KR20030020724A - 용강주조용 롱노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강주조용 콜렉터노즐과 롱노즐의 접촉부위를 통하여 흡입되는 외부 공기흡입을 차단하기 위해 아르곤가스를 브로윙(blowing)하는데 적합한 롱노즐 구조에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 용강주조에 사용되는 콜렉터노즐과 접촉되는 롱노즐에 있어서, 롱노즐 전체를 동일 재질로 함과 함께 콜렉터 노즐과 접하게 되는 부위의 롱노즐 모재 상부를 모재보다 기공이 큰 포러스(porous)화한 구조체로 하여 모재와 이음매가 없는 일체형으로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 용강주조용 롱노즐에 관한 기술이다.

Description

용강주조용 롱노즐{long nozzle for casting molten steel}

본 발명은 턴디쉬(tundish)에 용강을 주입하는 롱노즐에 관한 것으로 , 보다 상세하게는 래즐로부터 턴디쉬로 용강 주입시 용강의 재산화를 방지하기 위해 사용되는 롱노즐로서, 콜렉터노즐과 롱노즐의 접촉부로부터의 외부 공기흡입을 차단하기 위해 아르곤가스를 브로윙(blowing)하는데 적합한 롱노즐 구조에 관한 것이다.

도 1은 래들로부터 턴디쉬에 용강을 주입하는 장치의 개략 단면도이다.

용융된 금속을 슬라브(Slab), 브룸(Bloom),빌렛트(Billet)로 반제품화하는 연속주조 공정의 전단계로서, 래들(1)에서의 용강을 슬라이딩 게이트(2)로 조절하여 콜랙터노즐(3) 및 롱노즐(4)을 거쳐 턴디쉬(5)에 포어링(pouring)한다.

상기 구조에서 롱노즐(4)은 강의 연속주조시 용강의 산화방지 및 용강의 와류방지에 의한 슬래그(Slag)혼입을 방지하여 주조된 주편의 품질 향상에 주요한 역할을 하게 된다.

상기 구조에 따라 래들로부터 턴디쉬에 용강 주입시 롱노즐(4)과 콜랙터 노즐(3)이 접하는 틈 사이로 공기가 유입되고, 이렇게 유입된 공기는 용강과 접하여 재산화함에 따라 강의 품질을 떨어뜨리는 결과가 된다.

상기한 문제점을 해결하고자 한 것이 도 2의 롱노즐 구조로써, 롱노즐(4)은 알루미나(Al₂O₃)-그라파이트(Graphite)또는 알루미나-탄화규소-그라파이트 재질로 된 모재(6)와 모재 상단 내측에 알루미나 재질로 된 포러스링(porous ring )(7)을 끼워 삽입하고, 몰탈(8)을 사용하여 메탈캐이스(9)와 결합한 구조로 되어 있다.

그리고 포러스링(7)에 가스 풀(gas pool)(空洞)(10)을 형성시켜 아르곤가스 취입구(11) 를 통해 아르곤가스를 취입하므로서 외부로부터 공기 혼입을 억제하고 있다.

즉, 상기 구조에서 용강 주입시 가스취입구(11)를 통해 아르곤 가스를 취입하면 아르곤가스는 가스 풀(10)을 거쳐 포러스링(7)의 기공을 통해 포러스링(7)과 접하는 콜렉터노즐(3)의 경사면을 따라 밖으로 배출되는 힘이 작용함으로써 포러스링(4)과 콜랙터노즐(3)의 틈사이로 공기가 유입되지 않아 용강의 재산화를 방지하게 된다.

그러나 도 2와 같이 모재(6)와 결합된 포러스링(7) 구조에서는 1550℃ 이상의 용강이 롱노즐을 통과하는 동안 고온의 용강 때문에 메탈케이스(9)의 열팽창과 이중 재질의 열팽창 차이에 의한 결합력 상실로 롱노즐 모재(6)와 포러스링(7)사이의 간격 형성으로 가스가 메탈캐이스(9)와 포러스링(7) 상부쪽으로 새어나오게 되므로 아르곤 가스의 공기 차단성을 저하시키며, 또한 이런 포러스링 타입은 상기한 문제점 이외에 구조적인 취약으로 포러스링이 기계적 응력을 받아 포러스링에 크랙이 발생, 조각이 탈락되어 아르곤가스가 국부적으로 취입되거나 롱노즐의 내공으로 유입되어 용강과 함께 턴디쉬로 들어간다.

따라서 턴디쉬내에서 가스 부상으로 롱노즐 주변 용탕면의 유동이 심하여 턴디쉬 파우더층의 파손으로 나탕 발생이 일어난다. 이러한 나탕 발생은 용강이 공기와 접촉하여 용강의 재산화 및 파우더 소모량 증가를 초래하며, 래들로부터 턴디쉬로의 용강 주조가 끝나는 시점에서는 용강의 온도가 떨어져 롱노즐과 콜렉터노즐 접촉 바로 밑부분에 용강이 응고 된다.

따라서 새로운 래들을 교환하여 계속 사용하기 위해서는 롱노즐에 부착된 지금을 산소로 제거해야 하며, 이때 응고 부착된 지금이 비산되어 포러스링의 표면기공이 막히게 되므로써 아르곤가스 브로윙 효과의 저하로 외부 공기가 롱노즐의 내공에 흡입됨에 따라 용강의 재산화를 유발하여 용강중의 질소량 증가 및 탈산제로 투입된 알루미늄의 산화로 비금속 개재물이 형성되어 용강의 청정성 악 형향을 줌에 따라 결국 강 품질 저하와 롱노즐 내공부 산화 용손을 가속화시켜 수명 저하를 일으키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콜렉터노즐과 접촉되는 롱노즐 전체를 동일 재질로 함과 함께 모재 상부를 포러스화 하여 롱노즐 모재와 일체형이 되게 함으로써, 종래의 이중 재질 구조에서 오는 열팽창 차이에 따른 결합력 상실의 회복 및 구조적 취약에서 오는 포러스링의 부분 탈락의 방지로 용강의 턴디쉬 주입시 공기의 혼입을 차단하는 효과를 극대화 하므로서 연속주조 작업의 안정성 및 청정한 용강의 주조로 강 품질을 향상할 수 있는데 적합한 롱노즐을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 래들로부터 턴디쉬에 용강을 공급하는 장치 단면도

도 2는 종래의 포러스링 타입의 롱노즐 단면도

도 3은 본 발명의 롱노즐 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3: 콘렉터노즐 4, 4a: 롱노즐 6a : 모재

12: 포러스화된 구조체

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 래들로부터 턴디쉬로 용강 주조시 래들의 하부에 설치된 콜렉터노즐과 접촉되는 롱노즐에 있어서, 롱노즐 전체를 동일 재질로 함과 함께 콜렉터노즐과 접하게 되는 모재 상부를 포러스(porous)화 된 구조체로 하여 롱노즐 모재와 일체형으로 구성하여서 됨을 특징으로하는 롱노즐로 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 롱노즐의 구조를 나타낸 것으로, 롱노즐(4a) 전체를 알루미나-그라파이트 또는 알루미나 -탄화규소-그라파이트 재질로 하고, 콜렉터노즐(3)과 접촉되는 롱노즐 모재(6a)의 상부를 포러스화 한 구조체(12)가 모재(6a)와 일체형으로 된 롱노즐로 구성된다.

상기와 같은 본 발명의 롱노즐 구조에서 모재(6a)는 기존 제품과 유사한 기공을 갖으나, 포러스화된 구조체(12)는 도 2의 포러스링 타입의 기공율보다 낮은기공율을 갖는다.

상기한 롱노즐(4a)을 제조함에 있어서는, 도 2의 포러스링 제조시 사용되는 원료보다 입자경이 작은 포러스화 하기 위한 구조체를 얻기 위한 원료를 금형에 먼저 투입한 후 모재를 얻기 위한 상기 보다 입자경이 작은 원료를 투입하여 공지의 제조공정의 조건으로 성형, 소결한다.

이렇게 롱노즐을 소결함으로써, 콜렉터노즐과 접하게되는 롱노즐 상단부는 모재보다 기공이 큰 포러스화한 구조체가 형성되면서 이음매가 없이 모재와 일체형으로 이루어지게 된다.

본 발명은 종래인 도 2의 포러스링 타입보다 기공율을 감소시킴으로써, 동일한 유량을 공급할 때 아르곤가스의 배압 증가와 가스의 유속 향상으로 외부의 공기 흡입을 효과적으로 차단시키므로써 씰링(sealing)성을 향상시킨다.

본 발명의 포러스화한 구조체(12)는 모재(4a)와 이음매없이 일체형으로 구성됨과 함께 아르곤가스를 브로윙 하는 상단부의 기공을 모재기공보다 크게하는데 있으므로, 모재와의 기공차이의 수치한정 범위에 국한 하지 않는다.

롱노즐 모재의 경우에 사용되는 원료의 입도분포를 하나의 예를 살펴보면, 0.7∼0.21mm가 30∼35%, 0.21∼0.075mm가 25∼30%, 0.075mm 이하가 35∼ 45%를 들 수 있으며, 이 경우 포러스화 구조체를 얻기 위한 원료는 0.7∼0.21mm를 30∼35%, 0.21∼0.075mm를 45%, 0.075mm 이하를 15∼25% 사용할 수 있다.

이와 같이 모재 상단부에 형성될 포러스화할 구조체 형성에 사용될 원료 입경을 상기 모재보다 입경분포가 큰 것을 많이 사용하여 소결하면 모재보다 기공율이 높게 나타나게 된다. 따라서 포러스화한 구조체의 기공은 모재 사용 원료의 입경분포 범위에 따라 달라질 수 있는 것이므로, 모재에 비교되는 수치범위 한정에 국한 하지 않는다.

한편, 도 2와 같은 종래의 포러스링 타입에 사용되는 원료 입경분포의 하나의 예를 보면, 1.0mm 이상을 10% 이상, 1.0∼0.212mm를 63∼73%, 0.075mm 이하를 23∼37% 사용한 경우는, 본 발명에서 사용하고 있는 입경보다 훨씬 큼을 알 수 있다.

상기한 구조에서 포러스화 된 구조체(12)의 높이(b)는 콜렉터노즐(3)에 접촉하는 길이(a) 이하의 범위를 갖는다.

롱노즐의 포러스화 된 구조체(12)의 높이가 도 2와 같이 콜렉터 노즐(3)의 접촉하는 길이보다 길 경우는 씰링성이 저하한다.

즉, 롱노즐에서 아르곤가스를 취입할 경우 콜렉터노즐과 접촉되어지는 부위에서는 밀착으로 가스의 배압이 상승되어 외부의 공기 흡입을 차단할 수 있으나, 미접촉된 부위로 아르곤가스가 집중적으로 유입되어 아르곤가스의 배압을 향상시킬 수 없어 외부의 공기가 접촉 부위로 혼입하게 된다.

이때 공기의 혼입에 따른 롱노즐 내경의 산화용손과 용강의 재산화로 강 품질이 저하되며, 턴디쉬내에서 가스 부상으로 롱노즐 주변 용탕면의 유동이 심하여 턴디쉬 파우더층의 파손으로 나탕 발생이 일어난다. 이러한 나탕 발생은 용강이 공기와 접촉하여 용강의 재산화 및 파우더 소모량 증가를 초래한다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

(표 1)과 같은 원료를 적용하여 실시하였다. 여기서 롱노즐 모재에 대해 사용되는 원료는 본 발명 및 종래 모두 동일하게 적용하였으며, 모재에 사용되는 원료의 입경분포는 0.7∼0.21mm를 30∼35%, 0.21∼0.075mm를 25∼30%, 0.075mm 이하를 35∼ 45%로 하였고, 본 발명의 포러스화 구조체를 얻기 위한 원료 입도는 0.7∼0.21mm를 30∼35%, 0.21∼0.075mm를 45%, 0.075mm 이하를 15∼25% 적용하였다. 그리고, 종래의 포러스링 타입에 적용되는 입도분포는 1.0mm 이상을 10% 이상, 1.0∼0.212mm를 63∼73%, 0.075m 이하를 23∼37% 로 하였다.

상기 원료를 금형에 넣고 공지의 제조공정을 통한 성형, 소결을 거쳐 롱노즐을 얻어 물리적 시험을 실시한 결과 (표 1)과 같이 나타났다.

	모 재	본 발 명	종 래
겉보기 기공율(%)	15.0	20.2	30.3
압축강도(kg/cm2)	240	200	100
열팽창율(%) 1,500℃	0.4∼0.5	0.45∼0.55	1.2∼1.3
화학성분	F.C+SIC	30	28	-
	Al2O3	41	47	91
	SiO2	25	24	8
	ZrO2	3	-	-
통기량(kg/cm2 ,ℓ/min	-	100∼300	200∼300

상기 (표 1)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 포러스화된 구조체의 기공율을 종래보다 감소시키므로서 동일한 유량을 공급할 때 아르곤가스의 배압 증가로 가스의 유속이 크게됨에 따라 콘렉터노즐과 롱노즐사이로 유입되는 공기의 흡입을 차단하는 효과가 증대된다.

그리고 본 발명의 포러스화 구조체가 종래보다 조직의 치밀화로 강도 향상과 구조 보강을 위한 일체 형상의 구조로 안정성을 부여하므로써, 콘렉터노즐과 롱노즐 사용시 발생하는 기계적 충격과 주조 작업시 연속적인 기계 작동에 따른 기계적 충격에 대한 강도 향상으로 균열발생을 방지할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 콜렉터노즐과 접촉되는 롱노즐 모재의 상부를 포러스화 하여 롱노즐 모재와 일체형이 되게 함으로써, 종래의 이중 재질 구조에서 오는 열팽창 차이에 따른 결합력 상실의 회복 및 구조적 취약에서 오는 포러스링의 부분 탈락의 방지로 용강의 턴디쉬 주입시 공기의 혼입을 차단하는 효과를 극대화 하므로서 연속주조 작업의 안정성 및 청정한 용강의 주조로 강 품질을 향상하는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 용강주조에 사용되는 콜렉터노즐과 접촉되는 롱노즐에 있어서, 롱노즐 전체를 동일 재질로 함과 함께 콜렉터 노즐과 접하게 되는 부위의 롱노즐 모재 상부를 모재보다 기공이 큰 포러스(porous)화한 구조체로 하여 모재와 이음매가 없는 일체형으로 구성 됨을 특징으로 하는 용강주조용 롱노즐.
2. 제 1항에 있어서,

   콘렉터노즐에 접하는 롱노즐 모재 상부의 포러스화된 구조체의 길이가 콘렉터노즐의 길이보다 짧음을 특징으로 하는 용강주조용 롱노즐.