KR200223846Y1 - 슬래그혼입방지용노즐 - Google Patents

Abstract

본 고안은 슬래그 혼입방지용 노즐에 관한 것으로, 레이들로부터 턴디쉬내로 용강을 주입할 시 턴디쉬 용강내에 침지되어 있는 노즐의 형상을 확개형으로 변경함으로써, 노즐 근처에 형성되는 용강의 유동 흐름이 노즐 내부로 유입되는 형태가 되도록 하여 노즐을 통해 용강을 주입할시 용강의 자유표면에 떠있는 슬래그가 노즐부근의 용강의 유동에 의해 용강내로 혼입되는 것을 막아 강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

Description

슬래그 혼입방지용 노즐

본 고안은 슬래그 혼입방지용 노즐에 관한 것으로, 특히 레이들로부터 턴디쉬내로 용강을 주입할 시 턴디쉬 용강내에 침지되어 있는 노즐의 형상을 변경함으로써, 용강을 노즐을 통해 주입할시 용강의 자유표면에 떠있는 슬래그(Slag)가 노즐 부근의 용강의 유동에 의해서 혼입되는 것을 막아주는 슬래그 혼입방지용 노즐에 관한 것이다.

연속주조공정에서 레이들과 턴디쉬 사이에 오픈(Open) 주입 즉, 노즐을 사용하지 않고 레이들에서 바로 쏟아붓는 방식으로 용강을 주입할 경우에는 낙하하는 용강이 턴디쉬 자유표면의 슬래그 층을 깨뜨리며 용강내로 들어가게 된다.

상기의 경우, 다량의 슬래그와 공기가 용강내부로 혼입되게 되고, 혼입된 슬래그는 용강이 응고하고 난 후 압연시 표면 결함으로 나타나며, 또한 공기의 혼입은 용강을 산화시켜 용강내의 비금속 개재물이 증가시켜 역시 표면결함이 심해지도록 한다.

도 1은 턴디쉬에서 용강내로 슬래그가 혼입되는 상태를 도시한 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와같이, 오픈주입이 아닌 경우에도 노즐(1)내의 용강의 주입속도가 과도하게 빠르게 되면, 탕면이 불안정하게 되어 탕면부의 슬래그층(3)이 용강유동(2)에 의해서 빨려들어가는 경우가 발생한다.

일반적으로 노즐(1) 주위의 슬래그(3) 혼입은 노즐의 침지 깊이가 얕을수록, 주입속도가 클수록 심하게 나타난다.

도 2는 상기 슬래그층(3)의 용강내로의 유입을 방지하기 위한 종래의 사용되는 노즐형상을 도시한 도면이고,

도 3은 상기 도 2에 도시된 종래의 실린더형 노즐을 사용할 경우, 탕면 주위의 유동 패턴을 나타낸 도면이다.

상기의 경우에 있어서도, 노즐(1)과 인접한 탕면 주위의 슬래그층(3)이 노즐(1)내의 강한 용강의 흐름(2)에 의해 용강내로 쉽게 휩쓸려가는 유동패턴이 이루어져 결국 용강내로의 슬래그 혼입에 의한 품질저하를 초래하게 된다.

즉, 종래의 기술에 있어서 노즐(1) 전체의 직경이 동일한 실린더 형태의 노즐보다는 노즐 하단부 직경의 지름을 증가시킨 하광형 노즐이나 실린더 노즐 하부 단부에 링을 부착하는 형태의 기술을 적용하고 있으나, 턴디쉬 내의 용강유동 패턴은 여전히 크게 변화되지 않고 있어 슬래그 혼입에 의한 제품 품질의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 고안은 용강내부에 침지된 노즐의 형상을 변형시킴에 의해 턴디쉬내의 용강 유동패턴을 변화시킴으로써, 슬래그의 혼입을 방지할 수 있는 슬래그 혼입 장지용 노즐을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

도 1은 턴디쉬에서 용강내로 슬래그가 혼입되는 상태를 도시한 도면

도 2는 종래의 기술에 따른 슬래그 혼입방지용 노즐의 단면도

도 3은 종래의 실린더형 노즐을 사용할 시 용강의 유동상태를 도시한 도면

도 4는 본 고안에 따른 새로운 형태의 확개형 노즐을 사용할 시 용강의 유동상태를 도시한 도면

도 5는 본 고안의 확개형 노즐을 사용할 시 나타나는 효과를 파악하기 위한 수치해석방법에 사용된 노즐과 기준 좌표계를 도시한 도면

도 6은 노즐근방에서의 용강의 Z방향 속도를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 종래의 원통형노즐 2 : 용강내의 유선

3 : 슬래그 층 4 : 턴디쉬

5,7 : 종래의 노즐 9 : 본 고안의 확개형 노즐 본체부

11 : 날개부 13 : 본 고안의 확개형 노즐

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 턴디쉬의 용강내로 단부의 소정길이가 침지되고 레이들로부터의 용강주입이 용이하도록 하는 침지노즐에 있어서,

상기 턴디쉬내에 침지되어 있는 노즐의 단부 형상을 확개형 노즐 윗부분에 있는 슬래그층 부분의 유동을 노즐 상부로 끌어 올리기 위해 하부로 갈수록 직경이 커지는 확개형으로 한 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.

도 4는 본 고안에 따른 새로운 형태의 노즐 사용시 용강의 흐름상태를 도시한 도면이다.

즉, 본 고안에 따른 노즐(13)은 상기 도면에 도시된 바와같이, 종래의 실린더형 노즐(1)의 하측 단부에 직경이 하부로 갈수록 점점 커지는 날개부(9)를 부착하여 전체 형상이 깔대기와 같은 확개형 노즐(13)로 형성한다.

이때, 상기 날개부(11)의 형상 즉, 날개부(11)의 길이와 상기 확개형 노즐(13)의 본체부(9)와 날개부(11)가 이루는 경사각 등은 이하에서 설명될 실험조건에 의해 구체적으로 결정된다.

본 고안의 노즐(13)을 깔대기와 같은 형상으로 할 경우, 노즐(13) 근처의 용강이 유동되는 패턴은 용강의 상층 표면부에 위치해 있는 슬래그가 내부로 혼입되지 않도록 한다. 즉, 확개형으로 이루어지는 모양의 노즐(13) 내부의 용강 유동은 급격한 형태의 변화 때문에 확개형 노즐(13) 근처의 유동이 노즐 날개부(11) 내부로 빨려 들어가게 된다.

상기와 같은 용강 유동은 확개형 노즐(13) 윗부분에 있는 슬래그층(3) 부분의 유동을 노즐(13) 상부로 끌어 올리는 효과를 가져오게 되어 결국, 슬래그층의 혼입을 절대적으로 줄여주게 된다.

도 5의 (a), (b)는 본 고안의 노즐 사용시 나타나는 효과를 파악하기 위한 수치해석방법에 사용된 노즐과 기준 좌표계를 도시한 도면이고,

도 6은 노즐 근방에서의 변위(x축 방향)에 따른 용강의 z 방향 속도를 나타낸 그래프이다.

본 실시예에서는 종래의 실린더 형태의 노즐(1)과 본 고안의 확개형 노즐(13)의 슬래그 혼입정도를 비교하기 위해서 수치해석을 수행하였고, 이때 사용모델은 단순화된 턴디쉬에서 실제의 용강 유동을 K-ε난류모델을 사용하여 해석하였다.

턴디쉬에서 슬래그의 혼입은 노즐근처의 유동에 의해서 유발되므로 상기 도 3에서 보는 바와 같이, 노즐(1) 근처의 유속이 중요하고, 특히 노즐(1) 주위의 속도가 슬래그 혼입정도를 나타낸다고 생각할 수 있다.

상기 도 6에 도시된 그래프는 상기 두가지 형태의 노즐에서 일반적인 주조 조건하에서, 그리고 침지깊이가 동일한 경우 슬래그 혼입정도를 알아보기 위해서, 노즐끝단에서부터의 거리(도 5에서 노즐하단부를 x 좌표 원점으로 설정)에 따른 용강의 z 방향 속도를 나타낸 것이다.

상기 그래프에서 알 수 있듯이, 새로운 형태의 노즐 즉, 본 고안의 확개형 노즐(13)을 쓸 경우, 노즐(13) 근처에서 속도가 크게 감소하는 것을 알 수 있다.

확개부의 길이와 각도에 변화에 대하여 확개부 말단부에서의 최대 z 방향 속도 성분(cm/sec)은 아래의 (표1)과 같다.

[표 1]

L/Dθ(deg)	0.5	1	2	3	4	5
0	-15.3	-15.5	-15.1	-15.6	-15.4	-15.3
20	-9.2	-12.4	-8.9	-7.7	-5.3	-4.1
40	-8.7	-8.7	-5.8	-2.1	-1.0	-0.3
60	-7.8	-5.3	-3.1	-0.1	-0.98	-0.01
80	-8.0	-7.3	-5.2	-1.0	-0.4	-0.2
90	-7.3	-7.6	-4.2	-0.5	-0.3	-0.03

위에서, θ는 날개부(11)의 경사각도로 값이 작을수록 기존 실린더 노즐(1)에 가깝다고 할 수 있고, L은 깔대기부분의 길이, D는 노즐 직경이다.

일반적으로 날개부(11)의 길이가 길수록 z 방향 성분의 속도가 급격하게 감소하는 것으로 보아 상층부에 위치한 슬래그층(3)이 유입되지 않게 하는 측면에서는 유리한 것으로 판단할 수 있다.

또한 각도는 대략 45˚이상으로 하는 것이 유리하며, 그 범위는 10˚~ 90˚로 할 수 있다.

상기 표에서 얻을 수 있는 상기의 결과는 종래의의 공지기술인 길이가 짧은 링타입의 슬래그 혼입방지 노즐보다는 본 고안의 확개형 노즐이 유리함을 나타낸다.

이상 상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 슬래그 혼입방지용 노즐은 턴디쉬내의 용강에 침지되는 노즐의 하측 단부의 형상을 확개형으로 변경하여 확개부 근처의 용강 유동이 노즐 날개부 내부로 빨려들어가는 흐름이 존재하도록 함으로써, 슬래그층의 혼입을 감소시켜 강의 청정도 향상과 품질보증에 기여할 수 있다.

Claims (1)

1. 턴디쉬의 용강내로 단부의 소정길이가 침지되고 레이들로부터의 용강주입이 용이하도록 하는 침지노즐에 있어서,

   상기 턴디쉬내에 침지되어 있는 노즐의 단부 형상을 확개형 노즐 윗부분에 있는 슬래그층 부분의 유동을 노즐 상부로 끌어 올리기 위해 하부로 갈수록 직경이 커지는 확개형으로 한 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입방지용 노즐.