KR200295766Y1 - 연속주조장치용턴디쉬노즐 - Google Patents

Abstract

본 고안은 연속장치 내에 구비된 턴디쉬 노즐의 토출구의 형상을 변형시켜 노즐 주변에서 용강의 수직방향 와류의 형성을 억제하여 몰드 플럭스의 혼입을 방지할 수 있는 턴디쉬 노즐을 제공하는데 그 목적이 있으며, 이에 따라 노즐의 양측면부에 형성된 토출구가 몰드 내벽을 향하도록 경사지게 형성하였다. 각 토출구는 노즐을 구성하는 부재의 중심을 통과하는 지름선에 대하여 일정각도 경사지게 형성하였으며, 또다른 형태로서는 각 토출구를 형성하는 양변중 한변은 노즐을 가로지르는 지름선과 평행하게 형성하고 또다른 한변은 지름선에 대하여 일정한 각도 경사지게 형성하였다.

Description

연속주조장치용 턴디쉬 노즐

본 고안은 연속주조(continuous casting)장치에 구비된 턴디쉬 노즐에 관한것으로서, 특히 토출되는 용강의 와류형성을 방지할 수 있는 연속주조장치용 턴디쉬 노즐에 관한 것이다.

연속주조공정(연주공정)은 용강을 응고시키는 공정으로서, 도 1에 연속주조장치를 개략적으로 도시하였다. 도 1에 도시된 연속주조장치는 순차적으로 수직 설치된 레이들(1; laddle), 턴디쉬(2; tundish) 및 몰드(3; mold)로 구성되어 있다. 용강은 레이들(1)에서 턴디쉬(2)로, 턴디쉬(2)에서 몰드(3)로 이동하게 되며, 레이들(1)과 턴디쉬(2)간에는 쉬라우드 노즐(4)이 설치되어 있으며, 턴디쉬(2) 하부에는 턴디쉬 노즐(10; tundish nozzle)이 장착되어 있어 용강은 이 턴디쉬 노즐(10)을 통하여 몰드(3) 내부로 공급된다.

이러한 턴디쉬 노즐의 구성 및 기능에 대해서 설명하면 다음과 같다. 도 2는 도 1에 도시된 턴디쉬 노즐의 종단면도, 도 3은 도 2의 선 a-a를 따라 절취한 상태의 단면도로서, 도 3에서는 편의상 몰드(3)를 함께 도시하였다.

턴디시 노즐(10)은 턴디쉬(2) 하단에 고정되는 상부 노즐(11), 상부 노즐(11) 하단에 고정되는 상부 및 하부 플레이트(12 및 13), 하부 플레이트(13) 하단에 고정되는 하부 노즐(14)로 이루어진다. 하부 노즐(14)의 하단에는 몰드(3) 내부에 위치하는 침지 노즐(15; submerged entry nozzle)이 고정된다.

하단이 밀폐된 원통형 부재로 이루어진 침지 노즐(15)의 하단부 측면부에는 용강을 몰드(3) 내부로 토출시키기 위한 2개의 토출구(15A, 15B)가 서로 마주보는 상태로 형성되어 있으며, 이 토출구(15A, 15B)의 형상이 도 3에 도시되어 있다. 1쌍의 토출구(15A, 15B)는 침지 노즐(15)을 구성하는 부재의 중심을 통과하고몰드(4)의 장변에 평행한 지름선상에 형성되어 있으며, 각 토출구(15A, 15B)는 일정한 경사각(α)을 가지고 하향으로 경사진 형태로 이루어진다. 이러한 구성을 갖는 턴디쉬 노즐(10)의 기능은 도 4a를 통하여 설명하기로 한다.

도 4a는 턴디쉬 노즐을 통하여 토출된 용강의 흐름을 도시하는 도 1에 도시된 몰드부의 단면도, 도 4b는 도 4a의 선 b-b'를 따라 절취한 상태의 단면도로서, 용강이 수용된 몰드의 상부, 즉 용강 표면에는 용강과 대기와의 접촉을 차단하여 용강의 산화를 방지하기 위한 몰드 플럭스(F; mold flux)가 덮여져 있음을 도시한다.

침지노즐(15)의 토출구(15A, 15B)를 통하여 몰드(4) 내부로 토출된 용강은 도 4a에 도시된 바와 같이 몰드(4) 내에서 와류(vortex)를 형성하게 되어 몰드 플럭스(F)가 용강 내로 혼입되는 문제가 발생한다. 즉, 몰드(4) 내로 하향 토출된 용강은 몰드(4) 내벽에 부딪히게 되어 그 흐름이 상향으로 반전되어지며, 흐름이 반전된 용강은 노즐에서 토출되는 새로운 용강의 흐름에 의하여 하향으로 유동하게 된다. 이러한 용강의 흐름은 침지노즐(15) 주위에서의 편류(각 토출구에서 토출되는 용강 양(量)의 차이에 의한 용강의 유속 불균일 현상)에 의하여 큰 영향을 받는다.

침지노즐(15)의 각 토출구(15A, 15B)를 통하여 토출되는 용강의 유량(流量)의 차이로 인하여 침지노즐(15) 좌, 우측에 비대칭적인 유속(流速)이 나타나게 되며, 이러한 서로 다른 용강의 유속으로 인하여 침지노즐(15) 좌우측에서 상향 유동하는 용강은 침지노즐(15) 주위에서 서로 충돌함으로서 와류를 발생하게 된다. 침지노즐(15) 주위에서 형성된 용강의 수직방향 와류는 용강 표면에 덮여진 몰드 플럭스(F)와 접촉하게 되어 이 몰드 플럭스(F)를 용강 내부로 혼입시키게 된다.

CaO-SiO2-Al2O3가 주성분인 몰드 플럭스(F)는 주편에서 개재물로 존재하게 되고 또한 압연공정시 제품에서 결함으로 작용하게 된다. 이러한 용강의 와류현상을 방지하기 위하여 노즐의 토출구를 4개로 구성하여 사용하고 있으며, 또다른 방법으로는 몰드 주위에 교류전자력 발생장치를 설치하여 용강의 유동을 제어하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 별도의 장치를 사용한다는 점에서 큰 이점을 가질 수는 없다.

따라서 본 고안은 침지노즐의 토출구의 형상을 변형시켜 침지노즐 주변에서 용강의 수직방향 와류형성을 억제하여 몰드 플럭스의 혼입을 방지할 수 있는 연속주조장치용 턴디쉬 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 실현하기 위한 본 고안은 토출구가 침지노즐을 구성하는 부재의 중심을 통과하고 몰드의 장변에 평행한 지름선에 대하여 일정각도 경사지게 형성되는 연속주조장치용 턴디쉬 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 토출구를 형성하는 양변중 한변은 지름선에 대하여 평행하게 형성되고, 또 다른 한변은 지름선에 대하여 일정각도로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

아울러 토출구는 지름선에 대하여 0.4 내지 1.8°경사지게 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

도 1은 일반적인 연속주조장치의 개략적인 구성도.

도 2는 턴디쉬 노즐의 단면도.

도 3은 도 2의 선 a-a선을 따라 절취한 상태의 단면도.

도 4a는 턴디쉬 노즐을 통하여 토출된 용강의 흐름을 도시하는 도 1에 도시된 몰드부의 상세단면도.

도 4b는 토출된 용강의 흐름을 도시하기 위하여 도 4b의 선 b-b' 따라 절취한 상태의 단면도.

도 5는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 턴디쉬 노즐중 침지노즐의 단면도.

도 6은 도 5의 침지 노즐의 토출구를 횡으로 절단한 상태를 도시한 단면도로서, 각 토출구에서 토출된 용강의 흐름을 도시함.

도 7은 본 고안의 제 2 실시예에 따른 턴디쉬 노즐중 침지노즐의 단면도.

도 8은 본 고안을 이용할 때의 용강의 흐름의 속도성분을 도시한 개략도.

이하, 본 고안을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 턴디쉬 노즐중 침지노즐의 단면도로서, 본 고안에 따른 턴디쉬 노즐의 전체적인 구성은 상술한 바와 같은 턴디시 노즐의 구성과 동일하며, 본 고안의 가장 큰 특징은 몰드 내부에 위치하여 몰드 내부로 용강을 토출하는 침지 노즐(submerged entry nozzle)의 토출구를 달리한 것이다.

하단이 밀폐된 원통형 부재로 이루어진 침지노즐(20)의 하단부 측면부에는 용강을 몰드(4) 내부로 토출시키기 위한 2개의 토출구(21A 및 21B)가 서로 마주보는 상태로 형성되어 있으나, 도 3에 도시되어 있는 일반적인 침지노즐(15)과는 달리 1쌍의 토출구(21A 및 21B)는 침지 노즐을 구성하고 몰드의 장변에 평행한 지름선에 대하여 일정각도(θ) 경사진 상태로 형성되어 있다. 또한 각 토출구(21A 및 21B)는 일정한 경사각을 가지고 하향으로 경사진 형태를 갖는다.

이러한 구성을 갖는 침지 노즐의 기능을 도 6을 통하여 설명하기로 한다. 도 6은 도 5의 침지 노즐의 토출구(21A 및 21B)를 횡으로 절단한 상태를 도시한 단면도로서, 각 토출구(21A 및 21B)에서 토출된 용강의 흐름을 도시한다. 각 토출구(21A및 21B)에서 토출된 용강은 각 토출구(21A 및 21B)에 인접한 몰드(4)의 내벽을 향해서 대각선 방향으로 하향 유동하게 되며, 이후 도 6에 도시된 바와 같이 몰드(4)의 내벽을 따라 유동하게 된다. 이와 같이 용강이 몰드(4) 내벽을 따라서 유동하기 때문에 용강의 흐름이 상향으로 반전되는 경우에도 침지노즐(20) 주위를 회전하는 형태의 유동을 유지함으로서 각 토출구(21A 및 21B)에서 토출된 새로운 용강과 서로 충돌되지 않아 침지노즐(20) 주변에서 와류가 형성되지 않게 된다.

도 7은 본 고안의 제 2 실시예에 따른 침지노즐의 단면도로서, 본 실시예의 가장 큰 특징은 침지노즐(20)의 각 토출구(31A 및 31B)를 형성하는 양변중 한변은 몰드(4)의 장변에 평행하게 노즐을 구성하는 부재의 중심을 가로지르는 지름선과 평행하게 형성하되, 또 다른 변은 상기 지름선에 대하여 일정한 각(θ)을 유지하게 형성한 것이다. 또한 각 토출구(31A 및 31B) 역시 일정한 경사각(α)을 가지고 하향으로 경사진 형태를 갖는다. 이러한 구성을 갖는 침지 노즐은 도 6을 통하여 설명된 제 1 실시예에 따른 노즐과 동일한 기능을 수행한다.

본 고안에서, 용강의 와류 형성을 효과적으로 방지하기 위해서는 지름선에 대한 각 토출구의 각도를 엄격하게 제한한 필요가 있으며, 이러한 각도는 하기 수학식에 의하여 결정할 수 있다.

[수학식 1]

tanθ= α×(D/L)

여기서, θ는 토출각도, α는 상수로서, 0.15 내지 2.10, L은 몰드의 장변폭, D는 몰드의 단변폭이다.

상수 α는 본 고안에서 가장 중요한 인자이며, 이 범위를 0.15 내지 2.10으로 설정한 이유는 다음과 같다.

도 8은 본 고안을 이용할 때의 용강의 흐름의 속도성분을 도시한 개략도로서, 측정결과 용강흐름의 일점인 Q점에서의 용강의 장변 속도성분(Vh)과 단변 속도성분(Vt)의 비(Vt/Vn)가 α값에 따라 변화하며, 회전력이 가장 큰 영역의 α값이 0.15 내지 0.21 범위임을 얻을 수 있다. 다시 말해 몰드 내의 용강의 회전력은 단변 속도 성분(Vt)에 가장 큰 영향을 받으며, 이 단변 속도 성분이 작은 경우는 용강의 회전이 발생하지 않고 노즐 방향으로만 용강이 흐른다는 것을 의미한다.

본 출원인이 사용중인 몰드의 장변폭(L)은 800mm - 1570mm, 단변폭(D)은 230mm 인 것을 감안하여 이 값을 상기 수학식에 대입하면 토출구의 최적 경사각도(θ)가 0.4 내지 1.8°임을 알수 있다.

하기 표는 종래의 노즐을 이용한 경우와 본 고안을 이용한 경우의 주편 표면 품질을 비교한 것으로서, 종래의 노즐을 이용하여 제조한 주편의 품질을 기준으로 하여 지수화 하였다.

[표 1]

이상에서 설명한 바와 같은 본 고안은 턴디쉬 노즐을 통하여 몰드 내부로 토출된 용강의 와류 현상을 억제함으로서 몰드플럭스의 혼입에 의하여 나타나는 강의 결함을 효과적으로 방지할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 레이들과 턴디쉬 및 몰드가 수직상태로 순차적으로 설치된 연속주조장치에서 상기 턴디쉬로부터 몰드로 용강을 토출하기 위한 침지노즐을 갖고 상기 침지노즐의 양측면부에 서로 마주보는 상태로 형성된 각 토출구가 상기 몰드내벽을 향하도록 경사지게 형성된 연속주조장치용 턴디쉬 노즐에 있어서,

   상기 각 토출구는 상기 침지노즐을 구성하는 부재의 중심을 통과하고 상기 몰드의 장변에 평행한 지름선에 대하여 일정각도 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 턴디쉬 노즐.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 토출구를 형성하는 양변중 한변은 상기 지름선에 대하여 평행하게 형성되고, 또 다른 한변은 상기 지름선에 대하여 일정각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 턴디쉬 노즐.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 토출구는 상기 지름선에 대하여 0.4 내지 1.8°경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 연속주조장치용 턴디쉬 노즐.