KR20040006031A - 신뢰성 있는 가스 주입용 스토퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융된 금속의 주입 중에 가스를 운반하도록 되어 있는 모노 블록 스토퍼로서, 내부 챔버(1)와 방출구(2)가 있는 스토퍼 본체와, 상기 내부 챔버(1)를 가스 방출구(2)에 연결하는 보어(3)와, 이 보어(3) 내에 마련되어 경로를 제한하는 교정 수단(4)을 구비하는 모노 블록 스토퍼에 관한 것이다. 이 모노 블록 스토퍼는 상기 교정 수단이 로드를 따라 축방향으로 연장되는 하나 이상의 가스 통로가 있는 로드(4)를 구비하고, 상기 가스 통로에는 흐름에 대해 예정된 저항을 제공하는 부분이 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 모노 블록 스토퍼는 신뢰성이 훨씬 더 양호하고 다양한 동작 변수에 대해 용이하게 적용될 수 있다.

Description

신뢰성 있는 가스 주입용 스토퍼{STOPPER FOR RELIABLE GAS INJECTION}

연속적인 주조 공정에 있어서, 스토퍼 아래로 주입되는 가스를 사용하면 주조되는 금속의 품질에 상당히 유리한 것으로 판명되었다. 예컨대, 아르곤 또는 질소 등의 불활성 가스를 주입하여 알루미나 생성 및 폐색으로 인한 문제를 감소시키거나 방출 노즐 근처로부터 고화물의 제거에 일조할 수 있다. 용융물의 조성을 변경할 필요가 있는 경우에 또한 반응 가스를 사용할 수도 있다. 종래, 스토퍼에는 일단이 가스 공급 수단에 연결되고 타단이 가스 방출구에 연결되는 내부 챔버가 마련되어 있다.

정확하게 측정된 가스 흐름이 스토퍼로 공급되는 것을 보장하기 위해 여러 시스템이 개발되었다. 그러한 시스템을 밀봉하고 가스가 소기의 경로를 추종하여 낭비되지 않게 하는 것을 보장하는 문제가 대두되었다. 이들 수많은 문제에 성공적으로 부합한다고 입증된 스토퍼가 유럽 특허 제EP-A2-358,535호, 국제 공개 제WO-A1-00/30785호 및 국제 공개 제WO-A1-00/30786호에 개시되어 있다.

그러나, 그렇게 유용한 개량품이 제공되더라도, 다른 문제를 처리할 필요성이 있다. 그러한 문제 중 한가지는 방출 노즐을 통해 스토퍼의 노우즈를 통과하는 대량의 금속 용융물의 주입 동안의 영향 때문이라는 것은 명백하다. 가스 방출구를 통해 본체 내로 다시 공급관으로 전달될 수 있는 부압이 스토퍼 선단부에 발생될 수 있는데, 상기 공급관은 공기가 가스 흐름에 흡인되게 하여 주조 금속의 품질에 상당한 손상을 줄 수 있는 임의의 부적절한 결합부를 사용할 수도 있다.

이러한 위험을 제거하기 위해 스토퍼 내의 가스 흐름을 제한함으로써 스토퍼 내에 정압을 생성하려는 시도를 비롯하여 여러 해법이 제안되었다. 예컨대, 내부 챔버와 가스 방출구 사이에서 제어할 수 있는 간단한 제한이 공지되어 있다. 요구되는 압력에서, 내부 챔버의 오리피스 크기는 직경이 0.2 내지 0.5 mm인 것으로 계산되었고, 따라서 가스 흐름 내에 운반되는 부스러기나 먼지에 의해 폐색되기가 매우 쉬워서 흐름 손실을 야기한다. 또한, 가스 투과성 플러그를 스토퍼에 삽입하여 스토퍼의 유동 및 압력에 필요한 제한을 제공하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이들 시스템은 스토퍼의 동작 수명 동안 내화재의 투과성 특성의 변화와 주조 중에 온도 급증에 대한 민감성의 변화 문제를 겪어, 그 신뢰성 부족으로 인해 사용이 제한되는 것으로 판명되었다.

예컨대 영국 특허 제GB-A-2,254,274호에 개시된 다른 공지된 시스템에 따르면, 용융 금속의 주입 중에 가스를 운반하도록 되어 있는 모노 블록 스토퍼로서, 내부 챔버와 가스 방출구가 있는 스토퍼 본체와, 상기 내부 챔버를 가스 방출구에 연결하는 보어와, 이 보어 내에 마련되어 경로를 제한하는 교정 수단을 구비하는 모노 블록 스토퍼가 제공된다. 상기 교정 수단은 내부 챔버를 가스 방출구에 연결하는 보어의 일부를 형성하는 희생 기공 성형체를 사용하여 제한된 슬릿형 경로를 제공함으로써 형성되는데, 상기 제한된 슬릿형 경로는 흐름에 대해 예정된 저항을 제공하여 스토퍼 내의 정압을 유지하도록 된 것이다. 그러나, 희생 기공 성형체를 사용하여 이루어지는 슬릿형 경로의 형성은 극히 신뢰할 수 없어 흐름에 대해 정확하게 예정된 저항을 갖는 제한을 형성할 수 없게 된다. 또한, 이 형성 방법은 매우 좁은 통로를 형성할 수 없다. 스토퍼 내의 정압이라 함은 압력이 스토퍼 외측의 압력과 적어도 동일한 것을 의미한다는 것을 알아야 한다.

본 발명은 금속 티밍 공정 중에 보관 용기의 방출 노즐로부터 용융된 금속의 유동을 제어하는 데 사용되는 모노 블록 스토퍼에 관한 것이다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 상이한 실시예에 따른 4개의 스토퍼의 하부의 개략도이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 스토퍼과 관련된 전술한 문제들, 특히 그 신뢰성 부족을 극복하거나 적어도 완화시키는 것이다.

따라서, 한가지 양태에 따르면, 본 발명은 용융 금속의 주입 중에 가스를 운반하도록 되어 있는 모노 블록 스토퍼로서, 내부 챔버와 가스 방출구가 있는 스토퍼 본체와, 상기 내부 챔버를 가스 방출구에 연결하는 보어와, 이 보어 내에 마련되어 경로를 제한하는 교정 수단을 구비하는 모노 블록 스토퍼에 관한 것이다. 이 스토퍼는 상기 교정 수단이 로드를 따라 축방향으로 연장되는 하나 이상의 가스 통로를 갖는 로드(rod)를 구비하고, 이 가스 통로에는 예컨대 흐름에 대해 예정된 저항을 제공하는 부분이 있는 것을 특징으로 한다.

상기 로드를 따라 연장되는 가스 통로의 흐름에 대한 예정된 저항은 매우 정확하고 신뢰성 있는 제어 관계가 가스 흐름/내부 챔버에 가능하도록 및/또는 스토퍼 내에 가스 정압을 유지하도록 계산된다.

스토퍼 제조 공정의 맨 마지막에서 스토퍼 본체 내로 삽입될 수 있는 그러한 로드를 사용하면, 흐름에 대한 "예정된" 저항의 설정시 극도의 융통성이 가능하게 되어 로드를 변경시킴으로써 본 발명의 스토퍼을 광범위한 동작 변수에 맞게 간단히 적용할 수 있다. 또한, 별개로 제조되는 로드는 스토퍼와 함께 제조되는 것보다 훨씬 더 배려를 받으므로 훨씬 더 신뢰성이 있다. 그러한 로드는 열전대 외장부로서 사용하기 위해 시판되고 있다.

바람직하게는, 로드는 가스 불투과성 내화재로부터 제조되므로 로드 레벨에서의 가스 누설이 방지됨으로써 교정의 신뢰성이 증가된다. 또한, 상기 내화재는 흐름에 대한 예정된 저항이 로드의 전체 수명 동안 일정하게 유지되도록 내마모성을 갖는 것이 유리하다. 적절한 재료로는 뮬라이트, 소성된 알루미노 실리케이트, 알루미나, 재결정화된 알루미나, 지르코니아 알루미나 및 그 외에 요구되는 물성을 갖는 고내화성 재료를 포함한다.

상기 로드를 따라 축방향으로 연장되는 통로(또는 복수 개의 통로)는 압력 손실을 증가시키도록 모세 보어(들) 또는 슬롯(들) 형태를 갖는 것이 유리하다. 그러나, 최대 2 또는 3 mm의 보다 큰 가스 통로도 또한 성공적으로 사용된다는 점을 유념해야 한다. 특히, 스토퍼가 (음속과 적어도 동일한 속도로 가스가 통로를 통과하는) 음속 조건에서 동작하도록 통로를 설정하는 것이 유리하다. 실제로 이 조건에서, 가스 방출 흐름은 가스 방출 선단부의 외압과 관계없이 오직 스토퍼 내의 압력 또는 가스 공급 수단 내의 압력에 종속되기 때문에, 훨씬 더 신뢰성 있는 가스 흐름을 얻을 수 있다.

필요에 따라, 로드에는 복수 개의 통로가 마련된다.

전체 가스 통로 부분 또는 로드의 길이를 변경할 때 미세한 교정 조율이 수행될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 변형례에 따르면, 로드는 보어로부터 내부 챔버의 바닥을 지나 돌출된다. 이 구성은 스토퍼 내에 존재하는 먼지 및 미립자를 보유하여 이들이 가스 통로를 폐색할 수 없게 하는 "트랩"을 로드의 돌출부 둘레에 제공한다. 이 경우에, 로드는 미립자가 가스 통로 입구에 도달하는 것을 방지하도록 내부 챔버 바닥을 충분히 지나서 돌출되어야 한다. 내부 챔버를 지나서 적어도 1 cm, 바람직하게는 적어도 2 cm의 높이가 이 목적을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 로드의 일부와 보어 벽 사이에 바람직하게는 압축성 내화재로 제조된 시일이 존재한다. 이 사용을 위해서는 저밀도 흑연 시일이 적합하다. 상기 시일은 스토퍼의 제조 중이나 후속 단계에서 적소에 배치될 수 있다.

방출구까지 연장되는 로드를 구비할 수 있다. 이 실시예는 가스 통로가 모세 보어 또는 슬롯으로서 로드에 형성되는 경우에 특히 관계가 있다. 이는 크기가 큰 기포 대신에 미세한 가스 분사로서 가스를 용융된 금속 내에 분사할 수 있게 한다. 한가지 변형례에서, 또한 로드의 하단부와 가스 방출구 사이에 위치되는 보어의 일부에 다공성 재료를 제공할 수도 있다. 그러한 구성에서는, 가스 분사가 분쇄되어 소형 기포의 분산으로 전환된다. 바람직한 실시예에 따르면, 가스 방출구를 통해 보어 내로 다공성 플러그가 삽입된다.

대체로, 로드는 내부 챔버의 바닥 위로 몇 cm만 연장되므로, 로드를 따라 축방향으로 연장되는 가스 통로는 내부 챔버 및 가스 방출구와 연통된다. 그러나, 특정한 변형례에서, 로드는 상방으로 연장되어 가스 공급 수단에 연결된다. 이 조건에서, 스토퍼로 공급되는 가스는 심지어는 내부 챔버에서 방출됨이 없이 로드의 가스 통로를 통해 가스 방출구에서 방출된다. 그러한 구성은 스토퍼 재료의 투과성이 원인이 될 수 있는 모든 가스 손실을 방지한다.

본 발명에 따른 스토퍼는 여러 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 제1 방법에 따르면, 축방향으로 연장되는 하나 이상의 가스 통로가 있는 로드는 스토퍼 본체와 함께 압착된다. 이 방법의 바람직한 변형례에서는, 상기 함께 압착하는 단계 전에 로드의 둘레에 내화성 시일이 위치되어 시일이 스토퍼 본체를 구성하는 재료와 로드 사이에서 압착된다.

다른 제조 방법에 따르면, 로드는 후속 단계에서 보어 내에 삽입된다. 상기 로드는 가스 방출구 또는 내부 챔버를 통해 보어 내에 삽입될 수 있다. 로드 둘레에 모르타르 또는 시멘트를 추가하여 로드를 보어 내에 고정시키는 것이 가능하다. 로드의 삽입 전에 이 로드 둘레에 1개 이상의 시일을 배치하여 상이한 재료에서 있을 수 있는 열 팽창의 차를 보상할 수 있다. 상기 시일을 보어 내에 가압하는 것이 필요할 수도 있다. 상기 시일 재료는 모르타르 또는 시멘트에 의한 산화로부터 보호되는 것이 바람직하다. 시일을 수용하도록 되어 있는 보어 영역은 시일이 그 삽입 중에 압착 상태로 유지되어 로드의 수명 내내 압착 상태로 유지되도록 원뿔형으로 설계될 수 있다.

제2 제조 방법은 여러 가지 이유로 바람직하다. 이 제2 제조 방법은 제조 공정의 맨 마지막에서 특정한 동작 변수에 대해서만 적용되는 표준 스토퍼 구조를 갖는 것이 가능하게 하고, 또한 압착 및 후속하는 소성 작업 중에 있을 수 있는 교정된 로드의 파손으로 인한 반품을 방지할 수 있다.

제2 제조 방법의 특정한 변형례에서, 보어의 최하 영역은 내부에 암나사가 형성되어 수나사형 다공성 인서트를 수용하도록 구성된다. 이 인서트는 가스를 용융된 재료 내로 확산시키고 (용융 재료의 진입으로부터) 로드 하부와 (산화로부터) 시일을 보호하는 기능을 실현한다. 이 경우에, 다공성 플러그는 또한 시일의 하부와 접촉하므로 시일을 압착 상태로 유지하는 데에도 기여할 수 있다.

로드가 상방으로 연장되는 경우에 대응하는 다른 제조 방법 변형례에 있어서, 상기 방법은 로드를 가스 공급 수단에 연결하는 단계를 더 포함한다.

이제, 본 발명의 일부 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명하기로 한다.

이들 도면에서, 도면 번호 1은 스토퍼 본체 내에 형성된 내부 챔버를 지시한다. 이 내부 챔버(1)는 가스 공급 수단(도시 생략)과 연통된다. 스토퍼는 또한 이 스토퍼의 최하 선단부에 배치되는 가스 방출구(2)를 포함한다. 보어(3)가 내부챔버(1)를 가스 방출구(2)에 연결시킨다. 상기 보어(3) 내에는 로드(4)가 배치된다. 상기 로드(4)는 이 로드를 따라 축방향으로 연장되는 하나 이상의 가스 통로를 포함한다. 가스 통로의 전체 부분은 흐름에 대해 예정된 저항을 제공하여 스토퍼 내에 가스 정압을 유지하도록 계산된다. 저밀도 흑연으로 제조되어 로드(4)의 둘레에 배치되는 시일(5)은 가스 누출을 방지함으로써 시스템의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

도 1의 스토퍼의 로드(4)는 내부 챔버(1)의 바닥과 같은 높이로 되어 있다. 유사한 스토퍼들이 도 2 내지 도 4에 도시되어 있지만, 로드(4)는 내부 챔버(1) 내에 존재하는 (예컨대, 가스 흐름에 의해 운반되거나 스토퍼 내측의 마모에 의해 생성된) 먼지와 미립자가 가스 통로 입구에 도달할 수 없도록 내부 챔버(1)의 바닥을 지나서 돌출된다.

도 3은 로드(4)와 저밀도 흑연 시일(5)이 스토퍼와 함께 압착된 특정한 실시예를 도시하고 있다.

도 4는 다공성 플러그(6)가 가스 방출구(2)의 레벨로 보어(3) 둘레에 천공된 구멍 내로 도입된 다른 실시예를 도시하고 있다.

도면 부호의 설명

1: 내부 챔버

2: 가스 방출구

3: 보어

4: 로드

5: 시일

6: 다공성 재료

Claims (14)

1. 용융된 금속의 주입 중에 가스를 운반하도록 되어 있는 모노 블록 스토퍼로서, 내부 챔버(1)와 방출구(2)가 있는 스토퍼 본체와, 상기 내부 챔버(1)를 가스 방출구(2)에 연결하는 보어(3)와, 이 보어(3) 내에 마련되어 경로를 제한하는 교정 수단(4)을 구비하는 모노 블록 스토퍼에 있어서,

   상기 교정 수단은 로드를 따라 축방향으로 연장되는 하나 이상의 가스 통로가 있는 로드(4)를 구비하고, 상기 가스 통로에는 흐름에 대해 예정된 저항을 제공하는 부분이 있는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 로드(4)는 내화재로 제조되는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
3. 제2항에 있어서, 상기 로드(4)는 재결정화된 알루미나로 제조되고, 바람직하게는 압출되는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 통로의 형태는 모세 보어 또는 슬롯인 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드(4)는 내부 챔버(1)의바닥 위로 연장되는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드(4)의 둘레에는 시일(5), 바람직하게는 내화성 시일, 보다 바람직하게는 흑연 시일이 배치되는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드(4)의 하단부와 가스 방출구(2) 사이에는 다공성 재료(6)가 존재하는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
8. 제7항에 있어서, 상기 로드(4)의 하단부와 가스 방출구(2) 사이에 배치되는 보어(3) 부분에는 다공성 플러그(6)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 통로는 내부 챔버(1) 및 가스 방출구(2)와 연통되는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드(4)는 상방으로 연장되어 가스 공급 수단과 연결되는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 모노 블록 스토퍼의 제조 방법에 있어서,

    a) 내화재를 적절한 몰드 내에 도입하는 단계와,

    b) 상기 내화재를 몰드 내에서 압착하는 단계와,

    c) 상기 몰드로부터 압착된 스토퍼를 제거하는 단계와,

    d) 상기 압착된 스토퍼를 소성하는 단계와,

    e) 로드를 보어 내에 도입하는 단계

    를 포함하는 모노 블록 스토퍼의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 로드를 삽입하기 전에 보어를 천공하거나 확장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노 블록 스토퍼의 제조 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 로드를 가스 공급 수단에 연결하는 단계를 더 포함하는 것인 모노 블록 스토퍼의 제조 방법.
14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 모노 블록 스토퍼의 제조 방법에 있어서,

    a) 내화재와 로드를 적절한 몰드 내에 도입하는 단계와,

    b) 상기 내화재와 로드를 몰드 내에서 함께 압착하는 단계와,

    c) 상기 몰드로부터 압착된 스토퍼를 제거하는 단계와,

    d) 상기 압착된 스토퍼를 소성하는 단계

    를 포함하는 모노 블록 스토퍼의 제조 방법.