KR100922068B1 - 노즐막힘 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조시 용강이 공급되는 노즐이 막히는 것을 방지하도록 된 노즐막힘 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

따라서 본 발명은 턴디시로부터 주형에 용강을 공급하는 노즐이 막히는 것을 방지하는 노즐막힘 방지장치에 있어서, 노즐의 외주면에 기공도가 20% 내지 30% 이고, 두께가 17mm 이상인 단열재를 용강의 탕면으로부터 50mm 내지 200mm 사이에 부착 설치하는 노즐막힘 방지장치를 제공한다.

노즐, 단열재, 표면온도, 기공도

Description

노즐막힘 방지장치{Apparatus for preventing from nozzle clogging}

도 1은 일반적인 연속주조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 과열도에 따른 부착층의 두께를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 노즐막힘 방지장치가 설치된 연속주조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 노즐의 주조시간에 따른 표층 및 표층하 10㎜지점의 온도차를 나타내는 그래프이다.

도 5는 단열재의 두께 변화에 따른 노즐표면온도를 나타내는 그래프이다.

도 6은 단열재와 노즐외벽 간의 거리의 변화에 따른 노즐표면온도를 나타내는 그래프이다.

도 7은 단열재의 기공도에 따른 표면온도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 8은 단열재의 길이에 따른 노즐의 표면온도 및 단열재 사용수명의 변화를 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 턴디시 18 : 노즐

50 : 단열재 52 : 철피

본 발명은 연속주조시 노즐의 막힘을 방지하는 노즐막힘 방지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐을 보온하여 용강의 온도가 떨어지지 않도록 하여 노즐의 막힘을 방지하는 노즐막힘 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조는 레이들의 용강을 턴디시를 거쳐 주형으로 공급하여 1차로 응고시키고, 1차로 응고된 주편에 냉각수를 살수하여 잔류용강을 완전 응고시켜 주편을 생산하게 된다.

이와 같은 연속주조가 이루어지는 연속주조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 레이들로부터 용강을 공급받아 일시적으로 저장하는 턴디시(10)와, 턴디시(10)로부터 용강을 공급받아 용강을 응고시키는 주형(12)과, 턴디시(10)와 주형(12) 사이에 설치되어 용강을 관통시키는 상노즐(14), 슬라이딩게이트(16) 및 침지노즐(18)로 이루어진다.

여기서 슬라이딩게이트(18)는 상부플레이트(20), 중간플레이트(22) 및 하부플레이트(24)로 구성되며, 상부플레이트(20)와 하부플레이트(24)는 고정 설치되고 중간플레이트(22)는 수평방향으로 이동 가능하도록 설치되어 중간플레이트(22)가 수평방향으로 이동됨에 따라 주형(12)으로 공급되는 용강의 유량이 제어된다.

한편 침지노즐(18)은 2중구조로 다공질의 내공체벽(26))과 치밀한 외공체벽(28)으로 이루어지며 내공채벽(26)과 외공체벽(28) 사이에 가스슬릿(30)이 삽입 설치된다.

이 가스슬릿(30)에 아르곤(Ar)가스가 공급되고, 공급된 아르곤가스는 다공질의 내공체벽(26)을 관통하여 용강측으로 분사되어 내공체벽(26)의 내측에 지금과 알루미나개재물의 혼재물인 부착층(11)이 생성되는 것을 방지한다.

특히 극저탄소강은 용강중에 기존의 알루미늄(Al) 외에 티타늄(Ti)이 첨가되어 있으므로 알루미나 개재물이 생성되어 노즐벽에 부착된다.

이와 같이 노즐벽에 부착된 부착층은 용강 탕면 상부의 외기와 접촉하여 응고되어 노즐을 막히게 한다.

한편 용강의 온도(과열도)를 증가시키면 도 2에 도시된 바와 같이 부착층 두께는 감소하나 용강의 온도를 높혀서 주조하면 고온으로 인한 내화물 용손을 증가시키므로 용강을 소정온도 이상 높힐 수는 없다.

따라서 노즐의 내벽에는 여러가지 원인으로 내공체벽의 내측에는 부착층이 생성되며 이러한 부착층의 성장에 따라 노즐막힘(nozzle clogging)현상이 발생된다.

이와 같이 노즐막힘현상이 발생되면 중간플레이트를 이동시켜 노즐을 완전개방하여도 충분한 용강이 공급되지 못하므로 연속주조를 중단해야 한다.

따라서 연소주조를 중단함에 따라 레이들에 잔류된 용강을 주조하지 못하므로 레이들을 스크랩처리 해야 하고 연연주가 끊겨 다시 스타트해야 하므로 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 용강을 스크랩처리함으로 회수율이 떨어져 주편의 생산비가 증대되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연속주조시 용강이 공급되는 노즐이 막히는 것을 방지하도록 된 노즐막힘 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 턴디시로부터 주형에 용강을 공급하는 노즐이 막히는 것을 방지하는 노즐막힘 방지장치에 있어서, 노즐의 외주면에 기공도가 20% 내지 30% 이고, 두께가 17mm 이상인 단열재를 용강의 탕면으로부터 50mm 내지 200mm 사이에 부착 설치하는 노즐막힘 방지장치를 제공한다.

여기서 단열재와 노즐의 외주면 사이에 1mm 내지 1.5mm의 공기틈이 형성되도록 하는것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 노즐막힘 방지장치를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 노즐막힘 방지장치가 설치된 연속주조장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 노즐의 주조시간에 따른 표층 및 표층하 10㎜지점의 온도차를 나타내는 그래프이며, 도 5는 단열재의 두께 변화에 따른 노즐표면온도를 나타내는 그래프이고, 도 6은 단열재와 노즐외벽 간의 거리의 변화에 따른 노즐표면온도를 나타내는 그래프이며, 도 7은 단열재의 기공도에 따른 표면온도의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8은 단열재의 길이에 따른 노즐의 표면온도 및 단열재 사용수명의 변화를 나타내는 그래프이다.

노즐막힘 방지장치는 도 3에 도시된 바와 같이 침지노즐(18)의 외주면에 설치되는 단열재(50)와, 이 단열재(50)를 고정시키도록 단열재의 외주면에 설치되는 철피(52)로 이루어진다.

단열재(50)는 섬유질로서 턴디시(10)로부터 하방으로 설치되며 그 조성은 SIO₂가 51.3중량%, Al₂O₃가 41.7중량%, Fe₂O₃가 1.1중량% 및 잔부 불가피한 원소로 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서 단열재(50)는 두께가 17mm 이상이고 기공도가 20% 내지 30%가 되도록 압축되는 것이 바람직하다.

또한 단열재(50)는 용강탕면의 상부의 노즐(18)을 둘러싸도록 설치되며, 그 설치높이는 용강탕면으로부터 50mm 내지 200mm 사이에 설치되는 것이 바람직하다.

아울러 노즐(18)의 외주면과 단열재(50) 사이에는 1mm 내지 1.5mm 사이의 공기틈이 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 공기틈으로 용강층의 열이 상승기류를 따라 노즐(18)의 상부까지 상승하여 노즐의 외주면에 열을 공급한다.

한편 단열재(50)를 노즐(18)에 고정시키는 철피(52)는 주조 전후에 탈착이 가능하도록 하여 그 수명을 연장시키는 것이 바람직하다.

(실시예 1)

먼저 노즐의 단열성을 평가하기 위하여 실제 노즐의 벽면에 열전대를 삽입하여 온도를 측정하였다.

노즐의 외주면과 표층하 10mm 지점에 K-type의 열전대를 상비하여 측정한 온도는 도4에 도시한 바와 같다.

용강은 노즐 내주면의 온도에 따라 응고하게 되며 아래의 수학식 1을 통하여 내주면의 온도를 측정할 수 있다.

전열량 = kA(T₂-T₁)/(L₂-L₁) = kA(T₃-T₄)/(L ₃-L₄) = kA(Ti_n-T_i)/(L_in-L_i)

(여기서 k:노즐벽의 열전도도, A:노즐벽의 면적, L₁~L₄:열전대 삽입위치, T₁∼T₄:열전대 삽입위치의 온도)

즉, 전열량은 각 구간에서 동일하므로 임의의 i지점의 온도를 알면 노즐내벽온도 T_in을 알 수 있다.

여기서 전열량을 알면 그 만큼의 열량이 손실된 것이므로 노즐의 내벽에 응고되는 지금의 두께를 예측할 수 있다.

먼저 기공도 20%의 단열재를 두께 30mm까지 변화시키면서 단열층으로 쌓인 노즐 외벽의 표면온도를 측정하였다.

그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이 노즐의 표면온도는 지속적으로 증가하나 17mm지점부터는 단열효과가 현저히 감소함을 알 수 있다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이 단열재 두께를 25mm로 균일하게 하고 단열재 외벽과 노즐간 공기틈의 크기를 변화시켜 연통효과를 조사하였다.

그 결과 1~1.5mm에서 온도가 가장 높고 그 이상과 이하에서는 감소하였다.

즉 공기틈이 너무 작은경우 연통효과가 나타나기 어렵고, 공기틈이 너무 큰경우는 연통효과는 좋으나 단열보온 효과를 유지하기 어렵다.

(실시예 2)

단열재를 압축하여 기공도를 변화시킨 후 노즐의 표면온도를 측정하였다.

단열재의 기공도가 너무 높으면 형체의 유지가 어려워 재사용이 어렵다.

도 7에 도시된 바와 같이 기공도가 증가할수록 보온능이 양호한 것으로 측정되었으며 기공도가 20% 이상에서 가장 양호한 보온성을 유지하였다. 그러나 기공도가 30%이상으로 증가하면 내부기공이 외부로 노출되면서 보온성이 떨어진다.

따라서 단열재의 기공도는 20∼30%가 바람직하다.

(실시예 3)

단열재의 길이가 너무 길면 용강이 단열재와 노즐외벽 사이의 공기틈을 통하여 모세관현상으로 상승하면서 단열층을 용손시키고, 너무 짧은경우 단열효과가 적다.

따라서 노즐의 하단으로부터 단열층 하단까지의 길이를 변화시키면서 노즐의 표면온도 및 단열재 수명의 변화를 조사하였다.

도 8에 도시된 바와 같이 단열재의 길이가 노즐하단으로부터 200mm까지 보온성이 유지되었다.

따라서 단열재의 길이는 용강의 모세관현상이 일어나지 않고 보온성을 유지할 수 있는 50∼200㎜인 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 따른 노즐막힘 방지장치는 용강을 보온하여 노즐막힘이 방지되므로 연소주조를 중단할 필요가 없으므로 연연주가 지속되어 생산성이 향상된다.

또한 스크랩이 발생되지 않으므로 회수율이 증대되어 주편의 생산비가 절감된다.

Claims (2)

1. 턴디시로부터 주형에 용강을 공급하는 노즐이 막히는 것을 방지하는 노즐막힘 방지장치에 있어서,

   상기 노즐의 외주면에 기공도가 20% 내지 30% 이고, 두께가 17mm 이상인 단열재를 용강의 탕면으로부터 50mm 내지 200mm 사이에 부착 설치하는 것을 특징으로 하는 노즐막힘 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단열재와 상기 노즐의 외주면 사이에 1mm 내지 1.5mm의 공기틈이 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐막힘 방지장치.

Images