KR20010093089A - 스토퍼 로드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 기밀과 강성을 개선한 스토퍼 로드에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 스토퍼 로드는 스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때, 내화재 본체의 환형 밀봉면(10)과 접촉해 있는 밀봉 개스킷(11, 11')의 압착을 유지하기 위한 수단을 구비한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수단은 높은 열팽창 계수를 가진 재료로 구성된 슬리브(12)에 의해 마련된고, 슬리브의 팽창은 스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때 밀봉 개스킷을 압착시킨 상태로 유지한다.

Description

스토퍼 로드{STOPPER ROD}

특히 본원이 참조로 하고 있는 미국 특허 제4,946,083호와 제5,024,422호 등에 따른 스토퍼 로드와 그것의 사용법은 당업자에게 공지되어 있다. 특히, 상기 특허는 리프팅 기구에 부착될 수 있는 일체형 스토퍼 로드를 개시하고, 다음을 포함한다.

a) 스토퍼 로드 본체에 대해 동축으로 위치하며, 리프팅 기구에 부착되기 위해 금속 로드를 고정 가능하게 수용하도록 되어 있는 보어홀(borehole)을 구비하는 내화재의 가늘고 긴 본체(elongated body). 상기 내화재 본체의 축방향 보어홀은 그 본체의 상단에서 일정한 간격으로 떨어진 환형 밀봉면이 마련된 확장부를 구비하고 있다. 금속 로드를 내화재 본체에 부착하기 위한 수단은 일반적으로 확장부와 내화재 본체의 하단 사이에 위치된다. 내화재 본체는 그것의 하단에서 용탕으로 가스를 주입하기 위한 수단을 구비할 수 있다.

b) 내화재 본체에 부착되고, 하단에서 내화재 본체의 보어홀의 하단과 통하는 축방향 보어홀을 가진 가늘고 긴 금속 로드. 로드는 기밀한 밀봉을 만들어내기 위해 내화재 본체의 환형 밀봉면에 대향하는 환형 밀봉면을 마련하는 칼라(collar)를 구비한다. 로드의 상단은 리프팅 기구에 부착할 수 있도록 되어 있고, 이 리프팅 기구는 분배기와 같은 급탕계의 내부에서 스토퍼 로드를 수직으로 이동시키는 것을 가능하게 한다.

스토퍼 로드는 로드의 상단을 통해 가스 공급 라인에 연결되어 있다. 그러나 이것은 일반적인 것으로 반드시 그렇다는 것은 아니다.

내화재 본체에 금속 로드를 부착시키는 수단은 일반적으로 칼라와 금속 로드의 하단 사이에 위치한다. 이러한 스토퍼 로드의 사용 중에, 스토퍼 로드 안으로 주입된 가스는 그것의 하부에 있는 내화재 본체의 축방향 보어홀로 전달된다. 내화재 본체가 그것의 하부에 용탕으로 가스를 주입시키는 수단을 구비함으로써, 스토퍼 로드는 용탕으로 가스 주입이 가능하게 한다. 로드와 내화재 본체의 대향하고 있는 환형 밀봉면들은 공기의 침투뿐만 아니라 불활성 가스의 현저한 손실을 방지한다. 이러한 기밀을 한층 더 개선하기 위해, 이들 밀봉면 사이에 기밀 환형 개스킷을 설치하는 것이 제시되었다. 예컨대, 미국 특허 제4,694,083호에는 약 0.4 mm의 두께를 가지며 내고온성 재료, 즉 흑연과 같은 재료로 된 개스킷이 설치될 때, 로드와 내화재 본체의 환형 밀봉면들 사이의 접촉 영역이 3 bar까지의 압력을견딜 수 있는 기밀성을 제공한다고 개시되어 있다.

이러한 밀봉은 고급 용융 금속 주조에 필수적이다. 먼저, 급탕시 용융 금속을 산화시키는 공기의 침투에 대해 충분한 방지를 확실히 하는 것이 필요하다. 한편, 결코 무시할 수 없을 정도의 과도한 비용 상승을 야기하는 불활성 가스(불활성 가스가 스토퍼 로드를 통해 주입되는 경우)의 손실을 최소화하는 것 또한 반드시 필요하다.

이러한 기밀 문제 외에도, 또한, 리프팅 기구에 스토퍼 로드를 부착하는 것은 가능한 한 강력하게 유지되어야한다.

현재 여전히 사용중인 시스템은 이들 두 가지 면에 대해 완전히 만족스러운 해결책을 제공하지 못한다.

이 부분에 관한 연구를 실시 중에, 본 출원인은 상기 문제점들은 서로 대향하는 로드와 내화재 본체의 환형 밀봉면들 사이에 설치된 밀봉 개스킷이 전체 급탕 작업 동안 압착이 유지되지 않는 다는 사실 때문이라는 것을 발견하였다.

밀봉 개스킷에서 이런 압착의 손실은 적어도 부분적으로는 스토퍼 로드를 구성하는 상이한 재료들이 가지는 열팽창 계수 간의 차이에 기인하는 것으로 생각된다. 특히, 급탕 중에 상승되는 스토퍼 로드의 온도의 영향에 의해, 금속 로드는 내화재 본체에 비해 훨씬 더 팽창된다. 이러한 금속 로드의 큰 팽창은 로드와 내화재 본체의 환형 밀봉면들을 분리시키는 효과를 가지며, 밀봉 개스킷의 압착을 감소시켜 결국 불리한 결과를 초래한다.

본 발명에 있어서, 상기 문제는 스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때 내화재 본체의 환형 밀봉면과 접촉하는 밀봉 개스킷의 압착을 유지하는 수단을 스토퍼 로드에 마련함으로써 해결된다. 본원의 스토퍼 로드는 밀봉 개스킷의 압착을 유지하는 수단임에도 불구하고, 본원이 참조로 하고 있는 미국 특허 제4,946,083호와 제5,024.422호에 개시된 것과 유사하다.

본 발명은 급탕계(pouring group)에서부터의 용융 금속의 흐름, 예컨대, 분배기 또는 주조 레들(ladle)로부터 강 또는 주철의 흐름을 단속하는 새로운 스토퍼 로드로서, 특히 리프팅(lifting) 기구에 부착하기 위한 수단을 구비하는 일체형 스토퍼 로드에 관한 것이다. 특정 실시에서는, 상기 스토퍼 로드는 연속 주조 작업 동안 용탕(molten metal bath)으로 아르곤 등과 같은 불활성 가스를 주입하는 수단 또한 구비한다.

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 있어서 스토퍼 로드 상단의 단면부를 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.

본 발명은 리프팅 기구에 부착될 수 있는 일체형 스토퍼 로드에 관한 것으로서,

내화재의 가늘고 긴 본체와, 가늘고 긴 금속 로드를 포함하는 스토퍼 로드에 있어서,

상기 가늘고 긴 본체는 (i) 스토퍼 본체에 대하여 동축으로 위치하고, 상기 금속 로드를 리프팅 기구에 부착하기 위해 그 금속 로드는 고정 가능하게 수용하도록 되어 있고, 상기 내화재 본체의 상단에서 일정한 간격으로 떨어진 환형 밀봉면이 마련된 확장부를 구비한 내화재 본체의 축방향 보어홀과, (ii) 상기 금속 로드를 부착하기 위한 수단이 마련되고,

상기 금속 로드는 상기 내화재 본체에 고정되고, 그 상단이 급탕계 내에서 스토퍼 로드를 수직으로 이동시키는 리프팅 기구에 부착되도록 되어 있는 스토퍼 로드에 있어서,

스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때 내화재 본체의 환형 밀봉면에 대한 밀봉 개스킷의 압착을 유지하기 위한 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 사상에 있어서, "스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때 밀봉개스킷의 압착 유지"라는 표현은 밀봉 개스킷의 압착이 적어도 유지되는 것을 의미하고, 스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때 밀봉 개스킷의 압착이 증가하는 경우 또한 이렇게 언급한다.

발명의 특정 실시예에 있어서, 스토퍼 로드는 가스 공급 라인에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 내화재의 가늘고 긴 본체는 그것의 하단에서 용탕으로 가스를 주입시키는 수단을 구비하고, 상기 금속 로드는 그것의 하단에서 내화재 본체의 보어홀과 통하는 축방향 보어홀을 구비한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때, 밀봉 개스킷의 압착을 유지하는 수단은 양단이 개방된 실린더 형상을 나타내는 슬리브에 의해 마련되며, 이것은 금속 로드에 끼워진다. 슬리브는 그것의 하단에 내화재 본체의 밀봉면과 대향하는 밀봉면을 구비하고, 로드에 고정 가능하게 위치한 차단 수단에 정확하게 맞대어진다.

도 1에서, 스토퍼 로드(1)는 상단(4)에서 하단(도시 생략)으로 연장되는 축방향 보어홀(3)을 구비하는 내화재의 가늘고 긴 본체(2)를 포함한다. 내화재 본체는 그것의 하단에서 용탕으로 불활성 가스(도시 생략)를 주입하는 수단을 구비하거나 또는 구비하지 않을 수도 있다.

또한, 내화재 본체는 금속 로드(6)를 부착하기 위한 수단(5)을 구비한다. 금속 로드(6) 또한 상단(8)에서 하단(9)으로 통하는 축방향 보어홀(7)을 구비할 수 있다. 상단(8)은 불활성 가스를 공급하는 연결 장치(도시 생략)를 수용할 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 로드의 상단(8)은 리프팅 기구(도시 생략)에 고정될 수 있도록 되어 있다. 아르곤 등과 같은 압축 가스는 로드(6)에 의해 내화재 본체의 축방향 보어홀(3)로 주입될 수 있으며, 내화재 본체의 하단을 통해 용탕으로 운반될 수 있다.

내화재 본체(2)는 밀봉면을 형성하는 확장부(10)를 구비한다. 2 개의 흑연 개스킷(11, 11')은 상기 밀봉면에 설치되고, 이로 인해 공기의 침투와 불활성 가스의 손실을 방지한다. 슬리브(12)가 로드(6)에 끼워져서 개스킷(11, 11')을 압착시킨 상태로 유지한다. 슬리브의 상부(13)는 와셔(14)에 의해 차단되며, 와셔 자체는 너트(15)에 의해 지지된다.

바람직하게는, 와셔(14)가 조립체의 강성을 증대시키기 위해 내화재 본체(2)의 상단(4)과 접촉해 있다.

슬리브(12)는 금속 로드(6)의 열팽창 계수 보다 더 큰 열팽창 계수를 가지는 재료로 구성되고, 상기 슬리브의 길이는 급탕 중에 처하게 될 온도의 영향하에서, 금속로드의 유효 팽창을 보상하기 위해 금속 로드의 하단으로 충분한 팽창을 행할 수 있을 정도의 길이를 갖는다.

바람직하게는, 슬리브의 팽창은 금속 로드의 팽창을 본질적으로 정확하게 보상한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 만약 이러한 것이 슬리브에 충분한 길이를 부여하는 것을 필요로 한다면, 슬리브(12)는 내화재 본체(2)의 상부(4)에서 돌출 될 수 있다. 이 경우, 와셔(14)는 슬리브(12)를 차단할 수 있는 견부(16 : shoulder)를 갖추고 있고, 반면에 와셔(14)와 내화재 본체(2)의 상단(4)사이의 접촉을 확실히 하는 것이 바람직하다.

슬리브(12)는 금속 로드(6)에 끼워져 있고, 그것으로 회전 및 활주 혹은 단지 활주만의 자유로운 조립을 형성한다. 슬리브(12)의 상단(13)은 금속 로드(6)에 고정 가능하게 위치한 차단 수단(14, 15)에 정확하게 맞대어 있다. 따라서, 팽창 효과에 의해, 슬리브(12)는 상기 차단 수단에 단지 반대되는 축방향으로만 신장된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 차단 수단은 본원이 참조로 하고 있는 미국 특허 제4,964,083호와 제5,024,422호에 개시된 것과 유사한 칼라를 포함한다.

슬리브의 길이뿐만 아니라 슬리브를 구성하는 재료는 금속 로드[일반적으로 12.5 μm^oC^-1의 열팽창 계수를 가진 기계 가공된 강철 로드]와 내화재 본체[통상적으로 3-6 μm^oC^-1의 열패창 계수을 가지는 등압 프레스 가공(isostatic pressing)에 의해 얻어진 내화재]를 구성하는 재료와 이것의 치수와의 상관 관계로서 선택된다.

슬리브의 길이뿐만 아니라 슬리브를 구성하는 재료는 열물리학의 기본 원리에 의해 쉽게 결정된다.

이렇게 일차적인 근사치로 결정된 값으로 시작하지만, 이것은 일반적으로 우수한 결과를 제공하며, 특별한 어려움 없이 시행 착오법(trial and error)에 의해 시스템을 최적화 하는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서, 슬리브는 급탕하는 동안 스토퍼 로드가 처하게 되는 상승된 온도를 견딜 수 있는 높은 열팽창 계수를 갖는 재료로 구성된다. 예컨대, 프릿화(fritted)된 마그네시아와 같은 높은 열팽창 계수의 내화재가 사용될 수 있다. 본 용례에 대해 선호되는 재료는 열팽창 계수와 용융점이 높은 금속 또는 금속 합금 중에서 찾을 수 있다.

일반적으로, 강철 로드의 열팽창 계수의 1.1내지 3배의 열팽창 계수를 가지는 재료가 슬리브의 재료로 선택된다. 스테인레스 강(예를 들면, 17.5 μm^oC^-1의 열팽창 계수)은 금속 로드가 12 μm^oC^-1의 열팽창 계수를 가지는 강철 로드로 가공되어질 때 특히 적당하다.

내화재 본체는 통상적인 내화재, 즉 통상적으로 사용되는 알루미나, 실리카, 흑연을 기본으로 한 내화재와 같은 내화재로 일반적으로 성형된다. 예컨대, 전형적인 조성은 Al₂O₃: 53 중량%, SiO₂: 13 중량%, 탄소 : 31 중량% 그리고 잔부는 예를 들어 약 3 중량%의 지르코니아 ZrO₂로 이루어진다.

기밀한 환형 개스킷(11)은 밀봉면 사이에 설치되는 것이 바람직하다. 0.2 내지 30 mm의 두께를 가진 흑연 개스킷이 일반적으로 사용된다.

본 발명에 있어서, 하나 이상의 통상적인 개스킷이 사용된다. 환형 밀봉 개스킷은 슬리브의 하단 표면과 내화재 본체의 밀봉면 사이에 놓여진다.

슬리브의 하단 표면과 내화재 본체의 밀봉면사이에 각각 9 mm의 두께를 가진 2 개의 흑연 밀봉 개스킷이 놓여질 때 가장 좋은 결과를 초래하였다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 내화재 본체(2)의 확장부(10)에 의해 형성되는 밀봉면뿐만 아니라 밀봉 개스킷(11, 11')은 편평하다. 사실, 이 경우에 개스킷(11, 11')의 훨씬 더 바람직한 압착 유지를 얻을 수 있다는 것이 발견되었다.

일 실시예에 따르면, 등압 프레스 가공에 의해서 얻어지는 내화재 본체(열팽창 계수 : 3.6 μm^oC^-1)에서는 각각 9 mm의 두께를 가진다. 금속 로드는 열팽창 계수 12.5 μm^oC^-1의 강철 로드로 가공된다.

열팽창 계수 17.5 μm^oC^-1의 스테인레스 강으로 된 슬리브가 사용된다면, 슬리브는 약 61 mm의 길이를 구비해야 하는 것으로 계산된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때 밀봉 개스킷의 압착을 유지시키는 수단은 밀봉면과 로드의 상부 사이에 위치한 지점에 내화재 본체에 대한 금속 로드의 고정점을 위치시킴으로 제공된다. 이 경우, 팽창은 더 중요해지고, 급탕 중에 스토퍼 로드가 처하게될 온도 영향하에서 팽창하는 금속 로드에 의해 밀봉 개스킷은 더욱 압착된다.

본 발명의 특정 실시예에 있어서, 스토퍼 로드는 내화재 본체에서 금속 로드가 분리되는 것을 방지하는 장치를 또한 구비한다. 따라서, 내화재 본체 내에 고정되어, 나사상의 축방향 내부 보어홀을 구비한 금속 삽입물이 내화재 본체에 로드를 고정하기 위한 수단으로 사용된 경우, 내화재 본체로부터 돌출한 지점에 한 쌍의 평행한 평면을 로드에 마련하고, 내화재 본체와 고정 가능하게 결합된 일체형의 포오크형 플랜지(forked flange)를 이들 평면에서 지지함으로써 삽입물로부터 로드의 나사 풀림이 방지된다. 이런 고정된 결합은 포오크형 플랜지를 통과하여 내화재 본체 안으로 이어지는 축 형태로 삽입된 핀에 의해 이루어질 수 있다. 이 경우, 본 발명에 있어서의 와셔 또한 포오크형 플랜지 역할을 충분히 이행한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 스토퍼 로드의 내화재 본체는 적어도 부분적으로는 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 내화재로 구성된다. 아주 특별한 경우, 내화재 본체는 두 가지 이상의 상이한 내화재로 이루어진다. 제 1 부분은 밀봉 개스킷이 위치한 곳을 실질적으로 둘러싸는 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 혼합물로 구성되며, 제 2 부분은 용융 금속에 의한 부식에 대해 견딜 수 있는 내화재로 구성된다.

Claims (16)

1. (a) 내화재의 가늘고 긴 본체와,

   (b) 가늘고 긴 금속 로드를 포함하는 스토퍼 로드로서,

   상기 가늘고 긴 본체는 (i) 스토퍼 로드의 본체에 동축으로 위치하고, 상기 금속 로드을 리프팅 기구에 부착하기 위해 그 금속 로드를 고정 가능하게 수용하도록 되어 있고, 상기 내화재 본체의 상단에서 일정한 간격으로 떨어진 환형 밀봉면이 마련된 확장부를 구비하는 축방향 보어홀과, (ii) 상기 금속 로드를 부착하기 위한 수단을 구비하며,

   상기 금속 로드는 상기 내화재 본체에 고정되고, 그 상단이 급탕계 내에서 스토퍼 로드를 수직으로 이동시키는 리프팅 기구에 부착되도록 되어 있는 스토퍼 로드에 있어서,

   스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때 내화재 본체의 환형 밀봉면에 대한 밀봉 개스킷의 압착을 유지하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속 로드는 그것의 하부에서 내화재 본체의 보어홀과 통하는 축방향 보어홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내화재 본체는 그것의 하단에 용탕으로 가스를 주입하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉 개스킷의 압착을 유지하는 수단이 내화재 본체의 밀봉면에 대향하는 밀봉면을 하단에 구비하는 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브는 금속 로드의 열팽창 계수 보다 더 큰 열팽창 계수를 가지는 재료로 구성되며, 상기 슬리브의 길이는 급탕 중에 처하게 될 온도의 영향하에서, 금속로드의 유효 팽창을 적어도 보상하기 충분한 팽창을 행할 수 있을 정도의 길이를 구비하고, 뿐만 아니라 금속 로드에 위치한 상기 슬리브를 차단하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
5. 제4항에 있어서, 상기 슬리브는 금속 로드의 열팽창 계수 보다 더 큰 열팽창 계수를 가지는 재료로 구성되며, 상기 슬리브의 길이는 급탕 중에 처하게 될 온도의 영향하에서, 금속로드의 유효 팽창을 본질적으로 정확하게 보상하기 위해 충분한 팽창을 행할 수 있을 정도의 길이를 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드,
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 슬리브는 내화재 본체의 상단(4)에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브는 금속 로드를 구성하는 재료가 갖는 열팽창 계수의 1.1 내지 3배의 열팽창 계수를 갖는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브는 스테인레스 강으로 구성되고, 금속 로드는 강철로 구성되며, 그리고 내화재 본체는 등압 프레스 가공에 의해 얻어진 내화재로 구성되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화재 본체의 밀봉면과 접촉하고 있는 하나 이상의 환형 밀봉 개스킷을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
10. 제9항에 있어서, 상기 내화재 본체의 밀봉면뿐만 아니라 환형 밀봉 개스킷이 편평한 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
11. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 로드 상의 슬리브를 차단하는 수단이 칼라를 포함하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
12. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 로드 상의 슬리브를 차단하는 수단은 금속 로드에 고정 가능하게 나사 체결되고 슬리브가 맞대어진 너트인 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
13. 제12항에 있어서, 금속 로드 상의 슬리브를 차단하는 수단이 하나 이상의 와셔를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
14. 제13항에 있어서, 상기 와셔는 이 와셔가 내화재 본체의 상단에 접촉 상태로 있을 때, 슬리브가 내화재 본체의 단부에서 돌출할 수 있도록 내부 견부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스토퍼 로드가 고온 상태에 처하게 될 때, 개스킷의 압착을 유지하기 위한 수단은 밀봉면과 로드의 상부사이에 위치한 지점에 내화재 본체에 대한 금속 로드의 고정점을 위치시킴으로써 제공되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 로드가 내화재 본체에서 분리되는 것을 방지하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.