KR20000044845A - 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공장의 연주공정에서 사용하는 설비인 턴디쉬의 침지노즐을 용강의 유동과 연계되도록 형성하여 침지노즐 내부에 부착되는 개재물 부착을 감소시키고 몰드(MOLD)내에서는 평형류를 형성시킬 수 있게한 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법에 관한 것으로,

즉, 침지노즐내의 개재물 부착을 방지하고 정체부분을 없애기 위해 노즐의 내경을 토출구의 세로축과 일치되게 하였고, 용강류의 수평류를 유도하면서 일정 각도를 갖는 토출구일 경우 용강의 역흐름(back flow)를 방지하여 유체의 흐름대로 토출류를 유도하기 위하여 토출구의 양측면를 곡선화하며, 토출류를 수평류로 유도하기 위하여 토출구의 세로/가로 크기의 비를 최대 1.0이하로 구성하였으며, 침지노즐 바닥부는 수직방향으로 내려오는 용강류의 역 흐름을 방지하고 하강류가 바로 토출될 수 있도록 수평형으로 구성함에 따라, 수직 하강분포의 토출류를 수평류로 전환하여 응고셀의 수축부(에어갭이 발생 되는부위)에 가해지는 용강유속을 최소화되도록 응고셀을 재용융하여 용강이 유출되어 발생하는 이중표피 결함을 방지할 수 있게 하고, 침지노즐 토출구 측면내경에 정체존이 생기지 않도록 하여 개재물이 부착됨을 방지하는 것이다.

Description

수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법

본 발명은 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법, 보다 상세하게는 제강공장의 연주공정에서 사용하는 설비인 턴디쉬(TUNDISH)의 침지노즐을 용강의 유동과 연계되도록 형성하여 침지노즐 내부에 부착되는 개재물 부착을 감소시키고 몰드(MOLD)내에서는 평형류를 형성시킬 수 있게한 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법에 관한 것이다.

또한 침지노즐의 형상변경을 통하여 개재물 분리부상과 응고 셀(SHELL)의 취약부위에 대한 토출유속을 감소시켜 용강의 청정도를 향상시킴과 아울러 제품의 응고부위의 터짐으로 발생하는 결함(이중표피) 및 용강유출사고를 방지시킬수 있는 침지노즐 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1 에서와 같이 턴디쉬(4) 내의 용강을 몰드(3)에 공급하기 위해 사용되는 침지노즐(1)의 토출구(2)는 3개 ~ 4개의 구멍으로 된 것도 사용되고 있으나, 대부분의 토출구는 2개의 구멍(이하, "2공노즐"이라 함)으로 구성되어 있고 각종 주조속도와 주조폭 등에 의하여 요구되는 용강류를 토출각도로써 제어하고 있다.

2공노즐의 토출구는 노즐을 수직으로 볼 때 직사각형의 형태로서 가로방향의 크기가 침지노즐의 내경보다 작고, 세로/가로 크기비가 1.1∼1.3가 일반적이었다(도 2참조).

이러한 노즐(1)의 토출구(2)를 통해서 나오는 토출용강은 도 3a에서와 같이 몰드(3)의 수직방향으로 향하는 토출분포(S)를 갖게되면서 중심부의 용강유속이 강하여 몰드의 단면부(E)에 도달될 때 강력한 힘이 발생하였고, 몰드(3)의 단변부에 부딪히는 용강류는 상,하로 분류되면서 일부는 하강류로, 나머지 일부는 상향류로 변하게 되었으며, 이때 빠른속도의 하강류에는 용강중에 동반된 개재물(D)이 분리부상 할 유동분위기와 시간을 확보하지 못한채 대부분 주편내부로 들어가 품질 결함을 유발시키는 작용을 하였다.

또한 노즐(1)의 내경보다 작은 직사각형 형태의 토출구(2)의 가로크기는 토출구와 내벽과의 공간을 유발하는 원인을 제공함으로써, 용강유동의 정체 존(ZONE)이 형성되어 개재물이 부착하기 좋은 조건을 만들어 주게 되면서 침지노즐의 막힘현상을 유발하는 문제점이 있었다.

즉, 토출구의 가로크기가 협소한 이유로 인하여 도 3b에서와 같이 몰드(3)의 상부에서의 용강유동을 살펴볼 때 용강이 몰드의 좌우측 방향으로만 편중된 상태로 토출되면서 용강의 편류를 조장하고 막힘을 유발시킴에 따라, 제어하고자 하는 만큼의 용강류가 토출되지 않게되어 조업 및 품질에 영향을 미치는 요인으로 크게 작용였다.

또한 단변부에 부딪히는 위치(그 위치는 침지노즐각도의 영향을 받기도 함)에 따라 주편의 초기 응고시 발생되는 에어갭(Air Gap), 즉 몰드와 응고셀의 수축으로 인한 공극이 형성되는 부위에 직접적으로 강한 토출류가 부딪히면 응고셀이 재용융되어 용강이 유출되는 소위 이중표피현상과 브레이크 아웃(Break out)이라는 용강유출 사고가 발생하였다.

한편, 침지노즐의 바닥부는 산형(MOUNTAIT-TYPE), 평형(PLATE-TYPE), 연못형(POOL-TYPE)으로 형성되는데 이러한 형상은 주조조건에 따라 필요할 때 선택적으로 사용되고 있으며, 이때 연못형이 가장 일반적으로 사용되고 있으나 이것은 토출 하강류를 약화되게 제어하는 작용을 하는 반면 역류에 의하여 정체존을 유발시켜 개재물 부착을 조장하기도 한다.

본 발명품은 상기와 같은 종래의 침지노즐의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 토출구 가로, 세로 크기의 비율을 동일하게 하거나 세로의 크기를 넓게하여 수직방향의 용강토출 분포를 수평방향으로 확대되게 하여 수평류를 유도함으로써 용강중 개재물이 부상할 시간을 확보하고 몰드 단변부에 부딪힐 때 강한 유속의 하강류를 제어할 수 있는 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 침지노즐내의 개재물 부착을 방지하고 정체부분을 없애기 위해 노즐의 내경을 토출구의 세로축과 일치되게 하였고, 용강류의 수평류를 유도하면서 일정 각도를 갖는 토출구일 경우 용강의 역흐름(back flow)를 방지하여 유체의 흐름대로 토출류를 유도하기 위하여 토출구의 양측면를 곡선화하며, 토출류를 수평류로 유도하기 위하여 토출구의 세로/가로 크기의 비를 최대 1.0이하로 구성하였으며, 침지노즐 바닥부는 수직방향으로 내려오는 용강류의 역 흐름을 방지하고 하강류가 바로 토출될 수 있도록 수평형으로 구성함에 따라, 수직 하강분포의 토출류를 수평류로 전환하여 응고셀의 수축부(에어갭이 발생 되는부위)에 가해지는 용강유속을 최소화되도록 응고셀을 재용융하여 용강이 유출되어 발생하는 이중표피 결함을 방지할 수 있게 하고, 침지노즐 토출구 측면내경에 정체존이 생기지 않도록 하여 개재물이 부착됨을 방지하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 연속주조기의 침지노즐 설치상태를 나타낸 구성도,

도 2는 상기 종래의 침지노즐의 단면구성도와 그 토출구를 발췌한 측면도,

도 3a 및 3b는 종래의 침지노즐을 사용할때의 용강유동과 유속상태를 나타낸 단면 및 평면구성도,

도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예의 침지노즐을 개략적으로 나타낸 측면 및 정면구성도,

도 5 및 도 6은 본 발명의 침지노즐을 사용할때의 용강유동과 유속상태를 나타낸 단면 및 평면구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 침지노즐 11 : 바닥면

20 : 토출구 30 : 몰드

이하, 본 발명의 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예의 침지노즐을 나타낸 정면과 측면구성도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 침지노즐이 몰드에 적용되었을 때의 용강 유동상태를 나타낸 측면 및 평면도로서, 침지노즐(10)의 하부 양측에 형성되는 토출구(20)의 세로측변(x)을 상기 침지노즐의 내경길이와 일치 또는 근사치로 되게 하고, 상기 토출구(20)의 양측 세로측변(x)을 용강류의 수평류를 유도하면서 용강의 역흐름(back flow)을 방지하도록 곡선화한다.

토출류를 수평류로 유도하기 위해 토출구(10)의 세로/가로 크기의 비를 최대 1.0이하로 구성하며, 이때 상기 세로/가로 크기의 비는 0.8~1.0범위가 바람직하다.

상기 침지노즐(10)의 바닥면(11)은 수직방향으로 내려오는 용강류의 역 흐름을 방지하고 하강류가 바로 토출될 수 있도록 수평형으로 되어 있다.

따라서 상기와 같은 본 발명은 토출구(20) 부근의 침지노즐(10)의 내경을 토출구의 세로측변(x) 크기 이하로 할 경우 노즐 상부로부터 내려오는 용강류가 직접 몰드(30)로 토출됨으로써 정체존이 없어지고 유속이 강화되면서 개재물의 부착 및 형성이 저감된다.

이것은 곧 좌, 우 토출구로 균일한 용강량을 분배시키고 균일한 용강흐름의 유지시킴으로서 균일 응고를 가능케하고 탕면을 안정시킬 수 있어 탕면불안에 의한 몰드 슬래그의 혼입을 방지하는 효과를 주게된다.

또한 개재물 부착에 의한 막힘이 발생하면 한쪽으로 토출되는 용강류가 많아짐에 따라 불균일 응고부, 특히 응고셀이 약한 부위에 강한 토출류가 부딪히면 이중표피 결함이나 이것이 연장되어 용강유출 사고날 우려가 있으나 개재물 부착이 방지됨으로써 균일한 토출량의 분배와 함께 균일응고로 안전조업과 품질향상 효과가 있다.

다음 표1은 침지노즐 및 그 토출그의 세로/가로비 변화에 따른 품질영향을 종래의 기술과 비교한 것이다.

상기 결과에 의하면, 토출구의 세로/가로 크기비를 1.0이하로 할 경우 토출류의 분포는 수직분포에서 수평분포로 변하게 되며, 이것은 전반적으로 하강류를 제어하여 개재물이 분리 부상할 수 있는 조건을 형성하여 청정도가 향상되고, 동시에 토출 최대유속이 약해지고 도달위치가 상향되는데 이것은 응고셀 수축부 상부에 해당되므로 응고셀의 재용융에 의한 이중표피 결함이나 용강유출 사고를 방지할 수 있다.

즉, 종래품과 본 발명의 방법을 적용하여 개재물 부착지수의 최소치를 비교한 결과에 의하면, 그 지수는 0.075mm/min에서 0.025mm/m in으로 줄었다.

이것은 좌,후토출유량을 균일하게 되어 균일한 응고와 편류방지가 가능하며, 탕면이 안정되어 몰드 슬래그의 유입이나 국부적이 강한 용강류에 의한 응고셀의 재용융에의한 결함 및 사고를 방지하는 효과가 있다.

상기 토출구의 세로/가로 비가 0.8 미만인 경우 토출면적의 감소로 인하여 용강의 토출유속이 빨라짐에 따라 개재물 부착감소 효과는 있었으나 수평류의 유속이 빨라지면서 오히려 탕며 불안을 초래하는 역효과를 보였으며 이것은 곧 제품결함 발생과 연계되어 품질면에서도 불리하게 작용하였다.

따라서, 토출구의 세로/가로 비가 0.8이상에서 1.0이하를 유지할 때 조업 및 품질에 가장 효과적임을 확일할 수 있으며, 그 결과로서 종래품의 경우 약 0.04%의 이중표피 결함이 발생하였으나 본 발명의 경우에는 이중표피가 전혀 발생하지 않았다.

한편, 발명품과 동일한 조건에서 침지노즐의 하부(바닥)의 형상을 비교한 결과, 연못형(POOL-TYPE)에서는 개재물 부착지수가 0.067이고 평형에서는 0.025로 나타났으며, 제품품질 결함지수에도 본 발명에 적용된 평형이 품질향상 효과가 있었다.

침지노즐 바닥부를 평형(PLATE-TYPE)으로 함으로써, 하강류를 제어하고 수평류를 형성시키주는 역할을 하며 역류를 형성시키지 않아 정체존도 최소화 되어 개재물 부착을 방지할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법은 노즐내경과 세로축과의 일치 및 곡선형의 토출면에 의하여 몰드내의 정체구역이 감소되어 개재물의 부착을 근본적으로 방지함으로써 노즐 막힘이 저감되면서 수직 하강분포의 토출류를 수평류로 전환하여 응고셀의 수축부에 가해지는 응고셀을 재용융하여 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 침지노즐(10)의 하부 양측에 형성되는 토출구(20)의 세로측변(x)을 상기 침지노즐의 내경길이와 일치 또는 근사치로 되게 성형하고, 상기 토출구(20)의 양측 세로측변(x)을 용강류의 수평류를 유도하면서 용강의 역흐름(back flow)을 방지하도록 곡선화하며, 토출류를 수평류로 유도하기 위해 토출구(10)의 세로/가로 크기의 비를 0.8~1.0범위로 하며, 상기 침지노즐(10)의 바닥면(11)은 수직방향으로 내려오는 용강류의 역 흐름을 방지하고 하강류가 바로 토출될 수 있도록 수평형으로 형성함을 특징으로 하는 수평류를 형성하기 위한 침지노즐의 성형방법.