KR20090078125A - 침지노즐의 크랙발생 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연주공정에서 사용되는 침지노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 침지노즐의 크랙발생을 초기에 감지하고 경고할 수 있는 침지노즐의 크랙발생 감지장치에 관한 것이다.

본 발명은 외측표면부(3)와 내공벽면부(2)로 이루어진 침지노즐에 있어서,

상기 내공벽면부(2)와 외측표면부(3) 사이에 일정간격으로 이격공간을 형성시키는 슬리트(10)와,

상기 슬리트(10)로 일정압력의 가스를 공급하는 가스공급라인(20)과,

상기 슬리트(10)에 작용하는 백압(back pressure)이 일정수치 이하로 저하됨을 감지하는 압력센서(50)와,

상기 압력센서(50)로부터 발생되는 백압저하 신호를 전달받아 백압이 일정수치 이상 저하될 경우 이를 외부에 알리는 알림부(60)를 포함하여 구성된다.

침지노즐, 크랙, 슬리트, 아르곤가스

Description

침지노즐의 크랙발생 감지장치{Apparatus for sensing a crack of submerged entry nozzle}

본 발명은 연주공정에서 사용되는 침지노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 침지노즐의 크랙발생을 초기에 감지하고 경고할 수 있는 침지노즐의 크랙발생 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 연주공정에 있어서 턴디쉬에서 몰드로 용강의 주입을 위해 사용되는 침지노즐은 강을 연속주조하는데 사용되는 침지노즐은 용강의 대기 접촉을 막아 용강산화를 억제와 동시에 용강의 온도저하를 막고, 주입할 때 용강의 비산을 방지하면서 몰드내에서 적정한 용강 유동을 일으킴으로써 슬래그나 비금속개재물 등의 불순물을 몰드내 탕면으로 분리시켜 주편 품질을 개선할 뿐만 아니라 연속적으로 주조가 가능하도록 하는 역할을 담당한다.

이와 같은 침지노즐은 매우 가혹한 환경에서 사용되는 관계로 이에 대응할 수 있도록 특수재질로 제작되는데, 통상 도 1과 같이 알루미나-흑연(Al2 O3 -C) 재질로 된 노즐본체(1)와, 지르코니아-흑연(ZrO2 -C) 재질로 된 외측표면부(3)와 내공벽면부(2)로 제작되고 있다.

상기 지르코니아-흑연 재질은 주로 용강침적부위나 몰드파우더 라인에 주로 배치된다. 그 이유는 상기 몰드파우더가 연속주조가 가능하도록 하기 위해 몰드내의 용강 탕면 상부에 투입되는 저염기도 물질로서 화학적, 물리적 침식으로 인한 용손이 매우 크기 때문이다. 그러므로 저염기도 용융슬래그에 대한 내침식성이 우수한 지르코니아-흑연 재질을 용강침적부위나 몰드파우더 라인에 배치시키는 것이다.

또한, 예열온도의 저하나 예열 완료 후 주조전까지의 지연으로 인해 냉각되는 것을 방지하기 위하여 침지노즐의 외주부에 세라믹 페이퍼로 감싸도록 하고 있다.

상기와 같은 여러 가지 대응에도 불구하고, 장기간 사용시 침지노즐에는 도 5와 같이 크랙이 발생된다.

일단, 크랙이 발생되면, 크랙발생부위로 외부공기가 유입되면서 침지노즐을 이루는 재질 중 탄소(C)의 산화용손이 급격히 빠른 속도로 일어나게 될 뿐만 아니라, 이 크랙을 통해 몰드파우더가 유입되면서 용강의 품질이 크게 떨어지게 되는 문제가 발생된다.

더욱이, 침지노즐의 외주부에 세라믹 페이퍼가 감싸여져 초기크랙이 발생되어도 육안으로 감지하기 어려운 상황을 감안할 때, 통상 침지노즐에 발생된 크랙들은 상당한 시간이 경과한 후에야 발견이 될 수밖에 없다.

따라서 일단 크랙이 발견되면 그 동안 생산된 많은 양의 제품을 모두 불량 처리할 수밖에 없고 후속으로 연결되는 차지(charge) 생산까지도 중단해야 하므로 재정적 손실이 막대하다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 고려하여 이루어진 것으로서, 침지노즐의 사용 중 크랙발생시 이를 초기에 감지할 수 있는 침지노즐의 크랙발생 감지장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일부구간이 외측표면부와 내공벽면부로 이루어진 침지노즐에 있어서, 상기 내공벽면부와 외측표면부 사이에 일정간격 으로 이격공간을 형성시키는 슬리트와, 상기 슬리트 내부로 일정압력의 가스를 공급하는 가스공급라인과, 상기 슬리트 내부의 백압(back pressure)이 일정수치 이하로 저하됨을 감지하는 압력센서와, 상기 압력센서로부터 발생되는 백압저하 신호를 전달받아 백압이 일정수치 이상 저하될 경우 이를 외부에 알리는 알림부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 침지노즐의 크랙발생 감지장치에 의하면, 침지노즐의 외측표면부와 내공벽면부 사이에 슬리트를 형성시키고 이 슬리트에 불활성가스를 공급하여 백압을 형성시킴으로써, 슬리트에 작용하는 백압의 저하를 통해 초기크랙을 감지하고 이를 작업자에게 알림으로써, 작업자로 하여금 조기에 주조상태를 확인하여 주조중지 여부를 결정하거나 후속 생산되는 제품의 품질결함을 예지할 수 있도록 하여 조업손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않 게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일부구간이 외측표면부(3)와 내공벽면부(2)를 갖는 침지노즐에 적용된다. 이때, 상기 일부구간은 화학적, 물리적 침식으로 인한 용손이 가장 큰 것으로 알려진 몰드파우더 라인 부위가 적당하다.

본 발명은 상기 내공벽면부(2)와 외측표면부(3) 사이에 일정간격으로 이격공간을 형성시키는 슬리트(10)와, 상기 슬리트(10) 내부로 일정압력의 가스를 공급하는 가스공급라인(20)과, 상기 슬리트(10) 내부의 백압(back pressure)이 일정수치 이하로 저하됨을 감지하는 압력센서(50)와, 상기 압력센서(50)로부터 발생되는 백압저하 신호를 전달받아 백압이 일정수치 이상 저하될 경우 이를 외부에 알리는 알림부(60)로 구성된다.

상기 슬리트(10)는 침지노즐의 길이방향을 따라 침지노즐의 내공벽면부(2)와 외측표면부(3) 사이를 일정간격으로 이격시키는 공간이다.

상기 슬리트(10)의 상부에는 슬리트(10)의 내부로 가스를 공급하기 위한 가스공급라인(20)이 연결된다. 이를 위하여 침지노즐에는 슬리트(10)와 연통되는 가스관 연결공이 형성된다.

한편, 상기 슬리트(10)에는 상기 내공벽면부(2)와 외측표면부(3)가 연결시키는 다수의 브릿지(15)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 브릿지(15)는 외측표면부와 동재질인 지르코니아-흑연(ZrO2-C) 재질이 적당하다. 이 브릿지(15)들은 슬리트(10)가 내부에서 유동되지 않도록 함과 동시에 침지노즐의 내구성을 향상시켜 주는 역할을 수행하게 된다.

상기 슬리트(10)로 공급되는 가스는 아르곤가스와 같은 불활성 가스가 적당하다. 왜냐하면, 슬리트(10)로 가스가 공급되면 내공벽면부(2)의 미세기공을 통해 침지노즐 내부로 미량의 가스가 유입되게 되므로 침지노즐의 내벽에 막을 형성하여 탈산 생성물이 노즐 벽과 접촉되는 것을 방지하며, 아르곤 기포가 주조 중에 침지노즐의 내벽에 부착된 탈산 생성물을 씻어 떨어뜨리는 역할을 수행하고, 화학적 반응에 의해 형성된 탈산 생성물의 부상을 촉진하며, 아르곤 취입에 의해 용강의 난류거동을 촉진시켜 퇴적된 개재물을 씻어 떨어뜨리고, 아르곤 취입으로 노즐 내 압력 증가를 도모하여 노즐을 통한 공기흡입을 억제하며, 용강과 내화물간의 화학반응을 억제하는 작용을 하기 때문이다.

이와 같이, 슬리트(10)로 아르곤 가스가 공급되면, 상기 슬리트(10)에는 상기 아르곤 가스의 공급압에 대항하는 백압(back pressure)이 일정하게 유지하게 되는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스공급라인(20)에는 이러한 아르곤 가스의 백압을 측정하도록 압력지시기(40)와, 상기 압력지시기(40)를 통해 백압저하를 감지하는 압력센서(50)가 설치된다.

상기 압력센서(50)는 일정 수치 이하로 백압이 저하될 경우, 백압저하 신호를 발생시킨다. 상기 압력센서(50)는 알림부(60)와 전기적으로 연결된다.

상기 알림부(60)는 압력센서(50)로부터 발생된 백업저하 신호를 전달받아 이를 외부로 알린다. 알림방법으로는 소리나 시각 또는 관리자의 모니터에 경고화면을 출력하는 등의 다양한 방법 등이 가능하다.

상기 가스공급라인(20)에는 아르곤 가스를 일정압으로 슬리트(10) 내부로 공급할 수 있도록 가스공급압을 조절해 주기 위한 압력조절밸브(30)와, 도시하지는 않았으나 가스공급량을 측정하는 유량측정기가 더 설치될 수 있다.

한편, 가스공급라인(20)을 통해 슬리트(10)로 유입되는 아르곤 가스의 공급압은 10bar가 적당하며 이 경우의 상기 슬리트(10)의 폭은 0.5mm 내지 1mm가 적당하다. 만일 슬리트(10)의 폭이 0.5mm 보다 작을 경우에는 측정이 곤란할 정도로 백압이 너무 작게 형성되며, 이와 반대로 슬리트(10)의 폭이 1mm 보다 클 경우에는 많은 양의 아르곤 가스가 내공벽면부(2)를 통해 용강 내부로 유입되게 되므로 품질 저하 현상을 초래하게 된다.

또한, 상기 브릿지(15)들의 단면적은 슬리트(10)의 단면적에 대하여 20% 내지 60%가 적당하다. 이는 상기 브릿지(15)들의 단면적이 슬리트(10)의 단면적에 대하여 20% 미만일 경우에는 브릿지(15)의 역할을 충분히 담당할 수 없고, 60%를 초과할 경우 슬리트(10)의 내부공간이 지나치게 작아서 슬리트(10)에 작용하는 백압을 정확하게 측정할 수 없게 되기 때문이다.

또한, 상기 내공벽면부(2)는 소량의 가스를 주입하는 형태의 내화물 사용되는 대표적인 재질인 알루미나-그라파이트계 내화물로 이루어진 것이 적당하다. 왜냐하면, 알루미나-그라파이트계 내화물은 적정한 기공율을 가질 경우, 내부에 가스가 유입되더라도 내공부 막을 형성하여 용강과 내화물의 반응에 따른 부착물을 억제해 줄 수 있기 때문이다.

한편, 상기 내공벽면부(2)의 기공율은 13% 내지 15%가 적당하다. 이는, 기공 율이 13% 보다 미만이면 내부 압력이 증가하여 크랙발생시 가스가 순간적으로 용강내부로 유입되면서 급작스런 부피 팽창에 따른 사고가 발생될 수 있기 때문이고, 기공율이 15%를 초과하게 되면, 내부압력이 적정 수준이하로 떨어져 크랙발생시 미세하게 변화하는 백압을 감지하기 힘들기 때문이다.

이러한 기공율의 범위 설정은 제품설계 당시 가스공급압과 슬리트의 폭을 고려하여 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기한 기공율 범위는 내공벽면부(2)가 알루미나-그라파이트계 내화물로 이루어진 경우에서 요구되는 적정한 기공율의 범위 내이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 침지노즐 크랙발생 감지장치를 제작하기 위해서는 먼저 침지노즐 내부에 슬리트부(10)와 브릿지(15)를 형성시켜야 한다. 상기 슬리트부(10)와 브릿지(15)의 제작은 침지노즐의 제작단계에서 이루어진다.

먼저 내공벽면부(2)를 이룰 내화물이 제작되면, 제작된 내화물 외벽에 슬리트(10)가 형성될 폭과 동일한 두께로 왁스가 코팅된다. 이때, 브릿지(15)가 형성될 부위에는 왁스코팅을 하지 않는다. 이후 침지노즐 제작 형틀에 왁스가 코팅된 내화물이 먼저 셋팅되면, 외측표면부(3)가 형성될 형틀 내 빈공간에 부정형 내화물이 투입되어 성형이 이루어진다. 상기의 과정을 거쳐 최종 성형물이 완성되면, 소성로에서 제품의 품질특성에 맞게 적절하게 소성과정을 거치게 되는데, 이 과정에서 내공벽면부(2) 표면에 코팅된 왁스가 휘발되면서 슬리트부(10)가 형성된다.

이와 같이 슬리트부(10)가 형성되면 슬리트부(10) 내부에 가스공급라인(20)이 연결되고 이 가스공급라인(20)에 압력센서(50)와 알림부(60) 등이 연결되면 본 발명의 침지노즐의 크랙발생 감지장치의 제작은 완료된다.

이와 같이 제작된 본 발명의 침지노즐의 크랙발생 감지장치에 따르면 침지노즐에 크랙이 발생될 경우, 이를 조기에 감지하여 조업손실을 최소화시킬 수 있게 된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 조업 중 슬리트(10)가 형성된 부위에 초기크랙이 발생되면 슬리트(10)로 공급되는 아르곤가스가 크랙을 통해 침지노즐의 내부나 외부로 유출되면서 슬리트(10)에 작용하는 백압이 감소하게 된다.

백압이 감소하게 되면, 압력지시기(40)의 수치가 떨어지게 되며, 일정수치 이상으로 압력지시기(40)의 수치가 떨어지면 압력센서(50)가 이를 감지하여 알림부(60)측으로 백압저하 신호를 발생시킨다.

알림부(60)는 압력센서(50)로부터 발생되는 백압저하 신호를 전달받아 작업자로 하여금 주조상태를 확인하여 주조중지 여부를 결정하거나 후속 생산되는 제품의 품질결함을 예지할 수 있도록 외부로 알린다.

도 1은 종래의 침지노즐 단면도.

도 2는 본 발명을 구성하는 침지노즐의 단면도.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 침지노즐의 크랙발생 감지장치의 구성을 나타내는 계통도.

도 5는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도로서, 크랙이 형성된 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...노즐본체 2...내공벽면부

3...외측표면부 10...슬리트

15...브릿지 20...가스공급라인

40...압력지시기 50...압력센서

60...알림부

Claims (9)

1. 외측표면부와 내공벽면부로 이루어진 침지노즐에 있어서,

   상기 내공벽면부와 외측표면부 사이에 일정간격으로 이격공간을 형성시키는 슬리트와,

   상기 슬리트로 일정압력의 가스를 공급하는 가스공급라인과,

   상기 슬리트에 작용하는 백압(back pressure)이 일정수치 이하로 저하됨을 감지하는 압력센서와,

   상기 압력센서로부터 발생되는 백압저하 신호를 전달받아 백압이 일정수치 이상 저하될 경우 이를 외부에 알리는 알림부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 슬리트는 상기 내공벽면부와 외측표면부가 연결시키는 다수의 브릿지를 갖는 것을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 가스공급부를 통해 슬리트 내부로 공급되는 가스는 불활성 아르곤(Ar) 가스인 것을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 슬리트는 용감침적부 및 몰드파우더 라인 부위에 형성된 것을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 가스공급라인에는 상기 슬리트 내부의 백압을 측정하는 압력지시기가 설치되고,

   상기 압력센서는 상기 압력지시기를 통해 백압저하를 감지하는 것을 특징으로 한 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 가스공급라인을 통해 슬리트로 유입되는 가스의 공급압은 10bar이고,

   상기 슬리트의 폭은 0.5mm 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 내공벽면부는 알루미나-그라파이트계 내화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
8. 제 1항 또는 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 내공벽면부의 기공율은 13% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 브릿지들의 단면적은 슬리트의 단면적에 대하여 20% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 침지노즐의 크랙발생 감지장치.

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