KR20050064419A - 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 상부노즐과 광폭형 하부노즐로 구성되며 하부노즐의 내부에 용강의 분산을 위한 배플판을 가진 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐에 있어서, 상기 하부노즐의 내부에는 하부노즐의 장변 내화물을 서로 연결하여 일체형으로 형성되며, 하부에 용강분배공을 갖는 보강벽과 상기 보강벽의 사이에 위치하여 용탕풀의 높이 이하로 설치되며, 다수의 원형 또는 슬릿형의 용강통로를 가진 배플판을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐을 제공한다.

Description

쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐{Submerged entry nozzle for twin roll strip caster}

본 발명은 냉각되고 있는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강을 공급하여 용강으로부터 직접 얇은 강판주편을 연속적으로 주조하는 쌍롤식 박판주조공정에 있어서, 한 쌍의 주조롤 사이에 용강을 균일하게 공급하기 위해 적용되는 광폭형 용강공급노즐에 관한 것으로서, 특히 용강공급노즐의 내구성이 우수하고 동시에 균일하고 안정적인 용강공급효과가 있는 쌍롤식 박판주조기의 용강공급노즐 구조에 관한 것이다.

쌍롤식 박판주조공정은 냉각되고 있는 한 쌍의 주조롤을 주형으로 하여 용강으로부터 직접 1~6 mm 두께를 가진 강판을 연속적으로 제조하는 방법이다. 통상의 쌍롤식 박판주조기는 도 1에 나타낸 바와 같이 평행하게 설치된 한 쌍의 주조롤(11, 11-1)과 그 양측 단변부에 설치하여 용강의 유출을 봉쇄하는 에지댐(12, 12-1) 그리고 턴디쉬(13)로부터 용강을 주조기에 공급하는 용강공급노즐(14) 등의 설비로 구성된다. 이와 같은 쌍롤식 박판주조기에 있어서 목표로 하는 주편(15)의 두께에 맞추어 간격이 벌어져 있는 주조롤(11, 11-1)의 사이에 용강을 공급하여 용강풀(P)의 높이가 일정하게 유지되도록 하고 주조롤을 마주보는 방향으로 회전시키면, 주조롤 표면에는 용강의 급속응고에 의해 한 쌍의 응고쉘이 형성되고 이들은 주조롤의 근접점에서 서로 연속으로 합체되어 일정한 두께로 주편(15)을 이루게 되어 이를 인발하여 감으면 박판 주편을 연속적으로 제조할 수 있게 된다.

쌍롤식 박판주조공정에서 균열이 없고 양호한 품질의 주편을 제조하기 위해서는 주조롤의 표면에서 형성되는 응고쉘의 균일성에 영향을 미치는 조건들이 적절하게 제어되어야 한다. 이와 같은 조건들 중의 하나로서, 용강공급노즐(14)로부터 용강풀(P)로 공급되는 용강의 온도분포와 흐름이 주조롤 전폭에 걸쳐 균일하게 적정화되는 것이 매우 중요하며, 탕면의 요동 또는 정체는 최소화되어야 한다. 만일 용강공급노즐(14)에서 공급되는 용강의 토출력이 과도하게 강할 경우에는 주조롤 표면에서 형성되는 응고쉘의 국부적인 재용해를 초래하거나 탕면의 요동을 발생시켜 불균일한 주편형성 또는 표면균열이 발생되며, 반면 토출유속이 지나치게 작은 부위에서는 용강풀(P)에 국부적으로 정체역이 형성되어 용강의 응고가 발생되거나 스컴(Scum) 및 슬래그와 같은 이물질이 정체되어 축적되므로 이들이 혼입되어 주편에 결함을 발생시킨다. 한편 용강의 온도가 과도하게 높은 부위는 응고쉘의 응고지연이 발생되므로 미응고에 따른 주편의 벌징(Bulging)현상이 나타나게 되는 반면, 용강 온도가 지나치게 낮은 부위는 용강의 응고에 의한 스컬(Skull)의 발생 및 혼입으로 주조안정성 및 주편품질에 문제가 된다. 따라서 상기와 같이 불균일한 용강공급은 주조안정성 및 주편품질에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 요인이 되므로 균일한 용강공급을 수행할 수 있도록 용강공급노즐의 구조가 설계되어야 한다.

일반적인 상용 쌍롤식 박판주조기는 주조롤의 폭이 1,000mm 이상으로 매우 크기 때문에 롤 사이에 형성되는 용강풀도 매우 넓게 되어, 용강의 온도와 흐름을 균일하게 제어하기가 더욱 어려워 주편의 폭방향 균일성을 확보하기가 쉬운 일이 아니다. 따라서 유동에 의해서 민감하게 영향을 받는 얇은 응고쉘을 주조롤의 전폭에 걸쳐 균일하게 형성시키기 위해서는 용강의 온도와 흐름의 분포가 적정화되고 탕면요동 및 정체역이 최소화될 수 있도록 안정된 용강공급을 할 수 있는 광폭형의 용강공급노즐이 요구된다. 통상적인 슬라브(Slab) 또는 박슬라브의 연속주조법에서 사용되는 용강공급노즐은 폭이 좁기 때문에 쌍롤식 박판주조기에 적용할 경우는 주조롤 전폭에 대해 용강을 균일하게 공급하지 못하며 탕면의 요동도 매우 심하기 때문에 주편의 균열 및 두께분포의 불균일성을 초래하여 사용이 곤란하다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 종래의 발명들에서는 예를 들어 일본국 특개평7-204793호와 같이 용강공급노즐의 형상을 광폭형으로 제조한 노즐을 적용하고 있다. 그러나 광폭형 노즐은 폭이 넓어 일체형으로 제조하기가 곤란할 뿐만 아니라 턴디쉬에 내삽하여 설치하기가 어렵기 때문에 일본국 특개평7-68355호 등과 같이 원통형 내부노즐과 광폭의 외부노즐로 각각 제조하고 조립하는 방법으로 적용된다.

이와 같은 종래의 광폭형 용강공급노즐을 도 2에 나타낸다. (a)는 노즐의 종단면도이고 (b)는 횡단면도이다.

그림에서와 같이 용강공급노즐은 턴디쉬에 내삽되고 하부노즐에 용강을 공급하는 원통형의 상부노즐(1)과 주조롤 사이에 용강을 공급하고 용강풀(P)에 침지되는 광폭의 하부노즐(2)로 구성된다. 광폭 하부노즐(2)은 상부노즐(1)에 비해서 훨씬 폭이 넓으므로 상부노즐에서 공급된 용강이 하부노즐의 내부에서 폭방향으로 적절하게 분산될 필요가 있다. 따라서 종래의 광폭 하부노즐(2)은 균일한 용강공급을 위해서 세라믹 다공체 또는 필터 등을 내부에 설치하여 용강의 분산을 실시하고 있으나 이들은 제조가 어렵고 제조비용이 높은 문제와 함께 장시간 주조시에는 개재물 부착에 의해서 통로가 폐쇄되는 문제가 발생된다.

한편 도 2와 같이 단순한 형태의 배플(Baffle)판(4)을 적용한 경우에는 제조와 사용이 용이한 장점이 있으나, 상부노즐(1)과 배플판(4)이 용강에 충분하게 침지되지 못하는 경우에는 상부노즐(1)로부터 공급된 용강이 배플판(4) 위에 충돌하면서 내부탕면의 요동이 매우 심하게 되고 따라서 기포(5)가 발생되어 용탕풀(P)로 불균일한 용강공급과 함께 기포(5)의 혼입이 발생되어 주편품질에 문제가 된다. 또한 하부노즐(2)은 주조롤의 폭에 대응하여 광폭의 형상을 하므로 장시간 주조 중에 열응력, 열충격 또는 노즐내부 막힘 등의 문제에 의해서 노즐 내화물에 균열이 발생되는 경우가 있으며, 특히 장변이 서로 갈라지는 등의 내구성이 취약한 문제가 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 쌍롤식 박판주조기의 상부노즐과 광폭형 하부노즐로 구성되는 용강공급노즐에 있어서, 용탕내 기포의 혼입이 없고 안정적인 용강공급이 가능한 동시에 노즐 내화물의 내구성을 향상시켜 장시간 사용 중 파손의 문제가 해결된 용강공급노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 원통형 상부노즐과 광폭형 하부노즐로 구성되며 하부노즐의 내부에 용강의 분산을 위한 배플판을 가진 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐에 있어서, 상기 하부노즐의 내부에는 하부노즐의 장변 내화물을 서로 연결하여 일체형으로 형성되며, 하부에 용강분배공을 갖는 보강벽과 상기 보강벽의 사이에 위치하여 용탕풀의 높이 이하로 설치되며, 다수의 원형 또는 슬릿형의 용강통로를 가진 배플판을 포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 보강벽 간의 거리는 하부노즐 내부의 폭의 2/3를 넘지 않고, 상부노즐의 외부표면으로부터 편측으로 5 mm 이상 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 상부노즐과 상기 배플판의 간격은 20 mm 보다 크고 100 mm 보다 작게 설치되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 보강판들의 용강분배공은 하부노즐의 토출구들의 면적의 총합과 같은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 용강공급노즐의 (a) 하부노즐의 사시도 및 (b) 일부 단면도이다.

본 발명의 용강공급노즐은 통상의 정수압성형법에 의해서 제조되는 알루미나-흑연질 내화물들로 구성되며 원통형 상부노즐(1)과 광폭의 하부노즐(2)로 구성된다. 상부노즐(1)은 턴디쉬에 연결되어 스토퍼 또는 슬라이딩 플레이트 등의 조작에 의해 용강을 하부노즐(2)에 일정량으로 공급하는 역할을 하며, 하부노즐(2)은 주조롤의 사이에 형성된 용강풀에 일정깊이로 침지되어 용강풀로 용강의 공급을 최적화할 수 있도록 설계된 원형 또는 슬릿형으로 형성된 다수 개의 토출구(3)들을 통해서 용강을 공급하는 광폭형의 침지노즐이다. 상부노즐(1)의 하단은 하부노즐(2)의 상단을 통해서 하부노즐(2) 내부에 일정 깊이까지 삽입되며, 상부노즐(1) 하단에는 토출공이 형성되어 턴디쉬의 용강이 하부노즐(2)의 내부로 공급된다.

본 발명에서는 주조 중에 하부노즐에 균열이 발생되거나 파손이 되는 것을 방지하기 위하여 하부노즐(2)의 내부에 2개의 보강벽(6)들이 상부노즐(1)을 중심으로 좌우에 각각 형성되며, 2개의 보강벽(6) 사이에는 상부노즐(1)로부터 공급된 용강의 완충 및 분산을 위해서 용탕풀의 높이와 유사한 높이에 다수의 구멍 또는 슬릿형의 용강통로가 형성되어 있는 배플판(4) 내화물이 설치된다. 보강벽(6)은 하부노즐(2)의 장변들과 연결되어 서로 일체화되어 있으며 하부노즐(2)의 상단부 높이까지 서로 연결되어 있어서 보강벽(3)들은 주조 중에 하부노즐(2) 내화물이 균열에 의해 갈라지는 것을 방지하는 역할을 한다.

안정적인 용강공급을 위해서 배플판(4)은 하단이 용탕풀의 높이보다 약 10mm 정도 낮게 설치되어 하부노즐(2) 내부의 용강에 완전하게 침지되며, 토출구(3)의 상단보다는 높게 설치되어야 한다.

한편 상부노즐(1)의 하단은 배플판(4)의 상부로부터 일정 거리 이상 떨어져 있어야 저항없이 용강을 공급하게 되고 또한 거리가 너무 떨어지게 되면 상부노즐(1)이 침지되지 못하여 기포의 혼입이 발생된다. 따라서 상부노즐(1)과 배플판(4) 사이의 거리는 20mm보다 크고 100mm보다 작은 것이 바람직하다.

하부노즐(2) 내부의 보강벽(6)은 원통형 상부노즐(1)의 외부 표면에서 최소 약 5 mm 이상 떨어져 있으며, 보강벽(6) 사이의 거리는 하부노즐(2)의 내부 폭(W)의 2/3보다는 작아야 한다. 보강벽(6)이 상부노즐(1)로부터 5mm이하로 떨어지면 이들의 사이에 용강의 흐름이 정체되어 응고가 발생될 수 있으며, 특히 보강벽들 사이에 용강의 내부탕면의 높이가 매우 높게 되어 하부노즐(2)의 상단을 통한 용강유출의 문제가 발생될 수 있다. 한편 보강벽(6)들 사이의 거리가 노즐의 내부폭(W)의 2/3 이상이 되면 배플판(4) 위의 용강면 높이가 낮아져 상부노즐(1)이 용강에 침지할 수 없게 되어 하부노즐(2) 내부의 탕면요동에 의한 기포의 혼입이 문제가 된다. 따라서 보강벽들 사이의 거리는 하부노즐 내부폭의 약1/2이면 바람직하다.

이와 같은 하부노즐(2)의 구조를 통하여 배플판(4)의 상부는 보강벽(6)들에 의해서 공간이 축소되므로 배플판(4) 상부에 형성되는 내부탕면의 높이가 상승하게 되므로 상부노즐(1) 토출공이 용강에 완전히 침지하게 되어 안정한 용강공급을 수행하며, 기포의 혼입을 방지하고 용강의 흐름을 안정적으로 하여 공급을 수행할 수 있다. 보강벽(6)들의 하단에는 벽체의 좌우 외측으로 용강을 공급하기 위한 용강 분배공(7)이 각각 1개 이상 형성되며 이들의 면적은 하부노즐(2) 에 있어서 보강벽(6)의 외측에 형성되어 있는 토출구(3)들의 면적의 합과 동일하면 된다.

본 발명의 용강공급노즐 구조는 광폭형 노즐의 내부에 노즐 내부폭의 2/3 이하의 간격을 갖는 2개의 보강벽이 대칭으로 설치되고 보강벽들의 사이에 배플판을 적용하며, 보강벽과 배플판이 형성하는 공간 내로 상부노즐에 의해 용강을 공급하기 때문에 상부노즐 및 배플판이 용강에 침지되어 하부노즐의 내부에서 탕면의 요동에 의한 기포혼입 및 불균일한 용강공급의 문제가 방지되며, 보강벽의 하단부를 통해서 하부노즐의 보강벽 외측으로 용강을 공급하게 되므로 보강벽 외측의 탕면도 요동이 적고 안정적인 용강을 공급할 수 있게 된다. 또한 주조시에 보강벽에 의해 노즐 내화물이 지지되므로 내구성이 향상되어 장시간 주조가 가능하다.

본 발명에 따르면, 광폭형 하부노즐의 구조는 장시간 주조에 사용시에 내구성이 우수하며, 배플판(4)의 상부에 형성되는 2차 탕면의 높이를 상승시켜 분배구(5)들은 주조중에 항상 침지되어 있기 때문에 종래의 배플구조에 비해서 용강분산의 효과 및 안정성이 높으며, 세라믹 다공체나 필터에 비해 경제적이고 내구성이 우수한 동시에 제조와 설치가 용이하며 균일한 용강공급의 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 쌍롤식 박판주조장치의 개략도,

도 2는 종래의 용강공급노즐의 구조도,

도 3은 본 발명의 용강공급노즐의 사시도 및 단면도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1 : 상부노즐 2 : 하부노즐 3 : 토출구

4 : 배플판(baffle) 5 : 기포 6 : 보강벽

7 : 용강 분배공 P : 용탕풀

Claims (4)

1. 원통형 상부노즐과 광폭형 하부노즐로 구성되며 하부노즐의 내부에 용강의 분산을 위한 배플판을 가진 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐에 있어서,

   상기 하부노즐의 내부에는 하부노즐의 장변 내화물을 서로 연결하여 일체형으로 형성되며, 하부에 용강분배공을 갖는 보강벽과

   상기 보강벽의 사이에 위치하여 용탕풀의 높이 이하로 설치되며, 다수의 원형 또는 슬릿형의 용강통로를 가진 배플판을

   포함하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 보강벽 간의 거리는 하부노즐 내부의 폭의 2/3를 넘지 않고, 상부노즐의 외주연으로부터 편측으로 5 mm 이상 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 상부노즐과 상기 배플판의 간격은 20 mm보다 크고 100 mm보다 작게 설치되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 보강판들의 용강분배공은 하부노즐의 토출구들의 면적의 총합과 같은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기용 용강공급노즐.