KR102368564B1 - 래들 개공장치 및 래들의 개공방법 - Google Patents

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KR102368564B1
KR102368564B1 KR1020200071394A KR20200071394A KR102368564B1 KR 102368564 B1 KR102368564 B1 KR 102368564B1 KR 1020200071394 A KR1020200071394 A KR 1020200071394A KR 20200071394 A KR20200071394 A KR 20200071394A KR 102368564 B1 KR102368564 B1 KR 102368564B1
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Abstract

본 발명의 실시예는 용강이 수강되는 래들에 마련되며, 필러가 충진되는 배출구를 개공시키는 래들 개공장치로서, 일단이 상기 배출구의 상측으로 돌출되게 상기 배출구 내부에 설치 가능하도록, 상기 배출구의 연장방향으로 연장 형성된 삽입부재 및 배출구의 하측으로 낙하 가능하도록, 상기 삽입부재에 연결된 중량부재를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 필러층으로 용강 정압 외에 추가로 충격을 가할 수 있다. 이에, 래들의 배출구에 충진되어 있는 필러층을 보다 쉽게 파괴시킬 수 있다. 또한, 필러층에 두께가 두껍거나 강도가 높은 소결층이 형성되더라도, 소결층을 용이하게 파괴시킬 수 있다. 따라서, 래들의 배출구를 원활하게 개공시킬 수 있다.

Description

래들 개공장치 및 래들의 개공방법{LADLE OPENING APPARATUS AND METHOD OF OPENING LADLE}
본 발명은 래들 개공장치 및 래들의 개공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 래들 내 용강이 배출구로부터 원활하게 배출되도록 하는 래들 개공장치 및 래들의 개공방법에 관한 것이다.
용강을 운반하는 래들은 내화물로 제조되는 벽체와, 용강이 배출되는 통로인 배출구를 포함한다. 래들의 하측에는 연주기와 연결된 시라우드 노즐(shroud nozzle)이 설치되며, 배출구와 시라우드 노즐 사이에 슬라이드 게이트가 설치된다. 그리고, 슬라이드 게이트를 개방시키면 배출구와 시라우드 노즐 간이 연통되며, 이에 래들 내 용강이 배출구 및 시라우드 노즐을 통과하여 턴디시로 공급된다.
한편, 슬라이드 게이트는 래들의 외측에 위치하고 있기 때문에 온도가 낮다. 이에, 배출구 내부의 용강 중 슬라이드 게이트 주변에서 용강이 응고될 수 있다. 그리고, 슬라이드 게이트 주변에서 용강이 응고되면 슬라이드 게이트의 동작이 불가능하고, 이에 배출구와 시라우드 노즐 간이 연통되지 않아 용강이 턴디시로 공급되지 못한다.
따라서, 용강을 래들에 수강시키기 전에, 래들의 배출구에 다수의 입자로 이루어진 예컨대 모래와 같은 필러(filler)를 투입시킨다. 래들의 배출구에 필러를 투입시킨 후 래들로 용강을 수강시키면, 용강의 열에 의해 필러의 적어도 일부가 소결되어 소결층이 형성된다. 이 소결층은 용강이 슬라이드 게이트가 위치된 방향으로 이동 또는 침투하는 것을 방지한다. 따라서, 슬라이드 게이트 주변에서 용강이 응고되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 슬라이드 게이트를 개방시키면, 래들 내 용강이 하측으로 쏟아지는 힘 즉, 용강의 정압(철정압)에 의해 소결층이 깨지면서 필러 전체가 하측으로 쏟아지게 된다. 이에, 배출구와 시라우드 노즐 간이 연통된다. 따라서, 래들 내 용강이 배출구와 시라우드 노즐을 통과하여 턴디시로 이동된다.
한편, 상술한 바와 같이 용강의 열에 의해 필러가 소결되어 소결층이 형성되는데, 이 소결층은 소정의 강도를 가지는 층이며, 래들에 용강이 수강되어 있는 시간 및 용강의 온도가 증가할 수록 그 두께 및 강도가 증가하는 경향이 있다.
그런데, 소결층의 강도가 높거나 두껍게 형성되는 경우, 슬라이드 게이트를 개방시키더라도, 용강의 철정압에 의해 소결층이 깨지지 않아, 배출구가 자연 개공 또는 개방되지 않는 문제가 발생된다. 그리고, 배출구가 개공되지 않으면, 소결층을 인위적으로 깨는 강제 개공을 추가로 실시해야 하는데, 이때 용강이 재산화되거나, 시라우드 노즐이 손상되는 문제가 있다.
한국등록특허 KR1960935
본 발명은 래들 내 용강이 배출구로부터 원활하게 배출되도록 하는 래들 개공장치 및 래들의 개공방법을 제공한다.
본 발명은 래들 배출구의 자연 개공을 원활하게 하는 래들 개공장치 및 래들의 개공방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 용강이 수강되는 래들에 마련되며, 필러가 충진되는 배출구를 개공시키는 래들 개공장치로서, 일단이 상기 배출구의 상측으로 돌출되게 상기 배출구 내부에 설치 가능하도록, 상기 배출구의 연장방향으로 연장 형성된 삽입부재; 및 상기 배출구의 하측으로 낙하 가능하도록, 상기 삽입부재에 연결된 중량부재;를 포함한다.
상기 삽입부재는 상기 배출구 연장방향으로의 연장길이가 상기 배출구의 연장길이에 비해 길다.
상기 삽입부재의 연장길이는, 일단이 상기 배출구에 필러가 충진되어 형성된 필러층의 상부표면과 동일 높이에 위치하거나, 상기 필러층의 상부표면 상측으로 돌출되는 길이를 가진다.
상기 삽입부재는 상기 배출구 연장방향으로의 연장길이가 폭에 비해 긴 막대 형상이고, 상기 중량부재는 상기 배출구 연장방향으로의 길이가 폭에 비해 짧은 형상이며, 상기 삽입부재의 폭에 비해 상기 중량부재의 폭이 길다.
상기 삽입부재의 폭은 상기 배출구의 폭의 50% 미만이다.
상기 중량부재의 폭은 상기 배출구 폭의 90% 이상, 100% 미만이다.
상기 중량부재는 상기 삽입부재에 비해 무게가 무겁다.
외력에 의해 변형이 가능하도록 상기 삽입부재와 중량부재 사이를 연결하는 연결부재를 포함한다.
상기 삽입부재는 외주면에 요철이 마련된다.
본 발명의 실시예에 따른 래들의 개공방법은, 래들의 배출구 내부에 개공기를 삽입 설치하는 과정; 상기 개공기가 필러층에 의해 둘러싸이도록, 상기 배출구로 필러를 투입하는 과정; 상기 래들의 내부에 용강을 공급하는 과정; 및 상기 배출구의 하측을 개방시켜 상기 개공기를 낙하시키는 과정; 낙하되는 상기 개공기에 의해 상기 필러층에 하측방향으로 당겨지는 힘을 인가하는 과정; 상기 필러층을 파괴시켜, 상기 배출구를 개공시키는 과정;을 포함한다.
상기 배출구로 필러를 투입하는 과정은, 상기 개공기의 기울기가 변하도록 상기 개공기를 상기 배출구의 폭 방향으로 이동시키는 과정을 포함한다.
상기 배출구 내부에 개공기를 삽입 설치하는 과정은, 상기 배출구의 하측에 위치된 게이트 상면에 상기 개공기의 하단을 지지시키는 과정을 포함하고, 상기 개공기를 낙하시키는 과정은, 상기 게이트를 이동시켜 상기 개공기를 지지하고 있는 지지력을 해제하는 과정을 포함한다.
상기 배출구 내부에 개공기를 삽입 설치하는 과정은, 상기 개공기의 하단이 상기 배출구의 하측에 위치된 게이트의 상면에 지지되고, 상단이 상기 배출구의 상측으로 돌출되도록 삽입하여, 상기 개공기의 상단과 하단 사이의 영역이 용강의 열에 의해 상기 필러층 중 일부가 소결되어 형성되는 소결층에 의해 둘러싸이도록 한다.
상기 필러층을 파괴하는 과정은, 상기 개공기를 둘러싸고 있는 소결층에 충격을 가하여, 상기 소결층을 파괴하는 과정을 포함한다.
상기 배출구를 개공시키는 과정은, 용강이 누르는 힘 및 상기 하측방향으로 당겨지는 힘을 상기 필러층으로 인가하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 필러층으로 용강 정압 외에 추가로 충격을 가할 수 있다. 따라서, 래들의 배출구에 충진되어 있는 필러층을 보다 쉽게 파괴시킬 수 있다. 또한, 필러층에 두께가 두껍거나 강도가 높은 소결층이 형성되더라도, 소결층을 용이하게 파괴시킬 수 있다. 따라서, 래들의 배출구를 원활하게 개공시킬 수 있다.
이에, 배출구를 강제 개공시키는 추가 작업을 실시하지 않아도 되므로, 강제 개공에 따른 용강 산화, 노즐의 손상을 방지할 수 있고, 조업 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치가 설치되는 연속주조설비의 요부를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치가 적용된 래들의 배출구 주변을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치를 이용하여 래들의 배출구를 개공시키는 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5는 실시예의 변형예에 따른 삽입부재가 적용된 래들 개공장치가 삽입된 배출구 주변을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 모사장치를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치가 설치되는 연속주조설비의 요부를 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치가 적용된 래들의 배출구 주변을 확대하여 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는 래들로 용강이 수강되기 전 상태를 도시한 것이고, 도 3은 래들로 용강이 수강된 후 게이트가 개방된 상태를 도시한 것이다.
이하, 먼저 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치가 설치되는 일반적인 연속주조설비에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 연속주조설비(1000)는 용강(M)이 수용될 수 있는 내부공간을 가지며 용강(M)이 배출될 수 있는 개구(이하, 배출구(1140))가 마련된 래들(1100), 래들(1100)로부터 용강(M)을 공급받아 수용하는 턴디시(1400), 래들(1100)의 배출구(1140)와 연통 가능하도록 래들(1100)과 턴디시(1400) 사이에 위치된 노즐(1300) 및 래들(1100)과 노즐(1300) 간의 연통을 제어하는 게이트(1200)를 포함한다.
또한, 연속주조설비(1000)는 도시되지는 않았지만, 턴디시(1400)로부터 용강(M)을 제공받아 냉각 및 응고시켜 주편을 제조하는 주형 및 턴디시(1400)와 주형 사이를 연결하도록 설치되어, 턴디시(1400)의 용강(M)을 주형으로 공급하는 침지노즐을 포함할 수 있다.
래들(1100)은 용강(M)을 수용할 수 있는 내부공간을 가지며, 하부에 용강(M)의 배출이 가능한 개구(1113)가 마련된 본체(1110)를 포함한다. 또한, 래들(1100)은 개구(1113)와 연통 가능하도록 상기 개구(1113) 내부에 삽입 설치된 노즐(이하, 제1노즐(1120))과, 개구(1113) 및 제1노즐(1120)의 외주면을 둘러싸도록 본체(1110)에 삽입 설치된 웰블록(1130)을 포함할 수 있다.
본체(1110)는 외관을 형성하는 철피(1111), 내화물로 이루어진 벽돌을 철피(1111)의 내측면에 축조하여 형성된 연와(1112)를 포함할 수 있다. 여기서, 연와(1112)는 철피(1111)의 내측면에 축조되는 제1연와(또는 영구장 연와)와 제1연와의 내측면에 축조되어 래들(1100)의 내측면을 이루면서 용강과 접촉되는 제2연와(또는 내화연와)를 포함하도록 구성될 수 있다.
개구(1113)는 래들(1100) 내 용강(M)이 배출되는 통로로서, 본체(1110)의 내부공간을 향하는 일단 및 게이트(1200)를 향하는 타단이 개방되어 있고, 용강(M)의 이동이 가능한 내부공간을 가지는 형상이다. 이러한 개구(1113)는 본체(1110) 하부에 마련된다. 즉, 개구(1113)는 본체(1110)의 내부공간을 구획하는 하부벽 또는 바닥을 상하방향으로 관통하도록 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 개구(1113)는 철피(1111) 및 연와(1112)의 바닥을 상하방향으로 관통하도록 마련될 수 있다. 그리고, 개구(1113)는 예컨대 게이트(1200)가 위치된 방향으로 갈수록 그 내경이 좁아지는 형상일 수 있다. 이는, 게이트(1200)가 개방되어 배출구(1140)를 통해 용강(M)이 배출될 때, 용강(M)의 배출이 원활하고, 그 배출속도를 향상시키기 위함이다.
웰블록(1130)은 본체(1110)의 내부공간을 향하는 일단 및 게이트(1200)를 향하는 타단이 개방되어 있으며, 내부공간을 가지는 중공형의 형상일 수 있다. 이러한 웰블록(1130)은 본체(1110) 내부에 삽입 설치되는데, 개구(1113) 및 제1노즐(1120)을 둘러싸도록 설치될 수 있다. 이에, 개구(1113) 및 제1노즐(1120)은 웰블록(1130)의 내측에 수용되도록 배치될 수 있다. 이와같은 웰블록(1130)은 내화물을 포함하는 재료로 마련될 수 있고, 연와(1112)와 동일한 재료로 마련될 수 있다.
제1노즐(1120)은 본체(1110)의 내부공간을 향하는 일단 및 게이트(1200)를 향하는 타단이 개방되어 있으며, 용강(M)의 이동 또는 통과가 가능한 내부공간을 가지는 중공형의 형상일 수 있다. 이러한 제1노즐(1120)은 본체(1110)에 마련된 개구(1113)와 연통되도록 상기 본체(1110) 내부에 삽입 설치된다. 즉, 제1노즐(1120)은 본체(1110)에 마련된 개구(1113)의 내부에 삽입 설치될 수 있다. 제1노즐(1120)이 본체(1110)의 개구(1113)에 삽입 설치되면, 본체(1110)의 개구(1113)와 제1노즐(1120)의 내부공간이 상호 연통된다.
제1노즐(1120)이 본체(1110)의 개구(1113)에 삽입 설치되는데 있어서, 제1노즐(1120)은 그 일단이 본체(1110) 개구(1113)의 일단에 비해 하측에 위치하도록 설치될 수 있다. 물론, 제1노즐(1120)은 그 일단이 개구(1113)의 일단과 동일한 높이에 위치하도록 설치될 수 있다. 그리고, 제1노즐(1120)은 게이트(1200)를 향하는 타단이 본체(1110) 또는 웰블록(1130)의 하측으로 노출 또는 돌출되도록 설치될 수 있다. 이는, 제1노즐(1120)이 후술되는 게이트(1200)와 연결되도록 하기 위함이다.
이와같은 제1노즐(1120)은 제강 기술분야에서 통상 '탑노즐(Top nozzle)'로 불리우는 수단일 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1노즐(1120)은 본체(1110)에 마련된 개구(1113)와 연통되도록 상기 본체(1110)에 설치된다. 이에, 래들(1100) 내 용강(M)은 본체(1110)의 개구(1113) 및 제1노즐(1120)의 내부공간을 통과되도록 이동되어 외부로 배출된다. 따라서, 이하에서는 래들(1100)의 용강(M)이 배출되는 통로인 본체(1110)의 개구(1113) 및 제1노즐(1120)의 내부공간을 통칭하여 '배출구'라 명명한다. 그리고, 설명의 편의를 위하여 배출구를 개구(1113) 및 제1노즐(1120)과 다른 도면부호 1140으로 지칭하여 설명한다.
게이트(1200)는 래들(1100)의 하부에 연결되어 배출구(1140)를 개방 또는 폐쇄한다. 이러한 게이트(1200)는 배출구(1140)와 마주보도록 래들(1100)의 하부에 설치된 상부 플레이트(1210) 및 좌우 방향으로 수평이동이 가능하도록 상부 플레이트(1210)에 장착된 하부 플레이트(1220)를 포함할 수 있다.
상부 플레이트(1210)는 배출구(1140)와 연통 가능한 홀(이하, 상부홀(1211))을 구비한다(도 2 참조). 상부홀(1211)은 그 폭(D1)이 배출구(1140)의 폭(W1)과 동일하도록 마련될 수 있다. 여기서, 배출구(1140)의 폭(W1)은 게이트(1200)를 향하는 타단의 내경일 수 있다. 또한, 상부 플레이트(1210)가 래들(1100)의 하부에 설치되는데 있어서, 제1노즐(1120)의 타단과 연결되도록 설치될 수 있다.
하부 플레이트(1220)는 상부홀(1211)과 연통 가능한 홀(이하, 하부홀(1221))을 구비한다(도 2 참조). 하부홀(1221)은 그 폭(D2)이 상부홀(1211)과 동일하거나, 그보다 크게 마련될 수 있다. 하부 플레이트(1220)는 별도의 구동부에 의해 좌우방향으로 수평이동 즉, 슬라이딩 이동될 수 있다. 여기서, 구동부는 하부 플레이트(1220)에 연결되어 좌우방향으로 수평이동 즉, 전후진 이동이 가능한 로드를 구비하는 실린더를 포함하는 수단일 수 있다. 물론, 구동부는 하부 플레이트(1220)를 수평이동시킬 수 있는 다양한 수단으로 변경될 수 있다.
게이트(1200)의 하부에는 래들(1100)로부터 배출된 용강(M)을 턴디시(1400)로 공급하는 노즐(이하, 제2노즐(1300))이 연결된다. 이러한 제2노즐(1300)은 하부 플레이트(1220)의 하부홀(1221)과 연통 가능한 내부공간을 가지는 중공형의 형상일 수 있다. 그리고, 제2노즐(1300)은 그 일단이 하부 플레이트(1220)에 연결되고, 타단이 턴디시(1400) 내부에 위치되도록 설치될 수 있다. 이와같은 제2노즐(1300)은 제강 기술분야에서 통상 '시라우드 노즐(shroud nozzle)'로 불리우는 수단일 수 있다.
필러(F)는 용강(M)이 게이트(1200)로 침투하는 것을 방지하면서, 게이트(1200)가 개방되면 래들(1100)의 배출구(1140)를 자연 개공시키기 위한 수단이다. 이러한 필러(F)는 래들(1100)로 용강(M)이 수강되기 전에 배출구(1140) 내부 즉, 래들(1100)의 개구(1113) 및 제1노즐(1120) 내부로 투입된다. 이때, 필러(F)의 높이가 배출구(1140)에 비해 높도록 충진될 수 있다. 다른 말로 설명하면, 필러(F)가 배출구(1140)의 상측으로 돌출될 수 있는 높이로 투입 또는 충진될 수 있다.
필러(F)는 복수 또는 다수의 입자들로 이루어지며, 크로마이트와 규사(SiO2)가 혼합된 혼합물일 수 있다. 여기서, 필러(F) 전체에 대해 크로마이트가 70 중량% 내지 90 중량%이고, 규사(SiO2)가 10 중량% 내지 30 중량%로 포함되도록 마련될 수 있다. 또한, 크로마이트 및 규사(SiO2) 각각은 500㎛ 내지 1000㎛의 입경을 가질 수 있다. 그리고, 크로마이트 입자 및 규사(SiO2) 입자 각각은 카본 블랙(carbon black)으로 코팅될 수 있다. 이에, 필러(F)에 카본(C)이 포함되는데, 필러(F) 전체에 대해 카본(C)이 0.05 중량% 내지 5 중량%로 함유되도록 각 입자들에 코팅될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 필러(F)는 Cr2O3, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO 및 C(Carbon)을 포함할 수 있다. 그리고 이들 각각의 함량은 예컨대 표 1과 같을 수 있다.
성분 Cr2O3 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO C
함량
(중량%)		 34.2 25.3 11.8 20.4 7.4 0.15
래들(1100)의 배출구(1140) 즉, 래들(1100)의 개구(1113) 및 제1노즐(1120)의 내부로 필러(F)가 투입된 후, 래들(1100)로 용강(M)이 수강되면, 용강(M)의 열에 의해 필러(F)의 적어도 일부는 용융되고, 적어도 일부는 소결되며, 나머지는 용강(M)이 수강되기 전의 초기 상태 즉, 고상의 입자 상태를 유지한다.
이하에서는 필러(F)의 용융 및 소결에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위하여, 배출구(1140) 내부에 투입 또는 충진된 필러(F)를 필러층(FL)이라 명명한다.
배출구(1140) 내부로 충진된 필러(F) 즉, 필러층(FL) 중, 용강(M)과 접촉되는 최상측 표면을 포함하는 소정 두께의 층은 용강(M)의 열에 의해 용융될 수 있다. 이에, 필러층(FL) 중 최상측 표면을 포함하는 소정 두께의 층 내부에는 다량의 액상이 존재할 수 있다. 이하에서는 이렇게 최상측 표면을 포함하며, 액상이 다량 포함된 층을 '반용융층(LFL)'이라 명명한다. 반용융층(LFL)은 상술한 바와 같이 다량의 액상을 가지고 있기 때문에, 외력에 의해 쉽게 변형이 발생될 수 있다.
필러층(FL) 중, 반용융층(LFL)의 하측영역은 상기 반용융층(LFL)에 비해 용강(M)과 거리가 멀어, 상기 반용융층(LFL)에 비해 그 온도가 낮다. 이에, 반용융층(LFL)으로부터 하측으로 소정 두께의 층은 용강(M)의 열에 의해 용융되지 않거나, 소량으로 용융되면서 소결반응이 일어날 수 있다. 즉, 반용융층(LFL)으로부터 하측으로 소정 두께의 층이 소결될 수 있는데, 이하에서는 반용융층(LFL)의 하측영역이며, 소결반응된 층을 '소결층(SFL)'이라 명명한다.
이러한 소결층(SFL)은 필러(F)를 구성하는 입자들이 상호 결합되는 반응을 포함하는 소결과정에 의해 형성된 층이기 때문에, 소정의 강도를 가지고 있다. 이에, 소결층(SFL)은 용강(M)의 이동을 차단할 수 있고, 이에 따라 용강(M)이 게이트(1200) 쪽으로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
필러층(FL) 중, 소결층(SFL)의 하측영역은 상기 소결층(SFL)에 비해 용강(M)과 멀리 위치된 영역으로서, 소결층에 비해 그 온도가 낮다. 이에, 소결층(SFL)의 하측영역은 용융되거나 소결되지 않고, 래들(1100)로 용강(M)이 수강되기 전 상태를 유지할 수 있다. 즉, 래들(1100)로 용강(M)이 수강되기 전과 같이 고상인 복수의 입자를 가지는 형태를 유지한다. 이하에서는 소결층(SFL)의 하측영역이며, 래들(1100)로 용강(M)이 수강되기 전 상태를 유지하는 층을 '입자층(PFL)'이라 명명한다.
이와 같이, 배출구(1140)에 충진되어 있는 필러층(FL) 중, 일부가 용강의 열에 의해 소결되어 소정 두께의 소결층(SFL)을 형성한다. 이러한 소결층(SFL)은 소정의 강도를 가지고 있어, 용강(M)이 게이트(1200)쪽으로 이동하는 것을 차단한다. 또한, 게이트(1200)가 개방되면 중력에 의해 용강이 하측으로 쏟아지는 힘인 용강 정압(즉, 철정압)에 의해 소결층(SFL)이 파괴 또는 깨지게 되다. 이로 인해 필러층(FL) 전체가 하측으로 낙하 또는 쏟아지게 됨에 따라, 배출구(1140)가 개방 즉, 개공된다.
한편, 래들(1100) 내에 용강(M)이 수강되어 있는 시간이 증가되거나, 용강(M)의 온도가 높을수록, 소결층(SFL)의 두께(TSFL) 및 그 강도가 증가될 수 있다. 그런데, 소결층(SFL)의 두께(TSFL)가 너무 두꺼워지거나, 그 강도가 과도하게 증가하는 경우, 게이트(1200)를 개방시켜도 용강(M)의 정압에 의해 소결층(SFL)이 깨지지 않는다. 즉, 게이트(1200)를 개방시켜도 래들(1100)의 배출구(1140)가 개공되지 않고, 이에 제2노즐(1300)과 연통되지 않는다. 따라서, 래들(1100) 내 용강(M)을 턴디시(1400)로 공급할 수 없다.
따라서, 본원발명에서는 래들(1100) 배출구(1140)의 개공을 원활하게 하는 래들 개공장치(2000)를 제공한다. 보다 구체적으로 설명하면, 소결층(SFL)의 두께(TSFL) 및 강도가 증가하더라도 개공이 가능하도록 하는 래들 개공장치(2000)를 제공한다. 더 구체적으로 설명하면, 필러층(FL)으로 용강 정압 외에 추가로 힘을 더 가할 수 있는 래들 개공장치(2000)를 제공한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)는, 래들(1100)의 배출구(1140)에 삽입되는 삽입부재(2110) 및 삽입부재(2110)에 연결되며, 소정의 무게를 가지는 중량부재(2120)를 구비하는 개공기(2100)를 포함한다.
또한, 래들 개공장치(2000)는 개공기(2100)의 삽입부재(2110)와 중량부재(2120)를 연결하는 연결부재(2200)를 더 포함할 수 있다. 연결부재(2200)는 구부러지거나 펼쳐지거나, 코일 또는 스프링과 같이 말림 변형이 가능하도록 연성을 가지도록 마련될 수 있다.
개공기(2100)는 게이트(1200)의 개방시에 하측으로 낙하가 가능하도록 마련되어, 필러층(FLs)으로 용강 정압 외에 추가적인 힘을 가하는 수단이다. 이러한 개공기(2100)는 상술한 바와 같이, 삽입부재(2110) 및 중량부재(2120)를 포함한다. 그리고, 삽입부재(2110)와 중량부재(2120)는 일체형으로 마련될 수 있다.
삽입부재(2110)는 필러(F)가 충진될 배출구(1140)를 상하방향으로 관통하도록 삽입되는 수단으로서, 배출구(1140)의 연장방향으로 연장 형성된 바(bar) 또는 막대 형상일 수 있다. 보다 구체적으로, 삽입부재(2110)는 그 삽입부재(2110)의 연장방향으로 연장된 길이(이하, 연장길이(L2))가 연장방향과 교차 또는 직교하는 방향의 길이(이하, 폭(W2))에 비해 긴 바(bar) 또는 막대 형상일 수 있다. 이러한 삽입부재(2110)는 금속을 포함하는 재료로 마련될 수 있고, 고온에 강한 금속을 포함하는 재료로 마련되는 것이 바람직하다. 예컨대, 삽입부재(2110)는 스테인레스 스틸로 마련될 수 있다.
또한, 삽입부재(2110)는 그 폭(W2)이 배출구(1140)의 내경 즉, 폭(W1)에 비해 작게 마련된다(도 2참조).
한편, 삽입부재(2110)는 배출구(1140)로 필러(F)를 투입하기 전에 삽입시킨다. 즉, 배출구(1140)가 비어있는 상태에서 삽입부재(2110)가 상기 배출구(1140)로 삽입된다. 이렇게 배출구(1140)에 비해 폭(W2)이 작은 삽입부재(2110)가 배출구(1140) 내부로 삽입되면, 삽입부재(2110)가 배출구(1140)의 폭(W1) 방향으로 기울어질 수 있다. 즉, 삽입부재(2110) 중, 그 연장방향의 양 끝단인 일단과 타단이 배출구(1140) 내에서의 폭(W1) 방향 위치가 다르도록 기울어지게 배치될 수 있다. 이때, 삽입부재(2110)의 일부가 배출구를 구획하는 내벽면과 접촉될 수 있다.
그리고, 삽입부재(2110)가 삽입되어 있는 상태에서 배출구(1140)로 필러(F)가 투입되면, 필러(F)에 의해 삽입부재(2110)가 배출구(1140)의 폭(W1) 방향으로 소정거리 이동되어, 그 기울기가 변경될 수 있다. 예컨대, 배출구(1140)의 폭(W1) 방향을 기준으로 일단이 타단과 폭(W1) 방향 위치가 가까워지게 삽입부재(2110)의 기울기가 변경되도록 이동될 수 있다. 이때, 배출구(1140)의 내벽면에 접촉되어 있던 삽입부재(2110)의 일부가 상기 내벽면과 이격되도록 이동될 수 있다. 즉, 필러(F)의 투입에 의해 삽입부재(2110)가 배출구(1140)의 내벽면과 접촉되지 않고 이격되도록 그 기울기가 변경될 수 있다.
필러(F)의 투입이 완료되었을 때, 삽입부재(2110)가 배출구(1140)의 내벽면과 접촉하지 않고 이격되어 있으면서, 배출구(1140)와 나란하지 않고, 소정각도로 기울어져 있는 상태일 수 있다. 즉, 배출구(1140)의 폭 방향을 기준으로 삽입부재(2110)의 일단과 타단의 위치가 동일하지 않고, 소정거리 차이가 나도록 기울어진 상태일 수 있다. 물론, 필러(F)의 투입이 완료되었을 때, 삽입부재(2110)가 배출구(1140)와 나란하게 또는 평행하게 배치될 수도 있다.
한편, 게이트(1200)를 개방시켰을 때, 배출구(1140)의 원활한 개공을 위해서는 삽입부재(2110)가 배출구(1140)로부터 낙하되어야 한다. 이에, 삽입부재(2110)가 배출구(1140) 내에서 소정각도로 기울어진 상태일 때에도 배출구(1140)로부터 원활히 낙하되어야 할 필요가 있다.
따라서, 삽입부재(2110)의 폭(W2)이 배출구(1140)의 폭(W1)에 비해 작도록 마련하는데 있어서, 삽입부재(2110)의 폭(W2)이 배출구(1140)의 폭의 50% 미만(0% 초과)이 되도록 마련되는 것이 바람직하고, 10% 내지 40%(10% 이상, 40% 이하)로 마련되는 것이 보다 바람직하다.
한편, 삽입부재(2110)의 폭(W2)이 배출구(1140)의 폭(W1)의 50% 이상인 경우, 필러(F)가 투입된 배출구(1140) 내에서 삽입부재(2110)가 소정각도로 각도로 기울어진 상태일 때, 게이트(1200)의 개방에 의해 삽입부재(2110)가 배출구(1140) 밖으로 낙하되지 못할 수도 있다. 즉, 배출구(1140)의 내벽면에 의해 그 이동이 저지되어 배출구(1140) 밖으로 낙하되지 못할 수도 있다.
그리고, 삽입부재(2110)는 그 폭(W2)이 배출구(1140) 폭(W1)의 50% 미만(0% 초과)이면 바람직하지만, 필러(F)가 투입된 배출구(1140) 내에서 삽입부재(2110)가 소정각도로 기울어져 있더라도, 삽입부재(2110)가 배출구(1140)의 내벽에 의해 그 이동이 저지되지 않고 보다 원활하게 낙하되도록 하기 위해, 삽입부재(2110)의 폭(W2)이 배출구(1140) 폭(W1)의 40% 이하가 되도록 마련하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 삽입부재(2110)는 그 폭(W2)이 배출구(1140)의 폭(W1)의 50% 미만(0% 초과)이면 바람직하지만, 낙하시에 필러층(FL) 또는 소결층(SFL)에 충분한 힘 또는 충격을 가하기 위해, 삽입부재(2110)의 폭(W2)이 배출구(1140) 폭(W1)의 10% 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
삽입부재(2110)는 그 폭(W2)이 상술한 바와 같이 배출구의 폭(W1)에 비해 작으면서, 게이트(1200)에 마련된 상부홀(1211) 및 하부홀(1221)의 폭(D1, D2)과, 제2노즐(1300)의 내경 즉, 폭(W4)에 비해 작게 마련된다(도 2참조). 이는 게이트(1200)가 개방되었을 때, 도 3과 같이 삽입부재(2110)가 게이트(1200)에 마련된 상부홀(1211) 및 하부홀(1221)과, 제2노즐(1300)의 내부를 통과하여 낙하되도록 하기 위함이다.
삽입부재(2110)는, 도 2와 같이 배출구(1140) 내부에 설치되었을 때 그 일단(상단)이 배출구(1140)의 상측으로 돌출될 수 있는 길이(L2)로 마련되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 삽입부재(2110)는 그 연장길이(L2)가 배출구(1140)의 연장길이(L1)에 비해 길게 마련될 수 있다. 그리고, 삽입부재(2110)는 배출구(1140) 내부에 필러(F)가 충진되었을 때, 삽입부재(2110)의 일단이 필러층(FL)의 상측으로 돌출될 수 있는 길이(L2)로 마련되는 것이 보다 바람직하다. 예컨대, 필러층(FL)의 상측으로 돌출된 삽입부재(2110)의 돌출길이가 상기 필러층(FL) 높이의 1% 이상이 되도록 마련할 수 있다. 그리고, 필러층(FL)의 상측으로 돌출되도록 삽입부재(2110)를 마련하는데 있어서, 삽입부재(2110)의 돌출길이가 필러층(FL) 높이의 10% 이하가 되도록 할 수 있다.
상기에서는 삽입부재(2110)의 일단이 필러층(FL)의 상측으로 돌출되도록 마련되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 삽입부재(2110)는 그 일단이 필러층(FL)의 상부표면과 동일 높이에 위치되는 길이(L2)로 마련될 수도 있다.
이렇게, 일단이 배출구(1140)의 상측 또는 필러층(FL)의 상측으로 돌출되거나, 일단이 필러층(FL)의 상부표면과 동일 높이에 위치될 수 있는 길이로 삽입부재(2110)를 마련하는 것은, 래들(1100) 내에 용강(M)이 수강되어 있는 시간, 용강(M)의 온도에 따라 소결층(SFL)의 위치 및 두께(TSFL)가 달라질 수 있기 때문이다. 즉, 소결층(SFL)의 위치 및 두께(TSFL)에 구애받지 않고, 삽입부재(2110)가 소결층(SFL) 전체를 통과 또는 관통하여 위치될 수 있도록 하기 위함이다.
삽입부재(2110)의 연장길이(L2)를 결정하는데 있어서, 배출구(1140)의 길이(L1) 및 배출구(1140)로 투입되는 필러(F)의 양 중 적어도 하나를 반영하여 결정될 수 있다. 이때, 래들(1100)에 마련되어 있는 배출구(1140)의 길이(L1)는 정해져 있고, 배출구(1140)로 투입되는 필러(F)의 양이 일정하기 때문에, 삽입부재(2110)의 연장길이(L2)를 결정할 수 있다.
배출구(1140) 내부에는 삽입부재(2110) 외에 후술되는 연결부재(2200) 및 중량부재(2120)가 함께 삽입 설치될 수 있다. 이에, 삽입부재(2110)의 연장길이(L2)는 중량부재(2120)의 상하 연장길이(이하, 두께(L3))에 따라 조절될 수 있다. 또한, 배출구(1140) 내부에 래들 개공장치(2000)가 위치될 때, 삽입부재(2110)와 중량부재(2120) 사이에 연결부재(2200)가 절곡 또는 구부러진 상태로 위치될 수 있으므로, 삽입부재(2110)의 연장길이(L2)는 연결부재(2200)에 의한 삽입부재(2110)와 중량부재(2120) 간의 이격 거리에 따라 조절될 수 있다.
중량부재(2120)는 도 3과 같이 게이트(1200)가 개방되었을 때, 삽입부재(2110)에 하측으로 당기는 힘을 부여하는 수단이다. 다른 말로 설명하면, 게이트(1200)가 개방되었을 때, 삽입부재(2110)에 중력 외에 하측으로 당기는 힘을 추가로 더 부여하는 수단이다. 이러한 중량부재(2120)는 삽입부재(2110)에 비해 그 무게가 무겁게 마련되는 것이 바람직하다.
그리고, 중량부재(2120)의 낙하에 의해 삽입부재(2110)가 하측으로 당겨지면, 이 힘은 삽입부재(2110)를 둘러싸고 있는 필러층(FL)으로 전달된다. 즉, 중량부재(2120)에 의해 삽입부재(2110)가 당겨지면, 필러층(FL)에 충격이 가해진다. 이에 따라 필러층(FL) 또는 소결층(SFL)은 용강 정압 및 삽입부재(2110)로부터 가해진 충격에 의해 파괴된다. 이로 인해 도 3과 같이 필러층(FL) 전체가 배출구(1140) 외부로 배출되며, 따라서 배출구(1140)가 개공된다.
이와 같이, 삽입부재(2110)를 당기는 중량부재(2120)는 그 무게가 100g 이상, 보다 바람직하게는 150g 이상이 되도록 마련될 수 있다.
한편, 중량부재(2120)의 무게가 100g 미만인 경우, 두껍거나 그 강도가 큰 소결층(SFL)이 파괴되지 않을 수 있다. 즉, 게이트(1200)가 개방되었을 때, 중량부재(2120)가 삽입부재(2110)를 당기는 힘이 부족하여 소결층(SFL)이 파괴되지 않을 수 있다.
그리고, 중량부재(2120)의 무게가 증가할 수록 삽입부재(2110)를 잡아당기는 힘이 증가하여, 소결층(SFL)을 파괴하는데 유리할 수 있다. 그러나, 중량부재(2120)를 이용하여 두껍거나 강도 높은 소결층(SFL)을 파괴하는데 있어서, 그 무게가 300g 이하면 충분할 수 있다. 따라서, 중량부재(2120)가 100g 이상, 300g 이하의 무게를 가지도록 마련하는 것이 바람직하며, 150g 이상, 200g 이하로 마련되는 것이 보다 바람직할 수 있다.
중량부재(2120)는 금속을 포함하는 재료로 마련될 수 있다. 이때, 중량부재(2120)는 삽입부재(2110)에 비해 용강(M)과 멀게 위치되므로, 중량부재(2120)는 상기 삽입부재(2110)에 비해 상대적으로 고온에 강하지 않은 재료로 마련될 수 있으며, 예컨대 탄소강으로 마련될 수 있다. 물론, 중량부재(2120)는 삽입부재(2110)와 같이 고온에 강한 재료, 예컨대 스테인레스 스틸로 마련될 수 있다.
중량부재(2120)는 그 두께(L3)가 삽입부재(2110)의 연장길이(L2)에 비해 작게 마련될 수 있다(도 2 참조). 그리고, 중량부재(2120)는 상하 연장방향과 교차 또는 직교하는 방향의 길이(이하, 폭(W3))가 두께(L3)에 비해 길도록 마련될 수 있다.
또한, 중량부재(2120)는 그 폭(W3)이 배출구의 폭(W1), 상부 플레이트(1210)에 마련된 상부홀(1211)의 폭(D1)에 비해 작게 마련된다. 이는, 중량부재(2120)가 배출구(1140) 내에 수용될 수 있고, 게이트(1200)가 개방되기 전에 도 2와 같이 중량부재(2120)가 게이트(1200)의 상부홀(1211)의 내부에 수용되어 하부 플레이트(1220) 상부에 안착되도록 하기 위함이다.
배출구(1140)로 필러(F)가 투입되면, 필러(F)는 중량부재(2120)를 둘러싸면서, 상기 중량부재(2120)의 상측으로 쌓이게 된다. 그리고, 게이트(1200)가 개방되면 중량부재(2120)를 지지 또는 받치고 있던 지지력이 없어지기 때문에, 중량부재(2120)가 하측으로 낙하된다. 이때, 중량부재(2120)의 상측에는 필러(F) 즉, 필러층(FL)이 쌓여있는 상태이므로, 중량부재(2120)가 낙하되면, 삽입부재(2110) 뿐만 아니라, 중량부재(2120) 상측에 쌓여있는 필러층(FL)을 지지하고 있는 지지력이 없어지게 된다. 즉, 중량부재(2120)의 낙하에 의한 힘 또는 충격이 필러층(FL)으로 전달되고, 이는 필러층(FL)에 의해 삽입부재(2110)로 전달된다. 이에, 중량부재(2120)의 낙하에 의해 상기 중량부재(2120) 상에 쌓여있는 필러층(FL) 예컨대 입자층(PFL)이 하측으로 낙하되며, 입자층(PFL)의 낙하에 의해 그 상부에 쌓여있는 소결층(SFL) 및 반용융층(LFL)이 순차적으로 낙하된다.
이렇게 중량부재(2120)의 낙하시에 필러층(FL)으로 전달되는 힘 또는 충격은, 중량부재(2120) 상에 지지하고 있는 필러층(FL)의 면적이 클수록 증가할 수 있다. 다른 말로 설명하면, 중량부재(2120)의 면적 또는 폭이 길수록, 중량부재(2120)의 낙하시에 필러층(FL)으로 전달되는 힘 또는 충격이 증가할 수 있다.
따라서, 중량부재(2120)의 폭(W3)이 배출구(1140)의 폭(W1) 및 상부홀(1211)의 폭(D1)에 비해 작도록 마련하는데 있어서, 배출구(1140) 및 상부홀(1211) 내로의 삽입 및 하측으로의 낙하될 수 있다면, 필러층(FL)과 접촉되는 면적이 최대가 되는 폭(W3)으로 마련하는 것이 바람직하다. 예컨대, 중량부재(2120)의 폭은 배출구(1140)의 폭(W1) 또는 상부홀의 폭(D1)의 90% 이상, 100% 미만으로 마련하는 것이 바람직하고, 95% 이상, 100% 미만으로 마련하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 중량부재(2120)는 그 폭(W3)이 하부 플레이트(1220)에 마련된 하부홀(1221)의 폭(D2) 및 제2노즐(1300)의 폭(W4)에 비해 작게 마련된다. 이는 게이트(1200)가 개방되었을 때, 중량부재(2120)가 도 3과 같이 하부 플레이트(1220)에 마련된 하부홀(1221) 및 제2노즐(1300)의 내부를 통과하여 하측으로 낙하되도록 하기 위함이다.
연결부재(2200)는 게이트(1200)가 개방되어 중량부재(2120)가 낙하될 때, 이 낙하되는 힘을 삽입부재(2110)로 전달하는 수단이다. 이를 위해, 연결부재(2200)는 삽입부재(2110)와 중량부재(2120) 사이를 연결도록 설치된다. 즉, 연결부재(2200)는 그 일단이 삽입부재(2110)에 연결되고, 타단(하단)이 중량부재(2120)에 연결된다.
연결부재(2200)는 구부러지거나 펼쳐지는 변형, 코일 또는 스프링과 같이 말릴 수 있는 변형이 가능하도록 연성을 가지도록 마련될 수 있다. 즉, 게이트(1200)가 폐쇄되어 중량부재(2120)가 낙하되기 전에는 도 2와 같이 구부러져 있다가, 게이트(1200)가 개방되어 중량부재(2120)가 낙하되면, 도 3과 같이 일단과 타단 사이의 거리가 멀어지게 펼쳐질 수 있도록 연성을 가지도록 마련되는 것이 바람직하다.
이러한 연결부재(2200)는 금속을 포함하는 재료로 마련될 수 있다. 이때, 연결부재(2200)는 삽입부재(2110)에 비해 용강(M)과 멀게 위치되므로, 연결부재(2200)는 상기 삽입부재(2110)에 비해 상대적으로 고온에 강하지 않은 재료로 마련될 수 있으며, 예컨대 탄소강으로 마련될 수 있다. 물론, 연결부재(2200)는 삽입부재(2110)와 같이 고온에 강한 재료로 마련될 수 있으며, 예컨대 스테인레스 스틸로 마련될 수 있다. 그리고, 연결부재(2200)는 연성을 가질 수 있도록 얇은 금속선 예컨대 와이어로 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치를 이용하여 래들의 배출구를 개공시키는 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하여 래들(1100)의 배출구(1140)를 개공시키는 방법을 설명한다.
먼저, 도 4의 (a)와 같이 게이트(1200)를 폐쇄시킨 상태에서 도 4의 (b)와 같이 배출구(1140) 내에 래들 개공장치(2000)를 삽입 위치시킨다. 이때, 중량부재(2120)가 게이트(1200)의 상부 플레이트(1210)에 마련된 상부홀(1211) 내에 수용되어 하부 플레이트(1220) 상에 안착되도록 한다. 그리고, 삽입부재(2110)가 중량부재(2120)의 상측에 위치되도록 한다. 이는 필러(F)가 삽입부재(2110)를 둘러싸고, 게이트(1200)의 개방시에 중량부재(2120)가 먼저 낙하되어 삽입부재(2110)를 하측으로 당길 수 있도록 하기 위함이다.
이렇게 배출구(1140) 내로 삽입부재(2110) 및 중량부재(2120)가 삽입되면, 도 4의 (b)와 같이 배출구(1140)의 내벽면과 나란하거나 평행하지 않고, 기울어진 상태일 수 있다. 그리고, 삽입부재(2110)의 일부가 배출구(1140)의 내벽면과 접촉되어 있을 수 있다.
다음으로, 도 4의 (c)와 같이 배출구(1140) 내부로 필러(F)를 투입한다. 이때, 배출구(1140) 내부로 충진된 필러(F) 즉, 필러층(FL)의 상부표면이 본체(1110)의 내부공간으로 노출될 수 있도록 충진시킨다. 보다 바람직하게는, 필러층(FL)의 상부표면이 배출구(1140) 상측으로 돌출될 수 있도록 충진시킨다. 이렇게 배출구(1140)에 필러(F)가 충진되면, 개공기(2100) 즉, 삽입부재(2110)는 필러층(FL)을 상하방향으로 관통하는 형태가 된다. 즉, 삽입부재(2110)를 둘러싸도록 필러층(FL)이 마련된다.
배출구(1140) 내로 필러(F)가 투입되면, 삽입부재(2110)는 그 기울기가 변하도록 이동될 수 있다. 즉, 필러(F)를 투입하기 전(도 4의 (b))에 비해 필러(F)가 투입된 후(도 4의 (c)), 배출구(1140)의 내벽면과 삽입부재(2110)가 이루는 각도가 작아지게 기울기가 변하도록, 상기 삽입부재(2110)가 이동될 수 있다. 이때, 배출구(1140)의 내벽면과 이격되도록 삽입부재(2110)가 이동될 수 있다.
필러(F)의 투입이 종료되면, 도 4의 (d)와 같이 래들(1100) 내부로 용강(M)을 공급한다. 래들(1100) 내에 용강(M)이 수강되면, 필러층(FL) 중 일부는 용융되고, 일부는 소결되며, 나머지는 용강이 수강되기 전의 상태인 고상의 입자 상태로 유지될 수 있다. 즉, 래들(1100)로 용강이 수강되면, 필러층은 도 4의 (d)와 같이 그 높이방향으로 반용융층(LFL), 소결층(SFL) 및 입자층(PFL)으로 구분될 수 있다. 그리고, 이때 삽입부재(2110)는 반용융층(LFL), 소결층(SFL) 및 입자층(PFL)을 관통하는 형태가 된다. 즉, 반용융층(LFL), 소결층(SFL) 및 입자층(PFL)은 삽입부재(2110)를 둘러싸는 형태가 된다. 또한, 적어도 삽입부재(2110) 주위의 소결층(SFL)은 상기 삽입부재(2110)의 외주면에 부착 또는 결합되도록 소결될 수 있다.
이어서, 게이트(1200)를 개방시킨다. 즉, 도 4의 (e)와 같이 상부홀(1211)과 하부홀(1221)이 상호 연통되도록 하부 플레이트(1220)를 수평 이동시킨다. 상부홀(1211)과 상부홀(1211)이 연통되도록 게이트(1200)가 개방되면, 필러층(FL)을 지지하고 있던 또는 받치고 있던 지지력이 없어지기 때문에, 래들(1100) 내 용강(M)이 하측으로 쏟아지는 힘인 용강 정압이 발생되며, 이 용강 정압은 필러층(FL)으로 가해진다.
그리고, 상부홀(1211)과 하부홀(1221)이 연통되도록 게이트(1200)가 개방되면, 중량부재(2120)를 지지 또는 받치고 있던 지지력이 없어진다. 이에, 게이트(1200)가 개방되면 도 4의 (f)와 같이 중량부재(2120)가 게이트(1200)의 하부홀(1221)을 통과하여 제2노즐(1300)의 내부로 낙하된다. 이때, 중량부재(2120)가 낙하되는 힘은 연결부재(2200)를 통해 삽입부재(2110)로 전달되는데, 이 힘은 삽입부재(2110)를 하측 즉, 제2노즐(1300) 방향으로 당기는 힘으로 작용한다. 이에, 중량부재(2120)가 낙하되면 삽입부재(2110)가 하측으로 당겨지며, 이로 인해 삽입부재(2110)가 중량부재(2120)와 함께 낙하된다. 이때, 삽입부재(2110)가 하측으로 당겨지는 힘 및 낙하되는 힘이 필러층(FL)으로 전달된다. 즉, 중량부재(2120)에 의해 삽입부재(2110)가 당겨지거나, 낙하되면 필러층(FL)에 충격이 가해진다.
또한, 중량부재(2120)의 낙하에 의해 상기 중량부재(2120)의 상부에 쌓여있던 필러층(FL)의 지지력이 없어지기 때문에, 중력에 의해 필러층(FL), 보다 구체적으로는 입자층(PFL)이 하측으로 낙하된다. 그리고 필러층(FL)이 낙하될 때 발생하는 힘이 삽입부재(2110)로 전달된다. 이에, 삽입부재(2110)는 중량부재(2120)의 낙하에 의한 힘 외에 필러층(FL)이 낙하하는 힘도 같이 전달되어 낙하될 수 있다. 그리고 이렇게 낙하되는 삽입부재(2110)에 의해 필러층(FL)에 충격이 가해진다.
이와 같이, 필러층(FL)으로 용강 정압뿐만 아니라, 삽입부재(2110)로 인한 힘이 추가로 더 가해진다. 따라서, 필러층(FL)은 용강 정압뿐만 아니라, 삽입부재(2110)로부터 추가로 가해진 힘에 의해 파괴될 수 있다. 보다 구체적으로, 소결층(SFL)은 용강 정압 외에 삽입부재(2110)를 통해 추가로 가해진 충격에 의해 파괴될 수 있다.
필러층(FL)이 파괴되면 도 4의 (f)와 같이 배출구(1140) 내 필러층(FL)이 배출구(1140) 외측으로 떨어진다. 즉, 배출구(1140) 내 충진되어 있던 필러층(FL)이 래들 개공장치(2000)와 함께 제2노즐(1300) 내부로 낙하된 후 턴디시(1400)로 이동된다. 이렇게 필러층(FL)이 배출구(1140) 밖으로 낙하되면 도 4의 (g)와 같이 상기 배출구(1140)가 개공되며, 이에 래들(1100) 내 용강(M)이 배출구(1140)를 통과하여 제2노즐(1300)을 통해 턴디시(1400)로 이동된다.
도 5는 실시예의 변형예에 따른 삽입부재가 적용된 래들 개공장치가 삽입된 배출구 주변을 확대하여 도시한 도면이다.
상술한 실시예에 따른 삽입부재(2110)는 그 외주면이 평탄면으로 마련된다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 삽입부재(2110)의 표면 또는 외주면에는 도 5에 도시된 바와 같이 요철(2111)이 마련될 수 있다. 삽입부재(2110)의 외주면에 요철(2111)이 마련되는 경우, 필러층(FL)과 삽입부재(2110) 간의 결합력을 보다 증가시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 소결층(SFL)과 삽입부재(2110) 간의 결합력을 실시예에 비해 증가시킬 수 있다. 이에, 삽입부재(2110)가 낙하될 때, 삽입부재(2110)에 부착된 상태로 함께 낙하되는 필러층(FL) 또는 소결층(SFL)의 양이 실시예에 비해 증가될 수 있다. 따라서, 배출구(1140)의 개공이 보다 원활하게 이루어지는 효과가 있다.
이와 같이 실시예 및 변형예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하는 경우, 래들(1100)의 배출구(1140)를 원활하게 개공시킬 수 있다. 즉, 필러층(FL)에 용강 정압 뿐만 아니라, 래들 개공장치(2000)에 의한 힘을 추가로 가할 수 있어, 소결층(SFL)이 두껍거나, 그 강도가 높게 형성되더라도, 상기 소결층(SFL)을 용이하게 파괴시킬 수 있다. 따라서, 래들(1100) 배출구(1140)의 자연 개공을 원활하게 할 수 있다.
따라서, 배출구(1140)를 강제 개공시키는 추가 작업을 실시하지 않아도 되므로, 강제 개공에 따른 용강 산화, 제2노즐(1300)의 손상을 방지할 수 있고, 조업 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있다
도 6은 모사장치를 도시한 도면이다.
이하, 도 6을 이용하여 모사장치를 이용하여 실험한 실험예들에 따른 결과를 설명한다.
실험 결과 설명에 앞서 먼저, 모사장치에 대해 설명한다.
도 6을 참조하면, 모사장치(100)는, 내부공간을 가지는 전기로(110), 전기로(110)를 가열하는 히터(120), 일단 및 타단이 개방되어 있고, 필러(F)가 충진될 수 있는 내부공간을 가지는 개구(이하, 배출구(140))가 구비되며, 적어도 일부가 전기로(110) 내부에 위치되도록 설치된 내화물 부재(130) 및 내화물 부재(130)의 배출구(140)와 연통 가능하도록 내화물 부재(130)의 하부에 연결되어 상기 배출구(140))를 개폐하는 게이트(150)를 포함한다.
또한, 모사장치(100)는 전기로(110)의 상부를 관통하도록 설치되어, 일단이 전기로(110)의 상부 외측에 위치되고, 타단이 전기로(110) 내부에 위치되며, 승하강 가능한 내화물 봉(160) 및 전기로(110)의 상측에 위치되어 내화물 봉(160)의 일단에 연결된 하중 인가부(170)를 포함한다.
내화물 부재(130)에 마련된 배출구(140)의 내경 즉 폭은 60mm이다. 여기서, 내경은 배출구(140) 중 게이트(150)를 향하는 타단의 내경이다. 그리고, 시험에 적용된 래들 개공장치(2000)에 있어서, 삽입부재(2110)의 상하 연장방향 길이(L2)는 300mm 이고, 중량부재(2120)의 무게는 187.4g이며, 연결부재(2200)의 길이는 400mm이다. 여기서, 연결부재(2200)의 길이는 연결부재(2200)가 절곡 또는 구부러지지 않고, 일직선 상태로 있을 때, 일단과 타단 사이의 거리이다.
게이트(150)는 배출구(140)와 연통 가능한 상부홀(151a)이 마련된 상부 플레이트(150a) 및 상부홀(151a)과 연통 가능한 하부홀(151b)을 가지고, 좌우 방향으로 수평이동이 가능하도록 상부 플레이트(150a)에 장착된 하부 플레이트(150b)를 포함한다.
표 2는 실험예들에 따른 방법으로 개공 실험을 한 결과를 정리하여 나타낸 표이다.
구분 전기로 목표온도(℃) 목표온도 유지시간
1 시간 2 시간 3 시간 4 시간 5 시간
제1실험예 1500℃ ○ ○ ○ ○ x
제2실험예 1500℃ ○ ○ ○ ○ ○
제3실험예 1600℃ ○ ○ ○ x x
제4실험예 1600℃ ○ ○ ○ ○ ○
표 2에서 제2 및 제4실험예는 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용한 것이고, 제1 및 제3 실험예는 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하지 않은 것이다. 그리고, 제1 및 2실험예는 전기로(110)의 목표온도를 1500℃로 하여 유지시킨 것이고, 제3 및 제4실험예는 전기로(110)의 목표온도를 1600℃로 하여 유지시킨 것이다.
또한, 제1 내지 제4실험예 모두 목표온도로 유지시키는 시간을 1 시간, 2 시간, 3 시간, 4 시간, 5 시간으로 하였다. 즉, 전기로(110)를 목표온도로 승온시킨 후, 게이트(150)를 개방시키기 전까지의 유지시간을 1 시간, 2 시간, 3 시간, 4 시간, 5 시간으로 각각 다르게 하여 실험을 진행하였다.
보다 구체적인 예를들어 설명하면, 제2실험예는 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하여 실험하였고, 이때 전기로(110)의 목표온도를 1500℃로 하였다. 그리고, 전기로(110)가 목표온도인 1500℃로 승온되면 전기로(110)를 설정된 유지시간 만큼 유지시킨 후 게이트(150)를 오픈시켰다. 그리고 이때 배출구(140)가 개방 또는 개공되었는지 여부를 확인하였다.
이때, 전기로(110)가 1500℃로 승온된 후, 게이트(150)를 오픈시키기 전까지의 유지시간을 1 시간, 2 시간, 3 시간, 4 시간, 5 시간으로 서로 다르게 하여 복수번 실험하였다.
이하, 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하는 제2 및 제4실험예에 따른 실험 방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이 게이트(150)를 폐쇄시킨 상태에서 배출구(140) 내부로 래들 개공장치(2000)를 삽입시킨다. 이때, 래들 개공장치(2000)의 중량부재(2120)가 게이트(150)의 상부 플레이트(150a)에 마련된 상부홀(151a) 내에 수용되어 하부 플레이트(150b) 상에 안착되도록 한다. 또한, 삽입부재(2110)가 중량부재(2120) 상측에 위치되도록 한다.
다음으로, 배출구(140) 내부로 필러(F)를 투입시킨다. 이때, 내화물 부재(130)의 상부면 높이까지 필러(F)를 채운다. 그리고, 히터(120)를 동작시켜 전기로(110) 내부를 목표온도 까지 승온시킨다. 전기로(110)를 승온시키는 목표온도는 앞에서 설명한 바와 같이 1500℃ 및 1600℃ 각각으로 조절하여 실험하였다. 전기로(110)를 목표온도까지 승온시킨 후, 그 목표온도에서 1 시간, 2 시간, 3 시간, 4 시간, 5 시간 각각으로 유지시켰다.
이때, 전기로(110)의 열에 의해 배출구(140)에 충진된 필러(F) 즉, 필러층(FL)의 일부는 용융되고, 다른 일부는 소결되며, 나머지는 전기로(110)가 가열되기 전의 상태인 고상의 입자 상태로 유지된다.
전기로(110)가 목표온도로 유지된 시간이 기 설정된 유지시간에 도달하면, 내화물 봉(160)을 하강시켜 그 타단이 필러층(FL) 상부면에 접촉될 수 있도록 한다. 그리고, 하중 인가부(170)를 이용하여 2kgf/cm2의 하중을 내화물 봉(160)으로 인가한다. 여기서, 하중 인가부(170) 및 내화물 봉(160)을 통해 필러층(FL)으로 인가되는 하중은, 제강 조업을 위해 게이트(1200)를 개방시켰을 때 필러층(FL)에 가해지는 용강 정압을 모사하기 위한 것이다.
이렇게, 하중 인가부(170) 및 내화물 봉(160)을 통해 필러층(FL)으로 하중을 인가하고 있는 상태에서, 게이트(150)를 개방시킨다. 즉, 상부홀(151a)과 하부홀(151b)이 상호 연통되도록 하부 플레이트(150b)를 수평 이동시킨다.
상부홀(151a)과 하부홀(151b)이 연통되도록 게이트(150)가 개방되면, 중량부재(2120)가 하부홀(151b)을 통과하도록 낙하된다. 이렇게 중량부재(2120)가 낙하되면 삽입부재(2110)가 하측으로 당겨지며, 이에 삽입부재(2110)가 중량부재(2120)와 함께 낙하된다. 이때, 삽입부재(2110)가 당겨지거나 낙하되는 힘은 필러층(FL)으로 전달된다. 즉, 필러층(FL) 또는 소결층(SFL)으로 하중 인가부(170) 및 내화물 봉(160)에 의한 하중 및 삽입부재(2110)가 당겨지거나 낙하될 때 발생되는 힘이 전달된다.
제1 및 제3실험예에 따른 실험은 상술한 제2 및 제4실험예에 따른 실험과 동일하게 진행하였다. 다만, 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하지 않았다. 즉, 하중 인가부(170) 및 내화물 봉(160) 만을 이용하여 필러층(FL)에 힘을 가하였다.
표 2를 참조하면, 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하는 제2 및 제4실험예의 경우 모든 실험에서 배출구(140)가 개공되었다.
하지만, 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하지 않는 제1 및 제3실험예의 경우, 전기로(110)의 목표온도 유지시간이 긴 4 시간, 5 시간에서는 개공되지 않았다. 이는 전기로(110)의 목표온도 유지시간이 4 시간, 5 시간으로 길어지는 경우, 두께(TSFL)가 두껍거나, 강도가 높은 소결층(SFL)이 하중 인가부(170)로부터 가해지는 하중만으로 파괴되지 않았기 때문이다.
그러나, 실시예에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하는 제2 및 제4실험예의 경우, 하중 인가부(170)로부터 가해지는 하중뿐만 아니라, 삽입부재(2110)가 당겨지거나, 낙하될 때 발생하는 힘이 추가로 필러층(FL)으로 가해진다. 이에, 필러층(FL) 또는 소결층(SFL)은 하중 인가부(170)로 인한 충격뿐만 아니라, 삽입부재(2110)가 당겨지거나 낙하하는 힘에 의한 충격이 가해져 파괴된다.
이에, 전기로(110)의 목표온도 유지시간이 4 시간, 5 시간으로 길어져, 두께가 두껍거나, 강도가 높은 소결층(SFL)이 형성되더라도, 래들 개공장치(2000)를 통해 추가로 가해지는 충격에 의해 소결층(SFL)이 쉽게 파괴된다. 따라서, 전기로(110)의 목표온도 유지시간이 길어진 경우에도 배출구(140)가 원활히 개공된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 래들 개공장치(2000)를 이용하는 경우, 필러층(FL)에 용강 정압 뿐만 아니라, 래들 개공장치(2000)에 의한 충격이 추가로 가해짐에 따라, 래들(1100)의 배출구(1140)를 원활하게 개공시킬 수 있다. 즉, 필러층(FL)에 두께가 두껍거나 강도가 높은 소결층(SFL)이 형성되더라도, 상기 소결층(SFL)을 용이하게 파괴시킬 수 있어, 래들(1100)을 원활하게 개공시킬 수 있다.
따라서, 배출구(1140)를 강제 개공시키는 추가 작업을 실시하지 않아도 되므로, 강제 개공에 따른 용강 산화, 제2노즐(1300)의 손상을 방지할 수 있고, 조업 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있다.
1100: 래들 1110: 본체
1113: 개구 1120: 제1노즐
1140: 배출구 1200: 게이트
1300: 제2노즐 1400: 턴디시
F: 필러 FL: 필러층
LFL: 반용융층 SFL: 소결층
PFL: 입자층
2000: 래들 개공장치 2110: 삽입부재
2120: 중량부재 2200: 연결부재

Claims (15)

  1. 용강이 수강되는 래들에 마련되며, 필러가 충진되는 배출구를 개공시키는 래들 개공장치로서,
    일단이 상기 배출구의 상측으로 돌출되게 상기 배출구 내부에 설치 가능하도록, 상기 배출구의 연장방향으로 연장 형성된 삽입부재; 및
    상기 배출구의 하측으로 낙하 가능하도록, 상기 삽입부재에 연결된 중량부재;
    를 포함하고,
    상기 삽입부재는 상기 배출구 연장방향으로의 연장길이가 상기 배출구의 연장길이에 비해 길고,
    상기 삽입부재의 연장길이는, 일단이 상기 배출구에 필러가 충진되어 형성된 필러층의 상부표면 상측으로 돌출되는 길이를 가지는 래들 개공장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부재는 상기 배출구 연장방향으로의 연장길이가 폭에 비해 긴 막대 형상이고,
    상기 중량부재는 상기 배출구 연장방향으로의 길이가 폭에 비해 짧은 형상이며,
    상기 삽입부재의 폭에 비해 상기 중량부재의 폭이 긴 래들 개공장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 삽입부재의 폭은 상기 배출구의 폭의 50% 미만인 래들 개공장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 중량부재의 폭은 상기 배출구 폭의 90% 이상, 100% 미만인 래들 개공장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 중량부재는 상기 삽입부재에 비해 무게가 무거운 래들 개공장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    외력에 의해 변형이 가능하도록 상기 삽입부재와 중량부재 사이를 연결하는 연결부재를 포함하는 래들 개공장치.
  9. 청구항 1, 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삽입부재는 외주면에 요철이 마련된 래들 개공장치.
  10. 래들의 배출구 내부에 개공기를 삽입 설치하는 과정;
    상기 개공기가 필러층에 의해 둘러싸이도록, 상기 배출구로 필러를 투입하는 과정;
    상기 래들의 내부에 용강을 공급하는 과정; 및
    상기 배출구의 하측을 개방시켜 상기 개공기를 낙하시키는 과정;
    낙하되는 상기 개공기에 의해 상기 필러층에 하측방향으로 당겨지는 힘을 인가하는 과정;
    상기 필러층을 파괴시켜, 상기 배출구를 개공시키는 과정;
    을 포함하고,
    상기 배출구 내부에 개공기를 삽입 설치하는 과정은,
    상기 개공기의 하단이 상기 배출구의 하측에 위치된 게이트의 상면에 지지되고, 상단이 상기 배출구의 상측으로 돌출되도록 삽입하며,
    상기 개공기의 상단이 상기 배출구의 상측으로 돌출되도록 삽입하는데 있어서, 상기 개공기의 상단이 상기 필러층의 상부표면 상측으로 돌출되도록 삽입하는 래들의 개공방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배출구로 필러를 투입하는 과정은, 상기 개공기의 기울기가 변하도록 상기 개공기를 상기 배출구의 폭 방향으로 이동시키는 과정을 포함하는 래들의 개공방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 개공기를 낙하시키는 과정은, 상기 게이트를 이동시켜 상기 개공기를 지지하고 있는 지지력을 해제하는 과정을 포함하는 래들의 개공방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 배출구 내부에 개공기를 삽입 설치하는 과정은,
    상기 개공기의 상단과 하단 사이의 영역이 용강의 열에 의해 상기 필러층 중 일부가 소결되어 형성되는 소결층에 의해 둘러싸이도록 하는 래들의 개공방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 필러층을 파괴하는 과정은, 상기 개공기를 둘러싸고 있는 소결층에 충격을 가하여, 상기 소결층을 파괴하는 과정을 포함하는 래들의 개공방법.
  15. 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출구를 개공시키는 과정은, 용강이 누르는 힘 및 상기 하측방향으로 당겨지는 힘을 상기 필러층으로 인가하는 과정을 포함하는 래들의 개공방법.
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