KR20200131903A - 용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조 - Google Patents

용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조 Download PDF

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Abstract

개시된 것은 용강 내의 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조물이다. 상기 턴디시 구조물은 턴디시(1)를 포함하고, 상기 턴디시는 중간에 충격 영역 공동(1a)와 두 측면의 공급 영역 공동(1b)를 포함하는 3개의 분리된 영역으로 나뉜다. 공급용 긴 노즐(2)은 충격 영역 공동의 중심에 수직으로 배열되며, 용강은 공급용 긴 노즐로부터 아래로 유동하고 충격 영역 공동으로 주입되며; 공급용 긴 노즐과 직접 마주하는 난류 억제기(3)는 공급용 긴 노즐 아래의 영역 바닥에 배열되고, 공급용 긴 노즐로부터 아래로 유동하는 용강은 난류 억제기에 충격을 주고 이후 완충되고 혼합된다. 필터 조립체(A)는 두 측면에 충격 영역 공동과 공급 영역 공동 사이에 각각 배열되며, 충격 영역 공동의 완충되고 혼합된 용강은 필터 조립체에 의해 여과되고 이후 두 측면에 공급 영역 공동으로 전달된다. 배출 포트(4)는 공급 영역 공동의 바닥에 각각 배열되며, 필터 조립체에 의해 여과된 용강은 공급 영역 공동으로 유동하고 이후 배출 포트로부터 밖으로 유동한다. 유동-제어 가능한 턴디시 구조물은 단순한 구조, 쉬운 건조 및 저비용의 이점을 가지며, 우수한 액체강 정화 효과를 갖는다.

Description

용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조
본 발명은 철 및 강철 야금 생산 분야에 대한 것으로, 특히, 용강 내의 함유물을 여과 및 감소시킬 수 있고, 연속 주조 턴디시(tundish)의 유동을 개선시키며, 턴디시 내의 용강의 균일한 온도를 용이하게 하는 유동-제어 가능한 턴디시 구조에 대한 것이다.
현재, 고-순도 주조 빌렛(high-purity casting billet)은 철 및 강철 야금 생산 분야에서 고품질 강철을 생산하기 위한 기초이며, 주조 빌렛의 순도는 주로 유체가 결정장치(crystallizer)로 유동하기 전 처리 공정에 달려 있으며, 턴디시 야금은 중요한 공정 중 하나이다. 턴디시의 유체의 유동 상태 및 속도 분포는 유체의 조성 및 온도의 균일성 및 함유물의 상승(rising) 및 제거에 중요한 영향을 미치며, 턴디시의 구조 및 그 유동 제어 장치는 턴디시의 유체의 유동 상태를 결정한다.
1970년대로부터, 국내외 많은 연구자들은 물리적 시뮬레이션과 수학적 시뮬레이션의 수단을 통해 상이한 턴디시의 유동장의 분포를 체계적으로 연구했으며, 턴디시의 최적의 유동 상태를 탐구하기 위해 턴디시에 댐, 위어(weirs) 및 난류 컨트롤러와 같은 유동 제어 장치를 배열하였다. 유동 제어 장치의 합리적 구조는 턴디시의 용강의 유동 상태 및 속도 분포를 개선할 수 있는 것뿐만 아니라, 배출 포트 근처 구역의 온도 차이를 줄일 수도 있으며, 턴디시의 용강의 잔류 시간을 연장시키고, 용강 내의 비-금속 함유물의 완전한 상승 및 제거를 용이하게 하고, 턴디시 내의 용강을 정제하고, 주조 빌렛의 품질을 개선하는데 도움이되며, 또한 내화 재료의 수명을 연장시킬 수 있다.
1980년대까지, 사람들은 또한 위어 및 댐을 배열하는 것에 기초한 연구를 위해 턴디시 내에 전환 칸막이 벽, 필터, 등을 장착하여, 용강의 유동 상태를 더욱 변화시키고 최적화하며 함유물의 제거 효과를 개선하기 시작했으며; 1990년대 이후, 아르곤(argon)이 턴디시로 불어 넣어지고, 용강이 불활성 가스를 이용하여 교반되어, 강철 내의 미세 입자 함유물의 충돌, 성장 및 상승이 촉진되었고; 금세기까지, 다양한 용강 유동 제어 장치의 포괄적인 적용은 널리 대중화되었다.
현장 작업자의 장시간 작업 피드백 이후, 종래 기술의 다양한 고-순도 주조 빌렛을 위한 턴디시는 실제 적용 중 다음과 같은 많은 문제들을 갖는다:
1. 턴디시의 종래의 필터 보유 벽이 막히는 경향이 있다;
2. 미세한 함유물이 여과되기 어렵고 따라서 결정장치에 포함된다; 및
3. 종래의 필터 보유 벽이 차단된 후 교체될 필요가 있으므로, 주조 작업의 연속성 및 효율에 영향을 미친다.
요컨대, 현재 주조 작업의 연속성 및 효율을 개선하기 위한 주기적 교체 없이 용강 내의 함유물을 효과적으로 여과할 수 있는 새로운 턴디시 구조에 대한 필요성이 있다.
전술한 문제들을 해결하기 위해, 본 개시는 용강 내의 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조를 제공한다. 턴디시 구조는 단순한 구조, 쉬운 건조 및 저비용의 특징을 가지며, 우수한 용강 정제 효과를 갖는다.
본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 아래 설명한 바와 같은 특정 구조를 갖는다:
용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 턴디시를 포함하고, 여기서,
상기 턴디시는 중간의 충격 영역 공동(impact zone cavity)과 두 측면의 공급 영역 공동(pouring zone cavities)을 포함하는 3개의 분리된 공동으로 나뉜다;
공급용 긴 노즐은 충격 영역 공동의 중심에 수직으로 배열되며, 용강은 공급용 긴 노즐로부터 아래로 유동하며 충격 영역 공동으로 주입된다; 공급용 긴 노즐과 직접 마주하는 난류 억제기(turbulence suppressor)는 공급용 긴 노즐 아래의 공동의 바닥에 배열되며, 공급용 긴 노즐로부터 아래로 유동하는 용강은 난류 억제기와 충돌하고 이후 완충되고 혼합된다;
필터 조립체는 각각 두 측면의 공급 영역 공동과 충격 영역 공동 사이에 배열되며, 충격 영역 공동 내의 완충되고 혼합된 용강은 필터 조립체에 의해 여과되고 이후 두 측면의 공급 영역 공동으로 전달된다; 그리고
배출 포트가 각각 공급 영역 공동의 바닥에 배열되며, 필터 조립체에 의해 여과된 용강은 공급 영역 공동으로 유동하고 이후 배출 포트 밖으로 유동한다.
본 개시에 따른 용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조에서, 필터 조립체는 슬래그 보유 필터 벽(slag retaining filter wall), 보유 벽 전환 슬롯(retaining wall diversion slot), 보유 벽 전환 홀(retaining wall diversion hole), 보유 댐(retaining dam) 및 보유 댐 전환 홀을 포함하며, 여기서, 슬래그 보유 필터 벽은 충격 영역 공동과 공급 영역 공동 사이에 배열되고 충격 영역 공동과 공급 영역 공동을 연결하며, 슬래그 보유 필터 벽의 하부 바닥의 두께는 상부 정상부의 두께보다 더 크며; 보유 벽 전환 슬롯은 슬래그 보유 필터 벽의 바닥부에 제공되고, 보유 벽 전환 슬롯은 슬래그 보유 필터 벽을 통해 관통하고, 보유 벽 전환 슬롯은 아래로 30°(도) 기울어지게(tilt) 배열되며; 보유 벽 전환 홀은 슬래그 보유 필터 벽을 통해 관통하는 방식으로 슬래그 보유 필터 벽의 바닥에 배열되며; 보유 댐은 보유 벽 전환 슬롯에 가까이, 공급 영역 공동의 바닥부에 수직으로 배열되고, 보유 댐의 형태 및 크기는 공급 영역 공동의 하부의 단면에 상응하며; 보유 댐을 통해 관통하는 보유 댐 전환 홀은 보유 댐의 바닥의 중간에 배열되며; 용강은 보유 벽 전환 슬롯과 보유 벽 전환 구멍을 통해 충격 영역 공동으로부터 공급 영역 공동으로 유동하고, 용강 대부분은 보유 댐을 통해 지나갈 때 보유 댐 위로 유동하고, 용강의 작은 부분은 보유 댐의 바닥의 중간의 보유 댐 전환 홀을 통해 유동하고, 마지막으로 모든 용강은 배출 포트를 통해 결정장치로 유출된다.
본 개시에 따른 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조에서, 슬래그 보유 필터 벽의 하부 바닥의 두께는 상부 정상부의 두께보다 크고, 구체적으로, 슬래그 보유 필터 벽의 하부 바닥의 두께는 상부 정상부의 두께보다 2-2.5배 더 크며, 즉, 전체 슬래그 보유 필터 벽은 사다리꼴이다.
본 개시에 따른 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조에서, 보유 벽 전환 슬롯의 수는 4-6개이며, 보유 벽 전환 슬롯의 내부는 계단형 또는 곡선형이며, 보유 벽 전환 슬롯은 서로 평행하고, 용강은 보유 벽 전환 슬롯을 통과할 때 상부, 중간, 및 하부의 다단계 유동을 형성한다.
계단형 또는 곡선형 슬롯 구조는 용강 스트림(molten steel stream)이 여기서 충돌하게 하여, 미세 함유물의 성장 및 충돌 가능성이 증가되고, 여과가 용이하며, 계단형 또는 곡선형 슬롯 구조는 또한 용강 내의 함유물 입자를 만들기에 충분히 큰 표면적을 제공하고 이를 통해 입자가 최대 규모로 부착되고 포획되도록 유동하여, 결정장치로 들어가는 함유물의 양을 감소시킨다.
본 개시의 용강 내 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조를 이용하여, 다음의 바람직한 효과가 얻어진다:
1. 본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 단순한 구조, 쉬운 건조 및 저비용을 가지며, 그 충격 영역은 전체 턴디시의 유효 체적의 30 % 또는 그 이상을 처리하며, 체적 비율이 합리적이다;
2. 본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조에 따라, 용강이 전환 슬롯의 갭을 통해 유동할 때, 용강 스트림은 계단형 또는 곡선형 슬롯 구조로 인해 여기서 충격을 받게 되어, 미세 함유물의 충격 및 성장의 가능성이 증가되고, 여과가 촉진된다;
3. 본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조에 따라, 계단형 또는 곡선형 슬롯 구조는 용강 내 함유물 입자를 만들기 충분히 큰 표면적을 제공하고 이를 통해 입자가 최대 규모로 부착되고 포획되도록 유동하여, 결정장치로 들어가는 함유물의 양을 감소시키는 목적을 달성한다. 존재하는 필터 보유 벽의 필터 구멍 차단 문제는 함유물 제거 속도를 감소시키지 않고 효과적으로 해결된다;
4. 본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 막힘 및 긴 작업 시간에 대한 경향이 적어, 교체 주기가 감소되고, 주조 작업의 연속성 및 효율이 개선되며, 용강의 정화 효과가 우수하다.
도 1은 본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조의 개략적인 부분 정면도이다.
도면에서, (1) - 턴디시, (1a) - 충격 영역 공동, (1b) - 공급 영역 공동, (2) - 공급용 긴 노즐, (3) - 난류 억제기, (4) - 배출 포트, (A) - 필터 조립체, (A1) - 슬래그 보유 필터 벽, (A2) - 보유 벽 전환 슬롯, (A3) - 보유 벽 전환 홀, (A4) - 보유 댐, 및 (A5) - 보유 댐 전환 홀.
본 개시의 용강 내의 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 첨부된 도면 및 구현 예와 함께 아래에서 더욱 설명된다.
구현 예
도 1은 사시도이며, 도 2는 정면도이다. 도 2는 보유 댐(A4) 및 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 단면을 나타낸다. 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 용강 내 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 턴디시(1)를 포함하며, 여기서, 턴디시는 중간의 충격 영역 공동(1a)과 두 측면의 공급 영역 공동(1b)을 포함하는 3개의 분리된 공동으로 나뉜다;
공급용 긴 노즐(2)은 충격 영역 공동(1a)의 중심에 수직으로 배열되고, 용강은 공급용 긴 노즐로부터 아래로 유동하고 충격 영역 공동(1a)으로 주입되고; 공급용 긴 노즐(2)과 직접 마주하는 난류 억제기(3)는 공급용 긴 노즐(2) 아래의 공동(1a)의 바닥에 배열되며, 공급용 긴 노즐(2)로부터 유동하는 용강은 난류 억제기(3)와 충돌하고 이후 완충되고 혼합되며;
필터 조립체(A)는 충격 영역 공동(1a)과 두 측면의 공급 영역 공동(1b) 사이에 각각 배열되고, 충격 영역 공동(1a)과 두 측면의 공급 영역 공동(1b)은 각각 필터 조립체(A)에 의해 분리되고, 충격 영역 공동(1a)의 완충되고 혼합된 용강은 필터 조립체(A)에 의해 여과되고 이후 두 측면의 공급 영역 공동(1b)으로 전달되며; 두 측면의 공급 영역 공동(1b)은 대칭으로 배열된 충격 영역 공동(1a)의 두 날개를 형성하고, 도 1에 나타낸 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 또한 이중-유동 슬랩 턴디시(dual-flow slab tundish)로서 나타낼 수 있다.
배출 포트(4)는 공급 영역 공동(1b)의 바닥에 각각 배열되며, 필터 조립체(A)에 의해 여과된 용강은 공급 영역 공동(1b)으로 유동하고 이후 배출 포트(4) 밖으로 유동한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 필터 조립체(A)는 슬래그 보유 필터 벽(A1), 보유 벽 전환 슬롯(A2), 보유 벽 전환 홀(A3), 보유 댐(A4), 및 보유 댐 전환 홀(A5)을 포함하며, 여기서, 슬래그 보유 필터 벽(A1)은 충격 영역 공동(1a)과 공급 영역 공동(1b) 사이에 배열되고 충격 영역 공동(1a) 및 공급 영역 공동(1b)과 연결되며; 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부 바닥 또는 하부(11)의 두께는 상부 정상부 또는 상부(12)의 두께보다 크고, 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부 바닥 또는 하부(11)에 배열되며; 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 슬래그 보유 필터 벽(A1)을 통해 관통하고, 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 하향 30도로 기울어지게 배열되며; 보유 벽 전환 홀(A3)은 슬래그 보유 필터 벽(A1)을 통과해 관통하는 방식으로 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 바닥에 배열되며; 보유 댐(A4)은 공급 영역 공동(1b)의 바닥에서(보유 벽 전환 슬롯(A2)에 가까이) 수직으로 배열되고, 보유 댐(A4)의 형상 및 크기는 공급 영역 공동(1b)의 하부의 단면에 상응하며; 보유 댐(A4)을 통해 관통하는 보유 댐 전환 홀(A5)은 보유 댐(A4)의 바닥의 중간에 배열되며; 용강은 보유 벽 전환 슬롯(A2)과 보유 벽 전환 홀(A3)을 통해 충격 영역 공동(1a)으로부터 공급 영역 공동(1b)으로 유동하고, 용강의 대부분은 보유 댐(A4)을 통해 지나갈 때 보유 댐(A4) 위로 유동하고, 용강의 적은 부분은 보유 댐(A4)의 바닥부의 중간의 보유 댐 전환 홀(A5)을 통해 유동하며, 마지막으로 모든 용강은 배출 포트(4)를 통해 결정장치(도면에 도시되지 않음)로 유출된다.
슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부 바닥부 또는 하부(11)의 두께는 상부 정상부 또는 상부(12)의 두께보다 크며, 구체적으로, 슬래그 보유 필터 벽의 하부 바닥부 또는 하부(11)의 두께는 상부 정상부 또는 상부(12)의 두께보다 2-2.5배(본 구현 예에서 2배) 더 크며, 즉, 전체 슬래그 보유 필터 벽(A1)은 상부 정상부 또는 상부(12), 하부 바닥부 또는 하부(11) 및 전이부(13)를 포함하며, 전이부(13)는 사다리꼴이고 상부 정상부 또는 상부(12) 및 하부 바닥부 또는 하부(11)에 연결된다. 하부(11)는 공급 영역 공동(1b)의 측면에서 상부(12)에 대해 돌출된다.
보유 벽 전환 슬롯(A2)의 수는 4-6개(본 구현 예에서는 4개)이다. 보유 벽 전환 슬롯(A2)의 내부는 계단형이고 유입구 섹션(21), 중간 섹션(22) 및 배출구 섹션(23)을 포함하며, 섹션들은 동일한 높이로 배열되며, 유입구 섹션(21) 및 배출구 섹션(23)은 동축 홀이며, 중간 섹션(22)의 축은 유입구 섹션(21) 및 배출구 섹션(23)과 동일 선상에 있지 않으므로, 유입구 섹션(21), 중간 섹션(22) 및 배출구 섹션(23)의 벽면은 계단 형태이다. 계단 형태에 추가하여, 보유 벽 전환 슬롯(A2)의 변형 형태는 호(arc) 또는 다른 곡선 형태일 수 있다. 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 서로 평행하고, 용강은 보유 벽 전환 슬롯(A2)을 통해 지나갈 때 상부, 중간 및 하부의 다단계 유동을 형성한다.
보유 벽 전환 슬롯(A2)의 계단형 또는 곡선형 슬롯 구조는 여기서 용강 스트림이 충돌하게 하고, 따라서, 미세 함유물의 충돌 및 성장의 가능성이 증가되며, 여과가 촉진된다.
이론적으로, 턴디시 내의 유체의 체적은 상호 연결된 유동 영역으로 구성된 것으로 가정한다. 이에 기초하여, 실제 생산에서, 턴디시(1) 내의 용강의 유동은 혼합 영역, 피스톤 영역(piston zone) 및 데드 영역(dead zone)으로 나눠진다. 3개의 유동 영역으로 구성된 단순한 유동 결합 모델은 턴디시 내의 용강의 유동을 위해 널리 사용되었다. 혼합 영역, 피스톤 영역 또는 데드 영역은 계산된 결과에 따라 나눠지고, 전체 턴디시의 분포는 일반적으로 고유한 위치에 있지 않으므로, 3개의 영역의 체적 비율은 복수의 영역의 통계의 합계이다. 일반적인 유동 패턴은 혼합 영역이 강철 래들 스트림(steel ladle stream) 근처에 위치된 것이고, 용강은 강철 래들로부터의 스트림과 혼합되며; 피스톤 영역은 혼합 영역과 침수 노즐(배출 포트(4)) 사이에 생성되며, 여기서, 유체는 전방으로 밀려지고 부분적인 역 혼합으로 유동하며; 데드 영역은 피스톤 영역에 인접하고, 영역의 유체는 천천히 외부와 교환된다. 이상적인 턴디시 구조와 상응하는 기술의 사용은 가능한 큰 피스톤 영역과 가능한 작은 데드 영역으로 생성되어야 한다.
턴디시(1)의 유체의 유동이 비-이상적인 유동에 속하기 때문에, 이러한 유동은 수정된 혼합 모델을 이용하여 수학적으로 설명될 수 있다. 용기 내 유체의 운동 궤적은 정확히 동일하지 않으므로, 그 체류 시간이 상이하며, 용기 내 유체 질량의 잔류 시간 분포(RTD)는 연속 유동 시스템의 중요 파라미터이다. 안정적인 유동 시스템에 대해, 특정 순간에서 장치로(또는 장치로부터) 유동하는 재료 양(Q)에서, t와 t + dt 사이의 잔류 시간을 가진 재료 양 dQ의 비율 dQ/Q은 C(t)dt로 정의되지만, E 함수는 확률 분포 함수이며, 평균 잔류 시간은 수학적 기대치를 이용하여 설명될 수 있다:
Figure pct00001
유체가 연속적으로 그리고 안정적으로 용기를 통해 유동할 때, 문헌 Sahai Y, Emi T. "Melt Flow Characterization in Continuous Casting Tundishes" [J]. ISIJ International, Vol. 36 (1996), pp: 667-672, 및 문헌 LIANG, Xinteng "Mathematical and Physical Simulation Study on Flow Behavior of Molten Steel in Continuous Casting Tundishes" [D]. Master's Thesis of Inner Mongolia University of Science and Technology (2003) P43-45에 개시된 내용에 기초하여: 유체의 이론적 잔류 시간(t a )은 체적 유동에 의해 유체의 체적을 나누어 얻어질 수 있으며, 평균 잔류 시간(
Figure pct00002
) 및 정체 시간(t d )은 잔류 시간 분포 곡선(RTD 곡선)을 처리함으로써 결정될 수 있으며, 이후 혼합 영역(t m )의 체적, 피스톤 영역(V p )의 체적, 및 데드 영역(V d )의 체적이 얻어질 수 있다.
턴디시 구조의 이점 및 단점을 평가하기 위해, 시뮬레이션된 계산은 턴디시(1) 내의 용강의 유동 및 온도 분포에 대해 수행된다. 두-유동 슬랩 턴디시의 두 날개의 대칭 특징을 고려하여, 그 영역의 오직 절반만이 계산된다. 상응하는 RTD 곡선은 먼저 턴디시의 안정된 3차원 유동장 및 온도장을 계산하고, 이후 계속해서 턴디시의 전이 유동장 및 전이 온도장을 계산하고, 한편, 턴디시의 트레이서(tracer)의 확산 수식을 계산하고, 각각 배출구에서 트레이서의 농도 변화를 모니터링함으로써 얻어진다. 유동장의 이점 및 단점을 판단하기 위한 관련 인덱스(index)는 곡선 데이터를 처리함으로써 얻어질 수 있다.
본 개시의 용강 내 함유물을 여과시킬 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조를 이용하여 얻어진 인덱스 파라미터와 본 개시를 이용하지 않고 얻어진 것들의 비교는 다음 표에 나타난다.
턴디시 내의 유체의 체적 V(m3) 이론적 평균 잔류 시간
Figure pct00003
(s) 		트레이서 발생 시간
Figure pct00004
(s)		 최대 농도의 발생 시간
Figure pct00005
(s)		 평균 잔류 시간
Figure pct00006
(s)		 피스톤 영역의 체적 비율
Figure pct00007
(s)		 데드 영역의 체적 비율
Figure pct00008
(s)		 혼합영역의 체적 비율
Figure pct00009
(s)
유동-비제어된 구조 5.258 356.3 19 114 354.8 18.7% 21.7% 59.6%
본 개시의 구조 5.146 348.7 28 148 348.6 25.2% 13.1% 61.7%
표 1, 유동-비제어된 구조를 가진 강철 플랜트에서 사용중인 턴디시의 인덱스 파라미터와 본 개시의 배열 구조와의 비교
본 개시에서 제안된 유동-제어 가능한 결합 장치의 조건하에서, 난류 억제기(3)의 존재로 인해, 주입된 용강이 먼저 제한된 충격 영역에서 완전히 혼합되어 조성물 및 온도를 균질화하고, 이후 보유 벽(A1)에서의 계단형 또는 곡선형 필터 슬롯(A2)을 통해 보유 벽(A1)의 다른 측면의 주입 영역(1b)으로 유동한다는 것을 수치적인 시뮬레이션 테스트 및 평가를 통해 알 수 있다. 용강이 벽의 슬롯(A2)을 통과할 때 유동 스트림은 먼저 충돌하고 주위를 돌고, 이후, 유동 스트림의 대부분은 슬롯(A2)의 전환 방향으로 용융 풀(molten pool)의 두 날개들의 표면을 향해 유동하며; 턴디시(1)의 바닥부를 따라 전방으로 밀려진 용강의 유동 스트림의 적은 부분은 댐(A4)과 마주친 후 상승하도록 힘을 받고, 용강은 배출 포트(4) 위에서 균일하게 다시 혼합되고, 전환 홀(A5)은(턴디시의 바닥 근처) 댐(A4)의 중심에 배열되고, 턴디시의 바닥에서의 용강의 일부는 채널을 통과하여, 댐(A4)의 외부 측면의 용강이 배출 포트(4)로 포함된다. RTD 곡선 분석과의 결합으로, 턴디시(1)에 장착된 이러한 유동-제어 가능한 필터 장치 결합을 이용하여, 턴디시(1) 내의 피스톤 영역의 용강은 증가되고, 정체된 유동 데드 영역이 감소되며, 함유물은 쉽게 상승되고 제거되며, 턴디시(1)에서의 새로운 용강과 기존 용강의 혼합이 가속화되고, 턴디시 내의 용강의 온도가 균일하게 되는 것을 알 수 있다.
추가로, 본 개시의 용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조에 의해 생성된 강철 빌렛의 함유물 함량의 검출 결과는 턴디시 내 함유물의 제거 효율이 48 %에 도달하고, 총 산소 제거율이 21 %에 도달하고, 그 중 40 ppm보다 많은 원래의 산소 함량을 가진 용강의 총 산소 제거율은 44.2 %에 도달한다. 현재 턴디시 구조를 이용하여 생성된 강철 빌렛의 함유물 함량의 검출 결과와 비교하면, 제1 등급 주조 빌렛의 비율이 10.7 %까지 증가한다.
본 개시의 용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 단순한 구조, 쉬운 건조 및 저비용을 가지며, 그 중 충격 영역은 전체 턴디시의 유효 체적의 30 % 또는 그 이상을 처리하며, 체적 비율은 합리적이며; 용강이 보유 벽 전환 슬롯(A2)의 갭을 통해 유도할 때, 용강 스트림은 계단형 또는 곡선형 슬롯(A2)으로 인해 여기서 충돌하게 되어, 미세 함유뮬의 충돌 및 성장의 가능성이 증가되며, 여과가 촉진되며; 본 개시의 계단형 또는 곡선형 슬롯(A2)은 용강 내 함유물 입자를 만들기 충분히 큰 표면적을 더욱 제공하고 이를 통해 입자 유동은 최대 규모로 부착되고 포획되어, 결정장치로 들어가는 함유물의 양을 감소시키는 목적을 달성한다. 기존 필터 보유 벽의 필터 홀 막힘의 문제는 함유물 제거 속도를 감소시키기 않고 효과적으로 해결되며; 본 개시는 더 긴 수명을 가지며, 교체 빈도가 줄어들고, 주조 작업의 연속성 및 효율이 개선되며, 용강의 정제 효과가 우수하다.
본 개시의 용강 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조는 용강 내 함유물이 여과되고 감소되고, 연속 주조 턴디시의 유동이 개선되며, 턴디시 내의 용강의 균일한 온도가 촉진될 필요가 있는 분야에 적합하다.

Claims (11)

  1. 턴디시(1, tundish)를 포함하는, 용강(molten steel) 내 함유물을 여과할 수 있는 유동-제어 가능한 턴디시 구조로서, 여기서,
    상기 턴디시(1)는 중간의 충격 영역 공동(1a)과 두 측면의 공급 영역 공동(1b)을 포함하는 3개의 분리된 공동으로 나뉘고;
    공급용 긴 노즐(2)은 충격 영역 공동(1a)의 중심에 수직으로 배열되고, 용강은 공급용 긴 노즐(2)로부터 아래로 유동하고 상기 충격 영역 공동(1a)으로 주입되며; 공급용 긴 노즐(2)과 직접 마주하는 난류 억제기(3)는 공급용 긴 노즐(2) 아래의 공동의 바닥에 배열되고, 공급용 긴 노즐(2)로부터 아래로 유동하는 용강은 난류 억제기(3)와 충돌하고 이후 완충되고 혼합되고;
    필터 조립체(A)는 충격 영역 공동(1a)과 두 측면의 공급 영역 공동(1b) 사이에 각각 배열되고, 충격 영역 공동(1a) 내의 완충되고 혼합된 용강은 필터 조립체(A)에 의해 여과되고 이후 두 측면의 공급 영역 공동(1b)으로 전달되며;
    배출 포트(4)는 공급 영역 공동(1b)의 바닥부에 각각 배열되고, 필터 조립체(A)에 의해 여과된 용강은 공급 영역 공동(1b)으로 유동하고 이후 상기 배출 포트(4)에서 유출되는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터 조립체(A)는 슬래그 보유 필터 벽(A1), 보유 벽 전환 슬롯(A2), 보유 벽 전환 홀(A3), 보유 댐(A4) 및 보유 댐 전환 홀(A5)을 포함하고, 상기 슬래그 보유 필터 벽(A1)은 충격 영역 공동(1a)과 공급 영역 공동(1b) 사이에 배열되고 충격 영역 공동 및 공급 영역 공동과 연결되고, 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부 바닥부(11)의 두께는 상부 정상부(12)의 두께보다 더 크고; 상기 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부(11)는 상기 보유 벽 전환 슬롯(A2)이 제공되고, 상기 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 슬래그 보유 필터 벽(A1)을 통해 관통하고, 상기 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 아래로 30° 기울어지도록 배열되며; 상기 보유 벽 전환 홀(A3)은 슬래그 보유 필터 벽(A1)을 통해 관통하는 방식으로 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 바닥부에 배열되며; 보유 댐(A4)은, 보유 벽 전환 슬롯(A2) 가까이에, 공급 영역 공동(1b)의 바닥부에 수직으로 배열되고, 보유 댐(A4)의 형상과 크기는 공급 영역 공동(1b)의 하부의 단면에 상응하며; 보유 댐을 통해 관통하는 보유 댐 전환 홀(A5)은 상기 보유 댐(A4)의 바닥부의 중간에 배열되며; 용강은 보유 벽 전환 슬롯(A2)을 통해 충격 영역 공동(1a)으로부터 공급 영역 공동(1b)으로 유동하고, 용강의 대부분은 보유 댐(A4)을 통해 지나갈 때 보유 댐(A4) 위로 유동하고, 용강의 적은 부분은 보유 댐(A4)의 바닥부의 중간에 보유 댐 전환 홀(A5)을 통해 유동하고, 마지막으로 모든 용강은 배출 포트(4)를 통해 결정장치(crystallizer)로 유출되는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부 바닥부(11)의 두께는 상부 정상부(12)의 두께보다 크고, 구체적으로, 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부 바닥부(11)의 두께는 상부 정상부(12)의 두께보다 2-2.5배 더 크며, 즉, 전체 슬래그 보유 필터 벽(A1)은 사다리꼴인, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 보유 벽 전환 슬롯(A2)의 수는 4-6개이고, 보유 벽 전환 슬롯(A2)의 내부는 계단형이며, 보유 벽 전환 슬롯(A2)이 서로 평행하고, 보유 벽 전환 슬롯(A2)을 통해 지나갈 때 용강은 상부, 중간, 및 하부의 다단계 유동을 형성하는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  5. 턴디시(1)를 포함하는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조로서, 상기 턴디시(1)는 중간의 충격 영역 공동(1a)과 두 측면의 공급 영역 공동(1b)을 포함하고;
    공급용 긴 노즐(2)은 충격 영역 공동(1a)의 중심에 수직으로 배열되고, 상기 공급용 긴 노즐(2)과 직접 마주하는 난류 억제기(3)는 상기 공급용 긴 노즐(2) 아래 공동의 바닥부에 배열되고;
    필터 조립체(A)는 충격 영역 공동(1a)과 두 측면의 공급 영역 공동(1b) 사이에 각각 배열되고, 충격 영역 공동(1a) 내의 완충되고 혼합된 용강은 필터 조립체(A)에 의해 여과되고 이후 두 측면의 공급 영역 공동(1b)으로 전달되고;
    배출 포트(4)는 공급 영역 공동(1b)의 바닥부에 각각 배열되고, 상기 필터 조립체(A)에 의해 여과된 용강은 공급 영역 공동(1b)으로 유동하고 이후 상기 배출 포트(4)에서 유출되며;
    상기 필터 조립체(A)는 충격 영역 공동(1a)과 공급 영역 공동(1b)을 분리하는 슬래그 보유 필터 벽(A1)을 포함하고, 상기 슬래그 보유 필터 벽(A1)은 공급 영역 공동(1b)의 측면으로부터 충격 영역 공동(1a)의 측면으로 경사진 보유 벽 전환 슬롯(A2)을 포함하고, 상기 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 곡선형태로 슬롯 보유 필터 벽(A1)을 통해 관통하는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 유입구 섹션(21), 중간 섹션(22) 및 배출구 섹션(23)을 포함하고, 여기서, 유입구 섹션(21)과 배출구 섹션(23)은 동축의 홀이며, 중간 섹션(22)의 축은 상기 유입구 섹션(21) 및 배출구 섹션(23)과 동일 선상에 있지 않은, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  7. 청구항 5에 있어서,
    복수의 보유 벽 전환 슬롯(A2)은 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 하부에서 병렬로 배열되는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 슬래그 보유 필터 벽(A1)은 상부(12) 및 하부(11)를 포함하고, 하부(11)의 두께는 상부(12)의 두께보다 2-2.5배 큰, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 필터 조립체(A)는 보유 댐(A4)을 더욱 포함하고, 상기 보유 댐(A4)은, 상기 보유 벽 전환 슬롯(A2)에 가까이, 공급 영역 공동(1b)의 바닥부에 수직으로 배열되고, 상기 보유 댐(A4)의 형상 및 크기는 공급 영역 공동(1b)의 하부의 단면에 상응하고, 상기 보유 댐을 통해 관통하는 보유 댐 전환 홀(A5)은 보유 댐(A4)의 바닥부의 중간에 배열되는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 슬래그 보유 필터 벽(A1)은 보유 벽 전환 홀(A3)을 더욱 포함하고, 상기 보유 벽 전환 홀(A3)은 슬래그 보유 필터 벽(A1)을 통해 관통하는 방식으로 슬래그 보유 필터 벽(A1)의 바닥부에 배열되며; 용강은 상기 보유 벽 전환 슬롯(A2) 및 보유 벽 전환 홀(A3)을 통해 충격 영역 공동(1a)으로부터 공급 영역 공동(1b)으로 유동하고, 용강의 대부분은 보유 댐(A4)을 통해 지나갈 때 보유 댐(A4) 위로 유동하고, 상기 용강의 적은 부분은 보유 댐(A4)의 바닥부의 중간의 보유 댐 전환 홀(A5)을 통해 유동하며, 마지막으로 모든 용강은 배출 포트(4)로부터 유출되는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
  11. 청구항 5에 있어서,
    충격 영역은 상기 전체 턴디시의 유효 체적의 30 % 또는 그 이상을 처리하는, 유동-제어 가능한 턴디시 구조.
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