KR101063464B1 - 침지노즐 - Google Patents

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KR101063464B1 KR1020080134039A KR20080134039A KR101063464B1 KR 101063464 B1 KR101063464 B1 KR 101063464B1 KR 1020080134039 A KR1020080134039 A KR 1020080134039A KR 20080134039 A KR20080134039 A KR 20080134039A KR 101063464 B1 KR101063464 B1 KR 101063464B1
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Abstract

본 발명에 따른 침지노즐은 용강이 흐를 수 있는 내부공간이 마련된 노즐몸체와, 노즐몸체의 내벽의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되며, MgO-Al2O3 계 스피넬과 바인더가 혼합된 혼합물을 이용하여 제작된 내공부를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면 노즐몸체의 내벽에 Mg 가스와 반응성이 없는 MgO-Al2O3 계 스피넬과 열가소성 수지가 혼합된 혼합물을 이용하여 내공부를 형성한다. 이에, Mg 가스가 침지노즐 내에서 소모되어 상기 내공부 표면 즉, 침지노즐의 내벽으로 Mg 가스 방출이 억제되는 것을 방지할 수 있다.
연주, 침지노즐, 내공부, 가스 발생부

Description

침지노즐{Submerged entry nozzle}
본 발명은 침지노즐에 관한 것으로서, 침지노즐의 내벽에 개재물이 부착되어 상기 침지노즐이 막히는 것을 방지하는 침지노즐에 관한 것이다.
일반적인 연속 주조 공정은 레이들에 수용된 용강을 턴디쉬로 주입하고, 턴디쉬에서 주입된 용강을 주형에 연속적으로 주입시켜 용강을 1차 냉각시킨 후, 1차 냉각된 주편의 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시킴에 따라 용강을 응고시켜 주편을 제조하는 공정이다. 이때, 턴디쉬에 수용된 용강을 주형 내로 공급하는 과정에서 용강은 턴디쉬의 출탕구에 설치되는 게이트에 의해 출탕이 단속되고, 침지노즐을 통하여 주형 내로 공급된다.
여기서, 용강 중에는 알루미나(Al2O3)성 개재물들이 존재하는데, 부상분리에 의해 제거되지 않은 미세 개재물들이 턴디쉬와 주형을 연결하는 침지노즐의 내벽에 부착되어, 상기 침지노즐 막힘의 원인으로 작용한다. 이를 해결하기 위하여 종래에는 Mg 가스를 침지노즐 내벽에 공급하여 상기 침지노즐 내벽의 표면장력을 낮춤으로써, 침지노즐 내벽에 개재물이 부착되는 것을 억제하고자 하였다. 하지만, 통상 적으로 침지노즐 또는 침지노즐의 내벽은 SiO2, Al2O3 및 ZrO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재료를 이용하여 제작된다. 여기서, 상기 SiO2, Al2O3, MgO 및 ZrO2은 Mg 가스와 반응성이 높은 물질로써, 상기 Mg 가스와 반응하여 MgO-SiO2, MgO-Al2O3 및 MgO를 고용한 ZrO2를 생성시킨다. 이로 인해, Mg 가스가 침지노즐 내벽으로 공급되지 못하고 소모되는 문제점이 발생하였다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 노즐몸체의 내벽에 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더가 혼합된 혼합물을 이용하여 내공부를 형성함으로써, 상기 내공부 표면 즉, 침지노즐 내벽에 개재물이 부착되는 것을 방지하는 침지노즐을 제공한다.
본 발명에 따른 침지노즐은 용강이 흐를 수 있는 내부공간이 마련된 노즐몸체 및 상기 노즐몸체의 내벽의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되며, MgO-Al2O3 계 스피넬과 바인더가 혼합된 혼합물을 이용하여 제작된 내공부를 포함한다.
상기 MgO-Al2O3 계 스피넬을 95% 내지 99%, 바인더를 1% 내지 5%로 혼합하여 내공부를 형성한다.
상기 내공부의 겉보기 기공율이 15% 내지 35% 인 것을 특징으로 한다.
상기 바인더는 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 노즐몸체의 하부 양측에 서로 대칭되도록 형성되어 침지노즐 내의 용강이 토출되는 토출구를 포함한다.
상기 노즐몸체 내에서 상기 내공부의 배면측에 배치되어, Mg 가스를 발생시키는 가스 발생부를 포함한다.
상기 노즐몸체 내로 일부 삽입되어 상기 내공부와 연결되도록 배치되며, Mg 가스를 내공부로 이송시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관을 포함한다.
상기 노즐몸체의 외부에 배치되며, Mg 가스를 발생시키는 가스 발생부를 포함한다.
상기 가스 발생부에 연결되어 Mg 가스를 이송시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관과, 상기 상기 노즐몸체의 내벽에 형성된 내공부와 가스 발생수단을 연결하도록 배치되어, 캐리어 가스 및 Mg 가스를 내공부로 공급하는 파이프를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 노즐몸체의 내벽에 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 열가소성 수지가 혼합된 혼합물을 이용하여 내공부를 형성한다. 이에, Mg 가스가 침지노즐 내에서 소모되어 상기 내공부 표면 즉, 침지노즐의 내벽으로 Mg 가스 방출이 억제되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, Mg 가스를 안정적으로 공급할 수 있음에 따라 내공부 표면 즉, 침지노즐의 내벽에 개재물이 부착되는 것을 억제하여, 상기 침지노즐의 막힘을 방지할 수 있다. 또한, 침지노즐의 내벽이 Mg 가스와 반응하지 않음에 따라, 상기 침지노즐의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명 하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조장치의 요부를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 연속주조장치는 레이들(미도시)에서 제강공정을 거친 용강을 저장하는 턴디쉬(100)와, 턴디쉬(100)의 하측에 배치되어 용강을 응고시켜 주편을 제조하는 주형(400)과, 턴디쉬(100)의 출탕구(110) 하측에 대응 배치되어 용강의 출탕을 제어하는 게이트(200)와, 게이트(200)의 하부에 대응 배치되어 턴디쉬(100) 내의 용강을 주형(400)으로 안내하는 침지노즐(300)을 포함한다. 여기서, 주형(400) 내에는 도시되지는 않았지만, 용강을 응고시키는 별도의 냉각수단(미도시)이 설치된다. 그리고, 본 실시예에서는 게이트(200)로 슬라이딩 게이트를 사용하는데, 상기 슬라이딩 게이트는 상부 및 하부 고정 플레이트(210, 220)와, 상기 상부 고정 플레이트(210)와 하부 고정 플레이트(220) 사이에 배치된 슬라이딩 플레이트(230)를 포함한다. 이에, 슬라이딩 플레이트(230)를 슬라이딩시켜 턴디쉬(100)의 출탕구(110)와 침지노즐(300) 간을 연통을 제어함으로써, 용강의 출탕을 제어한다. 물론 이에 한정되지 않고, 턴디쉬(100)의 출탕구(110)와 침지노즐(300) 간의 연통을 제어할 수 있는 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 침지노즐을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 침지노즐(300)은 턴디쉬(100) 내의 용강을 주형(400) 내로 안내할 수 있도록 관 형상으로 제작된 노즐몸체(310)와, 노즐몸 체(310)의 내벽을 둘러싸도록 형성된 내공부(320)와, 노즐몸체(310) 하부의 양측에 서로 대칭되도록 형성되어 침지노즐(300) 내의 용강이 주형(400)으로 토출되도록 하는 토출구(340)와, 노즐몸체(310) 내에서 내공부(320)의 배면에 배치되어 Mg 가스를 발생시키는 가스 발생부(330)를 포함한다. 또한, 일부가 노즐몸체(310) 내로 삽입되어 가스 발생부(330)와 연결되도록 배치되며, Mg 가스가 내공부(320)로 이송시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(350)을 포함한다.
노즐몸체(310)는 Al2O3-C 및 Al2O3-SiO2-C 중 어느 하나의 재료를 이용하여 제작한다. 본 실시예에서는 Al2O3-SiO2-C를 이용하여 용강이 흐를 수 있도록 관 형상으로 노즐몸체(310)를 제작한다. 그리고, 노즐몸체(310)의 내벽을 둘러싸도록 내공부(320)가 형성된다. 즉, 내공부(320)는 노즐몸체(310)의 내벽을 둘러싸도록 형성되어, 상기 노즐몸체(310) 내주면의 직경보다 작은 직경을 갖도록 제작된다. 그리고, 내공부(320)는 적어도 가스 발생부(330)의 전면측에 대응 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 내공부(320)는 가스 발생부(330)의 전면측에 대응 배치되며, 토출구(340)의 바로 상측에 위치하는 노즐몸체(310)의 일부 영역에는 상기 내공부(320)가 형성되지 않는다. 이러한, 내공부(320)는 용강이 흐르는 침지노즐(300)의 내벽으로 작용한다. 또한, 내공부(320)는 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더를 혼합한 재료를 이용하여 제작한다. 여기서, MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더는 가스 발생부(330)에서 발생되는 Mg 가스와 반응하지 않는 물질이다. 여기 서, MgO-Al2O3 계 스피넬 원료 화학양론적조성 즉, MgO:Al2O3 = 28:72의 비율로 혼합하여 제조한다. 그리고, MgO-Al2O3 계 스피넬 원료를 95% 내지 99%, 열 바인더를 1% 내지 5%로 혼합하는 것이 바람직하다. 이는 바인더의 함량이 1% 이하이면 내공부(320)를 형성할 만큼의 양이 안되며, 5% 이상이면 발생하는 Co 가스에 의해 Mg의 산화가 진행되므로 바람직하지 않다. MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더의 함량에 따라 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300) 내벽에 부착되는 개재물의 두께에 대한 상세한 설명은 하기에서 하기로 한다. 그리고, MgO-Al2O3 계 스피넬 원료는 전융 및 소결 스피넬 중 어느 하나를 사용하며, 입도가 1mm 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 바인더는 상기 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료를 결합하는 역할을 하는 물질로써, 열경화성 수지를 사용한다. 이에, 본 실시예에서는 바인더로 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지 및 페놀 수지 중 선택되는 적어도 하나 이상의 열경화성 수지를 사용한다. 또한, 내공부(320)는 겉보기 기공율이 15% 내지 35%가 되도록 제작되는 것이 바람직하다. 이는 내공부(320)의 배면에 배치된 가스 발생부(330)에서 생성된 Mg 가스가 내공부(320)를 투과하여 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽으로 방출될 수 있도록 통기성을 확보하기 위함이다. 내공부(320)의 겉보기 기공율이 15% 미만이면 Mg 가스의 방출이 용이하지 못하고, 35%를 초과하면 침지노즐(300) 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽의 표면 굴곡이 커져 개재물 부착이 증가할 수 있다. 여기서, 내공부(320)는 MgO-Al2O3 계 스피넬 원 료와 바인더가 혼합된 혼합물을 이용하여 성형한 후, 이를 노즐몸체(310) 내에 삽입하여 제작할 수 있다. 이때, 내공부(320)는 노즐몸체(310)이 내벽을 둘싸도록 상기 노즐몸체(310)의 내경에 비해 작거나 동일한 사이즈로 제작되는 것이 바람직하다. 또한 이에 한정되지 않고, 내공부(320)는 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더가 혼합된 혼합물을 이용하여 노즐몸체(310) 내벽에 코팅하는 방법을 이용하여 형성할 수도 있다.
또한, 본 실시예에 따른 내공부(320)는 가스 발생부(330)의 전면측에 대응 배치되고, 토출구(340)의 바로 상측에 위치하는 노즐몸체(310)의 일부 영역에는 상기 내공부(320)가 형성되지 않도록 하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 토출구(340) 상측에 위치하는 노즐몸체(310)의 내벽 전체를 둘러싸도록 내공부(320)를 형성할 수도 있다. 그리고, 토출구(340)의 하측에 위치하는 노즐몸체(310)의 내벽에도 내공부(310)를 형성할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 실시예에서는 노즐몸체(310)의 내벽에 Mg 가스와 반응하지 않는 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더를 혼합한 혼합물을 이용하여 내공부(320)를 형성한다. 이에, 가스 발생부(330)에서 생성된 Mg 가스가 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽과 반응하지 않음에 따라 Mg 가스의 방출이 억제되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, Mg 가스가 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽에 안정적으로 공급됨에 따라 상기 침지노즐(300) 내벽에 개재물이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
가스 발생부(330)는 노즐몸체(310) 내에서 내공부(320)의 배면에 배치되어 Mg 가스를 발생시키는 역할을 한다. 이러한 가스 발생부(330)는 내공부(320)의 배면에 형성되어 내부공간을 가지는 저장부(331)와, 저장부(331) 내에 충진되어 Mg 가스를 발생하는 가스발생원료(332)를 포함한다. 가스발생원료(332)는 분말형태의 MgO와 Al, Ti, Zr, Ca 및 Ce 중 어느 하나를 혼합하여 제조한다. 본 실시예에서는 분말형태의 MgO와 Al을 혼합하여 가스발생원료(332)를 제조한다. 이때, MgO 및 Al 각각은 순도 95% 이상이고 입도가 200mesh 이하인 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 MgO와 Al를 121:54의 비율로 혼합한다. 이러한 가스발생분말(332)은 용강이 침지노즐(300) 내로 흐르면, 상기 용강의 열원에 의해 Al과 MgO가 반응하여 Mg 가스를 발생시킨다. 또한, 가스 발생부(330)에는 상기 가스 발생부(330)로 발생된 Mg 가스를 내공부(320)로 이송시키는 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(350)이 연결된다. 즉, 캐리어 가스 공급관(350)의 일단은 캐리어 가스가 저장된 캐리어 가스 저장부(미도시)와 연결되고, 타단은 노즐몸체(310) 내의 가스 발생부(330)와 연결된다. 여기서, 캐리어 가스는 Ar 및 N2 등과 같은 반응성이 없는 가스를 사용한다. 본 실시예에서는 Ar 가스를 이용하여 가스 발생부(330)로부터 발생된 Mg 가스를 내공부(320)로 이송시킨다. 이에, 가스 발생부(330)로부터 Mg 가스가 발생되면 캐리어 가스 공급관(350)을 이용하여 Ar 가스를 공급하여 상기 Mg 가스를 내공부(320)로 이송시킨다. 여기서, 내공부(320)의 겉보기 기공율은 15% 내지 35%이므로, Mg 가스는 내공부(320)를 투과하여 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽에 공급된다.
도 3은 실시예의 변형예에 따른 침지노즐을 타타낸 단면도이다. 하기에서는 실시예와 중복되는 설명은 생략하거나 간단히 설명한다.
도 3을 참조하면, 변형예에 따른 침지노즐(300)은 노즐몸체(310)의 외부에 Mg 가스를 발생하는 가스 발생부(330)가 배치된다. 이때, 가스 발생부(330)의 가스발생원료(332)는 상기에서 전술했던 바와 같이 MgO와 Al, Ti, Zr, Ca 및 Ce 중 어느 하나를 혼합하여 제조한다. 본 실시예에서는 분말형태의 MgO와 Al을 혼합하여 가스발생원료(332)를 제조한다. 또한, 가스 발생부(330)는 노즐몸체(310)의 외부에 위치하기 때문에 상기 가스발생원료(332)를 가열시키는 별도의 가열수단(미도시)이 구비된다. 이러한, 가스 발생부(330)는 상기 가스 발생부(330)에서 발생된 Mg 가스를 내공부(320)로 이송시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(350)과 연결된다. 그리고, 노즐몸체(310) 외부에 형성된 가스 발생부(330)와 내공부(320) 사이를 연결하도록 파이프(360)가 배치된다. 이에, 가스 발생부(330)에서 발생된 Mg 가스는 캐리어 가스에 의해 이송되어 파이프(360)를 통해 내공부(320)로 공급된다.
표 1은 MgO-Al2O3 계 스피넬 및 열경화성 수지의 함량과 겉보기 기공율 변화에 따른 개재물 부착 두께를 나타낸 표이다.
구분 제조조건 시험결과

스피넬 종류		 스피넬(MgO-Al2O3) 함량(%) 바인더 함량(%) 겉보기
기공율(%)
개재물 부착 두께(mm)


비교예		 1 Al2O3 과잉 95 5 25 23
2 MgO:Al203 = 28 : 72 90 10 25 20
3 MgO:Al203 = 28 : 72 99.5 0.5 25 15
4 MgO:Al203 = 28 : 72 95 5 5 21
5 MgO:Al203 = 28 : 72 95 5 40 18
실시예 1 MgO:Al203 = 28 : 72 95 5 25 4
2 MgO:Al203 = 28 : 72 97 3 20 5
본 실시예에서는 상기에서 전술했던 바와 같이 노즐몸체(310) 내벽에 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더가 혼합된 혼합물을 이용하여 내공부(320)를 형성한다. 본 실시예에서는 바인더로 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지 등의 열경화성 수지를 사용한다. 표 1을 참조하면 비교예들의 경우 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료가 화학양론적 조성을 이루지 않거나(비교예 1), MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더의 혼합 비율이 본 발명에서 제시한 범위 밖의 비율로 혼합되었다(비교예 2, 3). 즉, MgO-Al2O3 계 스피넬 원료가 화학양론적 조성(MgO-Al2O3 = 28:72)을 이루지 않고, Al2O3가 과잉 혼합되거나(비교예1), MgO-Al2O3 계 스피넬 원료가 95% 미만 또는 99%를 초과하여 혼합되었다. 또한, MgO-Al2O3 계 스피넬 원료와 바인더의 혼합 비율이 본 발명에서 제시한 범위(MgO-Al2O3 : 95% 내지 99%, 바인더: 1% 내지 5%) 내에서 혼합되었으나, 내공부(320)이 겉보기 기공율이 본 발명에서 제시한 범위 밖의 수치를 갖도록 제작되었다(비교예 4, 5). 즉, 내공부(320)의 겉보기 기공율이 15% 미만이거나(비교예 4), 35%를 초과하도록 제작되었다(비교예 5). 상기와 같은 비교예들의 경우, 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽에 개재물이 18mm 내지 23mm 두께로 부착되되었다. 이러한 두께(18mm 내지 23mm)의 개재물은 침지노즐(300)의 막힘 현상을 유발한다.
하지만, 실시예들에서는 표 1에 도시된 바와 같이 , MgO-Al2O3 = 28:72의 조성을 갖도록 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료를 제조하고, 상기 MgO-Al2O3 계 스피넬 원료를 95% 내지 99%, 바인더를 1% 내지 5%로 혼합하여 내공부(320)를 형성하였다. 또한, 이러한 내공부(320)의 겉보기 기공율이 15% 내지 35%가 되도록 제작하였다. 이와같은 경우, 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽에 5mm 이하의 두께의 개재물이 형성되었다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 내공부(320)가 상기 내공부(320) 표면 즉, 침지노즐(300)의 내벽에 개재물이 부착되는 것을 억제함을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조장치의 요부를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 침지노즐을 나타낸 단면도.
도 3은 실시예의 변형예에 따른 침지노즐을 타타낸 단면도.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
300: 침지노즐 310: 노즐몸체
320: 내공부 330: 가스 발생부
340: 토출구 350: 캐리어 가스 공급관

Claims (9)

  1. 용강이 흐를 수 있는 내부공간이 마련된 노즐몸체; 및
    상기 노즐몸체의 내벽을 둘러싸도록 형성되며, MgO-Al2O3 계 스피넬과 바인더가 혼합된 혼합물을 이용하여 제작된 내공부를 포함하고,
    상기 내공부 전체에 대하여 MgO-Al2O3 계 스피넬의 비율은 95% 내지 99%이며, 바인더의 비율은 1% 내지 5%이고,
    상기 내공부의 겉보기 기공율이 15% 내지 35% 인 침지노즐.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지 및 페놀 수지 중 선택되는 적어도 하나 이상의 열경화성 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 침지노즐.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐몸체의 하부 양측에 서로 대칭되도록 형성되어 침지노즐 내의 용강이 토출되는 토출구를 포함하는 침지노즐.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐몸체 내에서 상기 내공부의 배면측에 배치되어, Mg 가스를 발생시키는 가스 발생부를 포함하는 침지노즐.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 노즐몸체 내로 일부 삽입되어 상기 내공부와 연결되도록 배치되며, Mg 가스를 내공부로 이송시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관을 포함하는 침지노즐.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐몸체의 외부에 배치되며, Mg 가스를 발생시키는 가스 발생부를 포함하는 침지노즐.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가스 발생부에 연결되어 Mg 가스를 이송시키기 위한 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관과, 상기 노즐몸체의 내벽에 형성된 내공부와 가스 발생수단을 연결하도록 배치되어, 캐리어 가스 및 Mg 가스를 내공부로 공급하는 파이프를 포함하는 침지노즐.
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