KR0142664B1 - 내화주입패드를 포함하는 금속공급조 - Google Patents
내화주입패드를 포함하는 금속공급조Info
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Abstract
연속적인 주조중에 턴디쉬내에서 이용되도록 주입 패드가 제공된다. 주입 패드는 그 패드를 갖는 레들에서의 주입 분류의 충격 위치 근처에 다수의 동심형 1차 돌출부들을 가진다. 1차 돌출부들은 재순환 포켓들을 발생시키는 범위내의 높이로 되어 있음으로써 용융된 금속을 패드를 따라 반경방향 바깥쪽 유동으로 편향시키지 않고 난류를 소산시킨다. 상응하는 반경방향 지점들의 최상부 안쪽 가장자리 면들 사이에서 측정된 인접한 1차 돌출부들 사이의 반경방향 공간은 인접한 안쪽 1차 돌출부들 높이의 2배 이상이다.
Description
[발명의 명칭]
내화주입패드를 포함하는 금속공급조
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 턴디쉬(turndish)내로 주입되는 용융 금속의 스트림의 충격을 수용하기 위해 턴디쉬내에 장착된 주입패드(pouring pad)에 관한 것이다. 본 발명의 주입패드는 턴디쉬내의 금속조(metal bath)내에서 난류를 억제하도록 고안된 모양을 갖는 하나 이상의 상향 돌출부를 가진다.
연속적인 주조 과정에서, 용융된 강철은 플랜트의 강철 제조설비에서 생산되는 열배치(heat lot batches)내의 주조 기계로 공급된다. 각 배치는 노로부터의 용융된 강철을 수용하는 레들(ladle)에 포함되어 주조기계로 이송된다. 레들은 주조기계에서 턴디쉬 위에 위치한다. 용융된 강철은 레들 바닥의 노즐을 통해 턴디쉬내로 주입된다. 하나의 레들은 비워지면 그것은 멀리 이동되고, 채워진 또 다른 레들이 턴디쉬 위의 위치로 이송된다. 레들 이송중에, 용융된 강철은 턴디쉬로부터 주조기계로 연속적으로 빠져나간다. 따라서, 턴디쉬내 용융된 강철의 수준은 채워진 다른 레들이 위치되고 턴디쉬내로의 주입이 다시 개시될 때까지 떨어지게 된다. 턴디쉬의 목적은 레들 이송중 용융된 강철의 공급에 있어서의 불연속을 흡수하여, 연속적으로 주조기계로 일정한 강철의 스트림을 공급하는 것이다.
레들 이송 후에 재차 용융된 강철의 주입이 시작될 때까지의 기간 동안, 턴디쉬내의 용융된 금속의 수준이 정상치 이하(예컨대, 정상치보다 10 내지 25% 이하)가 되면 새로운 레들로부터 턴디쉬로의 주입속도가 갑자기 크게 증가된다. 턴디쉬내 용융 강철의 수준이 낮은 상태에서의 주입 스트림의 충격은 턴디쉬내의 슬래그(slag)-금속 계면에서의 난류를 증가시킨다. 이는 용융된 강철이 턴디쉬로부터 주조기계로 빠져나갈 때 턴디쉬 슬래그와 용융된 강철의 혼입(entrainment)을 일으킨다. 또한, 높은 계면 난류는 턴디쉬내의 강철위에 보호 커버를 유지할 수 없도록 하고, 또한 용융 강철의 표면이 공기에 노출된 경우 알루미늄과 탈산된(deoxidized) 강철의 등급이 재산화되기 쉬운데, 이 때 그것이 심하게 재산화되는 것으로부터 보호할 수 없게 된다. 그 결과 강철의 청정도가 떨어지게 되는데, 이는 임계 적용예에 대하여 레들이 교환되는 동안 평판 주조의 질을 떨어뜨릴 수 있다. 예컨대 흡수시켜 철을 붙이고 노출시키는 자동 공정들에서 청정도에 대한 요구도가 매우 높다. 따라서 각 가열시마다 전체 6 내지 7개 정도의 평판 주조 중 레들 교환 기간 중의 2개의 평판 주조의 질저하(downgrading)는 이러한 임계 적용예들(후속되는 우회 공정들은 포함되지 않음)에 대한 주조 재료의 이용가능성을 대략 70%정도로 감소시킨다. 이러한 문제들을 극복하기 위하여, 일부 강철 제조자들은 레들-턴디쉬-주조 시스템을 레들-레들-주조 또는 레들-레들-턴디쉬-주조 또는 레들-턴디쉬-턴디쉬-주조 시스템으로 대체하였다. 그러나, 이 시스템들은 주요한 공장 설계의 변경 및 여분의 설비 또는 새로운 장비의 추가를 요하기 때문에 실행하기 어렵고 비용도 많이 든다. 따라서, 레들-턴디쉬-주조 시스템의 골격 내에서 비고정된(non-steady) 주입 조건 동안 강철의 청정도를 개선하기 위한 대체 수단의 필요성이 크다.
독일 공개공보 2,643,009호는 강철의 연속 주조시에 사용되는 턴디쉬용 내화 스플래쉬 방지 그리드(grid)를 개시한다. 이 그리드는 상하부 양쪽이 개방된 벌집모양의 박스형 채널들을 가진다. 그리드의 두께는 10 내지 200mm(바람직하게는 40 내지 100mm)이다. 채널들을 형성하는 웨브들(webs)은 상방 또는 하방 중 어느 한쪽으로 가늘어진다. 레들로부터의 강철의 스트림은 그리드에 충격을 가하며 턴디쉬 내에서 스플래쉬 도는 분무되는 것이 방지된다. 이러한 선행기술에서의 그리드는 턴디쉬내의 그리드로 용융된 강철의 초기 충격에 대한 스플래쉬를 방지하도록 설계되어 있는데, 이는 본 출원인의 발명, 즉 턴디쉬내의 강철의 비교적 높은 수준(예컨대 전체 높이의 절반)에서 초기 충격후 용융 강철로의 슬래그의 혼입을 감소시키고 난류를 억제하는 방식과는 구별된다. 상기 독일 특허는 돌출부 높이의 2개 이상인 임계 돌출부 공간을 개시하지 않고 있다.
Eccleston의 미국 특허 4,042,229호는 용융 금속의 유동을 충격 영역으로 제한하여 스플래시를 최소화하기 위한 하부 비임들(beams; 20)을 가지는 턴디쉬를 개시한다. 용융된 금속은 충분한 금속이 주입되어 비임들을 넘쳐 흐를 때까지 비임들 사이에 수집되어 저장소를 형성한다. 비임들은 적어도 부분적으로 소모되고 턴디쉬에 용융 금속이 비워질 때마다 교체되어야 한다는 의미에서 소모성일 수 있다. 상기 미국 특허는 본 발명의 난류 억제 방식과 구별되는, 스플래쉬 방지용 비임들을 개시한다. 비임들의 공간 및 높이는 개시되어 있지 않다.
Duchateau 등의 미국 특허 4,177,855호는 강철의 연속 주조 중에 레들로부터 턴디쉬까지 스트림의 충격을 수용하기 위한 편평한 패드를 개시한다. 이 패드는 돌출부들을 갖지 않는데, 이에 반하여 본 발명의 패드는 난류 억제용 돌출부들을 갖는다.
Neuhaus의 미국 특허 3,887,171호는 주입관(6)의 외부표면과 함께 통로를 형성하여 강철을 더 빠르게 상방으로 유동시켜 슬래그와 부드럽게 접촉되도록 함으로써 슬래그 안으로 불순물이 흡인되도록 하는 통(trough; 4)을 가진 턴디쉬를 개시한다. 이 통은 턴디쉬내의 슬래그와 강철의 경계면까지 연장되는 별들을 갖는데, 이는 실질적으로 더 낮은 높이인 본 발명에 따른 돌출부들과는 구별되는 것이다. 또한, 상기 미국 특허는 불순물을 슬래그안으로 더 유도하기 위한 난류를 발생시키는 장벽(7)들을 개시한다. 이 장벽은 주입 스트림 영역으로부터 떨어져 위치하는데, 이는 본 발명의 돌출부들과는 구별된다. 또한, 장벽들의 높이와 공간은 개시되어 있지 않다.
Listhuber등의 미국 특허 3,865,175호는 그 바닥에 인접한 측면 구멍을 갖는 주조관(28)이 제공된 턴디쉬(제4도)를 개시한다. 측면 구멍으로부터 옮겨진 견부(31)는 액체 강철을 수직 상방으로 편향시킴으로써 난류를 제어된 범위내로 증가시켜 슬래그 또는 주조 분말층에 파형을 발생시킨다. 강철내에 함유된 비금속 입자들은 상기 층내로 분출된다. 상기 견부는 4㎝이상의 높이를 가진다. 상기 미국 특허는 본 발명에서와 같이 난류 억제를 위한 돌출부를 개시하지 않으며, 난류 억제를 위한 임계 범위내의 돌출부 간격도 개시하지 않는다.
Diederich등의 미국 특허 4,711,429호는 턴디쉬내 보통의 금속 깊이와 적어도 40 퍼센트 높이까지 상방으로 연장되는 레들 주입 스트림의 마주보는 측면들상에 공간을 두고 있는 벽들을 가진 턴디쉬를 개시한다. 이 벽들은 분말화된 합금 첨가제들을 금속과 혼합하기 위하여 금속에 난류를 발생시키는 혼합 박스를 형성한다. 그 혼합 박스의 벽들은 난류를 억제하기 보다는 난류를 발생시키도록 설계된다. 또한, 그 벽들은 본 발명의 돌출부보다 더 높다.
다른 참조 문헌들로는 미국 특허 4,993,692호, 4,671,499호, 4,372,542호 및 4,043,543호가 있다.
[본 발명의 개시]
본 발명에 따르면, 턴디쉬내에서 사용하기 위한 내화 주입 패드가 제공된다. 주입 패드는 용융된 금속의 스트림이 수용되는 패드의 표면으로부터 돌출되는 다수의 1차 돌출부들을 가진다. 1차 돌출부들은 주입패드와 용융된 금속 스트림과의 충격 지점과 일치되는 중심점 둘레로 동심을 이룬다. 1차 돌출부들은, 충격 지점으로부터 패드의 표면을 따라 반경방향 바깥쪽으로 향하는 용융된 금속의 유동에 대해 거의 직각의 길이방향으로 연장된다. 레들의 노즐이 완전 개방되어 용융 금속의 스트림을 수직 방향으로 패드 표면과 평행한 방향으로 변경하고, 금속의 스트림이 가장 안쪽의 1차 돌출부와, 접촉되기 전에 상기 방향으로 방사상 벽 분출을 형성하도록 하는 경우, 가장 안쪽 1차 돌출부는 패드 표면 위로 수용되는 용융 금속의 스트림의 바깥쪽 외주로부터 충분히 떨어져 있게 된다. 하나 이상의 1차 돌출부들은 중심점 둘레로 거의 360°까지 연장된다. 1차 돌출부들의 높이는 재순환 포켓들을 형성하는 범위내에 있게 되어, 용융된 금속이 그것의 반경방향 바깥쪽의 유동으로부터 편향되지 않고 난류가 소산되도록 한다. 1차 돌출부들의 높이는 약 6mm내지 80mm 범위내가 바람직하다. 또한, 반경방향으로 바깥쪽의 각 1차 돌출부의 높이는 이웃하는 인접한 안쪽의 1차 돌출부의 높이보다 더 큰 것이 바람직하다. 꼭대기의 안쪽 가장자리면들 사이에서 대응하는 반경방향 지점들에서 측정된 인접한 1차 돌출부들 사이의 간격은 인접한 안쪽 1차 돌출부의 높이의 적어도 2배이다.
본 발명의 주입 패드는 턴디쉬내 용융 금속의 표면에서 난류를 억제한다. 이는 빈 레들을 턴디쉬로부터 이동시킴으로 인해 주입 스트림이 중단되고 완전 충전된 새로운 레들이 턴디쉬위로 배치되는 연속적인 주조 과정 중 난류를 억제함에 있어서 특히 효과적이다. 이동시키는 도중에, 턴디쉬내 용융 금속의 높이는 대략 10 내지 25 퍼센트 정도 떨어진다. 완전 충전된 새로운 레들로부터 주입이 재개됨에 따라, 본 발명의 주입패드는 난류를 억제하고 용융된 금속 표면에서의 슬래그 혼입을 감소시킨다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 종래의 턴디쉬의 측단면도.
제2도는 종래의 턴디쉬의 평면도.
제3도는 본 발명의 주입패드의 평면도.
제4도는 제3도의 선 Ⅳ-Ⅳ에서 취해진 단면도.
제5도는 본 발명에 따른 주입패드의 또 다른 실시예를 도시하는 평면도.
제6도는 제5도의 선 Ⅵ-Ⅵ에서 취해진 확대 단면도.
[본 발명의 실시예]
제1도 및 제2도을 참조하면, 턴디쉬(10)는 강철 쉘(12), 내화바닥(14), 내화벽들(16) 및 용융된 금속을 연속 주조 금형(도시되지 않음)으로 이동시키기 위한 노즐을 가진다. 턴디쉬의 바닥에 내화 주입패드(18)를 장착하여 레들(22)로부터의 주입스트림(20)의 충격을 수용하도록 한다.
본 발명에 따르면, 제3도 및 제4도 도시된 바와 같이 주입패드(18)는 그 패드의 상부면으로부터 돌출된 첫번째 1차 돌출부(23) 및 두 번째 1차 돌출부(24)를 포함하여 다수의 1차 돌출부들을 가진다. 1차 돌출부들은 대략 6mm 내지 80mm 정도의 높이를 가진다. 반경방향으로 바깥쪽의 두 번째 1차 돌출부(24)의 높이는 첫번째 1차 돌출부(23)의 높이보다 더 크다. 1차 돌출부들의 꼭대기 안쪽 가장자리 면들 사이 및 대응하는 반경방향 지점들 사이에서 측정되는 인접한 1차 돌출부들 사이의 간격은 인접한 안쪽 1차 돌출부의 높이의 2배 이상인 것이, 용융 금속의 표면에서의 난류를 효과적으로 억제하기 위해 필수적이다. 가장 안쪽 1차 돌출부는 바람직하게는 용융 금속 스트림의 충격 중심점으로부터 유입되는 용융 금속 스트림의 반경의 0.75배를 초과하지 않는 거리만큼 떨어져 위치한다. 스트림의 반경은 레들 노즐의 반경, 또는 레들 주입관이 스트림을 한정하는 경우에는 레들 주입관의 반경에 의해 한정된다. 또 다른 1차 돌출부들은 전술한 바와 같은 높이 및 간격 한계치들 내에서 제공될 수 있다. 1차 돌출부들은 그 돌출부들 뒤쪽의 강한 재순환 용융 금속 유동의 포켓을 형성하여, 용융 금속의 표면을 향해 반사되거나 편향된 고속 분출물이 형성되는 것을 방지한다. 1차 돌출부들은 그 길이 방향으로 곡선 형태를 가지며 패드 표면 부근의 용융 금속의 유동 방향에 거의 직각으로 배향된다. 이러한 유동 방향은 주로 반경방향이므로, 1차 돌출부들은 레들의 스트림의 충격 지점을 중심으로 동심을 이루게 된다. 결국, 동심의 1차 돌출부들의 중심점은 스로틀 게이트(throttling gate)가 완전 개방될 때 레들 주입 스트림의 중심점과 일치되도록 배치된다. 이러한 방식으로, 레들이 개방되고 턴디쉬가 재충전되는 동안, 주입 스트림은 가장 안쪽의 1차 돌출부에 의해 포위되는 영역내에서, 바람직하게는 그 중심점에서 패드에 충돌하여, 최대의 난류 억제 효과를 얻는다. 계속해서, 턴디쉬내의 강철조(steel bath)가 그 최고 높이로 복귀되면, 레들 스트림은 다시 막히고, 1차 돌출부의 중심에 더 이상 충격을 가하지 않을 것이다. 그러나, 고정 상태 주조중에는 난류 억제가 덜 중요하므로, 돌출부들에 대한 스트림의 충격의 위치가 최적의 위치가 아니더라도 심각한 영향을 미치지는 않는다.
제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 2차 돌출부들(26, 28, 30)이 제공된다. 2차 돌출부들의 높이는 1차 돌출부들의 높이보다 낮으며, 바람직하게는 인접하는 바깥쪽의 1차 돌출부 높이의 25 내지 75 퍼센트 범위 내이다. 2차 돌출부들은 인접하는 1차 돌출부들의 중간에, 바람직하게는 등거리에 위치한다. 또 다른 2차 돌출부들(26, 30)은 각각 가장 안쪽의 1차 돌출부의 안쪽 및 가장 바깥쪽의 1차 돌출부의 바깥쪽에 제공될 수 있다. 2차 돌출부들은 1차 돌출부들 사이에 형성된 재순환 포켓들 내에서의 용융 금속의 유동을 변경시켜 난류 억제 효율을 증가시킨다.
또한 바람직한 형태에서, 다수의 반경방향 돌출부들(32, 34, 36, 38)이 제공된다. 반경 방향 돌출부들은 레들 스트림의 조정 불량, 즉 중심점에서 벗어나거나 반경방향에서의 수직 방향에 대한 각도에서 레들 스트림이 불량조절됨으로 인해 발생되는 용융 금속의 소용돌이 유동을 바르게 배향되도록 한다. 이는 레들 스트림의 조정불량에 기인하는 용융 금속의 소용돌이에 의해 야기될 수 있는 난류를 억제한다.
1차, 2차 및 반경 방향 돌출부들의 단면 형태는 측벽들과 상부 가장자리 표면들의 접합지점에서 날카로운 구성부를 갖는 정사각 또는 직사각형이 바람직하다. 제조상의 용이함을 위해 약간 만곡된 것이 필요하다. 그러나, 가장 효과적인 난류 억제를 위해서는 약 1/8인치(3.1mm)의 최대 곡률 반경이 바람직하다. 둥글려진 단면 형태는 패드의 성능을 심하게 떨어뜨린다. 또한, 약간 바깥쪽으로 가늘어진 측벽이 제조시의 목적을 위해 필요하다.
제5도 및 제6도를 참조하면, 주입패드(50)가 첫번째 1차 돌출부(52), 두 번째 1차 돌출부(54) 및 세 번째 1차 돌출부(56)를 가지는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시된다. 첫번째 1차 돌출부는 위치(58)로부터 위치(60)까지 연장되어 있다. 두 번째 1차 돌출부는 위치(60)로부터 위치(62)까지 연장되어 있으며, 세 번째 1차 돌출부는 위치(62)로부터 위치(64)까지 연장되어 있다. 세 개의 1차 돌출부들은 함께 다음식에 의해 결정되는 연속적인 대수상의 나선형을 형성한다.
(r=반경(인치))
상기 식에 따른 대수상의 나선형에서 1차 돌출부들 사이의 간격은 2.0 내지 3.0 인치(50.8mm 내지 76.2mm)범위내에 있다. 세 개의 1차 돌출부들의 높이는 위치(59)에서의 0.25 인치(6.2mm)로부터 위치(64)에서의 2.5 인치(63.5mm)까지의 호형(arc)길이로 선형으로 증가한다. 돌출부의 높이는 제조의 편의상 위치(59)에서의 0.25 인치(6.2mm)로부터 위치(58)에서의 0까지 낮아진다. 돌출부의 두께는 그들의 최상부면(68)에서 1.5인치(38.1mm)이고 기부(70)(제6도 참조)에서 1.75 인치(44.0mm)이다. 또한, 다수의 반경방향 돌출부들(66)이 전술한 실시예에서와 유사하게 제공된다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명의 턴디쉬 난류 억제 패드는 용융된 금속의 주조용으로 이용되는 턴디쉬들, 특히 용융된 강철 및 다른 금속들의 연속 주조에서 이용되는 턴디쉬들에 적용 가능하다.
Claims (8)
- 금속 공급조내에 용융된 금속을 포함하기 위한 내화 바닥(14) 및 내화벽들(16), 용융 금속을 상기 공급조로부터 배출시키기 위해 상기 내화바닥(14)내에 장착된 노즐, 및 용융 금속의 스트림을 수용하기 위한 표면을 가지는 상기 공급조의 바닥에 설치된 내화패드(18)로 구성되는 금속 공급조로서, 상기 용융 금속의 스트림을 수용하기 위한 표면은, 상기 표면의 중심점 둘레에 동심으로 배열된 다수의 1차 돌출부들(23, 24, 52, 54, 56)을 가지고, 상기 1차 돌출부들은 상기 표면 근처의 용융 금속의 유동방향에 대하여 직각방향으로 길이방향으로 연장되며, 상기 1차 돌출부들 중 하나 이상은 상기 중심점 둘레에 360°길이방향으로 연장되며, 상기 1차 돌출부들의 높이는 6-80mm범위에 있으며, 인접한 1차 돌출부들 사이의 반경방향 간격은 1차 돌출부들 위의 대응하는 반경방향 지점에서 최상부 안쪽 가장자리면들 사이에서 측정될 때 상기 인접한 안쪽 1차 돌출부들의 높이의 2배 이상이며, 상기 1차 돌출부들은 용융 금속내에 반경방향 벽 분출을 형성할 수 있도록 하고 난류를 소산시키는 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
- 제1항에 있어서, 반경방향으로 바깥쪽의 1차 돌출부 각각의 높이가 인접한 안쪽의 1차 돌출부의 높이보다 더 큰 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 돌출부들은 편평한 상부면과 측벽면들을 가지며, 상기 측벽면들 각각은 상기 상부면에 대해 실질적으로 직각으로 결합되는 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
- 제1항에 있어서, 다수의 2차 돌출부들(26, 28, 30)이 상기 1차 돌출부들(23, 24)의 중간에 위치하고, 상기 2차 돌출부들의 높이는 그에 인접한 상기 1차 돌출부들의 높이보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
- 제1항에 있어서, 간격을 둔 다수의 반경방향 돌출부들(32, 34, 36, 38)이 인접한 1차 돌출부들 사이에 뻗어있는 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 돌출부들(23, 24)이 원형인 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 돌출부들(52, 54, 56)이 끝단과 끝단이 결합되어 나선형을 이루는 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
- 제7항에 있어서, 상기 1차 돌출부들의 높이가 상기 중심점 근처의 더 낮은 단부로부터 반경방향 바깥쪽의 더 높은 단부까지 점차 증가되는 것을 특징으로 하는 금속 공급조.
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