KR102132983B1 - 노즐 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복수의 내화물 부재로 구성되어 조인트부가 존재하는 용강 배출용 노즐 구조체에 있어서 그 시일성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 노즐 구조체는, 내공(5)을 갖는 용강 배출 경로를 상하 방향으로 분할하여 접합하는 조인트부를 하나 또는 복수 개소에 구비한 용강 배출용 노즐 구조체에 있어서, 상기 노즐 구조체의 내공면에 내화물로 이루어지는 내공 슬리브(6)를 상기 조인트부의 적어도 하나를 상하 방향으로 걸치도록 설치한 것이다.

Description

노즐 구조체

본 발명은 용강 배출용 노즐 구조체에 관한 것이다.

예를 들어 턴디쉬로부터 용강을 배출하기 위한, 그 용강 도입구로부터 주형까지의 용강 배출 경로로서의 노즐 구조체는, 그 용강 배출 방향(상하 방향)으로 복수로 분할한 내화물 부재로 구성되는 경우가 있다. 이는 용강 배출에 있어서의 유량 제어 기능을 이 노즐 구조체의 일부에서 동적으로 행하기 위해, 또는 용강 배출 경로의 부위마다 다른 손상 등에 대해 내용성(耐用性)의 균형을 최적화하거나 부분적인 교환을 가능하게 하기 위해서이다.

이러한 복수의 내화물 부재를 조합한 노즐 구조체에서는, 그 내화물 부재 사이에는 필연적으로 조인트부가 존재하게 된다. 이들 조인트부에서는, 슬라이딩 노즐 등의 슬라이딩을 수반하는 부분에 관해서는 줄눈재나 시일재는 사용할 수 없기 때문에, 이른바 빈 줄눈으로의 접촉 구조가 되고, 다른 슬라이딩이 없는 부분에서는 모르타르나 시일재를 설치하는 경우가 많다. 그러나, 이들 조인트부로부터는 줄눈재 등의 유무에 따른 정도의 차이는 있지만, 이 노즐 구조체의 내공에 외기를 끌어들이기 쉽다(도 13 참조). 외기를 끌어들였을 때는 내공에 알루미나 개재물 등의 부착 내지는 폐색, 산화물 증가, 기타 강(鋼)의 품질 저하 등을 초래한다.

이 외기를 끌어들이는 것에 대한 대책으로서, 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이, 유량 제어 기능을 노즐이 아니라 그 상부에 설치한 스토퍼(7)에서 행하고, 노즐 부분은 줄눈이 없는 일체형 침지 노즐로 하는 구조가 채용되는 경우도 있다. 그러나, 강의 연속 주조에서는 다연속 주조화 등에 의해 주조 시간이 장시간에 이르는 경향이 있고, 침지 노즐 등의 노즐의 일부를 교환하기 위해 복수의 분할된 내화물 부재로 구성하는 구조도 여전히 필요한 경우가 있으며, 이러한 경우에는 조인트부가 여전히 존재하게 된다.

이 조인트부에 관한 외기 끌어들임에 대한 대책으로서, 특허문헌 1에는 「주조용 노즐 내화물과 이 내화물의 외주에 배치된 케이스의 사이에 형성된 간극에, 상기 내화물의 외주 또는 내주의 적어도 일부를 덮도록 금속 파이프를 배치하고, 이 금속 파이프에 복수의 가스 분출공 또는 슬릿을 마련하여, 금속 파이프의 적어도 일단으로부터 가스를 도입하여 내화물의 주위 근방을 가스 시일하는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.」이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 평11-104814호 공보

상기의 특허문헌 1에서는, 가스(비활성 가스)를 도입하여 가스 시일하므로, 외기 즉 용강에 있어서 특히 유해한 산소를 끌어들이는 위험은 감소시킬 수 있지만 가스(비활성 가스)는 여전히 끌어들인다. 가스(비활성 가스)를 끌어들인 경우는 용강이나 내화물의 산화에 따른 여러 가지 문제는 감소하지만, 강 중에 핀홀 등의 품질 불량을 초래하는 위험성은 남는다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 복수의 내화물 부재로 구성되어 조인트부가 존재하는 용강 배출용 노즐 구조체에 있어서 그 시일성을 향상시키는 것에 있다.

본 발명은 다음 1~7의 노즐 구조체를 제공한다.

1. 용강 배출 경로를 상하 방향으로 분할하여 접합하는 조인트부를 하나 또는 복수 개소에 구비한 용강 배출용 노즐 구조체로서, 상기 노즐 구조체의 내공면에 내화물로 이루어지는 내공 슬리브가 상기 조인트부의 적어도 하나를 상하 방향으로 걸치도록 설치되어 있는 노즐 구조체.

2. 상기 내공 슬리브는 접착재를 개재하여 상기 내공면에 설치되어 있는, 상기 1에 기재된 노즐 구조체.

3. 상기 내공 슬리브의 내공측의 상단부는 곡면 또는 경사면인, 상기 1 또는 2에 기재된 노즐 구조체.

4. 상기 하나 또는 복수의 조인트부에 대응하는 수평 위치의 상기 내공 슬리브의 외주에, 하나 또는 복수의 비연속의 오목부 혹은 연속된 홈부를 설치한, 상기 1 내지 상기 3 중 어느 하나에 기재된 노즐 구조체.

5. 상기 하나 또는 복수의 비연속의 오목부 혹은 연속된 홈부는, 상기 조인트부로부터 하방의 노즐의 슬라이딩 방향 또는 해체 제거를 위한 가압 방향의 전후 중 어느 하나 혹은 양쪽의 면에 상대적으로 많이 배치한, 상기 4에 기재된 노즐 구조체.

6. 상기 내공 슬리브를 이루는 내화물은, 노즐 구조체 본체의 내화물보다 난부착성(難付着性)이 높은, 상기 1 내지 상기 5 중 어느 하나에 기재된 노즐 구조체.

7. 상기 내공 슬리브는, CaO 성분을 약 15질량% 이상, 잔부에 MgO를 함유하고, CaO/MgO 질량비가 0.1 이상 1.5 이하인 내화물로 이루어지는, 상기 6에 기재된 노즐 구조체.

본 발명에 의하면, 노즐 구조체의 내공면에 조인트부의 적어도 하나를 상하 방향으로 걸치도록 내공 슬리브를 설치함으로써, 노즐 구조체의 시일성이 향상된다. 그리고, 모든 조인트부를 상하 방향으로 걸치도록 내공 슬리브를 설치하면, 조인트부가 없는 일체적인 구조의 노즐과 동일한 정도의 시일성을 얻을 수 있다.

또한, 내공 슬리브의 외주에 오목부나 홈부를 마련함으로써, 노즐 구조체의 특정 장소에서 부러뜨려 떼어내는 등의 경우에도 시일성을 해치지 않고 안전하게, 또한 소정의 부위에서 정확하게 분리할 수 있고, 그 후에 교환품을 설치하는 경우에도 접합면에서의 요철 등이 작아 접합의 정밀도를 높게 유지하며 게다가 용이하게 분리나 장착 작업을 행할 수 있다.

더욱이 내공면의 손상이나 알루미나 개재물의 부착 등에 대한 특성이 다른 다양한 재질·물성을 구비하는 내화물을 자유롭고 용이하게 선택하여 적용하는 것이 가능해진다. 나아가서는 강의 품질 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 노즐 구조체의 일례의 이미지도로, (a)는 상부 노즐, 상부 플레이트, 중간 플레이트, 하부 플레이트, 하부 노즐 및 침지 노즐로 구성되는 예, (b)는 상부 노즐 및 침지 노즐로 구성되는 예이다.
도 2는, 본 발명의 노즐 구조체에 있어서, 용강 배출 경로를 상하 방향으로 분할하여 접합하는 조인트부와 내공 슬리브의 조인트부가 일치하지 않는 예를 나타내는 이미지도이다.
도 3은, 상대적으로 하방에 설치하는 노즐(내화물 부재)의 내공면 상단부에 노치, 즉 내공측으로 향하여 하방에 경사 또는 곡면을 갖는 예를 나타내는 이미지도이다.
도 4는 본 발명의 내공 슬리브의 일례를 나타내는 이미지도로, (a)는 상면도, (b)는 종단면도이다.
도 5는, 본 발명의 내공 슬리브의 내측(내공측)의 상단을 곡면 또는 경사면으로 한 예를 나타내는 종단면의 이미지도이다.
도 6은, 본 발명의 노즐 구조체에 있어서, 노즐 구조체의 내공면과 그 내측에 설치한 내공 슬리브의 내공면이 동일한 면인 예를 나타내는 이미지도이다.
도 7은, 본 발명의 노즐 구조체에 있어서, 노즐 구조체의 내공면과 그 내측에 설치한 내공 슬리브의 내공면이 하단부만 동일한 면인 예를 나타내는 이미지도이다.
도 8은, 본 발명의 내공 슬리브의 외주 일부에 오목부 또는 홈부를 하나 또는 분할하여 마련한 예를 나타내는 종단면의 이미지도이다.
도 9는, 도 8의 외주 일부에 오목부를 분할하여 4개소에 마련한 예를 나타내는 도 8의 A-A단면의 이미지도이다.
도 10은, 도 8의 외주 일부에 원주 방향으로 연속되는 홈부를 1개 마련한 예를 나타내는 도 8의 A-A단면의 이미지도이다.
도 11은, 도 1의 (a)의 노즐 구조체에 있어서, 침지 노즐을 상단의 접합면 위치에서 내공 슬리브를 부러뜨려 떼어내는 경우, 또는 내공 슬리브를 용강 도입구로부터 침지 노즐 상단면까지의 영역에 설치한 경우의 이미지도이다.
도 12는, 도 2의 요령으로 침지 노즐을 떼어낸 후에 침지 노즐을 더 설치한 경우의 이미지도이다.
도 13은, 종래의 상부 노즐, 3장 구성의 슬라이딩 노즐 플레이트, 하부 노즐 및 침지 노즐로 구성된, 조인트부를 구비한 노즐 구조체의 예와, 조인트부로부터 외기를 끌어들이는 경우의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 14는, 조인트부가 없는 일체적인 구조의 노즐(침지 노즐)의 예를 나타내는 이미지도이다.

본 발명의 노즐 구조체의 전형적이고 분할수 즉 줄눈수가 가장 많은 형태는, 상부 노즐, 3장 구성의 슬라이딩 노즐 플레이트(상부 플레이트, 중간 플레이트, 하부 플레이트), 중간 노즐, 하부 노즐, 침지 노즐 등의 복수의 내화물 부재로 구성되는 경우이다. 그러나, 이 형태로 한정할 필요는 없고, 상기 각 내화물 중 어느 2개 이상의 조합에 의한 형태 중 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 도 1의 (a)는 상부 노즐(1), 상부 플레이트(2a), 중간 플레이트(2b), 하부 플레이트(2c), 하부 노즐(3) 및 침지 노즐(4)로 구성되는 예, 도 1의 (b)는 상부 노즐(1) 및 침지 노즐(4)로 구성되는 예이다. 즉, 본 발명의 노즐 구조체는, 내공(5)을 갖는 용강 배출 경로를 상하 방향으로 분할하여 접합하는 조인트부를 하나 또는 복수 개소에 구비한 용강 배출용 노즐 구조체이다. 그리고, 본 발명의 노즐 구조체에는, 상기 노즐 구조체의 내공면에 내화물로 이루어지는 내공 슬리브(6)가 상기 조인트부의 적어도 하나를 상하 방향으로 걸치도록 설치되어 있다.

이 내공 슬리브(6)는, 시일성을 보다 확실히 하고 나아가 높이기 위해서는, 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 분할하지 않고 일체적인 구조로 하며, 모든 조인트부를 상하 방향으로 걸치도록 설치하는 것이 가장 바람직하다. 단, 내공 슬리브는 조인트부의 적어도 하나를 상하 방향으로 걸치도록 설치하면 시일성 향상에 기여한다.

또한, 내공 슬리브(6)는 도 2에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 복수개로 분할하는 것도 가능한데, 이러한 분할 구조로 하는 경우, 그 분할 부분 즉 줄눈 부분(A1)은, 노즐 구조체 본체인 용강 배출 경로의 분할 부분 즉 조인트부(B1, B2)와 일치하지 않게 할 필요가 있다. 다시 말하면, 본 발명에서 내공 슬리브가 조인트부를 상하 방향으로 걸친다는 것은, 상기 조인트부에 대응하는 내공 슬리브의 상하 방향의 수평 위치에서는 내공 슬리브가 상하 방향으로 분할되지 않은 연속체임을 의미한다. 노즐 구조체 외부로부터 외기(가스)를 끌어들이는 것을 효과적으로 억제하기 위해서는, 내공 슬리브(6)의 줄눈 부분(A1)과 노즐 구조체 본체의 조인트부(B1, B2)의 상하 방향의 간격(길이)(L)은 경험상 내공 슬리브(6)의 두께 이상인 것이 바람직하다.

또한, 내공 슬리브를 설치하는 경우, 노즐 구조체를 구성하는 각 노즐(내화물 부재)의 수평 방향의 위치가 소정의 위치에 정확하게 존재하는 것이 필요하다. 이 노즐마다의 상대적인 수평 위치는 그 세트 장치 등에 의해 결정되지만, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 상대적으로 하방에 설치되는 노즐의 내공면 상단부에는, 상방의 노즐과 하방의 노즐 간의 수평 방향의 상대적인 정밀도 이상의 길이의 잘라낸 부분, 즉 내공측으로 향하여 하방으로 경사 또는 곡면을 갖는 부분을 마련해 두는 것이 바람직하다. 이에 의해, 노즐 구조체의 내공에 상방으로부터 내공 슬리브를 장입할 때에 원활하게 설치할 수 있다.

내공 슬리브(6)의 형상은 도 4에 도시된 바와 같이 전형적으로 원통형이지만, 그 내공측의 상단부는, 도 5에 도시된 바와 같이 곡면 또는 경사면으로 하여, 가능한 한 용강의 배출 방향에 대해 작은 각도 또는 완만하게 점증하는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 용강의 배출 방향에 대해 예를 들어 수평 방향의 면과 같이 큰 각도를 갖는 단차 구조로 하면, 그 부분에서 용강류가 크게 흐트러져 개재물 부착, 내공 슬리브의 국부 손상 등을 초래할 우려가 있다.

또한, 내공 슬리브(6)의 내공면(6a)은, 도 6에 도시된 바와 같이 노즐 구조체의 내공면(5a)과 동일한 면으로 할 수 있다. 이에 의해, 내공 슬리브(6)의 상단부 및 하단부에서의 내공면의 단차부를 없앨 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 내공 슬리브(6)의 하단부에서만 내공면의 단차부를 없애도록 할 수도 있다. 이 하단부에서의 단차부도 그 부분에서 와류 등의 용강류의 흐트러짐(난류화)을 일으키는 기점이 되는 경우가 있다. 이러한 경우에 내공 슬리브(6)의 하단부에서만 내공면의 단차부를 없애는 것만으로도 용강류의 흐트러짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 내공 슬리브(6)의 하단부를 노즐 구조체의 내공면(5a)과 동일한 지름(동일한 면)으로 함으로써, 내공 슬리브(6)의 하방으로의 낙하나 어긋남을 방지할 수도 있다. 내공 슬리브(6)의 하방으로의 낙하나 어긋남을 방지하기 위해, 내공 슬리브(6)의 하단부 직하(直下) 부근의 노즐 구조체의 내공면(5a)에 돌기부나 경사부를 구비해도 된다.

내공 슬리브(6)의 외주에는, 도 8에 도시된 바와 같이 하나 또는 복수의 비연속의 오목부(6b) 또는 연속된 홈부(6c)를 마련할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 예에서는 내공 슬리브(6)의 외주 일부에 오목부(6b)를 분할하여 4개소에 마련하고, 도 10의 예에서는 내공 슬리브(6)의 외주 일부에 원주 방향으로 연속되는 홈부(6c)를 1개 마련하고 있다. 이들 오목부(6b) 또는 홈부(6c)는, 노즐 구조체 본체의 조인트부에 대응하는 수평 위치의 내공 슬리브(6)의 외주에 마련한다. 그 이유는 다음과 같다. 우선, 긴급시 또는 노즐 구조체의 내화물 부재(부품)의 일부를 교환하는 등을 위해, 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이 침지 노즐(4)을 그 상단의 접합면 위치에서 떼어내는 경우, 내공 슬리브(6)가 내측에 설치되어 있으면 내공 슬리브(6)가 불규칙한 위치에서 복잡한 형태로 파괴될 가능성이 있고, 또한 파괴 자체가 어려워질 가능성이 있다. 그래서, 전술한 바와 같이 노즐 구조체 본체의 조인트부에 대응하는 수평 위치(도 11의 경우는 침지 노즐(4)의 상단부에 상당하는 수평 위치)의 내공 슬리브(6)의 외주에 오목부(6b) 또는 홈부(6c)를 마련함으로써, 내공 슬리브(6)를 파괴하기 쉽게 하고, 나아가 원하는 소정의 위치로부터 높은 정밀도로 파괴할 수 있다(도 12 참조).

상기의 「긴급시」란 스토퍼 제어에 이상을 일으켜 스토퍼 이외의 장소에서 노즐을 닫고 용강류를 정지하는 경우, 예를 들어 노즐 구조체의 일부가 슬라이드 가능하게 되어 있고, 그 슬라이드에 의해 내공 슬리브를 그 슬라이드부에서 부러뜨려 분리하는 경우 등을 들 수 있다. 또한, 상기의 「노즐 구조체의 내화물 부재(부품)의 일부를 교환한다」는 것은, 예를 들어 침지 노즐을 수평 방향으로 슬라이드, 또는 비스듬하게 하방에 기계적으로 하중을 가하여 내공 슬리브를 파괴하여 침지 노즐을 떼어내고 그 후 다시 다른 침지 노즐을 수평 방향으로 슬라이드시키거나 하방으로부터 장착하는 경우를 들 수 있다. 이들 중 어떤 경우든 내공 슬리브는 용이하고 요철이 적은 고정밀도로 파괴되는 것이 바람직하다.

이들 오목부(6b) 또는 홈부(6c)는, 상기 노즐 구조체 본체의 조인트부로부터 하방의 노즐의 슬라이딩 방향 또는 해체 제거를 위한 가압 방향의 전후 중 어느 하나 또는 양쪽의 면에 상대적으로 많이 배치하는 것이 바람직하다. 슬라이딩 방향 또는 가압 방향의 외주가 응력의 기점이 되기 때문이다.

또한, 내공 슬리브(6)는 모르타르 등의 접착재를 개재하여 노즐 구조체의 내공면에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 내공 슬리브(6)를 설치함으로써 가스를 끌어들이는 위험성은 경감하지만, 접착재를 사용하지 않는 경우는 가스가 통과하지 못할 정도로 접합면의 면 정밀도를 높이는 등의 연구가 필요하다. 이는 비용면에서도 현실적이지 않다.

접착제(모르타르)는 노즐 구조체의 조성에 따라, 이들에 용융 등을 발생시키지 않는 재질 등, 일반적으로 노즐 구조체용으로 사용되고 있는 재질이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명자들의 경험상 지견에서는, 예를 들어 겉보기 기공률이, 약 1000℃~1400℃ 정도의 열처리 후에 대략 30% 이하 정도의 모르타르이면 가스 등이 내공까지 통과하는 일은 없다.

한편, 내공 슬리브(6)의 내공면에서의 알루미나 등의 비금속 개재물이나 지금(地金; base metal)의 부착 내지 성장은, 주조 중의 용강류의 흐트러짐이나 주조 속도 저하 등의, 조업면에서 강의 품질이나 생산성에 악영향을 미친다. 나아가 침지 노즐을 비롯한 노즐의 해체 또는 분리가 어려워진다. 그래서, 내공 슬리브(6)를 이루는 내화물은 노즐 구조체 본체의 내화물보다 난부착성이 높은 재질로 함으로써, 내공면에 알루미나 등 개재물의 부착을 경감할 수 있고, 나아가 지금의 부착 내지 성장을 경감할 수 있다. 난부착성이 높은 재질로서는, 예를 들어 CaO 성분을 약 15질량% 이상, 잔부에 MgO, ZrO₂, 탄소 등의 내화 성분을 포함하고 CaO/MgO 질량비가 0.1 이상 1.5 이하인 내화물, 그 밖의 용강이나 용강 중 성분과 반응하여 표면을 매끄럽게 하는 화학 조성을 함유·조정한 재질, 또는 표면의 평활도를 높인 재질 등을 들 수 있다.

이상의 실시형태에서는, 턴디쉬로부터 주형에 용강을 배출하기 위한 노즐 구조체를 예로 설명하였지만, 본 발명의 적용 범위는 턴디쉬용으로 한정되지 않고, 용강 배출용의 다른 노즐 구조체에 적용할 수도 있다.

1 상부 노즐
2a 상부 플레이트
2b 중간 플레이트
2c 하부 플레이트
3 하부 노즐
4 침지 노즐
5 내공
5a 내공면
6 내공 슬리브
6a 내공면
6b 오목부
6c 홈부
7 스토퍼

Claims (7)

1. 용강 배출 경로를 상하 방향으로 분할하여 접합하는 조인트부를 하나 또는 복수 개소에 구비한 용강 배출용 노즐 구조체로서,
   상기 상하 방향으로 분할한 노즐 구조체의 적어도 하나의 노즐은, 조업중에 수평 방향으로 슬라이드되는 것이 가능하게 되어 있으며,
   상기 노즐 구조체의 내공면에, 내화물로 이루어지는 내공 슬리브가, 적어도 상기 조업중에 수평 방향으로 슬라이드되는 것이 가능한 노즐의 상방 또는 하방의 노즐 사이의 조인트부를 포함하여 상하 방향으로 걸치도록 설치되어 있는 노즐 구조체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 내공 슬리브는 접착재를 개재하여 상기 내공면에 설치되어 있는 노즐 구조체.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 내공 슬리브의 내공측의 상단부는 곡면 또는 경사면인 노즐 구조체.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 하나 또는 복수의 조인트부에 대응하는 수평 위치의 상기 내공 슬리브의 외주에, 하나 또는 복수의 비연속의 오목부 혹은 연속된 홈부를 설치한 노즐 구조체.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 하나 또는 복수의 비연속의 오목부 혹은 연속된 홈부는, 상기 조인트부로부터 하방의 노즐의 슬라이딩 방향 또는 해체 제거를 위한 가압 방향의 전후 중 어느 하나 혹은 양쪽의 면에 상대적으로 많이 배치한 노즐 구조체.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 내공 슬리브를 이루는 내화물은 노즐 구조체 본체의 내화물보다 난부착성이 높은 노즐 구조체.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 내공 슬리브는, CaO 성분을 15질량% 이상, 잔부에 MgO를 함유하고, CaO/MgO 질량비가 0.1 이상 1.5 이하인 내화물로 이루어지는 노즐 구조체.

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