KR100350526B1 - 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조를 갖는 캐스팅 노즐, 다양한 유효 유출 각도들을 갖는 다중 포트의 노즐 및 이를 통한 액상 금속의 유동방법 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 유입구, 적어도 하나의 상부 유출구(182) 및 적어도 하나의 하부 유출구(176)를 갖는 연장된 보어를 구비하는 캐스팅 노즐(170)을 통하여 액체 금속을 유동시키는 방법 및 장치가 개시된다. 배플(178)은 상기 상부 유출구(182)에 근접하여 배치되어 상기 보어를 통한 액체금속의 흐름을 적어도 하나의 외부흐름 및 중심부 흐름으로 분리하며, 상기 외부 흐름은 상기 상부 유출구(182)를 통하여 흐르며 상기 중심부 흐름은 배플(178)을 지나 상기 하부 유출구(176)를 향해 흐른다. 상기 배플(178)은 상기 외부 흐름과 상기 중심부 흐름 사이에서 분리된 액체 금속의 비율을 할당하도록 적응되어, 상기 상부 유출구를 통해 유출되는 외부 흐름의 유효 유출각도가 상기 캐스팅 노즐을 통한 액체 금속의 유동 처리량을 토대로 하여 변화한다.

Description

다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조를 갖는 캐스팅 노즐, 다양한 유효 유출 각도들을 갖는 다중 포트의 노즐 및 이를 통한 액상 금속의 유동방법 {CASTING NOZZLE WITH DIAMOND-BACK INTERNAL GEOMETRY AND MULTI-PART CASTING NOZZLE WITH VARYING EFFECTIVE DISCHARGE ANGLES AND METHOD FOR FLOWING LIQUID METAL THROUGH SAME}

예를 들면, 50 내지 60㎜의 두께 및 975 내지 1625㎜의 폭을 갖는 강(예를 들면, 슬래브(slab))의 연속 주조에 있어서, 캐스팅 또는 잠입형 유입 노즐이 흔히 사용된다. 상기 캐스팅 노즐은 몰드 내로 액상 강이 유동할 때에 그 액상 강을 내부에 수용해서, 그 액상 금속을 잠입 방식으로 상기 몰드 내로 도입시킨다.

상기 캐스팅 노즐은 그 일측단부에 단일 유입구를 갖고 그 타측단부 또는 그 부근에 하나 또는 두 개의 유출구들을 구비한 통상적인 파이프이다. 유입 영역과 유출 영역 사이의 캐스팅 노즐의 내부 보어는 흔히 단순한 축대칭인 원통형의 파이프부이다.

상기 캐스팅 노즐은 25 내지 40㎜의 폭 및 150 내지 250㎜의 전형적인 유출구의 치수를 갖는다. 상기 노즐의 유출구 영역은 단순히 파이프부의 개방 단부로 될 수 있다. 또한, 상기 노즐은 파이프의 단부가 폐쇄되어 있는 노즐의 측벽에 대향 배치되는 2개의 유출구들을 합체시킬 수 있다. 상기 대향 배치된 유출구들은 용융 강의 유동을 수직면에 대하여 10∼90°사이의 겉보기 각도로 편향시킨다. 상기 노즐 유입구는 액상 금속의 공급원에 연결된다. 연속 주조 공정에 있어서 액상 금속의 공급원은 턴디쉬(tundish)라고 불리워진다.

캐스팅 노즐을 사용하는 목적은:

(1) 액상 금속을 공기에 노출시키지 않고 턴디쉬로부터 몰드 내로 액상 금속을 운반하고;

(2) 액상 금속을 몰드 내에 고르게 분배하여 열수축 및 고상화된 껍질 형성을 균일하게 하며; 그리고

(3) 우수한 매끄러움을 부여하면서 표면 결함 형성의 포텐셜(potential)을 최소화하기 위하여 특히 메니스커스(meniscus)에서 과도한 난류(turbulence) 없이 액상 금속을 몰드로 조용하면서 부드러운 방법으로 공급하는 것이다.

상기 턴디쉬로부터 캐스팅 노즐 내로의 액상 금속의 유동 비율은 다양한 방법으로 조절될 수 있다. 상기 유동 비율을 조절하기 위한 보다 통상적인 두 가지 방법들은: (1) 정지봉(stopper rod) 및 (2) 슬라이드 게이트(slide gate) 밸브에 의해 이루어진다. 어느 사례에서도, 노즐은 턴디쉬 정지봉 또는 턴디쉬 슬라이드 게이트와 짝을 이루어야 하고, 노즐의 유입구 영역 내의 캐스팅 노즐의 내부 보어는 대체로 원통형이며, 반경을 그리거나 점점 가늘어질 수 있다.

지금까지 종래 기술의 캐스팅 노즐들은, 그것들이 몰드에서 액상 강 속에 적절하게 잠입되어 그것들이 물리적으로 완전한 경우에, 전술한 첫 번째 목적을 달성한다.

그렇지만, 종래 기술의 노즐들은 전술한 두 번째 및 세 번째 목적을 충분하게 달성하지 못한다. 예를 들면, 도 19 및 도 20은 폐쇄 단부를 구비하되 유출구가 2개인 종래 기술의 캐스팅 노즐에 대한 전형적인 설계를 예시한다. 이러한 노즐은 유출구 흐름을 대향하는 2개의 유출구 흐름들로 분할시키도록 되어 있다. 이러한 형태의 노즐이 갖는 첫 번째 문제는 유출구들의 이용가능한 영역을 충분하게 사용하지 못하게 하는 보어 내의 흐름의 가속 및 강력한 유출의 형성이다. 두 번째 문제는 노즐의 하부 영역 내에서 급작스런 유동의 방향 변경으로 인한 제트 진동 및 불안정한 몰드 유동 패턴이다. 이러한 문제들은 몰드 내의 고른 유동 분포를 부여하지 못하며, 과도한 난류를 야기한다.

도 20은 테이퍼진 흐름 분할기 단부를 구비하되 유출구가 2개인 종래 기술의 캐스팅 노즐의 선택적인 설계를 예시한다. 테이퍼진 흐름 분할기는 유출 제트 안정성의 향상을 의도한다. 그러나, 이러한 설계는 도 18의 설계가 직면했던 상술한 문제점들과 동일한 문제점들을 갖는다. 상기 두 경우에 있어서, 보어를 따라 노즐의 유출구 영역을 향하여 유동하는 액상 금속의 관성력이 너무 커서 흐름을 편향시키지 못하고 유출구들의 최상부에서 흐름의 분리 없이 유출구들을 채우게 된다. 따라서, 유출 제트들이 불안정해지며, 진동이 생성되고 난류가 발생한다.

더욱이, 겉보기 편향각도는 달성되지 못한다. 실제의 편향각도는 상당히 작다. 또한, 유출구에서 흐름의 프로파일은 그 유출구들의 상부에서는 유동 속력이 느리고 상기 유출구들의 하부에 인접한 곳에서는 유동 속력이 빠르기 때문에 유출구들에서 흐름의 형태가 매우 불균일하다. 이러한 노즐들은 메니스커스 또는 용융 강의 표면에서 상대적으로 큰 정상파를 생성하며, 메니스커스 또는 용융 강의 표면에는 윤활성을 위해 몰드 플럭스(flux) 또는 몰드 파우더(powder)가 덮혀진다. 이러한 노즐들은 몰드의 일측단부에 인접한 메니스커스가 반복적으로 상승 및 하강하고 몰드의 타측단부에 인접한 메니스커스는 반복적으로 하강 및 상승하는 상기 정상파의 진동을 더욱 야기한다. 종래 기술의 노즐들은 또한 간헐적인 표면 소용돌이를 생성한다. 상술한 모든 효과는 그 품질을 저하시키는 강 슬래브의 몸체에서 몰드 플럭스의 비말 동반을 야기하는 경향이 있다. 상기 정상파의 진동은 메니스커스에서 혹은 그 부근에서 몰드를 통하여 불안정한 열전달의 원인이 된다. 이러한 효과는 강의 껍질 형성의 균일성 및 몰드 파우더의 윤활성에 유해한 영향을 미치며, 구리 몰드 내에 응력을 야기시킨다. 상기 효과들은 주조 속도가 증가함에 따라 더욱 더 심해지며, 이에 따라 원하는 품질의 강을 생산하기 위해서는 주조 속도를 제한할 필요성이 대두된다.

이제, 도 17을 참조하면, 유럽특허출원 제0403808호에 개재된 노즐과 유사한 노즐(30)이 도시되어 있다. 종래 기술로부터 알 수 있는 바와 같이, 용융 강은 턴디쉬로부터 밸브 내지 정지봉을 통하여 원형의 유입 파이프부(30b)로 흐른다. 노즐(30)은 원형으로부터 직사각형으로의 주전이부(34)를 구비한다. 상기 노즐(30)은 두 개의 흐름들을 수직면에 대하여 ±90°의 겉보기 각도로 편향시키는 평판 흐름 분할기(32)를 더 포함한다. 그러나, 상기 편향각도는 실제로 단지 ±45°가 된다. 또한, 배출구들(46, 48)에서 유동 속력은 균일하지 않다. 주전이부(34)의 오른쪽으로 갈라지는 측벽(34c)에 인접하여, 유출구(48)로부터의 유동 속력은 627 벡터로 표시한 바와 같이 상대적으로 느리다. 유출구(48)로부터의 최대 유동 속력은 622 벡터로 나타낸 바와 같이 흐름 분할기(32) 바로 근처에서 발생한다. 마찰로 인하여, 621 벡터로 나타낸 바와 같이 분할기(32)에 인접하여서는 유동속력은 약간 낮아진다. 유출구들(46, 48)로부터의 불균일한 유동 속력은 난류을 초래한다. 더욱이, 유출구들(46, 48)로부터의 흐름은 20 내지 60초의 주기를 가진 ±20°의 낮은 주파수 진동을 나타낸다. 유출구(46)에서 최대 유동 속력은 유출구(48)로부터의 622 벡터에 대응하는 602 벡터로 표시된다. 602 벡터는 2개의 극단치 사이를 진동하며, 그중 하나는 수직면으로부터 65°로 변위된 602a 벡터이고, 다른 하나는 수직면으로부터 25°로 변위된 602b 벡터이다.

도 17a에 도시한 바와 같이, 유출구들(46, 48)로부터의 흐름은 서로에 대하여 90°를 유지하는 경향이 있으므로, 유출구(46)로부터의 유출은 수직면으로부터 65°로 편향되어 602a 벡터로 표시될 때, 유출구(48)로부터의 유출은 수직면으로부터 25°로 편향되어 622a 벡터로 표시된다. 도 17a에 도시된 바와 같이 진동의 일극단에 있어서, 오른쪽 몰드 단부에서의 메니스커스(M2)가 약간만 상승하는 반면 몰드(54)의 왼쪽 단부에서의 메니스커스(M1)는 상당히 상승된다. 상기 효과는 분료성을 위해 상당히 과장되어 표시되었다. 일반적으로, 메니스커스의 최하 레벨은 노즐(30) 근처에서 발생한다. 매분당 3톤(ton)의 주조 속도에 있어서, 메니스커스는 대체로 높이가 18 내지 30㎜인 정상파를 나타낸다. 도시된 진동의 양극단에 있어서, 왼쪽 몰드 단부에서 커다란 크기 및 얕은 깊이의 시계방향의 순환(C1)이 있고, 오른쪽 몰드 단부에서 비교적 작은 크기 및 비교적 깊은 깊이의 반시계방향의 순환(C2)이 있다.

도 17a 및 도 17b에 도시한 바와 같이, 노즐(30) 근처에서는, 몰드의 폭이 노즐을 수용할 정도로 증가된 몰드 융기 영역(B)이 있고, 이 영역은 19㎜의 전형적인 내화물 벽 두께를 갖는다. 도 17a에 나타낸 바와 같이 진동의 극단에 있어서, 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르되 노즐(30)의 전방 및 후방의 상기 융기 영역에 이르는 큰 표면 흐름(F1)이 존재한다. 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르되 상기 융기 영역을 향하는 작은 표면 흐름(F2)도 존재한다. 간헐적인 표면 소용돌이(V)는 노즐(30)의 우측에 인접한 몰드 융기 영역의 메니스커스에서 발생한다. 유출구들(46, 48)에서의 매우 불균일한 속력 분포, 메니스커스에서의 큰 정상파, 상기 정상파의 진동 및 상기 표면 소용돌이는 모두 주조 강의 품질을 저하시키는 몰드 파우더 또는 몰드 플럭스의 비말 동반을 일으키는 경향이 있다. 또한, 강의 껍질 형성이 불안정하고 불균일해지며, 윤활성에 해로운 영향을 미치고, 메니스커스에서 또는 그 근처에서 구리 몰드 내의 응력이 발생된다. 이러한 모든 효과는 빠른 주조 속도를 악화시킨다. 상술한 종래 기술의 노즐들은 주조 속도의 감속을 요구한다.

도 17을 다시 참조하면, 상기 흐름 분할기는, 독일공화국 특허출원 DE 3709188호에 최초로 기재된 바와 같이, 그 측면이 수평면으로부터 12°의 각도로 배치되고, ±78°의 겉보기 편향각도를 제공하는 156°의 각도를 갖는 선행 연부(leading edge)를 포함하는 둔각 삼각형의 웨지(32c)를 선택적으로 구비한다. 그러나, 실제 편향각도는 대략 ±45°이며, 상기 노즐은 전술한 바와 동일한 단점들을 갖는다.

도 18을 참조하면, 노즐(30)은 10 내지 20°범위의 겉보기 편향각도를 갖는 독일공화국 특허출원 DE 4142447호에 기재된 노즐과 유사하다. 유입 파이프(30b)로부터의 흐름은 그 발산하는 측벽들(34c, 34f) 및 삼각형의 흐름 분할기(32)에 의해 형성되는 ±20°의 겉보기 편향각도를 갖는 것으로 도시된 주전이부(34)로 유입된다. 흐름 분할기(32)가 생략될 경우, 유출구들(46, 48)에 인접한 최종 흐름의 등위 퍼텐셜(equipotential)은 50으로 나타낸다. 등위 퍼텐셜(50)은 유입 파이프(30b)의 축선(S)에 인접한 중심부 영역에서는 0의 곡률을 가지며, 노즐의 우측 및 좌측면들(34c, 34f)과 직교하는 교차부에서 최대의 곡률을 나타낸다. 중심부에서 흐름의 용적은 무시해도 좋은 편향을 보이며, 상기 측면들에 인접한 흐름만이 ±20°의 편향을 나타낸다. 흐름 분할기가 없을 경우, 유출구들(46, 48)에서의 평균 편향은 1/4 이하이며, ±20°의 겉보기 편향의 1/5 또는 20%일 것이다.

그 경우의 벽 마찰을 무시하면, 참조번호 64a는 노즐의 좌측면(34f)에 인접한 흐름을 나타내는 합성 벡터 및 유선을 의미하며, 참조번호 66a는 노즐의 우측면(34c)에 인접한 흐름을 나타내는 합성 벡터 및 유선을 의미한다. 유선의 시작점 및 편향은 상기 벡터의 시작점 및 편향에 대응하며, 유선의 길이는 벡터의 길이에 대응된다. 유선들(64a, 66a)은 물론 몰드 내의 액체 및 노즐(30)로부터 유출되는 액체 사이의 난류속으로 사라진다. 짧은 흐름 분할기(32)가 삽입될 경우, 이는 실질적으로 2차원 흐름을 가지는 절단체(truncated body)로서 기능한다. 상기 절단체에 인접한 벡터-유선들(64, 66)은 상기 벡터-유선들(64a, 66a)보다 높은 속력을 나타낸다. 상기 유선들(64, 66)은 물론 흐름 분할기(32)의 하류인 저압의 하류 속으로 사라진다. 이 저압의 하류는 분할기(32)에 인접한 흐름을 하방으로 전환시킨다. 상기 후자의 독일공화국 특허출원에서는 주전이부(34)의 길이의 21% 정도인 삼각형의 분할기(32)가 도시되어 있다. 이는 겉보기 편향부 근처의 어느 곳에도 충분하게 달성하기 어려우며, 주전이부(34)의 길이에 따라 증가하는 보다 긴 길이의 삼각형 분할기를 요구한다. 충분한 측면 편향부가 없을 경우, 용융 강이 몰드 내로 내던지게 되는 경향이 있다. 이러한 점은, 몰드 단부에서 메니스커스의 높이 증가에 의해서가 아니라, 노즐의 전방 및 후방에 있는 융기부에서 메니스커스의 함몰부의 증가에 의해 정상파의 진폭을 증가시키며, 그 경우에 매니스커스로부터의 흐름이 상기의 융기부로부터 액체를 동반하면서 부압을 생성한다.

종래의 노즐들은 흐름 분할기를 제공함으로써, 흐름들 사이의 정압력(positive pressure)에 의해 흐름들을 편향시키게 되어 있다.

노즐의 제조 공정의 불규칙성, 흐름 분할의 흐름 상류의 확산 또는 감속에 대한 대비의 부족 그리고 유출구들(46, 48)로부터 발산되는 흐름들의 낮은 주파수 진동으로 인하여, 흐름의 중심 유선은 대체로 도 18의 삼각형의 흐름 분할기(32)의 꼭지점에 충돌하지 않는다. 이 대신에, 정체점(stagnation point)이 대체로 분할기(32)의 일측면 내지 다른 하나의 측면 상에 위치한다. 예를 들면, 정체점이 분할기(32)의 좌측면 상에 있을 경우, 분할기(32)의 우측면 상에는 흐름의 층상(層狀)의 분리가 발생한다. 분리 "거품(bubble)"은 분할기(32)의 우측면상의 흐름의 편향각도를 감소시키며, 유출구(48)로부터의 흐름중에 난류를 더 유도하게 된다.

본 발명은 캐스팅 또는 잠입형 유입 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 금속을 캐스팅 노즐을 통해 몰드 내로 도입하는 것과 관련된 유동 거동을 개선한 캐스팅 또는 잠입형 유입 노즐에 관한 것이다.

본 명세서의 일부이고, 본 명세서와 함께 해석될 첨부 도면들에서는, 유사한 참조번호가 여러가지 도면의 유사한 부품을 지칭하는 데에 사용된다.

도 1은 육각형의 작은 각도로 발산하되 확산부를 갖는 주전이부 및 적당한 말단 굴곡부를 구비하는 제1 캐스팅 노즐에 대한 도 2의 1-1 선을 따라 취한 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 1a는 원형의 선행 연부를 갖는 바람직한 흐름 분할기를 후방에서 바라본 부분 단면도이다.

도 1b는 감속부 및 확산부를 갖는 주전이부 및 유출 흐름의 편향부를 구비하는 또 다른 실시예에 따른 캐스팅 노즐에 대한 도 2b의 1b-1b 선을 따라 취한 또 다른 축방향 단면도이다.

도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취한 우측에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 2a는 도 1b의 2a-2a 선을 따라 취한 축방향 단면도이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 3-3 평면을 따라 취한 하방에서 바라본 단면도이다.

도 3a는 도 1b 및 도 2a의 3a-3a 평면을 따라 취한 단면도이다.

도 4는 도 1 및 도 2의 4-4 평면을 따라 취한 하방에서 바라본 단면도이다.

도 4a는 도 1b 및 도 2a의 4a-4a 평면을 따라 취한 단면도이다.

도 5는 도 1 및 도 2의 5-5 평면을 따라 취한 하방에서 바라본 단면도이다.

도 5a는 도 1b 및 도 2a의 5a-5a 평면을 따라 취한 단면도이다.

도 6은 도 1 및 도 2의 6-6 평면을 따라 취한 하방에서 바라본 단면도이다.

도 6a는 도 1 및 도 2의 6-6 평면을 따라 취한 하방에서 바라본 또 다른 단면도이다.

도 6b는 도 13 및 도 14와 도 15 및 도 16의 6-6 평면을 따라 취한 하방에서 바라본 단면도이다.

도 6c는 도 1b 및 도 2a의 6a-6a 평면을 따라 취한 단면도이다.

도 7은 일정한 면적의 원형에서 직사각형으로의 전이부, 육각형의 작은 각도로 발산하되 확산부를 갖는 주전이부 및 적당한 말단 굴곡부를 구비하는 제2 캐스팅 노즐을 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 8은 도 7의 노즐을 우측에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 9는 원형에서 정사각형으로의 적당한 확산부를 갖는 전이부, 육각형의 중간 각도로 발산되어 일정한 유동 영역을 갖는 주전이부 및 낮은 말단 굴곡부를 구비하는 제3 캐스팅 노즐을 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 10은 도 9의 노즐을 우측에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 11은 원형에서 정사각형으로 및 정사각형에서 직사각형으로의 높은 전체적인 확산부를 갖는 전이부, 육각형의 큰 각도로 발산되어 감소하는 유동 영역을 갖는 주전이부 그리고 말단 굴곡부가 없는 제4 캐스팅 노즐을 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 12는 도 11의 노즐을 우측에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 13은 도 1의 노즐과 유사하나 직사각형의 주전이부를 구비하는 제5 캐스팅 노즐을 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 14는 도 13의 노즐을 우측에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 15는 직사각형의 작은 각도로 발산하되 확산부를 갖는 주전이부, 상기 주전이부 내의 작은 유동 편향부 그리고 큰 말단 굴곡부를 구비하는 제6 캐스팅 노즐을 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 16은 도 15의 노즐을 우측에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 17은 종래의 노즐을 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 17a는 도 17의 노즐에 의해 발생되는 몰드 유동 패턴을 나타내기 위하여 후방에서 바라본 단면도이다.

도 17b는 메니스커스의 곡면을 하방에서 바라본 단면도로써, 도 17의 노즐에 의해 발생되는 표면 유동 패턴을 나타내는 도면이다.

도 18은 다른 종래 기술의 노즐을 후방에서 바라본 축방향 단면도이다.

도 19는 또 다른 종래 기술의 노즐의 축방향 단면도이다.

도 20은 도 19에 도시된 종래 기술의 노즐의 부분 측단면도이다.

도 21은 또 다른 종래 기술의 노즐의 축방향 단면도이다.

도 22는 도 21에 도시된 종래 기술의 노즐을 화살표(A) 방향에서 바라본 평면도이다.

도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐스팅 노즐의 축방향 단면도이다.

도 24는 도 23의 A-A 선을 따라 취한 도 23의 단면을 나타내는 도면이다.

도 25는 도 23의 B-B 선을 따라 취한 도 23의 단면을 나타내는 도면이다.

도 26은 도 23에 도시된 캐스팅 노즐의 축방향 부분 측단면도이다.

도 27은 도 23에 도시된 캐스팅 노즐의 축방향 측단면도이다.

도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐스팅 노즐의 축방향 단면도이다.

도 29는 도 28에 도시된 캐스팅 노즐의 축방향 측단면도이다.

도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐스팅 노즐의 축방향 단면도이다.

도 30a는 도 30의 A-A 선을 따라 취한 도 30의 단면을 나타내는 도면이다.

도 30b는 도 30의 B-B 선을 따라 취한 도 30의 단면을 나타내는 도면이다.

도 30c는 도 30의 C-C 선을 따라 취한 도 30의 단면을 나타내는 도면이다.

도 30d는 도 30의 D-D 선을 따라 취한 도 30의 단면을 나타내는 도면이다.

도 30e는 도 30의 화살표(EE) 방향에서 바라본 도 30에 도시된 캐스팅 노즐의 유출구의 부분 평면도이다.

도 31은 도 30에 도시된 캐스팅 노즐의 축방향 측단면도이다.

도 32는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐스팅 노즐의 축방향 단면도이다.

도 32a는 도 32의 A-A 선을 따라 취한 도 32의 단면을 나타내는 도면이다.

도 32b는 도 32의 B-B 선을 따라 취한 도 32의 단면을 나타내는 도면이다.

도 32c는 도 32의 C-C 선을 따라 취한 도 32의 단면을 나타내는 도면이다.

도 32d는 도 32의 D-D 선을 따라 취한 도 32의 단면을 나타내는 도면이다.

도 32e는 도 32의 E-E 선을 따라 취한 도 32의 단면을 나타내는 도면이다.

도 33은 도 32에 도시된 캐스팅 노즐의 축방향 측단면도이다.

도 34a는 도 32에 도시한 캐스팅 노즐의 축방향 단면도로써, 적은 유동 처리량의 유출 제트의 유효 유출각도들을 설명하기 위한 도면이다.

도 34b는 도 32에 도시한 캐스팅 노즐의 축방향 단면도로써, 중간 처리량의 흐름을 가진 유출 제트의 유효 유출각도들을 설명하기 위한 도면이다.

도 34c는 도 32에 도시한 캐스팅 노즐의 축방향 단면도로써, 많은 유동 처리량의 유출 제트의 유효 유출각도들을 설명하기 위한 도면이다.

도 35는 본 발명의 선택적인 실시예에 따른 캐스팅 노즐의 축상의 단면도이다.

도 35a는 도 35의 A-A 선을 따라 취한 도 35의 단면도이다.

도 35b는 도 35의 B-B 선을 따라 취한 도 35의 단면도이다.

도 35c는 도 35의 C-C 선을 따라 취한 도 35의 단면도이다.

도 35d는 도 35의 D-D 선을 따라 취한 도 35의 단면도이다.

도 35e는 도 35의 E-E 선을 따라 취한 도 35의 단면도이다.

도 35f는 도 35의 화살표(QQ) 방향에서 바라본 도 35에 도시한 캐스팅 노즐의 상부 유출구의 부분 평면도이다.

도 35g는 도 35의 화살표(RR) 방향에서 바라본 도 35에 도시한 캐스팅 노즐의 하부 유출구의 부분 평면도이다.

도 36은 도 35에 도시한 캐스팅 노즐의 축방향 측단면도이다.

따라서, 본 발명의 일 목적은, 캐스팅 노즐을 통한 몰드 내로 액상 금속의 유입과 관련된 유동 거동을 개선한 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 노즐의 보어 내에서 흐름을 개별적이면서 독립적인 흐름들로 다단계로 분리함으로써, 노즐을 통하여 흐르는 액상 금속의 관성력이 분할되고 우수하게 조절되는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 흐름 분리의 완화, 이에 따른 난류의 감소, 유출제트의 안정화, 그리고 독립적인 흐름들을 위한 원하는 편향각도의 달성에 이르는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 그 내부를 통과하는 액상 금속의 흐름을 확산시키거나 감속시키고, 따라서 노즐로부터의 유출 제트를 안정화시키기 위하여 상기 흐름의 관성력을 감소시키는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 유출구에서의 속력 분포를 더욱 균일화시키기 위하여, 흐름들의 편향이 곡선형상의 말단 굴곡부에 의한 것과 같이 흐름들의 외측 부분들에 인가된 부압에 의해 부분적으로 달성되는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 축방향의 대칭 흐름을 갖는 원형의 단면으로부터 상기 원형 단면의 지름보다 작은 두께 및 원형 단면의 지름보다 큰 폭을 가지되, 벽과의 마찰을 무시하면 전이부 전체에 걸쳐 대체로 균일한 속력 분포를 갖는 면대칭 흐름을 가진 신장된 단면까지의 주전이부를 포함하는 캐스팅 노즐을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 주전이부 내에서 유동 편향의 효율을 증가시키기 위하여 육각형 단면의 주전이부를 갖는 캐스팅 노즐을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 유출구로부터의 흐름의 속력을 감소시키고 난류를 줄이기 위하여 유입 파이프 및 유출구 사이에서의 확산부를 구비하는 캐스팅 노즐을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 유출구로부터의 흐름의 속력을 감소시키고 유출구에서의 속력의 부동성 및 유선(streamline)의 속도의 균일성을 향상시키기 위하여 단면의 주전이부의 단면부 내에 흐름의 감속부 또는 확산부를 구비하는 캐스팅 노즐을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 흐름 분할 없이 정체점에서 변화를 허용하기 위하여 원형의 선행 연부가 제공된 흐름 분할기를 포함하는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 융기된 또는 크라운 형상의 몰드 내의 유효한 공간을 보다 효과적으로 이용하고, 그 내부에서 개선된 흐름의 패턴을 촉진시키는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 캐스팅 노즐의 중심축 부근의 보어를 위한 내부 단면적을 연부들 보다 더 크게 제공하는 다면형의 내부 기하학적 구조를 갖는 보어를 포함하는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유동 특성들을 저하시키지 않고 범용적인 범위의 작업 유동 처리량을 달성하는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상부 유출구들로부터 유출되는 외측 흐름들의 유효 유출각도가 캐스팅 노즐을 통한 액상 금속의 처리량을 토대로 하여 변화하도록 외측 흐름들과 중심 흐름 사이에서 분리된 흐름을 조화시키는 배플들을 갖는 캐스팅 노즐을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적들 및 기타 장점들은, 적어도 하나의 유입구, 적어도 하나의 상부 유출구 및 적어도 하나의 하부 유출구를 갖는 신장된 보어를 구비하는 캐스팅 노즐을 통한 액상 금속의 유동 장치 및 방법으로 달성된다. 배플은 상기 상부 유출구에 근접하여 위치하여 상기 보어를 통한 액상 금속의 흐름을 적어도 하나의 외측 흐름과 중심 흐름으로 분리하며, 상기 외측 흐름은 상기 상부 유출구를 통하여 흐르고 상기 중심 흐름은 상기 배플을 지나 상기 하부 유출구를 향하여 흐른다. 상기 배플은 상기 외측 흐름 및 중심 흐름 사이에서 분리된 액상 금속의 비율을 할당시키도록 되어 있어서 상기 상부 유출구를 통하여 유출되는 외측 흐름의 유효 유출각도는 상기 캐스팅 노즐을 통한 액상 금속의 처리량을 토대로 하여 변화한다.

바람직하게는, 상기 외측 흐름들의 유효 유출각도는 처리량이 증가함에 따라 증가한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배플들은, 상기 캐스팅 노즐을 통한 액체의 전체 흐름의 약 15∼45%, 가장 바람직하게는 25∼40%가 상기 외측 흐름에 할당되고 상기 노즐을 통한 액체의 전체 흐름의 약 55∼85%, 가장 바람직하게는 60∼75%가 상기 중심 흐름에 할당되도록 되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 상부 유출구들의 이론적인 유출각도는 수평면으로부터 아래 방향으로 약 0∼25°이며, 가장 바람직하게는 수평면으로부터 하방으로 약 7∼10°이다.

상기 캐스팅 노즐은, 중심축, 적어도 하나의 유입구 및 적어도 하나의 유출구를 갖는 보어를 구비할 수 있으며, 상기 캐스팅 노즐의 보어는 상기 중심축 부근의 단면이 상기 보어의 연부들 부근보다 큰 보어를 제공하기 위하여 신장된 부분을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 신장된 부분은 적어도 두 개의 굴곡면들을 포함하며, 상기 굴곡면들은 각기 상기 중심축에 대하여 실제적으로 평행하게 교차되는 평면상의 한 점으로부터 상기 보어의 하연부를 향하여 연장된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 굴곡면들은 최상위 연부 및 중심 연부를 구비하며, 적어도 두 개의 상기 최상위 단부들이 서로 인접하여 대체로 상기 유입구를 향하여 꼭지점을 형성한다. 바람직하게는, 각 굴곡면의 상기 중심 연부는, 수평 단면 내에서 굴곡면의 최상위 연부에 비하여 상기 캐스팅 노즐의 길이 방향의 수평축으로부터 더 떨어져 있다.

상술한 본 발명의 목적들 및 기타 이점들은, 유입구 및 적어도 두 개의 유출구들을 갖는 신장된 보어를 포함하는 캐스팅 노즐을 통하여 액상 금속을 유동시키는 장치 및 방법에 의하여 달성된다. 제1 배플은 하나의 유출구에 근접하여 위치하고, 제2 배플은 다른 하나의 유출구에 근접하여 위치한다.

상기 배플들은 액상 금속의 흐름을 두 개의 외측 흐름들 및 하나의 중심 흐름으로 분리하고, 상기 두 개의 외측 흐름들을 실제 대향하는 방향으로 편향시킨다. 상기 배플들의 하류에 위치한 흐름 분할기는 상기 중심 흐름을 두 개의 내측 흐름들로 분리하고, 상기 배플들과 협력하여 상기 두 개의 내측 흐름들을 상기 두 개의 외측 흐름들이 편향되는 방향과 실제적으로 동일한 방향으로 편향시킨다.

바람직하게는, 상기 외부 및 내측 흐름들은 상기 흐름들이 상기 유출구 중 적어도 하나로부터 유출되기 전 또는 후에 재합류한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배플들은 수직면으로부터 대략 20∼90°의 편향각도로 상기 외측 흐름들을 편향시킨다. 바람직하게는, 상기 배플들은 수직면으로부터 대략 30°의 각도로 상기 외측 흐름들을 편향시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배플들은 상기 두 개의 외측 흐름들이 편향되는 방향과 다른 방향으로 상기 두 개의 내측 흐름들을 편향시킨다. 바람직하게는, 상기 배플들은 수직면으로부터 대략 45°의 각도로 상기 두 개의 외측 흐름들을 편향시키고, 수직면으로부터 대략 30°의 각도로 상기 두 개의 내측 흐름들을 편향시킨다.

상술한 본 발명의 목적들 및 기타 이점들은 첨부된 도면들을 참조로 하여 하기의 실시예들에 의해서 보다 명확하게 설명될 것이다.

도 1b 및 도 2a를 참조하면, 캐스팅 노즐은 대체로 참조번호 30으로 나타낸다. 도 1b 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 노즐의 상단부는 하방으로 연장하는 원형의 파이프 보어(30b)로 끝나는 유입구(30a)를 포함한다. 파이프부(30b)의 축선(axis)은 상기 노즐의 축선(S)으로 간주된다. 파이프부(30b)는, 도 3a에서도 볼 수 있는 바와 같이, 원형의 단면을 갖는 3a-3a의 평면으로 종결된다. 흐름(flow)은, 대체로 참조번호 34로 표시하고 4개의 벽들(34a, 34b, 34c, 34d)을 구비하는 주전이부(main transition)로 유입된다. 측벽들(34a, 34b)은 각기 수직면으로부터 소정의 각도로 발산한다. 전방벽들(34c, 34d)은 후방벽(34a, 34b)과 함께 수렴한다. 도 3a, 도 4a, 도 5a 및 도 6c에 도시한 바와 같이 상기 전이부(34)가 대체로 원형의 단면적으로부터 대체로 신장된 면대칭의 단면적으로 변화되는 한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 전이부(34)가 임의의 형상 또는 면대칭의 단면적으로 형성될 수 있으며, 상기한 벽들(6개의 벽들 중 4개)을 갖는 형상 또는 본 명세서에 기술된 단면적만을 한정할 필요가 없다는 것을 알 수 있을 것이다.

원뿔 형상의 2차원 디퓨저(diffuser)를 위해서는 초기의 흐름의 분리에 기인하는 과도한 압력 손실을 피하기 위하여 원뿔 형상의 개선(開先) 각도를 대략 8°로 제한하는 것이 통상적이다. 이에 대응하여 1차원 직사각형의 디퓨저에 있어서는, 대향하는 한 쌍의 벽들이 평행하고, 대향하는 다른 한 쌍의 벽들은 16°를 넘지 않는 개선 각도로 갈라져야 한다. 즉, 하나의 벽에 있어서는 축선으로부터 8°를 더하며, 이에 대향하는 벽에 있어서는 8°를 감한다. 예를 들면, 도 1b의 발산하는 주전이부(34)에 있어서, 2.65°의 전방벽들의 평균 수렴각도 및 5.2°의 측벽들의 발산각도는 10.4 - 5.3 = 5.1°정도의, 대략 8°보다 작은, 동등한 1차원 측벽들의 발산 각도를 얻는다.

도 4a, 도 5a 및 도 6c는 각기 도 1b 및 도 2a의 3a-3a 평면 아래에 배치된 4a-4a 평면, 5a-5a 평면 및 6c-6c 평면의 단면도들이다. 도 4a는 큰 반경에서 4개의 각(角) 모서리들을 나타내고, 도 5a는 중간 반경에서 4개의 각 모서리들을 나타내며, 도 6c는 작은 반경에서 4개의 각 모서리들을 나타낸다.

흐름 분할기(32)는 상기 전이부 아래에 배치되고, 따라서 두 개의 축선(35, 37)이 생성된다. 흐름 분할기(32)의 개선 각도는 대체로 출구벽들(38, 39)의 발산각도와 동등하다.

3a-3a 평면의 면적은 각진 2개의 출구들(35, 37)의 면적보다 크고, 상기 출구들(35, 37)로부터의 흐름은 원형 파이프부(30b) 내의 흐름보다 낮은 속력을 갖는다. 이러한 흐름의 평균속력의 감소는 노즐로부터 몰드로 유입되는 액체에 의해 유발되는 난류(turbulence)를 감소시킨다.

전체 편향은 주전이부(34) 내에서 생기는 편향과 출구벽들(38, 39)의 발산에 의해 생기는 편향의 합계가 된다. 975 내지 1625㎜ 또는 38 내지 64 인치(inch) 범위의 폭과 50 내지 60㎜ 범위의 두께를 갖는 얇은 슬래브의 연속 주조에 있어서, 대략 30°의 전체 편향각도는 거의 최적이라는 것을 알 수 있었다. 상기 최적 편향각도는 상기 슬래브의 폭에 좌우되며 몰드 융기부(B)의 길이, 폭 및 깊이에 어느 정도까지 의존한다. 전형적인 벌지는 800 내지 1100㎜의 길이, 150 내지 200㎜의 폭 및 700 내지 800㎜의 깊이를 가질 수 있다.

이제, 도 1 및 도 2를 참조하면, 또 다른 캐스팅 노즐은 대체로 참조번호 30으로 표시한다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 노즐의 상단부는 하방으로 연장하는 76㎜의 내부 직경을 갖는 원형의 파이프(30b)로 끝나는 유입구(30a)를 구비한다. 파이프부(30b)의 축선은 상기 노즐의 축선(S)으로 간주된다. 파이프부(30b)는, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 원형의 단면 및 4536㎟의 넓이를 갖는 3-3 평면으로 종결된다. 흐름은 대체로 참조번호 34로 표시되며 바람직하게는 6개의 벽들(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f)을 갖는 주전이부로 유입된다. 측벽들(34c, 34f)은 수직면으로부터 각기 소정의 각도, 바람직하게는 10°의 각도로 발산한다. 전방벽들(34d, 34e)은 후방벽들(34a, 34b)과 마찬가지로 서로에 대해 작은 각도로 배치된다. 이러함 점은 다음에서 상세하게 설명한다. 전방벽들(34d, 34e)은 각기 수직면으로부터 대략 3.8°의 평균각도로 후방벽들(34a, 34b)과 함께 수렴된다.

원뿔 형상의 2차원 디퓨저에 있어서는, 초기의 흐름의 분리에 기인하는 과도한 압력 손실을 피하기 위하여 원뿔의 개선 각도를 대략 8°로 한정하는 것이 통상적이다. 이에 대응하여, 1차원 직사각형의 디퓨저에 있어서는, 대향하는 한 쌍의 벽들이 평행하며, 대향하는 다른 한 쌍의 벽들은 16°를 넘지 않는 개선 각도로 발산해야 한다. 즉, 하나의 벽에 있어서는 축선으로부터 8°를 더하며, 이에 대향하는 벽에 있어서는 8°를 감한다. 도 1의 확산하는 주전이부(34)에 있어서, 3.8°의 전방 및 후방벽들의 평균 수렴각도는 10－3.8＝6.2°정도의, 대략 8°보다 작은, 동등한 1차원 측벽들의 발산각도를 얻는다.

도 4, 도 5 및 도 6은 각기 도 1 및 도 2의 3-3 평면보다 100㎜, 200㎜ 및 351.6㎜ 아래에 배치된 4-4 평면, 5-5 평면 및 6-6 평면의 단면도들이다. 전방벽들(34e, 34d) 사이의 개선 각도는, 후방벽들(34a, 34b) 사이의 개선 각도와 같이 180°보다 약간 작다. 도 4는 큰 반경에서 4개의 각(角) 모서리들을 나타내고, 도 5는 중간 반경에서 4개의 각 모서리들을 나타내며, 도 6은 작은 반경에서 4개의 각 모서리들을 나타낸다. 후방벽들(34a, 34b)의 교차면에는 전방벽들(34d, 34e)의 교차면처럼 필렛(filet) 또는 반지름이 제공될 수도 있다. 유동로의 길이는 도 4에서는 111.3㎜이고, 도 5에서는 146.5㎜이며, 도 6에서는 200㎜이다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 선택적으로, 6-6 평면의 단면은 반지름이 거의 0인 4개의 각 모서리들을 가질 수도 있다. 전방벽들(34e, 34d) 및 후방벽들(34a, 34b)은 그들의 교차면의 선을 따라 6-6 평면 아래에서 흐름 분할기(32)의 팁(32a) 쪽으로 17.6㎜ 아래방향으로 연장한다. 따라서, 각각의 수평면에 대하여 ±10°의 각도로 배치되는 2개의 유출구(35, 37)가 생성된다. 도 6a에 나타낸 바와 같이, 상기 전이부(34)가 6-6 평면에서 예리한 각 모서리를 갖는다고 할 때, 각각의 유출구들은 직사각형의 형상으로 101.5㎜의 경사길이와 28.4㎜의 폭 그리고 5776㎟의 전체면적을 갖는다.

상기 각진 2개의 출구들(35, 37)의 면적에 대한 3-3 평면 내의 면적의 비는 π/4＝0.785이며, 유출구들(35, 37)로부터의 흐름은 원형의 파이프부(30b) 내에서의 속력의 78.5%를 갖는다. 이러한 흐름의 평균속력의 감소는 노즐로부터 몰드로 유입되는 액체에 의해 유발되는 난류를 감소시킨다. 유출구들(35, 37)로부터의 흐름은 각기 굴곡된 직사각형의 파이프부들(38, 40)로 유입된다. 주전이부(34) 내의 흐름이 측벽들(34c, 34f)에 인접해서는 높은 유동 속력을 갖고 축선에 인접해서는 낮은 속력을 갖는 두 개의 흐름으로 실제적으로 분리되는 사실은 이어서 서술될 것이다. 이러한 사실은 ±10°에 근접할수록 주전이부(34) 내에서 반대 방향으로 흐름이 굴곡되는 것을 수반한다. 상기 굴곡된 직사각형 파이프들(38, 40)은 20°의 각도까지 상기 흐름을 추가로 굴곡시킨다. 상기 굴곡된 부분은 선들(39, 40)로 종결된다. 하류는 굴곡된 부분들(38, 40)로부터 유출되는 속력분포를 거의 균등하게 하는 곧은 직사각형의 파이프부들(42, 44)이다. 포트들(46, 48)은 각기 곧은 부분들(42, 44)의 출구들이다. 굴곡된 부분들(38, 40)의 내측벽들(38a, 40a)은 각기 상당한 곡률반경을 가질 것이 요구되며, 외측벽들(38b, 40b)의 곡률반경의 반을 넘지 않는 것이 바람직하다. 내측벽들(38a, 40a)은 100㎜의 반지름을 가질 수 있으며, 외측벽들(38b, 40b)은 201.5㎜의 반지름을 갖게 된다. 외측벽들(38b, 40b)은 20°의 개선 각도를 갖는 예리한 선행 연부를 구비한 흐름 분할기(32)에 의해 형성된다. 또한, 흐름 분할기(32)는 곧은 직사각형 부분(42, 44)의 벽들(42b, 44b)을 형성한다.

내측벽(38a, 40a)에 인접하면 낮은 압력이 생성되어 높은 속력이 형성되는 반면, 외측벽(38b, 40b)에 인접하면 높은 압력이 생성되어 낮은 속력이 형성된다. 굴곡된 부분들(38, 40)에서 이러한 속력의 프로파일은 도 17 및 도 18에 나타낸 종래의 노즐들과는 반대가 된다. 곧은 부분들(42, 44)은 굴곡된 부분들(38, 40)의 내측벽(38a, 40a)에 인접하여 높은 속력 및 낮은 압력의 흐름을 낮은 속력 및 높은 압력을 확산시키는 벽들(42a, 44a)을 따라 상당한 거리까지 가능하게 한다.

전체 편향은 주전이부(34)에서 야기되는 10°및 굴곡된 파이프부(38, 40)로부터 야기되는 20°를 포함하여 ±30°이다. 975 내지 1625㎜ 또는 38 내지 64 인치 범위의 폭을 갖는 슬래브의 연속 주조에 있어서, 이러한 전체 편향각도는 거의 최적이라는 것을 알 수 있었다. 상기 최적 편향각도는 상기 슬래브의 폭에 좌우되며 몰드 융기부(B)의 길이, 폭 및 깊이에 어느 정도까지 의존한다. 전형적인 융기부는 800 내지 1100㎜의 길이, 150 내지 200㎜의 폭 및 700 내지 800㎜의 깊이를 가질 수 있다. 물론, 도 6에 도시한 6-6 평면내의 부분에서, 파이프부들(38, 40, 42)은 더 이상 완전한 직사각형이 되지는 않으나, 대체로 그러한 형상으로 된다. 도 6에 있어서, 측벽들(34c, 34f)은 곧은 부분이 없는 실제적으로 반원형으로 됨을 알 수 있다. 후방벽들(34a, 34b)의 교차면은 도면의 명확성을 향상시키기 위하여 선(line)을 따라 매우 예리하게 나타내었다. 도 2에 있어서, 도 6a와 같이 정사각형의 각 모서리인 경우에, 340b 및 340d는 전방 및 후방벽들(34b, 34d)에 대한 측벽(34c)의 교차면을 나타낸다. 그렇지만, 6-6 평면의 4개의 각(角) 모서리들 상류가 둥글어지기 때문에 선들(340b, 340d)은 사라진다. 후방벽들(34a, 34b)은 서로에 대해 반대 방향으로 비틀리며, 이러한 비틀림은 3-3 평면에서는 0이 되고 6-6 평면에서는 거의 최대가 된다. 전방벽들(38a, 42a)은 같은 모양으로 비틀린다. 벽들(38a, 42a, 40a, 44a)은 주전이부(34)의 측벽들(34f, 34c)에 대응하여 깔때기 모양으로 확장되는 것으로 여겨진다.

도 1a를 참조하면, 둥근 선행 연부를 구비한 흐름 분할기가 확대 도시되어 있다. 굴곡된 벽들(38b, 40b)은 각기 5㎜, 예를 들면, 201.5㎜에서 196.5㎜로 줄어든 반경으로 제공된다. 이러한 사실은, 일 예를 들면, 층상의 분리를 발생시키지 않고 정체점의 원하는 범위를 수용하기 위하여 충분한 곡률 반경의 둥근 선행 연부를 형성하는 범위 내에서 10㎜ 이상의 두께를 만들게 된다. 흐름 분할기(32)의 팁(32b)은 수직 반장축의 반타원(semi-elliptical)의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 팁(32b)은, 예를 들면, 최대 두께의 30% 익현(翼弦) 위치에 앞서 NACA 0024 대칭 날개부처럼 에어포일(airfoil)의 외형을 갖는다. 이에 대응하여, 출구들(35, 37)의 폭은 5776㎟의 출구 넓이를 유지하기 위해 1.5㎜로부터 29,9㎜까지 증가될 수 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 노즐의 원형 파이프부(30b)의 상부는 절단 도시되어 있다. 3-3 평면에서 단부는 원형이다. 16-16 평면은 3-3 평면보다 50㎜ 아래이다. 단면부는 세로가 76㎜이고 가로가 59.7㎜인 직사각형이며, 따라서 전체 넓이는 다시 4536㎟이다. 3-3 평면 및 16-16 평면 사이의 원형으로부터 직사각형으로의 전이부(52)는 흐름의 확산이 일어나지 않기 때문에 상대적으로 짧다. 전이부(52)는 17-17 평면으로 종결되는 직사각형 파이프(54)의 25㎜ 높이에 연결되어 확산되는 주전이부(34)에 유입되기 전에 완전한 직사각형인 전이부(52)로부터의 흐름을 안정화시킨다. 주전이부(34)는 도 6a에 도시한 바와 같이 단면이 완전히 육각형인 17-17 평면 및 6-6 평면들 사이에서 351.6㎜의 높이를 다시 갖는다. 측벽들(34c, 34f)은 수직면으로부터 10°의 각도로 발산하며 전방 및 후방벽들은 평균각도, 이 경우에 있어서는 수직면으로부터 대략 2.6°의 각도로 수렴한다. 이에 상당하는 1차원 디퓨저의 벽 각도는 대략 10°- 2.6°- 7.4°이며, 이러한 각도는 일반적으로 사용되는 최대 8°보다 여전히 작다. 상기 직사각형 파이프부(54)는 원할 경우, 생략될 수 있고 따라서, 전이부(52)가 직접 주전이부(34)에 연결된다. 6-6 평면에 있어서, 그 길이는 다시 200㎜이고 벽들(34c, 34f)에 인접한 폭은 다시 28.4㎜이다. 상기 노즐의 중심선에서 그 폭은 어느 정도 넓어진다. 4-4 평면 및 5-5 평면의 단면부들은 4개의 각(角) 모서리들이 둥근 대신에 예리하다는 점을 제외하면 도 4 및 도 5에 도시한 바와 유사하다. 후방벽들(34a, 34b) 및 전방벽들(34d, 34e)은 6-6 평면 17.6㎜ 아래의 점에서 흐름 분할기(32)의 팁(32a)과 만나는 선을 따라 교차한다. 각진 직사각형 출구들(35, 37)은 전체 출구 면적이 5776㎟이 되는 각기 101.5㎜의 경사길이와 28.4㎜의 폭을 다시 갖는다. 전방벽(34b) 및 후방벽(34d)의 비틀림은 도 8에서 분명하게 나타낸다.

도 1 및 도 2에서와 같이 도 7 및 도 8에 있어서, 전이부(34)의 출구들(35, 37)로부터의 흐름은 각기 수직면에 대해 20°의 부가적인 각도로써 흐름들이 각기 전환되는 직사각형의 전환 부분들(38, 40)을 지나서 곧은 직사각형 균등 부분들(42, 44)을 지난다. 상기 부분들(42, 44)로부터의 흐름은 다시 수직면에 대하여 ±30°의 전체 편향각도를 갖는다. 흐름 분할기(32)의 선행 연부는 다시 20°의 개선 각도를 갖는다. 상기 흐름 분할기(32)가 둥근 선행 연부 및 도 1a와 같은 반타원형 또는 에어포일의 형상인 팁(32b)을 구비하는 것이 바람직하다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 원형으로부터 정사각형으로 확산되는 전이부(56)가 3-3 및 19-19 평면들 사이에 존재한다. 19-19 평면의 면적은 76²= 5776㎟이다. 3-3 및 19-19 평면들 사이의 거리는 75㎜이며, 이는 그 벽이 축선에 대하여 3.5°의 각을 이루며, 벽들 사이의 전체 개선 각도는 7.0°인 원뿔 형상의 디퓨저에 상당한다. 전이부(34)의 측벽들(34c, 34f)은 수직면으로부터 20°의 각도로 발산하는 반면, 후방벽들(34a, 34b)과 전방벽들(34d, 34e) 한 쌍의 유출구들(35, 37)이 수평면에 대하여 20°의 각도로 배치되는 방법으로 수렴한다. 20-20 평면은 19-19 평면보다 156.6㎜ 아래에 위치한다. 이 평면에 있어서, 벽들(34c, 34f) 사이의 길이는 190㎜이다. 후방벽들(34a, 34b) 및 전방벽들(34d, 34e)의 교차선은 20-20 평면의 34.6㎜ 아래로 분할기(32)의 팁(32a)까지 연장된다. 상기 두 개의 각진 직사각형 유출구들(35, 37)은 각기 101.1㎜의 경사 길이 및 28.6㎜의 폭을 가지며, 유출구 면적은 19-19 평면에서 전이부의 유입구 면적과 동일한 5776㎟의 넓이를 갖는다. 전이부(34) 내에서는 순수한 확산은 일어나지 않는다. 상기 유출구들(35, 37)에 직사각형의 전환 부분들(38, 40)이 배치되어, 이 경우에 있어서, 10°의 부가적인 각도로써만 흐름을 각기 편향시킨다. 흐름 분할기(32)의 선행 연부는 40°의 개선 각도를 갖는다. 전환 부분들(38, 40)에는 각각 곧은 직사각형 부분들(42, 44)이 뒤따른다. 한편, 상기 부분들(38, 40)의 내측벽들(38a, 40a)은 외측벽들(38b, 40b)의 반경인 201.1㎜의 거의 반인 100㎜의 반지름을 가질 수 있다. 전체 편향은 다시 ± 30°이다. 바람직하게는, 흐름 분할기(32)는 둥근 선행 연부 및 팁(32b)을 구비하며, 상기 팁(32b)은 벽들(38b, 40b)의 반경을 감소시키고, 원할 경우에는 유출구들(35, 37)의 폭을 상응하게 증가시킴에 따라서 반타원형 또는 에어포일의 외형을 가진다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 3-3 평면에서 그 단면은 다시 원형이며, 19-19 평면에 있어서 그 단면은 정사각형이다. 3-3 및 19-19 평면들 사이에 원형으로부터 정사각형으로 확산하는 전이부(56)가 위치한다. 한편, 3-3 평면과 19-19 평면의 간격을 75㎜로 만들어서 디퓨저(58) 내의 분리는 제거된다. 또 한편, 19-19 평면 내의 면적은 76²＝5776㎟이다. 19-19 평면과 21-21 평면 사이에는 1차원 정사각형으로부터 직사각형으로의 디퓨저가 위치한다. 21-21 평면에 있어서 그 길이는 (4/π)×76＝96.8㎜이며, 그 폭은 76㎜로써 7354㎟의 면적을 갖는다. 또한, 방산기(58)의 높이는 75㎜이며, 그 측벽들은 수직면으로부터 7.5°의 각도로 발산한다. 주전이부(34)에 있어서, 각 측벽들(34c, 34f)의 발산 각도는 수직면으로부터 30°이다. 그러한 큰 각도를 갖는 흐름 분리에 대항하기 위하여, 전이부(34)는 알맞은 압력 변화도를 제공하며, 그러한 점에서 유출구들(35, 37)의 면적이 21-21 유입 평면 내부 보다 작아진다. 21-21 평면 보다 67.8㎜ 아래에 있는 22-22 평면에 있어서, 그 벽들(34c, 34f) 사이의 길이는 175㎜이다. 각진 유출구들(35, 37)은 각기 101.0㎜의 경사길이 및 28.6㎜의 폭을 가짐으로써, 출구 면적은 5776㎟이 된다. 후방벽들(34a, 34b) 및 전방벽들(34d, 34e)의 교차선은 분할기(32)의 팁(32a) 쪽으로 22-22 평면 아래로 50.5㎜ 연장된다. 전이부(34)의 유출구들(35, 37)에 두 개의 곧은 직사각형 부분들(42, 44)이 배치된다. 상기 부분들(42, 44)은 상당히 연장되어 전이부(34) 내의 편향 손실을 복구한다. 개재하는 전환부들(38, 40)은 존재하지 않으며, 편향 각도는 주전이부(34)에 의해 제공된 바와 같이 다시 거의 ±30°가 된다. 흐름 분할기(32)는 60°의 각도를 갖는 선행 연부를 구비한 삼각형의 웨지이다. 바람직하게는, 분할기(32)는 둥근 선행 연부 및 팁(32b)을 구비하며, 상기 팁(32b)은 벽들(42a, 42b)이 바깥쪽 방향으로 이동하여 분할기(32)의 밑변의 길이가 증가함에 따라 반타원형 또는 에어포일 외형을 갖는다. 디퓨저(58) 내의 압력 상승은 마찰을 무시하면 주전이부(34) 내의 압력 강하와 동등하다. 유출구들(35, 37)의 폭을 증가시킴으로써, 유동 속력은 전이부(34) 내에서 알맞은 압력 변화도를 달성하는 동안 더 감소될 수 있다.

도 11에 있어서, 참조번호 52는 주전이부(34)의 유출구들(35, 37) 근처에서의 유동 등위 퍼텐셜(equipotential)을 나타낸다. 상기 등위 퍼텐셜(52)이 벽들(34c, 34f) 쪽으로 직각으로 연장되며, 여기서의 곡률은 0이 되는 것에 유념토록 한다. 등위 퍼텐셜(52)이 전이부(34)의 중심으로 접근함에 따라서, 곡률은 더욱 커지고 축선(S)에 상응하여 전이부(34)의 중심에서 최대가 된다. 따라서, 전이부의 육각형의 단면은 전이부(34) 자체 내에서 흐름 유선들을 변화시킨다. 육각형의 주전이부의 평균 편향 효율은 ⅔ 이상이며, 아마 측벽들에 의해 발생하는 겉보기 편향의 ¾또는 75%가 될 것이다.

도 1 및 도 2와 도 7 및 도 8에 있어서, 주전이부 내에서의 10°로부터 2.5°의 손실은 굴곡된 부분들 및 곧은 부분들에서 거의 완전히 회복된다. 도 9 및 도 10에 있어서, 주전이부 내에서의 20°로부터 5°의 손실은 굴곡된 부분들 및 곧은 부분에서 거의 회복된다. 도 11 및 도 12에 있어서, 주전이부 내에서의 30°로부터 7.5°의 손실은 연장된 곧은 부분들에서 대부분 회복된다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 주전이부(34)가 후방벽들(34a, 34b) 및 전방벽들(34d, 34e)의 4개의 벽들만을 갖는 도 1 및 도 2의 변형이 도시되어 있다. 6-6 평면의 단면은 도 6b에 나타낸 바와 같이 대체로 직사각형이다. 선택적으로, 상기 단면은 곡률반경이 0인 예리한 모서리들을 가질 수도 있다. 선택적으로, 측벽들(34c, 34f)은 도 17b에 도시한 바와 같이, 곧은 부분이 없는 반원형의 단면을 가질 수 있다. 4-4 및 5-5 평면들의 단면들은, 물론 후방벽들(34a, 34b)이 동일선상에 있으며 전방벽들(34e, 34d)도 그러하다는 제외하면 점을 대체로 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같다. 유출구들(35, 37)은 모두 6-6 평면 내에 위치한다. 참조번호 35a인 선은 전환부(38) 쪽으로 각진 유입구를 나타내며, 참조번호 37a의 선은 전환부(40) 쪽으로 각진 유입구를 나타낸다. 흐름 분할기(32)는 20°의 개선 각도를 갖는 예리한 선행 연부를 구비한다. 전이부(34)의 왼쪽 및 오른쪽 부분들 내의 흐름의 편향도들은 측벽들(34c, 34f)의 10°의 각도의 20%이거나, 또는 평균 편향도의 ±2°일 것이다. 전환부들(38, 40)의 각진 유입구들(35a, 37a)은 흐름이 전이부(34) 내에서 편향되었다는 것을 상정한다. 전환부들(38, 40) 뿐만 아니라 이어지는 곧은 부분들(42, 44)은 전이부(34) 내에서의 8°의 편향도 손실의 대부분을 회복시키지만, 그러나 유출구들(46, 48)로부터의 편향도가 ±30°만큼 커지는 것을 기대할 수 는 없다. 분할기(32)는 둥근 선행 연부 및 도 1a에 도시한 바와 같이 반타원형 내지 에어포일의 외형을 갖는 팁(32b)을 구비하는 것이 바람직하다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 것과는 또 다른 노즐이 도시되어 있다. 전이부(34)는 다시 후방벽들(34a, 34b) 및 전방벽들(34d, 34e)의 4개의 벽들만을 갖는다. 6-6 평면의 단면은 도 6b에 도시한 바와 같은 둥근 모서리들을 구비하거나, 선택적으로 예리한 모서리들을 갖는 직사각형의 형상이 될 수 있다. 4-4 및 5-5 평면들의 단면들은 후방벽들(34a, 34b)이 동일선상에 있고 전방벽들(34d, 34e)도 그렇다는 것을 제외하면 대체로 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같다. 유출구들(35, 37)은 모두 6-6 평면 내에 위치한다. 본 실시예에 있어서, 유출구들(35, 37)에서의 편향각도들은 0°라고 추정된다. 전환부들(38, 40)은 각기 해당되는 흐름을 30°의 각도까지 편향시킨다. 이 경우, 흐름 분할기(32)가 예리한 선행 연부를 가진다면 개선 각도의 끝은 그 특성으로 0°가 되며, 이러한 구조는 비실용적이다. 따라서, 벽들(38b, 40b)이 감소된 반경을 가짐으로써, 흐름 분할기(32)의 선행 연부는 둥글게 되며, 팁(32b)은 반타원형의 형상 또는 바람직하게는 에어포일의 외형을 갖는다. 전체 편향도는 전환부들(38, 40)에 의해서만 제공되는 바와 같이 ±30°이다. 곧은 부분들(42, 44)의 유출구들(46, 48)은 수평면으로부터 30° 이하의 각도로 배치되며, 이 각도는 수직면에 대한 유동 편향도이다.

벽들(42a, 44a)은 벽들(42b, 44b)보다 상당히 길다. 벽들(42a, 44a)에 인접한 압력 구배가 바람직하지 못하기 때문에 확산을 위해서는 보다 긴 길이가 제공된다. 도 15 및 도 16의 곧은 부분들(42, 44)은 도 1과 도 2, 도 7과 도 8, 도 9와 도 10 및 도 13과 도 14에도 이용될 수 있다. 그러한 곧은 부분들은 도 11 및 도 12에도 이용될 수 있지만, 그러나 그 이득은 그리 크지 않다. 전환부들(38, 40)의 처음 삼분의 일을 위해서 벽들(38a, 40a)은 대응하는 측벽들(34f, 34c) 보다 덜 뚜렷한 편향도를 제공한다. 그렇지만, 그 하류에서 깔때기 형상의 벽들(38a, 40a)과 깔때기 형상의 벽들(42a, 44a)은 대응하는 측벽들(34f, 34c) 보다 더욱 뚜렷한 편향도를 제공한다.

성공적으로 시험된 구조인 도 13 및 도 14와 유사한 초기의 설계에 있어서, 측벽들(34c, 34f)은 각기 수직면으로부터 5.2°의 발산각도를 가졌고, 후방벽들(34a, 34b) 및 전방벽들(34d, 34e)은 각기 수직면으로부터 2.65°의 각도로 수렴하였다. 3-3 평면에 있어서, 흐름의 단면은 76㎜의 직경을 갖는 원형이었다. 4-4 평면에 있어서, 흐름의 단면은 4개의 28.5㎜의 반경을 갖는 4개의 모서리들을 위해 95.5㎜ 정도 길어지고 66.5㎜ 정도 넓어졌다. 5-5 평면에 있어서, 그 단면은 19㎜ 반경의 모서리들을 위해 115㎜ 길어지고 57.5㎜ 넓어졌었다. 5-5 평면 아래로 151.6㎜ 대신 150㎜ 아래에 배치된 6-6 평면에 있어서, 그 단면은 5㎜ 반경의 모서리들을 위해 144㎜ 길어지고 43.5㎜ 넓어졌으며, 유동 면적은 6243㎟이었다. 전환하는 부분들(38, 40)은 생략되었다. 곧은 부분들(40, 42)의 벽들(42a, 44a)은 6-6 평면 내에서 측벽들(34f, 34c)과 각기 교차되었다. 상기 벽들(42a, 44a)은 다시 수직면으로부터 30°의 각도로 발산하였고, 6-6 평면 아래 일곱 번째 수평면 쪽으로 95㎜ 하방으로 연장되었다. 삼각형 흐름 분할기(32)의 60°의 개선 각도를 갖는(도 11 참조) 예리한 선행 연부는 상기 일곱 번째 평면에 배치되었다. 상기 분할기의 밑변은 상기 일곱 번째 평면 아래로 110㎜ 연장되었다. 유출구들(46, 48)은 각기 110㎜의 경사길이를 가졌다. 상기 유출구들(46, 48)은 상단은 메니스커스 아래로 적어도 150㎜ 정도 담기어진다. 1334㎜의 폭을 갖는 슬래브를 고려한 매분당 3.3톤(ton)의 주조 속도에서, 정상파의 높이는 단지 7 내지 12㎜였고, 메니스커스 내에서 표면 소용돌이는 일어나지 않았으며, 1200㎜이하의 몰드 폭에서는 진동이 일어나지 않는 것이 분명하였고, 이보다 큰 몰드 폭에서는 결과적인 진동은 최소였다. 이러한 큰 몰드 폭에서 최소의 진동은, 극도로 갑작스런 말단 편향도와 흐름 분할기(32)의 예리한 선행 연부의 유동 분리 하류에 기인하는 벽들(42a, 44a) 상에서의 흐름 분리로부터 일어날 수도 있다. 이러한 초기 설계에 있어서, 전방 및 후방벽들(34a, 34b, 34d,34e)의 2.65°각도의 수렴은 연장된 곧은 부분들(42, 44)에서도 계속되었다. 따라서, 이러한 부분들 5㎜ 반경의 모서리들을 갖는 직사각형의 형상은 아니었지만, 대신에 유출구들(46, 48)의 최상부가 35㎜의 폭을 갖고 유출구들(46, 48)의 바닥부가 24.5약간 사다리꼴의 형상의 폭을 갖는 약간 사다리꼴의 형상이었다. 본 발명자들은 약간 사다리꼴인 부분을 대체로 직사각형으로 간주한다.

도 23 내지 도 29를 참조하면, 본 발명의 선택적인 실시예들이 도시되어 있다. 이러한 캐스팅 노즐들은 상술한 본 발명에 따른 캐스팅 노즐과 유사하지만, 그러나 배플들(100 내지 106)을 포함하여, 흐름 분할의 다중 단계를 노즐의 내부에서 흐름들이 독립적인 편향을 갖는 분리된 흐름들에 병합시킨다. 그렇지만, 해당 기술 분야의 숙련자라면 상기 배플들이 본 발명의 노즐들과 함께 사용되어야 하는 것은 아니며, 상기 배플들(100 내지 106)이 흐름 분할의 다중 단계를 노즐의 내부에서 흐름들이 독립적인 편향을 갖는 분리된 흐름들에 병합시키는 데 사용되는 한, 종래의 임의의 캐스팅 또는 잠입 유입 노즐들에 대해서도 이용가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 23 내지 도 27을 참조하면, 본 발명에 따른 캐스팅 노즐(30), 예를 들면, 흐름을 확산시키거나 감속시키기 위해 그 내부에서 축대칭으로부터 평대칭으로 전이되는 전이부(34)를 구비하여 노즐(30)로부터 유출되는 흐름의 관성력을 감소시키는 캐스팅 노즐이 도시되어 있다. 금속의 흐름이 상기 전이부(34)를 따라 진행한 후에, 상기 흐름은 노즐(30)의 내측 또는 내부에 위치한 배플들(100, 102)을 만난다. 바람직하게는, 상기 배플(baffle)들은 배플들(100, 102)의 상연부들(101, 103)이 각기 유출구(46, 48)의 상류에 위치하도록 배치된다. 배플들(100, 102)의 하연부들(105, 107)은, 비록 하연부들(105, 107)이 유출구들(46, 48)의 상류에 위치하는 것이 바람직하지만, 각기 유출구들(46, 48)의 상류에 위치하거나 위치하지 않을 수 있다.배플들(100, 102)은 상기 노즐(30)을 통한 액상 금속의 흐름을 다중 단계로 확산시키는 기능을 수행한다. 상기 배플들은 상기 흐름을 일차로 세 개의 분리된 흐름들(108, 110, 112)로 분리시킨다. 두 개의 흐름들(108, 112)은 외측 흐름들로 간주되며, 하나의 흐름(114)은 중심 흐름으로 간주된다. 배플들(100, 102)은 각기 상면들(114, 116) 및 하면들(118, 120)을 구비한다. 배플들(100, 102)은 두 개의 외측 흐름들(108, 112)을 생성하여 그 상면들(114, 116)에 의해 서로 반대 방향으로 편향되도록 한다. 배플들(100, 102)은 수직면으로부터 대략 20∼90°의 편향 각도, 바람직하게는 30°의 편향 각도를 제공하도록 구성 및 배열되어야 한다. 상기 중심 흐름(114)은 상기 배플들의 발산 하면들(118, 120)에 의해 확산된다. 상기 중심 흐름(114)은 흐름 분할기(32)에 의해 실질적으로 두 개의 내측 흐름들(122, 124)로 분리되며, 상기 내측 흐름들(122, 124)은 외측 흐름들(108, 122)이 편향되는 각도, 예를 들면, 20∼90°, 바람직하게는 수직면으로부터 30°의 각도와 조화되는 각도로 반대 방향으로 편향된다.

상기 두 개의 내측 흐름들(122, 124)이 외측 흐름들(108, 112)이 편향되는 각도와 조화되는 각도로 편향되기 때문에, 상기 외측 흐름들(108, 112)은 그 후에 상기 용융 금속의 흐름들이 노즐(30)을 빠져나와 몰드로 유출되기 전에 노즐(30) 내에서 각기 상기 내측 흐름들(122, 124), 즉 각기 대응하는 흐름과 재결합한다.

상기 외측 흐름들(108, 112)은 부수적인 이유로 상기 노즐(30) 내에서 내측 흐름들(122, 124)과 각기 재결합한다. 이러한 부수적인 이유는, 배플들(100, 102)의 하단부들(105, 107)이 유출구들(46, 48)의 상류, 즉 유출구들(46, 48)까지 완전히 확장되지 않을 경우, 상기 외측 흐름들(108, 112)은 흐름들이 노즐(30)로부터 유출되기 전에 내측 흐름들(122, 124)로부터 물리적으로 더 이상 분리되지 않는다 라는 사실이다.

도 28 및 도 29는 본 발명의 선택적인 실시예에 따른 캐스팅 노즐(30)을 도시하였다. 본 실시예에 있어서, 하단부들(126, 128)이 아니라 배플들(104, 106)의 상단부들(130, 132)은 유출구들(46, 48)의 상류에 위치한다. 이러한 점은 노즐(30) 내에서 외측 흐름들(108, 112) 및 내측 흐름들(122, 124)을 완전히 분리한다. 더욱이, 본 실시예에 있어서, 외측 흐름들(108, 112) 및 내측 흐름들(122, 124)의 편향각도들은 서로 조화되지 않는다. 그 결과로써, 외측 흐름들(108, 112) 및 내측 흐름들(122, 124)은 상기 노즐(30) 내에서 재결합하지 않는다.

바람직하게는, 상기 배플들(104, 106) 및 흐름 분할기(32)는 외측 흐름들(108, 112)이 수직면으로부터 45°의 각도로 편향되고 내측 흐름들(122, 124)이 수직면으로부터 30°의 각도로 편향되도록 구성되어 배열된다. 원하는 몰드 유동 분포에 기초할 때, 이러한 실시예는 외부 및 내측 흐름들의 편향 각도의 독립적인 조정을 가능하게 한다.

도 30 및 도 31을 참조하면, 본 발명의 다른 선택적인 실시예가 도시되어 있다. 두 개의 유출구들(146, 148)을 갖는 두 갈래로 나누어진 캐스팅 노즐(140)이 제공되며, 이러한 캐스팅 노즐(140)은 본 발명의 다른 캐스팅 노즐과 유사하다. 그렇지만, 도 30 및 도 31의 캐스팅 노즐(140)은 노즐의 단부들 보다 노즐의 중심축선 또는 중심선(CL)에서 노즐이 보다 큰 내부 단면적을 가질 수 있도록 다면형 또는 "다이아몬드-백(diamond-back)"의 내부 기하학적 구조를 구비한다.

캐스팅 노즐(140)의 전이부(134)의 바닥부 또는 유출 단부 근처에서, 두 개의 각이 지고 인접한 단부들(142)이 캐스팅 노즐(140)의 내부의 넓은 면들의 각 중심으로부터 유출구들(146, 148)의 최상부를 향하여 하방으로 연장된다. 단부들(142)은 바람직하게는 B-B 및 C-C 절단부들 사이에서 유출구(141)를 향하여 최상부를 지시하는 꼭지점(143)을 형성하며, 내부의 굴곡면들(144a, 144b)의 최상위 연부들을 포함한다. 이러한 굴곡면들(144a, 144b)은 노즐(140)의 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조를 포함한다. 이들은 중심 연부(143a)에서 수렴하며, 중심 연부(143a)로부터 유출구들(146, 148)을 향하여 외측방향으로 점점 가늘어진다.

최상위 연부들(142)은, 바람직하게는 대체로 유출구들(146, 148)의 유출각도와 조화되며, 그에 따라 액상 금속의 굴곡 또는 유동 편향을 유출구들(146, 148)의 이론적인 유출각도까지 향상시킨다. 유출구들(146, 148)의 유출 각도는 수평면으로부터 하방으로 약 45∼80°가 되어야 한다. 바람직하게는, 상기 유출각도는 수평면으로부터 하방으로 약 60°가 되어야 한다. 상기 최상위 연부들(142)을 유출구들(146, 148)의 유출 각도에 조화시키는 것은 상기 유출구들의 최상부에서의 흐름 분리를 최소화하고, 상기 흐름이 상기 유출구들에 접근함에 따라 측벽 단부들로부터의 분리를 최소화한다. 더욱이, 도 30, 도 30c 및 도 30d에서 가장 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 굴곡면들(144a, 144b)은 동일한 수평 단면의 범위 내에서 최상위 연부(142)보다 중심 연부(143a)에서 축선(LA)의 길이 방향으로 더 떨어져 있다. 그 결과로써, 연부들에 비하여 상기 캐스팅 노즐의 중심 축선 근처에서 보다 큰 내부 단면적이 제공된다.

도 30e에 도시된 바와 같이, 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조는 유출구들(146, 148)이 그 최상부에서 보다 바닥부에서 넓어지도록, 즉 제시된다면 흐름 분할기(149)에 근접하여 넓어지도록 한다. 그 결과, 상기 다이아몬드-백의 출구 구성은 유출구들(146, 148)의 영역에서 노즐(140) 내의 흐름의 동적인 압력 분포에 자연스럽게 조화되며, 그에 따라서 보다 안정한 유출 제트를 생성한다.

도 32 내지 도 34를 참조하면, 본 발명에 따른 또 다른 선택적인 실시예가 도시되어 있다. 도 32 내지 도 34의 캐스팅 노즐(150)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐스팅 노즐과 유사하다. 그러나, 상기 캐스팅 노즐(150)은 상부 및 하부 유출구들(153, 155) 사이에 분포하는 흐름의 양을 할당하도록 구성되어, 캐스팅 노즐(150)을 통한 액체 금속의 처리 유량에 의존하여 상부 유출구(153)로부터 유출되는 상부 유출 제트의 다양한 유효 유출각도를 생성한다.

도 32 및 도 33에 도시한 바와 같이, 캐스팅 노즐(150)은 바람직하게는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 캐스팅 노즐처럼 흐름 분할의 다중 단계를 병합한다. 상기 캐스팅 노즐(150)은 배플들(156)을 구비하며, 배플들(156)은 측벽들(160)의 하부면들(160a) 및 배플들(156)의 최상면들(156a)과 함께 상부 유출구들(153)에 이르는 상부 유출 채널들(152)을 형성한다.

캐스팅 노즐(150)은, 실제적으로 캐스팅 노즐(150)의 중심선(CL) 및 상기 노즐을 통한 흐름 방향의 배플들(156)의 하류를 따라 위치한 하부 흐름 분할기(158)를 선택적으로 구비할 수 있다. 하부 흐름 분할기(158)에 있어서, 배플들(156)의 바닥면들(156b) 및 하부 흐름 분할기(158)의 최상면들(158a)은 하부 유출구들(155)에 이르는 하부 유출 채널들(154)을 형성한다.

측벽들(160), 배플들(156) 및 흐름 분할기(158)는 상부 유출구들의 이론적인 유출각도가 상부 유출구들의 이론 유출각도로부터 적어도 15°의 각도로 발산하도록 배열된다. 바람직하게는, 측벽들(160) 및 배플들(156)은 수평면으로부터 하방으로 약 0∼25°, 가장 바람직하게는 약 7∼10°의 이론적인 유출각도를 갖는 상부 유출구들(153)을 제공한다. 바람직하게는, 배플들(156) 및 하부 흐름 분할기(158)는 수평면으로부터 하방으로 약 45∼80°, 가장 바람직하게는 약 60∼70°의 이론적인 유출각도를 갖는 하부 유출구들(155)을 제공한다.

캐스팅 노즐(150)이 흐름 분할기(158)를 구비하지 않을 경우, 캐스팅 노즐(150)은 도시되지는 않았지만 배플들(156)의 바닥면들(156b)에 의해 형성되는 하나의 하부 유출구(155)만을 구비할 수 있다. 하부 유출구(155)는 약 45∼90°의 이론적인 유출각도를 갖게 된다.

도 32 내지 도 34를 참조하면, 실제적으로 배플들(156)은 처음으로 액상 금속의 흐름을 보어(bore)(151)를 통하여 세 개의 분리된 흐름들, 즉 두 개의 외측 흐름들 및 하나의 중심 흐름으로 분할한다. 상기 두 개의 외측 흐름들은 상부 유출구들(153)에 의해 수평면으로부터 하방으로 약 0∼25°의 이론적인 유출각도까지 편향되며, 중심선(CL)으로부터 반대방향으로 편향된다. 이러한 외측 흐름들은 몰드 내로의 상부 유출 제트를 따라 상부 유출구들(153)로부터 유출된다.

한편, 상기 중심 흐름은 보어(151) 및 배플들(156) 사이를 통하여 하방으로 진행한다. 이러한 중심 흐름은 상기 하부 흐름 분할기(158)에 의해 두 개의 내측 흐름들로 더 분리되며, 상기 두 개의 내측 흐름들은 배플들(156)의 바닥면들(156b)의 곡률 및 하부 흐름 분할기(158)의 최상면들(158a)을 따라 노즐(150)의 중심선(CL)으로부터 반대 방향으로 편향된다.

배플들(156)의 최상면들(156a)의 곡률 또는 형상이나 배플들(156) 자체의 형상은, 상부 유출구들(153)의 이론적인 유출각도가 비록 약 7∼10°가 바람직하지만, 수평면으로부터 약 0∼25°정도가 되도록 상기 두 개의 외측 흐름들을 안내하기에 충분해야 한다. 더욱이, 측벽 하부면들(160a) 및 최상면들(156a)의 경사 내지 곡률을 구비한 배플들(156)의 구성 또는 형상은 상기 상부 유출 채널들(152)의 단면적을 상부 유출구들(153)까지 실제적으로 일정하게 유지해야 한다.

배플들(156)의 바닥면들(156b) 및 흐름 분할기(158)의 최상면들(158a)의 곡률 내지 형상은 하부 유출구들(155)의 이론적인 유출각도가 비록 약 60∼70°가 바람직하지만, 수평면으로부터 약 45∼80°정도가 되도록 상기 두 개의 내측 흐름들을 안내하기에 충분해야 한다. 이는 상부 유출구(153)의 약 7∼10°의 바람직한 이론적인 유출각도로부터 상당히 발산하는 것이다.

예를 들면, 도 32e와 같이, 선행 연부들(156c) 상부에 인접한 캐스팅 노즐 보어와 관련된 배플들(156)의 선행 연부들(156c)의 위치는 상기 외측 흐름들과 중심 흐름 사이에서 분할된 흐름의 이론적인 비율을 결정한다. 바람직하게는, 배플들(156)은 흐름의 대칭적인 분할(즉, 상부 유출구들(153)을 통하여 각 외측 흐름들이 균등한 흐름을 갖도록) 생성하도록 위치한다.

바람직하게는, 전체 흐름의 큰 비율은 외측 흐름들보다는 중심 흐름에 할당된다. 특히, 캐스팅 노즐(150) 및 선행 연부들(156c) 상부에 인접한 캐스팅 노즐 보어와 관련된 배플들(156)의 선행 연부들(156c)의 위치를 약 15∼45%, 바람직하게는 약 25∼40%의 캐스팅 노즐을 통한 전체 흐름이 상부 유출구들(153)의 외측 흐름들에 연관되며, 나머지 55∼85%, 바람직하게는 60∼75%의 전체 흐름이 하부 유출구들(155)을 통하여 두 개의 내측 흐름들로 방출되는(또는, 캐스팅 노즐(150)이 하부 흐름 분할기(158)를 구비하지 않을 경우에는 하부 유출구(155)를 통한 하나의 중심부 흐름) 하나의 중심 흐름중심 흐름에 연관되도록 구성하는 것이 유리하다.

상부 및 하부 유출구들(153, 155) 사이의 흐름은, 하부 유출구들(155)이 상부 유출구들(153)보다 큰 비율을 갖도록 하며, 또한 전술한 바와 같이, 전체 유동 처리량에 영향을 받는 상부 유출구들(153)로부터 유출되는 흐름의 유효 유출각도를 생성하도록 할당한다.

도 34a 내지 도 34c는 상부 및 하부 유출구들을 통과하는 유출 제트의 유효 유출각도의 변화를 유동 처리량의 함수로서 설명하기 위한 도면들이다. 도 34a 내지 도 34c는 캐스팅 노즐(150)을 통한 낮은 유동 처리량, 중간 유동 처리량 및 높은 유동 처리량에서의 유출 제트들의 유효 유출각도를 나타낸다. 예를 들면, 낮은 유동 처리량은 약 1.5 내지 2 톤/분이나 그 이하가 되고, 중간 유동 처리량은 약 2∼3 톤/분이 되며, 높은 유동 처리량은 약 3 톤/분 또는 그 이상이 된다.

도 34a에 도시한 바와 같이 낮은 유동 처리량에 있어서, 화살표 162로 나타낸 상부 유출구들(153)로부터 유출되는 유출 제트들은 화살표 164로 나타낸 하부 유출 제트들과는 독립적이며, 실제적으로 상부 유출구들(153)의 이론적인 유출각도(바람직하게는 수평면으로부터 7∼10°)를 달성한다.

도 34b 및 도 34c에 도시한 바와 같이 유동 처리량이 증가함에 따라, 상부 유출 제트들(162)은 하부 유출구들(155)로부터 유출되는 하부 유출 제트들(164)과 관련된 높은 모멘트에 의해 캐스팅 노즐(150)의 중심선(CL)을 향하여 하방으로 유도된다. 따라서, 상부 유출 제트들(162)의 유효 유출각도는 유동 처리량이 증가함에 따라 이론적인 유출각도(수평면으로부터 하방으로 큰 각도)로부터 증가한다. 상기 상부 유출 제트들(162)의 유효 유출각도는 또한 유동 처리량이 증가함에 따라 하부 유출 제트들의 유출각도로부터 덜 발산하게 된다.

도 34b 및 도 34c에 도시한 바와 같이 유동 처리량이 증가함에 따라, 하부 유출구들(155)로부터 유출되는 하부 유출 제트들(164) 또한 약간 변화한다. 하부 유출 제트들(164)은 캐스팅 노즐(150)의 중심선(CL)으로부터 약간 상방으로 떨어지게 유도된다. 따라서, 하부 유출 제트들(164)의 유효 유출각도는 유동 처리량이 증가함에 따라 이론적인 유출각도(수평면으로부터 하방으로 작은 각도)로부터 약간 감소한다.

본 발명의 목적을 위해 낮은, 중간의 그리고 높은 유동 처리량의 정확한 값은 특별한 중요성을 갖지 않는다는 점에 유의해야 한다. 그 값들이 어떤 것이든지 상부 유출 제트들의 유효 유출각도는 흐름 유입량이 중가함에 따라 이론적인 유출각도(수평면으로부터 하방으로 큰 각도)로부터 증가할 필요가 있다.

유동 처리량의 비율에 관련된 상부 유출 제트들(162)의 다양한 유효 유출각도는 큰 이점이 있다. 낮은 유동 처리량에 있어서, 적절한 매끄러움을 위해 몰드 파우더에 대한 적절한 열전달을 향상시키기 위해 고온의 유입 액상 금속을 몰드에서 액체를 이루는 메니스커스 영역으로 고르게 공급하는 것이 바람직하다. 낮은 유동 처리량에서의 상부 유출 제트들(162)의 얕은 유효 유출각도는 이러한 점을 달성한다. 대조적으로, 높은 유동 처리량에 있어서는, 몰드에 대한 유출 제트들에 의해 분배되는 혼합 에너지가 매우 크다. 따라서, 몰드 내의 액체에서 과도한 난류 및/또는 메니스커스 장애를 일으키는 실질적으로 증가된 포텐셜이 존재한다. 높은 유동 처리량에서의 상부 유출 제트들(162)의 더 급격한, 또는 더 하방향으로의, 유효 유출각도는 그러한 난류 또는 메니스커스 장애를 효과적으로 감소시킨다. 따라서, 도 32 내지 도 34의 캐스팅 노즐(150)은 캐스팅 노즐(150)을 통한 유동 처리량의 실질적인 범위에 걸쳐서 몰드에 대한 액상 금속의 분배 내지 적절한 분포를 향상시킨다.

도 35 및 도 36을 참조하면, 본 발명의 또 다른 선택적인 실시예가 도시되어 있다. 도 35 및 도 36에 도시한 캐스팅 노즐(170)은 도 30 및 도 31의 캐스팅 노즐(140)과 도 32 내지 도 34의 캐스팅 노즐(150)을 결합한 특징을 갖는다.

도 30 및 도 31의 캐스팅 노즐(140)의 다면형 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조는 상기 캐스팅 노즐(170)에 병합되어 굴곡면들(174)의 상단부들(173)이 하부 유출구들(176)의 이론적인 유출 각도, 즉 수평면으로부터 하방으로 약 45∼80°의 각도로, 비록 약 60∼70°의 각도가 바람직하지만, 배열된다. 따라서, 굴곡면들(174)은 대체로 배플들(178) 사이를 흐르는 중심 흐름의 근처에 제공된다. 상기 다이아몬드-백의 내부 기학학적 구조는 배플들(178)의 바닥면들(178a)을 따르는 흐름의 분리 없이 하부 유출구들(176)의 유출각도 방향으로 중심 흐름 보다 원활한 굴곡 및 분열을 증진시킨다. 도 35g에 도시한 바와 같이, 하부 유출구들(176)은 그 최상부보다는 바닥부 쪽으로 가장 넓어지는, 즉 흐름 분할기(180)에 근접하여 보다 넓은 것이 바람직하다. 도 35f에 나타낸 바와 같이, 상부 유출구들(132)은 바닥부보다는 최상부 쪽으로 가장 넓어지는, 즉 측벽들(184)의 하부면들에 근접하여 가장 넓은 것이 바람직하다.

더욱이, 도 32 내지 도 34의 캐스팅 노즐(150)과 같이, 캐스팅 노즐(170)을 통한 흐름은 배플들(178)에 의해 각기 상부 및 하부 유출구들(182, 176)을 통해 방출되는 흐름들로 분리되는 것이 바람직하며, 캐스팅 노즐(170)을 통한 상기 흐름은 유동 처리량을 토대로 하여 상부 유출구들로부터 유출되는 흐름들의 유효 유출각도를 변화시키도록 배당되는 것이 바람직하다.

상부 유출구들(182)의 유효 유출각도는 도 34a 내지 도 34c에 도시된 캐스팅 노즐(150)에서의 방법과 유사한 방법으로 변화될 수 있다. 그렇지만, 캐스팅 노즐(170)의 다면형 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조의 결과로써, 캐스팅 노즐(170)은 유효 유출각도를 적게 변화시켜 높은 유동 처리량에서 하부 유출구들(176)로부터의 보다 원활한 유출 제트를 제공하며, 다른 캐스팅 노즐(150)에 비하여 몰드 내의 파동과 난류에 기인하는 메니스커스의 변화를 보다 일정하게 조절된다.

더욱이, 캐스팅 노즐(170)의 다면의 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조는 상부 유출구들(182) 보다 하부 유출구들(176)의 흐름이 보다 큰 비율로 효과적으로 할당되는 데 기여한다. 하부 유출구들(176) 또는 캐스팅 노즐(170)이 흐름 분할기(180)를 구비하지 않을 경우에는 단일 유출구(176)를 통하여 전체 흐름의 약 55∼85%, 바람직하게는 약 60∼80%가 유출되는 반면, 상부 유출구들(182)을 통하여 전체 흐름의 약 15∼45%, 바람직하게는 약 25∼40%가 유출되도록 상기 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명자들은 적어도 본 발명의 목적을 어느 정도는 달성하였음을 알 수 있을 것이다. 유입 파이프와 유출구들 사이에서 흐름의 확산 및 감속을 생성함으로써, 상기 유출구들로부터의 흐름의 속력은 감소되고, 상기 유출구들의 길이 및 폭을 따른 속력 분포는 대체로 균일하게 되며, 몰드 내의 정상파 진동은 감소하게 된다. 서로 반대의 방향을 갖는 두개의 흐름들의 편향은 축대칭으로부터 면대칭으로의 전이부 아래에 배치된 흐름 분할기가 제공됨으로써 달성된다. 상기 전이부내에서 상기 흐름이 확산 및 감속됨으로써, 안정하고 균일한 속력의 출구 흐름들이 제공되는 동안 수직면으로부터 대략 ±30°의 전체 흐름 편향 각도가 달성될 수 있다.

또한, 상기 반대 방향의 두 흐름들의 편향은 상기 흐름들의 외측부에 부압(negative pressure)을 인가함으로써 부분적으로 달성된다. 이러한 부압은 주전이부의 측벽들 하류의 발산각도를 증가시킴으로써 부분적으로 생성된다. 편향은 내부 반경이 외부 반경의 상당한 부분이 되는 굴곡부들에 의해 생성될 수 있다. 주전이부 자체 내의 흐름의 편향은 180°이하의 개선 각도로 교차하는 전방 및 후방벽들의 각각의 쌍들을 구비한 육각형의 단면을 갖는 전이부가 제공됨으로써 달성될 수 있다. 상당하게 하류로 연장되는 선행 연부에서의 흐름의 분리를 생성함으로부터의 약간의 진동을 유발하거나 또는 흐르게 해야 할 정체점 내의 변화를 제공하기 위하여, 흐름 분할기는 충분한 곡률 반경을 갖는 둥근 선행 연부를 구비한다.

도 23 내지 도 28의 캐스팅 노즐들은 캐스팅 노즐의 경유한 몰드 내로의 액상 금속의 도입과 관련된 유동 거동을 개선한다. 종래의 노즐에 있어서, 노즐의 보어 내부를 흐르는 액상 금속의 높은 관성력으로 인하여, 겉보기 흐름 편향 각도를 얻을 수 없는 불안정하고 난류의 유출 제트 및 높은 속력을 야기하는 유출구들 지역내의 흐름 분리가 발생하였다.

도 23 내지 도 28의 노즐에 있어서, 다단식의 노즐의 보어 내에서 흐름을 분리되고 독립적인 흐름들로 분리함으로써 관성력은 분할되며 보다 용이하게 조절된다. 이러한 점은 흐름 분할의 완화와 이에 따른 난류의 감소, 유출 제트의 안정화 그리고 원하는 편향각도의 달성이라는 결과를 가져온다.

더욱이, 도 28 및 도 29의 캐스팅 노즐은 외부 및 내측 흐름들의 독립적인 편향을 달성할 수 있다. 이러한 캐스팅 노즐들은 제한된 기하학적 구조의 몰드들을 이용하는 주조 공정에 특히 적합하다. 이러한 경우에, 액상 금속을 더욱 확산시키는 방법으로 배분하는 것이 바람직하다.

도 30 및 도 31의 캐스팅 노즐에 있어서, 다면형의 내부 기하학적 구조는 연부들 보다 노즐의 중심선에서 큰 두께를 갖는 노즐의 보어에 병합되어 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조를 형성한다. 그 결과로써, 좁은 면의 측벽 연부들 주위에서 노즐의 외부 치수를 증가시키지 않고 캐스팅 노즐의 보어 내로 더 개방되는 영역을 설계할 수 있다. 따라서, 상기 노즐은 노즐내의 보어 내에서 개선된 흐름 감속, 흐름 확산 및 흐름 안정성을 제공하며, 이에 따라 조용하고 부드러운 방법으로 액상 금속의 몰드 내로의 분배를 향상시킨다. 더욱이, 상기 다이아몬드-백의 기하학적 구조는, 상기 캐스팅 노즐이 그 내부에서 적절한 흐름 패턴을 개선하기 위해 몰드 내에 유용한 공간을 보다 더 이용하기 때문에 확장면의 중앙에서 두꺼워지고 좁은 면의 측벽에서 얇아지는 융기된 또는 크라운 형상의 몰드 구조에 특히 적합하다.

도 32 내지 도 34의 다중 포트(multi-port) 캐스팅 노즐에 있어서, 그에 대한 액상 금속의 분배 및 그 내부의 액상 금속의 분포를 위해, 몰드는 캐스팅 노즐은 통한 전체 유동 처리량의 범용적인 범위에 대해 개선된다. 다중 포트 캐스팅 노즐의 상부 및 하부 유출구들 사이에 분포되는 유동량을 적절히 할당하고, 상기 상부 및 하부 유출구들의 이론적인 유출각도를 적어도 약 15°로 분리함으로써, 상기 상부 유출구들의 유효 유출각도는 유익한 방법으로 캐스팅 노즐의 처리량이 증가 또는 감소함과 함께 변화할 것이다. 그러한 변화의 결과는 높은 유동 처리량에서 메니스커스의 안정성의 향상과 결합된 낮은 유동 처리량에서 몰드 파우더로의 적절한 열전달을 갖는 몰드 내의 부드럽고 조용한 메니스커스가 된다. 그러므로, 종래의 노즐들에 비하여 유동 특성들을 저하시키지 않고 범용적인 유동 작업 처리량이 이루어질 수 있다.

도 35 및 도 36의 노즐에 있어서, 상부 유출구들의 유효 유출각도가 도 32 내지 도 34의 캐스팅 노즐의 방법과 유사한 방법과 도 35 및 도 31의 캐스팅 노즐의 구조와 유사한 다면형 다이아몬드-백의 내부 기하학적 구조와 결합하여 유동 처리량과 함께 유익하게 변화하여, 도 35 및 도 36의 캐스팅 노즐은 유효 유출각도의 작은 변화로써 높은 유동 처리량에서 하부 유출구들로부터의 원활한 유출 제트를 생성하며, 몰드 내의 메니스커스 변화를 보다 일정하게 조절한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것이 아니라 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (90)

1. 중심축선, 적어도 하나의 유입구, 그리고 적어도 하나의 유출구를 가지는 신장된 보어; 및

   상기 적어도 하나의 유출구를 2개의 유출구들로 분할해서, 상기 보어를 통과하는 액상 금속의 흐름을 상기 2개의 유출구들을 통해 2개의 흐름으로 흐르도록 분할하는 흐름분할기를 포함하고,

   상기 신장된 보어는 그 연부들 부근보다 상기 중심축선 부근에서 더 큰 단면적을 제공하는 확장부를 구비하고, 상기 확장부는 적어도 두개의 굴곡면들을 포함하되 그 각각은 상기 중심축선과 거의 평행하며 그와 교차하는 평면상의 한 점으로 부터 상기 보어의 하연부를 향하여 연장되는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 굴곡면들 각각은 최상위 연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 최상위 연부중 적어도 2개의 연부들이 서로 인접하고, 대체로 상기 유출구중 적어도 하나의 유출구를 향하여 꼭지점을 형성하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 굴곡면들이 중심 연부에서 인접하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 각각의 굴곡면의 중심 연부는 수평 단면부 내에서 상기 굴곡면의 최상위 연부보다 상기 캐스팅 노즐의 길이방향 수평축선으로부터 더 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 각각의 최상위 연부는 유출구를 향하여 소정 각도로 연장하며, 상기 각도는 상기 유출구의 유출각도와 거의 일치하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 각각의 유출구의 유출각도는 수평면으로부터 하방으로 약 45∼80°인 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 각각의 유출구의 유출각도는 수평선으로부터 하방으로 약 60∼70°인 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상기 유출구는 최상부 및 바닥부를 구비하고, 상기 최상부에서 보다 상기 바닥부에서 더 넓은 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
11. 하나의 유입구와 적어도 제1,제2 유출구를 가지는 신장된 보어;

    각 유출구 가까이에 위치하여 액상 금속의 흐름을 2개의 외측흐름들과 하나의 중심흐름으로 분할하는 적어도 하나의 배플(baffle); 및

    상기 배플의 하류에 위치하여 상기 배플의 하면과 함께 상기 제 1 또는 제 2유출구로 유출되는 액상금속의 흐름을 적어도 2개의 분할흐름으로 분할하게 하는 흐름분할기를 포함하며,

    상기 배플들은 상면들과 실질적으로 분기하는 하면들을 포함하고, 상기 상면들은 외측흐름들을 반대방향으로 편향시키며 상기 하면은 중심흐름을 방산하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제 11항에 있어서, 상기 흐름 분할기는 상기 중심 흐름을 2개의 내측 흐름으로 분할하며, 상기 흐름 분할기와 상기 하부면들은 상기 2개의 내측 흐름을 상기 2개의 외측 흐름이 편향된 것과 거의 동일한 방향으로 편향시키는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 외측 흐름과 내측 흐름은 상기 유출구들중 적어도 하나의 유출구를 빠져나가기 전에 재결합하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 외측 흐름과 내측 흐름은 상기 유출구들중 적어도 하나의 유출구를 빠져나간 후에 재결합하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 배플들은 거의 발산하는 하부면들을 구비하고, 상기 하부면들은 상기 중심 흐름을 확산시키는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 흐름 분할기는 상기 확산 흐름을 두 개의 내측 흐름으로 분할하며, 상기 흐름 분할기와 상기 하부면들은 상기 내측 흐름들을 상기 외측 흐름들이 편향된 방향과는 다른 방향으로 편향시키는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
19. 제 11 항에 있어서, 상기 상부면들은 상기 외측 흐름들을 수직면으로부터 약 20°∼90°의 편향 각도로 편향시키는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 상부면들은 상기 외측 흐름들을 수직면으로부터 약 30°의 각도로 편향시키는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
21. 제 19 항에 있어서, 상기 배플들은 상기 2개의 외측 흐름을 수직면으로부터 약 45°의 각도로 편향시키며, 상기 2개의 내측 흐름을 수직면으로부터 약 30°의 각도로 편향시키는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
22. 제 11 항에 있어서, 상기 신장된 보어는,

    거의 축대칭인 제1 유동 단면적을 갖는 유입 파이프부; 및

    상기 유입 파이프부와 유체로 연통되고, 상기 제1 유동 단면적으로부터 상기 제1 유동 단면적보다 더 큰 유동 단면적을 가지는 거의 신장된 제2 유동 단면적까지 상기 노즐의 유동 단면적을 거의 연속적으로 변화시키고, 상기 거의 축대칭에서 거의 면대칭으로 상기 노즐의 대칭구조를 거의 연속적으로 변화시키도록 배열되는 전이부를 구비하고,

    상기 적어도 하나의 상기 제1 및 제2 유출구들은 상기 전이부와 유체로 연통되는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
23. 제 11 항에 있어서, 상기 노즐은 2개의 상부 유출구; 및 2개의 배플을 구비하며;

    하나의 배플은 각각의 상부 유출구에 근접 배치되어 상기 보어를 통과하는 액상 금속의 흐름을 2개의 외측 흐름과 1개의 중심 흐름으로 분할하되, 상기 외측 흐름은 상기 각각의 상부 유출구를 통해 유동하고, 상기 중심 흐름은 상기 흐름 분할기를 향해 유동하며,

    상기 흐름 분할기는 상기 중심 흐름의 경로 내에 위치 조정되어 적어도 2개의 하부 유출구를 생성하고, 상기 중심 흐름을 적어도 2개의 내측 흐름으로 분할하며, 각각의 내측 흐름은 상기 하부 유출구중의 하나를 통해 상기 캐스팅 노즐을 빠져나가며,

    상기 배플은 상기 외측 흐름 및 중심 흐름 사이에서 분할되는 액상 금속의 비율을 할당하도록 되어 상기 상부 유출구를 통해 유출되는 상기 외측 흐름의 유효 유출각도가 상기 캐스팅 노즐을 통과하는 액상 금속의 유동 처리량에 기초하여 변화하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 외측 흐름의 유효 유출각도는 유동 처리량의 증가에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
25. 제 23 항에 있어서, 상기 상부 유출구들을 빠져나오는 상기 외측 흐름은 유동 처리량의 증가에 따라 상기 하부 유출구들을 빠져나오는 상기 내측 흐름을 향하게 되는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
26. 제 23 항에 있어서, 상기 하부 유출구들을 빠져나오는 상기 내측 흐름은 유동 처리량의 증가에 따라 상기 상부 유출구들을 빠져나오는 상기 외측 흐름을 향하게 되는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
27. 제 23 항에 있어서, 상기 보어를 둘러싸는 적어도 하나의 측벽(sidewall)을 더 포함하되, 각각의 상부 유출구가 각각의 측벽의 하부면과, 이에 대응하는 배플의 상부면 사이에 위치 조정되고,

    상기 각각의 배플의 상부면 및 상기 적어도 하나의 측벽의 하부는 (i) 각각의 상부 유출구로 유도되고, 길이 전체에서 거의 일정한 단면적을 각각 가지는 상부 유출 채널과 (ii) 상기 상부 유출구들로부터 유출되는 각각의 외측 흐름들에 대한 수평면으로부터의 이론 유출각도를 제공하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 상부 유출구로부터 상기 외측 흐름들의 유효 유출각도는 유동 처리량의 증가에 따라 이론적인 유출각도로부터 점진적으로 발산하고,

    상기 하부 유출구는 이 유출구로부터 유동하는 상기 내측 흐름들 각각에 대해 상기 수평면으로부터의 이론적인 유출각도를 제공하게 되며, 상기 내측 흐름의 유효 유출각도는 유동 처리량이 증가함에 따라 상기 수평면을 향하여 감소하며,

    상기 상부 유출구의 이론적인 유출각도는 상기 하부 유출구의 이론적인 유출각도로부터 적어도 15°만큼 발산하는 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
29. 제 28 항에 있어서, 상기 상부 유출구들의 이론적인 유출각도는 상기 수평면으로부터 하방으로 약 0∼25°이거나, 상기 수평면으로부터 하방으로 약 7∼10°이며,

    상기 하부 유출구들의 이론적인 유출각도는 수평면으로부터 하방으로 약 45∼80°이거나, 수평면으로부터 하방으로 약 60∼70°인 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
30. 제 23항에 있어서, (i) 상기 캐스팅 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 15∼45%의 흐름이 상기 외측 흐름들에 할당되고, 상기 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 55∼85%의 흐름이 상기 중심 흐름에 할당되고; (ii) 상기 캐스팅 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 25∼40%의 흐름이 상기 외측 흐름들에 할당되고 상기 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 60∼75%의 흐름이 상기 중심 흐름에 할당되고; 또는 (iii) 상기 각각의 외측 흐름에 할당된 액상 금속의 비율은 거의 동등한 것을 특징으로 하는 액상 금속의 유동용 캐스팅 노즐.
31. 액상 금속을 캐스팅 노즐로 유동시키는 단계;

    상기 캐스팅 노즐로부터 유출되는 액상 금속의 흐름을 적어도 하나의 외측 흐름과 하나의 중심 흐름으로 분할시키는 단계; 그리고

    상기 외측 흐름의 유효 유출각도가 상기 캐스팅 노즐을 통과하는 액상 금속의 유동 처리량을 토대로 하여 변화하도록 상기 외측 흐름과 중심 흐름 사이의 분리된 액상 금속의 비율을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 액상 금속의 흐름이 2개의 외측 흐름들과 하나의 중심 흐름으로 분할되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 외측 흐름들의 유효 유출각도가 유동 처리량의 증가에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
34. 제 33 항에 있어서, (i) 상기 외측 흐름들이 유동 처리량의 증가에 따라 상기 내측 흐름들을 향하게 되고, 또는 (ii) 상기 내측 흐름들이 유동 처리량의 증가에 따라 상기 외측 흐름들을 향하게 되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
35. 제 34 항에 있어서, 상기 외측 흐름들을 거의 대향하는 방향으로 편향시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 중심 흐름을 확산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
37. 제 36 항에 있어서, 상기 2개의 내측 흐름을 상기 2개의 외측 흐름들이 편향되는 방향과 거의 동일한 반경 방향으로 편향시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
38. 제 34 항에 있어서, 상기 외측 흐름들이 이론적인 유출각도로 편향되며, 상기 외측 흐름들의 유효 유출각도가 유동 처리량이 증가함에 따라 이론적인 유출각도로부터 발산하고, 상기 내측 흐름들은 이론적인 유출각도로 편향되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
39. 제 38 항에 있어서, 상기 외측 흐름들의 이론적인 유출각도는 (i) 수평면으로부터 하방으로 약 0∼25°이거나 (ii) 수평면으로부터 하방으로 약 7∼10°이고;

    상기 내측 흐름들의 이론적인 유출각도는 (i) 수평면으로부터 하방으로 약 45∼80°이거나 (ii) 수평면으로부터 하방으로 약 60∼70°인 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
40. 제 38 항에 있어서, 상기 외측 흐름들의 이론적인 유출각도는 상기 내측 흐름들의 이론적인 유출각도로부터 적어도 15°만큼 발산하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
41. 제 40 항에 있어서, 상기 내측 흐름들의 유효 유출각도는 유동 처리량의 증가에 따라 수평면을 향하여 감소하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
42. 제 32 항에 있어서, 상기 캐스팅 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 15∼45%의 흐름이 상기 외측 흐름들에 할당되고, 상기 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 55∼85%의 흐름이 상기 중심 흐름에 할당되고; 또는

    상기 캐스팅 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 25∼40%의 흐름이 상기 외측 흐름들에 할당되고, 상기 노즐을 통과하는 전체 액체 흐름의 약 60∼75%의 흐름이 상기 중심 흐름에 할당되고; 또는

    각각의 외측 흐름들에 할당된 액상 금속의 비율이 거의 동일한 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
43. 하나의 유입구, 적어도 하나의 유출구를 갖는 신장된 보어를 통하여 액상 금속을 유동시키는 단계;

    상기 액상 금속의 흐름을 2개의 외측 흐름과 1개의 중심 흐름으로 분할시키는 단계;

    상기 2개의 외측 흐름을 거의 대향하는 방향으로 편향시키는 단계 ;

    상기 중심 흐름을 2개의 내측 흐름으로 분할시키는 단계 ; 그리고

    상기 2개의 내측 흐름을 상기 2개의 외측 흐름이 편향된 것과 거의 같은 방향으로 편향시키는 단계를 포함하는, 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
44. 제 43 항에 있어서, 상기 외측 및 내측 흐름들이 상기 유출구들중 적어도 하나로의 유출구로부터 유출되기 전에 재결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
45. 제 43 항에 있어서, 상기 외측 및 내측 흐름들이 상기 유출구들중 적어도 하나의 유출구로부터 유출된 후에 재결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
46. 제 43 항에 있어서, 상기 2개의 내측 흐름은 상기 2개의 외측 흐름이 편향된 방향과 다른 방향으로 편향되는 것을 특징으로 하는, 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
47. 제 43 항에 있어서, 상기 외측 흐름들을 수직면으로부터 대략 20∼90°의 편향각도로 편향시키고, 또는 상기 외측 흐름들을 수직면으로부터 대략 30°의 각도로 편향시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
48. 제 46 항에 있어서, 상기 2개의 외측 흐름들을 수직면으로부터 대략 45°의 각도로 편향시키고, 상기 2개의 내측 흐름들을 수직면으로부터 대략 30°의 각도로 편향시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 캐스팅 노즐을 통해 액상 금속을 유동시키는 방법.
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