KR101353593B1 - 용강 균일 분사용 노즐 장치 - Google Patents

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Abstract

용강 균일 분사용 노즐 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 비정질 스트립(strip) 또는 리본(ribbon)을 제조하는 제조 공정에서 용강을 균일하게 분사하는 용강 균일 분사용 노즐 장치로서, 내부에 양단이 서로 연통되어 용강이 흐를 수 있는 유로가 형성되는 노즐 본체; 상기 노즐 본체의 하단부에 형성되고, 용강 주입구를 통하여 상기 유로로 주입되는 용강을 상기 노즐 본체의 외부로 분사하기 위한 노즐 팁; 및 상기 유로에 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 용강이 상기 유로를 통하여 상기 노즐 팁으로 균일한 속도로 분사될 수 있도록 상기 용강의 흐름을 안내하기 위한 가이드부재를 포함한다.

Description

용강 균일 분사용 노즐 장치{NOZZLE DEVICE FOR CASTING UNIFORM SPRAY}
본 발명은 용강 균일 분사용 노즐 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비정질 스트립(strip) 또는 리본(ribbon)을 제조하는 제조 공정에서 용강을 균일하게 분사하는 용강 균일 분사용 노즐 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 금속 스트립을 제조하기 위해서는 주조, 열간 압연, 냉간 압연, 열처리, 표면 가공, 슬리팅 등 여러 공정을 거치게 된다. 이러한 제조 공정은 금속 스트립 제조에 많은 시간과 비용이 소요되므로 대량의 제품 제조에 적합하다.
그러나, 규소(Si)계 스트립(초극박) 등의 고가의 기능성 제품은 소량으로 생산되므로 상기 공정을 적용하기 어려워, 용융 금속을 스트립으로 직접 주조하는 공정을 통해 제조된다.
이와 같이 용융 금속으로부터 금속 스트립을 직접 주조하기 위한 여러 방법과 장치가 알려져 있는데, 대표적으로 롤(Roll) 이나 연속 벨트와 같이 빠르게 움직이는 급냉 표면에 용융 금속을 분사하는 방식, 금속의 용강을 회전하는 냉각롤의 급냉 표면에 부분적으로 접촉시키는 방식, 수평 연결 벨트를 급냉층으로 사용하여 그 위에 용융 금속을 흘려 응고시키는 방식, 회전하는 한 쌍의 롤 사이에 용강조를 형성하여 주조하는 방식 등이 이용되고 있다.
여기서, 냉각롤(Cooling Roll)을 이용하여 스트립을 제조하는 방식의 경우에는, 급속 냉각이 가능한 베릴륨(Be) 구리 롤을 사용하며, 고속으로 회전하는 냉각롤의 표면으로 용강을 분사하여 초박판의 비정질 스트립을 제조하는 방법이 사용된다.
비정질 스트립의 두께는 노즐 내부 구조, 노즐과 냉각롤 사이의 간격, 노즐과 냉각롤의 직선도, 노즐 슬릿 간격, 냉각롤 속도 등 다양한 공정 변수들이 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
그러나, 비정질 스트립의 폭이 증가할수록 폭 방향으로의 두께 편차도 증가하게 되는데, 그 원인으로는 노즐 중앙부를 통해 용강이 분사될 때, 용강이 노즐 중앙으로 집중되기 때문에, 폭 방향 중에서 중앙부의 분사속도가 양 에지(Edge)부의 분사속도 보다 빠르게 된다.
이와 같이, 분사 속도 편차가 발생하는 원인으로는, 첫째 노즐의 중앙부로 용강이 주입되기 때문이며, 둘째 용강이 탕도에서 노즐로 내려오면서 노즐 내부 단면적이 갑자기 커지므로 양 에지에 와류가 형성되기 때문이고, 셋째 노즐 내부 벽면을 따라서 용강의 흐름에 의한 저항에 의하여 편차가 발생 되기 때문이다.
본 발명은 용강이 노즐 내부로 분사될 때 노즐의 폭 방향 분사 속도를 균일하게 하여, 스트립의 폭 방향 및 길이 방향 두께가 균일하고 안정되게 제조될 수 있는 용강 균일 분사용 노즐 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비정질 스트립(strip) 또는 리본(ribbon)을 제조하는 제조 공정에서 용강을 균일하게 분사하는 용강 균일 분사용 노즐 장치로서,
내부에 양단이 서로 연통되어 용강이 흐를 수 있는 유로가 형성되는 노즐 본체; 상기 노즐 본체의 하단부에 형성되고, 용강 주입구를 통하여 상기 유로로 주입되는 용강을 상기 노즐 본체의 외부로 분사하기 위한 노즐 팁; 및 상기 유로에 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 용강이 상기 유로를 통하여 상기 노즐 팁으로 균일한 속도로 분사될 수 있도록 상기 용강의 흐름을 안내하기 위한 가이드부재를 포함하는 용강 균일 분사용 노즐 장치가 제공된다.
상기 유로의 단면 형상은 상기 용강 주입구에서 상기 노즐 팁까지 역삼각형으로 형성될 수 있다.
상기 가이드 부재의 하단부는 상기 용강이 흐르는 방향으로 상기 유로의 단면적이 일정하게 될 수 있도록 일정한 크기의 곡률을 갖는 곡면부를 형성할 수 있다.
상기 곡면부는 상기 가이드 부재의 상부에서 하부로 갈수록 곡률 반경이 증가되게 형성될 수 있다.
상기 곡면부는 상기 노즐 본체의 내측 상단부에서 외측 하단부로 갈수록 그 길이 및 폭이 감소되게 형성될 수 있다.
상기 곡면부의 하단 에지부와 상기 노즐 팁의 상단 에지부 사이에는 상기 유로의 에지부에서 발생되는 미세 와류를 흡수하기 위한 공간부가 형성될 수 있다.
상기 노즐 본체의 둘레에는 외측 방향으로 일정한 크기로 연장되는 플랜지부가 형성되고, 상기 플랜지부에는 상기 턴디쉬 프레임과 상기 노즐 본체의 조립시 항상 일정한 위치에 결합되기 위한 턴디쉬 프레임 결합구멍이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 노즐 본체의 측면에는 히터 장치를 결합하기 위한 히터 장치 결합구멍이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 용강이 노즐 내부로 분사될 때 노즐의 폭 방향 분사 속도를 균일하게 하여, 스트립의 폭 방향 및 길이 방향 두께가 균일하고 안정되게 제조될 수 있다.
또한, 유로의 에지부에서 발생되는 미세 와류를 흡수할 수 있으므로, 노즐 내부에서 용강의 와류 형성을 방지할 수 있다.
또한, 턴디시 프레임에 노즐을 조립할 때 노즐의 일정한 위치에 턴디쉬 프레임을 결합할 수 있으므로, 노즐의 조립과 분해 작업이 용이하면서 신속하게 이루어 질 수 있다.
또한, 노즐 본체에 노즐을 가열할 수 있는 히터 장치를 결합할 수 있으므로, 노즐 팁의 온도 변화를 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 설치 상태를 도시한 개략적인 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 결합 상태를 도시한 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 결합 상태를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 설치 상태를 도시한 개략적인 정단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 결합 상태를 도시한 정단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 측단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치의 결합 상태를 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치(100)는, 비정질 스트립(strip) 또는 리본(ribbon)을 제조하는 제조 공정에서 용강을 균일하게 분사하는 장치이다.
턴디쉬 프레임(Tundish Frame)(10)의 내부에는 용강(30)을 저장하기 위한 도가니(20)가 배치되고, 상기 도가니(20)에는 용강(30)을 배출하기 위한 탕도(40)가 설치되고, 상기 탕도(40)에는 상기 탕도(40)의 개폐를 위한 스토퍼 부재(50)가 설치될 수 있다.
상기 탕도(40)의 하부에는 상기 탕도(40)를 통하여 배출되는 용강을 외부로 배출하기 위한 용강 분사용 노즐 장치(100)가 설치될 수 있다.
이러한 용강 분사용 노즐 장치(100)는, 내부에 양단이 서로 연통되어 용강(30)이 흐를 수 있는 유로(112)가 형성되는 노즐 본체(110);
상기 노즐 본체(110)의 하단부에 형성되고, 용강 주입구(120)를 통하여 상기 유로(112)로 주입되는 용강(30)을 상기 노즐 본체(110)의 외부로 분사하기 위한 노즐 팁(200); 및
상기 유로(112)에 구비되고, 상기 용강(30)이 상기 유로(112)를 통하여 상기 노즐 팁(200)으로 균일한 속도로 분사될 수 있도록 상기 용강(30)의 흐름을 안내하기 위한 가이드부재(300)를 포함할 수 있다.
상기 유로(112)의 단면 형상은 상기 노즐 본체(110)의 상부에서 하부까지, 즉 상기 용강 주입구(120)에서 상기 노즐 팁(200)까지 역삼각형으로 형성될 수 있다.
상기 가이드부재는(300)는 상기 노즐 본체(110)의 유로(112) 양측에 각각 설치되며, 상기 유로(112)의 중간부를 중심으로 서로 대칭되게 설치될 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재(300)는 상기 유로(112)를 통하여 흐르는 용강(30)이 상기 용강 주입구(120)로부터 상기 노즐 팁(200)으로 균일하게 흐를 수 있도록 상기 용강 주입구(120)와 상기 노즐 팁(200) 사이에 배치될 수 있다.
상기 가이드 부재(300)의 하단부는 상기 용강(30)이 흐르는 방향으로 상기 유로(112)의 단면적이 일정하게 될 수 있도록 일정한 크기의 곡률을 갖는 곡면부(310)를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 유로(112)의 단면적은 상기 유로(112)의 단면의 길이(x)와 폭(y)의 곱으로 정의될 수 있으며, 상기 단면의 길이 방향은 도 5에서 가로 방향을 가리키며, 상기 단면의 폭 방향은 도 5에서 세로 방향을 가리킨다.
상기 곡면부(310)는 상기 용강 주입구(120)에서 상기 노즐 팁(200)까지 상기 노즐 본체(110)의 높이에 관계없이 상기 유로(112)의 단면적이 동일하게 될 수 있도록 상기 가이드 부재(300)의 상부에서 하부로 갈수록 곡률 반경이 증가되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 곡면부(310)는 상기 노즐 본체(110)의 높이에 관계없이 상기 유로(112)의 단면적이 동일하게 될 수 있도록 상기 노즐 본체(110)의 내측 상단부에서 외측 하단부으로 갈수록 그 길이 및 폭이 일정한 비율로 감소되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 곡면부(310)의 하단 에지부와 상기 노즐 팁(200)의 상단 에지부 사이에는 상기 유로(112)의 에지부에서 발생되는 미세 와류를 흡수하기 위한 공간부(320)가 형성될 수 있다.
상기 공간부(320)는 용강의 흐름을 방해하지 않으면서 상기 유로(112)의 에지부에서 발생되는 미세 와류를 보다 효과적으로 흡수할 수 있도록 상기 노즐 팁(200)의 상단부의 최외측에 형성될 수 있다.
상기 공간부(320)는 상기 유로를 통과하는 용강의 흐름을 방해하지 않으면서 미세 와류를 흡수할 수 있도록 일정한 크기로 형성될 수 있다.
상기 노즐 본체(110)의 둘레에는 외측 방향으로 일정한 크기로 연장되는 플랜지부(130)가 형성될 수 있으며, 상기 플랜지부(130)에는 상기 턴디쉬 프레임(10)과 상기 노즐 본체(110)의 조립시 항상 일정한 위치에 결합되기 위한 턴디쉬 프레임 결합구멍(132)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 턴디쉬 프레임 결합구멍(132)은 상기 턴디쉬 프레임(10)과 상기 노즐 본체(110)의 용이한 결합을 위하여 상기 노즐 본체(110)를 중심으로 대칭되게 일정한 간격으로 복수개 형성될 수 있다.
또한, 상기 노즐 본체(110)의 측면에는 상기 노즐 팁(200)의 온도 변화를 최소화 할 수 있는 히터 장치(미도시)를 결합하기 위한 히터 장치 결합구멍(140)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 히터 장치 결합구멍(140)은 상기 노즐 팁(200)의 온도 변화를 최소화 할 수 있도록 상기 노즐 본체(110)의 측면에 일정한 간격으로 복수개 형성될 수 있으며, 상기 노즐 본체(110)를 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 분사용 노즐 장치의 작동에 대해서 설명한다.
상기 도가니(20)에 용강(30)이 채워지면, 상기 용강(30)은 상기 스토퍼 부재(50)가 개방될 때 상기 도가니(20)의 하부와 상기 탕도(40)를 따라 상기 노즐 장치(100)의 노즐 본체(110)의 용강 주입구(120)에 주입된다.
상기 용강 주입구(120)에 주입된 용강(30)은 상기 노즐 본체(110)의 유로(112)를 따라 상기 노즐 팁(200)으로 공급되고, 상기 노즐 팁(200)을 통하여 배출되는 용강(30)은 냉각롤(60)의 급냉 표면에 도포되어 상기 냉각롤(60)과 같이 회전되면서 냉각되어 초박판의 금속 스트립으로 제조될 수 있다.
이 때, 상기 노즐 본체(110)의 유로(112)를 통하여 흐르는 용강(30)은 상기 가이드 부재(300)의 곡면부(310)에 의하여 안내되면서 상기 노즐 팁(200)으로 공급된다.
상기 가이드 부재(300)의 곡면부(310)에 의하여 상기 유로(112)의 단면적이 상기 노즐 본체(110)의 상단부로부터 상기 노즐 팁(200)까지 상기 노즐 본체(110)의 높이 관계없이 동일하게 구성되고, 상기 곡면부(310)의 하단 에지부와 상기 노즐 팁(200)의 상단 에지부 사이에 공간부(320)가 형성됨으로써, 상기 유로(112)의 양 에지부에서 상기 용강(30)과 상기 노즐 본체(110)의 내부면과의 마찰이 제거되고, 상기 유로(112)의 양 에지부에서 발생되는 와류를 방지할 수 있으며, 상기 유로(112)를 통과하는 상기 용강(30)의 흐름을 방해하는 와류가 형성되지 않기 때문에 상기 노즐 본체의 폭 방향 분사 속도가 균일하게 될 수 있으므로, 스트립의 폭 방향 및 길이 방향 두께가 균일하고 안정되게 제조될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 용강 균일 분사용 노즐 장치(100)를 예컨대, 스트립 제조 공정에 이용하게 된다면 상기 노즐 본체(110)의 중앙부와 유로(112)의 양 에지부 에서의 분사속도 편차가 예컨대, 종래의 노즐에 따른 분사 속도 편차 15 % 에서 예컨대, 3 % 이내로 감소되어 일정한 크기의 폭(예컨대, 142 ~ 213 mm)의 광폭 스트립이 제조되더라도 두께 편차를 예컨대, 3 ㎛ 이내로 줄여 균일한 두께를 갖는 우수한 제품을 제조할 수 있다.
비정질 제조 공정을 통해 제조되는 리본(Ribbon)은 주로 변압기 코어나 모터 코어로 사용되는 데, 이 코어의 특성과 단가에 영향을 미치는 중요 사항이 점적율이다. 스트립의 두께 편차가 작을수록 점적율이 증가하고 반대로 두께 편차가 클수록 점적율은 감소하기 때문에 적은 재료로 우수한 특성을 얻기 위해서는 점적율이 높아야 한다. 따라서 스트립의 두께편차를 최대한 줄이는 것이 비정질 제조 공정에서 가장 중요하게 고려되는 사항이며, 본 발명에 따른 용강 분사용 노즐 장치(100)를 이용하여 스트립의 두께 편차를 최대한 줄일 수 있다.
또한, 턴디시 프레임(10)에 상기 노즐 장치(100)를 조립할 때 노즐 장치의 일정한 위치에 상기 턴디쉬 프레임(10)을 결합할 수 있으므로, 노즐 장치의 조립과 분해 작업이 용이하면서 신속하게 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 노즐 본체(110)에 노즐 장치(100)를 가열할 수 있는 히터 장치를 결합할 수 있으므로, 상기 노즐 팁(200)의 온도 변화를 최소화 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 턴디쉬 프레임 20: 도가니
30: 용강 40: 탕도
50: 스토퍼 부재 60: 냉각롤
110: 노즐 본체 112: 유로
120: 용강 주입구 200: 노즐 팁
300: 가이드 부재 310: 곡면부
320: 공간부

Claims (8)

  1. 비정질 스트립(strip) 또는 리본(ribbon)을 제조하는 제조 공정에서 용강을 균일하게 분사하는 용강 균일 분사용 노즐 장치로서,
    내부에 양단이 서로 연통되어 용강이 흐를 수 있는 유로가 형성되는 노즐 본체;
    상기 노즐 본체의 하단부에 형성되고, 용강 주입구를 통하여 상기 유로로 주입되는 용강을 상기 노즐 본체의 외부로 분사하기 위한 노즐 팁; 및
    상기 유로에 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 용강이 상기 유로를 통하여 상기 노즐 팁으로 균일한 속도로 분사될 수 있도록 상기 용강의 흐름을 안내하기 위한 가이드부재
    를 포함하고,
    상기 유로의 단면 형상은 상기 용강 주입구에서 상기 노즐 팁까지 역삼각형으로 형성되고,
    상기 가이드 부재의 하단부는 상기 용강이 흐르는 방향으로 상기 유로의 단면적이 일정하게 될 수 있도록 일정한 크기의 곡률을 갖는 곡면부를 형성하고,
    상기 곡면부는 상기 용강 주입구에서 상기 노즐 팁까지 상기 노즐 본체의 높이에 관계없이 상기 유로의 단면적이 동일하게 될 수 있도록 상기 가이드 부재의 상부에서 하부로 갈수록 곡률 반경이 증가되게 형성되고,
    상기 곡면부는 상기 노즐 본체의 내측 상단부에서 외측 하단부로 갈수록 그 길이 및 폭이 감소되게 형성되고,
    상기 곡면부의 하단 에지부와 상기 노즐 팁의 상단 에지부 사이에는 상기 유로의 에지부에서 발생되는 미세 와류를 흡수하기 위한 공간부가 형성되고,
    상기 공간부는 용강의 흐름을 방해하지 않으면서 유로의 에지부에서 발생되는 미세 와류를 보다 효과적으로 흡수할 수 있도록 노즐 팁의 상단부의 최외측에 형성되는 용강 균일 분사용 노즐 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 본체의 둘레에는 외측 방향으로 일정한 크기로 연장되는 플랜지부가 형성되고,
    상기 플랜지부에는 그 내부에 용강을 저장하기 위한 도가니가 배치된 턴디쉬 프레임과 상기 노즐 본체의 조립시 항상 일정한 위치에 결합되기 위한 턴디쉬 프레임 결합구멍이 적어도 하나 이상 형성되는 용강 균일 분사용 노즐 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노즐 본체의 측면에는 히터 장치를 결합하기 위한 히터 장치 결합구멍이 적어도 하나 이상 형성되는 용강 균일 분사용 노즐 장치.
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