KR20200064803A

KR20200064803A - 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치

Info

Publication number: KR20200064803A
Application number: KR1020180151352A
Authority: KR
Inventors: 이인윤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-06-08
Also published as: KR102175845B1

Abstract

마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치는, 피딩 튜브와 주조용 노즐의 접합면을 밀봉하기 위한 개스킷, 개스킷의 일단면에 구비되어 피딩 튜브를 통하여 공급되는 예열 가스를 주조용 노즐 내부에서 난류형으로 분산시켜 주기 위한 분산 테이프를 포함한다.

Description

마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치{DEVICE FOR PREHEATING NOZZLE FOR CASTING MAGNESIUM}

본 발명은 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네슘 주조 공정은 수평식 트윈 롤 캐스터(Twin Roll Caster)와 수직형 용탕 펌프를 이용하여 롤 립(Roll Lip)에 용탕을 공급하여 연속적인 판재코일을 생산하는 방식이다.

마그네슘 주조 전 사전 예열된 400℃ 이상의 질소를 용탕의 온도와 레벨을 제어하는 헤드 박스(Head Box)와 피딩 튜브(Feeding Tube) 내부를 통해 세라믹 노즐 전면을 고르게 예열한 다음, 용탕 펌프를 작동시켜 헤드 박스에 용탕을 공급하여 연속적인 판재를 생산한다.

이 때, 용탕 펌프 작동 개시 전 세라믹 노즐의 모든 부분의 고른 예열을 통해 초기 공급되는 용탕의 노즐 내 고른 분포 및 롤 립 물림률에 따라 전반적인 주조재 품질이 좌우되는 실정이다.

그러나, 좁은 직사각 형태의 피딩 튜브 내부를 통해 예열 질소가 세라믹 노즐로 공급되어, 예열 질소가 세라믹 노즐 내부 중앙부로 직진하여 층류형으로 공급되므로 세라믹 노즐의 모든 부분이 골고루 예열되지 못하게 된다.

따라서, 세라믹 노즐의 중앙부는 양 에지부에 비하여 상대적으로 예열 질소의 공급이 많게 되는데 비해, 세라믹 노즐의 양 에지부는 세라믹 노즐의 중앙부에 비하여 상대적으로 예열 질소 공급이 적게 된다.

이에 따라, 세라믹 노즐의 양 예지부의 예열 불량을 초래하여 초기 용탕의 유동 불량을 초래하여 고품질을 요구하는 IT 모바일 및 자동차 외장재 대응 주조품질을 확보하기 곤란한 문제점이 있었다.

또한, 예열 질소의 층류형 공급으로 인하여 예열 질소가 세라믹 노즐 내에서 체류하는 시간이 그 만큼 짧아지게 되므로, 세라믹 노즐의 예열 편차가 그 만큼 심하게 발생된다.

이로 인하여, 초기 용탕 공급 시 공급 불균일에 의한 물림률 및 응고 편차가 그 만큼 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명은 피딩 튜브를 통해 공급되는 예열 질소의 노즐 내 공급 분포 및 형태를 난류형으로 변경하여 예열 질소가 노즐 내부에서 난류형으로 분산될 수 있도록 하고, 예열 질소의 노즐 내 체류 시간을 최대한 증대시킬 수 있는 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치는, 마그네슘 주조 공정에서 용탕 펌프 작동 개시 전 헤드 박스에서 예열된 예열 가스를 이용하여 주조용 노즐을 예열하기 위한 장치이다.

마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치는, 주조용 노즐과 헤드 박스 사이에 설치되어 헤드 박스에서 예열된 예열 가스를 주조용 노즐로 공급하기 위한 피딩 튜브를 포함할 수 있다.

또한, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치는, 피딩 튜브와 주조용 노즐의 사이에 설치되어 피딩 튜브와 주조용 노즐의 접합면을 밀봉하기 위한 개스킷을 포함할 수 있다.

마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치는, 개스킷의 일단면에 구비되어 피딩 튜브를 통하여 공급되는 예열 가스를 주조용 노즐 내부에서 난류형으로 분산시켜 주기 위한 분산 테이프를 포함할 수 있다.

예열 가스는 질소(N₂) 가스로 이루어질 수 있다.

분산 테이프는 예열 가스의 공급 시에는 용융되지 않으면서 용탕 주입 시 용탕에 용융되는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

분산 테이프는, 중앙부에 적어도 하나 이상 배치되는 중앙구멍과, 중앙구멍의 양측에 배치되는 측면구멍을 포함할 수 있다.

측면구멍은 중앙구멍의 폭보다 적어도 2배 이상 큰 폭을 가질 수 있다.

주조용 노즐의 용탕 출구부에는 예열 가스의 대기 방산을 억제하기 위한 방산 억제부재가 설치될 수 있다.

방산 억제부재는 마그네슘 주조 공정의 트윈 롤 사이에 결합되는 다공성 구조의 페이퍼로 이루어질 수 있다.

방산 억제부재의 폭은 용탕 출구부의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.

방산 억제부재에는 트윈 롤 사이에 결합된 방산 억제부재를 트윈 롤에 고정시켜 지지하기 위한 지지체가 설치될 수 있다.

본 발명의 구현예에 따르면, 피딩 튜브를 통해 공급되는 예열 질소의 노즐 내 공급 분포 및 형태를 난류형으로 변경하고, 예열 질소의 노즐 내 체류 시간을 최대한 증대시킬 수 있다.

이에 따라, 세라믹 노즐의 예열 편차가 최소화 되고, 초기 용탕 공급 시 공급 불균일에 의한 물림률 및 응고 편차가 최대한 저감될 수 있다.

또한, 마그네슘 주조 초기 노즐의 모든 부분을 일정하게 사전 예열시켜 초기 인입 용탕의 유동성 확보로 응고 균일화에 의한 주조 초기 주조재 고품질 확보를 통한 IT 모바일 주조재 및 자동차 외장재 등의 마그네슘 판재를 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 장착 위치를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 일부 평면도이다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 예열 가스의 통과 상태를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는" 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 장착 위치를 나타내기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3은 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 일부 평면도이고, 도4는 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 예열 가스의 통과 상태를 나타내기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치는, 마그네슘 주조 공정에서 용탕 펌프(10) 작동 개시 전 헤드 박스(30)에서 예열된 예열 가스를 이용하여 주조용 노즐(20)을 예열하기 위한 장치이다.

마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치는, 헤드 박스(30), 피딩 튜브(50), 및 개스킷(60), 및 분산 테이프(100)를 포함할 수 있다.

헤드 박스(30)는 용탕 펌프(10)로부터 용탕을 공급받아 용탕의 온도와 레벨을 제어하여 주조용 노즐(20)로 공급할 수 있다.

또한, 피딩 튜브(50)는 헤드 박스(30)와 주조용 노즐(20) 사이에 설치되어 헤드 박스(30)에서 히터(40)에 의하여 가열된 예열 가스를 주조용 노즐(20)로 공급하며, 직사각 형태를 가질 수 있다.

개스킷(60)은 피딩 튜브(50)와 주조용 노즐(20)의 사이에 설치되어 피딩 튜브(50)와 주조용 노즐(20)의 접합면을 밀봉할 수 있다.

분산 테이프(100)는 개스킷(60)의 일단면에 부착되어 피딩 튜브(50)를 통하여 공급되는 예열 가스를 주조용 노즐(20) 내부에서 난류형으로 분산시켜 줄 수 있다.

여기서, 난류형이란 예열 가스가 주조용 노즐(20) 내부에서 중앙부에 집중되지 않고 중앙부와 에지부에 분산되는 흐름 형태를 가리킨다.

주조용 노즐(20)은 고온의 용탕에 견딜 수 있도록 세라믹 등의 재질로 이루어질 수 있다.

주조용 노즐(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 그 일단부에서 타단부로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 테이퍼 형태를 가질 수 있다.

또한, 피딩 튜브(50)도 도 2에 도시된 바와 같이, 그 하단부에서 상단부로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 테이퍼 형태를 가질 수 있다.

예열 가스는 주조용 노즐(20) 내부의 산화 분위기 등을 방지하기 위하여 질소(N₂) 등의 가스로 이루어질 수 있다.

개스킷(60)은 그 중앙부에 예열 가스가 통과되기 위한 관통구멍(61)을 가질 수 있다.

개스킷(60)은 피딩 튜브(50)와 핀(미도시)에 의하여 결합되기 위한 핀 결합구멍(63)이 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.

분산 테이프(100)는 피딩 튜브(50)를 통하여 공급되는 예열 가스를 주조용 노즐(20) 내부에서 보다 효과적으로 난류형으로 분산시켜 줄 수 있도록 개스킷(60)의 관통구멍(61)보다 큰 크기로 형성될 수 있다.

즉, 분산 테이프(100)는 관통구멍(61)을 덮을 수 있도록 배치되어, 예열 가스가 관통구멍(61)을 통과하기 전에 먼저 분산 테이프(100)를 통과시키기 위한 것이다.

분산 테이프(100)는 예열 가스의 공급 시에는 용융되지 않으면서 용탕 주입 시 용탕에 용융되는 알루미늄 재질 등으로 제작될 수 있다.

즉, 분산 테이프(100)는 예열 가스(예컨대, 질소)의 공급 시에는 그 형태를 유지하면서 용융되지 않으면서 용탕 주입 시에는 용융될 수 있도록 용탕의 용융점과 동일하거나 비슷한 재질로 이루어질 수 있다.

분산 테이프(100)는 중앙부에 적어도 하나 이상 배치되어 예열 가스를 주조용 노즐(20)의 중앙부로 공급하기 위한 중앙구멍(110)과, 상기 중앙구멍(110)의 양측에 배치되어 예열 가스를 주조용 노즐(20)의 에지부로 공급하기 위한 측면구멍(120)을 포함할 수 있다.

측면구멍(120)은 예열 가스를 주조용 노즐(20)의 에지부로 용이하게 분산시킬 수 있도록 중앙구멍(110)의 폭(W1)보다 큰 폭(W2)을 가질 수 있고, 특히 적어도 2배 이상 큰 폭(W2)을 가질 수 있다.

주조용 노즐(20)의 용탕 출구부(21)에는 주조용 노즐(20)의 내부로 공급된 예열 가스의 체류 시간을 증대시킬 수 있도록 예열 가스의 대기 방산을 억제하기 위한 방산 억제부재(200)가 설치될 수 있다.

방산 억제부재(200)는 수평식 트윈 롤(70, 71) 사이에 결합되고, 예열 가스가 주조용 노즐(20)의 내부를 용이하게 예열하면서 일정량 외부로 방산될 수 있는 다공성 구조의 페이퍼 등으로 이루어질 수 있다.

방산 억제부재(200)의 폭(W3)은 예열 가스가 주조용 노즐(20)의 에지부로 용이하게 유도될 수 있도록 주조용 노즐(20)의 용탕 출구부(21)의 폭(W4)보다 작은 폭을 가질 수 있다.

따라서, 방산 억제부재(200)의 양단부는 주조용 노즐(20)의 용탕 출구부(21)의 양단부와 설정된 간격(d1)을 두고 설치될 수 있다.

방산 억제부재(200)의 양단부와 용탕 출구부(21)의 양단부 사이의 간격(d1)을 조절함으로써, 방산 억제부재(200)를 통한 예열 질소의 대기 방산량의 조절할 수 있다.

방산 억제부재(200)에는 트윈 롤(70, 71) 사이에 결합된 방산 억제부재(200)를 트윈 롤(70, 71)에 고정시켜 지지하기 위한 지지체(300)가 설치될 수 있다.

지지체(300)에는 지지체(300)를 잡기 위한 손잡이(310)가 설치될 수 있다.

이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치의 작동에 대해서 설명한다.

마그네슘 주조 공정에서 용탕 펌프(10)를 작동하기 전에 예열 가스를 이용하여 주조용 노즐(20)의 예열 작업을 행한다.

주조용 노즐(20)의 예열 작업을 행하기 전에, 먼저 방산 억제부재(200)를 도 4에 도시된 바와 같이, 트윈 롤(70, 71) 사이에 삽입한다.

그리고, 지지체(300)의 손잡이(310)을 잡고 지지체(300)를 트윈 롤(70, 71 사이에 결합시켜 도 4에 도시된 바와 같이, 방산 억제부재(200)를 트윈 롤(70, 71)에 고정된 상태로 지지시켜 준다.

이와 같이, 방산 억제부재(200)를 트윈 롤(70, 71)에 지지시킨 후 주조용 노즐(20)의 예열 작업이 행해진다.

주조용 노즐(20)의 예열 작업은, 먼저 히터(40)를 이용하여 헤드 박스(30 내의 예열 가스(예컨대, 질소)를 설정된 온도(예컨대 400℃) 이상으로 예열한다.

이와 같이, 예열된 예열 질소는 피딩 튜브(50), 분산 테이프(100), 및 개스킷(60)을 순차적으로 통과한 후 주조용 노즐(20)의 내부로 공급된다.

이 때, 피딩 튜브(50)로 공급된 예열 질소는 분산 테이프(100)를 통과하면서 주조용 노즐(20) 내부로 분산된다.

즉, 피딩 튜브(50)로 공급된 예열 질소 중 분산 테이프(100)의 중앙구멍(110)을 통과한 예열 질소는, 개스킷(60)의 관통구멍(61)을 통과한 후, 주조용 노즐(20) 내의 중앙부로 공급된다.

또한, 피딩 튜브(50)로 공급된 예열 질소 중 분산 테이프(100)의 측면구멍(120)을 통과한 예열 질소는, 개스킷(60)의 관통구멍(61)을 통과한 후, 주조용 노즐(20) 내의 중앙부 양측 에지부로 공급된다.

이에 따라, 주조용 노즐(20)의 내부로 공급되는 예열 질소는 분산 테이프(100)의 중앙구멍(110)과 측면구멍(120)에 의하여 주조용 노즐(20)의 중앙부와 에지부로 분산될 수 있다.

분산 테이프(100)는 용탕 금속인 마그네슘 용융점(예컨대, 660℃)이 비슷한 알루미늄 재질로 제작되므로, 분산 테이프(100)는 예열 질소로 예열 중에는 그 형태를 유지하고 있지만, 용탕의 공급 시에는 용탕에 의하여 용융될 수 있다.

그리고, 주조용 노즐(20)의 용탕 출구부(21)에는 방산 억제부재(200)가 설치되어 있다.

용탕 출구부(21) 중 에지부를 제외한 모든 부분에 방산 억제부재(200)가 설치되어 있으므로 주조용 노즐 (20) 내 공급된 예열 질소는 방산 억제부재(200)에 의하여 외부로 방산이 억제될 수 있다.

이에 따라, 예열 질소가 주조용 노즐(20) 내부에서 체류되는 시간을 보다 증대시킬 수 있으므로, 주조용 노즐(20) 내부 전부를 골고루 예열할 수 있다.

또한, 방산 억제부재(200)의 폭(W3)은 용탕 출구부(21)의 폭(W4)보다 작게 설정되어 있으며, 방산 억제부재(200)의 양단부는 용탕 출구부(21)의 양단부와 설정된 간격(d1)을 두고 설치되어 있다.

따라서, 주조용 노즐(20)의 간격(d1)이 있는 부위에는 방산 억제부재(200)가 설치되어 있지 않아 간격(d1)을 통하여 용이하게 예열 질소가 용이하게 방산될 수 있으므로, 주조용 노즐(20)의 에지부 방향으로 예열 질소가 용이하게 유도될 수 있다.

이에 따라, 주조용 노즐(20)의 에지부의 예열이 보다 효율적으로 이루어질 수 있으므로, 주조용 노즐(20)의 모든 부분을 설정된 온도로 골고루 예열할 수 있다.

10: 용탕 펌프
20: 주조용 노즐
50: 피딩 튜브
60: 개스킷
100: 분산 테이프
200: 방산 억제부재
300: 지지체

Claims

마그네슘 주조 공정에서 용탕 펌프 작동 개시 전 헤드 박스에서 예열된 예열 가스를 이용하여 주조용 노즐을 예열하기 위한 장치로서,
상기 주조용 노즐과 상기 헤드 박스 사이에 설치되어 상기 헤드 박스에서 예열된 예열 가스를 상기 주조용 노즐로 공급하기 위한 피딩 튜브,
상기 피딩 튜브와 상기 주조용 노즐의 사이에 설치되어 상기 피딩 튜브와 상기 주조용 노즐의 접합면을 밀봉하기 위한 개스킷, 및
상기 개스킷의 일단면에 구비되어 상기 피딩 튜브를 통하여 공급되는 예열 가스를 상기 주조용 노즐 내부에서 난류형으로 분산시켜 주기 위한 분산 테이프
를 포함하는 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제1항에 있어서,
상기 예열 가스는 질소(N₂) 가스로 이루어지는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제2항에 있어서,
상기 분산 테이프는 상기 예열 가스의 공급 시에는 용융되지 않으면서 용탕 주입 시 용탕에 용융되는 알루미늄 재질로 이루어지는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제3항에 있어서,
상기 분산 테이프는, 중앙부에 적어도 하나 이상 배치되는 중앙구멍과, 상기 중앙구멍의 양측에 배치되는 측면구멍을 포함하는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제4항에 있어서,
상기 측면구멍은 상기 중앙구멍의 폭보다 적어도 2배 이상 큰 폭을 가지는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주조용 노즐의 용탕 출구부에는 예열 가스의 대기 방산을 억제하기 위한 방산 억제부재가 설치되는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제6항에 있어서,
상기 방산 억제부재는 마그네슘 주조 공정의 트윈 롤 사이에 결합되는 다공성 구조의 페이퍼로 이루어지는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제7항에 있어서,
상기 방산 억제부재의 폭은 상기 용탕 출구부의 폭보다 작은 폭을 가지는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.
제7항에 있어서,
상기 방산 억제부재에는 상기 트윈 롤 사이에 결합된 상기 방산 억제부재를 상기 트윈 롤에 고정시켜 지지하기 위한 지지체가 설치되는, 마그네슘 주조용 노즐의 예열 장치.