KR100513592B1 - 편류 방지를 위한 연속 주조용 슬라이딩 게이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조시 사용되는 턴디쉬와 몰드사이에 위치하여 몰드내로 용강을 공급하는 통로 역할을 하는 슬라이딩 게이트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬라이딩 게이트에 있어서 용강 흐름 통로를 이루는 개도구의 축을 상부 노즐과 하부 노즐의 중심축과 동일 축상에 있도록 각 게이트들을 배치하여 공급되는 용강의 편류를 방지하므로써 용강이 적절히 공급될 수 있도록 하는 슬라이딩 게이트에 관한 것이다.

본 발명의 편류 방지를 위한 연속 주조용 슬라이딩 게이트는, 턴디쉬 저부의 상부 노즐(12)과 연결된 상부 게이트(13)와, 침지 노즐(4)측의 하부 노즐(16)에 연결되는 하부 게이트(15) 및 상기 상부 게이트(13)와 하부 게이트(15) 사이에 위치하여 한방향으로 슬라이딩되어 공급되는 용강을 제어하는 중부 게이트(14)로 구성되어, 턴디쉬(2)로부터 주편을 제조하기 위한 몰드(5) 내로 용강을 공급할 시 용강의 흐름을 제어하는 슬라이딩 게이트에 있어서, 상기 상, 중, 하부 게이트(13, 14, 15)의 직경을 상기 상, 하부 노즐(12, 16) 직경 대비 15%∼39% 범위로 축소하고, 이중 상, 하부 게이트(13, 15)의 중심축을 노즐축에 대해 노즐 직경 대비 7%∼24% 정도 편심되게 고정 설치하며, 최적 개도율로 활주되었을 시 상기 게이트들(13, 14, 15)이 이루는 용강 흐름 통로의 중심축이 상기 상, 하부 노즐(12, 16)의 중심축과 동일 직선상에 있도록 상기 중부 게이트(14)를 상기 상, 하부 게이트(13, 15)에 대해 배치하는 것을 특징으로 한다.

Description

편류 방지를 위한 연속 주조용 슬라이딩 게이트{Sliding gate for preventing the melted ingot steel from bias flow in continuous casting}

본 발명은 연속 주조시 사용되는 턴디쉬와 몰드사이에 위치하여 몰드내로 용강을 공급하는 통로 역할을 하는 슬라이딩 게이트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬라이딩 게이트에 있어서 용강 흐름 통로를 이루는 개도구의 축을 상부 노즐과 하부 노즐의 중심축과 동일 축상에 있도록 각 게이트들을 배치하여 공급되는 용강의 편류를 방지하므로써 용강이 적절히 공급될 수 있도록 하는 슬라이딩 게이트에 관한 것이다.

일반적으로, 강의 연속 주조(continuous casting) 조업시, 턴디쉬(turndish)에서 용강이 몰드(mold)내로 공급되게 되는데, 턴디쉬로부터 몰드내로 용강을 전달하기 위하여 내화성 재료로 구성된 슬라이딩 게이트(sliding gate)를 사용하게 된다.

슬라이딩 게이트는 턴디쉬로부터 몰드내로 용강을 전달하는 통로 역할을 함과 동시에 턴디쉬로부터 몰드내로 공급되는 용강의 양을 조절하는 역할도 하게 된다.

턴디쉬로부터 몰드내로 공급되는 용강량을 제어하는 방법으로는 스토퍼(stopper)를 설치하여 턴디쉬로부터 몰드로 공급되는 용강량을 단속적으로 조절하는 방법과 슬라이딩 게이트를 사용하는 방법이 사용되어 왔다.

상기한 방법 중, 스토퍼에 의한 방법은 용강의 유량을 정확하게 제어하는 것이 곤란하고, 취급이 복잡하며, 또한 설치에 비교적 큰 공간이 필요되기 때문에, 최근에는 슬라이딩 게이트 방식이 주로 사용되어 지고 있다.

슬라이딩 게이트를 사용하는 방식은 상, 중, 하부 게이트를 사용하여 이 중 중부 게이트를 한방향으로 활주시켜 개도율을 조절하는 방식으로서, 용강이 통과하는 개도구가 한쪽으로 쏠림에 따라 하부 게이트에 용강이 충돌하는 영역이 생기게 되어 손상을 가하기도 하고, 침지 노즐을 통과하는 용강의 흐름에 와류가 형성되어 몰드내에 유입될 시 균일한 흐름 상태를 갖지 못하게 된다.

더불어, 용강의 정체 현상이 발생되어 정체된 곳에서 응고 현상이 나타나게 되어 장시간 사용후에는 게이트의 제어가 불가능하게 되기도 하며, 정체 영역에서 개재물의 클로깅(clogging)이 발생하여 주조 말기의 주편 품질에 나쁜 영향을 주기도 한다.

이러한 문제점으로 인해 편류 해소 대책이 강력하게 요구되어 왔다.

이를 위해, 대한민국 특허 출원번호 10-1996-62983호(발명의 명칭 : 비직선형으로 구성된 연속 주조용 슬라이딩 게이트)에서는 사용 빈도가 가장 높은 개구 상태에서 슬라이딩 게이트의 상부 및 하부 게이트의 형상을 직선이 아닌 경사면 또는 곡면으로 구성하여 침지 노즐내에서 와류 및 편류 현상을 방지하는 방법이 제안되었다.

그러나, 이 방법은 상부 및 하부 게이트를 곡선형으로 가공하기 위해서는 그 두께가 얇아져야 하고, 이에 따라 실제 사용중에 용손이 발생되어 흐름 제어가 불가능하게 될 가능성이 높다는 점과 비직선형으로 구성함에 의해 흐름의 사각 지대(dead zone)는 해소되지만 편류 그 자체를 해결할 수는 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 슬라이딩 게이트를 통한 연주시 용강의 와류 및 편류 현상이 발생되지 않고, 이에 따라 용강의 응고에 따른 게이트의 제어 불능을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 몰드내로 용강이 균일하게 유입될 수 있도록 하는 슬라이딩 게이트를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 편류 방지를 위한 연속 주조용 슬라이딩 게이트는,

턴디쉬 저부의 상부 노즐(12)과 연결된 상부 게이트(13)와, 침지 노즐(4)측의 하부 노즐(16)에 연결되는 하부 게이트(15) 및 상기 상부 게이트(13)와 하부 게이트(15) 사이에 위치하여 한방향으로 슬라이딩되어 공급되는 용강을 제어하는 중부 게이트(14)로 구성되어, 턴디쉬(2)로부터 주편을 제조하기 위한 몰드(5) 내로 용강을 공급할 시 용강의 흐름을 제어하는 슬라이딩 게이트에 있어서,

상기 상, 중, 하부 게이트(13, 14, 15)의 직경을 상기 상, 하부 노즐(12, 16) 직경 대비 15%∼39% 범위로 축소하고, 이중 상, 하부 게이트(13, 15)의 중심축을 노즐축에 대해 노즐 직경 대비 7%∼24% 정도 편심되게 고정 설치하며, 최적 개도율로 활주되었을 시 상기 게이트들(13, 14, 15)이 이루는 용강 흐름 통로의 중심축이 상기 상, 하부 노즐(12, 16)의 중심축과 동일 직선상에 있도록 상기 중부 게이트(14)를 상기 상, 하부 게이트(13, 15)에 대해 배치하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 슬라이딩 게이트 방식을 보여주는 도면이며, 도 2는 슬라이딩 게이트의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

슬라이딩 게이트(sliding gate)는 턴디쉬(turndish) 저부와 연결된 상부 게이트(13)와 침지 노즐(submerged entry nozzle)(4)과 일체로 연결되어 있는 하부 노즐(16)에 연결되어 있는 하부 게이트(15) 및 상기 상부 게이트(13)와 하부 게이트(15) 사이에 위치하며 한방향으로 활주되어 공급되는 용강량을 제어하기 위한 중부 게이트(14)로 구성된다.

도 3은 종래의 슬라이딩 게이트에 있어서 용강 흐름을 유동(fluid dynamics) 해석한 결과이며, 도 4는 304 스테인레스강을 7연연주 후에 수거한 하부 게이트의 손상을 보여주는 사진이다.

도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 편류(bias flow)의 발생으로 인하여 하부 게이트(15)의 측면이 용강과 충돌함에 따라 정상류가 형상되지 못하고, 그 결과 도 4와 같이 용강과 충돌되는 하부 게이트(15)의 측면에 손상이 초래되게 된다.

일반적인 사항이나, 게이트가 이루는 내경의 단면적에 대하여 개도되어지는 면적의 비율인 개도율은 중부 게이트(14)를 평형 이동시킴으로써 조절하나, 보통 약 70~80%정도 개구되어 사용되며, 20~30%정도의 여유는 침지 노즐(4)의 막힘을 방지하기 위해 필요된다.

물론, 실제의 개도율은 연주기에서 턴디쉬 높이와 주조 속도 등 여러 가지 요인에 의해 결정되므로 70% 이하인 경우도 존재하며, 그 하나의 예로서, 연주 대상 강종이 스테인레스인 경우 약 28% 정도의 개도율이 채택된다.

도 5는 50% 개구된 슬라이딩 게이트에서 용강 흐름을 알아보기 위해 실시한 수모델 실험 결과이다.

이를 참조하면, 50% 개구된 상태에서의 용강 흐름은 몰드내에서 한쪽으로의 편류를 발생시킴을 확인할 수 있다.

이러한 상태에서는, 사각 지대(dead zone)가 발생하여 용강의 일부가 이곳에 부착되어 응고되며, 그 크기가 시간의 증가에 따라 증가하여 결국 게이트의 통로를 폐쇄시키게 된다.

이러한 결과는 바람직하지 못한 것으로서, 가능한 한 상기와 같은 문제점을 해결해야만 한다.

도 6은 종래 슬라이딩 게이트에 있어서 게이트가 이루는 중심과 노즐의 중심이 일치하지 않는 것(a)과 본 발명에 따라 개량되어 게이트의 용강 흐름축이 노즐 중심과 일직선인 경우(b)를 대비하여 설명하는 도면이다.

도 6(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상, 하부 노즐(12, 16)의 중심축과 슬라이딩 게이트 개도구의 중심축을 일치시키기 위해, 본 발명에서는 슬라이딩 게이트의 용강 통로를 상대 이동시켰으며, 이를 위해 상, 중, 하부 게이트(13, 14, 15)를 적절히 배치시켰다.

이 때, 상대 이동 거리 및 배치 정도는 가장 사용 빈도가 높은 개도율에서 용강 흐름이 일직선을 이루도록 결정된다.

본 발명에 따른 슬라이딩 게이트를 사용하는 경우의 유동 해석 결과를 나타낸 도 7을 참조하면, 종래 문제점이었던 편류가 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.

참고로, 도 7에서 노즐 속도(단위 : mm/sec)는 흰색부터 검정색까지 변하면서 증가됨을 나타낸다.

정리하면, 본 발명에서는 정상 주조시의 최적 개도율을 계산하여, 계산된 개도율에서 용강 흐름이 일직선을 이루도록 종래 노즐 직경과 동일한 직경을 가졌던 상, 중, 하부 게이트(13, 14, 15)의 직경을 노즐 직경 대비 15%∼39% 범위로 축소하고, 축소된 상, 하부 게이트(13, 15)의 중심축을 노즐축에 대해 노즐 직경 대비 7%∼24% 정도 편심되게 고정 설치하며, 최적 개도율로 활주되었을 시 게이트들이 이루는 용강 흐름 통로의 중심축이 노즐의 중심축과 동일 직선상에 있도록 중부 게이트(14)를 상, 하부 게이트(13, 15)에 대해 배치하여 연주 조업시 하부 노즐(16) 부근에서 유동 패턴이 중심에 대칭되도록 한다.

즉, 바람직하게 통상적인 노즐 직경이 65mm인 경우, 상, 중, 하부 게이트(13, 14, 15)의 직경을 40mm∼55mm(즉, 약 15%∼39%) 범위로 축소하고, 이중 상, 하부 게이트(13, 15)를 노즐의 중심축에 대해 5∼15mm(즉, 약 7%∼24%) 정도 편심되게 축이동시켜 고정 설치하며, 이때 직경 축소율이 클수록 축이동율은 작게 된다.

여기서, 직경 축소율이 39%를 초과하면 게이트 직경이 너무 작아 적정양의 용강 흐름을 확보하지 못하며, 15% 미만이면 게이트 직경이 너무 커서 축이동율에 한계가 있고 최적 개도율에서 용강 흐름축을 되도록 노츨축과 일직선상에 있도록 배치하는 것이 사실상 불가능하여 바람직하지 않다.

물론, 본 발명의 경우도 최적 개도율이 아닌 경우에는 종래와 같이 편류가 발생될 수 있으나 그 가능성은 훨씬 낮아지게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 슬라이딩 게이트에 있어서 용강 흐름 통로를 구성하는 개도구의 축을 상부 노즐과 하부 노즐의 중심축과 동일 직선상에 있도록 상, 중, 하부 게이트를 배치시킴으로써, 사각 지대의 형성에 따른 문제점과 편류가 발생됨으로써 주편 품질에 영향을 끼쳤던 문제점이 해결되어, 슬라이딩 게이트 및 침지 노즐의 수명이 연장되고, 연주 공정의 생산성과 생산되는 주편의 품질이 향상되게 된다.

도 1은 연속 주조시 용강의 흐름을 나타내는 도면.

도 2는 종래 슬라이딩 게이트의 구성을 나타낸 단면도.

도 3은 종래의 슬라이딩 게이트에 있어서 개도율이 50% 미만에서 하부 게이트가 손상되는 유동 해석 결과를 나타낸 도면.

도 4는 304 오스테나이트계 스테인레스강의 연속 주조시 하부 게이트의 손상을 나타낸 사진.

도 5는 종래 슬라이딩 게이트의 용강 흐름을 나타내기 위한 수모델 사진.

도 6은 종래 슬라이딩 게이트(a)와 본 발명에 따라 개량된 슬라이딩 게이트(b)에 있어서 각 게이트들의 배치를 설명하는 도면.

도 7는 상기 도 6(b)의 본 발명에 따른 슬라이딩 게이트에 있어서 용강 흐름을 유동 해석한 결과를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 용강 2 : 턴디쉬(turndish)

3 : 슬라이딩 게이트(sliding gate)

4 : 침지 노즐(submerged entry nozzle) 5 : 몰드(mold)

11 : 노즐 세팅 블록 12 : 상부 노즐

13 : 상부 게이트 14 : 중부 게이트

15 : 하부 게이트 16 : 하부 노즐

Claims (1)

1. 턴디쉬 저부의 상부 노즐(12)과 연결된 상부 게이트(13)와, 침지 노즐(4)측의 하부 노즐(16)에 연결되는 하부 게이트(15) 및 상기 상부 게이트(13)와 하부 게이트(15) 사이에 위치하여 한방향으로 슬라이딩되어 공급되는 용강을 제어하는 중부 게이트(14)로 구성되어, 턴디쉬(2)로부터 주편을 제조하기 위한 몰드(5) 내로 용강을 공급할 시 용강의 흐름을 제어하는 슬라이딩 게이트에 있어서,

   상기 상, 중, 하부 게이트(13, 14, 15)의 직경을 상기 상, 하부 노즐(12, 16) 직경 대비 15%∼39% 범위로 축소하고, 이중 상, 하부 게이트(13, 15)의 중심축을 노즐축에 대해 노즐 직경 대비 7%∼24% 정도 편심되게 고정 설치하며, 최적 개도율로 활주되었을 시 상기 게이트들(13, 14, 15)이 이루는 용강 흐름 통로의 중심축이 상기 상, 하부 노즐(12, 16)의 중심축과 동일 직선상에 있도록 상기 중부 게이트(14)를 상기 상, 하부 게이트(13, 15)에 대해 배치하는 것을 특징으로 하는 편류 방지를 위한 연속 주조용 슬라이딩 게이트.