KR102043518B1

KR102043518B1 - 래들필러의 소결 특성 평가 장치

Info

Publication number: KR102043518B1
Application number: KR1020170177187A
Authority: KR
Inventors: 송민호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-11-12
Also published as: KR20190075531A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치는 내부 공간을 구비하고, 상부가 개방된 형상의 하우징; 상기 하우징에 차례로 적층 삽입되는 래들필러와 금속재; 및 상기 하우징의 외부면을 감싸는 코일부재;를 포함하며, 상기 코일부재는 유도 가열에 의해 상기 금속재를 가열하도록 구성되고, 상기 금속재는 상기 래들필러를 일 방향으로 가열 및 가압하도록 구성될 수 있다.

Description

래들필러의 소결 특성 평가 장치{Apparatus for testing sintering characteristic of ladle filler}

본 발명은 래들필러의 소결 특성 평가 장치에 관한 것이다.

용강을 운반하는 래들(Ladle)은 내화물로 제조되는 벽체와, 용강 내의 온도나 성분을 균일화시키기 위해 불활성 가스를 취입할 수 있는 플러그와, 처리가 완료된 용강을 주조하기 위해 벽체의 바닥에 형성되어 용강을 배출시킬 수 있는 배출구를 포함한다.

래들에 마련된 배출구 내에는 탑 노즐(Top Nozzle)이 삽입 설치되고, 래들의 하측에는 연주기와 연결된 쉬라우드 노즐(Shroud Nozzle)이 설치되며, 이러한 탑 노즐과 쉬라우드 노즐 사이에 슬라이딩 노즐(Sliding Nozzle)이 설치된다. 슬라이딩 노즐에는 탑 노즐 및 쉬라우드 노즐 각각의 내부 공간과 연통 가능한 유로가 형성되어 있으며, 슬라이딩 노즐의 동작에 따라 탑 노즐과 쉬라우드 노즐이 상호 연통이 조절된다.

래들의 용강을 턴디쉬로 공급하기 위해 통상적으로, 슬라이딩 노즐을 개방하였을 때, 용강이 쏟아지는 힘에 의해 탑 노즐과 쉬라우드 노즐이 자연 개공되어, 래들의 용강이 턴디쉬로 이동하는 방법을 취한다.

이러한 자연 개공을 위해 용강을 래들에 수강시키기 전에, 래들의 배출구에 다수의 입자, 예컨대 모래와 같은 입자로 이루어진 충전재, 예컨대 필러(Filler)를 투입하고, 래들 내에 용강을 수강한다.

이때, 고온의 용강과 충전재 간의 반응에 의해 소결층이 만들어진다. 그리고 용강을 출강하기 위해서 슬라이딩 노즐을 개방하면, 용강의 철정압에 의해 소결층이 깨지면서 충전재가 탑 노즐과 쉬라우드 노즐에 형성되는 유로를 따라 배출되어 턴디쉬에 빠지고, 이에 배출구 및 탑 노즐이 자연 개공됨에 따라 래들 내의 용강이 턴디쉬로 배출된다.

그런데 필러가 과소결되거나, 소결 부족에 의해 필러 내부로 용강이 유입되어 응고되는 경우, 용강 정압 만으로는 개공이 되지 않는 경우가 발생하게 되는데, 이를 개공 불량이라고 하고 이런 경우에는 산소를 이용하여 강제적으로 필러를 녹이고 용강을 곧바로 턴디쉬에 주입하여야 하는 문제가 발생한다. 용강이 콜렉터 노즐을 통하지 않고 곧바로 턴디쉬로 주입될 경우 대기와 접촉하기 때문에 주편 품질 저하의 원인이 된다.

대한민국공개특허공보 10-2017-0012670

본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 실제 공정상에서 개공 불량이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 실제 공정과 유사한 환경에서 래들필러의 소결 특성을 평가할 수 있는 래들필러의 소결 특성 평가 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치는 내부 공간을 구비하고, 상부가 개방된 형상의 하우징; 상기 하우징에 차례로 적층 삽입되는 래들필러와 금속재; 및 상기 하우징의 외부면을 감싸는 코일부재;를 포함하며, 상기 코일부재는 상기 금속재가 배치된 위치에 대응되는 상기 하우징의 외부면을 감싸도록 제공되어 유도 가열에 의해 상기 금속재를 가열하도록 구성되고, 상기 금속재는 상기 래들필러를 일 방향으로 가열 및 가압하도록 구성되며, 상기 하우징의 외부면을 감싸는 단열부재;를 더 포함하되, 상기 단열부재는 상기 래들필러가 배치된 위치에 대응되는 상기 하우징의 외부면을 감싸도록 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치의 상기 하우징은 세라믹 재질일 수 있다.

삭제

본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치의 상기 코일부재에는 교류전원이 인가될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치는 상기 하우징의 내부에 배치되는 열전대(Thermo-Couple)을 구비하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치의 상기 하우징의 외부면에는 내화재가 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치는, 실제 공정과 유사한 환경에서 래들필러의 소결 특성을 평가할 수 있으므로, 실제 공정상에서 개공 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 래들필러의 사용 예를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 래들필러가 과소결시 나타나는 개공 불량을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 래들필러가 소결 부족시 나타나는 개공 불량을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치에 의해 래들필러가 소결된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 래들필러의 사용 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

또한, 도 2는 래들필러가 과소결시 나타나는 개공 불량을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 래들필러가 소결 부족시 나타나는 개공 불량을 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 연속주조장치는, 용강(M)이 저장되는 래들(10)과, 래들(10)로부터 용강을 공급받는 턴디쉬, 래들(10) 내의 용강(M)을 턴디쉬에 공급하는 노즐 유닛을 포함한다.

그리고, 도면에 도시되지 않았으나, 턴디쉬의 하부에는 턴디쉬로부터 용강(M)을 제공받아 용강(M)을 1차 냉각시키는 주형과, 턴디쉬 내 용강(M)을 주형으로 공급하는 침지노즐를 포함할 수 있다.

래들(10)에는 내부에 용강(M)을 수용할 수 있도록 내부에 용강(M)이 수용되는 공간이 형성된다. 그리고 래들(10)의 하부, 예컨대 바닥에는 래들(10) 내에 수용되는 용강(M)을 턴디쉬로 공급할 수 있도록 용강을 배출시키는 배출구(11)가 형성될 수 있다.

노즐 유닛은 래들(10)의 배출구(11)에 연결되는 탑 노즐(12)과, 래들(10)의 저면에서 탑 노즐(12)과 연결되어 탑 노즐(12)을 개폐하는 슬라이딩 노즐(14)과, 슬라이딩 노즐(14)의 하부에 구비되는 콜렉터 노즐(15)을 포함할 수 있다. 이때, 노즐 유닛 중 탑 노즐(12)은 래들(10)의 배출구(11)에 삽입 및 고정되며, 배출구(11)에는 탑 노즐(12)을 고정시킬 수 있도록 웰블럭(13)이 마련될 수 있다.

이들 노즐 유닛은 내부가 서로 연통되도록 구비되어 래들(10)에서 턴디쉬로 공급되는 용강(M)의 이동 경로로 사용될 수 있다. 이때, 슬라이딩 노즐(14)은 용강(M)이 이동하는 방향에 교차하는 방향으로 이동 가능하도록 형성되어, 탑 노즐(12)과, 콜렉터 노즐(15) 내부에 형성되는 유로를 연통 또는 차단하여 용강(M)의 흐름 및 유량을 조절할 수 있다.

이와 같이 노즐 유닛 중 슬라이딩 노즐(14)의 작동을 통해 래들(10)에 수용되는 용강(M)을 턴디쉬로 공급하게 되는데, 용강(M)을 래들(10)에 수강할 때나 래들(10)에 수강된 용강(M)을 이동시키는 과정에서 용강(M)이 탑 노즐(12)이나 슬라이딩 노즐(14)과 접촉하는 경우 탑 노즐(12)이나 슬라이딩 노즐(14)의 막힘 현상이 발생할 수 있으므로, 래들(10)에는 배출구(11)를 폐쇄하는 충전재인 래들필러(1)가 마련되어 있다.

즉, 용강(M)이 탑 노즐(12)이나 슬라이딩 노즐(14)과 접촉하게 되면 용강(M)이 응고되어 탑 노즐(12)이 막히거나 슬라이딩 노즐(14)의 작동 오류가 발생할 수 있으므로 래들필러(1)를 통해 용강(M)과 탑노즐(210) 및 슬라이딩 노즐(220)이 접촉하는 것을 차단하는 것이다.

래들필러(1)는 배출구(11) 내부에 충전되어 웰블럭(13) 및 탑 노즐(12)과 접촉하도록 충전될 수 있다.

래들필러(1)는 배출구(11) 내에서 고온의 용강(M)에 의해 소결층으로 형성되어 있다가, 주조를 위해 슬라이딩 노즐(14)을 작동시켜 탑 노즐(12)과 콜렉터 노즐(15) 사이를 개방하면, 용강(M)의 철정압에 의해 깨지면서 노즐 유닛 내 유로를 따라 배출되어 턴디쉬 내 용강(M)으로 떨어진다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 래들필러(1)의 소결층(2)이 지나치게 두꺼운 경우, 예컨대 래들필러(1)가 과소결되는 경우 용강 정압 만으로는 개공이 되지 않는 경우가 발생하게 되는데, 이를 개공 불량이라고 한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 래들필러(1)의 소결층이 지나치게 얇은 경우, 예컨대 래들필러(1)에 소결 부족현상이 발생하는 경우, 용강(M)이 래들필러(1)에 침투하여 응고하는 현상이 발생하게 되며 이에 의해 개공 불량이 발생하게 된다.

이와 같이, 개공 불량이 발생하는 경우에는 산소를 이용하여 강제적으로 래들필러(1)를 녹여야 하므로 공정시간이 지연되고, 이 과정에서 조업 위험도가 매우 높아지므로, 래들필러(1)의 소결 특성에 대한 평가를 통해 개공 불량이 발생하는 것을 방지할 필요가 있다.

일반적으로, 래들필러(1)의 소결 특성을 평가하기 위하여, 고온 로(Furnace) 내에서 래들필러(1)를 가열하고, 일정 시간 가열 후 냉각시킨 다음 고온 로에서 꺼내어 소결 특성을 평가하게 된다.

그러나, 이와 같은 방식은, 래들필러(1)가 소결되는 실제 공정상에서의 환경을 고려하지 않고, 단순히 래들필러(1)를 전체적으로 가열하여 소결 특성을 파악하는 것이므로, 실제 공정상에서의 래들필러(1)의 소결 특성을 파악하기 어렵다.

즉, 실제 공정상에서는 용강(M)과 래들필러(1)가 직접적으로 접촉하고 있으므로, 고온의 용강(M)에 의해 래들필러(1)가 일 방향으로 가열 및 가압되어 소결이 이루어지며, 용강(M)과 래들필러(1)의 화학 반응에 의해 래들필러(1)의 소결 특성에 변화가 일어날 수 있으므로, 이러한 점을 고려하여 래들필러(1)의 소결 특성을 평가할 필요가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치에 의해 래들필러가 소결된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치는 하우징(100), 하우징(100)의 외부면을 감싸는 단열부재(400)와 코일부재(500), 및 하우징(100)의 내부 온도를 측정하고 제어하기 위한 제어부(700)를 포함한다.

하우징(100)은 내부 공간을 구비하는 원통 형상일 수 있으며, 상부가 개방된 형상일 수 있다. 또한, 하우징(100)은 절연 재질일 수 있다. 일 예로, 하우징(100)은 세라믹(Ceramic) 재질일 수 있다.

또한, 하우징(100)의 외부면에는 고온에서 견딜 수 있도록 내화재가 구비될 수 있다. 내화재는 산화 알루미늄(Al₂O₃) 또는 산화 마그네슘(MgO)일 수 있다.

하우징(100)의 내부에는 래들필러(200)와 금속재(300)가 차례로 적층 삽입된다.

일 예로, 하우징(100)의 내부에는 기설정된 높이까지 래들필러(200)가 삽입되고, 래들필러(200)의 상부에는 금속재(300)가 삽입 배치된다.

단열부재(400)는 하우징(100)의 외부면 일부를 감싸도록 구비된다. 일 예로, 래들필러(200)가 삽입된 위치에 대응되는 하우징(100)의 외부면에는 단열부재(400)가 배치될 수 있다.

따라서, 단열부재(400)에 의해 외부의 열이 래들필러(200)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.

코일부재(500)도 하우징(100)의 외부면 일부를 감싸도록 구비된다. 일 예로, 금속재(300)가 삽입 배치된 위치에 대응되는 하우징(100)의 외부면에 코일부재(500)가 배치될 수 있다.

도면에 도시되지는 않았으나, 고주파 교류 전원을 인가하는 전원공급원이 코일부재(500)에 연결될 수 있다.

코일부재(500)에 고주파 교류 전원이 인가되면, 유도기전력에 의해 발생된 와전류(Eddy Current)로 인하여 하우징(100) 내부에 배치된 금속재(300)가 가열되게 된다.

즉, 유도 가열에 의해 금속재(300)가 가열되며, 하우징(100) 내부에 배치된 래들필러(200)는 실제 공정과 마찬가지로 고온의 금속재(300)에 의해 일 방향으로 가열 및 가압되어 소결이 이루어지게 된다.

따라서, 실제 공정과 마찬가지로 래들필러(200)가 고온의 금속재(300)와 직접적으로 접촉한 상태에서 일 방향으로 가열 및 가압되어 소결이 이루어지게 되므로, 래들피러(200)의 소결 특성을 정확하게 평가할 수 있고, 이에 따라 실제 공정시에 개공 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

제어부(700)는 하우징(100) 내에 배치된 열전대(Thermo-Couple, 600)를 통해 래들필러(200) 및 금속재(300)의 온도를 측정하고, 금속재(300)의 온도를 제어하게 된다.

열전대(600)가 관통하는 하우징(100)의 관통홀은 절연본드(800)에 의해 밀폐될 수 있다.

코일부재(500)를 통한 유도 가열에 의해 금속재(300)를 기설정된 온도(일 예로,1450°C) 및 기설정된 시간(60분)동안 가열한 후, 하우징(100)을 급냉 처리하고 수직 방향으로 절단하여 래들필러(200)에 형성된 소결층 두께, 형상 및 성분 변동 등의 특성을 평가할 수 있다.

즉, 도 5를 참조하면, 일 방향 가열 및 가압에 의해 금속재(300)와 가까운 위치에서는 래들필러(200)가 소결되었으나, 금속재(300)와 떨어진 위치에서는 래들필러(200)가 소결되지 않고 하우징(100)의 절단 과정에서 소실된 것을 알 수 있다.

실제 평가 대상은 래들필러(200)에 형성된 소결층이므로, 금속재(300)와 래들필러(200)의 계면 부근에 형성된 소결층을 통해 래들필러(200)의 소결 특성을 평가할 수 있다.

이상의 실시예를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 래들필러의 소결 특성 평가 장치는, 실제 공정과 유사한 환경에서 래들필러의 소결 특성을 평가할 수 있으므로, 실제 공정상에서 개공 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

100: 하우징
200: 래들필러
300: 금속재
400: 단열부재
500: 코일부재
600: 열전대
700: 제어부
800: 절연본드

Claims

내부 공간을 구비하고, 상부가 개방된 형상의 하우징;
상기 하우징에 차례로 적층 삽입되는 래들필러와 금속재; 및
상기 하우징의 외부면을 감싸는 코일부재;를 포함하며,
상기 코일부재는 상기 금속재가 배치된 위치에 대응되는 상기 하우징의 외부면을 감싸도록 제공되어 유도 가열에 의해 상기 금속재를 가열하도록 구성되고, 상기 금속재는 상기 래들필러를 일 방향으로 가열 및 가압하도록 구성되며,
상기 하우징의 외부면을 감싸는 단열부재;를 더 포함하되, 상기 단열부재는 상기 래들필러가 배치된 위치에 대응되는 상기 하우징의 외부면을 감싸도록 제공되는 래들필러의 소결 특성 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 세라믹 재질인 래들필러의 소결 특성 평가 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 코일부재에는 교류전원이 인가되는 래들필러의 소결 특성 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내부에 배치되는 열전대(Thermo-Couple)을 구비하는 제어부;를 더 포함하는 래들필러의 소결 특성 평가 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 외부면에는 내화재가 구비되는 래들필러의 소결 특성 평가 장치.