KR20170076844A - 연주용 침지노즐 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전에 의한 원심력에 의해 주조말기에 턴디쉬에 수용된 슬래그가 주형으로 유입되는 것을 방지하는 연주용 침지노즐 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 연주용 침지노즐 장치는 턴디쉬로부터 주형의 내부로 용강을 공급하는 침지노즐 장치로서, 턴디쉬로부터 배출되는 용강을 주형으로 공급하는 유동공간을 제공하면서 턴디쉬의 하부에서 회전 구동유닛을 매개로 회전 가능하게 회전동작에 의해 턴디쉬의 배출구로 유동되는 용강에 원심력이 작용되도록 하는 내부 노즐유닛과; 턴디쉬의 하부에서 상기 내부 노즐유닛을 간격을 두고 포위하고, 상기 내부 노즐유닛로부터 토출되는 용강을 주형으로 토출시키는 외부 노즐유닛을 포함한다.

Description

연주용 침지노즐 장치{Submerged entry nozzle device for continuous casting}

본 발명은 연주용 침지노즐 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전에 의한 원심력에 의해 주조말기에 턴디쉬에 수용된 슬래그가 주형으로 유입되는 것을 방지하는 연주용 침지노즐 장치에 관한 것이다.

일관 제철소는 제선 -> 제강 -> 연속주조 -> 압연과 같은 일련의 공정을 통해 원료인 철광석으로부터 다양한 종류의 철강재를 생산하고 있다.

이중 연속주조는 통상 만곡 형태로 된 연속주조기를 통해 액체 상태인 용강을 연속적으로 냉각 응고시켜 다양한 두께와 폭을 갖는 슬래브와 같은 중간소재를 얻는 공정이다.

도 1은 일반적인 연속주조 장치의 구성을 보여주는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 연속주조장치는 용강을 수송하는 래들(미도시)의 하부에 턴디쉬(10)가 위치되고, 턴디쉬(10)의 하부에 용강을 소정의 두께와 폭을 갖는 주편으로 생산하는 주형(20)이 설치되며, 주형(20)의 하부에는 주편을 안내하는 복수개의 핀치롤(미도시)이 설치된다. 이때 래들의 저면에는 쉬라우드 노즐(Shroud Nozzle)이 설치되며, 턴디쉬(10)의 바닥면에 형성되는 배출구(10a)에는 용강을 주형(20)으로 유출시키는 통로인 침지노즐(30)이 설치된다. 이때 침지노즈은 턴디쉬(10)의 배출구(10a)에 설치되는 슬라이드 게이트(11)의 하부에 배치되어 슬라이드 게이트(11)의 동작에 의해 용강이 배출이 제어된다.

상기와 같은 연속 주조장치에서 진행되는 연속 주조공정은 래들에 수용된 용강을 쉬라우드 노즐을 통하여 턴디쉬(10)로 주입하여 임시로 저장하고, 턴디쉬(10)에 저장된 용강을 침지노즐(30)을 통하여 주형(20)에 연속적으로 주입시켜 용강을 1차 냉각시키면, 1차 냉각된 주편의 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시키면서 핀치롤 사이로 인발시킴에 따라 용강을 응고시켜 주편을 제조하는 것이다.

한편, 턴디쉬(10)에 임시로 저장되는 용강(1)의 탕면에는 슬래그(2)가 존재하는데, 주조 말기에 슬래그(2)가 주형(20)으로 유입되면 불균일 응고가 발생하게 되며, 이러한 부분에 응력이 가해지면 브레이크 아웃(break out)과 같은 조업사고가 발생하는 문제가 있다.

그래서 주조 말기에는 턴디쉬(10)에 임시 저장된 용강(1)이 모두 소진될 때까지 용강(1)을 주형(20)으로 공급하지 않고, 용강(1)의 탕면에 존재하는 슬래그(2)가 침지노즐(30)로 유입되지 않을 만큼의 용강(1)을 잔류시키고 있다. 이를 턴디쉬 잔탕이라고 하는데, 턴디쉬 잔탕은 주편으로 주조되지 못하여 스크랩으로 처리되고 있다. 이러한 턴디쉬 잔탕은 주편의 실수율에 큰 영향을 미치게 되고, 궁극적으로 제철소의 수익성에 악영향을 미치게 된다. 그래서 턴디쉬 잔탕의 양을 줄이고자 하는 기술이 다양하게 제안되고 있다.

하지만, 종래에는 턴디쉬 잔탕의 양을 줄이고자 턴디쉬의 바닥면 모양을 개선하거나 슬래그의 유입을 저지하는 댐을 구비하는 방식의 기술이 제안되었을 뿐 턴디쉬의 잔탕을 줄이고자 침지노즐을 개선하는 기술은 아직까지 제안되지 않고 있는 실정이다.

등록특허 10-1185014 (2012. 09. 17)

본 발명은 침지노즐의 회전에 의해 용강에 원심력을 발생시켜 턴디쉬의 슬래그가 주형으로 주입되는 것을 방지하여 잔탕의 양을 줄일 수 있는 연주용 침지노즐 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 연주용 침지노즐 장치는 턴디쉬로부터 주형의 내부로 용강을 공급하는 침지노즐 장치로서, 턴디쉬로부터 배출되는 용강을 주형으로 공급하는 유동공간을 제공하면서 턴디쉬의 하부에서 회전 구동유닛을 매개로 회전 가능하게 회전동작에 의해 턴디쉬의 배출구로 유동되는 용강에 원심력이 작용되도록 하는 내부 노즐유닛과; 턴디쉬의 하부에서 상기 내부 노즐유닛을 간격을 두고 포위하고, 상기 내부 노즐유닛로부터 토출되는 용강을 주형으로 토출시키는 외부 노즐유닛을 포함한다.

상기 내부 노즐유닛은 상기 턴디쉬의 하부에 배치되고, 하부로 갈수록 점점 내경이 줄어드는 경사부가 형성되는 거치대와; 상기 거치대의 경사부에 안착되어 상기 거치대에서 회전되고, 상기 유동공간이 형성되며 용강이 토출되는 제 1 토출공이 형성되는 내부노즐을 포함한다.

상기 거치대는 상기 경사부를 포함하는 상부영역과, 상기 상부영역에서 하부로 연장되어 상기 상부영역보다 내경이 작으면서 일정한 내경으로 형성되는 하부영역으로 구분되고, 상기 내부노즐은 상기 거치대의 상부영역 내주연에 안착되도록 대응되는 형상을 갖는 머리부와, 상기 머리부에서 하부로 연장되어 상기 거치대의 하부영역 내경에 대응되는 외경으로 형성되는 몸체부로 구분되며, 상기 거치대의 하부영역보다 상기 내부노즐의 몸체부가 하부로 더 길게 연장되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부노즐의 몸체부에는 상기 제 1 토출공이 적어도 한 쌍 이상으로 형성되고, 상기 제 1 토출공의 상측으로 적어도 하나 이상의 배출공이 형성되어 상기 제 1 토출공과 배출공으로 용강이 토출되는 것을 특징으로 한다.

상기 외부 노즐유닛에는 상기 내부 노즐유닛에서 토출되는 용강이 임시로 저장된 다음 주형으로 토출되도록 제 2 토출공이 적어도 한 쌍 이상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부노즐의 외주연에는 제 1 스프라켓이 형성되고, 상기 회전 구동유닛은 상기 외부 노즐유닛의 외부에 구비되는 모터와; 상기 모터의 구동축에 구비되는 제 2 스프라켓과; 상기 제 2 스프라켓과 제 1 스프라켓을 연동시키도록 상기 외부 노즐유닛을 관통하여 설치되는 체인을 포함한다.

상기 제 1 스프라켓은 내화물로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 침지노즐을 이중 구조로 개선하고, 내부에 위치한 노즐을 회전시킴에 따라 용강에 원심력이 발생하도록 하여 턴디쉬에서 침지노즐을 유입되는 용강 중 슬래그가 침지노즐로 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 주조 말기에 턴디쉬 내의 잔탕 양을 줄일 수 있어 주편의 실수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 침지노즐이 이중 구조를 갖고 내부와 외부 노즐 사이에 용강이 임시로 저장되는 공간이 형성됨에 따라 불가피하게 턴디쉬의 슬래그가 침지노즐로 유입되더라도 주형으로 바로 유입되지 않고 내부와 외부 노즐 사이이 공간에 슬래그를 잔류시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 내부에 위치한 노즐을 회전시킴으로써 노즐 내부에 회전류가 발생하여 노즐이 막히는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 연속주조 장치의 구성을 보여주는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치를 보여주는 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치를 보여주는 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치를 보여주는 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치의 사용상태를 보여주는 사용상태도이다.

이하, 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치를 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치를 보여주는 분해 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치는 크게 내부 노즐유닛(100), 외부 노즐유닛(200) 및 회전 구동유닛(300)을 포함한다.

내부 노즐유닛(100)은 턴디쉬(10)로부터 배출되는 용강(1)을 주형(20)으로 공급하는 유동공간을 제공하면서 턴디쉬(10)의 하부에서 회전되도록 배치되어 회전동작에 의해 턴디쉬(10)의 배출구(10a)로 유동되는 용강(1)에 원심력이 작용되도록 하는 유닛으로서, 거치대(120)와 내부노즐(110)을 포함한다.

거치대(120)는 내화물로 제작되고 내부노즐(110)이 회전될 수 있도록 거치하는 수단으로서, 상하로 연통된 파이프 형상이고, 바람직하게는 상부영역(120a)는 내경이 크고, 하부영역(120b)은 내경이 작으며, 상부영역(120a)의 하부는 상부영역(120a)과 하부영역(120b)을 연장하도록 하부로 갈수록 점점 내경이 줄어드는 경사부가 형성된다.

내부노즐(110)은 턴디쉬(10)에서 배출되는 용강(1)을 주형(20)으로 주입시키는 유동공간을 제공하는 실질적인 노즐의 역할을 하는 수단으로서, 본 실시예에서는 내부노즐(110)이 거치대(120)의 경사부에 안착되어 상기 거치대(120)에서 회전되도록 구비된다.

내부노즐(110)은 거치대(120)와 마찬가지로 내화물로 제작되고, 거치대(120)의 상부영역(120a) 내주연에 안착되도록 대응되는 형상을 갖는 머리부(110a)와, 상기 머리부(110a)에서 하부로 연장되어 상기 거치대(120)의 하부영역(120b) 내경에 대응되는 외경으로 형성되는 몸체부(110b)로 구분된다. 이때 몸체부(110b)가 상기 거치대(120)의 하부영역(120b)보다 하부로 더 길게 연장되는 것이 바람직하다.

그래서 내부노즐(110)은 전체적으로 내부에 용강이 유동되는 유동공간이 형성되는 파이프 형상이지만, 상부가 개구되고 하부는 막힌 형상으로 제작된다. 이때 몸체부(110b)의 하측영역에는 용강(1)이 토출되는 제 1 토출공(111)이 적어도 한 쌍 이상이 형성된다. 상기 제 1 토출공(111)은 서로 대향되는 위치에 쌍을 이루면서 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 내부노즐(110)의 몸체부(110b)에는 상기 제 1 토출공(111)의 상측영역으로 적어도 하나 이상의 배출공(112)이 형성된다. 그래서 내부노즐(110)의 유동공간으로 유동되는 용강이 상기 제 1 토출공(111)으로 대부분 토출되지만 배출공(112)을 통해서도 토출될 수 있다.

한편, 내부노즐(110)의 몸체부(110b)에는 그 외주연으로 후술되는 회전 구동유닛(300)에 연동되어 내부노즐(110)을 회전시키기 위한 제 1 스프라켓(113)이 형성된다.

제 1 스프라켓(113)은 내부노즐(110)의 외주연 둘레를 따라 링 형상으로 형성되는데 내부노즐(110)과 일체로 회전되도록 형성된다. 이때 제 1 스프라켓(113)은 고온의 용강에 손상되지 않도록 내부노즐(110)과 같은 내화물로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 거치대(120)와 내부노즐(110)이 대면되는 영역에는 내부노즐(110)의 회전시 마찰을 줄이면서 원활한 회전이 이루어지도록 볼 베어링과 같은 베어링 수단이 부가적으로 구비될 수 있을 것이다.

외부 노즐유닛(200)은 턴디쉬(10)의 하부에서 상기 내부 노즐유닛(100)을 이격된 상태로 둘러싸서 포위하는 형태로 배치되고, 상기 내부 노즐유닛(100)로부터 토출되는 용강(1)을 임시로 저장한 다음 주형(20)으로 토출시키는 유닛으로서, 내부노즐(110)과 마찬가지로 전체적으로 내부에 내부노즐(110)을 수용하고 용강(1)이 유동되는 공간이 형성되는 파이프 형상이지만, 상부가 개구되고 하부는 막힌 형상으로 제작된다.

이때 외부 노즐유닛(200)의 하측영역에는 내부노즐(110)로부터 토출된 용강(1)을 주형(20)으로 토출시키는 제 2 토출공(210)이 적어도 한 쌍 이상으로 형성된다. 상기 제 2 토출공(210)도 상기 제 1 토출공(111)과 마찬가지로 서로 대향되는 위치에 쌍을 이루면서 형성되는 것이 바람직하다. 이때 제 1 토출공(111)과 제 2 토출공(210)은 직선으로 연통되지 않고 서로 어긋나게 형성되는 것이 바람직하다. 그래서 내부노즐(110)에서 토출되는 용강(1)이 외부 노즐유닛(200)의 내부 공간에 임시적으로 저장된 다음 주형(20)으로 주입되는 것이 바람직하다.

한편, 회전 구동유닛(300)은 내부 노즐유닛(100), 정확하게는 내부노즐(110)을 회전시키는 구동력을 제공하는 유닛으로서, 내부노즐(110)을 회전시킬 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다. 예를 들어 본 실시예에서 회전 구동유닛(300)은 외부 노즐유닛(200)의 외부에 구비되는 모터(310)와; 모터(310)의 구동축(320)에 구비되는 제 2 스프라켓(330)과; 제 2 스프라켓(330)과 제 1 스프라켓(113)을 연동시키는 체인(340)을 포함한다.

이때 체인(340)은 외부 노즐유닛(200)을 관통하여 설치되는 것이 바람직한데, 이를 위하여 외부 노즐유닛(200)에는 체인(340)이 통과되는 관통공(220)이 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 내부 노즐유닛(100)의 거치대(120)와 외부 노즐유닛(200)을 각각 개별적으로 구현하였지만, 내부 노즐유닛(100)과 외부 노즐유닛(200)의 원활한 설치를 위하여 내부 노즐유닛(100)의 거치대(120)와 외부 노즐유닛(200)을 일체로 형성할 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치를 보여주는 단면도으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치는 다른 구성은 동일하지만, 외부 노즐유닛(200)의 상부영역 두께를 내측으로 두껍게 형성하면서 내부 노즐유닛(100)의 거치대(120)와 같은 형상으로 제작하여 외부 노즐유닛(200)의 상측영역 내주연이 내부 노즐유닛(100)의 거치대 역할을 할 수 있을 것이다.

다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치의 사용상태를 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연주용 침지노즐 장치의 사용상태를 보여주는 사용상태도이다.

내부 노즐유닛(100)과 외부 노즐유닛(200)을 슬라이드 게이트(11)의 하부에 배치시킨 상태에서 슬라이드 게이트(11)를 오픈하여 턴디쉬(10)에 저장된 용강(1)을 주형(20)으로 주입시킨다. 주조 초기 및 중기에는 턴디쉬(10)의 슬래그(2)가 주형(20)으로 주입되지 않기 때문에 내부노즐(110)을 회전시킬 필요가 없을 것이다.

다만, 주조 말기에는 턴디쉬(10)의 슬래그(2)가 주형(20)으로 주입되는 것을 방지하면서 잔탕을 양을 절감하기 위하여 내부노즐(110)을 회전시켜 용강(1)에 원심력이 작용하도록 한다.

내부노즐(110)을 회전시키기 위해서는 모터(310)를 작동하여 구동축(320)에 구비된 제 2 스프라켓(330)을 회전시킨다. 이렇게 제 2 스프라켓(330)이 회전되면 체인(340)을 매개로 제 1 스프라켓(113)이 연동하여 회전되면서 내부노즐(110)을 일체로 회전시킨다.

내부노즐(110)이 회전되면 그 내부로 유동되는 용강(1)이 회전되면서 회전류가 발생하고 이러한 회전류에 의해 턴디쉬(10)의 배출구(10a) 주변에 원심력이 작용하면서 슬래그(2)가 배출구(10a)의 주변으로부터 멀어지게 되고, 용강(1)은 회전류를 형성하면서 내부노즐(110)의 내부로 유입되어 제 1 토출공(111) 및 배출공(112)을 통하여 외부 노즐유닛(200)의 내부로 토출된다.

이렇게 외부 노즐유닛(200)의 내부로 토출된 용강(1)은 바로 주형(20)으로 주입되지 않고 외부 노즐유닛(200)과 내부노즐(110) 사이 공간에 임시로 저장되는 것과 같이 잠시 동안 체류하게 된다.

이렇게 용강(1)이 체류되는 동안 불가피하게 내부노즐(110)로 유입된 턴디쉬 슬래그(2)는 용강(1)과의 비중 차이에 의해 외부 노즐유닛(200)과 내부노즐(110) 사이 공간에서 부상하여 주형(20)으로 유입되는 것이 방지된다.

그래서, 외부 노즐유닛(200)과 내부노즐(110) 사이 공간에서 잠시 동안 체류하면서 불가피하게 유입된 슬래그(2)가 부상분리된 용강(1)은 외부 노즐의 제 2 토출공(210)을 통하여 주형(20)으로 유입된다.

한편, 모터(310)의 작동에 의해 내부노즐(110)이 회전되면서 내부노즐(110)의 내부에 회전류가 발생하고 내부노즐(110)의 외부에도 용강(1)의 유동이 발생한다. 하지만, 이러한 용강(1)의 유동은 외부 노즐유닛(200)에 가로막혀 주형(20) 내부의 용강(1)에 그대로 전달되지 않아 주형(20) 내부로 유입된 용강(1)이 불필요하게 유동되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

1: 용강 2: 슬래그
10: 턴디쉬 10a: 배출구
11: 슬라이드 게이트 20: 주형
30: 침지노즐
100: 내부 노즐유닛 110: 내부노즐
110a: 머리부 110b: 몸체부
111: 제 1 토출공 112: 배출공
113: 제 1 스프라켓 120: 거치대
120a: 상부영역 120b: 하부영역
200: 외부 노즐유닛 210: 제 2 토출공
220: 관통공 300: 회전 구동유닛
310: 모터 320: 구동축
330: 제 2 스프라켓 340: 체인

Claims (7)

1. 턴디쉬로부터 주형의 내부로 용강을 공급하는 침지노즐 장치로서,
   턴디쉬로부터 배출되는 용강을 주형으로 공급하는 유동공간을 제공하면서 턴디쉬의 하부에서 회전 구동유닛을 매개로 회전 가능하게 회전동작에 의해 턴디쉬의 배출구로 유동되는 용강에 원심력이 작용되도록 하는 내부 노즐유닛과;
   턴디쉬의 하부에서 상기 내부 노즐유닛을 간격을 두고 포위하고, 상기 내부 노즐유닛로부터 토출되는 용강을 주형으로 토출시키는 외부 노즐유닛을 포함하는 연주용 침지노즐 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부 노즐유닛은
   상기 턴디쉬의 하부에 배치되고, 하부로 갈수록 점점 내경이 줄어드는 경사부가 형성되는 거치대와;
   상기 거치대의 경사부에 안착되어 상기 거치대에서 회전되고, 상기 유동공간이 형성되며 용강이 토출되는 제 1 토출공이 형성되는 내부노즐을 포함하는 연주용 침지노즐 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 거치대는 상기 경사부를 포함하는 상부영역과, 상기 상부영역에서 하부로 연장되어 상기 상부영역보다 내경이 작으면서 일정한 내경으로 형성되는 하부영역으로 구분되고,
   상기 내부노즐은 상기 거치대의 상부영역 내주연에 안착되도록 대응되는 형상을 갖는 머리부와, 상기 머리부에서 하부로 연장되어 상기 거치대의 하부영역 내경에 대응되는 외경으로 형성되는 몸체부로 구분되며,
   상기 거치대의 하부영역보다 상기 내부노즐의 몸체부가 하부로 더 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 연주용 침지노즐 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 내부노즐의 몸체부에는 상기 제 1 토출공이 적어도 한 쌍 이상으로 형성되고, 상기 제 1 토출공의 상측으로 적어도 하나 이상의 배출공이 형성되어 상기 제 1 토출공과 배출공으로 용강이 토출되는 것을 특징으로 하는 연주용 침지노즐 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부 노즐유닛에는 상기 내부 노즐유닛에서 토출되는 용강이 임시로 저장된 다음 주형으로 토출되도록 제 2 토출공이 적어도 한 쌍 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연주용 침지노즐 장치.
   
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 내부노즐의 외주연에는 제 1 스프라켓이 형성되고,
   상기 회전 구동유닛은
   상기 외부 노즐유닛의 외부에 구비되는 모터와;
   상기 모터의 구동축에 구비되는 제 2 스프라켓과;
   상기 제 2 스프라켓과 제 1 스프라켓을 연동시키도록 상기 외부 노즐유닛을 관통하여 설치되는 체인을 포함하는 연주용 침지노즐 장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제 1 스프라켓은 내화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 연주용 침지노즐 장치.
   

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