KR100832379B1 - 스토퍼 로드 - Google Patents

Abstract

상단, 하단, 그리고 상단에서부터 하방으로 연장되는 축선 방향 보어를 구비하고, 상단에서부터 d만큼 떨어져서 축선 방향 보어 내부에 스토퍼를 리프팅 기구에 부착하기 위한 부착 수단이 마련되어 있는 내화재 모노 블럭 스토퍼로서, 스토퍼는 세 부분(A, B, C)으로 나뉘어져 제1 부분(A)은 길이가 d보다 길게 상단에서부터 하단을 향해 연장되고, 제2 부분(B)은 제1 부분(A)에서부터 하단을 향해 연장되며, 제3 부분(C)은 제2 부분(B)에서부터 연장되고 스토퍼의 하단에서 종결되는 스토퍼 노우즈를 포함하는 것인 내화재 모노 블록 스토퍼가 제공된다. 본 발명의 스토퍼는 제2 부분(B)의 평균 단면이 제1 부분(A)의 단면보다 더 작고 제3 부분(C)의 가장 큰 단면은 제2 부분(B)의 가장 작은 단면보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스토퍼는 눈에 띄는 강도의 손실 없이, 중량이 크게 감소된다. 상기 스토퍼의 윤곽은 축선을 중심으로 대칭을 유지할 수 있기 때문에, 상기 스토퍼를 주형으로부터 제거하는 데에는 과도학 수작업이 요구되지 않는다.

Description

스토퍼 로드{STOPPER ROD}

본 발명은 침지형 출구를 통한 베셀(vessel)로부터의 용융 물질의 흐름을 제어하는데 있어서 밸브 기구의 일부로 사용되는 스토퍼(stopper)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하자면, 본 발명은 내화재 모노 블록(mono-block) 스토퍼, 즉 용융 물질 수용 용기 예를 들어 래이들(ladle)이나 턴디쉬(tundish)의 바닥에 장착된 노즐로부터 나오는 용융 금속의 흐름을 제어하는 데 사용되는 원피스(one piece) 세라믹 스토퍼 로드에 관한 것이다. 이것은 전형적으로 턴디쉬의 기부에 있는 개구(開口)를 통해 노즐이나 쉬라우드(shroud)를 거쳐 수냉식 주형(water-cooled mould)으로 강을 주조하는 데 사용된다.

전형적으로, 이러한 스토퍼는 등방 압축 성형된(isostatically-pressed) 흑연/알루미나로 이루어진 긴 원통형 세라믹체로 구성되어 있는데, 그 하단은 대응하는 출구 노즐의 스로트(throat)에 맞물리기에 적합하도록, 둥글거나 테이퍼진 윤곽(스토퍼 노우즈:stopper nose)을 하고, 그 상단에서는 유동을 제어하는 외부 리프팅 기구(lifting mechanism)에 스토퍼를 고정시키는 몇 가지 연결 수단의 형태를 취한다.

스토퍼의 작동은 기본적으로 간단하다. 기계적 리프팅 시스템(lifting system)은 노즐을 통해 흐르는 용융 금속의 양을 제한하거나 줄이기 위해서 스토퍼 로드를 노즐 상의 착좌 위치로부터 수직으로 들어올리는 데 사용된다. 그러나, 실제 이러한 스토퍼 로드는 가령 오랜 시간 동안 용융 금속에 침지되는 등의 거친 환경 조건에서 작동해야 하고 주탕(鑄湯) 공정에서 직면하는 높은 열적 충격에 견딜 수 있어야 한다.

스토퍼의 가격이 비싼 것은 기본적으로 수작업 및 내화재의 양에 기인한다. 스토퍼의 중량을 줄여서 가격을 낮추려는 시도가 이미 있었다. 이러한 경우, 강도의 손실이 없도록 주의해야 한다. EP-A-625,391는 외면에 복수 개의 축선 방향 홈이 마련되어 있는 플루트형 스토퍼(fluted stopper)를 개시하고 있다. 이 스토퍼의 외면은 일반적인 원통형 스토퍼의 강도를 유지한다고 하는 플루트형 구조를 제공하도록 요철을 번갈아 포함하는 기복이 있는 윤곽으로 이루어진다. 그러나, 그것의 복잡한 주형으로부터 스토퍼를 제거하는 데 걸리는 시간은 내화재의 경제성보다 중요하다.

따라서, 스토퍼가 수작업은 가능한 한 적게 유지하면서 강도의 손실 없이 더 적은 내화재를 사용할 수 있도록 하는 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명은 이러한 목적을 달성하는 개선된 스토퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한가지 양태에 따르면, 상단, 하단, 그리고 상단에서부터 하방으로 연장되는 축선 방향 보어를 구비하고, 상단에서부터 거리 d만큼 떨어져서 축선 방향 보어 내부에 스토퍼를 리프팅 기구에 부착하기 위한 부착 수단(d는 부착 수단의 중간에 위치함)이 마련되어 있는 내화재 모노 블럭 스토퍼로서, 스토퍼는 세 부분(A, B, C)으로 나뉘어져 제1 부분(A)은 길이가 d보다 길게 상단에서부터 하단을 향해 연장되고, 제2 부분(B)은 제1 부분(A)에서부터 하단을 향해 연장되며, 제3 부분(C)은 제2 부분(B)에서부터 연장되고 스토퍼의 하단에서 종결되는 스토퍼 노우즈를 포함하는 것인 내화재 모노 블록 스토퍼가 제공된다. 본 발명의 스토퍼는 제2 부분(B)의 평균 단면이 제1 부분(A)의 단면보다 작고 제3 부분(C)의 가장 넓은 단면은 제2 부분(B)의 가장 작은 단면보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스토퍼에서 가장 높은 응력을 받는 지점이 스토퍼를 리프팅 기구에 부착하는 부착 수단(일반적으로 상단으로부터 d보다 더 떨어진 거리에 위치함) 주변에 위치한다는 사실의 관찰을 바탕으로 하고 있다. 일반적으로 당업계에서 받아들여지고 있는 사상과는 달리, 본 발명자들은 스토퍼가 놓이는 거친 작업 조건을 견딜 수 있도록 하기 위하여 스토퍼 전체에 걸쳐 내화재가 주목할 정도의 두께를 가질 필요는 없다는 것을 인식했다. 그러므로, 본 발명자들은 중간부에서는 내화재의 두께를 줄이는 한편, 리프팅 기구를 부착하기 위한 부착 수단(제1 부분) 및 대응하는 출구 노즐의 스로트에 맞물리기에 적합하게 유지되어야 하는 스토퍼의 노우즈 주변(제3 부분)은 종래의 두께를 유지시켰으며, 이에 따라 눈에 띄는 강도의 손실 없이 스토퍼의 중량을 현저히 줄일 수 있었다.

제3 부분의 치수를 감소시키는 것 또한 가능할 수도 있지만, 스토퍼의 노우즈(제3 부분)가 대응하는 통상의 출구 노즐의 스로트(throat)에 맞물리기에 적합한 상태를 유지하도록 제3 부분(C)의 가장 넓은 단면이 제2 부분(B)의 평균 단면보다 큰 것이 좋다.

제1 부분(A)의 길이가 적어도 2d와 같은 것이 유리하다.

제1 부분(A)의 단면은 부착 수단 주변의 스토퍼에 필요한 강도를 제공할 만큼 충분히 넓어야 한다. 당업자라면 종래의 스토퍼로부터 이러한 목적에 적합한 단면의 범위를 알고 있다. 이 부분의 단면은 하단을 향하여 약간 테이퍼지지만, 거의 일정한 것이 바람직하다.

제1 부분(A) 및 제3 부분(C)은 재료를 절감하기 위해 가능한 한 짧은 상태로 유지되는 것이 바람직하다. 제1 부분(A)은 4d ∼ 5d의 길이를 넘지 않고, 제3 부분(C)은 스토퍼 노우즈에 한정되는 것이 유리하다.

따라서, 본 발명의 필수 사항은 제2 부분(B)이 제1 부분(A) 및 제3 부분(C)에 비하여 얇은 두께로 이루어진다는 것이다.

제2 부분(B)의 두께 감소는 수직 측면도에서 실질적으로 오목한 윤곽으로 구체화될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제2 부분(B)은 쌍곡면이나 단순한 테이퍼 형상을 갖는다.

그러나 제조의 용이성 및 특히 탈형의 용이성을 위해, 제2 부분(B)이 제1 부분(A)에서부터 하방으로 연장되고 점진적으로 감소하는 단면을 갖는 제1 소부분(sub-portion)(B1) 및 이 제1 소부분(B1)의 저부에서부터 제2 부분(B)의 저부까지 연장되고 거의 일정한 단면을 갖는 제2 소부분(B2)을 포함하는 것이 바람직하다. 재료의 절약 정도를 증대시키기 위해서, 제1 소부분(B1)에서 단면이 가능한 한 급하게 감소하는 것이 바람직하다. 상기 테이퍼의 경우, 어떤 부분에서의 응력도 부착부에 가까운 부분보다 크지 않도록 해야 하는데, 전통적인 재료 강도 계산으로 이러한 결과를 얻기 위해 필요한 최소 단면을 결정할 수 있다.

종래의 스토퍼에 의해 잘 알려져 있듯이, 본 발명에 의한 스토퍼는 주조 공정 동안 용융 금속에 기체, 바람직하게 불활성 기체를 분사할 수 있도록 기체 분사 수단과 함께 이용된다. 일반적으로 이러한 경우, 기체는 이 기체를 하단으로 유도하는 스토퍼에 있는 축선 방향 보어로 도입되고, 이에 따라 보어 또는 다공성 재료를 통해 용융 금속으로 직접 분사될 수 있다.

본 발명에 따르면, 동시 압축 성형된(copressed) 금속 또는 세라믹 인서트 등과 같은 모든 형태의 부착물이 사용될 수 있다.

당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 스토퍼는 다른 성분[노우즈를 위한 다공성 혹은 내식성(erosion-resistant) 성분, 슬래그 라인(slag line)에 있는 슬리브(sleeve)를 위한 항슬래그(slag-resitant) 성분, 부착물 주변의 강도 또는 투과성이 높은 성분]으로 이루어진 다양한 부분을 포함한다.

본 발명의 스토퍼의 노우즈는 대응하는 출구 노즐의 스로트에 맞물리기에 적합한 어떤 형태도 지닐 수 있다. 선택적으로는, 예컨대 유약과 같은 보호층을 피복할 수 있다.

본 발명에 따른 스토퍼는 내화재 모노 블럭 스토퍼를 만들기 위한 종래의 잘 알려진 공정, 가령 적절한 주형 내에서의 등방 압축 성형(isostatic pressing) 및 탈형 그리고 선택적으로는 상기 탈형에 이어지는 탈형 본체의 기계 가공과 같은 공정에 따라 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 한가지 실시예를 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명하겠다.

- 도 1은 종래 기술의 스토퍼의 개략도이다.

- 도 2는 본 발명에 따른 스토퍼의 개략도이다.

이제 도면으로 넘어가면, 도면에는 턴디쉬나 베셀(도시되지 않음)로부터의 용융 물질의 흐름을 제어하는 데 사용되는 스토퍼가 도시되어 있다. 스토퍼 로드(1)는 상단(2)과 하단(3), 그리고 하부 영역(8)에 좁은 영역을 갖는 축선 방향 보어(4)를 구비한 내화재 본체를 포함한다. 스토퍼 로드의 상단부에 있는 축선 방향 보어를 통해서 기체 공급부로부터 아르곤과 같은 불활성 기체가 공급될 수 있다. 스토퍼의 제1 부분(A)에 있는 축선 방향 보어(4)에 상단(2)으로부터 d만큼 떨어진 위치에 리프팅 기구(도시되지 않음)에 대한 스토퍼 부착 수단(5)이 마련된다.

제3 부분(C)은 불활성 기체 분사 수단을 구비하는 노우즈(6)를 포함한다. 상기 기체는 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 축선 방향 보어로부터 직접 분사되거나 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 노우즈의 일부분(7)을 통해 분사될 수 있다.

종래 기술의 스토퍼(도 1)에서는, 제2 부분(B)은 거의 원통형이고 제1 부분(A) 및 제3 부분(C)과 두께가 같다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 스토퍼는 제2 부분(B)이 감소된 두께를 갖는다.

특히, 상기 제2 부분(B)은 감소된 단면으로 급격하게 테이퍼지는 제1 소부분(B1) 및 거의 일정한 단면의 제2 소부분(B2)을 구비한다.

도 2의 스토퍼는 도 1의 스토퍼와 균등한 강도를 유지하면서 도 1의 스토퍼의 중량보다 30% 작은 중량을 갖는다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 스토퍼

2 : 상단

3 : 하단

4 : 축선 방향 보어

5 : 부착 수단

6 : 스토퍼 노우즈

7 : 다공성 재료

8 : 노우즈에 있는 축선 방향 보어

Claims (12)

1. 상단(2), 하단(3), 그리고 상단(2)에서부터 하방으로 연장되는 축선 방향 보어(4)를 구비하고, 상단(2)에서 d만큼 떨어져서 축선 방향 보어(4) 내부에 스토퍼를 리프팅 기구에 부착하기 위한 부착 수단(5)이 마련되어 있는 내화재 모노 블럭 스토퍼(1)로서, 스토퍼는 세 부분(A, B, C)으로 나뉘어져 제1 부분(A)은 길이가 d보다 길게 상단(2)에서부터 하단을 향해 연장되고, 제2 부분(B)은 제1 부분(A)에서부터 하단(3)을 향해 연장되며, 제3 부분(C)은 제2 부분(B)에서부터 연장되고 스토퍼의 하단에서 종결되는 스토퍼 노우즈(6)를 포함하는 것인 내화재 모노 블록 스토퍼에 있어서,

   상기 제2 부분(B)의 평균 단면은 제1 부분(A)의 단면보다 작고, 상기 제3 부분(C)의 가장 넓은 단면은 제2 부분(B)의 가장 작은 단면보다 큰 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 부분(C)의 가장 넓은 단면이 상기 제2 부분(B)의 평균 단면보다 큰 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분(A)은 상단(2)에서부터 적어도 2d의 거리까지 연장되는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분(A)의 단면은 거의 일정하거나 하방으로 아주 약간씩 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 부분(B)은 수직 단면에서 대체로 오목한 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 부분(B)은 상기 제1 부분(A)에서부터 상기 제3 부분(C)을 향하여 점차 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 부분(B)은 대략적인 형상이 쌍곡면 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 부분(B)은 상기 제1 부분(A)에서부터 하방으로 연장되며 점진적으로 감소하는 단면을 갖는 제1 소부분(sub-portion)(B1) 과 이 제1 소부분(B1)의 저부에서부터 제2 부분(B)의 저부까지 연장되는 거의 일정한 단면의 제2 소부분(B2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축선 방향 보어(4)는 상기 제1 부분(A) 및 제2 부분(B)을 관통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스토퍼 노우즈(6)는 하단(3) 주위에 기체 분사 수단(7, 8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
11. 제10항에 있어서, 상기 스토퍼 노우즈(6)의 적어도 일부분(7)이 다공성 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.
12. 제9항에 있어서, 상기 제3 부분(C)은 상기 제1 부분(A) 및 제2 부분(B)의 축선 방향 보어(4)와 소통되는 축선 방향 보어(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화재 모노 블록 스토퍼.

Images