KR20080037383A

KR20080037383A - 몰드 플럭스 용해유닛

Info

Publication number: KR20080037383A
Application number: KR1020060104440A
Authority: KR
Inventors: 문기현; 박중길; 이순규; 조중욱
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-04-30
Also published as: KR100829908B1

Abstract

본 발명은 몰드 플럭스 용해유닛에 관한 것으로, 몰드 플럭스를 용해하여 액상의 상태로 저장하는 도가니와, 상기 도가니의 바닥에 관통 연결되며 그 내부에 유로가 형성되고 상기 유로 상의 내경이 감소되는 오리피스를 갖는 노즐과, 상기 노즐 내경보다 작은 외경을 갖는 스토퍼 로드와, 상기 스토퍼 로드의 하단부에 형성되고 상기 오리피스의 내경보다 큰 스토퍼 헤드를 구비하는 스토퍼를 포함하는 몰드 플럭스 용해유닛이 제공된다. 따라서, 용융 몰드 플럭스가 도가니에서 주형으로 공급될 때의 토출량을 정밀하게 제어할 수 있다.

용융 몰드 플럭스, 도가니, 유량 제어, 노즐

Description

몰드 플럭스 용해유닛{Mold Flux Melting Pot}

도 1은 종래의 몰드 플러스 용해유닛 및 주형을 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1의 A부 확대도이다.

도 3은 본 발명에 따른 몰드 플럭스 용해유닛 중 배출 노즐을 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 상부 노즐과 스토퍼 로드 사이를 유동하는 용강의 흐름을 설명한 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 몰드 플럭스 용해유닛 20 : 몰드 플럭스 공급원

30 : 도가니 40 : 가열수단

50, 100 : 배출 노즐 60, 130 : 스토퍼

70 : 주형 80 : 용강 노즐

110 : 상부 노즐 112 : 오리피스

120 : 하부 노즐 132 : 스토퍼 로드

134 : 스토퍼 헤드

본 발명은 몰드 플럭스 용해유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 몰드 플럭스를 용해하는 도가니에서 주형으로 토출되는 용융 몰드 플럭스의 유량을 제어하는 몰드 플럭스 용해유닛에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조장치에서 제조되는 주편은, 래들(ladle)로부터 액체 상태의 용강을 공급받아 이를 턴디쉬(tundish)에 임시로 저장했다가 주형에 공급함으로써 제조된다. 상기 주형의 벽면 내부에는 냉각수가 흘러 상기 주형 내측벽과 맞닿는 용강의 열을 빼앗아 응고쉘을 형성시키고 상기 응고쉘이 형성된 상태로 주형의 하부로 인발시켜 스프레이 노즐을 통해 분사되는 냉각수에 상기 용강이 완전히 응고되면서 상기 주형의 크기 및 형상과 부합하는 주편이 제조된다.

이렇게, 주형에 용강이 공급될 때 상기 주형에는 용강뿐만 아니라 부자재인 몰드 플럭스도 공급되는데, 상기 몰드 플럭스는 주형으로부터 용강을 인발시킬 때 상기 용강이 주형에서 수월히 빠져나갈 수 있도록 윤활작용을 하며, 또한, 용강의 열이 주형의 상방으로 방출되어 응고되지 않도록 단열하는 역할을 한다.

상기와 같이 주형에서의 윤활작용을 위해 공급되는 몰드 플럭스는 경우에 따라서 용융된 상태로 주형에 공급될 수 있다. 이를 위해 분말 혹은 과립과 같은 고상의 몰드 플럭스를 도가니에 장입시킨 후 소정의 온도로 가열하여 액상으로 용융시킨 뒤 주형에 공급하게 된다.

도 1은 몰드 플럭스 용해유닛 및 주형을 나타낸 단면도이다. 도면을 참고하 여 설명하면, 상기 몰드 플럭스 용해유닛(10)은 몰드 플럭스 공급원(20)과, 몰드 플럭스 공급원(20)으로부터 가용해된 몰드 플럭스를 수용하는 도가니(30)와, 상기 도가니(30)에 수용된 몰드 플럭스를 용융시키기 위해 도가니(30) 둘레에 구비되는 열선과 같은 가열 수단(40)과, 용융된 몰드 몰럭스를 배출하는 배출 노즐(50)과 상기 배출 노즐(50)을 개폐하여 배출되는 용융 몰드 플럭스의 유량을 제어하는 스토퍼(60)를 포함한다.

상기와 같은 몰드 플럭스 용해유닛(10)의 하부에는 용강(S)이 주입되는 주형(70)과, 상기 주형(70)에 턴디쉬(미도시) 내의 용강을 안내하여 토출하는 침지 노즐(80)이 마련되어, 상기 몰드 플럭스 용해유닛(10)으로부터 용융 몰드 플럭스를 주형(70)에 공급하게 된다. 여기서, 상기 주형(70)의 상부에는 주형(70) 내의 보온을 위해 구비되는 탕면 커버(90)를 더 포함하고, 상기 탕면 커버(90)는 용강을 토출하는 침지 노즐(80)과 용융 몰드 플럭스를 토출하는 배출 노즐(50)이 주형(70) 내부까지 인입될 수 있도록 설치된다.

도 2는 도 1의 A부 확대도이다. 도면을 참고하여 설명하면, 상기 배출 노즐(50)은 도가니(30)의 바닥에 연결된 중공 원통형 형상으로 형성된다. 상기 스토퍼(60)는 외경을 갖는 원형의 막대 형상인 스토퍼 로드(60r)와 상기 스토퍼 로드(60r)의 하단부에 대략 반구 형상으로 형성된 스토퍼 헤드(60h)로 구성되어 상기 배출 노즐(50)의 상부에서 상하 이동하면서 스토퍼 헤드(60h)가 상기 배출 노즐(50)을 개폐하게 된다.

상기와 같은 스토퍼(60)에 의해 도가니(30)의 용융 몰드 플럭스가 주형(70) 에 공급될 때의 유량을 제어하게 되는 바, 상기 배출 노즐(50)의 상단 개구는 가장자리가 만곡됨으로써 개구의 상방에서 하방으로 갈수록 좁아지는 상광하협(上廣下挾)의 구조를 갖으며, 상기 배출 노즐(50)의 하단 개구는 스토퍼 헤드(60h)보다 작은 내경(50D)을 갖고 주형(70)의 내부까지 연장 형성된다.

상기 스토퍼(60)가 상기 배출 노즐(50)의 상단 개구에 밀착하게 되면, 이들 사이에 간극(G)이 없어 상기 배출 노즐(50)은 폐쇄되어 용융 몰드 플럭스의 공급을 차단하게 된다. 이와 달리, 상기 스토퍼(60)가 상기 배출 노즐(50)의 상부로 상승하면, 도면에 도시된 바와 같이 스토퍼 헤드(60h)의 높이(H)가 증가하여 상기 배출 노즐(50)의 상단 개구와 스토퍼 헤드(60h)사이에 간극(G)이 발생하고, 이를 통하여 용융 몰드 플럭스가 배출 노즐을 통하여 주형에 공급된다.

그러나, 상기와 같은 스토퍼(60) 및 배출 노즐(50)을 갖는 몰드 플럭스 용해유닛(10)은 스토퍼(60)의 높이 변화에 따라 상기 배출 노즐(50)의 상단 개구와 스토퍼 헤드(60h) 간의 간극 변화가 심하다. 이는, 결국 용융 몰드 플럭스의 토출에 사용되는 면적의 급격한 변화를 가져오기 때문에 도가니(30)에서 주형(70)으로 공급되는 용융 몰드 플럭스의 유량 조절을 정밀하게 제어할 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연속 주조 시 스토퍼를 사용하여 도가니에서 주형으로 공급되는 용융 몰드 플럭스의 유량을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 몰드 플럭스 용해유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 몰드 플럭스를 용해하여 액상의 상태로 저장하는 도가니와, 상기 도가니의 바닥에 관통 연결되며 그 내부에 유로가 형성되고 상기 유로 상의 내경이 감소되는 오리피스를 갖는 노즐과, 상기 노즐 내경보다 작은 외경을 갖는 스토퍼 로드와, 상기 스토퍼 로드의 하단부에 형성되고 상기 오리피스의 내경보다 큰 스토퍼 헤드를 구비하는 스토퍼를 포함하는 몰드 플럭스 용해유닛에 의해 달성된다.

여기서, 기 노즐 내경과 스토퍼 로드의 외경의 비는 1.1 에서 6 사이인 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐은 도가니의 바닥을 관통하여 형성된 상부 노즐과, 상기 상부 노즐의 하단에 구비되어 주형으로 연장 형성된 하부 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상부 노즐의 하단에 오리피스가 형성된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스토퍼 헤드의 외경은 상기 스토퍼 로드의 외경보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐의 상단에서 오리피스까지의 거리는 도가니 바닥의 두께보다 큰 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도면을 참고하여 설명하면, 본 발명에 따른 몰드 플럭스 용해유닛은 몰드 플 럭스 공급원(20)과, 몰드 플럭스 공급원(20)으로부터 가용해된 몰드 플럭스를 수용하는 도가니(30)와, 상기 도가니(30)에 수용된 몰드 플럭스를 용융시키기 위해 도가니(30) 둘레에 구비되는 열선과 같은 가열 수단(40)과, 용융된 몰드 몰럭스를 배출하는 배출 노즐(100)과 상기 배출 노즐(100)을 개폐하여 배출되는 용융 몰드 플럭스의 유량을 제어하는 스토퍼(130)를 포함한다.

특히, 상기 배출 노즐(100)은 상기 도가니(30)의 바닥을 관통하여 연결된 상부 노즐(110)과, 상기 상부 노즐(110)의 하단에 부착된 하부 노즐(120)로 이루어져 상기 상부 노즐(110) 내에 스토퍼(130)의 일부가 위치되어 상기 상부 노즐(110)을 개폐하도록 구성된다.

상기 상부 노즐(110)은 도가니(30)의 바닥 두께보다 길게 형성되어 상기 도가니(30)의 바닥에서 아래로 연장 형성되고, 내부에 도가니(30)에서 용융된 몰드 플럭스가 유동하고 상기 스토퍼(130)가 승강할 수 있는 내경을 갖는 유로가 형성된다. 상기 상부 노즐(110)의 하단부에는 상기 내경보다 작은 내경을 갖는 오리피스(112)가 형성되며, 상기 하부 노즐(120)은 상기 상부 노즐과 연통하는 유로가 내부에 형성되고 상기 상부 노즐(110)에 부착된다.

상기 스토퍼(130)는 외경을 갖는 원형의 막대 형상인 스토퍼 로드(132)와 상기 스토퍼 로드(132)의 하단부에 대략 반구 형상으로 형성된 스토퍼 헤드(134)로 구성된다. 여기서, 상기 스토퍼 헤드(134)의 외경(134D)은 상기 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)보다 크게 형성되며, 상기 상부 노즐(110)의 내경(110D)보다 작고 상기 오리피스(112)의 내경(112D)보다는 크게 형성된다.

상기 스토퍼(130)는 상기 상부 노즐(110) 내에 삽입되어 상하 이동하면서, 스토퍼 헤드(134)가 상기 상부 노즐(110)의 오리피스(112)와 이격되거나 밀착하여 상기 상부 노즐(110)을 개방하거나 폐쇄하게 된다. 즉, 상기 오리피스(112)의 상단 개구는 가장자리가 만곡됨으로써 개구의 상방에서 하방으로 갈수록 좁아지는 상광하협(上廣下挾)의 구조를 갖게 되어 상기 오리피스(112)의 상단 개구 상에 스토퍼 헤드(134)가 안착되면 상기 상부 노즐(110)은 폐쇄된다.

이와는 반대로 상기 스토퍼(130)가 상승하게 되면, 도면에 도시된 바와 같이 상기 스토퍼 헤드(134)와 오리피스(112)의 상단 개구 사이에 간극(G)이 발생하여, 상기 간극(G)에 대응하여 용융 몰드 플럭스가 상기 상부 노즐(110) 및 하부 노즐(120)을 통하여 주형으로 공급된다.

상기 설명에서는 배출 노즐(100)이 상부 노즐(110)과 하부 노즐(120)로 이루어진 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 경우에 따라서 일체로 형성하여 하나의 노즐로 구현될 수도 있다. 다만, 이 경우 하나의 노즐 유로 상에는 오리피스와 같이 유로 내경이 감축된 부분이 마련되어, 상기 오리피스의 상부에 스토퍼 헤드가 안착되어 노즐의 개폐를 제어할 수 있어야 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 몰드 플럭스 용해유닛에 구비된 배출 노즐의 동작을 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 상부 노즐과 스토퍼 로드 사이를 유동하는 용강의 흐름을 설명한 단면도이다.

도면을 참고하여 설명하면, 길이가 어느 정도 긴 상부 노즐(110)의 내부 유로에서 그 내경보다 작은 외경을 갖는 스토퍼 로드(132)가 위치하는 경우, 상기 상 부 노즐(110)의 내측면과 스토퍼 로드(132)의 외측면 사이에는 환형의 유로가 형성되어 상기 환형 유로 내에서 도가니(30)의 용융 몰드 플럭스가 유동하게 된다.

즉, 상기 환형 유로 내에서 유동하는 용융 몰드 플럭스는 상기 상부 노즐(110)의 내측면과 스토퍼 로드(132)의 외측면에서 각각 전단 응력을 받게 되어 유량이 감소하게 되고, 이들의 중간으로 갈수록 유량이 증가하게 된다. 그 결과, 종래기술에 비하여 상기 스토퍼 헤드(134)와 오리피스(112)의 상단 개구 사이에 형성된 간극(G)을 지나가는 용융 몰드 플럭스의 압력 손실이 매우 크게 된다. 그러므로 종래기술과 본 발명에 동일한 수두(水頭)가 작용할 경우, 동일 스토퍼 개도 조건, 즉 동일 간극(G) 조건에서 흐르는 유체의 양이 감소하므로, 종래기술에 비하여 훨씬 정밀한 유량 제어를 할 수 있게 된다.

또한, 상부 노즐(110)의 하부에 형성된 오리피스(112)가 상부 노즐(110)의 내경에 비하여 작은 내경을 갖기 때문에, 본 발명의 배출 노즐(110)은 상기 스토퍼 헤드(134)와 오리피스(112)의 상단 개구 사이에 형성된 간극(G)에 의해 유량이 조절된다. 따라서, 종래기술에 따른 용융 몰드 플럭스의 배출 노즐(100)은 상기 노즐의 상단 개구와 스토퍼 헤드(60h) 사이의 간극에 의해서만 유량이 조절되었으나, 본 발명의 배출 노즐(100)은 상기 스토퍼 헤드(134)와 오리피스(112)의 상단 개구 사이에 형성된 간극(G)뿐만 아니라 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)에 의해서도 유량조절이 가능하기 때문에 용융 몰드 플럭스의 이중 제어가 가능하다.

이와 같이 스토퍼 로드(132)의 외경에 의해서 용융 몰드 플럭스의 유량을 조절하기 위하여 상부 노즐(110) 내에서 상하 운동하는 스토퍼 로드(132)의 외 경(132D)은 제한되어야 한다. 먼저, 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)은 스토퍼 헤드(134)의 외경(134D)보다 작아야 한다. 또한, 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)과 상부 노즐(110)의 내경(110D)은 일정한 비가 필요하다. 상기 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)이 상부 노즐(110)의 내경(110D)에 가까운 경우, 상부 노즐(110)의 내측면과 스토퍼 로드(132)의 외측면과의 간극이 좁아져서 요구되는 용융 몰드 플럭스의 토출량을 확보하지 못하게 된다. 이와 달리, 상기 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)이 상부 노즐(110)의 내경(110D)에 비해 너무 작을 경우에는 상부 노즐(110) 내에서 발생하는 전단 응력이 작아지므로 압력감소의 효과가 작아 유량의 정밀 제어 효과가 감소된다.

따라서, 아래 표1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 상부 노즐(110)의 내경(110D) 대 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)의 직경비는 1.1보다 크고 6보다 작은 것이 바람직하다. 만일 상기 직경비(110D/132D)가 1.1보다 작은 1.05(비교예1)일 경우 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)이 지나치게 큰 경우이므로 토출량이 확보되지 않아 사용이 불리하며 상기 직경비(110D/132D)가 6보다 큰 7인 경우(비교예2)에는 스토퍼 로드(132)의 외경(132D)이 너무 작아 용융 몰드 플럭스의 토출량이 과도하게 많은 경우이므로 정밀 제어의 효과가 감소함을 알 수 있다.

구분	상부노즐과 스토퍼 로드의 직경비 (110D/132D)	단위 개도당 유량 변화 ㎏/min/㎜	*오차 범위	최대 유량 ㎏/㎜
종래기술	-	1.1	1	50
본 발명	1.1<(110D/132D)<6	0.6	0.65	50
비교예1	1.05	0.3	0.4	25
비교예2	7	0.46	1.3	70

*오차 범위는 종래기술의 오차 범위를 1로 두었을 때 본 발명과 비교예1 및 비교예2의 상대적인 오차 범위를 나타낸다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로서만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 도가니에서 용융된 몰드 플럭스를 배출하는 노즐이 앞선 설명처럼 상부 노즐과 하부 노즐로 구분되지 않고 일체로 형성될 수 있다. 즉, 도가니의 바닥에서 아래로 노즐(100)이 연장 형성되며, 상기 노즐(100)이 끝나는 하단부에 상방에서 하방으로 갈수록 그 내경이 작아지는 오리피스(112)가 형성된다.

또한 상기 노즐(100) 내에 삽입되어 상하 이동하는 스토퍼(130)는, 상기 노즐(100)의 내경보다 작은 외경을 갖는 스토퍼 로드(132)를 갖되 상기 스토퍼 로드(132)가 끝나는 하단부가 상기 오리피스(112)의 가장 작은 내경보다 큰 외경을 갖도록 반구형(134)으로 형성된다.

이에 따라서, 스토퍼 로드(132)의 하단부가 노즐(100)의 오리피스(112)로부터 승강하여 간극을 형성하기 때문에 상기 스토퍼 로드(132)의 승강에 따라 용융 몰드 플럭스의 유량을 정밀 제어할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 몰드 플러스 용해유닛은, 연속 주조 시 배출 노즐 내부에 형성된 오리피스의 상단 개구와 스토퍼 헤드 사이에 형성되는 간극에 의해서 유량 조절이 가능할 뿐만 아니라 상기 노즐 내에 위치하는 스토퍼 로드의 외경과 상기 노즐의 내경의 직경비에 의해서도 유량 조절이 가능하게 됨으로써 도가니에서 주형으로 공급되는 용융된 몰드 플럭스의 유량을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

Claims

몰드 플럭스를 용해하여 액상의 상태로 저장하는 도가니와,

상기 도가니의 바닥에 관통 연결되며 그 내부에 유로가 형성되고 상기 유로 상의 내경이 감소되는 오리피스를 갖는 노즐과,

상기 노즐 내경보다 작은 외경을 갖는 스토퍼 로드와, 상기 스토퍼 로드의 하단부에 형성되고 상기 오리피스의 내경보다 큰 스토퍼 헤드를 구비하는 스토퍼를 포함하는 몰드 플럭스 용해유닛.
청구항 1에 있어서, 상기 노즐 내경과 스토퍼 로드의 외경의 비는 1.1 에서 6 사이인 것을 특징으로 하는 몰드 플럭스 용해유닛.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 노즐은 도가니의 바닥을 관통하여 형성된 상부 노즐과, 상기 상부 노즐의 하단에 구비되어 주형으로 연장 형성된 하부 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 플럭스 용해유닛.
청구항 3에 있어서, 상기 상부 노즐의 하단에 오리피스가 형성된 것을 특징으로 하는 몰드 플럭스 용해유닛.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 스토퍼 헤드의 외경은 상기 스토퍼 로드의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 몰드 플럭스 용해유닛.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 노즐의 상단에서 오리피스까지의 거리는 도가니 바닥의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 몰드 플럭스 용해유닛.