KR102495069B1 - 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치 - Google Patents

회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치 Download PDF

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Abstract

회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 레이들 장치는, 용해로로부터 공급되는 용탕을 담기 위한 레이들, 레이들에 담긴 용탕을 출탕하기 위한 출탕부, 출탕부로부터 출탕되는 용탕의 무게를 측정하기 위한 무게 측정부, 레이들 내의 용탕에서 발생하는 회전 와류를 관측하기 위한 회전 와류 관측부를 포함한다.

Description

회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치{TEST LADLE DEVICE FOR OBSERVING VORTEX OCCURRENCE}
본 발명은 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제강 혹은 정련 조업에 사용되는 레이들(Ladle) 내에 담겨 있는 용탕이 노즐을 통해 출탕될 때 레이들 내부에서 회전 와류(vortex)가 발생되고, 이때, 슬래그가 회전 와류를 따라 같이 들어가 주편의 품질을 떨어뜨리는 역할을 한다.
따라서, 보다 높은 품질의 주편을 제조하기 위해서는 회전 와류를 억제 혹은 제어하는 장치를 설치하게 되고 그 효과를 확인 과정이 필요하다.
즉, 제철소에서 연속 주조 공정으로 연주 작업을 할 때, 제강 공장에서 정련 완료된 용강 레이들을 주조기를 올린 후 하부에 설치된 턴디쉬로 용강을 출탕한 후 연주 작업을 한다.
레이들에 담기는 용강의 경우 정련 과정에서 슬래그가 필수적으로 생성되고 레이들의 상층부에 층으로 존재한다.
이 슬래그가 주조 말기에 회전 와류로 인해 턴디쉬로 유입되면 용강이 재산화되는 주요인이 되고 산화성 개재물인 산화알루미늄(Al2O3)을 생성시켜 제품의 표면 결함을 유발한다.
또한, 슬래그성 개재물로 인해 연주 노즐 막힘의 원인이 되기도 하여 생산성 저하를 초래한다.
따라서, 레이들로부터 턴디쉬로 슬래그가 유입되는 것을 방지할 대책이 필요하다.
레이들로부터 턴디쉬로 슬래그가 유입되는 것을 방지하기 위한 방법으로, 레이들 하부의 노즐의 형태 변경을 통한 회전 와류 억제 기술, 뜨개 부재를 이용한 회전 와류 억제 기술, 스토퍼(Stopper)를 이용한 회전 와류 억제 기술, 전자기장을 이용한 회전 와류 억제 기술 등이 개시되어 있다.
또한, 와전류나 진동 변화를 감지하여 슬래그가 유입되는 시점을 확인하고 슬라이딩 게이트나 스토퍼로 용강 출탕을 정지하거나 적게 하여 슬래그의 혼입을 방지하는 기술도 개시되어 있다.
그런데, 이러한 기술들을 실제 공정에 적용하여 그 효과를 확인하는 것은 비용뿐만 아니라 확인까지 소요되는 시간이 많이 걸리고 재현성을 확인하기 위한 반복 실험 또한 곤란하였다.
본 발명은 노즐을 통한 용탕의 출탕 시 주변 환경에 따라 회전 와류의 발생 시점과 정도 및 재현성을 간편하게 실험하여 관찰할 수 있도록 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치는, 용해로로부터 공급되는 용탕을 담기 위한 레이들, 레이들의 하단부에 설치되고 레이들에 담긴 용탕을 출탕하기 위한 출탕부, 레이들의 하부에 설치되고 출탕부로부터 출탕되는 용탕의 무게를 측정하기 위한 무게 측정부를 포함할 수 있다.
또한, 레이들 장치는, 레이들의 상부에 설치되고 레이들 내의 용탕에서 발생하는 회전 와류를 관측하기 위한 회전 와류 관측부를 포함할 수 있다.
레이들의 상부에는 용탕의 공급 전에 레이들을 예열하기 위한 레이들 예열부가 설치될 수 있다.
출탕부에는 출탕부로부터 용탕의 출탕 초기에 상기 출탕부를 예열하기 위한 출탕부 예열부가 설치될 수 있다.
레이들은, 상, 하부가 개방되고 내부에 용탕 수용 공간을 갖는 레이들 본체, 및 레이들 본체의 내부에 설정된 두께로 축조되는 내화재, 및 레이들 본체의 하단면에 결합되고 레이들 본체의 바닥면을 이루는 바닥 구조물를 포함할 수 있다.
레이들 본체의 상단부에는 레이들 본체의 상단부를 덮어 주기 위한 레이들 커버가 설치될 수 있다.
바닥 구조물은 레이들 본체의 하단면에 분리 가능하게 결합될 수 있다.
출탕부는, 바닥 구조물에 결합되고, 용탕 배출을 위한 용탕 배출구를 갖는 용탕 출구 블록, 바닥 구조물의 하단부에 결합되고 용탕 배출구에 결합되는 노즐이 설치되는 상부 바닥판, 및 상부 바닥판에 설치되고 노즐을 개폐하기 위한 슬라이딩 게이트를 포함할 수 있다.
노즐의 외측면에는 노치가 노즐의 원주면을 따라 배치될 수 있다.
출탕부는, 상부 바닥판의 하단부에 순차적으로 결합되고, 슬라이딩 게이트가 결합되기 위한 다수의 슬라이딩 게이트 판을 포함할 수 있다.
무게 측정부는, 노즐의 하부에 설치되고 노즐로부터 출탕되는 용탕을 받기 위한 용탕받이, 및 용탕받이의 하부에 설치되고 용탕받이에 담긴 용탕의 무게를 측정하기 위한 측정 저울을 포함할 수 있다.
노즐과 용탕받이의 사이에는, 노즐로부터 출탕되는 용탕을 용탕받이로 안내하기 위한 가이드부가 설치될 수 있다.
회전 와류 관측부는, 레이들 커버의 상부에 배치되고, 레이들 내의 용탕 내에서 발생하는 회전 와류를 관측하기 위한 관측 카메라를 포함할 수 있다.
회전 와류 관측부는, 레이들 커버의 상부에 설치되고, 레이들 내의 용탕의 열 분포를 촬영하기 위한 열화상 카메라를 포함할 수 있다.
레이들 커버에는 레이들 본체 내의 바닥부에 위치한 용탕의 온도를 측정하기 위한 제1 열전대가 설치될 수 있다.
내화재에는 레이들 내의 바닥면으로부터 각 높이별 용탕의 온도를 측정하기 위한 용탕 온도 측정용 복수의 열전대가 설치될 수 있다.
내화재에는 내화재 내의 하단면으로부터 각 높이별 내화재의 온도를 각각 측정하기 위한 내화재 온도 측정용 복수의 열전대가 설치될 수 있다.
레이들 예열부는, 레이들 커버의 상부에 설치되고, 용해로로부터 용탕을 공급받기 전에 미리 레이들을 예열하기 위한 레이들 예열용 버너를 포함할 수 있다.
레이들 예열부는, 레이들 커버의 상부에 설치되고, 레이들의 내로부터 배출되는 화염의 온도를 측정하기 위한 제2 열전대를 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치를 이용하여 레이들에 담긴 용탕을 출탕하면서 레이들 내의 회전 와류 발생 실험을 안정적으로 진행할 수 있었으며 실험의 재현성도 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 개략적인 정면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 개략적인 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 일부 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 2단 분리 구조를 설명하기 위한 일부 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 2단 분리 구조를 설명하기 위한 일부 절개 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 3단 분리 구조를 설명하기 위한 일부 저면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 무게 측정부를 설명하기 위한 일부 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 노즐의 다른 실시예의 일부 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 예열용 버너와 열전대의 설치 위치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치를 이용한 회전 와류 발생 관찰 실험 결과를 확인하기 위한 레이들 내 잔탕량과 레이들 내 잔탕 감소율의 관계를 나타낸 그래프로서, (b)는 (a)의 네모 박스의 확대도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 개략적인 일부 정면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 개략적인 일부 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 일부 절개 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 2단 분리 구조를 설명하기 위한 일부 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 2단 분리 구조를 설명하기 위한 일부 절개 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 3단 분리 구조를 설명하기 위한 일부 저면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 무게 측정부를 설명하기 위한 일부 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 노즐의 다른 실시예의 일부 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의예열용 버너와 열전대의 설치 위치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1 내지 도 9를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치는, 레이들(100), 출탕부(200), 무게 측정부(300), 회전 와류 관측부(400)를 포함할 수 있다.
레이들(100)은 회전 와류의 발생을 관측하기 위하여 용해로(미도시)로부터 공급되는 용탕을 담기 위한 것이다.
또한, 출탕부(200)는 레이들(100)의 하단부에 설치되고, 레이들(100)에 담긴 용탕을 출탕할 수 있다.
무게 측정부(300)는 레이들(100)의 하부에 설치되고, 출탕부(200)로부터 출탕되는 용탕의 무게를 측정할 수 있다.
또한, 회전 와류 관측부(400)는 레이들(100)의 상부에 설치되고, 레이들(100) 내의 용탕에서 발생하는 회전 와류를 관측할 수 있다.
그리고, 레이들(100)의 상부에는, 용해로로부터 레이들(100)로 용탕의 공급 전에 레이들(100)을 설정 온도로 예열하기 위한 레이들 예열부(500)가 설치될 수 있다.
출탕부(200)의 외측에는 출탕부(200)로부터 용탕의 출탕 초기에 출탕부를 미리 예열하기 위한 출탕부 예열부(미도시)가 설치될 수 있다.
또한, 레이들(100)은, 상, 하부가 개방되는 원통형태 등으로 이루어지고, 설정된 두께를 갖고 외부 형태를 이루며 내부에 용탕을 수용하기 위한 공간부를 갖는 레이들 본체(110)를 포함할 수 있다.
레이들(100)은 레이들 본체(110)의 내부에 설정된 두께로 축조되고, 내부에 담긴 용탕을 보온하기 위한 내화물 등으로 이루어진 내화재(120)를 포함할 수 있다.
또한, 레이들(100)은 레이들 본체(110)의 상단부에 설치되고, 내화재(120)의 내부에 담긴 용탕의 온도 하강을 방지하기 위하여 레이들 본체(110)의 상단부를 덮어 주기 위한 레이들 커버(130)를 포함할 수 있다.
레이들 커버(130)의 내측에는 레이들(100) 내부의 용탕의 온도 하강을 용이하게 방지할 수 있도록 내화물 등이 축조될 수 있다.
레이들(100)은 레이들 본체(110)의 하단면에 분리 가능하게 결합되고, 레이들 본체(110)의 바닥면을 이루는 바닥 구조물(140)을 포함할 수 있다.
바닥 구조물(140)의 하부에는 바닥 구조물(140)을 지면 또는 설치면 등에 지지하기 위한 지지부재(143)가 설정된 간격으로 복수 설치될 수 있다.
또한, 레이들 본체(110)의 외측면에는 레이들(100)을 이동하기 위한 레이들 이동용 보조기구(150)가 임의 회전 가능하게 설치될 수 있다.
출탕부(200)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 레이블 본체(110)와 2단으로 분리되는 2단 분리 구조를 포함할 수 있다.
즉, 출탕부(200)는 바닥 구조물(140)에 배치된 결합구멍(141)에 결합되고, 용탕 배출을 위한 용탕 배출구(211)를 갖는 용탕 출구 블록(210), 바닥 구조물(140)의 하단부에 결합되고, 용탕 배출구(211)에 결합되는 노즐(220)이 설치되는 상부 바닥판(230)을 포함할 수 있다.
또한, 출탕부(200)는 상부 바닥판(230)에 설치되고, 노즐(220)을 개폐하기 위한 슬라이딩 게이트(240)를 포함할 수 있다(도 4, 도 5 참고).
노즐(220)은 용탕을 용이하게 배출할 수 있도록 상부 바닥판(230)에 수직 방향(도 3의 Y 방향)으로 배치될 수 있다.
출탕부 예열부는, 노즐(220)의 외측에 설치되고, 노즐(220)을 통한 용탕의 초기 출탕 전에 미리 노즐(220)을 예열하기 위한 노즐 예열용 버너(미도시)를 포함할 수 있다.
노즐(220)은 내부에 실험 조건에 따라 직경을 설정된 크기로 가공하며, 하부는 막혀 있어 용탕의 출탕 전까지는 용탕을 막고 있는 구조이다.
노즐(220)은 도 8에 도시된 바와 같이, 그 하부로 갈수록 외경이 작아지는 원추형태 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 노즐(220)의 외측면에는 도 8에 도시된 바와 같이, 용탕의 출탕 시 외부의 타격에 의하여 용이하게 노즐(220)을 끓어 버리기 위한 노치(221)가 노즐(220)의 원주면을 따라 배치될 수 있다.
슬라이딩 게이트(240)는 노즐(220)을 용이하게 개폐할 수 있도록 에어 실린더 또는 유압 실린더 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 출탕부(200)는, 도 6에 도시된 바와 같이 레이블 본체(110)와 3단으로 분리되는 3단 분리 구조를 포함할 수 있다.
즉, 출탕부(200)는 상부 바닥판(230)의 하단부에 순차적으로 결합되고, 슬라이딩 게이트(240)가 결합되기 위한 슬라이딩 게이트 상판(250), 슬라이딩 게이트 중판(260), 및 슬라이딩 게이트 하판(270)을 포함할 수 있다.
또한, 노즐(220)도 슬라이딩 게이트(240)에 의하여 개폐 가능하게 슬라이딩 게이트 상판(250), 슬라이딩 게이트 중판(260), 및 슬라이딩 게이트 하판(270)에 각각 수직으로 결합될 수 있다.
그리고, 무게 측정부(300)는, 출탕부(200)의 노즐(220)의 하부에 설치되고, 출탕부(200)의 노즐(220)로부터 출탕되는 용탕을 받기 위한 용탕받이(310), 및
용탕받이(310)의 하부에 설치되고, 용탕받이(310)에 담긴 용탕의 무게를 측정하기 위한 측정 저울(320)을 포함할 수 있다.
또한, 무게 측정부(300)는 노즐(220)과 용탕받이(310)의 사이에 설치되고, 노즐(220)로부터 출탕되는 용탕을 용탕받이(310)로 안내하기 위한 가이드부(330)를 포함할 수 있다.
레이들 커버(130)에는 상하 방향(도 9의 Y 방향)으로 관통되는 제1 결합구멍(131), 제1 관통구멍(133), 제2 관통구멍(135)이 배치될 수 있다.
회전 와류 관측부(400)는, 레이들 커버(130)의 제1 결합구멍(131)의 상부에 배치되고, 레이들(100) 내의 용탕 내에서 발생하는 회전 와류를 관측하기 위한 관측 카메라(410)를 포함할 수 있다.
또한, 회전 와류 관측부(400)는, 레이들 커버(130)의 제1 관통구멍(133)의 상부에 설치되고, 레이들(100) 내의 용탕의 열 분포(온도구배)를 촬영하기 위한 열화상 카메라(420)를 포함할 수 있다.
제1 결합구멍(131)에는 레이들 커버(130)의 상부로부터 바닥 구조물(140)의 상단면까지 배치되어 레이들 본체(110) 내의 하단부에 위치한 용탕의 온도를 측정하기 위한 제1 열전대(430)가 설치될 수 있다.
또한, 내화재(120)의 상부, 중부, 및 하부에는, 레이들(100) 내의 바닥면으로부터 상부, 중부 및 하부에 위치한 용탕의 온도를 각각 측정하기 위한 제1 상부 열전대(440), 제1 중부 열전대(450), 및 제1 하부 열전대(460)가 각각 내화재(120)의 내부로 돌출되게 설치될 수 있다.
내화재(120)의 상부, 중부, 및 하부에는, 내화재(120)의 하단면으로부터 상부, 중부 및 하부의 온도를 각각 측정하기 위한 제2 상부 열전대(441), 제2 중부 열전대(451), 및 제2 하부 열전대(461)가 각각 내장되게 설치될 수 있다.
또한, 레이들 예열부(500)는 레이들 커버(130)의 제1 관통구멍(133)의 상부에 설치되고, 용해로로부터 용탕을 공급받기 전에 미리 설정 온도까지 레이들(100)을 예열하기 위한 레이들 예열용 버너(510)를 포함할 수 있다.
레이들 예열부(500)는 레이들 커버(130)의 제2 관통구멍(135)의 상부에 설치되고, 레이들 예열용 버너(510)의 화염에 의하여 가열된 레이들(100)의 내로부터 배출되는 화염(가스)의 온도를 측정하기 위한 제2 열전대(520)를 포함할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치의 작동에 대해서 설명한다.
설정 두께를 갖는 철판 등을 벤딩하여 외부 케이스인 레이들 본체(110)를 제작하고, 레이들 본체(110)의 내부에 내화물 등으로 이루어진 내화재(120)를 설정 두께로 축조하여, 레이들(100) 내부의 용탕 온도가 보온되도록 하였다.
레이들 본체(110)의 상단에는 레이들 본체(110)의 내부에 내화물이 축조되어 있는 레이들 커버(cover)(130)를 씌워 레이들(100) 내부의 용탕의 온도가 하강하는 것을 방지하도록 하였다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 내화재(120)가 축조되어 있는 레이들(100)의 바닥면에서 2단 분리가 가능한 구조로 제작하여 바닥 구조물(140)을 설치하거나 레이들(100) 바닥면의 형태를 변경하기 편리한 구조로 구성하였다.
그리고, 레이들(100)의 하단면에 설치되면서 용탕의 출탕과 정지를 단속하는 슬라이딩 게이트(240)는 도 6에 도시한 바와 같이 3단 구조로 구성할 수 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 슬라이딩 게이트(240)의 하부 노즐(220)을 통해 출탕되는 용탕을 받는 용탕받이(310)와, 용탕받이(310) 하부에 설치되어 노즐(220)을 통해 출탕된 용탕의 무게를 측정하는 판형의 측정 저울(320)을 설치하였다.
그리고, 레이들(100) 상단부에 설치되어 있는 레이들 커버(130) 위에 레이들 예열용 버너(510)를 설치하여 용탕을 분탕받기 전 목적 온도까지 레이들(100)을 예열할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 내화재(120)의 상부, 중부, 및 하부에는, 제1 상부 열전대(440), 제1 중부 열전대(450), 및 제1 하부 열전대(460)가 각각 내화재(120)의 내부로 돌출되게 설치하여 레이들(100) 내의 바닥면으로부터 상부, 중부 및 하부에 위치한 용탕의 온도를 각각 측정할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 내화재(120)의 상부, 중부, 및 하부에는, 제2 상부 열전대(441), 제2 중부 열전대(451), 및 제2 하부 열전대(461)가 각각 내장되게 설치하여 내화재(120)의 하단면으로부터 상부, 중부 및 하부의 온도를 각각 측정할 수 있다.
따라서, 레이들(100)의 내화재(120)의 각 부위와, 레이들 내의 각 부위의 용탕의 온도를 각각 측정한 후 관리함으로서 다음 회전 와류 관측 실험 시 동일한 예비 조건이 되도록 하였다.
또한, 레이들(100)에 용탕을 담고 회전 와류를 실험할 때 회전 와류가 레이들(100)의 바닥면 가까이에서 발생된다.
그러므로, 출탕을 시작하면 중간에 슬라이딩 게이트(240)를 닫는 경우가 없고, 노즐(220)이 깨지거나 슬라이딩 게이트(240)가 파손되는 등의 긴급 상황이 발생하더라도 노즐(220) 하부에 넓은 용탕받이(310)가 있기 때문에 용탕을 단속할 필요 없이 그냥 흘러내려 가도록 내버려 두어도 된다.
따라서, 슬라이딩 게이트(240)에 의하여 노즐(220)의 용탕을 계속 막고 있다가 출탕 시작 시 한번만 슬라이딩 게이트(240)에 의하여 노즐(220)을 열어주면 된다.
이에 따라, 가공된 노즐(220)을 레이들(100)의 하부에 내화물을 이용하여 용탕의 누출이 없도록 축조하면 된다.
또한, 노즐(220)은 내부에 실험 조건에 따라 직경을 가공하는 구조로 구성되고 하부는 막혀 있어 출탕 전까지는 용탕을 막고 있게 된다.
다만, 노즐(220)이 대기에 노출되어 있으므로 노즐(220)까지 내려온 용탕이 식어 막힘을 유발할 수 있으므로, 노즐 예열용 버너(미도시)로 노즐(220)을 용탕의 융점 이상으로 예열 및 가열해 주면 된다.
회전 와류 실험 준비가 끝나고 출탕을 하고자 할 때에는 도 8에 도시한 바와 같이, 노즐 외주면 하부에 원주면을 따라 미리 노치(221)를 준 약한 두께 부위에 약한 충격을 주어 끊어 버리면 출탕을 시작할 수 있고, 레이들(100) 내부의 용탕이 완전히 빠져 나오도록 기다리면 된다.
또한, 회전 와류 관측 실험을 끝낸 후 다시 회전 와류 관측 실험을 하고자 할 때에는 기존의 노즐(220)을 제거하고 새로운 노즐(220)을 삽입하고 내화물로 밀봉을 하면 된다.
[실시예]
본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 레이들(100)을 이용하여 회전 와류 발생 시점 및 정도를 확인할 결과를 실시예로 설명한다.
내화재(120)의 축조와 노즐(220)을 장착한 레이들(100)을 설정 온도(예컨대, 280℃)에서 설정 시간(예컨대, 24시간) 건조하였다.
용해로(미도시)로부터 용탕을 공급 받기 전 레이들(100) 내부를 레이들 예열용 버너(510)를 이용하여 목표 온도까지 충분한 시간 동안 예열한 다음, 용해로로부터 용해된 용탕을 레이들(100) 내에 담아 출탕 온도까지 대기하였다.
레이들(100) 내에 담긴 용탕이 충분히 안정되고 회전 와류 생성 시점을 관측할 관측 카메라(410)와 열화상 카메라(420) 등 주변 관측 장치의 설치가 완료되면, 레이들(100) 하부에 설치된 노즐(220)이 충분한 온도로 예열되고 가열된 것을 온도계로 확인한 후, 노즐(220)의 하부 노치(221)에 충격을 가해 출탕을 시작한다.
이후, 관측 카메라(410)와 열화상 카메라(420)를 이용하여, 레이들(100) 바닥면 가까이에서 회전 와류 발생 유무와 발생 위치, 그때의 측정 저울(320)의 무게 등을 확인하고, 노즐(220)의 완전한 출탕이 끝날 때까지 기다린다.
회전 와료 관측 실험 종료 후, 도 10과 같이 분석해 본 결과, 용탕이 매우 안정되게 토출되고 레이들(100) 내의 잔탕 감소율이 급격히 변하는 시점, 즉, 회전 와류가 발생하는 시점이 명확히 관측되었다.
도 10에서는 회전 와류가 발생하는 시점은, 레이들(100) 내 잔탕량이 급격히 변화는 시점인 레이들(100) 내 잔탕량이 6.9kg인 시점이며, 잔탕 감소율이 0.9kg/sec 인 시점임을 알 수 있었다.
여기서, 레이들(100) 내 잔탕량은, 레이들(100) 내에 공급된 용탕의 무게에서 측정 저울(320)에서 측정한 용탕의 무게를 뺀 값으로 계산될 수 있다.
또한, 동일한 조건에서 반복 실험을 해 본 결과 도 10에 나타낸 바와 같이 회전 와류의 발생 시점이 거의 유사한 한 거동을 나타내었고, 안정적인 반복 실험이 가능함을 확인하였다.
본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 레이들
110: 레이들 본체
120: 내화재
130: 레이들 커버
200: 출탕부
220: 노즐
300: 무게 측정부
400: 회전 와류 관측부
500: 레이들 예열부

Claims (18)

  1. 회전 와류의 발생을 관측하기 위한 실험용 레이들 장치에 있어서,
    용해로로부터 공급되는 용탕을 담기 위한 레이들,
    상기 레이들의 하단부에 설치되고, 상기 레이들에 담긴 용탕을 출탕하기 위한 출탕부,
    상기 레이들의 하부에 설치되고, 상기 출탕부로부터 출탕되는 용탕의 무게를 측정하기 위한 무게 측정부,
    상기 레이들의 상부에 설치되고, 상기 레이들 내의 용탕에서 발생하는 회전 와류를 관측하기 위한 회전 와류 관측부
    를 포함하고,
    상기 레이들은,
    상, 하부가 개방되고 내부에 용탕 수용 공간을 갖는 레이들 본체,
    상기 레이들 본체의 내부에 설정된 두께로 축조되는 내화재, 및
    상기 레이들 본체의 하단면에 결합되고, 상기 레이들 본체의 바닥면을 이루는 바닥 구조물
    을 포함하고,
    상기 출탕부는,
    상기 바닥 구조물에 결합되고, 용탕 배출을 위한 용탕 배출구를 갖는 용탕 출구 블록,
    상기 바닥 구조물의 하단부에 결합되고, 상기 용탕 배출구에 결합되는 노즐이 설치되는 상부 바닥판, 및
    상기 상부 바닥판에 설치되고, 상기 노즐을 개폐하기 위한 슬라이딩 게이트를 포함하는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이들의 상부에는 상기 용탕의 공급 전에 상기 레이들을 예열하기 위한 레이들 예열부가 설치되는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출탕부에는 상기 출탕부로부터 용탕의 출탕 초기에 상기 출탕부를 예열하기 위한 출탕부 예열부가 설치되는 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이들 본체의 상단부에는 상기 레이들 본체의 상단부를 덮어 주기 위한 레이들 커버가 설치되는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바닥 구조물은 상기 레이들 본체의 하단면에 분리 가능하게 결합되는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 외측면에는 노치가 상기 노즐의 원주면을 따라 배치되는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 출탕부는,
    상기 상부 바닥판의 하단부에 순차적으로 결합되고, 상기 슬라이딩 게이트가 결합되기 위한 다수의 슬라이딩 게이트 판을 포함하는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무게 측정부는,
    상기 노즐의 하부에 설치되고, 상기 노즐로부터 출탕되는 용탕을 받기 위한 용탕받이, 및
    상기 용탕받이의 하부에 설치되고, 상기 용탕받이에 담긴 용탕의 무게를 측정하기 위한 측정 저울을 포함하는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노즐과 상기 용탕받이의 사이에는, 상기 노즐로부터 출탕되는 용탕을 상기 용탕받이로 안내하기 위한 가이드부가 설치되는 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 회전 와류 관측부는, 상기 레이들 커버의 상부에 배치되고, 상기 레이들 내의 용탕 내에서 발생하는 회전 와류를 관측하기 위한 관측 카메라를 포함하는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회전 와류 관측부는, 상기 레이들 커버의 상부에 설치되고, 상기 레이들 내의 용탕의 열 분포를 촬영하기 위한 열화상 카메라를 포함하는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이들 커버에는 상기 레이들 본체 내의 바닥부에 위치한 용탕의 온도를 측정하기 위한 제1 열전대가 설치되는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 내화재에는 상기 레이들 내의 바닥면으로부터 각 높이별 용탕의 온도를 측정하기 위한 용탕 온도 측정용 복수의 열전대가 설치되는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 내화재에는 상기 내화재 내의 하단면으로부터 각 높이별 내화재의 온도를 각각 측정하기 위한 내화재 온도 측정용 복수의 열전대가 설치되는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 레이들 예열부는, 상기 레이들 커버의 상부에 설치되고, 상기 용해로로부터 용탕을 공급받기 전에 미리 상기 레이들을 예열하기 위한 레이들 예열용 버너를 포함하는, 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 레이들 예열부는, 상기 레이들 커버의 상부에 설치되고, 상기 레이들의 내로부터 배출되는 화염의 온도를 측정하기 위한 제2 열전대를 포함하는 회전 와류 발생 관찰 실험용 레이들 장치.
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