KR20030007126A - 내화 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 야금 도가니의 벽 속 또는 표면에 배치되는 내화 노즐로서, 유동 통로와, 이 유동 통로를 둘러싸는 배출 덕트를 구비하며, 이 배출 덕트는 유동 통로와 외측 하우징을 구획하는 표면을 구비한, 특히 용강용 내화 노즐에 관한 것이다. 이 노즐은, 공지된 선행 기술의 해결책을 개선하기 위해, 배출 덕트가 상부 부분과 하부 부분을 구비하며, 상기 유동 통로를 구획하는 상부 부분의 표면이 상기 유동 통로를 구획하는 하부 부분의 표면과 다른 재료로 구성되며, 상기 하부 부분은 상기 상부 부분 내부 또는 표면에 고정되는 것을 특징으로 한다. 제2 실시예에 있어서, 본 발명은 배출 덕트가 상부 부분과 하부 부분을 구비하며, 상기 하부 부분은 상기 상부 부분 내부 또는 표면에 고정되며, 상기 유동 통로의 직경은 상기 하부 부분보다 상기 상부 부분에서 더 큰 것을 특징으로 한다.

Description

내화 노즐{REFRACTORY NOZZLE}

본 발명은 야금 도가니의 벽 속 또는 표면에 배치되는 내화 노즐로서, 유동 통로와, 이 유동 통로를 둘러싸는 배출 덕트를 구비하며, 이 배출 덕트는 유동 통로와 외부 하우징을 구획하는 표면을 구비한, 특히 용강용 내화 노즐에 관한 것이다. 이러한 장치는 주조 산업에서 용금, 특히 용강이 용융 도가니 밖으로 나올 수 있도록 하는 데에 필요하다.

이러한 형식의 장치는 예컨대 영국 특허 공개 제2 157 210 A호로부터 알려져 있다. 이 문헌에는 이른바 침지 노즐이 기재되어 있는데, 이 노즐에서 나온 용강이 상부 도가니에서 하부 도가니 속으로 흐르며, 이때 노즐 또는 스파우트(spout)는 하부 도가니의 용탕 속에 침지된다. 이 장치는 가스 공급 수단(gas feed)을 포함하고, 이를 통해 임의의 가스가 금속 흐름 속으로 들어갈 수 있다. 이것은 어떤 환경에서 바람직할 수도 있지만, 대부분의 경우, 즉 용융물 특성이 그러한 환경 때문에 바람직하지 않고 원하지 않는 방식으로 영향을 받는 경우에는 불리하다. 그러한 노즐의 경우, 장치 위에서 상부 개구 속으로 하강하여 이 개구를 폐쇄하거나 이 개구를 전체 또는 부분적으로 개방하는 이른바 스토퍼 로드(stopper rods)에 의해, 또는 측방으로 노즐의 횡단면을 가로질러 유동 방향에 대해 직각 방향으로 밀림으로써 노즐을 폐쇄하는 슬라이드에 의해 흐름이 조절된다. 그러한 제어 방법은 비교적 부정확하고 기계적으로 비용이 많이 든다. 게다가, 대개는 금속 흐름 내에 난류를 발생시키고, 이 때문에 통과하는 금속이 노즐 벽에 들러붙는다.

유사한 노즐이 일본 특허 공개 소화 61-42899호 또는 유럽 특허 공고 제379 647 B1호에 기재되어 있다.

본 발명의 목적은, 종래 기술의 공지된 해결책을 개선하고, 용금이 거의 난류없이 밖으로 나와 다른 용융 도가니 속으로 들어가는 것을 보장하는 노즐을 사용하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 내화 노즐의 개략적인 횡단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 노즐

2 : 유동 통로

3 : 도가니

4 : 하우징

5 : 구멍

6 : 하부 부분

7 : 히터

8a, 8b : 접속부

9 : 내화 재료

10 : 상부 부분

11 : 전이 영역

본 발명에 따르면, 상기 목적은 배출 덕트가 상부 부분과 하부 부분을 구비하며, 유동 통로를 구획하는 상부 부분의 표면이 유동 통로를 구획하는 하부 부분의 표면과 다른 재료로 구성되며, 상기 하부 부분이 상기 상부 부분 내부 또는 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 서두에서 언급한 형태의 노즐에 의해 달성되며, 여기에서 '다른 재료'라는 것은 재료의 조성 또는 조직을 의미한다.

본 발명의 다른 실시예는, 배출 덕트가 상부 부분과 하부 부분을 구비하며, 상기 하부 부분은 상기 상부 부분 내부 또는 표면에 고정되며, 유동 통로의 직경은 상기 하부 부분보다 상기 상부 부분에서 더 큰 것을 특징으로 한다. 배출 덕트라는 것은 내면이 바람직하게는 원통형 또는 원추형이고, 또는 여러가지 형태의 표면이 조합된 관통 구멍이 형성되어 있는 부품을 의미한다.

본 발명의 특징적 구조로, 노즐을 통과하는 용금의 최적 통로를 확보할 수 있다. 재료를 달리하는 구성으로, 용금의 부착이 줄어들거나 심지어 완전히 회피된다. 무엇보다, 하부 부분의 유동 통로의 직경을 더 작게 함으로써 금속 흐름을 교정할 수 있는데, 이는 유동 속도를 증가시킨다. 다음으로, 용금이 상부 부분에서 축적되므로 압력 감소가 방지되고, 그 결과 어떠한 가스도 노즐의 벽을 통해 유동 용금 속으로 침투할 수 없다. 난류가 없는 흐름을 얻고, 용금이 노즐 벽에 들러붙는 것을 거의 완벽하게 피한다.

특히, 유동 통로를 구획하고 상부 부분을 구성하는 재료는 적어도 약 1400℃ ∼ 1600℃의 온도(즉, 강 제조 온도)에서 고도의 단열성, 고도의 순수성, 강에 대한 화학적 불활성 및 고도의 내열성을 가지고, 유동 통로를 형성하는 하부 부분의 재료는 내화 세라믹인 것이 바람직하다. '고도의 단열성'이라는 것은 열 전도율이 최대 1.5 Wm^-1K^-1인 재료를 의미하며, '고도의 순수성'이라는 것은 순도가 99 wt%보다 큰 것을 의미하며, '고도의 내열성'이라는 것은 융점이 1800℃ 이상인 재료를 의미한다. 이는 용융물에서 어떤 열도 빼앗기지 않고 용융물이 오염되지 않도록 보장한다. 한편, 그와 같은 장치는 용금에 대해 장기간 안정성을 가진다.

특히, 하부 부분의 유동 통로를 구획하는 재료가 산화알루미늄 또는 이산화지르코늄으로 형성되어 바람직하게는 치밀한 표면으로 유동 통로를 구획하는 경우와, 상부 부분의 유동 통로를 구획하는 재료가, 내화 산화물, 발포 세라믹, 섬유 재료, 또는 이들 재료 중 하나 이상이 이입(裏入)된 치밀한 재료로 구성되는 중공구(中空球)와, 산화알루미늄 구(球)와, 이들을 혼합한 것 중 하나로 구성되는 경우에 특히 바람직하다. 이 재료의 표면은 적절하게는 유동 통로의 영역에서, 특히 상부 부분에서 적절히 치밀해야 한다. 이 재료 자체 또는 이의 충전물은 다공성으로 될 수 있다.

유동 통로를 구획하는 상부 부분의 재료는 실질적으로 알루미늄 산화물과 흑연을 주성분으로 하여 형성된 혼합물로 구성될 수도 있다. 상부 부분의 재료로는 또한 멀라이트, 이산화지르코늄 또는 산화칼슘을 이용해도 좋다. 바람직하게는, 하우징은 고강도를 보장하기 위해 금속, 특히 강, 세라믹 또는 다른 내화 재료로 형성될 수 있다. 특히, 강제(鋼製) 하우징은 원하지 않는 가스 침투를 방지한다.

적절하게는, 유동 통로를 구획하는 하부 부분의 재료는 적어도 부분적으로 히터에 의해 둘러싸여 노즐을 예열시킬 수 있도록 하고, 열 응력을 억제하거나 부착이 없는 흐름을 증진시킨다. 이 히터는 몰리브덴, 탄소, 니켈-크롬, 철-크롬-알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 히터와 하우징 사이에는 높은 단열성 재료가 배치되어 열이 외부로 새는 것을 피하는 것이 바람직하다. 본 발명의 두번째 실시예와 관련하여 전술한 장점을 얻기 위해서는, 하부 부분의 유동 통로의 직경이 상부 부분의 유동 통로의 직경보다 더 작은 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 기초로 설명한다.

도면은 본 발명에 따른 내화 노즐의 개략적인 횡단면도이다. 이 노즐(1)의 위에는 용강을 수용하는 도가니가 배치되고, 이 도가니로부터 유동 통로(2)을 통해 노즐(1)의 아래에 배치된 용융 도가니(3) 속으로 용강이 흐른다. 이 노즐은 강제 하우징(4)으로 둘러싸여 있으며, 이 하우징의 하단부에는 구멍(5)이 마련되어 있고, 이 구멍의 직경은 적어도 노줄의 하부 부분(6)의 직경만큼 크다. 노즐의 하부 부분(6)은 이산화지르코늄(지르코니아)으로 구성되고, 내경이 약 13 ∼ 16㎜이다. 이 하부 부분(6)은 접속부(8a, 8b)를 구비한 히터(7)에 의해 측방이 둘러싸여 있다. 히터(7)와 하우징(4) 사이에는 고도의 단열 재료(9)가 배치되어 외측을 향한 열 손실을 피한다.

상부 부분(10)의 재료는 가령 산화알루미늄이다. 유동 통로(2)는 상부 부분(10)의 직경이 하부 부분(6)의 직경보다 약 30 ∼ 40㎜ 더 크다. 이 유동 통로(2)는 전이 영역(11)에서 하부 부분을 향해 원추형으로 테이퍼져 있다.

노즐은 이를 완전하게 개방하거나 완전하게 폐쇄하는 스토퍼 로드 또는 슬라이드에 의해 그 상단부에서 폐쇄될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 장치에서는 부분적인 개방과 이에 따른 조절로 인한 전술한 단점이 제거된다.

본 발명에 따르면, 유동 통로가 있는 상부 부분과 하부 부분으로 구획되고, 이 하부 부분이 상기 상부 부분 내부 또는 표면에 고정되는 특징적 구조에 의해 노즐을 통과하는 용금의 최적 통로를 확보할 수 있다. 또한, 유동 통로를 구획하는 상부 부분의 표면이 유동 통로를 구획하는 하부 부분의 표면과 다른 조성 또는 조직의 재료로 구성됨으로써 용금의 부착이 줄어들거나 심지어 완전히 회피될 수 있다. 상기 하부 부분의 유동 통로의 직경을 상부 부분의 유동 통로의 직경보다 더 작게 함으로써 금속 흐름을 교정할 수 있고, 이에 따라 유동 속도를 증가시킬 수 있다. 게다가, 용금이 상부 부분에서 축적되므로 압력 감소가 방지되고, 그 결과 어떠한 가스도 노즐의 벽을 통해 유동 용금 속으로 침투할 수 없다. 난류가 없는 흐름을 얻고, 용금이 노즐 벽에 들러붙는 것을 거의 완벽하게 피할 수 있다.

Claims (9)

1. 유동 통로와, 이 유동 통로를 둘러싸는 배출 덕트를 구비하며, 이 배출 덕트는 상기 유동 통로와 외측 하우징을 구획하는 표면을 구비한, 야금 도가니의 벽 속이나 표면에 배치되는 내화 노즐에 있어서,

   상기 배출 덕트는 상부 부분(10)과 하부 부분(6)을 구비하며, 상기 유동 통로(2)를 구획하는 상부 부분(10)의 표면이 상기 유동 통로(2)를 구획하는 하부 부분(6)의 표면과 다른 재료로 구성되며, 상기 하부 부분(6)은 상기 상부 부분(10) 내부 또는 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
2. 유동 통로와, 이 유동 통로를 둘러싸는 배출 덕트를 구비하며, 이 배출 덕트는 상기 유동 통로와 외측 하우징을 구획하는 표면을 구비한, 야금 도가니의 벽 속이나 표면에 배치하기 위한 내화 노즐에 있어서,

   상기 배출 덕트는 상부 부분(10)과 하부 부분(6)을 구비하며, 상기 하부 부분(6)은 상기 상부 부분(10) 내부 또는 표면에 고정되며, 상기 유동 통로(2)의 직경은 상기 하부 부분(6)보다 상기 상부 부분(10)에서 더 큰 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 유동 통로(2)를 구획하고 상기 상부 부분(10)을 구성하는 재료는 약 1400℃ ∼ 1650℃의 온도에서의 고도의 단열성, 고도의 순수성, 강에 대한 화학적 불활성 및 고도의 내열성을 가지며, 상기 유동 통로(2)를 구획하는 하부 부분(6)의 재료는 내화 세라믹인 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 유동 통로(2)를 구획하는 하부 부분(6)의 재료는 산화알루미늄 또는 이산화지르코늄인 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 유동 통로(2)를 구획하는 하부 부분(6)의 재료는, 내화 산화물, 발포 세라믹, 섬유 재료, 또는 이들 재료 중 하나 이상이 이입된 치밀한 재료로 구성된 중공구(中空球)와, 산화 알루미늄 구(球)와, 이들을 혼합한 것 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
6. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 하우징(4)은 금속, 세라믹 또는 다른 내화 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
7. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 유동 통로(2)를 구획하는 하부 부분(6)의 재료는 적어도 부분적으로 히터(7)에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 하우징(4)과 상기 히터(7) 사이에는 고도의 단열재료가 배치되는 것을 특징으로 하는 내화 노즐.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 부분(6)의 유동 통로(2)의 직경은 상기 상부 부분(10)의 유동 통로(2)의 직경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 내화 노즐.