KR20010093090A - 스토퍼 로드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 기밀을 개선한 일체형 스토퍼 로드에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 스토퍼 로드는 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 내화재를 적어도 부분적으로 포함하는 내화재 본체를 구비한다.

Description

스토퍼 로드{STOPPER ROD}

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

b) 내화재 본체에 부착되고, 하단에서 내화재 본체의 보어홀의 하단과 통하는 축방향 보어홀을 구비하는 가늘고 긴 금속 로드. 금속 로드는 기밀한 밀봉을 만들어내기 위해 내화재 본체의 환형 밀봉면에 대향하는 환형 밀봉면을 마련하는 칼라(collar)를 구비한다. 금속 로드의 상단은 리프팅 기구에 부착되도록 되어 있고, 이 리프팅 기구는 분배기와 같은 급탕계의 내부에서 스토퍼 로드를 수직으로 이동시키는 것을 가능하게 한다. 내화재 본체에 금속 로드를 고정하기 위한 상기 수단은 일반적으로 칼라와 금속 로드의 하단 사이에 위치한다.

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

이러한 스토퍼 로드가 사용될 때, 주입된 가스는 스토퍼 로드의 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 서로 대향하는 환형 밀봉면들은 공기의 침투와 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 흑연 등과 같은 재료로 된 개스킷이 설치될 때, 로드와 내화재 본체의 환형 밀봉면들 사이의 접촉 영역이 3 bar까지의 압력을 견딜 수 있는 기밀을 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, 불활성 가스가 스토퍼 로드를 통해 주입될 때, 결코 무시할 수 없을 정도의 과도한 비용 상승을 야기하는 불활성 가스의 손실을 최소화하는 것 또한 반드시 필요하다. 그러나, 현재 여전히 사용중인 시스템은 이들 두 가지 면에 대해 완전히 만족스러운 해결책을 제공하지 못한다.

이 부분에 관한 연구를 실시하던 중, 본 출원인은 이들 문제점이 몇 가지의 이유(로드의 나사 풀림, 로드의 팽창 등)로 인해, 로드와 내화재 본체 사이의 서로 대향하는 환형 밀봉면 사이의 밀봉 접합점에서 기밀의 손실이 발생할 수 있다는 사실을 발견하였다.

또한, 본 출원인은 스토퍼 로드의 기밀은 특정 형상의 내화재 본체를 사용함으로써 개선될 수 있음을 발견하였다.

본 발명에 있어서, 스토퍼는 일체형의 내화재 본체를 구비하고, 사용되는 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 내화재로 적어도 일부분이 구성된다.

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

도 1 및 2는 본 발명의 상기 실시예에 있어서 스토퍼 로드의 상단을 개략적으로 도시한 부분 단면도이다.

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

(a) 내화재의 가늘고 긴 본체와, (b) 가늘고 긴 금속 로드를 포함하는 스토퍼 로드로서,

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

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

상기 내화재의 가늘고 긴 본체가 적어도 일부분은 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 내화재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드이다.

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

가스에 대해 상대적으로 불투과성 물질이라 함은 스토퍼 로드의 작동 온도 전후에서의 비투과율(specific permeability : m²)이 통상적으로 사용되는 재료들의 비투과율 보다 작다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 상대적으로 불투과성 물질로 된 스토퍼 로드의 작동 온도 전후에서의 비투과율은 통상적으로 사용되는 재료들의 비투과율의 절반 보다 작다. 통상적인 재료는 일반적으로 5x10^-17에서 5x10^-16m²사이의 비투과율을 가진다. 본 발명에 있어서 선호되는 상대적으로 불투과성 물질은5x10^-17m²보다 작은 비투과율을 가진다. 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 적정 내화재는 기공의 평균 지름을 감소시킬 수 있는 첨가제가 포함된 혼합물 중에서 선택된다. 이들 첨가제는 당업자에게 잘 공지되어 있다. 예컨대, 알칼리(Na₂O, K₂O, CaO, B₂O₃, 등), 실리카 등과 같은 용제(fluxing agent)는 내화재의 혼합물에 포함될 수 있다. 고온 상태에 처하게 될 때 탄화물을 형성하는 금속 성분 또한 포함될 수 있다. 또한, 분말 합성물을 공급함으로써 기공의 평균 지름을 결정하는 것이 가능하고, 분말 합성물의 입도 측정은 평균 기공 지름을 감소시키기 위해 결정된다.

분명히, 이들 방법 중 하나 또는 그 이상이 혼용될 수 있다. 바람직하게는, 용제는 내화재의 합성물에 혼합된다.

본 출원인은 불투과성과 용융 금속에 대한 내부식성 사이의 적당한 절충점을 갖는 내화재를 구하는 것이 쉽지 않다는 것을 알았다. 그러므로, 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 내화재 본체는 두 가지 이상의 상이한 내화재를 포함한다. 즉, 내화재 본체는 밀봉 개스킷이 위치한 영역을 실질적으로 둘러싸고 있는 가스에 대해 상대적으로 불투과성 물질을 포함하는 제 1 부분과, 용융 금속에 의한 부식에 대해 저항성을 가지는 내화재를 포함하는 제 2 부분을 구비한다. 본 실시예에 있어서, 내화재 본체의 용융 금속과 접해 있는 부분은 부식에 대해 저항성이 있는 내화재를 반드시 포함하는 것이 바람직하고, 반면에 밀봉 접합점이 위치한 영역을 실질적으로 둘러싸고 있는 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 혼합물을 포함하는 부분은 용융 금속과 접해 있지 않다.

이 경우에, 가스에 대해 상대적으로 불투과성 물질은 스토퍼 로드 작동 온도 전후의 비투과율이 부식에 대해 저항성이 있는 재료 또는 재료들의 비투과율 보다 작은 재료라는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 상대적으로 불투과성 물질로 된 스토퍼 로드의 작동 온도 전후에서의 비투과율은 내부식성 재료들의 비투과율의 절반 보다 작다.

통상적인 내부식성 재료는 일반적으로 5x10^-17내지 5x10^-16m²사이의 비투과율을 가진다. 본 발명에 있어서 선호되는 상대적으로 불투과성 물질은 5x10^-17m²보다 작은 비투과율을 가진다.

본 발명에 있어서의 내화재 본체는 당업자에게 잘 알려진 보편적인 기술 중 어느 것에 의해서든지 제조될 수 있다. 특히, 상기 내화재 본체는 냉간 혹은 열간 프레스 가공 또는 등압 프레스 가공(isostatic pressing)에 의해서도 제조될 수 있다. 편의를 도모하기 위해, 내화재 본체가 몇 가지 다른 내화재를 포함하는 경우에, 한곳 이상의 부분, 즉 일반적으로 접근이 덜 용이한 부분에 대해 먼저 프레스 가공을 행하는 것이 더욱 바람직하다. 일반적인 방식으로, 밀봉 개스킷이 위치하는 영역을 둘러싸는 내화재 본체 부분에 대해 먼저 프레스 성형을 행하는 것이 더 바람직하다.

본원의 스토퍼 로드는 본원에서 참조로 하고 있는 미국 특허 제4,946,083호와 제5,024.422호에 개시된 것과 본질적으로 유사하다. 변형예로서, 본 특허 출원과 동일에 출원된 본 출원인의 벨기에 특허 출원에 기술된 것처럼, 내화재 본체의 환형 밀봉면과 접촉하는 밀봉 개스킷의 압착을 유지하기 위한 수단을 구비한 스토퍼 로드를 이용하는 것도 또한 가능하다.

상기 도면에서, 스토퍼 로드(1)는 상단(4)에서 하단(도시 생략)까지 연장하는 축방향 보어홀(4)을 구비하는 내화재의 가늘고 긴 본체(2)를 포함한다. 내화재 본체는 용탕으로 불활성 가스를 주입하기 위한 수단(도시 생략)을 구비한다.

또한, 내화재 본체는 금속 로드(6)를 부착하기 위한 수단(5)을 구비한다. 금속 로드(6) 또한 그것의 상단(8)에서 하단(9)으로 금속 로드를 통과하는 축방향 보어홀(7)이 마련된다. 상단(8)은 불활성 가스 공급을 위한 연결 장치(도시 생략)를 수용할 수 있도록 되어 있다. 또한, 로드의 상단(8)은 리프팅 기구(도시 생략)에 부착될 수 있도록 되어 있다. 아르곤 등과 같은 압축 가스는 로드(6)에 의해 내화재 본체의 보어홀(3)로 주입되고, 내화재 본체의 하단을 통해 용탕으로 운반된다.

내화재 본체(2)는 밀봉면을 형성하는 확장부(10)을 구비한다. 2 개의 흑연 개스킷(11, 11')이 상기 밀봉면에 설치되고, 이로 인해 공기의 침입과 불활성 가스의 손실을 방지한다.

내화재 본체(2)는 두 가지 이상의 상이한 내화재를 포함한다. 즉, 내화재 본체의 밀봉 개스킷(11, 11')이 위치한 영역을 실질적으로 둘러싸고 있는 가스에 대해 상대적으로 불투과성 물질을 포함하는 제 1 부분(16)과, 용융 금속에 의한 부식에 대해 저항성을 가지는 내화재를 포함하는 제 2 부분(17)을 포함한다.

도 1에서, 금속 로드(6)는 환형 밀봉면을 가지는 칼라(12: collar)를 구비하고, 이 밀봉면은 가스에 대한 밀봉을 발생시키기 위해 내화재 본체의 보어홀의 환형 밀봉면(10)과 대향한다.

도 2에서는, 슬리브(14)가 로드(6)에 끼워져서 개스킷(11, 11')을 압착시킨상태로 유지한다. 이 슬리브는 와셔(13)에 의해 상부에서 차단되고, 다음에 와셔는 너트(15)에 의해 지지된다. 와셔(13)는 조립체에 강성을 증대시키기 위해 내화재 본체(2)의 상단(4)과 접촉해 있는 것이 바람직하다.

슬리브(14)는 금속 로드(6)의 열팽창 계수 보다 더 큰 열팽창 계수를 가지는 재료로 구성되고, 상기 슬리브의 길이는 급탕 중에 처하게 될 온도의 영향하에서, 금속 로드의 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 2에 도시된 바와 같이, 만약 이러한 것이 슬리브에 충분한 길이를 부여하는 것을 필요로 한다면, 슬리브(14)는 내화재 본체(2)의 상단에서 돌출할 수 있다. 슬리브(14)는 금속 로드(6)에 끼워져 있고, 그것으로 회전 및 활주 혹은 단지 활주만의 자유로운 조립을 형성한다. 슬리브(14)의 상단은 금속 로드(6)에 고정 가능하게 위치한 차단 수단(13, 15)에 정확하게 맞대어 있다. 따라서, 팽창 효과에 의해, 슬리브(14)는 상기 차단 수단의 단지 반대되는 축방향으로만 신장된다.

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 열팽창 계수 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, 이들은 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 결딜 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.

또한, 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 스토퍼 로드는 내화재 본체로부터 금속 로드가 분리되는 것을 방지하는 수단을 또한 구비한다. 이러한 수단들은 본원에서 참조로 하고 있는 벨기에 특허 출원 번호 제9800838호에 개시되어 있다. 따라서, 내화재 본체 내에 고정되고, 나사상의 축방향 내부 보어홀을 구비한 금속 삽입물이 내화재 본체에 로드를 고정하기 위한 수단으로 사용될 경우, 내화재 본체로부터 돌출한 지점에서 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. 이러한 고정된 결합은 포오크형 플랜지를 통과하여 내화재 본체 안으로 연장하는 축 형태로 삽입된 핀에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (12)

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 고정되며, 그 상단이 급탕계 내에서 스토퍼 로드를 수직으로 이동시키는 리프팅 기구에 부착되도록 되어있는 스토퍼 로드에 있어서,

   상기 내화재 본체가 가스에 대해 상대적으로 불투과성 물질을 적어도 부분적으로 포함하는 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 하단에서 용탕으로 가스를 주입하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 상기 재료는 기공의 평균 지름을 감소시킬 수 있는 첨가제, 즉 용제와 고온 상태에 처하게 될 때 탄화물을 형성하는 금속 성분들 중에서 하나 이상의 첨가제들을 포함하는 내화재 중에서 선택되어 지는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
5. 제4항에 있어서, 가스에 대해 상대적으로 불투과성인 상기 재료는 알칼리성 산화물 또는 실리카 중에서 선택된 용제를 포함하는 재료 중에서 선택되는것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스에 대해 상대적으로 불투과성 상기 재료는 분말로 된 합성물로 제조되고, 그것의 입도측정이 감소된 비투과율 가진 재료를 얻기 위해 결정되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가스에 대해 상대적으로 불투과성 물질은 통상적인 내화재의 비투과율의 절반 보다 작은 비투과율을 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 가스에 대해 상대적으로 불투과성 물질은 5x10^-17m²이하의 비투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 내화재 본체는 두가지 이상의 내화재를 포함하는 것으로서, 제 1 부분은 밀봉 개스킷이 위치하는 영역을 실질적으로 둘러싸는 가스에 대한 상대적으로 불투과성인 혼합물을 포함하고, 제 2 부분은 용융 금속에 의한 부식에 견디는 내화재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 로드와 내화재 본체의 밀봉면 사이의 기밀은 로드에 위치하는 칼라에 의해 보장되는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 내화재 본체의 환형 밀봉면과 접촉하는 밀봉 개스킷의 압착을 유지하기 위한 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.
12. 제11항에 있어서, 밀봉 개스킷의 압착을 유지시키는 수단으로 로드에 끼워지는 슬리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 스토퍼 로드.