KR20220109874A - 용강 출강 시 슬래그 혼입 방지 방법 및 와류방지체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강 및 슬래그층이 형성된 용기에 와류방지체를 투입하는 단계, 상기 와류방지체가 상기 용강과 상기 슬래그층 사이 계면에 부유하는 단계, 상기 와류방지체가가 회전하면서 와류 발생을 억제하는 단계 및 상기 와류방지체가가 상기 용기 바닥에 직립 안착하여 슬래그 유입을 지연시키는 단계를 포함하며,
상기 와류방지체는, 용기 바닥에 형성된 용강배출구와 수직 방향으로 연장되는 몸통부 및 상기 몸통부의 하단면에 형성되며, 상기 몸통부의 중심을 기준으로 대치되는 제1 지지부 및 제2 지지부가 포함된 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용강 출강 시 슬래그 혼입 방지 방법에 관한 것이다.

Description

용강 출강 시 슬래그 혼입 방지 방법 및 와류방지체{Apparatus for preventing drain of slag and vortex prevention apparatus}

본 발명은 와류방지체에 관한 것으로, 더 구체적으로 몸통부 및 삼각기둥 형태로 형성된 둘 이상의 지지부를 포함하는 와류방지체에 관한 것이다.

연속주조공정(continuous casting)이란 용강을 주형에 직접 배출하여 중간물질을 제조하는 공정으로 주철, 일반 탄소강, 스테인레스강, 고합금강, 비철금속, 귀금속 등 다양한 금속을 주조하는데 사용하는 기술이다.

일반적으로 전로나 전기로에서 1차 정련을 마친 용강은 60 내지 300ton의 용량을 가진 대형 래들에 담겨 2차 정련이 수행된다. 이 때, 1차 내지 2차 정련과정에서 슬래그(slag)들이 형성될 수 있으며, 형성된 슬래그들은 용강 상부로 부유하게 되어 슬래그층을 형성한다. 상기 슬래그층은 래들 내에서는 용강 상부에 부유하다가 래들에서 턴디쉬로 용강을 출강하는 과정에서 용강에 일부 포함되어 턴디쉬내로 침투하여 주조품의 결함을 유발할 수 있다.

특히, 주조가 개시되어 용강이 활발하게 유입되면, 전향력에 의해 래들 내

와류(Vortex)가 형성될 수 있다. 이는 슬래그의 턴디쉬 유입을 촉진하여 품질 저하의 원인이 된다.

이에, 주조 과정에서 발생되는 래들 내 와류의 형성을 억제하고, 슬래그의턴디쉬 유입을 방지하기 위해 용강 래들에서의 슬래그 조기 유출 방지장치(KR10-0954282B1)에서는 슬래그 조기 유출을 방지하는 장치를 개시하며, 슬래그 디텍터라는 장비를 사용하여 슬래그 유입을 감지하여 주조를 중지시키는 장치도 사용하고 있으나, 슬래그의 턴디쉬 유입을 완벽하게 차단하는것은 사실상 불가능에 가깝다. 상기의 방법에도 불구하고 래들 내 조기 난류 형성을 방지하고, 턴디쉬 내 슬래그 유입을 최소화 하기에는 많은 어려움이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0954282호 (20100414)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 용강의 계면에 부유하는 몸통부 및 상기 몸통부의 중심을 기준으로 대치되는 제1 지지부 및 제2 지지부를 포함한 와류방지체는 용강 출강 시 슬래그 혼입 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 와류방지체의 효과를 극대화 하기 위해 최적화 된 형상을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 와류방지체의 지지부의 형상을 최적화하여 용강 배출 중 배출구를 막는 것을 방지하는 와류방지체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 양태는 용강 및 슬래그층이 형성된 용기에 와류방지체를 투입하는 단계, 상기 와류방지체가 상기 용강과 상기 슬래그층 사이 계면에 부유하는 단계, 상기 와류방지체가가 와류 발생을 억제하는 단계 및 상기 와류방지체가가 상기 용기 바닥에 직립 안착하여 슬래그 유입을 지연시키는 단계를 포함하며, 상기 와류방지체는 용기 바닥에 형성된 용강배출구와 수직 방향으로 연장되는 몸통부 및 상기 몸통부의 하단면에 형성되며, 상기 몸통부의 중심을 기준으로 대치되는 제1 지지부 및 제2 지지부가 포함된 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용강의 턴디쉬 유입 시 슬래그 혼입 방지 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 일 양태는 래들로부터 턴디쉬 내로 용강이 배출될 때, 용강 배출구의 와류 발생을 방지하기 위한 와류방지체에 있어서, 용강배출구와 수직 방향으로 연장되며, 용강의 계면에 부유하는 몸통부; 및 상기 몸통부의 하단면에 형성되며, 상기 몸통부의 중심을 기준으로 대치되는 제1 지지부 및 제2 지지부가 포함된 지지부;를 포함하며, 상기 제1 지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리(d)는 하기 관계식 2를 만족하는 와류방지체에 관한 것이다.

[관계식 2]

1.25 < D/d < 9.4

(상기 관계식 2에서 D는 몸통부의 밑면을 내접하는 원의 직경이며, d는 제1지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리이다)

상기 일 양태에 있어, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부는 상기 몸통부의 하단 방향을 향해 같은 길이로 연장되며, 상기 d와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)는 하기 관계식 3을 만족할 수 있다.

[관계식 3]

0.4 < d/h < 8.0

(상기 관계식 3에서 d는 제1 지지부의 중심과 제2 지지부의 중심 사이의 거리이며, h은 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이이다)

상기 일 양태에 있어, 상기 D는 150㎜ 이상으로 형성될 수 있다.

상기 일 양태에 있어, 상기 지지부는 소정의 다각기둥 형태이고, 상기 지지부의 옆면이 상기 몸통부의 일 면에 접할 수 있다.

상기 일 양태에 있어, 상기 지지부는 삼각기둥 형태인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 일 양태에 있어, 상기 몸통부는 적어도 셋 이상의 측면을 갖는 다각형으로 형성될 수 있다.

상기 일 양태에 있어, 상기 몸통부는 육각형으로 형성될 수 있다.

상기 일 양태에 있어, 상기 몸통부의 두께(t)는 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)보다 크게 형성될 수 있다.

상기 일 양태에 있어, 상기 몸통부의 두께(t)는 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)는 하기 관계식 4를 만족할 수 있다.

[관계식 4]

1.0 < t/h < 4.0

(상기 관계식 4에서 t는 몸통부의 두께이며, h는 지지부의 끝단과 몸통부 사

이의 수선의 길이이다)

상기 일 양태에 있어, 상기 d는 상기 용강배출구의 직경보다 크게 형성될 수 있다.

상기 일 양태에 있어, 몸통부에 금속분말을 혼합하여 비중을 4.0 내지 5.5로 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 와류방지체는 용강배출구와 수직 방향으로 연장되며, 용강의 계면에 부유하는 몸통부; 및 둘 이상의 지지부;를 포함함으로써 와류발생을 방지하는 동시에 래들 저면에 직립하여 슬래그와 계면 간 장력을 유발하여 턴디쉬 내 슬래그의 유입을 지연시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 와류방지체 지지부의 형상을 삼각기둥으로 제한하여 래들의 저면과 직립하였을 때, 용강배출구를 막아 용강의 흐름을 방해하는 것을 방지하여 용강이 자연스럽게 배출될 수 있다. 이를 통해 주조품의 결함 발생을 예방하고 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 와류방지체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 와류방지체를 위에서 본 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 와류방지체의 정면도이다.
도 5는 몸통부와 지지부를 확대한 부분확대도 이다.
도 6은 와류가 발생하기 전의 용강의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 용강 내 와류가 발생하는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 와류방지체가 부유하는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 와류방지체가 래들 바닥면에 안착하였을 때를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 와류방지체를 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명에 따른 와류방지체에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 양태는 용강 출강 시 슬래그 혼입 방지 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 용강 및 슬래그층이 형성된 용기에 와류방지체를 투입하는 단계, 상기 와류방지체가 상기 용강과 상기 슬래그층 사이 계면에 부유하는 단계, 상기 와류방지체가가 회전하면서 와류 발생을 억제하는 단계, 및 상기 와류방지체가가 상기 용기 바닥에 직립 안착하여 슬래그 유입을 지연시키는 단계 중 어느 하나 이상의 단계를 포함하여 슬래그 혼입을 방지하는 방법에 관한 것이다. 각 단계에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

상기 와류방지체는 용강의 배출 과정에서 와류가 발생되는 것을 것을 방지하기 위해 투입되는 구조물을 의미한다. 상기 와류방지체에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

상기 용기는 주조공정 또는 연속주조공정에서 용강 및 슬래그를 담는 소정의 구조물을 의미하며, 바람직하게는 래들 또는 턴디쉬일 수 있다.

본 발명의 다른 일 양태는 와류방지체에 관한 것으로, 더 상세하게는 주조공정, 특히 연속주조공정에서 래들로부터 턴디쉬 내로 용강이 배출될 때, 용강배출구로 인한 와류의 발생을 방지하는 와류방지체에 관한 것이다.

구체적으로, 상기 용강 내 와류가 발생하면 래들에서 와류에 의해 비중이 낮은 슬래그가 턴디쉬로 다량 혼입되어 주형품의 결함을 야기하고, 품질을 저하시키게 된다. 이를 방지하기 위해 용강과 슬래그 사이에 부유하여 와류의 발생을 방지하고 래들 내 잔류용강을 최소화하여 용강의 실수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 와류방지체는 소정의 용강배출구와 수직 방향으로 연장되는 몸통부 및 상기 몸통부를 지지하며 소정의 높이를 가진 지지부를 가진 와류방지체에 관한 것이다. 이를 통해, 상기 몸통부와 슬래그의 계면 간 장력으로 슬래그가 주입되는 것을 지연시킬 수 있으며, 지지부의 소정의 높이를 통해 몸통부가 용강배출구를 막아 용강의 유동성을 저해시키는 것을 방지할 수 있다.

이하 도 1 내지 2를 참조하여, 본 발명의 구성을 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 와류방지체의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지지부를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 와류방지체(100)는 몸통부(110) 및 지지부(150)를 가질 수 있다.

상기 몸통부(110)는 상기 와류방지체(100)의 플레이트 역할을 수행할 수 있다. 실시 예에 따르면, 상기 몸통부(110)는 적어도 셋 이상의 선분으로 둘러싸인 밑면과 상기 밑면에서 수직 방향으로 연장되는 측면을 가질 수 있으며 상기 몸통부(110)의 측면은 적어도 셋 이상의 면으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 원형 또는 곡면을 포함한 소정의 형상으로 자유롭게 변형 가능할 수 있다.

상기 몸통부(110)는 용강과 슬래그 사이 계면에 부유하여 용강 내 와류 발생을 억제할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 몸통부(110)의 밑면은 래들 내 형성된 용강배출구와 수직하는 방향으로 연장되어 용강과 슬래그 사이 계면에 부유하기 위한 충분한 부력을 확보할 수 있으며, 동시에 용강과의 마찰력을 증가시킬 수 있다. 이를 통해 용강의 유동 속도를 저하 시켜 와류 발생을 억제할 수 있다.

실시 예에 따르면 상기 와류방지체(100)는 상기 몸통부(110)를 이루는 부정형 내화물에 금속분말을 소정량 혼합하여 상기 와류방지체(100)의 비중을 조절할수 있다. 실시 예에 따르면 상기 와류방지체(100)의 비중은 4.0 내지 5.5인 것이 바람직한데, 상기 와류방지체(100)의 비중이 4.0 미만이면 상기 와류방지체(100)의 비중이 너무 낮아 용강 슬래그에 부유하여 와류방지의 기능을 수행할 수 없다. 반대로 상기 와류방지체(100)의 비중이 5.5를 초과하면, 상기 몸통부(110) 내 금속분말이 과도하게 혼합되었다는 것을 의미하며, 이는 제조 과정에서 상기 몸통부(110)에 크렉(crack)이 형성되어 상기 와류방지체(100) 내구성을 약화시킬 수 있다. 이러한 이유로, 상기 와류방지체는 4.0 내지 5.5의 비중을 갖는 것이 중요하다.

도 2를 참조하면, 상기 와류방지체(100)는 둘 이상의 지지부가 형성될 수 있으며, 더 바람직하게 상기 다수의 지지부(150)는 상기 몸통부(110)의 중심을 기준으로 대치되어 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 2의 (a)와 같이 상기 와류방지체(100)는 상기 몸통부(110)의 중심을 기준으로 바라보는 두 개의 지지부가 형성될 수 있으며, 도 2의 (b)와 같이 세 개의 지지부가 형성될 수 있으며, 도 2의 (c)와 같이 네 개의 지지부가 형성될 수 있다. 도면에는 개시되지 않았으나, 상기 와류방지체(100)의 지지부가 4개 이상 형성될 수 있음은 자명하다.

이상 도 1 내지 2를 통해 상기 와류방지체의 구성에 대해 설명하였다. 이하 도 3 내지 5를 통해 상기 와류방지체의 구조적 특징에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 와류방지체를 위에서 본 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 와류방지체의 정면도이고, 도 5는 몸통부와 지지부를 확대한 부분확대도이다.

도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 몸통부(110)는 용강과 슬래그 사이 계면, 더 바람직하게는 몸통부(110)의 상면은 슬래그와 접하고, 몸통부(110)의 측면 및 하면으로 용강에 부유할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 몸통부(110)는 다각형으로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 몸통부의 크기를 정의하기 위해 도 3에 도시된것과 같이 상기 몸통부(110)에 내적하는 원을 정의할 수 있으며, 상기 원의 직경(D)으로 상기 몸통부(110) 크기를 비교할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 몸통부(110)에 내적하는 원의 직경(D)과 상기 몸통부의 두께(t)는 하기 관계식 1을 만족하는 범위 내에서 정의될 수 있다.

[관계식 1]

1 ≤ D/t ≤ 5

(상기 관계식 1에서 D는 몸통부의 밑면을 내접하는 원의 직경이며, t는 몸통부의 두께이다)

상기 D/t의 값이 1 미만인 경우, 상기 몸통부의 두께(t)에 비해 몸통부(110)가 부족하여 용강과 슬래그 사이 계면을 부유하기 위한 충분한 부력을 얻기 어려우며, 와류의 발생을 억제하기 위한 마찰력이 부족하여 효과가 감소할 수 있다.

반면에 상기 D/t의 값이 5를 초과하면, 상기 와류방지체와 상기 용강 사이의 과도한 마찰력으로 인하여 용강의 유동이 지나치게 감소할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 몸통부(110)에 내적하는 원의 직경(D)은 상기 래들의 용량에 따라 결정되나, 상기 용강배출구의 직경보다는 항상 크다. 구체적으로 상기 D는 바람직하게 150mm 이상일 수 있으며, 더 바람직하게는 200㎜ 이상, 더욱 더 바람직하게는 300㎜ 이상일 수 있다.

도 4 내지 5를 참조하면, 상기 와류방지체(100)는 몸통부(110) 및 상기 몸통부(110)를 지지하는 한 쌍의 지지부(150)를 포함할 수 있다.

상술 한 바와 같이 상기 지지부(150)는 다각기둥으로 형성될 수 있으며, 더 바람직하게는 삼각기둥으로 형성될 수 있다. 상기 지지부가 다각기둥이 아닌 구 형태로 형성되면, 용강의 수위가 감소하여 래들 바닥에 안착 시 점으로 접하게 된다. 상기 와류방지체(100)가 상기 래들 바닥과 점으로 접하게 되면, 상기 와류방지체(100)의 직립성이 감소하여 전복될 수 있으며, 상기 와류방지체(100)의 기능을 수행하지 못하여 다량의 슬래그가 용강배출구로 주입될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 지지부(150)는 다각기둥으로 형성되는 것이 바람직하다.

실시 예에 따르면, 상기 지지부(150)는 삼각기둥으로 형성될 수 있으며 더 바람직하게는 상기 지지부의 옆면이 상기 몸통부의 일 면에 접하는 삼각기둥으로 형성될 수 있다. 상기 지지부(150)가 삼각기둥이 아닌 다른 다각기둥으로 형성되면, 마찬가지로 용강의 수위가 감소하여 래들 바닥에 안착 시 소정의 면적을 가진 면으로 접하게 된다. 이 경우, 안착면이 용강배출구를 막아 용강의 흐름을 방해할수 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 지지부(150)는 래들 바닥과 선으로 접하는 삼각기둥으로 형성되는 것이 바람직하며 더 바람직하게는 상기 몸통부(110)의 중심을 기준으로 대치되는 제1 지지부(151) 및 제2 지지부(153)로 형성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리(d)는 하기 관계식 2을 만족할 수 있다.

[관계식 2]

1.25 < D/d < 9.4

(상기 관계식 2에서 D는 몸통부의 밑면을 내접하는 원의 직경이며, d는 제1

지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리이다)

상기 몸통부(110)(D)과 지지부 중심 사이 거리(d)의 비가 1.25이하면, 상기 몸통부 하단에 상기 지지부가 형성될 수 없다. 반면에 상기 D/d가 9.4 이상이면, 상기 몸통부(110)에 비해 상기 제1 지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리(d)가 좁아 와류방지체(100)의 직립성이 감소할 수 있다. 따라서 상기 몸통부(110)과 지지부 중심 사이 거리의 비는 1.25 초과 9.4 미만의 범위값을 갖는 것이 바람직하고, 2.0 초과 6.0 미만을 갖는 것이 더 바람직하고, 2.5 이상 4.0 이하를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부는 상기 몸통부의 하단 방향을 향해 같은 길이로 연장되며, 상기 d와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)는 하기 관계식 3를 만족할 수 있다.

[관계식 3]

0.4 < d/h < 8.0

(상기 관계식 3에서 d는 제1 지지부의 중심과 제2 지지부의 중심 사이 사이의 거리이며, h은 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이이다)

상기 지지부 중심 사이 거리(d)와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)의 비가 0.4 이하면, 슬래그층이 몸통부 이하의 높이까지 일찍 내려오게 될 수 있다. 이 경우, 상기 몸통부와 상기 슬래그충간의 계면 간 장력으로 인하여 구현되는 슬래그 지연 효과를 상실하게 되며, 원하는 시간보다 더 일찍 슬래그가 용강 배출구로 주입될 수 있다.

반면, 상기 지지부 중심 사이 거리(d)와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)의 비가 8 이상이면, 상기 지지부의 높이가 지나치게 낮아져 용강이 대류하는 것을 방해할 수 있으며, 유량이 낮아지는 경우 몸통부가 용강 배출구를 막을 수 있다. 따라서 상기 지지부 중심 사이 거리(d)와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)의 비는 0.4 초과 8.0 미만의 범위 값을 갖는 것이 바람직하고, 0.8 초과 6.0 미만을 갖는 것이 더 바람직하고, 1.0 이상 3.0 이하를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

실시 예에 따르면, 상기 몸통부의 두께(t)와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)는 하기 관계식 4를 만족할 수 있다.

[관계식 4]

1.0 < t/h < 4.0

(상기 관계식 4에서 t는 몸통부의 두께이며, h는 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이이다)

상기 t/h의 값이 1.0 이하면 상기 몸통부와 상기 슬래그충간의 계면 간 장력이 감소하여 슬래그 지연 효과가 감소될 수 있다. 또한 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)가 과도하게 증가하여 상기 와류방지체의 무게중심이 위쪽으로 형성되어 부유 시 직립성이 감소될 수 있다.

반대로, 상기 t/h의 값이 4.0 이상이면, 상기 지지부의 높이가 지나치게 낮아 용강배출구를 막을 수 있다. 이에 상기 t/h는 1.0 초과 4.0 미만이 바람직하며, 더 바람직하게는 1.0 초과 3.5 미만일 수 있다.

이상 본 발명에 따른 와류방지체의 구조적 특징에 대해 설명하였다. 이하 도 6 내지 9를 통하여 와류방지체의 동작에 대해 설명한다.

도 6은 와류가 발생하기 전의 용강의 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 용강 내 와류가 발생하는 상황을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 와류방지체가 부유하는 모습을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 와류방지체가 래들 바닥면에 안착하였을 때를 설명하기 위한 도면이다.

통상적인 연속주조공정에서 주조 개시 전 래들(1)은 내부의 다량의 용강(2)을 저장할 수 있으며, 이 때 상기 용강(2)의 표면에는 상기 용강(2)에 비해 상대적으로 비중이 낮은 슬래그(3)가 층을 이루어 형성될 수 있다. 이후, 주조가 시작됨에 따라 상기 용강(2)은 상기 래들(1)에서 턴디쉬로 배출될 수 있다. 구체적으로 상기 용강(2)은 상기 래들(1) 하단부에 형성된 용강배출구(4)를 통해 노즐(5) 내부로 장입될 수 있으며, 상기 노즐(5)과 상기 턴디쉬가 연통되어 상기 턴디쉬 내로 용강이 배출될 수 있다.

하지만 상기 용강(2)이 턴디쉬 내로 배출되는 과정에서, 도 7과 같이 용강(2) 내 와류가 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 용강(2) 배출되는 과정에서 상기 용강(2)에 전향력이 작용하여 상기 용강(2)을 위에서 보았을 때 시계 반대 방향으로 와류가 형성될 수 있다. 이러한 와류의 발생으로 인하여, 상기 용강배출구(4)로 슬래그(3)가 조기에 유입될 수 있다. 이를 ‘슬래그 침입 현상’으로 정의할 수 있다. 상기 슬래그 침입 현상으로 인해, 상기 턴디쉬 내로 슬래그(3)가 이른 시간에 주입될 수 있으며, 이로 인해 주입되는 슬래그의 양이 증가할 수 있다. 이는 주조물 내에 크랙 발생에 원인이 되며, 개재물로 인한 제품 결함을 야기할 수 있다.

반면에 도 8을 참조하면, 본 발명에 실시 예에 의해 제조된 와류방지체(100)는 상기 용강(2)과 상기 슬래그(3)층 사이, 더 바람직하게는 상기 와류방지체(100)의 상면이 상기 슬래그(3)층과 접하며, 상기 와류방지체(100)의 측면이 상기 용강(2)에 접하도록 부유하여 용강(2) 내 와류 발생을 억제할 수 있다. 이는, 상기 와류방지체(100)의 몸통부(110)에서 부력이 발생하여 상기 용강(2)과 상기 슬래그(3) 사이의 계면에 부유되며 상기 용강(2) 및 상기 슬래그(3)와 적절한 마찰을 발생시키기 때문이다.

또한, 상기 도 7에서의 실시예와는 다르게, 상기 용강(2)에 전향력이 작용하면 상기 와류방지체(100)가 회전하면서 용강(2)이 유동하는 속도를 제어할 수 있으며, 이를 통해 와류 발생을 억제할 수 있다.

도 9를 참조하면, 주조가 진행됨에 따라 용강(2)의 용강량이 감소하여, 상기 와류방지체(100)가 상기 래들(1) 저면에 직립할 수 있다. 이 때, 상기 와류방지체의 지지부(150)가 상기 래들(1) 저면과 선으로 접하여 상기 지지부(150)가 상기 용강배출구(4)를 막아 용강(2)의 흐름을 방해하는 것을 방지할 수 있다. 아울러 상기 몸통부(110)와 상기 슬래그(3)의 계면장력을 유발하여 슬래그(3)가 턴디쉬 내로 주입되는 것을 추가적으로 지연시킬 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 와류방지체를 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 상기 와류방지체(100)는 내부에 소저의 금속분말을 혼합하여 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 금속분말은 소정의 중량을 지닌 금속분말을 의미하며, 철(Fe), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 코발트(Co) 및 텅스텐(W)으로 구성되는 금속군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속원소를 포함하는 합금 분말로 제공될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 금속분말을 소정량 혼합함으로써 상기 와류방지체(100)의 비중을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 와류방지체(100)의 비중이 낮아 상기 슬래그(3) 층 위에 부유하는 경우, 상기 금속분말을 추가하여 상기 와류방지체(100)의 비중을 증가시킬 수 있다. 반대로 상기 와류방지체(100)의 비중이 적정량을 초과하여 용강(2)에 부유하지 못하면, 상기 와류방지체(100)의 금속분말의 양을 덜어내어 적절한 비중을 갖도록 제어할 수 있다.

실시 예에 따르면 상기 와류방지체(100)의 비중은 4.0 내지 5.5일 수 있다. 상기 와류방지체(100)의 비중이 4.0 미만이면 앞서 설명한 바와 같이, 상기 와류방지체(100)의 비중이 너무 낮아 용강 슬래그에 부유하여 와류방지의 기능을 수행할수 없다. 반대로 상기 와류방지체(100)의 비중이 5.5를 초과하면, 상기 몸통부(110) 내 금속분말이 과도하게 혼합되었다는 것을 의미하며, 이는 제조 과정에서 상기 몸통부(110)에 크렉(crack)이 형성되어 상기 와류방지체(100) 내구성을 약화시킬 수 있다. 이러한 이유로, 상기 와류방지체는 4.0 내지 5.5의 비중을 가질 수 있다.

이하, 실시 예를 통해 본 발명에 따른 와류방지체에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시 예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.

또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시 예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

[실시예]

하기 표 1에 개시된 형상 및 크기에 따른 와류방지체를 제조하였다. 각 부분 별 사이즈를 나타내는 기호 D,d,h 및 t는 도 3 내지 도 4에 개시된다.

[표 1]

[분석 및 성능 평가]

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 2 내지 5에 따라 제작된 와류방지체의 와류방지 특성을 측정하기 위해 실제 연속주조공정에서 사용되는 150ton 용량의 래들 내부와 동일한 와류특성을 구현하는 아크릴 원통으로 모형 래들을 조성하였으며, 상기 모형 래들에 용강의 역할을 대신할 물과 슬래그의 역할을 대신할 파라핀오일 및 모형 와류방지체를 투입하여 모의실험을 수행하였다. 이 때, 상기 모형 래들 및 상기 모형 와류방지체는 상사법칙(similarity law)에 의거하여, 실제 래들 및 실제 와류방지체 대비 5:1의 배율로 축소하였다. 상기 모의실험을 통하여 와류 발생 여부를 육안으로 확인하였으며 슬래그 디텍터가 슬래그를 감지하여 자동으로 주조 종료(shut off)시켰을 시, 래들 내 잔류 용강(ton)을 바탕으로 용강실수율(%)을 계산하였다. 그 결과를 하기 표 2에 정리한다.

[표 2]

표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4로 제조한 와류방지체를 사용한 결과 잔류 용강이 2.5ton 미만으로 형성되었으며, 용강 실수율이 70% 이상인 것을 확인할 수 있다. 아울러 상기 와류방지체의 지지부가 용강배출구를 차단하여 용강의 흐름을 방해하는 현상도 발생되지 않았음을 확인할 수 있다. 반면에 와류방지체를 사용하지 않은 비교예 1 및 앞서 설명한 설계조건에 미치지 못하는 비교예 2 내지 5는 잔류 용강이 2.5ton을 초과하였으며, 용강 실수율도 60% 미만인 것을 확인할 수 있다.

실제 실험 결과, 와류방지체를 사용하지 않은 비교예 1은 용강이 래들의 바닥으로부터 40㎜의 높이, 다시 말해 용강이 래들 내 약 9.5ton 잔류하고 있을 때 와류가 발생되었음을 확인하였다. 이 후, 용강이 래들의 바닥으로부터 34㎜의 높이, 용강이 약 8.2ton 잔류 하였을 때 와류가 강하게 발생하였으며, 슬래그의 유입이 시작되었다. 마지막으로 용강이 래들의 바닥으로부터 20㎜, 5.8ton 잔류하고 있을 때 슬래그가 다량 유입되어 주조 종료 되었음을 확인하였다.

반면에 실시예 1로 제조한 와류방지체를 사용하면 용강이 래들의 바닥으로부터 33㎜의 높이에서, 약 8.0ton 잔류한 상태에서도 와류가 발생하지 않았다. 오히려 상기 시점부터 와류방지체가 회전하며 용강의 유동 속도를 제어하는 것을 확인할 수 있다. 이 후, 용강이 래들의 바닥으로부터 22㎜의 높이에서 상기 와류방지체가 래들 바닥면에 직립 안착하였다. 마지막으로 용강이 래들의 바닥으로부터 7㎜지점에서부터 슬래그가 다량 유입되어 주조가 종료 되었음을 확인하였다. 이 때의 상기 용량의 잔류 유량은 1.7ton이다.

이를 통해 상기 와류방지체가 와류 발생을 방지하는 효과가 있음을 확인하였으며, 이로 인해 용강 실수율이 79.27%인 것을 확인하였다. 실시예 2 내지 4 역시 동일한 실험 결과 실시예 1과 유사하게 용강이 방출되는 것을 확인하였다.

아울러, 실시예 1과 실시예 2 내지 4를 비교하면 몸통부 형상 및 지지부 갯수를 상술한 관계식 내에서 변경하여도 용강 실수율이 70%이상으로 동등한 수준으로 와류방지 효과를 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.

한편, 비교예 2로 제조한 와류방지체는 와류가 발생하지 않았으나, 잔류 용강의 양이 3.6ton으로 실시예 1 내지 4과 비교하면 약 1.2 내지 1.9ton이 더 잔류하는 것을 확인할 수 있다.

이는 상기 제1 지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리(d)가 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)에 비해 과도하게 짧기 때문에 슬래그 지연 효과를 상실하였기 때문이다. 실제로 비교예 2는 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리(d)와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)의 비(d/h)가 0.39으로, 상기 관계식 3에서 한정한 0.4 미만인 것을 확인할 수 있다. 이는 실험 과정에서도 상기 와류방지체가 온전하게 슬래그를 지연하지 못하여 래들 내 상당량의 용강이 잔류되는 것을 눈으로 확인할 수 있다. 그 결과로 용강 실수율이 실시예 1 내지 4과 비교하면 14.64 내지 23.18% 상승한 것을 알 수 있다.

비교예 3으로 제조한 와류방지체 역시 와류가 발생하지 않았으나, 잔류 용강의 양이 3.8ton으로 실시예 1 내지 4과 비교하면 1.4 내지 2.1ton이 더 잔류하는 것을 확인할 수 있으며, 용강 실수율도 실시예1 내지 4보다 17.07 내지 25.61% 상승하였다.

이는 상기 몸통부에 내적하는 원의 직경(D)이 지나치게 커서 상기 와류방지체의 직립성이 감소하였기 때문이다. 실제로 실험 과정에서도 와류 방지체가 래들 바닥에 온전히 직립하지 못하고 좌초되어 와류 방지체가 온전히 제 기능을 수행하지 못했다. 이러한 이유로, 상기 몸통부에 내적하는 원의 직경(D)과 상기 지지부 중심 사이 거리(d)의 비(D/d)는 9.4 미만이어야 한다는 것을 확인하였다.

마지막으로, 비교예 4 내지 5는 실험 과정에서 지지부의 일 면이 용강 배출구를 막아 용강의 흐름을 방해하는 현상이 발생되었다. 이 결과로 잔류 용강의 양이 각각 4.7ton 및 4.9ton으로 크게 증가하였으며, 용강 실수율 또한 42.68% 및 40.24%로 크게 감소되었다. 이를 통해, 상기 지지부는 삼각기둥의 형태를 가지는 것이 가장 효과적인 것을 알 수 있다.

이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시 예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능 할 것이다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

1. 용강 및 슬래그층이 형성된 용기에 와류방지체를 투입하는 단계;
   상기 와류방지체가 상기 용강과 상기 슬래그층 사이 계면에 부유하는 단계;
   상기 와류방지체가가 회전하면서 와류 발생을 억제하는 단계; 및
   상기 와류방지체가가 상기 용기 바닥에 직립 안착하여 슬래그 유입을 지연시
   키는 단계;를 포함하며
   상기 와류방지체는,
   용기 바닥에 형성된 용강 배출구와 수직 방향으로 연장되는 몸통부; 및
   상기 몸통부의 하단면에 형성되며, 상기 몸통부의 중심을 기준으로 대치되는 제1 지지부 및 제2 지지부가 포함된 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용강출강 시 슬래그 혼입 방지 방법.
   
2. 래들로부터 턴디쉬 내로 용강이 배출될 때, 용강배출구의 와류 발생을 방지
   하기 위한 와류방지체에 있어서,
   용강 배출구와 수직 방향으로 연장되며, 용강의 계면에 부유하는 몸통부; 및 상기 몸통부의 하단 면에 형성되며, 상기 몸통부의 중심을 기준으로 대치되는 제1 지지부 및 제2 지지부가 포함된 지지부;를 포함하며,
   상기 제1 지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리(d)는 하기 관계식 2,
   [관계식 2]
   1.25 < D/d < 9.4
   (상기 관계식 2에서 D는 몸통부의 밑면을 내접하는 원의 직경이며, d는 제1
   지지부의 중심과 상기 제2 지지부의 중심 사이의 거리이다)
   를 만족하는 와류방지체.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부는 상기 몸통부의 하단 방향을 향해 같은 길이로 연장되며,
   상기 d와 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)는 하기 관계식 3,
   [관계식 3]
   0.4 < d/h < 8.0
   (상기 관계식 3에서 d는 제1 지지부의 중심과 제2 지지부의 중심 사이 사이
   의 거리이며, h은 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이이다)
   을 만족하는 와류방지체.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 D는 150㎜ 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 와류방지체.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 지지부는 소정의 다각기둥 형태이고, 상기 지지부의 옆면이 상기 몸통부의 일 면에 접하는, 와류방지체.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 지지부는 삼각기둥 형태인 것을 특징으로 하는, 와류방지체.
   
7. 제 2항에 있어서,
   상기 몸통부는 적어도 셋 이상의 측면을 갖는 다각형으로 형성되는, 와류방지체.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 몸통부는 육각형으로 형성되는, 와류방지체.
   
9. 제 2항에 있어서,
   상기 몸통부의 두께(t)는 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이(h)보다 크게 형성되는, 와류방지체.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 몸통부의 두께(t)는 상기 지지부의 끝단과 몸통부 사이의 수선의 길이
    (h)는 하기 관계식 4,
    [관계식 4]
    1.0 < t/h < 4.0
    (상기 관계식 4에서 t는 몸통부의 두께이며, h는 지지부의 끝단과 몸통부 사
    이의 수선의 길이이다)
    를 만족하는 와류방지체.
    
11. 제 2항에 있어서,
    상기 d는 상기 용강배출구의 직경보다 크게 형성되는, 와류방지체.
    
12. 제 2항에 있어서,
    상기 와류방지체는 몸통부에 금속분말을 혼합하여 비중을 4.0 내지 5.5로 제공하는 것을 특징으로 하는, 와류방지체.

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