KR102312324B1 - 냉각매체 분사장치 - Google Patents

Abstract

냉각매체 분사장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조기 세그먼트에서 주편을 냉각시키는 냉각매체 분사장치로서, 제1 유체가 공급되는 내부관, 내부관을 감싸며 제2 유체가 공급되는 외부관으로 구성된 이중관으로 이루어진 노즐 바디와, 외부관의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치되며 내부에 오리피스가 마련되어 제2 유체가 공급되는 노즐 배관 및 내부관의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치되며 내부관에서 노즐 배관 내부를 향해 연장되어 제1 유체를 노즐 배관에 공급하는 분기관을 포함한다.

Description

냉각매체 분사장치{APPARATUS FOR SPRAYING COOLING MEDIUM}

본 발명은 냉각매체 분사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조기의 세그먼트에서 주편을 냉각하는데 이용되는 냉각매체 분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 공정(continuous casting process)은 액상의 용강을 일정한 형태의 고상으로 연속 응고시 키는 공정으로서, 연속주조 조업시 주편을 냉각시기기 위하여 세그먼트에 구비되는 복수개의 노즐이 사용된다.

한국공개특허 제2016-0065650에는 에어미스트 노즐의 구조로서, 워터 공급을 위한 워터 오리피스, 에어 공급을 위한 에어 오리피스, 에어미스트 혼합부 및 노즐팁의 구성이 개시된다.

그리고, 에어미스트 노즐에 워터와 에어 공급을 위해 워터배관과 에어배관이 필요하고, 에어미스트 노즐의 부착이 용이하도록 워터배관과 에어배관은 사각배관의 형태로 병렬적으로 구성된 형태가 개시된다.

이러한 구조로 인하여, 에어와 워터가 서로 충돌하지 않는 방향으로 공급이 이루어짐에 따라 에어와 워터가 혼합 시 에어미스트 입자 크기가 커지는 문제가 발생한다. 또한 연속주조 공정의 경우 수백개의 에어미스트 노즐이 사용됨에 따라 노즐 설치 시 비용이 증가하는 문제가 발생한다.

한국공개특허 제2016-0065650호(2016.06.09 공개)

본 발명의 실시 예들은 구조가 간단하면서 안정적 비수분포와 미세한 비수입자를 제공할 수 있는 냉각매체 분사장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연속주조기 세그먼트에서 주편을 냉각시키는 냉각매체 분사장치로서, 제1 유체가 공급되는 내부관과, 상기 내부관을 감싸며 제2 유체가 공급되는 외부관으로 구성된 이중관으로 이루어진 노즐 바디와, 상기 외부관의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치되며, 내부에 오리피스가 마련되고, 상기 제2 유체가 공급되는 노즐 배관 및 상기 내부관의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치되며, 상기 내부관에서 상기 노즐배관 내부를 향해 연장되어 상기 제1 유체를 상기 노즐 배관에 공급하는 분기관을 포함하는 냉각매체 분사장치가 제공될 수 있다.

상기 분기관의 출구는 상기 오리피스와 인접한 위치에 위치될 수 있다.

상기 내부관에 공급된 상기 제1 유체는 공기를 포함하고, 상기 내부관에 제공된 공기는 상기 분기관을 통해 상기 노즐 배관으로 공급되어 상기 제2 유체와 혼합될 수 있다.

상기 외부관에 공급된 상기 제2 유체는 냉각수를 포함하고, 상기 외부관에 제공된 냉각수는 상기 노즐 배관으로 공급되어 상기 제1 유체와 혼합될 수 있다.

상기 노즐 배관에는 상기 오리피스를 형성하기 위한 가이드부재가 결합되고, 상기 가이드부재는 상기 제2 유체의 분출방향을 따라 점진적으로 폭이 좁아지는 곡선면을 가질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 에어 공급방법의 변경을 통해 에어미스트 노즐 사용 개수를 획기적으로 줄이면서 비수입자의 크기를 줄일 수 있고, 냉각수와 에어의 이중 배관 사용을 통해 각각의 배관 사용 시 발생되는 배관의 복잡성을 단순화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연속주조공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각매체 분사장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 II-II 선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가이드부재 부분의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각매체 분사장치의 유체 흐름을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각매체 분사장치를 이용한 미스트를 분출하는 경우 폭방향 비수분포를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각매체 분사장치를 이용한 미스트를 분출하는 경우 액적 입자크기 분포를 도시한 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 실시 예에 따른 연속주조 공정을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 정련과정을 마친 용강이 담겨지는 래들(10)에서 롱노즐을 통해 턴디쉬(11)로 용강이 주입되고, 턴디쉬(11)에 일시 저장된 용강이 턴디쉬(11)와 몰드(12) 사이에 위치되는 용강전달장치(13)를 거쳐 몰드(12)에 주입되며, 몰드(12)에서의 1차 냉각, 몰드(12) 하부에서의 2차 냉각을 거쳐 응고시킴에 따라 빌렛(Billet), 블룸(Bloom), 슬래브(Slab) 등과 같은 주편(14)을 생산하는 일련의 공정을 말한다.

몰드(12)를 통해 배출되는 용강은 몰드(12)에서 1차 냉각을 거쳐 표면이 다소 응고된 상태로 연속주조 장치의 세그먼트(SEGMENT,20)에 구비되는 상부 프레임 및 하부 프레임 사이로 인입되며, 이때 용강의 빠른 응고를 위해 냉각매체 분사장치(30)를 통하여 냉각수가 분사되어 2차 냉각을 통해 제조하고자 하는 주편의 형상으로 연속적으로 변화되어 간다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각매체 분사장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 I-I 선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 II-II 선에 따른 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가이드부재 부분의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각매체 분사장치의 유체 흐름을 도시한 것이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 냉각매체 분사장치(30)는 냉각매체를 공급받는 노즐 바디(40)와, 노즐 바디(40)에 공급된 냉각매체를 에어미스트 형태로 분사하는 노즐 배관(50)을 포함한다.

노즐 바디(40)는 내부관(41)과, 내부관(41)을 감싸는 외부관(42)으로 구성된 이중관 형태로 구비될 수 있다.

내부관(41)에는 제1 유체가 이동할 수 있고, 외부관(42)에는 제2 유체가 이동할 수 있다. 여기서, 제1 유체는 공기일 수 있고, 제2 유체는 냉각수일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

노즐 바디(40)는 전체적으로 원통 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 노즐 바디(40)는 사각형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.

외부관(42)의 일측에는 냉각수 공급원으로부터 공급되는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입관(43)이 구비될 수 있다.

냉각수 유입관(43)에는 퀵 커플러 또는 니플이 구비될 수 있고, 냉각수 공급원과 연결된 배관과 연결될 수 있다.

냉각수 유입관(43)에는 냉각수 공급원에서 공급되는 냉각수의 흐름을 가속하기 위한 오리피스(44)가 설치될 수 있다. 오리피스(44)는 냉각수 유입관(43)의 직경이 좁아지도록 구성할 수 있다.

내부관(41)은 외부관(42)의 중앙을 관통하도록 설치될 수 있다. 내부관(41)은 외부관(42)의 길이방향을 따라 길게 연장 형성될 수 있다.

내부관(41)은 외부관(42)의 내측에 형성되는 내측유로(42a)와 기밀을 유지하도록 구성될 수 있다. 즉 외부관(42)의 내측유로(42a)와 내부관(41)의 내측유로(41a)는 서로 독립된 유로를 형성할 수 있다.

내부관(41)의 일측은 개방될 수 있고, 개방된 부분에는 공기 유입관(45)이 연결될 수 있다.

공기 유입관(45)에는 니플 또는 퀵 커플러가 구비될 수 있고, 에어 공급원과 연결된 배관과 연결될 수 있다.

공기 유입관(45)에는 에어 공급원에서 공급되는 공기의 흐름을 가속하기 위한 오리피스(46)가 설치될 수 있다. 오리피스(46)는 공기 유입관(45)의 직경이 좁아지도록 구성할 수 있다.

외부관(42)에는 주편을 향해 냉각매체를 분사하기 위한 노즐 배관(50)이 구비될 수 있다.

노즐 배관(50)은 외부관(42)의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 복수개 배치될 수 있다.

노즐 배관(50)의 단부에는 노즐팁(51)이 결합될 수 있고, 노즐팁(51)을 통해 냉각매체가 주편을 향해 분사될 수 있다.

노즐 배관(50)은 냉각수와 공기가 혼합되는 혼합유로(52)로 구성될 수 있다.

외부관(42)과 노즐 배관(50)의 연결부분에는 외부관(42)의 내측유로(42a)에 흐르는 냉각수를 노즐 배관(50) 쪽으로 안내하기 위한 가이드부재(60)가 마련될 수 있다.

가이드부재(60)의 내측면은 냉각매체의 분출방향을 따라 점진적으로 폭이 좁아지는 곡선면(61)을 구비하고, 가이드부재(60)의 중앙에는 노즐 배관(50)의 직경보다 좁은 직경을 갖는 오리피스(62)가 형성될 수 있다.

노즐 배관(50)의 혼합유로(52)는 가이드부재(60)의 하부에 형성될 수 있고, 노즐 배관(50)의 혼합유로(52)에는 내부관(41)에 공급된 공기가 주입될 수 있다.

내부관(41)에는 노즐 배관(50) 쪽으로 공기를 공급하기 위한 분기관(70)이 구비될 수 있다.

분기관(70)은 내부관(41)의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치될 수 있으며, 노즐 배관(50)의 수에 대응하는 수를 가질 수 있다.

분기관(70)은 노즐 배관(50)과 대응하는 위치에서 노즐 배관(50)의 내부를 향해 연장 형성될 수 있다.

분기관(70)의 출구(71)는 노즐 배관(50)에 구비된 오리피스(62)와 인접한 위치에 위치될 수 있다.

분기관(70)의 출구(71)에서 분출되는 공기는 오리피스(62)를 통해 빠른 속도로 이동하는 냉각수와 접촉함에 따라 매우 가는 입자의 미스트를 생성할 수 있다.

노즐 배관(50)의 혼합유로(52)에서 생성된 에어 미스트는 노즐팁(51)을 통해 외부로 분출될 수 있다.

이러한 구성을 통하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각수 공급원의 펌프를 이용하여 냉각수를 공급하게 되면 냉각수 유입관(43)을 통해 외부관(42)의 내측유로(42a)로 냉각수가 유입되고, 내측유로(42a)에 공급된 냉각수는 노즐 배관(50) 쪽으로 공급되게 된다.

노즐 배관(50)에 공급된 냉각수는 가이드부재(60)를 통해 노즐 배관(50) 내부의 혼합유로(52)로 흐르게 되고, 각각의 노즐팁(51)을 통해 분사된다.

외부관(42)의 내측유로(42a)에 냉각수의 압력이 설정압력에 도달되게 되면, 에어 공급원에서 공급되는 공기를 공기 유입관(45)으로 공급시키게 된다.

공기 유입관(45)을 통해 유입된 공기는 내부관(41)의 내측유로(41a)를 따라 흐르게 되고, 분기관(70)을 통해 노즐 배관(50)으로 공급된다.

이때 노즐 배관(50)에 공급된 공기는 가이드부재(60)를 통해 노즐 배관(50)의 중심부로 유도된 냉각수를 만나기 때문에 혼합유로(52)에서는 매우 가는 입자의 미스트가 생성되게 되고, 생성된 미스트는 노즐팁(51)을 통해 주편을 향해 분사하게 된다.

도 7은 본 실시 예의 냉각매체 분사장치를 이용한 경우 비수의 특성을 파악하기 위하여 비수분포 측정장치를 이용하여 2개의 노즐 사용에 따른 폭방향 비수분포를 나타낸 것으로서, 종래의 에어미스트 노즐에 비해 균일한 비수분포를 나타냄을 알 수 있었다. 이는 종래 병렬 구조로 인한 비대칭 형태로 공기와 냉각수가 공급되는 반면 본 실시 예는 직렬 구조로 인한 공기와 냉각수가 대칭으로 분사되기 때문에 보다 안정적인 비수분포를 갖게 된다.

도 8은 본 실시 예의 냉각매체 분사장치를 이용한 비수 입자크기 분포를 측정하여 도시한 것으로서, 종래 에어미스트 노즐에 비해 비수입자의 크기가 작아짐을 확인할 수 있었다. 이는 분기관(70)에서 분출된 공기와 가이드부재(60)를 통과하여 배출되는 냉각수의 충돌 구조에 기인함을 알 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

1: 래들, 20: 세그먼트,
30: 냉각매체 분사장치, 40: 노즐 바디,
41: 내부관, 42: 외부관,
43: 냉각수 유입관, 45: 공기 유입관,
50: 노즐 배관, 51: 노즐팁,
52: 혼합유로, 60: 가이드부재,
61: 곡선면, 62: 오리피스,
70: 분기관.

Claims (5)

1. 연속주조기 세그먼트에서 주편을 냉각시키는 냉각매체 분사장치로서,
   제1 유체가 공급되는 원형관 형태의 내부관과, 상기 내부관을 감싸며 제2 유체가 공급되는 원형관 형태의 외부관으로 구성된 이중관으로 이루어진 노즐 바디;
   상기 외부관의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치되며, 내부에 오리피스가 마련되고, 상기 제2 유체가 공급되는 노즐 배관; 및
   상기 내부관의 길이방향을 따라 소정간격을 두고 배치되며, 상기 내부관에서 상기 외부관을 지나 상기 노즐 배관 내부를 향해 연장되어 상기 제1 유체를 상기 노즐 배관에 공급하는 분기관; 및
   상기 오리피스를 형성하기 위해 상기 노즐 배관에 결합되는 가이드부재;을 포함하고,
   상기 가이드부재의 내측면은 상기 제2 유체의 분출방향을 따라 점진적으로 폭이 좁아지는 곡선면을 구비하고, 상기 가이드부재의 중앙에는 상기 오리피스가 형성되며, 상기 분기관의 출구는 상기 오리피스와 인접한 위치에 위치되는 냉각매체 분사장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 내부관에 공급된 상기 제1 유체는 공기를 포함하고, 상기 내부관에 제공된 공기는 상기 분기관을 통해 상기 노즐 배관으로 공급되어 상기 제2 유체와 혼합되는 냉각매체 분사장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 외부관에 공급된 상기 제2 유체는 냉각수를 포함하고, 상기 외부관에 제공된 냉각수는 상기 노즐 배관으로 공급되어 상기 제1 유체와 혼합되는 냉각매체 분사장치.
5. 삭제

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