KR19990054404A

KR19990054404A - 쌍롤형 박판주조 장치용 침지노즐

Info

Publication number: KR19990054404A
Application number: KR1019970074216A
Authority: KR
Inventors: 정형태; 강태욱; 문희경
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR100308831B1

Abstract

본 발명은 쌍롤 사이로 공급된 용융 금속을 롤과의 접촉을 통해 응고시켜 얇은 판을 제조해내는 쌍롤식 박판주조 장치에서 롤 사이의 용강풀로 층류성의 안정된 용강을 공급함과 동시에 에지댐쪽 및 탕면에서의 스컬 생성을 최대한 억제시킬 수 있도록한 쌍롤식 박판주조장치용 침지노즐에 관한 것으로 롤(1)에 의한 연속박판주조 장치에서 상부노즐(8)과 하부노즐(9)로 구성된 통상의 것에 있어서, 상기 하부노즐(9)의 길이가(W4)는 쌍롤의 폭이 800mm∼1500mm인 경우 350mm∼900mm가 되도록하고, 하부노즐(9) 토출구의 측면 슬릿길이(W3)는 200mm이상, 슬릿높이(W1)는 13mm∼23mm, 토출구의 각도는 상향5°∼15°가 되도록하며, 에지슬릿토출구(11)의, 슬릿길이(W2)는 최소 140mm가 되도록하고, 각도는 0°∼10°가 되도록하며, 에지슬릿토출구의 높이(W1)는 측면슬릿토출구(W1)와 마찬가지로 13mm∼23mm를 유지시키고 에지호울토출구(11a)의 토출면적은 500∼1400㎟이고, 토출각도(θ3)는 -25°∼-50°를 유지하도록 하여서 됨을 특징으로하는 된 것이다.

Description

쌍롤형 박판주조 장치용 침지노즐

본 발명은 쌍롤 사이로 공급된 용융 금속을 롤과의 접촉을 통해 응고시켜 얇은 판을 제조해내는 쌍롤식 박판주조 장치에서 롤 사이의 용강풀로 층류성의 안정된 용강을 공급함과 동시에 에지댐쪽 및 탕면에서의 스컬 생성을 최대한 억제시킬 수 있도록한 쌍롤식 박판주조장치용 침지노즐에 관한 것이다.

일반적인 쌍롤(1)식 연속박판주조 공정의 개략도는 도 1에 나타내었다.

상부 노즐(8)과 하부 노즐(9)로 이루어진 침지 노즐을 통해 롤(1) 사이로 공급된 용강(5)은 롤(1)과 에지댐(13)에 의해 용강풀(5)을 형성하게 되고, 롤(1)과 접촉한 용강은 롤(1)의 중심 방향으로 열을 빼앗기면서 응고하게 되고 이와 같이 하여 형성된 주편(2)은 롤(1)의 회전에 의해 롤(1)을 빠져나오게 된다.

종래의 기술인 US 5178205A에 의한면 턴디쉬(4)로부터 노즐로 공급된 용강은 롤(1)의 롤닢(14)방향으로 가공된 노즐의 토출구를 통해 공급되고 있다.

이때 턴디쉬(4)로부터 노즐로 공급되는 용강의 운동량은 상당히 크고 유동의 난류성이 심각한 상태이므로 이러한 용강의 난류성 및 운동량을 완화시켜, 용탕풀(5)로 용강을 공급시킬 목적으로 배풀(7) 및 포로스(porous)한 물질을 노즐 내부에 장착시키고 있다.

또한 노즐의 토출구 방향이 롤닢(14)방향을 향하고 있다는 점도 독특하다.

일본국 특개평7-68357호 에서도 상부노즐(특개평7-68357에서는 내노즐로 칭함)(8)과 하부노즐(특개평7-68357에서는 외노즐로 칭함)(9)로 이루어진 쌍롤(1)식 박판주조 장치용 침지 노즐에 대한 사용 예를 보여주고 있다.

이 기술 역시 턴디쉬(4)에서 공급된 용강이 하부노즐(9)의 토출구를 통해 용탕풀로 공급되는데 이때 토출구는 노즐 측면에 슬릿 형태로 가공된 형상이다.

US 5178205A 와 마찬가지로 토츨되는 용강의 운동량을 완화시킬 목적으로 가공된 슬릿 형태의 토출구(11b)안쪽에 포로스한 재료를 설치하고 있다.

롤(1)에 의한 연속박판주조시 침지노즐이 갖추어야 할 조건은 크게 세가지이다.

첫째는 롤(1) 표면에서 균일한 응고셀(3) 형성이 가능해야 하고, 둘째는 침지노즐로 부터의 용강 공급시 롤(1) 사이에 형성되는 용탕풀(5)표면의 안정성이다.

즉, 롤(1)과 접하는 용강의 메니스커스(meniscus) 요동(fluctuation) 이±2mm이내에서 유지되어야 균일한 응고셀(3) 형성이 가능하게 된다.

셋째는 에지댐(13) 및 탕면으로 고온의 용강이 충분히 공급되어 그곳에서 주편(2)크랙 발생의 원인이 되는 스컬 생성이 최대한 억제되어야 한다.

위의 조건들이 만족되지 않을시는 주편 품질의 악화를 유발할 수 있고 심할 경우 주조 중단을 초래할 수도 있다.

공지 기술인 US 5178205A의 경우 노즐의 길이(W4)가 롤폭과 거의 동일하다.물론 롤폭이 작을 경우에는 이러한 방법이 가능하겠지만 롤폭이 800mm이상이 되게 되면 노즐폭(W4)을 롤폭과 동일하게 만들기 어렵게 된다.

노즐의 주 재료는 알루미나 그라파이트(alumina graphite)인데 노즐폭(W4)이 800mm 이상이 되면 제조가 어려울뿐더러 설혹 제조가 되더라도 주조시 열스트레스(thermal stress)에 의해 노즐 크랙이 발생할 확률이 높다.

일본국 특개평7-68357호의 경우 포로스한 물질이 하부노즐(9) 내부에 장착되어 있어 용탕풀(5)로 안정된 용강 공급이 어느 정도는 가능하겠지만 노즐 에지쪽으로 고온의 용강 공급이 불충분하여 주조 도중 에지댐(13)과 노즐에지사이의 탕면에서 정체지역의 형성 및 스컬 생성이 야기된다.

본 발명은 롤에 의한 연속박판주조시 침지노즐을 통해 용탕풀로 용강 공급시 롤 표면에서의 균일한 응고셀 형성 및 하부노즐의 토출구로부터의 용탕풀로 용강 공급시 롤 사이의 탕면 안정성 확보 그리고 에지댐쪽 및 탕면으로 고온의 용강이 충분히 공급되어 스컬 생성이 최대한 억제되고, 탕면에서 정체지역이 존재하지 않게 되는 상부노즐과 하부노즐(9)로 이루어진 침지노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은 쌍롤(1)에 의한 연속박판주조 장치에서 상부노즐과 하부노즐로 구성되고, 하부노즐 길이가 쌍롤의 폭이 800mm∼1500mm인 경우 350mm∼900mm가 타당하며, 하부노즐 토출구는 측면슬릿토출구, 에지슬릿토출구 그리고 에지호울토출구로 구성하여서 됨을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 침지노즐이 설치된 박판주조 장치의 개략도

도 2는 본 발명의 침지노즐 발췌사시도

도 3은 본 발명의 침지노즐 내에 설치된 배플의 발췌 사시도

도 4a,b는 본 발명의 하부노즐의 측면 및 정면 단면도

도 5는 탕면에서의 용강 유동 분포도

도 6는 대칭면에서의 용강 유동 분포도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 롤 2 : 주편(Strip)

3 : 응고셀 4 : 턴디쉬

5 : 용강풀 6 : 웰블럭

7 : 배플(baffle) 7a : 배플내 호울

8 : 상부노즐 9 : 하부노즐

10 : 상부노즐 토출구 11 : 에지슬릿토출구

11a: 에지호울토출구

11b: 측면슬릿토출구

12 : 상부커버 13 : 에지댐

14 : 롤닢(roll nip)

W1 : 에지 & 측면슬릿토출구 높이

W2 : 에지슬릿토출구 길이 W2'+W2"

W3 : 측면슬릿토출구 길이

W4: 노즐길이

C-C' : 대칭면

본 발명은 롤(1)에 의한 연속박판주조 장치에서 상부노즐(8)과 하부노즐(9)로 구성된 통상의 것에 있어서, 상기 하부노즐(9)의 길이가(W4)는 쌍롤의 폭이 800mm∼1500mm인 경우 350mm∼900mm가 되도록하고, 하부노즐(9) 토출구의 측면슬릿길이(W3)는 200mm이상, 슬릿높이(W1)는 13mm∼23mm, 토출구의 각도는 상향5°∼15°가 되도록하며, 에지슬릿토출구(11)의, 슬릿길이(W2)는 최소 140mm가 되도록하고, 각도는 0°∼10°가 되도록하며, 에지호울토출구의 높이(W1)는 측면슬릿토출구(W1)와 마찬가지로 13mm∼23mm를 유지시키고 에지슬릿토출구(11a)의 토출면적은 500∼1400㎟이고, 토출각도(θ3)는 -25°∼-50°를 유지하도록 하여서된 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 경우 턴디쉬(4)로부터 공급된 용강은 상부노즐(8)의 토출구(10)를 통한 후 배풀(7)을 거쳐 호올(7a)을 통하여 하부노즐(9)로 공급되게 된다. 이때 공급되는 용강의 운동량은 상당히 클뿐아니라 난류성도 크게 된다. 이러한 용강의 난류적 특성을 안정된 층류적 성격으로 바꾸어 주기 위해 하부노즐(9)의 중간에 배플(7)이 설치되어 있다. 배플을 통과한 층류성 용강은 하부노즐(9)의 토출구(11)(11a)(11b)를 지나 용탕풀로 공급되게 된다.

본 발명의 경우 용탕풀로 용강이 공급될 때 마지막 통로인 하부노즐(9) 토출구(11)(11a)(11b)는 크게 세가지 종류로 구성되어 있다. 첫째는 롤 방향으로 용강을 직접적으로 공급해주는 측면슬릿토출구(11b)이고, 둘째는 에지댐(13)과 노즐 에지사이 지역으로 용강 공급 역할을 담당해주는 에지슬릿토출구(11), 그리고 셋째는 에지댐(13) 하부지역으로 용강 공급을 목적으로 하는 에지호울토출구(11a)이다.

침지노즐의 길이(W4)는 롤(1) 폭에 의해 어느정도 제한될 수밖에 없으며 롤(1)의 폭이 800mm∼1500mm인 경우 사용될 수 있는 노즐의 길이(W4)는 350mm∼900mm가 타당하다.

롤폭과 침지노즐 폭(W4)이 거의 같을 경우에는 에지댐(13)과 노즐 에지사이에서 유동의 흐름성이 거의 없게 되어 스컬 생성등과 같은 문제를 야기하게 된다.

롤 표면으로 용강을 직접 공급해주는 측면 슬릿토출구(11b)가 갖추어야 할 조건은 주조중 성장하는 응고셀(3)의 재 용해 및 롤 폭방향으로 응고셀(3)의 불균일 성장을 야기하지 말아야 하고, 탕면으로 고온의 용강이 충분히 공급될 수 있어야 한다.

이러한 조건을 만족시키기 위해서는 적정한 슬릿길이(W3) 및 슬릿높이(W1)가 필요하게 된다. 계산에 의하면 슬릿길이(W3)는 200mm이상, 슬릿높이는 13mm∼23mm가 최소 확보되어야 한다.

이러한 측면슬릿 조건이 만족되어야 측면 슬릿토출구(11b)를 통해 용탕풀로 공급되는 용강 유속이 15cm/sec이하로 유지되게 된다.

또한 탕면으로의 열공급을 더 용이하게 하고 불균일 응고셀 성장을 더 억제하기 위해 측면 슬릿토출구(11b)의 토출각도(θ1)를 5°∼20°로 유지하는 것이 더 바람직 하다.

그 이상의 토출각도(θ1)를 사용하게 되면 탕면의 불안정을 야기할 수 있다.

도 5는 탕면에서의 유동분포를 나타내고 있는데 측면 슬릿 토출구(11b)와 에지슬릿토출구(11), 그리고 에지호울토출구(11a)가 가공되었을 때의 계산 결과를 보여주고 있으며 대칭성을 고려 전체 탕면의 1/4 지역만 나타내었다.

도 5에 의하면 에지댐(13)과 하부노즐(9) 에지사이의 탕면에서 용강 유속이 상당히 크고 탕면에서 정체 지역이 거의 발견되지 않음을 알 수 있다.

따라서 탕면에서의 스컬 생성 억제 측면에서 볼 때 본 발명에서 제시된 하부노즐(9)에 가공된 각각의 토출구(11)(11a)(11b)는 롤(1)에 의한 박판주조 공정에 상당히 바람직하다고 볼 수 있다.

도 6은 대칭면(C-C')에서의 유체 유동 분포를 보여주고 있는데 에지호올 토출구(11a)에서 토출된 용강이 하강하다가 롤닢(14)으로부터 상승하는 유체 성분에 의해 포물선 모양으로 약간 상승하는 유체의 흐름은 롤(1)법에 의한 박판주조시 본 질적인 문제이므로 에지댐(13) 최하단까지 용강을 공급하기란 사실상 불가능하다. 그러나 본 발명에 의하면 에지호울 토출구(11a) 및 에지슬릿토출구(11)에 의해 고온의 용강이 에지댐(13)으로 전달되는 상태이므로, 용강과 접한 에지댐(13)이 완전한 단열조건을 갖추기가 사실상 어렵다고 볼 때 에지댐 하단부에서 발생될 수 있는 스컬은 이 에지호울토출구(11a)에 의해 상당히 억제될 수 있는 것이다.

또한 에지댐(13)쪽으로 공급하는 용강을 에지슬릿 토출구(11) 및 에지호출토출구(11a)로 분산시켜 공급하기 때문에 에지댐(13)근처에서 토출류에 의한 탕면 요동을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

에지호올 토출구(11a)의 토출면적은 500∼1400㎟가 최소한 확보되어야 하며 토출각도(θ3)는 -25°∼ -50°가 유지되어야 한다.

또한 에지슬릿토출구(11)에서 토출된 용강은 용탕풀 내에서 최단 루트(route)를 거친 후 탕면으로 곧바로 상승하는 것을 계산결과인 도 6를 통해 볼수 있으며 결국 에지슬릿토출구(11)가 탕면 스컬 생성 억제에 좋은 영향을 미친다고 판단할 수 있다. 이때 에지슬릿토출구(11)의 길이 (W2)는 노즐 에지면 당 최소 140mm 이상이 확보되야 하며, 각도(θ2)는 0°∼10°가 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 롤 사이의 용강풀로 층류성의 안정된 용강을 공급함으로써 에지댐쪽 및 탕면에서의 스컬 형성을 최대한 억제시켜 양질의 박판을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims

롤(1)에 의한 연속박판주조 장치에서 상부노즐(8)과 하부노즐(9)로 구성된 통상의 것에 있어서, 상기 하부노즐(9)의 길이가(W4) 쌍롤의 폭이 800mm∼1500mm인 경우 350mm∼900mm가 되도록하고, 하부노즐(9) 토출구의 측면 슬릿길이(W3)는 200mm이상, 슬릿높이(W1)는 13mm∼23mm, 토출구의 각도는 상향5°∼15°가 되도록하며, 에지슬릿토출구(11)의, 슬릿길이(W2)는 최소 140mm가 되도록하고, 각도는 0°∼10°가 되도록하며, 에지슬릿토출구의 높이(W1)는 측면슬릿토출구(W1)와 마찬가지로 13mm∼23mm를 유지시키고 에지호울토출구(11a)의 토출면적은 500∼1400㎟이고, 토출각도(θ3)는 -25°∼ -50°를 유지하도록 하여서 됨을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조장치용 침지노즐