KR20030084779A - 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐 - Google Patents

얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐 Download PDF

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KR20030084779A
KR20030084779A KR10-2003-0026405A KR20030026405A KR20030084779A KR 20030084779 A KR20030084779 A KR 20030084779A KR 20030026405 A KR20030026405 A KR 20030026405A KR 20030084779 A KR20030084779 A KR 20030084779A
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KR
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molten metal
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discharge hole
continuous casting
flow path
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KR10-2003-0026405A
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오츠까히로시
하세베에투히로
에노모토고우지
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도시바 세라믹스 가부시키가이샤
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

본 발명은, 장시간 사용에 있어서도, 노즐 및 몰드 내에서의 용융 금속의 편류나 탕면 변동을 방지하고, 또 노즐의 지금(地金) 부착 및 손상 등이 억제됨으로써, 고품질의 얇은 슬랩 주물편을 안정적으로 공급할 수 있는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐을 제공한다. 상단의 용융 금속 유입구(2)와, 이 용융 금속 유입구(2)로부터 아래쪽으로 연장되는 관상의 용융 금속 유로(3)와, 하단에 용융 금속 토출 구멍(4)을 구비하고, 또한 상기 용융 금속 유로(3)가 원통형의 상부(3a), 원통형으로부터 편평형으로 변형하는 중간부(3b), 편평하고 곧은 관상의 하부(3c)에 의해 구성된 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐에 있어서, 상기 용융 금속 유로의 하부(3c)의 편평하고 곧은 관상 부분의 단면적은 상부(3a)의 원통형 부분의 단면적의 95% 이상 105% 이하가 되도록 구성한다.

Description

얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐{SUBMERGED NOZZLE FOR CONTINUOUS THIN-SLAB CASTING}
본 발명은 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지(浸漬) 노즐에 관한 것으로, 보다 상세히는 얇은 슬랩 주물편의 연속 주조에 적합한 편평하고 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐에 관한 것이다.
최근, 연속 주조의 후속 공정의 에너지 절약을 목표로 하여, 슬랩 주물편은 두께가 얇아지는 경향에 있다. 예컨대, 두께 100 mm 이하, 폭 1000 mm 이상의 얇은 두께에 폭이 넓은 형상의 슬랩 주물편의 연속 주조가 일반적으로 이루어지고 있다. 그에 따라, 몰드 및 침지 노즐을 편평형 형상으로 만들 필요가 생기고 있다.
그러나, 편평형의 노즐 및 몰드를 이용하여, 얇은 슬랩 주물편을 연속 주조하는 경우, 종래의 단순한 직방형 몰드의 사용에 있어서는 발생할 수 없었던 문제가 여러 가지 생기고 있었다.
예컨대, 몰드와 노즐과의 간격이 좁고, 장시간의 연속 주조를 행한 경우, 노즐 외벽부에 성장한 슬래그 등의 부착물이 응고 셸에 접촉, 용착하여, 이 응고 셸에 의해서 편평형의 노즐의 선단부가 손상을 받고, 또 이 응고 셸이 찢어져 브레이크아웃을 유발할 위험성이 있었다.
또한, 침지 노즐의 편평한 유로에는 용융 금속을 충만시키기 어렵고, 특히, 용융 금속 유입구의 단면적이 편평형 부분의 유로의 단면적보다도 작은 경우, 편류, 난류, 맥류 등의 불안정한 용융 금속류가 발생하기 쉽게 되고, 그 결과 탕면 변동이나 주물편에 대한 몰드 파우더의 혼입이 생기기 쉬웠다.
또한, 편평하고 협소한 용융 금속 유로에서 편류가 발생하면, 용융 금속의유속이 빠른 부분에서는 노즐 내벽의 국부 용손이, 또 유속이 느린 부분에서는 알루미나 등의 비금속 개재물의 부착에 의한 막힘이 발생하기 쉽게 된다고 하는 과제도 생기고 있었다.
한편, 편평형의 침지 노즐에 있어서, 용융 금속 유입구의 단면적이 편평형의 유로의 단면적보다도 큰 경우는 용융 금속의 토출류(吐出流)의 유속이 커지고, 이 때문에, 탕면 변동이 생기기 쉽게 되고, 또 노즐 하부에 있어서의 국부 용손이 생기기 쉽게 된다고 하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 편평형의 노즐에 의한 편류(偏流)의 발생 등에 따른 문제점을 해소하기 위해, 지금까지도 용융 금속 유로의 형상을 개선한 여러 가지 편평형의 노즐이 제안되어 있다.
예컨대, 일본 특허 공개 평11-47897호 공보에는, 용융 금속 유로의 중간부에 있어서 적절한 각도로 점차로 끝이 펴지는 형상으로 형성되고, 하부가 편평형인 연속 주조용 침지 노즐이 개시되어 있다.
그러나, 전술한 점차로 끝이 넓어지는 형상의 노즐에 있어서는, 노즐 내의 용융 금속 유로 전체에서 충만류(充滿流)를 얻기 어려워 편류를 일으키기 쉽게 됨으로써, 몰드 파우더의 혼입에 의한 주물편의 품질 열화를 초래하거나, 노즐 내벽면의 국부 용손이 생기기 쉽다고 하는 과제를 갖고 있었다.
또한, 다른 종래의 편평형의 노즐로서, 예컨대, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같은 것이 있다. 도 5a는 단변(短邊) 방향에서 본 종단면도이고, 도 5b는 장변(長邊) 방향에서 본 종단면도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시한 종래의 편평형의 노즐은, 용융 금속 유로(23)의 상부(23a)는 원통형으로 형성되고, 중간부(23b)에서 장변측이 끝이 굵은 테이퍼형으로 형성되고 단변측은 끝이 가는 테이퍼형으로 형성되며, 하부(23c)는 편평형으로 형성되고, 그 하부의 단변 양측벽에, 용융 금속 토출 구멍(24)이 형성되어 있다.
이와 같이, 상기 도 5a 및 도 5b에 도시한 편평형의 노즐은 편평하고 협소한 용융 금속 유로(23)에서의 용융 금속{지금(地金)}의 응고, 부착을 억제하기 위해서, 용융 금속류가 2방향으로 토출되도록 용융 금속 토출 구멍(24)이 형성되어 있다.
그러나, 예컨대 노즐이 접속되는 턴디쉬가 스토퍼 헤드에 의해 유량이 제어되고 있는 경우, 주입을 개시할 때의 정밀한 유량 제어가 곤란하기 때문에, 상기 2방향의 용융 금속 토출 구멍(24)이 형성된 편평형의 노즐에서는 주입을 시작할 때의 용융 금속 토출 구멍(24)으로부터의 용융 금속 유속이 비교적 커지는 경향에 있었다.
또한, 상기 2 방향의 용융 금속 토출 구멍(24)은 몰드 측벽에 용융 금속류가 맞닿도록 구성되어 있기 때문에, 주입 가동 초기에 있어서, 스플래쉬(splash)가 많이 발생하기 쉬웠다. 이 스플래시가 몰드 상측에서 응고되면, 주물편을 빼내기 시작했을 때에, 이 응고편이 이물로서 잔류하여, 그 부위에서 몰드 내의 응고 셸(solidified shell)이 파열되어, 브레이크아웃(breakout)을 유발할 위험성이 있었다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 장시간 사용에 있어서도, 노즐 및 몰드 내에서의 용융 금속의 편류나 탕면 변동을 방지하고, 또 노즐의 지금(地金) 부착 및 손상 등이 억제됨으로써, 고품질의 얇은 슬랩 주물편을 안정적으로 공급할 수 있는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐의 일례를 도시하는 개략적인 종단면도로, 도 1a는 단변측(短邊側)을, 그리고 도 1b는 장변측(長邊側)을 도시하는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시하는 노즐의 용융 금속류 방향에 대한 확대 단면도로, 도 2a는 상부(3a)에 있어서의 단면을 도시한 것이고, 도 2b는 하부(3c)에 있어서의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 도 1b의 III 부분의 확대도이다.
도 4는 도 1a 및 도 1b에 도시하는 노즐의 사용 형태 및 용융 금속의 유동상태를 나타낸 모식도이다.
도 5a 및 도 5b는 종래의 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐의 일례를 도시하는 개략 종단면도로, 도 5a는 단변측, 도 5b는 장변측을 도시한 것이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 침지 노즐
2: 용융 금속 유입구
3, 23: 용융 금속 유로
3a, 23a: 상부
3b, 23b: 중간부
3c, 23c: 하부
4: 용융 금속 토출 구멍
5: 침지 부분
6: 방출 구멍
B: 장변측의 테이퍼의 시점
B': 단변측의 테이퍼의 시점
C: 장변측의 테이퍼의 종점
C': 단변측의 테이퍼의 종점
T: 장변 방향의 절결의 길이
t: 단변측의 측벽의 두께
11: 턴디쉬
12: 스토퍼 헤드
13: 용융 금속(용강)
14: 몰드
F1: 측방류
F2: 하방류
본 발명에 따른 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐은 상단의 용융 금속 유입구와, 상기 용융 금속 유입구로부터 아래쪽으로 연장되는 관상의 용융 금속 유로와, 하단에 용융 금속 토출 구멍을 구비하고, 또 상기 용융 금속 유로가 원통형의 상부, 원통형으로부터 편평형으로 변형하는 중간부, 편평하고 곧은 관상의 하부에 의해 구성된 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐에 있어서, 상기 용융 금속 유로의 하부의 편평하고 곧은 관상 부분의 단면적은 상부의 원통형 부분의 단면적의 95% 이상 105% 이하인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 용융 금속의 유입구 부근과 토출 구멍 부근의 용융 금속 유로의 단면적을 거의 같게 함으로써, 몰드 내에서의 용융 금속의 탕면 변동을 방지하고, 또 편류에 따른 몰드 파우더의 혼입에 의한 주물편의 품질 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 형태의 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐은 상단의 용융 금속 유입구와, 상기 용융 금속 유입구에서 아래쪽으로 연장되는 관상의 용융 금속 유로와, 하단에 용융 금속 토출 구멍을 구비하고, 또 상기 용융 금속 유로가 원통형의 상부, 원통형에서 편평형으로 변형하는 중간부, 편평하고 곧은 관상의 하부에 의해 구성된 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐에 있어서, 상기 용융 금속 유로의 중간부는 장변측이 끝이 굵은 테이퍼형으로 형성되고, 단변측이 끝이 가는 테이퍼형으로 형성되고, 또 장변측의 테이퍼와 단변측의 테이퍼의 시점 및 종점의 높이 위치가 다르도록 구성되며, 상기 노즐 저벽에는 저면 중앙부에 방출 구멍이 형성되고, 이 방출 구멍의 개공 면적은 상기 용융 금속 유로의 하부의 곧은 관상의 부분의 단면적의 20% 이상 40% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 방출 구멍을 형성함으로써, 주입 가동 초기의 측방류를 억제하여, 유속이 큰 초기의 용융 금속류가 몰드 측벽에 맞닿음에 의한 스플래쉬의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 구성에 의해, 몰드 내의 응고 셸과 노즐 하단과의 접촉 방지를 도모할 수 있고, 또 편류 등의 불안정한 용융 금속류가 억제되기 때문에, 장시간 안정적으로, 고품질의 얇은 슬랩 주물편을 얻을 수 있다.
상기 노즐에 있어서도, 상기와 같이, 상기 용융 금속 유로의 하부의 편평하고 곧은 관상 부분의 단면적은 상부의 원통형 부분의 단면적의 95% 이상 105% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 전술한 본 발명에 따른 노즐은 적어도 용융 금속에 침지되는 부분이, 유리질 실리카를 포함하지 않는 내화재에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 노즐에의 용융 금속의 부착 방지, 노즐의 용손 방지 및 방출 구멍 부근의 강도의 향상을 도모할 수 있기 때문에, 그 노즐의 저벽에 방출 구멍을 형성하더라도 강도를 유지하여, 장시간 안정적으로 사용할 수 있다.
또한, 상기 용융 금속 유로의 중간부는 장변측의 테이퍼와 단변측의 테이퍼의 종점의 높이 위치의 차가 10 mm 이상인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 장변측과 단변측에서 테이퍼가 틀어져 형성되는 경우, 그 종점의 높이 위치는 10 mm 이상의 차이를 지님으로써, 그 테이퍼 종점에의 열응력의 집중에 의한 노즐의 균열, 파손 등을 유효하게 피할 수 있다.
또, 상기 용융 금속 토출 구멍은 노즐 하단 측벽의 단변측에서부터 평면형의 저벽의 측부에 걸쳐 형성되고, 상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 노즐 하단 측벽이 수평면에 대하여 이루는 각도(α)와 상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 상기 저벽의 측부가 그 수평면과 이루는 각도(β)는 0°≤α≤60°, 30°≤β≤80°인 것이 바람직하다.
이와 같이, 용융 금속 토출 구멍을, 노즐 하단 측벽의 단변측에서부터 저벽에 걸쳐 상기 범위의 각도로 L자형으로 형성함으로써, 용융 금속류의 방향이 적당히 제어되어, 몰드 내에서의 용융 금속의 편류를 방지할 수 있다.
또한, 상기 용융 금속 토출 구멍에 의해, 몰드 내의 탕면 변동, 탕면 상의 몰드 파우더의 얇은 슬랩 주물편 내에의 혼입 등을 피할 수 있고, 또 용융 금속 중의 비금속 개재물을 부상시켜 제거함으로써, 주물편의 품질 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 용융 금속 토출 구멍은 노즐 저벽에 있어서의 장변 방향의 절결 길이가, 단변측의 측벽의 두께의 75% 이상 200% 이하인 것이 바람직하다.
용융 금속 토출 구멍을 이와 같이 구성함으로써, 몰드 내에서의 용융 금속의측방류 및 하측류를 적당한 상태로 조정하여 편류를 억제할 수 있고, 또한 충분한 용융 금속 유량 및 유속을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 기초로 하여 보다 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 노즐(1)은 상단의 용융 금속 유입구(2)와, 상기 용융 금속 유입구(2)로부터 아래쪽으로 연장되는 관상의 용융 금속 유로(3)와, 하단에 용융 금속 토출 구멍(4)을 구비하고 있고, 상기 용융 금속 유로(3)의 상부(3a)는 원통형, 하부(3c)는 편평하고 곧은 관상으로 형성되어 있다. 또 상기 용융 금속 유로(3)의 중간부(3b)는 장변측이 끝이 굵은 테이퍼형으로 형성되어 있고, 단변측이 끝이 가는 테이퍼형으로 형성되어 있다.
여기서, 편평하고 곧은 관상이란, 각 높이의 노즐의 단편 형상에 있어서, 장변측 및 단변측의 폭이 각각 실질적으로 변하지 않는 편평한 단면 형상인 것을 의미한다. 그리고, 상기 편평하고 곧은 관상 부분의 단면에 있어서는, 단변측과 장변측과의 내경의 비는 단변측:장변측=1:2 내지 1:10인 것이 바람직하다.
또한, 편평하고 곧은 관상 부분에 있어서는, 각부(角部)가 내벽 및 외벽 모두 곡면형으로 모따기되어 있는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 단변측이 반원형으로 형성된다.
상기한 바와 같이, 하부(3c)는 편평형이지만, 점차로 끝이 넓어지는 형상이 아니고, 곧은 관상으로 형성됨으로써, 사용시의 치우쳐진 열응력을 받기 어려워, 균열, 파손 등을 방지할 수 있다.
또한, 하부(3c)가 곧은 관상인 것은 난류, 맥류, 편류 등의 불안정한 용융금속류가 억제되어, 몰드 내의 응고 셸과 노즐 하단과의 접촉에 의한 브레이크아웃을 저지함에 있어서도 유효하다.
또한, 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 노즐의 용융 금속 유로의 단면은 상부(3a)에 있어서는 원형이고, 하부(3c)에 있어서는 편평한 거의 직사각형이며, 단변측은 곡면형으로 형성되어 있다.
그리고, 본 발명에서는, 이 용융 금속 유로의 하부(3c)의 편평하고 곧은 관상 부분에 있어서의 단면적(S3c)이, 상부(3a)의 원통형 부분의 단면에 있어서의 단면적(S3a)의 95% 이상 105% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 S3a과 S3c는 같아지도록 형성된다.
용융 금속 유로의 하부(3c)의 편평하고 곧은 관상 부분에 있어서의 단면적(S3c)이 상부(3a)의 원통형 부분의 단면에 있어서의 단면적(S3a)의 95% 미만인 경우, 노즐의 토출 구멍으로부터의 용융 금속의 토출류의 유속이 커지기 때문에, 몰드 내에서의 탕면 변동을 일으키기 쉽게 된다.
한편, 용융 금속 유로 하부(3c)의 편평하고 곧은 관상 부분에 있어서의 단면적(S3c)이, 상부(3a)의 원통형 부분의 단면에 있어서의 단면적(S3a)의 105%를 넘는 경우, 노즐 내의 용융 금속 유로 전체에서 충만류를 얻기가 어렵고, 편류를 일이키기 쉽게 되어, 몰드 파우더의 혼입에 의해, 얻는 주물편의 품질 열화를 초래하기 쉽다.
따라서, S3a= S3c로 하여, 용융 금속의 유입구 부근과 토출 구멍 부근의 용융 금속 유로의 단면적을 같게 하는 것이 가장 바람직하며, 이에 따라 몰드 내에서의 용융 금속의 탕면 변동을 방지하고, 또 편류에 따른 몰드 파우더의 혼입에 의한 주물편의 품질 열화를 방지할 수 있다.
또한, 도 1a 및 도 1b에 도시한 노즐에 있어서는, 노즐 저벽의 저면 중앙부에 방출 구멍(6)이 형성되어 있다.
예컨대, 노즐이 접속되는 턴디쉬가, 스토퍼 헤드에 의해 유량이 제어되고 있는 경우, 노즐의 편평형의 용강 금속 유로(3c)가 곧은 관상이기 때문에, 주입을 개시할 때의 용융 금속 유속이 비교적 커지기 쉽다.
또한, 용융 금속 토출 구멍(4)은 몰드 측벽에 용융 금속류가 맞닿도록 구성되어 있기 때문에, 주입 가동 초기에, 스플래쉬가 많이 발생하기 쉽다. 이 스플래쉬가 몰드 상측에서 응고되면, 주물편을 빼내기 시작했을 때에, 이 응고편이 이물로서 잔류하여, 그 부위에서 몰드 내의 응고 셸이 파열되어, 브레이크아웃을 유발할 가능성이 있다.
따라서, 상기와 같은 편평하고 곧은 관상의 용융 금속 유로가 하부(3c)에 형성되고, 또 상기 방출 구멍(6)이 형성됨으로써, 주입 가동 초기에 있어서, 토출되는 용융 금속류의 일부를 그 방출 구멍(6)으로 유도하여, 측방류를 억제할 수 있고, 유속이 큰 초기의 용융 금속류가 몰드 측벽에 맞닿음에 의한 스플래쉬의 발생을 방지할 수 있다.
상기 방출 구멍(6)의 개공 면적은 불안정한 용융 금속류의 발생을 야기하지 않도록 하는 관점에서, 용융 금속 유로의 하부(3c)의 곧은 관상 부분의 단면적의 20% 이상 40% 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 25% 이상 35% 이하이다.
상기 방출 구멍(6)의 개공 면적의 비율이 20% 미만인 경우, 그 방출 구멍(6)으로부터는 용융 금속이 대부분 유출되지 않아, 상기와 같은 방출 구멍으로서의 역할을 다 하는 것은 곤란하다.
한편, 개공 면적이 40%를 넘는 경우, 노즐 저벽의 강도 저하를 초래하게 된다.
또한, 상기 방출 구멍(6)의 단면 형상은 강도의 관점에서, 각을 갖지 않는 형상, 예컨대 원형, 타원형 등인 것이 바람직하다.
또한, 상기 용융 금속 유로(3)의 중간부(3b)에 있어서는, 장변측의 테이퍼의 시점(B)과 단변측의 테이퍼의 시점(B') 및 장변측의 테이퍼의 종점(C)과 단변측의 테이퍼의 종점(C')의 높이 위치가 각각 다르도록 형성되어 있다.
본 발명에 따른 노즐에 있어서는, 장변측의 테이퍼의 시점(B)과 단변측의 테이퍼의 시점(B') 및 장변측의 테이퍼의 종점(C)과 단변측의 테이퍼의 종점(C')이 각각 서로 다른 높이에 위치함으로써, 사용시에 이들 부위에의 열응력의 집중이 억제되고, 그것에 기인하는 균열, 파손 등의 노즐의 손상을 피할 수 있다.
상기한 장변측의 테이퍼의 종점(C)과 단변측의 테이퍼의 종점(C')의 높이 위치는 상기 열응력의 집중을 유효하게 피하는 관점에서, 그 차가 10 mm 이상인 것이 바람직하다.
또한, 장변측의 테이퍼의 종점(C)과 단변측의 테이퍼의 종점(C')의 높이 위치의 상하 관계는 상관없다.
또한, 상기 노즐에 있어서는, 적어도 용융 금속에 침지되는 부분(5)이, 유리질 실리카를 포함하지 않는 내화재에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
노즐의 용융 금속에 침지되는 부분(5)에는 종래, 내(耐)스폴링성(spalling resistance)을 향상시킬 목적으로, 유리질 실리카를 포함하는 내화재가 사용되고 있었다.
그러나, 유리질 실리카는 환원 분위기하에서는 1400℃ 정도에서 소실되어 버리는 것이 알려져 있으며, 1500℃ 이상의 고온에서의 노즐의 사용 중에 소실되어, 유리질 실리카를 함유하고 있었던 내화재의 다공성화를 초래하기 쉽다. 이 때문에, 발생된 기공에 용융 금속이 침윤함으로써, 지금(地金)이 부착되기 쉽게 되고, 또 노즐의 용손에 의해 강도가 저하된다고 하는 과제를 갖고 있었다.
또한, 유리질 실리카를 포함하는 내화재를 사용한 노즐의 저벽에 방출 구멍을 형성하여 장시간 사용한 경우, 용융 금속의 부착에 의해 그 방출 구멍이 폐색되거나, 용손에 의해 강도가 저하되어, 방출 구멍 부근이 파손되기 쉬운 것이었다.
따라서, 실리카 성분의 다공성화에 의한 용융 금속의 부착을 방지하는 관점에서, 용융 금속에 침지되는 부분(5)을 구성하는 내화재에는 유리질 실리카를 포함하지 않는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 유리질 실리카를 포함하지 않는 내화재로서, 본 발명에 따른 노즐에 적합하게 이용할 수 있는 것으로서는 예컨대, 알루미나-흑연재, 지르코니아-흑연재,마그네시아-흑연재 등을 예로 들 수 있다.
또한, 상기 내화재는 유리질 실리카를 포함하지 않는 것이지만, 결정질 실리카 화합물은 5% 이하 정도 포함되어 있더라도, 방출 구멍의 폐색이나 방출 구멍 부근의 파손 등을 초래하는 일이 없기 때문에 지장이 없다. 구체적으로는, 예를 들면 파이로필라이트(Al2O3·4SiO2·H2O)를 주성분으로 하는 납석, 카올리나이트(Al2O3·2SiO2·2H2O)를 주성분으로 하는 와목점토 등을 용융 금속에 침지되는 부분(5)을 구성하는 내화재 원료로서 이용할 수 있다.
상기와 같은 유리질 실리카를 포함하지 않는 내화재를 이용함으로써, 노즐에의 용융 금속의 부착 방지, 노즐의 용손 방지 및 방출 구멍 부근의 강도 향상을 도모할 수 있어, 장시간 사용한 경우라도 방출 구멍의 폐색이나 방출 구멍 부근의 파손이 없고, 안정적으로 사용할 수 있다.
또한, 종래보다도 방출 구멍의 개공 면적을 크게 할 수도 있다.
또한, 상기 재질은 용융 금속에 침지되는 부분(5) 이외의 부분을 구성하는 내화재에 적용하더라도 좋다.
또한, 상기 용융 금속 토출 구멍(4)은 노즐 하단 측벽의 단변측으로부터 평면형의 저벽의 측부에 걸쳐 형성되고, 상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 노즐 하단 측벽이 수평면에 대하여 이루는 각도(α) 및 상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 상기 저벽의 측부가 그 수평면과 이루는 각도(β)는 0°≤α≤60°, 30°≤β≤80°인 것이 바람직하다.
이와 같이, 용융 금속 토출 구멍(4)이 직선형이 아니고, 노즐 하단 측벽의 단변측에서부터 저벽에 걸쳐 L자형으로 형성됨으로써, 거의 수평 방향의 용융 금속 토출류를 얻을 수 있다. 그리고, 용융 금속류를 몰드 측벽에 닿게 하여, 상승류를 발생시킴으로써, 용융 금속 중의 비금속 개재물을 부상시켜 제거하여, 주물편의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 몰드 내에서의 용융 금속의 편류를 방지할 수 있어, 주물편의 품질 저하를 초래하는 요인이 되는 탕면 변동, 탕면 상의 몰드 파우더의 얇은 슬랩 주물편 내로의 혼입 등을 피할 수 있다.
또한, 상기 L자형의 토출 구멍(4)은 형성하는 노즐 하단 측벽을 끝이 가는 경사로 하여, 그 수평면에 대하여 이루는 각도(α)가 0°≤α≤60°가 되게 형성하고, 또한 토출 구멍을 형성하는 상기 저벽을 끝이 넓은 구배로 하여, 그 수평면에 대하여 이루는 각도(β)가 30°≤β≤80°가 되도록 형성함으로써, 용융 금속류의 방향을 적당히 제어할 수 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 용융 금속 토출 구멍(4)은 노즐 저벽에 있어서의 장변 방향의 절결(T)이 단변측의 측벽의 두께(t)의 75% 이상 200% 이하의 길이, 즉 75% ≤T/t ≤200%로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 각도(β)가 30°미만인 경우, T/t를 75% 미만으로 하면, 용융 금속의 하측류가 적고, 측방류가 많기 때문에, 몰드 내의 특히 노즐의 아래쪽에서 용융 금속의 편류를 일으키기 쉽게 된다.
한편, 상기 각도(β)가 80°이상인 경우는 T/t가 200%를 넘도록 하면, 용융금속의 측방류가 적어, 탕면의 노즐 근방에서 용융 금속이 응고되기 쉽게 된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐(1)은 턴디쉬(11)의 저부에 부착되고, 상기 노즐(1) 상단의 용융 금속 유입구(2)에는 상기 턴디쉬(11)로부터의 용융 금속의 유량을 제어하는 스토퍼 헤드(12)가 설치되어 있다. 또한, 상기 노즐의 하부는 얇은 슬랩용 몰드(14) 내에 배치된다.
상기와 같은 장치 구성으로, 스토퍼 헤드(12)를 상승시킴으로써, 용융 금속(13)은 턴디쉬(11)에서 노즐(1) 내의 용융 금속 유로(3)를 지나 몰드(14)에 주입된다.
상기 얇은 슬랩용 몰드(14)는 통상, 장변이 9000 mm 이상, 단변은 150 mm 이하의 편평형이다. 노즐(1)의 몰드(14) 내에 침지되는 부분은 이 편평형 몰드(14)의 사이즈에 따른 형상으로 형성된다.
그리고, 노즐의 용융 금속 토출 구멍으로부터 토출되는 용융 금속은 도 4에 도시한 바와 같이, 몰드 내에서, 측방류(F1) 및 하측류(F2)를 양호한 밸런스로 발생시킨다.
또한, 노즐(1) 저벽의 방출 구멍(6)에 의해, 주입 가동 초기에 있어서의 측방류(F1)에 의한 스플래쉬의 발생이 방지된다.
상기 측방류(F1)는 몰드(14) 측벽을 향해 거의 수평 방향으로 흘러, 몰드(14) 측벽에 접촉한 후에는 상승류가 된다. 이 상승류에 의해, 용융 금속 중의 개재물을 부상시켜 몰드 파우더 중에 용융시켜 제거할 수 있으므로, 주조 금속의결함의 저감화를 도모할 수 있다.
한편, 상기 하측류(F2)는 비스듬히 아래쪽으로 흘러 몰드(14) 측벽에 접촉한 후에는 그 몰드(14)의 측벽을 따라 완만한 하강류가 된다.
이와 같이, 상기 노즐을 이용함으로써, 용융 금속 토출 구멍(4)으로부터 토출되는 용융 금속이 몰드(14) 내에서 편류 등의 불안정한 용융 금속류를 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐 및 900 mm x 80 mm의 얇은 슬랩용 몰드를 이용하여, 2100 t의 용강을 연속 주조 시험하였다.
이 침지 노즐은 용강에 침지되는 부분(5)을 알루미나-흑연재에 의해 구성하고, 또 중간부(3b)에 있어서의 장변측의 테이퍼의 종점(C)이 단변측의 테이퍼의 종점(C')보다도 50 mm 아래쪽에 위치하고, 또 α= 45°, β= 60°, T/t = 150%, 방출 구멍의 개공 면적은 노즐 하부(3c)의 곧은 관상 부분의 단면적의 30%가 되도록 형성했다.
또한, 이 침지 노즐에 있어서는, 용융 금속 유로의 하부(3c)의 편평하고 곧은 관상 부분에 있어서의 단면적(S3c)은 상부(3a)의 원통형 부분의 단면에 있어서의단면적(S3a)과 같다. 즉, S3a= S3c이다.
상기 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 1]
도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같은 노즐 저벽에 방출 구멍이 형성되어 있지 않은 종래의 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐을 이용하고, 그 이외에 대해서는 실시예 1과 같은 식으로, 연속 주조 시험을 행하였다.
이 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 2]
용강에 침지되는 부분이 실리카를 22 중량% 포함하는 알루미나-흑연질로서, 그 이외에 대해서는 실시예 1과 같은 식으로 구성된 침지 노즐을 이용하여, 실시예 1과 같은 식으로 연속 주조 시험을 행하였다.
이 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 3]
중간부(3b)에 있어서의 장변측의 테이퍼의 종점(C)과 단변측의 테이퍼의 종점(C')을 동일한 높이 위치로 하고, 그 이외에 대해서는 실시예 1과 같은 방식으로 구성된 침지 노즐을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 연속 주조 시험을 한 바, 주입 개시에서부터 100분에 상기 테이퍼 종점(C, C') 부분에서 균열이 발생했기 때문에 주조를 중지하였다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
하부 부착물 층 두께 (mm) 1.3 1.4 25.4
몰드의 탕면 변동 무 무 유
슬래그 비어드의 발생 무 무 유
강선형 크랙 발생율 (%) 0.0 0.0 23.3
강 블로홀 발생율 (%) 0.0 0.0 82.9
브레이크아웃의 발생율 (%) 0 5 측정하지 않음
주조 완료 시간 (분) 540 540 380
표 1에 나타낸 바와 같이, 방출 구멍을 형성한 노즐(실시예 1)에 있어서는, 스플래쉬에 의한 브레이크아웃의 발생이 보이지 않은 데 대하여, 종래의 2 방향만 토출 구멍이 형성된 노즐(비교예 1)에 있어서는 스플래쉬에 의한 브레이크아웃이 20개에 1개 발생했다.
또한, 실시예 1에 있어서는, 용강에 침지되는 부분에 실리카를 포함하는 경우(비교예 1)에 비해서 하부 외주에 있어서의 지금(地金)의 부착이 억제되어 장시간 안정적으로 사용 가능한 것이 인정되었다.
특히, 실시예 1에 있어서는, 부착물의 저감에 의해 장시간 사용의 말기에서의 탕면 변동이 적고, 몰드 표면에 존재하는 몰드 파우더의 용융층의 균일화가 도모되어, 스플래쉬의 생성이 완전히 억제되는 것이 인정되었다.
[비교예 4]
용융 금속 유로의 하부(3c)의 편평하고 곧은 관상 부분에 있어서의 단면적(S3c)을 상부(3a)의 원통형 부분의 단면에 있어서의 단면적(S3a)의 90%로 하고, 그 이외에 대해서는 실시예 1과 같은 식으로 구성된 침지 노즐을 이용하여, 실시예 1과 같은 방식으로 연속 주조 시험을 행하였다.
이 시험에서는, 몰드에 있어서의 탕면 변동 및 주물편에 있어서의 몰드 파우더의 오염 결함에 관해서 평가를 하였다.
이들 결과를, 실시예 1과 아울러, 표 2에 나타낸다.
[비교예 5]
용융 금속 유로의 하부(3c)의 편평하고 곧은 관상 부분에 있어서의 단면적(S3c)을, 상부(3a)의 원통형 부분의 단면에 있어서의 단면적(S3a)의 110%로 하고, 그 이외에 대해서는 실시예 1과 같은 식으로 구성된 침지 노즐을 이용하여 실시예 1과 같은 방식으로 연속 주조 시험을 행하였다.
이 시험에서는, 몰드에 있어서의 탕면 변동 및 주물편에 있어서의 몰드 파우더의 혼입 결함에 관해서 평가를 했다.
이들 결과를, 표 2에 나타낸다.
실시예 1 비교예 4 비교예 5
S3c/S3a 100% 90% 110%
몰드의 탕면 변동 무 대 소
몰드 파우더의 혼입 결함 무 소 다
표 2에 나타낸 바와 같이, S3c가 S3a의 95% 미만인 경우(비교예 4)에는 몰드 파우더의 혼입 결함은 적지만, 몰드에서의 탕면 변동이 큰 반면, S3c가 S3a의 105%를 넘는 경우(비교예 5)에는 몰드에서의 탕면 변동은 작지만, 몰드 파우더의 혼입 결함이 많이 보여, 어느 쪽의 노즐에서도 주물편의 품질상 바람직한 결과는 얻지 못했다.
이에 대하여, S3c가 S3a의 95% 이상 105% 미만인 경우(실시예 1)에는 몰드에서의 탕면 변동이 없고, 또 몰드 파우더의 혼입 결함도 인정되지 않아, 이와 같은 본 발명에 따른 노즐은 고품질의 주물편을 얻는 데에 있어서 유효하다는 것이 인정되었다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐은 장시간 사용에 있어서도, 노즐 및 몰드 내에 있어서의 용융 금속의 편류나 탕면 변동을 방지하고, 또 노즐의 지금 부착 및 손상 등을 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐을 이용함으로써, 장시간 연속해서 고품질의 얇은 슬랩 주물편을 안정적으로 공급할 수 있다.

Claims (11)

  1. 상단의 용융 금속 유입구와, 상기 용융 금속 유입구로부터 아래쪽으로 연장되는 관상의 용융 금속 유로와, 하단에 용융 금속 토출 구멍을 구비하며, 또 상기 용융 금속 유로가 원통형의 상부, 원통형에서 편평형으로 변형하는 중간부, 편평하고 곧은 관상의 하부에 의해 구성된 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐에 있어서,
    상기 용융 금속 유로의 하부의 편평하고 곧은 관상 부분의 단면적은, 상부의 원통형 부분의 단면적의 95% 이상 105% 이하인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  2. 상단의 용융 금속 유입구와, 상기 용융 금속 유입구로부터 아래쪽으로 연장되는 관상의 용융 금속 유로와, 하단에 용융 금속 토출 구멍을 구비하며, 또 상기 용융 금속 유로가 원통형의 상부, 원통형에서 편평형으로 변형하는 중간부, 편평하고 곧은 관상의 하부에 의해 구성된 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐에 있어서,
    상기 용융 금속 유로의 중간부는 장변측이 끝이 굵은 테이퍼형으로 형성되고, 단변측이 끝이 가는 테이퍼형으로 형성되며, 또 장변 측의 테이퍼와 단변측의 테이퍼의 시점 및 종점의 높이 위치가 다르도록 구성되고,
    상기 노즐 저벽에는 저면 중앙부에 방출 구멍이 형성되며, 이 방출 구멍의 개공 면적은 상기 용융 금속 유로 하부의 곧은 관상 부분의 단면적의 20% 이상 40% 이하인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  3. 제2항에 있어서, 상기 용융 금속 유로의 하부의 편평하고 곧은 관상 부분의 단면적은 상부의 원통형 부분의 단면적의 95% 이상 105% 이하인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 용융 금속에 침지되는 부분이 유리질 실리카를 포함하지 않는 내화재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  5. 제2에 있어서, 적어도 용융 금속에 침지되는 부분이 유리질 실리카를 포함하지 않는 내화재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  6. 제1항에 있어서, 상기 용융 금속 유로의 중간부는 장변측의 테이퍼와 단변측의 테이퍼의 종점의 높이 위치의 차가 10 mm 이상인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  7. 제2에 있어서, 상기 용융 금속 유로의 중간부는 장변측의 테이퍼와 단변측의 테이퍼의 종점의 높이 위치의 차가 10 mm 이상인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  8. 제1항에 있어서, 상기 용융 금속 토출 구멍은 노즐 하단 측벽의 단변측에서부터 평면형 저벽의 측부에 걸쳐 형성되고,
    상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 노즐 하단 측벽이 수평면에 대하여 이루는 각도(α) 및 상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 상기 저벽의 측부가 그 수평면과 이루는 각도(β)는
    0° ≤α≤60°
    30°≤β≤80°
    인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  9. 제2항에 있어서, 상기 용융 금속 토출 구멍은 노즐 하단 측벽의 단변측에서부터 평면형의 저벽의 측부에 걸쳐 형성되고,
    상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 노즐 하단 측벽이 수평면에 대하여 이루는 각도(α) 및 상기 용융 금속 토출 구멍을 형성하는 상기 저벽의 측부가 그 수평면과 이루는 각도(β)는
    0° ≤α≤60°
    30°≤β≤80°
    인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  10. 제8항에 있어서, 상기 용융 금속 토출 구멍은 노즐 저벽에 있어서의 장변 방향의 절결 길이가 단변측의 측벽의 두께의 75% 이상 200% 이하인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
  11. 제9항에 있어서, 상기 용융 금속 토출 구멍은 노즐 저벽에 있어서의 장변 방향의 절결 길이가 단변측의 측벽의 두께의 75% 이상 200% 이하인 것을 특징으로 하는 얇은 슬랩의 연속 주조용 침지 노즐.
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