KR20130110755A - 침지노즐 - Google Patents

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KR20130110755A
KR20130110755A KR1020120032966A KR20120032966A KR20130110755A KR 20130110755 A KR20130110755 A KR 20130110755A KR 1020120032966 A KR1020120032966 A KR 1020120032966A KR 20120032966 A KR20120032966 A KR 20120032966A KR 20130110755 A KR20130110755 A KR 20130110755A
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KR1020120032966A
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유대경
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 노즐본체에 결합되는 침식차단수단을 구비함으로써, 주형 내부에서 교반되는 용강에 의해 노즐본체가 침식하는 것을 방지하여, 노즐본체의 사용수명을 연장할 수 있게 하는 침지노즐에 관한 것으로, 턴디쉬 내의 용강을 주형의 내부로 주입하는 노즐본체 및 서로 대칭되는 반원형의 링 형상을 가지며, 노즐본체의 외주면상에 장착되어 주형 내부에서 교반되는 용강에 의해 노즐본체가 침식되는 것을 방지하는 제 1, 제 2 침식차단블록을 갖는 침식차단수단을 포함한다.

Description

침지노즐{SUBMERGED ENTRY NOZZLE}
본 발명은 침지노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주형 내부에서 유동 및교반되는 용강에 의해 노즐본체가 침식되는 것을 방지할 수 있는 침지노즐에 관한 것이다.
일반적으로 연속 주조 조업은 액체상태의 철이 고체가 되는 공정으로, 아직 액체 상태인 용강은 주형(Mold)에 주입되고, 연속 주조기를 통과하면서 냉각 응고되어, 연속적으로 슬라브나, 블룸, 빌릿 등의 중간소재로 만들어진다.
연속 주조 작업 시 사용되는 침지노즐은 내화물로서 턴디쉬(Tundish)와 주형(Mold) 간의 용강 주입 시 청정도 및 보온을 목적으로 사용된다.
관련 선행기술로는 한국등록특허 제 0773833 호 (등록일:2007. 10. 31,명칭: "융융 주형 플러스용 침지 노즐")가 있다.
본 발명은 노즐본체에 결합되는 침식차단수단을 구비함으로써, 주형 내부에서 유동 및 교반되는 용강에 의해 노즐본체가 침식되는 것을 방지하여, 노즐본체의 사용수명을 연장할 수 있게 하는 침지노즐을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 침지노즐은, 턴디쉬 내의 용강을 주형의 내부로 주입하는 노즐본체 및 서로 대칭되는 반원형의 링 형상을 가지며 노즐본체의 외주면상에 장착되어 주형 내부에서 교반되는 용강에 의해 노즐본체가 침식되는 것을 방지하는 제 1, 제 2 침식차단블록을 갖는 침식차단수단을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제 2 침식차단블록과 접하는 상기 제 1 침식차단블록의 연장단면 상에는 결합홈이 형성되고, 제 1 침식차단블록과 접하는 제 2 침식차단블록의 연장단면 상에는 결합홈이 끼워지는 결합돌기가 돌출되게 형성되며, 서로 결합된 결합홈 및 결합돌기는 제 1 침식차단블록의 연장단면에 인접한 상부 면에서부터 결합돌기를 지나 제 1 침식차단블록의 연장단면의 하부 면에 인접한 하부 면까지 관통 체결되는 결합핀에 의해 될 수 있다.
더 구체적으로, 결합핀은 제 1 침식차단블록의 연장단면에 인접한, 상부에서부터 결합홈을 지나, 제 1 침식차단블록의 연장단면에 인접한 하부까지 수직 관통하며 제 1 관통공 및 결합돌기에 수직 관통하는 제 2 관통공과 체결된다.
또한 노즐본체의 외주면에는 분출구에 간섭되지 않게 상부에서 하부로 넓어지게 연장되는 걸림턱이 형성되며, 제 1, 및 제 2 침식차단블록의 내주면에는 걸림턱이 걸쳐지는 걸림면이 형성될 수 있다.
그리고 노즐본체와 침식차단수단, 및 제 1 , 2 침식차단블록의 연결부위는 내화도 38이상의 모르타르에 의해 도포될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 침지노즐은, 주형 내 용강유동 및 용강교반에 의해 노즐본체가 침식되는 것을 방지하는 침식차단 수단을 구비함으로써, 용강교반이 의해 노즐본체가 침식되는 것을 방지하여 노즐본체의 사용수명이 연장할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이고,
도 2는 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 침지노즐을 나타낸 분해사시도이고,
도 4는 도 3에 도시된 침지노즐의 결합상태를 보인 결합사시도이며, 그리고
도 5는 도 4에 도시된 A-A선을 따라 절개된 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 관련된 연속주조기를 개략적으로 보인 도면으로써, 연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(Mold)에서 응고 시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(剛塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸, 빌릿과 같은 중간소재를 제조하는데 이용된다.
연속주조기의 형태는 수직형, 수직굴곡형, 수직축차굴곡형, 만곡형, 수평형등으로 분류되며, 도 1및 도 2에서는 만곡형 연속주조기가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20), 주형(30), 2차 냉각대(60, 65),핀치롤(70), 및 절단기(90)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30), 2차 냉각대(60,65), 핀치롤(70), 및 절단기(90)를 포함한다.
턴디쉬(Tundish; 20)는 래들(Ladle; 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold;30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되며, 교대로 용강(M)을 받아서 턴디쉬(20)에 공급한다. 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 용강(M)이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강(M)이 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 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류, 주조 속도 등에 의해 달라진다.
주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물의 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell; 81, 도 2참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉 홈을 형성하는 방식, 수냉 홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.
주형(30)은 용강(M)이 주형(30)의 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 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)를 사용한다. 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, 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강(M)을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강(M)은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 2차 냉각대(60, 65)에 의해 이루어진다.
핀치롤(70)은 인발장치(引拔裝置)로서, 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강(M)의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강(M)이 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.
하기에는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명한다.
도 2를 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 용강(M)에 잠기도록 연장된다. 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 침지노즐(25)(Submerged Entry Nozzle; 25)에 의해 주형(30)내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스토퍼(stopper; 21)에 의해 결정된다. 구체적으로 스토퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동 가능하게 배치되다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스토퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20)내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(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, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(M)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤(70; 도 1참조)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(M)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(M)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(M)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일 지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브, 블룸, 빌릿, 등과 같은 반제품(P)으로 나눠진다.
한편, 침지노즐(25)을 통해 주형(30)으로 안내된 용강(M)은, 주형(30)의 외부에 배치된 EMS에 의해서 교반된다. EMS(Electro Magnetic stirring)는 전자기 교반장치로서 연속주조 설비 내에 장착되어 주형(30) 내 용강(M)을 교반시킴으로써 균일한 응고를 유도하는 것으로, 즉 EMS는 주조 중에 미응고 용강(M)에 자장을 걸어서 강제 용강류를 발생시킴으로써 건전한 주조조직을 만드는 기능을 수행한다.
그런데, 주형(30) 내에서 EMS의 작용에 의해 교반되는 용강(M)은 침지노즐(25) 외주면을 침식시키는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 주형(30) 내부에서 교반되는 용강(M)에 의한 침식을 방지하는 침지노즐(25)을 제공하려는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 침지노즐을 나타낸 분해사시도로서, 본 발명에 따른 침지노즐(100)은, 턴디쉬(20; 도2 참조) 내의 용강(M; 도2 참조)을 주형(30; 도 2참조)의 내부로 주입하는 노즐본체(110)와, 노즐본체(110)에 끼워져 EMS(도시되지 않음)의 작동으로 교반되는 용강(M)에 의해 노즐본체(110)가 침식되는 것을 방지하는 침식차단수단(120)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 노즐본체(110)는 누구나 알 수 있듯이 턴디쉬(20) 내의 용강(M)을 주형(30)의 내부로 주입하기 위한 것으로, 노즐본체(110)는 턴디쉬(20)의 하부에 수직으로 설치되는 대략 직립된 관 형상을 가진다.
이러한 노즐본체(110)는 턴디쉬(20) 내의 용강(M)이 안내되는 유로(112)와 연결되어 유로(112)를 통해 안내되는 용강(M)을 주형(30) 내부로 안내하는 분출구(114)를 포함한다. 유로(112)는 노즐본체(110)의 상부면 상에서 노즐본체(110)의 하부면 상으로 수직하게 연장된다. 분출구(114)는 노즐본체(110)의 하부에 인접한 외주면 상에서 유로(112)와 연결되게 형성된다. 그리고 유로(112)는 유로(112)를 통해 안내되는 용강(M)이 주형(30) 측으로 직접 흐르는 것을 차단하기 위해서 노즐본체(110)의 하부 면에 인접한 위치까지만, 즉 노즐본체(110)의 하부를 관통하지 않게 형성된다.
한편, 노즐본체(100)의 외주면 상에는 분출구(114)에 간섭되지 않게 걸림턱(116)이 일체로 형성된다. 걸림턱(116)은 도시된 바와 같이, 노즐본체(110)의 외주면을 감싸도록 형성됨과 아울러 상부에서 하부 측으로 넓어지게 연장된다. 이와 같이 형성된 노즐본체(110)에는 침식차단수단(120)이 장착된다.
침식차단수단(120)은 노즐본체(110)에 결합되는 제 1, 제 2 침식차단블록(122,124)을 포함한다.
제 1, 제 2 침식차단블록(122,124)은 서로 대칭되는 반원형의 링 형상을 가진다. 제 1, 제 2 침식차단블록(122,124)은 하나의 원통형상을 이루면서 노즐본체(110)의 외주면을 감싸도록 결합된다. 이를 위해 제 1, 제 2 침식차단블록(122,124)의 내주면 상에는 걸림턱(116)에 걸쳐지는 걸림면(126)이 각각 형성된다. 각각의 걸림면(126)은 걸림턱(116)에 걸쳐질 수 있도록 내주면 상부에서 내주면 하부 측으로 경사지게 형성된다.
한편, 제 1 침식차단블록(122)과 제 2 침식차단블록(124) 서로 결합되는데, 이를 위해서 제 2 침식차단블록(124)과 접하는 제 1 침식차단블록(122)의 연장단면 상에는 결합홈(128)이 형성되고, 제 1 침식차단블록(122)과 접하는 제 2 침식차단블록(124)의 연장단면 상에는 결합홈(128)이 끼워지는 결합돌기(129)가 돌출되게 형성된다.
그리고 서로 결합된 결합홈(128) 및 결합돌기(129)는 결합핀(130)에 의해 고정된다. 결합핀(130)은 제 1 침식차단블록(122)의 연장단면에 인접한 상부 면에서부터 결합돌기(129)를 지나 제 1 침식차단블록(122)의 연장단면의 하부 면에 인접한 하부 면까지 관통 체결된다. 여기서 결합핀(130)이 체결될 수 있도록, 제 1 침식차단블록(122)에는 제 1 관통공(132)이 형성되고, 제 2 침식차단블록(124)에는 제 2 관통공(134)이 형성되는데, 제 1 관통공(132)은 제 1 침식차단블록(122)의 연장단면에 인접한 상부에서부터 결합홈(128)을 지나 제 1 침식차단블록(122)의 연장면에 인접한 하부 까지 수직하게 관통된다. 그리고 제 2 관통공(134)은 결합돌기(129)에 수직하게 관통하여 결합된다.
한편 노즐본체(110)와 침식차단수단(120), 그리고 침식차단수단(120)의 제 1 , 2 침식차단블록(122,124)의 연결부위는 통상의 모르타르에 의해 도포된다. 바람직하게는 모르타르는 내화도 38이상의 모르타르를 사용한다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 침지노즐(100)은, 주형(30) 내 용강교반에 의해 상기 노즐본체(100)가 침식되는 것을 방지하는 침식차단 수단(120)을 구비함으로써, 용강교반이 의해 노즐본체(100)가 침식되는 것을 방지하여, 노즐본체(100)의 사용수명이 연장할 수 있다.
상기와 같은 침지노즐(100)은 위에서 설명된 실시 예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시 예들은 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100 : 침지노즐 110 : 노즐본체
116 : 걸림턱 120 : 침식차단수단
122 : 제 1 침식차단블록 124 : 제 2 침식차단블록
126 : 걸림면 128 : 결합홈
129 : 결합돌기 130 : 결합핀

Claims (5)

  1. 턴디쉬 내의 용강을 주형의 내부로 주입하는 노즐본체; 및
    서로 대칭되는 반원형의 링 형상을 가지며 상기 노즐본체의 외주면상에 장착되어 상기 주형 내부에서 교반되는 용강에 의해 상기 노즐본체가 침식되는 것을 방지하는 제 1, 제 2 침식차단블록을 갖는 침식차단수단;을 포함하는 침지노즐.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 침식차단블록과 접하는 상기 제 1 침식차단블록의 연장단면 상에는 결합홈이 형성되고,
    상기 제 1 침식차단블록과 접하는 상기 제 2 침식차단블록의 연장단면 상에는 상기 결합홈이 끼워지는 결합돌기가 돌출되게 형성되며,
    서로 결합된 상기 결합홈 및 상기 결합돌기는 상기 제 1 침식차단블록의 연장단면에 인접한 상부 면에서부터 상기 결합돌기를 지나 상기 제 1 침식차단블록의 연장단면의 하부 면에 인접한 하부 면까지 관통 체결되는 결합핀에 의해 되는 침지노즐.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합핀은,
    상기 제 1 침식차단블록의 연장단면에 인접한 상부에서부터 상기 결합홈을 지나 상기 제 1 침식차단블록의 연장단면에 인접한 하부까지 수직 관통하는 제 1 관통공; 및 상기 결합돌기에 수직 관통하는 제 2 관통공에 체결되는 침지노즐.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐본체의 외주면에는 분출구에 간섭되지 않게 상부에서 하부로 넓어지게 연장되는 걸림턱이 형성되며,
    상기 제 1, 및 제 2 침식차단블록의 내주면에는 상기 걸림턱이 걸쳐지는 걸림면이 형성되는 침지노즐.
  5. 청구항 1항에 있어서,
    상기 노즐본체와 상기 침식차단수단, 및 상기 제 1 , 2 침식차단블록의 연결부위는 내화도 38이상의 모르타르에 의해 도포되는 침지노즐.
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