KR102523540B1 - 래들 - Google Patents

Abstract

래들을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 래들은 내부에 용탕이 담기는 본체; 및 용탕의 배출을 위해 본체의 하부에 마련된 출탕노즐;을 포함하고, 출탕노줄은 본체의 내측에 위치하며 상호 이격된 제1입구와 제2입구; 본체의 하측 외부에 위치하는 하나의 출구; 및 제1입구와 제2입구를 하나의 출구로 연통시키는 Y형 출탕로를 포함한다.

Description

래들{LADLE}

본 발명은 용탕의 배출 시 회전 와류의 발생을 저감시켜 슬래그 배출을 최소화할 수 있는 래들에 관한 것이다.

래들(Ladle)은 제철소 등에서 용탕을 담아 운반하는 용기다. 이러한 래들은 제강로에서 생산된 용탕을 담아 연속주조를 위한 턴디쉬로 옮길 수 있고, 용탕을 담은 상태에서 온도제어, 성분조정, 불순물제거, 탈가스 등과 같은 정련작업을 할 수 있다.

래들에 담긴 용탕은 정련과정에서 슬래그가 생성되고, 슬래그는 래들에 담긴 용탕의 상부에 층으로 존재한다. 래들의 용탕을 턴디쉬로 공급하는 과정에서 슬래그가 용탕과 함께 턴디쉬로 공급되면 정련된 용탕이 재산화될 수 있고, 산화성 개재물인 Al2O3를 생성시켜 제품의 표면 결함을 유발할 수 있다. 또 슬래그성 개재물로 인해 주조기의 노즐 막힘을 초래할 수도 있다. 따라서 래들로부터 턴디쉬로 용탕을 공급할 때는 슬래그가 함께 배출되는 것을 방지할 필요가 있다.

하지만, 통상의 래들은 하부에 하나의 출탕구를 구비하는 관계로 용탕의 배출과정에서 용탕에 회전 와류가 발생할 수 있고, 회전 와류로 인해 슬래그가 용탕과 함께 턴디쉬로 배출될 수 있다.

본 발명의 일 측면은 용탕의 배출 시 회전 와류의 발생을 저감시켜 슬래그가 배출되는 것을 최소화할 수 있는 래들을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 용탕이 담기는 본체; 및 용탕의 배출을 위해 상기 본체의 하부에 마련된 출탕노즐;을 포함하고, 상기 출탕노줄은 상기 본체의 내측에 위치하며 상호 이격된 제1입구와 제2입구; 상기 본체의 하측 외부에 위치하는 하나의 출구; 및 상기 제1입구와 상기 제2입구를 상기 하나의 출구로 연통시키는 Y형 출탕로;를 포함하는 래들이 제공될 수 있다.

상기 본체의 바닥 반경(R)에 대한 상기 본체의 바닥 중심으로부터 상기 제1 또는 제2입구의 중심까지의 거리(L)의 비는 0.4 ~ 0.8일 수 있다.

상기 본체의 바닥 중심과 상기 제1입구의 중심을 연결하는 선과 상기 본체의 바닥 중심과 상기 제2입구의 중심을 연결하는 선의 내각(θ)은 20 ~ 40도 일 수 있다.

상기 제1입구 단면적과 상기 제2입구 단면적의 합은 상기 출구 단면적의 1 ~ 1.5배일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 래들은 용탕의 배출과정에서 용탕이 제1입구와 제2입구로 유입되어 하나의 출구를 통해 배출되기 때문에 제1입구를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류와 제2입구를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류가 상호 간섭하여 본체 내 용탕에 발생하는 회전 와류를 저감시킬 수 있다. 따라서 용탕의 상부에 부유하는 슬래그가 용탕과 함께 배출되는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 래들의 출탕노즐에 롱 노즐을 연결하여 턴디쉬로 용탕을 공급하는 상태를 나타낸다.
도 2는 도 1의 A - A' 선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2의 B - B' 선에 따른 단면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 래들에 적용되는 출탕노즐 변형 예들을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 래들에 담긴 용탕이 출탕노즐 쪽으로 유동하는 상태를 전산모사를 통해 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 래들의 출탕노즐로 배출되는 용탕의 회전 와류 상태를 전산모사를 통해 종래와 비교하여 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 래들의 출탕노즐로 배출되는 용탕의 회전 와류 형상을 종래와 비교하여 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 래들에 담긴 용탕의 배출이 시작되어 종료되기 까지 단위 시간당 토출량 변화를 종래와 비교하여 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 1은 본 발명의 실시 예에 따른 래들의 출탕노즐에 롱 노즐을 연결하여 턴디쉬로 용탕을 공급하는 상태를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 용탕이 담긴 래들(100)은 턴디쉬(10)의 상부로 이동한 상태에서 하부의 출탕노즐(130)에 롱 노즐(20)을 연결하여 턴디쉬(10) 쪽으로 용탕을 공급할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 래들(100)은 내부에 용탕을 담을 수 있는 본체(110)와, 용탕의 배출을 위해 본체(110)의 하부에 마련된 출탕노즐(130)을 구비한다.

본체(110)는 상부가 개방된 원통형태일 수 있고, 내면에 내화물이 적층될 수 있다.

출탕노즐(130)은 본체(110)의 내측 바닥에 위치하며 상호 이격되게 배치된 제1입구(131)와 제2입구(132), 본체(110)의 하측 외부에 위치하며 롱 노즐(20)과 연결될 수 있는 하나의 출구(133), 제1입구(131)와 제2입구(132)를 하나의 출구(133)로 연통시키며 용탕의 배출을 안내하는 Y형 출탕로(134)를 포함할 수 있다.

Y형 출탕로(134)는 본체(110)의 내부로부터 제1입구(131)와 제2입구(132)로 유입된 용탕이 경사지게 유동하여 하나의 출구(133)와 연계된 유로에서 합류하도록 구성될 수 있다. 출탕로(134)의 합류지점(134a)은 도 3에 도시한 바와 같이, 본체(110)의 하면으로부터 소정의 높이(h1)를 가지도록 설정될 수 있다.

물론 출탕로(134)의 합류지점(134a)의 높이(h1)는 용탕의 배출량, 배출속도 등을 고려해 변경될 수도 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 합류지점(134a)의 높이(h2)가 도 3의 경우보다 낮아지거나, 도 5에 도시한 바와 같이 합류지점(134a)의 높이(h3)가 도 3의 경우보다 높아질 수 있다. 이처럼 Y형 출탕로(134)는 합류지점(134a)의 높이 변경을 통해 합류지점(134a) 상류 측 유로의 경사도를 조정할 수 있고, 이를 통해 용탕의 배출조건을 조정해 본체(110) 내부에서 발생하는 회전 와류를 조정할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 제1입구(131)와 제2입구(132)는 본체(110)의 바닥 중심(C)으로부터 편심된 위치에 상호 이격되게 배치될 수 있다. 이러한 구성은 제1입구(131)를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류와 제2입구(132)를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류가 상호 간섭하여 용탕의 배출과정에서 본체(110) 내 용탕에 발생하는 회전 와류를 저감시킬 수 있도록 한 것다. 이처럼 회전 와류를 저감시키면 용탕의 상부에 부유하는 슬래그가 용탕과 함께 배출되는 것을 최소화할 수 있다.

제1입구(131)와 제2입구(132)는 본체(110)의 바닥 반경(R)에 대한 본체(110) 바닥 중심(C)으로부터 제1입구(131) 또는 제2입구(132)의 중심까지의 거리(L)의 비가 0.4 ~ 0.8이 되는 위치(L/R = 0.4 ~ 0.8이 되는 위치)에 배치될 수 있다. 또 본체(110)의 바닥 중심(C)과 제1입구(131)의 중심을 연결하는 선과, 본체(110)의 바닥 중심(C)과 제2입구(132)의 중심을 연결하는 선의 내각(θ)이 20 ~ 40도를 이루는 위치에 배치될 수 있다.

이처럼 제1입구(131)와 제2입구(132)의 위치를 설정하면, 제1입구(131)를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류와 제2입구(132)를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류가 상호 간섭하여 용탕의 배출 시 본체 내 용탕에 발생하는 회전 와류의 저감효과를 높일 수 있다. 제1입구(131)와 제2입구(132)의 거리가 너무 가깝거나 멀면 두 회전 와류의 상호 간섭에 의한 회전 와류 저감효과가 줄어들 수 있다.

제1입구(131)와 제2입구(132)의 단면적은 출구(133)의 단면적보다 작게 마련될 수 있다. 단 제1입구(131) 단면적와 제2입구(132) 단면적의 합은 출구(133) 단면적의 1 ~ 1.5배가 되도록 함이 바람직하다. 이처럼 출구(133)의 단면적을 제1입구(131)의 단면적과 제2입구(132) 단면적의 합보다 작게 하면 제1 및 제2입구(131,132)로 유입되는 용탕의 유동을 느리게 하여 제1입구(131)와 제2입구(132)로 인하여 본체(110) 내 용탕에서 발생하는 회전 와류를 그만큼 저감시킬 수 있다.

다음은 도 6 내지 도 9를 참조하면서 본 실시 예에 따른 출탕노즐(130)이 적용된 래들(100)의 회전 와류 저감효과에 대하여 설명한다.

본 실시 예에 따른 래들(100)의 회전 와류 저감 효과를 확인하기 위해, 실제 공정에서 사용되는 래들(100)을 1/10로 축소한 크기로 전산모사를 실시 한 다음, 전산모사의 모델과 동일 크기의 모사 장치에서 회전 와류의 발생 시점과 저감 정도를 확인하였다.

전산모사는 실제 공정에서 사용되는 래들(100)의 1/10 크기로 축소하여 치수를 결정했으며, 래들(100)의 표피, 내화물, 제1 및 제2입구(131,132)를 갖춘 출탕노즐(130)을 포함한 모델을 구성하였고, 용탕의 특성치를 입력하여 실시하였다. 또 본 실시 예에 따른 출탕노즐(130)과 종래 출강노줄의 회전 와류 저감효과를 확인하기 위해 각각의 경우에 대해 전산모사를 하여 그 효과를 비교하였다.

용탕의 배출을 시작한 후 약 80초가 경과한 시점에서 래들(100) 내부의 용탕 흐름은 도 6에 도시한 바와 같이, 제1입구(131)와 제2입구(132) 사이, 즉 사각으로 표시한 영역(G)에서 용탕의 회전 와류가 서로 반대 방향으로 형성되어 상쇄되는 효과가 발생하고, 시간이 흐를수록 유동이 약해지는 것을 확인할 수 있었다.

도 7은 본 실시 예의 출탕노즐(130)로 배출되는 용탕의 회전 와류 상태를 전산모사를 통해 종래와 비교하여 나타낸 것이다. 이는 회전 와류가 발생하여 그 꼭지점이 출탕노즐(130)의 하단부에 도달하는 시점을 비교한 것이다. 도 7에서 종래 예(왼쪽)의 경우 용탕의 배출 시작으로부터 70초가 경과한 시점에서 빠른 속도로 회전 와류가 발생되는 것을 확인할 수 있었고, 제1입구(131)와 제2입구(132)를 포함하는 본 실시 예(오른 쪽)의 경우 용탕의 배출 시작으로부터 78초가 경과한 시점에서 상대적으로 낮은 속도로 회전 와류가 발생함을 확인할 수 있었다. 즉 출구(133)에 형성되는 접선방향 유동이 상대적으로 억제됨을 확인할 수 있었다.

도 8은 출탕노즐(130)을 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류 형상을 종래와 비교하여 나타낸 것이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 회전 와류가 발생하는 시점에서 회전 와류의 형상을 비교해 보면, 본 실시 예는 회전 와류의 형상이 종래 예에 비하여 매우 완만하게 형성됨을 확인할 수 있다. 이는 본 실시 예의 경우 슬래그가 배출될 가능성이 종래 예보다 낮음을 의미한다.

도 9는 본 실시 예의 래들로부터 용탕의 배출이 시작되어 종료되기 까지 단위 시간당 토출량 변화를 종래의 예와 비교하여 나타낸다. 도 9에 도시한 바와 같이, 용탕이 배출되기 시작하여 종료되는 시간까지 단위 시간당 토출상태를 살펴 보면, 시간이 경과함에 따라 토출량 만큼의 철정압이 감소하여 토출 속도가 점차 감소하다가 일정 시점에서 토출량이 급격히 감소하는 변곡점이 발생한다. 이 시점을 콘 형상의 회전 와류 하단 지점이 출탕노즐(130) 하단에 도달하는 시점, 즉 슬래그가 하부의 턴디쉬(10) 쪽으로 유입되는 시점으로 볼 수 있다. 이 시점의 시간을 비교해 보면, 종래 예의 경우 70.07초이고, 본 실시 예의 경우 78.6 초에 슬래그가 유입되기 시작한다. 즉 본 실시 예처럼 제1입구(131)와 제2입구(132)를 가지는 경우 슬래그의 유입시점을 종래보다 대략 8초 지연시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

래들(100) 내에서 회전 와류가 발생하는 높이를 비교해 보면, 종래 예의 경우 11.5 mm이고, 본 실시 예의 경우 7.0 mm로 현저한 차이가 있다. 일반적으로 래들은 회전 와류가 발생되면 슬라이딩 게이트로 용탕의 배출을 단속하여 조업을 중단하게 되는데, 이때 버려지는 용탕량은 종래의 경우 10.93 kg이고, 본 실시 예의 경우 6.65 kg 정도이다. 이는 본 실시 예와 같은 출탕노즐(130)을 채용함으로써 실제 공정에서 버려지는 용탕의 40 %를 절감하여 생산량을 늘릴 수 있음을 의미한다.

이처럼 본 실시 예에 따른 래들(100)은 용탕의 배출과정에서 용탕이 제1입구(131)와 제2입구(132)로 분산 유입되어 하나의 출구(133)를 통해 배출되기 때문에 제1입구(131)를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류와 제2입구(132)를 통하여 배출되는 용탕의 회전 와류가 상호 간섭하여 본체(110) 내 용탕에 발생하는 회전 와류를 저감시킬 수 있다. 따라서 용탕의 상부에 부유하는 슬래그가 용탕과 함께 배출되는 것을 최소화할 수 있다.

100: 래들, 110: 본체,
130: 출탕노즐, 131: 제1입구,
132: 제2입구, 133: 출구,
134: 출탕로.

Claims (4)

1. 내부에 용탕이 담기는 본체;
   용탕의 배출을 위해 상기 본체의 하부에 마련된 출탕노즐; 및
   상기 출탕노즐에 결합되는 롱 노즐;을 포함하고,
   상기 출탕노즐은,
   상기 본체의 내측에 위치하며 상호 이격된 제1입구와 제2입구;
   상기 본체의 하측 외부에 위치하여 상기 롱 노즐과 연결되는 하나의 출구; 및
   상기 제1입구와 상기 제2입구를 상기 하나의 출구로 연통시키는 Y형 출탕로;를 포함하고,
   상기 본체의 바닥 반경(R)에 대한 상기 본체의 바닥 중심으로부터 상기 제1 또는 제2입구의 중심까지의 거리(L)의 비가 0.4 ~ 0.8이고,
   상기 본체의 바닥 중심과 상기 제1입구의 중심을 연결하는 선과 상기 본체의 바닥 중심과 상기 제2입구의 중심을 연결하는 선의 내각(θ)이 20 ~ 40도이고,
   상기 제1입구 단면적과 상기 제2입구 단면적의 합이 상기 출구 단면적의 1 ~ 1.5배인 래들.
   
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