KR20090095590A - 연속 강 주조를 위한 중공 제트 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공 제트(hollow zet) 노즐을 사용함으로써, 연속 주조 주형에서, 용융된 금속, 특히 강(steel)을 주조하는 장치 및 방법에 개선에 관한 것으로, 여기서 미세하게 분할된 금속 재료가 중공 제트의 내용적 내에 주입되며, 이 중공 제트는 아르곤과 같은 비산화 기체의 순환에 의해 유지된다.

Description

연속 강 주조를 위한 중공 제트 노즐{HOLLOW JET NOZZLE FOR CONTINUOUS STEEL CASTING}

본 발명은, 중공 제트(hollow zet) 노즐을 사용함으로써, 연속 주조 주형에서, 용융된 금속, 특히 강(steel)을 주조하는 장치와 방법의 개선에 관한 것으로, 미세하게 분할된 금속 재료가 중공 제트의 내용적 내로 주입되며, 이 중공 제트는 아르곤과 같은 비산화 기체의 순환에 의해 유지된다.

연속 주조 기술에서, 용융 강은 적어도 한 노즐, 즉 턴디쉬(tundish)와 주형 사이에 위치된 대체로 관형 요소에 의해서 주형 내에 도입되는 것이 알려져 있다. 노즐의 하부 끝은 일반적으로 노즐 축 상에 또는 옆에 하나 또는 2개의 출구 구멍들을 구비하고 있고 주형 내 있는 용융 강의 표면 아래로 나아가 있다.

HJN 또는 중공 제트 노즐이라고 하는 중공 제트를 구비한 주조 노즐이, 약간 초과열된(superheated) 강의 연속 주조를 위해 약 20년 전에 개발되었다. 특허 EP-B-269 180에 기술된 원리는 강이 주형에 넣어져 고화되기 바로 전에 편향기 또는 돔과 아울러 물에 의해 냉각되는 구리관을 포함하는 열 교환기에 의해 강을 냉각시키는 것이었다. 이 특허의 주된 아이디어는 열 교환기의 내벽들 상에는 표면 흐름을 갖게 하고 노즐 내부엔 중공 제트를 생성하여, 강이 냉각되게 함으로써,

- 하나는 노즐이 막히지 않게 하면서, 반-고형 상(phase)을 지나, 용융 강을 고화시킬 수 있게 하고,

- 또 하나는, 냉각용량을 증가시키기 위해서 용융 강과 냉각 표면 간에 열교환 표면적을 증가시키는 것이다.

강의 편향기 돔 아래로 아르곤과 같은 보호기체를 주입함으로써 노즐 내에 중공 제트가 확실하게 형성되고 유지된다. 또한, 용융 강을 산화시키거나 알루미나가 형성되어 노즐을 막히게 하는 용융 강에 의한 어떠한 공기의 도입도 방지하는 여압(pressurization)이, 기체를 가압하여 관내에 도입함으로써 생기게 된다.

1993년에 출원된 두 번째로 중요한 특허 EP-B-605 379는 HJN 내 생성된 중공 제트 내에 금속 분말의 주입에 관한 것이다. 상황에 따라, 그리고 여전히 강 주조 맥락 내에서, 다음을 주입할 수도 있다:

- 고화 시드(seed)를 생성하고 고화 구조물을 제련하기 위한 철 분말;

- 인 시튜(in situ)로 강(steel)의 조성을 수정하기 위해서 그리고 쉽게 산화되는 원소들인 경우엔 추가의 수율을 개선하기 위한 합금철(ferro-alloy) 분말.

후자의 특허에 따라서, 분말의 주입은 중공 제트를 생성하는 내화재로 만들어진 돔을 통해 아르곤으로 공기압 운반에 의해 달성된다.

이러한 장비를 사용하여 많은 산업적 시도들이 행해졌으나, 연속 주조에서 방법의 구현에 있어 주된 실제적인 제약이 드러났다. 사용되는 아르곤의 양은 주형 내에서 15 내지 20 Nl/min으로 제한되어야 하고, 이 값은,

- 표면 밑에 아르곤 기포가 있으면 압연 후에 주된 표면 결함을 일으킬 수 있기 때문에, 고화 동안 표피 내에 기포가 포획되는 것을 방지하고;

- 표면까지 부풀어오르는 기포들에 의해 야기되는 주형 내 강(steel)의 레벨까지 교란을 감소시키기 위해서,

포맷 및 주조 속도 면에서 기계의 특성에 따른다. 레벨에 결과적인 큰 변동들은 미처리된 주조제품의 표면 상태에 주된 악영향을 미치며 고화된 표피 내에 피복(covering) 분말이 포획되어, 최종 제품의 품질에 악영향을 미칠 수 있다.

실제로, 운반 기체(carrier gas)의 유속은 현존의 시스템에 의해 주입될 분말량의 함수로써 증가한다. 도 1은 10mm 직경 관 내에 주입되는 것으로서, 입자 크기가 100 내지 200㎛인 철 분말에 대해 분말의 유속과 아르곤 유속 사이의 관계의 예를 도시한 것이다. 따라서, 이것은 특히 분말 유속이 빌렛(billtes) 주조에 있어서보다 더 커야 하는 슬래브들의 연속 주조의 경우에, 제품 내에 주입될 수 있는 분말량을 제약시킨다. 도 1의 특정한 경우에서, 허용되는 기체의 최대량이 15 Nl/min이라면, 주입된 분말의 유속은 약 13 kg/min으로 제약된다.

본 발명은, 현 기술의 결점들을 극복할 수 있게 하는 해결책을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은, 안정된 연속 주조 동작들을 위한 수락가능한 세기의 중공 제트의 보호기체의 유속을 유지하면서 고 유속으로 HJN 노즐에 한 분량의 금속 분말을 주입할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 면은 HJN 노즐이라고 하는 중공 제트 노즐을 통해 턴디쉬로부터의 용융 강을 주형 내에 주조하기 위한 연속 주조 설비에 있어서, 수직 위치에서 기술되고 상부에서 하부로 상기 용융 강의 움직임 방향으로 고찰된 경우, 상기 턴디쉬로부터 상기 용융 강을 위한 흡입 구멍을 가진 상부 커버(5A)에서 끝나는 수직관 및 적어도 한 출구 구멍이 있는 하부 기부(bottom base)를 포함하고, 상기 관(5)은 이의 상측 부분에, 상기 수직관의 거의 흡입측에 배열되고 들어오는 금속을 상기 노즐의 측벽들 쪽으로 전향시킬 수 있는 편향기 또는 돔을 포함하는 분배 장치를 포함하며, 또한 상기 노즐은 금속 분말 또는 미세하게 분할된 고형 금속 재료를 주입 구역 내 상기 돔 밑으로 주입하기 위한 수단, 및 중공 제트를 생성하여 유지하기 위해서 비산화 기체를 주입하기 위한 수단을 포함하고, 상기 분말 주입 수단은 비산화 기체 주입 수단과는 무관하고 이로부터 물리적으로 분리되어 있어, 동작시 상기 비산화 기체는 분말을 주입하기 위한 벡터로서 사용되지 않는, 연속 주조 설비에 관한 것이다.

본 발명에 따라서, 상기 설비는, 하나로서, 제 1 구멍의 레벨에서 노즐 내 비산화 기체의 인입 흐름을 위한 것으로 이 제 1 개구에 위치된 주입기에서 끝나 있을 수도 있을 관과, 유속과 압력을 측정하기 위한 장치를 포함하고, 또 하나로서, 상기 노즐에 상기 제 2 구멍의 레벨에서 분말을 공급하기 위한 것으로서 이 제 2 구멍에 위치된 주입기에서 끝나 있을 수도 있을 별도의 관과, 분말 또는 미세하게 분할된 입자들을 위한 탱크와, 그 중량 측정 장치를 포함한다.

이점으로서, 분말을 주입하기 위한 수단은 웜 장치와 같은 기계식 수단을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 웜 장치는 턴디쉬의 바닥과 HJN 노즐의 상부 커버 사이에 위치된다.

노즐에 분말을 공급하기 위한 관은 바람직하게는 편향기 돔 밑으로 나아가 있고, 이 관의 적어도 일부는 제로가 아닌 기울기를 갖고 편향기 도움 내에 설치된다.

이점으로서, 설비는 분말 유속을 확실히 조절(regulation)하기 위한 수단이 구비되고, 상기 수단은 바람직하게는 분말 탱크의 중량의 연속적인 측정에 의해서 웜의 회전에 대한 제어를 포함한다.

또 하나의 이점으로써, 분말을 주입하기 위한 수단은 불활성 분위기에서 유지된다.

바람직하게, 비산화 기체는 아르곤을 포함하고 상기 금속 분말은 철 또는 합금철 분말이다.

발명의 제 2 면은, 위에 언급된 설비에 의해서, 바람직하게는 평탄한 또는 긴 제품들 형태로, 중공 제트 내에 강의 연속 주조를 위한 방법에 있어서,

상기 HJN 노즐(5)을 통해 상기 턴디쉬(2)에서 상기 주형(1)으로 기본 용융 강을 주조하는 단계;

제 1 관(16)으로부터 15 Nl/min을 초과하지 않는 유속으로 아르곤과 같은 비산화 기체의 주입에 의해 상기 중공 제트를 생성하고 유지하는 단계;

상기 제 1 관과는 무관한 제 2 관(13)에 의해서, 미세하게 분할된 고형 금속 재료 또는 분말 형태의 재료를 분배 장치(6) 하에 제트의 중공 부분 내로 주입하는 단계로서, 상기 미세하게 분할된 고형 금속 재료 또는 분말 형태의 재료는 상기 노즐 내 주입 구역의 끝에서 또는 상기 노즐이 주형과 만나는 구역 내에서 상기 강과 혼합되는, 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.

이미 상술된 도 1은, 주입된 금속 분말의 유속과 연속 주조 중공 제트 노즐 내에 주입을 위해서 금속 분말이 정지해 있는 경우 아르곤의 유속 사이의 관계를 그래프로 나타낸 도면.

도 2는, 현 기술에서와 같은 장치의 실시예를 나타낸 도면.

도 3은, 본 발명에서와 같은 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 도면.

도 2는, 현 기술에서(특허 BE 1014063)와 같이 연속 주조 주형(1)과 출구관(3)을 구비한 주조 래들(laddle) 또는 턴디쉬(2) 사이에 결합되는 주조 장치를 도시한 것이다. 출구관(3)에는 스토퍼(4) 또는 슬라이딩 트레이와 같은 흐름 레귤레이터가 구비되어 있다. 턴디쉬에 부착되는 것으로서 근본적으로 원통 형태이지만 단면은 타원형일 수도 있는 노즐(5)이 주형(1) 위에 위치되고 주형 내에 설치된다. 원통의 상부 기부는 관(3)과 접촉하여 있다. 이 기부는 관의 안쪽 구멍에 들어맞는 구멍이 구비되어 있다. 노즐(5)은 이의 하측부분에 강이 주형까지 통과할 수 있게 하는 적어도 하나의 연통 아이(eye)(8)를 포함한다. 노즐(5)의 상측 부분에는 돔(6) 형태의 분배 장치가 있으며, 이 돔의 상부 표면은 수평에 관하여 바람직하게는 10도보다 큰 각도로 약간 기울어있다. 주입장치는 미세하게 분할된 고형 입자들 또는 분말형태의 입자들(15)을 벡터로서 비산화 기체를 사용하여, 돔 밑에 도입하도록 위치된다. 또한, 이 장치는 아르곤(7)의 인입 흐름과 유속(9) 및 압력(10)을 측정하기 위한 이의 장치, 분말 또는 미세하게 분할된 입자들용 콘테이너 (11) 및 이의 중량-측정 장치(12), 및 마지막으로 주입기(14)뿐만 아니라, 노즐(13) 내 공급관을 포함한다.

위에 제기된 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 중공 제트 노즐 내 주입되는 분말의 양을 중공 제트를 생성하고 유지하기 위해 첨가되는 아르곤의 양과 분리되게 할 수 있게 하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이에 따라, 도 3에 개략적으로 도시된 발명의 장치는 기체 흡입과 분말의 주입을 분리시키는 수단을 포함한다.

본 발명에 따라서, 금속-분말은 공급관(13)에 의해 확실히 공급되는데, 이 공급관은 예를 들면 편향기 돔(6)을 통과하여, 구멍(14) 레벨에서 이 돔 밑으로 나아가 있는 것으로, 아마도 도시되지 않은 적합한 형상의 주입기가 끼워 맞추어질 수도 있고, 웜(13A)이 장착되어 있다. 중공 제트만을 유지하기 위한 것으로 분말의 주입과는 무관한 아르곤의 주입은, 아마도 도시되지 않은 적합한 형상의 주입기가 끼워 맞추어질 수도 있을 구멍(17)에서 끝나 있고 예를 들면 편향기 돔(6) 밑으로 나아가 있는 추가의 관(16)에 의해 확실하게 행해진다.

이 시스템에 의해, 분말의 주입과 기체의 주입을 분리시키며 따라서 주형 내에서 강이 잘 흐를 수 있게 하면서, 특히 메니스커스를 방해하거나 아르곤 기포를 안쪽 깊이 퍼지게 함이 없이, 제어된 방식으로 더 많은 분말의 양을 용융 강에 추 가하는 것이 가능하다.

특히 유리한 실시예에 따라서, 본 발명에서와 같이 분말-주입 시스템의 웜(13A)은 턴디쉬(2)의 바닥과 HJN 노즐(5)의 커버(5A) 사이에 위치될 것이다. 이 특정한 위치는 다음의 이중의 이점을 갖는다:

- 온도가 기계 시스템에 적합할 수 있는 지점에 웜(13A)을 위치시키는 이점과,

- 상부에 커버와 HJN 노들의 돔을 통해 분말이 흐를 수 있도록 중력을 이용하는 이점.

이점으로서, 분말의 유속의 조절(regulation)은 분말 탱크의 중량을 연속적으로 측정하여 제어되는 웜의 회전속도의 제어에 의해 확실하게 될 것이다. 또한, 전체 주입 시스템은 어떠한 산소도 강 내에 포획되지 않게 아르곤의 불활성 분위기에서 유지된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 중공 제트(hollow zet) 노즐을 사용함으로써, 연속 주조 주형에서, 용융된 금속, 특히 강(steel)을 주조하는 장치와 방법을 개선하는데 사용된다.

Claims (15)

1. HJN 노즐로도 불리는 중공 제트 노즐을 통해 턴디쉬(tundish)(2)로부터 주형(1)으로 용융 강을 주조시키기 위한 연속 주조 설비(continuous casting installation)로서,

   수직 위치로 기술되고 상부에서 하부로 상기 용융 강의 움직임 방향으로 고찰된 경우, 상기 턴디쉬(2)로부터 상기 용융 강을 위한 흡입 구멍을 가진 상부 커버(5A)에서 끝나는 수직관(5) 및 적어도 한 출구구멍(8)이 있는 하부 기부(bottom base)를 포함하고,

   상기 관(5)은 이의 상측 부분에, 상기 수직관(5)의 거의 흡입측에 배열되고 인입되는 금속을 상기 노즐의 측벽들 쪽으로 전향시킬 수 있는 편향기 또는 돔(6)을 포함하는 분배 장치를 포함하며,

   또한, 상기 노즐은 금속 분말 또는 미세하게 분할된 고형 금속재(13, 13A, 14)를 주입 구역(15) 내 상기 돔(6) 밑으로 주입하기 위한 수단과, 중공 제트를 생성하여 유지하기 위해서 비산화 기체(16, 17)를 주입하기 위한 수단을 포함하고,

   상기 분말 주입 수단(13,13A,14)은 비산화 기체 주입 수단(16, 17)과 무관하고 이로부터 물리적으로 분리되어 있어 동작시 상기 비산화 기체는 분말을 주입하기 위한 벡터로서 사용되지 않는, 연속 주조 설비.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 구멍(17)의 레벨에서 상기 노즐 내 유입되는 비 산화 기체(7) 흐름을 위한 관(16)과, 흐름 및 압력을 측정하기 위한 장치(9, 10)를 포함하는, 연속 주조 설비.
3. 제 2항에 있어서, 상기 유입되는 비산화 기체 흐름을 위한 상기 관(16)은 상기 제 1 구멍(17)에 위치된 주입기에서 끝나 있는, 연속 주조 설비.
4. 제 1항, 제 2항, 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐에 상기 제 2 구멍(14)의 레벨에서 분말을 공급하기 위한 별도의 관(13), 분말 또는 미세하게 분할된 입자들(11)의 탱크 및 이의 중량 측정 장치(12)를 포함하는, 연속 주조 설비.
5. 제 4항에 있어서, 상기 노즐에 분말을 공급하기 위한 상기 관(13)은 상기 제 2 구멍(17)에 위치된 주입기에서 끝나 있는, 연속 주조 설비.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 분말을 주입하기 위한 상기 수단은 기계식 수단을 포함하는, 연속 주조 설비.
7. 제 6항에 있어서, 분말을 주입하기 위한 상기 수단은 웜(worm) 장치(13A)를 포함하는, 연속 주조 설비.
8. 제 7항에 있어서, 상기 웜 장치(13A)는 상기 턴디쉬(2)의 상기 하부와 상기 HJN 노즐의 상기 상부 커버(5A) 사이에 위치한, 연속 주조 설비.
9. 제 4항에 있어서, 상기 노즐에 분말을 공급하기 위한 상기 관(13)은 상기 편향기 돔(6) 밑으로 나아가 있으며, 이 관의 적어도 일부는 제로가 아닌 기울기를 갖고 상기 편향기 돔(6) 내에 설치된, 연속 주조 설비.
10. 제 7항에 있어서, 분말의 유속을 확실히 조절(regulation)하기 위한 수단이 설치된, 연속 주조 설비.
11. 제 10항에 있어서, 상기 수단은 상기 분말 탱크(11)의 중량의 연속적인 측정에 의해서 상기 웜(13A)의 회전에 대한 제어를 포함하는, 연속 주조 설비.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 분말을 주입하기 위한 상기 수단(13, 13A, 14)은 불활성 분위기에서 유지되는, 연속 주조 설비.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비산화 기체는 아르곤인, 연속 주조 설비.
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 분말은 철 또는 합 금철 분말인, 연속 주조 설비.
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 설비에 의해, 바람직하게는 평탄 또는 긴 제품들 형태로, 중공 제트 내에 강의 연속 주조를 위한 방법에 있어서,

    상기 HJN 노즐(5)을 통해 상기 턴디쉬(2)에서 상기 주형(1)으로 기본 용융 강을 주조하는 단계와,

    제 1 관(16)으로부터 15 Nl/min을 초과하지 않는 유속으로 아르곤과 같은 비산화 기체의 주입에 의해 상기 중공 제트를 생성하고 유지하는 단계와,

    상기 제 1 관과는 무관한 제 2 관(13)에 의해서, 미세하게 분할된 고형 금속 재료 또는 분말 형태의 재료를 분배 장치(6) 하에 제트의 중공 부분 내로 주입하는 단계로서, 상기 미세하게 분할된 고형 금속 재료 또는 분말 형태의 재료는 상기 노즐 내 주입 구역의 끝에서 또는 상기 노즐이 주형과 만나는 구역 내에서 상기 강과 혼합되는, 단계를

    포함하는, 방법.

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