KR20120001087A - 슈라우드 노즐 교체 장치 및 방법 - Google Patents

슈라우드 노즐 교체 장치 및 방법 Download PDF

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KR20120001087A
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문홍길
권효중
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은, 일 단부는 래들에 연결되는 슈라우드 노즐을 지지하도록 형성되는, 암과, 상기 암의 타 단부가 회전되도록 설치되는, 본체와, 상기 본체를 슬라이딩시키도록 형성되는, 슬라이딩 유닛과, 상기 래들의 하강 정도에 근거하여, 상기 암이 상기 래들의 중심을 따르는 선 향해 이동하도록 상기 슬라이딩 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 슈라우드 노즐 교체 장치 및 그를 이용한 교체 방법을 제공한다.

Description

슈라우드 노즐 교체 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXCHANGING SHROUD NOZZLE}
본 발명은 래들에 설치된 콜렉터 노즐에 결합되는 슈라우드 노즐을 교체하기 위한 장치 및 방법에 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 주형과, 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 발명의 목적은 래들의 하강에 대응하여 슈라우드 노즐의 직진도를 유지할 수 있는, 슈라우드 노즐 교체 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 슈라우드 노즐 교체 장치는, 일 단부는 래들에 연결되는 슈라우드 노즐을 지지하도록 형성되는, 암과, 상기 암의 타 단부가 회전되도록 설치되는, 본체와, 상기 본체를 슬라이딩시키도록 형성되는, 슬라이딩 유닛과, 상기 래들의 하강 정도에 근거하여, 상기 암이 상기 래들의 중심을 따르는 선 향해 이동하도록 상기 슬라이딩 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
여기서, 상기 슬라이딩 유닛은, 상기 본체가 상대적으로 슬라이딩되게 놓여지는 슬리이딩 플레이트를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 슬라이딩 유닛은, 상기 본체에 출력축이 연결되는, 실린더를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 래들의 높이를 감지하는 높이 감지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슈라우드 노즐 교체 방법은, 래들에 슈라우드 노즐을 설치하는 단계와, 상기 래들을 하강시키는 단계와, 상기 래들의 하강 정도에 근거하여, 상기 래들의 중심을 따르는 선 향해 이동하도록 상기 슈라우드 노즐을 이동시키는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 래들의 하강 정도에 근거하여, 상기 래들의 중심을 따르는 선 향해 이동하도록 상기 슈라우드 노즐을 이동시키는 단계는, 상기 래들의 높이를 감지하는 높이 감지부에 의해 상기 래들의 하강 정도를 파악하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 슈라우드 노즐 교체 장치 및 방법에 의하면, 래들이 슈라우드 노즐 교체 후에 하강함에 의해서 슈라우드 노즐의 직진도가 훼손될 가능성을 낮출 수 있다.
이는 슈라우드 노즐과 콜렉터 노즐의 부정확한 정렬에 따라 그들 사이의 틈새로 외기가 유입되어 용강이 재산화될 위험을 줄일 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이고,
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이며,
도 3은 도 2의 래들(10)의 용탕을 출강하기 위한 부분의 구성을 개념적으로 도시한 부분 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈라우드 노즐 교체 장치를 보인 개념도이며,
도 5는 도 4의 슈라우드 노즐 교체 장치가 이동된 상태를 보인 개념도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 다른 슈라우드 노즐 교체 방법을 보인 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈라우드 노즐 교체 장치 및 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
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. 미응고 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 3은 도 2의 래들(10)의 용탕을 출강하기 위한 부분의 구성을 개념적으로 도시한 부분 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 래들(10)의 저면에는 용강을 출강하기 위한 출강구(10')가 개구 된다. 출강구(10')에는 상노즐(11)이 삽입된다.
상노즐(11)의 하측에는 상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13)가 설치된다. 하부 슬라이드 게이트(13)의 하측에는 콜렉터 노즐 또는 하노즐(14)이 설치된다. 하노즐(14)에는 슈라우드 노즐(15)이 체결된다.
상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13)는 도면상 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서, 상노즐(11)에서 슈라우드 노즐(15)로 이어지는 용강의 이동 통로를 개폐한다.
다음으로, 콜렉터 노즐(14)에 장착된 슈라우드 노즐(15)을 교체하기 위한장치 및 방법에 대하여, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈라우드 노즐 교체 장치를 보인 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈라우드 노즐 교체 장치는, 암(100)과, 본체(200)와, 슬라이딩 유닛(300)과, 제어 유닛(400)을 포함할 수 있다.
암(100)은 길이 방향을 따라 연장하는 부재이다. 암(100)의 일 단부는 슈라우드 노즐(15)을 지지하도록 형성된다. 슈라우드 노즐(15)은, 상기 슈라우드 노즐 교체 장치에 의해, 앞서 설명한 바와같이, 래들(10)에 설치된 콜렉터 노즐(14)과 결합 된다.
본체(200)는 암(100)이 설치되는 부재이다. 구체적으로, 암(100)의 타 단부는 본체(200)에 선회 가능하게 설치된다. 이에 의해, 암(100)은 슈라우드 노즐(15)이 콜렉터 노즐(14)에 근접하거나 멀어지도록 일 방향(R)을 따라 선회될 수 있다.
슬라이딩 유닛(300)은 본체(200)를 슬라이딩시키도록 형성된다. 구체적으로, 슬라이딩 유닛(300)은 본체(200)가 래들(10)의 중심선을 향하여 전진하거나 그로부터 멀어지도록 후진하게 하도록 구성될 수 있다.
슬라이딩 유닛(300)은 본체(200)를 상대적인 슬라이딩 가능하도록 지지하는 슬라이딩 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 슬라이딩 플레이트에는 레일이나 기어 등 본체(200)를 보다 원활히 슬라이딩시키기 위한 구조물이 설치될 수도 있다.
슬라이딩 유닛(300)은 또한 본체(200)를 전진 또는 후진 방향으로 가압/견인하는 실린더(320)를 더 포함할 수 있다. 실린더(320)의 출력축(325)은 본체(200)에 결합될 수 있다. 이에 의해, 관리자는 본체(200)를 수동으로 밀거나 견인하는 대신에, 실린더(320)의 구동을 제어하여 본체(200)를 이동시킬 수 있게 된다. 여기서, 실린더(320)는 공압 또는 유압에 의해 구동되는 것일 수 있다.
제어 유닛(400)은 슬라이딩 유닛(300)의 위와 같은 작동을 제어한다. 구체적으로, 제어 유닛(400)은 래들(10)의 하강 정도에 근거하여 슬라이딩 유닛(300)을 작동시키도록 구성될 수 있다.
제어 유닛(400)은 피엘씨(PLC, Programable Logic Controller, 410)와, 서보제어기(420)와, 높이 감지부(430)를 포함할 수 있다. 피엘씨(410)는 높이 감지부(430)로부터 입력되는 래들(10)의 높이에 근거하여 서보제어기(420)에 명령을 내린다. 서보제어기(420)는 피엘씨(410)의 명령에 따라, 실린더(320)를 구동시킨다.
도 5는 도 4의 슈라우드 노즐 교체 장치가 이동된 상태를 보인 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 래들(10)은 교환 위치(도 4 참조)에서 슈라우드 노즐(15)이 교체된 후에, 슈라우드 노즐(15)이 턴디쉬(20, 도 2 참조) 내에 위치하는 작업 위치로 하강 된다.
래들(10)의 하강에 따라 암(100)의 슈라우드 노즐(15)을 지지하는 단부는 회전 방향(R)을 따라 회전하면서 하강하게 된다. 그에 의해, 암(100)의 위 단부와본체(200) 간의 수평 거리는 앞서 보다 짧아지게 된다.
이러한 수평 거리의 감소는, 제어 유닛(400)에 의해 구동되는 슬라이딩 유닛(300)이 본체(200)를 래들(10)의 중심선을 따르는 선에 근접하도록 구동함에 의해 보상된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 다른 슈라우드 노즐 교체 방법을 보인 순서도이다.
본 도면을 참조하면, 먼저 래들(10)이 교환 위치에 있는 상태에서 콜렉터 노즐(14)에 슈라우드 노즐(15)을 설치하게 된다(S1).
슈라우드 노즐(15)이 교체된 래들(10)은 턴디쉬(20)로의 용강의 이송을 위해 턴디쉬(20)에 보다 근접하게 이동된다. 이는 래들(10)이 하강 됨을 의미한다(S3).
래들(10)의 하강에 따라 암(100)에 의해 지지된 슈라우드 노즐(15)이 원호를 그리면서 이동된다. 그에 의해, 콜렉터 노즐(14)에 대한 슈라우드 노즐(15)의 정렬이 훼손되는 것을 막기 위하여, 제어 유닛(400)은 슈라우드 노즐(15)을 래들(10)의 중심선을 향해 전진시킨다. 이는 제어 유닛(400)에 의해 제어되는 슬라이딩 유닛(300)이 본체(200)를 전진시킴에 따라 이루어진다.
슬라이딩 유닛(300)의 작동에 의한 본체(200)의 전진 정도는, 높이 감지부(430)에 의해 파악되는 래들(10)의 높이에 따라 결정될 것이다.
상기와 같은 슈라우드 노즐 교체 장치 및 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 래들 14: 콜렉터 노즐
15: 슈라우드 노즐 20: 턴디쉬
25: 침지 노즐 30: 주형
40: 주형 오실레이터 50: 파우더 공급기
60: 지지롤 65: 스프레이
70: 핀치롤 80: 스트랜드
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 85: 응고 완료점
87: 오실레이션 자국 88: 벌징 영역
90: 절단기 91: 절단 지점
100: 암 200: 본체
300: 슬라이딩 유닛 400: 제어 유닛

Claims (6)

  1. 일 단부는 래들에 연결되는 슈라우드 노즐을 지지하도록 형성되는, 암;
    상기 암의 타 단부가 회전되도록 설치되는, 본체;
    상기 본체를 슬라이딩시키도록 형성되는, 슬라이딩 유닛; 및
    상기 래들의 하강 정도에 근거하여, 상기 암이 상기 래들의 중심을 따르는 선 향해 이동하도록 상기 슬라이딩 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 슈라우드 노즐 교체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩 유닛은,
    상기 본체가 상대적으로 슬라이딩되게 놓여지는 슬리이딩 플레이트를 더 포함하는, 슈라우드 노즐 교체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩 유닛은,
    상기 본체에 출력축이 연결되는, 실린더를 더 포함하는, 슈라우드 노즐 교체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 래들의 높이를 감지하는 높이 감지부를 더 포함하는, 슈라우드 노즐 교체 장치.
  5. 래들에 슈라우드 노즐을 설치하는 단계;
    상기 래들을 하강시키는 단계; 및
    상기 래들의 하강 정도에 근거하여, 상기 래들의 중심을 따르는 선 향해 이동하도록 상기 슈라우드 노즐을 이동시키는 단계를 포함하는, 슈라우드 노즐 교체 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 래들의 하강 정도에 근거하여, 상기 래들의 중심을 따르는 선 향해 이동하도록 상기 슈라우드 노즐을 이동시키는 단계는,
    상기 래들의 높이를 감지하는 높이 감지부에 의해 상기 래들의 하강 정도를 파악하는 단계를 포함하는, 슈라우드 노즐 교체 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101400039B1 (ko) * 2012-03-30 2014-05-27 현대제철 주식회사 냉각장치

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