KR20160025853A - 노즐 예열장치 및 예열방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐 예열장치 및 예열방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융금속을 담는 용기의 이동시에도 노즐을 예열할 수 있는 노즐 예열장치 및 예열방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열장치는 용융금속을 담는 용기의 외측에 장착되는 열공급부; 상기 용기의 배출구에 연결된 노즐을 향해 전후진 가능하며, 상기 노즐을 예열하는 예열부; 및 상기 열공급부와 상기 예열부 사이에서 이들을 연결하고, 상기 예열부를 이동시키는 동작기를 구비하는 연결부를 포함한다.

Description

노즐 예열장치 및 예열방법 {Apparatus for preheating a nozzle and Method for preheating a nozzle}

본 발명은 노즐 예열장치 및 예열방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융금속을 담는 용기의 이동시에도 노즐을 예열할 수 있는 노즐 예열장치 및 예열방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조설비는 제강로에서 생산되어 레이들로 이송된 용강을 턴디쉬에 받았다가 주형으로 공급함으로써 주편을 연속적으로 주조하여 생산하는 설비이다. 여기서, 레이들로부터 턴디쉬로 공급된 용강은 턴디쉬 하부에 설치되는 침지노즐을 통해 주형 내부로 주입되게 된다. 이때, 침지노즐로 고온의 용강이 통과하면서 침지노즐과 용강의 온도차로 인해 침지노즐이 용손되거나 통과되는 용강의 열손실이 발생한다.

이러한 문제를 해결하고자, 한국공개특허 제10-2011-0109191호(2011.10.06), 한국등록특허 제10-1249052호(2013.03.25), 한국등록특허 제10-1121572호(2012.02.22) 등에 침지노즐을 미리 예열한 후 사용하는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 방법도 침지노즐을 예열한 후 주조 위치로 이동하면서 예열된 침지노즐의 온도가 다시 내려가게 되어 주조초기 침지노즐의 막힘, 용강주입 처리시간의 지연 및 침지노즐의 크랙(crack) 발생의 원인이 되어 왔으며, 이로 인한 생산력 저하 및 주편품질에 많은 영향을 미쳐왔다.

한국공개특허공보 제10-2011-0109191호 한국등록특허공보 제10-1249052호 한국등록특허공보 제10-1121572호

본 발명은 노즐이 공정 위치까지 이동할 때에도 노즐을 지속적으로 예열할 수 있는 노즐 예열장치 및 예열방법을 제공한다.

본 발명의 실시예들에 따른 노즐 예열장치는 용융금속을 담는 용기의 배출구에 연결된 노즐을 예열하는 장치에 있어서, 상기 용기의 외측에 장착되는 열공급부; 상기 노즐을 향해 전후진 가능하며, 상기 노즐을 예열하는 예열부; 및 상기 열공급부와 상기 예열부 사이에서 이들을 연결하고, 상기 예열부를 이동시키는 동작기를 구비하는 연결부를 포함한다.

상기 열공급부는 상기 용기의 외측벽에 고정된 제 1 고정부재와 상기 제 1 고정부재에 연결 고정되고 내부에 공간이 형성된 하우징과 상기 하우징 내에 위치하는 가스 공급원과 상기 가스 공급원과 연결되고, 상기 하우징 외측으로 노출되는 연결관을 포함할 수 있다.

상기 연결관에는 상기 연결관을 개방 폐쇄하는 밸브, 연결관의 압력을 측정하는 압력 측정기가 설치될 수 있고, 상기 밸브와 상기 압력 측정기 사이의 상기 연결관에는 화염이 상기 가스 공급원으로 역화해서 폭발하는 것을 방지하는 역화 방지기가 설치될 수 있다.

상기 연결부는 상기 열공급부와 상기 예열부를 연결하고, 상기 열공급부로부터 공급되는 가스를 상기 예열부에 전달하는 연결 배관과 상기 용기의 외측벽에 고정되고, 상기 연결 배관을 지지하는 제 2 고정부재를 포함할 수 있다.

상기 연결 배관은 상기 용기의 측벽을 따라 연장되는 제 1 배관과 상기 제 1 배관에서 절곡되어 상기 노즐을 향해 연장되는 제 2 배관을 포함할 수 있고, 적어도 일부에 신축 가능한 주름관 및 가요성을 가지는 플렉서블관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 동작기는 상기 제 2 배관의 연장 방향으로 연장 형성되는 동작바를 구비하고, 상기 동작바의 일단은 상기 예열부과 연결되고, 상기 동작바의 타단에는 손잡이가 구비될 수 있다.

상기 제 2 고정부재는 상기 연결 배관이 통과할 수 있도록 일부분이 개방되고, 탄성력에 의해 상기 연결 배관의 단면 방향 둘레의 반 이상을 감싸도록 형성될 수 있다.

상기 예열부는 상기 노즐을 향하여 가스를 분사하는 적어도 하나의 분사홀을 구비하고 상기 연결부와 연결되는 예열 커버를 포함할 수 있다.

상기 예열 커버는 상기 노즐이 연장되는 방향으로 연장 형성되며 가스 통로를 구비하는 예열 몸체와 상기 예열 몸체의 일면에 형성되는 상기 분사홀과 상기 예열 몸체의 타면에 형성되어 상기 연결부와 연결되는 연결홀을 포함할 수 있다.

상기 예열부는 상기 노즐의 적어도 일부를 수용하도록 개방된 내부 공간을 구비하는 예열 몸체와 상기 예열 몸체를 관통하며 상기 연결부와 연결되는 관통홀을 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 노즐 예열방법은 용융금속을 담는 용기에 연결된 노즐을 예열하는 과정; 노즐 예열장치의 예열부가 상기 노즐에 접하도록 노즐 예열장치를 상기 용기에 장착하는 과정; 상기 용기를 공정 위치까지 이동하면서 상기 노즐을 추가 예열하는 과정; 및 공정 진행 전에 상기 예열부를 상기 노즐에서 이격시키는 과정을 포함한다.

상기 노즐을 예열하는 과정은 상기 용기의 예열시 상기 용기를 예열하는 화염이 상측으로부터 상기 노즐을 향하여 분사되는 과정을 포함할 수 있다.

상기 노즐을 추가 예열하는 과정은 상기 용기의 이동시 상기 예열부로부터 측방향에서 상기 노즐을 향하여 화염을 분사하는 과정을 포함할 수 있으며, 상기 예열부가 상기 노즐의 내부 및 외부 중 적어도 한 영역으로 화염을 분사하는 과정을 포함할 수 있고, 기 예열된 상기 노즐의 온도에 의해 상기 예열부에서 분사되는 가스를 점화시키는 과정을 포함할 있다.

상기 용기는 턴디쉬를 포함하고, 상기 노즐은 침지 노즐을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 노즐 예열장치 및 예열방법에서는 노즐 예열장치를 용융금속을 담는 용기에 장착하여 노즐을 예열하기 때문에, 공정 위치(예를 들면 주조 위치)로 용기를 이동시에도 지속적으로 노즐을 예열할 수 있다.

이에 용기를 공정 위치로 이동시, 노즐의 온도가 내려가는 것을 방지할 수 있으므로, 공정 초기 노즐의 막힘, 용융금속주입 처리시간의 지연 및 노즐의 크랙을 방지하거나 억제할 수 있다. 이로 인해 연속주조설비의 생산력 향상 및 주편의 품질 안정을 가져올 수도 있다. 그리고 노즐의 온도 하락에 따른 용기의 온도 하락도 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 노즐 예열장치는 노즐을 예열할 때 사용하는 가스 공급원을 용이하게 교체 사용할 수 있으며, 역화를 방지할 수 있도록 역화 방지기가 설치되어 있고, 주조 작업을 하지 않을 때에는 수시로 취외할 수 있도록 제작되어 안전성을 향상시킬 수 있다.

노즐 예열장치는 동작기를 이용하여 노즐을 향해 예열부를 움직일 수 있어 예열부를 노즐에 장착하거나 노즐에서 분리이격하기 용이하고, 연결 배관으로 플렉서블관을 사용함으로써 동작기에 의한 예열부의 이동시 연결 배관에 무리를 주지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 예열부의 화염분사방식을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열공정을 순서적으로 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예열 커버의 변형예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 예열방법을 설명하기 위한 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열장치를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열장치는 용융금속을 담는 용기(140)의 외측에 장착되는 열공급부(110); 용기(140)의 배출구에 연결된 노즐(150)을 향해 전후진 가능하며, 노즐(150)을 예열하는 예열부(120); 및 열공급부(110)와 예열부(120) 사이에서 이들을 연결하고, 예열부(120)를 이동시키는 동작기(131)를 구비하는 연결부(130)를 포함한다.

여기서, 노즐 예열장치를 연속주조설비에 적용한 것을 예시적으로 설명한다. 이에 용기(140)는 턴디쉬를 예를 들어 설명하고, 노즐(150)은 침지노즐을 예를 들어 설명한다.

열공급부(110)는 노즐(150)을 예열할 수 있도록 예열부(120)에 열을 직접 공급하거나 예열에 필요한 연료를 공급하는 역할을 하며, 제 1 고정부재(111), 하우징(112), 가스 공급원(113) 및 연결관(114)을 포함할 수 있다.

제 1 고정부재(111)는 적어도 하나 이상으로 구성되며, 일단은 용기(140)의 외측벽에 고정되고 외측벽에서 멀어지는 방향으로 연장되어 타단이 하우징(112)과 연결된다. 예를 들면, 제 1 고정부재(111)는 용기의 외측벽에 고정되어 돌출된 바(bar) 형상의 부재일 수 있다. 제 1 고정부재(111)는 하우징(112)을 용기(140)에 고정시키는 역할을 하며, 하우징(112)과 가스 공급원(113)의 무게를 견딜 수 있도록 금속 등의 단단한 소재로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 고정부재(111)는 용융금속의 온도와 용기(140)의 예열온도 등의 높은 주변 온도에 의해 변형되지 않도록 열에 강한 내열성 소재를 포함할 수 있다.

하우징(112)은 가스 공급원(113)을 수용하고, 외부 충격이나 열로부터 가스 공급원(113)을 보호하며, 용기(140)를 향하는 측면이 제 1 고정부재(111)와 연결되어 고정된다. 하우징(112)은 평평한 바닥면을 포함하고, 바닥면의 둘레에 바닥면으로부터 수직 방향으로 측면이 연장 형성된다. 상부에는 덮개판을 설치할 수 있다. 예를 들면, 하우징(112)은 내부 공간을 포함하는 박스 형상이나 원통 형상일 수 있다. 하우징(112)의 내부는 가스 공급원(113)을 수용할 수 있는 공간이 구비되고, 하우징(112)의 바닥면에는 연결관(114)이 설치될 수 있다. 또한, 하우징(112)의 크기와 모양은 가스 공급원(113)이 수용될 수 있으면 족하고, 그 재료는 고온의 열에 의한 폭발의 위험이 있는 가스 공급원(113)을 보호하기 위해 단열재료를 사용할 수 있다.

가스 공급원(113)은 열을 발생시키는데 이용할 가스를 저장하고, 가스를 연결관(114)을 통해 예열부(120)로 공급하는 역할을 한다. 가스 공급원(113)은 설치와 이동이 용이하고, 수시로 교체할 수 있는 가스 용기를 사용할 수 있다. 예를 들면, 가스 용기는 소형의 가스통일 수 있다. 이때, 가스 용기의 교체가 용이하도록 하우징(112)의 일면을 개방 형성하거나, 열고 닫을 수 있는 덮개를 설치할 수 있다.

연결관(114)은 하우징(112)의 바닥면을 관통하는 파이프 형상으로, 하우징(112)의 내측으로 돌출된 일측은 가스 공급원(113)과 연결되고 하우징(112)의 외측으로 돌출된 타측은 연결부(130)와 연결될 수 있다. 연결관(114)에는 연결부(130)로 가스를 공급하거나 연결부(130)로 가스가 공급되는 것을 차단할 수 있도록 연결관(114)을 개방 또는 폐쇄할 수 있는 적어도 하나 이상의 밸브(115)를 설치할 수 있다. 밸브(115)는 연결관(114)을 개방하거나 폐쇄하여 연결부(130)로 유입되는 가스의 양을 조절하거나 예열 작업을 하지 않을 때 가스를 차단하는 역할을 하며, 가스 공급원(113)에 접하여 설치할 수 있다. 밸브(155)를 가스 공급원(113)에 접하여 설치하는 이유는 밸브(155)가 가스 공급원(113)으로부터 멀리 위치하면 가스 공급원(113)과 밸브(115) 사이의 연결관(114)에 잔류 가스가 남게 되어 가스 공급원(113)의 교체시 가스가 누출될 수 있기 때문이다. 또한, 연결관(114)에는 통과하는 가스의 양에 따라 변화되는 연결관(114) 내의 압력을 측정할 수 있는 압력 측정기(116)도 설치할 수 있다. 압력 측정기(116)는 밸브(115)에서 조절된 가스의 양을 파악할 수 있도록 밸브(115)의 하단에 설치하는데, 압력 측정기(116)에 표시되는 압력 게이지를 통해 공급되는 가스의 양을 알 수 있다. 또한, 가스를 모두 사용하였을 경우, 압력 게이지가 가스가 차단되었을 때와 동일하게 되어 가스의 소진 여부도 알 수 있다. 이에 밸브(115) 및 압력 측정기(116)를 이용하면 공급하는 가스량을 정량적으로 조절할 수 있다.

그리고 밸브(115)와 압력 측정기(116) 사이의 연결관(114)에는 화염이 가스 공급원(113)으로 역화해서 폭발이 일어나는 것을 방지할 수 있는 역화 방지기(117)를 설치할 수도 있다. 역화 방지기(117)는 분사홀(121)이 막히거나 과열되어 화염이 분사홀(121)에서 역행하였을 때 가스 공급원(113)으로 화염이 전해지는 것을 방지하는 역할을 하며, 연결부(130)에도 더 설치할 수 있다. 역화 방지기(117)의 작동 방식은 기본적으로 우회로방식, 충전물질 방식, 구형(球形)밸브방식의 3가지 방식이 있고, 본 발명에서는 이 중에서 우회로방식이 사용될 수 있다.

연결부(130)는 열공급부(110)와 예열부(120) 사이에서 열공급부(110)로부터 공급된 가스를 예열부(120)에 전달하고 동작기(131)를 통해 예열부(120)를 이동시키며, 연결 배관(132)과 제 2 고정부재(133)를 포함할 수 있다.

연결 배관(132)은 내부에 통로가 있는 긴 파이프 형상으로, 열공급부(110)와 예열부(120)를 연결하여 열공급부(110)로부터 공급되는 가스를 예열부(120)에 전달하며, 일단은 열공급부(110)의 연결관(114)과 연결되고 타단은 예열부(120)와 연결된다. 또한, 연결 배관(132)은 용기(140)의 측벽을 따라 연장되는 제 1 배관(132a)과 제 1 배관(132a)에서 절곡되어 노즐(150)을 향해 연장되는 제 2 배관(132b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 배관(132a)과 제 2 배관(132b)은 위치적으로 제 1 배관(132a)과 제 2 배관(132b)으로 나누거나 동일재질 또는 상이한 재질로 된 두 개의 배관(제 1 배관 및 제 2 배관)을 연결부재를 이용하여 연결함으로써 연결 배관(132)을 형성할 수도 있다. 이때, 연결부재는 제 1 배관(132a)을 축으로 제 2 배관(132b)이 회전가능하도록 연결하는 부재를 사용할 수 있다. 그리고 연결 배관(132)을 절곡시킬 때 ‘ㄱ’자 관을 사용하여 절곡시키거나 플렉서블관을 사용하여 절곡되게 할 수 있는데, 그 방법에 특별한 제한은 없다. 또한, 연결 배관(132)은 적어도 일부 영역을 가요성을 가지는 플렉서블관으로 형성할 수 있다. 이와 같이 연결 배관(132)을 플렉서블관으로 형성하면 동작기(131)로 예열부(120)를 이동시킬 때 예열부(120)와 연결된 연결 배관(132)에 무리한 힘이 가해지지 않는다. 한편, 연결 배관(132)은 적어도 일부에 신축 가능한 주름관(134)을 포함할 수도 있는데, 이러한 주름관(134)을 사용하면 배관을 따라 연장되는 방향으로 움직이기 용이하기 때문에 상하 수직으로 이동하여야 하는 예열부(120)에 적용할 수 있다. 또한, 연결 배관(132)은 높은 주변 온도에 잘 견딜 수 있도록 그 재료에 있어서 열에 강한 내열성 소재를 이용하는 것이 바람직하다.

동작기(131)는 제 2 배관(132b)의 연장 방향으로 연장 형성되는 동작바를 구비하고, 동작바의 일단은 예열부(120)와 연결되며, 동작바의 타단에는 손잡이가 구비될 수 있다. 동작바는 잡아당기는 힘 또는 미는 힘이 예열부(120)로 잘 전달될 수 있도록 스틸과 같이 딱딱한 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 손잡이는 동작바에 의해 전도된 고온의 열로부터 작업자를 보호하기 위해 단열소재를 사용하는 것이 좋다.

또한, 동작기(131)와 제 2 배관(132b)은 서로 이격 또는 밀착되어 나란하게 예열부(120)에 연결되거나 관통형성된 동작바를 사용하여 동작바에 제 2 배관(132b)을 삽입함으로 예열부(120)의 동일한 곳에 연결될 수 있다. 제 2 배관(132b)을 스틸과 같이 딱딱한 소재로 형성한 후 제 2 배관(132b)에 동작기(131)를 연결함으로써 동작기(131)로 예열부(120)를 움직일 수 있도록 할 수도 있다.

제 2 고정부재(133)는 연결 배관(132)을 지지하는 역할을 하며, 적어도 하나 이상으로 구성되고 탄성을 가질 수 있다. 또한, 제 2 고정부재(133)는 일단이 용기(140)의 외측벽에 고정되고, 용기에서 멀어지는 방향으로 연장 형성될 수 있다. 그리고 제 2 고정부재(133)의 타단은 연결 배관(132)이 통과할 수 있도록 일부분이 개방되고, 탄성력에 의해 연결 배관(132)의 단면 방향 둘레의 반 이상을 감싸도록 Ω, Ｃ 등의 모양으로 형성될 수 있는데, 그 모양에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 제 2 고정부재(133)가 연결 배관(132)을 지지하는 원리를 자세히 살펴보면, 연결 배관(132)의 폭보다 좁게 제 2 고정부재(133)의 일부분을 개방 형성한 후 연결 배관(132)을 개방된 부분으로 삽입하면 탄성력에 의해 개방된 부분의 폭이 넓어져서 연결 배관(132)이 통과하게 되고, 연결 배관(132)이 통과된 후 탄성력에 의해 개방된 부분의 폭과 넓어진 다른 부분들이 원래대로 좁아져서 연결 배관(132)의 단면 방향 둘레의 반 이상을 감싸므로 연결 배관(132)을 지지할 수 있게 된다. 이러한 원리를 응용하면 반대 방향으로 힘을 가해 연결 배관(132)을 제 2 고정부재(133)의 개방된 부분으로 빼낼 수 있어 쉽게 분리도 가능하게 된다.

예열부(120)는 용기(140)의 이동시 노즐(150)을 예열하는 역할을 하며, 연결부(130)와 연결되는 예열 커버(122)를 포함할 수 있다.

예열 커버(122)는 노즐(150)의 적어도 일부를 감싸 예열하는 역할을 하며, 철피에 글라스울(유리면)을 보충재로 사용하여 제조할 수 있다. 또한, 예열 커버(122)의 크기는 노즐(150)의 모양에 따라 노즐(150) 둘레의 1/3 내지 반 정도 감쌀 수 있도록 형성할 수 있고, 노즐(150)을 향하여 가스를 분사하는 적어도 하나 이상의 분사홀(121)이 구비될 수 있다. 한편, 분사홀(121)은 노즐(150)의 토출구(151)에 대응하는 높이에 구비될 수 있는데, 이러한 경우 노즐(150)의 내부를 예열할 수도 있다.

예열 커버(122)는 다양한 형상으로 제조될 수 있으며, 연결부(130)와 연결되고 가스를 공급받는 연결홀(123), 연결홀(123)과 연결되는 가스 통로, 가스 통로와 연결되어 가스를 노즐(150)에 분사하는 분사홀(121)을 구비하며, 이들을 소정부재(예를 들면 예열 몸체)에 형성할 수 있다.

예열 몸체는 노즐(150)이 연장되는 방향으로 연장되는 세로폭과 연결부(130)를 중심으로 노즐(150)의 둘레를 따라 양측으로 연장되는 가로폭을 가지는 소정 두께의 판 형상으로 제조될 수 있다. 예열 몸체는 노즐(122)의 외면을 따라 연장되는 형상으로 제조될 수 있고, 곡면을 포함할 수도 있다. 예열 몸체는 노즐(150)의 길이에 따라 세로폭을 다르게 형성할 수 있고, 연결홀(123)을 통해 들어온 가스가 이동할 수 있도록 가스 통로를 구비할 수 있다. 예열 몸체는 연결부(130)에서 전달된 가스가 연결홀(123)로 들어오면 유입된 가스를 가스 통로를 통해 분사홀(121)로 이동시키며, 복수의 분사홀(121)을 구비한 경우에는 유입된 가스를 분배하는 역할도 한다. 분사홀(121)은 예열 몸체에 유입된 가스가 외부로 분사되는 곳으로, 예열 몸체의 노즐(150)을 향하는 일면에 형성될 수 있고, 분사방식에 따라 그 개수와 위치를 다르게 할 수 있는데, 자세한 설명은 후술하도록 한다. 연결홀(123)은 연결부(130)와 연결되어 연결부(130)를 통해 전달되는 가스가 예열 몸체로 유입되는 곳으로, 예열 몸체의 분사홀(121)이 형성된 면과 대향하는 타면에 형성될 수 있다. 연결홀(123)은 분사홀(121)이 다수일 경우에는 유입된 가스가 각 분사홀(121)에 고르게 분배될 수 있도록 예열 몸체의 중앙에 위치하거나 노즐(150)의 내부를 예열하기 위해 노즐(150)의 토출구(151)에 대응하도록 위치할 수 있다.

한편, 분사홀(121)에서 분사되는 가스는 기 예열된 노즐(150)의 높은 온도에 의해 별도의 점화장치 없이 점화될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 예열부의 화염분사방식을 나타내는 단면도로, 도 2(a)는 노즐의 내·외부 모두 예열하는 화염분사방식이고, 도 2(b)는 노즐의 외부만을 예열하는 화염분사방식이며, 도 2(c)는 노즐의 내부만을 예열하는 화염분사방식이다.

도 2를 참조하면, 예열부(120)는 노즐(150)의 내부 또는 외부만 예열하거나 노즐(150)의 내·외부를 모두 예열할 수 있다.

도 2(a)는 노즐(150)의 내·외부 모두 예열하는 화염분사방식으로, 노즐(150)의 토출구(151)에 대응하는 위치에 분사홀(121)이 형성된 판 형상의 예열 커버(122)가 사용된다. 여기서, 노즐(150)의 내부는 예열 커버(122)의 분사홀(121)이 노즐(150)의 토출구(151)에 대응되어 화염이 직접 노즐(150)의 토출구(151)로 유입되거나 화염에 의해 데워진 공기가 노즐(150)의 토출구(151)로 유입됨으로써 예열된다. 그리고 노즐(150)의 외부는 예열 커버(122)를 일정 간격 이격시켜 배치함으로써 노즐(150)과 예열 커버(122) 사이의 공기 통로로 화염이나 데워진 공기가 노즐(150)의 외측벽을 따라 이동하여 예열된다.

도 2(b)는 노즐(150)의 외부를 예열하는 화염분사방식으로, 예열 몸체의 내부에 가스 통로를 구비하며 다수의 분사홀(121)이 형성된 예열 커버(122)가 사용된다. 이러한 예열 커버(122)는 예열 몸체의 내부에서 가스가 분배되어 다수의 분사홀(121)로 가스를 분사할 수 있기 때문에 노즐(150) 외부의 넓은 영역을 예열할 수 있다. 한편, 다수의 분사홀(121)이 형성된 예열 커버(122)를 사용하는 경우에도 적어도 하나 이상의 분사홀(121)을 노즐(150)의 토출구(151)에 대응하도록 위치시켜 내부까지 예열할 수도 있다.

도 2(c)는 노즐(150)의 내부를 예열하는 화염분사방식으로, 예열 몸체 없이 제 2 배관(132b)의 분사홀(121)을 직접 노즐(150)의 토출구(151)에 위치시켜 노즐(150)의 내부를 예열한다. 이러한 경우, 노즐(150)의 내부를 확실하게 예열할 수 있다. 한편, 노즐(150)의 내부를 예열하는 경우에도 도 2(a)와 같은 예열 몸체를 사용할 수 있는데, 예열 몸체를 이격시키지 않고 노즐(150)에 밀착시켜 노즐(150)의 내부만을 예열할 수 있다. 이렇게 하면, 예열 커버(122)가 노즐(150)의 외측벽 일부를 감싸 상온의 외부공기를 차단함으로써 노즐(150)의 외부도 보온될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노즐 예열공정을 순서적으로 도시한 단면도로, 도 3a는 일반적인 노즐 커버로 노즐을 본 예열하는 공정, 도 3b는 용융금속을 담는 용기에 노즐 예열장치를 장착하는 공정, 도 3c는 용융금속을 담는 용기가 공정위치로 이동하는 공정이며, 도 3d는 예열부를 노즐에서 이격시키는 공정이고, 도 3e는 동작기를 이용하여 예열부를 회전시키는 공정이다.

여기에서는 연속주조장치에서 주조공정을 수행하는 경우를 예시적으로 설명한다.

도 3a와 같이, 먼저 노즐 커버(320)를 사용하여 본 예열을 한다. 본 예열은 용융금속을 담는 용기(140, 턴디쉬)의 하부에 노즐(150)을 설치한 상태에서 외부 버너를 이용하여 예열하거나 용기(140)를 예열할 때 사용하는 용융금속용 용기 예열장치(310)의 예열 불꽃을 이용하여 예열하는 방법이 주로 사용된다. 도 3a는 이 중에서 용융금속용 용기 예열장치(310)의 예열 불꽃을 이용하는 방법을 도시한 그림이다. 용기 예열장치(310)의 예열 불꽃을 이용하는 방법은 노즐 커버(320)로 노즐(150)을 외부와 차단시켜 용기 예열장치(310)의 예열 불꽃으로 노즐(150)의 내부를 가열하고, 노즐(150)의 토출구(151)를 통해 배출되는 고열이 노즐(150)의 외측벽과 노즐 커버(320)가 이격되어 만들어진 공기통로를 통하여 노즐(150)의 외부를 가열함으로써 노즐(150)을 최대한 균일하게 예열할 수 있다.

다음으로, 도 3b와 같이 용기(140)에 노즐 예열장치를 장착한다. 노즐 예열장치는 연결 배관(132)의 제 1 배관(132a)이 용기(140)의 외측벽에 고정된 제 2 고정부재(133)에 삽입됨으로써 용기(140)에 지지될 수 있다. 이때, 예열부(120)는 노즐(150)에 접하고, 예열부(120)의 분사홀(121)은 노즐(150)을 향하도록 할 수 있다. 노즐 예열장치의 장착 방법을 살펴보면, 용기(140)에 고정된 하우징(112)에 연결관(114)을 설치하고 연결관(114)에 연결 배관(132)을 연결한다. 연결관(114)에는 밸브(115), 압력 측정기(116) 및 역화 방지기(117)를 포함할 수 있다. 다음으로, 동작기(131)와 결속된 예열부(120)에 연결 배관(132)의 제 2 배관(132b)을 연결한다. 그 다음 연결 배관(132)의 제 1 배관(132a)을 용기(140)의 외측벽에 고정된 제 2 고정부재(133)에 지지될 수 있도록 삽입한다. 이때, 동작기(131)의 동작바가 기울어지지 않고 수평을 유지하는데 도움이 되도록 용기(140)의 하부에 동작기(131)의 동작바를 걸 수 있는 부재를 만들어 동작기(131)의 동작바를 걸어 놓을 수 있다. 그리고 용기(140)의 하면에 제 2 고정부재(133)와 같은 형상의 부재를 설치한 후 동작기(131)의 동작바를 상기 부재에 삽입함으로써 동작기(131)의 동작바가 지지되도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는 동작기(131)의 동작바를 예열부(120)의 상단에 위치하게 할 수 있다. 마지막으로, 가스 공급원(113)을 하우징(112)에 삽입하여 연결관(114)과 연결하고, 밸브(115)를 개방하여 예열을 시작한다. 이외의 다양한 방식으로 노즐 예열장치를 주조 설비에 장착할 수 있다.

그리고 용기(140)를 공정 위치까지 이동하면서 노즐 예열장치로 노즐을 추가 예열한다. 도 3c를 참조하면, 용융금속(331) 즉, 용강이 담긴 레이들(330)이 상부에 위치하고 주형(340)이 하부에 위치하는 주조 위치로 턴디쉬(140)를 이동시킨다. 종래의 침지노즐 예열장치는 본 예열시에만 사용되고, 턴디쉬(140)가 주조 위치로 이동하기 전에 제거되었다. 이로 인해, 턴디쉬(140)가 주조 위치까지 이동시 침지노즐의 온도 하락이 발생하는 문제가 있었지만, 본 발명의 노즐 예열장치는 주조 위치까지 이동시에도 지속적인 예열이 가능하여 침지노즐의 온도 하락을 방지하거나 억제할 수 있다.

또한, 공정 위치에 도착 후 공정 진행 직전(주조 직전)에 예열부(120)를 노즐(150)에서 이격시킨다. 도 3d와 같이, 노즐(150)이 용융금속(331)을 토출시킬 수 있도록 동작기(131)를 당겨 제 1 배관(132a)을 제 2 고정부재(133)에서 분리시킴으로써 토출구(151)를 막고 있는 예열부(120)를 노즐(150)로부터 이격시킨다.

이때, 토출구(151)가 있는 노즐(150)의 하단이 용융금속(331)을 주입할 주형(340)에 수용될 수 있도록 예열부(120)를 노즐(150)로부터 최대한 이격시키는 것이 필요하다. 이를 위해 본 발명에서는 도 3e와 같이 동작기(131)를 이용하여 제 1 배관(132a)을 축으로 예열부(120)를 회전시킬 수 있다.

한편, 상기와 같은 공정에서 노즐 예열장치는 사람이 직접 동작할 수도 있고, 모터와 같은 기계장치를 설치하여 자동화 설비로 작동시킬 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예열 커버의 변형예를 나타낸 단면도로, 도 4(a)는 예열 커버가 노즐에 결합된 상태, 도 4(b)는 예열 커버를 아래로 내림으로 노즐로부터 제거한 상태이며, 도 4(c)는 동작기로 예열 커버를 회전시킴으로 노즐로부터 이격시킨 상태이고, 도 4(d)는 예열 커버를 다시 위로 올려 고정한 상태이다.

도 4를 참조하면, 예열부(120)는 노즐(150)의 적어도 일부를 수용하도록 개방된 내부 공간을 구비하는 예열 몸체와 예열 몸체를 관통하며 연결부(130)와 연결되는 관통홀(124)을 구비하는 예열 커버(122)를 포함할 수 있다.

예열 커버(122)는 개방된 상면을 통해 노즐(150)을 아래서 위로 예열 몸체의 내부 공간에 수용하며, 노즐(150)을 완전히 감쌀 수도 있다. 이러한 예열 커버(122)는 본 예열시에도 사용이 가능하여 본 예열하는 장비를 제거한 후 노즐 예열장치를 장착해야 하는 번거로움 없이 추가 예열뿐만 아니라 본 예열까지 상기 예열 커버(122)로 모두 할 수 있다.

예열 커버(122)를 사용하여 본 예열을 하는 경우 관통홀(124)을 막을 수 있는 장치를 마련하거나 관통홀(124)에서도 화염을 분사하여 함께 노즐(150)을 예열할 수 있다. 그러나, 중복 예열로 인한 에너지 낭비를 방지하고자 본 예열시에는 관통홀(124)을 막고 본 예열을 하는 것이 바람직하다.

그리고 예열 커버(122)를 아래로 제거할 수 있도록 연결 배관(132)의 적어도 일부에 신축 가능한 주름관(134)을 사용할 수 있다. 또한, 주름관(134)이 예열 커버(122), 동작기(131) 등의 하부 무게에 의해 아래로 처지는 것을 방지하기 위해 연결 배관(132)에 제 1 고리부재(135) 및 제 2 고리부재(136)를 형성하고 제 1 고리부재(135) 및 제 2 고리부재(136)를 걸 수 있도록 제 2 고정부재(133)의 일측을 ∪, ‘ㄷ’자 등의 고리 모양으로 형성할 수 있다.

제 1 고리부재(135)는 노즐(150)이 예열 커버(122)에 수용된 상태로 유지될 수 있도록 제 2 고정부재(133)에 걸려 주름관(134)의 길이를 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 연결 배관(132)의 주름관(134) 아래 부분에 형성된다. 제 1 고리부재(135)의 모양은 연결 배관(132)에서 예열 커버(122) 방향으로 역‘ㄴ’자로 돌출되고, 상단에는 반원 모양의 형상에 예열 커버(122)의 왼쪽 방향으로 연장되는 고리가 형성될 수 있다.

제 2 고리부재(136)는 노즐(150)에서 예열 커버(122)가 분리된 후 예열 커버(122)가 안전하게 고정될 수 있도록 제 2 고정부재(133)에 걸려 주름관(134)의 길이를 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 연결 배관(132)의 제 1 고리부재(135) 바로 아래에 형성된다. 제 2 고리부재(136)의 모양은 연결 배관(132)에서 예열 커버(122)의 왼쪽 방향으로 역‘ㄴ’자로 돌출되고, 상단에는 반원 모양의 형상에 예열 커버(122)의 반대 방향으로 고리가 형성될 수 있다.

예열 커버(122)의 결합 및 분리를 다시 한번 살펴보면, 먼저 노즐(150)이 예열 커버(122)에 수용된 상태로 제 1 고리부재(135)가 제 2 고정부재(133)에 걸려 결합된다(도 4a). 그리고 공정 위치에 도착 후(공정 직전) 제 1 고리부재(135)를 제 2 고정부재(133)에서 분리하여 예열 커버(122)를 아래로 내림으로써 노즐(150)에서 제거한다(도 4b). 그 다음 예열 커버(122)를 연결 배관(132)을 축으로 회전시켜 최대한 노즐(150)에서 이격시킨다(도 4c). 마지막으로, 다시 예열 커버(122)를 올린 후 제 2 고리부재(136)를 제 2 고정부재(133)에 걸어놓아 예열 커버(122)를 안전하게 고정시킨다(도 4d).

또한, 연결 배관(132)은 일부가 동작기(131)의 동작바에 삽입됨으로 예열 커버(122)의 동일한 곳에 연결될 수 있으며, 일부가 스틸과 같이 딱딱한 소재로 형성되어 일단은 관통홀(124)과 연결되고 타단에는 동작기(131)의 동작바가 연장 형성되도록 할 수 있다. 이때, 연결 배관(132)과 연결되는 관통홀(124)의 위치는 동작기(131)로 예열부(120)를 안정적으로 움직일 수 있도록 예열 커버(122)의 중앙에 위치하거나 노즐(150)을 효율적으로 예열하기 위해 토출구(151)에 대응하도록 위치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 예열방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3과 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 예열방법을 보다 상세히 살펴보는데, 노즐 예열장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 예열방법은 용융금속을 담는 용기(140)에 연결된 노즐(150)을 예열하는 과정(S100); 노즐 예열장치의 예열부(120)가 노즐(150)에 접하도록 노즐 예열장치를 용기(140)에 장착하는 과정(S200); 용기(140)를 공정 위치까지 이동하면서 노즐(150)을 추가 예열하는 과정(S300); 및 공정 진행 전에 예열부(120)를 노즐(150)에서 이격시키는 과정(S400)을 포함한다.

노즐을 예열하는 과정(S100)은 용기(140)의 예열시 용기(140)를 예열하는 화염이 상측으로부터 노즐(150)을 향하여 분사되는 과정을 포함할 수 있다. 노즐을 예열하는 과정(S100)에서는 노즐(150)에 일반적인 침지노즐 예열장치를 장착한 후 용기(140)를 예열하는 화염을 이용하여 노즐(150)의 내부를 가열하고, 노즐(150)의 토출구(151)를 통해 배출되는 고열이 노즐(150)의 외측벽과 침지노즐 예열장치가 이격되어 만들어진 공기통로를 통하여 노즐(150)의 외부를 가열함으로써 노즐(150)을 예열할 수 있다.

노즐을 추가 예열하는 과정(S200)은 용기(140)의 이동시 예열부(120)로부터 측방향에서 노즐(150)을 향하여 화염을 분사하는 과정을 포함할 수 있다. 노즐(150)을 추가 예열하는 과정에서 사용하는 노즐 예열장치는 일반적인 침지노즐 예열장치와 다른 추가적인 장치이며, 용기(140)에 장착하여 이동하기 용이하도록 소형의 구성요소들로 구성되어 이동중 예열에 특화되어 있다. 그리고 노즐 예열장치는 이동시간이 약 5분 정도로 그리 길지 않고 온도를 높이는 것이 아니라 유지하는 것이기 때문에 대형장치나 많은 에너지를 필요로 하지 않는다.

또한, 노즐을 추가 예열하는 과정(S200)은 예열부(120)가 노즐(150)의 내부 및 외부 중 적어도 한 영역으로 화염을 분사하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 예열부(120)의 분사홀(121) 위치를 조절하여 내부만을 예열하거나 외부만을 예열할 수 있고, 내·외부 모두 예열할 수도 있는데, 자세한 내용은 도 2의 설명에서 상술하여 생략한다.

그리고 노즐을 추가 예열하는 과정(S200)은 기 예열된 노즐(150)의 온도에 의해 예열부(120)에서 분사되는 가스를 점화시키는 과정을 포함할 수도 있다. 기 예열된 노즐(150)의 온도는 약 1,000℃ 정도로 고온이기 때문에 예열부(120)에서 노즐(150)로 가스가 분사되면 별다른 점화장치 없이도 가스가 점화되게 된다.

한편, 용기(140)는 턴디쉬를 포함하고, 노즐(150)은 침지 노즐을 포함할 수 있는데, 노즐 예열장치는 이에 한정되지 않고 모든 용융금속을 담는 용기 및 모든 노즐에 적용할 수 있다. 또한, 공정 진행 전에 예열부를 노즐에서 이격시키는 과정(S400)은 공정 진행 전이 공정 직전일 수 있고, 용기(140)가 턴디쉬일 경우에는 주조 직전일 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 노즐 예열장치 및 예열방법은 용융금속을 담는 용기를 약 3시간에 걸쳐 서열 및 본 예열 등을 통하여 1,000℃까지 예열을 하고 공정을 위하여 공정위치로 이동할 때도 지속적으로 예열할 수 있다. 이에 따라 이동하는 5분 정도의 시간에 약 150℃ 정도의 온도가 내려갔던 문제를 개선할 수 있어 공정초기 노즐막힘, 용융금속주입 처리시간의 지연 및 노즐의 크랙을 방지할 수 있고, 이로 인해 생산력 향상 및 주편의 품질 안정을 가져올 수도 있다. 그리고 노즐 예열장치는 열원인 가스를 항시 교체 가능하고 작업을 하지 않을 때 항시 취외할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있으며, 역화 방지기도 설치되어 역화에 의한 폭발사고도 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

110 : 열공급부 111 : 제 1 고정부재
112 : 하우징 113 : 가스 공급원
114 : 연결관 115 : 밸브
116 : 압력 측정기 117 : 역화 방지기
120 : 예열부 121 : 분사홀
122 : 예열 커버 123 : 연결홀
124 : 관통홀 130 : 연결부
131 : 동작기 132 : 연결 배관
132a : 제 1 배관 132b : 제 2 배관
133 : 제 2 고정부재 134 : 주름관
135 : 제 1 고리부재 136 : 제 2 고리부재
140 : 용융금속을 담는 용기 150 : 노즐
151 : 토출구 310 : 용융금속용 용기 예열장치
320 : 노즐 커버 330 : 레이들
331 : 용융금속 332 : 슈라우드 노즐
340 : 주형

Claims (18)

1. 용융금속을 담는 용기의 배출구에 연결된 노즐을 예열하는 장치에 있어서,
   상기 용기의 외측에 장착되는 열공급부;
   상기 노즐을 향해 전후진 가능하며, 상기 노즐을 예열하는 예열부; 및
   상기 열공급부와 상기 예열부 사이에서 이들을 연결하고, 상기 예열부를 이동시키는 동작기를 구비하는 연결부를 포함하는 노즐 예열장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 열공급부는, 상기 용기의 외측벽에 고정된 제 1 고정부재와,
   상기 제 1 고정부재에 연결 고정되고 내부에 공간이 형성된 하우징과,
   상기 하우징 내에 위치하는 가스 공급원과,
   상기 가스 공급원과 연결되고, 상기 하우징 외측으로 노출되는 연결관을 포함하는 노즐 예열장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 연결관에는 상기 연결관을 개방 폐쇄하는 밸브, 연결관의 압력을 측정하는 압력 측정기가 설치되는 노즐 예열장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 밸브와 상기 압력 측정기 사이의 상기 연결관에는 화염이 상기 가스 공급원으로 역화해서 폭발하는 것을 방지하는 역화 방지기가 설치되는 노즐 예열장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결부는, 상기 열공급부와 상기 예열부를 연결하고, 상기 열공급부로부터 공급되는 가스를 상기 예열부에 전달하는 연결 배관과,
   상기 용기의 외측벽에 고정되고, 상기 연결 배관을 지지하는 제 2 고정부재,를 포함하는 노즐 예열장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 연결 배관은, 상기 용기의 측벽을 따라 연장되는 제 1 배관과
   상기 제 1 배관에서 절곡되어 상기 노즐을 향해 연장되는 제 2 배관을 포함하는 노즐 예열장치.
   
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 연결 배관은, 적어도 일부에 신축 가능한 주름관 및 가요성을 가지는 플렉서블관 중 적어도 하나를 포함하는 노즐 예열장치.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 동작기는, 상기 제 2 배관의 연장 방향으로 연장 형성되는 동작바를 구비하고, 상기 동작바의 일단은 상기 예열부과 연결되고, 상기 동작바의 타단에는 손잡이가 구비되는 노즐 예열장치.
   
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 제 2 고정부재는, 상기 연결 배관이 통과할 수 있도록 일부분이 개방되고, 탄성력에 의해 상기 연결 배관의 단면 방향 둘레의 반 이상을 감싸도록 형성되는 노즐 예열장치.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예열부는, 상기 노즐을 향하여 가스를 분사하는 적어도 하나의 분사홀을 구비하고 상기 연결부와 연결되는 예열 커버를 포함하는 노즐 예열장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 예열 커버는, 상기 노즐이 연장되는 방향으로 연장 형성되며 가스 통로를 구비하는 예열 몸체와, 상기 예열 몸체의 일면에 형성되는 상기 분사홀과, 상기 예열 몸체의 타면에 형성되어 상기 연결부와 연결되는 연결홀을 포함하는 노즐 예열장치.
    
12. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예열부는, 상기 노즐의 적어도 일부를 수용하도록 개방된 내부 공간을 구비하는 예열 몸체와, 상기 예열 몸체를 관통하며 상기 연결부와 연결되는 관통홀을 구비하는 예열 커버를 포함하는 노즐 예열장치.
    
13. 용융금속을 담는 용기에 연결된 노즐을 예열하는 과정;
    노즐 예열장치의 예열부가 상기 노즐에 접하도록 노즐 예열장치를 상기 용기에 장착하는 과정;
    상기 용기를 공정 위치까지 이동하면서 상기 노즐을 추가 예열하는 과정; 및
    공정 진행 전에 상기 예열부를 상기 노즐에서 이격시키는 과정을 포함하는 노즐 예열방법.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 노즐을 예열하는 과정은, 상기 용기의 예열시 상기 용기를 예열하는 화염이 상측으로부터 상기 노즐을 향하여 분사되는 과정을 포함하는 노즐 예열방법.
    
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 노즐을 추가 예열하는 과정은, 상기 용기의 이동시 상기 예열부로부터 측방향에서 상기 노즐을 향하여 화염을 분사하는 과정을 포함하는 노즐 예열방법.
    
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 노즐을 추가 예열하는 과정은, 상기 예열부가 상기 노즐의 내부 및 외부 중 적어도 한 영역으로 화염을 분사하는 과정을 포함하는 노즐 예열방법.
    
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 노즐을 추가 예열하는 과정은, 기 예열된 상기 노즐의 온도에 의해 상기 예열부에서 분사되는 가스를 점화시키는 과정을 포함하는 노즐 예열방법.
    
18. 청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 용기는 턴디쉬를 포함하고, 상기 노즐은 침지 노즐을 포함하는 노즐 예열방법.

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