KR100265001B1 - 박슬라브용 평행주형내 침지노즐 - Google Patents

Abstract

탕면에서의 용강의 흐름에 의하여, 평행주형의 중앙 상부측에 적정한 정도 잠기도록 설치되어 용강을 하부측으로 토출하도록 된 침지노즐에 큰 힘이 가해지지 않도록 함으로서 그 파손을 방지하고 수명을 연장할 수 있으며, 특히 노즐이 잠기는 부근 용탕면의 높이차를 줄이므로 조업성과 품질성을 개선시킬 수 있도록 한 박슬라브용 평행주형내 침지노즐에 관한 것으로, 중앙에 용강유출구멍(12)을 형성한 몸체(10)의 외표면에 내화물로 된 덧붙힘부재(20)를 유선형으로 덧붙힘으로서 용강의 흐름에 대한 저항을 최소화하고, 노즐이 잠기는 부근 용탕면의 높이차를 개선함을 특징으로 한다.

Description

박슬라브용 평행주형내 침지노즐

본 발명은 박슬라브 연주기 에서 사용되어지는 침지노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탕면에서의 용강의 흐름에 의하여 침지노즐에 큰 힘이 가해지지 않도록 함으로서 파손을 방지하고 그 수명을 연장할 수 있으며, 특히 노즐이 잠기는 부근 용탕면 높이차를 줄이므로 조업성과 품질성을 개선하도록 한 박슬라브용 평행주형내 침지노즐에 관한 것이다.

1983년 이후 실용화되기 시작한 박슬라브 연주방법은 제1도에 도시한 바와같이 기존의 연주기에 비하여 얇은 주형(110)과 침지노즐(120)을 사용함으로서 4m/분 이상의 매우 빠른 속도로 40∼100mm 정도의 얇은 슬라브(150)를 연속적으로 생산하는 것이다.

그러나, 이러한 박슬라브 연주방법은 기존의 연주방법에 비하여 상당히 빠른 고속 주조를 행하게 되므로 수냉 주형에 의한 응고층 형성 시간이 짧아지기 때문에 응고층 두께가 상대적으로 얇아지고, 턴디쉬(130)의 하부측에 장착된 침지노즐(120) 출구에서는 용강의 속도가 매우 빨라지게 되므로 주형(110)내의 용강 유동이 불안정하게 되며, 용탕면에서의 높이차 및 속도도 커지게 된다. 따라서, 이러한 고속의 박슬라브 주조시 안정된 조업과 품질향상을 위하여는 용강 유동 및 탕면 거동의 안정화기술이 필요하게 된다.

주형 내부의 용강 유동의 형태 및 용탕면 거동은 주형과 침지노즐의 형태에 의하여 크게 좌우되어지는데, 현재 사용되고 있는 주형은 1983년 독일의 콜라코프스키가 발명한 깔대기형 주형(Bombated Mould)과 기존 연주기에서 폭을 좁힌 평행형 주형(Paralle1 Mould)으로 크게 분류되며, 주형에 따라 설치된 침지노즐은 서로 다른 용강 유동 및 냉각, 용탕면 거동 특성 등을 보이므로, 주형 형상에 따라 개별적으로 연구되고 설계된 적정한 침지노즐이 사용되고 있다.

특히, 상기에서 언급한 두가지 주형 형태중 평행형 주형인 경우에는 (기존에 사용되는)2공 노즐 대신 단공 직선형 노즐이 사용된다. 이러한 단공 직선형 노즐은 박슬라브 연주시 (2공 노즐을 사용한 경우에 비하여)노즐에서 토출되는 용강유동을 수직하게 유지하므로, 탕면의 속도를 감소시키며, 탕면 최대 높이차도 줄여주는 보다 안정적인 탕면 거동을 만드는 특성을 가진다.

그러나, 평행형 박슬라브 연주기에서 2공 노즐 대신에 단공 직선형 노즐을 선택함으로서 (탕면 속도 및 탕면 높이차 측면에서) 보다 안정적인 탕면 특성을 얻었으나, 기존 연주기에 비하여 빠른 노즐 출구 속도로 인하여 제2도에 도시한 바와같이 노즐 끝부분에서는 급격한 탕면 형상 변화가 여전히 관찰되고 있다. 이렇게 급격한 탕면의 높이 변화가 발생하게 되면 주형 용제(Mould Flux)의 균일한 유입을 불가능하게 하며, 상대적으로 얇은 두께의 응고층을 형성하는 등 여러 가지 문제점을 일으키게 된다. 예를들면, 슬라브가 주형을 벗어날 때, 내부 용강압에 의하여 주형 폭 방향으로 강판 인장력이 걸리게 되는데, (응고층 두께가 상대적으로 얇은)노즐 끝단에서는 단위면적당 더 큰 인장력이 작용하여, 크랙(Crack)이 발생하거나, 내압을 이기지 못하여 브레이크 아웃(Break-out)이 발생하기도 한다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 박슬라브를 연속적으로 주조하기 위한 평행형 박슬라브 연주기의 탕면에서의 용강의 흐름에 의하여 침지노즐에 큰 힘이 가해치지 않도록 함으로서 파손을 방지하고 그 수명을 연장할 수 있으며, 특히 노즐이 잠기는 부근 용탕면의 높이차를 줄이므로, 조업성과 품질성을 향상시키도록 한 박슬라브용 평행주형내 침지노즐을 제공함에 있다.

제1도는 일반적인 박슬라브용 평행주형내 침지노즐을 장착하여 구성된 설비의 요부를 도시한 개략 구성도.

제2도는 종래의 평행형 박슬라브 연주기에서의 탕면 형상 및 크랙발생상태를 도시한 문제점 도출도.

제3도는 종래의 평행형 박슬라브 연주기 내부와 탕면에서의 유동분포를 도시한 것으로,

제3(a)도는 전체적인 유동분포도.

제3(b)도는 노즐 근처의 탕면에서의 유동분포도.

제4도는 본 발명에 따른 박슬라브용 평행주형내 침지노즐을 도시한 단면상세도.

제5도는 종래의 침지노즐에 의한 노즐 근처의 탕면에서의 유동분포와 본 발명에 따른 침지노즐에 의한 노즐 근처의 탕면에서의 유동분포를 도시한 수치 해석 결과도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 침지노즐 10 : 몸체

12 : 용강유출구멍 20 : 덧붙힘 부재

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 발명은, 평행주형의 중앙 상부측에 적정한 정도 잠기도록 설치되어 용강을 하부측으로 토출함으로서 박슬라브의 연속주조가 가능하도록 하는 노즐에 있어서, 중앙에 용강유출구멍을 형성한 몸체의 외표면에 내화물로 된 덧붙힘부재를 유선형으로 덧붙힘으로서 용강의 흐름에 대한 저항을 최소화하고, 용탕면의 형상을 개선함을 특징으로 하는 박슬라브용 평행주형내 침지노즐을 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명자는 평행형 박슬라브 연주기에서 발생하는 노즐 끝부분에서의 급격한 탕면 형상 변화가 제3도에 도시한 바와같은 수치해석의 결과 노즐 주변에서의 속도장 변화에 기인함을 알았다. 즉, 도면에서 알 수 있듯이 노즐로부터 하부로 배출된 용강은 주형의 단변부에 충돌하여 탕면까지 상승하는 유동(181)을 가지며, 탕면에서 다시 노즐방향으로 이동하는 유동(182)을 가진다. 이러한 유동(182)은 노즐에 접근하면서 그 노즐에 의한 급격한 유동 단면의 감소에 의하여 증가하고 압력을 급격히 떨어지는 새로운 유동(183)을 보이게 되고, 이렇게 노즐을 지나면서 이루어지는 급격한 압력 강하와 속도 상승은 탕면 높이를 하강시키게 되며, 노즐 측면을 따라 흐를 때 압력이 회복되면서 탕면높이가 다시 상승하여, 결국 제2도에 도시한 바와같은 탕면형상을 형성하는 것이었다.

즉, 용강이 노즐을 지나면서 발생하는 급격한 압력변화를 완만하게 하는 것에 의하여 이러한 문제점이 해결될 수 있음을 알았고, 이를 위하여는 노즐의 단면형상을 변화시킴으로서 유동면적을 조정하여 압력과 용탕면의 변화를 완만하게 한다.

즉, 제4도에 도시한 바와같이 본 발명의 침지노즐(1)은 중앙에 용강유출구멍(12)을 형성한 몸체(10)의 외표면에 내화물로 된 덧붙힘부재(20)를 일체로 고정함으로서 전체적인 외표면 형상을 용강의 흐름에 대한 저항을 최소화할 수 있는 유선형으로 형성한다.

여기에서, 몸체(10)의 장변측 길이를 “A”, 단변측 길이를 “B”, 덧붙힘부재(20)에 의하여 형성되는 장변측 길이의 증가분을 “a”, 단변측 길이의 증가분을 “b”로 하여, 장변측 길이와 단변측 길이의 각각에 대하여 최초의 길이에 대한 1/10 내지 1/2의 증가분으로 덧붙힘부재(20)를 형성하는 것이 바람직하다.

즉, a/A = 1/10∼1/2, b/B=1/10∼1/2의 관계가 성립하는 조건에서 덧붙힘부재(20)가 몸체(10)의 외표면측으로 덧붙여져 전체적인 외표면 형상이 유선형을 이루도록 하고, 여기에서 “1/10”이상으로 한정한 이유는 그 이하로 하는 경우에는 용강의 흐름에 대한 저항이 크게 줄어들지 않아 요구하는 용탕안정화에 큰 효과가 없기 때문이며, “1/2”이하로 한정한 이유는 그 이상인 경우에는 제조의 문제점뿐만 아니라 용강과의 마찰 등에 의하여 쉽게 마모되어 파손되기 때문이다.

이렇게 유선형으로 침지노즐(1)을 형성하여 사용하게 되면 제3도에서 보여지는 유동(183)의 속도성분 변화가 보다 완만하여질 것이 예상되며, 따라서 압력의 변화도 크게 변화하지 않아 용탕의 높이 변화가 종래보다 적게 되어 그 안정성을 이룰 수 있는 것이다.

본 발명자는 이러한 침지노즐(1)에 의한 작용을 검증하기 위하여 널리 사용되고 있는 열유체 상용 프로그램인 피닉스코드(PHOENICS code)를 이용하여 수치해석을 행함으로서, 종래의 침지노즐과 서로 비교하였다.

비교대상으로서 종래의 침지노즐과, 본 발명의 한 예인, a/A = 2.9/10. b/B =2.1/10로 설정된 침지노즐로 하고, 주조속도를 4.5m/분으로 하여 제5도에 도시하였다. 이에 의하면 종래노즐을 사용하는 경우에는 노즐 끝부분에서 급격한 탕면 형상변화가 일어났으나, 본 발명에 의한 침지노즐을 사용하는 경우에는 그러한 탕면 형상변화가 현저히 제거된 것을 알 수 있다. 게다가, 전반적인 탕면높이차에 있어서도, 종래노즐에 비하여 44.4% 정도에 머무르는 것을 알 수 있었다.

상술한 바와같이 본 발명에 따른 박슬라브용 평행주형내 침지노즐에 의하면, 노즐의 외표면 형상을 용강의 흐름에 대한 저항이 최소화되도록 유선형으로 형성함으로서, 노즐의 외표면측을 흐르는 용강의 흐름을 보다 완만하게 하여 그에 의한 압력차를 감소시킴에 의하여 탕면의 급격한 변화를 방지한다.

이에 의하여 노즐부분에서의 상대적으로 얇은 응고층 두께로 인하여 발생하던 브레이크 아웃 또는 크랙의 발생을 방지함으로서 장폭방향으로 주형용제의 윤활능 향상 및 균일냉각효과 등을 가지며, 결과적으로 조업의 안정화 및 품질의 향상이 이루어지는 효과를 보유한다.

Claims (2)

1. 평행주형의 중앙 상부측에 적정한 정도 잠기도록 설치되어 용강을 하부측으로 토출함으로서 박슬라브의 연속주조가 가능하도록 하는 노즐에 있어서, 중앙에 용강유출구멍(12)을 형성한 몸체(10)의 외표면에 내화물로 된 덧붙힘부재(20)를 유선형으로 덧붙힘으로서 용강의 흐름에 대한 저항을 최소화하고, 용탕면의 형상을 개선함을 특징으로 하는 박슬라브용 평행주형내 침지노즐.
2. 제1항에 있어서, 몸체(10)의 장변길이(A)와 단변길이(B)에 대한 덧붙힘 부재(20)의 덧붙힘 길이(a)(b)는 각각 1/10 내지 1/2의 범위에 있게 함을 특징으로 하는 박슬라브용 평행 주형내 침지노즐.