KR20190077705A

KR20190077705A - 소재 냉각 장치

Info

Publication number: KR20190077705A
Application number: KR1020170179113A
Authority: KR
Inventors: 방종근
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-04

Abstract

주조롤 사이에 배치되며 이송되는 주편에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐과, 상기 냉각수 분사노즐의 하부에 배치되며 주편의 표면에 형성되는 수증기막을 기화시키기 위하여 진동되는 격자형 진동부재 및 상기 격자형 진동부재에 연결되어 냉각수의 분무 시 상기 격자형 진동부재를 진동시키는 제어부를 포함하는 소재 냉각 장치가 개시된다.

Description

소재 냉각 장치{Apparatus for cooling material}

본 발명은 소재 냉각 장치에 관한 것이다.

연속주조공정에서 몰드를 빠져나온 고온의 주편은 분사노즐에서 분사되는 냉각수에 의한 대류, 주편과 주조롤 간 접촉에 의한 전도, 주편에서 외부로의 복사, 이 세 가지 열전달 방식에 의해 냉각된다.

한편, 이 세 가지 열전달 방식 중에서 냉각수에 의한 열전달은 다른 열전달 방식과 비교해서 열전달 기여율이 30~60% 정도로 크고 조업 조건에 따라 냉각수 분사유량을 조절하여 열전달량을 쉽게 제어할 수 있으므로 연속주조공정에서 주편의 냉각을 위해 중요한 주편의 냉각방식이다.

하지만, 냉각수가 고온과 접촉하여 가열되고 액적의 일부분은 끓는 점을 넘어 기화하여 주편과 액적 사이에 수증기막을 형성하게 된다. 이렇게 주편과 액적 사이에 형성된 수증기막은 액적이 주편과 접촉하는 것을 가로막아 열전달을 방해하는 문제가 있다.

즉, 연속주조공정의 주편의 온도는 일반적으로 600℃ 이상으로 매우 높아 막비등 영역에서의 열전달이 이루어진다. 즉, 주편의 표면온도가 천이비등 영역을 넘어 평판 표면에 생선된 기포들이 수증기와 냉각수의 혼합층을 형성하여 스프레이 액적(즉, 냉각수)과 주편의 접촉을 가로막아 열전달계수가 낮은 값으로 수렴하는 영역에서 열전달이 이루어진다. 이와 같이, 열전달계수가 다른 영역들에 비해 크기가 작아 열전달의 효율이 매우 낮은 문제가 있다.

나아가, 주편을 연주기 내의 주어진 길이에서 응고시키기 위해서는 수십 MW 단위의 많은 열을 주편에서 빼앗아야 하는데, 주편에서 스프레이 냉각수에 의한 열전달계수가 낮으므로 주편을 냉각시키기 위하여 많은 양의 냉각수를 분사해야 한다.

이에 따라, 밸브, 펌프 및 수처리 등의 설비비용 및 운영비용이 증가하는 문제가 있다.

국내 등록특허공보 제1149294호

냉각 효율을 향상시킬 수 있는 소재 냉각 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소재 냉각 장치는 주조롤 사이에 배치되며 이송되는 주편에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐과, 상기 냉각수 분사노즐의 하부에 배치되며 주편의 표면에 형성되는 수증기막을 기화시키기 위하여 진동되는 격자형 진동부재 및 상기 격자형 진동부재에 연결되어 냉각수의 분무 시 상기 격자형 진동부재를 진동시키는 제어부를 포함한다.

상기 격자형 진동부재는 초음파 주파수로 진동하고, 주편으로부터 60mm 이내의 거리에 배치될 수 있다.

상기 냉각수 분사노즐은 주편으로 냉각수를 분무할 수 있다.

상기 제어부는 냉각수 분사량, 주조속도, 주편온도 및 냉각수 온도에 따라 진동주파수를 제어할 수 있다.

상기 격자형 진동부재는 사각형의 격자 형상을 가질 수 있다.

냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소재 냉각 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소재 냉각 장치를 나타내는 평면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소재 냉각 장치를 나타내는 평면 구성도이다.
도 4는 수증기분율과 열전달계수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 수증기분율과 주편응고길이의 관계 및 수증기분율과 주편평균온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 수증기분율과 생산성과의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소재 냉각 장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소재 냉각 장치를 나타내는 측면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소재 냉각 장치를 나타내는 평면 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소재 냉각 장치(100)는 일예로서, 냉각수 분사노즐(120), 격자형 진동부재(140) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.

냉각수 분사노즐(120)은 주조롤(10) 사이에 배치되며 이송되는 주편(S)에 냉각수를 분사한다. 일예로서, 냉각수 분사노즐(120)은 주편(S)의 폭 방향으로 복수개가 이격 배치될 수 있으며, 주편(S)의 상부에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 냉각수 분사노즐(120)이 주편(S)의 상부에 2개가 구비되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 냉각수 분사노즐(120)의 개수는 다양하게 변경 가능할 것이다.

또한, 냉각수 분사노즐(120)은 냉각수를 주편(S)으로 분무할 수 있다. 즉, 냉각수 분사노즐(120)은 작은 물방울, 액체미립자로 형태로 냉각수가 분사되도록 한다.

또한, 냉각수 분사노즐(120)은 냉각수를 공급하는 냉각수 공급라인(미도시)에 연결된다. 그리고, 냉각수 분사노즐(120)은 제어부(160)에 연결되어 주편(S)에 대한 정보 등에 따라 제어부(160)는 냉각수 분사노즐(120)로부터 분사되는 냉각수의 분사량 등을 조절할 수 있다.

격자형 진동부재(140)는 냉각수 분사노즐(120)의 하부에 배치되며 주편(S)의 표면에 형성되는 수증기막을 가진시키기 위하여 진동된다. 한편, 격자형 진동부재(140)는 냉각수 분사노즐(120)로부터 분사되는 냉각수가 주편(S)의 상면에 분사되도록 사각형 격자 형상을 가질 수 있다.

또한, 격자형 진동부재(140)는 전원이 인가되는 경우 초음파 주파수로 진동될 수 있다. 따라서, 격자형 진동부재(140)의 진동에 의해 초음파가 주편(S)의 표면에 형성되는 수증기막에 도달할 수 있다. 이와 같이, 격자형 진동부재(140)로부터 초음파가 수증기막에 전달되어 열전달 계수를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 주편(S)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

일예로서, 격자형 진동부재(140)는 주편(S)의 상면으로부터 60mm 이내에 배치될 수 있다.

격자형 진동부재(140)에 의한 주편(S)의 냉각효율 향상에 대하여 살펴보면, 냉각수가 냉각수 분사노즐(120)로부터 분사되어 고온의 주편(S)과 접촉하면, 냉각수가 가열된다. 그리고, 액적의 일부분은 끓는 점을 넘어 기화하여 주편(S)과 액적 사이에 수증기막을 형성하게 된다. 이렇게 주편(S)과 액적 사이에 형성된 수증기막은 액적이 주편과 접촉하는 것을 가로막아 열전달을 방해한다.

하지만, 냉각수 분사노즐(120)로부터 냉각수가 분사되는 경우 격자형 진동부재(140)가 진동되어 초음파가 전달된다. 이에 따라, 주편(S)의 표면에서 생성되는 기포가 초음파에 의해 흩어지고, 이에 의하여 수증기막 형성이 지연되어 열전달이 증가될 수 있다.

나아가, 초음파에 의해 수증기막을 가진시키는 경우 진동이 가해지지 않는 경우와 같이 열전달계수가 증가될 수 있다. 이에 따라, 주편(S)의 냉각효율을 증가시킬 수 있는 것이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 주편(S) 표면에 형성된 수증기막(즉, 수증기와 냉각수의 혼합층)을 격자형 진동부재(140)에 의한 초음파로 가진하는 경우 수증기분율(vapor fraction)의 감소에 따라 열전달계수가 증가되는 것을 알 수 있다. 즉, 주편(S) 표면의 수증기와 냉각수의 혼합층을 형성하는 수증기와 냉각수의 열전도도가 대략 10배 정도 차이가 나기 때문에 격자형 진동부재(140)에 의해 주편 표면에 형성되는 수증기와 냉각수의 혼합층 내의 수증기를 흩뜨려 수증기분율을 5% 낮추게 되면 열전달 계수가 대략 43% 정도 증가되는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 격자형 진동부재(140)에 의해 초음파 진동을 가해주는 경우 열전달계수가 증가되어 주편(S)의 냉각효율을 증가시킬 수 있는 것이다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 격자형 진동부재(140)를 통해 주편(S) 표면의 수증기막(기화된 수증기와 냉각수의 혼합층)을 가진하여 수증기분율을 감소시키는 경우, 열전달계수의 증가로 인하여 주편(S)의 응고완료길이와 연주기 출측의 주편평균온도를 낮출 수 있다. 즉, 격자형 진동부재(140)를 통해 수증기막의 수증기분율을 약 1% 감소시키면 열전달계수의 증가로 응고완료길이가 대략 0.4m, 연주기 출측의 주편평균온도를 14℃ 낮출 수 있는 것이다.

더하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 격자형 진동부재(140)를 통해 주편(S) 표면의 수증기막(기화된 수증기와 냉각수의 혼합층)을 가진하여 수증기분율을 감소시키는 경우, 열전달계수의 증가로 인한 연주기의 생산성이 증가되는 것을 알 수 있다.

즉, 열전달계수의 증가 시 주조속도의 증가 또는 주편두께의 증가를 통해서 연주기의 생산성을 향상시킬 수 있는 것이다.

제어부(160)는 격자형 진동부재(140)에 연결되어 냉각수의 분무 시 격자형 진동부재(140)를 진동시킨다. 또한, 제어부(160)는 냉각수 분사노즐(120)에 연결되어 냉각수 분사노즐(120)의 냉각수 분사와 격자형 진동부재(140)의 진동이 일시에 발생되도록 제어할 수 있다.

그리고, 제어부(160)는 냉각수 분사량, 주조속도, 주편(S)의 온도 및 냉각수 온도에 따라, 격자형 진동부재(140)의 진동주파수를 제어할 수 있다.

상기한 바와 같이, 격자형 진동부재(140)에 의해 주편(S)의 표면에 형성되는 수증기막을 가진시켜 주편(S)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100 : 소재 냉각 장치
120 : 냉각수 분사노즐
140 : 격자형 진동부재
160 : 제어부

Claims

주조롤 사이에 배치되며 이송되는 주편에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐;
상기 냉각수 분사노즐의 하부에 배치되며 주편의 표면에 형성되는 수증기막을 기화시키기 위하여 진동되는 격자형 진동부재; 및
상기 격자형 진동부재에 연결되어 냉각수의 분무 시 상기 격자형 진동부재를 진동시키는 제어부;
를 포함하는 소재 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 격자형 진동부재는 진동주파수가 초음파이며, 주편으로부터 60mm 이내의 거리에 배치되는 소재 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 분사노즐은 주편으로 냉각수를 분무하는 소재 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 냉각수 분사량, 주조속도, 주편온도 및 냉각수 온도에 따라 진동주파수를 제어하는 소재 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 격자형 진동부재는 사각형의 격자 형상을 가지는 소재 냉각 장치.