KR20200124093A - Nozzle apparatus - Google Patents

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KR20200124093A KR1020190047531A KR20190047531A KR20200124093A KR 20200124093 A KR20200124093 A KR 20200124093A KR 1020190047531 A KR1020190047531 A KR 1020190047531A KR 20190047531 A KR20190047531 A KR 20190047531A KR 20200124093 A KR20200124093 A KR 20200124093A
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Abstract

The present invention relates to a nozzle device capable of transporting molten metal and at the same time generating fine bubbles. The nozzle device installed at the outlet of a container for discharging molten metal comprises a gas swirl nozzle disposed under the outlet, forming a flow path of molten metal, and having at least one through hole eccentrically formed to be away from the center line of the flow path so as to supply gas to be deflected toward the flow path.

Description

노즐 장치 {NOZZLE APPARATUS}Nozzle device {NOZZLE APPARATUS}

본 발명은, 예컨대 연속주조를 위해 레이들에서 턴디쉬로 용융금속을 공급할 때, 용융금속의 운반과 동시에 미세 기포를 발생시킬 수 있는 노즐 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a nozzle device capable of generating fine bubbles at the same time as the molten metal transport when supplying molten metal from a ladle to a tundish for continuous casting, for example.

일반적으로, 용융금속 중에 포함된 개재물을 제거하기 위해, 용융금속을 수용한 용기, 예컨대 레이들 또는 턴디쉬의 바닥 부위에 설치된 다공성 플러그를 이용하여 아르곤 등과 같은 불활성 가스를 분사함으로써 버블링(bubbling)을 실시한다. In general, in order to remove inclusions contained in the molten metal, bubbling is performed by injecting an inert gas such as argon using a container containing the molten metal, such as a porous plug installed at the bottom of a ladle or tundish. Conduct.

이러한 버블링에서는, 다공성 플러그를 통해 가스가 빠져나와 용융금속 중으로 기포가 발생하고, 발생된 기포는 서로 응집되고 성장하여 직경이 큰 기포가 되면서 용융금속 중에 있는 개재물을 포집하여 부착한 후 기포의 부력에 의해 부상하다가 기포는 탕면에 도달하여 자연 소멸되게 된다. 개재물은 탕면에 존재하는 슬래그에 흡착되어 제거됨으로써, 용융금속의 청정도가 향상될 수 있다. In such bubbling, gas escapes through the porous plug and bubbles are generated in the molten metal, and the generated bubbles agglomerate and grow to form large bubbles, trapping and attaching inclusions in the molten metal, and buoyancy of the bubbles. The air bubbles reach the tang-myeon and disappear naturally. The inclusions are adsorbed and removed by the slag existing on the hot water surface, thereby improving the cleanliness of the molten metal.

이때, 용융금속 중 개재물을 최대한 제거하기 위해서는 단위 용융금속 부피 중에 미세한 기포가 많이 존재해야 하지만, 실제로 미세 기포의 발생은 다공성 플러그의 기공율만으로는 한계가 있다. 아무리 유량을 적절하게 조정한다고 하더라도 용융금속 중에 미세 기포를 형성시키기가 대단히 곤란하다. 이에 따라, 용융금속 중 개재물의 제거 효율을 높이는 데에 어려움이 있다.At this time, in order to remove the inclusions from the molten metal as much as possible, there must be a large number of fine bubbles in the unit molten metal volume, but the generation of fine bubbles is limited only by the porosity of the porous plug. No matter how appropriately the flow rate is adjusted, it is very difficult to form fine bubbles in the molten metal. Accordingly, it is difficult to increase the efficiency of removing inclusions from molten metal.

(특허문헌 1) KR 2000-0044839 A (Patent Document 1) KR 2000-0044839 A

이에 본 발명은, 용융금속의 운반과 동시에 미세 기포를 발생시킬 수 있는 노즐 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a nozzle device capable of generating micro-bubbles while transporting molten metal.

본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치는, 용융금속을 배출하는 용기의 토출구에 설치되는 노즐 장치로서, 상기 노즐 장치는, 상기 토출구의 아래에 배치되며, 상기 용융금속의 유동 경로를 형성하고, 상기 유동 경로를 향해 편향되게 가스를 공급하도록 상기 유동 경로의 중심선으로부터 벗어나 편심되게 형성된 적어도 하나의 관통공이 구비된 가스 와류 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다. A nozzle device according to an embodiment of the present invention is a nozzle device installed at a discharge port of a container for discharging molten metal, wherein the nozzle device is disposed below the discharge port, and forms a flow path of the molten metal, It characterized in that it comprises a gas vortex nozzle provided with at least one through-hole formed eccentrically out of the center line of the flow path so as to supply the gas deflected toward the flow path.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용융금속의 운반과 동시에, 용융금속에 와류가 생성되는 것을 촉진시키는 가스의 와류를 제공하여 용융금속 내에 미세 기포를 발생시킴으로써 개재물을 부상 분리하여 제거하는 효율을 높이고, 궁극적으로 용융금속의 청정도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다. As described above, according to the present invention, at the same time as the molten metal is transported, by providing a vortex of gas that promotes the generation of vortices in the molten metal, microbubbles are generated in the molten metal, thereby increasing the efficiency of floating and removing inclusions, Ultimately, an effect that can dramatically improve the cleanliness of molten metal is obtained.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치를 도시한 종단면도이다.
도 2는 가스 와류 노즐의 횡단면도이다.
도 3은 용융금속 와류 노즐의 횡단면도이다.
도 4는 노즐의 조합에 따른 기포의 체류시간을 나타낸 그래프이다. 1 is a longitudinal sectional view showing a nozzle device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a gas vortex nozzle.
3 is a cross-sectional view of a molten metal vortex nozzle.
4 is a graph showing the residence time of air bubbles according to the combination of nozzles.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치를 도시한 종단면도이고, 도 2는 가스 와류 노즐의 횡단면도이다. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a nozzle device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a gas vortex nozzle.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치는, 용융금속(M)을 배출하는 용기(1)의 토출구(2)에 설치되는 노즐 장치로서, 이 노즐 장치는, 토출구의 아래에 배치되며, 용융금속의 유동 경로를 형성하고, 유동 경로를 향해 가스(G)를 편향되게 공급하도록 유동 경로의 중심선으로부터 벗어나 편심되게 형성된 적어도 하나의 관통공(11)이 구비된 가스 와류 노즐(10)을 포함하고 있다. As shown in these drawings, a nozzle device according to an embodiment of the present invention is a nozzle device installed at the discharge port 2 of the container 1 for discharging the molten metal M, and the nozzle device includes a discharge port A gas vortex with at least one through-hole 11 eccentrically formed away from the center line of the flow path to form a flow path of molten metal and bias the gas (G) toward the flow path. It includes a nozzle 10.

가스 와류 노즐(10)을 통한 가스(G)의 공급은 전술한 버블링을 실행하기 위한 것으로, 이는 기포(B)를 미세화하여 전체 기포 표면적을 증가시킴으로써 개재물의 제거 효율을 증대시키기 위해 수행된다.The supply of the gas G through the gas vortex nozzle 10 is for performing the above-described bubbling, which is performed to increase the efficiency of removing inclusions by minimizing the bubbles B to increase the total surface area of the bubbles.

공급되는 가스(G)로는 예를 들어 아르곤, 질소 등과 같은 불활성 가스가 채택될 수 있다. As the supplied gas G, for example, an inert gas such as argon or nitrogen may be used.

가스 와류 노즐(10)은 내부에 중공부를 가진 대략 관 형상을 갖도록 내화물로 만들어질 수 있으며, 외부에서 내부의 중공부를 향해 중심으로부터 벗어나 편심되게 형성된 적어도 하나의 관통공(11)이 마련될 수 있다. The gas vortex nozzle 10 may be made of refractory material to have a substantially tubular shape with a hollow portion therein, and at least one through hole 11 formed eccentrically off the center toward the hollow portion inside may be provided from the outside. .

이러한 가스 와류 노즐(10)은 후술하는 하부 노즐(30)의 체결에 의해 유동 경로를 형성함과 더불어, 이 유동 경로를 통해 용기(1)로부터 도시되지 않은 유입부(예를 들면 레이들로부터 용융금속을 받아들이는 턴디쉬, 또는 턴디쉬로부터 용융금속을 받아들이는 몰드)에 용융금속(M)을 공급하게 된다. This gas vortex nozzle 10 forms a flow path by fastening the lower nozzle 30 to be described later, and through this flow path, an inlet (for example, melting from a ladle) is not shown. The molten metal (M) is supplied to a tundish that receives metal or a mold that receives molten metal from the tundish.

각 관통공(11)은 미세한 기포(B)의 생성을 위해 대략 1mm 이하의 직경 또는 폭을 갖도록 형성될 수 있다. Each through hole 11 may be formed to have a diameter or width of approximately 1 mm or less in order to generate fine bubbles (B).

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 관통공(11)이 형성될 수 있다. 동일한 높이에서 복수의 관통공이 대략 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 도 2에는 4개의 편심된 관통공을 볼 수 있다. 또한, 복수의 관통공이 대략 일정한 높이차를 두고 배치될 수 있다. 도 1에는 4층으로 배열된 관통공을 볼 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of through holes 11 may be formed. A plurality of through-holes may be disposed at approximately regular intervals at the same height. In Fig. 2, four eccentric through-holes can be seen. In addition, a plurality of through-holes may be disposed with an approximately constant height difference. In FIG. 1, through holes arranged in four layers can be seen.

가스 와류 노즐(10)은, 복수의 관통공(11)이 구비될 때 이들 관통공에 균일한 압력의 가스를 공급하기 위해, 가스 와류 노즐의 외주를 원주방향으로 적어도 부분적으로 둘러싸며, 그 외주 일측에 적어도 하나의 가스 주입구(13)가 마련된 중공의 가스 공급 부재(12)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에는 대략 링 형상으로 형성된 가스 공급 부재가 나타나 있다. The gas vortex nozzle 10 at least partially surrounds the outer circumference of the gas vortex nozzle in the circumferential direction in order to supply gas of uniform pressure to the through holes 11 when a plurality of through holes 11 are provided, and It may include a hollow gas supply member 12 provided with at least one gas inlet 13 on one side. 1 and 2 show a gas supply member formed in a substantially ring shape.

가스 공급 부재(12)는 대략 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 내부는 중공으로 형성되고, 안쪽으로 개방되어 있기 때문에, 가스 와류 노즐(10)에 마련된 복수의 관통공(11) 모두와 연통될 수 있다. 가스 주입구(13)는 도시되지 않은 가스 공급 배관에 연결될 수 있다. Since the gas supply member 12 has an approximately U-shaped cross section, the inside is hollow and open inward, it can communicate with all of the plurality of through holes 11 provided in the gas vortex nozzle 10 . The gas inlet 13 may be connected to a gas supply pipe (not shown).

본 발명의 가스 와류 노즐(10)에 의하면, 용기(1)로부터 배출되는 용융금속(M)의 유동을 안내함과 동시에, 중심으로부터 벗어나 편심되게 배치된 관통공(11)을 통해 공급되는 미세한 가스(G)의 흐름에 와류가 부여되게 된다. 이로써, 용융금속에 회전력이 작용하게 되고, 이에 따라 용융금속에 와류가 생성되는 것을 촉진시킬 수 있다. According to the gas vortex nozzle 10 of the present invention, the flow of molten metal M discharged from the container 1 is guided, and at the same time, a fine gas supplied through the through-hole 11 eccentrically disposed off the center. Vortex is given to the flow of (G). Thereby, the rotational force acts on the molten metal, and accordingly, it is possible to promote the generation of vortices in the molten metal.

용융금속(M) 중에 가스(G)가 와류 형태로 분사되면서 용융금속에 와류가 부여되면, 와류의 전단력에 의해 기포(B)가 미세화될 수 있다. 예를 들어, 미세한 관통공(11)에서 생성된 기포가 전단력에 의해 최초 기포 사이즈의 약 절반 이하로 쪼개어진 미세 기포로 될 수 있다. When the gas G is injected into the molten metal M in the form of a vortex and a vortex is applied to the molten metal, the bubble B may be micronized by the shear force of the vortex. For example, bubbles generated in the fine through-holes 11 may become fine bubbles that are split to about half or less of the initial bubble size by shearing force.

또한, 용융금속(M)에 와류가 부여되면, 하부 노즐(30)을 통해 용융금속을 받아들이는 유입부에서 난류의 발생과 더불어 교반이 일어나면서 미세화된 기포(B)와 개재물의 충돌 및 포집 가능성을 높일 수 있게 된다. In addition, when a vortex is applied to the molten metal (M), turbulence is generated at the inlet portion that receives the molten metal through the lower nozzle (30) and agitation occurs. Will be able to increase.

따라서, 유동하는 용융금속 중의 개재물은 효과적으로 미세 기포에 포착되어, 용융금속의 청정화를 증진시킬 수 있다.Accordingly, inclusions in the flowing molten metal are effectively trapped in fine bubbles, and the cleaning of the molten metal can be promoted.

추가로, 용기(1)의 토출구(2)와 가스 와류 노즐(10) 사이에 슬라이딩 게이트(15)가 설치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Additionally, a sliding gate 15 may be installed between the discharge port 2 of the container 1 and the gas vortex nozzle 10, but is not limited thereto.

도 3은 용융금속 와류 노즐의 횡단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a molten metal vortex nozzle.

본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치는, 용기(1) 내 토출구(2)의 위에 배치되며, 용융금속(M)의 유동 경로를 형성하고, 유동 경로의 중심선으로부터 벗어나 편심되게 형성된 적어도 하나의 관통홀(21)이 구비된 용융금속 와류 노즐(20)을 더 포함할 수 있다. The nozzle device according to an embodiment of the present invention is disposed above the discharge port 2 in the container 1, forms a flow path of the molten metal M, and is formed eccentrically away from the center line of the flow path. It may further include a molten metal vortex nozzle 20 provided with a through hole 21.

용융금속 와류 노즐(20)은 내부에 중공부를 가진 대략 관 형상을 갖도록 내화물로 만들어질 수 있으며, 외부에서 내부의 중공부를 향해 중심으로부터 벗어나 편심되게 적어도 하나의 관통홀(21)이 형성될 수 있다. The molten metal vortex nozzle 20 may be made of refractory material to have a substantially tubular shape with a hollow portion therein, and at least one through hole 21 may be formed eccentrically off the center toward the hollow portion of the inside from the outside. .

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 관통홀(21)이 형성될 수 있으며, 복수의 관통홀이 대략 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 도 3에는 2개의 편심된 관통홀을 볼 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. As shown in FIGS. 1 and 3, a plurality of through holes 21 may be formed, and a plurality of through holes may be disposed at approximately regular intervals. Although two eccentric through-holes can be seen in FIG. 3, the present invention is not limited thereto.

또한, 도시되지 않았지만, 복수의 관통홀(21)이 대략 일정한 높이차를 두고 복수 층으로 배치될 수도 있다. 다만, 복수의 관통홀을 복수 층으로 배치하기 위해 용융금속 와류 노즐(20)을 불필요하게 높이지 않는 것이 바람직하다. In addition, although not shown, the plurality of through holes 21 may be arranged in a plurality of layers with an approximately constant height difference. However, it is preferable not to unnecessarily increase the molten metal vortex nozzle 20 in order to arrange a plurality of through holes in a plurality of layers.

용융금속 와류 노즐(20)은 상부가 개구부(22)에 의해 개방되어 있으며, 용기(1)의 바닥에 있는 토출구(2) 주변에서 소정 높이로 상승되게 형성될 수 있다. 용융금속 와류 노즐(20)의 상부에는 개구부(22)를 폐쇄하는 상측 덮개를 설치해도 된다. The molten metal vortex nozzle 20 has an upper portion opened by an opening 22 and may be formed to be raised to a predetermined height around the discharge port 2 at the bottom of the container 1. An upper cover for closing the opening 22 may be provided above the molten metal vortex nozzle 20.

또한, 용융금속 와류 노즐(20)은 그 측벽 상부에 적어도 하나의 관통홀(21)이 중심으로부터 벗어나 편심되게 형성될 수 있다. In addition, the molten metal vortex nozzle 20 may be formed such that at least one through hole 21 is eccentrically off the center of the upper sidewall.

도 1에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 용융금속 와류 노즐(20)을 지지하는 웰 블록(25; well block)을 더 구비할 수 있다. 이러한 웰 블록은 용기(1)의 바닥에서 토출구(2)에 인접하게 설치되어, 용기로부터 배출되는 용융금속(M)의 배출량을 어느 정도 일정하게 관리할 수 있게 한다. 이러한 웰 블록 위에 용융금속 와류 노즐이 장착될 수 있다.As shown in FIG. 1, optionally, a well block 25 for supporting the molten metal vortex nozzle 20 may be further provided. Such a well block is installed adjacent to the discharge port 2 at the bottom of the container 1, so that the discharge amount of the molten metal M discharged from the container can be managed to some degree and constant. A molten metal vortex nozzle may be mounted on the well block.

용기(1)의 하측에서 용융금속 와류 노즐(20)의 아래에는 전술한 슬라이딩 게이트(15)가 연결될 수 있으며, 이 슬라이딩 게이트에는 용기의 토출구(2)와 가스 와류 노즐(10)의 중공부를 연통시키는 관통구멍이 구비되고, 슬라이딩 게이트 및 가스 와류 노즐은 도시되지 않은 별도의 이동 수단에 의해 이동할 수 있다. The above-described sliding gate 15 may be connected under the molten metal vortex nozzle 20 from the lower side of the container 1, and the discharge port 2 of the container communicates with the hollow part of the gas vortex nozzle 10. A through hole is provided, and the sliding gate and the gas vortex nozzle can be moved by a separate moving means (not shown).

이에 따라, 용기(1) 내 용융금속(M)은 개구부(22)와 관통홀(21)을 통해 용융금속 와류 노즐(20)의 내부로 유입될 수 있으며, 용융금속 와류 노즐로 유입된 용융금속은 노즐 상부에서부터 회전력이 인가되어 용기의 토출구(2)와 그 아래의 가스 와류 노즐(10)로 하강하게 된다. Accordingly, the molten metal (M) in the container 1 can be introduced into the molten metal vortex nozzle 20 through the opening 22 and the through hole 21, and the molten metal flowing through the molten metal vortex nozzle A rotational force is applied from the top of the silver nozzle to descend into the discharge port 2 of the container and the gas vortex nozzle 10 below it.

이때, 용기(1) 내에 수용된 용융금속(M)은, 관통홀(21)을 통과하여 용융금속 와류 노즐(20) 내에 유입될 때에 원주방향의 속도 성분이 부여되어 와류를 형성한다.At this time, when the molten metal M accommodated in the container 1 passes through the through hole 21 and flows into the molten metal vortex nozzle 20, a circumferential velocity component is applied to form a vortex.

한편, 비중이 용융금속보다 상대적으로 작은 용융금속 내 개재물에는 구심력이 발생하여 노즐의 중앙부로 이동하게 된다. On the other hand, centripetal force is generated in the inclusions in the molten metal whose specific gravity is relatively smaller than that of the molten metal and moves to the center of the nozzle.

본 발명의 용융금속 와류 노즐(20)에 의해 용융금속(M)에 와류가 인가되고, 더욱이 가스 와류 노즐(10)에서 분사되는 와류 형태의 가스(G)에 의해서도 용융금속에 와류가 생성되는 것이 촉진됨으로써, 용융금속의 와류가 용융금속 와류 노즐의 내부뿐 아니라 가스 와류 노즐 및 하부 노즐(30)까지 유지될 수 있게 된다. The vortex is applied to the molten metal (M) by the molten metal vortex nozzle 20 of the present invention, and furthermore, a vortex is generated in the molten metal by the vortex-type gas (G) injected from the gas vortex nozzle (10). By being promoted, the vortex of the molten metal can be maintained not only inside the molten metal vortex nozzle, but also to the gas vortex nozzle and the lower nozzle 30.

이러한 용융금속(M)의 와류는 용융금속 내 대류에 의한 열전달을 촉진시켜 용융금속이 응고되지 않게 한다. The eddy current of the molten metal (M) promotes heat transfer by convection in the molten metal so that the molten metal does not solidify.

더구나, 용융금속(M)의 와류가 하부 노즐(30)까지 유지되면, 와류의 전단력에 의해 기포(B)가 미세화될 수 있다. 예를 들어, 가스 와류 노즐(10)의 미세한 관통공(11)에서 생성된 기포가 전단력에 의해 최초 기포 사이즈의 약 절반 이하로 쪼개어진 미세 기포로 될 수 있다. In addition, when the vortex flow of the molten metal M is maintained up to the lower nozzle 30, the bubble B may be micronized by the shear force of the vortex. For example, bubbles generated in the fine through-holes 11 of the gas vortex nozzle 10 may become fine bubbles that are split to less than about half of the initial bubble size by shearing force.

또한, 용융금속(M)의 와류로 인하여, 하부 노즐(30)을 통해 용융금속을 받아들이는 유입부에서 난류의 발생과 더불어 교반이 일어나면서 미세화된 기포(B)와 개재물의 충돌 및 포집 가능성을 높일 수 있게 된다. In addition, due to the eddy current of the molten metal (M), turbulence is generated and agitation occurs at the inlet through the lower nozzle (30) to receive the molten metal, thereby reducing the possibility of collision and trapping of the micronized bubbles (B) and inclusions. You can increase it.

또, 가스(G)에 의해 생성된 기포(B)는 용융금속(M)보다 상대적으로 작은 밀도를 갖고 있어 와류 발생시 구심력에 의해 노즐의 중앙부를 따라 이동하게 되는데, 이에 따라 기포는 노즐의 중앙부를 따라 이동하는 개재물과의 충돌 및 포집 가능성이 더욱 높아지게 된다. In addition, the bubbles (B) generated by the gas (G) have a relatively smaller density than the molten metal (M), so when a vortex occurs, the bubbles move along the center of the nozzle due to the centripetal force. The possibility of collision and trapping with inclusions moving along it becomes higher.

그러므로, 유동하는 용융금속 중의 개재물은 효과적으로 기포에 포착되어, 용융금속의 청정화를 증진시킬 수 있고, 부가적으로 개재물이 노즐 벽면에 부착되는 것을 방지하여, 노즐의 막힘을 없앨 수 있다. Therefore, the inclusions in the flowing molten metal can be effectively trapped in the bubbles, thereby enhancing the cleaning of the molten metal, and additionally preventing the inclusions from adhering to the nozzle wall surface, thereby eliminating clogging of the nozzle.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치는, 가스 와류 노즐(10)의 아래에 배치되며, 용융금속(M)의 유동 경로를 구성하는 내벽에 그 내경을 축소시키도록 안쪽으로 돌출한 축경부(31)가 형성된 하부 노즐(30)을 더 포함할 수 있다. Referring back to FIG. 1, the nozzle device according to an embodiment of the present invention is disposed under the gas vortex nozzle 10, so that the inner diameter thereof is reduced on the inner wall constituting the flow path of the molten metal M. It may further include a lower nozzle 30 in which the shaft diameter portion 31 protruding inward is formed.

하부 노즐(30)은 내부에 중공부를 가진 대략 관 형상을 갖도록 내화물로 만들어질 수 있다. 또한, 하부 노즐과 가스 와류 노즐(10) 사이를 메우는 결합재를 포함하여, 용융금속의 유동시 공기와의 접촉을 방지할 수 있게 되어 있다. The lower nozzle 30 may be made of refractory material so as to have a substantially tubular shape with a hollow portion therein. In addition, by including a bonding material filling between the lower nozzle and the gas vortex nozzle 10, it is possible to prevent contact with air when the molten metal flows.

이와 같이, 하부 노즐(30) 내에 축경부(31)를 형성하여 유동이 지나가는 유로의 단면적을 줄였다가 다시 넓게 하면 급격한 압력차로 인한 압력 손실이 발생하게 되고, 이로써 캐비테이션을 유발하여 기포(B)를 더욱 미세화시킬 수 있게 된다. In this way, when the cross-sectional area of the flow path through which the flow passes is reduced and then widened again by forming the shaft diameter portion 31 in the lower nozzle 30, a pressure loss due to a sudden pressure difference occurs, thereby causing cavitation to cause air bubbles (B). It can be further refined.

즉, 가스 와류 노즐(10)의 미세한 관통공(11)으로 예컨대 아르곤 등과 같은 불활성 가스(G)를 취입하여 대략 mm 크기의 기포(B)가 만들어지고, 용융금속 와류 노즐(20) 또는 가스 와류 노즐에 의해 인가된 용융금속(M)의 와류로 인한 전단력과, 하부 노즐(30) 내 축경부(31)를 통한 압력 손실 때문에, 대략 100㎛ 이하의 극미세 기포를 생성할 수 있다. That is, an inert gas G such as argon is blown into the fine through-hole 11 of the gas vortex nozzle 10 to create a bubble B of approximately mm size, and the molten metal vortex nozzle 20 or gas vortex Due to the shear force due to the vortex of the molten metal M applied by the nozzle and the pressure loss through the shaft diameter portion 31 in the lower nozzle 30, very fine bubbles of approximately 100 μm or less can be generated.

본 발명의 일 실시예에 따른 노즐 장치에 의해 발생된 극미세 기포는 용융금속(M)과 함께 유입부로 공급된다. 용융금속과 함께 인입된 극미세 기포는 용융금속과의 비중차에 의해 부상하게 되는데, 극미세 기포는 부상하면서 용융금속 속의 개재물의 계면에 부착하여 용융금속 내 개재물이 기포의 부력으로 함께 부상하게 된다.The ultrafine bubbles generated by the nozzle device according to an embodiment of the present invention are supplied to the inlet together with the molten metal (M). The micro-bubbles brought in with the molten metal float due to the difference in specific gravity with the molten metal. As the micro-bubbles float and adhere to the interface of the inclusions in the molten metal, the inclusions in the molten metal float together with the buoyancy of the bubbles. .

탕면 직전까지 개재물을 운반한 극미세 기포는 자연 소멸하게 되고, 개재물은 탕면에 존재하는 액상의 슬래그에 흡착되어, 용융금속의 청정도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다. The ultra-fine air bubbles carrying the inclusions until just before the hot water surface are naturally extinguished, and the inclusions are adsorbed to the liquid slag existing on the hot water surface, thereby obtaining the effect of remarkably improving the cleanliness of the molten metal.

대략 100㎛ 이하의 극미세 기포는 영-라플라스 방정식(Young-Laplace equation; P∞-PB = 2s/r, 여기서, P∞: 액상 압력, PB: 기포의 내부 압력, s: 표면 장력, r: 기포 사이즈)에 의거하여, 기포의 사이즈가 작을 경우 부상하면서 용융금속으로의 확산 작용에 의해 점차 사이즈가 감소하게 되고, 결국은 소멸하게 됨을 알 수 있다. The ultrafine bubbles of about 100 μm or less are the Young-Laplace equation (P ∞ -P B = 2s/r, where P ∞ : liquid pressure, P B : internal pressure of the bubbles, s: surface tension, r: bubble size), it can be seen that when the size of the bubble is small, the size of the bubble gradually decreases due to the diffusion action to the molten metal as it floats and eventually disappears.

실험예Experimental example

본 발명에 따른 노즐 장치의 성능을 확인하기 위해 수모델 실험을 이용하여 유입부에서의 기포 사이즈 및 기포의 체류시간을 측정하였다. In order to confirm the performance of the nozzle device according to the present invention, the bubble size and the residence time of the bubble at the inlet were measured using a water model experiment.

공급되는 물의 유량은 용강 2ton/min에 해당하는 유량이었으며, 노즐 장치는 아크릴을 사용하여, 예를 들면 연속주조를 위해 레이들에서 턴디쉬로 용강을 공급하는 실제 노즐 장치의 크기로 제작되었다. 이때, 가스 와류 노즐(10)의 관통공(11)의 직경은 0.3mm 이하였다. The flow rate of the supplied water was a flow rate corresponding to 2 ton/min of molten steel, and the nozzle apparatus was manufactured using acrylic, for example, the size of an actual nozzle apparatus supplying molten steel from a ladle to a tundish for continuous casting. At this time, the diameter of the through hole 11 of the gas vortex nozzle 10 was 0.3 mm or less.

표 1에는 노즐의 조합에 따른 기포 사이즈의 측정 결과를 나타내었다. Table 1 shows the results of measuring the bubble size according to the combination of nozzles.

구분division 가스 와류 노즐Gas vortex nozzle 가스 와류 노즐+
용융금속 와류 노즐Gas vortex nozzle+
Molten metal vortex nozzle 가스 와류 노즐+
하부 노즐Gas vortex nozzle+
Lower nozzle 가스 와류 노즐+
용융금속 와류 노즐+하부 노즐Gas vortex nozzle+
Molten Metal Vortex Nozzle + Lower Nozzle 기포 사이즈Bubble size 2-5mm2-5mm 50-500㎛50-500㎛ 20-200㎛20-200㎛ 10-30㎛10-30㎛

표 1에 나타낸 바와 같이, 0.3mm 이하의 관통공을 가진 가스 와류 노즐(10)을 통해 축경부가 없는 롱 노즐에 가스 주입만 이루어진 경우에, 롱 노즐의 하단에서 기포 사이즈는 2~5mm 수준이었다. As shown in Table 1, when only gas injection was made to a long nozzle without a shaft diameter through a gas vortex nozzle 10 having a through hole of 0.3 mm or less, the bubble size at the lower end of the long nozzle was at the level of 2 to 5 mm.

가스 와류 노즐(10)과 함께 용융금속 와류 노즐(20)을 채택하여, 가스 주입을 하면서 용융금속 와류 노즐을 통해 축경부가 없는 롱 노즐로 물을 운반한 경우에, 롱 노즐의 하단에서 기포 사이즈는 50~500㎛로 감소하였다. By adopting the molten metal vortex nozzle 20 together with the gas vortex nozzle 10, when the water is conveyed to the long nozzle without the shaft diameter through the molten metal vortex nozzle while injecting gas, the bubble size at the bottom of the long nozzle is It decreased to 50 ~ 500㎛.

한편, 가스 와류 노즐(10)과 함께 소위 오리피스형 하부 노즐(30)을 채택하여, 가스 주입을 하면서 하부 노즐을 통해 물을 운반한 경우에 기포 사이즈는 더 감소하여 20~200㎛로 되었다. On the other hand, by adopting the so-called orifice-type lower nozzle 30 together with the gas vortex nozzle 10, the bubble size was further reduced to 20 to 200 μm when water was transported through the lower nozzle while injecting gas.

끝으로, 가스 와류 노즐(10)과 함께 용융금속 와류 노즐(20) 및 하부 노즐(30)을 모두 채택하여 물을 운반한 경우에는, 하부 노즐의 하단에서 30㎛ 이하의 극미세 기포가 생성되었다. 이 기포 사이즈는 용강의 표면 장력을 고려할 때 약 100㎛에 해당된다. Finally, when water was transported by adopting both the molten metal vortex nozzle 20 and the lower nozzle 30 together with the gas vortex nozzle 10, ultra-fine bubbles of 30 μm or less were generated at the lower end of the lower nozzle. . This bubble size corresponds to about 100㎛ when considering the surface tension of molten steel.

실제 연속주조를 위해 레이들에서 턴디쉬로 용강을 공급하는 경우에, mm 단위의 기포는 탕면에서 터지면서 액상의 슬래그를 용강 내로 혼입시키는 악영향을 끼치기도 하지만, ㎛ 단위의 극미세 기포는 부상하면서 사라지므로 액상 슬래그가 용강 내로 혼입되는 문제를 해결할 수 있다.In the case of supplying molten steel from the ladle to the tundish for actual continuous casting, the air bubbles in mm unit may have a bad effect of mixing liquid slag into the molten steel by bursting on the surface of the molten steel. As it disappears, the problem of liquid slag being mixed into the molten steel can be solved.

도 4는 노즐의 조합에 따른 기포의 체류시간을 나타낸 그래프이다. 편의상, 도 4의 그래프에는 참조부호 10, 20, 30이 표기되어 있으며, 이들 참조부호는 각각 가스 와류 노즐(10), 용융금속 와류 노즐(20), 및 하부 노즐(30)을 나타낸다.4 is a graph showing the residence time of air bubbles according to the combination of nozzles. For convenience, reference numerals 10, 20, and 30 are indicated in the graph of FIG. 4, and these reference numerals denote a gas vortex nozzle 10, a molten metal vortex nozzle 20, and a lower nozzle 30, respectively.

체류시간은 개재물의 부상 분리 성능을 나타내는 지표로서, 체류시간이 길수록 개재물을 분리하여 제거할 수 있는 확률이 높은 것이다. 체류시간은 스톡스의 법칙(Stokes' law)으로 나타낼 수 있는 기포의 부상속도와 직접적인 관계가 있으며, 기포의 부상속도는 기포의 사이즈가 작을수록 느려지게 된다. The residence time is an index indicating the floating separation performance of the inclusions, and the longer the residence time, the higher the probability of separating and removing the inclusions. The residence time has a direct relationship with the bubble's floating speed, which can be expressed by Stokes' law, and the bubble's floating speed decreases as the size of the bubble gets smaller.

따라서, 기포의 사이즈가 30㎛ 이하인, 가스 와류 노즐(10)과 함께 용융금속 와류 노즐(20) 및 하부 노즐(30)을 모두 채택한 경우의 체류시간이, 가스 와류 노즐만 사용하거나, 가스 와류 노즐과 함께 용융금속 와류 노즐을 조합하거나, 가스 와류 노즐과 하부 노즐을 조합한 경우에 비해 훨씬 길게 연장되었다. Therefore, the residence time in the case of adopting both the molten metal vortex nozzle 20 and the lower nozzle 30 together with the gas vortex nozzle 10 having a bubble size of 30 µm or less is either a gas vortex nozzle or a gas vortex nozzle With the combination of a molten metal vortex nozzle or a combination of a gas vortex nozzle and a lower nozzle, the extension was much longer.

이상과 같이 본 발명에 따른 노즐 장치를 통해 체류시간을 현저하게 증대시킴으로써, 미세 기포가 개재물을 포집한 후 탕면으로 운반하여 개재물이 용이하게 제거될 수 있게 하며, 이때 미세 기포는 자연 소멸하게 되므로 가스로 인한 기포성 결함을 발생시키지 않음은 물론, 기존 대형 기포의 문제점인 액상 슬래그가 용융금속 내로 혼입되는 것도 없앨 수 있어, 궁극적으로 용융금속의 청정도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다. As described above, by remarkably increasing the residence time through the nozzle device according to the present invention, the fine air bubbles can be easily removed by collecting the inclusions and transporting them to the hot water surface. At this time, the fine air bubbles are naturally extinguished. Not only does not cause foaming defects due to, but also eliminates the incorporation of liquid slag into molten metal, which is a problem of existing large bubbles, and ultimately has an effect of dramatically improving the cleanliness of molten metal.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

1: 용기 2: 토출구
10: 가스 와류 노즐 11: 관통공
12: 가스 공급 부재 15: 슬라이딩 게이트
20: 용융금속 와류 노즐 21: 관통홀
25: 웰 블록 30: 하부 노즐
31: 축경부1: container 2: outlet
10: gas vortex nozzle 11: through hole
12: gas supply member 15: sliding gate
20: molten metal vortex nozzle 21: through hole
25: well block 30: lower nozzle
31: shaft diameter

Claims (13)

용융금속을 배출하는 용기의 토출구에 설치되는 노즐 장치로서,
상기 노즐 장치는,
상기 토출구의 아래에 배치되며, 상기 용융금속의 유동 경로를 형성하고, 상기 유동 경로를 향해 편향되게 가스를 공급하도록 상기 유동 경로의 중심선으로부터 벗어나 편심되게 형성된 적어도 하나의 관통공이 구비된 가스 와류 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
As a nozzle device installed at the outlet of the container for discharging molten metal,
The nozzle device,
A gas vortex nozzle disposed below the discharge port and provided with at least one through-hole eccentrically formed away from the center line of the flow path so as to form a flow path of the molten metal and supply gas deflected toward the flow path. Nozzle device comprising a.
 제1항에 있어서,
복수의 관통공이 형성될 때, 동일한 높이에서 상기 복수의 관통공이 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 1,
When a plurality of through-holes are formed, the plurality of through-holes are arranged at regular intervals at the same height.
 제2항에 있어서,
복수의 관통공이 형성될 때, 상기 복수의 관통공이 높이차를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 2,
When the plurality of through-holes are formed, the plurality of through-holes are arranged with a height difference.
 제3항에 있어서,
상기 가스 와류 노즐은, 관통공에 가스를 공급하기 위해, 상기 가스 와류 노즐의 외주를 원주방향으로 적어도 부분적으로 둘러싸며, 외주 일측에 적어도 하나의 가스 주입구가 마련된 가스 공급 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 3,
The gas vortex nozzle comprises a gas supply member at least partially surrounding an outer circumference of the gas vortex nozzle in a circumferential direction and provided with at least one gas inlet at one side of the outer circumference to supply gas to the through hole. Nozzle device.
 제4항에 있어서,
상기 가스 공급 부재는 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 내부는 중공으로 형성되고, 안쪽으로 개방되어, 상기 가스 와류 노즐에 마련된 복수의 관통공과 연통되는 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 4,
The gas supply member has a U-shaped cross section, the inside of which is formed as a hollow, is opened inward, and communicates with a plurality of through holes provided in the gas vortex nozzle.
 제1항에 있어서,
상기 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 1,
The nozzle device, characterized in that the gas is an inert gas.
 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐 장치는,
상기 용기 내 토출구의 위에 배치되며, 상기 용융금속의 유동 경로를 형성하고, 상기 유동 경로의 중심선으로부터 벗어나 편심되게 형성된 적어도 하나의 관통홀이 구비된 용융금속 와류 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method according to any one of claims 1 to 6,
The nozzle device,
A nozzle further comprising a molten metal vortex nozzle disposed above the discharge port in the container, forming a flow path of the molten metal, and having at least one through hole eccentrically formed away from the center line of the flow path. Device.
 제7항에 있어서,
복수의 관통홀이 형성될 때, 동일한 높이에서 상기 복수의 관통홀이 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 7,
When a plurality of through-holes are formed, the plurality of through-holes are arranged at regular intervals at the same height.
 제8항에 있어서,
복수의 관통홀이 형성될 때, 상기 복수의 관통홀이 높이차를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 8,
When a plurality of through-holes are formed, the nozzle device, characterized in that the plurality of through-holes are arranged with a height difference.
 제7항에 있어서,
상기 용기의 토출구와 상기 가스 와류 노즐 사이에 슬라이딩 게이트가 설치되고,
상기 용융금속 와류 노즐의 아래에 상기 슬라이딩 게이트가 연결된 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 7,
A sliding gate is installed between the discharge port of the container and the gas vortex nozzle,
Nozzle device, characterized in that the sliding gate is connected under the molten metal vortex nozzle.
 제7항에 있어서,
상기 노즐 장치는,
상기 가스 와류 노즐의 아래에 배치되며, 상기 용융금속의 유동 경로를 구성하는 내벽에 내경을 축소시키도록 안쪽으로 돌출한 축경부가 형성된 하부 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 7,
The nozzle device,
And a lower nozzle disposed under the gas vortex nozzle and having a shaft diameter portion protruding inward to reduce an inner diameter of an inner wall constituting the flow path of the molten metal.
 제11항에 있어서,
상기 가스 와류 노즐과 상기 용융금속 와류 노즐 및 상기 하부 노즐은 내화물로 만들어진 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method of claim 11,
The gas vortex nozzle, the molten metal vortex nozzle, and the lower nozzle are made of refractory material.
 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐 장치는,
상기 가스 와류 노즐의 아래에 배치되며, 상기 용융금속의 유동 경로를 구성하는 내벽에 내경을 축소시키도록 안쪽으로 돌출한 축경부가 형성된 하부 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 장치.
The method according to any one of claims 1 to 6,
The nozzle device,
And a lower nozzle disposed under the gas vortex nozzle and having a shaft diameter portion protruding inward to reduce an inner diameter of an inner wall constituting the flow path of the molten metal.
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