KR20130134453A

KR20130134453A - 침지노즐 예열장치

Info

Publication number: KR20130134453A
Application number: KR1020120057974A
Authority: KR
Inventors: 유대경
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-10
Also published as: KR101412542B1

Abstract

본 발명은 침지노즐 예열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 침지노즐 내경에 용강이 응고되는 현상을 줄여, 경제적 손실을 낮추고, 연속 주조의 생산효율을 높이기 위한 침지노즐 예열장치를 제공하기 위한 것으로, 예열한 침지노즐을 내부에 한정하는 하우징; 및 예열할 상기침지노즐의 상부가 거치되는 거치대; 거치대에 거치되고 침지노즐의 압력에 의해 개방되어 공기 및 연료가스를 하우징 내부로 공급하는 공기 및 가스공급라인; 공기 및 가스공급라인의 개방 상태를 감지하여 하우징 내부에 배치된 점화기를 작동시키는 점화수단;을 제공한다.

Description

침지노즐 예열장치{PREHEATING DEVICE OF SUBMERGED ENTRY NOZZLE}

본 발명은 침지노즐 예열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 침지노즐 내경에 용강이 응고되는 현상을 줄여, 경제적 손실을 낮추고, 연속 주조의 생산효율을 높이기 위한 침지노즐 예열장치에 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 조종기용 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.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제 0773833 호 (등록일:2007. 10. 31,명칭: "융융 주형 플러스용 침지 노즐")가 있다.

본 발명은 침지노즐 내경에 용강이 응고되는 현상을 줄여, 경제적 손실을 낮추고, 연속 주조의 생산효율을 높이기 위한 침지노즐 예열장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 침지노즐 예열장치는, 상부면의 삽입공을 통해 예열한 침지노즐의 하부가 내부에 한정되는 하우징; 예열할 침지노즐의 상부가 거치되는 거치대; 거치대에 거치된 침지노즐의 압력에 의해 개방되는 공기공급밸브 및 가스공급밸브를 가지면서 하우징 내부로 연장되는 공기공급라인 및 가스공급라인; 및 공기공급밸브 및 가스공급밸브의 개방 상태를 감지하여 하우징 내로 공급되는 점화유체를 점화시키는 점화수단;을 포함할 수 있다.

구체적으로 거치대는, 삽입공에 간섭되지 않도록 하우징에 상부면에 수직하게 배치되는 실린더; 실린더의 내부를 따라 승강하는 로드; 및 로드의 상부에 배치되고 하우징의 삽입공으로 삽입되는 침지노즐의 상부에 거치되는 거치링;을 포함할 수 있다.

한편, 실린더와 공기공급밸브 및 가스공급밸브는 개폐유로에 의해 연결되며, 공기공급밸브 및 가스공급밸브는, 거치링에 거치되는 침지노즐에 의해 압력이 상승 및 하강하는 개폐유로 및 실린더 내의 작동유체에 의해 개폐되는 작동장치를 포함할 수 있다.

그리고 점화수단은, 공기공급라인 및 가스공급라인의 연장단에 인접한 하우징 내부에 배치되는 점화기; 및 공기공급밸브 및 가스공급밸브의 개방상태를 감지하여 상기 점화기를 작동시키는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 하우징의 상부면에 삽입공 및 거치대에 간섭되지 않게 배치되는 배기구를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 침지노즐 예열장치는, 침지노즐을 용이하게 예열 시킬 수 있을 뿐만 아니라 침지노즐 예열작업의 번거로움을 해결 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 예열장치를 복수로 구비함으로써, 다수의 침지노즐을 예열시킬 수 있으며, 예열 설비 미비로 인해 침지노즐 예열 부건에 따른 조업사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 침지 노즐 예열 장치의 사시도이며, 그리고
도 3은 도 2에 도시된 침지노즐 예열장치의 사용 상태도이다.

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 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 용강의 흐름을 중심으로 나타낸 개념도이다.

연속주조는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형과 수직만곡형 등으로 분류된다. 도 1에서는 수직만곡형을 예시하고 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 및 핀치롤(70)을 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

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

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(osillation)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 몰드(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 몰드(30)의 입구를 지향한다.

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

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

이와 같이 구성된 연속주조기는 래들(10)에 수용된 용강(M)이 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화 및 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(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 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스토퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

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

핀치롤(70)이 완전히 응고된 연주주편(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 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(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 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

도 2는 본 발명에 따른 침지노즐 예열 장치를 나타낸 사시도로서, 본 발명에 따른 침지노즐 예열장치(100)는, 예열한 침지노즐(25-1)의 하부를 내부에 한정하는 하우징(110), 하우징(110)의 상부에 승강 가능하게 배치되고, 예열할 침지노즐(25-1)의 상부가 거치되는 거치대(120), 거치대(120)에 거치되는 침지노즐(25-1)의 압력에 의해 개방되어 공기 및 연료가스를 하우징(110) 내부로 공급하는 공기 및 가스공급라인(130,140) 및 공기 및 가스공급라인(130,140)의 개방 상태를 감지하여 하우징(110) 내부에 배치된 점화기(140)를 작동시키는 점화수단(150)을 포함한다.

하우징(110)은 내부가 중공된 함체 형상을 가진다. 이러한 하우징(110)의 상부면 상에는 하우징(110)의 내부와 연통하는 삽입공(114)이 형성된다. 삽입공(114)으로는 예열할 침지노즐(25-1)의 하부가 삽입된다. 그리고 하우징(110)의 상부면에는 삽입공(114) 및 후술하는 거치대(120)에 간섭되지 않게 배기구(112)가 배치된다. 배기구(112)는 침지노즐(25-1) 예열시 하우징(110)내에 생성되는 연소가스가 배출될 수 있게 한다.

바람직하게 하우징(110)은 내구성을 증진하기 위해, 이중 구조로 설계될 수 있다. 더욱 바람직하게 도 2 및 도 3에서의 하우징(110)은 사각함체 형상으로 도시되어 있지만 하우징(110)을 사각함체 형상으로 한정하는 것은 아니다.

이와 같이 형성된 하우징(110)에는 거치대(120), 공기공급라인(130), 가스공급라인(140), 점화수단(150)이 배치된다.

거치대(120)는 삽입공(114)에 간섭되지 않도록 하우징(110)에 상부면에 수직하게 배치되는 하나 이상의 실린더(124)와, 실린더(124)의 내부를 따라 승강하는 로드(126), 및 로드(126)의 상부에 배치되고 하우징(110)의 삽입공(114)으로 삽입되는 침지노즐(25-1)의 상부가 거치되는 거치링(122)을 포함한다. 이와같이 구성된 거치대(120)는 공기공급라인(130)및 가스공급라인(140)과 연결되는데, 공기공급라인(130)과 가스공급라인(140)은 하우징(110)의 외부에서부터 하우징(110)의 하부면을 관통하여 하우징(110)의 내부로 연장된다.

이때, 실린더(124)와 공기공급라인(130) 및 가스공급라인(140)에는 공기공급밸브(132)및 가스공급밸브(142)가 배치되는데, 공기공급밸브(132) 및 가스공급밸브(142)에는 실린더(124)와 공기공급밸브(132) 및 가스공급밸브(142)를 연결하는 개폐유로(128)가 연결된다.

즉, 거치링(122)에 거치되는 침지노즐(25-1)의 압력에 의해 로드(126)가 실린더(124)의 하부로 하강하게 되면, 개폐유로(128)내의 작동유체가 압력이 상승하게 되고, 그로인해 공기공급밸브(132) 및 가스공급라인(142)는 개방되어 공기 및 가스를 하우징(110)내로 공급되게 한다.

반대로 침지노즐이 제거되어 실린더의 하부가 상승하게 되면, 개폐유로(128)내의 작동 유체가 압력이 낮아지게되고, 그로인해 공기공급밸브(132), 가스공급밸브(142)는 폐쇄된다.

한편, 점화수단(150)은 통상의 점화기(152)와, 공기공급밸브(132), 가스공급밸브(142)의 개방상태를 감지하여 점화기(152)를 작동시키는 제어부(154)를 포함한다.

점화기(152)는 공기공급라인(130), 가스공급라인(140)의 연장단에 인접한, 즉 하우징(110) 내부에 배치된다.

이러한 점화기(152)는 공기공급밸브(132)및 가스공급밸브(142) 개방 시 이를 감지하는 제어부(154)에 의해 작동되어 하우징(110) 내부로 유입된 점화유체를 점화시켜 침지노즐(25-1)을 예열 시킨다.

한편, 예열 후, 거치링(122)에서 침지노즐(25-1)이 이탈되면 공기공급밸브(132)및 가스공급밸브(142)에 가해진 압력은 소실되고 그 결과 공기공급밸브(132) 및 가스공급밸브(142)는 닫히게 된다.

따라서 점화수단(150)은 공기공급라인(130) 및 가스공급라인(140)으로부터 공급되는 공기와 연료용 가스(액화 천연 가스 및 액화 프로판 가스 등)를 연소시켜, 하우징(110)의 상부의 삽입공(114)으로부터 삽입된 침지노즐(25-1)에 대하여 예열을 실행하게 된다. 이때, 예열 온도는 용강(M)의 온도를 고려하여 대략 1100도에서 1300도 까지 예열하는 것이 바람직하다.

이와 같이 형성된 본 발명에 따른 침지노즐 예열장치(100)는, 예열한 침지노즐(25-1)의 하부를 내부에 한정하는 하우징(110), 하우징(110)의 상부에 승강 가능하게 배치되고, 예열할 침지노즐(25-1)의 상부가 거치되는 거치대(120), 거치대(120)에 거치되는 침지노즐(25-1)의 압력에 의해 개방되어 공기 및 연료가스를 하우징(110) 내부로 공급하는 공기 및 가스공급라인(130,140) 및 공기 및 가스공급라인(130,140)의 개방 상태를 감지하여 하우징(110) 내부에 배치된 점화기(140)를 작동시키는 점화수단(150)을 포함함으로써, 침지노즐(25-1)을 용이하게 예열시킬 수 있을 뿐만 아니라 침지노즐(25-1) 예열 작업의 번거로움을 해결할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 침지노즐 예열장치(100)는 복수로 구비함으로써, 다수의 침지노즐(25-1)을 예열시킬 수 있으며, 예열 설비 미비로 인해 침지노즐(25-1) 예열 부건에 따른 조업사고를 미연에 방지할 수 있다.

상기와 같은 침지노즐 예열장치(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작용방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형에 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100 : 침지노즐 예열장치 110 : 하우징
112 : 배기구 114 : 삽입공
120 : 거치대 122 : 거치링
124 : 실린더 126 : 로드
128 : 개폐유로 130 : 공기공급라인
132 : 공기공급밸브 140 : 가스공급라인
142 : 가스공급밸브 150 : 점화수단
52 : 점화기 154 : 제어부

Claims

상부면의 삽입공을 통해 예열한 침지노즐의 하부가 내부에 한정되는 하우징;
예열할 상기 침지노즐의 상부가 거치되는 거치대;
상기 거치대에 거치된 상기 침지노즐의 압력에 의해 개방되는 공기공급밸브 및 가스공급밸브를 가지면서 상기 하우징 내부로 연장되는 공기공급라인 및 가스공급라인; 및
상기 공기공급밸브 및 상기 가스공급밸브의 개방 상태를 감지하여 상기 하우징 내로 공급되는 점화유체를 점화시키는 점화수단;을 포함하는 침지노즐 예열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 거치대는,
상기 삽입공에 간섭되지 않도록 상기 하우징에 상부면에 수직하게 배치되는 실린더;
상기 실린더의 내부를 따라 승강하는 로드; 및
상기 로드의 상부에 배치되고 상기 하우징의 상기 삽입공으로 삽입되는 상기 침지노즐의 상부에 거치되는 거치링;을 포함하는 침지노즐 예열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 실린더와 상기 공기공급밸브 및 상기 가스공급밸브는 개폐유로에 의해 연결되며,
상기 공기공급밸브 및 상기 가스공급밸브는, 상기 거치링에 거치되는 상기 침지노즐에 의해 압력이 상승 및 하강하는 상기 개폐유로 및 상기 실린더 내의 작동유체에 의해 개폐작동하는 침지노즐 예열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 점화수단은,
상기 공기공급라인 및 가스공급라인의 연장단에 인접한 하우징 내부에 배치되는 점화기; 및
상기 공기공급밸브 및 가스공급밸브의 개방상태를 감지하여 상기 점화기를 작동시키는 제어부;를 포함하는 침지노즐 예열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징의 상부면에 상기 삽입공 및 상기 거치대에 간섭되지 않게 배치되는 배기구를 포함하는 침지노즐 예열장치.