KR101067479B1 - 쌍롤식 연속박판주조장치용 침지노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양변에 다수개의 토출구가 뚫려있는 침지노즐을 매개로 하여 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤과 에지댐으로 한정되는 용강풀 내로 용강을 공급하여 박판을 연속주조하는 장치에 있어서, 상기 침지노즐의 토출구의 각도가 수평면으로부터 상향각인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조장치용 침지노즐을 제공한다.

본 발명에 따르면, 용강풀의 탕면류를 바람직한 상태로 안정화시키고, 균일한 두께의 응고쉘을 형성하고, 움푹패임이나 균열 등 표면결함이 없는 주편을 제조할 수 있으며, 스컴의 응고셀로의 혼입을 방지하여 스컴 혼입에 의한 주편 결함이나 성분편석 및 제품의 광택얼룩 발생을 방지할 수 있다.

쌍롤, 연속박판주조법, 침지노즐, 토출구

Description

쌍롤식 연속박판주조장치용 침지노즐{Submerged entry nozzle for the twin roll strip casting apparatus}

도 1은 쌍롤식 연속박판주조 장치의 개략도,

도 2는 기존에 사용되고 있는 2-Piece 침지노즐 단면도,

도 3은 종래 탕면에서의 유체 흐름 개략도,

도 4는 본 발명의 2-Piece 침지노즐 단면도,

도 5는 침지노즐 토출구의 토출각도에 따른 용강속도를 나타낸 그래프.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1 : 쌍롤(Twin roll) 2 : 턴디쉬(Tundish)

3 : 침지노즐(상부노즐+하부노즐) 3-1 : 상부노즐

3-2 : 하부노즐 4. 용강풀 5 : 주편

6 : 에지댐 8 : 응고쉘

10 : 메니스커스실드 11 : 분위기 가스 공급 노즐

12 : 위어(Weir) 14 : 침지노즐 토출구

15 : 배플(Baffle)

a : 토출구를 빠져 나온 용강 흐름 s : 스컴

본 발명은 쌍롤식 연속박판주조 공정에 의해 탄소강, 스테인레스강, 동, 알루미늄 등의 박주편을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 침지노즐로부터 토출되는 용강의 흐름을 바람직한 상태로 안정화시킴으로써 균일한 두께의 응고쉘을 형성함과 아울러, 위에서 언급된 스컴의 혼입을 방지할 수 있는 기술에 관한 것이다.

본 발명의 대상공정인 쌍롤식 연속박판주조 공정의 개략도는 도 1에 나타내었다. 턴디쉬(2)에 부착된 침지 노즐(3) 토출구(14)을 통해 쌍롤(1) 사이로 공급된 용강은 쌍롤(1)과 에지댐(6)에 의해 둘러싸인 용강풀(4)을 형성하게 되고 쌍롤(1)과 접촉한 용강은 롤의 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 롤(1) 표면에서 응고셀(8)을 형성하게 되고 형성된 주편(5)은 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤에 의해 롤닢을 빠져나오게 된다. 용강풀(4) 윗면에는 대기와의 접촉에 의해 용강이 산화되는 것을 방지하기 위해 외부 공기를 차단해주는 메니스커스실드(10) 장치를 설치하고 이 장치에 설치된 가스 공급 노즐(11)을 통해 용강풀 표면으로 불활성 가스를 공급해줌으로써 탕면 윗부분이 불활성 분위기로 유지되도록 한다. 또한 침지노즐(3)에서 토출된 용강의 운동량은 상당히 커서 탕면 요동을 야기시킬 수 있기 때문에 용강 유동 제어를 목적으로 메니스커스쉴드(10)에 고정된 위어(12)가 설치되어 있다. 주조 중 용강풀 윗면의 분위기를 최대한 불활성 분위기로 유지하려고 하겠지만 100% 실링(sealing)을 확보하기란 어려우며 부분적으로 산화물이 탕면에 서 생성될 소지가 있다. 위어(12)는 이렇게 생성된 산화물이 성장하는 응고셀(8)로 도달하지 못하도록 하는 일종의 장애물 역할도 감당한다.

용강풀로 공급되는 용강에는 슬래그 등의 비금속개재물이나 산화에 의해 생성된 금속산화물이 혼입된다. 이들은 용강풀의 상면에서 스컴으로 되어 부유하고, 롤과 용강이 만나기 시작하는 메니스커스로부터 롤 주면이나 주편표면에 혼입된다. 그 결과, 주편에 스컴 혼입 결함이 발생하고, 또한 그 부분의 냉각이 지연되어 불균일하게 되므로 주편에 성분편석 등이 발생하고, 제품에 광택얼룩 등이 발생한다.

도 2는 종래 사용되는 침지노즐(일본국 특개평01-5650호공보)의 단면도이다.

침지노즐(3)은 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)로 구분되며 하부노즐(3-2)의 중앙부에는 배플(15)이 설치되어 있고, 양측벽에 가공된 복수의 토출구(14)를 수평으로 또는 측벽에 수직한 방향으로 가공한 것이다.

도 3은 도 2에서 명시된 침지노즐을 사용했을 때 나타나는 현상을 설명한 것으로서 토출구(14) 위치에서의 평면도이다.

쌍롤(1)과 에지댐(6) 사이에 용강풀이 형성되고, 쌍롤(1)의 표면에서 응고쉘(8)이 형성되는 형상을 보인다.

하부노즐(3-2)의 토출구(14)로부터 토출된 고온의 용강은 국부적으로 빠른 흐름(a)이 되어 수직한 방향으로 응고쉘(8)에 충돌하기 때문에, 응고쉘(8)이 부분적으로 재용해하여 응고쉘(8) 두께가 불균일하게 되며, 또한 재용해된 부분은 스컴(s)이 되고, 주편표면에 움푹패임(凹)이나 균열 등의 표면결함이 발생한다. 또한 응고쉘(8)에 충돌한 후의 용강은 상하좌우로 분리되지만, 상승류의 흐름이 상대적으로 크지 못하여 롤 폭 중심에서 에지댐 방향으로의 용강류 흐름이 원활하게 되지 못하게 되고, 이런 이유로 미소한 외란 혹은 불균일한 용강 공급에 의해 탕면에 부상된 스컴이 일시적으로 정체하여 응고쉘에 혼입하기 쉬운 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 쌍롤식 박판제조 장치에 있어서 침지노즐로부터 토출되는 용강의 흐름을 바람직한 상태로 안정되게 공급함으로써, 균일한 두께의 응고쉘을 형성함과 아울러, 스컴의 혼입을 최소화하여 스컴 혼입에 의한 주편 결함이나 성분편석 및 제품의 광택얼룩을 방지하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 양변에 다수개의 토출구가 뚫려있는 침지노즐을 매개로 하여 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤과 에지댐으로 한정되는 용강풀 내로 용강을 공급하여 박판을 연속주조하는 장치에 있어서, 상기 침지노즐의 토출구의 각도가 수평면으로부터 상향각인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조장치용 침지노즐을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 침지노즐의 토출구의 각도는 수평면으로부터 5°～20° 상향인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조장치용 침지노즐을 제공한다.

또한, 상기 침지노즐의 다수개의 토출구가 침지노즐 폭 중앙에 위치한 토출구로부터 에지댐 측에 위치한 토출구로 갈수록 상기 토출구의 각도가 점점 작게 되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조장치용 침지노즐을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 장치를 나타내는 그림이다.

용강을 침지노즐을 매개로 하여 용강풀에 공급하여 박판을 연속주조하는 장치에 있어서, 상기 회전하는 쌍롤과 마주보는 하부노즐(3-2) 측에 다수의 토출구(14)를 설치하고, 그 토출구(14)의 방향을 쌍롤의 회전축을 잇는 수평면을 기준으로 턴디쉬 밑면을 향하도록 상향각이 되게 설치한다.

이 하부노즐(3-2)의 횡단면은 거의 마름모 형상이고, 한 쌍의 장변과 단변을 가지며, 하부는 용강을 저장하기 위해 폐쇄되는 구조로 되어 있다. 하부노즐(3-2) 내부에는 상부노즐(3-1)에서 공급되는 용강의 운동량을 최소화시킬 목적으로 배플(15)이 설치되어 있다.

용강을 용강풀로 공급할 때 통로가 되는 토출구(14)는 한 쌍의 장변을 따라 설치되고, 다수의 토출구 모두 상향각으로 경사되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 토출각도(θ)는 5°～20°가 바람직한데, 그 이유는 5°미만에서는 상향각으로 하는 효과가 크게 나타나지 않고, 20°를 초과하면 탕면 요동을 심화시키게 되므로 곤란하다.

이에 대한 정성적 평가를 표 1에 나타내었으며 각도가 5°<θ<20° 범위일 때 용강 흐름도 원활해지고, 탕면 레벨도 안정적으로 유지됨을 확인하였다.

[표 1]

토출각도(θ)	용강흐름	탕면안정성
0.0	△	●
2.5	▲	●
5.0	○	●
10.0	●	◎
15.0	●	◎
20.0	◎	◎
22.5	□	△
25.0	□	×

좋음 : ●←◎←○←□→▲→△→×

또한 토출구의 축과 쌍롤의 회전축을 장변으로 하는 수평면과 이루는 상향 토출각도(θ)가 침지노즐 폭 중앙에 가장 가까운 곳에 위치한 토출구의 토출 각도를 1, 그 토출구의 양쪽으로 이웃한 토출구의 토출각도를 순서적으로 각각 θ1, θ2, θ3… 이라 할 때, θ1,<θ2,<θ3…와 같이 하는 것도 바람직하다.

이 경우 용강풀의 탕면에서 롤 폭 중심으로부터 에지댐 방향으로 향하는 용강 흐름을 더 원활하게 할 수 있다.

도 5는 표 2의 계산조건에서 수치 계산된 결과로서 침지노즐 폭 중심부로부터 에지댐 방향으로의 용강 흐름 속도(도 5에서 Relative Z-velocity)가 토출 각도 변화에 따라 어떻게 변화하는가를 보여주고 있다. 계산 위치는 용강풀 탕면에서 롤과 용강이 접촉하기 시작하는 메니스커스 라인으로부터 15mm 떨어진 위치에서 롤 폭 중심에서 에지댐 방향으로의 직선 상에서 속도 분포이다.

[표 2] 계산 조건

구 분	내 용
대상강종	스테인레스강(STS304)
주조속도	45m/min
박판사이즈	두께3.5mm × 폭 1300mm
롤직경	1,250mm
롤 폭	1,300mm
침지노즐	토출구 사이즈는 18mm 원형, 토출구 갯수는 15개/한쪽면

도 5의 그래프에서는 용강 흐름 분포 중 롤/용강/에지댐이 서로 만나는 에지댐 코너 지역에서의 속도 분포가 가장 중요하기 때문에 이 영역에 국한하여 속도 분포를 나타내었으며, 토출각도가 0.0, 7.5, 15.0 degree 로 증가함에 따라 용강 흐름 속도가 증가함을 보여주고 있다.

이하. 일실시예를 통하여 본발명을 설명한다.

쌍롤식 연속박판주조장치를 이용하여, 상기 [표 2]의 조건에서 본 발명예 및 비교예로 박판을 제조하였다.

즉, 비교예에서는 침지노즐 장변측의 모든 토출구 방향을 종래의 침지노즐의 형태인 도 2와 같이, 쌍롤의 회전축을 잇는 수평면과 평행이 되도록 하였으며(θ= 0.0 degree), 발명예에서는 침지노즐 장변측에 가공된 다수의 토출구의 각도를 도 4와 같이 상향각이 되도록 하였으며, 그 토출구의 상향 각도 θ를 7°로 하였다. 본 발명예에서는 박판의 표면결함지표를 비교예의 1/4까지 개선할 수 있다.

본 발명의 쌍롤식 연속박판주조장치의 침지노즐에 의하면, 침지노즐로부터 용강풀에 공급된 용강 흐름을, 침지노즐의 장변부에 가공된 용강 토출구의 경사 각도를 상향각이 되도록 함으로써, 용강풀의 탕면류를 바람직한 상태로 안정화시키고, 균 일한 두께의 응고쉘을 형성하고, 움푹패임이나 균열 등 표면결함이 없는 주편을 제조할 수 있다. 또한 용강풀 탕면에서 롤과 용강이 만나는 근방에서 부유하고 있는 스컴을 에지댐 쪽으로 원활하게 향하게 하여 롤로부터 멀어지고, 스컴의 응고셀로의 혼입을 방지하여 스컴 혼입에 의한 주편 결함이나 성분편석 및 제품의 광택얼룩 발생을 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 양변에 다수개의 토출구가 뚫려있는 침지노즐을 매개로 하여 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤과 에지댐으로 한정되는 용강풀 내로 용강을 공급하여 박판을 연속주조하는 장치에 있어서, 상기 침지노즐의 토출구의 각도는 수평면으로부터 5°～20°상향각을 이루고,

   상기 침지노즐의 다수개의 토출구가 침지노즐 폭 중앙에 위치한 토출구로부터 에지댐 측에 위치한 토출구로 갈수록 상기 토출구의 각도가 점점 작게 되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 연속박판주조장치용 침지노즐.
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