KR101175410B1 - 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는 몰드의 회전속도를 서서히 올리는 워밍업 단계(S1)와, 상기 워밍업 단계 후에 외층재를 투입하여 제1회전속도로 일정시간 몰드를 회전시켜 외층을 형성하는 외층형성단계(S2)와; 상기 외층형성단계 후 내층재를 투입하여 제2회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 다음, 제3회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 후, 제4회전속도로 일정시간 몰드를 회전시키는 3단계로 회전시켜 내층을 형성하는 내층형성단계(S3)로 이루어진다. 이와 같은 제조방법에 의하면, 진동이 낮으면서 용탕 낙하현상(Raining)과 슬립현상 및 층박리 현상이 없어 외층의 표면 박리현상과 내층의 불균일 응고현상이 일어나지 않으므로 높은 품질의 압연용 슬리브 롤을 제조할 수 있다는 효과가 있다.

Description

수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법{Manufacturing Method for a Rolling Sleeve Roll used for Centrifugal Casting of Horizontal type}

본 발명은 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법에 관한 것이다.

원심주조법에 의해 제조되는 압연용 슬리브 롤은 외층재에 의한 외층과 내층재에 의한 내층 사이에 재용해층(외층재과 내층재가 혼합된 혼합층)이 형성된 구조로 되어 있으며, 수직원심주조법과 수평원심주조법으로 제조된다.

수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조는, 원심력과 수직한 방향으로 중력이 작용하는 상태에서 응고하는 수직원심주조법에 의한 롤의 제조에 비하여 외층의 두께가 균일하지만 설비 특성상 진동발생이 크며, 원심주조기의 회전속도 변화에 따른 조직편석의 위험이 있다.

따라서 수평원심주조법에서는 진동과 회전속도는 중요한 조업변수로서 슬리브 롤의 품질을 결정하는 요인이고, 제품의 품질은 롤을 제조하기 위해 사용되는 형틀, 즉 몰드(Mold)의 회전속도 제어와 밀접한 관계가 있다.

수평원심주조법에서 몰드의 회전속도가 증가한다고 하여 이에 따라 종속적으로 진동이 증가하는 것은 아니므로 몰드의 회전속도 결정은 신중해야 한다.

본 발명은, 수평원심주조법으로 압연용 슬리브 롤을 제조할 경우에 몰드의 회전속도를 제어하여 제조 중에 발생하는 여러가지 문제점을 해결하고 품질을 향상하는 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법은, 몰드의 회전속도를 서서히 올리는 워밍업 단계와, 상기 워밍업 단계 후에 외층재를 투입하여 제1회전속도로 일정시간 몰드를 회전시켜 외층을 형성하는 외층형성단계와; 상기 외층형성단계 후 내층재를 투입하여 제2회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 다음, 제3회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 후, 제4회전속도로 일정시간 몰드를 회전시키는 3단계로 회전시켜 내층을 형성하는 내층형성단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1회전속도는 835~850 rpm으로 하고, 상기 제2회전속도는 850~870 rpm으로 하며, 상기 제3회전속도는 770~785 rpm으로 하고, 상기 제4회전속도는 685~710 rpm으로 한다.

본 발명에 의한 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법에 의하면, 진동이 낮으면서 용탕 낙하현상(Raining)과 슬립현상 및 층박리 현상이 없어 외층의 표면 박리현상과 내층의 불균일 응고현상이 일어나지 않으므로 높은 품질의 압연용 슬리브 롤을 제조할 수 있다는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 수평원심주조법에 의해 제조된 압연용 슬리브 롤을 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 압연용 슬리브 롤(1)은 외층재에 의해 형성되는 외층(2)과, 내층재에 의해 형성되는 내층(4), 외층재와 내층재과 혼합되어 상기 외층과 내층 사이에 형성된 재용해층(3)으로 이루어진다. 상기 재용해층(3)은 외층재를 투입하여 외층을 형성한 후 내층재를 투입하여 내층을 형성할 때 외층이 용해되어 외층재와 내층재가 혼합되는 층이다.

도2은 본 발명의 제조방법으로 압연용 슬리브 롤을 제조하는 수평식 원심주조기를 나타내는 개략 구성도이다. 도시한 바와 같이 수평식 원심주조기는 용강(용탕)을 저장하고 주입하는 용강주입부(11)와, 모터(12)에 의해 회전하는 롤러(13)와, 상기 용강주입부(11)로부터 용강을 공급받고 상기 롤러(13)의 상부에 위치하여 상기 롤러(13)의 회전에 의한 원심력을 이용하여 주물(14)를 제조하는 몰드(15)를 포함한다.

본 발명은 도3에 플로차트로 도시한 바와 같이, 몰드의 회전속도를 서서히 올리는 워밍업 단계(S1)와, 상기 워밍업 단계(S1) 후에 외층재를 투입하여 제1회전 속도로 일정시간 몰드를 회전시켜 외층을 형성하는 외층형성단계(S2)와; 상기 외층형성단계(S2) 후 내층재를 투입하여 제2회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 다음, 제3회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 후, 제4회전속도로 일정시간 몰드를 회전시키는 3단계로 회전시켜 내층을 형성하는 내층형성단계(S3)로 슬리브 롤을 제조한다.

이때, 상기 제1회전속도는 835~850 rpm으로 하고, 상기 제2회전속도는 850~870 rpm으로 하며, 상기 제3회전속도는 770~785 rpm으로 하고, 상기 제4회전속도는 685~710 rpm으로 한다.

표1은 도2에 도시한 바와 같은 수평식 원심주조기를 사용하여 회전속도를 제어하여 압연용 슬리브 롤을 제조한 실시예(비교예 및 발명예)를 나타낸다.

본 실시예에서는 탄소함량이 1.8 중량%이고 실리콘 함량은 외층일 경우에는 1.5 중량%이고 내층일 경우에는 2.0 중량%이며, 인 함량은 0.1 중량 %이하인 강재를 15 ton, 60 Hz의 저주파 유도로에서 용해한 용탕을, 회전하는 몰드에 주입한 후 원심력을 이용하여 몰드의 바깥쪽으로 밀착시켜 약 150~200mm 두께의 실린더 형태로 외층재가 응고되도록 하여 외층을 형성하고, 내층재를 상기 외층재의 내면에 주입하여 내층을 형성하였다. 이때, 외층과 내층에는 적당량의 Al과 Ca-Si 접종처리를 공지의 방법으로 실시하였다. 이와 같은 방법으로 외경 1150mm, 내경 510mm, 길이 660mm의 슬리브 롤을 제조하였다.

[표 1]

	외층형성단계	내층형성단계
회전속도(rpm)	제1회전속도	제2회전속도	제3회전속도	제4회전속도
비교예 1	740~780	785~815	700~725	620이하
비교예 2	785~830	820~840	720~740	620~640
발명예	835~850	850~870	770`785	685~710

도4는 상기 표1의 실시예의 회전속도에 따라 일정시간(운전시간) 동안 슬리브 롤을 제조하는 중에 진동(㎛ : 진동계의 표시치)을 측정하여 나타낸 그래프이다. 그래프에서 운전시간은 워밍업단계에서 약 40분, 외층형성단계의 제1회전속도에서 약 65분, 내층형성단계의 제2회전속도에서 약 55분, 내층형성단계의 제3회전속도에서 약 55분, 내층형성단계의 제4회전속도에서 약 85분으로 하여 진동을 측정한 결과이다.

도4의 그래프에서 표시한 바와 같이 발명예에서는 비교예 1과 비교예 2에 비해 용탕 낙하현상(Raining)과 슬립현상 및 층박리 현상이 없어 외층의 표면 박리현상과 내층의 불균일 응고현상이 일어나지 않은 상태로, 진동이 현저히 감소하였음을 알 수 있다.

압연롤 슬리브 롤을 제조하는 중에 회전속도가 과도하게 높은 경우에는 진동이 조업관리 기준인 30㎛를 상회함은 물론 제품생산을 위한 조업자체가 어려우며 설비의 유지와 보수에 상당한 어려움과 잦은 고장으로 경비가 추가 발생하여 생산성이 감소되었다.

그리고, 회전속도가 낮을 경우에는 회전속도가 과도하게 높은 경우에 대비하여 보다 안정적으로 조업할 수 있으나, 몰드 내면으로 주입된 용탕이 내면을 따라 회전하지 못하고 최상부를 정점으로 하부방향으로 자유낙하하는 이른바 용탕 낙하현상( 레이닝 : Raining, 도5 참조)이 발생하였다.

그리고, 회전속도가 낮을 때, 일부의 경우에는 주입된 용탕 중 최외곽부 즉, 초기 주입 용탕의 일부는 몰드와의 접촉으로 우선 응고되어 몰드 내면과 함께 회전하나 그 후의 주입된 대부분의 용탕은 내부로 갈수롤 냉각속도는 느려져 하부에 용탕이 액상으로 존재하여 고여있는 형상으로 유지하며 계속해서 미끄러지는 슬립(Slip)현상이 발생하였다. 이 경우 연속적인 회전에 의하여 고여 있는 용탕이 서서히 응고되면서 최종적으로는 회전될 수 있으나, 주입된 외층재 용탕과, 내층재 용탕에서 마치 여러 겹이 형성되는 듯한 층 분리현상이 발생하고, 최종 제품 사용시 조업사고로 연관될 수 있으며, 고여 있던 용탕에 계속적으로 추가 유입되는 용탕에 의해 설비 외부로 용탕이 유출되는 사고가 발생할 수 있다.

즉, 회전속도가 적절히 제어되지 못할 경우, 도6의 (a)에 도시한 바와 같이 주입된 외층재가 연속적으로 응고되지 못하고 슬립(Slip) 현상이 발생하여 외층 내에서 불연속적인 응고로 외층에 표면 박리층이 형성되고, 도6의 (b)에 도시한 바와 같이 내층 내면의 형상이 원형의 일정한 형태가 아닌 타원형의 최종 응고와 용탕의 흘러내린 불균일 응고층이 형성된다. 이 불균일 응고층은 상기 용탕 낙하현상과 관련이 있는 것으로서, 떨어진 용탕이 몰드 하부 방향에서 연속적으로 누적되어 응고가 진행되는 타원형의 내면이 형성된 것이다.

본 발명과 같이 적절한 회전속도로 내층형성단계에서 다단으로 회전속도를 제어하여 슬리브 롤을 제조한 결과, 상기한 바와 같은 표면 박리층 및 불균일 응고층이 형성되지 않아 품질이 높으면서 제조시 진동이 현저히 낮은 상태로 안정되고 생산성이 높은 조업을 할 수 있었다.

도1은 본 발명의 수평원심주조법에 의해 제조된 압연용 슬리브 롤을 나타내는 단면도,

도2는 본 발명의 제조방법으로 압연용 슬리브 롤을 제조하는 수평식 원심주조기를 나타내는 개략도,

도3은 본 발명에 의한 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법을 나타내는 플로우 차트,

도4는 본 발명에 의해 압연용 슬리브 롤을 제조하는 중에 진동을 측정하여 나타낸 그래프,

도5은 압연용 슬리브 롤을 제조하는 중에 나타나는 용탕 낙하현상을 설명하는 도면,

도6의 (a) 및 (b)는 압연용 슬리브 롤의 결함(표면 박리층, 불균일 응고층 등)을 나타내는 도면이다.

Claims (2)

1. 몰드의 회전속도를 서서히 올리는 워밍업 단계와,

   상기 워밍업 단계 후에 외층재를 투입하여 제1회전속도로 일정시간 몰드를 회전시켜 외층을 형성하는 외층형성단계와;

   상기 외층형성단계 후 내층재를 투입하여 제2회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 다음, 제3회전속도로 일정시간 몰드를 회전시킨 후, 제4회전속도로 일정시간 몰드를 회전시키는 3단계로 회전시켜 내층을 형성하는 내층형성단계로 이루어지고,

   상기 제1회전속도는 835~850 rpm으로 하고, 상기 제2회전속도는 850~870 rpm으로 하며, 상기 제3회전속도는 770~785 rpm으로 하고, 상기 제4회전속도는 685~710 rpm으로 하는 것을 특징으로 하는 수평원심주조법에 의한 압연용 슬리브 롤의 제조방법.
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