KR20160078470A - 용융 알루미늄에 의한 부식에 저항하며 개선된 유동 프로파일을 갖는 개선된 푸셔 펌프 - Google Patents

Abstract

용융 금속에 의한 공격에 저항하는 세라믹 재료로부터 형성된 내부를 갖는 펌프 보디를 갖는 버블 펌프. 펌프는 펌프 보디의 하부에 부착된 질소 공급 라인을 더 갖는다. 펌프 보디와 질소 공급 라인은 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 세라믹 클로스 재료로 덮인다. 펌프는 펌프 보디의 상부에 부착된 토출 헤드를 또한 포함한다. 토출 헤드는 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 주조 세라믹 재료로 형성되고, 대체로 평평한 저부와 타원형 상부를 가지는 타원형 돔 형상을 갖는 분배 챔버를 내부에 포함한다. 토출 헤드는 정사각형 단면을 갖는 2 개의 토출 노즐들을 또한 포함한다. 이러한 특징들은 용융 금속의 감소된 토출 난류 및 연장된 수명을 본 발명의 펌프에 제공한다.

Description

용융 알루미늄에 의한 부식에 저항하며 개선된 유동 프로파일을 갖는 개선된 푸셔 펌프{IMPROVED PUSHER PUMP RESISTANT TO CORROSION BY MOLTEN ALUMINUM AND HAVING AN IMPROVED FLOW PROFILE}

본 발명은 강 (steel) 에 용융 금속을 코팅하기 위한 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 코팅되는 강 스트립의 근방에서 용융 금속으로부터의 표면 드로스 (surface dross) 를 제거하기 위해 용융 금속 욕에서 사용되는 버블 펌프에 관한 것이다. 가장 구체적으로는, 용융 금속에 의한 공격과 파괴로부터의 버블 펌프 내부의 보호에 관한 것이다.

용융 금속 (알루미늄, 아연, 또는 이들의 혼합물) 은 강, 특히 강판 재료의 표면에 보호 코팅으로서 통상적으로 사용된다. 용융도금 도가니 (hot-dip melting pot) 내의 용융 금속과 강 표면 사이의 깨끗한 인터페이스가 양호한 코팅 밀착성을 달성하기 위해 매우 중요한 요소이다. 깨끗한 인터페이스를 보장하기 위해 취해지는 단계들 중 하나는 용융물과 강 스트립의 초기 접촉이 일어나는 영역 근방에 있는 스나우트 (snout) 안에 신선한 용융 금속을 공급하는 펌프를 사용하는 것이다. 펌프는 스트립 표면 근방에서 부유 드로스와 산화물 입자를 밀어내고 마침내 이들을 멜트/스나우트에서 제거한다. 이것은 푸시-풀 스나우트 펌프 시스템으로 알려져 있다. 알루미나이징 멜트에서, 용융 알루미늄 부식은 임펠러형 기계식 펌프가 임펠러의 용해로 인해 작동할 수 없을 정도로 매우 심각하다. 단지 공압식 구동 펌프만이 이러한 부식 환경을 견딜 수 있다. 그러나, 강으로 제조된 보통의 푸셔 펌프는 일반적으로 일정한 작동 하에서 이러한 환경을 단지 24 시간 이하 동안 견딘다. 펌프는 전형적으로 그의 토출 헤드에 구멍이 형성된다. 드로스 이동 펌프 (dross moving pump) 가 고장 나는 경우, 생산 운전 중에 교체되어야 한다. 이는 생산의 중단 및 용융 금속 표면의 오염을 초래한다. 또한, 현재의 푸셔 펌프는 특히 부식되는 때에 토출 노즐에서 과도한 스피팅 (spitting) 을 나타낸다. 이 스피팅은 질소 버블 및 과도한 난류로 인한 용융 금속의 스퍼터링이다. 이는 스나우트 내부에서 응고된 금속 축적의 형성을 초래한다. 이러한 축적은 일상적으로 심각한 유지보수 문제가 된다. 따라서, 코팅 라인 생산/수율을 증가시키고 시간을 감소시키기 위해, 본 기술분야에 연장된 수명 및 감소된 토출 난류를 갖는 푸셔 펌프가 필요하다. 이를 위해, 본 발명자들은 용융 알루미늄에 의한 부식에 대한 저항 및 개선된 유동 프로파일을 갖는 신규한 용융 금속 푸셔 펌프를 개발하였다.

본 발명은 용융 금속의 관통 수송을 허용하도록 구성된 수직 강 튜브를 포함하는 펌프 보디를 구비할 수도 있는 버블 펌프이다. 펌프 보디는 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 재료로부터 형성된 내부를 구비할 수도 있다. 펌프 보디는 펌프 보디의 하부에 부착될 수도 있는 질소 공급 라인을 더 포함할 수도 있다. 질소 공급 라인과 펌프 보디는 질소 공급 라인으로부터 펌프 보디의 상기 내부로의 질소의 유동을 허용하도록 연통할 수도 있다. 마지막으로, 버블 펌프는 상기 펌프 보디의 상부에 부착된 토출 헤드를 포함할 수도 있다. 토출 헤드는 펌프 보디로부터 토출 헤드 안으로 그리고 나서 밖으로 용융 금속 및 질소의 수송을 허용하도록 펌프 보디와 연통할 수도 있다. 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 재료는 알루미나, 마그네시아, 실리케이트, 탄화 규소, 그래파이트, 및 이러한 세라믹 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수도 있다.

펌프 보디는 용융 금속에 의한 공격에 대한 가요성 저항을 상기 펌프 보디의 외부에 제공하기 위해 세라믹 클로스 (cloth) 의 하나 이상의 층으로 랩핑될 수도 있다. 질소 공급 라인은 용융 금속에 의한 공격에 대한 가요성 저항을 펌프 보디의 외부에 제공하기 위해 세라믹 클로스의 하나 이상의 층으로 또한 랩핑될 수도 있다. 세라믹 클로스는 알루미나, 마그네시아, 실리케이트, 탄화 규소, 그래파이트, 및 이러한 세라믹 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수도 있는, 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 재료로 형성될 수도 있다.

토출 헤드는, 알루미나, 마그네시아, 실리케이트, 탄화 규소, 그래파이트, 및 이러한 세라믹 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수도 있는, 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 주조 세라믹 재료 (cast ceramic material) 로 형성될 수도 있다. 토출 헤드는 그 안에 분배 챔버를 포함할 수도 있다. 분배 챔버는 펌프 보디로부터 분배 챔버를 통해 용융 금속 및 질소의 유동을 허용하도록 펌프 보디와 연통할 수도 있다. 분배 챔버는 대체로 평평한 저부와 타원형 상부를 가지는 타원형 돔 형상을 가질 수도 있다. 토출 헤드는 분배 챔버로부터 토출 노즐들을 통해 그리고 버블 펌프 밖으로 융용 금속 및 질소의 유동을 허용하도록 분배 챔버와 연통할 수도 있는 2 개의 토출 노즐들을 더 포함할 수도 있다. 토출 노즐들은 정사각형 단면을 가질 수도 있다.

도 1 은 종래 기술의 푸셔 펌프를 보여준다.
도 2 는 본 발명의 펌프 보디의 일 실시형태의 단면을 보여준다.
도 3 은 본 발명의 펌프의 바람직한 토출 헤드의 일 실시형태를 보여준다.
도 4 는 본 발명의 펌프의 바람직한 실시형태의 단면을 보여준다 (일정한 축척은 아님).

가스 리프트 또는 버블 펌프는 압축 공기, 수증기, 질소 등의 버블을 출구 튜브에 도입함으로써 물, 오일 또는 심지어 용융 금속과 같은 유체를 들어올리는 인공 리프트 기술을 사용한다. 이것은 튜브의 입구 측에서의 정수압 (hydrostatic pressure) 에 비해 튜브의 출구에서의 정수압을 감소시키는 효과를 갖는다. 본 발명자들은 더 지향성의 멜트 유동을 제공하고 스피팅 문제를 제거하며 또한 펌프의 수명을 현저히 증가시키는 한에서 펌프 성능을 향상시키려고 하였다. 펌프 디자인의 변화와 주조 내화물 라이닝의 결합은 개선된 본 발명의 푸셔 펌프의 주요한 요인이다.

도 1 은 종래 기술의 푸셔 펌프를 보여준다. 펌프는 강 파이프 또는 튜브로 구성된 펌프 보디 (1) 를 포함한다. 펌프는 유출 노즐 (2a, 2b) 을 또한 포함한다. 펌프 보디 (1) 에 질소 버블을 공급하는 질소 공급 라인 (3) 이 존재한다. 질소 공급 라인 (3) 은 질소의 외부 공급원에 부착되는 커넥터 (3') 를 갖는다. 운전 중에, 질소 버블은 펌프 보디 (1) 내에서 상승하여, 용융 금속의 상향 유동을 야기한다. 용융 금속은 튜브형 펌프 보디의 개방된 저부에 들어가고, 유출 노즐 (2a, 2b) 로부터 배출된다. 용융 금속은 멜트의 표면 아래에서부터 취해지므로, 부유 드로스 및 다른 오염물질을 포함하지 않는다. 2 개의 노즐 (2a, 2b) 은 강 시트가 금속 욕을 통과할 때에 깨끗하고 신선한 금속을 강 시트의 각 측으로 향하게 하여 코팅되게 한다.

이러한 종래 기술의 펌프는, 특히 소용돌이 유동 및 질소 버블링에 의해 금속이 교반되는 경우, 용융 금속에서 부식 및 열화될 수 있다. 강으로 제조된 이러한 종래 기술의 푸셔 펌프는 단지 24 시간 이하의 일정한 작동만 지속하고, 토출 헤드에 구멍이 형성된다. 생산 운전 중에 드로스 이동 펌프를 변경하는 것은, 생산의 중단 및 용융 금속 표면의 오염을 초래한다.

이러한 부식 및 열화를 방지하기 위해, 본 발명자들은 본 발명의 펌프 보디 내부에 현장 주조 세라믹 라이너를 형성하였다. 도 2 는 본 발명의 펌프 보디 (1') 의 단면을 보여준다. 내측 주조 층 (8) 은, 용융 금속에 젖지 않으며 용융 금속의 온도를 견딜 수 있는 세라믹 재료로 형성된다. 재료는 강 셸 튜브 (6) 의 내부에 주조된다. 보호성 내측 주조 층 라이닝 (8) 은 바람직하게는, 알루미나, 마그네시아, 실리케이트, 탄화 규소, 그래파이트, 및 이러한 세라믹 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 제조된다.

또한, 강 시트 (6) 의 외측은 강의 수명을 연장시키기 위해 가요성 세라믹 클로스 랩 (cloth wrap; 7) 으로 덮인다. 랩 (7) 은 사용 중에 크랙이 발생하지 않기 때문에 강 외부의 표준 세라믹 라이닝보다 우수하다. 질소 공급 튜브가 강으로 형성되고 또한 랩 (7) 에 덮인다는 것에 주목해야 한다. 더욱이, 임의의 강 지지 브래킷이 또한 랩 (7) 에 덮여야 한다.

주조 세라믹 라이너 (8) 와 세라믹 랩 (7) 으로부터 향상된 내식성 외에도, 본 발명의 버블 펌프는 종래 기술의 펌프에 비해 향상된 유동 특성을 갖는다. 도 3 은 본 발명의 펌프의 바람직한 토출 헤드 (10) 를 보여준다. 헤드 (10) 는, 용융 금속에 젖지 않으며 용융 금속의 온도를 견딜 수 있는 동일한 클래스의 세라믹 재료로부터 주조된다. 펌프 보디의 세라믹 라이너의 재료와 동일한 재료일 수 있고, 또는 다른 재료가 유리한 상황이라면, 다른 재료일 수도 있다. 더욱이, 몇몇의 경우에는, 향상된 기계적 강도 및 내구성을 제공하기 위해 세라믹 헤드 (10) 내에 금속 지지 구조체를 주조하는 것이 유리할 수도 있다. 세라믹 블록 내의 형상은 실제로 유체 유동을 위해 블록 내에 주조된 개방 중공 영역 형상이라는 것에 주목해야 한다.

헤드 내에, 대체로 평평한 저부 및 타원형 상부를 갖는 타원형 돔 형상의 분배 챔버 (9) 가 있다. 이 확장된 내부 돔 개념은 가스 체적 팽창을 수용하기 위해 그리고 종래의 강 푸셔 펌프보다 더 안정적인 배출 유동을 제공하기 위해 도입되었다. 또한, 토출 헤드 (10) 내로 2 개의 토출 출구 (2a', 2b') 가 주조된다. 스피팅 없이 더욱 층류의 (laminar) 토출을 제공하기 위해 정사각형 토출 노즐이 도입되었다. 도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 통상적인 토출 디자인은 원형 노즐 (2a, 2b) 을 갖는다. 정사각형 노즐 (2a', 2b') 의 효율은 초기에 워터 모델링에 의해 평가되었고, 그리고 나서 플랜트 시험으로, 이 디자인이 훨씬 더 지향성의 멜트 유동을 제공하였고 종래 기술의 스피팅 문제를 제거하였다는 것이 확인되었다.

마지막으로, 도 4 는 본 발명의 펌프의 단면을 보여준다 (일정한 축척은 아님). 본 발명의 모든 특징이 구체적으로 도시되어 있다. 우선, 펌프 보디 (1') 의 강 셸 튜브 (6) 내에 주조 세라믹 라이너 (8) 가 존재한다. 그리고, 펌프 보디 (1') 의 강 셸 튜브 (6) 와 강 질소 공급 라인 (3) 을 랩핑하는 외부 세라믹 클로스 (7) 가 존재한다. 다음으로, 대체로 평평한 저부와 타원형 상부를 갖는 타원형 돔 형상의 본 발명의 분배 챔버 (9) 를 포함하는 주조 세라믹 토출 헤드 (10) 가 존재한다. 마지막으로, 스피팅 없이 더욱 층류의 토출을 제공하기 위해 도입된 정사각형 토출 노즐 (2a', 2b') 이 존재한다.

이러한 본 발명의 모든 특징은 용융 금속에서의 감소된 토출 난류와 푸셔 펌프의 고장들 사이의 연장된 수명을 갖는 본 발명의 펌프를 제공한다.

Claims (11)

1. 용융 금속의 관통 수송을 허용하도록 구성된 수직 강 튜브를 포함하는 펌프 보디로서, 상기 펌프 보디는 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 재료로부터 형성된 내부를 갖는, 상기 펌프 보디;
   상기 펌프 보디의 하부에 부착된 질소 공급 라인으로서, 상기 질소 공급 라인과 상기 펌프 보디는 상기 질소 공급 라인으로부터 상기 펌프 보디의 상기 내부로의 질소의 유동을 허용하도록 연통하는, 상기 질소 공급 라인; 및
   상기 펌프 보디의 상부에 부착된 토출 헤드로서, 상기 토출 헤드는 상기 펌프 보디로부터 상기 토출 헤드 안으로 그리고 나서 밖으로 용융 금속 및 질소의 수송을 허용하도록 상기 펌프 보디와 연통하는, 상기 토출 헤드
   를 구비하는 버블 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   용융 금속에 의한 공격에 저항하는 상기 재료는 알루미나, 마그네시아, 실리케이트, 탄화 규소, 그래파이트, 및 이러한 세라믹 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 펌프 보디는 용융 금속에 의한 공격에 대한 가요성 저항을 상기 펌프 보디의 외부에 제공하기 위해 세라믹 클로스 (cloth) 의 하나 이상의 층으로 랩핑되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 질소 공급 라인은 용융 금속에 의한 공격에 대한 가요성 저항을 상기 펌프 보디의 외부에 제공하기 위해 세라믹 클로스의 하나 이상의 층으로 또한 랩핑되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 세라믹 클로스는 알루미나, 마그네시아, 실리케이트, 탄화 규소, 그래파이트, 및 이러한 세라믹 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 토출 헤드는 용융 금속에 의한 공격에 저항하는 주조 세라믹 재료 (cast ceramic material) 로 형성되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
7. 제 6 항에 있어서,
   용융 금속에 의한 공격에 저항하는 상기 재료는 알루미나, 마그네시아, 실리케이트, 탄화 규소, 그래파이트, 및 이러한 세라믹 재료들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 토출 헤드는 그 안에 분배 챔버를 포함하고, 상기 분배 챔버는 상기 펌프 보디로부터 상기 분배 챔버를 통해 용융 금속 및 질소의 유동을 허용하도록 상기 펌프 보디와 연통하는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 분배 챔버는 대체로 평평한 저부와 타원형 상부를 가지는 타원형 돔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 토출 헤드는 상기 분배 챔버로부터 토출 노즐들을 통해 그리고 상기 버블 펌프 밖으로 융용 금속 및 질소의 유동을 허용하도록 상기 분배 챔버와 연통하는 2 개의 토출 노즐들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
11. 제 10 항에 있어서,
    토출 노즐들은 정사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.

Images