KR20190016344A

KR20190016344A - 노즐

Info

Publication number: KR20190016344A
Application number: KR1020170100452A
Authority: KR
Inventors: 김성줄
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-02-18
Also published as: JP2020530813A; KR101969105B1; WO2019031660A1; JP6972302B2; CN110997183A

Abstract

본 발명에 따른 노즐은 용강이 통과 가능한 통로 및 하단에 상기 용강이 외부로 토출되는 토출구가 마련된 몸체부 및 몸체부를 중심으로하여 몸체부의 외측 폭 방향으로 연장 형성되도록 상기 몸체부에 장착된 흐름 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 노즐에 의하면, 종래에 비해 노즐 주변의 탕면 유속을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 흐름 제어부를 구비하는 노즐을 적용하여 용강을 공급할 때, 노즐 주변의 탕면에서의 나탕이 종래에 비해 저감된다. 이로 인해 나탕으로 인해 슬래그가 용강으로 혼입되는 것을 종래에 비해 억제 또는 방지할 수 있어, 개재물 발생을 억제 또는 방지할 수 있다.

Description

노즐{Nozzle}

본 발명은 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개재물을 저감시킬 수 있는 노즐에 관한 것이다.

일반적인 연속주조기는 래들에 연결된 주입노즐을 통해 용강을 공급받아 일시적으로 용강을 저장한 후 각 스트랜드(strand)로 분배하는 턴디쉬(tundish), 래들의 용강을 턴디쉬로 공급하는 노즐, 턴디쉬로부터 전달받은 용강을 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형(mold) 및 미응고된 주편으로부터 열을 빼앗아 응고를 완료시키면서 주편을 구부리거나 펴는 일련의 작업을 수행하는 다수의 롤(roll)과 냉각 노즐(미도시)을 포함하는 냉각대를 포함한다.

한편, 래들과 턴디시를 연결하는 노즐로 용강을 주입하면, 상기 노즐 하단에 마련된 토출구를 통해 용강이 턴디시 내로 토출된다. 노즐로부터 토출된 용강은 용강 상부 표면 방향으로 흐르는 상승류를 형성하며, 특히, 노즐 주변에 강한 상승류가 형성된다. 그리고, 용강의 상승류에 의해 탕면에 강한 난류가 발생되게 되는데, 이 상승류 또는 난류가 노즐 주변의 슬래그를 밀어내게 된다. 즉, 용강 상승류 또는 난류가 노즐을 중심으로 슬래그를 밀어낸다. 따라서, 노즐(10)과 슬래그(S) 간이 이격되는 나탕(Nude steel)이 발생된다. 이러한 나탕은 개재물을 발생시키는 요인이되고, 턴디쉬 탕면을 불안정하게 하여, 슬래그가 용강으로 혼입되는 원인이 된다.

따라서, 턴디시로 용강을 공급할 때, 탕면에서 나탕 발생을 저감 또는 억제 시킬 수 있는 노즐에 대한 연구가 필요하다.

한국등록실용신안공보 KR0223846Y1

본 발명은 개재물을 저감시킬 수 있는 노즐을 제공한다.

본 발명은 탕면에 나탕 발생을 억제하거나 방지할 수 있는 노즐을 제공한다.

본 발명에 따른 노즐은 용강이 통과 가능한 통로 및 하단에 상기 용강이 외부로 토출되는 토출구가 마련된 몸체부; 및 상기 몸체부를 중심으로하여 상기 몸체부의 외측 폭 방향으로 연장 형성되도록 상기 몸체부에 장착된 흐름 제어부;를 포함한다.

상기 흐름 제어부는 상기 몸체부의 하부에서 상기 토출구의 외측에 위치하도록 설치된다.

상기 흐름 제어부는 상기 몸체부 외측면으로부터 외측 방향으로 연장되고, 상기 흐름 제어부가 상기 몸체부 외측면으로부터 연장된 길이는 상기 몸체부 벽체의 두께에 크다.

상기 흐름 제어부는 상기 토출구와 대응하는 영역이 개구된 중공형의 형상이며, 상기 개구 주변벽인 상기 흐름 제어부의 내측면이 상기 몸체부의 외주면과 접촉되도록 설치된다.

상기 몸체부 통로의 폭(D)에 대한 상기 몸체부의 벽체의 두께(F)와 상기 흐름 제어부의 폭(A)의 합의 비율((A+F)/D)*100)이 74% 이상, 125% 이하인 것이 바람직하다.

상기 몸체부(110) 벽체의 두께(F)에 대한 상기 흐름 제어부의 폭(A)의 비율(A/F)이 2.1 이상, 4.2 이하인 것이 바림직하다.

상기 흐름 제어부는 개구 및 그 외관 형상이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나이다.

상기 흐름 제어부는 상기 몸체부의 둘레 방향을 따라 연속적으로 연장 형성된다.

상기 몸체부의 하단부의 바닥면과 상기 흐름 제어부의 바닥면의 위치가 상호 동일하다.

본 발명의 실시형태에 따른 노즐에 의하면, 종래에 비해 노즐 주변의 탕면 유속을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 흐름 제어부를 구비하는 노즐을 적용하여 용강을 공급할 때, 노즐 주변의 탕면에서의 나탕이 종래에 비해 저감된다. 이로 인해 나탕으로 인해 슬래그가 용강으로 혼입되는 것을 종래에 비해 억제 또는 방지할 수 있어, 개재물 발생을 억제 또는 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노즐을 구비하는 연속 주조 설비의 일부를 나타낸 도면
도 2는 종래의 노즐 적용시에 나탕 발생을 설명하는 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노즐에 있어서, 몸체부의 하부에 연결된 흐름 제어부를 설명하는 도면
도 4는 통로의 폭에 대한 몸체부 본체 또는 벽체의 두께와 흐름 제어부의 폭의 합의 비에 따른 탕면 유속 인덱스를 나타낸 실험 그래프
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 흐름 제어부의 횡 단면도
도 6 내지 도 13은 제 1 내지 제 8 비교예 및 실시예에 따른 노즐 및 이의 적용시의 용강 흐름을 나타낸 도면

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 노즐을 이용하여 용강을 이송 또는 토출할 때, 개재물 발생을 저감시키는 노즐에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 래들 내 용강을 노즐을 이용하여 턴디시로 공급 또는 이송시키는데 있어서, 나탕 발생을 저감시켜, 이로 인한 개재물 발생을 줄이거나 방지할 수 있는 노즐을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 노즐에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노즐을 구비하는 연속주조설비를 도시한 도면이다. 도 2는 종래의 노즐 적용시에 나탕 발생을 설명하는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노즐에 있어서, 몸체부의 하부에 연결된 흐름 제어부를 설명하는 도면이다. 도 4는 통로의 폭에 대한 몸체부 본체 또는 벽체의 두께와 흐름 제어부의 폭의 합의 비에 따른 탕면 유속 인덱스를 나타낸 실험 그래프이다. 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 흐름 제어부의 횡 단면도이다. 도 6 내지 도 13은 제 1 내지 제 8 비교예 및 실시예에 따른 노즐 및 이의 적용시의 용강 흐름을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 연속주조설비는 용강(molten steel; M)이 저장되는 래들(L), 래들(L)로부터 용강(M)을 공급받는 턴디쉬(T), 래들(L) 내의 용강을 턴디쉬(T)에 공급하는 노즐(100), 래들(L)과 노즐(100) 간의 연통을 제어하는 게이트(또는 슬라이딩 게이트)(G)를 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 턴디쉬(T) 하부에 배치되어, 상기 턴디쉬(T)로부터 용강을 제공받아 용강(M)을 1차 냉각시키는 주형(미도시), 턴디쉬(T)와 주형 사이를 연결하도록 설치되어, 턴디쉬(T)의 용강(M)을 주형으로 공급하는 침지 노즐(미도시)을 포함한다.

래들(L)은 용강(M)을 수강하고, 이를 턴디쉬(T)로 제공하기 위한 수단으로, 래들(L) 바닥에는 용강의 토출이 가능한 출강구가 마련되고, 이 출강구에 노즐(100)이 연결된다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여, 래들에 장착된 노즐을 탑 노즐(수)이라 명명하고, 래들(L)의 탑 노즐을 통과한 용강을 턴디시로 공급하는 노즐을 쉬라우드 노즐로서, 본원에서는 '노즐'로 명명한다.

게이트(G)가 오픈되면, 래들(L) 내 용강이 탑 노즐(100) 및 게이트(G)를 거쳐, 노즐(100)로 이송되고, 노즐(100) 하부에 마련된 개구 즉 토출구(113)를 통해 토출되어 턴디쉬(T) 내로 공급된다. 노즐(100)의 토출구(113)로부터 토출된 용강은 용강 상부 표면 방향으로 흐르는 상승류를 형성하며, 특히, 노즐(100) 주변에 강한 상승류가 형성된다

그리고, 도 2를 참조하면 용강(M)의 상승류에 의해 탕면에 강한 난류가 발생되게 되는데, 이 상승류 또는 난류가 노즐(10) 주변의 슬래그(S)를 밀어내게 된다. 즉, 용강(M) 상승류 또는 난류가 노즐(10)을 중심으로 슬래그(S)를 밀어낸다. 따라서, 도 2에 도시된 확대도와 같이, 노즐(10)과 슬래그(S) 간이 이격되는 나탕(Nude steel)이 발생된다.

이러한 나탕은 개재물을 발생시키는 요인이되고, 턴디쉬(T) 탕면을 불안정하게 하여, 슬래그가 용강으로 혼입되는 원인이 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 래들(L) 내 용강을 턴디쉬(T)로 공급하는데 있어서, 나탕 발생을 저감시키는 노즐(100)을 제공한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노즐(100)은 용강이 통과 가능한 내부 공간과, 하단에 상기 용강이 외부로 토출되는 토출구(113)가 마련된 몸체부(110) 및 몸체부(110)의 외측에 위치되며, 몸체부(110)의 하단에 연결되어, 상기 몸체부(110)의 폭 방향으로 연장 형성된 흐름 제어부(120)를 포함한다.

몸체부(110)는 내부에 상하 방향으로 연장 형성된 공간 즉, 통로(112)가 마련되고, 용강(M)이 토출되는 하측 개구인 토출구(113)가 마련된 본체(111)를 포함한다. 즉, 몸체부(110)는 상하 방향으로 연장 형성된 본체(111), 본체(111) 내부에 마련된 빈 공간으로, 본체(111)의 연장 방향으로 대응하여 연장 형성된 통로(112), 통로(112)와 연통된 본체(111) 상측 개구인 입구 및 통로(112)와 연통된 본체(111) 하측 개구인 토출구(113)를 포함한다. 여기서, 본체(111)는 입구, 통로(112) 및 토출구(113) 주변을 둘러싸는 벽체로 명명될 수 있다.

그리고, 토출구(113) 주변에 해당하는 본체(111) 또는 벽체의 하단의 폭, 두께 또는 외경은 그 상부 영역에 비해 클 수 있다. 이에, 몸체부(110) 또는 본체(111) 하단부를 플렌지라 명명할 수도 있다.

실시예에 따른 몸체부(110)의 구성에 대해 다시 설명하면, 몸체부는 게이트의 하부에 위치되는 제 1 노즐(110a), 제 1 노즐(110a)의 하부에 연결된 제 2 노즐(110b), 제 2 노즐(110b)의 하부에 연결된 제 3 노즐(110c)을 포함할 수 있다.

제 1 노즐(110a)은 통상 중간 노즐(middle nozzle)이라고 명명되는 것으로, 게이트(G)와 제 2 노즐(110b) 사이에 위치한다.

제 2 노즐(110b)은 통상 콜렉터 노즐(collector nozzle)로 명명되는 것으로, 제 1 노즐(110a)과 제 3 노즐(110c)을 연결하는 노즐이다.

제 3 노즐(110c)은 통상 쉬라우드 노즐(shroud nozzle)로 명명되는 것으로, 하부가 턴디쉬 내부에 위치하도록 설치되어, 턴디시로 용강을 공급하는 노즐이다. 제 3 노즐(즉, 쉬라우드 노즐)(110c)의 적어도 하부는 그 외경이 가변되는 또는 다른 구간이 있다. 즉, 도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 3 노즐(110c)의 하부는 하측 방향으로 갈수록 외경이 커지도록 형성된 제 1 구간(111a), 제 1 구간(111a)의 하부로부터 하측으로 연장된 구간으로, 제 1 구간(111a)의 최하단의 외경과 동일한 외경을 가지도록 형성된 제 2 구간(111b)을 포함한다. 여기서, 제 2 구간(111b)의 외경은 제 1 구간(111a)의 상측 영역의 외경에 비해 크며, 상기 제 2 구간(111b)은 플랜지로 명명될 수 있다.

상술한 제 1 내지 제 3 노즐(110a, 110b, 110c)은 모두 개별적으로 분리 및 상호 체결 가능하다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 몸체부(110)의 하단은 제 3 노즐(110c) 즉, 쉬라우드 노즐의 하단일 수 있다.

흐름 제어부(120)는 몸체부(110)의 토출구(113)로부터 토출된 용강의 흐름을 제어 또는 변경시켜, 탕면의 유속(또는 탕면 속도)을 종래에 비해 저감시킴으로써, 나탕을 억제 또는 방지하는 기능을 한다. 이러한 흐름 제어부(120)는 몸체부(110) 하단으로부터 상기 몸체부(110)의 외측 방향으로 연장 형성되며, 그 연장 방향은 몸체부(110)의 폭 방향과 대응한다. 다른 말로 하면, 흐름 제어부(120)는 몸체부(110)의 토출구(113)와 대응하는 영역이 개구된 중공형의 판(plate) 형상 예컨대, 원형의 중공형 형상이다. 즉, 흐름 제어부(120)는 몸체부(110)의 외측에서 둘레 방향을 따라 연속적으로 연장 형성된다. 그리고, 흐름 제어부(120)는 개구를 중심으로 하여, 몸체부(110)의 폭 방향 외측으로 연장 형성되며, 중앙 개구를 구획하는 내측면은 몸체부(110)와 연결된다. 이에, 흐름 제어부(120)는 그 개구가 몸체부(110)의 토출구에 대응 위치하면서, 몸체부(110)의 하부로부터 외측 방향으로 연장된 구조로 설치된다.

또한, 몸체부(110)의 하단부의 바닥면과 흐름 제어부(120)의 바닥면의 위치가 상호 동일하다.

상술한 바와 같이, 흐름 제어부가 설치되지 않은 종래의 노즐을 이용하여 턴디쉬(T)에 용강을 공급할 때, 탕면에서 노즐 주변에서 슬래그가 밀려나 나탕이 발생한다(도 2 확대도 참조). 이에, 나탕 발생을 저감시키기 위해서는 종래의 노즐 사용 시보다, 노즐 주변에서의 탕면 유속을 감소시킬 필요가 있다. 이를 다른 말로 하면, 흐름 제어부(120)가 구비되지 않은 종래의 노즐 이용시, 노즐 주변 탕면의 유속에 대한 개선된 노즐 이용시 탕면 유속이 1 미만이 되도록 할 필요가 있다(수학식 1 참조). 즉, 흐름 제어부(120)가 설치되지 않은 종래의 노즐 주변 탕면의 유속을 기준으로 한 개선된 노즐 이용시 탕면 유속의 값이 1 미만이 되도록 하는 것이 바람직하다(수학식 1 참조).

여기서, 종래의 노즐 주변의 탕면 유속에 대한 개선된 노즐 이용시, 노즐 주변의 탕면 유속 비율(I)은 탕면 유속 인덱스(I)로 명명될 수 있으며, 탕면 유속 인덱스가 1 미만일 때, 종래에 비해 유속이 줄어들고, 이에 따라 나탕이 저감된다.

[수학식 1]

그리고, 이렇게 탕면 유속 인덱스(I)가 1 미만이 되도록 하기 위해, 몸체부(110)로부터 폭 방향 외측 방향으로 연장된 흐름 제어부(120)의 폭(A)이 몸체부(110)의 본체(111) 또는 벽체 두께(F)에 비해 크도록 한다(A > F). 다른 말로 하면, 통로(112) 또는 토출구(113)를 구획하는 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)에 비해 몸체부(110)로부터 외측 방향으로 연장된 흐름 제어부(120)의 길이(A)가 길도록 형성한다(A > F).

여기서 흐름 제어부의 폭(A)은 몸체부(110)와 연결되는 흐름 제어부(120)의 내측면과, 외측면 간의 이격 거리를 의미한다. 이를 다른 말로 하면, 몸체부(110)의 외측면과 흐름 제어부(120)의 외측면 간의 이격 거리이다.

이를 반영하여 흐름 제어부의 폭(A)에 대해 다시 설명하면, 흐름 제어부(120)의 내측면에서 외측면까지의 길이(A)가 토출구(113) 주변을 둘러싸는 몸체부(110)의 본체(111)의 두께(F)에 비해 크도록 한다.

한편, 흐름 제어부(120)의 내측면에서 외측면까지의 길이 즉, 흐름 제어부(120)의 폭(A)이 토출구 주변을 둘러싸는 몸체부(110)의 벽체의 두께(F)에 비해 작은 경우(F > A), 탕면 유속 인덱스(I)가 1 이상이거나, 흐름 제어부(120)가 없는 종래에 비해 나탕 저감 효과가 작거나, 종래와 유사한 나탕이 발생될 수 있다.

통상, 래들(L)의 용강을 턴디쉬(T)로 공급을 시작 또는 개시하는 초기에 탑 노즐(TN)과 노즐(100) 간의 개방율을 100%로 하며, 용강 공급 초기 또는 개시 후에 개방율을 50%로 조절한다. 개방율은 게이트(G)의 동작으로 제어 가능하다.

그리고, 개방율이 클수록 시간당 토출량이 작으며, 토출량이 상대적으로 작을 때에 비해 많을 때, 탕면에서의 유속이 상대적으로 크다. 그리고 종래와 같이 흐름 제어부(120)가 구비되지 않은 노즐 이용시에, 50%를 개방하여도 노즐 주변에서 나탕이 발생된다. 이에, 탕면 유속 인덱스(I)를 구하는 기준으로, 50% 개방시를 기준으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 효과적으로 몸체부(110) 주변의 탕면 유속을 저감, 또는 탕면 유속 인덱스가 1 미만이 되도록 하기 위해서, 본 발명의 실시예에서는 토출구(113)의 폭(D) 또는 통로(112)의 폭(D) 또는 몸체부(110)의 내경(D)(이하, 통로의 폭(D))에 대한 몸체부(110) 본체(111)의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비를 조절한다(수학식 2 참조).

[수학식 2]

도 4를 참조하면, 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부의 폭(A)의 합(F+A)의 비가 74% 이상, 125% 이하일 때, 탕면 유속 인덱스가 1 미만이다. 따라서, 실시예에서는 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X)가 74% 이상, 125% 이하가 되도록 노즐(100)을 구성한다.

상술한 바와 같이, 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X) 조절을 위해서는 통로(112)의 폭(D), 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F) 및 흐름 제어부의 폭(A) 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.

이때, 기존의 몸체부 또는 쉬라우드 노즐에 흐름 제어부(120)를 추가 설치하는 것이 그 제작 비용적인 측면에서 유리하다. 이와 같은 경우, 기존 몸체부(110)의 통로(112)의 폭(D) 및 벽체의 두께(F)에 따라 흐름 제어부(120)의 폭(A)을 조절하여, 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X = (T /(D))*100%)가 74% 이상, 125% 이하가 되도록 한다. 즉, 조업을 실시할 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)에 따라 흐름 제어부(120)의 폭(A)을 조절 제작하여, 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110)의 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X = (T /(D))*100%)가 74% 이상, 125% 이하가 되도록 한다.

물론, 기존의 몸체부(110) 또는 쉬라우드 노즐을 사용하지 않고, 주조 설비의 사양에 따라, 몸체부(110) 및 흐름 제어부(120) 각각을 별도로 제작할 수 있다. 이와 같은 경우에도 마찬가지로, 몸체부(110)의 통로(112)의 폭(D) 및 벽체의 두께(F)에 따라 흐름 제어부(120)의 폭(A)을 조절하여, 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X = (T /(D))*100%)가 74% 이상, 125% 이하가 되도록 한다.

이를 위해, 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)에 대한 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 비율(A/F)이 2.1 이상, 4.2 이하가 되도록 조절한다. 즉, 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)에 대한 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 비율(A/F)이 2.1 이상, 4.2 이하일 때, 몸체부(110) 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X = (T /(D))*100%)가 74% 이상, 125% 이하가 된다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에서는 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)에 대한 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 비율(A/F)이 2.1 이상, 4.2 이하가 되도록 하여, 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X = (T /(D))*100%)가 74% 이상, 125% 이하가 되도록 한다. 따라서, 실시예에 따른 노즐(100)을 이용한 용강 공급시에 탕면 유속 인덱스(I)가 1 미만이 되며, 이로 인해 몸체부(110) 주변의 탕면에서 나탕이 종래에 비해 저감되거나, 억제된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 흐름 제어부는 개구 및 외관의 형상이 도 5a에 도시된 바와 같이 원형이다. 하지만, 흐름 제어부의 형상은 이에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 변경 가능하다. 또한, 몸체부의 외관 형상은 원형에 한정되지 않고, 다양한 다각형 예컨대 사각형일 수 있으며, 흐름 제어부의 개구는 몸체부의 외관 형상에 따라 다양한 형상 예컨대, 원형 외에 사각형 등의 다양한 다각형으로 변경 가능하다.

보다 구체적으로, 흐름 제어부(120)는 원형의 개구를 가지면서 외관이 타원형이거나(도 5b 참조), 원형의 개구를 가지면서 외관이 정사각형이거나(도 5c 참조), 원형의 개구를 가지면서 외관이 직사각형이거나(도 5c 참조)일 수 있다. 또한, 사각형의 개구를 가지면서 외관이 원형이거나(도 5e 참조), 사각형의 개구를 가지면서 외관이 타원형이거나(도 5f 참조), 정사각형의 개구를 가지면서 외관이 정사각형이거나(도 5g 참조), 정사각형의 개구를 가지면서 외관이 직사각형일 수 있다(도 5h 참조).

도 5a에 도시된 흐름 제어부와 같이, 개구 및 외관 형상 모두 타원형이 아닌 원형일 때, 흐름 제어부(120)의 내측면과 외측면의 사이의 이격 거리는 그 위치에 상관 없이 동일하다.

하지만, 도 5b 내지 도 5h의 실시예들에 따른 흐름 제어부(120)의 형상의 경우, 일측면과 타측면 간의 이격 거리가 측정 지점에 따라 다를 수 있다.

이에, 도 5b 내지 도 5h의 실시예들에 따른 흐름 제어부(120)를 적용할 경우, 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X)를 조절하는데 있어서, 어디를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 할지 지정할 필요가 있다.

본 발명의 실시예에서는 흐름 제어부의 내측면을 지나는 접선과외측면을 지나는 접선 간의 이격 거리 중, 최대 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 한다. 이때, 개구 또는 외관 중 꼭짓점은 제외한다.

이하, 도 5b 내지 도 5h에 도시된 실시예들에 따른 흐름 제어부(120)의 폭(A)에 대해 설명한다.

본 발명에서는 도 5b의 제 2 실시예에 따른 흐름 제어부(120)에 있어서, 흐름 제어부(120)의 내측면과 외측면 간의 이격 거리 중 최대 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 한다. 즉, 원형인 내측면의 일 지점을 지나는 제 1 접선과, 상기 제 1 접선과 마주보면서 타원형인 외측면을 지나는 제 2 접선 간의 이격 거리 중, 최대 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 한다.

그리고, 도 5c 내지 도 5h와 같이 개구 및 외관의 형상 중 적어도 하나가 다각형 인 경우, 내측면과 외측면의 꼭짓점과의 이격 거리는 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 하지 않는다. 다른 말로 하면, 개구가 원형이고 외관이 다각형일 때(도 5c 및 도 5d), 흐름 제어부(120)의 내측면을 지나는 제 1 접선과, 외측면 중 꼭짓점을 지나는 접선 간의 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 하지 않는다. 이와 같은 경우, 흐름 제어부(120)의 내측면을 지나는 제 1 접선과, 제 1 접선과 마주보도록 외측면의 변을 지나는 제 2 접선 사이의 이격 거리 중, 최대 이격 거리를 흐름 제어부의 폭(A)으로 한다.

또한, 개구가 다각형이고, 외관이 원형일 때(도 5e 및 5f 참조), 내측면의 꼭짓점과 외측면 과의 이격 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 하지 않는다. 이와 같은 경우, 흐름 제어부(120)의 꼭짓점을 제외한 변을 지나는 제 1 접선과, 상기 제 1 접선과 마주보면서 외측면을 지나는 제 2 접선 간의 이격 거리 들 중, 최대 이격 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 한다.

다른 예로, 개구 및 외관 모두 다각형일 때(도 5g 및 5h), 흐름 제어부(120)의 내측면의 꼭짓점과 외측면의 꼭짓점 간의 이격 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 하지 않는다. 이와 같은 경우, 흐름 제어부(120)의 꼭짓점을 제외한 변을 지나는 제 1 접선과, 상기 제 1 접선과 마주보면서 외측면의 꼭짓점을 제외한 변을 지나는 제 2 접선 간의 이격 거리 들 중, 최대 이격 거리를 흐름 제어부(120)의 폭(A)으로 한다.

이하, 도 6 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 노즐 및 종래의 노즐에 따른 탕면 유속 및 나탕 발생 여부에 대해 설명한다.

실시예에 따른 노즐은 도 14에 도시된 바와 같이, 턴디시로 용강을 주입하는 몸체부와, 몸체부의 하단 외측에서 몸체부의 폭 방향으로 연장되도록 형성된 흐름 제어부를 포함한다. 여기서 흐름 제어부는 중앙이 개구된 중공형의 형상이며, 그 중앙 개구에 몸체부(110)의 하단 또는 토출구(113)가 대응 위치하도록 몸체부(110)와 연결되도록 설치된다. 즉, 흐름 제어부(120)의 내측면은 몸체부(110)의 외측면과 연결되어 있다. 그리고, 몸체부(110)의 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부(110) 본체(111) 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X)가 74% 이상, 125%가 되도록 구성하였다.

한편, 도 6 및 도 7에 도시된 제 1 및 제 2 비교예는 본원발명의 흐름 제어부와 대응되는 구성이 없는 노즐(11)이다. 여기서 게이트를 통해 제 1 노즐(탑 노즐)과 제 2 및 제 3 노즐(중간 노즐 및 쉬라우드 노즐) 간을 연통시키는데 있어서, 제 1 비교예는 제 1 노즐(탑 노즐)과 제 2 및 제 3 노즐(중간 노즐 및 쉬라우드 노즐)이 50% 연통된 경우(50% 개방)이고, 제 2 비교예는 100%(100% 개방)인 경우이다.

도 8 내지 도 11에 도시된 제 3 내지 제 6 비교예에 따른 노즐은 턴디시로 용강을 주입하는 몸체부(10)를 포함하며, 턴디시 내에서 몸체부(10)의 토출구 하측에 별도로 흐름 제어부(12)가 설치된다. 즉, 제 3 내지 제 6 비교예에 따른 노즐은 흐름 제어부(12)를 포함하는 구성이 아니며, 흐름 제어부(12)는 몸체부(11)와 분리되도록 별도로 마련된다. 그리고, 제 3 내지 제 6 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 몸체부(11)의 토출구와 대응하는 영역이 개구된 중공형의 형상일 수 있으며, 흐름 제어부(12)의 개구는 몸체부(11)의 토출구의 크기에 비해 크다. 그리고, 몸체부(11)의 하단과 흐름 제어부(12)가 이격 되도록 설치된다.

여기서 제 3 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 폭 방향 또는 좌우 방향으로 연장된 형상이다.

그리고, 제 4 및 제 5 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 제 3 비교예와 같이 좌우 방향으로 연장 형성된 흐름 제어부(이하, 제 1 흐름 제어부)의 하부에 상하 방향으로 연장된 흐름 제어부(제 2 흐름 제어부)가 연결된 형상일 수 있다. 이때, 제 4 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 제 1 흐름 제어부의 하부면 중, 외측면 안쪽에 해당하는 부위에 제 2 흐름 제어부가 설치된 형상이다. 그리고, 제 5 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 제 1 흐름 제어부의 최외각 외측면에 제 2 흐름 제어부가 연결된 형상이며, 제 2 흐름 제어부에 용강의 통과가 가능한 홀이 마련된다. 여기서 홀은 흐름 제어부(12)의 외측 방향으로 상향 경사지는 형상일 수 있다.

제 6 비교예에 따른 흐름 제어부(16)는 몸체부(110)로부터 외측 방향으로 하향 경사지되 상측 방향으로 볼록한 곡률을 가지는 형상일 수 있다.

도 12 및 도 13에 도시된 제 7 및 제 8 비교예에 따른 노즐은 턴디시로 용강을 주입하는 몸체부(10)를 포함하며, 턴디시 내에서 몸체부(10)의 토출구 하측에 별도로 흐름 제어부(12)가 설치된다. 이때, 제 7 및 제 8 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 턴디시 바닥면에 장착된 상태이며, 토출구를 향해 볼록한 형상이다. 그리고 제 7 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 토출구 방향으로 볼록하되, 곡률을 가지는 예컨대 반원 형상이며, 제 8 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 토출구 방향으로 갈수록 그 직경이 작아지며 최 상단이 뾰족한 형상 예컨대 삼각형 형상이다.

상술한 제 3 내지 제 8 비교예에 따른 흐름 제어부(12)의 경우, 상술한 바와 같이 몸체부(10)와 연결되지 않고 분리 또는 이격되도록 설치되어 있다. 그리고 제 3 내지 제 8 비교예에 따른 흐름 제어부(12)는 실시예와 같이 몸체부(10)의 통로(112)의 폭(D)에 대한 몸체부 본체 또는 벽체의 두께(F)와 흐름 제어부(120)의 폭(A)의 합(F+A)의 비(X)가 74% 이상, 125% 이하가 되도록 구성하지 않았다.

제 1 내지 제 8 비교예 및 실시예에 따른 노즐 각각 사용시에 탕면 유속을 측정하였다. 실험을 위하여, 상술한 바와 같은 제 1 내지 제 8 비교예 및 실시예에 따른 노즐 각각을 적용하여 턴디시로 용강을 공급할 때, 노즐 주변의 탕면 유속을 검출하였다. 제 1 비교예와 같이 50%를 개방할 때, 노즐로부터의 토출량을 48kg/s으로 하였고, 제 2 내지 제 8 비교예와, 실시예와 같이 100%를 개방할 때, 노즐로부터의 토출량을 100kg/s으로 하였다. 그리고 개방율이 50%인 제 1 비교예에서의 유속을 기준으로 하여, 제 2 내지 제 6 비교예 및 실시예에 따른 노즐 적용시의 탕면 유속의 비를 계산하여, 표 1과 같이 탕면 유속 인덱스(I)를 산출하였다.

또한, 도 6 내지 도 14 각각에 도시된 열화상 데이타와 같이 노즐로부터 토출되는 용강의 흐름 경향을 검출하였다.

	제 1 비교예	제 2 비교예	제 3 비교예	제 4 비교예	제 5 비교예	제 5 비교예	실시예
탕면 유속 인덱스(I)	1	1.83	1.29	1.83	2.51	2.80	0.62

표 1을 참조하면, 제 3 내지 제 8 비교예의 경우 모두 탕면 유속 인덱스(I)가 1 이상이다. 즉, 제 3 내지 제 8 비교예와 같이 흐름 제어부를 설치하더라도, 그 탕면 유속이 흐름 제어부를 설치하지 않은 제 1 비교예에 비해 크다. 이에, 제 3 내지 제 8 비교예에 따른 노즐 및 흐름 제어부 적용시에 흐름 제어부가 업는 제 1 비교예에 비해 나탕이 더 크게 발생할 수 있다.

하지만, 본원발명의 실시예와 같은 흐름 제어부를 몸체부에 연결한 경우, 탕면 유속 인덱스(I)가 0.62로 1 미만으로서, 제 1 비교예에 비해 탕면 유속이 크게 감소한 것을 알 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 흐름 제어부를 구비하는 노즐을 적용하여 턴디시로 용강을 공급할 때, 노즐 주변의 탕면에서의 나탕이 종래의 노즐인 제 1 비교예에 비해 저감되는 효과를 보였다. 이로 인해 나탕으로 인해 슬래그가 용강으로 혼입되는 것을 종래에 비해 억제 또는 방지할 수 있어, 개재물 발생을 억제 또는 방지할 수 있다.

100: 노즐 110: 몸체부
120: 흐름 제어부

Claims

용강이 통과 가능한 통로 및 하단에 상기 용강이 외부로 토출되는 토출구가 마련된 몸체부; 및
상기 몸체부를 중심으로하여 상기 몸체부의 외측 폭 방향으로 연장 형성되도록 상기 몸체부에 장착된 흐름 제어부;
를 포함하는 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 흐름 제어부는 상기 몸체부의 하부에서 상기 토출구의 외측에 위치하도록 설치된 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 흐름 제어부는 상기 몸체부 외측면으로부터 외측 방향으로 연장되고, 상기 흐름 제어부가 상기 몸체부 외측면으로부터 연장된 길이는 상기 몸체부 벽체의 두께에 큰 노즐.
청구항 2에 있어서,
상기 흐름 제어부는 상기 토출구와 대응하는 영역이 개구된 중공형의 형상이며, 상기 개구 주변벽인 상기 흐름 제어부의 내측면이 상기 몸체부의 외주면과 접촉되도록 설치된 노즐.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몸체부 통로의 폭(D)에 대한 상기 몸체부의 벽체의 두께(F)와 상기 흐름 제어부의 폭(A)의 합의 비율((A+F)/D)*100)이 74% 이상, 125% 이하인 노즐.
청구항 5에 있어서,
상기 몸체부(110) 벽체의 두께(F)에 대한 상기 흐름 제어부의 폭(A)의 비율(A/F)이 2.1 이상, 4.2 이하인 노즐.
청구항 4에 있어서,
상기 흐름 제어부는 개구 및 그 외관 형상이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나인 노즐.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흐름 제어부는 상기 몸체부의 둘레 방향을 따라 연속적으로 연장 형성된 노즐.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몸체부의 하단부의 바닥면과 상기 흐름 제어부의 바닥면의 위치가 상호 동일한 노즐.