KR100485404B1 - 박형슬라브를연속주조하기위한부분침수노즐 - Google Patents

Abstract

레들(3)로부터 용융금속 또는 합금(2)을 중력을 이용하여 냉각벽을 갖는 가드 몰드(5) 내로 공급하여 슬라브(4)를 형성하는 침수관(1)에 관한 것으로, 이러한 침수관은 위로는 상부의 레들(3)과 연통하고 아래로는 두 개의 배출구(9, 9')를 갖는 편평한 형태의 디퓨저(8) 내로 뻗어 있는 수직한 관(6)을 갖추고 있다. 본 발명에 따르면, 디퓨저(8)는 두 개의 배출구(9, 9')에 대응하여 용융금속의 흐름에 대한 두 개의 경로를 형성하도록 구성된 중앙 분할 배플(14)을 갖추고 있고, 디퓨저(8)의 최고 레벨에서의 용융금속 흐름의 단면적(10)은 관(6)의 단면적(11) 보다 작다. 더욱이, 가는 몰드(5)의 내측을 향하고 있는 디퓨저(8)의 내측벽(12, 12')은 수직 축선(13)과 7.5°미만의 각(α)을 형성하여서 아래 방향을 향하면서 수직 축선과 이격되어 있고, 아래쪽을 향하면서 좁아지는 흐름 분할 배플(14)은 수직 축선(13)에 대해 각각 7.5°미만의 각(β)을 형성한다.

Description

박형 슬라브를 연속 주조하기 위한 부분침수 노즐

본 발명은 박형 슬라브를 연속 주조하기 위한 공급 부분침수관에 관한 것으로서, 더 상세하게는 용융금속 또는 합금을 난류 및 소용돌이의 발생없이 최상의 방법으로 거의 일정한 헤드를 가지는 레이들로부터, 슬라브가 자체적으로 응고하여 형태를 갖는 냉각 몰드 내에 형성되는 슬라브의 메니스커스 또는 헤드 아래의 높이로 공급하기 위한 부분침수관에 관한 것이다.

두 측부의 길이가 다른 두 측부의 길이보다 긴 수평한 단면을 가지고서 수직방향으로 연장해 있는 4개의 벽으로 구성된 박형 슬라브는 이미 공지되어 있다. 용기로부터 용융금속, 특히 용강을 몰드 내로 유입시키기 위해 소위 "부분침수관(submerged)" 이라 칭하는 연결 도관이 사용되는데, 그의 하부 입구가 몰드 내의 용융 베스 내에 잠겨지고, 냉각벽으로부터 충분한 거리를 유지하기 위해 가능한 한 박형 몰드가 적용된다. 따라서, 박형 슬라브용 공급 부분침수관은 통상적으로 하부가 사각형, 다각형, 또는 타원형의 수평한 단면을 가지고 있고, 좁은 측부 및/또는 하방을 향하는 배출 보드를 갖추고 있다.

그렇지만, 이들 종래 기술의 부분침수관은 본 기술 분야의 여러문헌에 폭넓게 기술되어 있는 여러 이유에 의해 통상의 기술 분야에서 발생하는 여러 문제점들을 해결하지 못하고 있다. 특히, 부분침수관으로부터 배출되는 유체의 흐름은 슬라브 코어의 액체 매스 내에서 순환하는 경향이 있어서 표면에 다시 나타나는 동안 단지 외부만 고상화되는 경향을 가지는데, 이는 용융욕 표면, 특히 박형 몰드의 좁은 표면 부근에서 정체적인 파동을 일으킨다. 이에 의해, 윤활 슬래그가 피크(pick)가 덮혀지지 않은 채로 남아 있는 동안 일반적으로 파동형 메니스커스의 하부에 모이게 되어 윤활제를 부족하게 하거나 또는 그의 분포를 불량하게 하는데, 이는 몰드를 마모시킬 뿐만 아니라 슬라브의 표면 재질을 불량하게 하고, 몰드와 형성되는 슬라브 간의 열교환을 불량하게 하여 크랙을 발생시킬 수 있다.

또한, 유체 소용돌이가 액체 용융욕 내로 다시 되돌아오는 영역은 메니스커스의 만곡부를 나타내는데, 여기서는 분말 입자와 윤활 슬래그가 슬라브 내에 용이하게 포획되어서 추가 크랙을 발생시키고 다른 표면 결함을 발생시킨다. 몰드내의 메니스커스에서의 난류는 노즐을 마모시켜서 수명을 단축시키는 중요한 원인이 된다.

노즐의 배출구에서 흐르는 유체의 난류 및 소용돌이 현상은 슬라브 내에서 발생하는 응고 과정에 부정적인 영향을 미치기 때문에, 응고 과정은 몰드의 좁은면에 평행한 방향으로 점진적으로 그리고 가능한 한 균일하게 진행되어야 한다. 반대로 용융금속의 공급을 일정하게 하고, 슬라브의 종축선에 대해 용융금속의 흐름을 가능한 한 대칭적으로 분포시켜서 수평한 단면에서 최대 균일도를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 용융금속 또는 합금 내에는 산화물이 존재하는데, 이러한 산화물은 노즐의 내면에 퇴적되어서 노즐의 기하학적 형태를 변형시키고 결과적으로 용융금속의 흐름 경로의 단면에 부정적인 영향을 미친다는 또다른 문제점이 언급된다.

여러 경로 단면에서 유속이 느려지는 경우에 악화되는 상기 마지막으로 언급한 문제점을 제외하고, 나머지 다른 모든 문제점들은 용융금속 또는 합금의 유속이 증가될 때 발생되는 문제점들, 즉 몰드 내에 형성될 슬라브가 배출되는 속도 보다 빠른 속도 및/또는 슬라브의 보다 큰 단면적에 대응하여 여러 경로 단면, 특히 배출구에서 유속이 빨라지게 될 때 발생되는 문제점들이다.

상기 언급된 모든 문제점들은 공지된 어떤 형태의 부분침수관에 존재하는 것으로 이는 슬라브의 주조 및 냉각시에 여러 형태로 악영향을 미쳐서 완제품의 재질을 악화시킨다.

도 1은 몰드의 넓은면에 평행하게 중간면을 따라 취한 박형 몰드 내에 부분침수된 본 발명에 따른 부분침수관의 종단면도이다.

도 2는 몰드의 좁은면에 평행한 평면 II-II를 따라 취한 몰드 내에 부분침수된 노즐의 종단면도이다.

도 3은 도 2의 선 III-III을 따라 취한 단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 단점을 극복하는 것으로, 배출구로부터 점차 감소되는 거리에 대응하여 단면을 통과하는 유속을 점진적으로 가능한 한 많이 감소시킴으로써, 형성될 슬라브의 액체 코어 내에서 보다 용이하게 분산될 수 있는 운동 에너지를 갖는 수직 축선에 대칭인 안정된 스트림을 얻고 메니스커스 내의 소용돌이 및 난류의 형성을 최소화시키는 공급 부분침수관 또는 노즐을 제공하는 것이다.

공급 부분침수관 내에서 단면적이 감소되는 지점까지 흐름이 가속되며 이후 하부의 디퓨저가 용융물로 충진되는 동안 속도가 일정하게 느려진다.

본 발명의 목적은 청구항 1에 기재된 특징을 갖는 공급관 또는 노즐에 의해 달성된다. 종속항들은 본 발명에 따른 노즐의 바람직한 실시예를 기재하고 있다.

본 발명에 따른 공급관 또는 노즐의 다른 목적, 장점, 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 기술될 바람직한 실시예를 통해 당업자들에게 명백해질 것이다.

도 1을 참조하면, 공급 부분침수관(1)은 중력에 의해 거의 일정한 헤드를 갖는 상부의 레이들(3)에 포함된 용융금속 또는 합금(2)을 공급하고, 슬라브(4)는 박형 몰드(5)의 내측에 형성되며, 이러한 박형 몰드는 두 측부가 다른 두 측부보다 길이가 긴 수평한 단면을 갖는 수직 방향으로 연장하는 4개의 벽으로 구성되고 냉간벽을 구비한다. 비록, 도 3에는 완전한 직사각형의 몰드를 도시하였지만, 본 발명에 따른 공급관의 특징을 벗어나지 않으면서 몰드는 약간 볼록하거나 다각형일 수도 있고, 도 2에 도시된 완전한 수직벽과는 약간 다른 종방향으로 기울진 형태를 가질 수도 있다.

본 발명에 따른 부분침수관(1)은 원형 단면을 갖는 수직한 관(6)을 포함하는데, 이는 공지된 방법으로 상부 레이들(3)에 연결되어 있다. 이러한 부분침수관(1)은 그의 상부에 흐름 조절면(7)이 제공되어 있고, 피팅 영역(fitting zone, 18)을 통해 아래로 연장하며, 하부 배출구(9,9')를 갖는 디퓨저(8)라 칭하는 편평한 분배부와 연결되어 있다. 디퓨저(8)는 표면 높이(17) 아래에서 용융금속을 공급하는데, 이러한 의미에서 "침수" 또는 "부분침수"와 같은 용어가 사용되며, 이는 몰드의 벽으로부터 소정의 거리를 유지하면서 박형 몰드(5)의 내측에 슬라브(4)를 형성시킨다. 형성될 슬라브(4)는 상부로부터 하부로 두께가 증가하는 고체벽으로 도시되었지만, 내부 코어는 여전히 액체 상태를 유지하거나 아직 완전히 응고된 상태가 아니다.

디퓨저(8)에는 또한 디퓨저(8)의 양쪽 큰벽과 일체로 형성된 중앙 배플(14)이 제공되어 있는데, 이는 두 개의 별개 경로(16,16')로 용융금속의 흐름을 분할하며, 이러한 경로는 아래쪽으로 용융금속을 배출하는 두 배출구(9,9')에서 종료된다.

관(6)을 갖는 피팅 영역(18)의 단부에서 디퓨저(8)의 최상부에 있는 흐름 경로 단면(10)이 바람직하게 배플(14)의 상단부와 거의 일치하도록 도시되어 있지만, 이는 본 발명의 특징이 아니다.

본 발명에 따르면, 흐름 경로 단면(10)의 면적은 상부관(6)의 단면적(11)에 비해 작다. 이러한 상태는 도 2에 잘 도시되어 있다. 피팅 영역(18)의 측벽이 도 1에서는 아래로 분기되어 있음에도 불구하고, 즉 피팅 영역(18)의 단면이 몰드의 큰 면에 평행함에도 불구하고, 다른 모든 단면들은 수렴하는데, 이에 의해 아래쪽으로 단면적이 감소된다.

박형 몰드(5)의 좁은 측부를 향하는 디퓨저(8)의 내부 측벽(12,12')은 아래를 향해 분기되어 있으며, 이들 내부 측벽들 각각은 수직 축선(13)에 대해 7.5°이하의 각(α)을 형성한다.

본 발명에 따르면, 흐름 분할 배플(14)은 몰드(5)의 좁은 측부를 따라 그의 하부(15,15')가 좁아지는데, 이는 수직 축선(13)에 대해 7.5°이하의 각(β)을 각각 형성한다. 각(β)은 상기한 상태와 부합되도록 각(α)과 같거나 다를 수 있다.

결과적으로 분할 배플(14)의 대향하는 측부로부터 형성된 두 경로(16,16')는 아래쪽 방향으로 증가하는 용융금속의 유동에 수직인 단면을 가지지만, 이는 벽들로부터 용융금속 흐름의 분리를 보다 용이하게 하지 않는다. 각(α, β)으로 주어진 제한 때문에, 용융금속의 흐름이 분리되지 않으며, 두 경로(16,16')를 따라 흐르는 용융금속의 유속은 배출구(9,9')로부터 배출되는 원하는 소정의 속도에 대해 최대값을 얻을 수 있다.

유체역학적 관점에서, 본 발명에 따른 부분침수관 또는 노즐은 실질적으로 단면(11), 보다 상세하게는 단면(11)과 감소된 단면(10) 사이에서 대응하는 압축 챔버를 용융물의 흐름에 제공하는 것과 같다. 후속적으로 용융물의 흐름은 최대 가속도를 가지며, 이후 단면(10)으로부터 시작하여 두 개의 경로(16,16')를 따라 점진적으로 속도가 감소되지만, 벽과 접촉하는 연속성을 항상 유지한다. 그렇지만, 유속은 경로(16,16')에 어떠한 산화물도 퇴적되지 않도록 분기면을 갖는 배플(14)의 상부를 따라 여전히 가속되며, 산화물은 유량이 과도하거나 너무 빠르게 유속이 저하될 때 경로(16,16')에 퇴적된다. 이를 위해, 두 경로(16,16')의 단면적은 디퓨저(8)의 최대 단면적(10)과 배플(14)의 최대 폭 사이에서 여전히 감소되는 것이 바람직하며, 이는 배플(14)의 상기한 상부 영역으로 제한하고 도 1에 도시된 바와 같이 에지부(19,19')가 각(α) 이상으로 기울어지는 상태를 얻을 수 있도록 한다. 이러한 방식에 의해, 즉 배플(14)의 상부 에지부(19,19')로부터 벗어나면서 형성되기 시작하는 경로(16,16')의 두 상부 영역은 디퓨저(8) 내의 분기 영역이 시작하기 전에 약간 수렴할 것이다.

본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 상기한 실시예가 개조 및/또는 변형될 수도 있다. 특히, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 부분침수관(1)에 흐름조절면(7)이 제공되는 대신에, 부분침수관(1)은 레이들(3)의 바닥부에 공지된 방법으로 직접 플랜지 연결될 수도 있으며, 또한 흐름조절면이 레이들 내에 설치된 상이한 부재로서 제공될 수도 있다. 선택적인 실시예에서, 부분침수관(1)은 공지된 방법으로 레이들(3)의 바닥부 상에 설치된 흐름 조절 드로우어(drawer)에 부착되어서 두 개의 구멍뚫린 접하는 판 사이의 배출구에서 공지된 방식으로 흐름을 조절할 수도 있다.

Claims (6)

1. 일정한 헤드를 갖는 레이들(3)로부터 용융금속(2)을 중력에 의해 공급하여, 두 측부의 길이가 다른 두 측부의 길이보다 긴 수평한 단면을 가지고 수직방향으로 연장해 있는 4개의 냉각벽으로 구성된 박형 몰드(5) 내에서 표면 높이(17)를 갖는 용융욕으로부터 슬라브를 형성하는 부분침수관(1)으로서,

   상기 레이들(3)의 상부와 연통하며 수직하게 뻗어 있는 상부관(6)과, 상기 상부관(6) 아래에 형성되어 있고 상기 몰드(5)의 벽으로부터 소정 거리만큼 이격되게 형성되며 슬라브(4)의 표면(17) 아래에서 개방되고 분할 배플(14)에 의해 형성되는 두 개의 분할 경로(16,16')에 관련되어 바닥부에 배출구(9,9')를 갖는 편평한 분배부 또는 디퓨저(8)를 포함하는 부분침수관에 있어서,

   상기 디퓨저(8)의 최대 단면적(10)이 상기 상부관(6)의 단면적 보다 작고, 상기 디퓨저(8)가 상기 몰드(5)의 좁은 측부를 따라 내측벽(12,12')을 갖추고 있으며, 상기 내측벽(12,12')은 수직 축선(13)으로부터 대칭적으로 분기되어 있고 아래쪽을 향하면서 상기 수직 축선(13)과 7.5°이하의 각(α)을 형성하며, 상기 분할 배플(14)의 하부가 상기 박형 몰드의 좁은 측부를 따라 좁아져서 상기 분할 배플(14)의 측부(15,15')들과 상기 수직 축선(13) 사이에 7.5°이하의 각(β)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 부분침수관.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 분할 배플(14)은 상기 배출구(9,9')와 동일한 레벨에서 상기 디퓨저(8)의 바닥부로부터 상기 디퓨저(8)의 가장 높고 보다 좁은 단면(10)까지 연장하여 상기 분할 배플(14)이 가장 큰 폭을 갖는 영역(B)으로부터 상기 용융금속의 흐름에 수직 방향으로 아래로 단면적이 증가하는 두 경로(16,16')를 형성하며 상기 영역(B)으로부터 상기 측부(15,15')가 상기 수직 축선에 접근하기 시작하는 것을 특징으로 하는, 부분침수관.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 디퓨저(8)의 가장 높고 보다 좁은 단면과 동일한 레벨에 있는 상기 분할 배플(14)의 상단부와 상기 상부관(6) 사이에 테이퍼형 상기 피팅 영역(18)이 위치되며, 상기 분할 배플(14)의 상단부와 상기 좁아지는 측부(15,15')가 시작되는 상기 분할 배플(14)의 가장 큰 영역(B) 사이에 상기 분할 배플(14)이 분기하는 상부 측부(19,19')가 있는 것을 특징으로 하는, 부분침수관.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 분할 배플(14)의 상기 분기하는 상부 측부(19,19')가 상기 수직 축선(13)과 각을 형성하고 상기 각은 상기 디퓨저(8)의 내측벽(12,12')과 수직 축선(13) 사이에 형성되는 각(α)과 같거나 크며, 상기 경로(16,16')의 초기부(A)가 상기 분할 배플(14)의 가장 큰 폭을 갖는 영역(B)까지 용융금속의 유속을 증가시키면서 단면적이 일정하거나 감소되는 것을 특징으로 하는, 부분침수관.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상부관(6)은 상부에 흐름조절면(7)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는, 부분침수관.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상부관(6)이 상기 레이들(3)의 바닥부에 직접 플랜지 연결되고, 상기 레이들(3)의 내측에는 흐름조절면이 제공되는 것을 특징으로 하는, 부분침수관.