KR100244629B1 - 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이들(100)과 턴디쉬(101) 사이의 용강(99) 주입시 턴디쉬 슬래그 및 대기의 혼입을 억제하기 위하여 사용되는 롱노즐 본체의 하단부측 외주면에 외측으로 돌출한 턱을 형성하도록 구성함으로써, 노즐 본체 주위에서 발생하는 턴디쉬 슬래그 혼입을 억제하여 연속주조를 통해 생산된 레이들 주편의 청정도 및 실수율을 향상시킬 수 있는 효과를 가지는 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐을 제공한다.

Description

턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐

제1도는 롱노즐을 장착한 레이들-턴디쉬간 내화물의 구성을 보이는 개략도,

제2도는 종래의 롱노즐을 보이는 단면도,

제3도는 턴디쉬 슬래그의 용강중으로의 혼입경로,

제4도는 턴디쉬 슬래그의 용강중으로의 혼입기구(Mechanism),

제5도는 본 발명에 따른 제1 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐을 보이는 단면도,

제6도는 본 발명에 따른 제 2 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐을 보이는 단면도,

제7도는 종래의 롱노즐 사용시 턴디쉬 슬래그가 혼입되는 임계조건을 보이는 그래프도,

제8도는 본 발명에 따른 롱노즐 사용시 턴디쉬 슬래그가 혼입되는 임계조건을 보이는 그래프도,

제9도는 제7도와 제8도의 비교 그래프도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

99 : 용강(molten steel) 100 : 레이들(ladle)

101 : 턴디쉬(tundish) 104 : 용강 주입속도

105 : 롱노즐 침지깊이 106 : 턴디쉬 슬래그

110, 112 : 턱 111, 113 : 본체

114 : 턴디쉬 슬래그 혼입영역 115 : 턴디쉬슬래그 비(非)혼입영역

본 발명은 레이들과 턴디쉬 사이의 용강 주입시 롱노즐 주위에서 발생하는 턴디쉬 슬래그 및 대기의 혼입을 억제하는 롱노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 턴디쉬 롱노즐의 하단부의 외주면에 외측으로 돌출한 턱을 형성함으로써 노즐 본체 주위에서 발생하는 턴디쉬 슬래그 혼입을 억제하여 연속주조를 통해 생산된 레이들 주편의 청정도 및 실수율을 향상시킬 수 있는 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐에 관한 것이다.

턴디쉬(101)란, 레이들(100)과 몰드 사이에서 용강(99)을 보관하고 추가적인 정련 기능을 수행하는 곳이다.

일반적으로 탈산된 용강은 산소 분압이 매우 낮은 상태로 유지되어 있는 (약 1,56℃정도인)고온의 유체이기 때문에 대기에 일단 노출되면 재산화 현상등이 발생하게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해 레이들과 턴디쉬 사이의 용강 주입시에는 롱노즐(Long Nozzle)(102) 또는 아르곤 밀봉 상자(Ar sealing box)를 이용하여 대기로 부터의 노출을 차단하고 있으며, 턴디쉬와 몰드 사이의 용강 주입시에는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle)(103)을 설치하여 무산화(無酸化) 주조를 행하고 있는 것이 최근의 연속주조기술에서의 경향이다.

한편, 레이들과 턴디쉬 사이에서의 용강 보호를 위해 고안된 롱노즐(102)과 아르곤 밀봉 상자중에서는 취급의 용이성, 장치의 단순성으로 인해 현재에는 롱노즐이 보다 선호되어 범용적으로 쓰이고 있는 실정이며, 제 1도는 롱노즐을 장착한 경우 레이들-턴디쉬간 내화물의 구성을 나타낸 것이다. 제2도는 종래에 용강 재산화 방지를 위해 주로 사용하고 있는 롱노즐의 상세한 형상을 나타낸 것이다.

그러나, 롱노즐을 적용한 조업에 있어서도 턴디쉬 용강중으로의 롱노즐 침지깊이(105)가 얕거나 주입속도가 과도하게 큰 경우 노즐 주위에서의 용강/슬래그 계면 불안정이 발생하여 용강중으로 슬래그 혼입이 발생한다.

이러한 현상은 레이들 교환으로 인해 턴디쉬 탕면이 과도하게 낮아지고, 낮아진 용강 높이를 복구하기 위해 비교적 높은 주입속도로 작업이 실행된 레이들 연결주편에 있어서는 더욱 극심하다.

따라서, 연주 슬라브에 있어서 레이들 연결부는 정상부에 비해 그 품질이 상당히 열악한 상태이다.

전해추출공정을 통해 도출된 대형개재물량은 정상부의 2배 이상 수준이고 강중 전산소량도 정상부에 비해 3-5ppm이 높으며 강중 질소함유량도 2-5ppm이 높다. 이로인해 레이들 연결주편의 냉연 제강성 결함율은 당연히 높을 수 밖에 없어서 그 수치가 무려 중주편의 1.5배 수준에 달하고 있는 실정이다.

또한, 후공정 제품 및 최종 제품에서의 불량발생 가능성을 항상 내포하고 있음으로 인해 수요가의 요구 및 극박화, 심가공화 추세를 수용하지 못하게 된다.

현재까지 이러한 주편은 다른 용도로 전환되거나, 장시간 압연이 보류되거나, 표면 파쇄과정(scarfing)을 거쳐야 하므로 철강 생산성을 저하시키는 큰 요인으로 작용하고 있다.

제 3도에 주입속도가 과도하게 큰 경우 또는 롱노즐의 침지깊이(105)가 얕은 경우 발생하는 턴디쉬 슬래그(106)의 혼입경로를 나타내었다. 제 3도로 부터 알 수 있는 것처럼, 턴디쉬 슬래그의 용강중 혼입은 슬래그/용강 계면에서의 와류경로 (Vortex)(107)와 롱노즐 외벽을 따라 흘러 내려가는 경로(108)인 두가지 경로를 통해 발생된다.

턴디쉬 슬래그의 용강중 혼입에는 주입속도 및 롱노즐 침지깊이(105)가 다같이 영향을 미치나 일반적으로 볼때, 주입속도가 크면 와류경로(107)에 의한 슬래그 혼입이 지배적이며, 롱노즐의 침지깊이가 얕으면 상기 경로(108)에 의한 슬래그 혼입이 지배적으로 된다. 턴디쉬 롱노즐 주위에서의 슬래그 혼입을 방지하기 위해 현재까지 행하여져 왔던 대책으로는 교환 레이들의 도착 지연으로 인한 턴디쉬 용강높이의 하락방지, 주입속도의 조절등이 있으나 슬래그 혼입을 근본적으로 억제하기에는 역부족인 미봉책에 불과하였다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그목적은, 레이들 교환시를 비롯하여 턴디쉬 롱노즐의 침지깊이가 얕아졌거나 레이들-턴디쉬간 용강 주입속도가 과도하게 큰 경우 발생하는 턴디쉬 슬래그의 용강중 혼입현상을, 턴디쉬 롱노즐의 하단부의 외주면에 외측으로 돌출한 턱을 형성함으로써 억제하여 연속주조를 통해 생산된 레이들 주편의 청정도 및 실수율을 향상시킬 수 있는 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은, 레이들과 턴디쉬 사이의 용강 주입시 턴디쉬 슬래그 및 대기의 혼입을 억제하기 위하여 사용되는 롱노즐에 있어서, 파이프(Pipe)형 본체의 하단부측 외주면에 외측으로 돌출한 10-50mm의 링형상 턱을 형성함을 특징으로 하는 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐을 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

주입속도가 과도하게 크거나, 롱노즐의 침지깊이가 얕은 경우에 발생하는 턴디쉬 슬래그 혼입 기구를 제 4도에 나타내었다. 이는 롱노즐(102)과 인접한 슬래그/용강 계면에 있어 직접 토출류에 기인한 하향류(104)와 벽체나 둑(weir)을 경유하여 반전된 상향류(109)가 합쳐져 그 상승작용으로 슬래그의 혼입이 가속화된다.

즉, 턴디쉬 슬래그의 혼입처는 크게 롱노즐 주위에서 발생하는 와류경로(107)와 롱노즐 외벽을 따라 흘러 내려가는 경로(108)로서 구분할 수 있다.

따라서, 롱노즐 인접 영역의 제한된 용강에 대해 유체흐름의 국부적인 정체영역을 형성시킴으로써 와류발생을 억제하면 슬래그의 용강중 혼입을 크게 억제할 수 있음을 알 수 있다.

뿐만 아니라 노즐 외벽에 요철부가 존재하면, 외벽을 타고 빨려 내려감으로써 발생하는 슬래그 혼입을 억제하는데 효과적이다.

본 발명은 상기 현상에 근거하여 롱노즐 인접영역에 국부적인 용강의 정체영역을 형성시키고 슬래그가 내화물 노즐의 벽을 따라 흘러 내리는 현상을 억제할 수 있게 한 것이다.

즉, 본 발명을 보다 상세히 설명하면 턴디쉬 슬래그 혼입을 억제하는 장애물 턱을 종래의 롱노즐 하단부의 외주면에 부가한 것이다.

제 5도는 본 발명에 따른 제 1 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐을 나타내며, 파이프형 본체(111)의 하단부의 외주면에 10-50mm의 두께를 가지는 링을 삽입, 고정하여 턱(110)을 형성시킨 것으로써, 상기 턱(110)의 단면은 반원형, 원형, 사각형, 마름모형이며, 그 재질은 알루미나질 또는 알루미나-흑연질 내화물로 구성된다.

제 6도는 본 발명에 따른 제 2 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐을 나타내며, 파이프형 본체(113)를 제작할때 그 하단부의 외주면에 10-50mm의 턱(112)을 일체로 형성시킨 것으로써, 상기 턱(112)의 단면은 반원형, 사각형, 마름모형이며, 그 재질은 롱노즐 본체의 재질과 동일한 알루미나-흑연질 내화물로 구성된다.

[실시예]

본 발명의 작용효과를 알아보기 위하여 수모델실험을 행하였다.

실험을 행한 턴디쉬 수모델 장치는 실제 유동과 동점도적 상사조건 및 기하학적 상사조건, 동력학적 상사조건을 만족하도록 제작하였으며 척도비(원형의 특성길이/모형의 특성길이)는 4이다.

일반적으로 레이들 쉬라우드(ladle shroud)의 직경이 작고 침지깊이가 작을수록, 용강의 토출량이 클수록, 그리고 슬래그의 점도가 작을수록 턴디쉬 슬래그의 용강중 혼입은 가속화된다.

본 발명에서는 오일(oil)(슬래그)의 점도 및 레이들 쉬라우드 직경의 두 변수를 실제 조업조건으로 고정시키고 롱노즐 침지깊이 및 주입속도가 턴디쉬 오일 혼입에 미치는 영향을 조사하였다.

제 7도는 종래의 롱노즐(102) 사용시 슬래그 혼입이 발생하는 롱노즐 침지깊이 및 주입속도의 관계를 실제조건으로 환산하여 나타낸 것이고, 제 8도는 본 발명의 슬래그 혼입방지용 롱노줄을 사용시 턴디쉬 슬래그 혼입이 발생하는 임계주입속도와 임계침지깊이를 나타낸 그래프도이다. 침지깊이 및 주입속도와 관련된 혼입 임계조건은 S곡선의 형태로 나타난다.

종래의 롱노즐을 사용시에는 250mm의 롱노즐 침지깊이에서 주입속도 7ton/min 이상이면 언제나 슬래그 혼입이 발생하나 본 발명의 롱노즐을 사용시에는 250mm의 롱노즐 침지깊이에서 슬래그 혼입은 10ton/min 의 주입속도에서도 발생하지 않는다(도면에서 114는 턴디쉬 슬래그 혼입영역, 115는 턴디쉬슬래그 비(非)혼입영역을 나타낸다)

따라서, 본 발명의 롱노즐을 사용하면 용강으로 턴디쉬 슬래그 혼입을 크게 억제 가능함을 알 수 있다.

한편, 턱(110)(112)의 두께 치수가 10mm 미만인 경우에 턴디쉬 슬래그 혼입방지효과가 극히 적으며, 50mm이상인 경우 슬래그 혼입방지효과는 50mm 인 경우와 동일하나 그 취급만 곤란하므로, 상기 턱(110)(112)의 두께는 10-50mm가 적당하다.

상술한 바와같이 본 발명에 의한 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐에 따르면, 턴디쉬 롱노즐 주위에서 발생하는 턴디쉬 슬래그 혼입의 억제가 가능하고, 연속주조를 통해 생산된 레이들 연결주편의 청정도가 향상되며, 연속주조 주편의 실수율이 향상된다.

Claims (2)

1. 레이들(100)과 턴디쉬(101) 사이의 용강(99) 주입시 턴디쉬 슬래그 및 대기의 혼입을 억제하기 위하여 사용되는 롱노즐에 있어서, 파이프(Pipe)형 본체의 하단부측 외주면에 외측으로 돌출한 10-50mm의 링형상 턱을 형성함을 특징으로 하는 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐.
2. 제1항에 있어서, 상기 턱(110)은 파이프형 본체(111)에 끼워져 일체로 결합됨을 특징으로 하는 턴디쉬 슬래그 혼입방지용 롱노즐.