KR100451824B1

KR100451824B1 - 이강종 연연주용 용강공급장치

Info

Publication number: KR100451824B1
Application number: KR10-1999-0032739A
Authority: KR
Inventors: 조명종; 김상준
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2004-10-08
Also published as: KR20010017292A

Abstract

본 발명은 성분이 다른 강을 조업중단없이 연속적으로 생산하기 위하여 조업중 턴디쉬(tundish)와 몰드(mould)의 교체없이 새로운 강이 담겨진 래들(ladle)교환만을 통하여 연이어 주조할 때(이하 이강종 연연주라함) 불필요하게 생산되는 혼합강종의 주편발생량을 최소화하여 주편실수율을 향상시킬수 있는 용강공급장치에 관한 것으로,

턴디쉬(100)내 침지노즐(20)근방의 주입영역(A)에는 하향하는 용강이 충돌하면서 수평방향으로 균일하게 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개의 내화물로 이루어진 주입부댐(3)을 계단식으로 설치하고, 상기 침지노즐(20)과 배출구(30)사이의 진행영역(B)에는 수평방향으로 진행되는 용강이 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개 내화물로 이루어지고, 상단이 탕면상으로 노출되는 진행부댐(4)을 수직하게 설치하는 한편, 상기 배출구(30)근방의 배출영역(C)에는 용강이 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개 내화물로 이루어진 배출부댐(5)을 수직하게 설치한 이강종 연연주용 용강공급장치를 제공한다.

Description

이강종 연연주용 용강공급장치{DEVICE OF FEEDING THE MOLTEN STEEL FOR CONTINUOUS CASTING DURING GRADE TRANSITION}

본 발명은 성분이 다른 강을 조업중단없이 연속적으로 생산하기 위하여 조업중 턴디쉬(tundish)와 몰드(mould)의 교체없이 새로운 강이 담겨진 래들(ladle)교환만을 통하여 연이어 주조할 때(이하 이강종 연연주라함) 불필요하게 생산되는 혼합강종의 주편발생량을 최소화하여 주편실수율을 향상시킬수 있는 용강공급장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 몰드에 용강을 공급하는 턴디쉬내에서 용강의 재순환 혹은 정체되는 영역을 최소화하므로서 새로 투입된 강과 이전 강종간의 혼합을 억제하여 혼합강종의 생산량을 저감시키도록 개선한 이강종 연연주용 용강공급장치에 관한 것이다.

다양한 강종을 효율적으로 생산하기 위하여 래들교환만을 통한 이강종 연연주조업을 실시하고자 하는 경우, 조업 중단에 따른 생산지연시간이 감소되어 생산성이 향상되는 반면에 턴디쉬와 몰드내에서 강종간 혼합이 발생되고, 이에 따라 다량의 혼합강종 주편이 생산되므로 주편실수율이 떨어지게 된다.

이러한 이강종 연연주 조업시 강종혼합은 턴디쉬와 몰드내에서 각각 이루어지나 몰드에 비하여 용량이 큰 턴디쉬에서 대부분의 강종 혼합이 이루어진다. 따라서 이강종 연연주조업시 발생되는 혼합강종 주편량을 최소화하기 위한 연구는 주로 턴디쉬내의 혼합에 대하여 행하졌으며 이러한 연구들을 통하여 종래에는 새로운 강종이 담겨있는 래들로 교환시 이전강이 잔존하는 턴디쉬를 새로운 것으로 교체하는방법과 턴디쉬내에 FC패드(Flow Control impact pad)이라고 하는 내화구조물을 래들 노즐 하단부의 턴디쉬 바닥에 설치하여 턴디쉬내부에서 용강흐름을 제어한 방법이 알려져 있다.

그러나, 상기와 같이 새로운 턴디쉬로 교체하는 종래의 방법은 이전 강종을 완전히 제거하므로서 턴디쉬내에서의 강종 혼합을 근원적으로 해결할 수는 있으나 사용 내화물의 증가로 생산단가가 상승되는 문제점이 있었다. 또한 턴디쉬내에 FC패드라 하는 내화물을 설치하는 또다른 종래의 방법은 내화물의 형상을 다양하게 하여 용강의 유동방향을 턴디쉬상부로 향하게 하여 강종 혼합을 저감시키고자 하는 것이나 여전히 턴디쉬내에 유동 재순환구간이 잔존하게 되어 강종 혼합에 대한 개선이 더 필요한 실정이다.

즉 도 1(a)(b)에 도시한 바와같이, 이강종 연연주조업을 위하여 이전강종이 남아 있는 턴디쉬(100)로 새로운 강이 투입되는 경우, 상기 턴디쉬(100)내에서는 복잡한 3차원 유동흐름으로 인하여 다양한 재순환 또는 정체영역이 관찰되며, 이때 재순환 또는 정체영역에 존재하던 이전강종은 재빠르게 새로운 강종으로 대치되지 못하고 시간을 두고 서서히 새로운 강종과 혼합된 후 새로운 강종으로 바뀌어 배출구(30)를 통해 몰드(미도시)로 주입되면서 불량한 혼합강종의 주편이 생산된다.

따라서, 이러한 턴디쉬(100)내 용강의 재순환 또는 정체영역의 증가는 이전강종이 새로운 강종으로 교체될 때 까지 많은 시간이 소요되게 되며, 그 결과 혼합 강종량의 증가로 이어진다.

종래의 경우 래들(10)에서 주입된 용강은 도 1(a)에 도시한 바와같이, 턴디쉬(100)내에서 복잡한 유동형태를 보이는데, 특히 댐(dam)(120)과 위어(weir)(110)주변에서 유동의 재순환 및 정체가 심하게 발생되고 있음을 알수 있다. 그러나, 상기 댐(120)과 위어(110)를 제거한 경우에는 도 1(b)에 도시한 바와같이, 래들(30)의 침지노즐(20)에서 주입된 용강이 턴디쉬(100)바닥으로 흘러 래들하부 턴디쉬바닥 → 턴디쉬배출구 → 용탕면으로 이어지는 큰 재순환 영역을 형성하게 된다.

따라서, 상기와 같이 턴디쉬(100)내에서 발생하는 재순환 구역을 최소화하기 위해서는 래들(10)에서 주입된 용강이 수직방향으로 균일하게 나뉘어지고 턴디쉬(100)의 배출구(30)까지 재순환이나 와류발생없이 진행되어야 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은, 이강종 연연주조업시 턴디쉬내에서 강종간 혼합량을 최소화할수 있도록 턴디쉬내에서 용강의 재순환이나 정체영역을 최소화하여 용강이 턴디쉬내에서 균일하게 흐르도록 할수 있는 이강종 연연주용 용강공급장치를 제공하고자 한다.

도 1(a)(b)는 종래기술에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치의 사용상태도,

도 2(a)는 본 발명에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치를 도시한 평면도,

도 2(b)는 본 발명에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치를 도시한 종단면도,

도 3(a)는 본 발명에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치에 채용되는 주입부댐의 사시도,

도 3(b)는 본 발명에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치에 채용되는 진행부댐, 배출부댐의 사시도,

도 4(a)는 종래의 용강공급장치에서의 용강유동상태를 도시한 개략도,

도 4(b)는 본 발명의 용강공급장치에서의 용강유동상태를 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

3 ...... 주입부댐 4 ....... 진행부댐

5 ...... 배출부댐 8a,8b,9a,9b ...... 모따기부

10 ..... 래들 20 ..... 침지노즐

30 ..... 배출구 100 .... 턴디쉬

110 .... 위어 120 .... 댐

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,

래들내의 새로운 용강을 이전 강이 잔존하는 턴디쉬내로 침지노즐을 통하여 공급하고, 배출구를 통하여 몰드내로 주입하는 이강종 연연주설비에 있어서,

상기 턴디쉬내 침지노즐근방의 주입영역에는 하향하는 용강이 충돌하면서 수평방향으로 균일하게 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개의 내화물로 이루어진 주입부댐을 계단식으로 설치하고, 상기 침지노즐과 배출구사이의진행영역에는 수평방향으로 진행되는 용강이 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개 내화물로 이루어지고, 상단이 탕면상으로 노출되는 진행부댐을 수직하게 설치하는 한편, 상기 배출구근방의 배출영역에는 용강이 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개 내화물로 이루어진 배출부댐을 수직하게 설치함을 특징으로 하는 이강종 연연주용 용강공급장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 2(a)(b)는 본 발명에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치를 도시한 휭단면도, 종단면도이고, 도 3(a)(b)는 본 발명에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치에 채용되는 댐부재의 사시도로서, 도시한 바와같이, 본 발명의 용강공급장치(1)는 래들로부터 용강이 공급되는 턴디쉬(100)의 주입영역(A), 진행영역(B) 및 배출영역(C)에 다수개의 내화물로 이루어진 댐부재(3)(4)(5)를 각각 설치함으로서 상기 턴디쉬(100)내에서 용강의 재순환이나 정체영역을 최소화시킬수 있도록 한 것이다.

즉, 상기 턴디쉬(100)내에서 래들(10)의 용강이 주입되는 침지노즐(20)의 직하부근방에 해당하는 주입영역(A)에는 최상단의 폭은 좁고 하부로 갈수록 폭이 점차 커지도록 복수개의 내화물(3a)(3b)(3c)(3d)(3e))을 계단식으로 축조한 주입부댐(3)을 수직하게 설치한다.

상기 주입부댐(3)은 도시한 바와같이 폭크기가 서로 상이한 복수개의 내화물(3a)(3b)(3c)(3d)(3e)로 구성되며, 상하 인접하는 내화물(3a)(3b)(3c)(3d)(3e)의 사이에는 중력방향으로 하향하여 충돌하는 용강을 균일하게 수평방향으로 통과시킬수 있도록 복수개의 통로를 형성하며, 최상부 내화물(3a)의 일측인 좌측단과 최하부 내화물(3e)의 좌측단사이에 측정되는 거리인 간격(L)은 용강이 공급되는 침지노즐(20)의 구경을 2배로 한 값보다 작은 크기로 형성하여야 하며, 이는 상기 침지노즐(20)의 직하부에 위치되어야 한다.

또한, 침지노즐(20)의 하단부와 배출구(30)사이의 진행영역(B)에는 상기 주입부댐(3)에 의하여 수평방향으로 균등하게 배분된 용강이 턴디쉬(100)내에서 하부로 와류나 재순환발생없이 통과하여 흐르도록 다수개의 내화물(4a)(4b)(4c)(4d)로 이루어지며, 상단이 탕면상으로 일부 노출되는 진행부댐(4)을 수직하게 설치한다.

여기서, 상기 진행부댐(4)의 설치갯수는 '침지노즐(20)과 배출구(30)사이의 거리(가로)'와 '용탕면의 높이(세로)'의 비에 따라 결정되는바, 용탕면의 높이에 비하여 턴디쉬(100)의 길이가 길어 가로/세로의 비가 1을 상회하면, 상기 주입부댐(3)에서 형성된 수평방향 균일유동에 와류등이 발생될 가능성이 있으므로 되도록 상기 진행부댐(4)을 진행영역(B)에 다수개 설치할 필요가 있고, 상기 턴디쉬(100)의 길이가 짧아 가로/세로의 비가 1을 넘지 않으면, 용강유동성이 안전하므로 상기 진행부댐(4)을 진행영역(B)에 다수개 설치할 필요가 없다.

그리고, 상기 배출구(30)의 근방의 배출영역(C)에는 턴디쉬 하류바닥에 설치된 배출구(30)로 인하여 유동에 새로운 와류 및 재순환이 발생되는 것을 방지할수 있도록 상기 진행부댐(4)과 마찬가지로 복수개의 내화물(5a)(5b)(5c)(5d)로 구성된 배출부댐(5)을 상기 배출구(30)의 전방측 바닥면에 대하여 수직하게 설치한다.

또한, 용강이 턴디쉬(100)내에서 배출구(30)측으로 흐를수 있도록주입부댐(3), 진행부댐(4) 및 배출부댐(5)의 각 통로는 층층히 쌓여지는 내화물벽체중 중간 중간에 일부 내화물을 제거하여 부딪히는 용강이 빠져나갈수 있는 유로를 형성하며, 수직 및 턴디쉬폭방향으로 복수개 설치한다.

한편, 상기 주입부댐(3),진행부댐(4) 및 배출부댐(5)을 갖는 턴디쉬(100)의 각 상단모서리에는 턴디쉬(100)의 폭을 주입영역(A)에서는 확대하고, 진행영역(B)에서는 유지하며, 배출영역(C)에서는 축소시켜 래들(10)에서 턴디쉬(100)내로 공급된 용강이 재순환없이 유선형으로 잘 진행될수 있도록 1 내지 80°의 일정각도(θ)를 갖는 모따기부(8a)(8b)를 각각 형성하고, 상기 턴디쉬(100)의 각 하단모서리에는 상기 주입영역(A)과 배출영역(C)을 줄여 턴디쉬(100)의 바닥모퉁이에서 주로 발생하는 용강정체구간을 줄일수 있도록 1 내지 80°의 일정각도(α)를 갖는 모따기부(9a)(9b)를 각각 형성한다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이강종 연연주용 용강공급장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 2(a)(b)에 도시한 바와같이, 본 발명의 용강공급장치(1)를 이용하여 몰드에 용강을 주입하고자 하는 경우, 먼저, 래들(10)에 담겨진 용강이 침지노즐(20)을 통하여 이전 용강이 잔존하는 턴디쉬(100)내로 공급되면, 상기 침지노즐(20)에서 나오는 용강은 주입영역(A)으로 공급된다.

즉, 상기 래들(10)에서 나온 용강의 일부는 계단식으로 축조된 주입부댐(3)의 최상부 내화물(3a)에 충돌하면서 흐름방향을 90。로 바꾸어 상기 내화물(3a)과 그 하부 내화물(3b)사이의 통로를 통하여 수평방향으로 흐르고, 상위 내화물(3a)에충돌하지 못하고 수직아래로 흐르는 용강중 일부는 다시 아래에 설치된 내화물(3b)에 충돌하여 수평방향으로 흐르며, 여기서도 상기 주입부댐(3)에 부딪히지 못한 다시 하위 내화물(3d)에 충돌하는 일련의 과정을 거치게 되어 최종적으로 래들에서 나온 용강을 턴디쉬(100)의 수직방향으로 균일하고 고르게 나누어주게 되는 것이다.

이것에 의해서 상기 래들(10)로부터 나온 용강은 턴디쉬(100)바닥으로 흐르면서 일부씩 순차적으로 유동방향으로 수평방향으로 전환하면서 고르게 진행영역(B)측으로 각 내화물(3a)(3b)(3c)(3d)(3e)사이의 통로를 통해서 진행되는 것이다. 동시에, 상기 주입영역(A)측 턴디쉬(100)의 각 상단모서리와 하단모서리는 모따기부(8a)(9a)에 의해서 영역이 감소된 상태이기 때문에 용강유동의 재순환구간이 감소됨은 물론 정체구간이 줄어들어 새로운 강종이 이전강종을 신속하게 밀어내면서 진행될수 있다.

연속하여, 상기 주입부댐(3)에 의하여 수직방향으로 균등하게 배분된 용강은 폭이 일정한 진행영역(B)을 통과하는 도중 이에 수직하게 설치된 진행부댐(4)의 각 내화물(4a)(4b)(4c)(4d)사이의 통로를 통과하기 때문에, 와류나 재순환발생없이 일정하게 배출영역(C)측으로 상기 턴디쉬(100)내에 잔존하는 이전 용강을 배출구(30)측으로 밀어내며서 일정하게 흐른다.

최종적으로 배출영역(C)까지 이전 용강을 밀어내면서 흘러온 용강은 배출구(30)전방에 수직하게 설치된 배출부댐(5)의 통로를 통과하면서 용강의 와류 또는 잰순환이 발생없이 상기 배출구(30)를 통해 몰드로 주입되는 것이다. 이와 더불어 상기 배출영역(C)측 턴디쉬의 각 상단모서리와 하단모서리는 모따기부(8b)(9b)에 의해서 영역이 감소된 상태이기 때문에 유동의 재순환구간이 감소됨은 물론 정체구간이 줄어둘어서 새로운 강종의 신속한 공급과 더불어 이전강종의 배출이 신속하게 이루어져 이강종이 서로 혼합되는 시간을 줄일수 있는 것이다.

한편, 도 4(a)는 종래기술에 따른 용강공급장치를 이용하여 이강종 연연주조조업할 때 용강의 흐름상태를 수치해석한 것이고, 도 4(b)는 본 발명에 따른 용강공급장치를 이용하여 이강종 연연주조조업할 때 용강의 흐름상태를 수치해석한 것으로서, 종래의 용강흐름에 대하여 해석한 도 4(a)를 살펴보면, 댐(120)과 위어(110)후면등에서 큰 재순환 및 전체구간이 관찰됨을 알수 있다. 이는 이강종 연주조시 새로운 강종이 래들(10)로부터 턴디쉬(100)내로 투입되어도 재순환 및 정체구간에 있던 이전 강종은 서서히 새로운 강종으로 대치되므로 혼합강종이 배출구(30)로 모두 빠져 나갈때까지는 많은 시간이 소요됨에 따라 혼합강종 발생량을 증가시켜 주편실수율로 이어지는 것이다.

반면에, 본 발명의 실시예에 따른 경우(각 모따기부(8a)(8b)(9a)(9b)의 일정각도(θ)(α)가 0°이고, 진행부댐(4)이 2개)를 살펴보면, 래들(10)에서 턴디쉬(100)로 용강이 공급되는 주입영역(A)과 턴디쉬(100)에서 몰드로 배출되는 배출영역(C)에서만 작은 재순환이 관찰되며, 전반적으로 턴디쉬내에서 유동은 균일하게 흘러가는 것을 알수 있다. 이는 이강종 연연주를 위하여 새로운 강종이 래들(10)로부터 턴디쉬(100)로 투입할 때 이전 강종을 균일하고, 신속하게 배출구(30)측으로 밀어내는 역할을 하게 되어 최종적으로 혼합강종이 턴디쉬(100)를 모두 빠져나가는 시간이 단축되고, 그 결과 혼합강종이 발생되는 량은 급격히 줄어둘어 주편실수율을 향상시킬 수 있는 것이다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 턴디쉬내에서 용강유동의 재순환 및 정체현상이 크게 방지할수 있기 때문에 이강종 연연주조업시 공급되는 새로운 강종과 이전 강종이 혼합된 강종의 생산량이 현저히 줄어들고, 이것에 의해서 재처리해야되는 혼합강종의 주편량을 크게 감소시켜 제품단가의 저하를 예방하고, 주편실수율을 향상시킴은 물론, 소량 다품종의 주문수주가 가능해져 경제적인 이익을 향상시킬수 있는 효과가 얻어진다.

Claims

래들(10)내의 새로운 용강을 이전 강이 잔존하는 턴디쉬(100)내로 침지노즐(20)을 통하여 공급하고, 배출구(30)를 통하여 몰드내로 주입하는 이강종 연연주설비에 있어서,

상기 턴디쉬(100)내 침지노즐(20)근방의 주입영역(A)에는 하향하는 용강이 충돌하면서 수평방향으로 균일하게 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개의 내화물로 이루어진 주입부댐(3)을 계단식으로 설치하고, 상기 침지노즐(20)과 배출구(30)사이의 진행영역(B)에는 수평방향으로 진행되는 용강이 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개 내화물로 이루어지고, 상단이 탕면상으로 노출되는 진행부댐(4)을 수직하게 설치하는 한편, 상기 배출구(30)근방의 배출영역(C)에는 용강이 통과하는 복수개의 통로를 균일하게 형성하도록 다수개 내화물로 이루어진 배출부댐(5)을 수직하게 설치함을 특징으로 하는 이강종 연연주용 용강공급장치.
제 1항에 있어서,

상기 주입부댐(3)을 구성하는 복수개의 내화물중 최상부 내화물(3a)의 일측인 좌측단과 최하부 내화물(3d)의 좌측단사이에 형성되는 간격(L)은 용강이 공급되는 침지노즐(20)의 구경크기를 2배한 것보다 작은 크기로 구비되며, 상기 침지노즐(20)의 직하부에 위치되도록 형성됨을 특징으로 하는 이강종 연연주용 용강공급장치.
제 1항에 있어서,

상기 턴디쉬(100)의 각 상단모서리에는 턴디쉬(100)의 폭을 주입영역(A)에서는 확대하고, 진입영역(B)에서는 유지하며, 배출영역(C)에서는 축소시켜 래들(10)에서 턴디쉬(100)내로 공급된 용강이 재순환없이 유선형으로 잘 진행될수 있도록 1 내지 80°의 일정각도(θ)를 갖는 모따기부(8a)(8b)를 각각 형성함을 특징으로 하는 이강종 연연주용 용강공급장치.
제 1항에 있어서,

상기 턴디쉬(100)의 각 하단모서리에는 상기 주입영역(A)과 배출영역(C)을 줄여 턴디쉬(100)의 바닥모퉁이에서 주로 발생하는 용강정체구간을 줄일수 있도록 1 내지 80°의 일정각도(α)를 갖는 모따기부(9a)(9b)를 각각 형성함을 특징으로 하는 이강종 연연주용 용강공급장치.