KR100355725B1 - 연속 주조 기계의 주형용 용융 금속 공급기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 상단부에서 원통형 본체(1)와 일체로 형성된 절두 원추형 조인트(2)에 의해 원통형 본체(1)가 연결된 턴디쉬로부터의 용융 금속의 주 유동 덕트(5)가 내부에 형성된 원통형 본체(1)를 포함하며, 원통형 본체(1)의 자유 단부(3)가 실질적으로 절두 피라미드 형상이고 주 유동 덕트(5)와 연통하는 복수개의 출구(7, 8, 9, 10, 11)를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조 기계의 주형용 용융 금속 공급기를 제공한다.

Description

연속 주조 기계의 주형용 용융 금속 공급기 {FEEDER OF MOLTEN METAL FOR MOULDS OF CONTINUOUS CASTING MACHINES}
수평축을 갖고 동일한 수평면 상에 놓이거나 또는 놓이지 않고 역회전하는 한 쌍의 원통형 롤러에 의해 그리고 상기 롤러의 단부와 접촉하는 2개의 측격납 단부 부재에 의해 제한되는 주형을 포함하는 용융 금속의 연속 주조 기계는 공지되어 있다.
상기 롤러는 대체로 금속제이며, 가압된 냉각 액체(예컨대, 물)의 순환을 통해 내부가 냉각되며, 응고가 발생하는 롤러의 길이와 대체로 동일한 두께와 폭을 갖는 응고된 본체의 주형으로부터 연속 주조를 허용하도록 이격된다.
또한, 상기 주형은 주형 위에서 턴디쉬(tundish)에 연결된 용융 금속 공급기에 의해 공급되도록 제공된다.
합금강, 특히 품질이 무엇보다도 주조체의 표면 완전성에 의존하는 스테인리스와 자석의 얇은 두께의 연속 주조와 관련한 몇몇 문제점을 해결하기 위해 대형강 제조업자와 설비업자는 지금까지 많은 노력을 해왔다.
사실상, 연속 주조품에서의 표면 결함의 가장 큰 원인은 주형 내의 용융 금속의 분배의 균일성이 부족하기 때문이다. 그러한 균일성의 부족은 구조와 표면 균질성뿐만 아니라 주조품의 냉각 속도와 두께에 차례로 영향을 주는 온도 및 재료 유동에서의 차이를 야기한다.
특히, 재료 유동 및 온도에서의 변화는 (가) 표면 결함, 즉 크랙(crack) 및 표면 거칠기의 밀도의 증가를 야기하는 주조품의 온도에서의 균일성이 부족한 상태로 응고가 시작되는 지점의 비수평 곡선을 결정하는 파상 표면 형성, (나) 수축이라고도 하는 두께 내의 종방향 진동을 야기하는 주형 내의 온도의 불균일한 분배와 같은 문제점을 야기한다.
전술한 문제점은 얇은 제품의 연속 주조의 경우에 더욱 야기된다. 사실, 주형의 치수가 작으므로 온도 분배뿐만 아니라 유동 및 관련된 난류를 제어하는 것이 어렵다.
여러 방법 및 장치가 이러한 목적으로 고안되었다. NL-A-8801101에서는, 피라미드 절두체가 침지 파이프의 바닥 상에 적용되지만, 파이프의 벽은 하부에서 서로로부터 하방으로 발산하지 않는다. JP-A-03027847에는 하부의 벽이 서로를 향해 하방으로 수렴하는 침지 노즐이 개시되어 있다.유럽 특허 제515 075호는 얇은 금속 제품을 연속 주조하는 방법 및 장치를 개시하고 있다.
상기 특허에 따라, 장치는 용융 금속의 출구 개구로 연장되는 용융 금속용 입구 덕트를 포함하는 주형으로 용융 금속을 공급하는 공급기를 포함한다. 공급기는 상기 덕트가 발생 가능한 난류와 주형 내의 용융 금속 유동의 불연속성을 제거하는 만곡된 측면을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 해결책은 기계적 측면, 위어와 클레프트(cleft) 플런저에 일체로 연결된 턴디쉬가 필요하다는 점에서 과도하게 복잡한 일면이 있는 것으로 여겨진다. 한편, 상기 해결책은 공급기의 구조의 단순함, 높은 신뢰성, 용이한 조작, 장착 및 해체시의 공급기의 예열의 용이성 및 고온 상태에서 작동시키기 위한 이동 가능성과 같은 양호한 기능적 요구 사항을 제시하지 않는다.
본 발명은 얇은 두께의 제품을 제조하는 연속 주조 기계의 주형용 용융 금속 공급기에 관한 것이며, 특히 균일한 방식으로 그리고 주형을 가로질러 용융 금속을 공급하는 연속 주조 기계 내의 주형용 용융 금속 공급기에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 공급기의 제1 실시예의 종방향 단면도이다.
도2는 도1의 공급기의 저면도이다.
도3은 도1의 공급기의 종방향 측단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 공급기의 제2 실시예의 종방향 단면도이다.
도5는 도4의 공급기의 저면도이다.
도6은 본 발명에 따른 공급기의 제3 실시예의 종방향 단면도이다.
도7은 도6의 공급기의 저면도이다.
도8, 도9 및 도10은 본 발명에 따른 공급기의 제4 실시예의 각 종방향 단면도, 저면도 및 종방향 측단면도이다.
본 발명은 전술한 모든 단점을 극복한다. 본 발명의 목적은 상단부에서 원통형 본체와 일체로 형성된 절두 원추형 조인트에 의해 원통형 본체가 연결된 턴디쉬로부터의 용융 금속의 주 유동 덕트가 내부에 형성된 원통형 본체를 포함하며, 원통형 본체의 자유 단부가, 서로로부터 하방으로 발산하는 적어도 2개의 경사진 벽(3a)을 갖는 절두 피라미드 형상이고, 주 유동 덕트와 연통하는 복수개의 출구를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조 기계의 주형용 용융 금속 공급기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따라 각각의 경사진 벽은 공급기의 종축과 10°와 45°사이의 각을 형성한다.
또한, 본 발명에 따라 상기 복수개의 출구들 중 적어도 2개의 출구는 공급기의 종축과 0°와 95°사이, 양호하게는 65°와 95°사이의 각을 형성하는 종축을 갖는다.
또한, 본 발명에 따라 공급기의 절두 피라미드형 자유 단부의 기부는 평면이거나 볼록할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 상기 복수개의 출구들의 종축의 적어도 일부와 공급기의 종축이 동일한 평면 상에 놓인다.
이러한 경우에, 본 발명에 따라 상기 복수개의 출구들 중 적어도 2개의 출구는 공급기의 종축과 0°와 90°사이의 각을 형성하는 종축을 가지며, 각 종축은 다른 출구와 공급기의 종축을 포함하는 평면과 직교하는 평면 상에 놓인다.
또한, 본 발명에 따라 공급기는 적어도 하나의 클레프트형 출구를 갖는 자유 단부의 기부를 선택적으로 갖는다.
또한, 본 발명에 따라 공급기는 실리콘 다이옥사이드, 그래파이트 알루미나 및 지르코늄 피복 그래파이트 알루미나를 포함하는 그룹에서 선택된 내화 재료로 제조되는 것을 특징으로 한다.본 발명은 청구항 11 및 청구항 13에 따른 공급기의 사용에 관한 것이기도 하다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 제한적인지 않은 예를 제시하는 다양한 양호한 실시예의 설명에 의해 이하에서 상세히 설명될 것이다.
이제 도1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 본 발명의 공급기의 종방향 단면도가 도시되어 있다.
공급기는 원통형 본체(1)를 가지며, 상단부에는 단일편 절두 원추형 조인트(2)가 상부에서 턴디쉬(도면에 도시 안됨)에 연결하도록 형성된다. 공급기의 자유 단부는 원통형 본체(1) 및 볼록한 기부(4)와 일체인 절두 피라미드형 부분(3)을 갖는다.
절두 피라미드 부분(3)은 2개의 경사진 벽(3a)과 2개의 실질적으로 수직한 벽(3b)(도면에는 도시되어 있지 않지만 이후에 상세히 설명됨)을 갖는다.
용융 금속용 주 유동 덕트(5)는 원통형 본체(1) 내부에 형성된다. 주 덕트(5)는 개구(6)를 통해 외측과 상방으로 연통하고 외측을 향해 연통하는 복수개의 출구(후에 더 상세히 설명됨)와 하방으로 연통한다.
상기 복수개의 출구는 대칭으로 배열되고 공급기의 종축과 각(α)을 형성하는 종축을 갖는 한 쌍의 개구(7)에 의해 구성된다.
각 개구(7) 아래에, 개구(7)보다 작은 직경을 갖는 2개의 개구(8, 9)가 각각 형성된다. 개구(8, 9)는 공급기의 종축과 각각 각(β, γ)를 형성하는 종축을 갖는다. 또한, 개구(8, 9)와 동일한 직경을 갖고 수직하게 배열된 추가 개구(10)는 기부(4)의 중앙에 형성된다.
또한, 2개의 개구(7)가 형성된 지점에서 개구(8, 9, 10)와 실질적으로 동일한 직경을 갖는 2개의 추가 개구(11)(도면에는 1개만 도시됨)가 추가로 형성되며,상기 개구(11)는 자유 단부(3)의 벽(3b) 상에서 대면하며, 따라서 벽(3a)에 직교한다. 개구(7)과 동일한 방식으로, 개구(11)도 공급기의 종축과 각(α)을 형성한다.
이제 도2를 참조하면, 도1의 공급기의 저면도가 도시되어 있다.
더 잘 알 수 있는 바와 같이, 개구(7, 8, 9, 10)의 축은 모두 공급기의 종축을 포함하는 동일한 평면 상에 놓인다.
도3을 참조하면, 도1의 공급기의 종방향 측단면도가 도시되어 있다.
더 잘 알 수 있는 바와 같이, 개구(11)는 벽(3b) 상에 형성되며, 공급기의 종축과 각(α)을 형성하는 종축을 가지며, 직경은 개구(8, 9, 10)의 직경과 실질적으로 동일하다.
이제 도4 및 도5를 참조하면, 본 발명의 공급기의 제2 실시예의 종방향 단면도 및 저면도가 각각 도시되어 있다.
단순하게 하기 위해, 동일한 부분은 동일한 도면 부호를 가지며, 따라서 이미 전술한 설명은 생략된다.
도면에서 더 잘 알 수 있는 바와 같이, 기부(4)는 클레프트 형상인 하나의 단일 출구(12)를 갖는다. 이전의 실시예와 유사하게, 개구(12)는 개구(7)의 종축과 공급기의 종축의 동일한 평면 상에 놓인다. 또한, 개구(7)는 공급기의 종축과 각(α)을 형성한다.
이제 도6 및 도7을 참조하면, 본 발명의 공급기의 제3 실시예의 종방향 단면도 및 저면도가 각가 도시되어 있다.
단순하게 하기 위해, 동일한 부분은 동일한 도면 부호를 가지며, 따라서 이미 전술한 설명은 생략된다.
도면에서 더 잘 알 수 있는 바와 같이, 공급기의 자유 단부(3)의 기부(4)는 평평한 형상이며, 공급기의 종축과 각(α, β, γ)을 각각 형성하는 종축을 갖는 한 쌍의 개구(7, 8, 9)를 갖는다. 또한, 수직하게 배열되고 개구(8, 9)의 직경과 동일한 직경을 갖는 추가 개구(10)가 기부(4)의 중앙에 형성된다.
상기 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 개구의 단면은 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형 또는 다각형 또는 다른 형상일 수 있다는 것을 정확하게 할 필요가 있다. 그러나, 개구의 구성은 공급기의 종축에 대해 대칭이다. 각 쌍의 개구(7)의 종축의 방향은 수평, 상방 또는 하방으로 경사질 수 있다.
자유 단부의 각각의 벽, 즉 벽(3a, 3b)에 대한 개구의 수는 한개이거나, 또는 복수개(2개, 3개, 4개 등)일 수 있다. 측 개구(7)보다 작거나 동일한 치수의 개구(11)가 2개의 측벽(3b)에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 금속 유동이 용이하게 된다.
또한, 하부 개구(8, 9, 10)는 형상과 개수에 있어서 상이할 수 있다.
공급기의 하부는 만곡되거나 평평할 수 있다. 하나의 또는 다른 해결책의 채택은 제조시에 필요한 강도를 보장하는 측면과 유동을 안내하기 위한 적절한 덕트의 길이의 측면과 관련있다.
이제 도8, 도9 및 도10을 참조하면, 본 발명에 따른 공급기의 제4 실시예가 도시되어 있다.
상기 제4 실시예는 공급기의 최적 크기에 해당하는 것이다.
공급기의 단면 및 길이의 크기를 결정하기 위해, 공지된 열역학 공식을 이용하는 상업적인 열유체역학 계산 코드[피닉스 오브 참(PHOENICS of Cham)]로 수치 시뮬레이션을 이용하여 계산이 이루어지며, 따라서 명확하고 간결하게 하기 위해 이하에 도시되어 있지 않다.
도면에 도시되어 있는 바에 따라, 매개 변수 무차원 형태로 공급기의 최적 크기를 나타내는 표가 제시되어 있다.
공급기의 전체 높이 H
절두 피라이드 단부의 높이 H2= 0.355 H
하부에서 시작되는 측 개구의 높이 H3= 0.127 H
하부에서 시작되는 하부 개구의 높이 H4= 0.101 H
절두 원추형 조인트의 높이 H5= 0.065 H
조인트의 수직 모서리의 높이 H6= 0.040 H
주 덕트 내부의 절두 원추형 조인트의 높이 H7= 0.027 H
주 덕트의 상응 직경 D1= 0.087 H
원통형 본체의 상응 외경 B = 0.137 H
원통형 본체의 하단부의 폭 L = 0.300 H
원통형 본체의 자유 단부의 두께 B1= 0.125 H
주 덕트의 단부의 상응 직경 B2= 0.064 H
절두 원추형 조인트의 내경 B3= 0.118 H
측 출구의 상응 직경 D2= 0.057 H
하부 출구의 상응 직경 D3= 0.022 H
볼록한 기부의 곡률 반경 R1= 0.250 H
하단부 모서리의 곡률 반경 R2= 0.032 H
이후에, 일단 최적 크기가 얻어지면 원형이 제작되어 1:1 비율 모형 상에서 작동 유체로서의 물이 사용되는 주형 내에 시험된다.
액체 강은 금속 유체를 참조하여 선택된다.
실험 시험은 약 1.4 m/s의 주 덕트 내의 평균 유속을 갖는 약 10 ㎥/h의 용융 금속에 대한 것이다.
또한, 본 발명의 용융 금속의 공급기는 Tliquidus- 600 ℃와 Tliquidus사이의 온도에서(Tliquidus는 용융 금속이 응고되기 시작하는 온도) 예열된다.
또한, 본 발명에 따른 공급기는 공급기의 가장 높은 출구로부터 시작하는 5 ㎜와 120 ㎜ 사이의 거리에 상응하는 깊이에서 용융 금속의 용탕 내에 침지된 주형에 용이하게 공급한다.
상기 공급기의 성능은 수평축을 구비한 참조용 2 출구 원통형 공급기와 비교된다.
상기 성능은 열균일성 레벨, 액체 금속의 균일한 분배, 파상 표면 형성, 측판 상의 고온 금속 유동 및 표면 금속 유동에 관한 것이다.
비교 결과는 이하의 표에 제시되어 있다.
성능 참조용 원통형 공급기 본 발명의 공급기
열균일성(a) 100 61
열 구배의 표준 편차(b) 100 85
파상 표면 형성(c) 100 66
격납 측벽 상의 유동(d) 100 125
금속의 표면 유동(e) 100 82
(a) : 본 발명의 공급기와 참조용 공급기 사이의 직교 방향으로의 최대 온도차의 비율이다.
(b) : 본 발명의 공급기와 참조용 공급기 사이의 종방향에 따른 온도 구배의표준 편차의 비율이다.
(c) : 본 발명의 공급기에서 발생하는 파동의 평균 높이와 참조용 공급기에서 발생하는 파동의 평균 높이 사이의 비율이다.
(d) : 본 발명의 공급기에서 액상-고상 응고의 간격에 의해 35 % 정도 증가된 고상 온도보다 높거나 동일한 온도에서 강이 접촉하는 측벽의 면적과 격납 측벽의 전체 면적의 비율이다. 따라서, 본 발명이 공급기는 참조용 공급기에 비해 노말라이징된다.
(e) : 본 발명의 공급기와 참조용 공급기 사이의 공급기 주위의 상부 표면(용융 금속 유동의 최하 레벨을 갖는 면적임) 상의 액체 금속의 평균 대기 시간의 비율이다.
알 수 있는 바와 같이, 표는 열균일성, 파상 표면 형성 및 상부 표면 상의 금속 유동에 대해 참조용 공급기와 비교하여 본 발명에 따른 신규한 공급기로 얻을 수 있는 최대 성능을 나타낸다.
본 발명은 전술한 실시예에 제한되지 않으며 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 임의의 다른 실시예를 포함한다.

Claims (13)

  1. 상단부에서 원통형 본체(1)와 일체로 형성된 절두 원추형 조인트(2)에 의해 원통형 본체(1)가 연결된 턴디쉬로부터의 용융 금속용 입구 영역(6)을 구비한 주 유동 덕트(5)가 내부에 형성된 원통형 본체(1)를 포함하는 연속 주조 기계의 주형용 용융 금속 공급기로서,
    원통형 본체(1)의 하단부(3)가, 서로로부터 하방으로 발산하는 적어도 2개의 경사진 벽(3a)을 갖는 절두 피라미드 형상이고, 주 유동 덕트(5)와 연통하는 복수개의 출구(7, 8, 9, 10, 11)를 갖는 공급기에 있어서,
    상기 복수개의 출구(7, 8, 9, 10, 11) 중 적어도 2개의 출구는 공급기의 종축과 0°와 90°사이의 각을 형성하는 종축을 가지며, 상기 적어도 2개의 출구의 각 종축은 나머지 출구와 공급기의 종축을 포함하는 평면에 직교하는 평면 상에 놓인 것을 특징으로 하는 공급기.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 경사진 벽(3a)은 공급기의 종축과 10°와 45°사이의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 공급기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수개의 출구(7, 8, 9, 10, 11) 중 적어도 2개의 출구는 공급기의 종축과 0°와 95°사이의 각을 형성하는 종축을 갖는 것을 특징으로 하는 공급기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 각은 65°와 95°사이인 것을 특징으로 하는 공급기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 입구 면적과 출구 면적의 합의 비율이 0.4 와 1.1 사이, 양호하게는 0.6과 0.8 사이인 것을 특징으로 하는 공급기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 절두 피라미드형 하단부(3)가 평평한 기부(4)를 갖는 것을 특징으로 하는 공급기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 절두 피라미드형 하단부(3)가 볼록한 기부(4)를 갖는 것을 특징으로 하는 공급기.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수개의 출구(7, 8, 9, 10, 11)의 종축의 적어도 일부와 공급기의 종축이 동일한 평면 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 공급기.
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실질적으로 절두 피라미드형인 하단부(3)의 기부(4)는 적어도 하나의 클레프트형 출구(12)를 갖는 것을 특징으로 하는 공급기.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공급기는 실리콘 다이옥사이드, 그래파이트 알루미나 및 지르코늄 피복 그래파이트 알루미나를 포함하는 그룹에서 선택된 내화 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 공급기.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 연속 주조 기계의 용융 금속 공급기의 사용 방법에 있어서, 상기 공급기는 Tliquidus- 600 ℃와 Tliquidus사이의 온도(Tliquidus는 용융 금속이 응고되기 시작하는 온도)에서 예열되는 것을 특징으로 하는 공급기의 사용 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 따른 연속 주조 기계의 용융 금속 공급기의 사용 방법에 있어서, 상기 주형에 공급하는 공급기는 공급기의 가장 높은 출구로부터 5 ㎜와 120 ㎜ 사이의 거리와 동일한 깊이에서 용융 금속의 용탕 내에 부분적으로 침지되는 것을 특징으로 하는 공급기의 사용 방법.
KR1019997007385A 1997-02-14 1998-02-13 연속 주조 기계의 주형용 용융 금속 공급기 KR100355725B1 (ko)

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