KR100821188B1 - 슬라이드 게이트용 밸브판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조시 래들과 턴디쉬 사이에서 용강 유량을 조절하는 슬라이드 게이트의 밸브판에 관한 것으로서, 특히 밸브판의 균열을 억제하고 수명을 증대시키기 위한 새로운 형상을 갖는 슬라이드 게이트용 밸브판에 관한 것이다.

본 발명은 동일길이로 경사지게 대향하는 한 쌍의 장변(1,2)과 상기 장변의 양단을 연결하는 제1수직단변(3)과 제2수직단변(4)으로 이루어진 사다리꼴 형상으로서, 상기 제1,2수직단변의 중앙을 동시에 지나는 가상의 수평선(A)상에 제2수직단변 보다 길이가 큰 제1수직단변측으로 편심된 용강유로공(20)이 형성된다.

이에 따라서, 밸브판에 인가되는 인장 응력을 최소화시킴으로써 밸브판의 균열을 억제할 수 있고 이로 인해 밸브판의 수명을 향상시킬 수 있다.

밸브판, 슬라이드 게이트, 인장응력, 사다리꼴

Description

슬라이드 게이트용 밸브판{Valve plate for a slide gate}

도 1은 본 발명에 따른 슬라이드 게이트용 밸브판의 평면도.

도 2는 본 발명에 따른 슬라이드 게이트용 밸브판의 다른 실시예로서, 상기 원형홈부가 형성된 밸브판의 횡단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,2...장변 3,4...제1,2수직단변

10...밸브판 상면 20...용강유로공

30...노즐소켓 A...수평선

D,d...수평거리 P...중점

P1...용강유로공의 중심

본 발명은 연속 주조시 래들과 턴디쉬 사이에서 용강 유량을 조절하는 슬라이드 게이트의 밸브판에 관한 것으로서, 특히 밸브판의 균열을 억제하고 수명을 증대시키기 위한 새로운 형상을 갖는 슬라이드 게이트용 밸브판에 관한 것이다.

일반적으로 슬라브를 제작하기 위한 연속 주조시 레들에서 정련된 용강을 턴 디쉬로 옮게 되는 과정을 거치게 되는데, 레이들과 턴디쉬 사이의 용강 유량을 조절하기 위하여 래들과 턴디쉬 사이에는 일종의 밸브역할을 하는 슬라이드 게이트가 장착된다.

상기 슬라이드 게이트는 마주보는 한 쌍의 내화물 밸브판으로 구성된다. 상기 밸브판들은 상부밸브판와 하부밸브판으로 나뉘며 각각 중앙에 용강유로공(20)이 형성되어 있다. 이 상,하부 밸브판은 서로 맞닿아 있는 상태에서 서로 반대방향으로 슬라이딩되면서 미끄러지도록 설치됨으로써 상,하부 밸브판들이 슬라이딩되는 과정에서 유로공의 단면적이 변화되는 것에 의하여 용강의 유량을 조절한다.

그러나, 이러한 밸브판들은 수미터의 깊이로 용강을 수용하고 있는 래들의 하부에 설치되는 관계로 매우 큰 수직압력을 인가받게 될 뿐 아니라, 이 압력을 이기고 슬라이딩되기 위해서 매우 큰 횡력까지 복합적으로 인가받게 된다. 동시에 밸브판 사이의 접촉면에는 매우 큰 마찰력도 작용한다.

특히, 밸브판들의 유로공은 1600℃의 용강과 직접 접촉되는 반면 외부의 온도는 수백도 정도밖에 이르지 아니하므로 밸브판 내,외부의 온도편차가 매우 심하게 발생된다.

따라서, 밸브판은 불균일한 열팽창에 의한 열응력을 받게 되는데, 통상의 밸브판은 세라믹스(Ceramics)를 주성분으로 하는 내화물 소재로 제작되는데 이러한 소재는 취성(脆性, Brittleness)이 높아 인장 응력에 매우 약한 특성이 있기 때문에 밸브판에는 열응력으로 인한 균열이 쉽게 발생되는 문제점을 가진다.

밸브판에 발생된 균열은 용강유로공(20)을 중심으로 밸브판 외곽까지 점진적 으로 진행되는데, 이 경우, 균열로 생긴 틈을 통하여 용강에 공기 유입되면서 용강의 품질이 저하된다. 특히 슬라이딩 방향으로의 균열은 공기 유입을 심화하고 용강과의 마찰로 인한 용손을 가속화하므로 반드시 억제되어야 한다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 열기계적 응력으로 발생되는 균열을 최소화시킬 수 있는 슬라이드 게이트용 밸브판을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 동일길이로 경사지게 대향하는 한 쌍의 장변과 상기 장변의 양단을 연결하는 제1수직단변과 제2수직단변으로 이루어진 사다리꼴 형상으로서, 상기 제1,2수직단변의 중앙을 동시에 지나는 가상의 수평선상에는 제2수직단변 보다 길이가 큰 제1수직단변측으로 편심된 용강유로공이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 슬라이드 게이트용 밸브판은 동일길이로 경사지게 대향하는 한 쌍의 장변(1,2)과 상기 장변(1,2)의 양단을 연결하는 제1 수직단변(3)과 제2수직단변(4)으로 이루어진 사다리꼴 형상으로 이루어진다.

따라서, 상기 밸브판은 제1수직단변(3) 또는 제2수직단변(4)의 중심을 지나는 가상의 수평선(A)을 기준으로 상하대칭을 이루게 되며, 이 수평선(A)에 대하여 상기 장변(1,2)들은 동일한 경사각(θ)을 가진다.

또한, 상기 수평선(A)상에는 용강유로공(20)이 형성된다. 이 용강유로공(20)의 중심(P1)은 제2수직단변(4) 보다 길이가 큰 제1수직단변(3)측으로 편심된 수평선(A)상에 위치된다.

상기 제1수직단변(3)과 제2수직단변(4)의 중심간 수평거리(D)는 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(d)의 9배 내지 12배 큰 것이 바람직하다.

만일 , 제1수직단변(3)과 제2수직단변(4)의 중심간 수평거리(D)가 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심에 이르는 수평거리(d)의 9배 미만일 경우에는 용강유로공(20)의 안정적이고 완전한 밀폐가 어려워 용강 누출의 위험성이 있을 뿐만 아니라, 용강유로공(20)과 상기 제1수직단변(3)과의 거리가 지나치게 근접되어 균열이 쉽게 발생될 수 있다.

반면, 제1수직단변(3)과 제2수직단변(4)의 중심간 수평거리(D)가, 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(D)의 9배를 초과하게 되면 밸브판의 길이가 길어져 밸브판 재료의 낭비가 심해지고 슬라이드 게이트에 밸브판 장착시 조작의 어려움이 있다.

또한, 상기 제1수직단변(3)의 길이는 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강 유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(d)의 3배 내지 5배 큰 것이 바람직하다.

만일, 상기 제1수직단변(3)의 길이가 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(d)의 3배 미만이면 용강유로공(20)과 장변(1,2) 사이의 거리가 지나치게 근접하면서 균열이 쉽게 발생할 수 있으며, 상기 장변(1,2)이 이루는 기울기가 작아지면서 장변(1,2)의 클램핑시 압축력이 크게 증가하여 균열이 쉽게 발생될 수 있다.

반면, 상기 제1수직단변(3)의 길이가 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(d)의 5배보다 크면, 밸브판의 크기가 커져 재료의 낭비가 심해지고 슬라이드 게이트 밸브판 장착시 조작의 어려움이 발생된다.

또한, 상기 제2수직단변(4)의 길이는 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(d)의 1.5배에서 2.5배 큰 것이 바람직하다.

만일, 상기 제2수직단변(4)의 길이가 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(d)의 1.5배 미만이면 용강유로공(20)의 안정적이고 완전한 밀폐가 어려워져 용강 누출의 위험성이 있다.

반면, 상기 제2수직단변(4)의 길이가 상기 수평거리(D)의 중점(P)에서 용강유로공(20)의 중심(P1)에 이르는 수평거리(d)의 2.5배를 초과하면 상기 장변(1,2)의 기울기가 작아지면서 상기 장변(1,2)의 클램핑시 압축력이 크게 증가하여 균열이 쉽게 발생될 수 있다.

한편, 상기 제1,2수직단변(3,4)과 상기 한 쌍의 장변(1,2)이 서로 접하여 형성된 모서리가 모두 라운드 처리되면 밸브판의 모서리들에 응력이 집중되는 것을 보다 효과적으로 막을 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밸브판의 상면에는 노즐 소켓(30)이 더 형성될 수 있다. 이 노즐 소켓(30)은 상기 용강 유로공(20)과 동일한 중심을 가지면서 상기 용강 유로공(20) 보다 큰 원형 홈부의 형태를 가지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 용강 유로공(20)은 이 노즐소켓(30)의 바닥면에 형성된다. 상기 노즐 소켓(30)은 밸브판 대비 열팽창 면적을 축소시켜 밸브판 측면에 발생하는 인장 응력을 저감시킨다.

삭제

한편, 아래의 표 1은 본 발명의 밸브판과 베스비우스사(Vesuvius)에서 출원한 대한민국 등록특허 제485837호로 개시된 밸브판(이하 비교예)과의 최대 주응력 크기를 전산 모사하여 수치해석을 통한 결과를 나타내는 비교표이다. 최대 주응력 크기란 최대 인장응력의 크기를 의미하는 것으로 그 크기가 작을수록 균열의 발생이 적고 수명이 길다.

	열응력(MPa)	전체클램핑(MPa)	모서리 제외 클램핑(MPa)
본 발명	357	43	70
비교예	360	26	215

표 1에서 열응력 수치는 용강 유로에 고온의 용강이 흐르는 상황을 모사한 것으로서 온도 구배로 인한 순수 열응력의 최대 크기를 나타낸다. 그 결과 비교예의 경우에는 최대 인장응력의 크기가 360MPa로 나타났으며 본 발명의 밸브판은 최대 인장응력의 크기가 357MPa로 나타났다.

또한, 전체 클램핑 수치는 이상적인 운전 환경을 반영하되, 밸브판 형상에 따른 클램핑 위치, 면적, 압축력의 크기 등의 요인을 통일하기 위하여 밸브판 외곽 전체를 클램핑한 상황을 모사한 것이다. 그 결과 비교예의 경우 최대 인장응력의 크기가 26MPa로 나타났으며 본 발명의 밸브판은 최대 인장응력의 크기가 43MPa로 나타났다.

또한, 모서리 제외 클램핑 수치는 실제 운전 환경을 반영하되, 밸브판 형상에 따른 클램핑 위치, 면적, 압축력의 크기 등의 요인을 통일하기 위하여 밸브판 외곽 전체를 클램핑한 상황을 모사한 것이다. 즉, 실시 단계의 구현에서는 모서리 부분의 클램핑이 어려움이 예상되므로 상기와 같이 밸브판 외곽전체를 모두 클램핑 할 수 없기 때문에 모서리 부분을 제외한 나머지 모든 직선 변을 클램핑한 경우만 고려하였다. 그 결과 비교예의 경우 최대 인장응력의 크기가 215MPa로 타나났으며 본 발명의 밸브판은 최대 인장응력의 크기가 70MPa로 나타났다.

표 1의 전산 모사 수치 해석 결과 비교표에서 알 수 있듯이, 전체 클램핑의 경우에는 본 발명의 밸브판이 비교예에 비하여 유사 혹은 낮은 성능을 보이는 듯하지만 열응력에서 다소 향상되었고, 특히 실시 구현에서 모서리 부분의 클램핑의 어려움 때문에 실제 작업현장에서 채택하고 있는 모서리를 제외한 클램핑 방법의 경우들에서 본 발명의 밸브판의 최대 인장응력이 비교예의 최대 인장응력의 3분의 1에도 미치지 않으므로 본 발명의 밸브판의 우수성이 더욱 두드러진다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 슬라이드 게이트용 밸브판에 의하면, 밸브판을 사다리꼴 형상으로 하고 클램핑되는 각변의 기울기와 길이를 최적화하여 균열의 원인인 인장 응력을 최소화시킴으로써 밸브판의 균열을 억제할 수 있고 이로 인해 밸브판의 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.

Claims (7)

1. 동일길이로 경사지게 대향하는 한 쌍의 장변과 상기 장변의 양단을 연결하는 제1수직단변과 제2수직단변으로 이루어진 사다리꼴 형상으로서,

   상기 제1,2수직단변의 중앙을 동시에 지나는 가상의 수평선상에는 제2수직단변 보다 길이가 큰 제1수직단변측으로 편심된 용강유로가 형성된 것을 특징으로 하는 슬라이드 게이트용 밸브판.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1수직단변과 제2수직단변의 중심간 수평거리는 상기 수평거리의 중점에서 용강유로공의 중심에 이르는 수평거리의 9배 내지 12배 큰 것을 특징으로 하는 슬라이드 게이트용 밸브판.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1수직단변의 길이는 상기 수평거리의 중점에서 용강유로공의 중심에 이르는 수평거리의 3배 내지 5배 큰 것을 특징으로 하는 슬라이드 게이트용 밸브판.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제2수직단변의 길이는 상기 수평거리의 중점에서 용강유로공의 중심에 이르는 수평거리의 1.5배 내지 2.5배 큰 것을 특징으로 하는 슬라이드 게이트용 밸브판.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1, 2 수직단변과 상기 한 쌍의 장변이 서로 접하여 형성된 모서리는 모두 라운드 처리된 것을 특징으로 하는 슬라이드 게이트용 밸브판.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 밸브판의 상면에는 상기 용강유로공과 동일한 중심을 가지면서 상기 유로공 보다 큰 원형 홈부의 노즐 소켓이 더 형성되고,

   상기 용강유로공은 상기 노즐소켓의 바닥면에 형성된 것을 특징으로 하는 슬라이드 게이트용 밸브판.
7. 삭제

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