KR102249954B1

KR102249954B1 - 연속주조용 냉각수 분사장치 및 이를 포함하는 연속주조설비

Info

Publication number: KR102249954B1
Application number: KR1020190122410A
Authority: KR
Inventors: 방종근; 한병하; 황종연
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-05-11
Also published as: KR20210039775A

Abstract

냉각수 분사장치 및 이를 포함하는 연속주조설비를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치는 냉각수를 분사하며 분사대상물에 근접하거나 이격되는 방향으로 이동할 수 있는 분사노즐; 로드에 의해 분사노즐과 연결되며 냉각수의 압력에 따라 진퇴하는 피스톤과, 피스톤을 초기 위치로 복원시키는 탄성체를 갖춘 조절실린더; 및 조절실린더의 액압실 및 분사노즐로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관로를 포함한다.

Description

연속주조용 냉각수 분사장치 및 이를 포함하는 연속주조설비{COOLING WATER SPRAYING APPARATUS AND CONTINUOUS CASTING PLANT INCLUDING THE SAME}

본 발명은 냉각수의 압력에 따라 분사노즐의 위치가 변하는 냉각수 분사장치 및 이를 포함하는 연속주조설비에 관한 것이다.

연속주조설비는 생산되는 주편 표면으로 에어와 냉각수가 혼합된 에어미스트(Air mist)를 분사하여 주편을 냉각시키는 다수의 냉각수 분사장치를 구비한다. 다수의 냉각수 분사장치는 생산되는 주편의 양측(상측과 하측)에 주편이 배출되는 경로를 따라 연속하여 배열된다.

냉각수 분사장치의 분사 유량은 생산되는 주편이 적정한 온도를 유지할 수 있도록 주편의 생산속도, 강종 등에 따라 조절된다. 주편의 생산속도가 빠를 때는 냉각수의 분사유량이 많다. 하지만 크랙에 민감한 AHSS(Advanced High Strenth Steel) 등 강종은 일반강에 비하여 생산속도가 느리기 때문에 냉각수의 분사유량이 적다.

냉각수 분사장치는 분사노즐이 연속주조설비 세그먼트의 주조롤들 사이에 위치한 상태에서 주편의 표면을 향하여 냉각수를 분사한다. 냉각수의 분사유량이 많을 경우에는 주편 위에 잔류하는 냉각수나 주편을 맞고 주변으로 비산하는 냉각수에 의해 주조롤들이 냉각되기 때문에 주조롤의 냉각에 문제가 없다. 하지만 냉각수의 분사유량이 적고 분사압이 낮을 경우에는 주조롤의 냉각이 충분하지 못하여 주조롤의 수명이 단축될 수 있다. 특히 직경이 작은 주조롤은 쉽게 과열되어 수명이 단축될 수 있다.

본 발명의 일 측면은 냉각수의 압력에 따라 분사노즐의 위치가 변하여 분사폭을 가변시킬 수 있는 냉각수 분사장치 및 이를 포함하는 연속주조설비를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 측면은 분사유량이 적을 경우 분사폭을 증가시켜 주편과 주조롤에 냉각수를 함께 분사하고 분사유량이 많을 경우 분사폭을 줄여 주편에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사장치 및 이를 포함하는 연속주조설비를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각수를 분사하며 분사대상물에 근접하거나 이격되는 방향으로 이동할 수 있는 분사노즐; 로드에 의해 상기 분사노즐과 연결되며 냉각수의 압력에 따라 진퇴하는 피스톤과, 피스톤을 초기 위치로 복원시키는 탄성체를 갖춘 조절실린더; 및 상기 조절실린더의 액압실 및 상기 분사노즐로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관로;를 포함하는 냉각수 분사장치가 제공될 수 있다.

상기 조절실린더는 냉각수의 압력이 증가할 때 분사대상물에 근접하는 방향으로 상기 분사노즐을 이동시키고, 냉각수의 압력이 감소할 때 분사대상물로부터 이격되는 방향으로 상기 분사노즐을 이동시킬 수 있다.상기 분사노즐은 연소주조설비의 주조롤들 사이를 통해 주편으로 냉각수를 분사하며, 냉각수 압력이 증가할 때 주편에 근접하여 냉각수를 분사하고, 냉각수 압력이 감소할 때 주편으로부터 이격되어 상대적으로 넓은 폭으로 냉각수를 분사하면서 상기 주조롤들과 주편에 냉각수를 함께 분사할 수 있다.

상기 냉각수 분사장치는 상기 로드에 결합되며 상기 분사노즐로 공급되는 냉각수에 공기를 혼합시키는 믹싱바디를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 용강을 공급받아 주편을 주조하는 주형; 상기 주형에서 생산된 주편을 지지하며 이송하는 가운데 주편을 성형하는 다수의 주조롤; 상기 다수의 주조롤에 의해 이송되는 주편으로 냉각수를 분사해 주편을 냉각시키는 냉각수 분사장치;를 포함하고, 상기 냉각수 분사장치는 주편에 근접하거나 이격되는 방향으로 이동하며 냉각수를 분사하는 분사노즐; 로드에 의해 상기 분사노즐과 연결되며 냉각수의 압력에 따라 진퇴하는 피스톤과, 피스톤을 초기 위치로 복원시키는 탄성체를 갖춘 조절실린더; 및 상기 조절실린더의 액압실 및 상기 분사노즐로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관로;를 포함하는 연속주조설비가 제공될 수 있다.

상기 분사노즐은 냉각수 압력이 증가할 때 주편에 근접하여 냉각수를 분사하고, 냉각수 압력이 감소할 때 주편으로부터 이격되어 상대적으로 넓은 폭으로 냉각수를 분사하면서 상기 다수의 주조롤과 주편에 냉각수를 함께 분사할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치는 냉각수의 압력에 따라 조절실린더가 동작하여 분사노즐을 이동시키기 때문에 분사대상물에 분사되는 냉각수의 분사폭을 가변시킬 수 있다. 즉 냉각수 공급을 제어하여 분사노즐과 분사대상물의 이격거리(H)를 조절하는 방식으로 냉각수의 분사 폭(W)을 조절할 수 있다. 분사노즐의 분사각(θ)이 일정할 때, 분사 폭(W)은 2H*tan(2/θ)일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치는 분사유량이 많아 냉각수 압력이 증가할 때 분사노즐이 주편에 근접하여 냉각수를 분사할 수 있고, 분사유량이 적어 냉각수 압력이 감소할 때 분사노즐이 주편으로부터 이격된 상태에서 상대적으로 넓은 폭으로 냉각수를 분사하면서 주조롤들과 주편을 함께 냉각시킬 수 있다. 따라서 냉각수를 소량 분사할 때도 주조롤들의 과열을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치가 연속주조설비에 적용된 예를 나타낸 것으로, 저압의 냉각수를 분사하는 상태다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치가 연속주조설비에 적용된 예를 나타낸 것으로, 고압의 냉각수를 분사하는 상태다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치에서 냉각수량과 냉각수 압력의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치에서 냉각수량에 따른 주편과 분사노즐의 이격거리 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치에서 냉각수량에 따른 냉각수의 분사폭 변화를 나타낸 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 분사장치가 연속주조설비에 적용된 예를 나타낸 것으로, 도 1은 분사노즐이 주편과 이격된 상태, 도 2는 분사노즐이 주편에 근접한 상태를 나타낸다.

연속주조설비는 턴디쉬로부터 용강을 공급받아 주편(슬라브, 블룸, 빌렛 등)을 주조하는 주형(Mold), 주형에서 성형되어 하측으로 인발되는 주편을 이송하는 가운데 주편을 성형하는 다수의 주조롤, 다수의 주조롤에 의해 이송되는 주편으로 냉각수를 분사하여 주편을 냉각 응고시키는 다수의 냉각수 분사장치를 포함한다.

도 1과 도 2를 참조하면, 냉각수 분사장치(100)는 연속주조설비의 주조롤들(20) 사이를 통하여 주편(10)의 표면으로 냉각수를 분사하는 분사노즐(110), 냉각수의 공급압력에 따라 동작하면서 분사노즐(110)을 주편(10)에 근접시키거나 주편(10)으로부터 이격시키는 조절실린더(120), 냉각수공급부(140)로부터 조절실린더(120)와 분사노즐(110)로 냉각수를 공급하는 냉각수공급관로(130), 분사노즐(110)로 공급되는 냉각수에 공기를 혼합시키는 믹싱바디(150)를 포함한다.

도 1과 도 2는 냉각수 분사장치(100)가 주편(10)의 상부에 배치된 상태에서 주편(10)의 상면으로 냉각수를 분사하는 예를 나타내고 있다. 이러한 냉각수 분사장치(100)가 실제 연속주조설비에 적용될 때는 주편(10)의 하부에서 상방으로 냉각수를 분사하도록 설치될 수 있다. 또 도면에 나타내지는 않았지만, 주형으로부터 수직으로 배출되는 주편을 냉각시킬 경우 냉각수 분사장치(100)가 주편의 측방에서 주편을 향하여 냉각수를 분사하도록 설치될 수도 있다. 연속주조설비는 이처럼 주편의 배출경로를 따라 다수의 냉각수 분사장치(100)가 설치됨으로써 주편(10)을 적절한 온도로 냉각하여 응고시킬 수 있다.

조절실린더(120)는 도 1에 도시한 바와 같이, 액압실(122)을 형성하는 실린더부(121), 실린더부(121) 내에 설치되며 액압실(122)로 공급되는 냉각수의 압력에 의해 진퇴하는 피스톤(123), 피스톤(123)과 분사노즐(110)을 연결해 분사노즐(110)이 피스톤(123)과 함께 진퇴하도록 하는 로드(124), 액압실(122)의 압력이 낮아질 때 피스톤(123)을 초기 위치로 복원시키는 탄성체 (125)를 포함한다. 탄성체(125)는 액압실(122) 반대편의 실린더부(121) 내에 설치된 상태에서 피스톤(123) 쪽으로 신장하여 피스톤(123)을 액압실(122) 쪽으로 가압하는 압축스프링일 수 있다. 냉각수공급관로(130)는 냉각수공급부(140)로부터 믹싱바디(150)로 냉각수를 공급하는 제1냉각수공급관로(131)와, 냉각수공급부(140)로부터 조절실린더(120)의 액압실(122)로 냉각수를 공급하는 제2냉각수공급관로(132)를 구비한다. 따라서 액압실(122)과 믹싱바디(150)로 공급되는 냉각수의 압력은 동일하게 유지될 수 있다.

믹싱바디(150)는 분사노즐(110)과 함께 진퇴하도록 피스톤(123)으로부터 연장된 로드(124)에 결합된다. 믹싱바디(150)는 에어공급부(160)로부터 에어를 공급 받아 분사노즐(110)로 공급되는 냉각수에 혼합시킴으로써 분사노즐(110)이 에어미스트(Air mist)를 분사할 수 있도록 한다.

이러한 냉각수 분사장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각수공급부(140)로부터 적은량의 냉각수(Qmin)가 공급되면, 제1냉각수공급관로(131)와 제2냉각수공급관로(132)가 낮은 압력(Pmin)으로 유지된다. 이때는 액압실(122)의 압력이 탄성체(125)의 복원력보다 작아지므로 피스톤(123)이 상승한다. 또 피스톤(123)이 상승하면 분사노즐(110)도 피스톤(123)을 따라 상승하므로, 분사노즐(110)과 주편(10) 표면 사이의 이격거리(높이)는 Hmax로 증가하고, 분사노즐(110)로부터 주편(10)으로 분사되는 냉각수의 분사폭(W)은 Wmax로 커진다. 분사노즐(110)과 주편(10) 표면 사이의 최대 이격거리인 Hmax는 실린더부(121) 내의 피스톤(123) 위치를 설정하는 가이드장치(미도시)에 의해 제한될 수 있다. 즉 가이드장치의 설정에 따라 Hmax가 결정될 수 있다.

이처럼 상대적으로 적은 양(Qmin)의 냉각수가 공급될 때는 분사노즐(110)이 상승하여 분사노즐(110)과 주편(10)의 이격이 Hmax로 커질 수 있고, 분사폭도 Wmax로 증가할 수 있다. 따라서 분사노즐(110)로부터 분사되는 냉각수는 주편(10)의 표면 뿐 아니라 인접하는 양측 주조롤(20)의 일부를 냉각시켜 주조롤(20)의 과열을 방지할 수 있다. 즉 소량의 냉각수를 분사하면서도 주조롤(20)이 과열되는 것을 방지할 수 있다.

위 경우와 반대로 냉각수공급부(140)로부터 상대적으로 많은 량의 냉각수(Qmax)가 공급될 때는 도 2에 도시한 바와 같이, 제1냉각수공급관로(131)와 제2냉각수공급관로(132)가 높은 압력(Pmax)으로 유지된다. 이때는 액압실(122)의 압력이 탄성체(125)의 복원력보다 커지므로 피스톤(123)이 하강한다. 또 피스톤(123)이 하강하면 분사노즐(110)도 피스톤(123)을 따라 하강하므로, 분사노즐(110)과 주편(10) 표면 사이의 이격거리(높이)는 Hmin로 감소하고, 주편(10)으로 분사되는 냉각수의 분사폭(W)은 Wmin으로 감소한다. 분사노즐(110)과 주편(10) 표면 사이의 최소 이격거리인 Hmin도 실린더부(121) 내의 피스톤(123) 위치를 설정하는 가이드장치(미도시)에 의해 제한될 수 있다.

이처럼 냉각수공급부(140)로부터 상대적으로 많은 양(Qmax)의 냉각수가 공급될 때는 분사노즐(110)이 하강하여 분사노즐(110)과 주편(10)의 이격이 Hmin으로 작아질 수 있고, 분사폭도 Wmin로 감소할 수 있다. 따라서 이 경우 분사노즐(110)은 고압의 냉각수를 주편(10)에만 분사할 수 있다.

도 3은 냉각수량과 냉각수 압력의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4는 냉각수량에 따른 주편과 분사노즐의 이격거리 변화를 나타낸 그래프이며, 도 5는 냉각수량에 따른 냉각수의 분사폭 변화를 나타낸 그래프이다.

이처럼 본 실시 예의 냉각수 분사장치(100)는 공급되는 냉각수 압력의 변화에 따라 조절실린더(120)가 동작하여 분사노즐(110)을 이동시키므로, 냉각수 압력이 증가할 때 주편(10)에 근접하여 상대적으로 좁은 폭으로 냉각수를 분사하고, 냉각수 압력이 감소할 때 주편(10)으로부터 이격되어 상대적으로 넓은 폭으로 냉각수를 분사하면서 주조롤들(20)과 주편(10)을 함께 냉각시킬 수 있다.

냉각수의 분사 폭(W)은 조절실린더(120)로 공급되는 냉각수량(Q)을 조절하여 분사노즐(110)의 높이(H)를 조절하는 방식으로 변경할 수 있다. 즉 냉각수 공급을 제어하여 분사노즐(110)과 주편의 이격거리(H)를 조절할 수 있고, 이를 통해 분사 폭(W)을 조절할 수 있다. 분사노즐(110)의 분사각(θ)이 일정할 때, 분사 폭(W)= 2H*tan(2/θ) 일 수 있다.

주편(10)의 생산속도가 빠를 때는 도 2에 도시한 바와 같이, 높은 압력(Pmax)으로 많은 양(Qmax)의 냉각수를 분사하여, 분사노즐(110)을 주편(10)에 근접시킴으로써 고압의 냉각수가 주편(10)에 분사되도록 할 수 있다. 이처럼 냉각수의 분사유량이 많을 경우에는 주편(10) 위에 잔류하는 냉각수나 주편(10)을 맞고 주변으로 비산하는 냉각수에 의해 주조롤들(20)이 냉각되기 때문에 주조롤들(20)의 냉각에 문제가 생기지 않는다.

크랙에 민감한 AHSS 강종처럼 주편(10)의 생산속도가 느릴 때는 도 1에 도시한 바와 같이, 낮은 압력(Pmin)으로 적은 양(Qmin)의 냉각수를 분사하여, 분사노즐(110)을 주편(10)으로부터 이격시킴으로써 저압의 냉각수가 주편(10) 뿐 아니라 주변의 주조롤들(20)에 함께 분사되도록 할 수 있다. 따라서 이 경우에는 소량의 냉각수를 분사하면서도 주조롤들(20)이 과열되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시 예는 냉각수 분사장치(100)가 연속주조설비에 적용된 경우를 제시하였으나, 냉각수 분사장치(100)는 연속주조설비 외에 냉각수의 분사가 필요한 다른 기계설비에도 적용될 수 있다.

10: 주편, 20: 주조롤,
100: 냉각수 분사장치, 110: 분사노즐,
120: 조절실린더, 121: 실린더부,
122: 액압실, 123: 피스톤,
124: 로드, 125: 탄성체,
130: 냉각수공급관로, 140: 냉각수공급부,
150: 믹싱바디.

Claims

액압실을 형성하는 실린더부와, 상기 실린더부 내부를 구획하며 상기 액압실의 압력에 따라 진퇴 이동하는 피스톤과, 상기 액압실 반대편의 상기 실린더부 내에 설치된 탄성체와, 상기 피스톤에 연결되며 상기 실린더부 외부로 연장되는 로드를 구비한 조절실린더;
상기 피스톤의 이동에 따라 주편의 표면에 근접하거나 이격되도록 상기 로드에 연결되는 분사노즐;
주편의 생산속도와 강종에 따라 조절된 유량의 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부; 및
상기 냉각수 공급부에서 공급되는 냉각수를 상기 액압실과 상기 분사노즐로 공급하는 냉각수공급관로;를 포함하고,
상기 냉각수공급관로는 상기 냉각수 공급부와 상기 분사노즐을 연결하는 제1냉각수공급관로와, 상기 제1냉각수공급관로와 상기 액압실을 연결되는 제2냉각수공급관로를 포함하는 연속주조용 냉각수 분사장치.
제1항에 있어서,
상기 조절실린더는 냉각수의 압력이 증가할 때 상기 주편에 근접하는 방향으로 상기 분사노즐을 이동시키고, 냉각수의 압력이 감소할 때 상기 주편으로부터 이격되는 방향으로 상기 분사노즐을 이동시키는 연속주조용 냉각수 분사장치.
제1항에 있어서,
상기 분사노즐은 연속주조설비의 주조롤들 사이를 통해 상기 주편으로 냉각수를 분사하며, 냉각수 압력이 증가할 때 상기 주편에 근접하여 냉각수를 분사하고, 냉각수 압력이 감소할 때 상기 주편으로부터 이격되어 상대적으로 넓은 폭으로 냉각수를 분사하면서 상기 주조롤들과 상기 주편에 냉각수를 함께 분사하는 연속주조용 냉각수 분사장치.
제1항에 있어서,
상기 로드에 결합되며 상기 분사노즐로 공급되는 냉각수에 공기를 혼합시키는 믹싱바디를 더 포함하는 연속주조용 냉각수 분사장치.
용강을 공급받아 주편을 주조하는 주형;
상기 주형에서 생산된 주편을 지지하며 이송하는 가운데 상기 주편을 성형하는 다수의 주조롤;
상기 다수의 주조롤에 의해 이송되는 상기 주편으로 냉각수를 분사해 상기 주편을 냉각시키는 냉각수 분사장치;를 포함하고,
상기 냉각수 분사장치는,
액압실을 형성하는 실린더부와, 상기 실린더부 내부를 구획하며 상기 액압실의 압력에 따라 진퇴 이동하는 피스톤과, 상기 액압실 반대편의 상기 실린더부 내에 설치된 탄성체와, 상기 피스톤에 연결되며 상기 실린더부 외부로 연장되는 로드를 구비한 조절실린더;
상기 피스톤의 이동에 따라 주편의 표면에 근접하거나 이격되도록 상기 로드에 연결되는 분사노즐;
상기 주편의 생산속도와 강종에 따라 조절된 유량의 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부; 및
상기 냉각수 공급부에서 공급되는 냉각수를 상기 액압실과 상기 분사노즐로 공급하는 냉각수공급관로;를 포함하고,
상기 냉각수공급관로는 상기 냉각수 공급부와 상기 분사노즐을 연결하는 제1냉각수공급관로와, 상기 제1냉각수공급관로와 상기 액압실을 연결되는 제2냉각수공급관로를 포함하는 연속주조설비.
제5항에 있어서,
상기 분사노즐은 냉각수 압력이 증가할 때 상기 주편에 근접하여 냉각수를 분사하고, 냉각수 압력이 감소할 때 상기 주편으로부터 이격되어 상대적으로 넓은 폭으로 냉각수를 분사하면서 상기 다수의 주조롤과 상기 주편에 냉각수를 함께 분사하는 연속주조설비.