KR20020086918A - 용금의 연속 주조 중에 흐름을 계량하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

막힘이 감소된 액체 금속 유동 제어용 계량 게이트(1010)의 제1 유로 보어(1031)에는, 유입 축선(1015)이 있는 유입구(1032)와 유출 축선(1033)이 있는 유출구(1038)가 마련되어 있다. 유입 축선(1015)과 유출 축선(1033)은 옵셋(1036)되어 있다. 상판(1030) 상에 활주 가능하게 장착된 교축판(1040)은 상판(1030)으로부터 흐름을 선택적으로 수용한다. 계량 게이트(1010)는 부분 개방 시에 덜 왜곡되고 더욱 대칭적인 유동 경로를 제공하지만, 완전 개방 시에 비교적 직선형인 하향 유로를 제공하여 전량으로 흐를 수 있게 한다.

Description

용금의 연속 주조 중에 흐름을 계량하는 장치 및 방법 {SLIDING GATE FOR LIQUID METAL FLOW CONTROL}

턴디쉬(tundish)와 같은 주입 용기를 빠져나오는 액체 금속의 유량을 제어하는 데에는 판이 셋 있는 계량 게이트가 사용된다. 예를 들면, 연속 주조기의 턴디쉬로부터 흘러나와 주형으로 들어가는 액체 강의 유량을 제어하기 위해 계량 게이트가 사용될 수 있다.

계량 게이트는 유로가 각각 있는 내화 구성품들의 조립체로 구성된다. 내화 구성품들 내의 유로(즉, 구멍 또는 보어)는 계량 게이트를 통하여 완전한 유로가 마련되도록 서로 조립되고, 주입 용기와 유체 연통하여, 그 유로를 통해 액체 금속이 흐를 수 있게 된다.

계량 게이트의 내화 구성품들은, 계량 게이트를 통과하는 액체 금속의 유량을 제어하기 위해 하나의 구성품, 즉 교축판이 계량 게이트 조립체 내에서 횡방향으로 활주할 수 있도록 기계적 수단에 의해 조립되고 서로 체결된다. 주입 용기를 빠져나오는 액체 금속의 유량을 제어하기 위해 교축판을 여러 위치로 활주시킴으로써 계량 게이트가 폐쇄, 부분 개방 또는 완전 개방된다.

턴디쉬를 빠져나오는 액체 강의 흐름을 계량 게이트로 제어하는 데에는 전형적으로 몇 가지 문제가 연관되어 있다. 그러한 문제에는, (1) 계량 게이트의 유로 내에서의 금속 흐름이 굴곡되어 액체 금속의 과도한 난류와 비대칭적인 배출을 유발할 수 있고, (2) 유로의 벽에 달라붙는 금속 물질 및 비금속 물질의 축적으로 유로가 매우 불균일하게 막힘에 따라 액체 금속이 원하는 유량으로 매끄럽게 배출되도록 하는 능력이 상실되며, (3) 계량 게이트의 내화 구성품에 대한 국소적 부식이 가속화되어 액체 금속이 오염되며, 잠재적으로 제어 불능 또는 금속 누출이 발생할 수 있다는 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 3판식 계량 게이트 조립체(10)[이하 "게이트(10)"라고 부름]는 전형적으로 다섯 개의 기본 구성품, 즉 웰 노즐(well nozzle)(20), 상판(30), 교축판(40), 하판(50) 및 유출관(60)으로 이루어져 있다. 액체 금속(도시하지 않았음)은 상단에서 게이트(10)로 흘러들어가 하면에서 게이트(10)로부터 빠져나온다.

웰 노즐(20)은 주입 용기(도시하지 않았음)로부터 흘러나오는 액체 금속이 웰 노즐(20)의 상단에서 유로 보어(22)로 흘러들어가게 하는 파이프이다. 상판(30)은 웰 노즐(20)의 하면과 접촉하고 있으며, 유로 보어(32)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상판(30)의 유로 보어(32)의 중심 축선(35)은 웰 노즐(20)의 유로 보어(22)의 중심 축선(25)과 동일 직선 상에 있다.

교축판(40)은 상판(30)의 하면과 접촉하고 있다. 게이트(10)는 교축판(40)이 게이트(10)의 다른 구성품에 대해 횡방향으로 활주할 수 있도록 설계된다. 하판(50)은 교축판(40)의 하면과 접촉하고 있으며, 유로 보어(52)를 포함한다. 하판(50)의 유로 보어(52)의 중심 축선(55)은 웰 노즐(20)의 유로 보어(22)의 중심 축선(25)과 동일 직선 상에 있다.

유출관(60)은 하판(50)의 하면과 접촉하고 있으며, 유로 보어(62)를 포함한다. 유출관(60)의 유로 보어(62)의 중심 축선(65)은 웰 노즐(20)의 유로 보어(22)의 중심 축선(25)과 동일 직선 상에 있다.

웰 노즐(20), 상판(30), 하판(50) 및 유출관(60)의 각 유로 보어(22, 32, 52 및 62)의 중심 축선(25, 35, 55 및 65)은 동일 직선 상에 있으며, 모두 함께 게이트(10)의 "중심 주축선"(15)을 형성한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 교축판(50)은 게이트의 완전 개방 위치(도 3)와 부분 개방 위치(도 4) 및 폐쇄 위치(도 5) 사이에서 활주한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 보통의 작동 중에는, 게이트(10)를 통과하는 액체 금속의 유량이 계량될 수 있도록, 즉 원하는 유량으로 설정 및 제어될 수 있도록 교축판(40)이 부분 개방 위치에 있는 것이 전형적이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 게이트(10)를 통과하는 액체 금속의 유량이 최대가 되도록 교축판(40)이 완전 개방 위치에 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 교축판(40)은 게이트(10)를 통과하는 액체 금속의 흐름을 차단하는 폐쇄 위치에 있을 수 있다.

계량 게이트의 구성품들은 통합되거나 분할될 수 있다. 예를 들면, 구성품의 수를 줄이기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 게이트(710)가 세 부분으로만 구성될 수 있으며, 그렇게 되면, 웰 노즐이 상판과 통합되어 제1 구성품(712)을 형성하고, 하판이 유출관과 통합되어 제2 구성품(714)을 형성하여, 교축판(740)과 선택적으로 유체 연통하도록 위치할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 웰 노즐(812)과 교축판(813) 및 하판(814)이 있는 게이트(810)의 유출관을 더 쉽게 교체하기 위하여, 하판(814)을 두 판(816 및 818)으로 분할할 수 있다.

기본적인 3판식 게이트 구성품들의 몇 가지 변형례가 사용되고 있다. 예를 들면, 웰 노즐(20)의 유로 보어(22)가 테이퍼진 절단 원뿔 형상이고, 상판(30)의 유로 보어(32)와 하판(50)의 유로 보어(52) 및 유출관(60)의 유로 보어(62)가 단순한 원통형으로 되어 있는 도 1 내지 도 5에 도시된 게이트와는 달리, 도 8에 도시된 것처럼 게이트(110)의 웰 노즐(120)은 원통형 보어(122)로 되어 있고, 상판(130)의 보어(132)는 절단 원뿔 형상이며, 교축판(140)과 하판(150) 및 유출관(160)의 보어들은 도 1 내지 도 5의 경우와 동일하게 구성될 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 게이트(210)의 웰 노즐(220)과 상판(230)의 보어(222 및 232)가 절단 원뿔 형상이고, 교축판(240)과 하판(250) 및 유출관(260)의 보어들은 도 1 내지 도 5의 게이트(10)와 동일하게 구성될 수 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이, 게이트(310)의 웰 노즐(320)은 포물면 형상의 보어(322)로 되어 있고, 상판(330)은 원뿔 형상의 보어(332)로 되어 있으며, 교축판(340)과 하판(350) 및 유출관(360)의 보어들은 도 1 내지 도 5의 게이트(10)와 동일하게 구성될 수 있다.

도 11에는 게이트(410)의 또 다른 변형례가 도시되어 있는데, 이 변형례에서는 교축판(440)을 통과하는 흐름을 게이트(410)의 중심 주축선(415)을 향해 되돌리기 위하여 교축판(440) 내의 원통형 보어(442)가 판면(443)에 대해 소정 각도로 기울어져 있다. 도 12 및 도 13에는 게이트(410)의 부분 개방 위치 및 폐쇄 위치가 각각 도시되어 있다.

게이트(410)에서는, 웰 노즐(420), 상판(430), 교축판(440), 하판(450) 및 유출관(460)의 각 보어(422, 432, 442, 452 및 462)가 전체적으로 축대칭이다. 예를 들면, 이들 보어는 원통 또는 절단 원뿔 형상으로 되어 있다. 웰 노즐(420), 상판(430), 하판(450) 및 유출관(460)의 중심 축선(425, 435, 455 및 465)은 대체로 동일 직선 상에 있다.

폐쇄 시에 교축판으로부터 배출이 더 잘 이루어지도록 하기 위한 계량 게이트의 다른 변형례들이 개발되었다. 예를 들면, 도 14 내지 도 16에는 게이트의 개방 위치, 부분 개방 위치 및 폐쇄 위치에 각각 있는 웰 노즐(520), 상판(530), 교축판(540), 하판(550) 및 유출관(560)을 포함하는 게이트(510)가 도시되어 있다. 이 게이트(510)는, 교축판의 유로 보어(542)가 한쪽 측부의 하부 엣지(546) 부근에서 특수한 드레인 컷(drain cut)(544)에 의해 연장되어, 도 16에 도시된 바와 같이 게이트가 폐쇄 위치에 있을 때 유로 보어(542)로부터 액체 금속을 배출시킨다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 5의 게이트와 유사하다. 이러한 구성에 의해 교축판의 유로 보어(542)에 액체 금속이 갇히는 것이 방지되는데, 그러한 구성을 취하지 않는다면 게이트(510)가 임시로 폐쇄되었을 때 액체 금속이 응고될 수 있다.

도 17 내지 도 19에는, 또 다른 배출 특성을 제공하는, 게이트의 개방 위치와 부분 개방 위치 및 폐쇄 위치에 각각 있는, 웰 노즐(620), 상판(630), 교축판(640), 하판(650) 및 유출관(660)을 포함하는 또 다른 게이트(610)가 도시되어 있다. 절단 원뿔 형상의 보어(652)는 하판(650)의 상단면(654)에서의 직경이 하판(650)의 하면(656)에서의 직경보다 크다.

불행하게도, 전술한 모든 게이트 설계들은 게이트가 부분 개방되었을 때, 즉 액체 금속 주입 중의 보통의 작동 위치에서 액체 금속의 유동 경로가 구불구불하다. 계량 게이트는 최대 유량으로 설계되지만, 최대 유량의 대략 50%에서 작동해야 한다. 그러면, 대량 생산 또는 다량 주조에 종종 필요할 수 있는, 과도 용량 및 원하는 게이트 제어 응답이 확보된다. 따라서, 액체 금속 주입 중에 게이트가 부분 개방되어 있는 것은 전형적인데, 왜냐하면 유로의 크기는 최대 유량의 주조를 위해 충분히 개방될 수 있을 정도로 커야 하지만, 게이트는 최대 유량 미만에서 작동하는 것이 전형적이기 때문이다. 노즐을 통해 흐르는 액체 금속의 필요량 또는 원하는 양은 주조 작업 중에 변하는 것이 전형적이며, 최대값보다 많이 작은 것이 일반적으로, 대부분의 시간 동안 최대값의 30% 내지 70%이다. 그 결과, 부분 개방 시에 이들 게이트에 형성되는 굴곡되고 비틀어진 유동 경로는, (1) 액체 금속의 비대칭적인 배출, (2) 유로 내의 과도한 난류, (3) 국소 지역에서 내화 재료의 부식이 가속화될 가능성, (4) 흐름의 과도한 제약, (5) 유로의 주요 지점이 급격히 막히는 것을 야기한다. 이들의 순 효과로서, 게이트 구성품들의 수명이 단축되고 작업 비용이 상승한다.

부분 개방 시에 게이트에 의해 발생한 왜곡된 유동이, 게이트(210)(도 9) 및게이트(410)(도 11 내지 도 13)에 대해 각각 도 20 및 도 21에 개략적으로 도시되어 있다. 도 20에서, 유로(212) 내의 흐름(217)은 (A 구역에서) 교축판(240)의 상부 턱(ledge)(248)과 충돌하는데, 그러면 흐름(271) 중 충돌한 부분이 보어(242)의 입구를 향해 급격히 굴곡된다. 흐름(212)의 나머지 부분인 흐름(272)은 훨씬 적게 굴곡된다. 이렇게 유동이 주로 한쪽으로 굴곡되면, 흐름(273)이 교축판 보어(242)의 표면으로부터 그 상단 엣지(248) 아래에서 분리되어 보어(242)를 향해 역류한다. 교축판(242) 내에 형성된 고속 제트류(274)는 유로(212)의 중심 주축선(215)으로부터 강하게 편향되어 멀어진다. 이 편향된 제트류는 하판(250)의 보어(252)의 한쪽 측부(B 구역)와 충돌하여, 상판(230)에 의해 형성된 턱 아래의 재순환류(275)로 유체를 공급한다. 전술한 바와 같은 유동의 격심한 굴곡 및 편향은 하판(250) 및 유출관(260)에 비대칭적인 유동 패턴이 생기게 하며, 동시에 (1) 고속류(276)가 유로(212)의 한쪽으로 국한되고, (2) 심한 난류 부분(278 및 279)을 포함한 광범위한 재순환류(277)가 유로(212)의 대부분을 차지하게 된다.

이러한 흐름 거동에는 결함이 있는데, 왜냐하면 과도한 압력 손실을 초래하고 막힘 및 부식을 촉진하기 때문이다. 유동의 강한 굴곡 및 편향과 내화 재료에 대한 충돌(예를 들면, A 및 B 지점에서)은 흐름을 과도하게 제한하며, 막힘 물질의 축적에 의해 액체 금속의 배출이 더 쉽게 방해받는다. 재순환류(275)에는 유입 유체가 공급되므로, 교축판(240)의 보어(242) 내에 비금속 막힘 물질의 축적에 이상적인 상태가 되며, 이는 게이트 성능에 치명적인 문제이다. 유출관(260)내 유동의 비대칭적인 속성, 즉 한쪽에는 제트류(277)가 집중되어 있고 다른 한쪽에는 난류재순환(279)이 발생함으로 인하여, (1) 유출관(260)으로부터 액체 금속이 비대칭적으로 배출되어 주조 금속의 품질에 악영향을 줄 수 있으며, (2) 유출관(260)이 불균일하고 빠르게 막힐 수 있다. 또한, B 구역에서와 같이 보어(252)의 측부에 흐름이 충돌함으로써 내화 재료의 국소 부식 문제를 악화시킨다.

도 21을 참조하면, 유동을 게이트(410)의 중심 주축선(415)을 향해 되돌리려는 한 가지 시도는 실패하였고, 오히려 게이트(410)가 부분 개방되었을 때의 왜곡된 유동 경로 및 유동 분포의 비대칭 속성과 관련된 문제를 악화시키고 있다. 도 21에는, 교축판(440)에 경사진 원통형 보어(442)가 있고 하판(450)에 절단 원뿔형 보어(452)가 있는 게이트(410)와 관련된 유동 패턴이 도시되어 있다. 도 21의 유동 패턴은 도 20의 유동 패턴과 비슷하지만, 더욱 비대칭적이다. 구체적으로 설명하면, 경사진 교축판 보어 내의 흐름(471)은 교축판(440)의 상단 턱(446) 상부의 충돌 지점(A 구역)에서 더 급격하게 굴곡되며, 흐름(472)은 흐름(471)보다 훨씬 적게 굴곡된다. 그 이유는, 도 20과 도 21을 비교할 때, 경사진 원통형 보어(442)의 경우에는 보어(242)의 입구가 대체로 우측으로 옮겨져 있어 실제로 턱(446)이 더 길어지므로, 더 작은 상단 턱과 상호 작용하는 흐름(271)보다 흐름(471)이 중심 주축선(451)에 대해 더 직교하게 되기 때문이다.

또한, 교축판(440)의 보어(442)가 경사져 있으므로, 교축판(240)의 보어(242)의 한쪽에서 도 20에 비해 더 넓은 구역에서 흐름(473)의 분리가 촉진된다. 고속류(474)는 게이트(410)의 중심 주축선(415)으로부터 더 심하게 편향되어 멀어져, 하판(452)의 한쪽 측부(B 구역)에 더욱 직접적으로 충돌한다. 고속 제류류의 직접 충돌이 증가하면, 상판 턱(446) 아래에서 재순환류(475 및 476)의 비율이 상승하고, 유출관(460)으로 유입되는 고속류(477)가 유로(462)의 한쪽으로 제한되는 정도가 커진다. 그에 따라, 유로(462)의 다른쪽에서 난류(478, 479 및 480)의 범위가 증가한다. 결과적으로, 배출이 과도하게 제한되고, 유출관(460)으로 유입되는 유동의 비대칭성이 더욱 심해져 막힘 및 부식이 촉진된다.

따라서, 게이트가 부분 개방되었을 때 게이트의 중심 주축선을 향해 흐름을 되돌리기 위해, 교축판 내의 유로에 각도를 주거나 경사지게 함으로써 유동 대칭성을 개선하려는 시도의 계량 게이트 설계에는 결함이 있으며, 작동 중에 더 큰 문제가 생기게 할 수 있다.

전술한 내용은 직선형의 액체 금속 유동 경로를 촉진하는 계량 게이트에 대한 필요를 보여준다.

본 발명은 금속 주조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 금속의 주조 중에 액체 금속을 계량하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조로 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 도면 부호는 상응하는 특징들을 일관성 있게 나타낸다.

도 1은 부분 개방 위치에 있는 공지된 계량 게이트의 평면도.

도 2는 부분 개방 위치에 있는 계량 게이트를 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 취한 단면도.

도 3은 완전 개방 위치에 있는 도 2의 실시 형태를 도시한 도면.

도 4는 부분 개방 위치에 있는 도 2의 실시 형태를 도시한 도면.

도 5는 게이트 폐쇄 위치에 있는 도 2의 실시 형태를 도시한 도면.

도 6은 부분 개방 위치에 있는 제2의 공지된 계량 게이트의 단면도.

도 7은 부분 개방 위치에 있는 제3의 공지된 계량 게이트의 단면도.

도 8은 부분 개방 위치에 있는 제4의 공지된 계량 게이트의 단면도.

도 9는 부분 개방 위치에 있는 제5의 공지된 계량 게이트의 세부 단면도.

도 10은 부분 개방 위치에 있는 제6의 공지된 계량 게이트의 단면도.

도 11은 교축판 보어가 경사져 있는 제7의 공지된 계량 게이트가 완전 개방 위치에 있는 상태를 도시한 단면도.

도 12는 부분 개방 위치에 있는 도 11의 계량 게이트를 도시한 도면.

도 13은 게이트 폐쇄 개방 위치에 있는 도 11의 계량 게이트를 도시한 도면.

도 14는 완전 개방 위치에 있는 제8의 공지된 계량 게이트의 단면도.

도 15는 부분 개방 위치에 있는 도 14의 계량 게이트를 도시한 도면.

도 16은 게이트 폐쇄 위치에 있는 도 14의 계량 게이트를 도시한 도면.

도 17은 완전 개방 위치에 있는 제9의 공지된 계량 게이트의 단면도.

도 18은 부분 개방 위치에 있는 도 17의 계량 게이트를 도시한 도면.

도 19는 게이트 폐쇄 위치에 있는 도 17의 계량 게이트를 도시한 도면.

도 20은 도 9의 계량 게이트 내의 유동 패턴을 도시한 도면.

도 21은 도 12의 계량 게이트 내의 유동 패턴을 도시한 도면.

도 22는 부분 개방 위치에 있는 본 발명에 따라 구성된 계량 게이트의 한 가지 실시 형태의 평면도.

도 23은 도 22의 XXⅢ-XXⅢ 선을 따라 취한 세부 단면도.

도 24는 도 22의 계량 게이트의 상판을 도시한 확대 평면도.

도 25는 도 24의 XXV-XXV 선을 따라 취한 단면도.

도 26은 완전 개방 위치에 있는 도 23의 실시 형태를 도시한 도면.

도 27은 부분 개방 위치에 있는 도 23의 실시 형태를 도시한 도면.

도 28은 게이트 폐쇄 위치에 있는 도 23의 실시 형태를 도시한 도면.

도 29는 도 23의 계량 게이트의 유동 패턴을 도시한 도면.

도 30은 부분 개방 위치에 있는 본 발명에 따라 구성된 계량 게이트의 또 다른 실시 형태의 평면도.

도 31은 도 30의 XXXI-XXXI 선을 따라 취한 단면도.

도 32는 도 30의 XXXⅡ-XXXⅡ선을 따라 취한 단면도.

도 33은 완전 개방 위치에 있는 도 31의 실시 형태를 도시한 도면.

도 34는 부분 개방 위치에 있는 도 31의 실시 형태를 도시한 도면.

도 35는 게이트 폐쇄 위치에 있는 도 31의 실시 형태를 도시한 도면.

도 36은 도 30 내지 도 33의 계량 게이트의 상판의 확대 평면도.

도 37은 도 36의 XXXⅦ-XXXⅦ선을 따라 취한 단면도.

도 38은 도 36의 XXXⅧ-XXXⅧ선을 따라 취한 단면도.

도 39는 도 30 내지 도 33의 계량 게이트의 교축판의 확대 평면도.

도 40은 도 39의 XL-XL 선을 따라 위한 단면도.

도 41은 도 39의 XLI-XLI 선을 따라 취한 단면도.

도 42는 도 31의 계량 게이트의 유동 패턴을 도시한 도면.

도 43은 도 32의 계량 게이트의 유동 패턴을 도시한 도면.

도 44는 완전 개방 위치에 있는 본 발명에 따라 구성된 계량 게이트의 또 다른 실시 형태의 단면도.

도 45는 부분 개방 위치에 있는 도 44의 실시 형태를 도시한 도면.

도 46은 폐쇄 위치에 있는 도 44의 실시 형태를 도시한 도면.

본 발명은, 옵셋되어 있는 유입구 및 유출구가 있는 상판 내의 통로를 따라 유체를 선택적으로 통과시켜 교축판으로 유입시키는 것을 포함하는 흐름 계량 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은, 더욱 직선형인 액체 금속 유동 경로와, 더욱 대칭적이고 난류가 덜 발생하는 배출을 촉진하여, 게이트 구성품의 막힘 및 부식 가능성을 감소시킨 계량 게이트를 제공한다. 본 발명은 게이트가 부분 개방되었을 때 분리되어 난류가 생기는 구역의 범위를 감소시킨다. 본 발명은 부식을 덜 일으키는 흐름 거동을 제공한다. 본 발명은 부분 개방 시에 제한이 덜 생기게 하여 액체 금속을 더 쉽게통과시킨다. 본 발명은 막힘 물질의 축적 속도를 늦추고, 축적 범위를 감소시키며 축적의 균일성을 향샹시킴으로써 막힘 문제를 덜 일으킨다. 본 발명은 유출관 내에서 유동 분포의 균일성을 개선하여, 연속 주조용 주형과 같은 하류 용기에서 금속의 흐름 거동을 개선한다. 본 발명은 흐름 거동에 악영향을 주지 않으면서 교축판에서 더 쉽게 배출이 이루어지게 한다. 전술한 목적들을 위하여, 본 발명은 본 발명의 목적들을 달성하는 데에 신뢰성 있고 효과적인 개선된 구성 요소 및 장치들을 제공한다.

본 발명은 상판 내의 유로의 축선 중 하나와 게이트의 중심 주축선 사이가 옵셋되어 있는 상판을 포함하는, 막힘을 감소시킨 액체 금속 유동 제어용 계량 게이트에 관한 것이다.

도 22 내지 도 28을 참조하면, 본 발명의 계량 게이트의 제1 실시 형태(1010)는 웰 노즐(1020), 상판(1030), 교축판(1040), 하판(1050) 및 유출관(1060)을 포함한다. 웰 노즐(1020) 내의 유로 보어(1022)는 절단 원뿔 형상일 수 있지만, 다른 구성도 가능하다. 교축판(1040) 및 하판(1050) 내의 유로 보어(1042) 및 유로 보어(1052)는 단순히 원통형으로 도시하였지만, 다른 형상을 이용할 수도 있다. 이와 유사하게, 유출관(1060) 내의 유로 보어(1062)도 원통형으로 도시하였지만 다른 형상도 이용할 수 있다.

도 23에 도시된 바와 같이, 웰 노즐(1020), 하판(1050) 및 유출관(1060)의 각 유로 보어(1022, 1052 및 1062)는 중심 축선(1025, 1055, 1065)을 포함하며, 이들 중심 축선(1025, 1055, 1065)은 동일 직선 상에 있어 중심 주축선(1015)을 형성한다. 상판(1030)의 유로 보어(1032)에는, 중심 주축선(1015)와 동일 직선 상에 있는 유입 축선(1035)이 있는 유입구와, 유출 축선(1033)이 있는 유출구가 마련되어 있다. 유출 축선(1033)은 유입 축선(1035)와 동일 직선 상에 있지 않다.

도 24 내지 도 25를 참조하면, 상판(1030) 내의 유로 보어(1032)는 상형부(1034)와 하형부(1031)를 포함한다. 유로 보어(1032)는 동일 직선 상에 있지 않은 두 축선(1033 및 1035)으로 구성되어 있다. 이들 두 축선(1033 및 1035)은 상형부(1034)와 하형부(1031)를 중첩시킨 결과로서 형성된다. 상형부(1034)와 하형부(1031)는 상판(1030) 내에서 교차하여 축선이 둘인 하나의 보어를 형성한다.

상판(1030) 내의 상형부(1034)는 절단 원뿔 형상(즉, 원뿔의 절단체 또는 절두체)일 수 있다. 상형부(1034)의 중심 축선(1035)을 이하에서는 상판(1030) 내의 유로 보어(1032)의 유입 축선(1035)이라고 부르기로 한다. 상판(1030) 내의 하형부(1031)는 절단 원통 형상일 수 있다. 하형부(1031)의 중심 축선(1033)을 이하에서는 상판(1030) 내의 유로 보어(1032)의 유출 축선(1033)이라고 부른다. 유출 축선(1033)은 유입 축선(1035)과 평행하지만 동일 직선 상에 있지는 않다. 이들 유출 축선(1033)과 유입 축선(1035) 사이의 거리를 이하에서는 옵셋(1036)이라고 부른다.

도 23을 참조하면, 상판(1030) 내의 유로 보어(1032)의 유입 축선(1035)은 게이트(1010)의 중심 주축선(1015)와 동일 직선 상에 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 상판(1030)의 유출 축선(1033)은 교출판(1040)이 개방되는 이동 방향(1044)을 향해 게이트(1010)의 중심 주축선(1015)으로부터 옵셋되어 있다. 이 구성은 도 27에 도시된 바와 같이 게이트(1010)가 부분 개방 위치에 있을 때 덜 왜곡되고 더 대칭적인 유동 경로를 제공하지만, 도 26에 도시된 바와 같이 게이트(1010)가 완전 개방 위치에 있을 때에는 전량으로 흐를 수 있게 하는 비교적 직선형인 하향 유로(1012)를 제공한다.

본 발명의 잇점은 도 22 및 도 23을 도 1 및 도 2와 비교함으로써 더 잘 이해할 수 있다. 도 1과 도 22를 비교할 때 가장 잘 알 수 있듯이, 게이트(10)의 중심 주축선(15)이 유로(12)의 한 엣지에 위치하거나 그 부근에 위치하는 데에 반하여, 게이트(1010)의 중심 주축선(1015)은 더욱 중심쪽에 위치한다. 사실, 본 발명 이전에는, 도 3에 도시된 바와 같이 게이트(10)가 전체적으로 완전 개방 위치에 있을 때에만 게이트(10)의 중심 주축선(15)이 유로(12)의 중심에 위치하거나 그 부근에 위치할 수 있다고 생각되었다. 이에 반하여, 본 발명에서는 도 23에 도시된 바와 같이 게이트(1010)가 완전 개방 위치에 크게 못 미치는 위치에 있을 때에도 게이트의 중심 주축선(1010)이 대체로 중심 위치에 있다. 따라서, 본 발명은 게이트(1010)가 부분 개방 위치에 있을 때 액체 금속의 통과를 위한 더욱 직선형이고 왜곡이 덜 한 유동 경로를 제공한다.

도 25를 참조하면, 상판(1030)의 유입 축선(1035)과 유출 축선(1033) 간의 옵셋(1036)의 크기는, 중심 주축선(1015)이 대체로 중심에 있는 본 발명의 게이트(1010)가 개방될 수 있는 양에 영향을 미친다. 따라서, 작동 중에 게이트가 65% 개방되는 것이 전형적이라면, 게이트(1010)는 계량 게이트가 65% 개방되었을 때 게이트(1010)의 중심 주축선(1015)이 유로(1012) 내에 중심잡게 되도록 설계될 수 있다. 다시 말하면, 게이트(1010)는 게이트가 65% 개방되었을 때 중심 주축선(1015)가 유로에 대해 중심에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 웰 노즐(1020)이 상판의 출구에 대해 옵셋되도록 함으로써 중심 축선(1015)이 유로에 대해 옵셋되도록 할 수 있다.

도 26 내지 도 28을 참조하면, 본 발명의 계량 게이트가 교축판(1040)이 여러 위치에 있는 상태로 도시되어 있는데, 완전 개방 위치(도 26), 부분 개방 위치(도 27), 그리고 게이트 폐쇄 위치(도 28)가 그것이다. 도 28에 도시된 바와 같이, 게이트 폐쇄 위치에서 본 발명은 교축판 유로(1042)의 하면에 특수한 드레인 컷을 마련하거나, 하판(1050) 내의 유로(1052)에 원뿔형 상단부를 형성할 필요 없이도 교축판(1040) 내의 유로(1042)로부터 쉽게 배출이 이루어지게 한다. 이 배출 특성은, 상판(1030)의 유출 축선(1033)이 유입 축선(1035)에 대해 옵셋(1036)되어 있어, 상판(1030) 내의 유로 보어(1032)의 하부 엣지(1037)가 게이트(1010)의 중심 주축선(1015)을 향해 필연적으로 이동하기 때문이다. 다시 말하면, 상판(1030)의 출구(1038)가 중심 주축선(1015)에 대해 옵셋되어 있기 때문에, 게이트(1010)를 통과하는 흐름이 종결되기 위해서는 교축판(1040)의 입구(1048)와 천이된 상판 출구(1038)와의 유체 연통이 중단될 때까지만 교축판(1040)이 병진 이동하면 되며, 그러한 중단은 교축판 출구(1049)와 하판(1050)내 유로(1052)와의 유체 연통이 중단되기 전에 일어난다. 따라서, 게이트(1010)가 폐쇄되었을 때 교축판(1040) 내의 유로 보어(1042)는 하판(1050) 내의 유로(1052)로 배출이 이루어질 수 있는 상태를 유지한다.

부분 개방 시의, 본 발명의 계량 게이트(1010)의 유로(1012) 내에서의 유동의 더욱 직선형이고 더욱 대칭적인 속성이 도 29에 개략 도시되어 있다. 흐름(1071)은 교축판(1040)의 상부 턱(1047)(A1 구역)와 충돌하여 교축판(1040)의 입구(1048)를 향해 굴곡된다. 상기 흐름의 제2 부분인 흐름(1072)도 굴곡되지만, 상판(1030)의 상형부(1034)의 유입구(1080)(A2 구역)와 충돌할 때 흐름(1071)과는반대 방향으로 굴곡되어 입구(1048)를 향하게 된다. 따라서, 본 발명은 입구(1048)로 유입되는 흐름이 두 측부에서 굴곡되는 것을 촉진하며, 각 측부에서의 굴곡은 게이트(1010)의 중심 주축선(1015)을 향해 이루어진다. 이러한 이유로, 교축판 보어(1042) 내에 형성된 고속 제트류(1073)가 중심 주축선(1015)으로부터 강하게 편향되어 나가지 않게 된다. 고속 제트류(1073)가 게이트(1010)의 중심 주축선(1015)과 거의 동일 직선 상에 있게 되므로 유동 대칭성이 더욱 증가한다.

고속 제트류(1073)가 하판(1050) 내의 보어(1052)의 한쪽 측부와 강하게 충돌하지 않으므로, 재순환류(1074, 1075 및 1076) 부분들이, 본 발명에 따라 구성되지 않은 게이트에서의 해당 재순환류들과 비교했을 때 더 약하고 범위도 좁다. 하판(1050) 및 유출관(1060)에서의 유동 패턴이 더욱 대칭적이고 더욱 균등하게 확산되며, 하향류(1077, 1078, 1079)가 하판(1050) 및 유출관(1060) 내의 유로(1052 및 1062)의 더 큰 부분을 차지한다.

도 30 내지 도 35에는 본 발명에 따라 구성된 계량 게이트(2010)의 제2 실시 형태가 도시되어 있으며, 그 게이트의 내부에 형성되는 유동 패턴은 도 42 내지 도 43에 도시되어 있다. 도 36 내지 도 38에는 상기 계량 게이트의 상판의 확대도가 도시되어 있다. 도 39 내지 도 41에는 상기 계량 게이트의 교축판(2040)의 확대도가 도시되어 있다. 교축판(2040)의 유로 보어(2042)는 로프팅된 긴 보어로 형성된 횡단면으로 되어 있다. "로프팅(lofting)"이란, 3차원 입체물의 컴퓨터 지원 설계 분야의 당업자라면 잘 알고 있는 용어로서, 상이한 평면에 존재하는 원, 타원 또는 다각형과 같은 폐쇄된 도형 둘을 연결시키는 방법의 하나이다. 본 명세서에 사용된 "로프트"는 비틀림을 함의하지 않는다.

계량 게이트(2010)에는 다음과 같은 두 가지 특징이 있다. (1) 계량 게이트(1010)와 관련하여 전술한 바와 같이, 도 36 및 도 38에 도시된 바대로, 상판(2030) 내의 유로 보어(2032)의 한 축선(2033)과 게이트(2010)의 중심 주축선(2015) 간에 옵셋(2036)이 존재하며, (2) 상판(2030) 및 교축판(2040) 내에 각각 마련되어 있는 독특한 형상의 유로 보어(2032, 2034)(도 36) 및 유로 보어(2042)(도 30)가, 교축판(2040)의 이동 방향으로는 더 좁게 되어 있고, 그와 수직인 방향으로 길게 형성되어 있다. 따라서, 상판(2030)의 탈출 축선(2033) 둘레에 형성된 유로 보어(2032)와 교축판(2040)의 유로 보어(2042)가 축대칭은 아니지만 평면 대칭인 상태, 즉 평면(2039)에 대해 대칭인 상태에 있다. 도 33 내지 도 35에는 완전 개방 위치(도 33), 부분 개방 위치(도 34) 및 게이트 폐쇄 위치(35)에 있는 계량 게이트(2010)가 도시되어 있다.

도 36 내지 도 38을 참조하면, 상판(2030) 내의 유로 보어(2032)는 동일 평편(2036) 상에 위치하지만 동일 직선 상에 있지는 않은 두 축선(2033 및 2035)을 갖도록 설계된다. 축선(2035)은 중심 주축선(2015)과 동일 직선 상에 있다. 상판(2030)의 유로 보어(2032)의 두 축선(2033 및 2035)는 두 형상부(2031 및 2034)를 중첩시킨 결과로서 형성된다. 상판(2030)의 이들 두 형상부(2031 및 2034)가 교차해서 두 축선을 갖는 하나의 보어(2032)를 형성한다. 상판(2030)의 제1 형상부(2034)는, 상판(2030)의 상단에서는 횡단면이 원형이고, 상판(2030)의 상단 아래에서는 긴 횡단면으로 매끄럽게 전이되는 로프팅된 보어일 수 있다. 원형 횡단면의 중심 축선(2035)이 유입 축선이다. 상판(2030) 내의 제2 형상부(2031)는 평면(2039)에 수직인 방향, 즉 평면(2038)과 평행한 방향으로 길게 형성되어 있다. 이 제2 형상부(2031)의 중심 충선(2033)이 탈출 축선이다. 이 탈출 축선(2033)은 유입 축선(2035)과 평행하지만 동일 직선 상에 있지는 않다. 이들 두 축선(2033 및 2035)은 일정 간격 또는 옵셋(2036)을 형성하고 있다.

상판 유로 및 교축판 유로의 평면 대칭 구조는 교축판 이동 방향으로 입구의 측방향 치수를 감소시키는데, 왜냐하면 유동 내에서의 최고의 비대칭성이 그 방향으로 일어나기 때문이다. 그러한 평면 대칭 구조는 직교 방향으로 입구의 치수를 증가시키는데, 왜냐하면 직교 방향으로의 흐름으로는 비대칭성이 도입되지 않기 때문이다. 따라서, 그러한 평면 대칭 구조는, 게이트(2010)가 부분 개방 위치에 있을 때, 교축판(2040)의 유로(2042) 내에 형성된 제트류를 더욱 직선형으로 만들고, 하판(2050) 및 유출관(2060) 내에서 유동의 대칭성을 더욱 향상시킨다. 그 이유는, 부분 개방 위치에 있을 때, 전술한 구조에 따르면 굴곡되는 흐름의 비율이 감소하고, 그 흐름 부분이 교축판(2040)의 입구(2048)에 접근할 때 더욱 대칭적으로 굴곡되게 하기 때문이다. 또한, 이 구조는, 막힘을 감소시키는 데에 중요한 구역인, 도 29에 도시된 바와 같은 쉘프(shelf)(1047) 및 쉘프 하부 구역(1049)과 비교할 때, 도 35에 도시된 바와 같이 교축판(2040) 상부의 쉘프(2047) 및 교축판(2040)내 유로(2042)의 쉘프 하부 구역(2049)의 범위를 최소화한다.

도 39 내지 도 41에는 본 발명의 제2 실시 형태의 교축판(2040)이 도시되어 있다. 이 교축판(2040)의 유로(2042)의 횡단면은 로프팅된 긴 보어로 형성되어 있다.

도 42 내지 도 43에는 부분 개방 시에 제2 실시 형태의 게이트(2010) 내에 형성되는 유동 패턴이 개략적으로 도시되어 있다. 도 42에 도시된 흐름 거동은, 게이트를 통해 흐르는 흐름이 더욱 대칭적으로 굴곡된다는 점을 제외하면 도 29에 도시된 것과 매우 유사하다. 도 43에 도시된 흐름 거동은 굴곡이 거의 일어나지 않으면서 대칭적이고 균일하다. 상판(1030) 및 교축판(1040) 내의 각각의 유로(1032 및 1042)가 긴 구조로 되어 있기 때문에, 더 높은 비율의 흐름이 거의 굴곡되지 않으면서 게이트(2010)를 통과한다. 따라서, 흐름 경로가 전체적으로 직선형이고, 흐름에 과도한 제한이 생기지 않으며, 유출관(2060) 내에 전체적으로 더욱 대칭적인 유동이 용이하게 형성된다.

도 44 내지 도 46에는 본 발명에 따라 구성된 계량 게이트(3010)의 제3 실시 형태가 도시되어 있다. 도 44 내지 도 46에는 완전 개방 위치(도 44), 부분 개방 위치(도 45) 및 게이트 폐쇄 위치(도 46)에 있는 계량 게이트(3010)가 각각 도시되어 있다.

도 44 내지 도 46을 참조하면, 계량 게이트(3010)에는 중심 주축선(3015)이 있고, 상판(3030) 내의 유로 보어(3032)는 동일 직선 상의 두 축선(3033 및 3035)을 갖도록 설계되어 있다. 축선(3033)이 상판(3030)의 유입 축선이고 축선(3035)이 상판(3030)의 유출 축선이다. 교축판(3040)에는 중심 축선(3037)이 있다. 상판(3030) 내의 유로 보어(3032)는 단순한 직선형 보어이다.

축선(3033 및 3035)은 중심 주축선(3015)과 평행하지만 그로부터 옵셋되어있다. 축선(3033 및 3035)은 중심 주축선(3015)으로부터 일정 간격(3036) 옵셋되어 있다.

종합하건대, 본 발명은 기타 계량 게이트와 비교할 때 흐름에 대한 제한이 적고 막힘의 비율 및 범위가 적다. 재순환류도 적은 범위에 걸쳐 약하게 일어나므로, 교축판의 구멍 또는 보어와 같은 유로의 주요 구역에 금속 또는 비금속 막힘 물질이 축적되는 것이 억제된다. 유출관내 유동의 대칭성이 향상되어, 유출관으로부터 액체 금속이 배출될 때의 균일성이 향상되고, 주형 흐름 거동 및 주조 금속 품질에 좋은 효과를 준다. 또한, 유로의 측부에 흐름이 덜 심하게 충돌하며, 내화 재료의 부식이 가속화될 가능성이 감소한다.

비록 본 발명을 구체적인 실시 형태들에 대해 설명하였지만, 당업자에게라면 다른 많은 변형 및 수정이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 내용에 의해 제한되어서는 안된다.

Claims (23)

1. 유입 축선이 있는 유입구와 유출 축선이 있는 유입구를 갖는 제1 유로 보어가 있는 상판과,

   상기 상판과 활주 가능하게 접촉하고 상기 상판으로부터의 흐름을 선택적으로 수용하도록 구성된 교축판

   을 포함하는 계량 게이트를 포함하는, 용금의 연속 주조 중에 흐름을 계량하는 장치로서,

   상기 유입 축선과 유출 축선이 옵셋되어 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유로 보어는 복수 개의 형상부를 중첩시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 형상부는 대칭적이고 각각의 대칭 축선을 갖는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수 개의 형상부는 원통 형상부, 원뿔 형상부 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 옵셋은 옵셋 방향으로 일어나고, 상기 복수 개의 형상부 중 적어도 하나가 상기 옵셋 방향으로 따라 더 좁게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수 개의 형상부는 통과하는 흐름을 편향시키는 입구를 형성하는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 교축판에는 제2 유로 보어가 있고, 상기 교축판은 상기 제1 유로 보어의 유출구로부터 흘러나올 수 있는 유체에 대체로 수직인 병진 방향을 따라 상기 상판에 대해 병진 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 교축판은 상기 제1 유로 보어를 떠나는 흐름을 편향시키는 턱(ledge)을 형성하고, 상기 입구와 턱이 협동하여 상기 제2 유로 보어 내로 흐름을 굴곡시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 유로 보어는 유체를 팽창시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유로 보어는 로프팅된 긴 보어인 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유로 보어는 상기 병진 방향을 따라 수축되어 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 옵셋은 상기 병진 방향을 따라 일어나는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계량 게이트는 제3 유로 보어가 있는 하판을 더 포함하며, 상기 제3 유로 보어는 상기 교축판의 병진 이동과 무관하게 상기 제2 유로 보어와 유체 연통하도록 상기 교축판에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 제3 유로 보어는 상기 유입 축선과 동일 직선 상에 있는 제3 축선을 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유로 보어는 제2 축선을 갖고, 상기 교축판이 개방 위치에 있을 때 상기 제2 축선이 상기 유출 축선과 동일 직선 상에 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 장치.
16. 유체를 제1 수직 방향으로 통과시켜 계량 게이트의 제1 판 내의 제1 유로 보어 내로 들어가게 하는 단계와,

    유체를 제2 수직 방향으로 통과시켜 상기 제1 판 내의 제1 유로 보어로부터 나오게 하는 단계

    를 포함하는, 용금의 연속 주조 중에 흐름을 계량하는 방법으로서,

    상기 제1 수직 방향은 상기 제2 수직 방향으로부터 수평 방향으로 옵셋되어 있는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.
17. 제16항에 있어서, 제2 유로 보어가 있는 제2 판을, 유체가 상기 제1 유로 보어로부터 상기 제2 유로 보어로 통과하게 하는 개방 위치와, 유체가 상기 제1 유로 보어로부터 상기 제2 유로 보어로 통과하지 못하게 하는 폐쇄 위치 사이에서 상기 제1 판에 대해 병진 방향을 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 제2 판이 이동하는 병진 방향을 따라 상기 제1 유로 보어를 수축시킴으로써 유체가 상기 제1 유로 보어를 통과해 빠져나오게 하는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제2 유로 보어 내의 유체를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.
20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 판의 위치와 무관하게 제3 판 내의 제3 유로 보어 내로 유체를 통과시키는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.
21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 옵셋은 상기 제2 판이 이동하는 병진 방향을 따라 일어나는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.
22. 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유로 보어 내로 유체를 편향시키는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 제2 판의 턱, 상기 제1 유로 보어 내에 형성된 입구 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 특징에 의해 유체가 상기 제2 유로 보어 내로 편향되는 것을 특징으로 하는 흐름 계량 방법.