 변화를 감안하여 본 발명에 따라 측면 플레이트의 이동 속도를 증가시키는 것이 적당하다.

측면 플레이트 인서트와 접촉하는 용탕에 의해 측면 플레이트 인서트 재료가 얼마나 심하게 침식되는 지에 따라, 상기 속도의 저하를 결정할 때에 용탕과 인서트의 접촉 유지 시간을 감안해야 한다. 이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 접촉 시간이 증가함에 따라 하강 속도를 증가시키도록 한다. 가장 바람직한 하강 속도를 결정하기 위한 관계식에서, 이들 관계는 다음과 같이 고려된다.

여기서, 현재의 재료-특정 기준 접촉 시간은 t_C로 지칭되고, 각 주조기에 대해 실험적으로 결정되는 값은 t_Cref로 지칭된다. 이 경우, 기준 접촉 시간(t_Cref)은, 세라믹 인서트를 구비하는 측면 플레이트가 이동하지 않는 각 쌍롤 주조기에서 주조되는 용탕 재료와 그 용탕 재료와 함께 사용되는 세라믹 인서트의 조합을 가지고서 실시하는 주조 실험에 의해 결정될 수 있다. 기준 접촉 시간(t_Cref)은, 주조품 길이에 걸쳐 그에 상응하는 그루브가 생성되는 평균 시간이다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예는, 측면 플레이트가 중첩-하중(force-superimposed) 예를 들어 축방향 이동 속도로 주조 롤의 정면을 향해 주조 롤의 축 방향으로도 이동하는 것을 특징으로 한다. 측면 플레이트를 주조 롤 축 방향과 주조 스트립 이송 방향으로 조합적으로 이동시킴으로써, 측면 플레이트가 언제나 주조 갭을 밀봉하는 데에 필요한 힘을 가지고서 주조 롤의 정면부를 지탱할 수 있게 한다. 측면 플레이트의 주조 롤의 축 방향으로의 이동은 본 발명에 따라, 예를 들어 측면 플레이트 인서트로 사용되는 내화성 재료의 고온 특성, 주강의 주조 특성, 스트립 두께, 주조 스트립 이송 방향으로의 하강 속도 및/또는 인서트 형성 진행도를 함수로 하여, 주조 스트립 이송 방향과 평행하게 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명의 대표적인 실시예를 보여주는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 쌍롤 주조기의 측면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 쌍롤 주조기에서 라인 A-A를 따르는 단면도이다.

도 3은 측면 플레이트의 정면도이다.

1: 쌍롤 주조기

2, 3: 주조 롤

4: 주조 갭

4a: 주조 갭의 배출 틈새

5: 측면 플레이트

5a: 측면 플레이트(5)의 지지 플레이트

5b: 측면 플레이트(5)의 인서트

5c, 5d: 주조 롤(2, 3)의 원주면에 속하는 인서트(5b)의 측면부

6: 측면 플레이트

7a, 7b, 8a, 8b: 축 방향(Y)로 작동하는 조절 장치

9: 한 쌍의 조절 장치(9a, 9b)

B: 주조 스트립

D2, D3: 주조 롤(2, 3)의 회전축

F: 주조 스트립의 이송 방향

G1, G2: 그루브

h₁: 주조 갭(4)의 배출 틈새(4a) 위쪽의 용탕 풀 욕 수위의 높이

h_G: 주조 갭(4)의 물림점(NP)에 대해 측정된 각 그루브(G1, G2)들의 높이

NP: 물림점(nip point)

P: 용탕 풀

r_GW: 주조 롤(2, 3)의 원주 직경

s: 스트립(B) 두께

Y: 수평으로 정렬된 동작 방향

Z: 수직으로 정렬된 동작 방향

쌍롤 주조기(1)는, 본 명세서에서 도시하지 않고 있는 다수의 다른 유닛 외 에도, 2개의 주조 롤(2, 3)을 포함하고 있는데, 상기 주조 롤의 축들은 종 방향으로 서로 평행하게 정렬되어 있으며, 종 측부에서 주조 롤들 사이에 주조 갭(4)이 획정된다. 주조 롤(2, 3)들은 그 롤들의 종축과 일치하는 회전축(D2, D3) 주위를 서로 반대 방향으로 회전하며, 주조 롤의 원주면이 위에서부터 주조 갭(4)으로 들어가도록 수평 방향으로 정렬되어 있다. 주조 갭(4) 내에 형성되는 주조 스트립(B)은 이송 방향(F)에 정렬된 수직방향으로 주조 갭의 하부 협소 배출 틈새(4a)에서 주조 갭(4)을 빠져 나온다.

주조 갭(4)의 양 협소부는, 지지 플레이트(5a)와, 세라믹 내화성 재료로 제작되고 상기 지지 플레이트(5a)에 의해 지지되며 각 측면 플레이트(5, 6)에 속하는 주조 롤(2, 3)의 정면부를 지탱하는 인서트(5b)로 구성된 측면 플레이트(5, 6)로 각각 밀봉된다. 측면 플레이트(5, 6)의 인서트(5b)는 주조 갭(4)의 협소부의 형상에 맞추어서 주조 갭(4)의 협소부보다 일정 치수만큼 넓은, 기본적인 삼각형으로 설계되고, 측면 플레이트(5, 6)가 공지되어 있는 방식으로 주조 롤(2, 3)에 삽입될 때에 특정 마멸에 의해 주조 롤(2, 3)의 원주 표면과 접하는 측면부(5c, 5d)에는 주조 롤(2, 3)의 원주 반경(r_GW)과 유사한 반경의 아크-형(arc-shaped) 그루브가 형성된다. 이에 따라, 측면 플레이트(5, 6)의 인서트(5b)는, 주조 공정을 준비하는 상태인, 주조 롤(2, 3)의 정면부와 원주면을 긴밀하게 밀봉된 상태로 한다.

측면 플레이트(5, 6)는 조절 장치(7a, 7b, 8a, 8b)에 의해, 주조 롤(2, 3)의 회전축(D2, D3)을 따라 수평방향으로 정렬되어 있는 방향인 축 방향(Y)으로 영구 밀봉하기 위해 필요로 하는 접촉력 및/또는 예를 들어 축 이동 속도 같은 중첩-하중(force-superimposed)으로, 주조 롤(2, 3)의 정면에 대해 주조 롤(2, 3)의 축 방향으로 압박된다. 여기서 조절 장치(7a, 7b, 8a, 8b)는, 각 측면 플레이트(5, 6)가 주조 스트립(B)의 이송 방향(F)과 평행한 수직 방향(Z)으로 이동하도록 측면 플레이트(5, 6) 위에 장착되어 있는 중간 플레이트를 통해 측면 플레이트를 압박한다. 또한, 중간 플레이트는 이송 방향(F)과 평행한 수직 방향(Z)으로 압박하는 조절 장치(9a, 9b) 한 쌍(9, 10)을 지지하는데, 그 중 하나의 조절 장치(9a)는 하나의 주조 롤(2)에 속하는 측면 플레이트(5, 6)의 측면에 배치되어 있고, 다른 조절 장치(9b)는 다른 주조 롤(3)의 측면에 배치되어 있다.

예를 들어 용강을 주조하여 스트립(B)을 생산하기 위해, 주조 롤(2, 3)들이 일정한 주변 속도(peripheral speed)로 서로 회전할 때에 용강이 주조 갭(4)에 장입되어서, 주조 갭의 배출 틈새(4a) 위에 용탕 풀(P)이 형성되며, 그 풀의 욕 표면(bath level)은 주조 갭(4)의 배출 틈새(4a) 위의 높이(h₁)에 위치한다. 주조 롤(2, 3)의 원주면에 접촉하는 용탕은 원주면에서 응고하여 각 주조 롤(2, 3) 위에서 스트립 쉘을 형성한다. 이들 스트립 쉘들은 주조 갭(4)의 배출 틈새(4a) 방향을 따라 주조 롤(2, 3)과 동반하여 쉘들이 물림점(NP:nip point)라 불리우는 곳에서 서로 만나서, 제조되는 주조 스트립(B)과 함께 프레스된다.

주조 공정 초기에, 측면 플레이트(5, 6)들은 주조 스트립(B)의 이송 방향(F)과 평행한 수직 방향(Z)으로 작동하는 각 측면 플레이트에 속하는 조절 장치(9, 10)에 의해 일정 하강 속도로 연속적으로 하강된다. 이러한 방식으로, 그루브(G1, G2)의 높이와 확장은 인서트 재료의 적재 후에 일정 양 만큼씩 연속적으로 최소화된다. 상기 그루브는, 각 인서트(5, 6)와 주조 갭(4) 내에서 응고되는 용강과의 접촉에 의한 마멸의 결과로서, 주조 롤(2, 3)의 원주면과 인서트(5, 6)의 측면(5c, 5d) 사이에 불가피하게 형성된다.

용강으로부터 스트립 두께(s)가 3 ㎜인 스트립(B)이 주조될 때에, 주조 갭(4)의 배출 틈새(4a) 위의 용탕 풀 욕 표면의 높이(h₁)가 400 ㎜, 주조 갭(4)의 물림점(NP)에 대해 측정된 각 그루브(G1, G2)의 높이(h_G)가 300 ㎜, 주조 롤(2, 3)의 원주 반경(r_GW)이 750 ㎜, 축 방향 그루브 생성 속도(a_G)가 1.5 ㎜/㎞, 축 방향 이송 속도(a_V)가 1.0 ㎜/㎞, 임계 그루브 깊이(k_G)가 1.0 ㎜ 및 전술한 관계식을 사용하여 소위 루트-티(root-t) 법칙으로부터 실험적으로 결정되는 지수(n)가 0.5이면, 주조 스트립의 ㎞ 당 수직 방향(Z)으로 측면 플레이트(5, 6)를 하강시키기 위한 하강 속도 0.86 ㎜가 얻어진다.

,

각 인서트(5, 6)의 수명을 연장시키기 위해 주조 스트립의 축방향 이송 속도(a_V)를 0.75 ㎜/㎞로 감소시키면, 상기 관계식에 따라 주조 스트립의 수직방향 하강 속도는 1.29 ㎜/㎞로 증가된다. 따라서, 그루브 생성을 방지하기 위해서는, 축 방향 이송 속도가 감소함에 따라, 요구되는 수직방향 하강 속도는 증가되어야 한다.

인서트와 용탕 간의 접촉에 의한 인서트의 화학적 퇴화(chemical degradation)의 영향이 보상되어야 한다면, 다음 식에 따라 수직방향 하강 속도(v_s)를 계산할 때에, 용탕과 인서트 간의 각 접촉 시간(t_c)이 고려되어야 한다.

주조되는 각 강 재료와 주조기에 대한, 기준 접촉 시간(t_Cref)은 실험적으로 결정된다. 원리적으로, 세라믹 인서트와 용탕 간의 접촉 시간(t_c)이 짧을수록, 필요로 하는 세라믹 이동 속도는 작아진다.

이러한 관계의 대표적인 실시예로, Si 함량이 50 % 초과인 SiO₂ 세라믹과 Mn 함유 용탕에 대해 측정되거나 설정된 그루브 형성 속도(a_G) 및 축방향 이송 속도(a_V)를 각기 다른 접촉 시간(t_c)과 Mn 함량(%Mn)에 대해 아래의 표에 나타내었다.

%Mn [%]	0.3	1.2	0.3	1.2
tC [s]	0.5	0.5	0.4	0.4
a_G [주강의 ㎜/㎞]	1.5	3.0	1.2	2.4
a_V [주강의 ㎜/㎞]	1.0	2.5	0.7	1.9

Claims

용탕인 용강을 주조 스트립(B)으로 주조하는 쌍롤 주조기 가동 방법으로서, 상기 주조기는 회전축(D2, D3) 주위를 서로 반대 방향으로 회전 구동하며, 2개의 주조 롤 사이의 종 측면(longitudinal side)에 주조 갭(4)을 획정하는 2개의 주조 롤을 구비하고 있으며, 상기 주조 롤(2, 3) 위에 설치될 수 있으며, 내화성 재료를 가지고서 주조 롤(2, 3)들을 가교(bridge)하면서 주조 롤(2, 3)의 정면부를 지탱함으로써 주조 공정 중에 주조 갭의 협소부에서 주조 갭(4)을 밀봉하는 측면 플레이트들을 구비하고, 상기 측면 플레이트(5, 6)가 주조 공정 중에 주조 갭(4)을 빠져 나오는 주조 스트립(B)의 이송 방향(F)과 평행하게 정렬되는 수직 방향(Z)으로 이동되며, 가동 시간이 증가함에 따라 상기 측면 플레이트의 내화성 재료 내에 갭형 그루브(gap-like groove)(G1, G2)가 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기의 가동 방법에 있어서,

주조 스트립(B)의 주조 길이를 함수로 하는, 측면 플레이트(5, 6)의 수직 방향(Z)으로의 하강 속도(v_s)가 아래의 식에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기 가동 방법.

여기서, v_s: 주조 스트립(B)의 ㎞ 당 ㎜인 하강 속도,

a_G: 주조 스트립(B)의 단위 ㎞ 당 ㎜인, 축 방향으로의 갭형 그루브(G1, G2) 형성 속도,

a_v: 주조 스트립(B)의 단위 ㎞ 당 ㎜인, 축 방향(Y)으로 선택적으로 수행되는, 측면 플레이트(5, 6)의 이송 속도,

k_G: ㎜를 단위로 하는, 갭형 그루브(G1, G2)의 임계 깊이,

Δh_s: 주조 공정 중에, 수직 방향으로 주조 스트립(B)의 가동 ㎞ 당 갭형 그루브(G1, G2)의 형성을 방지하기 위해 조절되는, 측면 플레이트(5, 6)의 최소 조절량으로, 아래의 식에 의해 계산된다.(단위는 ㎜):

h₁: 욕 수위의 높이;

h_G: 응고된 스트립 쉘이 만나는 위치에서, 주조 갭(4)의 물림점(NP)에 대해 측정된 갭형 그루브의 높이;

n: 0.5-0.65;

r_GW: 주조 롤(2, 3)의 원주 반경;

s: 주조 스트립(B)의 두께.
제1항에 있어서, 측면 플레이트(5, 6)가 수직 방향(Z)으로 주조 스트립(B)의 ㎞ 당 0.1 ㎜ 내지 50 ㎜ 이동하는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기 가동 방법.
제2항에 있어서, 측면 플레이트(5, 6)가 수직 방향으로 주조 스트립(B)의 ㎞ 당 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜ 이동하는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기 가동 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 측면 플레이트(5, 6)가, 측면 플레이트에 속하는 주조 롤(2, 3)의 정면부에 대해 축 방향으로 추가로 이동하는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기 가동 방법.
제4항에 있어서, 측면 플레이트(5, 6)가, 주조 작업시에 주조 스트립(B)의 주조 길이의 함수로서, 주조 롤(2, 3)의 축 방향으로 연속적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기 가동 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용탕이 측면 플레이트의 하부 에지에 나타날 때에 측면 플레이트(5, 6)는 용탕이 주조 갭을 완전히 통과할 때까지 스트립의 이송 방향을 따라 가속 방식으로 하강하는 것을 특징으로 하는 쌍롤 주조기 가동 방법.