KR20150108175A

KR20150108175A - 용융금속 토출용 노즐 장치

Info

Publication number: KR20150108175A
Application number: KR1020140031033A
Authority: KR
Inventors: 허춘행; 최정우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-09-25

Abstract

본 발명은 용융금속이 유동하는 노즐 장치에 있어서, 상기 노즐 장치는 상기 용융금속이 내려가는 방향으로 상기 용융금속을 가이드하는 롱노즐; 및 상기 롱노즐의 일단에서 상기 노즐 장치의 길이를 조절 가능하게 마련되는 연장노즐;을 포함하는 용융금속 토출용 노즐 장치에 관한 것이다.

Description

용융금속 토출용 노즐 장치{Apparatus for discharging melting metal nozzle}

본 발명은 노즐 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속의 비산 및 와류현상을 최소화 할 수 있는 용융금속 토출용 노즐 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속 주조 조업은 액체상태의 철이 고체가 되는 공정으로, 아직 액체 상태인 용융금속은 주형(Mold)에 주입되고, 연속 주조기를 통과하면서 냉각 응고되어, 연속적으로 슬라브나, 블룸, 빌릿 등의 중간소재로 만들어진다. 이러한 과정을 거치기 전에 제강 연주 주조 작업 시에 래들에 있는 용융금속은 롱노즐을 통하여 턴디쉬(Tundish) 내부로 떨어지게 된다. 이 과정에서 롱노즐의 끝 부분과 턴디시 내부의 용융금속이 처음 낙하되는 부분의 높이차가 통상적으로 약 1M 정도되며, 이런 높이차에서 떨어지는 용융금속은 비산에 의한 와류 현상을 겪게 된다. 비산에 의한 와류 현상을 겪는 용융금속은 공기에 노출되는 시간이 길어지게 되며 이 과정에서 용융금속의 재산화가 일어날 수 있고, 용융금속의 온도가 하강하는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 문제점은 품질 결함과 직결되어 제품의 질적 저하를 가져오는 큰 원인 중에 하나이다.

상기 문제점을 해소하기 위해서는 롱노즐을 사용하여 용융금속의 낙차를 줄이는 방법이 사용될 수 있는데 이러한 방법에 의해서 용융금속의 낙차를 줄이면 용융금속이 일정양 이상 축적되는 경우에는 롱노즐의 끝단부터 용융금속에 잠기게 되며 용융금속의 고온에 의하여 롱노즐이 쉽게 산화되어 부식되는 문제가 발생한다. 이에 따라서 롱노즐 전체를 교체 및 수리해야하는 번거로움이 발생하고 전반적인 작업 효율이 떨어짐과 동시에 비용측면에서도 불이익이 발생하게 된다.

연속 주조 작업 시 사용되는 노즐은 청정도 유지 및 보온이 가장 중요한 부분으로서 롱노즐의 길이가 너무 짧은 경우 용융금속의 낙차가 크게 발생하여 비산에 의한 와류가 발생하고 이에 따른 용융금속의 온도 저하 및 재산화 현상이 발생할 수 있으며, 롱노즐의 길이가 너무 긴 경우에는 롱노즐과 용융금속이 접촉되는 면적이 넓어짐에 따라서 롱노즐이 고온에 의해 빠르게 산화되며 이런 부식현상은 용융금속의 청정도에도 직접적으로 영향을 줄 수 있기 때문에 용융금속의 보온 및 청정도 유지를 위한 노즐의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허문헌 제10-2013-0123854호

본 발명은 노즐 전체의 길이가 변할 수 있도록 하여 용융금속가 비산됨에 따른 온도 저하를 방지하고 노즐이 용융금속과 직접 접촉하여 산화되는 것을 최소화 하여 작업의 효율을 높이고 용융금속의 청정도를 유지하고자 하는 용융금속 토출용 노즐 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면은 용융금속이 유동하는 노즐 장치에 있어서, 상기 노즐 장치는 상기 용융금속이 내려가는 방향으로 상기 용융금속을 가이드하는 롱노즐; 및 상기 롱노즐의 일단에서 상기 노즐 장치의 길이를 조절 가능하게 마련되는 연장노즐;을 포함하는 용융금속 토출용 노즐 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 롱노즐과 상기 연장노즐은 상호 슬라이딩 가능하도록 마련되며, 상기 롱노즐과 상기 연장노즐에는 각각 가이드 돌기 또는 가이드 홈이 서로 대응되도록 마련되는 용융금속 토출용 노즐 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 연장노즐은 상기 용융금속보다 낮은 밀도를 가지는 재질로 구성된 용융금속 토출용 노즐 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 연장노즐은 상기 롱노즐의 외경에서 결합이 가능하도록, 상기 용융금속이 내려가는 방향으로 절단되는, 두 개 이상의 연장부로 구성되는 용융금속 토출용 노즐 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 연장부는 상기 연장부끼리 결합 가능하도록 마련되는 연결부를 포함하는 용융금속 토출용 노즐 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 용융금속이 하부 저장소에 떨어짐에 따라 발생할 수 있는 비산에 의한 와류현상을 최소화함으로써 용융금속의 재산화 및 온도 하강을 방지하고, 용융금속에 침지되는 노즐의 표면적을 최소화 함으로써 부품 교체에 의한 작업 효율의 감소 및 비용 부담을 줄이고 용융금속의 청정도를 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)가 작동하는 모습을 전체적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)의 구성을 나타내기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연장노즐(120)을 구성하는 연장부(122)의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)가 작동하는 모습을 나타내기 위한 측단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)가 작동하는 모습을 전체적으로 나타낸 측면도이다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)는 용융금속(2)이 내려가는 방향으로 용융금속(2)을 가이드하는 롱노즐(110) 및 상기 롱노즐(110)의 일단에서 상기 노즐 장치(100)의 길이를 조절 가능하게 마련되는 연장노즐(120)을 포함할 수 있다.

상기 노즐 장치(100)는 용융금속(2)을 상부 저장소(미도시)에서 하부 저장소로 이동시키기 위해 사용되는 장치를 의미할 수 있으며, 상기 상부 저장소(미도시) 및 하부 저장소(1)는 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 각각 래들 및 턴디쉬에 해당할 수 있다. 용융금속(2)이 하부 저장소(1)로 이동하지 않은 경우에는 도 1과 같은 상태로 노즐 장치(100)의 전체적인 길이가 길게 되어 있을 수 있으며, 이로 인해서 노즐 장치(100)의 하단부와 하부 저장소(1)의 바닥과의 높이차는 상대적으로 작아질 수 있다.

또한 도 2를 참고하면, 용융금속(2)이 상부 저장소(미도시)에서 노즐 장치(100)를 통해 하부 저장소(1)로 이동할 수 있으며 이동하여 하부 저장소(1)에 축적되어 가는 과정에서 노즐 장치(100)의 하단부보다 높게 축적될 수 있는데, 이 경우에는 노즐 장치(100)의 하단 구성에 비하여 용융금속(2)의 밀도가 높기 때문에 상대적으로 밀도가 낮은 노즐 장치(100)는 부력에 의하여 용융금속(2)이 축적되는 높이에 따라서 길이가 단축될 수 있다. 이렇게 노즐 장치(100)의 길이가 단축되는 경우에는 노즐 장치(100)의 하단부와 하부 저장소(1)의 바닥과의 높이차는 상대적으로 커질 수 있다.

상기 기술한 바와 같이, 노즐 장치(100)의 길이가 변하는 이유는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)가 롱노즐(110)과 연장노즐(120) 구성을 포함할 수 있기 때문이다. 상기 롱노즐(110)은 상부 저장소(미도시)에서 하부 저장소(1)로 용융금속(2)이 내려오는 것을 가이드하는 역할을 하는 것으로, 특별히 한정이 있는 것은 아니나 상부 저장소(미도시)의 하단부에 고정되어 마련될 수 있으며 내부에 유로가 마련된 원기둥의 형태로 마련될 수 있다.

또한, 상기 롱노즐(110)의 일단에서 상기 노즐 장치(100)의 길이를 조절 가능하게 마련되는 연장노즐(120)이 마련될 수 있는데, 연장노즐(120)은 특별히 한정이 있는 것은 아니나 상기 롱노즐(110)의 외경을 감싸는 형상으로, 노즐 장치(100)의 전체적인 길이를 조절 가능하게 마련될 수 있다. 그 형상에 대해서는 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 상기 롱노즐(110)과 대응되는 형태로, 내부에 유로가 마련된 원기둥 형상으로 마련될 수 있다. 상기 연장노즐(120)에 의해서 전체적인 노즐 장치(100)의 길이가 변할 수 있으며, 이는 곧 노즐 장치(100)의 하단부와 하부 저장소(1)의 바닥과의 높이차가 변할 수 있다는 것을 의미할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)의 구성을 나타내기 위한 분해 사시도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)는 롱노즐(110)과 연장노즐(120)은 상호 슬라이딩 가능하도록 마련되며, 롱노즐(110)과 연장노즐(120)에는 각각 가이드 돌기(111) 또는 가이드 홈(121)이 서로 대응되도록 마련될 수 있다.

상기 롱노즐(110)과 연장노즐(120)이 가이드 가능하도록 마련되어 있는 구성은 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 돌기와 홈의 형상으로 마련되어 있을 수 있다. 롱노즐(110)의 외경 표면에 가이드 돌기(111)가 마련되어 있으면 이와 대응되게 연장노즐(120)의 내경 표면에 가이드 홈(121)이 마련되어 있을 수 있으며, 롱노즐(110)의 외경 표면에 가이드 홈이 마련되어 있는 경우에는 반대로 연장노즐(120)의 내경 표면에 가이드 돌기가 마련되어 있을 수 있다.

가이드 돌기(111)와 가이드 홈(121)의 형상에는 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 서로 대응되는 형상으로 길이에 있어서는 가이드 홈(121)이 더 길게 마련되어 가이드 돌기(111)가 길이 방향으로 운동할 수 있는 여지를 줄 수 있다. 또한, 폭과 깊이에 있어서는 정확히 대응되는 경우에는 슬라이딩 운동시에 마찰력에 의해서 방해가 될 수 있으며 헐겁게 대응되는 경우에는 롱노즐(110)과 연장노즐(120)이 상호 유동이 발생하여 용융금속(2)이 롱노즐(110)과 연장노즐(120) 사이로 새어들어갈 가능성이 있기 때문에 구성간의 마찰력을 최소화 하면서 구성간의 유동 역시 줄일 수 있는 형상으로 마련될 수 있다. 가이드 돌기(111)와 가이드 홈(121)의 작동 방식은 하기에 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연장노즐(120)을 구성하는 연장부(122)의 모습을 나타낸 사시도이다. 도 4를 참고하면, 연장노즐(120)은 롱노즐(110)의 일단에 결합 용이하도록 용융금속이 하강하는 방향으로 절단되는 두 개 이상의 연장부(122)로 구성될 수 있다. 두 개 이상의 연장부(122)를 통해서 롱노즐(110) 일단의 외경에 가이드 홈(121)과 가이드 돌기(111)가 대응되도록 결합하여 사용할 수 있다. 이렇게 결합하여 사용하는 연장노즐(120)의 재질은 용융금속에 비해서 밀도가 낮은 것은 어떤 것도 사용될 수 있으며 특히 용융금속의 높은 온도에도 산화되지 않을 만한 재질일 수 있다. 그 종류에는 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 세라크 울 재질이 사용될 수 있다.

연장노즐(120)이 용융금속에 비해서 낮은 밀도로 구성됨에 따라서 용융금속이 하부 저장소에 차오르면서 연장노즐(120)에는 부력이 생기고 부력이 연장노즐(120)의 중력보다 커지면서 연장노즐(120)은 롱노즐(110)과 슬라이딩 운동을 함과 동시에 상승할 수 있다.

또한, 연장부(122)가 롱노즐(110)의 외경에서 결합되기 쉽게 하기 위해서 연장부(122)끼리 결합이 용이하도록 하는 연결부(123)가 마련될 수 있다. 이러한 연결부(123)의 형태로는 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 끼움 형식으로 연장부(122)끼리 연결이 가능하게 할 수 있다. 또는, 자성을 이용하여 연결할 수도 있으며 이러한 연결부(123) 구성으로 인하여 연장부(122)를 롱노즐(110)로부터 쉽게 탈부착이 가능하게 되어 부품의 교체 및 수리가 용이할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치(100)가 작동하는 모습을 나타내기 위한 측단면도이다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐 장치는 평상시에 롱노즐(110)과 연장노즐(120)이 연결된 상태로 길게 늘어져있는 형상으로 되어있을 수 있다. 이는 중력에 의하여 연장노즐(120)이 아래도 떨어지려는 경향이 있기 때문이며 가이드 홈(121)의 상부 끝부분과 가이드 돌기(111)의 상부 끝부분이 서로 맞닿은 상태로 되어 연장노즐(120)이 롱노즐(110)로부터 완전하게 떨어져 나가는 것을 방지할 수 있다.

도 6을 참고하면, 상부 저장소(미도시)로부터 롱노즐(110)을 따라서 용융금속(2)이 하부 저장소(1)로 내려오게 되고 내려오는 초기에는 롱노즐(110)에서 연장되어 있는 연장노즐(120) 역시 노즐의 역할을 수행할 수 있다. 이 결과 노즐과 하부 저장소(2)의 바닥과의 높이차가 작을 수 있으며 그 결과, 용융금속(2)이 하부 저장소(1)의 바닥으로 떨어지면서 발생하는 비산 및 와류현상을 방지하고 용융금속(2)이 공기와 접촉하여 발생할 수 있는 재산화 현상도 줄임으로써, 품질 결함을 최소화할 수 있다.

이 후 용융금속(2)이 점차적으로 하부 저장소(1)에 축적됨에 따라서 용융금속(2)의 축적 높이가 높아지면 연장노즐(120)의 말단부분은 용융금속(2)에 잠기기 시작한다. 이 때, 용융금속(2)의 밀도는 연장노즐(120)보다 상대적으로 클 수 있기 때문에 연장노즐(120)에는 부력이 발생하며 이 부력이 연장노즐(120)의 중력보다 커지는 시점 이후부터는 연장노즐(120)의 상승할 수 있다. 이렇게 연장노즐(120)이 상승함에 따라서 연장노즐(120)이 용융금속(2)과 맞닿는 영역이 최소화 될 수 있으며 이에 따라서 용융금속(2)의 고온에 의하여 연장노즐(120)이 산화되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있을 수 있다. 이 때, 가이드 홈(121)의 하부 끝부분과 가이드 돌기(111)의 하부 끝부분이 서로 맞닿는 상태까지 연장노즐(120)이 상승할 수 있으며 더이상의 상승을 방지하여 용융금속(2)이 롱노즐(110)의 외경 표면에 직접 닿거나 롱노즐(110)과 연장노즐(120)의 사이로 용융금속(2)이 새어 들어가는 것을 방지할 수 있다.

1: 하부 저장소 2: 용융금속
100: 노즐 장치 110: 롱노즐
111: 가이드 돌기 120: 연장노즐
121: 가이드 홈 122: 연장부
123: 연결부

Claims

용융금속이 유동하는 노즐 장치에 있어서,
상기 노즐 장치는 상기 용융금속이 내려가는 방향으로 상기 용융금속을 가이드하는 롱노즐; 및
상기 롱노즐의 일단에서 상기 노즐 장치의 길이를 조절 가능하게 마련되는 연장노즐;을 포함하는 용융금속 토출용 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 롱노즐과 상기 연장노즐은 상호 슬라이딩 가능하도록 마련되며,
상기 롱노즐과 상기 연장노즐에는 각각 가이드 돌기 또는 가이드 홈이 서로 대응되도록 마련되는 용융금속 토출용 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 연장노즐은 상기 용융금속보다 낮은 밀도를 가지는 재질로 구성된 용융금속 토출용 노즐 장치.
제1항에 있어서,
상기 연장노즐은 상기 롱노즐의 외경에서 결합이 가능하도록, 상기 용융금속이 내려가는 방향으로 절단되는, 두 개 이상의 연장부로 구성되는 용융금속 토출용 노즐 장치.
제3항에 있어서,
상기 연장부는 상기 연장부끼리 결합 가능하도록 마련되는 연결부를 포함하는 용융금속 토출용 노즐 장치.