KR20130075439A - 금속 스트립 주조설비의 용융 금속 공급 노즐 - Google Patents

Abstract

노즐의 온도가 전체적으로 균일하도록 하여 열팽창 편차에 의한 노즐 변형을 최소화할 수 있도록, 내부에 용탕이 수용되도록 내부 공간부를 갖고 일측 선단에는 용탕을 배출하는 출구가 형성되며, 적어도 어느 일 측면에 설치되어 노즐의 열을 분산시키는 열전달부를 포함하는 금속 스트립 주조설비의 용융 금속 공급 노즐을 제공한다.

Description

금속 스트립 주조설비의 용융 금속 공급 노즐{NOZZLE FOR SUPPLYING MOLTEN METAL OF METAL STRIP CASTING PROCESS}

본 발명은 용융금속을 스트립으로 직접 주조하는 금속 스트립 주조설비에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 주조설비에서 주조롤에 용융 금속을 공급하는 용융 금속 공급 노즐에 관한 것이다.

일반적으로, 두께가 얇은 금속 스트립을 제조하기 위해서는 주조와, 잉곳제조, 열간압연, 열처리, 냉간압연, 열처리, 표면 연마, 슬리팅 등 여러 공정을 거치게 된다. 이러한 제조 공정은 금속 스트립 제조에 많은 시간과 비용이 들게 되므로 대량의 제품 제조에 적합하다.

니켈계 스트립이나 마그네슘계 스트립 등의 고가의 기능성 제품은 소량으로 생산되므로 상기 공정을 적용하기 어려워, 용융금속을 스트립으로 직접 주조하는 공정을 통해 제조된다.

용융 금속으로부터 금속 스트립을 직접 주조하기 위한 여러 방법과 장치가 알려져 있다. 대표적으로 휠이나 연속 벨트와 같이 빠르게 움직이는 급냉 표면에 용융 금속을 분사하는 방식, 금속의 용탕을 회전하는 주조롤의 급냉 표면에 부분적으로 접촉시키는 방식, 수평 연결 벨트를 급냉층으로 사용하여 그 위에 용융 금속을 흘려 응고시키는 방식 또는 회전하는 한 쌍의 롤 사이에 용탕조를 형성시켜 주조하는 방식이 주로 이용된다.

여기서 한 쌍의 주조롤을 이용한 구조는, 노즐을 통해 회전하는 두 개의 주조롤 사이로 용탕을 공급하여 박판을 제조하게 된다. 노즐을 통해 공급되는 용탕은 주조롤과 접촉하여 응고되어 박판으로 형성된다.

상기 노즐은 특별한 규격이 없이 주조하는 재료에 따라 세라믹 계열의 내화재나 내열 금속을 각 공정에 맞게 제작하여 사용하고 있다. 상기 노즐은 용탕이 유입되어 출구를 통해 배출되므로 내부에 머무는 용탕에 대한 온도 관리가 매우 중요하다.

그런데, 종래에는 노즐이 단순하게 용탕을 수용하여 출구를 통해 배출하는 구조로 용탕의 유동으로 노즐의 위치에 따라 온도 불균일이 발생되는 문제가 있다.

이에 노즐이 전체적으로 온도가 균일하지 못하여 열팽창 차이가 발생되고 이로 인해 응력이 발생하여 노즐이 뒤틀리는 등 변형되거나 심한 경우 파손되는 현상이 발생된다.

이에, 노즐의 온도가 전체적으로 균일하도록 하여 열팽창 편차에 의한 노즐 변형을 최소화할 수 있도록 된 금속 스트립 주조설비의 용융 금속 공급 노즐을 제공한다.

이를 위해 본 노즐은 내부에 용탕이 수용되도록 내부 공간부를 갖고 일측 선단에는 용탕을 배출하는 출구가 형성되며, 적어도 어느 일 측면에 설치되어 노즐의 열을 분산시키는 열전달부를 포함할 수 있다.

상기 열전달부는 노즐의 상면 또는/및 하면 내측에 설치되는 적어도 하나 이상의 히트파이프를 포함할 수 있다.

상기 하트파이프는 노즐의 폭방향으로 연장되며 복수개가 노즐의 길이방향을 따라 간격을 두고 배치된 구조일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 노즐의 외측면에 설치된 히트파이프에 의해 노즐의 전면에 걸쳐 높은 온도 영역에서 낮은 온도 영역으로 열이 신속하게 전달되어 노즐 전체의 온도를 균일하게 유지할 수 있게 된다.

이에 노즐의 열팽창 차이로 인한 응력 발생을 최소화하고 이로 인한 노즐의 변형이나 손상을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 마그네슘 박판 주조설비의 용융 금속 공급 노즐을 도시한 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 용융 금속 공급 노즐을 도시한 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 설명에서 본 실시예의 노즐은 금속 스트립 주조 설비 중 회전하는 주조롤의 급냉 표면에 금속 용탕을 부분적으로 접촉시켜 금속 스트립을 제조하는 주조 설비에 적용되는 노즐을 예로서 설명한다. 본 노즐은 이러한 주조 설비에 한정되지 않으며 고온의 용탕으로 금속 스트립을 주조하는 모든 설비에 적용 가능하다.

도 1은 본 실시예에 따른 마그네슘 박판 주조설비의 용융 금속 공급 노즐을 도시하고 있으며, 도 2는 본 실시예에 따른 용융 금속 공급 노즐을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 실시예의 노즐(10)은 맞물려 있는 한 쌍의 주조롤(100)로 용탕을 공급하게 된다. 상기 노즐(10)에서 공급되는 용탕은 주조롤(100)의 급냉 표면에 도포되어 주조롤(100)과 같이 회전되면서 냉각되어 금속 박판(P)로 제조된다.

상기 노즐(10)은 내부에 용탕이 수용되도록 내부 공간부를 갖고 일측 선단은 두 개의 주조롤(14) 사이로 연장될 수 있도록 점차적으로 두께가 줄어들며 선단에는 용탕을 배출하는 출구(12)가 형성된다. 상기 노즐(10)의 형태는 다양하게 변형될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.

상기 노즐(10)은 세라믹 소결체나 내열 금속을 이용하여 원하는 크기나 형태로 가공하여 제조된다.

여기서 상기 노즐(10)은 적어도 어느 일 측면에, 매우 높은 열전도도를 가지고 있어서 노즐의 열을 고르게 분산시킴으로써 노즐(10)의 온도를 균일화시킬 수 있는 열전달부를 구비한다.

본 실시예에서 상기 열전달부는 노즐(10)의 상면과 하면 내측에 설치되는 적어도 하나 이상의 히트파이프(20)를 포함한다.

이에 상기 노즐(10)은 전면에 걸쳐 히트파이프(20)가 높은 온도 영역에서 낮은 온도 영역으로 열을 신속하게 전달하여, 노즐(10) 전체의 온도를 균일하게 유지할 수 있게 된다.

상기 히트파이프(20)는 한 장소에서 다른 장소로 열을 효과적으로 이동시키기 위한 것으로, 매질에 따라 구리의 수백배 이상의 열전도도를 갖는다. 상기 히트파이프는 파이프 형태를 갖는 외부의 벽면과, 열수송을 행하는 작동유체(working fluid)를 흐르게 하기 위한 통로와, 이들 사이에 형성된 다공질 조직으로 되어 상기 작동유체의 열유송이 동력 없이 연속적으로 일어날 수 있도록 구성된다. 이에 상기 히트파이프는 일측에서 발생된 열을 신속하게 다른 곳으로 전달하게 된다.

상기 히트파이프의 내부 구성과 작용은 알려져 있으므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

상기 히트파이프(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐(10)의 내부에 삽입되어 설치된다. 상기 히트파이프(20)는 세라믹 소결체를 이용하여 노즐을 제조할 때 노즐(10)의 내부에 삽입되어 같이 제조될 수 있다.

또한, 본 실시예에서 상기 하트파이프(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개가 구비되며 각각 노즐(10)의 폭방향으로 연장되며 노즐의 길이방향을 따라 간격을 두고 배치된 구조로 되어 있다. 여기서 노즐의 길이방향이라 함은 노즐을 통한 용탕의 진행 방향을 의미하며, 노즐의 폭방향은 용탕 진행방향에 대해 직각방향을 의미한다. 상기 히트파이프의 설치 구조는 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 복수개가 노즐의 길이방향으로 연장되고 폭방향을 따라 간격을 두고 배치될 수 있다.

상기 히트파이프(20)의 배치 간격 또한 다양하게 변형가능하며 특별히 한정되지 않는다.

이하 본 노즐의 작용을 살펴보면, 노즐(10)로 용탕이 공급되고, 노즐에 공급된 용탕은 노즐의 출구(12)를 통해 주조롤(14) 사이로 공급된다. 주조롤(14)이 회전되면 노즐로부터 공급되는 용탕이 주조롤(14)과 접촉되어 냉각되면서 박판(P)을 형성한다. 노즐(10)로부터 용탕이 연속적으로 공급됨에 따라 주조롤(14)을 통해 박판(P)이 연속적으로 주조된다.

이 과정에서 노즐(10)로 공급된 용탕이 노즐 내부에서 유동함에 따라 노즐의 위치에 따라 온도가 불규칙하게 달라지게 된다.

노즐(10)의 전면에 걸쳐 불균일한 온도는 노즐에 설치된 히트파이프(20)를 통해 신속하게 다른 영역으로 전달된다. 이에 노즐(10)의 전체적인 온도가 균일하게 유지된다.

즉, 노즐(10) 내부에 설치된 히트파이프(20)는 노즐(10)의 높은 온도 영역에서의 열을 상대적으로 낮은 영역으로 신속하게 전달하게 된다. 이에 따라 용탕의 유동에 따라 노즐의 전면 온도가 달라지더라도 빠른 시간 내에 노즐 전면의 온도가 균일하게 된다. 따라서 노즐(10)의 온도 불균일에 의한 열팽창 편차를 최소화하고 노즐의 변형을 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 노즐 12 : 출구
20 : 히트파이프

Claims (3)

1. 내부에 용탕이 수용되도록 내부 공간부를 갖고 일측 선단에는 용탕을 배출하는 출구가 형성되며,
   적어도 어느 일 측면에 설치되어 열을 분산시키는 열전달부를 포함하는 금속 스트립 주조설비의 용융 금속 공급 노즐.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열전달부는 노즐의 상면 또는/및 하면 내측에 설치되는 적어도 하나 이상의 히트파이프를 포함하는 금속 스트립 주조설비의 용융 금속 공급 노즐.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 하트파이프는 노즐의 폭방향으로 연장되며 복수개가 노즐의 길이방향을 따라 간격을 두고 배치된 구조의 금속 스트립 주조설비의 용융 금속 공급 노즐.

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