롤 캐스팅 노즐 시리즈

롤 주조 노즐 시리즈는 캐스터 팁, 스페이서 스트립, 이어, 유량 제어 박스, 플로트 깔때기로 구성되어 용융 알루미늄 분포, 롤 갭 근처의 열 프로파일, 초기 응고 거동을 결정하는 정밀 유량 제어 어셈블리를 형성합니다. 적절한 재료 선택, 정확한 형상, 엄격한 조립 공차, 체계적인 예열과 표면 처리는 결함 없는 스트립을 생산하고 가동 시간을 개선하며 다운스트림 공정을 줄이는 데 결정적인 역할을 합니다.

개요 및 기술적 배경

알루미늄 스트립의 트윈 롤 연속 주조는 공급 노즐 어셈블리를 롤 갭 바로 앞에 배치합니다. 이 어셈블리는 용융 금속을 폭 전체에 걸쳐 균일하게 공급하고, 난류 변동을 완화하며, 응고 전면에서 열 균형을 유지하고, 내장된 연마재나 화학적 공격으로부터 롤 표면을 보호하는 등 네 가지 긴밀하게 연결된 작업을 수행합니다. 스트립 생산을 위한 일반적인 노즐 어셈블리는 개별 세라믹 섬유 세그먼트와 수냉식 롤에 대해 금속이 얼기 전에 제어된 캐비티를 생성하는 지지 부품으로 구성된 모듈식입니다.

1) 노즐 어셈블리가 하는 일과 중요한 이유

트윈 롤 스트립 주조에서 노즐 어셈블리는 툰디쉬/헤드박스와 롤 갭 사이에 위치합니다. 폭 전체에 걸친 국부적인 흐름 균일성은 두께와 표면 규칙성을 설정하고, 국부적인 온도 제어는 응고의 시작과 입자 구조를 결정합니다. 이러한 변수의 변화는 두께 변화, 가장자리 균열, 산화물 포함, 표면 거칠기 또는 연마재 상호 작용으로 인한 스크래치 등 제품 결함으로 이어집니다. 따라서 노즐 어셈블리는 유압 요소와 짧은 열성형 금형의 기능을 모두 수행합니다. 정밀한 제조와 엄격한 취급 관리를 통해 제품 수율을 극대화하고 마감 비용을 절감할 수 있습니다.

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2) 구성 요소의 구조 및 기능적 역할

2.1 캐스터 팁: 기본 성형 표면

역할. 캐스터 팁은 초기 시트 형상을 정의하고 롤이 자유 액체 금속과 직접 접촉하지 않도록 보호하는 몰드 캐비티를 제공합니다. 종종 피드 캐비티의 하부 및 상부 립을 형성합니다. 팁의 내부 형상, 입구 립 및 립 챔퍼는 롤 표면 근처의 유속과 전단을 관리합니다.

일반적인 구조. 제조업체는 일반적으로 진공 또는 등방성 성형으로 성형한 후 치수에 맞게 가공한 세라믹 섬유 복합재 또는 알루미나-규산염 섬유 소재를 사용합니다. 이러한 소재는 낮은 열전도율, 열충격 저항성, 가열 시 가스 방출이 제한적입니다. 팁 본체는 일반적으로 주조 표면에 얇은 질화붕소(BN) 코팅을 하여 산화물의 습윤 및 접착을 줄입니다.

중요한 설계 매개변수.

• 너비 및 프로파일 허용 오차(시트 너비 및 균일성 제어)

• 립 반경 및 각도(전단 및 산화물 접힘에 영향)

• 캐비티 깊이(응고 전 체류 시간 제어)

• 열 질량 및 전도도(냉각 구배에 영향을 미침)

성능 노트. 하드 팁과 소프트 팁이 있습니다. 하드 팁은 마모 시 치수 안정성을 제공하지만 롤 스크래치가 전달될 수 있습니다. 소프트 팁은 약간의 압흔을 허용하고 롤에 미세 스크래치가 전달되는 것을 줄여주며, 롤 경도 및 제품 마감 요구 사항에 따라 선택이 달라집니다.

2.2 스페이서 및 스트립: 정렬, 간격 및 가로 흐름 튜닝

역할. 스페이서와 스트립은 인접한 팁 플레이트 사이의 내부 간격을 설정하여 노즐 캐비티 형상을 만들어 전폭에 걸쳐 균일한 흐름 프로파일을 생성합니다. 또한 폭을 단계적으로 조정할 수 있으며 전체 팁을 변경하지 않고도 마모된 부분을 교체할 수 있습니다.

재료 및 제작. 일반적으로 고순도 섬유판 또는 알루미나 규산염 패널을 CNC 정밀 절단하여 제작합니다. 작은 편차로 인해 국부적인 흐름이 바뀌거나 국부적인 과열이 발생할 수 있으므로 엄격한 두께 허용 오차가 필수적입니다.

실용적인 참고 사항. 폭에 걸쳐 정확한 적층 순서와 스페이서 두께의 인덱싱을 통해 작업자는 횡단 온도와 흐름을 조정할 수 있으며, 이는 등급 전환 시 특히 유용합니다.

2.3 귀: 고정 및 밀봉 요소

역할. 이어는 팁 플레이트를 지지 프레임에 정렬하고 고정합니다. 소프트 이어와 하드 이어의 두 가지 주요 유형이 사용됩니다. 소프트 이어는 압축 가능한 인서트로서 열팽창과 약간의 정렬 불량을 수용합니다. 하드 이어는 견고한 지지력과 더 나은 위치 제어 기능을 제공하며 치수 정밀도가 가장 중요한 곳에 적합합니다.

실패 모드. 이어가 마모되거나 파손되면 내부 캐비티 누수, 냉점, 난기류 증가, 조기 팁 고장으로 이어집니다. 정기적인 검사는 어셈블리 드리프트를 방지합니다.

2.4 흐름 제어 박스: 짧은 컨디셔닝 챔버

역할. 유량 제어 박스는 팁 어셈블리 뒤에 위치하거나 통합되어 대량 유량 조절을 수행합니다. 맥동을 줄이고, 더 거친 산화물을 분리하며, 버블 탈출 또는 플로트 제어를 위한 장소를 제공합니다. 설계에는 전단을 줄이기 위한 얕은 배플, 상향 스키밍 갭 또는 기하학적 전환이 포함될 수 있습니다.

운영 효과. 효과적인 흐름 제어 박스는 툰디쉬 흐름 시스템의 유압 장애를 완화하고 좁은 노즐 캐비티로의 흐름을 안정화합니다. 이 형상은 주조 속도와 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

2.5 플로트 및 퍼널: 피드 미터링 및 업스트림 장비와의 인터페이스

역할. 플로트와 깔때기는 용융 금속이 유량 제어 상자와 궁극적으로 노즐 캐비티로 들어가는 방법을 관리합니다. 깔때기 중심은 캐비티로 공급되고 플로트 요소는 스키밍 또는 게이징 작업을 수행할 수 있습니다.

디자인 고려 사항. 플로트는 종종 슬래그와 드로스를 분리하기 위해 얕은 위어 또는 오버플로 가장자리를 통합하며, 퍼널은 난류를 촉진하는 급격한 전환을 피해야 합니다. 많은 설치에서 플로트 어셈블리는 상류에 배치된 탈기 또는 여과 요소와 통합됩니다.

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3) 재료, 제작 및 코팅

3.1 일반적인 자료와 그 근거

• 알루미나-규산염 세라믹 섬유 복합재. 낮은 열전도율, 산화 저항성, 열 충격에 대한 내성, 정밀한 가공을 위한 용량. 팁과 스페이서에 가장 많이 사용됩니다.

• 고순도 산화알루미늄 보드. 높은 내마모성이 요구되는 단단한 이어, 지지대 또는 스트립에 사용됩니다.

• 내화 본딩 또는 층간 코팅. 마모가 심한 표면에 나노 코팅을 적용하여 슬래그 부착과 입자 침식을 방지합니다.

• 질화 붕소(BN) 페인트. 작업면의 얇은 BN 층은 금속 습윤을 낮추고 산화물 부착을 줄입니다. 고품질 포일 및 박판 생산에서 BN 적용은 일상적인 작업입니다.

3.2 제조 경로

• 단섬유 복합재의 진공 성형 및 소결, 그 다음 치수 제어를 위한 CNC 마감 처리가 이어집니다.

• 단단한 귀 또는 고정 부품을 위한 압축 성형.

• 스페이서 스트립을 위한 고정밀 워터젯 또는 CNC 절단.
  제조업체는 예열 시 가스 배출을 최소화하고 작동 온도에서 치수 안정성을 강조합니다.

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4) 지오메트리, 유압 거동 및 열 전달 고려 사항

4.1 유압 설계 원칙

• 폭 전체에 걸쳐 균일한 압력 강하. 노즐 캐비티는 입구에서 립까지 거의 균일한 압력 구배를 가져야 중앙에서 가장자리까지의 흐름 변화가 최소화됩니다. 압력 강하가 고르지 않으면 두께와 표면이 불규칙해집니다.

• 입술 근처 전단 관리. 립 지오메트리는 롤 인터페이스에서 전단을 설정하며, 부드럽고 제어된 전단은 산화물 접힘과 표면 결함을 줄여줍니다.

• 체류 시간 제어. 캐비티가 깊을수록 체류 시간이 길어지고 롤 갭 전에 더 많은 열을 추출할 수 있으므로 두꺼운 스트립에 유용할 수 있지만 주조 속도에 영향을 미칩니다.

4.2 열 관련 고려 사항

• 열 질량 및 국소 냉각. 전도도가 낮은 팁 재료는 캐비티 근처에서 열 추출을 늦추는 열 완충을 제공하여 응고 전면 위치에 영향을 미칩니다. 이는 주조 속도 및 합금 열 거동과 일치해야 합니다.

• 열 경사 및 스트레스. 팁 내부의 온도가 균일하지 않으면 내부 응력과 박리 가능성이 발생하는데, 적절한 예열 스케줄을 통해 이러한 기울기를 줄일 수 있습니다.

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5) 설치, 예열 및 표면 처리

5.1 예열 프로토콜

적절한 건조와 예열은 용융 금속을 적용할 때 폭발적인 파편을 일으킬 수 있는 흡착된 수분과 결합된 수분을 제거합니다. 일반적인 방법: 적당한 온도로 램프 가열을 제어한 다음 담그기. 파운드리에서 사용하는 일반적인 절차는 섬유 매트릭스의 탈수를 보장하기 위해 약 250~300°C까지 가열한 후 보류 기간을 갖는 것입니다. 부품이 유휴 상태로 남아 있는 경우 재가열이 필요합니다.

5.2 코팅 및 표면 컨디셔닝

• BN 페인팅. 안쪽 면의 얇고 고른 BN 층은 습윤을 줄이고 스트립 방출을 돕습니다. 검사 후 정기적으로 다시 도포합니다.

• 마모가 심한 부위에 나노 코팅. 이는 섬유에 금속이 침투하는 것을 줄이고 침식 속도를 낮춥니다.

5.3 기계식 설치

• 토크 및 클램프 사양. 이어와 스페이서를 고정하는 클립과 클램프에는 제조업체의 토크 값을 사용하세요. 부적절하게 조이면 틈새, 누수, 열 폭주 지점이 발생할 수 있습니다.

• 인덱싱 및 정렬. 정렬 핀 또는 고정 장치를 사용하여 팁 세그먼트가 정확하게 고정되도록 하고, 폭에 걸친 간격 변화는 허용된 허용 오차 범위 내에 있어야 합니다.

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6) 프로세스 제어, 일반적인 운영 창 및 온라인 모니터링

6.1 제어할 운영 변수

• 시전 속도. 속도가 빠를수록 체류 시간이 줄어들고 응고 전선이 이동합니다. 노즐 형상과 재료는 목표 속도에 적합해야 합니다.

• 헤드박스/툰디쉬 배송 속도. 침수나 고갈을 방지하기 위해 노즐 설계와 일치해야 합니다.

• 롤 갭 및 롤 냉각. 이러한 변수는 노즐 동작과 결합하여 최종 스트립 두께와 입자 크기를 설정합니다.

6.2 모니터링 도구

• 노즐 본체 근처의 열전대. 시작 및 정상 상태의 온도 추세를 모니터링하세요.

• 입술 부위를 위한 육안 검사 카메라. 산화물 축적 및 입술 침식을 조기에 감지합니다.

• 유량계 및 압력 트랜스듀서 업스트림. 막힘이나 갑작스러운 맥동에 대한 피드백을 제공하세요.

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7) 일반적인 장애 모드 및 문제 해결

다음은 자주 발생하는 문제, 가능한 원인 및 권장 수정 조치입니다.

표: 장애 모드, 근본 원인 및 완화 방법

 

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8) 유지보수, 예비품 관리 및 수명 주기 경제성

8.1 예비 부품 전략

• 연속 주조 라인의 경우, 예상 사용량의 1~3번 생산 시프트와 표준 스페이서 두께 세트에 해당하는 전체 길이의 캐스터 팁 섹션 재고를 최소로 유지합니다.

• 빠른 교체를 위해 하드 이어와 소프트 이어의 재고를 모두 유지하세요.

8.2 교체 기준

• 립 형상이 공차를 벗어나거나 작업 가장자리의 재료 두께가 지정된 잔여량 이하로 떨어지면 교체합니다. 비정상적인 열 이벤트가 발생한 후 검사합니다.

8.3 수명 주기 비용 동인

• 재료비. 프리미엄 나노 코팅 팁은 가격은 더 비싸지만 수명은 더 길어집니다.

• 운영 중단 시간. 야간 또는 교대 근무 중 교체 시간을 단축하면 생산 손실이 줄어듭니다. 퀵핏 클램프를 계획하세요.

• 에너지와 스크랩. 최적화된 팁 형상으로 스크랩 및 다운스트림 마감을 줄입니다.

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9) 품질 검사, 검사 방법 및 승인 기준

9.1 수신 수락 테스트

• 치수 확인. 도면과 비교하여 폭, 립 반경, 캐비티 깊이 및 스페이서 두께를 확인합니다.

• 밀도 및 다공성 확인. 성형 부품의 부피 밀도와 큰 공극이 없는지 확인합니다.

• 표면 마감. 균열, 박리 또는 오염 물질 잔여물이 없는지 확인합니다.

9.2 서비스 중 검사

• 육안 입술 검사 모든 예정된 교대 근무와 학년 변경 후.

• 열화상 스캔 를 사용하여 노즐 본체의 비정상적인 열 패턴을 감지할 수 있습니다.

• 보어스코프 또는 카메라 를 사용하여 지오메트리가 허용하는 경우 내부 캐비티를 확인합니다.

9.3 수락 임계값(일반적인 예)

• 립 반경 허용 오차: 포일 등급의 경우 ±0.2mm, 일반 시트의 경우 ±0.5mm.

• 스페이서 두께 허용 오차: 포일 작업의 경우 ±0.05mm.

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10) 환경, 안전 및 취급 주의 사항

• 예열 전에 부품에 물이나 습식 세정 용제를 넣지 마십시오. 잔류 습기는 용융 금속과 접촉할 때 증기 분리를 유발합니다.

• 깨지기 쉬운 세라믹 파편과 BN 먼지로 인해 팁을 취급할 때는 적절한 PPE를 착용하세요.

• 세라믹 및 내화성 폐기물에 대한 현지 규정에 따라 사용한 팁을 폐기하세요. 많은 공급업체에서 재활용 또는 회수 프로그램을 제공합니다.

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11) 조달 체크리스트 및 사양 템플릿

공급업체에 요청할 최소한의 기술 사양

• 재료 구성 및 일반적인 열적 특성(전도도, 최대 작동 온도)

• 가공 공차 및 사용된 가공 방법

• 권장 예열 일정 및 사용 BN 제품

• 권장 조립 패스너 토크 및 이어 타입 호환성

• 타겟 주조 속도 및 합금 제품군에 대한 기대 수명

• 샘플 테스트 인증서, 제조 로트 추적성

필수 계약 항목

• 제조 결함 및 치수 정확도에 대한 보증

• 배송 리드 타임 및 긴급 빠른 배송 옵션

• 교체용 예비 세트 가격 및 유통 기한 안내

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12) 대표적인 성과 지표 및 간략한 사례 노트

• 수익률 향상: 팁-스페이서 세트가 단단히 일치하면 횡방향 흐름 제어가 향상되어 얇은 게이지 라인에서 가장자리 스크랩이 몇 퍼센트 포인트 감소합니다.

• 코팅을 통한 수명 연장: 작업자들은 체계적인 BN 재코팅 주기 및 나노 코팅 사용 후 팁 수명이 연장되고 산화물 중단이 감소했다고 보고합니다.

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13) 비교 표 및 사양 매트릭스

표 1 - 구성 요소 기능 및 키 허용 오차

표 2 - 재료 비교(일반적인 속성)

출처: 제조업체 기술 노트 및 제품 페이지.

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14) 자주 묻는 질문

1. 하드 캐스터 팁과 소프트 팁의 차이점은 무엇이며 어떤 것을 선택해야 하나요?
   하드 팁은 단단하고 마모에 강하며 치수 안정성이 가장 중요하고 롤이 경화되어 접촉 마모를 줄이는 생산 라인에 적합합니다. 소프트 팁은 하중을 받으면 약간 압축되어 버퍼를 제공하여 깨지기 쉬운 팁 가장자리에서 롤 표면으로 미세 스크래치가 전달되는 것을 줄일 수 있습니다. 대량의 안정적인 지오메트리에는 하드 팁을, 롤 마감 품질이 중요한 경우에는 소프트 팁을 선택하세요.

2. 질화붕소 코팅이 필요한가요?
   BN 코팅은 습윤성이 낮기 때문에 포일 및 얇은 게이지 생산에 일상적으로 사용됩니다. 두꺼운 판재의 경우 일부 작업자는 산화물의 부착을 제한하기 위해 BN 코팅을 생략하고 주요 립 면을 코팅합니다. 코팅 두께와 재도포 빈도는 공급업체의 권장 사항을 따르십시오.

3. 스페이서 두께는 얼마나 자주 감사해야 하나요?
   예방적 유지보수 중단 시마다 최소한 전체 스페이서 감사를 수행하고 포일 등급 제품을 생산하는 라인에 대해 근무 시간 중 현장 점검을 실시합니다. 작은 두께 드리프트는 측정 가능한 가장자리 얇아짐을 유발할 수 있습니다.

4. 어떤 예열 일정으로 팁의 폭발적인 파손을 방지할 수 있나요?
   보수적으로 접근하면 섬유 매트의 수분을 제거하기 위해 약 250-300°C까지 가열합니다. 갑작스러운 열 충격을 피하고 유휴 상태였던 부품을 재가열하세요. 특정 재료에 대한 정확한 램프 속도는 제조업체 문서에서 확인할 수 있습니다.

5. 주조 속도를 높이기 위해 노즐 형상을 조정할 수 있나요?
   예, 캐비티 깊이, 립 형상 및 업스트림 흐름 조절 사이의 균형을 통해 일부 라인은 더 빠른 주조 속도에 도달할 수 있습니다. 그러나 속도가 빨라지면 응고에 필요한 체류 시간이 줄어들고 다운스트림 냉각에 더 많은 수요가 발생합니다.

6. 내부 박리를 조기에 감지하려면 어떻게 해야 하나요?
   열화상 및 주기적인 보어스코프 검사가 도움이 됩니다. 박리는 종종 작동 중에 국부적인 고온 또는 저온 패치로 처음 나타납니다.

7. 구형 팁 어셈블리에 대한 일반적인 개조 기회는 무엇인가요?
   정밀 스페이서로 업그레이드하거나, 최신 흐름 제어 박스를 추가하거나, 개선된 BN 및 나노 코팅을 사용하는 것은 품질과 가동 시간에 즉각적인 이점을 제공하는 일반적인 개조 작업입니다.

8. 합금에 따라 고려해야 할 사항이 있나요?
   예. 저용융 합금은 산화물 플럭스가 높기 때문에 더 강력한 여과가 필요합니다. 고마그네슘 또는 실리콘 함유 합금은 침식률이 높아질 수 있으며 더 튼튼한 소재나 코팅이 필요할 수 있습니다.

9. 입술에서 산화물 접힘을 줄이는 방법은 무엇인가요?
   매끄러운 립 프로파일, 상류의 갑작스러운 형상 변화 감소, 유속 제어, 폭 전체에 걸쳐 안정적인 온도 유지가 가능합니다. 업스트림 가스 제거 및 여과도 도움이 됩니다.

10. 조달에서 테스트 인증서에 요구되는 사항은 무엇인가요?
    재료 구성, 밀도, 치수 측정 시트 및 제조 배치 추적성. 또한 권장 예열 및 취급 지침을 요청하세요.

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15) 파운드리를 위한 최종 요약 및 권장 첫 단계

노즐 어셈블리는 수동적인 소모품이 아니라 트윈 롤 스트립 캐스터의 미션 크리티컬 제어 요소입니다. 안정적이고 반복 가능한 생산을 실현하고 결함을 최소화하기 위해 작업자는 신중한 재료 및 공급업체 선택, 체계적인 예열 및 BN 적용, 스페이서 및 이어의 엄격한 공차 관리, 열 및 육안 도구를 사용한 일상적인 검사, 라인 속도에 맞는 크기의 사전 승인된 예비 키트 등을 포함하는 통합 프로그램을 추구해야 합니다. 올바른 재료, 올바른 형상, 사전 예방적 취급의 조합은 표면 마감, 주조 속도 및 총 소유 비용의 균형을 최상으로 유지합니다.