KR101110721B1

KR101110721B1 - 풀-콘형 분사노즐

Info

Publication number: KR101110721B1
Application number: KR1020060091896A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 립탈; 마르쿠스 아스트팔크; 라르스 파터
Original assignee: 레흘러 게엠베하
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2012-02-17
Also published as: ES2340788T3; EP1767277A2; ATE460992T1; US20070069049A1; DE102005047195B3; DE502006006428D1; CN1935386A; KR20070034437A; CN1935386B; EP1767277A3; US7552881B2; EP1767277B1

Abstract

풀-콘형(full-cone) 분사노즐이 개시된다. 본 발명은 하나의 유출챔버를 구비한 마우스피스 및 상기 유출챔버로부터 시작되며 상기 유출챔버보다 작은 횡단면을 갖는 유출개구부를 포함하는 풀-콘형 분사노즐에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 유출챔버 내의 유입개구부는 상기 유출챔버보다 작은 횡단면을 가지며, 상기 유입개구부의 하류로 상기 유출챔버에는 웨브(web) 형태의 예비분사부재가 배치되며, 유체 줄기가 상기 유출챔버로 진입한 후에 상기 예비분사부재의 적어도 일부에 충돌하는 것을 특징으로 한다. 상기 풀-콘형 분사노즐은, 예를 들어, 금속봉 연속주조시설 또는 괴철(bloom) 연속주조시설에서의 냉각을 위하여 저점도 액체를 분사하기 위한 이성분(two-component) 분사노즐로 사용된다.

Description

풀-콘형 분사노즐{Full cone spray nozzle}

도 1은 본 발명에 따른 타원형의 분사콘(cone)을 구비한 풀-콘형 분사노즐 의 사시도,

도 2는 도 1의 분사노즐의 단면도,

도 3은 도 3의 분사노즐의 도시되지 않은 구성요소들이 선으로 표시되어 있는 도 1의 분사노즐의 또다른 사시도,

도 4는 유출개구부를 구비한 도 1의 분사노즐의 전면도,

도 5는 도 1의 분사노즐의 마우스피스의 측면도,

도 6은 도 5를 VI-VI 선에서 자른 단면도,

도 7은 도 1의 분사노즐의 마우스피스의 유출개구부 맞은편 쪽에서 본 전면도이다.

도 8은 도 2의 분사노즐의 예비분사부재를 구비한 부품들의 사시도이다.

도 9는 삽입부재의 또다른 실시예를 도시하며,

도 10은 삽입부재의 또다른 실시예를 도시하며,

도 11은 삽입부재의 또다른 실시예를 도시하며,

도 12은 삽입부재의 또다른 실시예를 도시하며,

도 13은 본 발명의 분사노즐을 위한 마우스피스의 대안적인 실시예를 도시하 며,

도 14는 본 발명에 따른 분사노즐을 위한 마우스피스의 대안적인 또다른 실시예를 도시하며,

도 15는 혼합챔버와 연결된 도 1의 분사노즐의 측면도,

도 16은 도 15의 배치의 단면도,

도 17은 본 발명에 따른 분사노즐의 대안적인 실시예를 도시하는 단면도이고,

도 18은 혼합챔버와 연장 파이프를 구비한 본 발명에 따른 분사노즐의 측면도이다.

본 발명은 금속봉 연속주조시설 또는 괴철(bloom) 연속주조시설에서의 냉각을 위하여 저점도의 액체를 분사하기 위한 풀-콘형 분사노즐에 관한 것으로, 보다 상세하기로는, 하나의 유출챔버를 구비한 마우스피스 및 상기 유출챔버로부터 시작되며 상기 유출챔버보다 작은 횡단면을 갖는 유출개구부를 포함하는 풀-콘형(full-cone) 분사노즐에 관한 것이다.

유럽 등록 특허 EP 1243343 B1에는 연속주조시설의 냉각을 위해 구비된 이성분 풀-콘형 분사노즐이 개시되어있다. 상기 노즐의 마우스피스(mouth piece)는 하나의 유출챔버를 포함한다. 상기 유출챔버는 상기 유출챔버에서 시작되며 상기유 출챔버보다 작은 횡단면을 갖는 하나의 유출개구부를 구비한다. 드릴링(drilling)에 의하여 상기 마우스피스에 형성된 상기 유출챔버에는, 기체-액체 혼합물이 상기 유출개구부에 도달하기 전에 회전으로 바뀌는 회전삽입물이 배치되어 있으므로, 그리고 나서 상기 회전삽입물은 압력 하에 콘 형태로 상기 마우스피스에서 나올 수 있다. 상기 회전삽입물은 다수의 홀 또는 외주에 배치된 절삭부를 구비하며, 상기 다수의 홀 또는 절삭부는 상기 외주에 대해서 균일하게 나뉘어져 있다. 상기 회전삽입물의 상류로 그리고 경우에 따라서 연장 파이프를 통해서 상기 마우스피스와 분리되어 하나의 혼합챔버가 마련된다. 상기 혼합챔버에는 기체흐름과 액체흐름이 직각으로 서로 부딪히고 그에 따라 섞이게 된다. 기체-액체혼합물이 상기 유출개구부에 도달하기 전에 발생되는 회전에 의하여, 원형의 분사콘(cone)이 아닌 형태가 만족할 만한 방식으로 형성될 수 없다.

국제 특허 공보 WO 99/25481에는 연속주조시설의 냉각을 위한 슬롯노즐이 구비되어있다. 상기 슬롯노즐을 사용하여 타원형의 분사콘 형태를 구성해야 한다. 이를 위해, 하나의 마우스피스는 상기 유출챔버보다 작은 횡단면을 갖는 하나의 유출개구부를 가진 유출챔버를 포함한다. 상기 유출개구부의 상류로는 상기 유출챔버 안에 하나의 횡단 웨브(web)가 상기 유출챔버 안에 배치되어 있고, 상기 횡단 웨브는 양측으로 단지 각각 원형 세그먼트 형태의 유입개구부를 해제하며, 상기 유입개구부는 상기 유입챔버의 중앙에 대하여 대칭적으로 배치되어 있다. 이에 따라 단지 상기 유출챔버의 측면으로만 액체흐름이 상기 횡단 웨브를 통해서 통과한다. 상기 유출챔버의 내벽은, 상기 유출개구부의 영역에 상기 액체흐름이 상기 유출개구부에 인접하거나 직접 유출개구부 앞에서, 다시 말해, 60°에서 130°사이의 영역에서 맞붙도록 형성되어있다. 이에 따라, 양쪽 액체흐름의 부딪힘을 통해, 특히 높은 동력학적인 에너지로 상기 유출개구부를 떠나는 액적이 생성된다는 가정이 성립된다.

일반적으로, 연속주조시설에서, 및 특히, 금속봉 연속주조시설 또는 괴철 연속주조시설에서는 하나의 콘분사줄기를 연속주조제품의 냉각을 위해서 발생하는 것이 요구되며, 상기 콘분사줄기의 형태는 균일한 액체분할에서 상기 원형으로부터 이탈될 수 있는 것이다. 이것은 금속봉 연속주조시설 및 괴철 연속주조시설에서 연속주조제품이 쇳덩이와는 다르게 매우 평평한 직각횡단면으로 1:1 내지 약 2.5:1의 측면비율을 가지기 때문이다. 이에 따라, 상기 연속형태도 이미 주형을 떠난 직후에 0.8m 내지 3.5m의 넓이를 가진 쇳덩이보다 실질적으로 더 견고해진다. 그로 인해, 금속봉 연속주조시설 또는 괴철 연속주조시설에서는 안내롤러들의 간격이 주형에서 나온 이후 쇳덩이 연속주조시설의 경우에서보다 더 크게 선택될 수 있다. 상대적으로 큰 롤러의 간격에 의해서만, 두 개의 서로 이격된 안내롤러 사이의 전체 공간을 냉각시키기 위하여 다수의 냉각노즐이 부분적으로 삽입되어야 한다. 이는 소정의 공급할 물의 양에서 상대적으로 작은 노즐횡단면들을 야기하고, 이에 따라 막힐 위험이 높아진다. 상기 두 개의 안내롤러 사이의 간격이 분사줄기에 의하여 완전히 덮히지 않을 경우, 상기 분사줄기로 덮히지 않는 영역에서는 연속주조제품의 연속용기의 재가열이 발생될 수 있으며, 이것은 연속용기의 균열을 야기할 수 있다. 상기 상대적으로 큰 롤러의 간격에 기초하여 분사노즐은, 단일의 분사노즐 로써 상기 연속주조제품의 표면을 두 개의 안내롤러 사이의 간격으로 완전히 덮힐 수 있고 동시에 상기 연속주조제품의 횡방향으로 실질적으로 단지 상기 연속주조제품 자체에 분사하기 위하여 타원형의 분사콘을 구비하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은, 특히, 금속봉 연속주조시설 또는 괴철 연속주조시설에서의 냉각을 위하여 저점도의 액체를 분사하기 위한 풀-콘형(full-cone) 분사노즐로서, 막힘에 그다지 민감하지 않고 균일한 액체분할이 실현되는 풀-콘형 분사노즐을 제공하는 데에 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명에 따르면, 하나의 풀-콘형(full-cone) 분사노즐, 특히 금속봉 연속주조시설 또는 괴철(bloom) 연속주조시설에서의 냉각을 위하여 저점도의 액체를 분사하기 위한 풀-콘형 분사노즐에 있어서, 하나의 유출챔버를 구비한 마우스피스; 및 상기 유출챔버로부터 시작되며 상기 유출챔버보다 작은 횡단면을 갖는 유출개구부를 포함하며, 상기 유출챔버 내의 유입개구부는 상기 유출챔버보다 작은 횡단면을 가지며, 상기 유입개구부의 하류로 상기 유출챔버에는 웨브 형태의 예비분사부재가 배치되며, 유체 줄기가 상기 유출챔버로 진입한 후에 상기 예비분사부재의 적어도 일부에 충돌하는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐이 제공된다.

이러한 노즐을 사용함으로써, 하나의, 원형에서 벗어난, 특히, 타원형의 횡단면에서 균일한 분할이 수행되는 콘분사줄기를 발생하는 것이 가능하며, 상기 웨브 형태의 예비분사부재는 한편으로 유출개구부로의 유입되는 유체흐름의 통과를 방지하며 다른 한편으로는 상기 유체줄기가 근본적으로 분할되는 것을 저지한다. 상기 유출챔버에 유체줄기의 회전이 더 이상 나타나지 않기 때문에 하나의 콘줄기의 원형 횡단면형태들은 균일한 분할로 발생될 수 없다. 이에 따라, 하나의 균일한 유체분할은 분사콘(cone) 안에서 형성할 수 있는 모양의 횡단면에서 이루어지고, 동시에 막힘의 위험이 적은, 큰 통과횡단면들이 상기 분사노즐에서 이루어진다.

상기 유체줄기는 노즐의 종축에 대하여 평행하게 상기 유출챔버로 유입되며 상기 유출개구부 또한 상기 노즐의 종축에 위치해 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유입개구부가 상기 유출챔버로 이전할 때에 흐름채널의 돌발적인 횡단면 신장부가 구비된다.

이러한 돌발적인 횡단면신장부를 통해서 흐름 속도가 감소되며, 이로써, 압력저하가 발생한다. 그 결과, 상기 유출챔버의 유입되는 유체줄기를 분할하기 위한 부수적인 조건이 마련된다. 예를 들어 상기 유입개구부는 하나의 조리개 안에 마련되어 있으며 2.5mm 의 반경을 가지고 있다. 상기 유출챔버는 예를 들어, 6mm 의 반경을 가질 수 있다. 이때, 적은 횡단면신장부에서 이미, 예를 들어, 단지 그 두 배로, 충분한 효과를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주어진 유체 체적흐름의 결정이 상기 유입개구부의 횡단면을 사용하여 수행된다.

이러한 방식으로 소정의 유체체적흐름은 보다 간단한 방식으로 상기 유입개 구부를 변경함으로써, 분사노즐의 분사이미지를 실질적으로 약화시키지 않으면서 맞춰질 수 있다. 바람직하게는 상기 유입개구부가 조리개의 내부에서 마련되므로, 조리개를 교체함으로써 서로 다른 유체체적흐름을 실현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분사콘의 형성은 상기 유출개구부를 사용하여 수행되며, 경우에 따라서는 상기 유출개구부에 연결되는 유출콘을 사용하여 수행된다.

노즐 하우징 내에 유출 개구부 및 경우에 따라서는 유출콘을 서로 다르게 형성함으로써, 특별한 적용을 위하여 필요한 분사콘 형태들이 실현될 수 있다. 이때, 마우스피스하우징 안의 상기 유출콘 및 유출콘기둥은 원하는 모양의, 원형을 제외한 횡단면으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 노즐에서는 하나의 입사 유체줄기의 분할과 분사가 예비분사기에서 그리고 상기 유출챔버에서 이루어지기 때문에 상기 유출개구부의 형태를 변경함으로써 상기 분사콘 내부의 액체분할을 근본적으로 변경하지 않고 상기 유출개구부의 형태가 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유출개구부가 타원형의 횡단면을 포함하며, 신장되는 유출콘은 유출방향으로 상기 유출개구부에 연결된다.

이러한 방식으로, 하나의 금속봉 연속주조시설 및 괴철 연속주조시설의 냉각을 위해 특히 바람직한, 타원형의 단면을 가진 콘줄기를 달성할 수 있다. 이때, 타원형의 분사콘을 구비하는 종래의 분사노즐과는 달리, 매우 일정한 분사콘 형태가 달성될 수 있다. 이는 타원형의 분사콘의 가장자리 영역에서도 분사액적의 실질적인 회전에너지로 인한 왜곡이 노즐의 중앙축에서 일어나지 않기 때문이다. 타 원 또는 타원형이라 함은 하나의 타원형태의 모양을 가리키며, 또한, 타원형도 엄격히 말해서 직선을 통해 서로 배치된 반원을 일컫기도 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 종방향의, 웨브 형태의 예비분사부재는 발생되는 유체줄기와 실질적으로 수직으로 상기 유출챔버를 통해서 신장되며, 상기 종방향은 상기 타원형 유출개구부의 상대적으로 큰 축에 대해서 0°와 360°사이의 각도로, 특히, 90°로 배치된다.

놀라운 사실은 타원형의 유출개구부가 마련됨으로써도 상기 예비분사부재는 서로 다른 각도 위치에서 상기 유출개구부의 하나의 종축으로 배치될 수 있다는 점이다. 특히 바람직하게는, 이때, 놀랍게도 웨브 형태의 예비분사부재가 90°에서 상기 타원형의 유출개구부의 상대적으로 긴 축에 배치된다는 것으로 증명됐다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유출챔버는 상기 유출방향과 수직인 평면에서 타원형의 횡단면을 포함한다.

이러한 상기 유출챔버의 타원형의 형태부여는 예를 들어, 상기 예비분사부재의 삽입이 단지 하나의 사전에 정의된 위치를 가능케 하는 데에 사용될 수 있다. 이때, 이러한 타원형의 유출챔버의 종축은 타원형의 유출개구부의 종축에 대해 평행하게 또는 수직으로도 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유입개구부는, 마우스피스 하우징에 삽입되는 조리개 내부에 구비된다.

이와 같이, 상기 유입개구부의 크기는 조리개를 교체함으로써, 예를 들어, 상기 분사노즐을 삽입으로 조정하기 위해서 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨브 형태의 예비분사부재는 마우스피스 하우징에 삽입되는 U자형 프레임(U-frame)에 구비된다.

이와 같이, 상기 U자형 프레임을 교체함으로써, 예를 들어, 예비분사부재와 유입개구부 또는 유출개구부 사이의 간격은 상기 노즐을 소정의 삽입목적에 맞도록 조정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조리개 및 상기 U자형 프레임이 일체형의 삽입부재에 구비된다.

이러한 방식으로, 상기 노즐은 적은 수의, 특히 단지 두 개의 부품만으로도 구성될 수 있다. 즉, 상기 노즐은 유출챔버와 유출개구부를 구비한 마우스피스 하우징 및 유입개구부를 구비한 조리개를 포함하는 삽입부재 및 예비분사부재를 구비한 U자형 프레임으로 구성될 수 있다. 또한, 예비분사부재와 유입개구부 사이의 정확한 간격이 확실하게 설정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨브 형태의 예비분사부재는 직사각형의 횡단면을 포함하는 웨브로 형성되며, 상기 직사각형의 좁은 측면이 상기 유입개구부를 향한다.

이에 따라, 상기 직사각형의 좁은 면은 유입개구부를 통해 유입되는 유체줄기의 적어도 한 부분을 위한 하나의 충돌면을 형성한다. 상기 좁은 측면이 유입개구부가 되면, 유입되는 유체줄기는 세 개의 부분흐름으로 나뉘게 된다. 제1 부분흐름은 상기 예비분사부재와 충돌하고, 제2 부분흐름은 좌측 또는 우측의 예비분사부재를 지나간다. 상기 예비분사부재는 유입개구부 만큼의 넓이를 가질 수 있으므 로, 부분줄기들은 더 이상 나뉘어지지 않고 전체 유입되는 유체줄기는 상기 예비분사부재와 충돌하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨브 형태의 예비분사부재는 상기 유출챔버를 가로질러 신장되는 둥근 기둥으로 형성된다.

이러한 방식으로, 매우 단순하고 효과적인 구성이 달성된다. 둥근 기둥은 상기 마우스 하우징 내에 간단한 홀을 구비함으로써 상기 하우징에 삽입되고 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨브 형태의 예비분사부재의, 유입개구부로 향한 충돌면은 유입개구부를 향해 외부로 굽어지거나 평평하게 또는 상기 예비분사부재 내부에 있는 함몰부의 내부면으로 형성되어 있다.

이러한 방식으로, 상기 예비분사부재에 유입되는 유체줄기의 나누어짐은 영향받을 수 있다. 상기 함몰부는 콘 모양 또는 구 모양일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유출개구부는 상기 유출챔버의 챔버 바닥에 배치되고, 상기 유출챔버의 내벽은 상기 유출개구부의 가상의 중앙에서 140°와 180°사이의 각도, 특히, 170°와 180°사이의 각도로 서로 만난다.

이러한 챔버 바닥의 구성은 분사줄기 안에서의 균일한 유체분할과 상기 유출개구부의 형태 변경을 통한 분사줄기횡단면의 형성가능성에 기여하게 된다.

이때, 상기 챔버바닥은 이때 볼 형태 또는 평평한 형태일 수 있으며, 상기 유출챔버의 측벽들은 상기 평평한 챔버바닥에 수직으로 또는 90°보다 작은 각도로 배치되어 있을 수 있다. 상기 측벽들은 단면도에서 굽은 형태 또는 직선으로 형성 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 챔버 바닥은 드릴(drill) 또는 절삭기(cutter), 특히, 볼 헤드 드릴(ball head drill)을 적어도 하나의 측방향으로 밀어서 형성된다.

이러한 방식으로, 예를 들어, 상기 유출챔버의 타원형의 횡단면을 구성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유입개구부의 상류로 액체와 기체용 혼합챔버가 구비된다.

이러한 방식으로, 본 실시예의 풀-콘형 분사노즐은 이성분노즐로 삽입되게 되고, 예를 들어, 공기/물 혼합물을 분사하게 된다. 이때, 상기 혼합챔버는 액체흐름의 유입을 위해서 기체흐름에 대하여 수직으로 형성될 수 있으며, 이때 흐름방향은 상기 혼합챔버로부터 상기 마우스피스까지의 흐름방향은 상기 액체 흐름의 유입방향과 실질적으로 수직으로 상기 혼합챔버 내부로 향한다.

이러한 방식으로, 기체흐름과 액체흐름의 균일한 혼합이 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 연장 파이프가 상기 혼합챔버와 상기 마우스피스 사이에 구비된다.

이러한 방식으로, 본 발명에 따른 풀-콘형 분사노즐 의 상기 마우스피스를 좁은 공간비율에서도, 예를 들어, 연속주조시설에서, 상기 분사줄기에 의해 움직이는 위치에 가깝게 접근시킬 수 있다.

본 발명의 또다른 특징과 장점들은 도면과 연관된 다음의 설명에서 나타난 다. 도면들은 본 발명의 각각 서로 다른 특징들을 나타내는 서로 다른 실시예를 도시한다. 이때, 발명의 범위 내에서 서로 다른 실시예들의 각각의 개별특징은 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 서로 결합될 수도 있다.

도 1의 사시도는 단일의 마우스피스 하우징(12)을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐(10)을 도시한다. 상기 마우스피스 하우징(12)의 정면으로는 도 1에서는 보이지 않는, 타원형의 유출개구부를 배치하는 유출콘(14)이 보인다. 상기 유출콘(14)은 근본적으로 역시 타원형인 횡단면 형태를 가지고 있으며, 이것은 도 1에서는 바로 알아볼 수 없으며 상기 마우스피스 하우징(12)의 측면쪽 정면의 통로에 구비된 사면(斜面)(16)을 통해서 상기 유출콘의 측면 말단들이 잘려지게 된다.

상기 마우스피스 하우징(12)은 일반적으로 원통 모양으로 뒤 쪽의, 유체입구로의 배치를 위해 구비된 말단에는 하나의 회전하는 플랜지(flange)(18)를 제공한다. 상기 플랜지(18)는 측방향으로 완만한 경사면(20)으로 구비되어 있는데, 도 1에서는 하나의 경사가 보이고, 맞은 편의 다른 경사는 덮혀져 있다.

도 1에서는 상기 분사노즐(10)에 의해 고정된 분사콘이 선으로 표시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이 분사콘은 하나의 균일한, 타원형의 형태를 포함한다.

도 2의 단면에서는 상기 마우스피스 하우징(12)과 상기 마우스피스 하우징(12) 내에 드릴(drill)에 의하여 실현된 유출챔버(22)가 보인다. 타원형의 유출개구부(24)는 상기 유출챔버(22)의 정면 쪽 말단에 배치되어 있고 상기 유출콘(14)을 지나간다. 상기 유출개구부(24) 맞은편에 놓인 상기 유출챔버 (22)의 하나의 말단에는 하나의 유입개구부(26)가 구비되어 있다. 상기 유입개구부(26)는 하나의 원형 횡단면을 포함하며, 상기 유출챔버(22)에 삽입된 하나의 삽입부재(28)에서 드릴에 의해 실현된다.

상기 삽입부재(28)는 상기 유입개구부(26)가 구비되어 있는 하나의 링형태의 조리개(30)와, 상기 링 형태의 조리개(30)로부터 연장되고, 상기 유출개구부(24)의 방향으로 상기 유출챔버(22)쪽으로 인입되는 하나의 U자형 프레임(32)을 구비한다.

상기 유입개구부(26) 맞은편에는 하나의 횡단 웨브(34)가 상기 삽입부재(28)에 마련되어 있다. 상기 횡단 웨브(34)는 하나의 예비분사부재를 형성하는데, 이 예비분사부재에는 상기 유입개구부(26)를 통해서 유입되는 유체줄기가 충돌한다.

도 3의 사시도는 역시 도 1의 상기 분사노즐(10)을 보여주는데, 이때 보이지 않는 부분들은 선으로 표시되어 있다. 도 3에서는 삽입부재들(28)의 상기 U자형 프레임(32)가 단지 작은 두께를 갖는 것이 도시되며, 이에 따라 유입방향에서 보았을 때, U자형 프레임(32)의 양쪽으로는 상기 유출챔버(22)의 영역들이 비어있으며, 이 영역들에는 하나의 유체흐름이 펼쳐질 수 있다. 상기 원형의 유입개구부(26)를 통해서 유입되는 유체줄기는 이에 따라 상기 횡단 웨브(34)에 충돌하며 이에 따라 세 개의 부분흐름으로 나누어진다. 제1 부분흐름은 상기 횡단 웨브(34)에 충돌함으로써 나누어진다. 제2 및 제3 부분흐름들은 상기 횡단 웨브(34)의 각각 좌측 또는 우측을 지나 상기 유출챔버(22)안으로 들어간다. 상기 U자형 프레임(32)이 단지 상기 유출챔버(22)의 단면의 하나의 작은 부분을 차지하기 때문에, 상기 조리개(30)의 출구 쪽에는 하나의 돌발적인 횡단면신장부가 형성되고, 이에 따라 상기 유입개구부(26)를 통해서 유입되는 유체줄기는 현저한 압력저하를 경험하고 그 영향으로 나누어지게 된다. 또한, 상기 횡단 웨브(34)를 지나는 유체흐름들의 부분들은 이에 따라 나누어지며 상기 분사노즐(10)의 균일한 분사 이미지가 실현될 수 있다.

도 3에는 상기 유출챔버(22)의 형태가 더 도시되어있는데, 이 형태는 하나의 볼 헤드 드릴(ball head drill)을 측면으로 밀어냄으로써 형성된 것이다. 상기 유출개구부(24)를 둘러싸는 상기 유출챔버(22)의 바닥은 이에 따라 두 개의 4분의 1 볼(ball) 면적단위들과 이 사이에 배치된 하나의 반원통 면적단위로 구성된다. 상기 유출개구부(24)의 소정의 중심점에는 상기 유출챔버(22)의 측면내벽들이 0°의 각도로 서로 충돌한다. 이때 알 수 있는 것은 분사효과가 본 발명에 따른 노즐에서는 유출개구부의 영역에서의 액체줄기들이 서로 부딪히면서 일어나는 것이 아니라, 유입되는 액체줄기들의 분사가 이미 상기 조리개(30)를 통과한 후에 그리고 상기 예비분사부재가 상기 횡단 웨브(34)를 접촉할 때 나타난다는 것이다. 이에 따라, 상기 챔버바닥의 형상은 본 발명에 따른 노즐에서는 노즐의 역할에 따라 달라지게 되며, 그러나, 상기 챔버바닥의 형상은 물론 형성된 분사콘 안에서 상기 액체분할에 영향을 끼칠 수 있다.

도 4는 도 1의 분사노즐의 마우스피스 하우징(12)을 상기 유출개구부(24)의 측면에서 도시한다. 이 도면에서 잘 알 수 있는 것은 타원의 또는 타원형에 가까운 유출개구부의 형태이다. 상기 유출콘(14)과 상기 유출개구부(24)는, 예를 들 어, 적절한 절삭기를 이용하여 삽입하여 상기 마우스피스 하우징(12) 안으로 형성될 수 있다.

도 5의 측면도에서는 상기 마우스피스(12)의 원통형의 외부형태를 도시한다. 보이지 않는 상기 유출챔버(22)는 도 5에서 선으로 표시되어 있다. 도 5에서는 상기 유출챔버(22)가 관찰자에게 있어 좁은 측면으로 향해 있다. 상기 유출개구부(24)와 상기 유출콘(14)은 도 5에서 이에 반해 넓은 쪽이 관찰자에게 향해 있다. 이에 따라 알 수 있는 것은 상기 유출챔버(22)의 타원형의 단면의 종축과 타원형 및 타원형과 유사한 형태의 유출개구부(24)와 상기 유출콘(14)의 종축이 서로 수직으로 배치되어 있다는 것이다.

도 5에서는 상기 유출개구부(24)의 맞은편에 위치하는 상기 유출챔버(22)의 말단에 놓인 서로 맞은편에 위치한 두 개의 단차부(36)가 선으로 표시되어 있다. 이 단차부(36)들은 상기 마우스피스 하우징(12) 안의 원형의 입구홀(38)로부터 상기 유출챔버(22)의 상기 타원형태의 횡단면으로의 통로를 통해서 형성된다. 상기 단차부들은 도 2에 도시된 삽입부재(28)와 특히 상기 삽입부재(28)의 링 형태의 조리개(30)를 위한 받침대 역할을 한다.

도 6의 단면도는 도 5에서 VI-VI 선을 따라 자른 단면을 도시한다. 여기서, 상기 유출챔버(22)의 상대적으로 넓은 측면은 관찰자를 향하고 있다. 이에 근거하여 도 6에서는 상기 유출챔버(22)의 측벽들이 상기 입구관통(38)의 측벽들에 대하여 나란히 지나간다. 도 2에 도시된 상기 삽입부재(28)는 이에 따라 단지 그 외주의 일 부분에만 단차부(36)에 놓여있다.

도 7의 도면은 상기 입구홀(38)의 측면에서 상기 마우스피스 하우징(12)을 보여준다. 잘 알 수 있는 것은 각각 낫 형태로 도시된 단차부(36)가 상기 삽입부재(28)들의 고정을 위해서 구비되어 있다는 사실이다. 또한 잘 알 수 있는 것은 단면이 타원형인 유출챔버(22)의 상대적으로 긴 축이 타원형 및 타원형에 가까운 유출개구부(24)의 상대적으로 긴 축에 수직이라는 점이다. 도 2와 도 7에서 알 수 있는 것은 상기 삽입부재(28)가 이에 따라 상기 유출챔버(22) 안에 삽입되고, 상기 조리개(30)가 상기 단차부(36) 위에 놓이고 그 후 상기 횡단 웨브(34) 위에 상기 유출챔버(22)의 상대적으로 긴 축에 수직으로 확장되어있다. 상기 유출챔버(22)의 상기 타원형의 횡단면에 근거하여 상기 삽입부재(28)는 단지 두 개의 180°회전된 위치에서 상기 마우스피스 하우징(12) 안에 삽입될 수 있다.

도 8의 사시도는 도 2의 삽입부재(28)를 보다 상세히 보여준다. 알 수 있는 것은 상기 삽입부재(28)가 단일 부품으로써 그리고 예를 들어, 하나의 자를 수 있는 양쪽 절삭된 원통으로 구성되어 있다는 점이다. 이 원통의 종축에 평행한 홀은 상기 유입개구부(26)를 형성하며 상기 U자형 프레임(32)과 상기 횡단 웨브(34)를 형성한다. 상기 처리과정들은 물론 역으로도 이루어질 수 있고, 이에 따라 우선 홀이 인입된 후 원통의 부분들이 절삭될 수 있다. 도 8에서 알 수 있는 것은 끝이 콘 모양인 드릴이 사용되어서 상기 횡단 웨브(34)의 상기 유입개구부(26)를 향한 측면을 형성하는 하나의 충돌면(40)이 단면이 콘 모양인 함몰부를 구비하는 것으로 마련되었다는 것이다. 충돌면의 이러한 함몰부는 상기 횡단 웨브(34)에 충돌하는 부분줄기들의 분할을 제어한다. 대안적으로 하나의 평평한 충돌면 또는 하나의 상기 유입개구부(26)의 외부로 굽어진 충돌면이 마련될 수 있다.

도 8의 상기 삽입부재(28)는 상기 횡단 웨브(34)의 상기 충돌면과 상기 유입개구부(26)사이의 정확한 간격을 보장한다. 이 삽입부재(28)가 단지 상기 마우스피스 하우징(12) 안에 삽입되기 때문에, 노즐의 분사형태는 상기 삽입부재(28)를 단순히 교체함으로써 변경될 수 있다.

도 9의 사시도는 대안적인 실시예에 따른 삽입부재(42)를 도시한다. 상기 삽입부재(42)는 나머지 U자형 프레임에 비하여 적은 두께를 가진 하나의 횡단 웨브(44)를 포함한다. 그에 따라 상기 조리개를 통하여 유입되는 유체줄기가 충돌하게 되는 상기 충돌면의 크기는 줄어들고, 횡단면적으로 상대적으로 큰 부분줄기들은 상기 횡단 웨브(44)를 양측으로 통과한다. 이러한 방식으로 본 발명에 따른 분사노즐의 분사이미지는 영향을 받게 된다.

또다른 대안적인 실시예는 도 10의 사시도를 보여준다. 상기 삽입부재(46)는 U자형 프레임을 포함하며, 이에 따라 상기 횡단 웨브(48)의 좌측 및 우측 말단과 상기 유출챔버의 내벽 사이에는 각각 간격이 남아있다. 또한 이에 따라 본 발명에 따른 분사 노즐의 분사이미지는 영향을 받게 된다.

도 11의 사시도는 삽입부재(48)의 또다른 형상을 도시한다. 여기서 횡단 웨브(80)의 두께는 유입개구부로부터 멀어지는 방향으로 줄어들며, 이에 따라 잘려지는 형상의 횡단 웨브(50)이 형성된다.

도 12의 사시도는 삽입부재(52)의 또다른 실시예를 도시한다. 여기서, 하나의 횡단 웨브(54)는 조리개 안의 유입개구부 쪽을 향하여 둥글게 형성되어 있고, 유입개구부를 향한 충돌면(56)은 직사각형 형태와 평평한 형태로 형성되어 있다.

도 13의 단면도는 마우스피스 하우징(58)의 가능한 대안적인 실시형태를 도시한다. 챔버바닥(60)은 여기서 평평하게 형성되어있고, 유출챔버(62)의 측벽들은 90°보다 작은 각도로 상기 평평한 챔버바닥(60)쪽으로 향한다. 상기 마우스피스 하우징(58)은, 예를 들어, 이른바 이동된 드릴을 측방향으로 밀어냄으로써, 다시 말해 끝을 향하여 굽어지게 흐르는 측면을 갖는 드릴에 의하여 제조할 수 있다.

도 14의 단면도는 마우스피스 하우징(64)의 하나의 또다른 대안적인 실시형태를 도시한다. 챔버바닥(66)은 평평하게 형성되어있고, 유출챔버(68)의 측벽들은 수직으로 상기 평평한 챔버바닥(66)으로 진행한다.

도 15의 측면도에서는 도 1의 분사노즐이 하나의 혼합챔버 하우징(70)에 고정되어있다. 여기서, 상기 마우스피스 하우징(12)은 덮개 암나사(cover female screw)(72)를 통하여 혼합챔버 하우징(70)의 하나의 외부 나선형홈에 고정된다. 상기 혼합챔버 하우징(70)은 액체를 위한, 예를 들어, 물의 제1 유입구(74)와, 기체를 위한, 예를 들어, 압력공기의 제2 유입구(76)를 포함한다. 도 16의 단면도에서 알 수 있는 것처럼, 하나의 물줄기는 하나의 혼합챔버(78)의 종축을 가로질러 들어오게 되며, 상기 혼합챔버(78)의 상기 유입노즐에 맞은편에 놓인 쪽에는 콘모양의 충돌면이 마련되어 있다. 연결부(76)를 통해서 상기 액체줄기들에 대해 직각으로 압력공기가 상기 혼합챔버(78)로 들어가게 되며, 이에 따라 혼합챔버에는 기체와 액체의 내적인 혼합이 일어나고, 액체혼합물로서 상기 마우스피스 하우징(12)에 유입된다. 이미 설명한 것처럼, 상기 유체혼합물은 그 후 상기 삽입부재의 조리개 안의 상기 유입개구부를 지나고, 상기 유체줄기의 일 부분은 상기 삽입부재의 횡단 웨브로 충돌한다. 상기 유출챔버로의 조리개로부터의 통로에는 상기 돌발적인 횡단면신장부를 통해 상기 유입되는 유체줄기가 나누어지게 된다. 마지막으로, 소용돌이치는 유체는 그 후 유출개구부(24)로부터 나오게 된다. 본 발명에 따른 분사노즐(10)은 도 15와 도 16의 실시예에서 이에 따라 이성분(two-component) 분사노즐의 역할을 하며, 동시에 동일한 방식으로 일성분(one-component) 분사노즐로서도 적합하다.

상기 유출개구부(24)를 통한 유체부피체적흐름은 본 발명에 따른 분사노즐(10)에서 상기 삽입부재의 조리개 안의 유입개구부의 크기에 따라 결정된다. 상기 유출개구부(24)와 상기 유출개구부(24)에 배치되는 유출콘(14)은 분사콘의 형성에 기여한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 분사노즐은 유출개구부와 유출콘의 서로 다른 모양으로 제조될 수 있으며, 이에 따라 사용목적에 따라 필요한 분사콘 형태가 실현되도록 한다. 소정의 유체체적흐름이 조리개 안의 유출개구부를 통해서 결정되기 때문에, 이러한 상기 유출개구부의 형태의 맞춤은 소정의 유체체적흐름을 변경시키지 않는다. 반대로도 상기 소정의 유체체적흐름은 조리개의 변경을 통해 맞추어질 수 있는데, 이때 소정의 분사콘의 형태는 실질적으로 변경할 필요가 없다.

더 나아가 알 수 있는 것은, 본 발명에 따른 분사노즐(10)이 큰 면적의 단면부를 포함하며, 이에 따라 막힘에 덜 민감하다는 것이다. 상기 분사노즐에 고정된, 타원형의 단면을 가진 분사콘은 유일한 유출개구부(24)를 통하여 고정되며, 상 기 조리개 역시 하나의 유일하고 이에 따라 횡단면이 크게 측정되는 유입 개구부를 포함한다.

도 17의 단면도는 본 발명에 따른 분사노즐(80)의 또다른 실시예를 도시한다. 상기 분사노즐(80)은 하나의 타원형의 유출개구부(82)와 타원 형태의 단면을 가진 유출챔버(84)를 포함한다. 상기 타원형의 유출챔버(84)의 상대적으로 긴 축은 상기 타원형의 유출개구부(82)의 상대적으로 긴 축에 수직으로 배치되어 있다. 마찬가지로, 상기 유출챔버(84)의 하나의 둥근 기둥(86)은 상기 유출개구부(82)의 상대적으로 긴 축에 대하여 수직으로 배치되어 있다. 상기 둥근 기둥(86)은 예비분사부재로 기능하며, 마우스피스(88)를 뚫는 홀에 삽입되어 있다. 상기 유출개구부(82)의 맞은편에 놓인 상기 유출챔버(84)의 말단에는 링 형태의 조리개(90)가 삽입된다. 하나의 유체줄기는 상기 유입개구부(92)를 통하여 통과하며 상기 둥근기둥(86)에 충돌한다. 상기 충돌과, 조리개(90)로부터 상기 유출챔버(84)로의 통로에서의 돌발적인 횡단면의 신장부를 통해서 유입되는 유체줄기가 나누어지며, 이에 따라 상기 유출개구부(82)를 통한 유출 후에 타원형의 단면형태를 가진 분사콘이 형성될 수 있다.

상기 분사노즐(80)은 마찬가지로 막힘에 대하여 덜 민감하며, 상기 둥근 기둥(86)과 상기 조리개(90)를 단순한 회전부재로서 제조할 수 있기 때문에 간단하게 제조할 수 있다.

도 18은 도 15에서 역시 도시된 혼합챔버 하우징(70)에 연결된 분사노즐을 도시한다. 상기 혼합챔버 하우징(70)과 분사노즐(10) 사이에는 도 15의 하나의 연 장 파이프(92)가 배치되어 있다. 상기 연장 파이프(92)를 통하여 상기 분사노즐은 공간적으로 좁은 상태에서도 마련된 분사위치에 가깝게, 예를 들어, 연속주조시설의 안내롤러들 사이에 배치될 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 특히, 금속봉 연속주조시설 또는 괴철 연속주조시설에서의 냉각을 위하여 저점도의 액체를 분사하기 위한 풀-콘형 (full-cone) 분사노즐을 제공함으로써, 막힘에 그다지 민감하지 않고 균일한 액체분할이 실현될 수 있다.

Claims

금속봉(billet) 연속주조시설 또는 괴철(bloom) 연속주조시설에서의 냉각을 위하여 저점도의 액체를 분사하기 위한 풀-콘형(full-cone) 분사노즐에 있어서,

하나의 유출챔버(22; 62; 68; 84)를 구비한 마우스피스; 및

상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)로부터 시작되며 상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)보다 작은 횡단면을 갖는 유출개구부(24; 82)를 포함하며,

상기 유출챔버(22; 62; 68; 84) 내의 유입개구부(26)는 상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)보다 작은 횡단면을 가지며,

상기 유출챔버(22; 62; 68; 84) 내의 상기 유입개구부(26)의 하류로 웨브(web) 형태의 예비분사부재(34; 44; 48; 50; 54; 86)가 배치되며,

유체 줄기가 상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)로 진입한 후에 상기 예비분사부재(34; 44; 48; 50; 54; 86)의 적어도 일부에 충돌하고,

상기 유입 개구부(26)는 마우스피스 하우징(12)에 삽입되는 조리개(30) 내부에 구비되고,

상기 웨브 형태의 예비분사부재(34; 44; 48; 50; 54)는 마우스피스 하우징(12)에 삽입되는 U자형 프레임(U-frame)(32)에 구비되며,

조리개(30) 및 U자형 프레임(32)이 일체형의 삽입부재(28; 42; 46; 49; 52)에 구비되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항에 있어서, 상기 유입개구부(26)가 상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)로 전달되는 전이부(transition)에 흐름채널의 돌발적인 횡단면 신장부가 구비되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 방출된 유체 체적흐름이 상기 유입개구부(26)의 횡단면을 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 분사콘(cone)의 형성은 상기 유출개구부(24; 82)를 사용하여 수행되며, 경우에 따라서는 상기 유출개구부(24; 82)에 연결되는 유출콘 (14)을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유출개구부(24; 82)는 타원형의 횡단면 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제5항에 있어서, 타원형의 횡단면을 포함하며 신장되는 유출콘(14)은 유출방향으로 상기 유출개구부(24; 82)에 연결되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제5항에 있어서, 웨브 형태의 예비분사부재(34; 44; 48; 50; 54; 86)는 발생되는 유체줄기와 실질적으로 수직으로 상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)를 통해서 종방향으로 신장되며,

상기 종방향은 상기 타원형 유출개구부(24; 82)의 상대적으로 큰 축에 대해서 0°와 360°사이의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제6항에 있어서, 상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)는 상기 유출방향과 수직인 평면에서 타원형의 횡단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 웨브 형태의 예비분사부재(34; 44; 48; 50; 54)는 직사각형의 횡단면을 포함하는 웨브로서 형성되며,

상기 직사각형의 좁은 측면이 상기 유입개구부(26)로 향하는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 웨브 형태의 예비분사부재는 상기 유출챔버(84)를 가로질러 신장되는 둥근 기둥(86)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 웨브 형태의 예비분사부재의 유입개구부로 향한 충돌면(40; 56)은,

유입개구부를 향해 외부로 굽어지거나 평평하게 또는 상기 예비분사부재 내부에 있는 함몰부의 내부면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유출개구부(24; 82)는 상기 유출챔버의 챔버 바닥에 배치되고,

상기 유출챔버의 내벽은 상기 유출개구부(24; 82)의 가상의 중앙에서 140°와 180°사이의 각도로 서로 만나는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버 바닥은 볼(ball) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버 바닥(60; 66)은 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제17항에 있어서, 상기 유출챔버(68)의 내벽은 상기 평평한 챔버 바닥(66)과 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제17항에 있어서, 상기 유출챔버(68)의 내벽은 90°보다 작은 각도로 상기 평평한 챔버 바닥(60) 위로 신장되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버 바닥은 드릴(drill) 또는 절삭기(cutter)를 적어도 하나의 측방향으로 밀어서 형성되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유입개구부(26)의 상류로 액체와 기체용 혼합챔버(78)가 구비되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제21항에 있어서, 상기 혼합챔버(78)는 가스 흐름과 수직으로 액체 흐름의 유입을 위해서 형성되며,

상기 혼합챔버(78)로부터 상기 마우스피스까지의 흐름방향은 상기 액체 흐름의 유입방향과 실질적으로 수직으로 상기 혼합챔버(78) 내부로 향하는 것을 특징으 로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제21항에 있어서, 상기 혼합챔버(78)와 상기 마우스피스 사이에는 연장 파이프(92)가 구비되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제5항에 있어서,

웨브 형태의 예비분사부재(34; 44; 48; 50; 54; 86)는 발생되는 유체줄기와 실질적으로 수직으로 상기 유출챔버(22; 62; 68; 84)를 통해서 종방향으로 신장되며,

상기 종방향은 상기 타원형 유출개구부(24; 82)의 상대적으로 큰 축에 대해서 90°로 배치되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서,상기 유출챔버의 내벽은 상기 유출개구부(24; 82)의 가상의 중앙에서 170°와 180°사이의 각도로 서로 만나는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버 바닥은 볼 헤드 드릴(ball head drill)을 적어도 하나의 측방향으로 밀어서 형성되는 것을 특징으로 하는 풀-콘형 분사노즐.