KR101790810B1

KR101790810B1 - 베셀에 담겨 있는 용탕을 운반하기 위한 내부 노즐, 이러한 노즐의 클램핑을 위한 시스템, 그리고 주조 장치

Info

Publication number: KR101790810B1
Application number: KR1020127026587A
Authority: KR
Inventors: 핀센트 보이스데쿠인; 마리아노 콜루라; 파브리스 시비에
Original assignee: 베수비우스 그룹, 에스. 에이.
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2017-10-26
Also published as: NZ602093A; CN102189233A; RU2593557C2; JP2013522052A; SI2547475T1; CA2790274C; TW201200268A; RU2012136887A; HRP20160219T1; CU24101B1; BR112012022127A2; AU2011229489B2; TWI527642B; WO2011113599A1; AR080696A1; CA2790274A1; KR20130038245A; AU2011229489A1; US20160067775A1; BR112012022127B1

Abstract

본 발명은 베셀(vessel)로부터 방출되는 용탕의 주조를 위한, 교환 가능한 주입 노즐의 유지 및 교체용 관 교환 장치에 장착되는 내부 노즐(12)에 관한 것이다. 상기 관 교환 장치는 금속제 주조용 베셀의 하측에 고정되기에 적당하도록 구성되며 주조용 개구를 구비하는 프레임을 포함한다. 상기 프레임은 내부 노즐(12)과 교환 가능한 주입 노즐이 슬라이딩 접촉을 이루는 평면을 획정하는 중간 섹션 평면에서 서로 연결되는 제 1 상부와 제 2 하부로 구성된다. 상기 프레임의 상부는 프레임의 상부의 지지부에 맞대어 상기 내부 노즐(12)의 지탱 표면을 수용하여 주입 위치에서 적소에 클램핑함으로써, 내부 노즐(12)의 관통 보어가 상기 주조용 개구와 유체 연통하도록 하기 위한 클램핑 수단(50a, 50b, 50c)을 포함한다. 상기 프레임의 하부는 교환 가능한 주입 노즐을 장전하며 제 1 방향(X)을 따라 주조 위치로 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 상기 클램핑 수단(50a, 50b, 50c) 중 적어도 두 개는 상기 제 1 방향(X)에 대해 횡방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

베셀에 담겨 있는 용탕을 운반하기 위한 내부 노즐, 이러한 노즐의 클램핑을 위한 시스템, 그리고 주조 장치{INNER NOZZLE FOR TRANSFERRING MOLTEN METAL CONTAINED IN A VESSEL, SYSTEM FOR CLAMPING SAID NOZZLE AND CASTING DEVICE}

본 발명은 용탕의 연속 주조 기술에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 연속 주조 설비의 내부 노즐의 클램핑에 관한 것이다.

주조 설비에 있어서, 일반적으로, 용탕은 다른 용기, 예를 들어, 주형으로 운반되기 전까지 금속제 베셀, 예를 들어, 턴디쉬(tundish)에 담겨 있다. 용탕은 금속제 베셀의 기부에 마련되어 있는 노즐 시스템을 통해 베셀로부터 용기로 운반된다. 이러한 노즐 시스템은 금속제 베셀의 아래쪽으로 베셀의 외부에 배치되어 있는 슬라이딩 이송 플레이트(또는 주조용 플레이트)와 접촉하는 상태로 적어도 부분적으로 금속제 베셀의 내부에 배치되어 있는 내부 노즐을 포함하며, 상기 슬라이딩 이송 플레이트는 금속제 베셀의 아래에 장착된, 플레이트의 유지 및 교체를 위한 장치를 통해 내부 노즐과 정합 관계에 있다. 이러한 슬라이딩 플레이트는 눈금이 새겨진 플레이트(calibrated plate), 주조용 관, 또는 두 개 이상의 플레이트를 포함하는 새거(sagger)일 수도 있다. 전술한 모든 유형의 플레이트는 용례에 따라 길이가 변하는 관형 섹션에 연결되어 있는 플레이트를 포함하는 노즐의 일부를 구성하며, 예를 들어, 레이들(ladle)에 사용되는 밸브 게이트(valve gate)와 구별되도록 구성되어 있기 때문에, 본 명세서에서는 이들 플레이트를 또한 "슬라이딩 노즐(sliding nozzle)", "주입 노즐(pouring nozzle)", "교환 가능한 주입 노즐(exchangeable pouring nozzle)", 또는 그 외 다른 조합 용어로 칭하기로 한다. 주입 노즐은 짧은 길이의 관을 이용하여 자유롭게 유동 가능한 상태로 또는 보다 길이가 길면서 부분적으로 잠겨 있는 형태의 주조용 관을 이용하여 안내식으로 유동하는 상태로 용탕을 운반하는 데 사용될 수 있다.

이러한 주조 설비의 일 예가 제 EP 1289696 호에 설명되어 있다. 내부 노즐과 슬라이딩 주입 노즐 사이의 밀접한 접촉을 제공하기 위하여, 관의 유지 및 교체를 위한 장치는 내부 노즐을 특히 하방으로 압박하기 위한 클램핑 수단과, 주입 노즐의 슬라이딩 플레이트를 특히 상방으로 압박하기 위한 압박 수단을 포함함으로써, 내부 노즐과 주입 노즐을 서로에 대해 압박하도록 구성되어 있다. 이러한 클램핑 수단 및 압박 수단은 대체로 내부 노즐과 슬라이딩 플레이트의 종방향 가장자리를 따라 배치되며, 여기서, 종방향은 플레이트 교체 방향에 해당한다.

그러나, 내부 노즐과 슬라이딩 플레이트 사이의 계면의 밀폐를 가능한 한 완벽한 상태로 유지하기가 어렵기 때문에, 이들 두 개의 부품 사이에서 용탕의 유동이 발생할 수도 있어, 주입 노즐을 새로운 노즐로 교체할 때에 내화제 요소의 표면이 손상될 수도 있다. 또한, 밀폐의 결여(두 개의 내화제 요소 사이의 접촉)는 공기의 침투가 가능하도록 만들어, 내화제 요소뿐만 아니라 주조 금속의 품질 모두에 악영향을 미친다.

본 발명의 목적은 내부 노즐 플레이트와 주입 노즐의 슬라이딩 플레이트 사이의 접촉 표면의 밀폐를 향상시키는 것이다. 본 발명의 목적은 또한, 내화제 요소의 응력 분포를 최적화하여 내화제 요소의 수명을 연장시키는 것이다.

본 발명은 첨부된 독립 청구항에 정의되어 있다. 바람직한 실시예는 종속항에 정의되어 있다. 특히, 본 발명은 베셀로부터 방출되는 용탕의 주조를 위해 교환 가능한 주입 노즐을 유지 및 교체하기 위한 관 교환 장치로서, 상기 관 교환 장치는 상기 금속제 주조용 베셀의 하측에 고정되기에 적당하도록 구성되며 주조용 개구를 구비하는 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 내부 노즐과 교환 가능한 주입 노즐이 슬라이딩 접촉을 이루는 평면을 획정하는 중간 섹션 평면에서 서로 연결되는 제 1 상부와 제 2 하부로 구성되고,

상기 프레임의 상부는,

(a) 상기 프레임의 상부의 지지부에 맞대어 상기 내부 노즐의 지탱 표면(bearing surface)을 수용하여 주입 위치에서 적소에 클램핑함으로써, 내부 노즐의 관통 보어가 상기 주조용 개구와 유체 연통하도록 하기 위한 클램핑 수단을 포함하며,

상기 프레임의 하부는,

(b) 유입구와 유출구 사이에서 제 1 방향(X)의 제 1 축선을 따라 연장되며, 교환 가능한 주입 노즐을 수용하여 상기 유입구로부터 상기 프레임의 상기 주조용 개구와 정합 배열 관계의 주조 위치를 통과하여 상기 유출구로 이동시키기에 적당하도록 구성되는 통로와,

(c) 상기 제 1 방향(X)과 실질적으로 평행한 방향으로 연장되며, 상기 교환 가능한 주입 노즐을 대기 위치로부터 상기 프레임의 주조용 개구와 정합 배열 관계의 상기 주조 위치로 안내하여 배치하며, 선택적으로 상기 교환 가능한 주입 노즐을 상기 유출구로 안내하기 위한 안내 수단, 그리고

(d) 상기 안내 수단과 정렬되며, 상기 프레임의 상기 상부의 방향으로 상기 교환 가능한 주입 노즐의 주입 위치에서 주입 노즐을 상방으로 압박하기 위해 상기 주입 노즐 주조 위치의 레벨에서 상기 제 1 방향(X)과 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 수단

을 포함하는 것인 관 교환 장치에 있어서, 상기 클램핑 수단 중 적어도 두 개는 상기 제 1 방향(X)에 대해 횡방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치에 관한 것이다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 클램핑 수단은 상기 제 1 방향(X)과 실질적으로 법선 방향으로 배치되며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 1 클램핑 요소(50a)를 적어도 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 클램핑 수단은 세 개의 클램핑 요소를 포함하며, 상기 클램핑 요소의 클램핑 위치에서 상기 클램핑 요소의 중간 섹션 평면 상의 직교 돌출부의 개개의 무게 중심(centroids)이 삼각형의 꼭지점을 형성한다. 당 업계의 숙련자라면 보통 알고 있는 바와 같이, 평면 도형의 무게 중심은 일 직선을 중심으로 동일한 모멘트의 두 개의 부분으로 해당 평면 도형을 분할하는 모든 직선의 교차점이다. 삼각형의 경우, 무게 중심은 중선의 교차점으로서 정의된다. 특히, 상기 클램핑 수단의 돌출부의 무게 중심에 의해 형성되는 삼각형은, 다음 기하학적 형상 중 어느 하나 또는 임의의 조합, 즉

(a) X-축 꼭지점으로도 일컬어지는 제 1 꼭지점을 통과하는, X-축 수선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 수선이 상기 제 1 방향(X)과 실질적으로 평행한 것,

(b) X-축 꼭지점으로도 일컬어지는 제 1 꼭지점을 통과하는, X-축 중선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 중선이 상기 제 1 방향(X)과 실질적으로 평행한 것,

(c) 항목(a) 또는 항목(b)에 따른 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 상기 유입구의 방향을 향하고 있는 것,

(d) 항목(a) 또는 항목(b)에 따른 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 상기 유출구의 방향을 향하고 있는 것,

(e) 상기 삼각형의 모든 각이 예각인 것,

(f) 상기 삼각형은, 바람직하게는 항목(a) 및 항목(b)에 따르며, 보다 바람직하게는 동일한 길이의 두 개의 변이 만나는 지점이 X-축 꼭지점이 되도록 항목(a) 및 항목(b)에 따르며, 가장 바람직하게는 항목(a), 항목(b) 및 항목(e)에 따르는 이등변 삼각형인 것,

(g) 항목(f)에 따른 상기 삼각형은, 상기 주조용 개구의 무게 중심(46)과 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 아닌 다른 두 개의 꼭지점에 의해 형성되는 각도(2α)가 60° 내지 90°의 범위가 되도록 형성되는 것, 그리고

(h) 상기 삼각형의 X-축 꼭지점에 의해 형성되는 각도는 60°보다 작은 것

을 포함하는 기하학적 형상 중 어느 하나 또는 임의의 조합에 의해 형성된다.

바람직하게는, 상기 X-축 꼭지점에 대응하는 제 1 클램핑 요소는 14° 내지 52°의 범위의 각방향 섹터(γ)에 걸쳐 형성되며, 다른 두 개의 클램핑 요소는 10° 내지 20°의 범위의 각방향 섹터(β)에 걸쳐 형성되고, 모든 각도는 상기 주조용 개구의 무게 중심에 대하여 측정된다. 또한, 바람직하게는, 상기 제 1 클램핑 요소의 돌출부의 내부 릿지(ridge)(즉, 주조 공동에 인접하는 부분)는 상기 제 1 축선(X)에 대해 법선 방향으로 교차하는 접선을 갖는다. 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 방향(X)에 대해 법선 방향으로 연장되는 상기 제 1 클램핑 요소는 휴지 위치와 클램핑 위치 사이에 이동 가능하게 장착되며, 크랭크샤프트 작동 수단에 의해 일 위치로부터 다른 위치로 작동된다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 본 발명의 관 교환 장치는 가스 공급원으로의 적어도 하나의 가스 연결부를 포함하며, 상기 연결부는 세 개 중 두 개의 클램핑 요소 사이에 배치되고, 바람직하게는 상기 제 1 방향(X)과 실질적으로 평행한 방향을 향하여 배치된다.

본 발명은 또한, 금속제 베셀로부터 방출되는 용탕의 주조를 위해 내화제 코어 재료로 형성되며, 주입 관 교환 장치의 상부에 장착되기에 적당하도록 구성되는 내부 노즐로서,

(a) 유입구를 유출구에 유체 유동 가능하게 연결하는 축방향 관통 보어를 구비한 실질적인 관형 부분, 그리고

(b) 상기 축방향 관통 보어에 대한 법선 방향의 제 1 접촉면과, 상기 유출구, 그리고 상기 제 1 접촉면 반대쪽의 제 2 표면을 포함하며, 상기 제 2 표면을 통해 상기 관형 부분의 벽에 연결되는 측면 가장자리에 의해 둘레 길이와 두께가 획정되는 플레이트

를 포함하는 내부 노즐에 있어서, 상기 내부 노즐의 플레이트는 상기 측면 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 세 개의 별개의 지탱 요소를 포함하며, 각각의 지탱 요소는, 상기 접촉면의 방향을 향하여 형성되며 플레이트의 둘레부 주위에 분포되어 있는 지탱 레지(ledge)를 포함하며, 상기 지탱 레지의 접촉면과 평행한 평면 상의 직교 돌출부의 무게 중심은 삼각형의 꼭지점을 형성하는 것을 특징으로 하는 내부 노즐에 관한 것이다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 세 개의 지탱 레지의 돌출부의 무게 중심에 의해 형성되는 삼각형은, 이하의 기하학적 형상 중 어느 하나 또는 임의의 조합, 즉

(a) X-축 꼭지점으로도 일컬어지는 제 1 꼭지점을 통과하는, X-축 수선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 수선이 제 1 축선(X)과 실질적으로 평행한 것,

(b) X-축 꼭지점을 통과하는, X-축 중선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 중선이 상기 제 1 축선(X)과 실질적으로 평행한 것,

(c) 상기 X-축 수선 또는 상기 X-축 중선이 관통 보어 중심(46)에서 노즐 관통 보어의 중심 축선(Z)과 교차하도록 구성되는 것,

(d) 상기 삼각형의 모든 각이 예각인 것,

(e) 상기 삼각형은, 바람직하게는 항목(a) 및 항목(b)에 따르며, 보다 바람직하게는 동일한 길이의 두 개의 변이 만나는 지점이 X-축 꼭지점이 되도록 항목(a), 항목(b), 그리고 항목 (c)에 따르며, 가장 바람직하게는 항목(a), 항목(b), 항목(c), 그리고 항목(d)에 따르는 것인 이등변 삼각형인 것,

(f) 항목(c)에 따른 상기 삼각형은, 상기 관통 보어 중심과 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 아닌 다른 두 개의 꼭지점에 의해 형성되는 각도(2α)는 60° 내지 90°의 범위가 되도록 형성되는 것, 그리고

(g) 상기 삼각형의 X-축 꼭지점에 의해 형성되는 각도는 60°보다 작은 것

상기 내부 노즐 플레이트의 거의 전체 제 1 접촉면은 바람직하게는 적어도 부분적으로 금속 케이싱으로 덮여 있으며, 상기 세 개의 지탱 레지는 상기 금속 케이싱의 일부이다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 내부 노즐은 내부 노즐의 주조용 관통 보어와 유체 연통 가능한 가스 연결 수단을 포함하여, 내부 노즐을 통과하여 유동하는 용탕은 Ar, He, Ne 등과 같은 비활성 가스의 블랭킷에 의해 덮여 있을 수도 있다. 가스 연결 수단은 또한, 내부 노즐 접촉면과 주입 노즐 슬라이딩 표면 사이의 계면에서의 누출이 발생할 경우 용탕의 산화를 방지하기 위하여 내부 노즐의 접촉면(26)에 마련된 홈과 유체 연통할 수도 있다. 가스 연결 수단은 바람직하게는 두 개의 지탱 레지 사이에 배치된다.

본 발명은 또한, 전술한 바와 같은 관 교환 장치와 내부 노즐의 조립체에 관한 것으로, 상기 내부 노즐은 관 교환 장치의 클램핑 수단과 짝을 이루는 지탱 요소를 포함한다. 바람직하게는, 내부 노즐은 또한 전술한 바와 같다.

본 발명은 또한, 전술한 바와 같은 내부 노즐을 덮어싸기 위한 금속제 케이싱으로서, 노즐의 관형 부분을 수용하기 위한 개구를 구비한 메인 표면과 메인 표면의 둘레부로부터 연장되는 측면 가장자리를 포함하는 금속제 케이싱에 있어서, 금속제 케이싱은 상기 측면 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 세 개의 별개의 지탱 요소를 포함하며, 각각의 지탱 요소는 상기 메인 표면의 반대 방향을 향하여 배치되는 지탱 레지를 구비하고, 상기 지탱 레지는 상기 세 개의 지탱 요소의 각각의 무게 중심이 삼각형의 꼭지점을 형성하도록 금속제 케이싱의 둘레부에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속제 케이싱에 관한 것이다. 여기서, 용어 "무게 중심"은 객체의 형상의 기하학적 중심을 의미한다. 레지는 금속제 케이싱의 일부이므로, 전술한 내부 노즐의 지탱 레지의 다양한 기하학적 형상은 필요한 부분만 약간 수정하여 본 발명의 금속제 케이싱에 적용된다.

본 발명에 따르면, 내부 노즐과 슬라이딩 노즐 사이의 계면의 우수한 밀폐를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 이에 따라, 부품의 수명 연장 및 주조 금속의 품질 향상을 초래할 수 있다.

본 발명의 범위에 속하는 단지 비제한적인 예로서 주어진 아래의 설명을 도면을 참조하여 읽음으로써 본 발명이 보다 분명하게 이해될 것이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 내부 노즐을 주조 시의 배향 상태로 도시한 사시도;
도 1b는 도 1a의 노즐을 수직 방향으로 위 아래가 전도된 상태로 도시한 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 관 교환 장치의 적소에 클램핑된 도 1의 노즐의 상면도;
도 2a는 도 2의 클램핑 요소의 구조를 도시한 단면도;
도 3 및 도 3a는 도 1의 노즐의 상면도;
도 4는 클램핑 요소의 단면도;
도 5는 클램핑되기 이전에 관 교환 장치 상의 주조 위치에 직립 설치된 도 1의 내부 노즐의 측단면도;
도 5a 내지 도 5d는 내부 노즐의 하나의 지지 레지(support ledge)를 클램핑하기 위한, 도 4의 클램핑 수단의 클램핑 단계를 도시한 종방향 평면을 따른 단면도;
도 6a 내지 도 6c는 내부 노즐 클램핑 수단의 다양한 분포를 위한 주조용 채널의 둘레에서의 압축 응력 분포를 도시한 도면.

본 발명은, 금속제 베셀에 담겨 있는 용탕의 주조를 위해 베셀의 아래에 장착된 슬라이딩 노즐의 유지 및 교체를 위해 사용되며 또한, 금속제 베셀 상에 마련된 내부 노즐의 주조용 채널로부터 연장되는 슬라이딩 노즐을 주조 위치로 안내하기 위한 관 교환 장치에 관한 것이다. 플레이트 교체 방향이 장치의 종방향에 해당하며, 상기 종방향과 평행하지 않은 방향이 장치의 횡방향에 해당하고, 상기 종방향에 대한 수직 방향을 법선 방향이라 하기로 한다. 주입 노즐의 슬라이딩 플레이트와 내부 노즐은 각각 두 개의 실질적으로 종방향의 가장자리와, 두 개의 횡방향의, 대체로 수직 방향의 가장자리를 구비한다.

본 발명의 제안 방안에 따르면, 클램핑력은 내부 노즐의 횡방향 가장자리를 따라 인가되는 반면, 압박력은 주입 노즐의 종방향 가장자리 상으로 인가됨으로써, 내부 노즐과 슬라이딩 플레이트 접촉면의 횡방향 가장자리에서의 밀폐가 향상된다. 다시 말해, 이러한 방식으로 클램핑 수단과 압박 수단이 배치됨에 따라, 실질적으로 내부 노즐과 슬라이딩 노즐 접촉면의 전체 원주 상에서의 접촉을 형성하기 위한 힘을 인가할 수 있어, 우수한 밀폐를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 이에 따라, 부품의 수명이 보다 길어지고 주조 금속의 품질이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 발명자들이 주목한 바와 같이, 내부 노즐과 슬라이딩 플레이트의 종방향 가장자리에 고압이 인가될 경우 휨 현상을 초래하여 개개의 횡방향 가장자리의 분리가 이루어질 수도 있기 때문에, 종래 기술에서와 같이 추진력과 클램핑력이 반대 방향으로 인가되는 경우보다 전술한 바와 같은 방식으로 힘을 인가하는 것이 보다 유리하다.

또한, 클램핑 수단이 횡방향으로 배치됨에 따라 관 교환 장치의 프레임과 관련하여 내부 노즐이 종방향을 따라 배치될 수 있어, 특히 유리하다. 사실, 주입 노즐의 플레이트의 교체 동안 내부 노즐이 종방향으로 상당한 전단력을 받게 되며, 클램핑력이 횡방향으로 분배됨에 따라 종방향에서의 내부 노즐의 안정성이 향상될 수 있으며, 이에 따라, 플레이트 교체로 인한 전단 응력 이동에도 불구하고 상기 노즐의 종방향으로의 잠금이 이루어질 수 있다.

용어 "클램핑 수단(clamping means)"은 내부 노즐의 클램핑 표면 상에 클램핑력을 인가하기 위해 관 교환 장치의 프레임에 회전 가능하게 장착되는 수단을 의미하며, 여기서, 고정력은 관 교환 장치의 프레임의 정합 지지면의 반대쪽 지탱 표면으로 전달된다. 일반적으로, 클램핑 수단에 의해 내부 노즐 상에 인가되는 힘은 내부 노즐의 상면에 하방으로 인가되는 힘이며, 압박 수단에 의해 슬라이딩 노즐 플레이트 상에 인가되는 힘은 전술한 힘의 반대 방향 힘으로서, 플레이트의 저면 상에 대체로 상방으로 인가되는 힘이다. 또한, 수직 방향은 금속제 베셀의 유출구에서의 용탕의 유동 방향으로서 정의된다. 횡방향은 종방향과 교차하는 임의의 방향으로서 정의되며, 법선 방향은 종방향 및 수직 방향 모두와 직교하는 방향으로 정의된다. 따라서, 종방향, 법선 방향 및 수직 방향은 참조를 위해 서로 직교 관계에 있는 것으로 정의된다. 또한, 관 교환 장치의 노즐 교체 방향을 참조하여 정방향이 정의되며, 플레이트는 이하 설명되는 바와 같은 연속적인 위치, 즉, 대기 위치(주조 위치에 다른 노즐이 이미 있는 경우), 주조 위치(주입 노즐의 보어가 내부 노즐의 관통 보어와 정합 관계에 있는 경우), 밀봉 위치(주입 노즐의 플레이트에 마련된 밀봉면이 내부 노즐 관통 보어 유출구와 대면하도록 배치되어 밀봉하는 경우), 그리고 분출 위치(슬라이딩 플레이트 표면이 관 교환 장치로부터 해제되어 있는 경우)를 채용하도록 후방에서 전방으로 이동됨에 주목하여야 한다. 또한, 내부 노즐과 주입 노즐의 플레이트의 다수의 내화제 표면이 일반적으로 금속제 케이싱으로 덮여 있음에 주목하여야 한다. 주입 노즐은 일반적으로, 용례에 따라 길이가 변하는 관형 연장부를 포함한다. 이러한 관형 연장부는 그 단부가 하류 금속제 베셀, 예를 들어, 연속 주조용 주형에 잠기도록 하기에 충분한 길이로 연장될 수도 있다. 이와 같이 단부가 잠기도록 구성되는 주조용 관은 내화제 요소로 형성된다.

이하, 주조 방향에 해당하는 실질적으로 수직 방향을 Z-방향이라 하며, 내부 노즐이 관 교환 장치 상의 주조 위치에 장착된 경우, 내부 노즐의 관통 보어의 중심 축선이 Z-방향과 평행한 Z-축선이 된다. 플레이트 교체 방향에 해당하는 종방향은 Z-방향의 실질적으로 법선 방향의 X-방향이라 하며, 관 교환 장치의 주조용 개구의 무게 중심을 통과하여 연장되는 축선이 X-방향과 평행한 X-축선이 된다.

본 발명은, 예를 들어, 제 EP 1289696 호에 개시된 바와 같이, 프레임의 상부에 내부 관을 유지하기 위한 클램핑 수단이 실질적으로 X-방향과 평행하게 배치되며, 내부 노즐(12)의 접촉면에 대해 상방으로 주입 노즐을 압박하는 압박 수단(18)의 실질적으로 상측에 배치되어 밀폐 문제가 발생하는 통상적인 관 교환 장치에 대한 관찰에 기초하고 있다. 본 발명의 발명자는 주조 개구의 둘레에서 응력 분포 분석을 수행한 결과, 플레이트의 횡방향 부분의 압축 응력 수준이 종방향 측면에서보다 상당히 낮아짐으로써 용탕의 누출을 야기할 수 있는, 얇긴 하지만 허용 불가능한 간격이 형성될 가능성이 있음을 발견하였다(도 6a 참조). 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서 제안되고 있는 해결 방안은 압박 수단(18)의 정렬 방향인 X-방향의 횡방향으로 적어도 두 개의, 바람직하게는 세 개의 클램핑 요소(20)를 배치하는 것이다. 이러한 해결 방안은, 이하의 설명으로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 관 교환 시스템의 누출 위험 문제를 뜻밖에도 간단한 방식으로 명확하게 해결할 수 있다.

용강 주조 설비와 같은, 용탕의 연속 주조 설비에 있어서, 금속제 베셀, 예를 들어, 턴디쉬에 담겨 있는 금속을 하나 또는 복수 개의 주형과 같은 용기로 운반하기 위해 슬라이딩 노즐의 유지 및 교체를 위한 장치가 사용된다. 도 2에 부분적으로 나타내어진 바와 같은 이러한 장치는 금속제 베셀의 아래에, 베셀의 바닥에 마련된 개구와 정합 관계로 장착됨으로써, 상기 개구를 통하여 삽입된 내부 노즐(12)이 관 교환 장치의 프레임에 고정되어, 예를 들어, 시멘트를 이용하여 금속제 베셀의 기부에 부착된다. 제 EP 1289696 호의 도 1에는 통상적인 관 교환 장치가 측면도로 도시되어 있다. 내부 노즐(12)의 관통 보어(14)가 주조용 채널을 형성하며, 장치는 주입 노즐의 슬라이딩 플레이트를 주조 위치로 안내할 수 있도록 배치됨으로써, 주입 노즐의 축방향 보어가 내부 노즐의 관통 보어(14)와 유체 연통 관계에 있게 된다. 이를 위해, 장치는 유입구를 통해 대기 위치로부터 주조 위치로 슬라이딩 노즐을 안내하기 위한 수단(16)을 포함한다. 예를 들어, 안내 수단은 안내 레일(16)의 형태로 형성될 수도 있다. 레일(16)은 장치의 채널의 종방향 가장자리(17a, 17b)를 따라 배치되어, 장치 유입구로부터 휴지 위치 및 주조 위치로 슬라이딩 노즐을 안내한다. 또한, 주입 노즐 주조 위치에서, 장치는 내부 노즐(12)의 접촉면에 맞대어 주입 노즐의 플레이트를 압박하기 위한, X-방향과 평행한 방향으로 배치된 수단(18), 예를 들어, 압축 스프링(18)을 포함하며, 상기 수단은 내부 노즐(12)의 접촉면과 밀접하게 접촉하도록 슬라이딩 플레이트를 압박하는 한편 내부 노즐의 관통 보어(14)와 주입 노즐의 축방향 보어 사이의 액밀 방식의 연결을 달성하도록 주입 노즐의 슬라이딩 플레이트의 두 개의 종방향 가장자리 각각의 저면에 힘을 인가하도록 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스프링(18)은 X-방향과 실질적으로 평행한 장치의 종방향 가장자리(17a, 17b)를 따라 분포되어 있다. 장치는, 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 장치에 맞대어 압박되는 상태로 내부 노즐을 유지하도록 내부 노즐(12)의 두 개의 횡방향 가장자리의 상면에 힘을 인가하도록 배치되는, 내부 노즐을 클램핑하기 위한 수단(20)을 추가로 포함한다. 본 명세서에서, 용어 "횡방향(transverse)"은 X-방향과 평행하지 않은 방향, 또는 X-방향과 교차하는 방향을 의미한다.

내부 노즐(12)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 내화 재료로 형성되는 내부 노즐 플레이트의 제 1 접촉면(26)을 거의 덮어싸는 금속제 케이싱(22)을 포함한다. 금속제 케이싱(22)은 내화제 요소(24)를 보강하며, 바람직하게는 시멘트를 사용하여 플레이트에 접합된다. 내화제 플레이트는 노즐이 용탕과 접촉하는 어느 위치에서나 고온에 버틸 수 있도록 하기 위한 필수 구성이지만, 내화제 플레이트의 기계적 특성, 특히, 압축력, 전단 응력, 마찰 및 마모 저항성은 응력 집중이 발생하는 위치에 사용되기에는 불충분하다. 이러한 이유로, 기계적 응력이 인가되지만 용탕과의 접촉 가능성이 없는 위치에서는 내화제 플레이트가 금속 케이싱으로 덮여 있다. 금속 케이싱의 두께는 대략 1mm에서부터 6mm를 초과하는 범위 사이에서 변할 수도 있으며, 금속 케이싱이 주철로 형성되는 경우 일반적으로 벽의 두께가 보다 두꺼워진다. 내부 노즐이 주입 노즐의 플레이트의 슬라이딩 표면과 밀접하게 접촉하게 됨에 따라 금속제 케이싱은 내부 노즐의 접촉면(26)과 간격을 두고 배치된다(도 1b 참조). 금속은 용탕의 임의의 누출이 발생하는 경우 손상되어 심각한 결과를 초래할 수 있으므로 접촉면을 덮어싸는 데 사용될 수 없었다. 전술한 바와 같이, 상기 노즐이 장치에 의해 제자리에서 주조 위치로 밀리게 되는 경우, 즉, 내부 노즐(12)에 대면하는 경우, 내부 노즐의 접촉면(26)은 주입 노즐의 슬라이딩 표면과 밀접하게 접촉하도록 되어 있다. 접촉면(26)에 위치한 내부 노즐 관통 보어(14)의 일 단부는 개방되어 있다.

내부 노즐(12)은, 측면 가장자리로부터 외측으로 돌출되며 플레이트의 둘레부에 분포되어 있는 세 개의 별개의 지탱 요소(30a, 30b, 30c)를 포함한다. 각각의 지탱 요소는 접촉면(26)의 방향을 향하여 형성되는 지탱 레지(34a, 34b, 34c)를 포함한다. 접촉면(26)과 평행한 평면 상의 개개의 레지의 직교 돌출부의 무게 중심은 삼각형의 꼭지점을 형성한다. 지탱 요소 및 이들 지탱 요소의 레지는 실제로, 내부 노즐의 플레이트 부분을 덮어싸는 금속제 케이싱의 일부를 구성한다. 이러한 구성은, 높은 압축 응력 및 전단 응력이 집중되는 경우 클램핑력이 인가되는 금속 표면이 내화 재료와 같은 역할을 하여 파손되지 않도록 하기 때문에 유리하다. 세 개의 레지의 표면에 의해 지탱 표면이 형성된다. 이러한 지탱 표면은 동일 평면인 것이 바람직하지만, 이러한 구성이 본 발명의 필수 조건은 아니다. 또한, 지탱 표면은 접촉면(26)과 평행한 것이 바람직하지만, 이러한 구성 또한 필수 조건은 아니며, 관 교환 장치 상에 내부 노즐의 중심을 설정하는 데에는 레지가 약간 경사면으로 형성되는 것이 도움이 될 수 있다. 그러나, 내부 노즐의 지탱 레지가 관 교환 장치의 지지부 및 클램핑 수단(20)과 일치하여야 함은 분명하다. 지탱 레지(34a, 34b, 34c)의 반대쪽으로, 내부 노즐은 관 교환 장치의 프레임의 일치하는 지지부에 맞대어 내부 노즐의 지탱 레지를 적소에 클램핑하도록 하기 위해 관 교환 장치의 클램핑 수단을 수용하기에 적당한 클램핑 표면(32a, 32b, 32c)을 포함한다. 클램핑 표면은 금속제인 것이 바람직하며, 접촉면의 반대쪽으로 플레이트의 제 2 표면의 일부를 구성할 수 있거나, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 지탱 요소의 일부를 구성하지만 상기 제 2 표면과 분리될 수도 있다.

지탱 요소(30a, 30b, 30c)는 내부 노즐(12)의 플레이트의 둘레면(36)으로부터 돌출되는 별개의 구성 요소이며, 상기 둘레면(36)은 실질적으로 수직 방향(Z)으로 플레이트의 바닥 접촉면(26)으로부터 연장되는 것이 바람직하지만, 반드시 이러한 구성으로 형성되어야 하는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 내부 노즐의 지탱 요소의 클램핑 표면과 지탱 레지 사이에 내화 재료가 연장될 수도 있다. 이러한 실시예에 있어서는, 내화 재료의 일부가 클램핑 수단(20)의 압축 응력에 노출되긴 하지만, 관 교환 장치의 클램핑 수단과 지지면으로부터 내화 재료를 분리하는 금속 층에 의해 임의의 집중 응력이 분산된다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 지탱 레지와 반대쪽 클램핑 표면은 단지 금속에 의해서만 분리되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 클램핑력이 내화 재료에 인가되는 것이 아니라 단지 금속에만 인가되는 것을 보장할 수 있다. 도면에 도시된 예에서와 같이, 세 개의 지탱 요소(30a, 30b, 30c)는 전체적으로 금속으로 형성되며, 다시 말해, 지탱 레지(34a, 34b, 34c)와 클램핑 표면(32a, 32b, 32c) 사이에는 오직 금속만이 존재한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 내부 노즐(12)은 두 개의 실질적으로 종방향의 대향하는 가장자리(40a, 40b)와, 이들 종방향 가장자리와 실질적으로 법선 방향의 두 개의 대향하는 가장자리(42a, 42b)를 구비한다. 또한, 수직 방향의 중앙 종방향 평면(P)이 X-축선 및 Z-축선에 의해 획정될 수도 있으며, 세 개의 지탱 요소(30a, 30b, 30c)는 노즐(12)의 둘레부(36) 상에 Y-자 형상으로 배치될 수도 있고, Y-자 형상의 기부(44a)는 X-축선과 동축의 중앙 종방향 평면(P)에 배치되며, Y-자형의 두 개의 암(44b, 44c)은 상기 평면(P)의 양측에 배치되고, Y-자형의 모든 암은 내부 노즐의 관통 보어(14)의 무게 중심(46)에서 서로 만난다. 보다 구체적으로는, 제 2 지탱 요소(30b) 및 제 3 지탱 요소(30c)는 제 2 지탱 레지(34b)와 제 3 지탱 레지(34c)를 각각 구비하며, 제 2 지탱 레지(34b)와 제 3 지탱 레지(34c)는 각각 종방향 평면(P)의 양측에 배치된다. 설명되고 있는 바와 같은 예에서, 제 2 지탱 레지 및 제 3 지탱 레지는 대칭형으로 배치되지만, 반드시 이러한 구성으로만 제한되어야 하는 것은 아니다. 또한, 접촉면(26)과 평행한 평면 상의 세 개의 지탱 레지(34b, 34c)의 직교 돌출부는 각각, 주조 오리피스(28)의 중심에 해당하는, 내부 노즐(12)의 무게 중심(46)을 기준으로, 각각 종방향 평면(P)에 대하여 30° 내지 45°의 각도(α)로 배치되는 무게 중심(32'b, 32'c)을 갖는다. 또한, 제 2 지탱 레지(34b)와 제 3 지탱 레지(34c)는 각각, 내부 노즐(12)의 중심(46)을 기준으로, 10° 내지 20°의 각방향 섹터(β) 내에 포함되어 있다. 추가적으로, 제 1 지탱 요소(30a)는 노즐(12)의 종방향 평면(P)을 통과하는 제 1 지탱 레지(34a)를 구비한다. 보다 구체적으로는, 지탱 레지(34a)는 평면(P)에 대하여 실질적으로 대칭으로 연장되며, 이러한 표면의 무게 중심(34'a)은 평면(P)에 배치되어 있다. 지탱 레지(34a)는 내부 노즐의 중심(46)을 기준으로, 14° 내지 52°의 각방향 섹터(γ) 내에 포함된 표면에서 연장될 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 경우에, 지탱 레지의 돌출부의 무게 중심(32'a, 32'b, 32'c)은 클램핑 표면(32a, 32b, 32c)의 돌출부의 무게 중심에 대응한다.

내부 노즐(12)은 내부 노즐의 관통 보어(14) 및/또는 접촉면(26) 상에 놓여 있는 홈과 유체 연통하는 가스 연결 수단(48)을 추가로 포함할 수도 있다. 상기 가스 연결 수단(48)은 제 2 지탱 요소(30b)와 제 3 지탱 요소(30c) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 예에서, 가스 연결 수단(48)은, 둘레면(36)에 속하며 두 개의 지탱 요소(30b, 30c)를 연결하는 횡방향 수직면 또는 횡방향 가장자리(49) 상의 하나 또는 두 개의 채널 개구를 포함한다. 분사 가스는, 예를 들어, 아르곤이다.

관 교환 장치의 클램핑 수단(20)은 X-축선에 대해 횡방향으로 배치되는 두 개의 클램핑 요소를 포함한다. 바람직하게는, 세 개의 클램핑 요소(50a, 50b, 50c)가 내부 노즐(12)의 둘레부에 Y-자 형상으로 배치되며(도 2 참조), 다시 말해, 제 1 클램핑 요소(50a)는 중앙 종방향 평면(P)의 후방부에 배치되는 Y-자 형상의 기부에 배치되고, 제 2 클램핑 요소(50b) 및 제 3 클램핑 요소(50c)는, 상기 평면(P)의 전방부의 양측에 배치되는, Y-자 형상의 2개의 암의 단부에 배치된다. 도시된 바와 같이, 클램핑 수단은 내부 노즐의 횡방향 가장자리(42a, 42b)에 클램핑력을 인가하도록 배치된다. 클램핑 요소(50a, 50b, 50c)는 지탱 요소(30a, 30b, 30c)의 상보형 구성을 갖는다. 이러한 방식으로, 제 1 클램핑 요소(50a), 제 2 클램핑 요소(50b), 그리고 제 3 클램핑 요소(50c)는 각각, 전술한 바와 같은 제 1 지탱 레지(34a), 제 2 지탱 레지(34b), 그리고 제 3 지탱 레지(34c)에 클램핑력을 인가한다.

제 2 클램핑 요소(50b) 및 제 3 클램핑 요소(50c)는 실질적으로 동일할 수도 있다. 따라서, 이하에서는 도 2 및 도 2a를 참조하여 단지 제 2 클램핑 요소(50b)의 구조만을 설명하기로 한다. 제 2 클램핑 요소(50b)는 실질적으로 횡방향으로 연장되는 축선(52b)을 따라 프레임(31) 상에 회전 가능하게 장착된다. 제 2 클램핑 요소(50b)는 지탱 요소(30b)의 클램핑 표면(32b)과 접촉하도록 구성되는 이른바 클램핑 표면(54b)을 지탱하는 하나의 자유 단부를 구비하며, 이러한 지지면(32b)을 압박함으로써 지지면 상에 클램핑력을 인가한다. 이를 위해, 제 2 클램핑 요소(50b)는 제 2 클램핑 요소(50b)와 접촉하는 캠(cam)으로서 작용하는 회전 장치(56b)(수직 축선을 중심으로 피벗됨)에 의해 작동된다. 보다 구체적으로는, 캠(56)이 회전되는 경우, 도 2a에 도시된 화살표에 따라, 제 2 클램핑 요소(50b)의 자유 단부에 수평방향 힘을 인가함으로써, 자유 단부가 하방으로 피벗되며, 이에 따라, 클램핑 표면(54b)이 축선(52b)을 중심으로 피벗된다. 이에 따라, 클램핑 표면(54b)의 하방 피벗에 의해 클램핑 표면(32b)에 클램핑력이 발생되어 반대쪽 지탱 레지(34b)로 전달됨으로써, 프레임의 대응하는 지지부에 맞대어 적소에 클램핑된다. 제 2 클램핑 요소(50b)가 레지(34b)를 수평 방향으로 잠금 결합시키도록 하방 클램핑력을 인가할 뿐만 아니라 수평 방향 힘을 인가함에 주목하여야 한다. 본 발명의 요지를 형성하는 클램핑 수단의 클램핑 기구가 아닌 배향 수단과 같은, 당 업계의 숙련자에게는 공지되어 있는 그 외 다른 클램핑 기구가 본 발명의 범위 내에서 사용될 수도 있다.

이하, 제 1 클램핑 요소(50a)의 구조가 도 4, 도 5, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명된다. 제 1 클램핑 요소(50a)는 도 2a에 도시된 바와 같은 제 2 클램핑 요소(50b)와 비교할 때 제 2 클램핑 요소(50b)보다 넓은 표면에 걸쳐 연장될 수도 있는 점을 제외하고는 유사한 형상을 갖는다. 제 1 클램핑 요소(50a)는 X-방향의 횡방향으로 연장되는 프레임(31)에 포함되는 축선(52a) 상에 회전 가능하게 장착되며, 클램핑 표면(32a)과 접촉하여 표면을 압박하도록 의도되는 클램핑 표면(54a)을 지탱하는 자유 단부를 구비한다. 제 1 클램핑 요소(50a)는 특히, 연결 로드로서 작용하는 수단에 의해 제 2 클램핑 요소(50b)와 상이하게 작동될 수도 있다. 보다 구체적으로, 이는, 실린더(58)와 접촉하는 캠으로서 작용하며 X-축선에 대한 법선 방향의 일 예의 축선을 중심으로 피벗 가능하게 장착되는 회전 장치(56a)에 의해 작동된다. 실린더(58)는 병진 운동에 의해 X-방향으로 이동될 수도 있다. 실린더는 연결 로드로서 작용하는 로드(60)를 지탱하며, 로드의 일 단부(62)는 실린더(58)의 자유 단부를 중심으로 회전 가능하게 장착되고 로드의 반대쪽 단부(64)는 제 1 클램핑 요소(50a)의 자유 단부를 중심으로 회전 가능하게 장착되고, 제 1 클램핑 요소(50a)는 연결 로드로서 작용한다. 또한, 실린더(58)는 휴지 위치의 제 1 클램핑 요소(50a)의 복귀 수단(68), 예를 들어, 압축 스프링에 의해 복귀되는 로드(66)용의 하우징을 형성한다.

제 1 클램핑 요소(50a)는 아래에 설명되는 바와 같이 연결 로드 시스템에 의해 작동되는, 휴지 위치와 클램핑 위치 사이에서 이동 가능하게 장착된다. 도 5a에는 휴지 위치가 도시되어 있다. 클램핑 위치로 이동하기 위하여, 가동 장치(56a)를 장치의 축선을 중심으로 회전시킴으로써, 화살표(70)로 도시된 수평 방향으로 실린더(58)를 이동시킬 필요가 있다. 이러한 병진 운동의 결과, 연결 로드(60)가 도 5b, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이 제 1 클램핑 요소의 축선(52a)을 중심으로 제 1 클램핑 요소(50a)를 회전시킴으로써, 클램핑 요소의 클램핑 표면(54a)이 지탱 요소의 클램핑 표면(32a)을 압박하며 클램핑 요소(50a)가 그 클램핑 위치에 배치된다. 실린더(58)의 병진 운동과 동시에, 로드(66)는 지탱 요소(30a)의 수직 벽에 맞대어 접하여, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이 스프링(68)을 압축한다. 이러한 스프링의 압축 작용에 의해, 시스템이 캠(56a)으로서 작동하는 장치를 회전시킴으로써 간단한 방식으로 휴지 위치로 복귀될 수도 있다. 사실, 이러한 크랭크샤프트 시스템에서, 제 1 클램핑 요소(50a)가 클램핑 위치에 있는 경우, 도 5d에 도시된 바와 같이, 장치(56a)의 회전에 의해 스프링(68)의 해제 작용 하에 화살표(72)에 의해 표시된 방향으로 병진 이동하는 방식으로 실린더(58)가 이동될 수 있으며, 이에 따라, 클램핑 요소가 도 5a에 도시된 위치로 복귀할 수 있다.

첨부 도면에 도시된 장치는 두 개의 클램핑 요소(50b, 50c) 사이에, 장치의 횡방향 수직면(51)에 개방되어 있는 노즐(12)용의 두 개의 가스 분사 채널을 추가로 포함한다. 이러한 방식으로, 제 1 클램핑 요소(50a)가 클램핑 위치에 있는 경우, 장치의 분사 채널은 노즐(12)의 채널(48)로부터 연장되며, 클램핑 요소(50b, 50c)의 클램핑 위치는 상기 채널의 특히 밀폐 상태의 접합부를 제공한다.

이하, 도면에 도시된 실시예를 기초로 장치에 내부 노즐(12)을 클램핑하기 위한 방법이 설명된다. 이러한 클램핑 방법의 개시 시에, 내부 노즐(12)이 관 교환 장치의 프레임(31) 상에 간단한 방식으로 배치된다. 클램핑 방법은, 클램핑 위치에서의 제 1 클램핑 요소(51)의 작동에 앞서, 지탱 요소(30b, 30c)들 사이에 배치되는 노즐(12)의 횡방향 수직면(49)을 장치의 프레임(31)의 횡방향 수직면(51)에 맞대어 인접하도록 하는 제 1 단계를 포함한다. 이에 따라, 제 1 클램핑 요소(50a)는 도 5a의 화살표(70)를 따라 병진 운동됨으로써, 지탱 요소(30a)에 맞대어 인접하여 장치의 전방 횡방향 가장자리(51)에 대해 내부 노즐(12)을 압박하게 되며, 이에 따라, 도시된 바와 같이 상기 전방 가장자리에 매우 정확하게 맞대어진다. 클램핑 요소(50a)에 의한 클램핑 위치의 구축은 동시에 가스 분사 채널(48)에 배치되는 시일(seal)의 압축을 야기함이 이해될 것이다. 이러한 시일은 장치 또는 내부 노즐 상에 배치될 수도 있다. 이러한 시일은 흑연으로 형성되는 것이 바람직하다. 화살표(70)를 따라 이루어지는 병진 운동에 의해 제어 하의 압축 작용이 이루어질 수 있다. 클램핑 요소(50a)가 클램핑 위치에 배치되고 나면, 조립 방법이 수행된 후, 선택적으로 클램핑 위치에서 두 개의 클램핑 요소(50b, 50c)의 동시 작동이 수행된다. 제 1 클램핑 요소(50a)의 클램핑에 이어 제 2 단계에서 두 개의 다른 클램핑 요소(50b, 50c)의 클램핑이 이루어짐으로써, 전술한 방법이 특히 간단한 방식으로 수행될 수 있으며, 모든 클램핑 요소(50a, 50b, 50c)와 그 작동 수단은 특히 유리한 클램핑 시스템을 형성하게 된다.

전술한 내부 노즐(12)과 관 교환 장치의 장점 중에서, 클램핑 수단은 내부 노즐의 횡방향 가장자리(42a, 42b) 상에 힘을 인가하는 반면, 압박 수단(18)은 장치의 종방향 가장자리(17a, 17b)에 맞대어 슬라이딩 주입 노즐의 플레이트의 종방향 가장자리에 힘을 인가함에 주목하여야 한다. 그 결과, 내부 노즐(12)과 슬라이딩 플레이트 사이의 접촉면의 실질적으로 전체 원주에 걸쳐 압력이 인가되므로, 우수한 밀폐를 달성할 수 있다[도 6(c) 참조].

본 발명의 또 다른 장점은, 내부 노즐(12)의 사용 후, 동일 금속제 케이싱(22)이 새로운 내화제 요소(24)를 덮어싸도록 재사용될 수 있다는 점이다.

본 발명에 의하면, 관 교환 장치의 주입 노즐의 플레이트의 슬라이딩 표면과 내부 노즐의 접촉면(26) 사이의 계면에서의 밀폐가 확연하게 개선된다. 도 6에는 주조 개구의 둘레부에 클램핑 수단을 배치한 결과 산출되는 압축 응력 분포가 도시되어 있다. 도면에서, 더 어두운 색상으로 표시된 부분이 압축 응력이 더 높은 부분을 나타낸다. 도 6(a)에는 종래 기술의 구성, 예를 들어, 제 EP 1289696 호에 설명된 바와 같이, 주입 노즐의 슬라이딩 표면을 내부 노즐의 접촉면(26)에 맞대어 압박하기 위한 압박 수단(18)의 실질적으로 상측에 배치되며 X-축선과 평행한 상태로 종방향 가장자리를 따라 배치되는 내부 노즐을 적소에 클램핑하기 위한 클램핑 수단(20)을 포함하는 구성이 도시되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 종방향 가장자리에 인접한 부분에서만 압력이 높으며 횡방향을 따라서는 압력이 낮아, 주조 시의 용탕의 누출 및 상당한 양의 공기 침투 위험이 높다는 것을 알 수 있을 것이다. 반면에, 도 6(b) 및 도 6(c)에는 본 발명에 따른 구성이 도시되어 있다.

도 6(b)에는, X-축선과 실질적으로 법선 방향으로 배치되는 내부 노즐을 클램핑하기 위한 두 개의 클램핑 요소(20)가 도시되어 있다. X-축선을 포함하는 플레이트의 부분이 도 6(a)의 전술한 기하학적 형상에서보다 높은 수준의 압력에 노출됨을 알 수 있을 것이다. 도 6(c)에는 내부 노즐의 둘레에 배치되는 세 개의 클램프가 도시되어 있으며, 내부 노즐의 접촉면 평면 상의 클램핑 위치에서의 각각의 클램핑 수단(20)의 직교 돌출부의 무게 중심이 삼각형의 꼭지점을 형성하거나, 전술한 바와 같이 내부 노즐의 관통 보어의 무게 중심(46)에서 연결되는 Y-자 형상의 암을 형성한다. 도 6(c)에서 알 수 있는 바와 같이, 고압에 노출된 플레이트의 전체 둘레부에 걸쳐 압력 수준이 상당히 균일하며, 이에 따라 내부 노즐과 주입 노즐의 두 개의 표면 사이의 계면에서의 액밀성이 보장된다. 세 개의 클램프 시스템이 상당히 효율적인 것으로 확인되므로, 이러한 세 개의 클램프 시스템에 관한 다수의 실시예가 고려된다.

삼각형의 수선은 삼각형의 꼭지점에서 대향하는 변에 수직하게 그은 직선이다. 수심은 삼각형의 두 개의 수선의 교차점이다. 삼각형의 중선은 꼭지점에서 대향하는 변의 중점에 그은 직선으로서, 삼각형을 두 개의 동일한 면적으로 분할한다. 삼각형의 중선의 교차점을 무게 중심이라 한다.

일 실시예에 있어서, 투사 삼각형의 X-축 꼭지점을 통과하는 X-축 중선으로 일컬어지는 일 중선 및/또는 X-축 수선으로 일컬어지는 일 수선은 도 2(a) 및 도 6(c)에 도시된 바와 같이 X-축선과 동축인 것이 바람직하다. 다른 두 개의 클램핑 수단(20)은 X-축선의 양측에 각각 배치된다. 바람직하게는, 삼각형은 전술한 도면에 도시된 바와 같이 X-축 꼭지점에서 연결되는 동일한 길이의 두 개의 변을 갖춘 이등변 삼각형이다.

X-축 꼭지점은 유입 개구 방향을 향할 수도 있다. 이러한 구성은 X-축 꼭지점이 아닌 제 2 꼭지점과 제 3 꼭지점 사이에 배치되는 가스 연결부의 경우에 유리하다. 주입 노즐이 관 교환 장치의 하부로 삽입되며 하부로부터 추출됨에 따라 종방향으로 인가되는 마찰에 의해 상기 연결부를 향해 내부 노즐이 압박됨으로써, 기밀 연결부가 보장된다. 또한, 마찰력은 전술한 바와 같은 제 1 클램핑 수단에 설치되는 크랭크샤프트 시스템과 협동한다. 선택적으로, X-축 꼭지점은 유출구 개구를 향하여 지향될 수도 있다.

삼각형의 모든 각은 노즐의 둘레부에서의 클램핑 수단의 균일한 분포를 보장하도록 하기 위해 예각인 것이 바람직하다. 특히, X-축 꼭지점의 각도는 60° 미만인 것이 바람직하다. 반면에, 주조 개구와 삼각형의 X-축 꼭지점이 아닌 다른 두 개의 꼭지점의 무게 중심(46)에 의해 형성되는 각도(2α)는 60° 내지 90°의 범위인 것이 바람직하다.

도면에 도시된 바와 같이, 삼각형은 바람직하게는 X-축 중선이 X-축선과 동축인 이등변 삼각형인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, X-축 꼭지점이 동일한 길이의 두 개의 변의 교차점이어야 한다(이러한 구성에 의하면, X-축 중선과 X-축 수선이 동축이다).

12 : 내부 노즐
14 : 내부 노즐 관통 보어 16 : 안내 수단
17a, 17b : 장치의 종방향 가장자리 18 : 압박 수단
20 : 클램핑 수단 22 : 금속제 케이싱
24 : 내화제 요소 26 : 접촉면
28 : 주조용 개구 30a, 30b, 30c : 지탱 요소
31 : 프레임 32a, 32b, 32c : 지탱 요소의 클램핑 표면
34a, 34b, 34c : 지탱 요소의 지탱 레지 36 : 둘레면
40a, 40b : 노즐의 종방향 가장자리 42a, 42b : 노즐의 횡방향 가장자리
44a : Y-의 기부 44a, 44b : Y-의 암
46 : 내부 노즐의 관통 보어 개구의 무게 중심 48 : 가스 주입 수단
49 : 노즐의 횡방향 표면 50a, 50b, 50c : 클램핑 요소
51 : 장치의 횡방향 표면 52a, 52b : 클램핑 요소 축선
54b : 클램핑 요소의 클램핑 표면 56a, 56b, 56c : 회전 장치 또는 캠
58 : 실린더 60 : 연결 로드로서 작용하는 로드
66 : 로드 68 : 복귀 수단
70 : 수평 방향 72 : 방향(70)의 반대 방향

Claims

베셀(vessel)로부터 운반되는 용탕의 주조를 위한, 교환 가능한 주입 노즐의 유지 및 교체용 관 교환 장치로서, 상기 관 교환 장치는 금속제 주조 베셀의 하측에 고정되도록 구성되며 주조용 개구를 구비하는 프레임을 포함하며, 상기 프레임은 내부 노즐(12) 및 교환 가능한 주입 노즐이 슬라이딩 접촉을 이루는 평면을 획정하는 중간 섹션 평면에서 서로 연결되는 제 1 상부와 제 2 하부를 포함하고,
상기 프레임의 상부는,
(a) 상기 프레임의 상부의 지지부에 맞대어 상기 내부 노즐(12)의 지탱 표면(bearing surface)을 수용하여 주입 위치에서 적소에 클램핑함으로써, 내부 노즐(12)의 관통 보어가 상기 주조용 개구와 유체 연통하도록 하기 위한 클램핑 수단(50a, 50b, 50c)
을 포함하며;
상기 프레임의 하부는,
(b) 유입구와 유출구 사이에서 제 1 방향(X)의 제 1 축선을 따라 연장되며, 교환 가능한 주입 노즐을 수용하여, 상기 유입구로부터 상기 프레임의 상기 주조용 개구와 정합 배열 관계의 주조 위치를 지나 상기 유출구로 이동시키도록 구성되는 통로와,
(c) 상기 제 1 방향(X)과 평행한 방향으로 연장되며, 상기 교환 가능한 주입 노즐을 대기 위치로부터 프레임의 상기 주조용 개구와 정합 배열 관계의 주조 위치로 안내하여 배치하기 위한 안내 수단(16), 그리고
(d) 상기 안내 수단과 정렬되며, 상기 프레임의 상기 상부의 방향으로 상기 교환 가능한 주입 노즐의 주입 위치에서 주입 노즐을 상방으로 압박하기 위해 상기 주입 노즐의 주조 위치의 레벨에서 상기 제 1 방향(X)과 평행한 방향으로 연장되는 압박 수단(18)
을 포함하는 관 교환 장치에 있어서,
상기 클램핑 수단은 세 개의 클램핑 요소(50a, 50b, 50c)를 포함하며, 상기 클램핑 요소의 클램핑 위치에서 상기 클램핑 요소의 중간 섹션 평면 상의 직교 돌출부의 개개의 무게 중심(centroids)이 삼각형의 꼭지점을 형성하고,
상기 클램핑 수단(50a, 50b, 50c)은 상기 제 1 방향(X)에 대해 횡방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 클램핑 수단은, 상기 제 1 방향(X)과 법선 방향으로 배치되며 상기 제 1 방향과 교차하는 제 1 클램핑 요소(50a)를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 세 개의 클램핑 요소의 무게 중심에 의해 형성되는 삼각형은, 다음 기하학적 형상 중 어느 하나 또는 임의의 조합, 즉
(a) X-축 꼭지점으로도 일컬어지는 제 1 꼭지점을 통과하는, X-축 수선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 수선이 상기 제 1 방향(X)과 평행한 것,
(b) X-축 꼭지점으로도 일컬어지는 제 1 꼭지점을 통과하는, X-축 중선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 중선이 상기 제 1 방향(X)과 평행한 것,
(c) 항목(a) 또는 항목(b)에 따른 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 상기 유입구의 방향을 향하는 것,
(d) 항목(a) 또는 항목(b)에 따른 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 상기 유출구의 방향을 향하는 것,
(e) 상기 삼각형의 모든 각이 예각인 것,
(f) 상기 삼각형은, 동일한 길이의 두 개의 변이 만나는 지점이 X-축 꼭지점이 되도록 하는 이등변 삼각형인 것,
(g) 항목(f)에 따른 상기 삼각형은, 주조용 개구의 무게 중심(46) 및 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 아닌 다른 두 개의 꼭지점에 의해 형성되는 각도(2α)가 60° 내지 90°의 범위가 되도록 형성되는 것, 그리고
(h) 상기 삼각형의 X-축 꼭지점에 의해 형성되는 각도는 60°보다 작은 것
을 포함하는 기하학적 형상 중 어느 하나 또는 임의의 조합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치.
제 1 항에 있어서, X-축 꼭지점으로도 일컬어지는 제 1 꼭지점에 대응하는 제 1 클램핑 요소(50a)는 14° 내지 52°의 범위의 각방향 섹터(γ)에 걸쳐 형성되며, 다른 두 개의 클램핑 요소(50b, 50c)는 10° 내지 20°의 범위의 각방향 섹터(β)에 걸쳐 형성되고, 모든 각도는 상기 주조용 개구의 무게 중심(46)에 대하여 측정되는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 삼각형은 이등변 삼각형이며 X-축 꼭지점은 동일한 길이의 두 변이 만나는 지점이고, 상기 X-축 꼭지점에 대응하는 상기 제 1 클램핑 요소의 돌출부의 내부 릿지(ridge)는 상기 제 1 축선에 대해 법선 방향으로 교차하는 접선을 갖는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치.
제 1 항에 있어서,
가스 공급원으로의 적어도 하나의 가스 연결부
를 포함하며, 상기 가스 연결부는 세 개의 클램핑 요소 중 두 개의 클램핑 요소(50b, 50c) 사이에 배치되고, 상기 제 1 방향(X)과 평행한 방향을 향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 방향(X)에 대해 법선 방향으로 연장되는 상기 제 1 클램핑 요소(50a)는 휴지 위치와 클램핑 위치 사이에서 이동 가능하게 장착되며, 크랭크샤프트 작동 수단(60)에 의해 일 위치로부터 다른 위치로 작동되는 것을 특징으로 하는 관 교환 장치.
금속제 베셀로부터 운반되는 용탕의 주조를 위해 내화제 코어 재료로 형성되며, 주입 관 교환 장치의 상부에 장착되도록 구성되는 내부 노즐(12)로서,
(a) 유입구(14)를 유출구(28)에 유체 연결하는 축방향 관통 보어를 구비한 관형 부분, 그리고
(b) 상기 축방향 관통 보어에 대한 법선 방향의 제 1 접촉면(26)과, 상기 유출구(28), 그리고 상기 제 1 접촉면(26) 반대쪽의 제 2 표면을 포함하며, 상기 제 2 표면을 통해 상기 관형 부분의 벽에 연결되는 측면 가장자리(22, 36, 49)에 의해 둘레 길이와 두께가 획정되는 플레이트
를 포함하는 내부 노즐(12)에 있어서,
상기 내부 노즐의 플레이트는 상기 측면 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 세 개의 별개의 지탱 요소(30a, 30b, 30c)를 포함하며, 각각의 지탱 요소는, 상기 접촉면(26)의 방향을 향하여 형성되며 플레이트의 둘레부 주위에 분포되어 있는 지탱 레지(ledge)(34a, 34b, 34c)를 포함하며, 상기 지탱 레지들의 접촉면(26)과 평행한 평면 상의 직교 돌출부들의 무게 중심들은 삼각형의 꼭지점을 형성하는 것을 특징으로 하는 내부 노즐.
제 8 항에 있어서, 상기 내부 노즐의 플레이트의 접촉면(26)은 적어도 부분적으로 금속 케이싱으로 덮여 있으며, 세 개의 상기 지탱 레지는 상기 금속 케이싱의 일부인 것을 특징으로 하는 내부 노즐.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 세 개의 상기 지탱 레지의 돌출부의 무게 중심에 의해 형성되는 삼각형은, 다음 기하학적 형상 중 어느 하나 또는 임의의 조합, 즉
(a) X-축 꼭지점으로도 일컬어지는 제 1 꼭지점을 통과하는, X-축 수선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 수선이 제 1 축선과 평행한 것,
(b) X-축 꼭지점을 통과하는, X-축 중선으로도 일컬어지는 상기 삼각형의 제 1 중선이 상기 제 1 축선과 평행한 것,
(c) 상기 X-축 수선 또는 상기 X-축 중선이 관통 보어 중심(46)에서 노즐 관통 보어의 중심 축선(Z)과 교차하도록 삼각형이 구성되는 것,
(d) 상기 삼각형의 모든 각이 예각인 것,
(e) 상기 삼각형은, 동일한 길이의 두 개의 변이 만나는 지점이 X-축 꼭지점이 되도록 하는 이등변 삼각형인 것,
(f) 항목(c)에 따른 상기 삼각형은, 상기 관통 보어 중심(46) 및 상기 삼각형의 X-축 꼭지점이 아닌 다른 두 개의 꼭지점에 의해 형성되는 각도(2α)가 60° 내지 90°의 범위가 되도록 형성되는 것, 그리고
(g) 상기 삼각형의 X-축 꼭지점에 의해 형성되는 각도는 60°보다 작은 것
을 포함하는 기하학적 형상 중 어느 하나 또는 임의의 조합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 노즐.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 축방향 관통 보어, 상기 내부 노즐(12)의 상기 접촉면(26)에 마련된 홈, 또는 양자 모두와 유체 연통하며, 두 개의 지탱 레지(30b, 30c) 사이에 배치되는 가스 연결 수단(48)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 노즐.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 관 교환 장치와 내부 노즐(12)의 조립체로서,
상기 내부 노즐(12)은 관 교환 장치의 클램핑 수단(50a, 50b, 50c)과 짝을 이루는 지탱 요소(30a, 30b, 30c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립체.
제 12 항에 있어서, 상기 내부 노즐은 제 8 항에 따르는 것을 특징으로 하는 조립체.
제 9 항에 따른 내부 노즐(12)을 덮어싸기 위한 금속제 케이싱(22)으로서, 노즐의 관형 부분을 수용하기 위한 개구를 구비한 메인 표면과, 메인 표면의 둘레부로부터 연장되는 측면 가장자리를 포함하는 금속제 케이싱(22)에 있어서,
상기 금속제 케이싱은 상기 측면 가장자리로부터 외측으로 돌출되는 세 개의 별개의 지탱 요소(30a, 30b, 30c)를 포함하며, 각각의 지탱 요소는 상기 메인 표면의 반대 방향을 향하여 배치되는 지탱 레지(34a, 34b, 34c)를 포함하고, 상기 지탱 레지는 세 개의 상기 지탱 요소 각각의 무게 중심이 삼각형의 꼭지점을 형성하도록 금속제 케이싱의 둘레부 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속제 케이싱.
제 14 항에 있어서, 금속제 케이싱이 상기 내부 노즐(12)을 덮고 있는 경우 세 개의 상기 지탱 레지는 삼각형의 꼭지점을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속제 케이싱.
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