KR20130017830A - 주조용 침지노즐 및 이를 구비하는 연속주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주편 품질을 높일 수 있는 주조용 침지노즐 및 이를 구비한 연속주조장치를 위하여, 용탕의 유입을 위하여 일단에 형성된 유입구와, 용탕의 배출을 위하여 타단의 측면부에 형성되되 상호 대향되게 형성된 제1배출구 및 제2배출구와, 상기 유입구로 유입된 용탕이 상기 제1배출구 및 상기 제2배출구로 이동할 수 있도록 상기 유입구로부터 신장된 내부구멍을 갖는 바디부; 및 상기 바디부의 상기 내부구멍 내에 배치되며, 상기 유입구로 유입된 용탕이 상기 제1배출구로 선회하여 배출될 수 있도록 상기 제2배출구에 인접하게 배치되는 제1스월블럭과, 상기 제2배출구로 선회하여 배출될 수 있도록 상기 제1배출구에 인접하게 배치되는 제2스월블럭을 포함하는 주조용 침지노즐을 제공한다.

Description

주조용 침지노즐 및 이를 구비하는 연속주조장치{Immersion nozzle for casting and continuous casting apparatus including the same}

본 발명은 주조용 침지노즐에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주조용 침지노즐 및 이를 구비한 연속주조장치에 관한 것이다.

주조 공정, 예컨대 연속주조 공정은 용융 금속의 용탕을 몰드를 통해서 냉각시켜 연속적으로 주편을 제조하는 공정을 지칭한다. 용탕은 턴디쉬로부터 침지노즐을 통해서 몰드 내로 주입된다. 몰드로 유입되는 용융 금속의 유동 및 초기 응고 과정은 연속주조가 완료된 주편의 성질을 좌우하는 인자 중의 하나이다.

침지노즐의 구조는 몰드 내에서 용탕의 유동을 조절하도록 변화될 수 있다. 용탕이 몰드 내로 직하하는 경우 용탕의 침투깊이가 깊어져 몰드 하부의 응고층 형성이 불안정해지고, 탕면으로의 용탕 공급이 원활하지 못해 탕면이 응고되는 현상이 발생할 수 있다. 반면, 탕면 방향으로의 용탕의 부상류가 강한 경우, 탕면이 불안정해져 탕면의 응고층 형성이 불균일해져서 주편 품질이 악화될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 주편 품질을 높일 수 있는 주조용 침지노즐 및 이를 구비한 연속주조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 용탕의 유입을 위하여 일단에 형성된 유입구와, 용탕의 배출을 위하여 타단의 측면부에 형성되되 상호 대향되게 형성된 제1배출구 및 제2배출구와, 상기 유입구로 유입된 용탕이 상기 제1배출구 및 상기 제2배출구로 이동할 수 있도록 상기 유입구로부터 신장된 내부구멍을 갖는 바디부; 및 상기 바디부의 상기 내부구멍 내에 배치되며, 상기 유입구로 유입된 용탕이 상기 제1배출구로 선회하여 배출될 수 있도록 상기 제2배출구에 인접하게 배치되는 제1스월블럭과, 상기 제2배출구로 선회하여 배출될 수 있도록 상기 제1배출구에 인접하게 배치되는 제2스월블럭을 포함하는 주조용 침지노즐을 제공한다.

상기 제1스월블럭은 상기 제2배출구의 배출방향과 나란하고, 상기 제2스월블럭은 상기 제1배출구의 배출방향과 나란할 수 있다.

상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭은 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭 각각은, 상기 내부구멍의 면 상의 제1지점과 제2지점을 연결하는 상기 내부구멍 면 상의 제1곡선과, 상기 제1지점과 상기 제2지점을 연결하며 상기 제1곡선과 일치하지 않고 상기 제1곡선과 교차하지 않는 상기 내부구멍 면 상의 제2곡선과, 상기 제1지점과 상기 제2지점을 연결하며 상기 내부구멍의 면 상에 위치하지 않은 제3곡선을 모서리들로 갖는 형상일 수 있다.

상기 제1스월블럭에 있어서, 상기 제1곡선과 상기 제3곡선이 이루는 면과 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각은 상기 2배출구와 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각과 동일하고, 상기 제2스월블럭에 있어서, 상기 제1곡선과 상기 제3곡선이 이루는 면과 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각은 상기 1배출구와 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각과 동일할 수 있다.

상기 내부구멍의 종축에 수직인 단면 상으로의 상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭의 정사영 각각은, 상기 내부구멍의 상기 단면의 내경의 3/8 내지 1/2에 대응할 수 있다.

상기 바디부의 상기 내부구멍 내에 배치되되 상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭 중 적어도 하나의 상부에 배치되는 선회유도블럭을 더 포함할 수 있다.

상기 선회유도블럭은 상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭 상부에서 상호 마주보도록 한 쌍으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면 상기와 같은 주조용 침지노즐들 중 적어도 어느 하나를 구비하는 연속주조장치를 제공한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 주조용 침지노즐 및 이를 구비한 연속주조장치에 따르면, 몰드내로 주입되는 용탕을 안정화시켜 주편 품질을 높일 수 있는 주조용 침지노즐 및 이를 구비한 연속주조장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조용 침지노즐을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 주조용 침지노즐을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 4는 도 2의 주조용 침지노즐의 바디부 일부와 그 내부에 배치된 스월블럭을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 5는 도 4의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 4의 스월블럭을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7은 (a) 바디부에 스월블럭이 장착되지 않거나, (b) 스월블럭이 용탕의 배출방향과 평행하게 배치되거나, (c) 스월블럭이 용탕의 배출방향과 수직으로 배치된 상태에서 용탕의 흐름상태를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 도 7의 (a), (b), (c)의 경우가 적용된 주조용 침지노즐을 이용할 시의 용탕면의 속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 9은 도 2의 주조용 침지노즐의 스월블럭의 크기를 개략적으로 표현하기 위한 개념도이다.
도 10은 도 9에 도시된 바와 같이 스월블럭의 크기에 따른 용탕면의 속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 11은 도 4의 스월블럭 상부에 선회류유도블럭이 추가된 본 발명의 다른 실시예들을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11의 실시예들을 포함하여 여러가지 형태의 스월블럭에 따른 용탕면의 속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

본 발명의 실시예들에서, 용탕은 응고대상의 액상을 넓게 지칭할 수 있다. 예를 들어, 금속의 주조 시 용탕은 용융 금속을 지칭할 수 있고, 더 구체적으로 강철(steel) 주조 시 용탕은 용강을 지칭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속주조장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 턴디쉬(tundish, 105)는 고온에서 형성된 용융 금속의 용탕(50)을 내부에 포함할 수 있다. 침지노즐(100)은 턴디쉬(105)의 바닥면에 연결되어 그 단부가 주편 형상을 한정하는 몰드(140) 내로 삽입될 수 있다. 선택적으로, 침지노즐(100)과 턴디쉬(105) 사이에 상부노즐(미도시)과 용탕(50)의 양을 제어하기 위한 플레이트 부재(미도시)가 더 제공될 수도 있다.

용탕(50)은 턴디쉬(105)로부터 침지노즐(100)을 통해서 몰드(140) 내로 주입되어 응고층(51)을 형성하면서 초기 응고 과정을 거치게 된다. 몰드(140)를 빠져나온 응고층(51)은 스프레이 노즐(156)을 통해 분사되는 냉각매체에 의해 냉각되어 일정한 형상, 예컨대 슬라브(slab) 형상의 주편(55)을 형성하게 된다. 이어서 주편(55)은 가이드 롤러(158)에 의해 가이드 되어 다음 단계로 이동된다.

몰드(140)로 유입되는 용탕(50)의 유동 및 초기 응고 과정은 연속주조가 완료된 주편(55)의 성질을 좌우하는 중요한 인자 중의 하나이다. 이 실시예에 따른 연속 주조 장치는, 후술하는 바와 같이 침지노즐(100) 내부에서 용탕의 흐름을 제어하여 몰드(140) 내로 주입되는 용탕(50)의 안정성을 높여 주편(55) 품질을 향상시킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조용 침지노즐을 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2의 주조용 침지노즐을 개략적으로 도시하는 측면도이며, 도 4는 도 2의 주조용 침지노즐의 바디부 일부와 그 내부에 배치된 스월블럭을 개략적으로 도시하는 개념도이며, 도 5는 도 4의 개략적인 단면도이고, 도 6은 도 4의 스월블럭을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 7은 (a) 바디부에 스월블럭이 장착되지 않거나 (b) 스월블럭들이 용탕의 배출방향과 평행하게 배치되거나 (c) 스월블럭이 용탕의 배출방향과 수직으로 배치된 상태에서 용탕의 흐름상태를 보여주는 시뮬레이션 결과이며, 도 8은 도 7의 (a), (b), (c)의 경우가 적용된 주조용 침지노즐을 이용할 시의 용탕면의 속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.

본 실시예에 따른 주조용 침지노즐(100)은 바디부(110)와 바디부(110) 내부에 장착된 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)을 구비한다. 도 4 및 도 5에는 바디부(110) 내부에 제1스월블럭(122)과 제2스월블럭(123)이 설치된 것으로 도시하고 있지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 더 많은 개수의 스월블럭들을 구비할 수도 있다. 이하에서는 제1스월블럭(122)과 제2스월블럭(123)을 구비하는 경우에 대해 설명한다.

바디부(110)는 유입구(111)와, 제1배출구(113a)와 제2배출구(113b)와, 내부구멍(115)을 갖는다. 유입구(111)는 용탕의 유입을 위하여 바디부(110)의 일단에 형성된다. 제1배출구(113a)와 제2배출구(113b)는 용탕의 배출을 위하여 바디부(110) 타단의 측면부에 상호 대향되게 형성된다. 도면에서는 바디부(110)가 두 개의 배출구들(113a, 113b)을 구비하는 것으로 도시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1배출구(113a)와 제2배출구(113b)는 각각 다른 방향을 향해 형성될 수 있지만 도면에 도시된 것과 같이 +x 방향과 -x 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 두 개의 배출구들(113a, 113b)은 대향되는 배출방향을 갖는다.

내부구멍(115)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 유입구(111)로 유입된 용탕이 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)로 이동할 수 있도록 유입구(111)로부터 수직으로 신장된다. 내부구멍(115)은 다양한 형상을 가질 수 있고, 그 형상이 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 예컨대, 바디부(110)는 유입구(111)로부터 수직하방으로 갈수록 그 직경이 증가하는 테이퍼부(미도시)를 포함할 수도 있다. 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)는 다양한 형상으로 바디부(110)에 형성될 수 있는데 도 2에 도시된 바와 같이 정면에서 보았을 때 사각형상을 갖도록 바디부(110)의 하부 측면 영역에 관통형성될 수 있다. 본 실시예에서 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)는 내부구멍(115)에서 바디부(110)의 외측으로 갈수록 면적이 점점 커지도록 테이퍼진 형상을 갖는다.

스월블럭은 바디부(110)의 내부구멍(115) 내에 적어도 하나 배치되어 유입구(111)로부터 내부구멍(115)에 유입된 용탕의 선회류를 유도하여 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)로 선회하여 배출되도록 한다. 즉, 용탕이 바디부(110)의 내부구멍(115) 내에서 -y 방향으로 이동하다가 제1스월블럭(122)의 면(122a)과 제2스월블럭(123)의 면(123a)과 만나면, -y축 방향을 중심으로 시계방향으로 회전하는 선회류가 용탕 내에서 생성되어, 용탕이 선회하여 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)로 배출된다. 이를 위해 면(122a) 및/또는 면(123a)은 해당 면과 만나는 용탕이 선회할 수 있도록 형성된 곡면일 수 있다. 스월블럭은 이와 같이 침지노즐(100)의 내부구멍(115) 내에서 용탕의 선회류(swirl flow)를 발생시키는바, 이 과정에서 선회류가 아닌 편류(drift flow)가 발생할 수도 있다.

선회류는 탕면이 안정된 상태로 유지되면서도 내부구멍(115)에서 용탕이 제1배출구(113a)나 제2배출구(113b)를 통해 외부로 효과적으로 배출되도록 한다. 반면에 편류는 용탕이 내부구멍(115)에서 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)를 통해 외부로 배출되는 것을 저해할 수 있는데, 이는 연속주조공정에서의 연속주조속도가 느려지고 주편의 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 또한 이러한 편류의 발생은 용탕면의 안정화를 저해할 수 있다.

본 실시예에 따른 주조용 침지노즐(100)의 경우 제1스월블럭(122)이 제2배출구(113b)에 인접하여 배치되고 제2스월블럭(123)이 제1배출구(113a)에 인접하여 배치되면서 배출구로의 선회류를 유도하고 있다. 따라서 편류가 발생한다고 하더라도 그와 같은 편류에 의해 용탕이 내부구멍(115)에서 배출구(113a, 113b)를 통해 외부로 배출되는 것이 저해됨을 최소화할 수 있다.

즉, 편류는 발생된 후 내부구멍(15) 내에서 용탕의 흐름을 방해하는 것이므로, 제1스월블럭(122)이 제2배출구(113b)에 인접하여 배치되도록 하고 제2스월블럭(123)이 제1배출구(113a)에 인접하여 배치되도록 함으로써 내부구멍(15) 내에서의 편류의 영향을 최소화할 수 있는 것이다.

한편, 스월블럭이 유입구(111)에 인접하게 위치할 경우에는 주로 용탕의 선회류를 발생시키지만 상술한 것과 같이 일부 편류가 발생할 수 있다. 이때 다른 스월블럭이 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)에 인접 설치된 경우에는 선회류를 유도함과 동시에 발생된 편류를 저감시키게 된다.

본 실시예에서 도 4 및 도 5에 도시된 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)은 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)에 인접하게 배치되므로 선회류를 유도하면서 상부에 설치된 스월블럭(미도시)에 의해 발생되는 편류를 저감시키게 된다. 후술하겠지만 본 실시예에서는 한 쌍으로 이루어지는 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)의 상부에서 선회류를 발생하는 스월블럭을 선회유도블럭이라 명명하였다. 선회유도블럭은 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)과 설치 위치에 차이가 있지만 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)과 유사한 구조를 갖는다.

제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)은 판 형상으로 이루어질 수 있지만 좀 더 입체적인 형상으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 도 6에 도시된 일 형태의 스월블럭(121)은 내부구멍(115)의 면(115a) 상의 제1지점(P1)과 제2지점(P2)을 연결하는 내부구멍 면(115a) 상의 제1곡선(L1)과, 제1지점(P1)과 제2지점(P2)을 연결하며 제1곡선(L1)과 일치하지 않고 제1곡선(L1)과 교차하지 않는 내부구멍 면(115a) 상의 제2곡선(L2)과, 제1지점(P1)과 제2지점(P2)을 연결하며 내부구멍(115)의 면(115a) 상에 위치하지 않은 제3곡선(L3)을 모서리들로 갖는 입체로 된 형상을 갖는다.

이때 제1곡선(L1)은, 제1지점(P1)과 제2지점(P2)을 연결하는 내부구멍 면(115a) 상의 최단거리 곡선(S)의 일측에 위치하고, 제2곡선(L2)은 타측에 위치할 수 있다.

또한, 제1지점(P1)과 제2지점(P2)은, 내부구멍(115)의 종축에 수직인 일 단면 상에 동시에 위치하지 않을 수 있다. 도 5에서는 제1지점(P1)이 내부구멍(115)의 종축에 수직인 일 단면으로부터 하부로 이격되어 위치하고, 제2지점(P2)이 내부구멍(115)의 종축에 수직인 일 단면으로부터 상부로 이격되어 위치하는 것으로 도시하고 있다. 여기서 상기 일 단면은 xz평면에 포함되는 면이다. 이해를 돕기 위해, 도 6에 도시된 제1지점(P1)과 제2지점(P2)을 연결하는 내부구멍 면(115a) 상의 최단거리 곡선(S)은 예컨대 나사의 나사산 중 가장 뾰족한 지점의 궤적의 일부와 같이 설명될 수 있다.

한편, 제3곡선(L3)은 도면에 도시된 것과 같이 직선일 수 있다. 즉, 전술한 곡선은 굽은 선과 직선을 모두 포함하는 개념이다. 물론 제3곡선(L3)은 도면에 도시된 것과 달리 내부구멍(115)의 면(115a) 상으로 만입된 곡선일 수도 있다.

비교예로서 스월블럭의 형상이, 제1곡선(L1), 제2곡선(L2) 및 제3곡선(L3)으로 한정되는 제1평면과, 이 제1평면에 평행하며 동일한 면적을 갖는 제2평면을 양면으로 갖는, 평판 형태인 것을 고려할 수도 있다. 그러나 이 경우 도 6에 도시된 것과 같은 스월블럭(121)과 달리, 스월블럭의 하부, 즉 제1지점(P1) 인근에 용탕의 재순환 영역이 발생하여, 내부구멍 내에서 용탕이 배출구 방향으로 원활하게 이동하지 못하는 정체역이 발생하게 된다는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 전술한 바와 같이 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 제1곡선(L1), 제2곡선(L2) 및 제3곡선(L3)을 모서리들로 갖는 입체로 된 형상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 비교예로서 스월블럭이 제1평면과 제2평면을 갖는 평판 형태인 것에서 본 실시예의 스월블럭(121, 123)은 상하면(제1평면과 제2평면)을 서로 벌려주는 입체적인 형상을 갖기 때문에 스월블럭(121, 123)의 하부에는 정체역이 발생하지 않게 된다.

한편, 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)은 각각이 인접한 배출구(113b, 113a)들의 배출방향과 실질적으로 나란하게 배치될 수 있는데, 실질적으로 평행하게 된다. 예를 들어, 제1스월블럭(122)은 제2배출구(113b)의 상부에 인접 배치되면서 제1배출구(113a)의 토출방향과 실질적으로 평행할 수 있다.

구체적으로는 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 각각 용탕의 배출방향(1)(2)과 각각 평행을 이루도록, 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)의 제1곡선(L1)과 제3곡선(L3)이 이루는 면(122a, 123a)과 내부구멍(115)의 면(115a)이 이루는 경사각은 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)와 내부구멍(115)의 면(115a)이 이루는 경사각이 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제1스월블럭(122)의 상면(122a)과 내부구멍(115)의 면(115a)이 이루는 경사각은, 제2배출구(113b)의 배출방향(1)을 결정하는 제2배출구(113b)와 내부구멍(115)의 면(115a)이 이루는 경사각과 동일할 수 있다. 마찬가지로 제2스월블럭(123)의 상면(123a)과 내부구명(115)의 면(115a)이 이루는 경사각은, 제1배출구(113a)의 배출방향(2)을 결정하는 제1배출구(113a)와 내부구멍(115)의 면(115a)이 이루는 경사각과 동일할 수 있다.

여기서 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 각각 내부구멍(115)의 면(115a)이 이루는 경사각은 모두 45ㅀ를 가지며, 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)를 통한 용탕의 배출방향(1)(2)도 내부구멍(115)의 면(115a)과 45ㅀ를 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해 바디부(110)에서 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)를 형성하는 상면과 하면의 경사각은 내부구멍(115)의 면(115a)과 45ㅀ을 갖는 것이 바람직하다. 물론, 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)의 경사각과, 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)의 경사각은 이에 제한되는 것은 아니다.

제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)은 전술한 바와 같이 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)에 인접하게 설치되는데 예를 들어 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)은 각각 제2배출구(113b) 및 제1배출구(113a)로부터 유입구(111) 방향으로 20mm 이격되어 배치될 수 있다. 물론, 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)의 설치 위치는 선회류 유도량을 조절하기 위해서 변형될 수 있을 것이다.

제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)은 서로 마주보도록 내부구멍(115)에서 설치될 수 있는데, 이로써 유동하는 용탕은 효율적인 분기되면서 배출될 수 있다. 즉, 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 용탕의 배출방향(1)(2)과 평행하도록 각각 제2배출구(113b) 및 제1배출구(113a)에 인접하게 마주보도록 배치되면, 도 5에 도시된 바와 같이 유입구(111)를 통해 주입되어 -y 방향을 따라 내부구멍(115)으로 유동하는 용탕이 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)으로 인해 그 방향이 시계방향(평면도 상에서)으로 선회하면서 +x 방향의 제1배출구(113a) 및 -x 방향의 제2배출구(113b)로 자연스럽게 분기하여 배출될 수 있다. 따라서 용탕의 배출방향과 평행하게 장착된 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)은 선회류를 유도하여 제1배출구(113a) 및 제2배출구(113b)로의 유도 토출면적을 크게 할 수 있다.

만일, 전술한 경우와 달리 도 7의 (c)에 도시된 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)처럼 용탕의 배출방향(1)(2)과 수직을 이루도록 배치되면, 용탕은 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)에 의해 속도가 저감되나 각각의 배출구(113a, 113b)로 배출되는 용탕의 흐름은 복잡한 패턴을 보이게 된다.

본 출원인은 이에 관한 효과를 좀 더 명확하게 입증하기 위해 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 실험결과를 얻을 수 있었다. 도 7에서 (a)는 종래와 같이 바디부에 스월블럭이 장착되지 않은 경우의 배출구의 속도 분포를 보인 것이고, (b)는 스월블럭이 용탕의 배출방향과 평행하게 배치된 경우의 배출구의 속도 분포이며, (c)는 스월블럭이 용탕의 배출방향과 수직방향으로 배치된 상태에서 용탕의 속도 분포를 보여주는 시뮬레이션 사진이다.

도 7에서 명확하게 나타나는 것과 같이, (b)처럼 용탕의 배출방향과 평행하게 설치된 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)을 갖는 본 실시예에 따른 주조용 침지노즐을 이용할 경우 종래(a)와 배출방향의 수직으로 설치된 스월블럭들을 갖는 주조용 침지노즐(c)에 비해 토출속도가 증가하여 유도 토출면적이 높아지는 것을 알 수 있다.

한편, 침지노즐(100)을 통해 용탕(50)이 주입되는 몰드(140)에는 아직 응고되지 않은 용탕(50)이 존재하게 된다. 이때 몰드(140)에 주입된 용탕(50)의 상면인 용탕면의 속도를 제어하는 것이 중요하다. 공기와 접촉할 수 있는 용탕면에는 각종 불순물들이 존재할 수 있는데, 용탕면의 유동속도가 빠르게 되면 용탕면에 존재하는 불순물들이 용탕(50) 내로 유입되어, 생산하고자 하는 주편의 품질을 저하하게 된다. 따라서 용탕면의 유동속도가 빨라지지 않고 안정되도록 제어하는 것이 필요하다.

도 8에서 A는 스월블럭을 갖지 않는 종래의 주조용 침지노즐을 이용할 시의 몰드에서의 용탕면의 속도를 나타내고, B는 용탕의 배출방향과 평행한 방향의 스월블럭들을 갖는 주조용 침지노즐을 이용할 경우의 탕면의 속도를 나타내며, C는 용탕의 배출방향과 수직한 스월블럭들을 갖는 주조용 침지노즐을 이용할 경우의 탕면의 속도를 나타낸다. 가로축은 주조용 침지노즐로부터의 거리를 나타내며, 세로축은 해당 거리의 지점에서의 용탕면의 유동속도를 나타낸다.

도 8에서 명확하게 나타나는 것과 같이, 용탕의 배출방향과 평행하게 장착된 스월블럭들을 갖는 본 실시예에 따른 주조용 침지노즐을 이용할 경우 종래(A)의 침지노즐을 이용할 경우와 (C)수직방향의 스월블럭을 갖는 주조용 침지노즐을 이용하는 경우보다 용탕면의 속도가 확연히 줄어든 것을 알 수 있다. 이는 본 실시예처럼 용탕의 배출방향과 평행하게 설치된 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)에 의해 내부구멍(115) 내에서 용탕의 선회류가 발생하고, 유도토출면적이 높아지기 때문에 용탕면이 안정화되는 것을 의미한다. 따라서 본 실시예에 따른 주조용 침지노즐을 이용할 경우 품질이 우수한 주편을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

본 실시예의 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 구비된 침지노즐(100)은 고온의 용탕(50)에 의해서 열화되지 않도록 내화재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 침지노즐(100)은 산화물, 질화물, 탄화물 또는 이들의 결합물로 구성될 수 있다. 침지노즐(100)의 재질은 예시적으로 제시되었고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.

물론, 주조에 이용됨에 따라 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 용손될 수도 있다. 여기서 용손이라 함은 용탕에 의해 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)의 표면이 깎이는 현상을 의미한다. 따라서 용손이 발생하더라도 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)을 지속적으로 사용할 수 있도록 하기 위해, 도 5에 도시된 것과 달리 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 배불뚝이 형상을 갖도록 할 수도 있다.

예컨대 곡선(L1)과 곡선(L3)으로 한정되는 면의 중앙부가 +y 방향으로 볼록하고, 곡선(L2)과 곡선(L3)으로 한정되는 면의 중앙부가 -y 방향으로 볼록하도록 할 수 있다. 물론 두 면들 중 어느 하나만 중앙이 볼록하도록 할 수도 있다. 이 경우 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)이 용손되더라도 다른 부분보다 상대적으로 더 많이 용손되는 부분은 곡선(L1)과 곡선(L3)으로 한정되는 면의 중앙 또는 곡선(L2)과 곡선(L3)으로 한정되는 면의 중앙이므로, 일부가 용손되더라도 선회류를 발생시킨다는 스월블럭의 기본적인 역할을 장기간 할 수 있게 된다.

도 9는 도 2의 주조용 침지노즐의 스월블럭의 크기를 개략적으로 표현하기 위한 개념도이고, 도 10은 도 9에 도시된 바와 같이 스월블럭의 크기에 따른 용탕면의 속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.

상술한 주조용 침지노즐의 경우 스월블럭들(122, 123)이 상호 마주보고 있는바, 스월블럭들(122, 123)에 의해 내부구멍(115)이 막히지 않도록 스월블럭들(122, 123)은 적절한 크기를 가질 필요가 있다. 이를 위해 본 실시예에서는 도 9에 도시된 바와 같이 내부구멍(115)의 종축에 수직인 단면 상으로의 스월블럭들(122, 123)의 정사영(121)이 내부구멍(115)의 단면의 내경(r)과의 적절한 비율의 크기를 갖는다.

도 9의 (B)는 스월블럭들(122, 123)의 정사영(121)의 내부구멍(115)의 단면의 내경(r)의 1/2에 대응하는 경우이고, (C)는 내경(r)의 3/8에 대응하는 경우이며, (D)는 내경(r)의 1/4에 대응하는 경우이다.

도 9에 도시된 각각의 크기를 갖는 스월블럭이 장착된 주조용 침지노즐을 이용한 결과인 도 10에 알 수 있는 것과 같이 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)의 정사영이 내경(r)의 1/2에 대응하는 경우와(N)와, 내경(r)의 3/8에 대응하는 경우(C)는 용탕면의 속도가 현저하게 줄어들어 안정화되고 있다는 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다. 내경(r)의 1/4에 대응하는 경우(D)는 용탕면의 속도가 빨라지므로 스월블럭의 크기가 과도하게 작아지는 것은 바람직하지 않다는 것을 알 수 있다. 따라서 적정한 스월블럭(122, 123)의 크기는 정사영이 내부구멍(115)의 단면의 내경(r)의 3/8 내지 1/2에 대응하는 것이 바람직하다.

도 11은 도 4의 스월블럭 상부에 선회류유도블럭이 추가된 본 발명의 다른 실시예들을 보여주는 도면이고, 도 12는 도 11의 실시예들을 포함하여 여러가지 형태의 스월블럭에 따른 용탕면의 속도를 개략적으로 도시하는 그래프이다.

본 실시예에서는 전술한 바와 같은 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)들이 설치된 바디부(110)의 내부구멍(115) 내에는 적어도 하나의 선회유도블럭이 더 장착될 수 있다.

선회유도블럭은 전술한 실시예의 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)과 설치 위치에 차이가 있지만 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)과 유사한 구조를 갖는다. 선회유도블럭은 유입구(111)에 인접하게 위치하면서 내부구멍(115)에서 용탕의 선회류를 발생시켜 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)과 함께 용탕면의 안정화에 기여한다. 도 11의 (F)는 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)의 상부에 1개의 선회유도블럭(124)이 장착된 경우이고, (G)는 2개의 선회유도블럭(125, 126)이 마주보도록(대칭) 장착된 경우이며, (F)는 2개의 선회유도블럭(127, 128)이 서로 이격되도록 상하로 배치된 경우이다.

마찬가지로 전술한 바의 실시형태들과 도 11에 도시된 실시형태들을 포함하여 각 실시형태들의 주조용 침지노즐을 이용한 용탕면의 속도에 관한 시뮬레이션을 실시하여 도 12와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

도 12에서 A는 스월블럭을 갖지 않는 종래의 주조용 침지노즐을 이용할 시의 몰드(140)에서의 용탕면의 속도를 나타낸다. B는 내경(r)의 1/2에 대응하며 용탕의 배출방향과 평행한 상호 마주보는 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)만 장착된 경우{도 9의 (B) 및 도 7의 (b) 참조}이며, C는 내경(r)의 1/2에 대응하며 용탕의 배출방향과 수직한 상호 마주보는 스월블럭들만 장착된 경우{도 9의 (B) 및 도 7의 (c) 참조}이고, D는 내경(r)의 3/8에 대응하며 용탕의 배출방향과 평행한 상호 마주보는 제1스월블럭(122) 및 제2스월블럭(123)만 갖는 경우{도 9의 (C) 및 도 7의 (b) 참조}이며, F, G, H는 각각 도 1에 도시된 (F),(G),(H)의 실시예를 의미한다.

도 12의 결과를 통해 B, D, G의 경우들이 용탕면이 가장 안정화되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 스월블럭과 선회유도블럭은 용탕의 배출방향과 평행하게 설치되는 경우와, 좌우대칭으로 마주보도록 설치된 경우와, 정사영이 내경의 3/8 내지 1/2의 범위의 크기를 갖는 경우가 용탕면을 안정화시켜 주편의 품질을 향상시키는 점을 시뮬레이션 결과로도 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 주조용 침지노즐 및 이를 구비한 연속주조장치에 따르면, 내부구멍에 장착된 스월블럭과 선회유도블럭을 통해 몰드내로 주입되는 용탕을 안정화시킬 수 있기 때문에 주편 품질을 높일 수 있는 주조용 침지노즐 및 이를 구비한 연속주조장치를 구현할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 침지 노즐 105: 턴디쉬
110: 바디부 111: 유입구
113: 배출구 115: 내부구멍
122, 123: 스월블럭 140: 몰드
156: 스프레이 노즐 158: 가이드 롤러

Claims (9)

1. 용탕의 유입을 위하여 일단에 형성된 유입구와, 용탕의 배출을 위하여 타단의 측면부에 형성되되 상호 대향되게 형성된 제1배출구 및 제2배출구와, 상기 유입구로 유입된 용탕이 상기 제1배출구 및 상기 제2배출구로 이동할 수 있도록 상기 유입구로부터 신장된 내부구멍을 갖는 바디부; 및
   상기 바디부의 상기 내부구멍 내에 배치되며, 상기 유입구로 유입된 용탕이 상기 제1배출구로 선회하여 배출될 수 있도록 상기 제2배출구에 인접하게 배치되는 제1스월블럭과, 상기 제2배출구로 선회하여 배출될 수 있도록 상기 제1배출구에 인접하게 배치되는 제2스월블럭;을 포함하는, 주조용 침지노즐.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1스월블럭은 상기 제2배출구의 배출방향과 나란하고, 상기 제2스월블럭은 상기 제1배출구의 배출방향과 나란한, 주조용 침지노즐.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭은 서로 마주보도록 배치되는, 주조용 침지노즐.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭 각각은, 상기 내부구멍의 면 상의 제1지점과 제2지점을 연결하는 상기 내부구멍 면 상의 제1곡선과, 상기 제1지점과 상기 제2지점을 연결하며 상기 제1곡선과 일치하지 않고 상기 제1곡선과 교차하지 않는 상기 내부구멍 면 상의 제2곡선과, 상기 제1지점과 상기 제2지점을 연결하며 상기 내부구멍의 면 상에 위치하지 않은 제3곡선을 모서리들로 갖는 형상인, 주조용 침지노즐.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1스월블럭에 있어서, 상기 제1곡선과 상기 제3곡선이 이루는 면과 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각은 상기 2배출구와 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각에 대응하고,
   상기 제2스월블럭에 있어서, 상기 제1곡선과 상기 제3곡선이 이루는 면과 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각은 상기 1배출구와 상기 내부구멍의 면이 이루는 경사각에 대응하는, 주조용 침지노즐.
6. 제1항에 있어서
   상기 내부구멍의 종축에 수직인 단면 상으로의 상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭의 정사영 각각은, 상기 내부구멍의 상기 단면의 내경의 3/8 내지 1/2에 대응하는, 주조용 침지노즐.
7. 제1항에 있어서,
   상기 바디부의 상기 내부구멍 내에 배치되되 상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭 중 적어도 하나의 상부에 배치되는 선회유도블럭을 더 포함하는, 주조용 침지노즐.
8. 제7항에 있어서,
   상기 선회유도블럭은 상기 제1스월블럭과 상기 제2스월블럭 상부에서 상호 마주보도록 한 쌍으로 이루어지는, 주조용 침지노즐.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 주조용 침지노즐을 구비하는 연속주조장치.

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