KR102218885B1 - 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스토퍼 바디 및 스토퍼 헤드를 포함하는 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼에 관한 것으로 상기 스토퍼 바디에 롤링 방지 슬래그 링을 설치하며 상기 롤링 방지 슬래그 링은 상부 곡면과 하부 곡면에 의해 둘러싸여 있고 상기 상부 곡면과 스토퍼 중심선에 따른 단면의 교차선은 아래로 오목한 곡선이며 상기 교차선은 지수 함수 곡선이고 교차선의 곡선 방정식은 y=2e0.5x이며 x의 값의 범위는 -2.3<x<3.6이다. 본 새로운 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼는 롤링 방지 기능 세그먼트의 독특한 형상에 의해 턴디쉬 용강 합류 와류의 발생을 약화시키거나 상쇄시키고 연속 주조 슬래그의 위험을 감소시키는 목적을 달성함으로써 강철 빌릿의 품질과 수율을 향상시켜 제철 공장의 생산 원가를 크게 감소시킨다.

Description

연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼{Continuous casting slag entrapment preventing plug rod}

본 발명은 연속 주조를 위한 기능성 내화 재료 분야에 관한 것으로 특히 새로운 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼에 관한 것이다.

연속 주조 기술은 용강을 직접 캐스팅하여 성형하는 첨단 기술이다. 세계의 주요한 철강 생산국은 이미 90% 이상의 연속 주조 비율을 달성하였다. 연속 주조 과정에서 용강은 레이들로부터 긴 노즐을 통해 턴디쉬에 진입하고 용강이 2차적으로 산화되는 것을 방지하고 보온 요구를 위해 턴디쉬 용강 액면에 한 층의 턴디쉬 피복제를 편다. 용강이 턴디쉬 강철 출구를 통해 턴디쉬로부터 흘러나오는 과정에서 용강의 액면이 일정한 높이에 도달하면 턴디쉬 강철 출구 상방향에서 합류 와류를 발생하여 턴디쉬강 액면의 피복제가 와류 중심을 따라 동반되어 빌릿의 품질에 영향을 미쳐 빌릿의 수율이 감소되고 제철 공장의 생산 단가가 증가된다.

선행기술에 있어서, 중국특허공개번호CN1730202A는 스토퍼를 공개하였는데 이는 스토퍼 바디에 원주 플랜지가 설치되며 용강의 작은 불순물 입자가 스토퍼 주위로부터 하부를 향해 유동하는 과정에서 스토퍼 주위의 상부 원주 플랜지를 접촉하여 포획되거나 상부에 붙어있거나 상부에서 축적되어 상응한 부력을 구비한 후 슬래그에 진입함으로써 용강에 침입하지 않는다.

중국특허공개번호CN101979189A는 연속 주조를 위한 웨이브형 스토퍼를 공개하였는데 스토퍼 헤드에는 적어도 축선을 따라 제1 원형 테이블 및 제2 원형 테이블이 순차적으로 설치되어 있어 와류의 발생을 방지하여 용강 유동의 안정성을 향상시킬 수 있다.

중국특허공개번호CN204842955U는 긴 수명의 스토퍼 슬래그 어셈블리를 공개하였고 슬래그 방지 링이 설치되며 상기 스토퍼는 스토퍼의 외곽에 접촉 불가능하게 설치되고 상기 슬래그 방지 링은 작동 과정에서 스토퍼 하단부의 제1 위치로부터 스토퍼의 중부 또는 중부 근처의 제2 위치로 이동하며 보스는 용강 와류의 발생을 효과적으로 방지할 수 있어 용강 액면의 평온한 상태를 확보함으로써 실수로 플래그의 침입을 방지한다.

중국특허공개번호CN106735153A는 스토퍼를 공개하였고 스토퍼 바디는 복수개의 환형 보스가 설치되며 환형 보스는 용강의 유속을 감소시켜 용강의 유동 방향을 변화시킴으로써 용강 액면이 평온하도록 한다.

상기 여러가지 방법은 와류의 발생을 어느 정도 감소시킬 수 있지만 효과는 여전히 이상적이지 않다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강철 출구 상방향의 와류를 감소시킬 수 있는 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼는 스토퍼 바디 및 스토퍼 헤드를 포함하고 상기 스토퍼 바디에 롤링 방지 슬래그 링을 설치하며 상기 롤링 방지 슬래그 링은 상부 곡면과 하부 곡면에 의해 둘러싸여 있고 상기 상부 곡면과 스토퍼 중심선에 따른 단면의 교차선은 아래로 오목한 곡선이다.

바람직하게는, 상기 교차선은 지수 함수 곡선이다.

바람직하게는, 상기 교차선의 지수 함수 곡선 방정식은 y=2e^0.5x이고 x의 값의 범위는 -2.3<x<3.6이다.

상기 롤링 방지 슬래그 링은 스토퍼 헤드의 상방향으로부터 스토퍼 헤드의 최상부에 800mm 떨어진 영역에 설치된다.

바람직하게는, 상기 롤링 방지 슬래그 링은 스토퍼 바디와 일체로 성형되거나 별도로 성형된 후 다시 스토퍼 바디에 고정 장착된다.

본 발명의 새로운 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼는 롤링 방지 기능 세그먼트의 독특한 형상에 의해 턴디쉬 용강 합류 와류의 발생을 약화시키거나 상쇄시키고 연속 주조 슬래그의 위험을 감소시키는 목적을 달성함으로써 강철 빌릿의 품질과 수율을 향상시켜 제철 공장의 생산 원가를 크게 감소시킨다.

이하 도면 및 구체적인 실시형태와 결부하여 본 발명을 더 상세하게 설명하고자 한다.
도1은 선행기술의 롤링 방지 슬래그 링의 모식도이다.
도2는 본 발명의 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼의 구조 모식도이다.
도3은 교차선의 모식도이다.
도4는 하부 곡면이 상부 곡면과 대칭되는 구조 모식도이다.
도5는 지수 함수의 모식도이다.
도6은 롤링 방지 슬래그 링이 스토퍼에 설치되지 않은 경우의 롤링 슬래그 상황 모식도이다.
도7은 롤링 방지 슬래그 링이 설치된 스토퍼의 측면이 직선인 경우의 롤링 슬래그 상황 모식도이다.
도8은 롤링 방지 슬래그 링이 설치된 본 발명의 스토퍼의 롤링 슬래그 상황 모식도이다.
도9는 롤링 방지 슬래그 링이 스토퍼에 설치되지 않은 경우의 롤링 슬래그 상황의 물 실험 비디오 스크린 샷이다.
도10은 롤링 방지 슬래그 링이 설치된 스토퍼의 측면이 직선인 경우의 롤링 슬래그 상황의 물 실험 비디오 스크린 샷이다.
도11은 롤링 방지 슬래그 링이 설치된 본 발명의 스토퍼의 롤링 슬래그 상황의 물 실험 비디오 스크린 샷이다.

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼는 스토퍼 바디(1)와 스토퍼 헤드(2)를 포함하고 스토퍼 바디에 롤링 방지 슬래그 링(3)을 설치하며 롤링 방지 슬래그 링(3)은 상부 곡면과 하부 곡면(31)에 의해 둘러싸여 있다. 상부 곡면과 스토퍼 중심선을 따르는 단면의 교차선(4)은 아래로 오목한 곡선이고 롤링 방지 슬래그 링(3)의 최외링은 가장자리를 형성한다. 또한 상부 곡면은 교차선(4)을 모선으로 스토퍼 중심선을 둘러싸면서 회전 형성된다. 하부 곡면(31)의 형상은 도4에 도시된 바와 같이 상부 곡면과 대칭될 수 있거나 또는 도2에 도시된 바와 같이 직선일 수 있거나 다른 형상일 수 있다.

교차선(4)은 아래로 오목한 곡선이다. 다시 말해서 교차선(4)의 지수 함수 곡선의 요철성은 오목이고 도2에 도시된 바와 같이 지수 함수 곡선의 임의의 두 개의 점(P1, P2)의 스트링(41)은 항상 상기 두 개의 점의 원호(42)에 있거나 도3에 도시된 바와 같이 지수 함수 곡선의 임의의 점의 이차 미분이 0보다 크다. 도5에 도시된 바와 같이 교차선(4)은 바람직하게는 지수 함수의 세그먼트이고 교차선의 지수 함수 곡선 방정식은 y=2e^0.5x이고 x의 값의 범위는 -2.3<x<3.6이다. 그리고, 도2 및 도5를 참고하면, x=3.6일 때 교차선과 스토퍼 바디 외주면이 교차되고, x=-2.3일 때 교차선과 롤링 방지 슬래그 링이 만날 수 있다.

롤링 방지 슬래그 링(3)은 스토퍼 헤드의 상방향으로부터 스토퍼 헤드의 최상부에 800mm 떨어진 영역에 설치된다. 롤링 방지 슬래그 링은 스토퍼 바디와 일체로 성형될 수 있거나 별도로 성형된 후 다시 스토퍼 바디에 고정 장착될 수 있다.

스토퍼의 사이즈, 각 부위의 재료 선택과는 상관없이 아르곤 블로잉 방법, 스토퍼 헤드의 형상, 롤링 방지 슬래그 기능 세그먼트의 형상, 위치, 성형 방식과 같은 세부사항은 모두 제철 공장의 실제 상황에 따라 설계 및 가공될 수 있다. 이로써 새로운 롤링 방지 슬래그 스토퍼를 사용할 경우 제철 공장의 생산 요구를 만족시킬 수 있도록 한다.

스토퍼를 따라 아래로 흐르는 용강의 유속은 비교적 빠르고 스토퍼 바디의 주위에 와류가 쉽게 형성되어 롤링 슬래그를 발생시킨다. 롤링 슬래그 과정은 자유 합류 와류 Ekman(에크만) 펌핑 이론에 의해 해석되고 대응 모델은 다상 유체 체적 VOF 모델과 와류 운동 에너지 손실(k-ε) 모델이다. 구체적인 과정은 다음과 같다. 표층 액체가 하방향 합류 출수홀 방향을 향해 흐를 경우 에크만 나선 운동 원리에 기반하여 하층 유체 와류는 난류 마찰력, 경계층 저항력, 코리올리힘, 중력 및 원심력의 결합 작용을 받아 상층의 대규모 와류의 방향으로부터 점차적으로 이탈되어 표층 유동의 주방향과 협각을 이루어 주방향 유동으로부터 이탈되고 하부를 향해 점차 축적되어 최종적으로 부분 와류 운동을 형성한다. 와류 형성 과정에서 펌핑 현상이 발생하고 비교적 복잡한 기체-액체 2상 커플링 과정이 존재한다.

본 발명의 구조를 사용하여 스토퍼 하부로 흐르는 용강이 롤링 방지 슬래그 링의 근처에 접근할 경우 롤링 방지 슬래그 링의 가장자리에 의해 방향이 변화되고 롤링 방지 슬래그 링의 곡면은 아래로 오목하며 용강은 가로방향의 유동을 형성하여 출구 근처의 유동장을 변화시켜 와류의 형성을 파괴하며 저부가 상층 유체에 대한 흡입력을 감소시킴으로써 롤링 방지 슬래그 링의 가장자리가 직선인 경우의 효과보다 훨씬 우수하다. 도6 및 도9에 도시된 바와 같이 롤링 방지 슬래그 링이 스토퍼에 설치되지 않은 경우 롤링 슬래그 상황이 심각하고; 도7 및 도10에 도시된 바와 같이 롤링 방지 슬래그 링 가장자리가 직선인 경우 용강의 유동 방향을 변화시킬수 있지만 와류가 발생할 수 있으며; 도8 및 도11에 도시된 바와 같이 롤링 방지 슬래그 링의 가장자리가 내부로 오목한 지수 곡선일 경우 용강이 롤링 방지 슬래그 링의 저부에서 가로방향 유동하여 와류를 기본적으로 제거하기에 롤링 슬래그 현상을 완전히 제거한다.

롤링 방지 슬래그 링의 가장자리의 곡선이 지수 곡선일 경우 효과가 더욱 좋고 지수 곡선일 경우 스토퍼에 접근하는 용강은 지수 곡선의 방향을 따라 유동하며 저항력이 가장 작아 난류를 효과적으로 감소시키고 새로운 와류의 발생을 방지할 수 있다. 실험에서 최적의 롤링 방지 슬래그 링 형상에 따라 경험 공식 및 곡선의 시작점을 역추산하여 얻는다.

1: 스토퍼 바디 2: 스토퍼 헤드
3: 롤링 방지 슬래그 링 31: 하부 곡면
4: 교차선 41: 스트링
42: 원호

Claims (5)

1. 스토퍼 바디 및 스토퍼 헤드를 포함하는 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼에 있어서,
   상기 스토퍼 바디에는 롤링 방지 슬래그 링이 설치되고,
   상기 롤링 방지 슬래그 링은 상부 곡면과 하부 곡면에 의해 둘러싸여 있으며,
   상기 상부 곡면과 상기 스토퍼 바디 중심선을 따르는 단면의 교차선은 아래로 오목한 곡선이고,
   상기 교차선은 지수 함수 곡선이며,
   상기 교차선의 지수 함수 곡선 방정식은 y=2e^0.5x이고 x의 값의 범위는 -2.3<x<3.6이며,
   x=3.6일 때 상기 교차선과 상기 스토퍼 바디 외주면이 교차되고,
   x=-2.3일 때 상기 교차선과 상기 롤링 방지 슬래그 링이 만나고,
   상기 상부 곡면은 상기 교차선을 모선으로 상기 스토퍼 바디를 둘러싸면서 회전 형성되고,
   상기 상부 곡면은 와류가 형성되는 것을 방지하는 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 롤링 방지 슬래그 링은 스토퍼 헤드의 상방향으로부터 스토퍼 헤드의 최상부에 800mm 떨어진 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼.
5. 제4항에 있어서,
   상기 롤링 방지 슬래그 링은 스토퍼 바디와 일체로 성형되거나 별도로 성형된 후 다시 스토퍼 바디에 고정 장착되는 것을 특징으로 하는 연속 주조 롤링 방지 슬래그 스토퍼.

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