KR102535078B1 - 비대칭 슬래브 노즐 및 이를 포함하는 금속 주조용 야금 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래브 주형 공동 내로 삽입되는, 그의 하류 부분의 외벽의 특정 기하학적 구조에 의해 특징지어지는, 연속 슬래브 주조 설비에 사용하기 위한 슬래브 노즐(1)에 관한 것이다. 특정 기하학적 구조는 슬래브 노즐의 2개의 서로 반대편에 있는 측면을 향해 유동하는 용융된 금속의 수렴하는 서로 반대의 스트림이 각각, 그들이 서로 충돌함이 없이 슬래브 노즐과 슬래브 주형 공동 벽 사이에 형성된 좁은 채널을 통해 자유롭게 유동할 수 있는 슬래브 노즐의 일 측부를 향해 우선적으로 편향되는 "우회" 효과를 증진시킨다. 이는 그의 외벽의 부식률을 실질적으로 감소시킴으로써 슬래브 노즐의 사용 수명을 연장시킨다.

Description

비대칭 슬래브 노즐 및 이를 포함하는 금속 주조용 야금 조립체

본 발명은 금속으로 제조된 슬래브(slab)를 주조하기 위한 슬래브 노즐(slab nozzle)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 슬래브의 연속 주조 작업 중에 그들의 내부식성을 실질적으로 향상시키는 특정 설계를 갖는 슬래브 노즐에 관한 것이다.

연속 금속 성형 공정에서, 금속 용융물이 하나의 야금 용기(metallurgical vessel)로부터 다른 것으로, 주형으로 또는 공구로 이송된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이들(ladle)(도시되지 않음)이 노(furnace)로부터의 금속 용융물로 충전되고, 레이들 슈라우드 노즐(ladle shroud nozzle)을 통해 턴디시(tundish)(100)로 이송된다. 금속 용융물은 이어서 주입 노즐(pouring nozzle)(1)을 통해 턴디시로부터 슬래브, 빌릿(billet), 빔(beam), 얇은 슬래브, 또는 잉곳(ingot)을 형성하기 위한 주형(110)으로 보내질 수 있다. 턴디시로부터의 금속 용융물의 유동은 주입 노즐(1)을 통한 중력에 의해 구동되고, 유량은 스토퍼(stopper)(7)에 의해 제어된다. 스토퍼(7)는, 주입 노즐과 (수직) 유체 연통하는 턴디시 출구 오리피스(tundish outlet orifice)(101) 위에 이동가능하게 장착되고 그것까지 동축으로(즉, 수직으로) 연장되는 로드(rod)이다. 턴디시 출구 오리피스에 인접한 스토퍼의 단부는 스토퍼 헤드이고 상기 출구 오리피스의 기하학적 구조에 정합하는 기하학적 구조를 가져, 스토퍼 헤드와 턴디시 출구 오리피스가 서로 접촉할 때, 턴디시 출구 오리피스가 밀봉된다. 턴디시로부터의 그리고 주형 내로의 용융된 금속의 유량은 예컨대 스토퍼 헤드와 노즐 오리피스 사이의 공간을 제어하기 위해 스토퍼를 상하로 연속적으로 이동시킴으로써 제어된다.

슬래브는 연속적으로 주조되며, 따라서 "무한(infinite)" 길이를 갖는다. 그들의 단면은 대략 1 / 4 이상의 두께 대 폭 종횡비(Tm / Wm)를 가질 수 있다. 얇은 슬래브는 1 / 8 이상의 값을 가질 수 있는, "통상적인" 슬래브보다 큰 Tm / Wm-종횡비를 갖는 단면의 슬래브이다. 슬래브 주형 공동(slab mould cavity)은 명백히 유사한 종횡비를 나타내어야 한다. 슬래브 주형의 입구가 슬래브 노즐의 하류 부분을 수용하기 위해 깔때기-유사 기하학적 구조를 국소적으로 가질 수 있더라도, 슬래브 노즐의 상기 하류 부분은 회전 기하학적 구조를 가질 수 없으며, 주형의 공동 입구 내에 끼워맞추기 위해서는 1.5 이상의 두께 대 폭 종횡비(T / W)를 가져야 한다. 얇은 슬래브 노즐에 대해, 두께 대 폭 종횡비(T / W)는 3 이상이어야 한다.

도 1에 예시된 바와 같이, 금속이 슬래브 노즐의 출구 포트(outlet port) 외부로 유동함에 따라, 그것은 주형의 하류 단부로 아래로 똑바로 주입되지 않고, 그것은 금속 슬래브를 그것이 고화됨에 따라 느리게 이동시킴으로써 정체된다. 따라서, 금속 용융물은 다시 상하로 환류하여, 우선 슬래브 주형 공동의 기하학적 구조를 따르는 슬래브 노즐의 양 측부 상에서 서로 멀어지게 연장되는 2개의 와류를 형성한다. 2개의 와류가 주형 공동의 측방향 벽에 도달함에 따라, 그들은 위로 및 뒤로 방향전환하여 서로 마주하여, 하나를 다른 하나를 향해 유동시키고, 슬래브 주형 공동의 벽과 함께 슬래브 노즐의 양 측부 상에 형성된 채널 내에서 만난다. 2개의 유동이 만남에 따라, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 강한 난류가 제한된 공간 내에 형성된다. 그러한 제한된 공간 내의 이들 난류는 캐비테이션(cavitation) 현상 등으로 인해, 슬래브 노즐의 하류 부분의 외벽(outer wall)의 높은 부식률의 원인이 된다. 따라서, 슬래브 노즐의 사용 수명이 단축되어, 그에 따라 생산 비용을 증가시킨다.

DE19505390호는 출구 개구를 가진 평탄화된 단부 섹션을 갖는, 길고 좁은 단면을 가진 침지 주조 관(immersed casting tube)을 기술한다. 그의 단부 영역 내에서의 관의 통로 단면은 분배기(distributor)에 의해 채널의 열(row)로 분할된다. 넓은 파이프 벽 아래에서, 아래로 출구 개구까지, 채널(9)은 일 측부 상에서 개방된다.

WO2013004571호, WO9814292호, US2002063172호, 및 CN103231048호는 금속 용융물의 스트림을 턴디시로부터 상이한 배향 및 단면 크기 비를 갖는 다수의 (3개 또는 4개의) 전방 포트(front port)를 가진 주형 내로 안내하기 위한 침지 노즐(submerged entry nozzle)에 관한 것이다.

본 발명은 슬래브 노즐의 하류 부분의 외벽의 훨씬 더 약하고 느린 부식으로 인해 그의 사용 수명을 실질적으로 향상시키는 신규한 기하학적 구조를 갖는 슬래브 노즐을 제안한다. 본 발명의 이러한 및 다른 이점이 계속하여 더욱 상세히 제시된다.

본 발명은 첨부된 독립 청구항에 한정된다. 바람직한 실시예가 종속 청구항에 한정된다. 특히, 본 발명은 금속으로 제조된 슬래브를 주조하기 위한 슬래브 노즐에 관한 것으로서, 상기 슬래브 노즐은 상류 단부로부터 하류 단부까지 종축(z)을 따라 노즐 길이(L)에 걸쳐 연장되는 외벽에 의해 한정되는 기하학적 구조를 갖는다. 외벽은 하류 단부를 포함하여 하류 단부로부터 종축(z)을 따라 연장되는 하류 부분을 포함하고,

슬래브 노즐의 상류 단부는 상기 종축(z)에 평행하게 배향되는 입구 오리피스(inlet orifice)를 포함하고,

슬래브 노즐의 하류 부분은 하나 이상의 출구 포트 오리피스(outlet port orifice)를 포함하고, 상기 하류 부분은 제2 횡축(y)을 따라 측정된 하류 부분의 두께(T)보다 1.5배 이상, 바람직하게는 3배 이상 더 큰, 제1 횡축(x)을 따라 측정된 폭(W)에 의해 한정되고, 제1 횡축(x)은 종축(z)에 수직하고, 제2 횡축(y)은 제1 횡축(x) 및 종축(z) 둘 모두에 수직하다.

슬래브 노즐은 상기 입구 오리피스에서 개방되는, 상기 입구 오리피스로부터 종축(z)을 따라 연장되는, 그리고 각각 하나 이상의 출구 포트 오리피스에서 개방되는 하나 이상의 전방 포트와 교차하는 중심 보어(central bore)를 추가로 포함한다.

본 발명의 슬래브 노즐은 횡방향 평면(P3)을 따른 슬래브 노즐의 단면도에서, 바람직하게는 임의의 횡방향 평면(Pn)을 따른 슬래브 노즐의 단면도에서, 슬래브 노즐의 외벽은 외벽 윤곽(outer wall outline)에 의해 한정되고, 외벽 윤곽은,

중심 부분(Ax)으로서, 외벽 윤곽이 종축(z)과 횡방향 평면(P3) 사이의 교점으로 정의되는 중심점(c)에 대해 대칭이고, 바람직하게는 제1 및 제2 횡축(x, y) 둘 모두에 대해 대칭인, 상기 중심 부분(Ax), 및

상기 중심 부분 옆에 배치되어, 제1 횡축(x)을 따라 중심 부분(Ax)의 양 측부 상에 위치되는 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)으로서, 외벽이 오직 중심점(c)에 대해 대칭인, 상기 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)을 포함하고,

하류 부분의 외벽 윤곽은 제1 횡축(x)에 평행한 제1 및 제2 에지와 제2 횡축(y)에 평행한 제3 및 제4 에지의 가상 직사각형에 내접되고, 가상 직사각형의 4개의 모서리 중 제1 및 제2 대각방향으로 대향하는 모서리까지의 외벽 윤곽의 좁은 거리(tight distance)(dt)가 가상 직사각형의 다른 2개의 대각방향으로 대향하는 모서리까지의 외벽 윤곽의 플레어형 거리(flared distance)(df)보다 1.5배 이상 더 짧고, 모서리까지의 외벽 윤곽의 거리는 상기 모서리와 상기 모서리에 가장 가깝게 위치되는 윤곽의 점 사이의 거리로 정의되는 것을 특징으로 한다.

축(x, y, z)의 시스템은 기준 평면 Q1 = (x, z), Q2 = (y, z), 및 Q3 = (x, y)를 한정하는 좌표계를 형성한다. 횡방향 평면(P3)은 하류 단부까지의 거리(L3)가 가장 큰, 종축(z)에 수직한 그리고 하나 이상의 출구 포트 오리피스와 교차하는 평면이다. 횡방향 평면(Pn)은 종축(z)에 수직한 그리고 노즐 길이(L)의 60% 이하, 바람직하게는 L의 50% 이하의 하류 단부까지의 거리(Ln)에서 종축(z)과 교차하는 평면이다. 모든 횡방향 평면(Pn)은 기준 평면(Q3)에 평행하고, 횡방향 평면(P3)은 특정 횡방향 평면(Pn)이다.

바람직한 실시예에서, 횡방향 평면(Pn)을 따른, 특히 횡방향 평면(P3)을 따른 단면도에서, 하류 부분의 외벽 윤곽은 제1 횡축(x)에 평행한 제1 및 제2 에지와 제2 횡축(y)에 평행한 제3 및 제4 에지의 가상 직사각형에 내접된다. 좁은 거리(dt)는 가상 직사각형의 다른 2개의 대각방향으로 대향하는 모서리까지의 외벽 윤곽의 플레어형 거리(df)보다 2배 이상, 바람직하게는 3배 이상 더 짧을 수 있다(2 dt ≤ df). 모서리까지의 외벽 윤곽의 거리는 상기 모서리와 상기 모서리에 가장 가깝게 위치되는 윤곽의 점 사이의 거리로 정의된다. 좁은 거리(dt)는 플레어형 거리(df)보다 바람직하게는 10배 이하, 더욱 바람직하게는 8배 이하 더 짧다.

슬래브 노즐 윤곽의 기하학적 구조를 한정하는 다른 방식은 한편으로는 각각 제1 및 제2 대각방향으로 대향하는 모서리에서 연결되는 가상 직사각형의 에지와 외벽 윤곽 사이에 포함되는 제1 및 제2 좁은 영역(tight area)(At)과, 다른 한편으로는 다른 2개의 대각방향으로 대향하는 모서리에서 연결되는 가상 직사각형의 에지와 외벽 윤곽 사이에 포함되는, 제1 및 제2 좁은 영역(At) 각각의, 제1 및 제2 플레어형 영역(flared area)(Af)을 한정하는 것이다. 제1 및 제2 좁은 영역(At)은 각각 바람직하게는 제1 및 제2 플레어형 영역(Af)의 면적의 80% 이하, 바람직하게는 67% 이하, 더욱 바람직하게는 50% 이하의 면적을 갖는다(5 At ≤ 4 Af).

본 발명에 따른, 특히 좁은 및 플레어형 거리에 의해 그리고/또는 좁은 및 플레어형 영역에 의해 한정된 전술한 기하학적 구조를 갖는 슬래브 노즐에 의해, 기준 평면(Q2)에 수직한 방향으로 슬래브 노즐을 향해 유동하는 용융된 금속의 스트림이 바람직하게는 플레어형 거리(df)의 그리고/또는 플레어형 영역(Af)의 측부 상에 있는, 슬래브 노즐과 슬래브 주형 사이에 형성된 갭(gap)을 통해 유동할 것이고, 좁은 거리(dt)의 그리고/또는 좁은 영역(At)의 측부 상에서 제한될 것이며, 따라서 슬래브 노즐의 2개의 서로 반대편에 있는 측부에서 반대 방향으로 유동하는 2개의 스트림에 의해 우회 효과(round-about effect)를 생성하여, 하나의 그러한 갭 내에서 2개의 스트림 사이의 임의의 충돌을 회피한다.

외벽 윤곽의 중심 부분(Ax)은 바람직하게는 가상 직사각형의 제1 및 제2 에지의 폭(W)의 33% 이상, 바람직하게는 50% 이상에 걸쳐 연장되고, 바람직하게는 가상 직사각형의 제1 및 제2 에지의 폭(W)의 85% 이하, 더욱 바람직하게는 67% 이하로 연장된다(33% W ≤ Ax ≤ 85% W).

돌출부가 슬래브 노즐의 하류 부분의 외벽 상에 분포될 수 있다. 돌출부는 갭을 통해 유동하는 금속 스트림의 운동 에너지의 소산을 허용한다. 우회 효과를 추가로 향상시키기 위해, 돌출부는 하류 부분의 외벽의 제1 및 제2 간섭 부분(hindered portion) 상에 배열되고, 상기 제1 및 제2 간섭 부분은 좁은 거리(dt) 또는 좁은 영역(At)을 포함하는 가상 직사각형의 2개의 대각방향으로 대향하는 사분역(quarter) 내에 포함되는, 평면(Pn)을 따른, 또는 특히 평면(P3)을 따른 절단면 내의 외벽 윤곽의 부분에 대응한다.

돌출부는 다수의 기하학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 돌출부는 원, 타원, 직선 또는 곡선, 갈매기 모양(chevron), 원호, 다각형의 형태일 수 있다. 돌출부는 바람직하게는 하류 부분의 외벽의 표면으로부터 3 mm 이상, 바람직하게는 4 mm 이상, 그리고 바람직하게는 20 mm 이하, 더욱 바람직하게는 15 mm 이하만큼 돌출된다. 돌출부가 분리된 돌출부인 경우, 돌출부는 바람직하게는 슬래브 노즐의 하류 부분의 외벽 상에, 바람직하게는 슬래브 노즐의 하류 부분의 외벽의 제1 및 제2 간섭 부분 상에 엇갈린 배열로 분포된다.

하나 이상의 전방 포트는 바람직하게는 하나 이상의 전방 포트가 대응하는 출구 포트 오리피스에서 개방됨에 따라 플레어형으로 벌어진다(flare out). 본 발명에 따른 노즐은 바람직하게는 대응하는 제1 및 제2 출구 포트 오리피스에서 개방되는 제1 및 제2 전방 포트를 포함한다. 제1 및 제2 전방 포트는 바람직하게는 중심 보어 내에서 하류 단부로부터 종축(z)을 따라 연장되는 그리고 보어를 제1 및 제2 전방 포트로 분할하는 분할기(divider)에 의해 서로 분리된다. 횡방향 노즐(Pn)을 따른, 특히 횡방향 평면(P3)을 따른 얇은 슬래브 노즐의 단면도에서, 제1 및 제2 전방 포트는 바람직하게는 오직 중심점(c)에 대해 대칭인 그리고 바람직하게는 외벽 윤곽의 대응하는 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)에 실질적으로 평행한, 분할기로부터 멀리 떨어진 측방향 부분을 각각 포함하는 제1 및 제2 전방 포트 윤곽에 의해 한정된다.

본 발명은 또한 금속 슬래브를 주조하기 위한 야금 조립체(metallurgic assembly)에 관한 것으로서, 상기 야금 조립체는,

출구가 제공된 저부 플로어(bottom floor)를 포함하는 야금 용기,

제1 횡축(x)을 따라 측정된 폭(W)에 의해 그리고 제2 횡축(y)을 따라 측정된 두께(Tm)에 의해 한정되는, 종축(z)을 따라 연장되는 슬래브 주형으로서, x ⊥ y ⊥ z이고, 공동 벽(cavity wall)에 의해 한정되는 그리고 공동의 상류 단부에서 개방되는 주형 공동을 포함하는, 상기 슬래브 주형, 및

선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 슬래브 노즐로서, 슬래브 노즐의 상류 단부는 출구(101)가 입구 오리피스(50u)와 유체 연통하도록 야금 용기의 저부 플로어에 결합되고, 슬래브 노즐의 하류 부분은 주형 공동의 상류 단부와 슬래브 노즐의 하류 단부 사이에서 측정된 삽입 길이(inserted length)(Li)에 걸쳐 슬래브 주형의 공동 내로 삽입되고 종축(z) 및 제1 및 제2 횡축(x, y)과 정렬되는, 상기 슬래브 노즐을 포함한다.

횡방향 평면(Pm)을 따른, 특히 횡방향 평면(P3)을 따른 야금 조립체의 단면도에서, 바람직하게는,

공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1) 사이의 제1 좁은 갭(tight gap)으로서, 제1 좁은 갭은 제1 횡축(x)의 제1 측부에서 세그먼트(m)를 따라 제2 횡축(y)에 평행하게 측정된 그리고 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1)과 제1 횡축(x) 사이의 교점을 지나는 제1 좁은 갭 폭(Gt1)을 갖고, 제1 좁은 갭 폭은 제1 횡축(x)의 제2 측부에서 세그먼트(m)를 따라 측정된, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1) 사이의 제1 플레어형 갭(flared gap)의 제1 플레어형 갭 폭(Gf1)의 절반 이하, 바람직하게는 1/3 이하인(2 Gt1 ≤ Gf1), 상기 제1 좁은 갭, 및

공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2) 사이의 제2 좁은 갭으로서, 제2 좁은 갭은 제1 횡축(x)의 제2 측부에서 세그먼트(n)를 따라 제2 횡축(y)에 평행하게 측정된 그리고 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2)과 제1 횡축(x) 사이의 교점을 지나는 제2 좁은 갭 폭(Gt2)을 갖고, 제2 좁은 갭 폭은 제1 횡축(x)의 제1 측부에서 세그먼트(n)를 따라 측정된, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2) 사이의 제2 플레어형 갭의 제2 플레어형 갭 폭(Gf2)의 절반 이하, 바람직하게는 1/3 이하인(2 Gt2 ≤ Gf2), 상기 제2 좁은 갭을 포함하고,

제1 좁은 폭(Gt1)은 제2 좁은 갭 폭(Gt2)과 실질적으로 동일하고(Gt1 = Gt2), Gt1 및 Gt2는 바람직하게는 제2 횡축(y)을 따라 측정된 슬래브 노즐의 외벽 윤곽의 최대 두께의 10%와 70% 사이에 포함되고,

제1 플레어형 갭 폭(Gf1)은 제2 플레어형 갭 폭(Gf2)과 실질적으로 동일하다(Gf1 = Gf2).

횡방향 평면(Pm)은 종축(z)에 수직한 그리고 삽입 길이(Li)의 40% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 75% 이상에 걸쳐, 노즐 슬래브의 하류 부분과 교차하는 평면이다. 횡방향 평면(P3)은 특정 횡방향 평면(Pm)이고, 모두 기준 평면(Q3)에 평행하다.

횡방향 평면(Pm)을 따른, 특히 횡방향 평면(P3)을 따른 야금 조립체의 동일한 단면도에서,

슬래브 주형의 공동은 공동 벽 윤곽에 의해 한정되고, 공동 벽 윤곽은,

o 실질적으로 일정한 측방향 공동 두께(Tmc)를 갖는 제1 및 제2 공동 측방향 부분으로서, 제1 횡축(x)에 걸쳐 정렬되고, 양 측부 상에서 옆에 배치되는, 상기 제1 및 제2 공동 측방향 부분,

o 공동 벽 윤곽이 제1 및 제2 횡축(x, y) 둘 모두에 대해 대칭인 중심 공동 폭(Wmx)을 갖고, 제1 및 제2 측방향 부분과 연결되는 양 측부 상에서 Tmc와 동일한 두께를 갖고, 공동 벽 윤곽과 제2 횡축(y) 사이의 교점에서, 최대 공동 두께 값(Tmx)에 도달할 때까지 매끄럽게 전개되는 중심 공동 부분으로서, Tmx는 Tmc와 동일하거나 상이할 수 있는(Tmx = Tmc 또는 Tmx ≠ Tmc), 상기 중심 공동 부분을 포함하고,

슬래브 노즐의 외벽 윤곽은,

o 중심 공동 폭(Wmx)보다 작은, 제1 횡방향(x)을 따라 측정된 노즐 폭(W)을 갖고,

o 최대 값(Tx)을 갖는, 제2 횡축(y)을 따라 측정된 노즐 두께(T)를 갖고,

슬래브 주형 대 슬래브 노즐의 두께 비(Tmx / Tx)는 1.2와 2.7 사이에, 바람직하게는 1.5와 2.1 사이에 포함된다.

본 발명의 본질의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기의 상세한 설명을 참조한다.
도 1은 턴디시에 결합되고 주형 내로 부분적으로 삽입된 종래 기술의 슬래브 노즐을 도시하고; 흑색 화살표는 주형 내로 유동하는 금속 용융물이 따르는 주 유동 경로를 도시하며, (a) 노즐의 정면도, (b) 노즐의 종축(z)에 수직한 3-3(= 평면(P3))을 따른 단면도.
도 2는 턴디시에 결합되고 주형 내로 부분적으로 삽입된 본 발명에 따른 슬래브 노즐을 도시하고; 흑색 화살표는 주형 내로 유동하는 금속 용융물이 따르는 주 유동 경로를 도시하며, (a) 노즐의 정면도, (b) 노즐의 종축(z)에 수직한 3-3(= 평면(P3))을 따른 단면도.
도 3은 다양한 치수 및 절단 평면(Pm, P3)을 가진, 턴디시에 결합되고 주형 내로 부분적으로 삽입된 본 발명에 따른 슬래브 노즐을 도시한 도면.
도 4는 다양한 치수를 가진, 본 발명에 따른 슬래브 노즐의 평면 Q1 = (x, z), Q2 = (y, z), 및 P3 (∥ Q3 = (x, y))를 따른 상이한 도면.
도 5는 하류 부분의 2개의 대안적인 기하학적 구조가 평면(P3)을 따른 절단면 상에 있는, 다양한 치수를 가진, 본 발명에 따른 얇은 슬래브 노즐의 평면(Q1, Q2, P3)을 따른 상이한 도면.
도 6은 다양한 치수를 가진, 본 발명에 따른 슬래브 노즐의 평면(Q1, Q2), 및 2개의 평행 평면(Pn, P3)을 따른 상이한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 슬래브 노즐의 외벽 윤곽의 기하학적 구조를 한정하는 평면(P3)을 따른 2개의 단면도.
도 8은 2개의 상이한 슬래브 주형 내로 삽입된 슬래브 노즐의 평면(P3)을 따른 단면도.
도 9는 다양한 돌출부 기하학적 구조가 (b) 내지 (j)에 표현된, 외벽의 부분 상에 돌출부가 제공된 본 발명에 따른 슬래브 노즐을 도시한 도면.
도 10은 제1 및 제2 출구 포트를 분리하는 분할기가 제공된 본 발명에 따른 슬래브 노즐을 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 슬래브 노즐의 평면(P3)을 따른 단면도.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 슬래브 노즐의 실시예를 도시한다. 슬래브 노즐은 상류 단부로부터 하류 단부까지 종축(z)을 따라 노즐 길이(L)에 걸쳐 연장되는 외벽에 의해 한정되는 기하학적 구조를 갖는다. 슬래브 노즐의 상류 단부는 상기 종축(z)에 평행하게 배향되는 입구 오리피스(50u)를 포함한다.

외벽은 하류 단부를 포함하여 그것으로부터 종축(z)을 따라 연장되는 하류 부분을 포함하고, 하나 이상의 출구 포트 오리피스(51d)를 포함한다. 슬래브 노즐은 일반적으로 대응하는 제1 및 제2 출구 포트 오리피스에서 개방되는 적어도 제1 및 제2 전방 포트(51)를 포함한다. 제1 및 제2 전방 포트는 도 10에 도시된 바와 같이, 종축(z)을 따라 하류 단부로부터 중심 보어 내에서 연장되는 분할기(10)에 의해 서로 분리될 수 있다. 슬래브 노즐은 또한 종축(z)에 평행하고 그것과 대체로 동축인 전방 포트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 전방 포트는 도 10에 도시된 바와 같이, 그들이 제1 및 제2 출구 포트 오리피스에서 개방됨에 따라 플레어형으로 벌어진다.

하류 부분은 제2 횡축(y)을 따라 측정된 하류 부분의 최대 두께(Tx)보다 1.5배 이상 더 큰, 제1 횡축(x)을 따라 측정된 폭(W)에 의해 한정되며, 여기서 제1 횡축(x)은 종축(z)에 수직하고, 제2 횡축(y)은 제1 횡축(x) 및 종축(z) 둘 모두에 수직하다. 이러한 W / Tx 종횡비는 슬래브 노즐의 하류 부분을, 물론 그것이 두꺼운 것보다 훨씬 더 넓은 슬래브 주형의 공동 내로 삽입하는 데 필요하다. 이른바 얇은 슬래브 노즐에 대해, W / Tx 종횡비는 3 이상, 바람직하게는 4 또는 5 이상이다.

슬래브 노즐은 상기 입구 오리피스(50u)에서 개방되는, 그것으로부터 종축(z)을 따라 연장되는, 그리고 각각 하나 이상의 출구 포트 오리피스에서 개방되는 하나 이상의 전방 포트(51)와 교차하는 중심 보어(50)를 추가로 포함한다. 슬래브 노즐의 상류 단부가 턴디시와 같은 야금 용기(100)의 저부 플로어에 결합될 때, 슬래브 노즐의 중심 보어는 턴디시의 저부 플로어에 제공된 출구(101)와 정렬되고 유체 연통하며, 따라서 금속 용융물이 출구를 통해 그리고 중심 보어를 통해 턴디시 외부로 유동하고 출구 포트 오리피스를 통해 슬래브 노즐 외부로 유동할 수 있다.

슬래브 노즐의 하류 부분은 슬래브 주형의 공동(110c) 내로 삽입된다. 슬래브 주형 공동은 제1 횡축(x)을 따라 측정된 폭(Wm) 및 직사각형 공동(도 8의 (b) 참조)에 대해 일정한, 제2 횡축(y)을 따라 측정된 두께(Tm)를 갖고, 여기서 Wm은 Tm보다 4배 이상 더 크고(Wm ≥ 4 Tm), 얇은 슬래브 주형에 대해 심지어 Tm보다 8배 이상 더 크다(Wm ≥ 4 Tm). 윤활제가 (슬래브 주형 내의 금속에 첨가되어, 고착(sticking)을 방지하고, 금속 내에 존재할 수 있는 임의의 슬래그 입자(slag particle)를 포획하여 그들을 풀(pool)의 상부로 가져와서 슬래그의 부유 층(105)을 형성한다. 슈라우드는 고온 금속이 슈라우드로부터 주형 내의 슬래그 층의 표면 아래로 빠져나가도록 설치되며, 따라서 침지 노즐(SEN)로 불린다.

도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 슬래브 노즐의 출구 포트 외부로 유동하는 금속 용융물은 종축(z)의 2개의 서로 반대편에 있는 측부에서 주형 공동의 폭(Wm)을 따라 루프 경로(loop path)를 따른다. 유동 경로는 금속이 슬래브 주형 공동 내에서 고화됨에 따라 보다 낮은 비율로 유동하는 금속에 의해 저부에서 구속되며, 따라서 옆으로 편향되는 2개의 분기 유동으로 분할된다. 슬래브 주형 공동은 너무 얇아서, 유동이 실질적으로 제2 횡축(y) 방향으로 편향될 수 없으며, 유동은 그것이 공동의 대응하는 측부에서 측벽에 도달할 때까지 종축(z)의 양 측부 상에서 제1 횡축(x) 방향을 따라 유동하여야 한다. 이러한 단계에서, 유동은 그들이 풀의 상부에 있는 슬래그의 부유 층에 의해 구속될 때까지 상향으로 편향된다. 금속은 이어서 슬래브 노즐의 양 측부 상에서 하나가 다른 하나를 향해 유동하는 수렴 스트림(converging stream)으로 내향으로 편향된다. 2개의 수렴 유동이 슬래브 노즐에 도달할 때, 각각은 슬래브 노즐의 하류 부분의 외벽의 양 측부 상에서 유동하는 2개의 스트림(70a, 70b)으로 분할되어, 유동은 날개의 선단 에지(leading edge)처럼 보인다. 반대 수렴 방향으로 유동하는 용융된 금속의 2개의 스트림(70a, 70b)이 슬래브 노즐의 양 측부 상에서 주형 공동 벽과 외벽 사이에 형성된 좁은 채널(111) 내에서 만나면, 강한 난류가 형성될 것이다. 위에서 논의된 바와 같이, 이들 난류는 슬래브 노즐의 부식을 실질적으로 가속시키고, 그의 사용 수명에 유해하다.

슬래브 노즐의 외벽은 출구 포트의 높이에서 슬래브 노즐을 향해 유동하는 금속의 스트림에 의해 보여지는 바와 같이, 횡방향 평면(P3)을 따른 단면도의 외벽 윤곽에 의해 특징지어질 수 있으며, 여기서 횡방향 평면(P3)은 하류 단부까지의 거리(L3)가 가장 큰, 종축(z)에 수직한 그리고 하나 이상의 출구 포트 오리피스와 교차하는 평면이다. 따라서, 횡방향 평면(P3)은 평면 Q3 = (x, y)에 평행하다.

통상적인 슬래브 노즐에서, 도 1의 (b)에 예시된 바와 같이, 하류 부분은 적어도 평면 Q1 = (x, z)에 대해 그리고 평면 Q2 = (y, z)에 대해 대체로 대칭이다. 따라서, 평면(P3)을 따른 대응하는 단면도의 외벽 윤곽은 적어도 제1 횡축(x)에 대해 그리고 제2 횡축(y)에 대해 대칭이다. 따라서, 그러한 슬래브 노즐의 하나의 측방향 프로파일에 의해 형성된 대칭 선단 에지와 만나는 금속 용융물의 유동이 주형 공동 벽과 함께 슬래브 노즐의 양 측부 상에 형성된 실질적으로 동일한 채널 내에서 유동하는 실질적으로 동일한 유량의 2개의 스트림(70a, 70b)으로 분할될 것이다. 물론, 용융된 금속이 슬래브 노즐의 제2 반대편 측방향 프로파일을 향해 유동하는 경우에도 마찬가지이다. 슬래브 노즐 및 주형 공동 벽의 양 측부 상에 형성된 각각의 채널(111) 상에서, 반대 방향으로 유동하는 2개의 스트림이 대략 슬래브 노즐의 중간 섹션에서, 즉 대략 평면 Q2 = (y, z)의 위치에서 만난다. 강한 난류가 매우 제한된 공간 내에 형성되어, 슬래브 노즐의 외벽을 부식시킨다.

본 발명의 요지는 용융된 금속의 2개의 스트림(70a, 70b)이 주형 공동 벽과 함께 슬래브 노즐의 양 측부 상에 형성된 좁은 채널(111) 내에서 충돌하는 것을 방지하는 것이다. 원리는 슬래브 노즐 주위에 우회부(round-about)를 생성하여, 도로 상의 자동차와 같이, 각각의 서로 반대의 스트림(70a, 70b)이 슬래브 노즐의 일 측부 상에서만 그 자체의 채널(111)을 통해 유동하도록 하는 것이다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 우측에서 좌측으로 유동하는 스트림(70a)은 도면에 예시된 하부 채널(111)을 통해 슬래브 노즐의 좌측으로 유동하게 된다. 유사하게, 좌측에서 우측으로 유동하는 스트림(70b)은 도면에 예시된 상부 채널(111)을 통해 슬래브 노즐의 좌측으로 유동하게 된다. 따라서, 2개의 스트림(70a, 70b)은 채널(111) 내에서 만나 충돌하는 것이 아니라, 슬래브 노즐의 외벽으로부터 멀리 떨어진, 확장되고 에너지를 소산시킬 공간이 더 많아 장비에 대한 손상을 덜 생성하는 채널의 하류에서 만나 충돌한다. 슬래브 노즐의 하류 부분의 기하학적 구조를 하기와 같이 선택함으로써 "우회" 효과가 얻어진다.

도 4의 (h), 도 5의 (c) 및 (d), 및 도 11의, 횡방향 평면(P3)을 따른 슬래브 노즐의 단면도에 예시된 바와 같이, 슬래브 노즐의 외벽의 외벽 윤곽은,

중심 부분(Ax)으로서, 외벽 윤곽이 종축(z)과 횡방향 평면(P3) 사이의 교점으로 정의되는 중심점(c)에 대해 대칭인, 상기 중심 부분(Ax), 및

상기 중심 부분 옆에 배치되어, 제1 횡축(x)을 따라 중심 부분(Ax)의 양 측부 상에 위치되는 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)으로서, 외벽이 오직 중심점(c)에 대해 대칭인, 상기 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)을 포함한다.

슬래브 노즐의 외벽의 일 측부를 따른 용융된 금속의 스트림의 유동을 촉진하고(favour), 축(x)에 대해 반대편 측부에 걸친 유동을 간섭하기(hinder) 위해, 외벽 윤곽이 제1 횡축(x)에 대해 축 대칭을 갖지 않는 측방향 부분(Ac1, Ac2)을 포함하는 것이 중요하다. 도 11에 예시된 일 실시예에서, 중심 부분(Ax)에서의 외벽 윤곽은 제1 및 제2 측방향 부분에서와 같이, 오직 중심점(c)에 대해 대칭이다. 이러한 경우에, 중심 부분(Ax)은 제2 횡축(y)으로 기하학적으로 축소되고, 실제로 사라진다. 그러나, 도 3의 (h)와 도 4의 (c) 및 (d)에 예시된 바와 같이, 중심 부분(Ax)에서의 외벽 윤곽은 제1 및/또는 제2 횡축(x, y)에 대해, 바람직하게는 축(x, y) 둘 모두에 대해 대칭인 것이 바람직하다. 예를 들어, 외벽 윤곽의 중심 부분(Ax)은 슬래브 노즐 하류 부분의 폭(W)의 33% 이상, 바람직하게는 50% 이상에 걸쳐 연장될 수 있다. 중심 부분(Ax)은 바람직하게는 가상 직사각형의 제1 및 제2 에지의 길이의 85% 이하, 더욱 바람직하게는 67% 이하로 연장된다(33% W ≤ Ax ≤ 85% W).

외벽 두께를 실질적으로 일정하게 유지시키기 위해, 횡방향 평면(P3)을 따른 얇은 슬래브 노즐의 단면도에서, 제1 및 제2 전방 포트는 오직 중심점(c)에 대해 대칭인 그리고 바람직하게는 외벽 윤곽의 대응하는 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)에 실질적으로 평행한, 분할기로부터 멀리 떨어진 측방향 부분을 각각 포함하는 제1 및 제2 전방 포트 윤곽에 의해 한정되는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 외벽과 동일한 비대칭성이 전방 포트의 기하학적 구조에 적용되어, 노즐 벽이 실질적으로 일정한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 벽이 너무 얇은 취약 지점(weak spot)을 갖거나, 외벽의 두께를 불필요하게 국소적으로 증가시킴으로써 내화 재료(refractory material)를 낭비할 위험이 없다.

도 6에 예시된 바람직한 실시예에서, 임의의 횡방향 평면(Pn)을 따른 슬래브 노즐의 단면도에서, 슬래브 노즐의 외벽은 횡방향 평면(P3)에 관하여 위에서 한정된 바와 같은 중심 부분과 제1 및 제2 측방향 부분을 포함하는 외벽 윤곽에 의해 한정된다. 횡방향 평면(Pn)은 종축(z)에 수직한 그리고 노즐 길이(L)의 60% 이하, 바람직하게는 L의 50% 이하, 더욱 바람직하게는 L의 40% 이하의 하류 단부까지의 거리(Ln)에서 종축(z)과 교차하는 평면이다. 바람직하게는, 거리(Ln)는 L의 1% 이상, 더욱 바람직하게는 L의 2% 이상, 가장 바람직하게는 L의 5% 이상이다. 횡방향 평면(P3)은 하나의 특정 평면(Pn)이다.

횡방향 평면(P3)을 따른, 바람직하게는 임의의 횡방향 평면(Pn)을 따른 단면도에서, 하류 부분의 외벽 윤곽은 제1 횡축(x)에 평행한 제1 및 제2 에지와 제2 횡축(y)에 평행한 제3 및 제4 에지의 가상 직사각형에 내접된다.

도 7의 (a)에 예시된 본 발명에 따르면, "우회" 효과는 가상 직사각형의 4개의 모서리 중 제1 및 제2 대각방향으로 대향하는 모서리까지의 외벽 윤곽의 좁은 거리(dt)가 가상 직사각형의 다른 2개의 대각방향으로 대향하는 모서리까지의 외벽 윤곽의 플레어형 거리(df)보다 1.5배 이상 더 짧은, 바람직하게는 2배 이상 더 짧은(즉, 2 dt ≤ df), 더욱 바람직하게는 3배 이상 더 짧은(즉, 3 dt ≤ df) 것을 보장함으로써 얻어지며, 여기서 모서리까지의 외벽 윤곽의 거리는 상기 모서리와 상기 모서리에 가장 가깝게 위치되는 윤곽의 점 사이의 거리로 정의된다. 예를 들어, 거리 dt 및 df는 각각 14 mm 및 42 mm이어서, 비 df / dt = 3을 산출할 수 있거나, 대안적으로, 거리 dt 및 df는 각각 15 및 38이어서, 비 df / dt = 2.5를 산출할 수 있다. 그러한 기하학적 구조에 의해, 슬래브 노즐의 외벽과 주형 공동 벽 사이에 형성된 채널(또는 해양 용어(nautical terms)를 사용하여 "해협(strait)")은 유동이 간섭되는, 슬래브 노즐의 "간섭 측부"를 한정하고 깔때기의 좁은 측부를 형성하는 좁은 거리(dt)의 측부 상에서보다, 용융된 금속이 더욱 용이하게 유동할 수 있는 깔때기의 넓은 측부를 형성하는 슬래브 노즐의 "유동 측부"를 한정하는 플레어형 거리(df)의 측부 상에서 더 넓다.

대안적으로 또는 부수적으로, 도 7의 (b)에 예시된 바와 같이, 각각 제1 및 제2 대각방향으로 대향하는 모서리에서 연결되는 가상 직사각형의 에지와 외벽 윤곽 사이에 포함되는 제1 및 제2 좁은 영역(At) 각각은 다른 2개의 대각방향으로 대향하는 모서리에서 연결되는 가상 직사각형의 에지와 외벽 윤곽 사이에 포함되는 제1 및 제2 플레어형 영역(Af)의 면적의 80% 이하의 면적(즉, 5 At ≤ 4 Af), 바람직하게는 67% 이하의 면적(즉, 3 At ≤ 2 Af), 더욱 바람직하게는 50% 이하의 면적(즉, 2 At ≤ Af)을 갖는다. 역시, 용융된 금속 스트림의 유동은 유동이 간섭되는, 깔때기의 좁은 측부를 한정하는 영역(At)의 측부에 비해, 영역(Af)이 깔때기의 넓은 측부를 한정하는 슬래브 노즐의 측부 상에서 촉진된다.

위에서 논의된 바와 같이, 우회 효과는 슬래브 노즐의 측방향 프로파일을 향해 유동하는 용융된 금속의 스트림이 슬래브 노즐의 반대편 간섭 측부보다는 슬래브 노즐의 유동 측부로 우선적으로 편향되게 함으로써 얻어진다. 이는 유동 측부에 넓은 깔때기 입구를 형성하고 간섭 측부에 깔때기의 좁은 측부를 형성하여 슬래브 노즐의 유동 측부를 통한 유동을 용이하게 함으로써 달성된다. 중심 대칭을 가진 이러한 기하학적 구조를 슬래브 노즐의 둘 모두의 측방향 프로파일에 적용하여, 금속 용융물의 유동을 서로 반대로 향하게 함으로써, 각각의 스트림은 슬래브 노즐의 일 측부에서 그 자체의 일방 통행로(one-way street)를 향해 편향된다(도 2의 (b) 참조). 자동차와 달리, 용융된 금속은 교통 표지에 의해 잘못된 방향으로 유동하는 것이 방지될 수 없다. 도 9에 예시된 바와 같이, 슬래브의 하류 부분의 외벽으로부터 돌출되는 다수의 돌출부를 제공함으로써, 용융된 금속의 스트림이 슬래브 노즐의 간섭 측부의 잘못된 방향을 따라 유동하는 것이 추가로 간섭될 수 있다. 상기 돌출부는 바람직하게는 좁은 거리(dt)에 의해 또는 좁은 영역(At)에 의해 특징지어질 수 있는, 슬래브 노즐 외벽 윤곽의 간섭 측부를 포함하는 가상 직사각형의 2개의 대각방향으로 대향하는 사분역(즉, 중심점(c)에서만 교차함) 내에 포함되는 외벽의 영역에 걸쳐 분포된다.

도 9의 (b) 내지 (j)에 도시된 바와 같이, 돌출부(5)는 원 및 타원(도 9의 (b) 참조), 연속적이거나 불연속적일 수 있는 직선 또는 곡선(도 9의 (h) 및 (g) 참조), 갈매기 모양(도 9의 (d) 및 (e) 참조), 원호(도 9의 (d) 및 (f) 참조), 다각형(도시되지 않음) 등을 비롯한 상이한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 돌출부는 바람직하게는 하류 부분의 외벽의 표면으로부터 3 mm 이상, 바람직하게는 4 mm 이상, 그리고 바람직하게는 20 mm 이하, 더욱 바람직하게는 15 mm 이하만큼 돌출된다. 돌출부는 도 9의 (g) 내지 (j)에 도시된 바와 같이 연속적인 선일 수 있거나, 도 9의 (a) 내지 (f)에 도시된 바와 같이 분리된 돌출부일 수 있다. 분리된 돌출부는 바람직하게는 하류 부분의 외벽의 제1 및 제2 간섭 부분 상에 엇갈린 배열로 분포된다. 유동이 간섭될 스트림을 향하는 오목한 측부를 포함하는 도 9의 (e) 및 (f)에 예시된 바와 같은 돌출부가 본 발명에서 추구하는 우회 효과를 증진시키는 데 특히 효과적이다.

본 발명의 슬래브 노즐은 도 2에 예시된 바와 같이 금속 슬래브를 주조하기 위한 야금 조립체에 사용된다. 상기 야금 조립체는,

출구(101)가 제공된 저부 플로어를 포함하는 야금 용기(100),

공동 벽에 의해 한정되고 공동의 상류 단부에서 개방되는 공동(110c)을 포함하는 슬래브 주형(110), 및

전술된 바와 같은 슬래브 노즐로서, 슬래브 노즐의 상류 단부는 출구(101)가 슬래브 노즐의 입구 오리피스(50u)와 유체 연통하도록 야금 용기의 저부 플로어에 결합되고, 슬래브 노즐의 하류 부분은 주형 공동의 상류 단부로부터 종축(z)을 따라 측정된 삽입 길이(Li)에 걸쳐 슬래브 주형의 공동 내로 삽입되고 종축(z) 및 제1 및 제2 횡축(x, y)과 정렬되는, 상기 슬래브 노즐을 포함한다.

슬래브 주형의 공동은 종축(z)을 따라 연장되는 공동 벽에 의해 한정된다. 횡방향 평면(P3)을 따른 야금 조립체의 단면도에서, 공동 벽은 도 8에 예시된 공동 벽 윤곽에 의해 한정된다. 공동 벽 윤곽은,

실질적으로 일정한 측방향 공동 두께(Tmc)를 갖는 제1 및 제2 공동 측방향 부분으로서, 제1 횡축(x)에 걸쳐 정렬되고, 양 측부 상에서 옆에 배치되는, 상기 제1 및 제2 공동 측방향 부분,

중심 공동 폭(Wmx), 제1 및 제2 측방향 부분과 연결되는 양 측부 상에서 Tmc와 동일한 두께를 갖고, 공동 벽 윤곽과 제2 횡축(y) 사이의 교점에서, 최대 공동 두께 값(Tmx)에 도달할 때까지 매끄럽게 전개되는 중심 공동 부분으로서, Tmx는 Tmc와 동일하거나 그보다 클 수 있는(Tmx ≥ Tmc), 상기 중심 공동 부분을 포함한다.

일 실시예에서, Tmx = Tmc는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 직사각형 공동 벽 윤곽을 한정한다. 다시 말해서, 이러한 실시예는 또한 폭 Wmx = 0의 중심 부분을 갖는 것으로 한정될 수 있다.

주조될 슬래브가 슬래브 노즐의 두께(T)보다 실질적으로 더 작은 두께를 갖는 경우에, 주형 공동은 슬래브 노즐의 하류 부분의 삽입을 허용하는 깔때기 형상의 부분을 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 도 8의 (a)에 예시되며, 여기서 중심 부분에서의 주형 공동 벽 윤곽의 두께는 최대 공동 두께 값 Tmx > Tmc에 도달할 때까지 측방향 부분에 비해 점진적으로 증가한다. 공동 벽의 이러한 깔때기 형상의 중심 부분은 z-방향으로 슬래브 노즐의 하류 단부 아래에서 종단되며, 이러한 점에서, 주형 공동은 직사각형 단면을 갖는다. 깔때기 형상의 중심 부분의 종축(z)에 수직한 단면은 바람직하게는 제1 및 제2 횡축(x, y) 둘 모두에 대해 대칭인 공동 벽 윤곽을 갖는다. x-방향을 따라 측정된 공동 벽 중심 부분의 폭(Wmx)은 슬래브 노즐의 폭(W)보다 커야 한다. 유사하게, y-방향을 따라 측정된 최대 공동 두께 값(Tmx)은 슬래브 노즐의 최대 두께(Tx)보다 커야 한다. 바람직한 실시예에서, 슬래브 주형 대 슬래브 노즐의 두께 비(Tmx / Tx)는 1.2와 2.7 사이에, 바람직하게는 1.5와 2.1 사이에 포함된다.

도 2의 (b) 및 도 8에 도시된 바와 같이, 채널 또는 갭이 제1 횡축(x)의 양 측부 상에서 슬래브 노즐 외벽과 공동 벽 사이에 형성된다. 용융된 금속의 스트림은 제2 횡축(y)을 향해 반대 수렴 방향으로 제1 횡축(x)에 실질적으로 평행하게 유동한다. 각각의 스트림이 우선적으로 제1 종축(x)의 일 측부에서 그 자체의 채널을 따라 유동하는, 도 2의 (b)에 예시된 우회 효과는 각각 슬래브 노즐의 간섭 및 유동 측부에서 채널 입구의 각각의 폭(Gt 및 Gf)을 제어함으로써 얻어진다. 따라서, 도 8에 예시된 바와 같이, 횡방향 평면(P3)을 따른 야금 조립체의 단면도에서, 채널 또는 갭은 아래에 설명되는 바와 같이 한정될 수 있다.

제2 횡축(y)의 제1 측부에서, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1) 사이에 제1 좁은 갭이 있으며, 제1 좁은 갭은 제1 횡축(x)의 제1 측부에서 세그먼트(m)를 따라 제2 횡축(y)에 평행하게 측정된 그리고 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1)과 제1 횡축(x) 사이의 교점을 지나는 제1 좁은 갭 폭(Gt1)을 갖는다. 제1 좁은 갭 폭(Gt1)은 제1 횡축(x)의 제2 측부에서 세그먼트(m)를 따라 측정된, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1) 사이의 제1 플레어형 갭의 제1 플레어형 갭 폭(Gf1)의 절반 이하, 바람직하게는 1/3 이하이다(2 Gt1 ≤ Gf1).

제2 횡축(y)의 제2 반대편 측부에서, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2) 사이에, 제1 좁은 갭에 대각방향으로 대향하는 제2 좁은 갭이 있다. 제2 좁은 갭은 제1 횡축(x)의 제2 측부에서 세그먼트(n)를 따라 제2 횡축(y)에 평행하게 측정된 그리고 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2)과 제1 횡축(x) 사이의 교점을 지나는 제2 좁은 갭 폭(Gt2)을 갖는다. 제2 좁은 갭 폭(Gt2)은 제1 횡축(x)의 제1 측부에서 세그먼트(n)를 따라 측정된, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2) 사이의 제2 플레어형 갭의 제2 플레어형 갭 폭(Gf2)의 절반 이하, 바람직하게는 1/3 이하이다(2 Gt2 ≤ Gf2).

연속 주조 작업 중에 주형 공동에 대한 슬래브 노즐의 임의의 이동을 무시하면, 주형 공동이 적어도 중심점(c)에 대해 대칭이기 때문에, 제1 좁은 폭(Gt1)은 제2 좁은 갭 폭(Gt2)과 실질적으로 동일하다(Gt1 = Gt2). 그리고 Gt1 및 Gt2는 바람직하게는 제2 횡축(y)을 따라 측정된 슬래브 노즐의 외벽 윤곽의 최대 두께(Tx)의 10%와 70% 사이에 포함된다(0.1 Tx ≤ Gti ≤ 0.7 Tx, 이때 i = 1 또는 2). 유사하게, 제1 플레어형 갭 폭(Gf1)은 제2 플레어형 갭 폭(Gf2)과 실질적으로 동일하다(Gf1 = Gf2).

예를 들어, 주형 공동이 깔때기 형상의 중심 공동 부분을 포함하는지 여부(즉, Wmx가 0 이상인지 여부)에 따라, 주형 공동은 최대 두께 Tmx = 74 내지 162 mm를 가질 수 있다. 그러한 주형 공동에 대해, 최대 두께 Tx = 60 mm를 갖는 얇은 슬래브 노즐이 사용될 수 있고, 좁은 갭 폭(Gt1, Gt2)은 6과 42 mm 사이에 포함되고 일반적으로 약 25 mm일 수 있다. 최대 두께 Tmx = 156 내지 251 mm를 갖는 주형 공동의 경우에, 최대 두께 Tx = 130 mm를 갖는 슬래브 노즐이 사용될 수 있다. 좁은 갭 폭(Gt1, Gt2)은 13과 91 mm 사이에 포함되고 일반적으로 약 40 mm일 수 있다.

횡방향 평면(P3)을 따른 절단면에 대해 위에 한정된 야금 조립체의 기하학적 구조는 바람직하게는 또한 종축(z)에 수직한 평면으로 한정되는 그리고 삽입 길이(Li)의 40% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 75% 이상에 걸쳐, 노즐 슬래브의 하류 부분과 교차하는 임의의 횡방향 평면(Pm)을 따른 임의의 절단면에 적용된다. 횡방향 평면(Pm)은 바람직하게는 슬래브 노즐의 하류 단부 위의 노즐 슬래브의 하류 부분, 바람직하게는 하류 단부 위의 삽입 길이(Li)의 바람직하게는 1% 이상, 더욱 바람직하게는 5% 이상과 교차한다. 예를 들어, 평면(P3)을 따른 절단면에 대해 한정된 하기의 크기가 또한 평면(Pm)을 따른 절단면에 적용된다:

제1 및 제2 좁은 갭 폭(Gt1, Gt2),

제1 및 제2 플레어형 갭 폭(Gf1, Gf2),

중심 공동 폭(Wmx), 및 공동 두께(Tmc, Tmx),

노즐 폭(W), 노즐 두께(T, Tx),

본 발명의 슬래브 노즐의 특정 기하학적 구조에 의해 달성되는, 슬래브 노즐의 2개의 측면을 향해 유동하는 2개의 서로 반대로 수렴하는 용융된 금속 스트림을 슬래브 노즐 주위로 우선적으로 편향시킴으로써, 통상적으로 주형과 슬래브 노즐 사이의 좁은 채널 내에 위치되는, 2개의 서로 반대의 스트림 사이의 충격 또는 충돌 영역이 슬래브 노즐로부터 멀어지게 이동되며, 그렇게 생성된 난류는 슬래브 노즐 외벽의 부식에 실질적으로 덜 영향을 미친다. 따라서, 슬래브 노즐의 사용 수명이 실질적으로 연장될 수 있다. 본 발명에 따른 슬래브 노즐은 임의의 기존 야금 설비에 사용될 수 있고, 설비의 나머지의 임의의 변경 없이 전술한 이점을 산출할 수 있다. 우회 효과는 슬래브 노즐 외벽의 부식률의 상당한 감소를 허용한다.

Claims (16)

1. 금속으로 제조된 슬래브(slab)를 주조하기 위한 슬래브 노즐(slab nozzle)(1)로서, 상기 슬래브 노즐은 상류 단부로부터 하류 단부까지 종축(z)을 따라 노즐 길이(L)에 걸쳐 연장되는 외벽(outer wall)에 의해 한정되는 기하학적 구조를 갖고, 상기 외벽은 하류 단부를 포함하여 하류 단부로부터 종축(z)을 따라 연장되는 하류 부분을 포함하고,
   

   

   슬래브 노즐의 상류 단부는 상기 종축(z)에 평행하게 배향되는 입구 오리피스(inlet orifice)(50u)를 포함하고,
   

   

   슬래브 노즐의 하류 부분은 하나 이상의 출구 포트 오리피스(outlet port orifice)(51d)를 포함하고, 상기 하류 부분은 제2 횡축(y)을 따라 측정된 하류 부분의 두께보다 1.5배 이상 더 큰, 제1 횡축(x)을 따라 측정된 폭에 의해 한정되고, 제1 횡축(x)은 종축(z)에 수직하고, 제2 횡축(y)은 제1 횡축(x) 및 종축(z) 둘 모두에 수직하고,
   상기 슬래브 노즐은 상기 입구 오리피스(50u)에서 개방되는, 상기 입구 오리피스로부터 종축(z)을 따라 연장되는, 그리고 각각 하나 이상의 출구 포트 오리피스에서 개방되는 하나 이상의 전방 포트(front port)(51)와 교차하는 중심 보어(central bore)(50)를 추가로 포함하는, 슬래브 노즐(1)에 있어서,
   횡방향 평면(P3)을 따른 슬래브 노즐의 단면도에서, 슬래브 노즐의 외벽은 외벽 윤곽(outer wall outline)에 의해 한정되고, 외벽 윤곽은,
   

   

   중심 부분(Ax)으로서, 외벽 윤곽이 종축(z)과 횡방향 평면(P3) 사이의 교점으로 정의되는 중심점(c)에 대해 대칭인, 상기 중심 부분(Ax), 및
   

   

   상기 중심 부분 옆에 배치되어, 제1 횡축(x)을 따라 중심 부분(Ax)의 양 측부 상에 위치되는 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)으로서, 외벽이 오직 중심점(c)에 대해 대칭인, 상기 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)을 포함하고,
   

   

   하류 부분의 외벽 윤곽은 제1 횡축(x)에 평행한 제1 및 제2 에지와 제2 횡축(y)에 평행한 제3 및 제4 에지의 가상 직사각형에 내접되고, 가상 직사각형의 4개의 모서리 중 제1 및 제2 모서리로서 일 대각선방향으로 서로 대향하는 제1 및 제2 모서리 각각까지의 외벽 윤곽의 좁은 거리(tight distance)(dt)가 가상 직사각형의 나머지 2개의 모서리로서 타 대각선방향으로 서로 대향하는 나머지 2개의 모서리 각각까지의 외벽 윤곽의 플레어형 거리(flared distance)(df)보다 1.5배 이상 더 짧고, 모서리까지의 외벽 윤곽의 거리는 상기 모서리와 상기 모서리에 가장 가깝게 위치되는 윤곽의 점 사이의 거리로 정의되고,
   횡방향 평면(P3)은 종축(z)에 수직하고 하나 이상의 출구 포트 오리피스와 교차하는 평면들 중 하류 단부로부터의 거리(L3)가 가장 큰 평면인 것을 특징으로 하는, 슬래브 노즐(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 중심 부분(Ax)의 외벽 윤곽은 제1 및 제2 횡축(x, y) 둘 모두에 대해 대칭인, 슬래브 노즐(1).
3. 제1항에 있어서, 하류 부분의 폭은 하류 부분의 두께보다 3배 이상 더 큰, 슬래브 노즐(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 대응하는 제1 및 제2 출구 포트 오리피스에서 개방되는 제1 및 제2 전방 포트(51)를 포함하고, 제1 및 제2 전방 포트는 중심 보어 내에서 하류 단부로부터 종축(z)을 따라 연장되는 분할기(divider)(10)에 의해 서로 분리되는, 슬래브 노즐(1).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 좁은 거리(dt)는 플레어형 거리(df)보다 2배 이상 더 짧고, 좁은 거리(dt)는 플레어형 거리(df)보다 10배 이하 더 짧은, 슬래브 노즐.
6. 제5항에 있어서, 각각 상기 제1 및 제2 모서리에서 연결되는 가상 직사각형의 에지와 외벽 윤곽 사이에 포함되는 제1 및 제2 좁은 영역(tight area)(At) 각각은 상기 나머지 2개의 모서리에서 연결되는 가상 직사각형의 에지와 외벽 윤곽 사이에 포함되는 제1 및 제2 플레어형 영역(flared area)(Af)의 면적의 80% 이하의 면적을 갖는, 슬래브 노즐.
7. 제5항에 있어서, 돌출부(5)가 하류 부분의 외벽의 제1 및 제2 간섭 부분(hindered portion) 상에 분포되고, 상기 제1 및 제2 간섭 부분은 좁은 거리(dt) 또는 좁은 영역(At)을 포함하는 가상 직사각형의 2개의 대각방향으로 대향하는 사분역(quarter) 내에 포함되는, 평면(P3)을 따른 절단면 내의 외벽 윤곽의 부분에 대응하는, 슬래브 노즐.
8. 제7항에 있어서, 돌출부는 하류 부분의 외벽의 표면으로부터 3 mm 이상 그리고 20 mm 이하만큼 돌출되는, 원, 타원, 직선 또는 곡선, 갈매기 모양(chevron), 원호, 다각형 중에서 선택되는 기하학적 구조를 갖고, 돌출부는 하류 부분의 외벽의 제1 및 제2 간섭 부분 상에 엇갈린 배열로 분포되는 분리된 돌출부인, 슬래브 노즐.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 전방 포트는 하나 이상의 전방 포트가 대응하는 출구 포트 오리피스에서 개방됨에 따라 플레어형으로 벌어지는(flare out), 슬래브 노즐.
10. 제4항에 있어서, 횡방향 평면(P3)을 따른 얇은 슬래브 노즐의 단면도에서, 제1 및 제2 전방 포트는 오직 중심점(c)에 대해 대칭인 그리고 외벽 윤곽의 대응하는 제1 및 제2 측방향 부분(Ac1, Ac2)에 실질적으로 평행한, 분할기로부터 멀리 떨어진 측방향 부분을 각각 포함하는 제1 및 제2 전방 포트 윤곽에 의해 한정되는, 슬래브 노즐.
11. 제4항에 있어서, 외벽 윤곽의 중심 부분(Ax)은 가상 직사각형의 제1 및 제2 에지의 폭(W)의 33% 이상에 걸쳐 연장되고, 가상 직사각형의 제1 및 제2 에지의 폭(W)의 85% 이하로 연장되는, 슬래브 노즐.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 임의의 횡방향 평면(Pn)을 따른 슬래브 노즐의 단면도에서, 슬래브 노즐의 외벽은 횡방향 평면(P3)에 관하여 제1항에서 한정된 바와 같은 중심 부분과 제1 및 제2 측방향 부분을 포함하는 외벽 윤곽에 의해 한정되고, 횡방향 평면(Pn)은 종축(z)에 수직한 그리고 노즐 길이(L)의 60% 이하의 하류 단부까지의 거리(Ln)에서 종축(z)과 교차하는 평면인, 슬래브 노즐(1).
13. 금속 슬래브를 주조하기 위한 야금 조립체(metallurgic assembly)로서,
    

    

    출구(101)가 제공된 저부 플로어(bottom floor)를 포함하는 야금 용기(metallurgic vessel)(100),
    

    

    제1 횡축(x)을 따라 측정된 폭(Wm)에 의해 그리고 제2 횡축(y)을 따라 측정된 두께(Tm)에 의해 한정되는, 종축(z)을 따라 연장되는 슬래브 주형(slab mould)(110)으로서, x ⊥ y ⊥ z이고, 공동 벽(cavity wall)에 의해 한정되는 그리고 공동의 상류 단부에서 개방되는 주형 공동(110c)을 포함하는, 상기 슬래브 주형(110), 및
    

    

    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 슬래브 노즐로서, 슬래브 노즐의 상류 단부는 출구(101)가 입구 오리피스(50u)와 유체 연통하도록 야금 용기의 저부 플로어에 결합되고, 슬래브 노즐의 하류 부분은 주형 공동의 상류 단부와 슬래브 노즐의 하류 단부 사이에서 측정된 삽입 길이(inserted length)(Li)에 걸쳐 슬래브 주형의 공동 내로 삽입되고 종축(z) 및 제1 및 제2 횡축(x, y)과 정렬되는, 상기 슬래브 노즐을 포함하는, 야금 조립체.
14. 제13항에 있어서, 횡방향 평면(P3)을 따른 야금 조립체의 단면도에서,
    

    

    공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1) 사이의 제1 좁은 갭(tight gap)으로서, 제1 좁은 갭은 제1 횡축(x)의 제1 측부에서 세그먼트(m)를 따라 제2 횡축(y)에 평행하게 측정된 그리고 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1)과 제1 횡축(x) 사이의 교점을 지나는 제1 좁은 갭 폭(Gt1)을 갖고, 제1 좁은 갭 폭은 제1 횡축(x)의 제2 측부에서 세그먼트(m)를 따라 측정된, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제1 측방향 부분(Ac1) 사이의 제1 플레어형 갭(flared gap)의 제1 플레어형 갭 폭(Gf1)의 절반 이하인, 상기 제1 좁은 갭, 및
    

    

    공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2) 사이의 제2 좁은 갭으로서, 제2 좁은 갭은 제1 횡축(x)의 제2 측부에서 세그먼트(n)를 따라 제2 횡축(y)에 평행하게 측정된 그리고 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2)과 제1 횡축(x) 사이의 교점을 지나는 제2 좁은 갭 폭(Gt2)을 갖고, 제2 좁은 갭 폭은 제1 횡축(x)의 제1 측부에서 세그먼트(n)를 따라 측정된, 공동 벽 윤곽과 외벽 윤곽의 제2 측방향 부분(Ac2) 사이의 제2 플레어형 갭의 제2 플레어형 갭 폭(Gf2)의 절반 이하인, 상기 제2 좁은 갭을 포함하고,
    

    

    제1 좁은 폭(Gt1)은 제2 좁은 갭 폭(Gt2)과 실질적으로 동일하고, Gt1 및 Gt2는 제2 횡축(y)을 따라 측정된 슬래브 노즐의 외벽 윤곽의 최대 두께의 10%와 70% 사이에 포함되고,
    

    

    제1 플레어형 갭 폭(Gf1)은 제2 플레어형 갭 폭(Gf2)과 실질적으로 동일한, 야금 조립체.
15. 제14항에 있어서, 횡방향 평면(P3)을 따른 야금 조립체의 단면도에서,
    

    

    슬래브 주형의 공동은 공동 벽 윤곽에 의해 한정되고, 공동 벽 윤곽은,
    o 실질적으로 일정한 측방향 공동 두께(Tmc)를 갖는 제1 및 제2 공동 측방향 부분으로서, 제1 횡축(x)에 걸쳐 정렬되고, 양 측부 상에서 옆에 배치되는, 상기 제1 및 제2 공동 측방향 부분,
    o 공동 벽 윤곽이 제1 및 제2 횡축(x, y) 둘 모두에 대해 대칭인 중심 공동 폭(Wmx)을 갖고, 제1 및 제2 측방향 부분과 연결되는 양 측부 상에서 Tmc와 동일한 두께를 갖고, 공동 벽 윤곽과 제2 횡축(y) 사이의 교점에서, 최대 공동 두께 값(Tmx)에 도달할 때까지 매끄럽게 전개되는 중심 공동 부분으로서, Tmx는 Tmc와 동일하거나 상이할 수 있는, 상기 중심 공동 부분을 포함하고,
    

    

    슬래브 노즐의 외벽 윤곽은,
    o 중심 공동 폭(Wmx)보다 작은, 제1 횡방향(x)을 따라 측정된 노즐 폭(W)을 갖고,
    o 최대 값(Tx)을 갖는, 제2 횡축(y)을 따라 측정된 노즐 두께(T)를 갖고,
    슬래브 주형 대 슬래브 노즐의 두께 비(Tmx / Tx)는 1.2와 2.7 사이에 포함되는, 야금 조립체.
16. 제15항에 있어서, 횡방향 평면(P3)을 따른 단면도에 관하여 하기 크기, 즉
    

    

    제1 및 제2 좁은 갭 폭(Gt1, Gt2),
    

    

    제1 및 제2 플레어형 갭 폭(Gf1, Gf2),
    

    

    중심 공동 폭(Wmx), 및 공동 두께(Tmc, Tmx),
    

    

    노즐 폭(W), 노즐 두께(T, Tx)
    중 하나 이상이 가능하게는 임의의 횡방향 평면(Pm)을 따른 야금 조립체의 임의의 단면도에서 한정되고, 횡방향 평면(Pm)은 종축(z)에 수직한 그리고 삽입 길이(Li)의 40% 이상에 걸쳐, 노즐 슬래브의 하류 부분과 교차하는 평면인, 야금 조립체.

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