KR101076502B1 - 잠수 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쇠 및 철강 야금에 관한 것으로, 특히 잠수 노즐을 사용한 연속 슬라브 주조에 관한 것이다. 본 발명의 잠수 노즐은 하단부, 측면 채널들, 그리고 출구 측면 채널 위의 노즐의 하부에 고정되고 실린더 모양 표면과 그의 단부에 점진적으로 연결되는 두 개의 평행 편평 표면에 의해 형성되는 스커트를 구비한다. 잠수 노즐은 그 스커트의 중심에 배치되며, 스커트의 평행 편평 표면들과 20° 내지 45°의 범위의 예각(sharp angle)을 이루는 공통의 세로축을 갖는 반대 방향으로 배치된 두 개의 유사한 측면 채널(side channels)을 갖는다.

Description

잠수 노즐 {Submerged Nozzle}

본 발명은 철 야금에 관한 것으로, 특히 철 야금 분야에서 연속 주조에 의한 슬라브(slab) 생산에 관한 것이다.

연속적인 철강 주조(steel casting)를 하는 동안에 중요한 기술적 과제는 몰드 내에서 철강 결정화의 첫 번째 단계에서 수지상정(dendrite) 형성의 일관성을 깨는 것이다.

중간 쇳물바가지(ladle)로부터 몰드 안으로 철강 이송을 하기 위한 잠수 노즐(submerged nozzle)을 사용하는 것은 연속 주조 방법에 관한 설명자료(예를 들어, 특허 RF 번호 2165825, B 22 D 41/50, 2001년 4월 27일 공고, Mb 12)를 통해 알려져 있다.

그 공지의 잠수 노즐의 주요한 단점은, 이 경우에 실시되는 그 기술이 낮은 비의 B:h를 갖는 블랭크(blank) 안으로 철강을 주조하는 것에 크든 적든 관련된다는 사실이다. 여기서, h는 블랭크 섹션의 높이이고, B는 블랭크 섹션의 폭이다. 그러므로 만약 B >> h이면, 공지의 잠수 노즐을 사용하는 것은 슬라브 생산으로 연결되는 연속 철강 주조에서는 효율적이지 않다.

철강의 연속 주조를 위한 잠수 노즐에 관한 설명(예를 들어, 특허 RF Mb 2148469, B 22 D 11/10, 2000년 5월 10일 공고, j＼b 13을 참조)이 알려져 있다. 그것에 따르면 금속의 흐름 방향이 폐쇄-바닥 잠수 노즐을 떠나서 몰드로 들어감에 따라 변경되고, 금속은 측면 출구 채널(side outlet channels)을 통해 사각형 몰드의 코너 쪽으로 향한다. 그러한 잠수 노즐에는 다음과 같은 단점들이 내재한다: 그 노즐의 측면 채널들을 떠나는 금속 제트는 몰드 벽을 직접 강타하는데, 이는 결정화된 금속의 소결표피(sinterskin) 형성을 파괴할 가능성이 증가하고 의도하지 않는 금속 투입의 위험이 일어날 수 있으므로 바람직하지 않고; 금속이 몰드 내에서 회전하지 않고 이는 결정화 동안에 형성되는 수지상정들(dendrites)에 대한 능동적인 영향을 배제하게 되며 그 블랭크의 품질을 떨어뜨리며; 따라서 그 잠수 노즐은 사각형 블랭크 주조에만 사용될 수밖에 없다.

바닥 및 출구 측 채널들을 하부에 구비하는 잠수 노즐이 알려져 있는데(예를 들어, 특허 RF No 2167031, B 22 D 41/50, 2001년 5월 20일 공고, No 14를 참조), 그 채널들은 노즐 세로축에 비해 그들의 세로축이 변위와 곡률을 가지면서 원주 방향으로 팬 형상으로 배치된다.

슬라브 연속 주조에서 발생하는 작업들을 풀-스케일로 구현하지 못하게 되는 단점들은 공지의 잠수 노즐에는 내재된 것이다. 이러한 단점은 다음과 같다: 노즐 디자인이 그 노즐을 떠난 철강 제트가 몰드 벽과 직접 힘 접촉하는 것을 배제하지 못하는데, 이는 금속 결정화 조건을 고려할 때 극히 바람직하지 않은 것이고; 그 노즐의 출구 측 채널의 디자인이 이들 채널의 레벨 아래에 위치한 철강 볼륨에 대한 집중적인 보호(intensive coverage)를 회전에 의해 배제한다는 것이다. 따라서 회전에 의해 몰드 안의 고온 금속 대부분의 보호(coverage)를 하는 것은 어렵다.

중간 쇳물바가지로부터 몰드 안으로 철강을 연속 주조하기 위한 잠수 노즐이 알려져 있으며, 그 잠수 노즐은 하부에, 바닥, 측면 채널, 그리고 출구 측 채널들 위에서 노즐의 하부에 고정된 스커트를 구비한다(예를 들어, 우선일이 2002년 4월 11일인 특허 RF JVe 2236326 참조).

일련의 필수적인 특징들에 근거하면, 이 거론된 잠수 노즐이 본 발명이 제안하는 것과 가장 비슷하여 이를 선행 기술로 볼 수 있다.

그런데 이 공지의 잠수 노즐은, B>>h 인 경우 몰드에 담긴 벌크 철강의 회전에 의한 보호(coverage)가 제거되므로 연속적인 슬라브 주조에서는 효과적으로 사용될 수 없다는 점에서 중요한 단점을 가진다. 몰드 안으로 공급된 철강을 스커트를 가진 두 개의 잠수 노즐을 사용하여 회전(curling)시키는 것, 맞물린 기어들처럼 그 철강을 회전시키는 것의 제안은, 고려중인 상기 특허에서 시험된 것인데, B/h의 작은 편차들(최대 2.5 내지 3)에서는 효율적이되, 그 작은 편차들은 B/h가 4.4 내지 7.4 및 그 이상의 값을 가지는 경우 연속적으로 주조된 슬라브들의 메인 사이즈에는 특성을 나타내지 못한다.

본 발명은 앞서 언급한 공지 노즐의 단점들로부터 자유롭고, 본 발명이 제안하는 노즐을 사용하면 대량의 스틸 회전을 제공하고, 상기 메인 사이즈들의 전 범위의 즉, B/h >> 3의 비로 연속 주조 슬라브의 생산을 제공하는 몰드 공간(volume) 안에 회전 상태로 공급할 수 있는 잠수 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기술적인 효과는 다음과 같은 사실 때문에 얻어진다. 즉, 본 발명의 제안에 따르면 하단부, 측면 채널들, 그리고 출구 측면 채널 위의 노즐의 하부에 고정된 스커트를 구비하는 잠수 노즐의 그 스커트는, 실린더 모양 표면과 의의 끝부분(edges)에 수무드하게 연결되는 두 개의 평행 편평 표면(parallel flat surfaces)에 의해 형성되며, 또한 상기 노즐은 그 스커트의 중심에 위치하며, 상기 스커트의 평행 편평 표면들과 예각(sharp angle)을 이루는 공통의 세로축을 따라 두 개의 반대 방향의 동일한 측면 채널(side channels)을 갖는다. 나아가 상기 예각은 20° 내지 45°의 범위의 값을 갖는다.

본 발명이 제안하는 잠수 노즐을 적용하면 (스커트 아래의)제한된 몰드 공간에서 금속 흐름 회전(curing)의 효과를 최대로 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 연속 슬라브 주조에서 금속을 회전 상태로 하여 몰드 공간 안으로 공급하는 것이 가능하다. 본 발명이 개시하는 정보는, 차례가 되어, 금속 메니스커스(meniscus)에 최소한의 충격을 가하면서 몰드 공간에서 철저하게 철강을 혼합하기 위한 환경을 생성하는 데 기여하며, 그 결정화 금속의 세로 방향(높이 방향)으로의 집중적인 철강 흐름을 거의 완전히 제거해주고, 금속의 결정화 소결표피(sinterskin)를 타격하는 금속 제트를 차단해준다. 본 발명이 제안하는 잠수 노즐을 사용하는 것으로부터 얻어지는 특정 효과들은 품질 좋은 연속 주조 슬라브를 생산하는 데 필요하고도 충분한 조건을 만들어준다.

도 1은 잠수 노즐의 세로 방향의 단면도이고,
도 2는 도 1의 A-A선을 따라서 본 단면도이고,
도 3은 도 1에서 스커트를 갖는 잠수 노즐의 B-B 선을 따라서 본 단면도로서 운전 중에 몰드에 대한 상대적인 위치를 보여주며,
도 4는 몇 개의 잠수 노즐이 있는 경우 그 잠수 노즐의 구성과 그들의 운전 중인 몰드에 대한 상대적인 위치를 보여준다.

본 발명이 제안하는 잠수 노즐은 도 1 내지 4에 도시된 그림에 의해 예시된다.

잠수 노즐 (1)(도 1 및 2)에는, 노즐 하단 (2), 중간 쇳물바가지로부터 몰드 안으로 고온의 금속을 부어 넣기 위한 개구 (3), 상기 노즐의 하부에 고정된 스커트(4), 서로 반대쪽에 있고 공통의 세로축(7)을 갖는 2개의 동일한 측면 채널 (5) 및 (6) (도 3 참조)이 마련된다. 그 스커트는, 두 개의 평행 편평 표면 (8) 및 (9)가 실리더 모양 표면 (10) 및 (11)의 끝부분(edges)과 스무드하게 접속되고 평행 편평 표면 (8) 및 (9)(도 3 참조) 간의 거리 H의 절반과 동일한 반경 R이 형성될 때까지, 그것의 단면부를 따라 늘려진다(drawn)(도 3 참조). 세로축(7)은 표면 (8) 및 (9)와 예각 α을 이룬다. 각 α의 값은 20° 내지 45°와 같도록 취한다. 잠수 노즐(노즐들)은 슬라브 몰드(12) 안에 설치된다 (도 3 및 4).

α < 20°이면, 상기 측면 채널의 금속 출구로부터 상기 평행 표면까지의 거리 L의 증가(도 4)는 그 측면 채널들을 빠져나가는 고온 금속 흐름 모멘텀의 손실의 현저한 상승을 야기하고, 결과적으로 상기 스커트의 편평 표면과 만나는 흐름에서 토오크의 감소로 귀결된다. 즉, 상기 스커트를 빠져 나와 공통의 몰드 공간(volume) 안으로 흘러 들어가는 금속의 회전이 감소된다.

α > 45°이면, 상기 스커트의 편평 표면 (8) 및 (9)를 따라서 측면 채널들을 빠져나가는 고온 금속 흐름의 성분이 현저하게 감소하고, 따라서 그 스커트 내에서 그리고 그 후에는 상기 공통의 몰드 공간 안에서 금속 회전의 토오크가 감소한다.

따라서 두 경우(α < 20°인 경우와 α > 45°인 경우), 공급되는 금속을 회전상태로 만들어 상기 몰드 공간 안으로 투입하기 위한 서커트 사용의 효율성은 감소한다.

광폭 슬라브 주조 공정에서 본 발명이 제안하는 잠수 노즐을 적용하는 경우, 몇 개의 잠수 노즐이 사용되며, 또한 서로 다른 노즐들의 측면 채널의 세로축(7)은 서로를 향해 배치된다: 도 4의 7'와 7". 그래서 연속적인 철강 주조 동안에는, 특허 RF 2236226호가 개시한 맞물린 기어들과 같은 철강 흐름 회전 기술이 실행된다.

1: 잠수 노즐 2: 노즐 하단
3: 개구 4: 스커트
5, 6: 측면 채널 7: 세로축
8, 9: 평편 표면 10, 11: 실린더모양 표면
12: 슬라브 몰드

Claims (2)

1. 하단부, 측면 채널들, 그리고 출구 측면 채널들 위의 노즐의 하부에 고정되는 스커트를 하부에 구비하는 잠수 노즐로서,
   상기 스커트는 실린더 모양 표면과 이의 모서리들에 수무드하게 연결되는 두 개의 평행 편평 표면(parallel flat surfaces)에 의해 형성되며,
   상기 노즐은, 상기 스커트의 중심에 위치하며, 상기 스커트의 평행 편평 표면들과 예각(sharp angle)을 이루는 공통의 세로축을 따라 반대 방향으로 향하는 두 개의 동일한 측면 채널(two opposite identical side channels)을 갖는 것을 특징으로 하는 잠수 노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 예각은 20° 내지 45°의 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 잠수 노즐.

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