KR20170072871A - 충격 패드, 충격 패드를 포함하는 턴디쉬 및 장치, 및 그 이용방법 - Google Patents

충격 패드, 충격 패드를 포함하는 턴디쉬 및 장치, 및 그 이용방법 Download PDF

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Abstract

턴디쉬 충격 패드, 이를 포함하는 턴디쉬, 및 충격 패드 및 턴디쉬의 사용 방법 및 이를 포함하는 조립체가 제공된다. 턴디쉬 충격 패드는, 정점을 설정하는 원뿔형 충격 표면적이 있는 기저부 표면을 갖는 기저부, 측벽, 및 정점(apex) 위로 이격되어 그 중심에 위치된 입구 개구부를 형성하는 내측 단부에서 종결되도록 측벽에 대해 내측으로 연장되는 상부벽을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상부벽은 원뿔형 충격 표면을 향해 방사상으로, 내측 및 하향으로 경사지는 립(lip)을 포함한다.

Description

충격 패드, 충격 패드를 포함하는 턴디쉬 및 장치, 및 그 이용방법{IMPACT PAD, TUNDISH AND APPARATUS INCLUDING THE IMPACT PAD, AND METHOD OF USING SAME}
이 출원은 2014년 8월 15일자 출원된 미국 가특허출원 제62/037,949호를 우선권 주장하고 있다. 본 발명은 제강에 사용되는 충격 패드에 관한 것으로서, 특히 연속하는 주조기 턴디쉬 속으로 공급되는 용강 레이들 흐름(ladle stream)에 의해 발생되는 난류 및 조표면 붕괴를 감소시키기에 적합한 턴디쉬 충격 패드에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 충격 패드를 포함하는 턴디쉬 및 장치, 그리고 충격 패드, 턴디쉬, 및 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다.
철강 주조기는 연속하는 주조를 수행하기 위한 장치이고, 선행기술에서 연속주조로서 인용된다. 연속 주조는 제강 용광로로부터 레이들로 용강을 이송하는 것을 포함한다. 이 용강은 레이들로부터 턴디쉬라고 불리는 용기속으로 뻗어 있는 레이들의 슈라우드(shroud)을 통해 이 용기속으로 공급된다. 전형적으로, 이 턴디쉬는 용강이 저장고로부터, 방해 또는 원하지 않는 정체시간없이, 주조기 주형으로 공급될 수 있도록 하는 저장고로서 역할을 한다. 원하지 않는 화학반응, 즉 과산화 및 공중 부유 입자들로부터 턴디쉬 내의 용강을 보호하기 위하여, 용강 조의 표면에 보호 슬래그 커버/층 또는 "플럭스(flux)"가 허용된다.
현대의 고품질 강 제품들의 표면 요구조건 및 청결표준은 불순물 및 화학적 변화의 매우 낮은 허용치를 허용한다. 이 불순물 및 화학적 변화는 종종 턴디쉬로 공급되는 용강의 들어오는 레이들 흐름에 의해 발생되는 난류의 결과이다. 레이들 슈라우드로부터 액체 강을 수용하기 위한 턴디쉬 설계는 턴디쉬 내부에서 난류와 같은 바람직하지 않은 유체 흐름 조건으로 유도하고 높은 자유 표면 흐름 활동을 촉진하는 것을 유도한다. 예를 들면, 들어오는 레이들 흐름에 의해 발생되는 유체 흐름은 평탄한 턴디쉬 바닥 및 측벽들로부터 액체 강의 표면을 향하여 반사될 수 있다. 이와 같이 발생된 유체 흐름은 난류 보일링(boiling) 활동을, 광범위한 파동을, 그리고 강철 조의 표면에 찰락찰락하는 것을 일으킨다.
예를 들면, 도 10은 비대칭 유체 흐름(9a)을 갖는 단일 스트랜드(strand) 턴디쉬의 종단면도를 도시하고 있다. 레이들 슈라우드(7)는 웰 블록(도 10 및 11에 미도시)에 대행하는 단부벽(3)에 인접하게 도시되어 있다. 물 흐름-모델 연구를 통해서, 레이들 슈라우드(7)로부터 들어오는 레이들 흐름(8)에 의해 발생된, 유체 흐름이 평탄한 턴디쉬 바닥(4)으로부터 액체 강의 표면을 향하여 윗 방향으로 반사되는 것을 알 수 있었다. 만약 이 유체 흐름이 턴디쉬 벽들(2 및 3)에 의해 제한된다면, 이 제한된 유체흐름은 그러한 벽들(2 및 3)의 표면을 따라 상향으로 힘을 받는다. 이 상향 흐름은 원형 통로(9c)로 흐르고, 단부벽(3)의 표면을 따라 상향 서지(surge)를 발생하며, 레이들 슈라우드(7)의 주변에 하향 흐름을 발생한다. 원형 흐름(9C)의 상향 상승은 조의 표면에 과도한 난류를 발생시킨다. 턴디쉬에서 이러한 높은 자유 표면 활동은 "오픈 아이(open-eye)"이라는 현상을 일으키고, 이로 인해 강철조(steel bath)의 상단에 보호 슬래그 덮개(6)가 파손된다. 파손된 슬래그 덮개(6)는 주변 대기로 용강을 노출하고, 강철조의 화학적 성질을 변경하고 강철조에 개재물(inclusions)을 생성하는 데 전도성 있는 조건들을 설정한다. 화학 변화는 일반적으로 강철조로부터 알루미늄의 손실 및/또는 강철조 내로 산소와 질소의 흡수 및 그 결과로 인한 재산화(re-oxidation)를 수반한다. 재산화 및 다른 원하지 않는 반응, 예를 들면, 강철조로 과량의 알루미나, 황화 망간, 황화 칼슘을 주입할 수 있다. 또한, 레이들 슈라우드(7; ladle shroud) 주변의 하향 흐름은 전단 및 와류를 생성하고, 파손된 플럭스 덮개(6)에서 깨진 입자들을 포획하여 액체강 조 내로 끌어내린다. 이 깨진 입자(10)들은 결국 용강과 턴디쉬에서 배출되고 완성된 철강 제품내 개재물을 생성한다.
화학 변화와 개재물은 궁극적으로 철강 품질을 저하시키고 HIC와 같은 고가의 강종(steel grades)과 철갑판 등급(armor plate grades)에 대한 거부의 주요 원인이 된다. 또한, 턴디쉬 벽에 고온 용강의 비산(splashing)은 작업자에 대한 안전 위험요소를 나타낼 수 있다. 종래의 장비를 사용하여, 강철조 온도의 균질성의 결여 및 개재물 입자들이 보호 슬래그 덮개로 부상할 수 있는 체류시간이 불충분하여, 입자들이 용강으로부터 격리 및/또는 분리될 수 있는 문제점을 초래할 수도 있다.
완제품의 품질을 향상시키기 위해 연속 주조 턴디쉬 내에서 표면 난류를 감소시키거나 제거하려는 다양한 시도가 있어 왔다. 이러한 시도에는 용강 조의 표면에서 레이들 흐름 유체 흐름을 방향전환시키는 다양한 종류의 댐 및 웨어(weirs)가 포함되었다. 몇몇 공지된 유체 유동 제어 장치가 유체 유동을 제어하고 표면 난류를 감소시키는데 다소 성공적이었지만, 이러한 제어 장치는 상술한 바와 같이 고품질의 강철의 요구에 불충분하고 작동상의 문제점을 야기하는 경향이 있다.
본 발명의 목적은 충격 패드, 충격 패드를 포함하는 턴디쉬 및 장치, 및 그 이용방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 정점(apex)을 설정하는 원뿔형 충격 표면적을 갖춘 기저부 표면을 갖는 기저부, 측벽, 및 정점 위로 이격되고 그 중심에 위치된 입구 개구부를 형성하는 내측 단부에서 종결되도록 측벽에 대해 내측으로 연장되는 상부벽을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드가 제공된다. 상부벽은 원뿔형 충격 표면을 향해 방사상으로, 내측 및 하향으로 경사지는 립(lip)을 포함한다.
본 발명의 제 2 양태는, 유입되는 레이들 흐름에 의해 생성된 유체 유동을 갖는 용융 금속의 저장조를 포함하는 연속 주조기 턴디쉬, 및 연속 주조기 턴디쉬내의 턴디쉬 충격 패드를 특징으로 하는 장치를 제공한다. 턴디쉬 충격 패드는 정점을 설정하는 원뿔형 충격 표면적을 포함하는 기저부 표면을 갖는 기저부, 측벽, 및 정점에 대해 위로 이격되고 중심에 위치된 입구 개구부를 형성하는 내측 단부에서 종결되도록 측벽에 대해 내측으로 연장하는 상부벽을 포함한다. 상부벽은 원뿔형 충격 표면을 향해 방사상으로, 내측 및 하향으로 경사지는 립을 포함한다.
본 발명의 제 3 양태는, 용융된 액체 강의 유입되는 레이들 흐름이 연속 주조기 턴디쉬로 공급되고 턴디쉬 충격 패드의 입구 개구부를 통해 턴디쉬 저장조로 유동하도록 허용되기 전에 턴디쉬 충격 패드의 원뿔형 충격 표면적에 충돌하도록 하는 스트랜드 주조(strand casting) 방법 또는 용강 처리 방법을 제공한다. 턴디쉬 충격 패드는 기저부 표면을 갖는 기저부, 측벽, 및 원뿔형 충격 표면적의 정점 위로 이격되고 그 중심에 위치된 입구 개구부를 형성하는 내측 단부에서 종결되도록 측벽에 대해 내측으로 연장되는 상부벽을 포함한다. 상부벽은 원뿔형 충격 표면을 향해 방사상으로 내측 및 하향으로 경사지는 립을 포함한다.
본 명세서에 설명된 각각의 양태들의 실시예에 따르면, 턴디쉬 충격 패드의 상부벽은 기저부 표면 및 측벽의 연속 내면과 함께 공동으로, 용융된 액체강의 유입되는 레이들 흐름의 난류를 감소시키도록 구성된 연속 환형 챔버를 형성하는 하부면을 특징으로 한다.
전술한 양태들의 또 다른 실시예에 따르면, 원뿔형 충격 표면적이 회전 대칭을 갖는 정점을 통과하는 축을 갖는다.
전술한 양태들의 또 다른 실시예에 따르면, 원뿔형 충격 표면적이 선형 프로파일을 갖는다.
전술한 양태들의 또 다른 실시예에 따르면, 원뿔형 충격 표면적은, 약 15도 내지 약 25도의 범위에서 원뿔형 충격 표면적의 외주가 있는 수평면으로부터 원뿔형 충격 표면적이 있는 경사면까지 측정된 원뿔각을 갖는다.
전술한 양태들의 또 다른 실시예에 따르면, 립은 약 20도 내지 약 25도의 범위에서 립의 수평면으로부터 하부면까지 측정된 하향 립 각도를 갖는다.
전술한 양태들의 또 다른 실시예에 따르면, 연속 환형 챔버는 약 30㎜의 곡률 반경을 갖는다.
전술한 양태들의 또 다른 실시예에 따르면, 돌출부, 예를 들어 반구형 돌출부는 립의 하부면 영역 주변에 분포된다.
전술한 실시예들은 서로 결합하여 실시될 수 있다.
본 발명의 일부를 구성하는 장치, 어셈블리, 장치, 물품, 제조 및 사용 방법, 공정 등을 포함하는 본 발명의 다른 양태들 및 실시예들은 다음 예시적인 실시예들의 상세한 설명을 참조하면 더욱 명백해질 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 충격 패드, 충격 패드를 포함하는 턴디쉬, 이를 이용한 방법 및 장치는 "오픈 아이" 및 비산의 문제점을 상당히 감소시키고. 고속 유입 흐름 및 자기 제동 효과로 인한 난류를 감소시키고, 저장조 내 용강의 체류시간을 길게 하고, 불순물 및 입자의 부상을 촉진시키고, 저장소의 온도를 균일하게 유지하고, 용강의 청정도를 향상시키는 효과가 있다.
첨부 도면은 본 명세서에 통합되어 명세서의 일부를 구성한다. 첨부 도면은 상기 일반적인 설명 및 하기 예시적인 실시예 및 방법의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 이러한 도면에서 :
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충격 패드를 포함하는 단일 스트랜드 주조기 턴디쉬의 종결면 정면 사시도;
도 2는 도 1의 단일 스트랜드 주조기 턴디쉬의 종결면 정면도;
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 충격 패드의 정면 사시도;
도 4는 도 3의 충격 패드의 평면도;
도 5는 도 4의 선 V-V에 따른 단면도;
도 6은 도 3도 내지 도 5의 충격 패드의 절단 측면 사시도;
도 7은 도 1 및 도 2의 오른쪽 화살표의 시점에서 취해진 단부 단면도이며, 충격 패드 위에 중심을 둔 슈라우드를 통해 주입되는 유입 액체 강의 유동 분포를 나타내고;
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충격 패드의 단면도;
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 취한 저면 단면도;
도 10 및 11은 미국 특허 제35,685호로부터 재생되고, 도 10은 물의 흐름 모델 학습 턴디쉬를 도시하는 종결면도이고, 도 11은 도 10의 XI-XI선을 따라 취한 횡단면이다.
첨부된 도면에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예들 및 방법들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 도면에서 동일한 참조부호는 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부분을 나타낸다. 그러나, 본 발명의 보다 넓은 관점에서, 본 발명은 구체적인 세부 사항, 대표적인 재료 및 방법, 예시적인 실시예 및 방법과 관련하여 도시되고 설명된 예시적인 예들에만 반드시 한정되는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다.
예시적인 실시예에 따른 스트랜드 주조기용 턴디쉬는 일반적으로 도 1 및 도 2에서 참조부호 10으로 표시되어 있다. 단일 스트랜드 주조기가 그 안에 도시되어 있지만, 본 발명의 실시예는 이중 또는 다른 다중 스트랜드 주조기들과 관련하여 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 상이한 충격 패드를 가지고 있음에도 불구하고 다중 스트랜드 주조기 설치의 예가 미국 특허 제 RE 35,685 호의 도 10에 도시되어 있다. 턴디쉬(10)는 턴디쉬 단부벽 (12 및 14), 턴디쉬 전방 및 후방 측벽(미도시), 및 단부벽(12, 14)과 측벽들 사이에서 연장되어 이들에 연결 (또는 일체화)되는 턴디쉬 바닥(16)을 포함한다. 턴디쉬 단부벽(12, 14) 및 바닥(16)은 공동으로 용강조를 수용 및 유지하기 위한 챔버 또는 저장조(18)를 형성한다. 턴디쉬 충격 패드(20)는, 예를 들어, 단부벽(14)보다 단부벽(12)에 더 가깝게 저장조(18)내에 위치된다. 턴디쉬 충격 패드(20) 위에 충격 패드(20)내로 용강의 유입 레이들 흐름(24; 도 7)을 주입하기 위한 레이들 슈라우드(22)의 하부가 위치하게 된다. 레이들 슈라우드(22)는 용강 조의 상부를 관통하여 도시되고, 레이들 슈라우드(22)의 단부는 턴디쉬 충격 패드(20)와 동심원상으로 위로 이격되어 중심에 위치한다. 용강의 유동 및 충격 패드(20)의 구조 및 기능은 이하에서 더 상세히 논의된다.
턴디쉬(10)는 턴디쉬(10)를 좌우(제 1 및 제 2) 격실(18a 및 18b)로 분리하는 웨어(26)를 더 포함하고, 충격 패드(20)는 도 1 및 도 2에서 턴디쉬 바닥(16)상의 우측 격실(18a)내에 놓인다. 웨어(26)의 저면은 우측 및 좌측 격실(18a, 18b)의 용강 사이의 유체 연통을 허용하기 위한 통로(26a)를 포함한다. 확산기(28)는 웨어(26)와 턴디쉬 충격 패드(20) 사이의 우측 격실(18a) 내의 턴디쉬 바닥(16) 상에 위치된다. 상향으로 경사지는 (유동 방향으로 우측에서 좌측으로) 복수 개의 원통형 통로(30a)를 갖는 댐(30)이 좌측 격실(18b) 내의 턴디쉬 바닥(16) 상에 배치된다. 웨어(26)로부터 댐(30)의 반대측면에, 스토퍼 로드(32; stopper rod)는 용강이 턴디쉬(10)로부터 배출되는 유출구 또는 턴디쉬 웰 블록(34)과 정렬된다. 스토퍼로드(32)의 상향 및 하향 이동은 턴디쉬(10)로부터 주형(미도시)으로의 용강의 유출을 제어한다.
턴디쉬 충격 패드(20)는 재료 또는 용강 가공용 주형 턴디쉬에서 의도된 용도에 적합한 재료들로 제조될 수 있다. 전형적으로, 그러한 재료들은 높은 내충격성 및 내마모성, 고온 강도 및 내화성 및 양호한 주조성을 갖는다. 금속, 세라믹 및 세라믹 코팅된 모래가 적합한 재료의 예이다. 구체적이지만 비한정적인 예로서, Narcon 70 Castable과 같은 저수분(low-moisture) 높은 알루미나 주조가능한 조성물 및 Versoflow® 70C Plus와 같은 거칠고 높은 알루미나 낮은 시멘트 주조가능 조성물은 턴디쉬 충격 패드(20)로서 사용하기에 적합한 내화물이다. 제품 설명서에 따르면: Narcon 70 Castable은 (소성 기준) 26.9%의 실리카 (SiO2), 69.8%의 알루미나(Al2O3), 1.7%의 티타니아(TiO2), 0.8%의 산화철(Fe2O3), 0.7%의 석회 (CaO), 및 0.1% 알칼리(Na2O)를 포함하고; Versaflow® 70C Plus는 (소정 기준) 27.5%의 실리카(SiO2), 67.3%의 알루미나(Al2O3), 2.1%의 티타니아(TiO2), 1.2%의 산화철(Fe2O3), 1.6%의 석회(CaO), 0.1%의 마그네슘(MgO), 및 0.2%의 알칼리 (Na2O + K2O)를 포함한다. 턴디쉬 충격 패드(20)의 몸체 부분은 침강 저항물질로 코팅되어 유입되는 레이들 흐름(24)을 수용 및 접촉하기 위한 내부식성 코팅을 형성할 수 있다. 내부식성 코팅은 매체 방사율(medium emissivity) 물질(예를 들면, 지르코니아, 이트리아, 탄화규소), 고반사율 물질(예를 들면, 알루미늄 및 알루미나), 또는 고온, 비산화물 윤활제(예를 들면, 질화붕소)로 이루어질 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 실시예를 참조하면, 턴디쉬 충격 패드(20)는 원형 기저부(40)(평면 또는 저면도에 대해)를 포함한다. 기저부(40)는 원뿔형 충격 표면적(42) 및 원뿔형 충격 표면적(42)을 동심원으로 둘러싸면서 인접하고 근접한 환형 기저부 표면적(44)을 갖는 상부 기저부 표면을 포함한다. 도시된 실시예에서, 원뿔형 충격 표면적(42)은 모서리를 다듬지 않는다. 선택적으로, 원뿔형 충격 표면적(42)의 상부는 여전히 원뿔 형상을 유지하면서 약간 둥글게 될 수 있다. 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 원뿔형 충격 표면적(42)은 상향으로 연장하여 정점 또는 꼭짓점(46)에서 종료된다. 원뿔형 충격 표면적(42)은 정점(46)을 통과하는 가상축 (Az)(도 5)을 중심으로 회전 대칭을 이룬다. 도시된 실시예에서, 원뿔형 충격 표면적(42)은 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 선형 프로파일 또는 단면을 갖는다. 원뿔형 충격 표면적(42)의 선형 프로파일의 저면은 환형 기저부 표면적(44)의 방사상 내측 단면에 인접하여 접촉하는 외주부(48)에서 종결된다. 원뿔형 충격 표면적(42)의 선형 프로파일의 상부는 축(Az)과 일치하는 정점(46)에 대응하는 지점에서 종료된다. 환형 기저부 표면적(44)은 적어도 부분적으로 편평하고 기저부(40)의 저면(40a)에 평행한 수평면에 놓일 수 있다.
턴디쉬 충격 패드(20)는 측벽 내면(52)을 갖는 측벽(50)을 더 포함하며, 이 측벽은, 도 4에서 대로, 그 자체로 연속적으로/무한히 원을 그리며 위에서 보았을 때 환형으로 나타난다. 측벽(50)은 그 전체 360°에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 것으로 도시되어 있다. 측벽 내면(52)은 환형 기저부 표면적(44)의 외측에 동심원으로 그리고 일반적으로 수직으로 위치된다. 도 5의 단면에서 잘 도시된 바와 같이, 측벽 내면(52)은 각각 그 저면 및 상부에 곡선형 전이 영역(54, 56)을 포함한다. 곡선형 전이 영역(54, 56)은 서로 대칭일 수도 있다. 하부 곡선형 전이 영역(54)의 단부들은 환형 기저부 표면적(44) 및 측벽 내면(52)과 동일 평면에 인접해 있다. 하부 곡선형 전이 영역(54)은 기저부(40)와 측벽 내면(52) 사이에서 연속적으로 만곡한다.
턴디쉬 충격 패드(20)는 상부 전이 영역(56)으로부터 내측으로 연장되고 내단부(62)에서 종결되도록 측벽(50)에 대체로 수직인 상부벽(60)을 더 포함한다. 상부 전이 영역(56)은 측벽 내면(52) 및 상부벽(60) 사이에서 연속적으로 만곡하고 그 단부들은 측벽 내면(52) 및 상부벽(60)과 동일 평면에 인접해 있는 곡선형 언더컷으로 구성된다. 내부 단부(62)에 의해 형성된 입구 개구부(64)는 정점(46)에 대해 위로 이격되고 그에 중심을 두고 있다. 사용시, 입구 개구부(64)는 유입되는 레이들 흐름(24)을 수용하기 위해 레이들 슈라우드(22)보다 아래에 놓이고 이와 동축이다. 도시된 실시예에서, 입구 개구부(64)의 직경은 원뿔형 충격 표면적(42)의 외주(48)의 직경과 거의 동일하거나 그보다 작다.
상부벽(60)은 내부 단부(62)에서 종결되도록 내측 및 하향으로 각을 이루는 립(66)을 포함한다. 상부벽(60)은 실질적으로 수평이고 저표면(40a)에 평행하게 연장되는 제 1 하부 표면적(60a), 및 립(66)의 저면에 대응하는 제 2 하부 표면적(여기서는 하부 립 표면이라 칭함)(66a)을 갖는다. 하부립 표면(66a)은 제 1 하부 표면적(60a)으로부터 원뿔형 충격 표면(42)을 향해 방사상으로 내측 및 하측으로 경사져 있다. 도 4 및 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 제 1 하부 표면적(60a)과 하부 립 표면(66a)은 (60b)에서 경계를 이룬다.
기저부(40), 측벽(50) 및 상부벽(60)은 일체형일 수 있고, 즉 단일 조각(piece) 또는 일체형 부분일 수 있다. 대안적으로, 기저부(40), 측벽(50), 상부벽(60) 및/또는 턴디시(10)의 다른 부분은 일시적으로 또는 영구적으로 서로 결합된 별도의 조각으로 형성될 수 있다. 원뿔형 충격 표면적(42), 환형 기저부 표면적(44), 연속 측벽 내면(52), 곡선형 전이 표면적(54, 56), 및 하부 표면적(60a, 66a)은 토러스(torus) 형태일 수 있는 축(Az)을 중심으로 공동으로 연속 환형 챔버를 형성한다.
도 7을 참조하면, 액체 강은 유입되는 레이들 흐름(24)으로서 슈라우드 또는 스프루(22; sprue)를 통해 턴디시(10) 내로 주입된다. 슈라우드(22)의 내경의 직경(Dj) 대 약 0.3 내지 약 0.4 범위의 입구 개구부(64)의 직경(Dm)의 비(Dj/Dm)는 특히 양호한 결과를 제공하는 것을 밝혀내었다. 레이들 슈라우드(22)와 입구 개구부(64)는 예시적인 실시예에서 서로 동축으로 정렬된다. 본 발명에 기재된 예시적인 실시예의 설계는 유입되는 레이들 흐름(24)이 하부 전이부(54) 및 측벽 내면(52)을 향해 방사상으로 외측으로 방향 전환하여 원뿔형 충격 표면적(42)에 충돌하게 한다. 연속 환형 챔버의 형상은 유입되는 레이들 흐름(24)을 향해 역방향으로 용강 흐름에 힘을 가하여 충격 패드(10)로부터 유동하기 전에 난류를 감소시키고 용강의 에너지를 소산시킨다. 역전된 유체 흐름은 입구 개구부(64)를 통해 상향으로, 그 다음에 실질적으로 층류(laminar flow)로서 턴디시(10)의 벽을 향하여 모든 방향으로 대체로 방사상으로 외측으로 배출된다. 슈라우드(22)의 직경보다 큰 직경의 입구 개구부(64)를 제공함으로써, 유입 레이들 흐름(24)과 내부 단부(62) 사이에 환형의 상향 유동이 생성된다.
용강은 입구 개구부(64)에서 제 1 격실(18a)로 배출된다. 유입되는 흐름의 연속 유입 및 유출구(34)를 통한 용강의 제거는 구획(18a)내의 용강이 웨어(26)를 향해 웨어 통로(26a)를 통해 흐르게 한다. 웨어 통로(28)를 통과한 후에, 용강은 출력(34)을 통해 배출되기 전에 댐(30) 및/또는 원통형 통로(30a)를 통해 유동한다.
용강 흐름의 스스로 자체 제동(self-braking) 효과가 발생합니다. 결과적으로, 입구 개구부(64)를 통해 제 1 격실(18a)로 용강의 유출 흐름은 난류가 적고 에너지가 적게 된다. 전술한 "오픈 아이(open-eye)" 및 비산(splashing) 문제점은 이로써 상당히 감소된다.
“오픈-아이”를 억제하도록 설계된 특정 실시예에서, 원뿔형 충격 표면적(42)은, 약 15도 내지 약 25도의 범위에서 외주(48)가 있는 수평면으로부터 원뿔형 충격 표면적(42)이 있는 경사면까지 측정된 원뿔각(φ)(도 5)을 갖는다. “오픈-아이”를 억제하도록 설계된 다른 특정 실시예에서, 립(66)은 약 20도 내지 약 25도의 범위에서 립(66)의 수평면으로부터 하부면(66a)이 있는 평면까지 측정된 하향 립각(θ)을 갖는다. “오픈-아이”를 억제하도록 설계된 또 다른 특정 실시예에서, 연속 환형 챔버는 약 30㎜의 곡률 반경을 갖는다. 이들 예시적인 실시예들은 임의의 조합으로 서로 개별적으로 또는 함께 실행될 수 있다. 충격 챔버는 유동 제어에 영향을 주기 위해 슈라우드의 내경과 같거나 더 큰 높이를 구비할 수 있다.
전산 유체 역학(CFD)의 시뮬레이션은 상기 파라미터들에 따라 설계된 충격 패드에 대해 수행되었다. 강철조의 상면의 주입측 흐름 활동의 측정인 면적 평균 속도는, 평면 꽃잎 형상의 충격 패드와 비교하여 본 발명의 실시예를 실행하는데 약 50% 이하로 산출된다. "오픈 아이" 형성의 가능성은 동일한 비율로 감소되도록 산출된다. 속도 및 면적이 메쉬(mesh) 및 면적 평균 속도의 셀에 대해 산출된 CFD 분석을 사용하여, 면적 평균 속도가 다음과 같이 결정된다:
면적 평균 속도
Figure pct00001
일반적으로, 더 높은 면적 평균 속도는 더 높은 턴디쉬 유량 유입(flux entrainment) 및 저품질 강철에 해당하는 반면에, 더 낮은 면적 평균 속도는 더 적은 턴디쉬 유량 유입 및 고품질 강철에 해당한다는 것이 밝혀졌다. 그러므로, 면적 평균 속도의 약 50%의 감소는 턴디쉬 유량 유입의 현저한 감소를 구성하고 고품질의 철강 제품을 유도한다. 이론에 구속되기를 바라지 않고, 여기에 기재된 예시적인 실시예를 사용하여 얻어진 개선된 품질은 다음 중 하나 이상에 기인한 것으로 추정된다: 고속 유입 흐름 및 "자기 제동" 효과로 인한 난류의 감소; 시작 및 연속 작동시에 더 적은 비산; 저장조 내 용강의 더 오랜 체류시간; 불순물 및 입자 부상 촉진; 및 더 균일한 저장소 온도.
도 8 및 도 9는 또 다른 실시예에 따른 충격 패드를 도시한다. 간결성을 위해, 다음의 설명은 도 8 및 도 9와 전술한 다른 예시적인 실시예의 차이에 중점을 둔다. 동일한 참조 부호는 다른 예시적인 실시예에서 동일하거나 대응하는 부분을 나타낸다.
도 8 및 도 9의 예시적인 실시예에서, 돌출부(80)는 하부립 표면(66a)을 중심으로 360°로 분포된다. 돌출부(80)는 매트릭스 패턴과 같이 균일하게 분포되거나 무작위로 분포될 수 있다. 전술한 실시예에서, 돌출부(80)의 외면은 반구형을 갖는다. 그러나, 돌출부(80)는 다른 형상을 취할 수도 있다. 게다가, 돌출부(80)는 서로에 대해 동일하거나 다양한 형상을 가질 수도 있다. 특히 반구형 돌기인 돌출부(80)는, 액체강의 유출 흐름은 입구 개구부(64)를 통해 충격 패드(20)를 빠져나오므로 이를 더욱 감속시킨다는 것이 밝혀졌다. 부가적으로 또는 대안적으로, 돌출부(80)는 충격 패드(20)의 내면에 어디든지 위치할 수 있다.
특정 예시적인 실시예에 대한 전술한 상세한 설명은 본 발명의 원리 및 실제 적용을 설명할 목적으로 제공되었으므로, 당업자가 본 발명을 다양한 실시예에 대해 이해할 수 있게 하고, 특별한 사용에 적합한 다양한 변형이 고려될 수 있다. 이 설명은 반드시 포괄적이거나 본 발명을 개시된 정확한 실시예로 한정하려고 하는 것은 아니다. 명세서는 다른 방식으로 달성될 수 있는 보다 더 일반적인 목적을 달성하기 위한 구체적인 예들을 설명한다.
“수단”이라는 단어를 사용하는 청구항은 35 USC 112, 여섯번째 단락에서만 해석된다. 더욱이, 명세서에서의 한정은, 그 한정들을 명시적으로 청구범위에 포함하지 않는다면 어떠한 청구범위에도 인용되지 않는다.
10 : 턴디쉬 18 : 저장조
18a, 18b: 격실 20 : 충격 패드
22 : 레이들 슈라우드 40 : 기저부
42 : 원뿔형 충격 표면적 44 : 환형 기저부 표면적
50 : 측벽 54, 56 : 전이영역
60 : 상부벽 64 ; 입구 개구부
66 : 립 80 : 돌출부

Claims (21)

  1. 턴디쉬 충격 패드에 있어서,
    정점(apex)을 설정하는 원뿔형 충격 표면적을 포함하는 기저부 표면을 갖는 기저부;
    측벽; 및
    정점 위로 이격되고 그 중심에 위치된 입구 개구부를 형성하는 내측 단부에서 종결되도록 측벽에 대해 내측으로 연장되고, 원뿔형 충격 표면적을 향해 방사상으로, 내측 및 하향으로 경사지는 립(lip)을 포함하는 상부벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 측벽은 상기 기저부 표면의 방사상 외측으로 연속 측벽 내면을 포함하고, 상기 상부벽은, 상기 기저부 표면 및 상기 연속 측벽 내표면과 함께 공동으로, 용융된 액체강의 유입되는 레이들 흐름의 난류를 감소시키도록 구성된 연속 환형 챔버를 형성하는 하부면을 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  3. 제 2항에 있어서, 기저부 표면은 원뿔형 충격 표면적과 연속 측벽 내표면 사이에 제 1 평면 환형 영역을 더 포함하며;
    상부벽은 연속 측벽 내표면과 립 사이에서 연장되는 제 2 평면 환형 영역을 포함하고;
    제 1 및 제 2 평면 환형 영역은 서로 평행한 평면으로부터 이격되어 평면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원뿔형 충격 표면적은 상기 원뿔형 충격 표면적이 회전 대칭을 갖는 정점을 통과하는 축을 갖는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 원뿔형 충격 표면적이 선형 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  6. 제 5항에 있어서, 원뿔형 충격 표면적은, 원뿔형 충격 표면적의 외주가 있는 수평면으로부터 원뿔형 충격 표면적의 선형 프로파일이 있는 경사면까지 측정된, 약 15도 내지 약 25도의 범위에 놓여 있는 원뿔각을 갖는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 립은 약 20도 내지 약 25도의 범위에서 상기 립의 수평면으로부터 하부면까지 측정된 하향 립 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부벽은 상기 기저부 표면 및 상기 연속 측벽 내표면과 함께 공동으로 약 30㎜의 곡률 반경을 갖는 연속 환형 챔버를 형성하는 하부면을 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부는 립의 하부면 영역 주변에 분포하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 돌출부는 반구 형상인 것을 특징으로 하는 턴디쉬 충격 패드.
  11. 장치에 있어서,
    유입되는 레이들 흐름에 의해 생성된 유체 유동을 갖는 용융 금속의 저장조를 수용하기 위한 연속 주조기 턴디쉬; 및
    제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 턴디쉬 충격 패드를 포함하는 장치.
  12. 스트랜드(strand) 주조 방법에 있어서,
    용융된 액체 강의 유입되는 레이들 흐름을 연속 주조기 턴디시에 공급하는 단계, 턴디쉬 충격 패드를 포함하는 상기 연속 주조기 턴디시는,
    정점을 설정하는 원뿔형 충격 표면적을 포함하는 기저부 표면을 갖는 기저부;
    측벽; 및
    정점에 대해 위로 이격되어 그 중심에 위치되고 유입되는 레이들 흐름을 흡수하도록 배치된 입구 개구부를 형성하는 내측 단부에서 종결되도록 측벽에 대해 내측으로 연장하는 상부벽을 포함하고, 상기 상부벽은 원뿔형 충격 표면을 향해 방사상 내측 및 하향으로 경사지는 립을 포함하며;
    원뿔형 충격 표면 영역에 대해 용융 액체 강의 유입하는 레이들 흐름에 충격을 가하는 단계; 및
    충돌된 용융 액체 강이 턴디쉬 충격 패드로부터 입구 개구부를 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 측벽은 상기 기저부 표면의 방사상 외측으로 연속적인 측벽 내면을 포함하고, 상기 상부벽은 상기 기저부 표면 및 상기 연속 측벽 내면과 함께 공동으로, 연속적인 용융된 액체 강의 유입하는 레이들 흐름의 난류를 감소시키도록 구성되는 연속 환형 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 기저부 표면은 원추형 충격 표면 영역과 연속 측벽 내표면 사이에 제 1의 편평한 환형 영역을 더 포함하며;
    상기 상부벽은 연속 측벽 내면과 립 사이에서 연장되는 제 2의 편평한 환형 영역을 포함하고;
    제 1 및 제 2의 편평한 환형 영역은 서로 평행한 평면으로부터 이격되어 이들 평면에 연장되는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원뿔형 충격 표면적은 상기 원뿔 충격 표면적이 회전 대칭을 갖는 정점을 통과하는 축을 갖는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 원뿔형 충격 표면적은 선형 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 원뿔형 충격 표면적은, 약 15도 내지 약 25도의 범위에서 원뿔형 충격 표면적의 외주가 있는 수평면으로부터 원뿔형 충격 표면적의 선형 프로파일이 있는 경사면까지 측정된 원뿔각을 갖는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  18. 제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 립은, 약 20° 내지 약 25°범위에서 상기 립의 수평면에서 하부면까지 측정된 하향 립각(lip angle)을 갖는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  19. 제 12항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상부벽은 기저부 표면 및 연속 측벽 내면과 함께 공동으로, 약 30°의 곡률 반경을 갖는 연속 환형 챔버를 형성하는 하부면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  20. 제 12항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 립의 하부면 영역에 분포되는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드 주조 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 돌기부는 반구형인 것을 특징으로 하는 스트랜드 캐스팅 방법.
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