KR100598574B1 - 임팩트 패드를 구비한 ｔ형 턴디쉬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강의 유동라인을 조절할 수 있는 임팩트 패드(impact pad)가 주입구에 설치된 T형 턴디쉬에 관한 것으로서, 본 발명의 T형 턴디쉬는, 임팩트 패드(10)가, 좌우면, 배면 및 저면이 없고, 구멍(11a)이 형성된 전면(11)과, 구멍(12a)이 형성된 상면(12)을 구비하며, 전면의 하부 내측면이 곡률을 갖도록 형성되고, 전면과 상면이 연결되는 내측면이 곡률을 갖도록 형성되며, 전면의 외측의 하단에 하부로 경사지는 둔턱(13)이 형성되고, 전면의 구멍이 상향각을 갖도록 형성되며; 임팩트 패드의 배면이 주입구의 벽면(32)을 향하고, 전면이 주입구의 개방구 쪽을 향하게 배치하여, 상면의 측부가 주입구의 벽면에 밀착되고, 전면의 하부 및 둔턱의 하부가 주입구의 바닥면에 밀착된다. 본 발명의 T형 턴디쉬는 주조초기에 턴디쉬내 용강의 비산을 억제하고, 롱노즐로부터 주입된 용강에 반발류를 인가하여 강하게 주입된 용강의 운동량을 줄이고, 용강의 체류시간을 길게하며, 용강의 청정도를 향상시키는 데 효과가 있다.

Description

임팩트 패드를 구비한 Ｔ형 턴디쉬{T-shaped Tundish with Impact Pad}

도 1은 통상의 연속주조공정의 개념도이고,

도 2는 T형 턴디쉬의 개략도이고,

도 3은 본 발명에 따른 T형 턴디쉬용 임팩트 패드의 사시도이고,

도 4는 도 3에 도시된 임팩트 패드를 T형 턴디쉬에 설치한 상태를 도시한 설치도이고,

도 5는 도 4에 도시된 임팩트 패드를 선 A-A를 따라 절취한 단면도이고,

도 6은 도 5에 도시된 임팩트 패드의 유동패턴을 도시한 개념도이고,

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 임팩트 패드의 사용시 턴디쉬내 유동패턴을 촬영한 사진 및 개략도이고,

도 8은 종래기술에 따른 임팩트 패드의 개략도이며,

도 9a 내지 도 9c는 종래기술에 따른 임팩트 패드의 사용시 턴디쉬내 유동패턴을 촬영한 사진 및 개략도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 임팩트 패드 11 : 전면

12 : 상면 13 : 둔턱

21, 22, 23 : 유동패턴 24, 25 : 유동라인

30 : 턴디쉬 31 : 주입구

32 : 벽면 33 : 바닥면

35 : 롱노즐

본 발명은 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬에 관한 것이며, 특히, 주조 초기에 턴디쉬내 용강의 비산을 억제하고 용강의 체류를 길 게하며 용강의 청정도를 향상시키는 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬에 관한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연속주조 공정은 레이들로부터 턴디쉬를 거쳐 주형으로 용강이 주입되고, 주형내의 1차 냉각대 및 2차 냉각대에서의 계속된 냉각을 통해 용강이 응고되어 주편을 제조하는 공정이다. 연속주조 공정에서 턴디쉬는 레이들로부터 주형의 사이에서 용강을 저장하는 것이 기본적인 기능이나, 최근 들어 용강 중에 존재하는 비금속 개재물을 분리 부상시켜 제거함으로써 용강의 청정성을 향상시키는 기능이 부가적으로 요구되고 있다.

주조 초기 레이들로부터 롱노즐을 통해 빈 턴디쉬로 용강이 주입될 때, 용강이 강한 운동량을 갖고 주입될 뿐만 아니라, 용강과 예열된 턴디쉬와는 온도차이가 존재하므로, 턴디쉬바닥에 부딪힌 용강은 비산(splash)을 일으키게 된다. 비산된 용강은 작은 크기로 깨어져 흩어지므로 대기와의 접촉면적이 넓어져 산화가 촉진된다. 산화된 용강은 턴디쉬내에 다시 떨어져 용강 중으로 혼입되므로 강중에 개재 물로 존재하여 노즐막힘을 유발하거나 주형으로 혼입되어 스캡(scab)과 같은 결함을 유발하여 주편 품질 열화의 원인이 된다.

또한, 주조 중에 레이들로부터 턴디쉬로 강하게 주입된 용강은 큰 운동량을 갖고 있으며, 턴디쉬 바닥에 부딪힌 후 나머지 운동량은 턴디쉬내 흐름 경로를 따라 이동하게 된다. 그러나, 턴디쉬내 흐름경로가 지나치게 상향으로 유도될 경우, 턴디쉬 탕면이 불안정해져 턴디쉬내 슬래그(slag)가 혼입되거나, 턴디쉬 슬래그를 밀어내어 나탕(naked steel)을 유발할 수 있다. 또한, 용강이 운동량을 지닌 채 턴디쉬내를 이동하므로 용강의 턴디쉬내 체류시간이 짧아져 턴디쉬내 용강 중에 존재하는 개재물이 부상분리될 시간이 짧아지게 된다.

턴디쉬내 롱노즐의 하부에 별도의 내화물을 설계하여 턴디쉬내 용강의 흐름을 제어하는 공지기술로는 다음과 같은 기술들이 있다.

첫째, 턴디쉬 바닥에 부딪힌 용강이 상부로 반발하지 않고 하부로 수평하게 용강을 유도하는 기술이다(미국 특허 제5,160,480호, 제5,133,535호, 제5,131,635호, 제5,188,796호 및 제5,662,823호). 상기 기술은 턴디쉬 바닥에 요철을 갖거나, 유로를 형성한 내화물을 턴디쉬 바닥에 설치함으로써, 롱노즐로부터 주입된 용강이 바닥에 부딪힌 후 유로를 따라 이동하도록 구성하였다. 그러나, 상기 기술은 턴디쉬 바닥에 부딪힌 용강이 턴디쉬의 탕면으로 향하는 상향류로 유도되지 못하여 개재물이 부상제거되는 기회가 줄어들거나, 주입된 용강의 운동량이 턴디쉬 출구로 향하는 용강에 그대로 전달되어 턴디쉬내 체류시간이 줄어드는 단점이 있다.

둘째, 주조초기에 턴디쉬로 주입되는 용강의 비산을 방지하는 기술이 있다( 대한민국 특허출원 제99-46164호). 이 기술은 턴디쉬 바닥에 별도의 내화물을 설치하여 용강의 비산을 방지하고, 턴디쉬 내벽을 용강으로 코팅하여 내화물 찌꺼기의 혼입을 제거하고자 하였다.

셋째, 롱노즐의 하부에 일정 형상의 별도의 내화물을 인가하여 롱노즐로부터 주입되는 용강의 운동량을 내화물 내부에서 형성되는 반발류를 이용하여 줄이는 기술이 있다(미국 특허 제5,358,551호, PCT/GB95/02505, 미국 특허 제5,551,672호, PCT/GB96/01625, 미국 특허 제5,882,577호, 미국 특허 제5,861,121호, PCT/GB99/02233 및 PCT/GB00/00518). 이 기술은 횡단면이 사각형 또는 원형이고, 종단면의 형상이 어항 또는 위의 일부가 뚫린 사각형의 형상을 갖는 내화물을 롱노즐의 바로 하부에 위치시킴으로써, 내화물내로 주입된 용강의 반발력에 의해 롱노즐을 통해 주입되는 용강의 운동량을 줄일 수 있도록 하였다. 또한, 이 기술은 바닥에 설치하는 내화물의 개공부를 위부분(top region)에만 설치하거나 옆부분(side region)에 설치하거나, Ar가스를 주입할 수 있는 다공질 재료(porous material)를 설계하거나, 주입 초기 용강의 비산방지를 위해 철피로 개공부의 일부를 막은 것이다.

그리고, 대한민국 특허출원 제98-56738호에 기술된 같이, T형 턴디쉬에서 열간재 사용에 적합한 보조장치를 이용하여 유동을 제어하는 장치에 관한 기술도 있으나, 롱노즐로부터 주입되는 운동량을 줄이지는 못하였다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위 하여 안출된 것으로서, 주조초기에 턴디쉬내 용강의 비산을 억제하고, 롱노즐로부터 주입된 용강에 반발류를 인가하여 강하게 주입된 용강의 운동량을 줄이고, 용강의 체류시간을 길게하며, 용강의 정체영역을 최소화하는 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 T형 턴디쉬는, 임팩트 패드가, 좌우면, 배면 및 저면이 없고, 구멍이 형성된 전면과, 구멍이 형성된 상면을 구비하며, 상기 전면의 하부 내측면이 곡률을 갖도록 형성되고, 상기 전면과 상면이 연결되는 내측면이 곡률을 갖도록 형성되며, 상기 전면의 외측의 하단에 하부로 경사지는 둔턱이 형성되고, 상기 전면의 구멍이 상향각을 갖도록 형성되며; 상기 임팩트 패드의 배면이 상기 주입구의 벽면을 향하고, 상기 전면이 주입구의 개방구 쪽을 향하게 배치하여, 상기 상면의 측부가 주입구의 벽면에 밀착되고, 상기 전면의 하부 및 둔턱의 하부가 주입구의 바닥면에 밀착되는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 3은 본 발명에 따른 T형 턴디쉬용 임팩트 패드의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 임팩트 패드를 T형 턴디쉬에 설치한 상태를 도시한 설치도이며, 도 5는 도 4에 도시된 임팩트 패드를 선 A-A를 따라 절취한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 임팩트 패드(10)는 좌우면, 배면 및 저면이 없으며, 구멍(11a)이 형성된 전면(11)과, 구멍(12a)이 형성된 상면(12)을 갖 는다. 그리고, 전면(11)의 외측의 하단에는 하부로 원만하게 경사지는 둔턱(13)이 형성된다.

상기와 같은 본 발명의 임팩트 패드(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 턴디쉬(30)의 주입구(31) 내에 설치된다. 즉, 임팩트 패드(10)는 배면 방향이 주입구(31)의 벽면(32)을 향하고, 전면이 주입구(31)의 개방구 쪽을 향하도록 주입구(31)의 내부에 고정된다. 그러므로, 임팩트 패드(10)의 상면(12) 측부가 주입구(31)의 벽면(32)에 밀착되고, 전면(11)의 하부 및 둔턱(13)의 하부가 주입구(31)의 바닥면(33)에 밀착된다(도 5 참조). 그러므로, 본 발명은 주입구(31)의 벽면(32)을 따라 생길 수 있는 용강의 비산을 벽면(32)에 측부가 밀착되는 상면(12)을 통해 막을 수 있다.

상기 전면(11) 및 상면(12)에 형성된 구멍(11a, 12a)은 사각형, 원 또는 타원의 형상을 갖는 것으로서, 본 발명의 임팩트 패드(10)로 투입된 용강이 상향하는 제1 유동패턴(21)을 형성하면서 턴디쉬내로 이동하도록 구성되어 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 구멍(11a)은 일정 크기의 상향각(θ)을 갖도록 형성된다.

또한, 본 발명의 전면(11)의 하부 내측면은 바닥면(33)을 통해 용강이 완만히 상승할 수 있도록 완만한 곡률(11b)을 갖도록 형성되어 있다. 또한, 본 발명의 전면(11)과 상면(12)이 연결되는 내측면에는 상부로 원활한 용강 흐름을 유도하는 곡률(11c)이 형성되어 있다.

즉, 본 발명의 임팩트 패드(10)는 롱노즐로부터 주입된 용강이 바닥면(33)에 부딪힌 후 반발하는 강한 용강의 운동량을 상면(12)을 통해 줄임으로써, 용강을 체 류시간을 길게 한다.

또한, 본 발명의 전면(11)의 하부 외측면에는 상기 구멍(11a)을 통해 유동하는 용강이 턴디쉬내로 자연스럽게 흐를 수 있도록 완만한 둔턱(13)이 형성된다.

도 6은 도 5에 도시된 임팩트 패드의 유동패턴을 도시한 개념도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 롱노즐(35)을 통해 용강이 투입되면, 투입된 용강은 전면(11)의 구멍(11a)을 통해 유동하는 제1 유동패턴(21)을 형성하면서 턴디쉬내로 유동하고, 또한 상면(12)의 구멍(12a)을 통해 유동하는 제2, 제3 유동패턴(22, 23)을 형성하면서 턴디쉬내로 유동한다. 이러한 제1 유동패턴(21)은 직진성을 갖는 상향류이고, 제2, 제3 유동패턴(22, 23)은 운동량이 약화되어 상부로 유동하는 흐름이다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 임팩트 패드의 사용시 턴디쉬내 유동패턴을 촬영한 사진 및 개략도이다. 도 7a 내지 도 7c에서 알 수 있듯이, 본 발명의 임팩트 패드(10)를 통해 용강을 유동시킬 경우에는 턴디쉬의 내벽을 따라 유동하는 유동라인(24)과 직진성 유동라인(25)이 함께 존재함을 알 수 있다. 즉, 전면(11)의 구멍(11a)을 통해 유동하는 제1 유동패턴(20)은 상향류를 형성하는 직진성 유동라인(25)을 형성한다. 그리고, 상면(12)의 구멍(12a)을 통해 유동하는 제2, 제3 유동패턴(22, 23)은 운동량이 약화되어 상부로 유동하는 유동라인(24)을 형성한다.

도 8은 종래기술에 따른 임팩트 패드의 개략도이고, 도 9a 내지 도 9c는 종래기술에 따른 임팩트 패드의 사용시 턴디쉬내 유동패턴을 촬영한 사진 및 개략도이다.

도 8에 도시된 임팩트 패드(40)는 상면에 구멍이 형성되고 저면이 있거나 없는 형태로서, 상기 임팩트 패드(40)를 통해 용강을 유동시킬 경우에는 턴디쉬를 따라 유동하는 유동라인(41)이 턴디쉬의 내벽을 따라 턴디쉬 출구를 향하게 된다. 이러한 유동형태는 턴디쉬에 주입된 용강이 턴디쉬내에 체류하는 시간을 일정량은 길게할 수 있지만 T형 턴디쉬의 최장 이동경로를 형성하지 못하여 용강에 포함된 비금속 개재물이 부상분리될 수 있는 기회를 적게 한다. 그러므로, 본 발명에서와 같이 직진성 유동라인을 형상하지 못함으로 인해, 턴디쉬내에 커다란 정체영역(42)을 형성하게 된다. 이러한 정체영역(42)의 형성은 온도하락을 초래하여 품질열화의 원인이 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 임팩트 패드(10)는 T형 턴디쉬의 주입구에 설치되어, 주조초기에 턴디쉬내 용강의 비산을 억제하고, 롱노즐로부터 주입된 용강에 반발류를 인가하여 강하게 주입된 용강의 운동량을 줄임으로써 플러그 유동(plug flow ; 최단코스의 유동)을 유도할 수 있어 턴디쉬내 용강의 체류시간을 길게 할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬는 주조초기에 턴디쉬내 용강의 비산을 억제하고, 롱노즐로부터 주입된 용강에 반발류를 인가하여 강하게 주입된 용강의 운동량을 줄이고, 체류시간을 길게하며, 정체영역을 최소화하여 턴디쉬내 용강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 임팩트 패드가 용강을 직진성이면서 상향류를 형성하도록 유도함으로 T형 턴디쉬내 유도제어를 효과적으로 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 용강의 유동라인을 조절할 수 있는 임팩트 패드(impact pad)가 주입구에 설치된 T형 턴디쉬에 있어서,

   상기 임팩트 패드는, 좌우면, 배면 및 저면이 없고, 구멍이 형성된 전면과, 구멍이 형성된 상면을 구비하며, 상기 전면의 하부 내측면이 곡률을 갖도록 형성되고, 상기 전면과 상면이 연결되는 내측면이 곡률을 갖도록 형성되며, 상기 전면의 외측의 하단에 하부로 경사지는 둔턱이 형성되고, 상기 전면의 구멍이 상향각을 갖도록 형성되며;

   상기 임팩트 패드는 배면 방향이 상기 주입구의 벽면을 향하고, 상기 전면이 주입구의 개방구를 향하고, 상기 상면의 측부가 주입구의 벽면에 밀착되고, 상기 전면의 하부 및 둔턱의 하부가 주입구의 바닥면에 밀착되도록 상기 주입구의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬.
2. 제1항에 있어서, 상기 전면 및 상면의 구멍은 사각형, 원 또는 타원인 것을 특징으로 하는 임팩트 패드를 구비한 T형 턴디쉬.

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