KR101353213B1 - 연속주조용 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조용 노즐에 관한 것이다. 본 발명은 용강에 침지되는 침지노즐의 상부에 연결되는 연속주조용 노즐에 있어서, 노즐 블록; 노즐 블록의 내부에 충전되는 다공질 내화물; 노즐 블록을 적어도 두 개 이상으로 구획하는 복수개의 차단벽; 및 차단벽에 의해 구획된 각각의 노즐 블록에 연결되는 아르곤 주입관을 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 막히지 않는 노즐 블록으로 과도하게 아르곤이 주입되는 것을 방지할 수 있고 이로부터 과도한 아르곤에 의한 기포성 결함 저감 효과로 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

연속주조용 노즐{Nozzle for continuous casting}

본 발명은 연속주조용 노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐 막힘을 방지하기 위하여 노즐 내 다공질의 내화물로 구성하고 여기에 아르곤의 유량을 제어함으로써 아르곤의 과다 주입도 방지할 수 있는 연속주조용 노즐에 관한 것이다.

연속주조 공정에 사용되는 침지노즐의 상부에는 복수개의 플레이트로 이루어진 밸브가 설치되어 있고, 상기 밸브의 상부에는 어퍼 노즐이 설치되어 침지노즐 쪽으로 용강이 흐르도록 구성되어 있다.

이러한 연속주조 공정 중 노즐 벽면에 재산화로 인한 개재물 부착, 유입 개재물의 부착 및 저온으로 인한 지금 부착 등으로 노즐 내경이 좁아지는 노즐 막힘 발생하는 문제가 있었다. 이와 같이, 노즐 막힘이 발생하면 연속주조 공정의 생산 효율이 떨어지고 막힘층에 의한 노즐 내 유동 변화 및 개재물 탈락은 제품 내 결함으로 이어져 실수율 저하가 발생하게 된다.

이를 해결하기 위해 종래에는 연속주조 공정에 사용되는 노즐의 내부에 다공질 내화물을 충전하였다.

도 1은 종래 기술에 의한 연속주조용 노즐에서 막힘 현상이 발생하는 것을 보인 단면도이다.

이에 도시된 바에 따르면, 연속주조 공정에 사용되는 노즐(1)은 대략 튜브 형상을 가진다. 그리고, 노즐(1)의 내부에는 노즐 막힘을 방지하기 위해 다공질 내화물(2)이 충전되어 있다. 또한, 노즐(1)의 중앙에는 용강이 유동하는 용강 유동로(4)가 형성된다.

이 상태에서 다공질 내화물(2)에는 아르곤 주입관(6)을 통해 아르곤을 일정 유량으로 지속하여 주입한다. 그러면, 개재물이 노즐(1)의 벽면과 접촉하지 못하고 개재물과 노즐 막힘층(8)이 성장하는 것을 방지할 수 있었다.

그러나, 일반적인 노즐 막힘 현상은 노즐(1) 내 정체 영역이 형성되고 난류가 형성되는 부분에서 노즐 막힘층(8)이 증가되어 노즐 막힘이 덜한 부분에서는 아르곤의 주입이 큰 효과를 보지 못하는 문제가 있다.

또한, 아르곤이 과다하게 주입되어 몰드 내에서 충분히 부상 분리되지 못하는 경우에는 제품 내 기포성 결함으로 남게 되고 제품의 실수율이 저하되는 문제도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 노즐 막힘 방지를 위한 아르곤의 주입 시에 아르곤의 유량을 부분적으로 제어하여 노즐 막힘을 방지하는 동시에 제품의 기포성 결함도 최소화 할 수 있는 연속주조용 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 용강에 침지되는 침지노즐의 상부에 연결되는 연속주조용 노즐에 있어서, 노즐 블록; 상기 노즐 블록의 내부에 충전되는 다공질 내화물; 상기 노즐 블록을 적어도 두 개 이상으로 구획하는 복수개의 차단벽; 및 상기 차단벽에 의해 구획된 각각의 노즐 블록에 연결되는 아르곤 주입관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 차단벽은 상기 노즐 블록을 원주방향을 따라 동일한 중심각을 가지도록 구획하는 것을 특징으로 한다.

상기 아르곤 주입관에 설치되어 아르곤의 압력을 모니터링하는 압력 센서; 및 상기 압력 센서에서 모니터링된 압력을 수신받아 아르곤의 유량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 아르곤의 압력이 낮아졌다는 신호를 수신하면 평균 이상의 유량으로 아르곤이 주입될 수 있도록 제어하고, 아르곤의 압력이 높아졌다는 신호를 수신하면 평균 이하의 유량으로 아르곤이 주입될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 블럭화된 노즐 내의 각 부위에서 노즐 막힘을 모니터링 할 수 있게 되고 각 노즐 블록 별로 노즐 막힘 해소를 위한 유량 제어를 통해, 막히지 않는 노즐 블록으로 과도하게 아르곤이 주입되는 것을 방지할 수 있고 이로부터 과도한 아르곤에 의한 기포성 결함 저감 효과로 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 연속주조용 노즐에서 막힘 현상이 발생하는 것을 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조용 노즐을 보인 평면도.

이하에서는 본 발명에 의한 연속주조용 노즐의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조용 노즐을 보인 평면도이다.

이에 도시된 바에 따르면, 연속주조용 노즐(10)은 대략 중공의 튜브 형상을 가진다. 본 실시예에서의 노즐(10)은 연속주조 공정에서 용강에 침지되는 침지노즐(SEN, 미도시)의 상부에 연결되어 있다. 그리고, 침지노즐과 노즐(10)의 사이에는 복수개의 플레이트로 이루어진 밸브가 설치되어 있어 노즐(10)로 유입된 용강의 유량을 제어하게 된다.

노즐(10)의 외관 및 골격을 형성하는 노즐 블록(12)은 본 실시예에서 두 개 이상으로 이루어진다. 즉, 노즐 블록(12)은 원주 방향을 따라 복수개로 구성되는데, 각각의 노즐 블록(12)은 이하에서 설명할 차단벽(15)에 의해 구획된다.

노즐 블록(12)의 내부에는 다공질의 내화물(13)이 충전되어 있다. 다공질 내화물(13)은 주입되는 아르곤이 통과할 수 있도록 다공질로 이루어져 있고, 다공질을 통과한 아르곤은 노즐(10)의 내벽을 통해 용강 유동로로 주입되어 노즐의 막힘을 방지하게 된다.

이와 같은 연속주조용 노즐에서 노즐의 막힘 현상은 모든 노즐(10)의 내벽에서 발생하는 것은 아니다. 즉, 용강이 노즐(10) 내부를 유동하는 과정에서 일부 내벽에만 발생할 수 있다. 이때, 아르곤의 유량이 일정하게 유지된다면 개재물에 의해 집중적으로 막힌 부분은 효과적으로 제거하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 이를 해결하기 위해 차단벽(15)에 의해 노즐 블록(12)가 복수개로 구획되도록 하였다.

도 2를 참조하면, 노즐 블록(12)은 차단벽(15)에 의해 총 4개로 구획되는데, 각각은 노즐(10) 중심으로부터 90°의 동일한 중심각으로 구획되어 있다. 물론, 노즐 블록(12)은 4개 이외의 다양한 개수로 구획될 수 있고, 바람직하게는 노즐의 원주방향을 따라 동일한 중심각을 가지도록 구획되는 것이 좋다.

왜냐하면, 각각의 노즐 블록(12)이 동일한 중심각을 가지고 구획되어야 각각의 노즐 블록(12)에 주입되는 아르곤을 초기에는 동일한 유량으로 제어할 수 있기 때문이다. 만약에 노즐 블록(12)이 서로 다른 중심각을 가지고 다른 부피로 형성된다면 각각의 노즐 블록(12)에 동일한 유량의 아르곤을 주입하여도 노즐 내벽으로 주입되는 아르곤의 유량이나 토출속도가 달라질 수 있다.

이와 같이 복수개로 구획된 노즐 블록(12) 각각에는 아르곤 주입관(17)이 연결된다. 아르곤 주입관(17)은 노즐 블록(12) 각각의 일측에 연결되어 다공질 내화물(13)로 일정한 유량의 아르곤을 주입하게 된다.

한편, 아르곤 주입관(17)의 일측에는 아르곤의 압력을 모니터링하기 위한 압력 센서(미도시)가 설치된다. 압력 센서(미도시)는 예를 들어, 아르곤의 압력을 실시간으로 모니터링하여 제어부(미도시)로 전달하는 역할을 한다.

제어부(미도시)는 압력 센서(미도시)를 통해 수시된 아르곤의 압력을 기초로 하여 아르곤의 유량을 제어하는 역할을 한다. 연속주조 공정에 있어서 일반적으로 노즐의 막힘 현상이 발생하면 노즐 내경이 좁아지게 되므로 동일 유량이 흐르기 위해서는 용강의 유속이 빨라지게 된다. 이때, 베르누이의 정리에 의하여 노즐 내벽으로 주입되는 아르곤의 압력은 낮아지게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 이러한 현상을 이용하여 각각의 노즐 블록(12)에서 아르곤의 압력을 모니터링하고 만약에 특정 노즐 블록(12)으로 주입되는 아르곤의 압력이 낮아졌다는 것이 수신되면, 아르곤의 유량을 평균보다 큰 유량으로 증가시켜 노즐 막힘 현상을 방지하도록 한 것이다.

반대로 특정 노즐 블록(12)에서 아르곤의 압력이 과도하게 증가하는 것으로 수신되면, 제어부(20)에서는 아르곤의 유량을 평균보다 작은 유량으로 감소시켜 아르곤이 과다하게 주입되지 않도록 할 수 있다.

이와 같이 노즐 막힘 현상을 전체적으로 방지하려 하지 않고 노즐 블록(12) 각각의 상태를 통해 부분적으로 방지하도록 하기 때문에, 노즐 막힘 현상이 방지됨과 동시에 아르곤의 과다한 주입이 방지되고 아르곤에 의해 제품의 기포성 결함을 최소화하는 것이 가능하다.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 연속주조용 노즐의 작동과정을 간단하게 설명한다.

먼저, 초기에는 노즐 블록(12)에 연결된 각각의 아르곤 주입관(17)을 통해 일정한 유량으로 아르곤이 주입된다. 이때, 노즐(10)의 내부로는 용강이 유동하게 되고, 이 과정에서 노즐 내벽에 막힘 현상이 발생할 수 있다.

예를 들어, 노즐 블록(12) 중에 특정 노즐 블록(12)에 노즐 막힘 현상이 발생하면 특정 노즐 블록(12)으로 주입되는 아르곤의 압력이 낮아지게 된다. 이와 같이 아르곤의 압력이 낮아지게 되면 노즐 블록(12)에 설치된 압력 센서(18)에서 이를 감지하게 된다.

그리고, 압력 센서(미도시)에서 감지된 신호는 제어부(미도시)로 실시간으로 전달되고, 제어부(미도시)에서는 특정 노즐 블록(12)에 주입되는 아르곤의 유량을 평균 이상으로 높이게 된다. 그러면, 노즐 막힘 현상이 발생한 특정 노즐 블록(12)의 내벽에 형성된 노즐 막힘층이 효과적으로 제거될 수 있다.

또한, 특정 압력 센서(미도시)에서 아르곤의 압력이 평균 이상으로 높아진 것이 감지되면 제어부(미도시)에서는 특정 노즐 블록(12)으로 주입되는 아르곤의 유량을 평균 이하로 낮추게 된다. 아르곤이 평균 이상으로 과도하게 높아질 경우 제품에 기포성 결함이 발생할 가능성이 높기 때문에 이와 같이 제어부(미도시)가 아르곤의 유량을 제어하면 제품의 기포성 결함이 최소화될 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

이상에서 설명한 실시예에서는 차단벽(15)에 의해 노즐 블록(12)이 복수개로 구획되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 노즐 블록(12) 자체가 복수개로 이루어져 있고 서로 결합되어 하나의 노즐을 형성할 수도 있다.

10 : 노즐 12 : 노즐 블록
13 : 다공질 내화물 15 : 차단벽
17 : 아르곤 주입관

Claims (4)

1. 용강에 침지되는 침지노즐의 상부에 연결되는 연속주조용 노즐에 있어서,
   노즐 블록;
   상기 노즐 블록의 내부에 충전되는 다공질 내화물;
   상기 노즐 블록을 원주방향을 따라 동일한 중심각을 가지도록 적어도 두 개 이상으로 구획하는 복수개의 차단벽; 및
   상기 차단벽에 의해 구획된 각각의 노즐 블록에 연결되는 아르곤 주입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 노즐.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 아르곤 주입관에 설치되어 아르곤의 압력을 모니터링하는 압력 센서; 및
   상기 압력 센서에서 모니터링된 압력을 수신받아 아르곤의 유량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 노즐.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부는, 아르곤의 압력이 낮아졌다는 신호를 수신하면 평균 이상의 유량으로 아르곤이 주입될 수 있도록 제어하고, 아르곤의 압력이 높아졌다는 신호를 수신하면 평균 이하의 유량으로 아르곤이 주입될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 노즐.

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