KR100805627B1 - 턴디시노즐 예열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디시노즐을 충분히 예열함으로서 노즐 막힘을 방지하는 턴디시노즐 예열장치를 제공하는 데 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 턴디시에 열풍을 취입하여 턴디시노즐을 예열하는 턴디시노즐의 예열장치에 있어서, 턴디시노즐의 토출구에 연통되는 파이프와, 파이프에 설치되어 턴디시에 취입된 열풍을 배출하는 배기펌프가 포함되는 턴디시노즐 예열장치를 제공한다.

턴디시노즐, PID제어기, 솔레노이드밸브

Description

턴디시노즐 예열장치{Apparatus for preheating of tundish nozzle}

도 1은 종래기술에 따른 턴디시노즐 예열장치의 열풍 흐름을 개략적으로 나타내는 도면.

도 2는 종래기술에 따른 턴디시노즐 예열장치로 턴디시노즐을 예열시 위치별 승온상태를 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 턴디시노즐 예열장치를 개략적으로 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 턴디시노즐 예열장치로 턴디시노즐을 예열시 위치별 승온상태를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 턴디시노즐 12 : 파이프

14 : 공기유입관 16 : 턴디시

18 : 배기펌프 20a, 20b : 턴디시노즐

22a, 22b : 솔레노이드밸브 24 : PID제어기

본 발명은 턴디시의 용강을 주형에 공급하는 턴디시노즐의 예열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 턴디시노즐을 통하여 턴디시에 공급된 열풍을 배기하므로 턴디시 노즐을 예열하는 턴디시노즐의 예열장치에 관한 것이다.

일반적으로 턴디시의 용강을 주형에 주입하는 턴디시노즐은 용강을 대기로부터 보호하여 용강이 재산화되는 것을 억제함으로써 주편내 비금속 개재물의 함유량을 최소화한다.

또한 턴디시노즐은 내부 형상의 형태에 따라 주형 내의 용강 유동 양상에 많은 영향을 미치므로 용강의 유동을 조절하는 주 역할을 하여 탕면 안정화 및 주편 품질의 안정화에 기여한다.

이러한 턴디시노즐이 위와 같은 역할을 정상적으로 수행하기 위해서는 턴디시노즐 내부가 시간경과에 따라 동일한 형태를 유지해야 한다.

즉, 턴디시노즐의 내부가 지금이나 비금속 개재물로 막히게 되면 턴디시의 용강을 주형으로 이송할 수 없게 되며, 몰드 내의 유동 또한 원하는 형식으로 얻을 수가 없게 된다.

한편 턴디시노즐은 흔히 내화재(Refractory)로 이루어지므로 용강 중에 비금속 개재물이 많을 경우 노즐에 부착되어 노즐을 막을 가능성이 높고, 턴디시노즐의 외피는 대기와 접촉하고 있으므로 항상 냉각되는 조건에 있어, 내부 면의 온도가 낮아질 경우 그 내부를 흐르는 용강이 응고되면서 턴디시노즐이 막힐 수도 있다.

위와 같이 턴디시노즐의 막힘을 억제하기 위해서는 통상적으로 용강의 청정성을 우수하게 하여 용강중의 개재물 양을 적게 하여 주고, 용강의 온도를 기준치 이상이 되게 유지하며, 턴디시노즐 내부 면의 온도를 높게 하기 위하여 주조 전에 예열을 하게 된다.

한편 주조 전에 턴디시노즐 내부 면의 온도는 보통 정상 상태에 비해 매우 낮은 경우가 일반적이어서 주조가 개시되어 턴디시노즐 내부에 용강이 처음 흐르는 시점에는 턴디시노즐 벽면에 용강의 국부적 응고가 흔히 일어난다.

이 때 턴디시노즐의 예열 상태가 부족하면, 초기에 용강의 응고에 의하여 막히는 양이 많아질 뿐만 아니라, 추가적으로 턴디시노즐의 막힘이 급속도로 일어나 이후의 장시간의 주조를 곤란하게 한다.

이에 따라 턴디시노즐 내부의 온도를 가급적이면 높게 가열하는 것이 중요할 뿐 아니라, 모든 개소에서 원하는 온도 이상까지 턴디시노즐을 예열해야 한다.

이와 같은 턴디시노즐의 예열방법은 주조 초기에 레이들로부터 턴디시 및 주형으로 용강이 이송되는 과정에 있어서, 용강이 노즐벽면에 응고되어 부착되는 것을 억제하기 위해 턴디시 및 턴디시와 주형 사이의 모든 내화재는 예열 과정을 거치게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 턴디시(100) 내부의 내화재는 턴디시(100)의 상부로 유입되는 열풍에 의해 보통 1300℃까지 예열하며, 예열 시간은 통상 3시간이다.

턴디시(100) 내부의 내화재를 예열하는 동안에는, 턴디시(100)로 유입되는 열풍이 턴디시(100)를 가열하는데 사용된 후 턴디시(100) 상부의 개구부(102)를 통해 외부로 배출된다.

턴디시(100) 내부를 가열하는 열풍은 턴디시(100) 상부의 개구로 배출되므로 상부노즐(upper nozzle; 104)), 슬라이딩게이트(sliding gate; 106), 턴디시노즐(Tundish nozzle; 108) 등의 예열에는 거의 기여하지 못한다.

따라서 주조 개시 예정시간의 약 1 시간 전에는 턴디시노즐(108)의 예열이 시작된다.

턴디시노즐(108)의 예열을 위한 별도의 버너를 이용하여 턴디시노즐(108) 토출구 쪽에 강력한 열풍을 분사하여 턴디시노즐(108)을 급속히 예열한다.

이와 같은 가열에 의하면 턴디시 내부의 내화재 온도를 원하는 수준까지 올릴 수 있고 턴디시노즐에 있어서도 토출구 측의 온도를 목표온도까지 올리게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 턴디시 내벽 및 턴디시와 주형 사이의 내화재 예열징치는 턴디시 내부를 단독으로 예열하는 동안에는 턴디시에서 턴디시노즐 측으로의 열풍의 흐름이 거의 없기 때문에, 턴디시와 주형 사이의 내화재 예열이 매우 적게 이루어지게 된다.

또한, 턴디시노즐 쪽으로 열풍을 불어넣은 때에는 턴디시 내로 불어지는 열풍과 침지노즐 토출구 쪽에서 불어넣은 열풍이 상부노즐 측에서 서로 부딪히게 되어 턴디시노즐에서 턴디시 측으로의 열풍의 이동을 방해하게 된다. 그 결과 상부노즐 부위에는 열풍의 흐름이 적어 소정의 시간 동안 가열한 후에도 상부노즐, 슬라이딩게이트, 턴디시노즐 상부는 높은 온도로 되지 않는다.

따라서 주조를 시작하게 되면, 턴디시노즐의 온도가 낮은 상태에서 용강이 턴디시노즐에 주입되므로 초기에 턴디시노즐 내벽에 지금이 생성되며, 한번 생성된 지금은 융점이 높은 조성을 가지므로 좀처럼 재용융 되지 않아 이후에도 노즐막힘이 가속된다.

이와 같은 노즐막힘으로 인한 용강의 주입속도를 상승시킬수 없으므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한 턴디시노즐의 지금으로 인해 주입시 난류가 형성되어 주편의 품질이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 턴디시노즐을 충분히 예열함으로서 노즐 막힘을 방지하는 턴디시노즐 예열장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 턴디시에 열풍을 취입하여 턴디시노즐을 예열하는 턴디시노즐의 예열장치에 있어서, 턴디시노즐의 토출구에 연통되는 파이프와, 파이프에 설치되어 턴디시에 취입된 열풍을 배출하는 배기펌프가 포함되는 턴디시노즐 예열장치를 제공한다.

여기서 턴디시노즐과 배기펌프 사이에 연통설치된 파이프에 공기유입관이 분지되는 것이 바람직하다.

또한 턴디시노즐의 토출구 선단에 설치된 토출구온도검출센서, 상기 배기펌프의 입구에 설치된 배기펌프온도검출센서, 상기 토출구온도검출센서와 상기 배기펌프온도검출센서에서 검출된 신호에 따라 상기 파이프에 유입되는 열풍의 유량과 상기 공기유입관에 입력되는 공기의 유량을 제어하는 PID제어기가 더욱 포함되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 턴디시노즐 예열장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 턴디시노즐 예열장치는 턴디시노즐(10) 토출구의 일측으로 파이프(12)가 연장 설치되고, 이 파이프(12)에는 공기유입관(14)이 분지되며, 파이프(12)의 선단에는 턴디시(16)에 유입된 열풍을 배출하는 배기펌프(18)가 설치된다.

또한 열풍의 유량과 외부공기 유입량을 제어하기 위하여 배기펌프(18) 입구와 공기유입관(14)에 각각 솔레노이드밸브(20a, 20b)를 설치한다.

한편 이 솔레노이드밸브(20a, 20b)의 제어를 위해 턴디시노즐(10)의 토출구 선단과 배기펌프(18)의 입구에 각각 온도검출센서(22a, 22b)를 설치하고 이를 원천데이터로 하여 PID제어기(24)에서 유량 제어 알고리즘(Algorithm)에 의해 솔레노이드밸브를 제어하기 위한 아날로그신호(Analog signal)로 변환되며, 이 아날로그신호에 의해 솔레노이드밸브브(20a, 20b)의 작동을 제어하므로 턴디시노즐(14)로부터 배출되는 열풍의 유량과 공기 유입관을 통하여 유입되는 공기의 유량을 제어할 수 있다. 외부 기체 유량을 제어할 수 있다.

이와 같은 턴디시노즐 예열장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

열풍이 턴디시에 공급되면 PID제어기는 매 순간에서의 턴디시노즐 토출구에서 흡입되는 열풍의 온도가 일정 온도를 유지할 수 있도록 한다.

여기서 검출되는 온도가 목표온도보다 낮아지게 되면 토출구 쪽에서 흡입되는 열풍의 양이 많아지도록 솔레노이드밸브의 개도를 제어한다.

이에 따라 턴디시 내의 고온의 기체가 적절한 유량으로서 턴디시노즐을 통해 하부로 이동하는데, 하부로 이송되면서 잠열이 노즐 쪽으로 전달되어 노즐이 가열된다. 이때, 고온의 기체가 상부부터 가열하므로, 턴디시 바닥 직하부위는 턴디시 바닥부위의 온도까지 가열되며, 침지노즐 토출구 쪽으로 갈수록 가열되는 온도는 점차 낮아진다.

또한 이와 같은 예열이 지속되므로 노즐 내부 벽면의 온도는 거의 균일화되어 내화재 내부의 모든 부분이 최저 허용치 이상의 온도까지 가열된다.

다음으로 예열된 턴디시와 턴디시노즐 내부의 온도가 목표 온도 이상까지 가열된 상태에서 주조를 개시하면, 즉 용강이 턴디시노즐 내부를 통해 주형으로 이송되기 시작하고, 턴디시노즐 내부에 용강의 냉각에 의한 지금의 생성은 억제된다.

이와 같이 정상적으로 연주스타트 작업이 이루어지면 이후에는 턴디시노즐 내부는 계속 용강의 현열에 의해 가열되는 조건이 되므로 추가적인 지금의 생성은 일어나지 않는다.

이에 따라 지금에 의한 노즐막힘으로 주조가 중단되는 일이 없어지고, 게다가 노즐막힘도 대폭 개선되어, 연연주수의 증가 및 주편 품질이 개선되어, 생산성 향상 및 최종제품 품질 향상에 기여할 수 있다.

실시예

용강 유량 제어기로서 슬라이딩게이트를 갖춘 연주기에서, 턴디시 가열을 하는 3시간 동안에 본 발명의 턴디시노즐 예열장치를 침지노즐 토출구 부위에 부착하여 열풍을 흡입하고 턴디시노즐을 통해 배출되게 하는 시험을 실시하였으며, 시험 조건은 다음과 같다.

먼저 턴디시에 공급되는 열풍의 온도는 1400 ℃로 하였다.

본 실시예의 턴디시노즐 토출구에서의 흡입기체의 설정온도는 아래의 표 1과 같다.

(표 1)

시간 (분)	온도 (℃)	시간 (분)	온도 (℃)
0~20	400	100~120	1000
20~40	520	120~140	1100
40~60	640	140~160	1200
60~80	760	160~180	1300
80~100	880

또한 본 실시예의 배기펌프 입구에 설치된 솔레노이드밸브의 흡입기체의 설정유량은 아래의 표 2와 같다.

(표 2)

시간(분)	유량 (m3/s)	시간 (분)	유량 (m3/s)
0~20	0.60	100~120	0.85
20~40	0.65	120~140	0.90
40~60	0.70	140~160	0.95
60~80	0.75	160~180	1.00
80~100	0.80

위와 같이, 턴디시 가열 기체의 온도, 각 시간대별로 턴디시노즐 토출구로 배출되는 기체의 온도, 배기펌프로 유입되는 전체 기체의 양을 지정하고, 본 발명의 PID제어기에 의해 본 발명의 턴디시노즐 예열장치를 가동하면, 공기유입관에 설치된 솔레노이드밸브가 제어되면서 턴디시노즐의 온도가 상승하게 된다.

각 시간대별로 상부노즐(Upper nozzle)의 온도, 슬라이딩게이트(Sliding gate) 중간판의 온도, 턴디시노즐(SEN) 1/2 높이 위치에서의 온도를 각각 2 지점에 서 측정하였다.

이와 같이 측정된 결과를 외삽법으로 각 노즐의 분당에열시간(Preheating Time, min)에 대한 내부표면온도(Hot Face Temperature, ℃)를 산출한 승온 곡선을 도 4에 도시하였다.

한편 도 4에 도시된 바와 같이 주조 초기의 턴디시노즐 표면온도 최저 허용치인 1000 ℃ 보다 모두 높은 온도까지 노즐의 표면이 가열되었음을 확인하였다.

또한 주조를 진행하여 종료한 후 턴디시노즐을 회수해서 지금층을 확인한 결과 노즐 내부에 지금의 형성이 전혀 없었으며, 노즐막힘도 나타나지 않았다.

따라서 본 실시예에서는 본 발명에 따른 턴디시노즐 예열장치를 사용함으로 주조 초기 지금층 형성에 억제효과가 있음을 알 수 있다.

비교예

종래기술에 의한 비교예는 실시예는 같은 턴디시에서 스트랜드(Strad)만 다르게 한여 실시하였다.

각 시간대별로 상부노즐(Upper nozzle)의 온도, 슬라이딩게이트(Sliding gate) 중간판의 온도, 턴디시노즐(SEN) 1/2 높이 위치에서의 온도를 각각 2 지점에서 측정하였다.

이와 같이 측정된 결과를 외삽법으로 각 노즐의 분당에열시간(Preheating Time, min)에 대한 내부표면온도(Hot Face Temperature, ℃)를 산출한 승온 곡선을 도 2에 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 턴디시 예열 초기에는 상부노즐 측에서 먼저 승온 이 일어나고 턴디시노즐 측에서는 승온이 지체되나, 턴디시노즐 토출구 측으로 가열을 시작하면 턴디시노즐 쪽이 우선적으로 가열되며 상부노즐 측은 가열이 지체되고, 최종 온도도 낮게 얻어진다.

또한 침지노즐 측의 최종온도는 1200 ℃에 도달하여 가열 최저 허용치를 상회하나, 상부노즐 및 슬라이딩게이트에서는 최저 허용치인 1000 ℃ 보다 낮은 온도로 나타났다.

또한 주조를 진행하여 종료한 후 침지노즐을 회수해서 지금층을 확인한 결과 침지노즐 상부에 주조 초기에 형성되었던 지금층이 3mm 두께까지 성장하였으며, 침지노즐 전체적으로 노즐막힘이 5mm 두께로 일어났다.

상기와 같은 실시예와 비교예에 의해, 본 발명에 따른 턴디시노즐 예열장치에 의해 내화재 내부 표면 온도를 최저 허용치 이상으로 모두 가열할 수 있음을 확인하였고, 초기 지금층의 형성을 억제하여 노즐 막힘 저감을 매우 효과적으로 개선할 수 있음을 확인하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 턴디시노즐 예열장치는 노즐막힘이 방지되어 용강의 주입속도를 상승시킬 수 있으므로 생산성이 증대된다.

또한 턴디시노즐의 내부에 지금이 형성되지 않으므로 이로 인해 몰드에 주입되는 용강에 난류가 발생되지 않으므로 주편의 품질이 향상된다.

Claims (3)

1. 턴디시에 열풍을 취입하여 턴디시노즐을 예열하는 턴디시노즐의 예열장치에 있어서,

   상기 턴디시노즐의 토출구에 연통되는 파이프;

   상기 파이프에 설치되어 상기 턴디시에 취입된 열풍을 배출하는 배기펌프;

   상기 턴디시노즐과 상기 배기펌프 사이에 연통설치된 파이프에 분지된 공기유입관;

   상기 턴디시노즐의 토출구 선단에 설치된 토출구온도검출센서;

   상기 배기펌프의 입구에 설치된 배기펌프온도검출센서; 및

   상기 토출구온도검출센서와 상기 배기펌프온도검출센서에서 검출된 신호에 따라 상기 파이프에 유입되는 열풍의 유량과 상기 공기유입관에 입력되는 공기의 유량을 제어하는 PID제어기가 포함되는 턴디시노즐 예열장치
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