KR20110109317A - 용강 시료 채취 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지지대; 지지대 일단에 연결되어, 용강을 수용하기 위해 구성된 콘테이너; 및 상기 콘테이너 하부에 설치된 돌출부를 포함하는 용강 시료 채취 장치에 관한 것이다.

Description

용강 시료 채취 장치{APPARATUS FOR COLLECTING SAMPLE OF MOLTEN STEEL}

본 발명은 연속 주조의 턴디쉬 등에서 용강을 채취하기 위한 용강 시료 채취 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속 주조기용 주형로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하는 설비이다.

상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물으로 형성하는 연속 주조기용 주형와, 상기 주형에 연결되어 주형에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 주형에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주물로 형성되어 핀치롤러를 통해 이송되는 것이다.

본 발명은, 턴디쉬등에서의 용강의 청정도 악화의 원인을 알아내기 위해서는, 청정한 용강 시료를 채취하기 위한 용강 시료 채취 장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위해 고안된 본 발명의 일실시예인, 용강 시료 채취 장치는, 지지대; 지지대 일단에 연결되어, 용강을 수용하기 위해 구성된 콘테이너; 및 상기 콘테이너 하부에 설치된 돌출부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 콘테이너는 상기 지지대에 용접에 의해 연결될 수 있다.

또한, 상기 돌출부는 강판 절곡하여 형성된 쐐기 형상일 수 있다. 또는, 상기 돌출부는 원추형상일 수 있다.

한편, 상기 용강 시료 채취장치는, 상기 콘테이너 상부에 설치된 임시 밀봉재를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 임시 밀봉재는 코르크 마개일 수 있다.

또한, 상기 지지대는 스틸 파이프일 수 있다.

상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따르면, 용강 시료 채취장치가 턴디쉬에 수용되어 있는 용강의 슬래그 층을 용이하게 치투하는 것이 가능해져, 시료 채취 장치로의 슬래그의 혼입이 억제된다. 따라서, 용강의 청정도 분석에 있어서의 분석 편차가 감소되어 정확한 공정 분석이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 임시 밀봉재로서 코르크 마개를 사용함으로써, 시료채취로 인한 용강의 오염이 감소하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 도 2의 주형(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도.
도 4는 본 발명의 일실시예인 용강 시료 채취장치의 제 1 예의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예인 용강 시료 채취 장치의 제 2 예의 사시도.

이하, 본 발명과 관련된 용강 시료 채취 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서 설명되는 용강 시료 채취 장치가 사용되는 연속 주조에 대하여 설명한다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 주조 방식의 시료 채취에도 적용될 수 있음이 자명하다.

연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(鑄型, Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(鋼塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형·직사각형·원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브·블룸·빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형·수직굴곡형·수직축차굴곡형·만곡형·수평형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 만곡형을 예시하고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30)과, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold, 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell, 81, 도 2 참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

주형(30)은 용강이 주형의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화·질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드 노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화·질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지 노즐(SEN, Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지 노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지 노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지 노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지 노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지 노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 스트랜드(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응공 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 제품(P)으로 나뉘어진다.

주형(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 형태에 대해서는 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 주형(30) 및 그와 인접한 부분에서의 용강(M)의 분포 형태를 보인 개념도이다.

도 3을 참조하면, 침지 노즐(25)의 단부 측에는 통상적으로 도면상 좌우에 한 쌍의 토출구(25a)들이 형성된다{주형(30) 및 침지 노즐(25) 등의 형태는 중심선(C)을 기준으로 대칭되는 것으로 가정하여, 본 도면에서는 좌측만을 표시한다}.

토출구(25a)에서 아르곤(Ar) 가스와 함께 토출되는 용강(M)은 화살표(A1, A2)로 표시된 바와 같이 상측을 향한 방향(A1)과 하측을 향한 방향(A2)으로 유동하는 궤적을 그리게 된다.

주형(30) 내부의 상부에는 파우더 공급기(50)로부터 공급된 파우더에 의해 파우더층(51)이 형성된다. 파우더층(51)은 파우더가 공급된 형태대로 존재하는 층과 용강(M)의 열에 의해 소결된 층{소결층이 미응고 용강(82)에 더 가깝게 형성됨}을 포함할 수 있다. 파우더층(51)의 하측에는 파우더가 용강(M)에 의해 녹아서 형성된 슬래그층 또는 액체 유동층(52)이 존재하게 된다. 액체 유동층(52)은 주형(30) 내의 용강(M)의 온도를 유지하고 이물질의 침투를 차단한다. 파우더층(51)의 일부는 주형(30)의 벽면에서 응고되어 윤활층(53)을 형성한다. 윤활층(53)은 응고쉘(81)이 주형(30)에 붙지 않도록 윤활하는 기능을 한다.

응고쉘(81)의 두께는 주조 방향으로 따라 진행할수록 두꺼워진다. 응고쉘(81)의 주형(30) 위치한 부분은 두께가 얇으며, 주형(30)의 오실레이션에 따라 자국(Ocillation mark, 87)이 형성되기도 한다. 응고쉘(81)은 지지롤(60)에 의해 지지되며, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 그 두께가 두꺼워진다. 응고쉘(81)은 두꺼워지다가 일 부분이 볼록하게 돌출하는 벌징(Bulging) 영역(88)이 형성되기도 한다.

이하, 본 발명의 일실시예인 용강 시료 채취 장치에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예인 용강 시료 채취장치의 제 1 예의 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예인 용강 시료 채취 장치(200)는, 지지대(210), 지지대(210) 일단에 연결되어, 용강(M)을 수용하기 위해 구성된 콘테이너(220), 및 상기 콘테이너(220) 하부에 설치된 돌출부(230), 및 상기 콘테이너(220) 상부에 설치된 임시 밀봉재(240)를 포함한다.

지지대(210)는 콘테이너(220)에 용접에 의해 연결된 구성요소이다. 채취자는 상기 지지대(210)를 잡고, 콘테이너(220)를 턴디쉬(20)의 용강(M)에 삽입하게 된다. 따라서, 지지대(210)는 사용자가 용강(M)으로부터 충분히 거리를 갖도록 충분한 길이를 가져야 한다.

여기서 지지대(210)는 비용 및 열전달율 그리고, 용융점을 고려하여, 스틸 파이프로 제조될 수 있다. 그러면, 지지대(210)가 용강(M)과 반응하여 용강(M)의 청정도가 악화되는 것을 방지할 수 있게 된다.

콘테이너(220)는 용강(M)을 수용하기 위한 수용구조로서, 타원형의 원통 구조를 가질 수 있다. 이 콘테이너(220)는 턴디쉬(20)에 수용되어 있는 용강(M)을 담기 위한 구성요소로서, 스틸로 형성될 수 있다. 콘테이너(220)가 스틸로 형성되는 경우, 콘테이너(220)가 용강(M)과 반응하여 용강(M)의 청정도가 악화 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

콘테이너 하부에는 돌출부(230)가 형성되어 있다. 제 1 예에서의 돌출부(230)는 강판을 절곡하여 형성된 쐐기형 돌출부(230)로 형성된다. 돌출부(230)는 용강시료 채취장치(200)가 용강(M)을 채취하기 위해 턴디쉬(20)의 슬래그층을 돌파할 때, 이 돌파를 용이하게 한다. 이에 따라, 슬래그 층을 용이하게 뚫고 용강(M)을 채취할 수 있게 된다.

상기 콘테이너(220) 상부에 설치된 임시 밀봉재(240)는 용강 시료 채취 장치가 슬래그 층을 뚫고 용강내로 삽입될 때, 슬래그가 콘테이너(220)로 유입되는 것을 방지하기 위한 구성요소이다. 이 임시 밀봉재(240)는 용강(M)내에서는 용융되어야 한다. 이를 위해 임시 밀봉재(240)로서 얇은 금속박이나 코르크 마개가 이용될 수 있다. 특히, 코르크 마개의 경우, 비용이 저렴하고, 설치가 용이하며, 콘테이너(220)내로 유입되는 용강(M)의 성분에 영향을 적게 준다는 점에서 바람직하다.

도 5는 본 발명의 실시예인 용강 시료 채취 장치의 제 2 예의 사시도이다. 제 2 예는 제 1예와 매우 유사한 구조를 가지나, 돌출부(230')가 원추형으로 형성??될 수 있다. 즉, 제 1 예에서는 강판을 절곡한 쐐기형 돌출부(230)가 콘테이너(220)하부에 용접되어 있는 반면에, 제 2 예에서는 원추형 돌출부(230')가 콘테이너(220)와 일체로 형성되어 있다.

이 경우, 원추형 돌출부(230')의 뾰쪽한 단부에 의해 보다 용이하게 슬래그 층을 뚫고 턴디쉬의 용강을 채취할 수 있게 된다.

그외에, 사각뿔형, 삼각뿔형등의 다각뿔형이 상기 돌출부로서 이용될 수 있다.

본 발명의 일실시예인 용강 시료 채취장치는, 본 상세한 설명에서는, 연속 주조에서의 턴디쉬에서 용강의 시료를 채취하는 양태에 대하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않고, 제강공정에서 필요에 따라 이용될 수 있음이 이해되어야 한다.

상기와 같이 설명된 용강 시료 채취 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10: 래들 15: 슈라우드 노즐
20: 턴디쉬 25: 침지 노즐
30: 주형 40: 주형 오실레이터
50: 파우더 공급기 51: 파우더층
52: 액체 유동층 53: 윤활층
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
200 : 용강 시료 채취 장치 210 : 지지대 (스틸 파이프)
220 : 콘테이너 230 : 돌출부(쐐기)
230' : 돌출부(원추형) 240 : 임시 밀봉재(코르크 마개)

Claims (7)

1. 지지대;
   지지대 일단에 연결되어, 용강을 수용하기 위해 구성된 콘테이너; 및
   용강 위에 형성된 슬래그 층을 돌파하기 위해, 상기 콘테이너 하부에 설치된 돌출부를 포함하는, 용강 시료 채취 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘텐이너는 상기 지지대에 용접에 의해 연결된, 용강 시료 채취 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌출부는 강판을 절곡하여 형성된 쐐기 형상인, 용강 시료 채취 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌출부는 원추형상인, 용강 시료 채취 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘테이너 상부에 설치된 임시 밀봉재를 더 포함하는, 용강 시료 채취 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 임시 밀봉재는 코르크 마개인, 용강 시료 채취 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지대는 스틸 파이프인, 용강 시료 채취 장치.

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