KR20040056165A

KR20040056165A - 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치

Info

Publication number: KR20040056165A
Application number: KR1020020082719A
Authority: KR
Inventors: 김인철
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-06-30

Abstract

본 발명은 침지노즐 하부 출구에서 분출되는 용강 제트 유동에 대하여 강한 회전력을 부가함으로써 해당 연주공정에 의해서 생산되는 제품의 결함률을 줄일 수 있는 새로운 형상을 갖는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치에 관한 것이다.

이를 위해서, 본 발명은 연주공정에 있어서 임의의 형상을 가진 침지노즐(5)의 하부에 상부가 잘려 일정한 반사각을 갖는 원통형 반사부(20)가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치를 제공한다.

이와 같은, 본 발명은 새로운 형상의 노즐을 이용하여 침지노즐 상부에서 큰 회전력을 주지 않아도 노즐 출구 부근에서 직접적으로 회전력을 주게 됨으로 아주 손쉽게 노즐 부근으로 용강을 공급할 수 있게 되고 따라서 노즐부근으로 많은 용강을 공급하게 됨으로써 노즐부근의 정체역의 크기를 줄여서 궁극적으로 슬래브의 품질을 향샹 시키는 상당한 효과가 있다.

Description

회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치{SWIRL GENERATED SUBMERGED ENTRY NOZZLE APPARATUS IN CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하세는 침지노즐 하부 출구에서 분출되는 용강(Molten steel) 제트(Jet)유동에 대하여 강한 회전력(Swirl force)을 부가함으로써 해당 연주공정에 의해서 생산되는 제품의 결함률을 줄일 수 있는 새로운 형상을 갖는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 연속주조 공정에서 용강(1)은 먼저 중간 저장소 역할을 하는 턴디쉬(2)에서 상부노즐(3) 및 유량조절을 하는 유량 조절 밸브(4)를 거쳐 하부 침지노즐(5)의 출구(6)을 거쳐 제트류의 형태로 유동 공간을 형성하는 사각형 몰드(7) 안으로 공급되게 된다.

이 때, 주조 시작 후 점차 시간이 지나면서 노즐내벽에 용강중 불순불이 붙어 노즐이 서서히 막히는 현상(clogging)이 발생하는데, 이를 방지하기 위하여 대량의 Ar 가스(8)가 상부 노즐벽의 기공을 통하여 노즐내 용강으로 공급되며 이렇게 공급된 Ar 가스(8)는 용강(1)과 함께 노즐 출구(6)를 통하여 하부 몰드(7)로 분출된다.

상기 몰드(7)에 분출되는 용강(1)과 Ar 가스(8)는 노즐 출구(6)에서는 도 2와 같이 하부방향 각도α(9)를 갖고 분출되나 용강중 대량으로 존재하는 Ar 가스(8)의 부력에 의하여 그 제트가 점차로 상부로 휘어 몰드 자유표면으로 향하게 된다.

그 중 상기 Ar 가스(8)는 부력에 의해서 곧바로 부상되어 자유표면에 도달한 뒤 자유표면에 기포(10)로 머물거나 대기중으로 사라지고, 상기 용강(1)은 자유표면을 따라 흐르다가 다시 좌-우측 몰드를 따라 아래로 향하는 궤적(11)을 따르게 된다.

한편, 상기 유동 궤적(11)은 그 특성상 항상 자유표면의 노즐 부근에 새로운 용강(1)이 공급되지 않아 유동 속도가 거의 0인 정체역(12)이 존재하게 되는데 이러한 정체역(12)은 제품인 슬라브 결함 발생의 치명적인 원인이 되고, 이러한 몰드내의 용강(1)은 주변을 둘러싼 몰드벽과의 열교환을 통하여 표면부터 점차로 내부까지 응고(13)가 진행된 뒤 전부 고체화된 슬라브라는 최종 제품으로 연주기를 빠져나간다.

한편 최초의 응고는 도2의 우측 그림과 같이 용강(1) 자유표면에서 시작이 되는데, 이러한 자유표면에서의 초기 응고부에는 용강 내부쪽으로 휘는 후크(15)라는 갈고리 모양의 고체형상이 생기게 되는데, 이것이 너무 과도하면 자유표면에 잔존하는 Ar기포(14)를 부착한 채로 하부로 내려가게 됨으로써 나중에 생산되는 슬라브 표면에 구멍형태의 결함을 남기게 된다.

이러한 나쁜 영향을 끼치는 후크(15)는 주로 용강 속도가 적은 자유표면 노즐 부근의 정체역(12)부분에서 크게 발생하게 되고, 따라서 이러한 후크(15) 관련 결함을 줄이기 위해서는 가급적 정체역의 크기(12)를 줄여야 한다.

도 3을 보면 그러한 상기 정체역(12)의 크기를 줄이기 위한 종래의 노즐을 나타내었는데, 이러한 노즐은 노즐 상부에 유동에 침지노즐의 원주방향으로 회전력을 줄 수 있는 날개 모양의 회전력 부가장치(16)를 갖는 것이었다.

상기 회전력 부가 노즐은 노즐출구(6)에서의 용강제트류에 회전속도를 더 부가하여 자유표면에서 기존 제트류(17a,17b)의 방향보다 더 측면으로 향한 제트류(18a,18b)를 좀 더 많이 발생시켜서 그 부분의 정체역의 크기을 줄이려고 노력하였다.

그러나, 상기와 같은 구성은 노즐 상부에서 발생된 회전류가 노즐 중간의 유량 조절 밸브의 존재로 인하여 밸브 부근의 유동면적이 줄어들면서 회전력이 대부분 감쇄하게 되어 소기의 효과를 얻기가 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 기존의 노즐과는 달리 노즐하부에서 직접 회전력을 발생시킬 수 있어서 유량 조절 밸브에 의한 유동 감쇄 같은 문제를 근본적으로 회피할 수 있는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 연속 주조 공정을 도시한 개념도;

도 2는 연속 주조 공정시 용강 자유표면의 기포 정체구역을 도시한 개념도;

도 3은 종래 회전을 발생시키는 노즐을 도시한 상세도;

도 4는 종래 노즐 하부 구성을 상세하게 도시한 단면도;

도 5는 본 발명에 따른 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치의 구성을 도시한 사시도이다.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

2:턴디쉬 4:유량조절밸브

5:침지노즐 6:노즐출구

7:몰드 14:후크

16:회전 유동 발생기 20:원통형 반사부

21:반사부 상부 절단면

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 연주공정에 있어서 임의의 형상을 가진 침지노즐(5)의 하부에 상부가 잘려 일정한 반사각을 갖는 원통형 반사부(20)가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치를 제공한다.

또한, 상기 원통형 반사부(20)는 침지노즐(5) 하부에서 용강 제트류에 회전력을 부가하기 위해 높이(H), 절단각도(β), 토출구 방향인 y축과 반사부 상부 끝부분 y'축과의 각도(γ)가 임의의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 상세하게 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치는 기존의 아래가 막힌 동심원의 빈공간으로 되어 있는 침지노즐의 토출구 하부(19)에 도 5와 같은 특정한 형상을 갖는 용강 유동을 반사시키는 원통형 반사부(20)를 설치하여 원하는 방향으로 용강을 분출시켜 유량 조절 밸브에 의한 회전력 감쇄없이 충분한 회전력을 갖는 유동을 만들어 준다.

도 4를 보면 기존 노즐의 하부 형상을 자세히 나타내었는데, 토출구 하부 노즐 내부는 아래가 막힌 원통형의 빈공간(19)으로 되어 있다.

이러한 형상의 B-B' 방향에서 도 4의 아래 그림에서는 편의상 원통 중심에서 토출구 방향을 x축, 그와 수직한 방향을 y축이라 한다.

도 5는 회전력 복원을 위한 상기 원통형 반사부(20) 형상을 갖는 침지노즐의 하부모양을 자세히 나타내었는데, 이는 기존 침지노즐 원통내 빈공간(19)에 같은 직경을 갖는 원통형 반사부(20)을 두며 상기 원통형 반사부(20)의 상부(21)는 특정 각도를 갖도록 되어있다.

이 때, 잘려진 꼭대기 부분의 직선부를 y'축이라고 하면 이러한 y'축은 기존 노즐 외부통의 y축과 0~90도의 각도를 갖도록 하고, 이러한 각도 중 약 45도에 대해서 본 발명의 노즐 형상을 알기 쉽도록 하기 위하여 3차원 CAD로 그려진 개념도가 도 5에 나타나 있고, 상기 3차원 그림에는 상기 원통형 반사부(20) 형상을 쉽게 알 수 있도록 편의상 노즐 외벽의 절반만 나타낸다.

이러한 뾰족한 모양의 상기 원통형 반사부(20)를 노즐 내부에 두게 되면 노즐 상부 유량 조절 밸브(4)를 지나 약해진 회전력을 갖는 유동은 상기 원통형 반사부(20)의 상부에 충돌하여 그 방향이 급격하게 바뀌면서 회전력이 복원되게 되며 노즐 토출구 방향(x)과 크게 다른 각도(x')로 분출되어 노즐부근으로 공급되는 용강량을 회복시키게 된다.

특히, 이러한 회전력의 복원 정도는 노즐내 y축과 반사부 끝부분 y'축의 각도(혹은 노즐내 y축과 반사부 끝부분 y'축의 각도,γ), 반사부 높이(H), 상부 절단부 각도(β)를 임의로 조정함으로써 간단히 조정이 가능하며 회전력이 적어도 되는 경우에는 복잡한 상부 회전력 부가 장치 대신 간단한 노즐만으로도 작업을 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치는 새로운 형상의 노즐을 이용하여 침지노즐 상부에서 큰 회전력을 주지 않아도 노즐 출구 부근에서 직접적으로 회전력을 주게 됨으로 아주 손쉽게 노즐 부근으로 용강을 공급할 수 있게 되고 따라서 노즐부근으로 많은 용강을 공급하게 됨으로써 노즐부근의 정체역의 크기를 줄여서 궁극적으로 슬래브의 품질을 향샹 시키는 상당한 효과가 있다.

Claims

연주공정에 있어서 임의의 형상을 가진 침지노즐(5)의 하부에 상부가 잘려 일정한 반사각을 갖는 원통형 반사부(20)가 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치.
제1항에 있어서,

상기 원통형 반사부(20)는 침지노즐(5) 하부에서 용강 제트류에 회전력을 부가하기 위해 높이(H), 절단각도(β), 토출구 방향인 y축과 반사부 상부 끝부분 y'축과의 각도(γ)가 임의의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 토출류를 갖는 연주기용 침지 노즐 장치.