KR200197996Y1 - 턴디시 슬래그 혼입 억제장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 레이들(100)과 턴디시(102) 사이의 용강(101) 주입시 롱노즐(103) 주변을 둘러 싸는 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치로서, 내화물로 된 외피와, 외피를 구성하는 내화물의 안정성을 도모하고 일정치 이상의 겉보기 밀도를 부여하기 위해 내부에 설치된 고형의 강 재질로 된 앵커(128)로 이루어지며, 롱노즐의 직경 보다 큰 직경을 가지며 용강 상부에 존재하여 용강/슬래그의 계면을 따라 이동하여 슬래그의 혼입을 방지하는 부유형 튜브(115-127)로 구성되는 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치에 대한 것이다. 본 고안의 장치는 튜브의 평면 형상이 원형, 타원형, 사각형의 어느 하나일 수 있으며, 튜브의 단면 형상이 사각형, 역사다리꼴형, 타원형, 반원형의 어느 하나일 수 있으며, 튜브의 중간지점에 내화물로 된 돌출부(131)를 형성할 수 있다. 본 고안의 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치에 의하면, 턴디시 롱노즐의 주위에서 발생하는 턴디시 슬래그의 혼입을 억제할 수 있으며, 연속 주조를 통해 생산된 레이들 연결 주편의 청정도를 향상시킬 수 있으며, 연속 주조 주편의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

Description

턴디시 슬래그 혼입 억제장치

본 고안은 레이들과 턴디시(Tundish) 사이의 용강 주입시 롱노즐 주위에서 발생하는 턴디시 슬래그 및 대기의 혼입을 억제하기 위한 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치에 대한 것이다.

일반적으로 종래 기술에서는 제1도에 도시한 바와같이, 레이들(100)과 몰드 사이에서 용강(101)을 보유하고 추가적으로 정련 작업을 수행하기 위하여 턴디시(Tundish)를 사용하고 있는데, 일반적으로 탈산된 용강은 산소 분압이 매우 낮은 상태로 유지되어 있는 고온(약 1500℃)의 융체이기 때문에 대기에 일단 노출되면, 흡질 현상과 재산화 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 레이들과 턴디시 사이에서 용강 주입시에는 롱노즐(Long nozzle)(103) 또는 공기 실링 박스를 이용하여 대기로의 노출을 차단하고 있으며 턴디시와 몰드 사이의 용강 주입시에는 침지 노즐(104)을 설치하여 무산화 주조를 행하고 있는 것이 최근의 연속 주조 기술에어서의 경향이다.

한편, 레이들과 턴디시 사이에서의 용강 보호를 위해 고안된 롱노즐(103)과 공기실링 박스 중에서는 취급의 용이성, 장치의 단순성으로 인해 현재 롱노즐이 보다 선호되어 범용적으로 쓰이고 있는 실정이며, 제1도는 롱노즐을 장착한 경우 레이들과 턴디시간의 내화물의 구성을 도시하고 있다.

한편, 제2도에 도시한 바와같이, 롱노즐을 적용한 조업에 있어서, 턴디시의 용강 중으로의 롱노즐 침지 깊이(A)가 얕거나 주입 속도(B)가 과도하게 큰 경우에는 노즐 주위에서의 용강과 슬래그의 계면이 불안정해지는 현상이 발생하여 용강중으로의 혼입 슬래그(C, D)가 야기된다. 이러한 현상은 레이들 연결부의 용강에 있어서 보다 심각한 문제로 대두되는데, 그 이유는 레이들 교환으로 인해 턴디시 탕면이 과도하게 낮아지고, 낮아진 용강 높이를 복구하기 위해 비교적 높은 주입 속도로 작업이 진행되기 때문이다. 레이들 연결부의 품질 지표는 정상부에 비해 상당히 열위하다. 전해 추출 공정을 통해 도출된 대형 개재물량은 정상부의 2배 이상의 수준이며, 강중 전산소량은 정상부 대비 3 - 5 ppm 이 높고, 강중 질소 함량도 2 - 5 ppm이 높다. 결국 레이들 연결주편의 냉연 제강성 결함율이 높을 것은 당연한 귀결이다. 보통 연결 주편의 품질 거절 비율은 정상부인 중주편에 비해 1.5배 수준으로 매우 높다. 또한, 후공정 제품 및 최종 제품에서의 불량 발생 가능성을 항상 내포하고 있으므로 인해 수요가의 요구 및 극박화, 심가공화 추세를 수용하지 못하게 된다. 현재까지 이러한 주편은 타용도로 전환되거나, 장시간 압연이 보류되거나, 표면 스카핑(Scarfing)을 거쳐야 하므로써 철강 생산성을 저하시키는 큰 요인으로 작용하고 있으며 개선이 요구되었다.

제2도는 주입 속도(B)가 과도하게 큰 경우 또는 롱노즐의 침지 깊이(A)가 얕은 경우 발생하는 턴디시 슬래그(109)의 혼입 경로를 나타내었다. 제2도로부터 알수 있는 바와같이, 턴디시 슬래그의 용강중으로의 혼입은 슬래그 / 용강 계면에서의 와류(Vortex) 혼입 슬래그(C)와 롱노즐 외벽을 따라 흘러 내려가는 혼입 슬래그(D)의 두가지 경로를 통해 발생된다. 턴디시 슬래그의 용강중 혼입에는 주입 속도(B) 및 롱노즐 침지 깊이(A)가 다같이 영향을 미치나, 일반적으로 볼 때, 주입 속도가 크면, 와류혼입 슬래그(C)에 의한 슬래그 혼입이 지배적이며, 롱노즐의 침지 깊이가 얕으면 혼입 슬래그(D)가 지배적이게 된다.

주입 속도가 과도하게 크거나, 롱노즐의 침지 깊이가 얕은 경우에 발생하는 턴디시 슬래그 혼입 기구를 제3도에 도시하였다. 롱노즐(104)과 인접한 슬래그 / 용강 계면에 있어 직접 토출류에 기인한 하향류와 벽체나 와이어(Weir)를 경유한 용강의 반전류(E)가 합쳐져 그 상승 작용으로 슬래그의 혼입이 가속화된다. 따라서 롱노즐 인접 영역의 제한된 용강에 대해 유체 흐름의 국부적인 정체 영역을 형성시킴으로써 와류 발생을 억제하면, 슬래그의 용강중으로의 혼입을 크게 억제할 수 있음을 알 수 있다.

제4도는 레이들과 턴디시 사이에서 슬래그의 혼입을 방지하기 위해 종래 도입된 링을 장착한 롱노즐(111)을 도시하며, 탕면 보다 낮은 위치에 존재하는 노즐의 외벽에 요철부(112)를 형성하면, 요철부 상부에 용강의 정체 영역이 형성되어 슬래그가 노즐의 외벽을 타고 내려가는 현상이 방지될 뿐만아니라, 하향류와 반전류를 분리시켜 두 흐름의 합에 의한 상승 작용을 방지할 수 있는 것이다. 그러나, 이 종래 기술에서는 용강/슬래그 계면이 변화하는 레이들 연결부에서 신축적으로 대응하지 못한다는 것이다. 용강/슬래그 계면이 요철부보다 매우 높거나 낮은 경우 요철부는 슬래그 혼입을 방지하는 억제장치로서의 기능을 상실하게 된다.

제5도는 레이들과 턴디시 사이에서 슬래그의 혼입 방지를 위해 종래 사용되던 또 다른 형태의 혼입 방지 장치를 도시한다. 이는 대구경의 내화물 튜브를 턴디시 카바(114)에 부착하여 고정시키고 부착된 튜브의 내부로 Ar 가스를 취입함으로써 슬래그와 대기의 혼입을 차단하며, 강의 청정도를 개선하는 데 그 목적을 두고 있다. 그러나 침지 튜브(113)라고 불리는 이 장치는 사용상 많은 문제점을 내포하고 있다. 우선, 부피가 너무 커서 취급상의 어려움이 있고, 소모형 내화물인데도 값이 고가로 경제적인 불리점이 존재하는 것이며, 다음에는 사용 도중 쉽게 파괴되어 안정성이 없다는 점이다. 이는 침지된 내화물을 용강의 부력으로 부상시키려하나, 내화물간의 결합력 또는 내화물과 턴디시 카바(114)의 결속력이 이를 감당하지 못하므로 침지 튜브에 균열이 발생하고 종국에는 붕괴에 까지 이르게 되는 문제점이 존재하였던 것이다.

상기 설명한 바와같이, 종래 기술에 있어서는 롱노즐 주위에서의 슬래그 혼입을 적절하게 억제할 수 없었으며, 링 부착 노즐의 경우 간단하고 효과적이기는 하나, 탕면이 변화하는 상황에 고루 대처할 수 없는 문제점을 지니고 있으며, 턴디시 침지 튜브(113)의 경우 취급성, 경제성, 안정성이 부족하여 그 사용이 곤란한 문제가 존재하였다.

본 고안은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 연속 주조 슬라브(Slab)의 품질을 향상시키기 위하여 레이들 교환시 및, 턴디시 롱노즐의 침지 깊이가 얕아졌거나, 레이들 턴디시간 용강 주입 속도가 과도하게 큰 경우 발생하는 턴디시 슬래그의 용강중 혼입 현상을 억제할수 있는 턴디시(Tundish) 슬래그 혼입 억제 장치를 제공하는 것을 목적으로한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치는, 레이들과 턴디시 사이의 용강 주입시 롱노즐 주변을 둘러 싸는 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치로서, 내화물로 된 외피와, 외피를 구성하는 내화물의 안정성을 도모하고 일정치 이상의 겉보기 밀도를 부여하기 위해 내부에 설치된 고형의 강 재질로 된 앵커로 이루어지며, 롱노즐의 직경 보다 큰 직경을 가지며 용강 상부에 존재하여 용강/슬래그의 계면을 따라 이동하여 슬래그의 혼입을 방지하는 부유형 튜브로 구성된다. 튜브의 평면 형상은 원형, 타원형, 사각형의 어느 하나일 수 있으며, 튜브의 단면 형상이 사각형, 역사다리꼴형, 타원형, 반원형의 어느 하나일 수 있으며, 튜브의 중간지점에 내화물로 된 돌출부(131)를 구비할 수 있다.

제1도는 종래 기술에서의 레이들과 턴디시 사이의 내화물의 구성을 도시한 도면이며,

제2도는 턴디시 슬래그의 용강중으로의 혼입 경로를 도시하는 도면이며,

제3도는 턴디시 슬래그의 용강중으로 혼입을 도시하는 또 다른 도면이며,

제4(a)도 내지 제4(d)도는 종래 기술의 턴디시 침지 튜브를 도시하는 도면이며,

제5도는 종래 기술에서 턴디시 침지 튜브의 사용예를 도시하는 도면이며,

제6도는 본 고안에 따른 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브를 개략적으로 도시한 도면이며,

제7(a)도 내지 제7(c)도는 본 고안에 따른 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브의 사시도이며,

제8(a)도 내지 제8(c)도는 제7(a)도 내지 제7(c)도에 도시된 부유형 튜브의 평면도이고, 제8(d)도 내지 제8(f)도는 각각 (a)도 내지 (c)도의 A-A선, B-B선, C-C선 단면도이며,

제9(a)도 내지 제9(c)도는 다른 실시예의 부유형 튜브의 평면도이고, 제9(d)도 내지 제9(f)도는 각각 (a)도 내지 (c)도의 A-A선, B-B선, C-C선 단면도이며,

제10(a)도 내지 제10(c)도는 또 다른 실시예의 부유형 튜브의 평면도이고, (d)도 내지 (f)도는 각각 (a)도 내지 (c)도의 A-A선, B-B선, C-C선 단면도이며,

제11(a)도 내지 제11(c)도는 다른 실시예의 부유형 튜브의 평면도이고, 제11(d)도 내지 11(f)도는 각각 (a)도 내지 (c)도의 A-A선, B-B선, C-C선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 레이들 101 : 용강

102 : 턴디시(Tundish) 103, 111 : 롱노즐

104 : 침지노즐 109 : 턴디시슬래그

112 : 내화물링(요철부) 113 : 침지튜브

114 : 턴디시카바 115-127 : 부유형튜브

128 : 앵커 131 : 돌출부

A : 롱노즐 침지깊이 B : 용강 주입속도

C : 와류 혼입 슬래그 D : 외벽혼입슬래그

E : 용강반전류

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 고안의 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구체적으로 설명한다.

제6도는 본 고안에 따른 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브를 개략적으로 도시한 도면인데, 우선 본 고안의 원리를 설명하면 다음과 같다.

앞에서 설명한 바와같이, 롱노즐 주위에서의 턴디시 슬래그의 혼입은 롱노즐을 따라 분출되는 용강의 하향류와 반전류가 슬래그를 용강 내부로 빨려 들어가게 함으로써 발생한다. 따라서 롱노즐 인접 영역의 제한된 용강에 대해 유체흐름의 국부적인 정체 영역을 형성시키고 하향류와 반전류가 노즐 직하에서 합쳐지는 것을 방지하면 슬래그의 용강중 혼입이 크게 억제될 수 있을 것임을 알 수 있다.

본 고안은 이러한 원래에 입각하여 이루어진 것으로 종래 기술과 근본적으로 상이하며 보다 큰 효과가 얻어진다.

제6도에 도시한 바와같이, 본 고안의 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치는 부유형 튜브로 이루어지는데, 이 부유형 튜브는 롱노즐보다 직경이 훨씬 큰 슬래그 혼입 방지용 내화물 튜브를 롱노즐 주위에 설치한 구성으로, 내화물 튜브의 평면 및 단면 형상과 튜브 및 앵커의 크기에 특징이 있다.

본 고안을 구성하는 부유형 튜브(115-127)는 주로 비중이 3-4인 내화물로 된 외피와 내부에 삽입 설치된 강(Steel) 재질의 앵커(128)로 구성되고 링의 형태를 가진 길이가 짧은 튜브 형태이다. 일정한 위치에 고정되어 있는 것이 아니므로 용강/슬래그 계면의 이동시에도 함께 이동하여 신축적으로 슬래그 혼입을 억제할 수 있으며, 부피가 작고 취급이 용이하고 단가가 저렴하며 붕괴될 위험성이 없는 등의 장점이 있다.

제7(a)도 내지 제7(c)도에서는 본 고안에 따른 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브의 사시도를 도시하고 있는 데, (a)도는 사각형 형상의 부유형 튜브(116)이며, (b)도는 원형의 부유형 튜브(117)이며, (c)도는 타원형 튜브(118)이다.

제8(a)도 내지 제11(f)도는 본 고안에 따른 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브의 여러 실시예의 평면도 및 단면도를 도시하고 있는데, 제8(a)도 내지 제8(f)도에서는 상부와 하부가 동일한 치수를 가지는 형태로, 제8(a)도 내지 제8(c)도는 제7(a)도 내지 제7(c)도에 도시된 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브(116-118)의 평면도이며, (d)도 내지 (f)도는는 각각 (a)도 내지 (c)도의 A-A선, B-B선, C-C선 단면도이다.

제9(a)도 내지 (f)도에서는 상부 보다 하부가 더 큰 치수를 가지는 역사다리꼴 형상의 부유형 튜브(119-121)를 도시하고 있는데, (a)도 내지 (c)도는 각각 사각형, 원형, 타원형의 부유형 튜브(119-121)를 도시하는 평면도이고, (d)도 내지 (f)도는 각각 (a)도 내지 (c)도의 A-A선, B-B선, C-C선 단면도이다.

제10(a)도 내지 (f)도에 도시된 부유형 튜브(122-124)는 튜브의 중간 지점에 내화물로 된 돌출부(131)가 구비되며, 이 돌출부에 의해 용강의 급격한 요동에 의해 튜브(122-124)가 뒤집히는 것이 방지된다.

제11(a)도 내지 (f)는 또 다른 변형 실시예를 도시하고 있는 데, 단면이 타원형이나 반원형인 튜브(125-127)로 구성된다. 이러한 형태의 튜브에 의하면, 용강의 급격한 요동에 대해 보다 안정적으로 대처할 수 있다.

튜브의 내부에는 내화물의 안정성을 도모하고 일정치 이상의 겉보기 밀도를 갖을 수 있도록 강 재질의 앵커(128)를 설치하는데, 이 앵커(128)의 개략적인 형상이 제8(a)도 내지 제11(f)도에 도시되고 있다. 이 앵커를 삽입함으로써 저비중의 내화물 튜브가 용강 중에 충분히 침지되도록 하기 위해서는 앵커의 부피가 튜브 전체 부피의 1/2 이상이어야 한다. 튜브의 높이는 300 내지 500 mm이어야 하며, 슬래그 혼입을 억제하기 위한 롱노즐의 최대 침지 깊이인 250mm와 용강/슬래그 계면의 중간 지점인 125mm 이하로 튜브가 침지되도록 300mm가 요구되는 것이다.

그러나 400mm 이상의 높이에서는 효과는 동일한 반면, 안정성은 떨어지고 부피도 커져서 이점이 없다. 튜브의 직경은 최소 300mm 이상 600 mm 이하가 적합하다. 평면 형상이 사각형인 경우 직경은 변의 길이로 대체되며, 직경이나 변의 길이가 300mm이상이 요구되는 것은 직경 (또는 변의 길이)에 대한 높이의 비가 1미만일 때, 튜브가 용강 중에서 안정적으로 존재할 수 있기 때문이다. 600 mm 이상이 되면, 튜브 안쪽에서 또 다른 반전류의 회로가 형성되어 슬래그 혼입 억제 기능을 상실하게 된다. 또한, 대부분의 턴디시에서 바닥폭이 600 mm 정도이므로 그 이상의 직경은 취급상 어려움만 가져올 뿐 의미가 없다.

턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브의 작용은 아래와 같다.

상기 설명한 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치를 구성하는 부유형 튜브를 주조전에 턴디시(102)의 중앙 바닥에 배치하고 주조를 시작한다. 탕면 높이에 따라 점차 상승된 부유형 튜브는 롱노즐(103)을 포위하게 되고 정상 주조 상태에서는 이 부유형 튜브가 용강 슬래그(109) 계면을 따라 움직이며, 슬래그의 혼입을 억제하게 된다.

상기 설명한 본 고안에 따른 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치에 의하면, 턴디시 롱노즐의 주위에서 발생하는 턴디시 슬래그의 혼입을 억제할 수 있으며, 연속 주조를 통해 생산된 레이들 연결 주편의 청정도를 향상시킬 수 있으며, 연속 주조 주편의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (1)

1. 레이들(100)과 턴디시(102) 사이의 용강(101) 주입시 롱노즐(103) 주변을 둘러싸는 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치로서, 내화물로 된 외피와, 상기 외피를 구성하는 내화물의 내부에 설치된 고형의 강 재질로 된 앵커(128)로 이루어지고, 상기 롱노즐의 직경보다 큰 직경을 가지며 상기 용강 상부에 존재하여 용강/슬래그의 계면을 따라 이동하는 부유형 튜브(115-127)로 이루어지며, 상기 부유형 튜브의 평면 형상이 원형, 타원형, 사각형의 어느 하나이고, 단면 형상이 사각형, 역사다리꼴형, 타원형, 반원형의 어느 하나이며, 상기 부유형 튜브의 중간지점에 내화물로 된 돌출부(131)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 턴디시 슬래그 혼입 억제 장치.