KR20050026541A - 주조용 노즐 - Google Patents

주조용 노즐 Download PDF

Info

Publication number
KR20050026541A
KR20050026541A KR1020057001686A KR20057001686A KR20050026541A KR 20050026541 A KR20050026541 A KR 20050026541A KR 1020057001686 A KR1020057001686 A KR 1020057001686A KR 20057001686 A KR20057001686 A KR 20057001686A KR 20050026541 A KR20050026541 A KR 20050026541A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nozzle
molten steel
projection
flow
casting
Prior art date
Application number
KR1020057001686A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100992207B1 (ko
Inventor
오사무 노무라
마사미치 다카이
마사루 구리사키
히데타카 오기노
토시오 호리우치
신수케 이노우에
Original Assignee
시나가와 리프랙토리스 컴퍼니, 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2002343684A external-priority patent/JP4064794B2/ja
Priority claimed from JP2003047889A external-priority patent/JP4266312B2/ja
Priority claimed from JP2003077905A external-priority patent/JP2004283857A/ja
Application filed by 시나가와 리프랙토리스 컴퍼니, 리미티드 filed Critical 시나가와 리프랙토리스 컴퍼니, 리미티드
Publication of KR20050026541A publication Critical patent/KR20050026541A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100992207B1 publication Critical patent/KR100992207B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D37/00—Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel
    • 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
    • B22D41/02—Linings
    • 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
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/22—Closures sliding-gate type, i.e. having a fixed plate and a movable plate in sliding contact with each other for selective registry of their openings
    • B22D41/42—Features relating to gas injection
    • 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

Landscapes

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

Abstract

본 발명의 목적은 용융강의 편류를 방지할 수 있으면서, 알루미나 등의 부착 및 증착을 방지할 수 있는 주조용 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 주조용 노즐은 "복수의 독립적인 돌기부 및/또는 오목부"가 배치된 용융강 흐름구멍부를 가지며, 각 돌기부 및/또는 오목부는 식(1) : H ≥2 mm 및 (2) : L 〉2 ×H mm을 만족하는 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
["H"는 돌기부의 최대 높이 또는 오목부의 최대 깊이를 나타내며, "L"은 돌기부 또는 오목부의 베이스부의 최대 길이를 나타낸다.]

Description

주조용 노즐{CASTING NOZZLE}
본 발명은 주로 침지 노즐, 롱 노즐 등의 강(steel)의 연속 주조용 노즐에 관련된 주조용 노즐에 관한 것이다.
강의 연속 주조용 노즐로는, 침지 노즐, 롱 노즐, 턴디쉬 노즐(tundish nozzle), 부분침지 노즐(semi-immersion nozzle) 등이 알려져 있다.
강의 연속 주조용 노즐의 일예로서 "침지 노즐"에 대해 이하에 설명한다. 침지 노즐의 사용 목적은, 턴디쉬(tundish)와 몰드(mold)를 서로 시일(seal)하여 용융강의 재산화를 방지하고, 침지 노즐의 토출구멍으로부터의 용융강의 흐름을 제어하고 몰드내에 용융강을 균일하게 제공하여 조작 안정화를 도모하고 주조편의 품질을 향상시키는데 있다.
침지 노즐을 통해 몰드내로 용융강을 공급하는 용융강의 유량을 제어하는 방법으로는, 공지의 스톱퍼법(stopper method) 또는 슬라이드플레이트법(slide plate mathod)이 있다. 특히, 슬라이드플레이트법에서는, 2개 또는 3개 세트의 구멍을 포함하는 플레이트를 사용하여, 구멍을 포함하는 플레이트 중 하나가 슬라이딩되어 상기 구멍의 구경(aperture)에 기초하여 유량을 조절한다. 따라서, 구경이 작으면, 침지 노즐에 편류(drift)가 발생하기 쉽다. 침지 노즐에서 이러한 편류가 발생하면, 각 토출구멍으로부터의 유량이 불균일해져, 몰드내에 편류가 발생하여 주조편의 품질이 저하된다.
주조편의 품질을 개선시키기 위해서는 침지 노즐내의 편류의 방지가 중요하다. 침지 노즐내의 편류를 방지하기 위한 기술로서는, 노즐의 내부구멍부의 형상을 개선하는 방법이 알려져 있다. 예컨대, "복수의 단차부(step portion)가 형성된 용융강 흐름구멍을 갖는 침지 노즐(특허문헌 1)", "용융금속 도입부에 스로틀부를 설치하여, 스로틀부로부터 토출구멍으로의 영역을 유량 완화부(flow rate relaxing portion)로서 사용하는 침지 노즐(특허문헌 2)", 및 "노즐구멍의 내부면에 원호(arc) 형상의 4개 이상의 파형 주름(wavy fold)이 용융금속의 흐름방향으로 연속적으로 형성되며, 주름의 인접하는 피크 간의 간격은 4∼25cm이고, 피크와 대응하는 골짜기(trough) 사이의 깊이가 0.3∼2cm인 연속 주조 침지 노즐(특허문헌 3)"에서 개시된 바와 같이, "링형상 돌기의 형성"이 제안되었다. "나선형 홈 또는 돌기가 형성된 내부벽을 갖는 주조용 노즐(특허문헌 4)", "바람직하게는 이중 나선형 또는 삼중 나선형 돌기가 형성된 내부벽을 갖는 침지 노즐(특허문헌 5)" 등에서 개시된 바와 같이, "나선형 돌기의 형성"도 제안되었다. 또한, "용융금속 유로의 표면에 형성된 반구형 요철부를 갖는 노즐(특허문헌 6)", "볼록부 또는 오목부가 용융강의 흐름방향과 수직인 방향으로 연속적으로 있도록 노즐구멍의 내부면에 볼록부 또는 오목부를 갖는 주조노즐(특허문헌 7)", 및 "침지관의 자유 횡단면에 스로틀 링이 배치되어, 침지관의 자유 횡단면을 좁게 하고, 유출구에 용융금속의 층류(laminar flow)를 발생시키도록 스로틀 링의 종단면을 형성하고, 스로틀 링이 침지관에 배치되어 있는 침지관(특허문헌 8)도 제안되었다.
한편, Al 킬드강(killed steel) 등을 주조할 때, 통상 침지 노즐의 용융강 흐름 구멍부 표면(내부관 표면)상에 주로 알루미늄을 함유하는 비금속 개재물(이하, 간단히 '알루미나'라고 함)이 부착되어 증착된다. 침지 노즐의 내부관 표면 상에 증착된 알루미나의 양이 증가되면, 알루미나의 양의 증가는 노즐 내부구멍부를 좁게 하고, 주조속도의 저하, 토출류의 편류화, 노즐 내부구멍의 폐색(blocking) 등 때문에, 조작은 불안정해진다. 또한, 증착된 알루미나의 일부가 용융강의 흐름에 의해 탈락되어, 몰드내로 침투하여 응고 셀(solidification shell)에 포착되면, 대형 개재물 결함으로 인해 주조편의 품질이 저하된다. 상술한 바와 같이, 침지 노즐의 내부관 표면의 "알루미나의 증착"은 노즐 수명의 감소 뿐만 아니라 조작 및 주조편의 품질 모두에 악영향을 미친다. 이러한 현상은 또한 롱 노즐, 턴디쉬 노즐 등의 다른 노즐에 대해서도 발생한다.
주조용 노즐에 알루미나가 증착되는 것을 방지하기 위한 일반적인 수단으로는, 불활성가스를 분무하는 방법이 알려져 있다. 일반적으로, 이러한 방법은 슬라이드 게이트(slide gate)의 상부판 또는 인서트 노즐(insert nozzle)로부터 또는 삽입형 침지 노즐의 스톱퍼 끼움부로부터 불활성 가스를 분무하는 방법이다. 용융강의 청정도가 낮을 경우, 침지 노즐로부터 직접 불활성 가스를 분무하는 방법이 또한 수행된다.
주조용 노즐에 알루미나가 증착되는 것을 방지하기 위해, 노즐에 적용되는 재질(알루미나 증착이 어려운 재질; alumina-deposition-free material)이 제안되었다. 예컨대, 침지노즐의 내부구멍부에 있어서, 질화붕소(BN)를 함유하는 재질(특허문헌 9), BN-C 내화물(상기한 특허문헌 1) 등의 제공이 제안되었다. 또한, Al2O3-SiO2-C 재질, CaO-ZrO2-C 재질, 무탄소(carbonless) 내화물 등의 제공이 제안되었다.
또한, 주조용 노즐의 내부구멍부의 형상의 측면에서도 많은 제안이 이루어져 왔다. 예컨대, 상술한 특허문헌 1∼8 이외에, "용융금속과의 충돌 부분을 포함하는 내부벽의 영역에 그 내부벽의 길이방향을 따라 형성된 복수의 홈을 가진 용융금속 주입 노즐(특허문헌 10)", "적어도 하나의 나선형 단차(step)가 형성된 내부벽을 가지며, 용융금속 유로의 단면적이 입구측으로부터 출구측으로의 영역에 걸쳐 점차적으로 감소되는 부분을 갖는 용융금속 유도관(특허문헌 11)", "연속주조용 침지 노즐의 저부에 슬릿형상의 토출구멍을 가지며, 노즐의 내부에 오리피스(orifice)를 가지며, 각 오리피스에 의해 둘러싸여진 평단면의 형상이 타원, 직사각형, 또는 직사각형의 짧은변측이 원호로 치환된 형상을 이루어, 침지 노즐에 흐르는 용융금속의 흐름을 좁게 하는 구조를 가지며, 오리피스에 의해 둘러싸야진 평단면의 각 긴변측의 방향이 저부의 슬릿형상 토출구멍의 평단면의 각 긴변측의 방향과 직교하도록 형성된 연속주조용 침지 노즐(특허문헌 12)", "노즐내에 용융강의 선회류(swirl flow)를 발생시키기 위한 꼬인 테이프형상의 선회 날개(swirl vane)를 갖는 침지 노즐로서, 노즐의 내경이 선회 날개의 저부에 의해 좁아지도록 형성된 침지 노즐(특허문헌 13 또는 14)" 등이 제안되었다.
[특허문헌 1] : 일본 실용신안 공고 제23091/1995호 공보(청구항 1 및 5)
[특허문헌 2] : 일본 특허 제3,050,101호 공보(청구항 1)
[특허문헌 3] : 일본 특허 공개 제269913/1994호 공보(청구항 1)
[특허문헌 4] : 일본 특허 공개 제130745/1982호 공보(특허청구의 범위)
[특허문헌 5] : 일본 특허 공개 제47896/1999호 공보(청구항 1 및 2)
[특허문헌 6] : 일본 특허 공개 제89566/1987호 공보(특허청구의 범위의 청구항 1)
[특허문헌 7] : 일본 실용신안 공고 제72361/1986호 공보(도 2 내지 4)
[특허문헌 8] : 일본 특허 공개 제207568/1987호 공보(특허청구의 범위의 청구항 1)
[특허문헌 9] : 일본 실용신안 공고 제22913/1984호 공보(실용신안등록청구의 범위)
[특허문헌 10] : 일본 특허 공개 제40670/1988호 공보(특허청구의 범위의 청구항 1)
[특허문헌 11] : 일본 특허 공개 제41747/1990호 공보(특허청구의 범위)
[특허문헌 12] : 일본 특허 공개 제285852/1997호 공보(청구항 2)
[특허문헌 13] : 일본 특허 공개 제2000-237852호 공보(청구항 1)
[특허문헌 14] : 일본 특허 공개 제2000-237854호 공보(도 1 내지 3)
노즐 내부구멍부의 형상에 착안한 상기 종래기술(특허문헌 1 내지 8 및 10 내지 14 참조)에서는, 부분적으로 난류(turbulent flow)가 발생되기 때문에 용융강 흐름의 편류를 방지하는 효과를 어느 정도 기대할 수 있다. 그러나, 토출구멍부에 "용융강의 토출 유량 분포의 편차"가 특히 발생하기 쉽고, 즉, 마이너스 흐름(minus flow)(흡입류)가 발생하거나, 또는 복수의 토출구멍이 설치되어 있을 경우, 각 토출구멍의 유출량에 불균형이 발생한다는 문제가 있다.
이하에, 침지 노즐을 예로 들어 더욱 설명한다. 노즐은 몰드내에 용융강을 균일하게 공급하는 중요한 역할을 가진다. 실제로, 슬라이드 밸브에 기초한 유량 제어로 인해 노즐내의 용융강의 흐름은 편류로서 제공된다. 이는 몰드의 내부에 영향을 미치기 때문에 토출구멍내의 용융강의 편류를 발생시키고 주조편의 품질의 저하를 야기시킬 가능성이 있다. 슬라이드 밸브에 기초한 유량 제어 이외에도, 스톱퍼에 기초한 유량제어 및 용융강의 토출시에 용기에 발생하는 용융강의 소용돌이(vortex)에 기초한 유량제어가 침지 노즐내에 편류의 발생을 야기시킨다.
상술한 문제는 종래기술에서 열거한 노즐 내부구멍부의 형상에 의해 어느 정도 해결될 수 있다. 특히 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 "복수의 단차부를 갖는 침지 노즐"에서는, 각 단차에 의해 노즐의 단면적이 감소된 부분을 용융강이 통과하기 때문에 어느 정도 편류억제효과를 달성할 수 할다. 실용적으로 사용되는 단차의 높이는 약 5mm이다. 단차의 높이가 더욱 높아지면, 편류억제효과는 개선될 수 있지만, 단차부의 단면적의 감소 및 관벽의 마찰저항의 증가로 인해 용융강의 통과량(스루풋; throughput)은 제한된다. 또한, 상기 특허문헌 6에 기재되어 있는 "용융금속 유로의 표면에 반구형 요철부를 갖는 노즐"에서도, 용융강의 편류 방지효과 및 알루미나의 증착 억제효과가 항상 만족스러운 것은 아니다.
노즐 내부구멍부에서의 용융강의 편류는 "토출구멍부에서의 용융강의 편류"를 야기시킨다. "토출구멍부에서의 용융강의 편류"에 대해서는 도 1의 (A) 및 (B)를 참조하여 이하에 설명한다. 도 1의 (A)에 나타낸 용융강 흐름(a)은 토출구멍부(측부 구멍 타입)로부터 균일하게 토출되지 않지만, 도면에 나타낸 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 편류가 발생한다. 즉, 마이너스 흐름(흡입류)이 발생된다. 그 결과, 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 몰드 파우더(mold powder)가 휩쓸려 들어갈 가능성이 있으며, 주조편의 품질의 저하를 야기시킨다. 도 1의 (A)에 나타낸 "측부 구멍 타입" 뿐만 아니라, 도 1의 (B)에 나타낸 "저부 구멍 타입"의 스트레이트 침지 노즐(10b)에 있어서도, 용융강 흐름(a')은 토출구멍부(저부 구멍 타입)로부터 균일하게 유출되지 않으므로, 도면의 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 토출구멍부에 편류가 발생된다. 또한, 도 1의 (A) 및 (B)는 각각 "측부 구멍 타입" 및 "저부 구멍 타입"의 토출구멍부를 갖는 내부관 스트레이트 침지 노즐(10a, 10b)의 "물 모델 실험"에 기초한 것이다. 이러한 현상은 노즐 내부구멍부의 형상을 종래기술에서 열거한 형상 중 어느 하나로 변경한 경우에도 발생한다. 이러한 사실은 본 발명자에 의해 수행된 "물 모델 실험(water model experiment)"으로부터 확인할 수 있다.
또한, Al 킬드강 등이 주조될 경우 돌기를 형성하는 방법에 따라서 침지 노즐의 용융강 흐름 구멍부에 형성된 돌기 사이의 공간에 알루미나가 부착되어 증착된다는 문제가 있다. 돌기 사이의 공간이 알루미나로 채워지도록 알루미나가 증착되면, 돌기의 형성에 의한 효과는 제거되므로 편류방지효과가 저하된다. 동시에, 내부구멍부의 유효한 단면적이 감소되기 때문에, 소정 스루풋(단위시간당 용융강의 통과량)을 확보할 수 없다. 노즐을 조작할 수 없다는 결점이 있다.
또한, 주조용 노즐에 알루미나가 증착되는 것을 방지하는 종래기술 중 하나인 불활성가스를 분무하는 방법에 있어서, 알루미나 증착 방지효과를 기대할 수 있지만, 불활성 가스의 버블링(bubbling) 교반작용에 의해 노즐 토출구멍의 내부면의 용융손실(melting loss)이 심각해진다는 결점이 있다. 또한, 발생된 기포의 크기, 분산성 등에 따라서 가스 기포에 의한 핀홀결함이 발생하기 쉽기 때문에 주조편의 결함이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 한편, 노즐에 적용되는 알루미나 증착이 어려운 재질에 있어서, 알루미나 증착 방지효과를 어느 정도 기대할 수 있지만, 소망하는 효과를 달성한다고 할 수는 없다.
도 1은 침지 노즐의 토출구멍부에 있어서의 용융강의 편류를 설명하기 위한 모식도로서, 도 1의 (A)는 스트레이트 내부관을 갖는 침지 노즐(측부 구멍 타입)의 모식도이며, (B)는 스트레이트 내부관을 갖는 침지 노즐(저부 구멍 타입)의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 8을 나타낸 도면이다.
도 3은 비교예 1 내지 8을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태(실시예 1)에 따른 침지 노즐의 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태(실시예 2)에 따른 침지 노즐의 단면 사시도이다.
도 6은 물 모델 실험장치에서 토출유량이 측정되는 포인트 (1) 내지 (9)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 6의 (A)는 장치의 우측하부를 나타낸 단면도이며, (B)는 (A)의 토출구멍면 x의 개구의 형상을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 포인트 (1) 내지 (9)에서 측정된 비교예 1 및 실시예 1에 따른 각 침지 노즐의 "토출유량의 측정 결과"를 나타낸 도면이다.
도 8은 용융강 흐름구멍부에 돌기부가 형성된 일례(실시예 9)로서, 용융강 흐름구멍부의 방향과 평행한 방향에서 세로로 잘라낸 도면이다.
도 9는 실시예 10 및 비교예 11 및 12에 따른 침지 노즐을 설명하기 위한 도면으로서, 도 9의 (A)는 실시예 10에 따른 침지 노즐의 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서 세로로 잘라낸 도면이며, (B) 및 (C)는 각각 비교예 11 및 12에 따른 침지 노즐의 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서 세로로 잘라낸 도면이며, 도 9의 (D)는 (A)에 나타낸 침지 노즐(실시예 10)의 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서의 각 돌기부의 단면을 나타낸 도면이며, (E)는 (C)에 나타낸 침지 노즐(비교예 12)의 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서의 각 돌기부의 단면을 나타낸 도면이고, 도 9의 (D) 및 (E)는 실시예 10 및 비교예 12에 따른 침지 노즐에 대한 "물 모델 실험"의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 용융강 흐름구멍부에 돌기부가 형성된 예를 나타낸 도면으로서, 도 10의 (A)는 실시예 11에 따른 침지 노즐을 나타내며, (B)는 비교예 13에 따른 침지 노즐을 나타내며, (C)는 실시예 11에 대한 "물 모델 실험의 결과"를 나타낸 도면이며, (D)는 비교예 13에 대한 "물 모델 실험의 결과"를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시예 12 내지 16 및 비교예 14 내지 18에 따른 각 침지 노즐에 형성된 "각 돌기부의 단면 형상(용융강 흐름방향과 평행하게 절단된 단면 형상)"을 나타낸 도면이며, 또한 "각 돌기 바로 아래의 정체의 유무" 및 "정류(整流)효과"를 나타낸 도면이다.
도 12는 길이(L)은 "L=22mm"로 고정된 조건에서, 유체 계산 소프트웨어 프로그램에 의해 "각 돌기의 높이(H)와 돌기의 베이스부의 길이(L)의 관계"를 검토한 결과를 나타낸 도면으로서, 도 12의 (A)는 H=7mm에서 계산한 예를 나타내는 도면, (B)는 H=11mm에서 계산한 예를 나타내는 도면, (C)는 H=18mm에서 계산한 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 복수의 독립적인 돌기가 형성된 노즐의 내부관의 전개도로서, 도 13의 (A)는 구형상 돌기가 형성된 예를 나타내며, (B)는 타원형상 돌기가 형성된 예를 나타낸다.
도 14는 독립적인 돌기부가 형성된 부분을 나타내는 도면으로서, 도 14의 (A)는 독립적인 돌기부가 메니스커스 위에 배치된 예를 나타내며, (B)는 독립적인 돌기부가 메니스커스 상부에서 메니스커스 하부에 걸친 범위에서 형성된 예를 나타내며, (C)는 독립적인 돌기부가 노즐의 용융강 흐름구멍부의 전체 표면에 배치된 예를 나타내며, (D)는 독립적인 돌기부가 메니스커스 아래에 형성된 예를 나타낸다.
본 발명은 상기 배경기술의 결점 및 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 유량제어에 의해 야기되는 "노즐의 내부로부터 토출구멍부로의 용융강의 편류"를 방지할 수 있고, 특히 노즐 내부구멍부의 돌기 사이의 공간에 알루미나가 증착되는 것을 억제할 수 있는 주조용 노즐을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 즉, 노즐 내부구멍부의 편류의 억제 및 알루미나의 증착 방지를 위해, 본 발명의 제1 형태에 따른 주조용 노즐은, 용융강 흐름방향과 평행 및 수직인 방향 모두에 불연속적으로 복수의 독립적인 돌기부 및/또는 오목부가 배치된 용융강 흐름구멍부를 갖는 주조용 노즐로서, 상기 각 돌기부 및/또는 오목부는 하기 식(1) 및 (2)을 만족하는 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
H ≥2 (단위: mm) …식(1)
L 〉2 ×H (단위: mm) …식(2)
["H"는 돌기부의 최대 높이 또는 오목부의 최대 깊이를 나타내며, "L"은 돌기부 또는 오목부의 베이스부의 최대 길이를 나타낸다.]
본 발명의 제1 형태에 따른 주조용 노즐에 따르면, 상술한 돌기부 및/또는 오목부가 배치되고, 각 부내의 용융강의 흐름에 대해 "난류"를 발생시킴으로써, 용융강 흐름구멍부내에서의 용융강 흐름의 정체(stagnation) 및 편류를 방지하여, 알루미나의 증착을 방지할 수 있고, 특히 토출구멍부내에서의 용융강의 편류를 방지할 수 있다. 그 결과, 연속주조를 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 몰드 파우더를 포함하지 않고 고품질의 강을 용이하게 주조할 수 있다.
본 발명의 제2 내지 제12 형태에 따른 주조용 노즐은 다음의 구성요건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 제1 형태에 있어서, 각 돌기부 및/또는 오목부는 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
L ≤πD/3 (단위: mm) …식(3)
["L"은 돌기부 또는 오목부의 베이스부의 최대 길이를 나타내며, "D"는 돌기부 또는 오목부가 배치되기 전의 노즐의 내경(직경)을 나타낸다(π: 원의 그 직경에 대한 원주의 비율).]
본 발명의 제3 형태에 따르면, 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 돌기부 및/또는 오목부는, 돌기부 및/또는 오목부가 배치된 범위에서의 용융강 유로의 내부 표면적이 돌기부 및/또는 오목부의 배치 이전의 용융강 유로의 내부 표면적의 102-350%가 되도록 배치된 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제4 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제3 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 주조용 노즐은, 상기 돌기부 및/또는 오목부가 적어도 용융강 흐름방향과 수직방향으로 위치가 어긋나 지그재그 형상(zigzag)으로 배치된 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제5 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제4 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 돌기부 및/또는 오목부는 주조용 노즐의 용융강 흐름구멍부의 전체 또는 일부에 배치되는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제6 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제5 형태 중 어느 하나에 있어서, 돌기부 및/또는 오목부는 주조용 노즐의 메니스커스(meniscus) 보다 높지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제7 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제6 형태 중 어느 하나에 있어서, 용융강 흐름방향과 평행한 방향으로 돌기부의 베이스 간의 거리는 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제8 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제7 형태 중 어느 하나에 있어서, 각 돌기부의 높이는 2-20mm인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제9 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제8 형태 중 어느 하나에 있어서, 용융강 흐름구멍부에 배치된 돌기부의 개수는 4 이상인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제10 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제9 형태 중 어느 하나에 있어서, 용융강 흐름방향과 평행한 방향의 "노즐 내부관과 각 돌기부의 하단부 사이의 각도"는 60°이하인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제11 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제10 형태 중 어느 하나에 있어서, 돌기부는 주조용 노즐의 본체(body)와 일체적으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
본 발명의 제12 형태에 따르면, 제1 형태 내지 제11 형태 중 어느 하나에 있어서, 주조용 노즐은 강의 연속주조용 침지 노즐인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 주조용 노즐의 형태에 대해 설명한다. 설명에 앞서, 본 발명에서 특정하는 상기 식(1) 및 (2)의 기술적 의미를 포함하여 본 발명에 따른 주조용 노즐에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 식(1)에서 돌기부의 최대 높이 또는 오목부의 최대 깊이(H)가 "H ≥2(mm)"을 만족하도록 설정되는 이유는, 상술한 조작 및 효과, 특히 돌기부 및/또는 오목부(이하, 간단히 "요철부"라 함)의 형성 부분에서의 용융강의 흐름에 대하여 "난류"를 발생시켜, 용융강의 흐름이 용융강 흐름구멍부내에서 정체 또는 편류하는 것을 방지함으로써 알루미나가 증착되는 것을 방지하기 위함이다. 최대 높이 또는 최대 깊이(H)가 2mm 미만이면, 요철부내의 용융강의 흐름에 대해 "난류"를 발생시키기 어렵고, 또한 정류효과를 얻기 어렵기 때문에, 알루미나 증착 억제 효과를 거의 얻을 수 없어 바람직하지 않다.
각 돌기부의 최대 높이 또는 최대 깊이(H)가 2mm 미만일 때 상술한 효과를 거의 얻을 수 없다는 사실에 대해서, 후술하는 비교예 5에 기초하여 구체적으로 설명한다. 비교예 5는 "H=1mm"인 노즐이다. 후술하는 도 3에 나타낸 바와 같이(비교예 5의 칼럼 참조), 이 노즐의 물 모델 실험에서 좌측 및 우측 토출류의 편류가 관찰되었고, 토출구멍부에서의 유량측정 결과로서 마이너스 흐름(흡입류)이 관찰되었다. 실제 기기에 대한 시험에서도, 내부관에 증착된 알루미나의 양은 "10mm" 로 다량이었다(후술하는 도 3의 "비교예 5"의 칼럼 참조). 따라서, "H=1mm"인 경우, 돌기의 형성에 의한 효과를 얻을 수 없다는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 식 (2)에서 베이스부의 최대 길이(L)가 "L 〉2 ×H(mm)"를 만족하도록 설정하는 이유는, (1) 돌기부 아래의 정체를 방지할 수 있고, (2) 용융강의 흐름과의 충돌로 인해 돌기가 탈락하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 베이스부의 최대 길이(L)가 "2 ×H"mm 이하이면, 상기 (1) 및 (2)의 효과를 얻기 어렵고, "용융강 편류 방지효과"를 얻기 어려워 바람직하지 않다.
"(1) 정체 방지 효과"를 확인하기 위해, 도 12는 유체계산 소프트웨어 프로그램에 기초하여 "돌기의 높이(H)와 돌기의 베이스부의 길이(L)의 관계"를 검토한 결과를 나타낸다. 여기서, 각 돌기의 베이스부의 길이(L)가 "L=22mm"로 고정되어 있는 동안, 각 돌기의 높이(H)가 "(A) : H=7mm, (B) : H=11mm 및 (C) : H=18mm"로 변화된 경우의 계산예를 나타낸다. 도 12로부터 명백한 바와 같이, "식(2) : L 〉2 ×H(mm)"를 만족하는 도 12의 (A)에서는 돌기의 상하에 정체부가 관찰되지 않는 반면에, 식(2)를 만족하지 않는 도 12의 (B) 및 (C)에서는 정체부(64)를 관찰할 수 있었다. 즉, 돌기의 높이(H)와 베이스부의 길이(L)의 관계가 "L 〉2 ×H"를 만족하지 않을 경우, 정체부(64)가 발생되어, 실제 기기에서의 주조시에 알루미나가 그 위에 증착(부착)된다는 것을 추측할 수 있다. [또한, 도 12에서, 도면부호 61은 노즐의 본체(내부관측 가동면); 62는 돌기부; 및 63은 유체계산 결과(용융강의 흐름)를 나타낸다.] 돌기의 높이(H)와 베이스부의 길이(L)의 관계 "식(2) : L 〉2 ×H"에 대해서, 후술하는 실시예 및 비교예에 기초하여 더욱 구체적으로 설명한다. "식(2) : L 〉2 ×H"의 관계를 만족하지 않는 각 비교예 3, 4, 6, 7 및 8에서, 증착된 알루미나 개재물의 양은 "5-7mm"이다(후술하는 도 3 참조). 각 실시예 1 내지 8에서는, 그 양이 "3mm 미만"인 양호한 결과가 얻어졌다(후술하는 도 2 참조).
"(2) 돌기의 탈락 방지", 즉, "돌기의 강도"에 대해 후술하는 실시예 및 비교예에 기초하여 구체적으로 설명한다. "식(2) : L 〉2 ×H"을 만족하는 각 실시예 1 내지 8에서는, 실제 기기에 의해 주조된 제품에서 용융강의 흐름과의 충돌로 인한 돌기의 손상(탈락)이 관찰되지 않았다(후술하는 도 2 참조). 반면에, 각 비교예 3, 4, 6 및 7에서는, 돌기의 탈락이 관찰되었다(후술하는 도 3 참조). 각 비교예는 "식(2) : L 〉2 ×H"을 만족하지 않았다. 돌기의 강도를 유지하기 위해, "L 〉2 ×H"를 만족하는 것은 중요하다. 또한, 도 2(실시예 1 내지 8) 및 도 3(비교예 1 내지 8)에서, 돌기의 높이(H)와 베이스부의 길이(L)의 관계가 "L/H"로 표현되어 있다. 본 발명에서 특정하는 "식(2) : L 〉2 ×H"를 만족하기 위해, "L/H"는 2 보다 큰 값(2<)일 필요가 있다.
본 발명에 따른 주조용 노즐에 있어서, 각 돌기부 및/또는 오목부가 식(1) 및 (2)를 만족하는 크기를 가진다면, 각 돌기부 및/또는 오목부의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 반구형, 타원형, 실질적으로 다각형 피라미드 형상 등의 어떠한 형상이라도 사용할 수 있으며, 이들 형상을 적절히 조합시켜 배치할 수도 있다. 또한, 본 발명에 있어서 "실질적으로 다각형 피라미드 형상"이란, 3개 이상의 선분으로 형성되며, 그 상단부가 예각(acute angle) 형상, 평면형상 또는 곡선형상이며, 그 능선(ridge)이 직선 또는 곡선을 가진 형상을 의미한다(예컨대, 후술하는 도 2에 나타낸 실시예 6 내지 8의 "돌기의 형상" 참조).
본 발명에 따른 주조용 노즐은 식(1) 및 (2)를 만족하는 치수로 설치된 것을 특징으로 한다. 그 바람직한 실시형태로서는, 각 요철부의 베이스부의 최대 길이(L)(mm)가 요철부가 형성되기 전의 내경(D)(mm)을 가진 노즐의 원주 길이의 1/3 이하로 설정하며, 즉, 하기 식(3)이 만족된다.
L ≤πD/3 (단위: mm) …식(3)
["L"은 각 돌기부 또는 오목부의 베이스부의 최대 길이를 나타내며, "D"는 돌기부 또는 오목부가 형성되기 전의 노즐의 내경(직경)을 나타낸다(π: 원의 그 직경에 대한 원주의 비율).]
식(3)의 조작 및 효과에 대해 도 13에 기초하여 구체적으로 설명한다. 도 13은 복수의 독립적인 돌기가 형성된 노즐의 내부관의 전개도이다. 도 13의 (A)는 (식(3)을 만족하는) 구형상 돌기의 형성예를 나타낸다. 도 13의 (B)는 (식(3)을 만족하지 않는) 타원형상 돌기의 형성예를 나타낸다. 투명한 아크릴제 노즐에 물 모델 실험을 수행하였다. 그 결과, 도 13의 (A) 및 (B)에서 "화살표"로 나타낸 흐름이 확인되었다.
도 13의 (A)의 "식(3) : L ≤πD/3"을 만족하는 형성예를 나타내는 경우, 인접하는 돌기로부터의 비스듬함 흐름이 하나의 돌기 바로 아래로 원활하게 향하므로, 정체부가 발생하지 않는다. 반면에, 도 13의 (B)의 식(3)을 만족하지 않는 경우, 인접하는 돌기로부터의 비스듬한 흐름이 하나의 돌기 바로 아래에 거의 도달할 수 없기 때문에 각 돌기 바로 아래에 정체부가 발생된다.
낙하하는 용융강의 흐름은 각 돌기와 충돌하므로, 흐름의 방향이 변경됨으로써 국부적인 난류를 발생시킨다. 원래, 물리적으로 용융강의 흐름은 하나의 돌기 바로 아래로 거의 향하지 않는다. 그러므로, 돌기에 인접하는 돌기와 충돌하는 용융강의 흐름의 존재 또는 돌기의 비스듬히 아래의 돌기에 의한 유도 및 반전된 흐름의 존재는 중요하다. 독립적인 돌기와는 반대로, 종래의 단차구조(stepped structure)를 갖는 노즐(상술한 특허문헌 1 참조)에 대해 고려해 보자. 이 단차는 링형상 돌기의 부류에 포함된다. 용융강의 흐름이 링형상 돌기 바로 아래에 정체하기 때문에, 정체부가 발생된다. 실제 기기를 사용할 경우 알루미나 개재물이 정체부 위에 증착하기 쉽다는 결점이 있다. 각 요철부의 베이스부의 최대 길이(L)는 이러한 점을 개선하기 위해 고려되어야만 한다. 본 발명자들은 물 모델 실험 결과로부터 "식(3) : L ≤ πD/3"을 만족하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. [또한, 얇은 슬래브 연속 주조기(thin slab continuous casting machine) 등에 사용되는 달걀 형상(통상 원형인 상부를 가지며, 타원형상 또는 장방형으로 확대되어 있는 하부를 가진 노즐)의 경우, "D"는 내부관의 하부의 확대된 영역의 최대 내경으로 설정된다.]
본 발명에 따른 용융강 흐름구멍부에서의 요철부의 형성에 따르면, 형성전의 기준구조에 비해 용융강 유로의 내부 표면적이 변화된다. 형성후의 용융강 유로의 내부 표면적이 형성전의 102∼350%인 것이 바람직하다. 비율은 105∼300%인 것이 보다 바람직하다. 비율은 105∼270%인 것이 가장 바람직하다. 비율이 102% 미만이면, 본 발명에서 특징으로 하는 돌기부 및/또는 오목부의 형성에 의해 소망하는 효과를 거의 얻을 수 없다. 비율이 350%를 초과하면, 용융강 흐름구멍의 내부가 좁아져서, 충분한 용융강의 유량을 거의 유지할 수 없으므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 특징으로 하는 돌기부 및/또는 오목부의 노즐의 내부 구멍부에서의 형성은 특별히 한정되지 않지만, 돌기부 또는 오목부가 지그재그 형상으로 배치되어 용융강 흐름방향과 수직방향으로 어긋나 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 주조용 노즐의 바람직한 실시형태로서, 주조용 노즐은 돌기부 및/또는 오목부가 지그재그 형상으로 배치되어 적어도 용융강 흐름방향과 수직방향으로 어긋나 위치되는 부분을 가진다.
본 발명에서 특징으로 하는 돌기부 및/또는 오목부는 노즐의 용융강 흐름구멍부의 전체 또는 일부(예컨대, 노즐 토출구멍의 상단부로부터 상부의 중앙부까지)에 형성될 수 있다. 돌기부 및/또는 오목부가 배치되는 위치는 특별히 한정되지 않지만, 메니스커스(몰드내의 용융강의 표면 또는 수면) 보다 높지 않도록, 즉, 침지부에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 특징으로 하는 돌기부 및/또는 오목부가 배치되는 바람직한 위치에 대해 이하에 설명한다. 본 발명자들은 도 14에 나타낸 침지 노즐(A) 내지 (D)를 사용하여 물 모델 실험을 행하였다. 측정항목으로는, 각 토출구멍으로부터의 유량을 도 6에 나타낸 방법(후술하는 것을 참조)에 의해 프로펠러 유량계(51)로 측정하였다. 그 결과, 돌기(74)가 침지 노즐(71)의 메니스커스(72)의 상부에만 배치되어 있는 도 14의 (A)에서는, 좌측 토출구멍(73)의 2개의 유량 측정 포인트에서 마이너스 흐름(흡입류)을 관찰하였다. 그러나, 돌기(74)가 메니스커스(72) 보다 높지 않게 배치되어 있는 도 14의 (B) 내지 (D) 각각에서는, 돌기(74)는 침지부에 도달하도록 형성되어 있고, 마이너스 흐름이 관찰되지 않았다. 돌기(74)의 배치위치에 관해, 이러한 사실로부터, 돌기(74)가 메니스커스(72) 보다 높지 않게 배치되는 것, 즉, 돌기(74)가 침지부에 도달하도록 배치되는 것이 바람직하다는 것이 명백하다.
본 발명에 있어서, 용융강 흐름방향과 평행한 방향(세로방향)에서의 돌기의 베이스 간의 간격(E)(도 8 참조)은 20mm 이상인 것, 즉, 최단 간격이 20mm 이상인 것이 바람직하다. 각 돌기의 높이(H)가 20mm 이하인 범위에서, 용융강 흐름방향과 평행한 방향(세로방향)에서의 돌기 간의 간격(E)이 20mm 이상으로 유지될 수 있다면, 돌기 사이에 정체부가 발생하지 않는다. 따라서, 돌기 사이에 알루미나가 증착되지 않는다. 간격(E)은 25mm 이상으로 선택되는 것이 바람직하며, 30mm 이상으로 선택되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 각 돌기의 높이(H)(도 8 참조)는 스루풋(단위시간당 용융강의 통과량)을 확보하기 위해 20mm 이하로 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 주조용 노즐의 용융강 흐름구멍부내에 4개 이상의 돌기부가 배치되는 것이 바람직하다. 돌기부의 개수가 3개 이하이면, 용융강 흐름구멍부에서 아래로 흐르는 용융강을 정류하는 효과를 기대할 수 없으므로, 편류가 발생하기 쉽다.
본 발명에 따른 주조용 노즐에 있어서, 각각 2mm 이상(바람직하게는 2 내지 20mm)의 높이를 갖는 돌기부가 배치될 경우, 용융강 흐름방향과 평행한 방향(즉, 종단면)에서의 "노즐 내부관과 각 돌기의 하단부 사이의 각도", 즉, "각 돌기부의 하단의 각도"는 60°이하인 것이 바람직하다. [상술한 "노즐 내부관"이란 돌기의 형성 이전의 원래 내부관의 벽면을 의미하며, 내부관의 벽면과 각 돌기의 하단부 사이의 각도를 본 명세서에서는 "각 돌기의 하단의 각도"라 한다.]
"각 돌기부의 하단의 각도"를 도시하면, 예컨대, 도 9의 (D) 또는 (E)에 나타낸 "θ"에 상당한다. 용융강 흐름방향과 평행한 방향(즉, 종단면)에서의 각 돌기의 하부가 원호 형상일 경우, "각 돌기부의 하단의 각도"는 원호 하단부에 대한 접선의 각도(도 11의 실시예 16에서 "θ" 참조)가 되도록 설정된다. "각 돌기부의 하단의 각도"가 60°이하인 범위에서는, 각 돌기부 바로 아래에 정체부가 발생되지 않는다. 따라서, 돌기부 바로 아래에 알루미나가 증착되지 않는다. 유체 계산 결과의 예를 도 9의 (D) 및 (E)에 나타낸다. 또한, 도 9의 (D)는 "θ:45°"인 예를 나타내며, 도 9의 (E)는 "θ:70°"인 예를 나타낸다. "각 돌기부의 하단의 각도 θ"가 60°를 초과하면, 도 9의 (E)에 나타낸 바와 같이 돌기부 바로 아래에 정체부(43)가 발생된다.
"각 돌기부의 하단의 각도 θ"가 60°이하인 것이 바람직하지만, 도 11의 실시예 14 또는 15에 나타낸 바와 같이, 하단부의 높이 h(노즐 내부관의 중심을 향하는 높이 h)가 2mm 미만이면, 각도 θ는 그 범위를 벗어나도 된다. 이 경우, 그 영역 바로 위의 각도가 60°이하로 설정되면 된다. 또한, "각 돌기부의 하단의 각도 θ"는 50°이하로 선택되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 40°이하, 특히 바람직하게는 30°이하로 선택되는 것이다.
본 발명에 있어서의 돌기부는 주조용 노즐의 본체와 일체적으로 성형되는 것이 바람직하다. 일체적인 성형 이외의 끼움 등의 다른 방법은, 각 돌기부와 본체 사이의 간극에 용융강 또는 강 개재물이 침투되어 돌기부의 탈락을 야기시킬 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다.
이어서, 본 발명에 따른 주조용 노즐의 실시형태에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시형태로서의 침지 노즐의 단면 사시도이며, 단일 단차가 형성된 침지 노즐(20)의 내부 구멍부(용융강 흐름구멍부)(22)에 복수의 타원형상 돌기부(24)가 배치된 예를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 다른 실시형태로서의 침지 노즐의 단면 사시도이며, 스트레이트 침지 노즐(30)의 내부 구멍부(용융강 흐름구멍부)(32)에 복수의 구형상 돌기부(34)가 배치된 예를 나타낸다. 또한, 도 4 및 도 5에서, 도면부호 21 및 31은 본체부를 나타내며, 23 및 33은 파우더 라인부(powder line portion)를 나타낸다. 또한, L1은 침지 노즐의 전체길이를 나타내며, L2는 내부구멍부의 전체길이를 나타내며, L3은 돌기부가 배치된 장소의 길이를 나타내며, L4은 단차의 길이를 나타내며, h는 단차의 높이를 나타내며, R은 내부구멍부의 반경을 나타낸다.
타원형상 돌기부(24)가 배치된 상술한 단일 단차가 형성된 침지 노즐(20) 또는 구형상 돌기부(34)가 배치된 상술한 스트레이트 침지 노즐(30)과 함께, 종래의 불활성 가스를 분무하는 방법을 사용할 수도 있다. 따라서, 알루미나 증착에 대항하여 불활성 가스를 분무하는 방법의 효과를 개선시킬 수 있다. 이러한 방법의 사용도 본 발명에 포함될 수 있다.
이상, 도 4 또는 도 5에 나타낸 바와 같이, "측부 구멍 타입"의 침지 노즐에 본 발명을 적용한 예를 주로 설명하였지만, 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이 본 발명은 "저부 구멍 타입"의 침지 노즐에도 적용될 수 있고, "토출구멍부를 향하여 감소된 노즐 내경을 가진 타입"의 침지 노즐 또는 "토출구멍부를 향하여 평평한 단면을 가진 타입"의 침지 노즐에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 종래로부터 알려져 있는 "연속적인 단차를 가진 침지 노즐"에도 적용 가능하다.
본 발명은 침지 노즐 이외에 롱 노즐, 턴디쉬 노즐, 부분침지 노즐, 정류 노즐(straightening nozzle), 체인지 노즐(change nozzle), 레이들 노즐(ladle nozzle), 인서트 노즐, 주입 노즐 등의 각종 주조용 노즐에도 적용 가능하다. 이들 노즐은 흐름구멍의 내부면으로의 부착을 방지하고 흐름구멍내의 흐름을 정류하는데 유효하다. 특히, 용융강의 수면 보다 높게 위치하는 토출구멍부를 가진 노즐에서는, 토출구멍으로부터 나온 용융강이 분무되는 것과 같이 확산(소위, 용융강 흩어짐(molten steel scattering))되므로, 흩어진 용융강은 베이스 금속(base metal)으로서 주변설비에 증착된다. 여기에는 흩어진 용융강을 제거하는 수고가 필요하다는 문제점이 있다. 본 발명을 이들 문제점에 적용할 경우, 상술한 효과의 결과로서 "용융금속 흩어짐"을 감소시킬 수 있기 때문에 제조효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 특징으로 하는 "돌기부 및/또는 오목부"의 각각의 재질은 한정되지 않는다. 어떠한 자명한 재질이라도 본 발명에 사용할 수 있다. 재질의 예로는 Al2O3-C, MgO-C, Al2O3-MgO-C, Al2O3-SiO 2-C, CaO-ZrO2-C, ZrO2-C 등의 탄소를 함유하는 내화물; 및 Al2O3, MgO, 스피넬, CaO-ZrO2 등의 탄소를 함유하지 않는 내화물을 들 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이하의 실시예 1 내지 16에 한정되지 않는다.
<실시예 1 (도 4 참조)>
실시예 1은 단일 단차가 형성된 침지 노즐의 내부구멍부에 복수의 타원형상 돌기부가 배치된 예이다. 다음의 침지 노즐을 제조하였다(상술한 도 4 참조).
ㆍ침지 노즐의 형상
: 길이(L4) 120mm 및 높이(h) 5mm를 가진 단일 단차가 형성된 침지 노즐
: 침지 노즐 전체 길이 L1=800mm
: 내부구멍부 전체 길이 L2=770mm
: 내부구멍부 반경 R=40mm
ㆍ침지 노즐의 재질
: 본체부 흑연 25wt%, Al2O3 50wt%, SiO2 25wt%
: 파우더 라인부 흑연 13wt%, ZrO2 87wt%
: 내부구멍부 탄소 5.5wt%, Al2O3 94.5wt%
ㆍ타원형상 돌기부
: 배열위치 타원형상 돌기부는 토출구멍의 상단부로부터 상방에 걸쳐서 길이 350mm로 배치되었다. (L3=350mm)
: 54개의 타원형상 돌기부
: 최대 높이 8mm
: 베이스부 최대 길이 32mm
: 재질 침지 노즐의 내부구멍부와 동일한 저탄소 재질
(타원형상 돌기부의 배치 부위에서의 노즐 내부구멍부의 표면적의, "타원형상 돌기부의 배치 전의 상기 부위에서의 노즐 내부구멍부의 표면적"에 대한 증가율은 116%이었다.)
<비교예 1>
상기 실시예 1에 있어서, 타원형상 돌기부를 배치하지 않은 침지 노즐을 제조하였다. 이것을 (실시예 1과 비교하기 위해) 비교예 1에 따른 침지 노즐로 하였다.
(물 모델 실험)
실시예 1 및 비교예 1에 따른 각 침지 노즐을 사용하여 물 모델 실험을 수행하였다. 물 모델 실험에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 프로펠러 유량계(51)에 의해 각 침지 노즐(50)의 토출구멍으로부터의 토출유량을 측정하였다. 또한, 도 6은 물 모델 실험장치에서 토출유량 측정 포인트(1) 내지 (9)를 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (A)는 장치의 우측하부를 나타낸 단면도이며, (B)는 (A)의 토출구멍면 x의 개구의 형상을 나타낸 도면이다. 실험에서, 물의 양은 침지 노즐(50)내의 용융강의 통과량(스루풋)으로서 3(ton/min), 5(ton/min) 또는 7(ton/min)에 상당하도록 조절하였다. 2개의 프로펠러 유량계(51)에 의해 좌우측 토출구멍으로부터의 토출유량을 동시에 측정하였다. 도 7은 토출유량의 측정 결과를 나타낸다.
물 모델 실험 결과로서, 비교예 1에 따른 단일 단차가 형성된 침지 노즐을 사용한 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이 스루풋이 3(ton/min) 또는 5(ton/min)일 때, 각 좌우측 토출구멍으로부터의 토출유량에 "마이너스 흐름(흡입류)"가 발생하였다. 반면에, 단일 단차가 형성된 침지 노즐의 내부 구멍부에 타원형상 돌기부가 배치된 실시예 1에 따른 침지 노즐에서는, 마이너스 흐름은 발생되지 않았으며, 토출유량의 변동도 감소되었다.
마이너스 토출유량이 발생되면, 몰드내에 투입된 몰드 파우더가 포함될 위험성이 있으며, 토출구멍의 주변부에 용융손실이 발생한다는 문제점이 있었다. 실시예 1에 따른 침지 노즐에서는, 이러한 마이너스 흐름의 발생이 제거되었다. 비교예 1에 따른 단일 단차가 형성된 침지 노즐에서는, 좌우측 토출구멍으로부터의 토출유량의 차이가 크게 되었다. 반면에, 실시예 1에 따른 침지 노즐에서는, 상기 차이가 감소되어, 보다 균등한 토출유가 얻어질 수 있었다.
<실시예 2 (도 5 참조)>
실시예 2는 스트레이트 침지 노즐의 내부구멍부에 복수의 구면형상(구형상) 돌기부가 배치된 예이다. 다음의 침지 노즐을 제조하였다(상술한 도 5 참조).
ㆍ침지 노즐의 형상
: 스트레이트 내부관을 가진 침지 노즐
: 침지 노즐 전체 길이 L1=900mm
: 내부구멍부 전체 길이 L2=870mm
: 내부구멍부 반경 R=45mm
ㆍ침지 노즐의 재질
: 본체부 흑연 25wt%, Al2O3 50wt%, SiO2 25wt%
: 파우더 라인부 흑연 13wt%, ZrO2 87wt%
ㆍ구면형상(구형상) 돌기부
: 배열위치 구면형상 돌기부는 토출구멍의 상단부로부터 상방에 걸쳐서 길이 450mm로 배치되었다. (L3=350mm)
: 70개의 구면형상 돌기부
: 최대 높이 10mm
: 베이스부 최대 길이 27mm
: 재질 침지 노즐의 본체부와 동일한 재질
(구면형상 돌기부의 배치 부위에서의 노즐 내부구멍부의 표면적의, "구면형상 돌기부의 배치 전의 상기 부위에서의 노즐 내부구멍부의 표면적"에 대한 증가율은 114%이었다.)
<비교예 2>
상기 실시예 2에 있어서, 구면형상(구형상) 돌기부를 배치하지 않은 침지 노즐을 제조하였다. 이것을 (실시예 2와 비교하기 위해) 비교예 2에 따른 침지 노즐로 하였다.
(물 모델 실험)
실시예 2 및 비교예 2에 따른 각 침지 노즐을 사용하여, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 각 침지 노즐과 동일한 방식으로 물 모델 실험을 수행하였다. 그 결과는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 침지 노즐에 대한 물 모델 실험 결과와 동일하였다.
실시예 1 및 2에 대한 물 모델 실험 결과에 기초하여 실시예 1 및 2에 따른 침지 노즐에 대해 실제 시험을 수행하였다. 그 결과, 몰드내에서 용융강이 편류하는 것이 억제되었고, 노즐 내부구멍부에 알루미나가 증착되는 것이 방지되었다. 실시예 1 및 2에 따른 침지 노즐의 유효성을 확인하였다.
<실시예 3 내지 8 및 비교예 3 내지 8 (도 2 및 3 참조)>
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 이외의, 실시예(실시예 3 내지 8 및 비교예 3 내지 8)를 실험하였다. 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2를 포함한 예들을 일람표로 표시하여, 도 2(실시예) 및 도 3(비교예)에 나타내었다. 또한, 실시예 3 내지 8 및 비교예 3 내지 8에 따른 각 노즐의 형상 및 재질은, 노즐 내부구멍부의 직경(D)을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 하였다.
도 2 및 도 3에 있어서, "L/H" 및 "πD/L"가 표시되어 있다. "L/H"의 값이 "2 보다 큰 값(2<)"이면, "식(2) : L > 2 ×H"를 만족한다. "πD/L"의 값이 "3 이상의 값(3 ≤)"이면, "식(3) : L ≤πD/3"을 만족한다. 도 2 및 도 3에 있어서, 각 돌기의 형상은 "대략적인 형상"으로 표시되어 있다. ("구형상"과 "타원형상"을 구별하여 나타내는 것은 어렵기 때문에, 비교예 3에서의 구형상 돌기부를 제외하고는, 두 형상을 동일한 형상으로 나타내고 있다.)
도 2 및 도 3에 있어서, "표면적 증가율(%)"이란, "돌기의 형상전의 노즐 내부구멍부의 표면적"에 대한 "돌기의 배치후의 노즐 내부구멍부의 표면적"의 증가율을 의미한다. 구체적으로는, 최상부(끼움부 측)의 돌기의 개시점으로부터 최하부(저부)의 돌기의 종료점까지의 구간에서의 표면적 증가율을 의미한다.
"편류 정도"는, 물 모델 실험에서 상부 노즐(턴디쉬 상부 노즐)로부터 공기 10L/min가 불어나오는 상태에서 토출된 물의 흐름을 관찰하여 토출된 물의 흐름을 용이하게 확인하도록 하는 방식으로 평가하였다. 예컨대, 비교예 2의 경우, "편류 정도"는 크다. 이것은, 좌측 토출흐름은 약 45°의 각도로 하방으로 토출되어 몰드의 하단으로 깊게 잠입하는 것에 비하여, 우측 토출흐름은 약 10°의 각도로 하방으로 토출되어 몰드의 짧은 변과 강하게 충돌하기 때문에, 몰드의 우측 짧은 변 근방의 메니스커스(수면 근방)가 반전류(상승류)에 의해 부풀어 오른 상태를 나타낸다. 즉, 좌우 토출류가 균등하지 않은 상태를 "편류"라고 한다. 좌우측 토출류 간의 차이에 따른 "편류"를 일람표로서 간단히 나타내었다.
도 2 및 도 3에 있어서, "돌기의 강도"는, 실제 기기에서 사용되는 침지 노즐을 회수하여 절단한 후, 각 돌기의 상태를 확인하는 방식으로 평가하였다. "OK"는 용융강 흐름과의 충돌에 의한 각 돌기의 손상(탈락)이 전혀 없다는 사실을 나타낸다. "NG"는 적어도 돌기의 일부에서 손상이 발견된 사실을 나타낸다. "내부관으로의 알루미나 증착"은 실제 기기에서 사용되는 노즐을 회수한 후 증착된 알루미나의 최대 두께의 측정 결과이다. 일반적으로, 알루미나의 두께는 약 3mm 미만일 경우, 조작 문제가 없다. 알루미나의 두게가 5mm를 초과하면, 스루풋(소정 시간당 관을 통과하는 용융강의 양)을 확보할 수 없거나 증착 상태에 따라 단일 흐름이 발생하기 때문에 주조편의 품질이 저하한다는 문제점이 있다.
도 2 및 도 3에 있어서, "종합평가"란 다음과 같다. 물 모델 실험에 있어서 "편류" 및 "마이너스 흐름"과 실제 기기의 사용시의 "돌기 강도"에 전혀 문제가 없을 경우에 대해, "내부관에 증착된 알루미나의 양"이 1mm 이하이면 "◎"로, "내부관에 증착된 알루미나의 양"이 약 3mm 이면 "Ｏ"로 평가하였다. "◎" 또는 "Ｏ"로 평가된 노즐은 종래의 노즐에 비해 우수한 효과를 나타낸다. "X"로 평가된 노즐은 물 모델 실험에서의 "편류" 및 "마이너스 흐름" 및 실제 기기의 사용시의 "돌기의 강도" 중 어느 하나에 문제가 있다. 이러한 이유로, "X"로 평가된 노즐은 "내부관에 증착된 알루미나의 양"이 5mm 이상인 결과를 가진다. 특히, 비교예 3 및 4에 있어서, 물 모델 실험의 평가에서 문제가 없다 하더라도, 실제 기기의 사용시에 돌기가 탈락되어, 돌기가 증착되지 않는 것과 동일한 상태를 발생시킨다. 그 결과, 다량의 알루미나가 증착된다.
[또한, 주석으로서, 비교예 1의 대략적인 형상에서 스트레이트 내부관에 증착된 단차의 볼록부만이 나타내져 있다. 이 경우, "베이스부의 최대 길이(L)"는 이 도면의 외주의 길이를 의미하며, 즉, 그 길이는 원래 스트레이트 형상인 "내부관의 내주의 길이"와 동일하다.
<실시예 9 및 비교예 9, 10 (도 8 참조): 아크릴 침지 노즐을 사용한 실험예>
실시예 9 및 이 실시예 9와 비교되는 비교예 9, 10에 대해 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 도 8은 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서 세로로 잘라낸 도면이다.
내경 φ80mm인 아크릴 침지 노즐(81)에, 높이 H=10mm 및 용융강 흐름방향과 수직인 방향(가로방향)에서의 최대 베이스부 길이 L5=30mm를 갖는 타원형상 돌기부(82)를 배치된다. 물 모델 실험을 수행하였다.
실시예 9에 있어서, 용융강 흐름방향과 평행한 방향(세로방향)에서의 돌기부와 돌기부의 베이스부 사이의 간격(E)은 20mm로 설정되었다. 한편, 비교예 9에서는, 돌기부(82)가 배치되지 않은 스트레이트 노즐을 사용하였다. 비교예 10에서는, 간격 E=10mm(본 발명에서 특정하는 범위 밖)인 간격으로 돌기부(실시예 9와 마찬가지로 H=10mm 및 L=30mm인 타원형상 돌기부(82))가 배치된 노즐을 사용하였다.
5 steel·T/min에 상당하는 스루풋의 조건에서 내부구멍부내의 물의 흐름을 눈으로 관찰하여 확인하였다. 그 결과, 실시예 9에서는, 돌기부 바로 아래에서 물이 흘렀으며, 정체부가 없다는 것을 확인하였다. 비교예 10에서는, 돌기부 바로 아래에서는 물이 흐르지 않았고, 정체부가 있었다.
그후, 실시예 9 및 비교예 9, 10의 최대 스루풋을 측정하였다. 침지 노즐의 상부에 부착된 슬라이드 밸브를 완전히 개방하고, 물을 순환시키기 위한 펌프 근방의 유량 조절 밸브를 조절하여, 몰드내의 수면을 소정 높이(토출구멍의 상단으로부터 상방으로 250mm)까지 안정화시켰다. 이 경우의 유량을 플로우트식 유량계(float type flowmeter)로 측정하였다. 그 결과, 비교예 9에 따른 스트레이트 노즐에서는, 최대 스루풋: 1200L/min까지 물이 흘렀다. 한편, 비교예 10에서는, 850L/min까지 물이 흘렀다. 반면에, 실시예 9에서는, 1150L/min까지 물이 흘렀으며, 돌기부의 배치에 의한 영향은 약간 관찰되었지만, 그 영향이 실제 기기의 조작에 대해 영향이 없는 정도로 억제되었다. 이것은, 실시예 9에서는 H=20mm의 필요한 간격이 유지되기 때문에, 돌기부 바로 아래에 물이 흘러서 스루풋을 확보할 수 있는 반면에, 비교예 10에서는 H=10mm 밖에 안되기 때문에, 돌기부 바로 아래에 물이 흐르지 않아서 내부구멍의 직경 자체가 전체적으로 축소되는 것과 동일한 상태를 야기시킨다고 생각된다. 또한, 비교예 10에 나타낸 바와 같이 각 돌기부 바로 아래에 유체가 흐르지 않으면, 돌기부 바로 아래의 부분은 실제 기기에서 알루미나가 증착될 정체부로서 기능한다고 생각된다.
<실시예 10 및 비교예 11, 12 (도 9 참조) : 아크릴 침지 노즐을 사용한 실험예>
실시예 10 및 비교예 11, 12에 대해 도 9의 (A) 내지 (E)를 참조하여 설명하다. 또한, 도 9의 (A)는 실시예 10에 따른 침지 노즐을 나타낸 도면이며, 도 9의 (B) 및 (C)는 각각 비교예 11 및 12에 따른 침지 노즐을 나타낸 도면이다. 이들 각각은 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서 세로로 잘라낸 도면이다. 또한, 도 9의 (D)는 도 9의 (A)에 나타낸 침지 노즐(실시예 10)에서의 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서 취한 돌기부의 단면을 나타낸 도면이고, 도 9의 (E)는 도 9의 (C)에 나타낸 침지 노즐(비교예 12)에서의 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서 취한 돌기부의 단면을 나타낸 도면이다. 이들은 실시예 10 및 비교예 12에 따른 침지 노즐의 "물 모델 실험" 결과를 설명하기 위한 도면이다.
실시예 10에 대해 도 9의 (A) 및 (D)를 참조하여 설명한다. 실시예 10은 내경 φ80mm인 투명한 아크릴 침지 노즐(40a)에 높이 H=10mm 및 돌기 하단 각도 θ=45°를 갖는 돌기부(41a)가 배치되어 있는 예이다. 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 비교예 11은 돌기부가 배치되지 않은 침지 노즐(스트레이트 노즐)(40b)을 사용한다. 도 9의 (C)에 나타낸 바와 같이, 비교예 12는 높이 H=10mm 및 돌기 하단 각도 θ=70°를 갖는 돌기부(41c)가 배치되어 있는 침지 노즐(40c)을 사용한다. 또한, 실시예 10의 돌기부(41a) 또는 비교예 12의 돌기부(41c)는 환상으로 연속되어 있지 않고, 용융강 흐름방향과 수직인 평면상에 4개의 돌기부(41a 또는 41c)가 배치되어 있고, 용융강 흐름방향과 평행한 방향에 돌기부(41a 또는 41c)의 3개의 단(段)이 형성되어 있으며, 즉, 전체 12개의 돌기부(41a 또는 41c)가 배치되어 있었다.
(물 모델 실험)
실시예 10 및 비교예 11, 12에 따른 각 침지 노즐에 대해 "물 모델 실험"을 수행하였다. 먼저, 5 steel·T/min에 상당하는 스루풋의 조건에서 내부구멍부내의 물의 흐름을 눈으로 관찰하여 확인하였다. 그 결과, 실시예 10에 따른 침지 노즐(40a)에서는, 각 돌기(41a) 바로 아래에도 물이 흐르므로, 정체부가 없다는 것을 확인하였다[도 9의 (D)에서 "물의 흐름(42a)" 참조]. 반면에, 비교예 12에 따른 침지 노즐(40c)에서는, 각 돌기부(41c) 바로 아래에 물이 원활하게 흐르지 않으므로, 정체부(43)가 있었다([도 9의 (E)에서 "물의 흐름(42b)" 참조].
그후, 실시예 10 및 비교예 11, 12에 따른 침지 노즐의 최대 스루풋을 측정하였다. 침지 노즐의 상부에 부착된 슬라이드 밸브를 완전히 개방하고, 물을 순환시키기 위한 펌프 근방의 유량 조절 밸브를 조절하여, 몰드내의 수면을 소정 높이(토출구멍의 상단으로부터 상방으로 250mm)까지 안정화시켰다. 이 경우의 유량을 플로우트식 유량계로 측정하였다. 측정 결과, 비교예 11에 따른 침지 노즐(스트레이트 노즐)(40b)에서는, 최대 스루풋: 1200L/min까지 물이 흘렀다. 한편, 비교예 12에 따른 침지 노즐(40c)에서는, 1080L/min까지 물이 흘렀다. 반면에, 실시예 10에 따른 침지 노즐(40a)에서는, 1170L/min까지 물이 흘렀으며, 돌기부(41a)의 배치에 의한 영향은 약간 관찰되었지만, 그 영향은 실제 기기의 조작에 대해 영향을 미치지 않을 정도로 억제할 수 있었다. 이것은, 실시예 10에서는 45°의 필요한 돌기 하단 각도가 유지되기 때문에, 돌기부(41a) 바로 아래에 물이 흘러서 스루풋을 확보할 수 있는 반면에, 비교예 12에서는 돌기 하단 각도 θ가 70°로 크기 때문에, 돌기부(41c) 바로 아래에 물이 흐르지 않아서 내부구멍의 직경 자체가 전체적으로 축소되는 것과 동일한 상태를 야기시킨다고 생각된다. 비교예 12에 나타낸 바와 같이, 각 돌기부 바로 아래에 유체가 원활하게 흐르지 않으면, 돌기부 바로 아래의 부분은 실제 기기에서 알루미나가 증착될 정체부로서 기능한다는 것이 실험적으로 증명되었다.
<실시예 11 및 비교예 13 (도 10 참조) : 아크릴 침지 노즐을 사용한 실험예>
실시예 11 및 비교예 13에 대해 도 10의 (A) 내지 (D)를 참조하여 설명하다. 또한, 도 10의 (A)는 실시예 11에 따른 침지 노즐을 나타낸 도면이며, 도 10의 (B)는 비교예 13에 따른 침지 노즐을 나타낸 도면이다. 이들 각각은 용융강 흐름방향과 평행한 방향에서 세로로 잘라낸 도면이다. 또한, 도 10의 (C)는 도 10의 (A)에 나타낸 침지 노즐(실시예 11)에서의 토출류를 설명하기 위한 개략도이고, 도 10의 (D)는 도 10의 (B)에 나타낸 침지 노즐(비교예 13)에서의 토출류를 설명하기 위한 개략도이다.
도 10의 (A)에 나타낸 바와 같이, 실시예 11은 내경 φ70mm를 갖는 투명한 아크릴 침지 노즐(90a)에 높이 13mm 및 돌기 하단 각도 35°를 갖는 돌기부(91a)가 배치되어 있는 예이다. 돌기부(91)로서는, 4단의 돌기부, 즉 용융강 흐름방향과 수직인 평면상에 4개의 돌기부가 배치되도록 전체 16개의 돌기부가 배치되어 있다. 한편, 도 10의 (B)에 나타낸 바와 같이, 비교예 13은 실시예 11에서와 동일한 종단면 형상을 가지지만 용융강 흐름방향과 수직인 평면상에 환상으로 연속적인 돌기부(91b)가 4단(段)의 돌기부로서 배치되어 있는 침지 노즐(90b)을 사용한다.
(물 모델 실험)
실시예 11 및 비교예 13에 따른 각 침지 노즐에 대해 "물 모델 실험"을 수행하였다. 도 10의 (C) 및 (D)에 나타낸 바와 같이, 3개의 슬라이드판(93)을 사용하여, 3개의 슬라이드판(93) 중 중앙의 하나를 몰드(94)의 긴변과 평행하게 슬라이딩시켜 유량을 제어하는 방식으로, 스루풋이 4 steel·T/min에 상당하도록 설정된 조건에서 물 모델 실험을 수행하였다. 또한, 슬라이드판(93) 바로 위에 배치된 상부 노즐(92)로부터 공기 5L/min가 불어나오므로, 몰드(94)내의 물(96)의 흐름을 용이하게 관찰할 수 있었다.
실시예 11의 결과를 도 10의 (C)에 나타내며, 비교예 13의 결과를 도 10의 (D)에 나타내었다. 토출구멍으로부터 토출되어 몰드(94)내로 흐르는 물의 흐름, 즉 토출류(95a, 95b)에 대해 간단히 설명한다. 돌기부가 서로 독립적인 실시예 11에 따른 침지 노즐(90a)에서는, 몰드(94)내의 물의 흐름[토출류(95a)]이 양대칭으로 거의 균등하며 안정하다. 반면에, 각 돌기부가 링 형상으로 형성된 비교예 13에 따른 침지 노즐(90b)에서는, 우측 토출유(96b)가 좌측 토출유 보다 깊게 잠입하며, 즉, 편류를 제거할 수 없다는 것이 명백하였다. 따라서, 용융강 흐름방향과 수직인 평면 상에 각각 환상으로 연속적인 링 형상 돌기에 비하여, 독립적인 돌기가 바람직하는 것이 증명되었다.
<실시예 12 내지 16 및 비교예 14 내지 18 (도 11 참조) : 아크릴 침지 노즐을 사용한 실험예>
도 11은 실시예 12 내지 16 및 비교예 14 내지 18에 따른 침지 노즐에 형성된 "돌기부의 단면 형상(용융강 흐름방향과 평행하게 잘라된 단면 형상)"을 나타낸다. 이들 중에서도, 실시예 14 및 15에서의 각 돌기부는 각 돌기부의 하단부의 높이(노즐 내부관의 중심을 향하는 높이(h))가 1mm로 설정되어 있는 예로서 나타낸다. 또한, 실시예 12 내지 16 및 비교예 14 내지 18에 따른 각 침지 노즐은 최대 높이 8mm인 돌기부를 갖는 내경 Φ80mm의 투명한 아크릴 침지 노즐이다.
(물 모델 실험)
실시예 12 내지 16 및 비교예 14 내지 18에 따른 각 침지 노즐에 대해 "물 모델 실험"을 수행하였다. 도 11은 실험 결과를 나타낸다. 도 11로부터 명백해진 바와 같이, "돌기 하단 각도 θ"가 "60°이하"인 실시예 12, 13 및 16에 따른 각 침지 노즐에서는, 각 돌기부 바로 아래에 정체가 관찰되지 않았고, 양호한 정류효과가 얻어졌다. 각 돌기부의 하단부의 높이(노즐 내부관의 중앙을 향하는 높이 h)가 "1mm"로 설정된 실시예 14 및 15의 각각에서도, 높이가 2mm 미만이고 "돌기 하단 각도 θ"가 "60°이하"이라면, 각 돌기부 바로 아래에서 정체가 관찰되지 않고 양호한 정류효과가 얻어진다는 것을 발견하였다.
반면에, "돌기 하단 각도 θ" 가 "60°이상"인 비교예 14 내지 18에 따른 각 침지 노즐에서는, 각 돌기부 바로 아래에 정체가 관찰되었고, 양호한 정류효과가 얻어지지 않았다.
본 발명에 따른 주조용 노즐을 사용함으로써, (1) 노즐의 용융강 흐름구멍부내의 편류를 제거하고, (2) 토출구멍부에서의 유량 분포를 균일화하여 (마이너스 흐름의 발생을 방지하여) 몰드 파우더의 흡입으로 인한 토출구멍부에서의 용융손실을 방지하고, (3) 몰드의 좌우측에서의 편류를 제거하고, (4) 돌기 사이의 공간으로의 알루미나의 증착을 방지하여 노즐의 용융강 흐름구멍부에 배치된 돌기의 효과를 지속시킬 수 있다. 결과적으로, 강의 연속주조를 용이하게 수행할 수 있다. 또한, 몰드 파우더를 포함하지 않기 때문에 고품질의 강을 용이하게 주조할 수 있다.

Claims (12)

  1. 용융강(molten steel) 흐름방향과 평행 및 수직인 방향 모두에 불연속적으로 복수의 독립적인 돌기부 및/또는 오목부가 배치된 용융강 흐름구멍부를 갖는 주조용 노즐로서,
    상기 각 돌기부 및/또는 오목부는,
    H ≥2 (단위: mm) …식(1)
    L 〉2 ×H (단위: mm) …식(2)
    ["H"는 돌기부의 최대 높이 또는 오목부의 최대 깊이를 나타내며, "L"은 돌기부 또는 오목부의 베이스부의 최대 길이를 나타낸다.]를 만족하는 크기를 갖는 주조용 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 돌기부 및/또는 오목부는,
    L ≤πD/3 (단위: mm) …식(3)
    ["L"은 돌기부 또는 오목부의 베이스부의 최대 길이를 나타내며, "D"는 돌기부 또는 오목부가 배치되기 전의 노즐의 내경(직경)을 나타낸다(π: 원의 그 직경에 대한 원주의 비율).]를 만족하는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기부 및/또는 오목부는, 상기 돌기부 및/또는 오목부가 배치된 부위에서의 용융강 유로의 내부 표면적이 상기 돌기부 및/또는 오목부의 배치 이전의 용융강 유로의 내부 표면적에 대해 102-350%가 되도록 배치된 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주조용 노즐은, 상기 돌기부 및/또는 오목부가 적어도 용융강 흐름방향과 수직인 방향으로 위치가 어긋나 지그재그 형상(zigzag)으로 배치된 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌기부 및/또는 오목부는 주조용 노즐의 용융강 흐름구멍부의 전체 또는 일부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌기부 및/또는 오목부는 주조용 노즐의 메니스커스(meniscus) 보다 높지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융강 흐름방향과 평행한 방향에서의 상기 돌기부의 베이스 간의 간격은 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 돌기부의 높이는 2-20mm인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융강 흐름구멍부에 배치된 상기 돌기부의 개수는 4개 이상인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융강 흐름방향과 평행한 방향에서의 "노즐 내부관과 상기 각 돌기부의 하단부 사이의 각도"는 60°이하인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌기부는 주조용 노즐의 본체(body)와 일체적으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주조용 노즐은 강(steel)의 연속주조용 침지 노즐(immersion nozzle)인 것을 특징으로 하는 주조용 노즐.
KR1020057001686A 2002-07-31 2003-07-30 주조용 노즐 KR100992207B1 (ko)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002222704 2002-07-31
JPJP-P-2002-00222704 2002-07-31
JPJP-P-2002-00343684 2002-11-27
JP2002343684A JP4064794B2 (ja) 2002-07-31 2002-11-27 鋳造用ノズル
JPJP-P-2003-00047889 2003-02-25
JP2003047889A JP4266312B2 (ja) 2003-02-25 2003-02-25 鋼の連続鋳造用ノズル
JPJP-P-2003-00077905 2003-03-20
JP2003077905A JP2004283857A (ja) 2003-03-20 2003-03-20 鋼の連続鋳造用ノズル

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050026541A true KR20050026541A (ko) 2005-03-15
KR100992207B1 KR100992207B1 (ko) 2010-11-04

Family

ID=31192284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057001686A KR100992207B1 (ko) 2002-07-31 2003-07-30 주조용 노즐

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7905432B2 (ko)
EP (1) EP1541258B1 (ko)
KR (1) KR100992207B1 (ko)
CN (1) CN1327989C (ko)
AU (1) AU2003254783B2 (ko)
DE (1) DE60327330D1 (ko)
TW (1) TW200405835A (ko)
WO (1) WO2004011175A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100828637B1 (ko) * 2006-05-02 2008-05-09 주식회사 포스코 비산 방지 구조를 갖는 침지 노즐
KR20180037249A (ko) * 2015-11-10 2018-04-11 구로사키 하리마 코포레이션 침지 노즐

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100643840B1 (ko) * 2005-05-02 2006-11-10 조선내화 주식회사 연속주조용 침지노즐
GB0610809D0 (en) * 2006-06-01 2006-07-12 Foseco Int Casting nozzle
CN101448578B (zh) * 2007-04-29 2012-07-18 大连绿诺集团有限公司 钢坯的防氧化喷涂方法及喷涂设备
JP2010043771A (ja) * 2008-08-11 2010-02-25 Hoshizaki Electric Co Ltd 流下式製氷機の散水パイプ
KR101275684B1 (ko) 2011-08-12 2013-06-20 조선내화 주식회사 주조용 침지노즐 및 이를 구비하는 연속주조장치
US9259783B2 (en) * 2012-09-27 2016-02-16 Max Ahrens Nozzle for horizontal continuous caster
ES2609983T3 (es) * 2013-06-20 2017-04-25 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg Boquilla de entrada refractaria sumergida
CN104070156A (zh) * 2014-07-08 2014-10-01 辽宁科技大学 一种可产生旋流的连铸浸入式水口
CN105821455B (zh) * 2015-01-08 2018-08-07 和旺昌喷雾股份有限公司 喷嘴
TWI726000B (zh) 2015-11-10 2021-05-01 美商維蘇威美國公司 包含導流器的鑄口
CN109482855B (zh) * 2019-01-03 2020-12-08 安徽道润电子有限公司 一种金属浇包浇注套管

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57130745A (en) 1981-02-06 1982-08-13 Nippon Steel Corp Nozzle for continuous casting
JPS5922913Y2 (ja) 1981-05-28 1984-07-09 品川白煉瓦株式会社 連続鋳造用浸漬ノズル
JPS6172361U (ko) 1984-10-15 1986-05-16
JPH0224510Y2 (ko) * 1985-07-10 1990-07-05
JPH07227B2 (ja) * 1985-08-29 1995-01-11 黒崎窯業株式会社 浸漬ノズル及びその製造方法
JPS6289566A (ja) * 1985-10-14 1987-04-24 Kawasaki Steel Corp 溶融金属流通耐火物
DE3607104C1 (de) 1986-03-05 1987-08-27 Didier Werke Ag Tauchrohr
JPS6340670A (ja) 1986-08-06 1988-02-22 Nippon Kokan Kk <Nkk> 溶湯注入ノズル
JPH0241747A (ja) 1988-08-03 1990-02-09 Kawasaki Steel Corp 溶融金属の誘導管
US4977950A (en) * 1989-03-13 1990-12-18 Olin Corporation Ejection nozzle for imposing high angular momentum on molten metal stream for producing particle spray
US5083687A (en) * 1989-10-19 1992-01-28 Kawasaki Steel Corporation Nozzle for continuous casting and method of producing
JPH04635U (ko) 1990-04-18 1992-01-07
JPH0723091Y2 (ja) * 1990-05-08 1995-05-31 品川白煉瓦株式会社 連続鋳造用複数段差付浸漬ノズル
JPH06269913A (ja) 1993-03-18 1994-09-27 Toshiba Ceramics Co Ltd 連続鋳造用浸漬ノズル
JPH06289566A (ja) * 1993-03-30 1994-10-18 Fuji Photo Film Co Ltd 感光材料処理装置
JP3050101B2 (ja) 1994-09-22 2000-06-12 株式会社神戸製鋼所 連続鋳造用注入装置
TW300861B (ko) * 1995-05-02 1997-03-21 Baker Refractories
JP3410607B2 (ja) 1996-04-23 2003-05-26 新日本製鐵株式会社 連続鋳造方法及び連続鋳造用浸漬ノズル
JP3673372B2 (ja) 1997-07-29 2005-07-20 株式会社神戸製鋼所 連続鋳造用浸漬ノズル
JP2000237854A (ja) 1999-02-19 2000-09-05 Kyushu Refract Co Ltd ねじりテープ状旋回羽根の製造方法
JP2000237852A (ja) 1999-02-19 2000-09-05 Kyushu Refract Co Ltd 浸漬ノズル
WO2001015835A1 (fr) * 1999-08-27 2001-03-08 Krosakiharima Corporation Buse immergee empechant la deviation d'un ecoulement
US6425505B1 (en) 1999-09-03 2002-07-30 Vesuvius Crucible Company Pour tube with improved flow characteristics
CN2390720Y (zh) * 1999-09-29 2000-08-09 冶金工业部钢铁研究总院 一种变径内螺纹浸入式水口
JP2001105106A (ja) 1999-10-05 2001-04-17 Nkk Corp 鋼の連続鋳造用浸漬ノズル
US6932250B2 (en) * 2003-02-14 2005-08-23 Isg Technologies Inc. Submerged entry nozzle and method for maintaining a quiet casting mold
JP2007167869A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Sanyo Special Steel Co Ltd 浸漬ノズル

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100828637B1 (ko) * 2006-05-02 2008-05-09 주식회사 포스코 비산 방지 구조를 갖는 침지 노즐
KR20180037249A (ko) * 2015-11-10 2018-04-11 구로사키 하리마 코포레이션 침지 노즐

Also Published As

Publication number Publication date
TW200405835A (en) 2004-04-16
US20060124776A1 (en) 2006-06-15
CN1671497A (zh) 2005-09-21
EP1541258B1 (en) 2009-04-22
US7905432B2 (en) 2011-03-15
AU2003254783B2 (en) 2008-10-16
EP1541258A4 (en) 2006-04-26
DE60327330D1 (de) 2009-06-04
AU2003254783A1 (en) 2004-02-16
WO2004011175A1 (ja) 2004-02-05
KR100992207B1 (ko) 2010-11-04
CN1327989C (zh) 2007-07-25
EP1541258A1 (en) 2005-06-15
TWI295939B (ko) 2008-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100992207B1 (ko) 주조용 노즐
TWI558486B (zh) 用於壓鑄熔融金屬流之澆注管
US5673857A (en) Discharge nozzle for continuous casting
TW201350231A (zh) 連續鑄造裝置的潛浸噴嘴
JP6927420B2 (ja) スライディングゲート
HU223442B1 (hu) Terelőelem elosztóüsthöz, és elosztóüst
JP2004514562A (ja) 浸漬注入ノズル及びその利用方法
EP3743231B1 (en) Submerged entry nozzle for continuous casting
JP7115230B2 (ja) 連続鋳造用注湯装置
US6102260A (en) Impact pad
EP1603697B1 (en) Submerged entry nozzle with dynamic stabilization
EP1687110B1 (en) Multi-outlet casting nozzle
KR20230002935A (ko) 회전 가능한 인서트를 갖는 침지 노즐
JP4064794B2 (ja) 鋳造用ノズル
KR20050021278A (ko) 연속주조용 침지노즐
CA2442857A1 (en) Improved regulation of a stream of molten metal
US20040100002A1 (en) Regulation of a stream of molten metal
JP2004255407A (ja) 鋼の連続鋳造用ノズル
CA2243398C (en) Impact pad
KR20010078515A (ko) 박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐
JPH02165851A (ja) 連続鋳造用浸漬ノズル
JPH01215448A (ja) 連続鋳造用浸漬ノズル

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131001

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141007

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151002

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160929

Year of fee payment: 7