KR20000011248A - 강철내의펜슬파이프결함을방지하는방법 - Google Patents

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게리더블유. 홀룸
조지디. 로슨
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엘티브이 스틸 컴패니, 인코포레이티드
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Abstract

강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는 방법은 턴디시의 하부에 배치된 상부 턴디시 노즐; 용융 금속의 흐름을 제어하는 노즐 플레이트; 및 상기 노즐과 몰드 사이에 배치된 입사 노즐에 의해 형성될 수 있는 통로를 통해 용융강을 유동시키는 단계를 포함한다. 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에서 실제 통로의 전체 길이를 따라 안내된다. 이 가스는 상부 턴디시 노즐과 노즐 플레이트에 의해 형성된 통로의 일부로 그리고 통로내로 안내될 수 있다. 용융강은 소정의 가스 유동 상태하에서 입사 노즐에 의해 형성된 통로의 일부로 안내된 가스에 노출될 수 있다. 질소 함유 가스에의 노출 대신에 또는 이에 부가하여, 용융강은 CaO-ZrO2조성물로 형성된 반응 표면에 노출될 수 있는데, 이 반응 표면은 입사 노즐의 일부를 형성한다. 질소 함유 가스는 입사 노즐의 다공성 내화 슬리브를 통해 통로내로 또한 안내될 수 있다. 가스 유동 상태는 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는데 효율적이다.

Description

강철내의 펜슬 파이프 결함을 방지하는 방법{PREVENTING PENCIL PIPE DEFECTS IN STEEL}
발명의 분야
본발명은 용융강의 연속적인 주조에 관한 것이다.
발명의 배경
강철은 턴디시(tundish)로부터 내화 노즐 구성요소의 보어를 통해 연속적인 주조 몰드내로 강철을 용융 형태로 전달하여 연속적으로 주조된다. 전형적인 내화 구성요소들은 턴디시의 하부에 배치된 상부 턴디시 노즐, 유동을 제어하는 내화 플레이트, 및 몰드내의 용융강내로 연장되는 매입된 입사 노즐이다. 강철내의 알루미늄 산화물의 개재물(inclusion)은 시간이 지남에 따라 구성요소들의 내화벽상에 침착되는 경향이 있다. 이와같은 침적은 보어를 막히게하여 방해되지 않는 경우에도 주조를 중단시킨다. 이러한 노즐 막힘을 방지하는 종래의 방법은 상부 턴디시 노즐의 다공성 내화 재료 및 상부 미끄럼 플레이트를 통해 아르곤 가스를 보어에 전달하는 것이다. 내화 기공을 탈출하는 아르곤 가스 기포는 알루미늄 산화물 입자가 내화벽과 접촉 및 이에 부착되는 것을 방지하고 노즐 막힘을 방지하는 것으로 의도된다.
굴곡된 부분을 지니는 연속적인 주조기의 경우에서, 주입된 아르곤 가스 기포의 일부는 강철의 고형 스트랜드의 내부 반경에 트래핑된다. 이는 초저 탄소(ultra low carbon; ULC) 또는 과잉 저 탄소(extra low carbon; ELC) 강철에 대한 특정한 문제를 일으킨다. 코일형 강철의 계속적인 고온 어닐링 동안, 트래핑된 아르곤 기포는 강철 코일의 표면을 확장 및 "블리스터링(blister)"하여, 형성된 강철이 노출된 차량 용도에 부적합하게 한다. 이 아르곤에 의한 증가된 표면 코일의 결함은 "펜슬 파이프(pencil pipe)" 결함 또는 "블리스터"로 알려져 있다. 이 결함을 제거하기 위한 노력으로, 한가지 방법은 매우 낮은 주조 속도 또는 강철 스루풋에서 펜슬-파이프에 민감한 강철을 주조하는 것이었다. 이는 강철 제조업체에게 매우 중대한 단점이 될 수 있다. 따라서 펜슬 파이프 결함 및 노즐 구성요소의 막힘은 강철 제조업체에게 계속 심각한 문제가 된다.
본발명의 목적은 펜슬 파이프 결함의 원인이어 왔던 종래의 아르곤 사용을 회피하며, 또한 강철내의 과잉 질소 픽업(pick-up)을 방지하고 막힘을 억제하는 소정의 유동 상태하에 질소 함유 가스를 사용함으로써, 연속적인 주조 강철 제조업체에 직면한 펜슬 파이프 문제에 대한 귀중한 해결책을 제공하는 것이다.
도 1은 본발명의 방법에 사용되는 노즐 조립체의 한 실시예의 수직 단면도.
도 2는 본발명의 방법에 사용되는 노즐 조립체의 또다른 그 이상의 바람직한 실시예의 수직 단면도.
도 3은 본발명의 방법에 사용될 수 있는, 내화 부분을 이용하는 입사 노즐의 수직 단면도.
발명의 요약
일반적인 형태로, 본발명은 결과적인 강철 코일의 고온 어닐링시 펜슬 파이프 결함을 피하기 위해 노즐 조립체에 의해 형성된 통로 전체를 따라 질소 함유 가스를 안내할 수 있다. 입사 노즐과 같은 질소 함유 가스에 영향받지 않는 임의 부분의 통로는 라임-지르코니아 재료로 형성된 인서트 슬리브를 포함할 수 있다. 통로는 연속적인 주조 장치의 몰드와 턴디시 사이에서 연장된다. 본발명은 강철의 내부 스트랜드가 펜슬 파이프 경함에 민감한 굴곡된 부분을 지니는 연속적인 주조기의 사용에 또한 적합하다. 본발명은 펜슬 파이프 결함의 원인이어 왔던 종래의 아르곤 사용을 회피한다. 강철내의 과잉 질소 픽업(pick-up)을 방지하고 막힘을 억제하는 소정의 유동 상태하에 질소 함유 가스를 사용함으로써, 본발명은 연속적인 주조 강철 제조업체에 직면한 펜슬 파이프 문제에 대한 귀중한 해결책을 제공한다.
본발명의 한 실시예는 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 턴디시의 하부에 배치된 상부 턴디시 노즐; 용융강의 유동을 제어하는 노즐 플레이트; 및 노즐 플레이트와 몰드 사이에 배치된 입사 노즐, 특히 몰드의 용융강내에 매입된 입사 노즐에 의해 형성된 통로를 통해 용융강을 유동시키는 단계를 포함한다. 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에 상부 턴디시 노즐, 노즐 플레이트 및 입사 노즐에 의해 형성된 통로 부분으로 안내된다. 가스 유동 상태는 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는데 효과적이다.
특히, 상부 턴디시 노즐, 노즐 플레이트 및 매입된 입사 노즐은 질소 함유 가스가 통과되는 다공성 내화 재료를 포함한다. 용융강은 통로를 통해서 연속적인 주조 장치의 일부를 형성하는 몰드내로, 특히 연속적인 주조 장치의 아치형 몰드 부분내로 통과된다. 가스 유동 상태는 강철내의 과잉 질소 축척을 방지하는데 효과적이다.
두 개 또는 세 개의 노즐 플레이트 조립체 중 어느 하나가 사용되는 것이 바람직하다. 2-플레이트 노즐 조립체는 고정된 상부 플레이트 및 하부 이동식 스로틀 플레이트를 포함한다. 중간 노즐은 스로틀 플레이트와 입사 노즐 사이에 배치된다. 스로틀 플레이트 조립체는 고정된 상부 플레이트, 이동식 중앙 스로틀 플레이트, 및 고정된 하부 플레이트를 포함한다. 매입된 입사 노즐은 하부 플레이트와 접촉된 상부 표면을 포함한다. 가스는 상부 플레이트와 하부 플레이트에 의해 형성된 통로의 부분으로 통과된다.
바람직한 공정 파라미터에 있어서, 질소 함유 가스는 상부 턴디시 노즐, 상부 노즐 플레이트, 및 매입된 입사 노즐을 통해 각각 대략 8-12 리터/분(l/min), 대략 2-6 l/min 및 대략 2-6 l/min 범위내의 유속으로 안내된다. 질소 함유 가스는 상부 턴디시 노즐, 상부 노즐 플레이트, 및 매입된 입사 노즐을 통해 각각 대략 10-15 입방 인치당 파운드(psi), 대략 12-20 psi 및 1.5-5.0 psi 각각의 범위내의 배압으로 안내된다. 제 3의 하부 플레이트가 노즐 플레이트 조립체(예컨대, 3-플레이트 조립체)에 사용되는 경우, 질소 함유 가스는 이 조립체를 통해 대략 10 내지 14 l/min 범위내의 유속으로 그리고 대략 3 내지 6 psi 범위내의 배압으로 안내된다.
본발명의 또다른 바람직한 실시예는 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 턴디시의 하부에 배치된 상부 턴디시 노즐; 노즐 플레이트; 및 노즐 플레이트와 몰드 사이에 배치된 매입된 입사 노즐에 의해 형성된 통로를 통해 용융강을 유동시키는 단계를 포함한다. 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에서 상부 노즐과 노즐 플레이트에 의해 형성된 통로의 일부로 그리고 통로내로 안내된다. 용융강은 소정의 가스 유동 상태하에서 매입된 입사 노즐에 의해 형성된 통로의 일부로 안내되는 가스에 노출된다. 매입된 입사 노즐에 인접한 용융강을 질소 함유 가스에 노출시키는 대신 또는 이에 부가하여, 용융강은 CaO-ZrO2조성물로 형성된 "미끄럼 보어"의 반응 표면에 노출될 수 있는데, 이 반응 표면은 매입된 입사 노즐의 일부를 형성한다. 질소 함유 가스는 (미끄럼 보어의 인서트 재료 또는 다른 다공성 내화재로 형성된)매입된 입사 노즐의 다공성 내화 슬리브를 통해 통로내로 안내될 수 있다. 가스 유동 상태는 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는데 효과적이다.
본발명은 종래의 연속적인 주조 생산 이상의 많은 이점을 제공한다. 본발명의 방법은 비교적 저렴한 질소 가스를 이용한다. 보다 중요한 것은, 본발명은 펜슬 파이프 결함의 발생을 제거한다. 본 방법을 사용하는 경우, 굴곡된 몰드 부분을 지니는 연속적인 주조기를 사용하여 ELC 또는 ULC 강철 주물에 의해 특히 형성된, 노출된 차량 용도에서와 같은 강판은 더 이상 펜슬 파이프 결함을 받지 않는다. 본발명에 따라 처리된 고용체 처리된 강의 고온 압연 슬래브에 의해 제조된 강판은 현재 상기 및 기타 노출된 용도에 널리 사용될 수 있다. 따라서, 본 방법은 생산되는 강철을 완전히 이용하여 강철 제조업체에 상당한 비용 이득을 제공하며, 차량 제조업체에 우수한 품질의 제품을 제공한다. 이 모든 이점들은 종래의 관행에서와 같은 또는 이보다 빠른 연속적인 주조기에서 용융강 스루풋으로 성취된다.
본발명의 많은 부가적인 특징, 이점 및 보다 완전한 이해는 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 이루어질 것이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
이제부터 도면을 참조하면, 도 1은 일반적으로 10으로 지정된 본발명의 방법에 사용되는 노즐 조립체에 관한 것이다. 용융강(M)은 분배 용기 또는 턴디시(12)로부터 상부 턴디시 노즐("UTN"; 14), 이동식 게이트 플레이트 조립체(16) 및 하부 또는 매입된 입사 노즐("SEN"; 18)에 의해 형성된 통로(P)를 통해 연속적인 주조기의 몰드(20)의 일부내로 유동한다. 도면에서 "N2"로 표시된 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에서 UTN(14) 및 게이트 플레이트 조립체(16) 각각에 의해 형성된 통로의 일부로 안내된다. 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에서 SEN(18)으로 또한 안내될 수 있지만, SEN에 있는 질소 함유 가스는 미끄럼 보어 인서트가 SEN에서 이용되는 경우에 선택적이다.
환상 공간 또는 슬릿(22, 24)은 공지된 기술에 의해 UTN(14) 및 SEN(18) 각각에 형성되는 것이 바람직하다. 환상 슬릿의 사이즈는 일정 비율로 축척되어 있지 않지만, 명료하게 설명하기 위해 약간 확대될 수도 있다. 왁스 링 또는 제지는 내화 구성요소의 제조시 환상 공간의 위치에서 사용될 수 있다. 내화물의 점화시 왁스 링 또는 제지는 연소하여, 환상 공간을 남긴다. 환상 공간을 구성요소의 외부와 유일하게 연결하는 것은 내화물을 통해 UTN의 외표면으로부터 그리고 SEN의 외표면으로부터 환상 공간(22, 24) 각각으로 드릴링된 통로(26, 28)이다. 가스 공급 도관(30, 32)은 이 통로(26, 28) 각각에 연결된다. 질소 함유 가스는 가스 공급원으로부터 적당한 밸브를 통해, 가스 공급 도관(30, 32)을 통해, 통로(26, 28)를 통해 UTN과 SEN의 환상 공간(22, 24)으로, 그리고 내화물을 통해 통로(P)로 이송된다. 내화물의 기공을 통해 가스를 유동시키는 것은 가스가 용융 금속내로 기포로서 배출되도록 한다.
다음은 도면에 구체적으로 도시되거나 설명되지 않았지만 본발명이 주시하는 변형을 설명한다. 가스를 통로로 유동시키는 기타 변형들은 내화물을 통해 통로(P;도시되지 않음)로 이르는 복수개의 작은 가로 통로를 사용하는 것과 같이 가능할 수 있지만, 바람직하지 않다. 본 설명 전반에 걸쳐, 노즐 구성요소 각각이 턴디시로부터 몰드로 연장된 통로(P)의 일부를 형성하는 중심 보어를 지니는 것은 명백하다. 모든 도면에서 용융강은 도면을 명료히 하기 위해 노즐 조립체에 도시되어 있지 않다. 도면 전체적으로 가스 공급 도관은 개략적으로 도시되어 있으며, 가스 공급 도관이 당업자에게 공지된 방식으로 가스 통로에 알맞게 연결된다는 것을 이해할 것이다. 예를들면, 가스 통로는 점화시 왁스로부터 드릴링 또는 형성될 수 있으며, 강철 고정물은 통로내의 모르타르와 고정될 수 있다. 해당하는 도관 고정물은 통로내의 고정물에 나사 고정될 수 있다.
미끄럼 게이트의 플레이트 조립체(16)는 도 1에 도시된 바와같은 두 개의 플레이트를 이용할 수 있다. 게이트 플레이트 조립체의 상부 플레이트(34)는 상부 플레이트를 위치 고정하도록 요홈(38)에 의해 UTN의 하부에 수용되는 상단 돌출부(36)를 포함한다. 상부 플레이트(34)는 통로(P)를 부분적으로 형성하는 다공성 슬리브(42)를 수용하는 요홈(40)을 지닌다. 가스 공급 도관(46)에 연결되는 게이트 통로(44)는 다공성 슬리브와 연통된다. 하부 플레이트는 통로(P)의 일부를 형성하는 환상 개구부를 지니는 스로틀 플레이트(48)이다. 상부 플레이트 및 스로틀 플레이트 각각은 통로의 일부를 형성하는 중심에 위치한 개구부를 포함한다. 스로틀 플레이트(48)는 SEN(18)에 고정된 중간 노즐(52)의 평평한 상부 표면과 상부 플레이트(34) 사이에서 활주한다. 스로틀 플레이트의 이동은 통로(P)를 통해 용융 금속의 유동을 차단 또는 허용한다.
노즐 조립체를 지지하기 위해, 장착 플레이트(54)는 턴디시 셸에 장착된다. 카세트(56)는 장착 플레이트에 고정된다. 장착 플레이트와 카세트 모두는 금속으로 형성된다. 카세트는 중간 노즐상에 형성된 플랜지(58)의 하부에 맞물려, 노즐 조립체를 고정 지지한다.
SEN은 하단부에 위치한 배출구(60)를 포함한다. 환상 슬릿(24)은 이 배출구와 연통하지 않고 SEN의 출구 사이에서 "도그-이어(dog-ear)"의 형태로 연장된다.
도 2는 일반적으로 80으로 지정된 본발명의 방법에 사용되는 바람직한 노즐 조립체에 관한 것으로, 여기서 유사한 참조 부호는 도면을 통해서 유사한 부품들을 지정한다. 용융강(M)은 턴디시(12)로부터 상부 턴디시 노즐("UTN"; 14), 이동식 게이트의 플레이트 조립체(17) 및 하부 또는 매입된 입사 노즐("SEN"; 18)에 의해 형성된 통로(P)를 통해 연속적인 주조기의 몰드(20)의 일부로 유동한다. 도면에서 N2로 표시된 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에서 UTN(14) 및 게이트 플레이트 조립체(17) 각각에 의해 형성된 통로의 일부로 안내된다. 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에서 SEN(18)으로 또한 안내되지만, SEN에서의 질소 함유 가스의 사용은 미끄럼 보어 인서트가 SEN에 이용되는 경우에 선택적이다.
환상 공간(22, 24)은 왁스 링/제지 제조 절차 등을 사용하는 공지된 기술에 의해 UTN(14) 및 SEN(18) 각각에 형성되는 것이 바람직하다. 환상 공간을 구성요소의 외부와 유일하게 연결하는 것은 내화물을 통해 UTN의 외표면으로부터 그리고 SEN의 외표면으로부터 환상 공간(22, 24) 각각으로 드릴링된 통로(26, 28)이다. 가스 공급 도관(30, 32)은 이 통로(26, 28) 각각에 연결된다. 이 가스는 가스 공급원으로부터 적당한 밸브를 통해, 가스 공급 도관(30, 32) 및 통로(26, 28)를 통해, UTN과 SEN의 환상 공간(22, 24)으로, 그리고 내화물을 통해 통로(P)로 이송된다. 내화물의 기공을 통해 가스를 유동시키는 것은 가스가 용융 금속내로 기포로서 배출되도록 한다. 가스를 통로로 유동시키는 기타 변형들은 내화물을 통해 통로(P;도시되지 않음)로 이르는 복수개의 작은 가로 통로를 사용하는 것과 같이 가능할 수 있지만, 바람직하지 않다.
미끄럼 게이트 조립체(17)는 도 1에 도시된 게이트 조립체(16)와 비교하여 부가적인 고정된 하부 플레이트(82)를 이용하는 3-플레이트 시스템이다. 이 조립체(17)는 2-플레이트 조립체에서와 같이 유사한 다공성 플레이트(34)를 이용한다. 조립체(17)는 2-플레이트 조립체에서와 같이 유사한 스로틀 플레이트(48)를 또한 이용한다. 하부 플레이트(82)는 SEN의 평평한 상부 표면과 연통한 하부에 위치한 환상 그루브(84)를 포함한다. 가스 통로(88)는 환상 그루브와 연통한 상태로 내화물내로 드릴링된다. 가스 공급 도관(90)은 가스 통로(88)에 연결된다. 상부 플레이트, 스로틀 플레이트 및 하부 플레이트 각각은 통로(P)를 부분적으로 형성하는 중심에 위치한 개구부를 포함한다. 스로틀 플레이트(48)는 상부 플레이트(34)와 하부 플레이트(82) 사이에서 활주한다. 스로틀 플레이트의 이동은 통로(P)내의 용융강의 이동을 차단 또는 허용한다.
도 2에 도시된 3-플레이트의 게이트 조립체를 사용하여 주조 작업을 하는 동안, 흑연 분말은 적당한 밸브를 사용하여 질소 함유 가스 스트림을 통해서 환상 그루브(84)로 비말(飛沫)동반(entrain)된다. 아르곤 대신에 질소 가스가 사용되고 흑연 분사가 사용되지 않는 경우, SEN의 상부 표면(86)과 게이트 조립체의 하부 플레이트(82)의 하부 표면(92) 사이의 조인트내로 공기를 흡입하는 진공이 형성된다. 이 공기는 통로에 들어가고 용융강내에 알루미나를 형성하여, 통로의 막힘을 초래한다. 흑연이 분사되어 흡입으로 인한 막힘을 방지한다. 흑연은 이 조인트를 밀봉하고 공기가 통로로 들어가는 것을 방지하여, 막히지 않게 한다. 이 흑연 분사 공정은 Vesuvius Refractories에 의해 개발되었다.
노즐 조립체를 지지하기 위해, 장착 플레이트(54)는 턴디시 셸에 장착된다. 카세트(56)는 장착 플레이트에 고정된다. 이 카세트는 노즐 조립체(80)의 위치를 지지하도록 하부 게이트 플레이트(82)의 하부 표면(92)을 맞물리게 한다.
도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, SEN에 형성된 수직 슬릿(24)은 도 1에 도시된 SEN에서보다 더 큰 높이로 연장되는 것이 바람직하다. SEN의 상단부이외의 모두가 슬릿을 포함한다. 이 특징은 통로(P)의 막힘을 감소시키기 위해 3-플레이트 게이트 조립체의 사용과 합체되는 것이 바람직하다.
모든 실시예의 UTN, 미끄럼 게이트 플레이트 및 SEN은 충분히 작은 기공 사이즈를 갖고 높은 배압을 보장하도록 설계된 내화 구성요소로 형성된다. UTN은 다공성 알루미나 또는 마그네슘 산화물로 형성된다. 2-플레이트 조립체의 상단 플레이트 및 3-플레이트 게이트 조립체의 상단 플레이트는 다공성 알루미나, 지르코니아 또는 마그네시아 중 하나로 형성된다. 3-플레이트 게이트 조립체에서 지르코니아 인서트(도시되지 않음)는 적어도 하부 플레이트 및 스로틀 플레이트의 미끄럼 표면상으로 연장된다.
본발명에 사용하기에 적합한 노즐 구성요소는 여러 가지 조성물, 본원에서 구체적으로 도시되고 기술된 것이외의 다른 조성물로 형성된 각 구성요소의 개별 부분 또는 인서트로 형성될 수 있다. 예를들면, 도 1에 도시된 SEN은 보어의 일부를 형성하는 슬릿의 내부 방사상에 배치되고 도 3에 도시된 슬리브의 위치와 같은 위치에 배치된 다공성 부분 및 한 조성물의 내화물을 지닐 수 있다. 두 개 또는 세 개의 플레이트 게이트 장치가 사용되는 지의 여부에 따라서, SEN 및 중간 노즐은 내화물이외의 다른 조성물을 갖는 부분으로 형성될 수 있는데, 이는 스로틀 플레이트에 의한 마모에 적합한 특성을 보여준다.
특히, UTN은 TYK Refractory Co., Model No. DAS-7에 의해 공급되었다. 3-플레이트 게이트 조립체는 Vesuvius Refractories에 의해 공급되었으며 다공성 혼합물, 스로틀 및 하부 플레이트를 지니는 상부 플레이트를 이용한다. 2-플레이트 게이트 시스템은 Kurosaki Co.에 의해 공급될 수 있다; 이 조립체는 North American Refractories Co.에 의해 공급되는 하부 플레이트와 중간 노즐 및 다공성 상부 플레이트를 이용할 수 있다. SEN은 Shinagawa Refractories Co., Model No. SBX-G32H6 (내화 혼합물) 및 SBX-G1801 (내부 보어의 다공성 혼합물)에 의해 공급되었다.
도 3에 있어서, 미끄럼 보어 인서트(들)(일반적으로 94로 도시됨)는 주 통로에 그리고 SEN의 입구 사이에서 사용될 수 있다. 미끄럼 보어 인서트는 라임-지르코니아(예컨대, CaO-ZrO2) 재료로 구성된다. 미끄럼 보어 인서트가 사용되는 경우, SEN은 가스 분사를 이용하지 않는다. 도 1 및 2에서와 같이 어떠한 미끄럼 보어 인서트도 사용되지 않는 경우, SEN은 슬릿 형성되고 가스 분사를 이용한다. 도 3에 도시된 미끄럼 보어 인서트는 가스 분사없이 도 1의 조립체(10) 및 도 2의 조립체(80)에 사용될 수 있다.
미끄럼 보어 인서트는 질소 함유 가스가 이 인서트를 통해 통과될 수 있도록 충분히 다공성을 갖도록 또한 형성될 수 있다. 이 경우, 가스 통로(96)는 SEN을 통해 드릴링되어 미끄럼 보어 인서트(94)와 연통된다. 가스 도관(98)은 통로에 연결된다. 기타 다공성 내화 인서트는 미끄럼 보어 인서트(94) 대신에 또한 이용될 수 있으며, 가스 분사를 이용하는 동안 도 3에 도시된 인서트의 위치와 유사한 위치에 배치된다.
소정의 가스 유동 상태는, 종래의 질소의 허용 레벨에 따른 강철내의 과잉 질소 픽업을 방지하고, 노즐 구성요소의 막힘을 억제하며, 결과적인 강철의 코일내의 펜슬 파이프 결함을 방지하는데 효과적인 유속 및/또는 배압으로 넓게 한정된다. 질소가 용융강에서 신속하게 용해되기 때문에, 낮은 가스 유속은 강철내의 바람직하지 않은 질소 픽업을 최소화한다. 게다가, 질소가 강철 내에서 용해되기 때문에, 어닐링동안 팽창되는 기포는 없다.
질소 함유 가스는 질소이외의 다른 가스(들)를 함유할 수 있지만 실질적으로 모든 질소 가스, 보다 바람직하게는 100% 질소 가스인 것이 바람직하다. 펜슬 파이프 결함을 방지하고 막힘을 억제하기 위해, 가스는 UTN, 미끄럼 게이트 플레이트 조립체 및 SEN 각각으로 안내된다(미끄럼 보어 인서트가 사용되지 않는 경우 가스 분사는 선택적임). 미끄럼 보어 인서트가 사용되지 않는 경우, 질소 함유 가스를 단지 하나 이상의 구성요소에 의해 형성된 통로의 일부로 분사하는 것은 막힘을 억제하는데 충분하지 않다. 아르곤 가스는 본발명에서 이용되지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 적은 양이 존재하는 경우에도 이는 펜슬 파이프 결함을 초래할 수 있기 때문이다.
이론에 근거하는 것을 원치 않지만, 라임-지르콘의 미끄럼 보어 인서트는 SEN의 보어를 형성하는 표면상에서의 알루미나의 형성 및 축적을 방지하는 것으로 여겨진다. 미끄럼 보어 인서트 재료는 활성적인 것으로 여겨진다. SEN 보어 및 포트내에 침전되는 고체 알루미나는 인서트의 라임(lime)과 반응하여 용융강내에 액체 칼슘 알루미네이트 개재물을 형성하는 것으로 여겨진다. 칼슘 알루미네이트 개재물은 주조 몰드내로 강철과 함께 유동하는 것으로 여겨지며 최종의 강판 제품에 해롭지 않은 것으로 여겨진다. UTN 및 게이트 플레이트 조립체에서의 질소 기포( 및 가스 분사가 SEN에서 사용되는 경우 SEN에서의 질소 가스 기포)는 보어의 표면상에 스크러빙 작용을 제공하여 알루미나의 침전 및 축적을 방지하는 것으로 여겨진다. 질소 기포의 일부는 액체 칼슘 알루미네이트를 SEN으로부터 해방시키고 고체 알루미나 입자와 반응하도록 새로운 라임 유닛을 노출시키는데 도움을 줄 수 있다.
미끄럼 보어없이 슬릿형 SEN을 사용하는 경우, 상부 턴디시 노즐, 상부 미끄럼 게이트 플레이트 및 매입된 입사 노즐에서의 질소 가스의 유속은 각각 다음과 같은 범위내에 있다: 대략 8-12 리터/분(l/min), 대략 2-6 l/min 및 대략 2-6 l/min. 턴디시 노즐, 상부 게이트 플레이트 및 SEN에 대한 배압은 각각 다음과 같은 범위내에 있다: 대략 10-15 psi, 대략 12-20 psi 및 대략 1.5-5.0 psi. 하부 플레이트에서의 흑연은 흡기에 의한 막힘을 방지하는데 사용되는 것이 바람직하다. 게이트 조립체의 하부 플레이트 그루브에서, 질소 함유 가스는 대략 10-14 l/min, 바람직하기로는 대략 10 l/min의 범위내의 속도로 유동한다. 하부 플레이트에서의 환상 개구부에 대한 배압은 대략 3-6 psi, 바람직하기로는 대략 4 psi의 범위내에 있다. 배압은 질소 분사가 발생하는 동안 통로에서 연속적으로 측정된다. 연속적인 주조기는 분당 용융강의 대략 4.5 톤까지의 스루풋에서 작동된다. 전기한 조건하에서 결과적인 강철 코일은 어닐링후 어떠한 뚜렷한 펜슬 파이프 결함도 나타내지 않는 것으로 여겨진다.
미끄럼 보어 인서트를 이용하는 비슬릿형 SEN을 사용하는 경우에, 상부 턴디시 노즐 및 상부 미끄럼 게이트 플레이트에서의 질소 가스의 유속은 각각 다음과 같은 범위내에 있다: 대략 8-12 l/min 및 대략 2-8 l/min. 턴디시 노즐 및 상부 게이트 플레이트에 대한 배압은 각각 대략 10-15 psi 및 대략 12-20 psi이다. 하부 플레이트에서의 흑연 분사는 흡기로 인한 막힘을 방지하는데 사용된다. 게이트 조립체의 하부 플레이트에서, 질소 함유 가스는 대략 10-14 l/min, 바람직하기로는 대략 10 l/min 범위내의 속도로 유동한다. 하부 플레이트에서의 환상 개구부에 대한 배압은 대략 3-6 psi, 바람직하기로는 대략 4 psi의 범위내에 있다. 전기한 조건하에서 결과적인 강철 코일은 어닐링후 어떠한 뚜렷한 펜슬 파이프 결함도 나타내지 않는 것으로 여겨진다.
본발명의 방법에서, 아르곤보다는 오히려 질소가 사용되기 때문에, SEN이 막히는 발생 횟수는 강철내로의 신속한 질소의 용해 결과적으로 막힘 감소시 보다 낮은 질소의 효율성으로 인해 증가될 수 있다. 결과적으로, SEN은 보다 자주 변경될 수 있다. SEN은 상업적으로 유용한 SEN 왕복대 대체 시스템을 사용하여 변경되는 것이 바람직하다.
이제부터 본발명의 바람직한 실시태양은 다음의 비제한적인 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
실시예 1
슬릿형 SEN은 ELC 또는 ULC 강철을 주조하는 굴곡된 연속적인 주조기에서 미끄럼 보어 인서트 없이 사용되었다. UTN, 상부 미끄럼 게이트 플레이트, 하부 미끄럼 게이트 플레이트 및 SEN에서의 질소 가스의 유속은 각각 대략 10 l/min, 대략 4 l/min, 대략 10 l/min 및 대략 4 l/min이었다. UTN, 상부 미끄럼 게이트 플레이트, 하부 미끄럼 게이트 플레이트 및 SEN에 대한 배압은 각각 대략 12 psi, 대략 16 psi, 대략 4 psi 및 5 psi 미만이었다. SEN은 SEN의 알루미나 막힘으로 인해 대략 120-250 분(275-650 톤)의 수명을 가졌다. 하부 플레이트에서의 흑연 분사는 흡기로 인한 막힘을 방지하는데 사용되었다. 연속적인 주조기는 분당 용융강의 대략 4.5 톤까지의 스루풋에서 작동되었다. 결과적인 코일형 강철은 어닐링후 어떠한 뚜렷한 펜슬 파이프 결함도 나타내지 않았다.
실시예 2
TYK Refractories Co.에 의해 공급되는 SEN은 가스 분사없이 사용되었고, ELC 또는 ULC 강철을 주조하는 굴곡된 연속적인 주조기에서 상표 PA5C로 지정된 포트 주변에서 그리고 보어에서 CAO-ZrO2미끄럼 보어 인서트를 이용한다. 턴디시 노즐, 상부 미끄럼 게이트 플레이트 및 하부 미끄럼 게이트 플레이트에서의 질소 가스의 유속은 각각 대략 10 l/min, 대략 5 l/min 및 대략 10 l/min이었다. 턴디시 노즐, 상부 미끄럼 게이트 플레이트 및 하부 미끄럼 게이트 플레이트에 대한 배압은 각각 대략 12 psi, 대략 16 psi 및 대략 4 psi였다. 하부 플레이트에서의 흑연 분사는 흡기로 인한 막힘을 방지하는데 사용되었다. 연속적인 주조기는 분당 용융강의 대략 4.5 톤까지의 스루풋에서 작동되었다. 결과적인 코일형 강철은 어닐링후 어떠한 뚜렷한 펜슬 파이프 결함도 나타내지 않았다.
비교 실시예
정규 SEN은 ELC 또는 ULC 강철을 주조하는 굴곡된 연속적인 주조기에서 가스 분사없이 그리고 미끄럼 보어 인서트없이 사용되었다. UTN에서의 질소 가스의 유속은 12 l/min 그리고 상부 게이트 플레이트에서의 아르곤의 유속은 6-8 l/min이었다. UTN 및 상부 게이트 플레이트에 대한 배압은 각각 12 psi 및 16 psi였다. SEN은 대략 200-350 분의 수명을 가졌다. 연속적인 주조기는 분당 용융강의 3 톤미만의 스루풋에서 작동되었다. 이 공정에서 사용된 SEN은 보다 적은 막힘으로 인해 보다 큰 수명을 가졌으며, 결과적인 강판의 코일은 어닐링후 펜슬 파이프 결함을 나타냈는데, 이는 강철의 값을 상당히 감소시켰다.
본발명의 많은 수정 및 변형은 전기한 내용에 비추어 볼 때 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위내에서 본발명은 구체적으로 도시 및 설명된 것이외에 달리 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본발명은 펜슬 파이프 결함의 원인이어 왔던 종래의 아르곤 사용을 회피하며, 또한 강철내의 과잉 질소 픽업(pick-up)을 방지하고 막힘을 억제하는 소정의 유동 상태하에 질소 함유 가스를 사용함으로써, 연속적인 주조 강철 제조업체에 직면한 펜슬 파이프 문제에 대한 귀중한 해결책을 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는 방법에 있어서,
    턴디시의 하부에 배치된 상부 턴디시 노즐; 용융 금속의 흐름을 제어하는 노즐 플레이트; 및 상기 노즐 플레이트와 몰드 사이에 배치된 입사 노즐에 의해 형성된 통로를 통해 용융강을 유동시키는 단계, 및
    소정의 가스 유동 상태하에서 질소 함유 가스를 상기 상부 턴디시 노즐, 상기 노즐 플레이트 및 상기 입사 노즐에 의해 형성된 상기 통로의 일부로 안내하는 단계
    를 포함하며, 상기 가스 유동 상태는 상기 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는데 효과적인 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 연속적인 주조 장치의 일부를 형성하는 상기 몰드내로 상기 용융강을 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 연속적인 주조 장치의 아치형 몰드 부분내로 상기 용융강을 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가스 유동 상태는 상기 강철내의 과도한 질소 축적을 방지하는데 효과적인 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 노즐 플레이트는 고정된 상부 플레이트 및 하부 스로틀 플레이트를 포함하고, 상기 스로틀 플레이트와 상기 입사 노즐 사이에 배치된 중간 노즐을 부가적으로 포함하며, 상기 스로틀 플레이트는 상기 중간 노즐의 상부 표면상에서 이동가능하고, 상기 상부 플레이트에 의해 형성된 상기 통로의 일부로 질소 함유 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 노즐 플레이트는 고정된 상부 플레이트, 이동가능한 중간 스로틀 플레이트, 및 고정된 하부 플레이트를 포함하고, 상기 입사 노즐은 상기 하부 플레이트와 접촉하며, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트에 의해 형성된 상기 통로의 일부로 질소 함유 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상부 턴디시 노즐, 노즐 플레이트의 상부 플레이트, 및 입사 노즐을 통해 각각 대략 8-12 l/min, 대략 2-6 l/min 및 대략 2-6 l/min 범위내의 유속으로 질소 함유 가스를 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상부 턴디시 노즐, 노즐 플레이트의 상부 플레이트, 및 입사 노즐을 통해 각각 대략 10-15 psi, 대략 12-20 psi 및 대략 1.5-5.0 psi 범위내의 배압으로 질소 함유 가스를 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 노즐 플레이트의 하부 플레이트를 통해 대략 10-14 l/min 범위내의 유속으로 그리고 대략 3-6 psi 범위내의 배압으로 질소 함유 가스를 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
  10. 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는 방법에 있어서,
    턴디시의 하부에 배치된 상부 턴디시 노즐; 용융 금속의 흐름을 제어하는 노즐 플레이트; 및 상기 노즐 플레이트와 몰드 사이에 배치된 입사 노즐에 의해 형성된 통로를 통해 용융강을 유동시키는 단계로서, 상기 상부 턴디시 노즐, 상기 노즐 플레이트 및 상기 입사 노즐은 다공성 내화재를 포함하는 단계, 및
    상기 상부 노즐의 다공성 내화재, 상기 노즐 플레이트, 및 상기 입사 노즐을 통해 상기 통로내로 소정의 가스 유동 상태하에서 질소 함유 가스를 안내하는 단계
    를 포함하며, 상기 가스 유동 상태는 상기 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는데 효과적인 방법.
  11. 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는 방법에 있어서,
    턴디시의 하부에 배치된 상부 턴디시 노즐; 용융 금속의 흐름을 제어하는 노즐 플레이트; 및 상기 노즐 플레이트와 몰드 사이에 배치된 입사 노즐에 의해 형성된 통로를 통해 용융강을 유동시키는 단계,
    소정의 가스 유동 상태하에서 상기 상부 노즐 및 상기 노즐 플레이트에 의해 형성된 상기 통로의 일부로 그리고 상기 통로내로 질소 함유 가스를 안내하는 단계, 및
    (a) 상기 소정의 가스 유동 상태하에서 상기 입사 노즐에 의해 형성된 상기 통로의 일부로 안내되는 질소 함유 가스, 및
    (b) CaO-ZrO2조성물로 형성된 반응 표면으로서, 상기 입사 노즐의 일부를 형성하는 반응 표면
    으로 구성된 그룹으로부터 선택된 상태 중 적어도 하나에 용융강을 노출시키는 단계
    를 포함하며, 상기 가스 유동 상태는 상기 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는데 효율적인 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 질소 함유 가스는 소정의 가스 유동 상태하에서 상기 입사 노즐의 다공성 내화 슬리브를 통해 상기 통로내로 안내되는 방법.
  13. 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는 방법에 있어서,
    노즐 조립체에 의해 형성된, 턴디시와 몰드 사이에 연장되는 통로를 통해 용융강을 유동시키는 단계, 및
    소정의 가스 유동 상태하에서 실제 통로의 전체 길이를 따라 질소 함유 가스를 안내하는 단계
    를 포함하며, 상기 가스 유동 상태는 상기 강철내의 펜슬 파이프 결함을 제거하는데 효율적인 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 노즐 조립체의 구성요소는 다공성 내화재를 포함하고, 상기 내화재를 통해 상기 통로내로 상기 질소 함유 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
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