KR20060000049A - 쌍롤형 박판주조기용 냉각롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강으로부터 직접 박판을 주조하여 비용 및 공정단계를 줄일 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 관한 것으로, 그 목적은 용강을 냉각시키는 롤 표면부 냉각수 구멍의 냉각수 방향을 교대로 하여 주조시 냉각수 온도 상승에 따른 롤 표면부의 온도차를 최소화시켜 롤 폭방향의 불균일 팽창 발생시 나타나는 주편의 폭 방향 두께편차를 줄이는데 있다.

본 발명은 롤 표면부 냉각수 구멍을 상부 2개와 하부 1개를 한 단위로 묶어 냉각수가 흐르도록 하며 일단부 상부 구멍에서 공급된 냉각수가 타단부 상부구멍을 통과하고 다시 상부구멍을 통해 일단부의 상부구멍을 통과하고 일단부 상부구멍으로 공급된 뜨거운 냉각수가 일단부 하부 구멍을 통해 타단부로 빠져나감으로써 롤 표면부의 냉각수 온도 분포를 유사하게 하여 결과적으로 폭방향 롤 팽창을 균일하게 함으로써 양호한 주편 형상을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤을 제공한다.

박판 주조기, 주조롤, 쌍롤, 롤 냉각수 구멍, 롤 열팽창

Description

쌍롤형 박판주조기용 냉각롤 {COOLING ROLL FOR STRIP CASTING OF TWIN ROLL TYPE}

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조기를 도시한 개략도

도 2는 종래 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 냉각구조를 도시한 개략도

도 3은 종래 주조롤 냉각구조 단면을 도시한 요부도

도 4는 종래의 롤 표면부 상부 냉각수 구멍만 있는 경우를 도시한 요부도

도 5는 본 발명에 따른 롤 표면부 하부 냉각수 구멍을 도시한 요부도

도 6은 본 발명에 따른 롤 표면부 냉각수 방향을 종래와 비교하여 도시한 요부도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 노즐 2 : 용강

3 : 주조롤 4 : 응고쉘

5 : 박판(주편) 6 : 표면부 상부구멍

7 : 중앙구멍 8 : 수직분배구멍

9 : 경사분배구멍 10 : 경사분배구멍부 환형 냉각수 통로

11 : 수직분배구멍부 환형 냉각수 통로

12 : 표면부 하부구멍

본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 주조하여 비용 및 공정단계를 줄일 수 있는 쌍롤식 박판주조기에 관한 것으로 보다 상세히는, 용강이 접촉하여 주편을 제조하는 회전하는 한쌍의 주조롤의 표면부 냉각수 구멍을 상하부의 2열로 구성한 후 냉각수 유로를 효과적으로 조정하여 냉각수 공급 방향이 일방향일 경우 발생하는 주조롤의 폭방향 열팽창 불균일 현상을 최소화하여 양호한 형상을 지닌 주편을 제조하도록 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 대한 것이다.

일반적으로 박판의 주조방법에는 용강을 턴디쉬를 통하여 연속주조방법으로 슬라브를 제조하고 이를 압연 및 사상작업을 거쳐 박판으로 제조하는 연속 주조방법과, 회전하는 쌍롤과 에지댐 사이에 직접 투입된 용강의 풀을 통하여 주조롤로서 슬라브의 압연 및 사상 작업 없이 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.

이와 같은 일반적인 쌍롤식 박판주조기는 도 1에서 도시하고 있다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 일정속도로 회전하는 2개의 주조롤(3)사이 에 용강 저장용기의 하측으로 설치된 침지노즐(1)을 통하여 용강(2)이 공급되어 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 주조하는 것이다.

이 때 상기 용강(2)을 주편(5)으로 주조하기 위한 응고쉘(4)의 형성은 주조롤(3)과 용강(2)의 접촉시 냉각되면서 발생하므로 주조롤(3)은 응고쉘(4)의 형상과 품질을 좌우할 뿐 아니라 생산성을 좌우하는 박판주조공정의 중요 설비이다. 주조롤은 1400℃가 넘는 고온의 용강을 짧은 시간의 접촉을 통해 응고시켜야 하기 때문에 강력하고도 효율적인 냉각 방식이 요구된다. 특히 쌍롤식 주조법에서는 일반적으로 주조되는 주편(5)의 두께가 1~6 mm 범위의 박판이며 롤 닢을 빠져나온 주편(5)은 거의 응고가 완료한 상태이기 때문에 주편 품질 및 형상에 문제가 있는 경우는 교정이 거의 불가능한 측면이 있으므로 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 2에서는 상기 주조롤(3)의 냉각구조를 개략적으로 도시하고 있는데, 용강이 저장된 저장용기의 노즐(1)로부터 공급된 용강(2)이 주조롤(3)의 표면 측에 원주방향으로 다수 개 형성되어 냉각수가 흐르는 표면부 상부구멍(6)에 의하여 냉각된다. 롤 내부의 냉각수 흐름은 롤 축의 중앙구멍(7)을 통해 들어온 냉각수가 중앙 구멍에 수직 방향으로 나있는 다수 개의 수직 분배구멍(8)으로 분배되게 되고, 여기서 냉각수는 수직분배구멍부 환형 냉각수 통로(11)를 거쳐 다시 다수개의 경사분배구멍(9)을 통해 분배되고 경사분배구멍부의 환형 냉각수 통로(10)를 통해 최종적으로 롤 표면부의 표면부 상부구멍(6)에 냉각수가 흐르게 된다. 표면부 상부구멍(6)을 통과하며 롤을 냉각하여 온도가 상승한 냉각수는 다시 경사분배구멍(9), 수직분배구멍(8), 중앙구멍(7)을 통해 롤 축의 다른 쪽을 통해 배출되게 된다.

도 3은 주조롤의 단면을 나타낸 것인데 이러한 냉각수로 구조를 지닌 롤은 비교적 제작이 간단하며 롤 중앙구멍부에 사이펀튜브 등과 같은 냉각수 입출측 흐름 차단장치의 필요성이 없으므로 제작비가 저렴하고 통입된 냉각수가 롤 내부 리크(leak) 없이 전량 롤 표면부의 냉각수 구멍(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 변화가 있고 온도 차이를 높게는 하지 않지만 냉각수 온도 차이의 발생은 결국 롤 양단간의 온도 불균일 현상을 일으키게 된다. 롤 양단간의 온도 불균일 현상이 발생하게 되면 롤의 열팽창이 롤 폭 중앙을 기준으로 비대칭적으로 발생하게 되며 결국은 양단간의 롤 열팽창량 크기가 달라지고 주조되는 주편의 형상이 중앙을 기준으로 비대칭이 되어 주편 후처리에 많은 장애를 가져오게 되는 것이다.

도 4는 이러한 종래의 롤 표면부근의 냉각수 방향이 일방향인 경우 양단의 냉각수 구멍에서의 온도를 나타낸 것이며 (a)는 일단부의 표면부 상부구멍(6)의 냉각수 공급온도(A)를, 그리고 (b)는 타단부의 표면부 상부구멍(6)의 상승된 냉각수 온도(B)를 나타내고 있다.

이러한 일방향 냉각수 흐름에 따른 문제를 해결하기 위해서 실용신안출원 1998-0038078, 1999-0026813 등에서와 같이 롤 표면부 냉각수 구멍 내부에서의 냉각능 차등화를 통해 롤의 비대칭 열팽창 현상을 완화하려는 시도도 가능하다. 그러나 이러한 냉각수 구멍 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 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 쌍롤식 박판주조공정시 주조롤의 경우 롤 표면부 냉각수 구멍에서의 냉각수 방향이 일방향인 경우 롤 양단부의 냉각수 온도차이의 발생에 의해 필연적으로 발생되는 롤 열팽창 비대칭 현상 및 결과적으로 주편 두께 형상이 중앙을 기준으로 비대칭이 되어 주편 후처리시 문제를 야기하는 현상을 억제하기 위해 롤 표면부근의 냉각수 구멍에서의 냉각수 방향을 일방향이 아닌 양방향으로 만들어 롤의 열팽창을 중앙을 기준으로 대칭이 되게 하여 궁극적으로는 후처리에 양호한 형상의 주편을 제조하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 롤 표면근처의 냉각수 구멍을 종래와 같이 1 열로 구성하는 것이 아니라 상하의 2 열로 구성하여 표면부 상부구멍(6) 2개와 표면부 하부구멍(12) 1개가 1조를 이루어 일단부에서 공급된 냉각수가 타단부에서 다시 일단부 쪽으로 공급된 후 다시 타단부로 공급되는 방식을 택하는 주조롤을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 롤 축의 중앙구멍(7)의 중앙부가 막혀 있어 누수의 가능성이 전혀 없는 주조롤을 동시에 제공한다.

도 5는 본 발명에 따른 롤 표면부에서 양단부의 냉각수 온도 차이효과를 없앤 쌍롤식 박판주조기의 주조롤을 도시한 요부도이며, 도 6은 냉각수의 흐름을 보여주는 모식도이며 (a)는 종래의 롤 표면부 냉각수 방향이며, (b)는 본 발명의 롤 표면부 냉각수 방향이다.

본 발명은 이러한 롤 일단부에 타단부로의 냉각수 방향이 일정한 경우 필연적으로 발생하게 되는 롤 폭방향 열팽창량 비대칭 현상을 해결하기 위한 목적으로 고안된 것이며, 롤 표면부에서의 냉각수 공급방향을 교대로 하기 위해 표면부 상부구멍(6) 2개는 냉각수 방향이 교대가 되도록 하고 마지막 타단부에서 일단부로 공급된 냉각수는 표면부 하부구멍(12)을 통해 다시 타단부로 흐르게 함으로써 기존 롤 냉각 구조를 크게 바꾸지 않고 롤 표면부의 온도를 대칭이 되게 함을 특징으로 한다.

이러한 표면부에 2열로 구성된 냉각수 구멍 배열을 사용하게 되면, 목적으로 하였던 롤 표면부의 폭 방향 온도 균일성을 확보할 수 있을 뿐 아니라 하부에 가공된 또 하나의 표면부 하부구멍(12)이 추가되고 이 냉각수 구멍에서는 냉각수 온도 상승량이 거의 없어 롤 전폭으로 균일한 온도를 확보할 수 있으므로 이 하부 냉각수 구멍 밑으로는 롤 온도 분포를 폭방향으로 일정하게 하는 효과까지 도모할 수 있어 보다 롤 폭방향으로 균일한 온도를 확보할 수 있는 주조롤을 구성할 수 있다.

이하 본 발명의 효과를 냉각수 온도예시를 통해 설명하면 다음과 같다. 종래의 냉각수 구멍 구성을 나타낸 도 4를 보면 일단부에는 온도 A 인 냉각수가 공급되며 롤 표면을 가로질러 타단부에 도달하면 온도 상승으로 인해 온도 B가 되어 결국 양단부의 온도 차이는 (B-A)가 되고 이 온도에 해당하는 열팽창량의 차이가 발생하게 된다.

그러나 본 발명의 냉각수 구멍 구성을 나타낸 도 5에서는 (b)에서 타단부의 온도 B인 냉각수가 다시 (a)의 일단부로 흐르면서 C의 온도가 되고 따라서 일단부에서의 온도는 (A+C)/2, 그리고 타단부에서는 온도 (B+B)/2 가 되게 된다. 그런데 롤 표면부를 통과시 냉각수 온도차이는 동일하여 (B-A)=(C-B)가 되므로 결과적으로 2B=A+C가 되어 양단부 및 롤 폭방향으로도 동일한 온도를 확보할 수 있게 되는 것이다.

온도 C가 된 냉각수가 다시 타단부로 흐를 때에는 롤 표면부 하부구멍(12)을 통과하기 때문에 롤 표면에 유입된 열량이 거의 표면부 상부구멍(6)을 통해 흡수된 상태이고 따라서 온도 상승은 거의 없게 된다. 뿐만 아니라 하부 냉각수 구멍(12)을 통해 일정한 온도의 냉각수가 공급되게 되면 하부 냉각수 구멍(12) 이하의 롤 온도를 동일하게 해주는 부수적인 효과까지 발생하여 롤 팽창측면에서는 더욱 안정된 효과를 기대할 수 있다.

이와 같이 본 발명인 롤 표면부 상부 냉각수 구멍에서의 냉각수 공급 방향이 양방향이 되고 하부 냉각수 구멍에서의 냉각수 방향은 일방향이나 냉각수 온도가 균일한 조건을 냉각수 구멍 구성을 지닌 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 의하면, 롤 온도 분포가 롤 폭방향으로 균일하게 되어 결과적으로 롤 폭방향 열팽창 현상이 대칭을 나타나게 되어 주조된 주편이 후처리에 적합한 형상을 확보할 수 있는 효과를 나타낸다.

Claims (2)

1. 쌍롤식 박판주조기의 일정폭의 광폭롤인 주조롤(3)에 있어서,

   상기 주조롤 롤 표면부에 냉각수 온도가 다르나 냉각수 공급 방향이 교대로 되어 균일한 온도분포를 확보하는 표면부 상부구멍(6)과 냉각수 공급 방향은 일방향이나 온도가 일정한 냉각수가 흐르는 표면부 하부구멍(12)으로 2열 배치하여 롤 폭방향으로 균일한 온도를 확보할 수 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 주조롤(3)은 롤 축의 중앙구멍(7)의 중앙부가 막혀 있어 누수의 가능성이 전혀 없는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.

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