KR101199951B1 - 파우더 이송관 유닛 및 이를 이용한 파우더 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조공정에서 몰드 내부로 몰드 파우더를 가열시키면서 공급하면서 몰드 파우더 가열에 의한 이송관의 열변형을 방지할 수 있는 파우더 이송관 유닛 및 이를 이용한 파우더 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일실시예에 따른 파우더 이송관 유닛은 내부 공간에서 파우더가 이송되는 내부관과; 상기 내부관의 외부를 둘러싸도록 구비되어 상기 내부관 내부의 파우더를 가열시키는 발열체와; 상기 내부관 및 발열체를 둘러싸는 단열재와; 상기 단열재를 둘러싸는 외부관을 포함한다.

Description

파우더 이송관 유닛 및 이를 이용한 파우더 공급 장치{An unit for transporting a powder and An apparatus for supplying a powder}

본 발명은 파우더 이송관 유닛 및 이를 이용한 파우더 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속 주조공정 시에 몰드 내부로 몰드 파우더를 공급하는 경우에 몰드 파우더를 가열시키면서 공급하는 동시에 몰드 파우더의 가열에 의한 이송관의 열변형을 방지할 수 있는 파우더 이송관 유닛 및 이를 이용한 파우더 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조공정에서는 용강이 몰드 내에서 응고될 때 윤활, 보온, 개재물 부상분리 및 생성된 기체의 포집을 목적으로 몰드 파우더가 상온 상태에서 용강의 탕면으로 투입된다. 이때 불가피하게 몰드 상부의 탕면에서 냉각이 일어나 매니스커스부의 온도가 저하되고 후크가 과도하게 성장하는 문제점이 발생된다. 이로 인하여 탕면이 불규칙하게 응고하며 개재물 부상분리 및 생성된 기체의 포집이 방해되고, 주편의 오실레이션 마크 깊이가 증가하여 표면품질에 악영향을 주는 문제점이 발생되었다. 또한, 상온 상태에서 투입되는 몰드 파우더 내의 수분으로 인하여 용강 내로 수소와 같은 가스가 이동하고 이 가스가 응고 중 주형과 응고셀 사이에 구속되어 최종 제품의 표면 품질을 악화시키는 문제점도 유발하였다.

이를 방지하기 위해서 종래에는 파우더를 가열시킨 상태에서 몰드 내부로 투입하는 방법이 제안되었고, 이러한 제안은 파우더를 호퍼에서 가열시키거나 파우더가 이송되는 이송관에서 가열시켜서 구현되었다. 하지만, 호퍼에서 파우더를 가열하는 기술은 파우더의 열용량이 매우 작기 때문에 가열된 파우더가 이송하는 도중 그 함유열이 대부분 방출되게 되기 때문에 가열 효율이 크지 못하였다. 또한 이송관에서의 직접 가열 방법은 투입 직전까지 가열 및 보온이 가능하여 그 효과가 좋았으나 가열 시간이 증가함에 따라 가열된 이송관이 열변형에 의해 중력가속도 방향으로 변형되고, 이에 따라 스크류 피더와의 마찰이 증가되어 스크류 피더를 구동시키는 모터에 부하가 발생되고, 몰드 파우더가 원활하게 몰드 내부로 공급되는 것이 불가능하였다.

본 발명의 실시형태는 몰드 파우더를 이송관 내부에서 적정 온도로 가열시켜서 몰드 내부로 투입시킬 수 있고, 파우더의 가열시 이송관의 열변형을 방지할 수 있는 파우더 이송관 유닛 및 이를 이용한 파우더 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 파우더 이송관 유닛은 내부 공간에서 파우더가 이송되는 내부관과; 상기 내부관의 외부를 둘러싸도록 구비되어 상기 내부관 내부의 파우더를 가열시키는 발열체와; 상기 내부관 및 발열체를 둘러싸는 단열재와; 상기 단열재를 둘러싸는 외부관;을 포함하며, 상기 발열체는 전기 저항식 발열체인 것을 특징으로 한다.

상기 내부관, 단열재 및 외부관을 관통하여 상기 내부관의 내부 공간으로 불활성 기체를 공급하는 적어도 하나 이상의 가스 주입구를 더 포함한다.

상기 가스 주입구는 파우더의 이송 방향과 동일한 방향을 향하도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부관 및 외부관은 금속 재료로 형성되고, 상기 단열재는 세라믹 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부관의 내부에는 파우더를 이송시키는 스크류 피더가 내설되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 파우더 공급 장치는 파우더가 저장되는 호퍼와; 상기 호퍼에 연결되어 파우더를 원하는 지점으로 배출시키고, 내부관 및 외부관을 갖는 다중구조로 형성되어 내부관과 외부관 사이에는 파우더를 가열시키는 발열체 및 상기 발열체에서 발생되는 열이 상기 외부관으로 전달되는 것을 저감시키는 단열재가 구비되는 이송관 유닛과; 상기 이송관 유닛을 이동시키는 이동유닛;을 포함하며, 상기 발열체는 전기 저항식 발열체인 것을 특징으로 한다.

상기 이송관 유닛의 내부관 내부에는 파우더를 이송시키는 스크류 피더가 내설되고, 상기 이송관 유닛의 외부에는 상기 스크류 피더를 구동시키는 구동수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 이송관 유닛에는 상기 내부관, 단열재 및 외부관을 관통하여 상기 내부관의 내부 공간으로 불활성 기체를 공급하는 적어도 하나 이상의 가스 주입구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 파우더가 이송되는 이송관을 다중구조로 형성하고, 다중구조 내부에 파우더를 가열시키는 발열체와 단열재를 순차적으로 내장시킴에 따라 발열체에 의해서 이송관 내부로 이송되는 파우더를 적절한 온도로 가열시킬 수 있는 동시에, 발열체의 열이 단열재에 차단되어 이송관의 외관을 형성하는 외부관으로 전달되는 것을 저감시켜 이송관의 열적 변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라 몰드 파우더를 가열한 상태로 몰드 내부로 투입할 수 있어, 본 발명에 따른 장치를 기존의 공정에 무리 없이 적용가능하고, 가열된 몰드 파우더는 몰드 내 탕면을 완냉각시켜 메니스커스부 후크조직의 크기를 감소시킴으로써 오실레이션 마크 깊이 감소, 개재물 및 용강 중 가스의 부상분리가 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파우더 공급장치를 개략적으로 보여주는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이송관 유닛의 단면을 보여주는 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이송관 유닛과 종래 이송관의 열적 변형을 비교한 비교 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이송관 유닛과 종래 이송관의 가열 온도에 따른 파우더 내 탄소함량 변화를 비교한 비교 그래프이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 파우더 공급장치와 종래 파우더 공급장치를 이용하여 주조된 슬라브 표면의 오실레이션 마크 깊이를 비교한 비교 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 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 일실시예에 따른 파우더 공급장치를 개략적으로 보여주는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이송관 유닛의 단면을 보여주는 단면도이다.

먼저, 본 발명의 바람직한 설명을 위하여 연속 주조공정 시 몰드(10)의 내부에 공급되는 몰드 파우더를 공급하는 파우더 공급장치를 예로 하여 설명하도록 한다. 하지만, 본 발명에 따른 파우더 공급장치는 몰드 파우더의 공급에 한정되는 장치가 아니라, 공급 중에 가열이 필요한 다양한 파우더 형태의 재료를 공급하는 장치에 적용될 수 있을 것이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 파우더 공급장치는 파우더가 저장되는 호퍼(100)와; 상기 호퍼(100)에 연결되어 파우더를 원하는 지점으로 배출시키는 이송관 유닛(200)과; 상기 이송관 유닛(200)을 이동시키는 이동유닛(300)을 포함한다.

호퍼(100)는 몰드 파우더를 저장하면서 적절한 양을 상기 이송관 유닛(200)으로 배출시키는 수단으로서, 호퍼(100)의 배출구(101)에는 몰드 파우더의 배출양을 조절할 수 있는 개폐수단(110)이 구비된다. 본 실시예에서는 개폐수단(110)으로 밸브를 사용하였다. 물론 개폐수단(110)은 밸브에 한정되지 않고, 몰드 파우더의 배출양을 조절할 수 있는 다양한 수단이 적용될 수 있을 것이다. 또한, 상기 호퍼(100)에는 저장된 몰드 파우더를 교반시키는 교반수단(미도시)과 몰드 파우더를 예열시키는 예열수단(미도시)이 구비될 수 있다.

이송관 유닛(200)은 호퍼(100)에서 배출된 몰드 파우더를 몰드(10) 내부로 이송시키는 수단으로서, 다중구조로 형성되어 이송 중에 몰드 파우더를 가열하는 수단과 몰드 파우더의 가열에 의해서 이송관 유닛(200)이 열적 변형되는 것을 방지하는 수단이 구비된다.

상기 이송관 유닛(200)은 내부 공간에서 파우더가 이송되는 내부관(210)과, 상기 내부관(210)의 외부를 둘러싸도록 구비되어 상기 내부관(210) 내부의 파우더를 가열시키는 발열체(220)와, 상기 내부관(210) 및 발열체(220)를 둘러싸는 단열재(230)와, 상기 단열재(230)를 둘러싸는 외부관(240)을 포함한다.

상기 내부관(210)은 몰드 파우더가 이송되는 공간을 제공하는 수단으로서, 일측은 상기 호퍼(100)의 배출구(101)에 연결되고, 타측은 몰드(10)의 상부까지 연장되는 파이프 형상의 관이다. 이때 상기 내부관(210)의 내부에는 몰드 파우더의 원활한 이송을 위하여 스크류 피더(250)가 내설되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 내부관(210)은 몰드 파우더의 가열 효율을 향상시키기 위하여 변형률이 다소 높더라도 열전달율이 높은 경량 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 내부관(210)은 금속 재료, 예를 들어 스테인리스 재료로 형성될 수 있다. 그래서, 이송관 유닛(200)의 무게를 가능한 경량화시킴에 따라 이송관 유닛(200)의 열변형시 중력에 의한 변형을 최소화시키기 위함이다.

상기 발열체(220)는 상기 내부관(210)을 둘러싸서 상기 내부관(210)을 직접 가열시켜 내부관(210) 내부에서 이송되는 몰드 파우더를 간접 가열시키는 수단으로서, 전기 저항식 발열체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 발열체(220)는 코일 형태의 열선으로 상기 내부관(210)의 외부를 권취하여 구성할 수 있다. 물론 발열체(220)는 코일 형태의 열선으로 한정되지 않고, 내부관(210)의 외부에 구비되어 내부관(210) 내부의 몰드 파우더를 가열시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 수단이라도 무방하다. 하지만, 상기 발열체(220)는 몰드 파우더의 원활한 공급 및 연속 주조효율 향상을 위하여 몰드 파우더를 200 ~ 600℃로 가열시킬 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.

상기 단열재(230)는 상기 내부관(210) 및 발열체(220)를 둘러싸도록 구비되어 상기 발열체(220)에서 발생되는 열이 상기 외부관(240)으로 전달되는 것을 차단시키는 수단으로서, 내열성이 좋으면, 열전달율이 낮은 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 단열재(230)는 예를 들어 세라믹 재료로 형성될 수 있다.

상기 외부관(240)은 상기 단열재(230)를 둘러싸서 이송관 유닛(200)의 전체적인 형상을 유지시키는 수단으로서, 열변형이 최소화되고, 이송관 유닛(200)을 지지할 수 있도록 인장 응력이 높은 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 외부관(240)은 금속 재료, 예를 들어 스테인리스 재료로 형성될 수 있다.

이렇게 이송관 유닛(200)은 다중구조로 형성됨에 따라 내부관(210)에 의해 몰드 파우더가 가열되어도 단열재(230)에 의해 발열체(220)의 열이 외부관(240)으로 전달되는 것이 차단되어 외부관(240)에 전달되는 열은 최소화되는 것이다. 따라서 발열체(220)에 의한 몰드 파우더의 가열시 외부관(240)의 온도는 내부관(210)보다 현저히 낮게 되고 열변형 또한 최소화되는 것이다.

그리고, 상기 이송관 유닛(200)에는 상기 내부관(210), 단열재(230) 및 외부관(240)을 관통하여 상기 내부관(210)의 내부 공간으로 불활성 기체를 공급하는 적어도 하나 이상의 가스 주입구(270)가 형성된다. 이렇게 이송관 유닛(200)에 불활성 기체를 공급하는 가스 주입구(270)를 형성하는 이유는 몰드 파우더의 가열시 몰드 파우더의 탄소 함량변화를 최소화하기 위함이다.

부연하여 설명하자면 몰드 파우더를 가열하게 되면 몰드 파우더의 탄소 성분이 대기 중의 산소와 반응하여 가스로 방출되게 되고 이로 인해 몰드 파우더 내 탄소 함량이 떨어지게 되어 몰드 파우더의 최종 성분에 영향을 주게 된다. 하지만, 몰드 파우더 내의 탄소는 몰드(10)에 투입된 후 몰드 파우더의 입자들끼리 소결 및 용융되는 속도를 조절하는 중요한 기능을 하기 때문에 초기 설정된 몰드 파우더의 탄소 함량을 최대한 유지하여야 한다. 그래서, 이송관 유닛(200)을 이용하여 몰드 파우더를 이송시키는 동안에 이송관 유닛(200)에 형성된 가스 주입구(270)를 통하여 내부관(210)의 내부로 불활성 기체를 공급함에 따라 몰드 파우더가 대기 중의 산소와 반응하는 것을 방지하여 몰드 파우더 내의 탄소 함량을 변화를 최소화하는 것이다.

상기 가스 주입구(270)는 이송관 유닛(200)에 형성될 때 몰드 파우더의 이송 방향과 동일한 방향을 향하도록 경사지게 형성함에 따라 불활성 기체의 주입시 불활성 기체에 의해 이송관 유닛(200) 내부에서 이송되는 몰드 파우더의 이송운동량이 향상되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 이송관 유닛(200)의 외부에는 상기 스크류 피더(250)를 구동시키는 구동수단이 구비된다. 상기 구동수단(260)은 스크류 피더(250)에 회전력을 제공하는 모터가 사용될 수 있다.

또한, 연속 주조공정 시 몰드(10) 내의 모든 영역에 몰드 파우더를 균일하게 공급하기 위하여 상기 이송관 유닛(200)은 이동유닛(300)에 장착되어 이동이 용이하게 구비되는 것이 바람직하다.

이동유닛(300)은 이송관 유닛(200) 및 호퍼(100)를 수평방향으로 원활하게 이동시키는 수단으로서, 특정 방식에 한정되지 않고 적어도 이송관 유닛(200)의 단부를 몰드(10) 내부영역의 상부로 이동시킬 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어 상기 이동유닛(300)은 상기 이송관 유닛(200)을 지지하는 바퀴로 구현되어 작업자에 의해 이송관 유닛(200)을 용이하게 이동시킬 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 이동유닛(300)은 레일의 형태로 구현되어 이송관 유닛(200)을 레일 상에서 슬라이딩시킬 수 있을 것이다.

다음으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 몰드 파우더 공급장치와 종래의 몰드 파우더 공급장치를 비교하는 시험을 실시하여 그 결과를 설명하도록 한다.

먼저, 종래의 몰드 파우더 공급장치는 본 발명의 일실시예와는 달리 단열재(230)를 포함하는 다중구조의 이송관 유닛(200)을 사용하는 것이 아니고, 몰드 파우더가 이송되는 단일 구조의 이송관 외부에 단순히 전기 저항 발열체가 구비되어 있는 이송관을 사용하는 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이송관 유닛과 종래 이송관의 열적 변형을 비교한 비교 그래프로서, 도 3은 이송관 유닛의 열적 변형량을 비교한 시험 결과이다.

도 3에서 나타낸 바와 같이 특정 온도에서의 중력 가속도 방향의 변형량(a-b)을 측정하였다. 이때 발열체의 온도를 최대 600℃까지 설정하고 연속 주조공정에서 이송관 유닛의 처짐 정도를 측정하였다.

그 결과 종래의 단일 구조의 이송관의 경우 최대 100mm 까지 중력 가속도 방향으로 변형이 발생하였으나, 본 발명에 따른 이송관 유닛은 10mm 이내로 변형이 발생한 것을 확인하였다. 본 발명에 따른 이송관 유닛을 사용하였을 때 전 연속주조 시간 동안 열변형이 최소로 억제되어 이송관과 내부의 스크류 피더 간의 마찰 없이 적절하게 파우더가 이송 및 투입됨을 확인하였다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이송관 유닛과 종래 이송관의 가열 온도에 따른 파우더 내 탄소함량 변화를 비교한 비교 그래프로서, 도 4는 이송관 유닛 내에 불활성 기체를 주입시킴으로써 몰드 파우더 내의 탄소 함량 변화를 확인한 결과이다.

도 4에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 이송관 유닛 내에서 파우더가 가열에 의해 탈탄되는 반응을 최소화하기 위하여 불활성 기체를 투입한 결과 600℃까지 몰드 파우더 내의 탄소 함량이 가열 전의 수준과 유사하게 유지되는 것을 확인하였다. 하지만, 종래의 실시예는 몰드 파우더가 가열됨에 따라 몰드 파우더 내의 탄소 함량이 저하되는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따른 이송관 유닛을 사용하여 몰드 파우더의 가열 및 이송 중에 내부관 내부에 불활성 기체를 주입하면 몰드 파우더를 가열하더라도 탈탄이 최소화됨을 확인하였다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 파우더 공급장치와 종래 파우더 공급장치를 이용하여 주조된 슬라브 표면의 오실레이션 마크 깊이를 비교한 비교 그래프로서, 도 5는 실제 연속주조 공정에서 가열 몰드 파우더를 투입하여 슬라브 표면에 형성된 오실레이션 마크 깊이를 측정한 결과이다. 본 시험의 종래 실시예는 가열하지 않은 몰드 파우더를 직접 투입한 것이다.

도 5에서 알 수 있듯이 대상 강종별로 형성되는 오실레이션 깊이는 응고 특성에 따라 다르며 중탄소강의 경우가 가장 깊은 오실레이션 깊이를 형성한다. 중탄소강을 기준으로 기존의 가열하지 않은 몰드 파우더 투입의 경우 최대 0.33mm 까지 오실레이션 마크 깊이가 형성되나, 본 발명의 실시예에 따라 400 ~ 600℃로 가열한 몰드 파우더를 투입하는 경우에 최대 0.27mm 까지 오실레이션 깊이가 형성하는 것을 확인하였다. 또한, 강종별 최소 10%에서 최대 20%까지 오실레이션 깊이가 감소하는 것을 확인하였다. 이로써 가열 몰드 파우더 투입시 몰드 내 메니스커스부 완냉화를 통해 초기 응고쉘의 과도한 성장을 방지하고 후크의 깊이를 저감하여 오실레이션 마크의 깊이가 저감됨을 확인하였다.

본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

100: 호퍼 200: 이송관 유닛
210: 내부관 220: 발열체
230: 단열재 240: 외부관
250: 스크류 피더 260: 구동수단
270: 가스 주입구 300: 이동유닛

Claims (8)

1. 내부 공간에서 파우더가 이송되는 내부관과;
   상기 내부관의 외부를 둘러싸도록 구비되어 상기 내부관 내부의 파우더를 가열시키는 발열체와;
   상기 내부관 및 발열체를 둘러싸는 단열재와;
   상기 단열재를 둘러싸는 외부관;을 포함하며,
   상기 발열체는 전기 저항식 발열체인 파우더 이송관 유닛.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부관, 단열재 및 외부관을 관통하여 상기 내부관의 내부 공간으로 불활성 기체를 공급하는 적어도 하나 이상의 가스 주입구를 더 포함하는 파우더 이송관 유닛.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 가스 주입구는 파우더의 이송 방향과 동일한 방향을 향하도록 경사지게 형성되는 파우더 이송관 유닛.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부관 및 외부관은 금속 재료로 형성되고, 상기 단열재는 세라믹 재료로 형성되는 파우더 이송관 유닛.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부관의 내부에는 파우더를 이송시키는 스크류 피더가 내설되는 파우더 이송관 유닛.
6. 파우더가 저장되는 호퍼와;
   상기 호퍼에 연결되어 파우더를 원하는 지점으로 배출시키고, 내부관 및 외부관을 갖는 다중구조로 형성되어 내부관과 외부관 사이에는 파우더를 가열시키는 발열체 및 상기 발열체에서 발생되는 열이 상기 외부관으로 전달되는 것을 저감시키는 단열재가 구비되는 이송관 유닛과;
   상기 이송관 유닛을 이동시키는 이동유닛;을 포함하며,
   상기 발열체는 전기 저항식 발열체인 파우더 공급 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 이송관 유닛의 내부관 내부에는 파우더를 이송시키는 스크류 피더가 내설되고,
   상기 이송관 유닛의 외부에는 상기 스크류 피더를 구동시키는 구동수단이 구비되는 파우더 공급 장치.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 이송관 유닛에는 상기 내부관, 단열재 및 외부관을 관통하여 상기 내부관의 내부 공간으로 불활성 기체를 공급하는 적어도 하나 이상의 가스 주입구가 형성되는 파우더 공급 장치.
   

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