KR20080054697A - 고속주조를 위한 침지 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속주조를 위한 침지 노즐에 관한 것으로, 내부에 유로가 형성된 관의 형상을 갖되 내부 바닥이 폐쇄되고 그 측면에 용강 토출구가 형성되며, 상기 용강 토출구는 침지 노즐의 길이 방향을 0°로 했을 때 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고속주조를 위한 침지 노즐이 제공된다. 따라서, 고속주조에서 용강의 흐름 및 유속을 주편 인발속도에 맞게 제어할 수 있어 원활한 조업을 가능케 하고, 브레이크 아웃과 같은 설비사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

침지 노즐, 침적 노즐, 용강, 고속주조

Description

고속주조를 위한 침지 노즐{Submerged Nozzle}

도 1은 일반적인 연속주조장치의 전체 사시도이다.

도 2는 종래에 시행되고 있는 주형에 용강이 주입되는 상태를 나타낸 단면 도이다.

도 3은 본 발명에 따른 침지 노즐을 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 침지 노즐의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 침지 노즐의 또다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이들 터렛트 20 : 레이들

22 : 턴디쉬 30, 100, 200, 300 : 침지 노즐

40 : 주형 50 : 주편

52 : 금속 칩 54 : 코일

60 : 더미바 70 : 더미바 헤드

80 : 이송 롤러 90 : 자동 절단기

110, 210, 310 : 유로 120, 220, 320 : 용강 토출구

122. 222, 322 : 경사면 130, 230, 330 : 내부 바닥

132, 232, 332 : 돌출부 324 : 단부

본 발명은 비산 방지 구조를 갖는 침지 노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연주공정 중 턴디쉬 내의 용강이 침지 노즐에 최초 유입될 때 침지 노즐 내부 바닥면에 용강이 부딪혀 튀어 오르는 것을 방지하는 비산 방지 구조를 갖는 침지 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조장치는 제강로에서 생산되어 레이들로 이송된 용강을 턴디쉬에 받았다가 주형에 공급하여 일정한 크기의 주편을 연속 생산하는 설비로 이루어진다. 도 1은 일반적인 연속주조장치의 전체 사시도이다.

도면을 참조하여 설명하면, 레이들 터렛트(Ladle Turret)(10)에 설치된 레이들(Ladle)(20)에 불순물 제거와 화학성분이 조정된 용강을 채우고 레이들(20)에 있는 용강을 원통형 내화벽돌로 된 노즐을 통하여 턴디쉬(Tundish)(22)에 공급하게 된다. 그리고, 상기 턴디쉬(22)에 저장된 용강을 원통형 내화벽돌로 된 침지 노즐(30)을 통해 주형(40)에 주입시켜 주편(Slab)으로 주조하게 된다.

한편, 상기 주형(40) 내에는 주편(50)을 인출 안내하게 되는 더미바(Dummy Bar)(60)가 주형(40)의 개방된 하부에 유입되고 주형(40)에 유입된 최초의 용강은 더미바 헤드(70)의 요철부를 경계로 응고된다. 응고된 용강은 이후 이동궤도에 설치된 다수의 롤러(80)가 구동됨에 따라 더미바(60)에 의해 당겨져 냉각수가 분사되는 상하 롤러 사이를 이동하면서 주편으로 연속 제조된다.

용강의 주조 초기에는 더미바(60)에 의하여 응고된 주편(50)이 인출되나 일단 응고된 주편(50)이 이송 롤러(80) 사이를 통과하게 되고 그 후에는 더미바(60)의 역할은 필요 없게 된다. 따라서, 더미바(60)는 분리장치에 의하여 상부로 올라가고 연속적으로 주조된 주편(50)은 자동절단기(90)에 의하여 소정의 길이로 절단되고 테이블 롤러(82)에 의하여 집하장으로 이송된다.

한편, 상기 더미바 헤드(70)의 상부면에 직접 용강이 용착되면 응고된 주편과 더미바 헤드(70)의 분리가 어렵게 되므로 이를 방지하기 위하여 상기 더미바 헤드(70)와 주형(40) 사이의 틈새를 메우는 실링과 더미바 헤드의 상부에서 용강의 냉각을 향상시키는 네일 칩(nail chip) 및 그라인더 칩(grinder chip) 등의 금속 칩(52)과, 주형에 주입된 용강의 응고가 신속히 진행될 수 있도록 코일(54)을 더미바 헤드(70)의 상면부에 안착시키게 된다.

도 2는 종래에 시행되고 있는 주형에 용강이 주입되는 상태를 나타낸 단면 도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 연속주조공정의 초기에 용강(S)을 주형(40) 내부에 정체시켜 주편으로 형상화할 때 주형(40)의 바닥면을 이루게 되는 더미바 헤드(70)의 상부면에 금속 칩(52)과 코일(54)을 적층시키게 된다.

이에 따라서, 턴디쉬의 침지 노즐(30)을 통하여 주형(40)에 용강(S)을 주입하면 주입된 용강(S)이 코일(54) 사이를 통하여 아래로 흐르는 과정에서 다소 완충되어 금속 칩(52)의 비산을 방지하게 된다. 그 후 용강(S)과 금속 칩(52) 및 코일(54)이 일체로 용착되므로 더미바 헤드(70)와 주편의 분리가 용이하게 된다.

한편, 상기 침지 노즐(30)은, 대략 직립된 관의 형상을 갖고 내부에 용강이 흐르는 유로(32)가 형성되는 바, 상기 침지 노즐(30)의 내부 바닥면은 주형(40)이 위치한 아래로 용강이 직접 흐르는 것을 차단하도록 폐쇄하고, 그 측면(침지 노즐의 외경 둘레)에 유로(32)의 방향과 직각되게 개방된 용강 토출구(34)가 형성된다. 또한, 상기 침지 노즐의 내부 바닥(36)은 유로를 따라 흐르는 용강이 직접 주형 내의 용탕면으로 토출되는 것을 방지하도록 폐쇄된다.

이와 같은 턴디쉬에서 침지 노즐(30)로 유입되는 용강은 상당한 무게가 있고 수직 하방으로 쏟아지는 압력이 작용하기 때문에 용강이 유로를 따라 흐르면서 유속이 가속된다. 이러한 결과로, 상기 침지 노즐(30)의 내부 바닥(36)에 용강이 부딪혀 비산되면서 용강 토출구(34)를 통해 주형(40)으로 공급되는 용강의 유속이 급격히 감소될 뿐만 아니라 비산되는 용강에 작업자가 부상을 입게 된다.

더욱이, 주편 인발속도가 3~8m/min인 고속주조에서는 침지 노즐(30)에서 토출되는 용강이 주편 인발속도를 따라가지 못해 원활한 조업을 방해하고, 주형 내의 응고셀 형성에 불균형을 일으켜 설비사고(Break-Out)를 일으키게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 턴디쉬에서 주형으로 용강이 공급될 때 주편 인발속도에 부합하는 유속을 갖도록 형성되는 고속주조를 위한 침지 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 내부에 유 로가 형성된 관의 형상을 갖되 내부 바닥이 폐쇄되고 그 측면에 용강 토출구가 형성되며, 상기 용강 토출구는 침지 노즐의 길이 방향을 0°로 했을 때 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고속주조를 위한 침지 노즐에 의해 달성된다.

여기서 상기 침지 노즐은, 주편 인발속도가 3~8m/min인 연속주조에 사용되는 것이 바람직하다.

또한 상기 용강 토출구는, 그 내경이 주형내의 용탕면으로 갈수록 확장되는 것이 바람직하다.

또한 상기 내부 바닥의 일부가, 주형의 용탕면을 향하여 깎이도록 형성된 것이 바람직하다.

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

도 3은 본 발명에 따른 침지 노즐을 나타낸 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 턴디쉬의 하부에 설치되는 침지 노즐(100)은, 용강이 턴디쉬(미도시)의 하부에서 주형(미도시)으로 주입될 수 있도록 상기 턴디쉬의 하부에 수직으로 설치되는 대략 직립된 관의 형상을 갖게 되는 바, 상기 침지 노즐(100)의 내부에 용강이 흐르는 유로(110)가 형성되고, 상기 유로(110)가 끝나는 위치에 내부 바닥(130)이 형성되어 용강이 주형이 위치한 아래로 직접 흐르는 것을 차단하게 된다.

또한 상기 유로(110)가 끝나는 위치와 내부 바닥(130)의 사이에는 용강 토출구(120)가 형성된다. 상기 용강 토출구(120)는 침지 노즐(100)의 중심에서 주형을 향하도록 기울어지는 경사면(122)을 형성하게 되는데, 상기 경사면(122)의 기울기 는 침지 노즐(100)의 길이 방향을 0°로 했을 때 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성된다.

여기서 상기 내부 바닥(130)은, 상기 유로를 따라 흐르는 용강과 최초로 만나는 위치에 도면에 도시된 바와 같은 돌출부(132)가 형성된다. 부연하자면, 상기 돌출부(132)는 유로(110)의 중심축을 기준으로 양측의 용강 토출구(120)로 갈라져 상기 용강 토출구(120)의 경사면(122)으로 연결됨으로써 침지 노즐(100)의 길이 방향을 0°로 했을 때 60~70°사이의 기울기를 갖게 된다.

상기와 같은 구조를 갖는 침지 노즐(100)이 턴디쉬의 하부에 설치되면, 상기 턴디쉬에 저장된 용강을 주형에 공급하기 위해 상기 턴디쉬에 설치된 스토퍼(미도시)를 작동시켜 침지 노즐(100)의 유로(110)를 개방하게 된다. 이에 따라서, 상기 턴디쉬 내의 용강이 개방된 침지 노즐의 유로(110)를 따라 하방으로 이동하게 된다.

용강이 침지 노즐(100)로 유입되면, 상기 침지 노즐(100)의 내부에 형성된 유로(110)를 따라 용강이 하방으로 흐르게 되고, 상기 유로(110)가 끝나는 내부 바닥(130)에 도달하게 된다. 이때, 상기 하방으로 흐르는 용강이 가장 먼저 만나게 되는 부분은 내부 바닥(110)에 형성된 돌출부(132)이며, 상기 돌출부(132)와 용강 토출구(120)를 잇는 경사면이 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성됨으로써, 용강의 흐름을 방해하지 않아 용강의 유속을 감소시키지 않게 된다.

또한 상기 침지 노즐(100)의 내부 바닥(130)에 돌출부(132)가 형성되면, 상기 용강이 침지 노즐(100)에 최초로 유입될 때 상기 돌출부에 의해 용강이 원활하 게 용강 토출구(120)로 분기되고 상기 용강 토출구(120)의 경사면(122)을 따라 용강이 안내되기 때문에 용강의 비산을 방지할 수 있다.

상기와 같이 용강 토출구(120)가 침지 노즐의 길이 방향을 0°로 했을 때 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성됨으로써 주편 인발속도가 3~8m/min인 고속주조에서 용강의 흐름 및 유속을 주편 인발속도에 맞게 제어할 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 침지 노즐에서 용강의 유속(토출량) 및 토출 방향을 제어할 수 있다. 이를 도 4 및 도 5에 의거하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 침지 노즐의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 주형에 공급되는 용강의 유속 및 토출량은 침지 노즐의 용강 토출구의 면적과 긴밀한 관계가 있다. 따라서, 상기 돌출부(232)에서 분기된 용강의 유속 및 토출량을 제어할 수 있도록 용강 토출구(220)의 내경이 주형내의 용탕면으로 갈수록 확장된다.

부연하자면, 침지 노즐(200)의 내부에 유로(210)를 형성하고, 상기 유로(210)가 끝나는 위치에 돌출부(232)를 포함한 내부 바닥(230)이 형성된다. 그리고, 침지 노즐(200)의 중심에서 주형을 향하도록 기울어지는 용강 토출구(220)의 중심이 대략 60~70°사이의 기울기를 갖되, 돌출부(232)에서 용강 토출구(220)를 연결하는 경사면(222)의 기울기가 주형내의 용탕면으로 갈수록 확장된다.

즉, 도 3의 경사면(122)에 비해 도 4의 경사면(222)은 주형 내의 용탕면으로 갈수록 급한 경사면을 이루게 된다. 이에 따라서, 내부 바닥(230)에 형성된 돌출부(232)에서 유로(210)를 향해 직교하는 단면적에 비해 용강 토출구(220)의 단면적 이 확장 형성됨으로써, 고속주조에서 용강의 흐름 및 유속을 주편 인발속도에 맞게 제어할 수 있다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, 용강 토출구의 경사면 일부를 변형하여 용강의 흐름 및 유속을 주편 인발속도에 맞게 제어할 수도 있다. 즉, 상기 내부 유로(310)를 따라 흐르는 용강이 침지 노즐(300)의 내부 바닥(330)에 도달했을 때 용강의 유속을 감소시키지 않으며 용강의 토출 방향을 제어하도록 상기 내부 바닥(330)의 일부가 주형의 용탕면을 향하여 깎이도록 형성된다.

부연하자면, 침지 노즐(300)의 내부에 유로(310)를 형성하고, 상기 유로(310)가 끝나는 위치에 돌출부(332)를 포함한 내부 바닥(330)이 형성된다. 그리고, 침지 노즐(300)의 중심에서 주형을 향하도록 기울어지는 용강 토출구(320)의 중심이 대략 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성되며, 상기 내부 바닥(330)의 일부 특히, 용강 토출구(320)의 경사면(322) 중 경사면이 끝나는 지점의 일부가 주형의 용탕면을 향하여 깍이는 단부(324)가 형성된다.

이에 따라서, 내부 바닥(330)에 형성된 돌출부(332)에서 유로(310)를 향해 직교하는 단면적에 비해 용강 토출구(320)의 단면적이 확장되고, 상기 깎여진 단부(324)의 방향을 제어하여 침지 노즐에서 토출되는 용강의 방향을 제어할 수 있다.

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, 상기 침지 노즐의 하부에 형성된 돌출부가 착탈가능하게 설치될 수도 있다. 부연하자면, 유로를 통해 하방으로 흐르는 용강은 상당한 무게를 갖고 고속주조 시 빠른 유속을 갖기 때문에 유로 내에서 용강과 최초로 만나는 돌출부에 스트레스가 집중되어 돌출부에 마모현상이 일어난다. 따라서 상기 돌출부에 마모가 일정부분 일어나면 침지 노즐에서 돌출부를 교체하여 용강의 유속 및 토출량을 제어할 수 있다.

본 발명에 의한 고속주조를 위한 침지 노즐은, 용강 토출구가 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성됨으로써 주편 인발속도가 3~8m/min인 고속주조에서 용강의 흐름 및 유속을 주편 인발속도에 맞게 제어할 수 있어 원활한 조업을 가능케 하고, 브레이크 아웃과 같은 설비사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 내부에 유로가 형성된 관의 형상을 갖되 내부 바닥이 폐쇄되고 그 측면에 용강 토출구가 형성되며, 상기 용강 토출구는 침지 노즐의 길이 방향을 0°로 했을 때 60~70°사이의 기울기를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고속주조를 위한 침지 노즐.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 침지 노즐은, 주편 인발속도가 3~8m/min인 연속주조에 사용되는 것을 특징으로 하는 고속주조를 위한 침지 노즐.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 용강 토출구는 그 내경이 주형내의 용탕면으로 갈수록 확장되는 것을 특징으로 하는 고속주조를 위한 침지 노즐.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 내부 바닥의 일부가 주형의 용탕면을 향하여 깎이도록 형성된 것을 특징으로 하는 고속주조를 위한 침지 노즐.

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