KR100779687B1 - 연속주조설비에 사용되는 완충 패드가 부착된 턴디쉬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조설비의 레이들에 연결된 롱노즐 대응측 저면에 롱노즐을 통해 주입되는 용강의 유동을 완충시키는 완충패드가 부착된 턴디쉬에 관한 것이다.

본 발명의 턴디쉬는 레이들(3)로부터 롱노즐(9)을 통해 주입되는 용강(10)을 일차 저류시켜 주형(7)으로 주입하도록 되어 있는 연속주조설비(1)의 턴디쉬(5)에 있어서, 상기 롱노즐(9)의 출구(13)와 마주보는 상면(17)에 관통된 용강 유입구(15), 상기 용강 유입구(15) 안쪽에 완충공간(19)을 형성하도록 상기 턴디쉬(5) 바닥(6)에 설치된 케이스(21) 및, 상기 용강 유입구(15)를 통해 상기 케이스(21) 안으로 유입된 용강(10)을 상기 케이스(21) 밖으로 내보내는 용강 유출구(23)로 이루어져 있는 완충패드(20)를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 턴디쉬에 의하면 레이들에서 주입되는 용강의 운동량을 감소시켜 주입 초기의 비산을 방지하고, 턴디쉬 내부 체류시간을 연장시킴으로써 용강 청정도를 향상시킬 수 있게 된다.

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Description

연속주조설비에 사용되는 완충 패드가 부착된 턴디쉬{A tundish having an impact pad used for a continuous casting plant}

도 1은 종래의 일반적인 연속주조설비의 턴디쉬 인접부를 개략 도시한 부분 정단면도.

도 2는 본 발명에 따른 완충 패드가 부착된 턴디쉬 인접부를 개략 도시한 부분 정단면도.

도 3은 도 2에 도시된 완충 패드가 부착된 턴디쉬의 상세 정단면도.

도 4는 도 3에 도시된 완충 패드의 상세 정단면도.

도 5는 도 4에 도시된 완충 패드의 평면도로서, 도 5a는 용강 유입구가 중앙에 형성되고 용강 유출구가 양측단에 형성된 기본적인 형태를, 도 5b는 용강 유입구가 일측단에 형성되고 용강 유출구가 그 대향측단에 형성된 변형된 형태를 각각 도시한다.

도 6은 도 4에 도시된 완충 패드 내부의 용강 유동패턴을 보인 완충 패드의 개략 정단면도.

도 7은 본 발명에 따른 완충 패드가 부착된 턴디쉬 내부의 용강 유동패턴을 보인 턴디쉬의 개략 정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1 : 연속주조설비 3 : 레이들

5 : 턴디쉬 7 : 주형

9 : 롱노즐 10 : 용강

15 : 용강 유입구 17 : 상면

19 : 완충공간 20 : 완충 패드

21 : 케이스 23 : 용강 유출구

27 : 요철부

본 발명은 연속주조설비에 사용되는 턴디쉬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 턴디쉬의 롱노즐 대응측 저면에 롱노즐로부터 주입되는 용강의 비산을 억제하고, 운동량을 줄임으로써 용강의 청정성을 향상시킬 수 있도록 한 연속주조설비에 사용되는 완충 패드가 부착된 턴디쉬에 관한 것이다.

일반적으로 제철소의 제강공정에서는 제선공정에서 옮겨진 선철로부터 탈황 및 탈인을 한 다음 연속주조설비에 의해 블룸, 빌렛, 슬리브 등으로 구분하여 반제품을 만들고, 제작된 반제품을 열간 및 냉간 압연을 통해 완제품으로 만들고 있다.

그런데, 이와 같이 연속주조 설비를 통해 용강으로부터 각종 주편을 제조하는 연속주조 공정은 도 1에 101로 도시된 바와 같이 레이들(103;ladle)로부터 턴디쉬(105;tundish)를 거쳐 주형(107;mold)으로 용강(110;molten steel)을 주입시켜 주형(107) 내에서 응고시킴으로써 주편을 제조하는 공정이다. 여기에서 턴디쉬(105)는 기본적으로 레이들(103)과 주형(107) 사이에서 용강(110)을 저장하는 기능을 가지고 있으며, 최근 들어서는 용강(110) 중에 존재하는 개재물을 분리 부상시켜 제거함으로써 용강의 청정성을 향상시키는 기능도 부가적인 기능으로 요구되고 있다.

그런데, 주조 초기 레이들(103)로부터 롱노즐(109;long nozzle)을 통해 빈 턴디쉬(105)로 용강(110)이 주입될 때, 용강(110)은 강한 운동량(momentum)을 갖고 주입될 뿐만 아니라, 예열된 턴디쉬(105)와는 온도차이를 가지므로 턴디쉬(105) 바닥에 부딪힌 후 비산(splash)을 일으키게 된다. 이렇게 비산된 용강(110)은 작은 크기로 깨어져 흩어지므로 대기와의 접촉 면적이 넓어져 산화가 촉진되고, 산화된 용강은 턴디쉬(105) 안으로 다시 떨어져 용강(110)중으로 다시 혼입되므로 강중에 개재물로 존재하게 되고, 이에 따라 노즐 막힘을 유발하거나 주형으로 혼입되어 주편 품질의 열화 원인이 되기도 하는 문제점이 있었다.

또한, 위에서 언급한 것처럼 주조 도중에 레이들(103)로부터 턴디쉬(105)로 강하게 주입된 용강은 큰 운동량을 갖고 있으므로, 턴디쉬(105) 바닥에 부딪힌 후 나머지 운동량으로 인해 턴디쉬(105)내 흐름 경로(flow path)를 따라 이동하게 되는데, 턴디쉬(105)내 흐름경로가 지나치게 위쪽으로 유도될 경우, 턴디쉬(105) 탕면이 불안정해져 턴디쉬(105) 안으로 슬래그(slag)가 혼입되거나 턴디쉬(105) 슬래크를 밀어내어 나탕(nude steel)을 유발할 수 있다. 아울러 용강(110)이 운동량을 지닌 채 턴디쉬(105) 내부를 이동하므로 용강(110)의 턴디쉬(105) 내 체류시간이 짧아져 턴디쉬(105) 내의 용강 중에 존재하는 개재물이 부상 분리될 시간을 단축시키는 결과를 가져오는 문제점이 있었다.

이에 따라 지금까지 턴디쉬(105)내 롱노즐(109) 직하에 내화물을 부착하여 턴디쉬(105)내 용강(110)의 흐름을 제어하도록 한 기술이 다양하게 개발되었던 바, 먼저 턴디쉬(105) 바닥에 부딪힌 용강(110)이 상부로 반발되지 않고 하부로 수평하게 유동하도록 유도하는 기술이 미합중국 특허 제5,160,480호, 동 제5,133,535호, 동 제5,131,635호, 동 제5,188,796호, 동 제5,662,823호 등에 의해 제안된 바 있다. 이 기술들은 턴디쉬(105) 바닥에 요철을 갖거나, 유로를 형성한 내화물을 설치한 것으로, 롱노즐(109)로부터 주입된 용강이 바닥에 부딪힌 후 유로를 따라 이동되도록 하고 있으나, 턴디쉬(105) 바닥에 부딪힌 용강(110)이 턴디쉬(105)의 탕면으로 향하는 상향류로 유도되지 못하므로 개재물이 부상하여 제거될 수 있는 기회가 줄거나, 주입된 용강(110)의 운동량이 턴디쉬 출구(111)로 향하는 용강(110)에 그대로 전달되어 턴디쉬(105) 내 체류시간을 단축시키게 되는 단점이 있었다.

다음에, 턴디쉬 용강의 비산방지 및 유동제어를 위한 장치가 제안된 바, 이 기술은 원형 및 기타 모양으로 구성된 중앙부 입구를 통하여 유입된 용강이 상부를 향하여 좌, 우 또는 한 쪽 방향으로 설치된 만곡형 유로를 통하여 상부로 유도되도록 하는 것이 기술적 요지이나, 내화물 부피가 커지므로 가격이 비싸지고, 입구로부터 출구가 점차 작아지는 형상을 가지고 있기 때문에 출구 막힘의 우려가 있고, 출구에서 나오는 용강의 속도 및 직진성으로 인하여 롱노즐 주위의 용강 유입이 어려워 탕면 온도가 낮아지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 턴디쉬가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 턴디쉬의 롱노즐 하부에 완충 패드를 부착함으로써 주조 초기에 턴디쉬 내에서 용강이 비산하는 것을 억제하여 용강의 재산화를 방지함과 동시에, 롱노즐로부터 강하게 주입된 용강이 완충공간(buffer)에 의해 운동량을 잃고 플러그 플로우(plug flow)로 유도되어 턴디쉬 내에서의 체류시간을 증대시킴에 따라 용강 중에 잔류하는 개재물이 충분히 부상하여 분리될 수 있도록 함으로써 턴디쉬 내 용강의 청정도를 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 레이들로부터 롱노즐을 통해 주입되는 용강을 일차 저류시켜 주형으로 주입하도록 되어 있는 연속주조설비의 턴디쉬에 있어서, 롱노즐의 출구와 마주보는 상면에 관통된 용강 유입구, 이 용강 유입구 안쪽에 완충공간을 형성하도록 턴디쉬 바닥에 설치된 케이스 및, 용강 유입구를 통해 케이스 안으로 유입된 용강을 케이스 밖으로 내보내는 용강 유출구로 이루어져 있는 완충패드를 가지고 있는 완충패드가 부착된 턴디쉬를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 연속주조설비에 사용되는 완충 패드가 부착된 턴디쉬를 첨부도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 턴디쉬는 도 2에 도면번호 5로 도시된 바와 같이 종래의 턴디쉬와 마찬가지로 제철소 등의 연속주조설비(1) 중에 설치되어 레이들(3)로부터 롱노즐(9)을 통해 주입된 용강(10)을 주형(7)으로 보내 다양한 주편으로 제조되도 록 하는 역할을 한다.

그런데, 본 발명의 턴디쉬(5)는 도 3에 도시된 것처럼 위쪽으로 관통 삽입되어 있는 롱노즐(9)의 직하방에 완충패드(20)가 부착되어 롱노즐(9)에서 유출되는 용강(10)의 흐름을 완충하도록 되어 있는 바, 완충패드(20)는 턴디쉬(5) 내의 용강 흐름을 조정하는 일종의 댐(dam)이나 둑(weir)의 역할을 하며, 도 4에 도시된 바와 같이 크게 완충공간(19)을 형성하는 케이스(21)와 롱노즐(9)에서 유출된 용강이 케이스(21) 안으로 유입되는 용강 유입구(15) 그리고 유입구(15)를 통해 케이스(21) 안으로 유입된 용강을 케이스(21) 밖으로 내보내는 용강 유출구(23)로 이루어진다.

여기에서, 케이스(21) 상면(17) 롱노즐(9)의 출구(13)와 마주보는 직하방의 위치에 관통 형성된 용강 유입구(15)는 롱노즐(9)의 내경보다 1.0 내지 1.2배 큰 직경을 갖는 원, 타원, 사각형 모양의 구멍으로 입구 에지(25) 부분이 깔대기와 같이 0 내지 45°각도(θ₁)로 경사진 상태에서 바깥쪽으로 벌어져 있다.

또한, 케이스(21) 내에 유입된 용강(10)을 완충패드(20) 밖으로 배출하기 위해 완충공간(19)을 통해 용강 유입구(15)와 연결되어 있는 용강 유출구(23)는 도 4에 보다 상세히 도시된 것처럼 유출구(23) 자체의 중심선이 수선에 대해 바깥쪽으로 벌어지는 방향으로 0 내지 45°각도(θ₂) 경사진 상태로 형성되어 있으며, 도 5a 및 5b에 도시된 것처럼 횡방향으로는 최대한 크게, 종방향으로는 막힘을 일으키지 않는 범위 내에서 최대한 작게 형성되어 있으므로 상부로 배출되는 용강의 운동량을 줄일 뿐 아니라 유출구(23)를 통해 빠져 나가는 용강이 턴디쉬(20) 내부로 고르 게 퍼지도록 한다.

이 때, 완충패드(20)는 용강 유입구(15)와 유출구(23)를 다양하게 변형시켜 사용할 수 있는데, 도 5a에 도시된 것처럼 롱노즐(9)과 마주보는 상면(17) 중앙에 용강 유입구(15)가 관통 형성되고, 이 유입구(15)를 중심으로 좌우측단에 한 쌍의 용강 유출구(23)가 형성되어 있는 기본적인 형태에서 도 5b에 도시된 바와 같이 케이스 상면(17)의 일측단에 용강 유입구(15-1)를 관통하고, 그 반대쪽 끝부분에 용강 유출구(23-1)를 형성한 변형된 형태에 이르기까지 다양한 형태 변화가 가능하다.

그리고, 완충패드(20)의 외체로서 안쪽에 용강 유입구(15)와 용강 유출구(23)를 연결하는 완충공간(19)을 형성하고 있는 케이스(21)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 턴디쉬(5)의 바닥(6)에 직접 부착되거나 도 4와 같이 별도의 바닥판(29)에 의해 바닥(6)에 부착될 수 있으며, 도 4에 도시된 것처럼 케이스(21) 외측면 하단에 전후좌우로 부착된 고정용 리브(31)에 의해 부착 안정성을 높일 수도 있다. 또한 케이스(21) 내부에는 용강 유입구(15)와 마주보는 케이스(21) 바닥(22) 표면에 요철부(27)가 형성되어 완충패드(20)의 완충효과를 높이도록 되어 있다.

이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 완충 패드가 부착된 턴디쉬(5)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 턴디쉬(5)는 완충패드(20) 내부에 도 6에 도시된 바와 같은 용강의 유동패턴을 얻을 수 있게 되는 바, 도 2의 레이들(3)로부터 턴디쉬(5) 안으로 강하게 주입된 용강의 흐름(f1)은 완충 패드(20) 내부에 형성되는 반전류(f3)에 의해 운동량이 일차적으로 감소되고, 여분의 운동량을 갖는 용강의 흐름(f4)은 완충 패드(20) 내부로 유입되어 양쪽의 출구로 진행한다(f5). 이 때 흐름(f5)은 진행하면서 패드(20) 내부의 완충공간(19)에 의해 레이들(3)로부터 전달되어 온 유동장의 운동량을 잃게 된다.

이와 같이 용강 유출구(23)에 이르러 케이스(21) 밖으로 유출되는 용강은 유출구(23)의 폭 및 경사각도(θ₂)에 의해 넓게 퍼져나가게 되므로 롱노즐(9) 뿐 아니라 전폭에 걸쳐 확산되어 케이스(21)의 길이방향으로 흐르게 되며, 이를 통해 레이들(3)로부터 전달된 용강(10)의 운동량은 본 발명에 따른 완충패드(20)에 의해 현전히 감소되며, 이렇게 운동량이 충분히 감소된 상태로 턴디쉬(5) 내부를 유동하게 되는 용강(10)은 도 7에 도시된 바와 같은 유동 패턴을 그리게 되는데, 완충 패드(20)를 통과한 용강류는 레이들(3)로부터 전달된 강제적인 운동량이 제거된 상태로 턴디쉬(5) 내부를 흐르게 됨으로써 난류가 제거된 플러그 플로우로 유도되어 용강(10) 속에 포함되어 있는 개재물이 제거될 수 있는 충분한 시간 동안 유동을 하게 되므로 개재물들이 부상하여 제거될 수 있는 기회를 충분히 제공하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 완충 패드가 부착된 턴디쉬에 의하면, 연속주조설비의 턴디쉬 내부에서 레이들로부터 주입된 용강의 운동량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 턴디쉬 내의 전체적인 온도 확보가 가능하며, 주조초기 용강의 비산을 억제할 수 있다. 또한, 이를 통해 용강이 턴디쉬 내에 체류하는 시간을 증가시 킬 수 있으므로 용강 중에 존재하는 개재물이 부상 분리될 수 있는 기회를 충분히 제공함과 동시에, 위와 같이 용강의 초기 비산을 감소시켜 재산화를 방지할 수 있게 되므로 턴디쉬를 통과하는 용강의 청정도를 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 레이들(3)로부터 롱노즐(9)을 통해 주입되는 용강(10)을 일차 저류시켜 주형(7)으로 주입하도록 되어 있는 연속주조설비(1)의 턴디쉬(5)에 있어서,

   상기 롱노즐(9)의 출구(13)와 마주보는 상면(17)에 관통된 용강 유입구(15),

   상기 용강 유입구(15) 안쪽에 완충공간(19)을 형성하도록 상기 턴디쉬(5) 바닥(6)에 설치된 케이스(21) 및,

   상기 용강 유입구(15)를 통해 상기 케이스(21) 안으로 유입된 용강(10)을 상기 케이스(21) 밖으로 내보내는 용강 유출구(23)로 이루어져 있는 완충패드(20)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 완충패드가 부착된 턴디쉬.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 용강 유입구(15)는 상기 케이스(21) 상면(17) 중앙에 형성되어 있으며, 상기 용강 유출구(23)는 상기 용강 유입구(15)를 사이에 두고 상기 케이스 상면(17) 양측단에 횡방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 완충패드가 부착된 턴디쉬.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 용강 유입구(15-1)는 상기 케이스 상면(17)의 일측단에 형성되어 있으며, 상기 용강 유출구(23-1)는 상기 케이스 상면(17)의 상기 유입구(15-1) 대향측 단에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 완충패드가 부착된 턴디쉬.
4. 제1 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용강 유입구(15)는 상기 롱노즐(9)의 내경보다 1.0 내지 1.2배 큰 직경을 가지고 있으며, 입구 에지(25)가 0 내지 45°각도(θ₁)로 경사진 상태로 벌어져 있는 것을 특징으로 하는 완충패드가 부착된 턴디쉬.
5. 제1 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용강 유출구(23)는 중심선이 수선에 대해 바깥쪽으로 0 내지 45°각도(θ₂) 경사진 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 완충패드가 부착된 턴디쉬.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 용강 유입구(15)와 마주보는 상기 케이스(21) 바닥(22) 표면에 요철부(27)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 완충패드가 부착된 턴디쉬.

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