KR101717984B1 - 연속주조설비 및 방지방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속주조설비 및 방지방법을 개시한다. 본 발명에 따른 연속주조설비는, 연속주조설비의 턴디쉬로부터 몰드 내로 주입되는 용강의 재산화를 방지하기 위한 장치에 있어서, 중앙 토출구의 주위를 에워싸는 밀폐홈이 형성된 하부플레이트; 상기 하부플레이트에 비활성가스를 공급하며, 카본을 공급하는 카본 공급부가 구비된 가스공급관; 및 상기 하부플레이트로부터 비활성가스가 배출되는 가스배출관;을 포함한다.

Description

연속주조설비 및 방지방법{Apparatus and method for preventing the re-oxidation of molten steel}
본 발명은 연속주조설비 및 방지방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속주조설비에서 용강이 재산화되는 것을 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
연속주조공정(continuous casting process)은 정련과정을 마친 용강을 턴디쉬(Tundish) 및 몰드(Mold) 등을 거치게 함으로써 빌렛(billet), 블룸(bloom), 빔블랭크(beam blank), 슬래브(slab)와 같은 주편을 생산하는 일련의 공정을 말한다.
일반적으로 제철소의 연주설비에서는 도 1에서와 같이, 턴디쉬(10)에서 몰드(20) 내로 용강을 주입시, 턴디쉬(10)에 있는 용강은 턴디쉬(10)와 연결된 상부노즐(Upper Nozzle)(30)과 용강의 흐름(Flow)을 제어하는 카셋트장치(40) 및 용강을 몰드(20) 내로 주입시키는 침지노즐(80)을 통하여 하향으로 흐르게 되어 연속주조된다.
이와 같은 연속주조설비에서 용강의 흐름을 제어하는 카셋트(40) 장치에는 상부 플레이트(Upper Plate)(50), 중간플레이트(Middle Plate)(60), 하부플레이트(Lower Plate)(70)들을 구비하고 있으며, 이들은 서로 적정한 면 접촉압력으로 조립되고, 카셋트(40)의 상부 측으로는 가스공급관(110)들이 구비되어 아르곤(Ar) 등의 비활성가스가 공급된다.
용강의 유량 조절은 중간플레이트(60)에 연결된 개폐실린더(61)를 제어부(100)가 동작시킴으로써 자동으로 제어되고, 하부플레이트(70)와 침지노즐(80)은 카셋트(40)에 부착된 판스프링(90)에 의해 결합된다.
한편, 주조 중 턴디쉬(10)에서 침지노즐 토출구(81)까지 용강의 흐르는 유속에 의해 침지노즐(80) 내부에는 부정압(Nagative Pressure)이 발생하게 된다. 이러한 부정압은 주조 속도가 빠를수록 증가하고, 카셋트(40) 내의 중간플레이트(60)의 움직임이 클수록 침지노즐(80) 내부의 유속이 빨라져 더욱 증가하게 된다.
이와 같이 침지노즐(80) 내에서의 용강 흐름으로 인하여 부정압이 발생하면 하부플레이트(70)와 침지노즐(80)의 상부면(80a) 사이로 대기 중의 공기가 흡입된다. 따라서, 이러한 현상을 방지하고자 비활성가스를 침지노즐(80) 주위에 공급하게 된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부플레이트(70)에는 중앙의 용강 토출구(71) 주변으로 밀폐홈(72)이 형성되며, 밀폐홈(72)의 일단에 가스유입관(73)이 연결된다. 또한, 하부플레이트(70)는 가스유입관(73)으로부터 공급되는 비활성가스(Ar)를 공급받기 위한 유입구(73a)가 형성됨으로써, 밀폐홈(72)에 항상 일정한 압력의 비활성가스를 채우는 방법으로 외부 공기의 흡입을 차단하여 재산화 방지를 도모하였다.
그러나, 주조 중 하부플레이트(70)는 열변형에 의한 균열(Thermal Expansion Crack)이나 변형(Bending) 등이 발생할 수 있고, 이로 인해 주조작업 중 용강의 재산화(Reoxidation)가 발생할 수 있다.
이러한 현상은 주로 하부플레이트(70)와 침지노즐(80) 사이에서 발생하고, 발생 메카니즘(Mechanism)은 주조 중 고온의 용강에 의한 하부플레이트(70)의 열변형이 이루어지면 이러한 열변형에 의한 균열이 발생하거나, 하부플레이트의 휘어짐(Bending)으로 주조 중 용강의 흐름에 의해 발생한 부정압(Negative Pressure)에 의해 공기 혼입을 유발시킴으로써 용강을 재산화시킨다.
본 발명의 실시예는, 연속 주조시 턴디쉬에서 몰드 내부로 용강을 주입하는 유로 중에서, 몰드 내의 용강량을 제어하는 카셋트의 하부플레이트 밀착면과 침지노즐 상부면 간의 외부공기 흡입을 방지하여 용강의 재산화를 효과적으로 방지하는 연속주조설비 및 방지방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 연속주조설비는, 연속주조설비의 턴디쉬로부터 몰드 내로 주입되는 용강의 재산화를 방지하기 위한 장치에 있어서, 중앙 토출구의 주위를 에워싸는 밀폐홈이 형성된 하부플레이트; 상기 하부플레이트에 비활성가스를 공급하며, 카본을 공급하는 카본 공급부가 구비된 가스공급관; 및 상기 하부플레이트로부터 비활성가스가 배출되는 가스배출관;을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 카본 공급부는 미세 카본을 저장하는 카본 박스와, 상기 카본 박스 내의 미세 카본을 가스공급관 측으로 공급하기 위해 카본 박스를 회전시키는 구동부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가스배출관은 주름부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가스공급관에는 입측 압력게이지가 설치되고, 가스배출관에는 출측 압력게이지가 설치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가스배출관에는 카본을 여과하는 필터가 설치될 수 있다.
일 실시예에 따른 용강 재산화 방지방법은, 하부플레이트에 유입되는 비활성가스의 입측 압력과 하부플레이트로부터 배출되는 비활성가스의 출측 압력을 비교하는 단계; 및 상기 입측 압력과 출측 압력에 차이가 발생하면, 하부플레이트로 미세 카본을 공급하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 침지노즐 내에서의 용강 흐름으로 인하여 부정압이 발생하여도 몰드 내로 비활성가스 및 외부 공기가 흡입되는 것을 효과적으로 방지함으로써 연속주조 작업 중 안정된 조업이 이루어지도록 하고, 용강의 재산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
즉, 하부플레이트와 침지노즐 상부면 사이에서 비활성가스의 배출 유로를 형성함으로써 그 주변의 공기를 비활성가스와 함께 배출시켜 몰드 내부로의 외부 공기흡입을 차단하는 것이다. 따라서, 용강의 재산화를 방지하고, 몰드 내부로 유입되는 비활성가스량을 줄여줌으로써 몰드 내에서의 용강 유동을 크게 하여 개재물의 침투깊이를 깊게 하고, 몰드의 탕면을 불안정하게 하는 현상을 제거하여 연속주조 작업 중 안정된 조업이 이루어지도록 하는 효과가 얻어진다.
도 1은 일반적인 연주공정에서 턴디쉬로부터 몰드 내로 용강 유입을 나타낸 일부 절개 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 하부플레이트의 구성을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 연속주조설비를 도시한 사시도;
도 4는 본 발명에 따른 용강 재산화 방지 장치에 갖춰진 배출형 하부플레이트 장치의 동작 설명도.
이하에서는, 본 발명에 의한 연속주조설비 및 방지방법의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다. 본 실시예에서, 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하기로 한다.
도 3을 참조하면, 하부플레이트(70)의 일측에는 비활성가스를 공급하는 가스공급관(110)이 연결되고, 하부플레이트(70)의 타측에는 비활성가스가 배출되는 가스배출관(120)이 연결된다.
하부플레이트(70)의 중앙에는 침지노즐(80)의 상면(80a)과 상호 작용하여 용강이 토출되는 용강 토출구(71)가 형성되고, 용강 토출구(71)의 주위에는 밀폐홈(72)이 형성된다.
밀폐홈(72)은 도 4에 도시한 바와 같이, 하부플레이트(70)의 용강 토출구(71)로부터 소정 간격을 두고 용강 토출구(71)를 둘러싸도록 형성되며, 그 일부분이 끊어진 도우넛 형으로 가공되어 있다. 밀폐홈(72)의 양단에는 각각 가스유입관(73)과 가스토출관(74)이 연결된다.
즉, 가스유입관의 일단은 가스공급관의 끝단과 연결되고, 가스유입관의 타단은 밀폐홈의 시작 부분과 연결되며, 가스토출관의 일단은 밀폐홈의 끝 부분과 연결되고 가스토출관의 타단은 가스배출관의 선단과 연결된다. 이때, 가스의 누출을 방지하기 위해 각 연결 부위는 용접에 의해 고정 연결될 수 있다.
밀폐홈(72)은 침지노즐(80)의 평편한 상부면(80a)에 하부플레이트(70)가 접촉되는 경우, 침지노즐(80)의 상면(80a)에 상호 작용하여 외부와 차단됨으로써 밀폐홈(72)이 비활성가스의 유로를 형성한다.
하부플레이트(70)에 비활성가스를 공급하기 위한 가스공급관(110)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 압력조절밸브(111), 입측 압력게이지(112), 자동차단밸브(113) 및 카본 공급부(114)가 순차적으로 설치된다.
카본 공급부(116)는 하부플레이트(70)에 미세 카본을 공급하는 것으로, 적정량의 미세 카본을 저장할 수 있는 충분한 내용적의 카본 박스(114)와, 카본 박스(114)에 결합되어 카본 박스 내의 미세 카본을 가스공급관(110) 측으로 공급하기 위해 카본 박스(114)를 회전시키는 구동부재(115)를 포함한다. 구동부재(115)로는 카본 박스를 설정 각도로 회전시키는 로터리밸브 모터가 적용될 수 있다.
하부플레이트(70)로부터 비활성가스가 배출되는 가스배출관(120)에는 필터(122), 출측 압력게이지(123)가 설치된다.
필터(122)는 가스배출관(120)으로 배출되는 미세 카본을 필터링한다. 필터는 카본을 필터링할 수 있다면 그 재질과 형상에 구애받을 필요는 없다.
한편, 가스배출관(120)의 일부분에는 가스의 흐름에 저항력을 부여할 수 있는 주름부(121)가 형성될 수 있다. 가스배출관(120)에 주름부(121)가 형성됨으로써 주조 초기 가스공급관과 가스배출관이 서로 동일 압력을 갖도록 설정하는 것이 용이하고, 공정 진행 중 제어부(100)는 가스공급관(110)과 가스배출관(120)의 압력 변화를 쉽게 감지할 수 있게 된다. 따라서, 출측 압력게이지(123)는 주름부(121)를 지나서 설치되는 것이 좋다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 턴디쉬(10) 내로 용강이 채워지면 설정된 압력 값에 따라 가스공급부(40)의 압력조절밸브(32)를 설정 값에 맞게 조절한 후 자동차단밸브(34)를 열게 된다.
이에 따라서, 설정된 양만큼의 비활성가스(Ar)를 공급되게 하고, 비활성가스는 하부플레이트(70)의 비활성가스 주입구(20)를 통과하여 유입관(12)으로 흐르며, 밀폐홈(72)의 일단을 통과하여 밀폐홈(72)을 선회하면서 밀폐홈(72) 타단을 통해 배출구(30)와 연결된 배출관(16)을 거쳐 흘러가면서, 하부플레이트(70)와 침지노즐(80)의 상부면(150b) 사이의 외부 공기를 비활성가스와 함께 대기로 배출시켜 외부 공기가 용강으로 유입되는 것을 차단하게 된다.
즉, 밀폐홈(72)을 선회한 비활성가스와 밀폐홈(72) 주변의 공기의 흐름을 쉽게 유도하여 배출시키기 때문에, 외부 공기의 유입시 이를 비활성가스와 함께 방출시키고 하부플레이트(70)와 침지노즐 상부면(150b) 사이에서 침지노즐(80) 내부로의 비활성가스와 공기의 유입을 방지시키는 작용을 하게 된다.
특히, 공정 진행 중 입측 압력게이지(112)와 출측 압력게이지(123)에 차이가 발생하면, 예컨대 가스배출관(120)의 압력이 가스공급관(110)의 압력보다 낮을 경우 하부플레이트(70)가 팽창 또는 균열에 의해 비활성가스의 누출이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 따라서 이를 감지한 제어부(100)는 하부플레이트(70)에 균열 등이 발생한 것으로 간주하고, 카본 공급부(116)에 전원을 인가하여 미세 카본의 공급 작동을 개시한다.
이후, 카본 공급부(116)에 전원이 인가되면, 구동부재(115)가 작동하여 카본 박스(114)를 가스공급관(110) 측으로 회전시키고, 이에 따라 카본 박스(114) 내의 미세 카본은 가스공급관(110)으로 유입되어 비활성가스와 함께 하부플레이트(70)로 공급된다.
하부플레이트(70)로 공급된 대부분의 미세 카본은 하부플레이트(70)의 균열 부분으로 유입됨으로써 외부 공기가 균열 부분으로 유입되는 것을 방지하여 용강이 재산화되는 것을 방지한다.
한편, 하부플레이트(70)의 균열 부분으로 유입되지 않은 나머지 미세 카본은 비활성가스와 함께 가스배출관(120)으로 배출되며, 미세 카본은 필터(122)에 의해 필터링되고 비활성가스는 대기로 배출된다.
70; 하부플레이트 71; 용강 토출구
72; 밀폐홈 73; 유입관
74; 배출관 80; 침지노즐
100; 제어부 110; 가스공급관
111; 압력조절밸브 112; 입측 압력게이지
113; 자동차단밸브 114; 카본 박스
115; 구동부재 120; 가스배출관
121; 주름부 122; 필터
123; 출측 압력게이지

Claims (6)

  1. 턴디쉬로부터 용강을 몰드 내로 주입하기 위한 중앙 토출구의 주위를 에워싸는 밀폐홈이 형성된 하부플레이트를 포함하는 연속주조설비에 있어서,
    상기 하부플레이트에 비활성가스를 공급하며, 카본을 공급하는 카본 공급부가 구비된 가스공급관; 및
    상기 하부플레이트로부터 비활성가스가 배출되는 가스배출관;
    을 포함하는 연속주조설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카본 공급부는, 미세 카본을 저장하는 카본 박스와, 상기 카본 박스 내의 미세 카본을 가스공급관 측으로 공급하기 위해 카본 박스를 회전시키는 구동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스배출관은 주름부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급관에는 입측 압력게이지가 설치되고, 가스배출관에는 출측 압력게이지가 설치되는 것을 특징으로 하는 연속주조설비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스배출관에는 카본을 여과하는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 연속주조설비.
  6. 하부플레이트에 유입되는 비활성가스의 입측 압력과 하부플레이트로부터 배출되는 비활성가스의 출측 압력을 비교하는 단계; 및
    상기 입측 압력과 출측 압력에 차이가 발생하면, 하부플레이트로 미세 카본을 공급하는 단계;를 포함하는 용강 재산화 방지방법.
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