KR101140608B1 - 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐 및 그를 이용한 초기 비산 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일 단부가 개방된 중공체의 형태를 가지며, 폐쇄된 타 단부에 인접한 부분에는 한 쌍의 토출구가 형성되는 몸체; 및 상기 몸체의 중공 부분에 설치되어, 상기 일 단부를 통해 유입되어 상기 타 단부를 향해 진행하는 용강의 속도를 저하시키도록 형성되는 제어기를 포함하는, 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐 및 그를 이용한 초기 비산 제어 방법을 제공한다.

Description

용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐 및 그를 이용한 초기 비산 제어 방법{SUBMERGED ENTRY NOZZLE ENABLE TO CONTROL INITIAL SCATTERING OF MOLTEN STEEL AND METHOD FOR CONTROLLING INITIAL SCATTERING USING THE SAME}

본 발명은 제강 공정의 턴디쉬에서 주형 내로 용강을 안내하는 침지 노즐 및 상기 침지 노즐 내의 용강의 초기 유동을 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속 주조기용 주형로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하는 설비이다.

상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물으로 형성하는 연속 주조기용 주형와, 상기 주형에 연결되어 주형에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 주형에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주물로 형성되어 핀치롤러를 통해 이송되는 것이다.

본 발명의 목적은 용강이 주형으로 공급되는 초기의 유동 환경에 의해 용강이 주형 내에서 비산되는 것을 제어할 수 있는 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐 및 그를 이용한 초기 비산 제어 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐은, 일 단부가 개방된 중공체의 형태를 가지며 폐쇄된 타 단부에 인접한 부분에는 한 쌍의 토출구가 형성되는 몸체와, 상기 몸체의 중공 부분에 설치되어 상기 일 단부를 통해 유입되어 상기 타 단부를 향해 진행하는 용강의 속도를 저하시키도록 형성되는 제어기를 포함한다.

상기 몸체는 상기 일 단부에서 상기 타 단부로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태를 가질 수 있다.

상기 제어기는 상기 용강이 적어도 한 번 굽어진 경로를 따라 진행하도록 형성될 수 있다.

상기 제어기는 원통 형태의 중공체로 형성되고, 상기 원통 형태의 양단부는 서로 엇갈리게 개방되도록 형성될 수 있다.

상기 제어기는 내부 중공 부분의 단면적이 좁아지다가 확대되는 형태로 형성될 수 있다.

상기 제어기는 탄소 함량이 0.03 내지 0.07 중량%인 저탄소강으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 침지 노즐에서의 용강의 초기 비산 제어 방법은, 토출구가 형성된 중공체의 몸체를 턴디쉬의 용강 배출구에 연통되게 설치하는 단계와, 상기 몸체의 중공 부분에 용강의 속도를 저하시키도록 형성된 제어기를 삽입하여 초기 비산 제어형 침지 노즐을 구성하는 단계와, 상기 턴디쉬에 용강을 투입하여 상기 용강이 상기 제어기를 거쳐 주형 내로 진행하도록 하는 단계를 포함한다.

상기 용강이 상기 제어기를 거쳐 진행하는 단계에서는 상기 용강이 적어도 한 번 굽어진 경로를 따라 진행되게 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐 및 그를 이용한 초기 비산 제어 방법에 따르면, 주형에 대한 용강의 공급 초기에 용강이 비산 되는 것을 줄일 수 있게 한다.

이는 용강의 초기 응고시 응고과정의 건전성을 확보할 수 있게 하며, 비산되는 용강이 주형의 벽면이나 주형 밖으로 튀어나올 가능성이 낮아지게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이고,
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐(25)을 보인 단면도이고,
도 4a는 도 3의 제어기(100)에 대한 사시도이고,
도 4b는 도 4a의 제어기(100)에서의 용강의 흐름을 설명하기 위한 부분 투시도이며,
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기(200)를 보인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐 및 그를 이용한 초기 비산 제어 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(鑄型, Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(鋼塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형?직사각형?원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브?블룸?빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형?수직굴곡형?수직축차굴곡형?만곡형?수평형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 만곡형을 예시하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30)과, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold, 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell, 81, 도 2 참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

주형(30)은 용강이 주형의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화?질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드 노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화?질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지 노즐(25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지 노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지 노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지 노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지 노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지 노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 스트랜드(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응공 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 응고완료점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 제품(P)으로 나뉘어진다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐(25)을 보인 단면도이다,

본 도면을 참조하면, 상기 침지 노즐(25)은 몸체(25')와, 제어기(100)를 포함한다.

상기 몸체(25')는 일 단부(25b)는 개방되며, 상기 일 단부(25b)와 마주하는 타 단부(25c)는 폐쇄된 중공체이다. 상기 개방된 일 단부(25b)로는 용강이 유입되며, 상기 타 단부(25c)에 인접해서는 용강이 토출되는 토출구(25a)가 형성된다. 토출구(25a)들은 서로 대응되게 양측부에 형성된다.

상기 제어기(100)는 몸체(25')의 중공 부분에 삽입된다. 제어기(100)는 그를 통과하여 진행하는 용강의 유속을 저하시키도록 구성된다. 이를 위하여, 본 실시예에서는 제어기(100)가 용강의 진행 방향(F)이 복수 회에 걸쳐서 굽어지게 하도록 구성된 경우를 예시하고 있다.

제어기(100)는 용강이 침지 노즐(25)에 투입 후 일정 시점 후에는 녹아서 용강에 섞이게 된다. 이때 제어기(100)가 용강의 성분에 미치는 영향을 최소화하기 위하여, 제어기(100)는 용강 보다 적은 탄소 함량을 가지도록 구성될 수 있다. 다만, 용강의 탄소 함량이 용강에 따라 가변적이므로, 탄소 함량이 0.03 내지 0.07 중량%인 저탄소강으로 제어기(100)를 제작하는 것도 가능하다.

제어기(100)를 수용하기 위하여, 몸체(25')는 상기 일 단부(25b)에서 상기 타 단부(25c)로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태를 가질 수 있다. 그 결과로, 제어기(100)의 하부는 침지 노즐(25)의 좁아지는 내벽의 일 부분에 지지되게 된다.

제어기(100)의 구체적인 형태에 대해서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다. 도 4a는 도 3의 제어기(100)에 대한 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 제어기(100)에서의 용강의 흐름을 설명하기 위한 부분 투시도이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제어기(100)는 전체적으로 원통체의 형태를 가질 수 있다. 제어기(100)는 원형 단면을 가지는 측면(110)과, 상기 측면(110)의 양 단부를 막는 상면(121) 및 하면(131)을 가지도록 형성될 수 있다.

상면(121)과 하면(131)에는 각각 개방된 영역(122, 132)이 존재한다. 위 개방 영역(122,132)는 서로 어긋나게 배치된다. 본 실시예에서는 하나의 상면(121)과 하나의 하면(131)을 예시하나, 그들 사이에 추가적인 면이 존재하는 것도 가능하다. 이 경우는, 상면(121) 다음에는 하면(131)과 같은 형태의 제1 면이 형성되고, 제1 면과 하면(131) 사이에는 상면(121)과 같은 제2 면이 형성되는 방식이 될 것이다.

이제, 도 3, 도 4a 및 도 4b, 그리고 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 침지 노즐(25)에서의 용강의 초기 비산 제어 방법을 설명한다.

위 도면들을 참조하면, 먼저 턴디쉬(20)의 용강 배출구에 연통되게 침지 노즐(25)의 몸체(25')를 설치한다. 몸체(25')의 토출구(25a)가 형성된 단부 영역은 일정 정도까지 주형(30) 내부로 삽입된다.

턴디쉬(20)로부터 주형(30)으로 용강을 흘려 보내기 전에, 몸체(25')의 중공 부분에 제어기(100)를 삽입 설치한다. 상기 중공 부분에 제어기(100)를 삽입하는 외에 별다른 조치 없이도, 비산 제어형 침지 노즐(25)이 완성된다. 이는 몸체(210)의 일 부분이 제어기(100)의 외경 이하의 내경을 가지는 등에 의해 가능하다.

침지 노즐(25)의 완성 후에는, 턴디쉬(20)의 용강 배출구를 개방하여 용강이 침지 노즐(25)로 진행하게 한다. 침지 노즐(25)로 진행한 용강은 제어기(100)의 상면(121)에 부딪히게 된다. 용강의 진행 방향(F)은 위 상면(121)에 의해 굽어진다. 용강은 개방 영역(122)을 통해 다시 하향으로 굽어지며 낙하하여 하면(131)에 부딪힌다.

하면(131)에 의해 다시 진행 방향(F)이 굽어진 용강은 개방 영역(132)을 통해 하측으로 진행한다. 하면(131)에서 개방 영역(132)으로 진행하는 과정에서 제어기(100)를 통과하는 용강의 진행 방향(F)은 마지막으로 굽어지게 된다.

이렇게 진행 방향(F)이 굽어지는 과정에서 용강의 진행 속도는 느려진다. 진행 속도가 느려진 용강은 운동 에너지의 상당 부분을 잃어서 몸체(25')의 폐쇄된 타 단부(25c)에 부딪히고서도 주변으로 비산하는 정도는 둔화 된다.

용강의 지속적인 공급으로 토출구(25a) 부분이 주형(30)에 수강된 용강에 의해 잠기게 되면, 몸체(25')의 타 단부(25c)에 부딪힌 용강이 비산하지는 못한다. 그러한 과정 중에, 제어기(100)는 용강 투입 초기의 비산 완화의 역할을 수행하고 녹아서 용강에 섞이게 된다. 녹은 제어기(100)는 더 이상 용강의 유동에 영향을 미치지 않게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기(200)를 보인 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 제어기(200)의 바디(210)는 전체적으로 단면적이 좁아지다가 확대되는 중공체의 형태를 가지게 된다.

바디(210)의 중앙부(220)는 주변보다 단면적이 좁게 형성된다. 바디(210)의 양 단부(230,240)는 중앙부(220) 보다 넓은 단면적을 가지도록 형성된다.

이러한 구성에 의하면, 제어기(200)는 침지 노즐(25, 도 4)의 중공부에 설치된다.

연속 주조기 가동 초기에 바디(210)의 상부(230)를 통해 유입된 용강은 중앙부(220)를 거쳐 하부(240)로 유동한다. 하부(240)로 유동하는 용강은 유동 단면적의 확대에 따른 속도 저하를 겪게 된다.

속도가 저하된 용강의 유동은 침지 노즐(25)의 타 단부(25c, 도 4)에 부딪혀도 토출구(25a) 밖으로 비산하는 정도가 약해지게 된다.

상기와 같은 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐 및 그를 이용한 초기 비산 제어 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 래들 15: 슈라우드 노즐
20: 턴디쉬 25: 침지 노즐
25': 몸체 25a: 토출구
25b: 일 단부 25c: 타 단부
30: 주형 40: 주형 오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
100, 200: 제어기 110: 측면
121: 상면 131: 하면
122,132: 개방 영역 210: 몸체
220: 중앙부 230: 상부
240: 하부

Claims (8)

1. 일 단부가 개방된 중공체의 형태를 가지며, 폐쇄된 타 단부에 인접한 부분에는 한 쌍의 토출구가 형성되며, 상기 일 단부에서 상기 타 단부로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태를 가지는 몸체; 및
   상기 몸체의 중공 부분에 설치되어, 상기 일 단부를 통해 유입되어 상기 타 단부를 향해 진행하는 용강의 속도를 저하시키도록 형성되는 제어기;를 포함하는, 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 용강이 적어도 한 번 굽어진 경로를 따라 진행하도록 형성되는, 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어기는 원통 형태의 중공체로 형성되고, 상기 원통 형태의 양단부는 서로 엇갈리게 개방되도록 형성된, 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 내부 중공 부분의 단면적이 좁아지다가 확대되는 형태로 형성되는, 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 탄소 함량이 0.03 내지 0.07 중량%인 저탄소강으로 형성되는, 용강의 초기 비산 제어형 침지 노즐.
   
7. 토출구가 형성된 중공체의 몸체를 턴디쉬의 용강 배출구에 연통되게 설치하는 단계;
   상기 몸체의 중공 부분에 용강의 속도를 저하시키도록 형성된 제어기를 삽입하여 초기 비산 제어형 침지 노즐을 구성하는 단계; 및
   상기 턴디쉬에 용강을 투입하여, 상기 용강이 상기 제어기를 거쳐 적어도 한 번 굽어진 경로를 따라 주형 내로 진행하도록 하는 단계;를 포함하는, 침지 노즐에서의 용강의 초기 비산 제어 방법.
   
8. 삭제

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