KR100527353B1 - 침지 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융강의 연속 주조에 있어서의 문제점을 해소하고, 몰드내의 용융강의 유동 제어와 노즐의 내구성이 우수한 침지 노즐이며, 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시키기 위한 트위스트 테이프형 부품(1)을 구비하고 있다. 이것은 직렬형과 2구형 중의 어떤 침지 노즐에서도 적용할 수 있으며, 2구형 침지 노즐(12)은 저면이 없는 구조로 형성하여 저면에 이물질이 부착되는 문제를 해소할 수 있다. 또한 이들 침지 노즐에 있어서, 분출구 내부 벽면의 종단면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성함으로써 주강의 품질향상 효과가 한층 확대된다. 또한 트위스트 테이프형 부품에 의하여 와류가 발생된 용융강의 흐름에 가스가 주입되는 구조(15)를 본 발명의 침지 노즐에 추가하여 형성하면 이물질을 포착, 연행하고 부상시키는 효과가 한층 확대된다.

Description

침지 노즐{IMMERSION NOZZLE}

본 발명은 용융강(溶融鋼)의 연속주조(連續鑄造)에 사용되는 침지(浸漬) 노즐에 관한 것이다.

연속주조에 사용되는 침지 노즐중에서 강편(鋼片 : billet)의 연속주조의 경우에 노즐과 몰드(mold) 벽면 사이의 거리가 짧고 분출된 용융강이 몰드 벽면에 고속으로 충돌하는 것을 방지하기 위하여 직렬형의 침지 노즐이 많이 사용되고 있다. 또한 슬라브 연속주조의 경우에는 몰드 폭이 좁은 부분에서 분출구가 두 갈래로 나누어진 2구형의 노즐이 사용되고 있다.

직렬형의 침지 노즐에서는 용융강이 주로 직하방향(直下方向)으로 분출되고 몰드내에서 이물질이나 기포가 깊게 침투되므로 주강(鑄鋼) 속으로 이물질이나 기포가 포함되기도 하고 몰드 하부의 만곡부(灣曲部)에 쉽게 퇴적되어 결함 발생요인이 된다. 또한 용융강의 주입방향이 주로 하방이므로 메니스커스부(meniscus部)에서의 용융강의 온도가 저하되는 경우가 많아 파우더의 용융이 불충분하게 되고, 몰드와 응고쉘(凝固shell)간의 윤활성이 저하되어 주강의 표면결함 요인이 된다. 여기에서 메니스커스부는 몰드내의 용융강과 몰드 파우더의 계면을 말한다.

한편 2구형의 침지 노즐에 있어서, 분출된 용융강이 몰드 폭이 좁은 부분에 이르게 된 후에 반전하여 노즐방향으로 유동(流動)되지만, 분출의 흐름과 반전의 흐름이 충돌할 때에 탕면(湯面)이 격심하게 변동되어 이물질이나 기포가 휩쓸리게 된다. 또한 이런 형태의 노즐은 이물질이나 기포가 깊게 침투되어 주강 속으로 포함되기도 하고 몰드 하부의 만곡부에 퇴적되기도 한다는 문제가 발생한다. 이런 형태의 노즐은 용융강을 분출구의 하단부로부터 매우 빠른 유속으로 분출시키고 고속 주조에 있어서 용융강의 최대 분출유속이 크므로 상기 문제는 더욱 현저하게 나타난다. 또한 메니스커스부에서의 용융강의 온도가 저하되는 문제는 전술한 바와 같다.

전술한 문제를 해결하기 위하여 몰드내의 용융강의 유동을 제어하는 것을 목적으로 자장(磁場) 발생장치에 의한 용융강의 전자 교반(電磁 攪拌)이 제안되었다. 전자 교반에 의한 용융강의 유동 제어는 효과가 있지만 최근에 강력히 요구되고 있는 연속 주조의 고속화에 대해서는 전자 교반이 상기 문제를 해결하기 위한 적당한 대책이라고 할 수 없다. 또한 전자 교반 장치는 매우 고가의 장치이며, 장치의 설치 장소가 고온에 노출되는 장소이므로 장치의 보수, 수리 작업도 용이하지만은 않다.

전술한 것 이외에 종래의 침지 노즐의 문제점은 이물질의 부착으로 인한 노즐의 막힘이다. 이것은 용융강 중의 비금속 이물질이 노즐내의 벽면에 점차 부착, 퇴적됨에 따라 노즐의 막힘에 이르게 되고 노즐이 사용 불가능하게 된다는 것이다. 또한 그런 상황에까지 이르지 않더라도 부착된 이물질이 벗겨져 용융강 중에 포함되어 주강의 결함 요인이 되는 경우도 있다.

노즐 내벽의 이물질 부착에 대한 대책으로서 노즐 내벽으로부터 불활성 가스를 주입하고 용융강 중에 함유된 이물질을 포착, 연행하여 몰드내에서 부상시키는 방법이 시행되고 있다. 그러나 연속 주조처리에 있어서는 내부 벽면에 이물질이 서서히 부착되어 노즐이 막히게 되는 경우가 발생하므로 적절한 대책이라고는 할 수 없다.

상기한 바와 같이 종래 기술의 문제점에 대하여 주강의 고품질화, 주조의 고속화라는 요구에 대응할 수 있도록 몰드내에서의 주강의 결함 요인의 발생을 방지할 수 있고, 또한 노즐 내부 벽면에 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있는 침지 노즐이 요구되고 있다.

도1은 트위스트 테이프형 부품의 일례를 나타내는 사시도,

도2는 트위스트 테이프형 부품의 비틀림 각도(θ)가 135도인 것을 예로 나타내는 도면으로서 (a)는 평면도, (b)는 측면도,

도3은 본 발명에 의한 직렬형 침지 노즐의 일례를 나타내는 일부 파단 사시도,

도4는 본 발명에 의한 2구형의 침지 노즐의 일례를 나타내는 일부 파단 사시도,

도5는 본 발명에 의한 용융강의 분출구에서의 내부 벽면의 종단면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있는 침지 노즐의 일례를 나타내는 단면도,

도6은 도5에 나타낸 침지 노즐을 사용한 경우의 용융강의 흐름을 나타내는 모식도,

도7은 본 발명에 의한 2구형에 저면이 없는 구조로 형성된 침지 노즐이고, 분출구에 이르는 내부 벽면의 종단면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있는 침지 노즐의 일례를 나타내는 도면으로서 (a)는 사시도, (b)는 단면도,

도8은 본 발명에 의한 가스가 주입되는 구조를 구비하고 있는 침지 노즐의 일례를 나타내는 단면도,

도9은 종래의 직렬형의 침지 노즐을 사용할 경우에 용융강의 흐름을 나타내는 모식도이다.

본 발명자는 전술한 종래 기술의 문제점을 해소한 침지 노즐을 실현하고자 다양한 검토를 한 결과, 침지 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시키는 것을 착상하여 물을 모델로 실험하였다. 그 결과, 노즐내의 물 흐름에 와류를 발생시킴으로써 최대 분출 속도의 저하, 분출구 전체로부터의 균일한 분출 등의 분출 동작을 적절하게 제어할 수 있다는 것이 판명되고 이런 성과를 발표하였다(철과 강 Vol.80 No.10 P754-758(1994), ISIJ (The Iron and Steel Institute of Japan) International Vol.34 No.11 P883-888(1994)).

상기 물 모델 실험에 있어서, 노즐 상부에 와류 날개를 설치함으로써 와류를 발생시켰다. 사용된 와류 날개는 노즐의 직경과 동일한 내부 직경을 구비하는 도너츠형 원판이며, 노즐로 유입되는 물에 와류를 발생시키기 위한 경사각을 가진 12장의 날개를 구비하고 있다.

본 발명자는 실제 용융강의 흐름에 와류를 발생시키는 방법을 다양하게 모색하였다. 물 모델 실험에 사용된 와류 날개는 형태가 복잡하고 고온의 용융강의 흐름에 견딜 수 있는 재료로 제작하는 것이 매우 곤란하며, 또한 용융강의 흐름의 물리적 충격에는 견딜 수 없었다.

또한 몰드내의 용융강의 유동 제어에 사용되는 자장 발생장치를 이용하여 노즐내의 용융강의 흐름에 회전 동작을 발생시키는 것도 고려하였다. 그러나 용융강이 침지 노즐 안을 통과하는 단시간 내에 물 모델실험의 결과와 같은 분출 동작을 얻을 수 있을 정도의 와류를 발생시킬 수 없었다.

결국, 본 발명자는 용융강의 흐름에 견딜 수 있는 재료로 제작할 수 있는 단순한 형태이며 또한 충분한 와류를 발생시킬 수 있는 것으로써 트위스트 테이프형(twisted tape形) 날개를 생각해 내었다. 이런 형태이면 제작도 가능하고 용융강의 충격에도 견딜 수 있으며, 또한 제작한 후에 약간 가공하는 것만으로 노즐 내부에 용이하게 설치할 수 있다. 또한 트위스트 테이프형의 형태를 적절하게 설정함으로써, 노즐내의 용융강의 흐름에 우수한 와류를 발생시킬 수 있는 것도 발견하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은 노즐 내부의 용융강의 흐름에 와류를 발생시키기 위한 트위스트 테이프형 부품을 구비하는 침지 노즐이다. 트위스트 테이프형 부품으로 인하여 노즐내의 용융강의 흐름에 와류가 발생되면 몰드내의 용융강의 유동이 제어되고 이물질이나 기포의 침입 거리가 짧아지게 되어 주강 속으로 휩쓸리는 것을 방지할 수 있다. 또한 노즐 내부 벽면에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 효과도 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서, 트위스트 테이프형 부품의 형태는 길이 L과 폭 D의 비, 즉 L/D가 0.5 ∼ 2, 비틀림 각도θ가 100도 이상인 경우에 한층 우수한 와류가 발생된다.

트위스트 테이프형 부품으로 인하여 직렬형의 침지 노즐은 용융강의 분출방향이 직하방향이 아니라 경사진 하방이 되어 이물질이나 기포의 침입 거리를 짧게 할 수 있다.

또한 용융강의 분출구에 있어서, 내부 벽면의 종단면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있으면 용융강의 유동이 메니스커스방향으로 매우 적절하게 발생될 수 있고, 메니스커스부에서의 용융강의 온도의 저하를 억제할 수 있다. 이런 효과는 내부 벽면의 종단면의 곡률 반경이 30 ∼ 300mm의 범위인 원호상의 부채꼴 형태일 때에 한층 현저하게 나타난다.

한편, 2구형의 침지 노즐은 용융강의 최대 분출유속을 저하시킬 수 있으므로 분출되는 흐름과 몰드의 폭이 좁은 부분에서 시작되는 반전 흐름의 충돌을 약화시키고 탕면의 변동을 방지할 수 있다.

또한 2구형의 침지 노즐에 있어서도, 분출구에 이르는 노즐 내부 벽면의 종단면을 원호상의 부채꼴 형태로 형성함으로써 몰드내에서의 용융강의 유동을 보다 적절하게 제어할 수 있고 몰드내의 용융강의 온도와 메니스커스부에서의 용융강의 온도를 평형 상태가 되도록 할 수 있다. 이런 효과는 내부 벽면의 종단면의 곡률 반경이 30 ∼ 300mm의 범위인 원호상의 부채꼴 형태일 때에 한층 현저하게 나타난다.

본 발명에서는 2구형의 노즐을 저면이 없는 구조로 형성할 수 있고, 이것은 이물질의 부착을 방지한다는 관점에서 한층 바람직하다.

또한 본 발명의 다른 형태는 전술한 각 노즐에서의 노즐 내부에서 와류가 발생된 용융강의 흐름에 가스가 주입되는 구조를 구비하는 침지 노즐이다. 이 침지 노즐에 의하면 용융강 중의 이물질을 포착, 연행하고 몰드내에서 부상시키는 효과가 큰 폭으로 향상된다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위하여 첨부한 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 최대의 특징인 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시키기 위한 트위스트 테이프형 부품(1)은 제1도에 나타낸 바와 같다. 부품 (1)의 폭(D)은 노즐 내경에 의하여 결정되며, 부품(1)의 길이(L) 및 비틀림 각도(θ)는 본 발명의 효과인 용융강의 흐름에 충분한 와류를 얻을 수 있는 범위로 설정되면 바람직하다. 비틀림 각도(θ)는 평면 테이프 형태로부터 비틀린 각도이다. 도2는 θ = 135도인 예로서 (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.

트위스트 테이프형 부품의 형태를 변화시킨 경우에 와류의 발생 상황을 물 모델 실험에 의하여 조사하였다. 그 결과를 표1, 표2에 나타낸다. 표1은 트위스트 테이프형 부품의 폭(D) 및 비틀림 각도(θ)를 일정하게 하고 길이(L)를 변경시킨 경우이고, 표2는 폭(D), 길이(L)를 일정하게 하고 비틀림 각도(θ)를 변경시킨 경우이다. 또한 표1의 No. 4와 표2의 No. 10은 동일하다. 최대 분출유속은 분출구의 중심, 상부, 하부 등의 각 부위에서의 유속을 계측하고 No. 1을 100으로 한 지수로 나타내어 각 시료의 최대 유속값을 나타낸다. 또한 상기 물 모델 실험에는 직렬형 노즐을 이용한다.

표1

주)No. 1 : 트위스트 테이프형 부품을 구비하지 않는 것.

와류의 발생 ◎ : 관내의 물이 균일하게 와류되어 유동됨.

○ : 일부에서 산란이 있지만 거의 균일하게

와류되어 유동됨.

△ : 와류가 거의 발생하지 않는 유동.

분출 각도 : 물이 주로 분출되는 각도. 직하방향을 0도로 한다.

최대 분출유속 지수 : No. 1을 100으로 한 지수 표시.

유속은 레이저 도플러 유속계(laser doppler velocimeter : LDV)를

사용하여 계측.

표2

물 모델 실험의 결과에 의하여 트위스트 테이프형 부품의 길이(L)와 폭(D)은 그 비, 즉 L / D가 0.5 ∼ 2의 범위가 바람직하고, 0.8 ∼ 1.5의 범위가 특히 바람직하다. L / D가 0.5미만에서는 노즐내의 용융강의 흐름을 현저하게 방해하고, 또한 L / D가 2를 초과하면 충분한 와류를 발생시킬 수 없다. L / D가 0.5 ∼ 2의 범위이면 최대 분출유속이 저하되는 효과가 크다.

비틀림 각도(θ)는 100도 이상인 것이 바람직하며 120도 이상인 것이 특히 바람직하다. θ가 180도를 초과하여도 와류를 발생시키는 효과, 분출 각도, 최대 분출 속도는 거의 같으나 부품의 용이한 제작의 관점에서 고려하면 θ는 180도 이하가 바람직하며, 그 이상의 각도가 필요한 경우에는 1개의 부품으로 필요한 각도를 획득하여도 무방하지만, 2개 이상의 부품을 설치하여 필요한 각도를 획득하는 것이 물론 바람직하다. 트위스트 테이프형 부품의 재질은 형태 가공할 수 있으며 용융강의 흐름에 견딜 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나 일반적으로는 노즐 본체에 사용되는 재질이 바람직하며 다른 재질이라도 무방하다.

본 발명의 트위스트 테이프형 부품을 구비하는 침지 노즐은 직렬형 또는 2구형 중 어느 것이라도 적절하게 사용할 수 있다. 이들 침지 노즐의 예를 각각 도3, 도4에 나타낸다.

직렬형의 침지 노즐(2)에 대하여 설명하면 노즐(2)내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시킴으로써 노즐(2)로부터 용융강이 분출될 때의 최대 유속을 현저하게 저하시킬 수 있음과 아울러 도6에 나타내는 바와 같이 노즐(2)로부터 하강하는 흐름(10)을 주로 약 45도의 경사방향으로 하강시킬 수 있다. 그 결과 분출되는 용융강 중에 존재하는 이물질이나 기포의 침입 거리를 짧게 억제할 수 있으므로 이물질이나 기포가 주강 속으로 휩쓸리거나 몰드(7) 하부의 만곡부에 퇴적되는 것이 방지된다. 또한 노즐(4)내의 용융강에 와류(6)가 발생됨으로써 노즐(4)의 내부 벽면에 이물질이 부착되는 것이 억제된다. 또한 노즐(4)내에서 와류(6)가 발생된 용융강의 흐름이 몰드(7) 안쪽으로 분출되는 것에 의하여 몰드(7)내의 용융강을 적절하게 교반시키므로 주강의 조직이 균일하게 되어 주강의 고품질화에 기여하는 효과도 있다. 이런 점에 대하여 도5에 나타내는 바와 같이 용융강의 분출구(5)에서의 노즐(4)의 내부 벽면의 종단면을 원호상의 부채꼴 형태로 형성함으로써, 주강의 고품질화를 이루는 데에 한층 바람직한 효과를 얻을 수 있다. 이런 효과는 분출구(5)의 내부 벽면의 원호상의 부채꼴 형태의 곡률 반경(R)이 30 ∼ 300mm인 경우에 특히 적절하게 얻을 수 있다. R이 30mm 미만인 경우에는 내부 벽면의 원호상의 부채꼴 부분의 반경이 짧아져서 용융강이 분출될 경우에 상승하는 흐름의 발생이 불충분하게 되고, 300mm를 초과하면 원호상의 부채꼴 형태가 직선에 가깝게 되고 경사진 하방을 향하는 분출이 주체가 되어 역시 상승하는 흐름의 발생이 불충분하게 된다.

용융강의 흐름의 와류 발생과 노즐 분출구 형태의 적당한 선택의 복합 효과에 의하여 내층 결함, 표층 결함이 동시에 종래의 노즐에 비하여 큰 폭으로 절감된다. 이런 점에 대하여 도6을 참조하면서 설명한다. 노즐(4)의 분출구(5)가 상기 형태로 형성되어 있으면 노즐(4)내에서 와류 (6)가 발생된 용융강의 흐름은 몰드(7)내에서 약 45도의 경사방향으로 하강하는 흐름(10)에 더해지고 메니스커스부를 향하여 상승하는 흐름(11)도 발생됨으로써 메니스커스부에서의 용융강의 교반 작용이 적절하게 발생된다. 그 결과, 메니스커스부의 용융강의 온도 저하가 억제되고 몰드 파우더(9)의 용융 상태가 적당하게 보존되므로 몰드(7)와 응고쉘(8)이 양호하게 윤활됨으로써 주강의 표층 결함의 발생이 절감된다. 이 효과는 도9에 나타낸 종래 형태의 직렬형 침지 노즐(16)과 비교하면 명백해진다. 즉, 도9에서는 용융강의 흐름은 직하방향을 향하는 유동(17)이 주체가 되고 약간 비스듬한 하방의 유동(18)은 조금 나타난다.

본 발명을 2구형의 침지 노즐(3)에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 종래 노즐의 분출유속은 분출구의 하부에서 매우 크며, 중앙부, 상부의 분출유속은 작다. 그러나 노즐내의 용융강에 와류를 발생시킴으로써 용융강은 분출구의 중심부, 상부, 하부 중 어떠한 부분에서도 거의 균일한 속도로 분출되고 최대 분출유속은 현저하게 저하된다. 예를 들면, 표1의 No. 4는 No. 1에 비하여 최대 분출유속이 1/4로 저하된다. 따라서 분출의 흐름과 몰드의 폭이 좁은 부분에서 시작되는 반전 흐름간의 충돌이 매우 약해져 메니스커스부의 탕면 변동이 억제된다. 또한 이물질, 기포의 침입 거리가 짧아지므로 주강 속으로 휩쓸리거나 몰드 하부의 만곡부에서 이물질이 퇴적되는 것이 방지된다. 상기 효과에 의하여 주강의 결함 발생이 방지되어 고품질화에 적절하게 기여한다.

또한 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시킴으로써 노즐의 내부 벽면에 이물질이 부착되는 것을 억제하는 효과도 얻을 수 있다. 종래의 2구형의 침지 노즐에서는 이물질의 부착이 노즐 선단의 저면에서 현저하게 나타난다. 본 발명의 침지 노즐(3)에서는 전술한 바와 같이 용융강의 흐름에 와류가 발생됨으로써 분출구의 어느 부위에서도 거의 균일한 속도로 용융강이 분출된다. 따라서 노즐 선단에 저면이 없는 구조도 직하 방향의 분출이 매우 작게 되고, 약 45도의 경사방향의 분출이 주체가 된다. 그 결과 이물질이나 기포의 침입 거리를 짧게 억제하는 효과가 유지되며, 또한 저면이 없는 구조로 형성함으로써 저면에 이물질이 부착되는 문제가 해소되어 노즐의 수명을 향상시킨다. 또한 저면이 없음으로써 구조가 간편해지는 이점도 있다.

또한 직렬형 노즐과 마찬가지로 와류가 발생된 용융강의 흐름의 분출로 인한 몰드내에서의 교반 효과로 주강의 고품질화를 실현할 수 있다. 2구형의 침지 노즐에 있어서도 분출구에 이르는 내부 벽면의 종단면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성됨으로써 약 45도의 경사방향으로 하강하는 흐름이 발생되며 메니스커스부로 향하는 상승하는 흐름이 발생된다. 그 결과, 직렬형의 노즐에서 설명한 메니스커스부에서의 용융강의 온도 저하를 억제하는 효과가 마찬가지로 획득되고 주강의 표면 결함의 발생이 절감된다. 이런 효과는 분출구에 이르는 노즐 내부 벽면의 원호의 곡률 반경 (R)이 30 ∼ 300mm인 경우에 특히 크다. 곡률 반경(R)이 30mm 미만인 경우에는 내부 벽면이 원호 형태인 부분의 반경이 짧으므로 상승하는 흐름의 발생이 불충분하게 되고, 300mm를 초과하면 원호상의 부채꼴 형태가 직선에 가깝게 되어 경사진 하방을 향하는 분출이 주체가 되므로 역시 상승하는 흐름의 발생이 불충분하게 된다. 2구형의 침지 노즐(12)에 있어서, 저면이 없는 구조인 경우에는 분출구(14)가 도7(a)에 나타내는 바와 같이 도려낸 형태이지만, 이 도려낸 부분에 이르는 내부 벽면(13)을 원호상의 부채꼴 형태로 형성하면 무방하다.

본 발명에 의한 침지 노즐은 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시킴으로써 노즐 내부 벽면에 이물질이 부착되는 것이 억제되는 효과를 얻을 수 있지만, 와류가 발생된 용융강에 불활성 가스 등의 가스를 주입함으로써 이물질 부착방지 효과는 한층 현저하게 나타난다.

가스가 주입되는 형태의 종래 노즐은 주입된 가스가 단지 용융강과 함께 이동하여 접촉한 이물질을 연행하는 것이었다. 본 발명의 침지 노즐에 있어서, 용융강의 흐름에 와류를 발생시킴으로써 주입된 가스는 노즐의 축방향으로 수렴한다. 그 때에 기포는 원뿔 형태인 밀도가 높은 막을 형성하므로 용융강 중의 이물질과 접촉할 확률이 높아진다. 따라서 이물질은 노즐 내벽에 부착되지 않고 기포에 포착, 연행되어 몰드내에서 부상된다. 상기 이물질 부착방지 효과로 인하여 노즐이 막혀지는 것이 어려우므로 노즐의 수명이 향상된다. 또한 종래의 가스 주입에 비하여 저유량, 저압의 가스 공급으로도 상기 효과를 획득할 수 있으므로 경제적으로도 유리하다. 가스가 주입되는 구조(15)를 구비하는 본 발명의 침지 노즐의 일례를 도8에 나타낸다.

본 발명의 침지 노즐은 트위스트 테이프형 부품에 의하여 노즐내의 용융강의 흐름에 와류가 발생되는 것으로써, 몰드내의 용융강의 유동을 적절하게 제어할 수 있지만 전자 교반 장치의 병용을 배제하는 것은 아니다.

(실시예)

이하 각종 침지 노즐에 대하여 본 발명의 구체적인 예를 나타낸다.

직렬형의 침지 노즐로서 표3에 나타내는 노즐의 시험을 실시한다. 사용한 침지 노즐은 알루미나 카본질로서 외경이 105mm, 내경이 60mm, 길이가 700mm이며 정수압 프레스에 의하여 성형하고, 실시예1 및 비교예1 이외의 것은 분출구의 내부 벽면을 원호상의 부채꼴 형태로 가공한다. 트위스트 테이프형 부품은 질산화 붕소질 소결품으로서 미리 제작하며 노즐 성형시에 노즐의 내주에 층을 형성하고 이 층에 걸도록 한다. 부품의 형태인 A형은 길이 L, 폭 D가 모두 60mm이고, L/D = 1, 비틀림 각도 θ = 180도이다. B형은 길이 L = 48mm, 폭 D = 60mm이고, L/D = 0.8, 비틀림 각도 θ = 140도이다. 부품의 두께는 모두 10mm이다.

표3

주) 실시예1, 비교예1은 분출구 내부 벽면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있지 않다.

표3에 나타낸 형태의 침지 노즐을 이용하여 수평 단면이 170mm × 170mm인 강편을 2.5m/min의 속도로 주조하고 주강의 내층 결함, 표층 결함의 발생률을 측정한다. 또한 노즐로 주입되는 용융강의 온도와 메니스커스부의 용융강의 온도를 측정하고 그 온도차를 표3에 나타낸다. 비교예에 대해서도 같은 방법으로 측정한다.

내층 결함은 강편의 주강 표면을 40mm 절삭한 후에 표면에서의 결함 개수, 표층 결함은 5mm 절삭한 후에 표면에서의 결함 개수를 측정하고 모두 비교예1의 결과를 1로 한 지수로 나타낸다.

본 발명의 트위스트 테이프형 부품을 구비함으로써 주강의 내층 결함, 표층 결함은 모두 1/2이하로 감소된다. 또한 분출구 내부 벽면을 원호상의 부채꼴 형태로 형성함으로써 메니스커스부의 용융강의 온도 저하가 억제되고 내층 및 표층 결함은 모두 한층 절감되는 것이 나타나며, 곡률 반경이 30 ∼ 300mm인 경우에는 비교예1에 비하여 약 1/6 ∼ 1/10의 결함 발생률이 나타난다.

2구형 침지 노즐로서 표4에 나타내는 형태의 노즐에 대하여 시험을 실시한다. 노즐 본체는 알루미나 카본질로서 내경이 74mm, 외경이 130mm, 길이가 500mm이며, 정수압 프레스에 의하여 성형한다. 트위스트 테이프형 부품은 질산화 붕소 소결품으로 제작하고 노즐 성형시에 노즐의 내주에 층을 형성하고 이 층에 걸도록 한다. 형태는 폭 D = 80mm, 길이 L = 80mm (L/D = 1), 비틀림 각도 θ = 180도, 두께 10mm이다. 각 침지 노즐을 50톤 용량의 턴디시(tundish) 하부에 설치하여 알킬드강(Al killed 鋼)을 2m/min의 속도로 주조한다. 비교예에 대해서도 같은 방법으로 시험한다. 각 시험 결과에 대하여 표4에 나타낸다.

본 발명의 트위스트 테이프형 부품을 구비함으로써 탕면에서의 유속 변동폭이 작아지게 되고, 그 결과 주강 표면의 결함 발생률이 비교예3에 비하여 약 1/8로 절감된다. 또한 노즐 내벽의 이물질 부착방지 및 몰드 하부 만곡부의 이물질 퇴적방지 효과도 크다.

표4

표5는 2구형의 침지 노즐의 저면의 유무에 대하여 비교한 시험 결과이다. 노즐 본체의 재질, 치수 및 트위스트 테이프형 부품의 재질, 형태는 표4에서 사용한 것과 동일하다. 각 침지 노즐은 50톤 용량의 턴디시 하부에 설치하여 알킬드강을 주조한다. 비교예에 대해서도 같은 방법으로 시험한다. 각 시험 결과에 대하여 표5에 나타낸다.

본 발명의 트위스트 테이프형 부품을 구비함으로써 주강의 결함 발생이 억제됨과 아울러 노즐 내벽의 이물질 부착방지로 인한 노즐 수명이 향상되며, 또한 저면이 없는 구조로 형성함으로써 표면 결함의 발생률이 저하되고 노즐의 막힘에 이르기까지의 수명이 한층 향상된다. 수명은 저면을 구비하는 것의 2배에 가까우며 또한 트위스트 테이프형 부품을 구비하지 않는 것의 약 3배가 된다.

표5

표6은 2구형의 침지 노즐에 대하여 분출구에 이르는 내부 벽면의 형태를 검토한 시험 결과이다. 사용한 침지 노즐은 알루미나 카본질로서, 외경이 130mm, 내경이 75mm, 길이가 700mm이며, 정수압 프레스에 의하여 성형하고, 분출구를 가공, 즉 실시예10, 비교예6 이외에는 분출구에 이르는 내부 벽면의 종단면을 소정의 곡률 반경을 구비한 원호상의 부채꼴 형태로 가공한다. 트위스트 테이프형 부품은 질산화 붕소질 소결품으로서 미리 제작하여 노즐 성형시에 노즐의 내주에 층을 형성하고 이 층에 걸도록 한다. 부품의 형태인 A형은 길이 L, 폭 D가 모두 75mm이고, L/D = 1, 비틀림 각도 θ = 180도 이다. B형은 길이 L = 60mm, 폭 D = 75mm이고, L/D = 0.8, 비틀림 각도 θ = 140도이다. 부품의 두께는 모두 10mm이다. 표6에 나타낸 형태의 침지 노즐을 이용하여 2.5m/min의 속도로 주조하고, 주강의 내층 결함, 표층 결함의 발생률을 측정한다. 수평 단면이 1200mm × 250mm인 슬라브 주강을 주조한다. 또한 노즐로 주입되는 용융강의 온도와 메니스커스부의 용융강의 온도를 측정하고 그 온도차를 표6에 나타낸다. 비교예에 대해서도 같은 방법으로 측정한다. 내층 결함은 슬라브 주강 표면을 40mm 절삭한 후에 표면에서의 결함 개수, 표층 결함은 5mm 절삭한 후에 표면에서의 결함 개수를 측정하고 모두 비교예1의 결과를 1로 한 지수로 나타낸다.

본 발명의 트위스트 테이프형 부품을 구비함으로써 결함 발생이 억제된다. 이 효과는 용융강의 분출구인 도려낸 부분에 이르는 내부 벽면의 종단면을 원호상의 부채꼴 형태로 형성함으로써 한층 현저하게 나타난다. 곡률 반경이 30 ∼ 300mm인 원호상의 부채꼴 형태인 경우에는 내부 벽면이 원호상의 부채꼴 형태가 아닌 것과 비교하면 내층 결함이 약 1/3, 표층 결함이 약 1/2 정도로 절감된다. 내부 벽면이 원호상의 부채꼴 형태이어도 트위스트 테이프형 부품을 구비하지 않는 것과 비교하면 내층 결함이 약 1/5, 표층 결함이 1/3 ∼ 1/4정도로 절감된다.

표6

주)실시예10, 비교예6은 분출구 내부 벽면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있다.

본 발명의 트위스트 테이프형 부품을 구비함과 아울러 가스가 주입되는 구조를 구비하는 침지 노즐의 효과를 확인하기 위하여 실시예7과 동일한 형태의 것(실시예16) 및 가스가 주입되는 구조를 구비하는 것을 제작한다 (실시예17). 이들 침지 노즐을 50톤 용량의 턴디시에 장착하고 아르곤 가스(Ar)를 주입하면서 주조한다. 비교하기 위하여 비교예3과 동일한 형태의 침지 노즐에 대해서도 같은 방법으로 시험한다(비교예7).

2000톤 주조후에 노즐 내벽의 상황을 관찰함으로써 실시예16의 노즐은 분출구 부근에서만 이물질이 약간 부착되고 실시예17의 노즐은 노즐관, 분출구 부근 모두에서 이물질의 부착이 거의 발견되지 않지만 비교예7의 침지 노즐은 노즐관에서 약간 부착되고 분출구 부근에서는 현저하게 부착된다. 그 결과, 노즐 교환에 이르기까지의 수명에 있어서 실시예16은 비교예의 1.2배, 실시예17은 1.6배이고, 가스 주입을 병용함으로써 수명 향상 효과가 분명해진다.

본 발명은 용융강의 연속 주조에 있어서, 주강의 고품질화를 지향한 몰드내에서의 용융강 유동의 제어 및 침지 노즐 내벽의 이물질의 부착 방지를 목적으로 하며, 침지 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시키기 위한 트위스트 테이프형 부품을 구비한다. 그 결과, 전자 교반 장치와 같은 고가의 장치를 사용하지 않고서도 상기 목적을 달성할 수 있으며, 주강의 고품질화 및 노즐의 수명 향상에 기여하는 침지 노즐을 얻을 수 있다. 본 발명의 트위스트 테이프형 부품을 구비한 침지 노즐은 직렬형, 2구형 중 어느 것에도 적용할 수 있다.

Claims (10)

1. 침지 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시키기 위한 수단을 구비하는 노즐에 있어서, 이 침지 노즐내의 용융강의 흐름을 이등분하여 각각에 와류를 발생시키기 위하여 노즐 내경과 같은 폭 D를 구비하는 트위스트 테이프형 부품(1)을 노즐내에 구비하는 침지 노즐.
2. 제1항에 있어서,

   트위스트 테이프형 부품(1)의 형태가 길이 L과 폭 D의 비, 즉 L/D가 0.5 ∼ 2, 비틀림 각도 θ가 100도 이상 180도 이하인 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 침지 노즐은 직렬형 노즐인 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,

   직렬형 노즐의 용융강의 분출구에 있어서, 상기 분출구의 내부 벽면(內部壁面)의 종단면(縱斷面)의 형상이 원호상의 부채꼴 형태이고, 이 내부 벽면의 종단면의 곡률 반경R이 30 ∼ 300mm의 범위인 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 침지 노즐은, 노즐의 말단(末端)에 있어서 2 곳이 개구(開口)하여 분출구가 되는 2구형(2口型)인 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,

   2구형의 침지 노즐에 있어서, 용융강의 분출구에 이르는 내부 벽면의 종단면이 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있고, 이 종단면의 곡률 반경이 30 ∼ 300mm의 범위인 원호상의 부채꼴 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   침지 노즐내의 용융강의 흐름에 와류를 발생시키기 위한 수단을 구비하는 노즐에 있어서, 상기 노즐 선단 분출구는, 저면(底面)이 없고, 또한 노즐의 직경방향과 교차하는 원주벽의 2곳을 도려내어 형성되는 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
10. 삭제