KR810000592B1 - 알루미늄킬드강의 연속주조시에 생성되는 산화물 축적을 방지하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄킬드강의 연속주조시에 생성되는 산화물 축적을 방지하는 방법

제1도는 본 발명에 의해 구성된 주입 노즐이 설치된 저면-주입 주출용기의 부분 수직 단면도 이며,

제2도는 본 발명에 의해 구성된 노즐 삽입물의 확대 정면도이며,

제3도는 제2도의 노즐 삽입물의 평면도이며,

제4도는 본 발명에 의해 구성된 노즐 삽입물이 설치된 슬라이드(slide) 게이트 (gate) 유출 밸브를 갖는 저면-주입 턴디쉬(tundish) 용기의 부분 수직 단면도이다.

빌레트(billet), 슬래브(slab) 및 블루움(bloom)과 같은 강제품의 제조에서는 연속 주조법에 의해, 용강이 주형 위에 위치한 레이들(ladle) 혹은 턴디쉬와 같은 주출(注出) 용기의 저면으로 부터 주형에 부어진다. 제품의 질을 조절하기 위해서는 주형내의 탕의 높이가 대체로 일정하게 유지되어야 한다. 이러한 이유 때문에, 측정 노즐을 주출 용기와 주형 사이의 주입통로내에 끼워 넣는 방법이 실시되어 왔다. 이러한 측정 노즐은 보통 용기의 저면에 대치 가능하게 설치되며, 이 노즐의 상부는 원추형 또는 구형의 벽으로 이루어져 있고, 노즐의 저면에는 용융금속이 주형으로 원하는 비율대로 흘러 내려가도록 해주는 직경을 갖는 유출량을 제한하는 유출구(orifice)가 형성되어 있다.

본 명세서내에서 통칭 ＂알루미늄-킬드＂강이라고 지칭되는, 알루미늄, 마그네슘 티타늄 혹은 회토류 화합물에 의해 환원된 강의 연속 주조에 있어, 미시적 비율의 알루미나 혹은 기타 내화성산화물 개재물은 측정노즐을 통해 주입 통로내에 축적되려는 경향이 있다. 이 개재물은 유출량 제한 유출구내에 축적되어 유출구를 제한시키며, 이로 인해 주형내에 요구되는 탕의 높이를 유지시키기 위해서 초기에는 캐스터(caster)의 속도가 감소되어야 하고 결국에는 유출구가 과도히 제한 되어어서 유출구를 대치하도록 함으로써, 주조공정에 악영향을 가져오게 된다. 만일 노즐이 주출용기에 고정되어 있다면, 노즐을 대치하기 위해 주조 공정은 종결되어야 한다. 만일 노즐이 슬라이드 게이트 밸브의 부분을 형성한다면 단일 주조주입기간 동안에도 여러개의 노즐 변경이 필요하게 된다.

낮은 제조설비, 즉 주조 공정에 직경 1인치 이하의 유출구를 갖는 측정 노즐을 사용해야 하는 경우에는 문제가 더욱 명백해 진다.

이러한 설비에 있어서의 연속 주조 공정에 의한 알루미늄-킬드 강제품의 생산은, 적은 직경의 유출구가 빨리 막히며 그로 인해 빈번히 노즐을 대치해야하기 때문에, 실제적인 상업성이 없다.

전술한 문제를 해결하기 위하여 유출량 제한 유출구를 포함하는 얇은 원판을 주출 용기 주입개구의 저면에 접착시키는 방법이 연구되었다. 그러나 그 연구자는 소위 ＂에이퍼(wafer)노즐＂이 여러 이유 때문에 그 문제를 완전히 해결할 수 없음을 발견하였다. 첫째로, 용기라이닝(lining)을 둘러싸는 내화제보다 큰 비중이 내화제로 통상형성되는 그러한 장치는 그것이 받는 고도의 열응력 부담에 의해서 급속히 악화되기 쉽다. 둘째로 이 노즐을 통한 금속의 유출은 주로 주줄용기 내의 용금욕내에서의 거친 파동에 의해 종종 방해를 받으며, 따라서 유출구를 통한 흐름이 불안정 하게되며 그로부터 나오는 흐름이 갑자기 커지게 된다. 불안정한 유출 흐름은, 종전의 다른 장치에 비하면 감소 되지만 노즐내에 어느정도의 개재물 축적을 야기한다. 더욱이, 이 두가지 특성은 다 공기에 대한 금속의 증가된 노즐로 금속을 산화시키는 위험을 갖게 한다. 따라서 본 발명은 이 문제를 해결하고자 의도된 것이다.

따라서, 본 발명은 용융된 금속, 특히 미립 조직을 갖는 알루미늄-컬드 강을 주출하기 위한 용기내에 특수한 형태의 주입 통로를 형성하는 수단을 제공한다. 주입통로의 단부들 사이에서 통로의 벽으로 부터 방사상으로 돌출된 상대적으로 얇은원형 평판 부재에는 유출량 제한 유출 개구가 설치되어 있다. 유입구가 설치된 부재의 위, 아래의 주입통로 부분은 그 직경이 유입구의 직경보다 크다. 부재 위에 위치한 부분의 직경은 아래에 위치한 부분의 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 측면에 따라, 주입 통로는 주출용기의 내화 라이닝이나 이러한 장치에서 흔히 설치되는 슬라이드 게이트 밸브의 슬라이드 패널내에 대치가능하도록 장치될 수 있는 노즐 삽입물내에 형성된다.

따라서 본 발명의 주요한 목적은 알루미늄-킬드 강을 주조하는 주조공정의 생산성을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 알루미늄-킬드 강을 주조할때에도 오랜 기간동안 작동할 수 있는 주출용기로부터 부어지는 용융된 금속의 흐름을 조절하기 위한 주입 통로를 제공하려는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 주입 통로내의 산화물의 축적을 감소 또는 제거시키기 위한 형태를 갖는, 용융된 금속을 주출하기 위한 주출용기를 위한 대치가능한 삽입물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 과도한 열응력을 받지않고 안정된 방출류를 얻을 수 있어서 유체흐름의 요동으로 인한 용융금속의 대기 노출로 인한 금속의 산화를 방지할 수 있는, 상술한 형태의 용융금속 주입 통로를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유출개구를 통한 더욱 안정된 유체의 흐름을 얻기위해 주출 용기내의 용금욕에서의 거친 파동의 영향을 감쇄시키는 장치를 갖는 전술한 형태의 용융 금속 주입통로를 제공하는 데 있다.

본 발명의 작동상의 유익성과 특별한 사용 효과는 첨부한 도면과 관련된 실시예의 설명으로 명백해 질 것이다.

도면중의 제1도를 보면, 용융 금속을 수용하도록 된 공지된 구조의 주출용기 (10)의 밑 부분이 도시되어 있다. 용기(10)은 내화 라이닝(14)를 갖는 금속동체( shell)(12)를 가지며, 그 저면에는 적절히 정렬된 개구(16) 및 (18)이 각각 있어서 용기의 용융금속을 저면에서 붓기 위한 수단을 수용토록 되어 있다. 일반적으로 원통형의 블록(block)이 라이닝 개구(18)내에 배치되며, 상향 원추형 흠(24)와 상단부에서만 나는 관통 구멍(22)를 갖는다.

구멍(22)는 용기 내부와 통해 있으며 용기로 부터의 용융금속 주입통로의 부분을 형성한다. 도시된 구체예 및 용융에 있어서 주입 통로를 간혈적으로 열거나 혹은 닫는 것이 요망되며, 통상 구조의 차단 봉(26)이 주입 통로를 열거나 닫기 위해 블록내에서 그 하단부가 결합될 수 있도록 배열될 수 있다.

본 발명에 의해 구성된 내화 노즐 삽입물(28)이 블록 구멍(22)내에 장치되기 위한 수단과 함께 제공된다. 제2도 및 제3도에 잘 나타난 바와 같이, 노즐 삽입물(28)은 일반적으로 공동(空洞)의 원통형형태의 본체로 구성되나. 본 체의 외부벽은 상부(32)와 비교해서 다소 적은 직경을 갖는 하부(30)으로 되어 있어서 계단식 쇼울더(s houlder)(34)를 블록(20)내의 상호보완적인 쇼울더에 위치시키기 위해 삽입물의 양단사이에서 한정 시킨다. 그러나, 삽입물(28)을 용기내에 설치하기 위해서는 도시된 계단식 쇼울더가 아닌 다른 형태도 가능하다. 블록(20)내에 노즐 삽입물(28)을 고정시키는 데는 접착 혹은 유사한 방법(도시안됨)이 사용되는 것이 좋다.

삽입물(28)의 본체는 주출 용기로 부터의 금속 주입 통로를 한정하도록 작용하는 상부(38) 및 하부(36)을 갖는 축방향의 구멍과 함께 제공된다. 환형의 비교적 얇은 벽의 원판형 부재(40)은 삽입물의 주입통로내에 일체로 형성되며 통로벽으로 부터 방사상으로 돌출되어 그 축을 가로 지른다. 도시된 바와 같이 부재(36)은 구멍의 양단 사이에 배치되며 하부 및 상부 구멍 부분(26) 및 (38) 사이를 나누게 된다. 관통개구 (42)는 부재(40)를 관통하여 그곳을 통한 유출량 제한 유출구를 형성한다.

부재(42)은 가능한 한 얇게 만들어져야 하지만 여하한 경우도 유출개구(42)의 직경의 두배보다 큰 두께를 가져서는 안된다. 부재(40) 상부면(44)는 유출 개구(42)의 입구 가장자리(40)의 날카롭게 되도록 형성된다. 바람직한 구체예에서 면(44)는 유출 개구(42)의 구멍 축과 대체로 수직을 이루어서 그벽과 직각이 되도록 되어있다. 유출 개구의 벽은, 필요하면, 하방으로 분기(分기)될 수도 있으나, 만일 그러한 형태가 되면 입구 가장자리(48)은 더욱 쉽게 부식되며, 그렇기 때문에, 대부분의 응용에 있어서 바람직하지 못한 것으로 간주된다.

주출 용기로부터 용융금속, 특히 알루미늄-킬드 강을 유출시키기 위한 주입 통로를 여기에 기술된 바와 같이 만들면 여러 잇점들이 생긴다. 첫째로, 제한 유출구, 즉 유출 개구(42)가 전술된 방법으로 얇은 원판형 부재 내에 배치되기 때문에 산화 개재물로 인해 조절 유출 통로가 막히는 위험은, 실용적 목적으로는 제거된다.

이러한 잇점은 얇은 원판, 즉 2 이하의 L/D 비(길이 대 직경 비)를 갖는 원판에서, 입구를 한정시키는 날카로운 가장자리를 유출개구에 설치하는 것은 용융된 금속의 흐름을, 제1도의 유선에 의해 표시한 바와 같이, 일반적으로 ＂베나콘트락타(Vena contracta)＂라고 불리우는 것의 형성에 의해 수축시킨다는 사실에 근거를 둔 것이다. 유선의 수축은 면(44)가 유출 개구(42)의 축에 대해 수직으로 배열되며 그것에 의해 개구에 접근하는 액체의 흐름이 개구의 축을 향해 안쪽으로 방사상으로 속도의 주요성분이 전달된다는 사실에 의해 증진된다. 유출 개구의 벽의 길이가, 수축된 유통 흐름이 그것의 원래 직경으로 되돌아가는 거리보다 짧기 때문에 흐르는 금속에 의한 벽에 대한 접촉이 없으며, 따라서 경계층이 개재물이 축적될 수 있는 벽의 근처에 형성되지 않는다. ＂베나 콘트락타＂의 생성을 확실히 하기 위해 구멍 축에 수직인 부재(40)의 상부면의 외부 주위는 개구(42)의 직경의 1.4배 이사의 직경으로 형성되어야 하며 약 두배 이상이되는 것이 바람직하다. 더욱이, 제한 유출구(42)를 포함하는 부재(40)이 얇기 때문에, 유출 개구 주위의 물질은 용융금속의 온도까지 급속히 증가하게 되며 그에 따라 개구에 대해 물질을 응고시키게 되는 과도한 열 손실을 피할 수 있다.

상부 구멍 부분(38)이 부재(40) 위에 걸쳐진 원통형으로 만들어진다는 사실로 부터 발생한 또 다른 잇점은 유출 개구(42)의 바로 위로 거슬러 위치한 우물 모양의 플래넘(plenum)이 형성된다는 것이다. 이 플래넘은 2가지 목적에 사용된다. 첫째로, 예를들어 공급 레이들 혹은 유사한 것으로 부터 추가의 금속을 주출 용기로 부을때 생기는 주출용기내의 용금욕 속에서 일어날 수 있는 여하한 거치른 파동도 감쇄하도록 작용한다. 플래넘은 그러한 감쇄작용을 할 수 있으며, 따라서 구멍 부분(38)의 직경이 그 깊이의 3배를 넘지 않는 한 욕의 파동에 의한 유출 개구를 통해 유출되는 용융금속의 흐름 내의 ＂베나콘트락타＂의 유지에 대한 악영향을 제거시킬 수 있다. 이 직경 대 깊이의 비는 약 2가 되는 것이 바람직하다.

둘째로, 부재(40)의 면(44)와의 교차점에서 구멍 부분(38)의 벽에 의해 한정되는 플래넘은 구멍 부분 주위의 하부 지역에 공간을 제공하지만, 금속의 흐름이 비교적 침체되어 산화 개재물이 침전되는 유출 개구(42)에서는 적절히 떨어져 있다. 여기서 설명된 유출 통로 지역의 크기를 선택함으로써 제공된 공간은 이 장치의 실제 수명 동안 개구(42)에 대한 침전물의 침입이나 장해가 없이 그 침전물을 수용하기에 충분한 부피를 갖는다.

도시한 바와 같이, 기술된 배열하에서의 하부 구멍 부분(36)은 상부(38)의 직경 보다는 다소 적은 직경을 갖는다. 이 구멍 부분의 크기를 선택함으로써 적절한 물질이 저면을 저지하기 위해 부재(40)밑에 제공된다. 이 구멍 부분의 벽은 유출 개구로 유출되는 용융금속의 흐름과 접하는 면이 생길 정도로 유출 개구(42)의 가장자리(49)에 너무 근접 위치하면 안된다.

도면의 제4도는 연속 주조 설비와 함께 사용된 턴디쉬 용기(50)에 장치된 슬라이드 게이트 밸브 설비내에 응용된 본 발명의 노즐 삽입물(28)의 적절한 응용을 도시하고 있다. 그 저면 부분이 도면에 도시된 용기는 내화 라이닝(54)를 갖는 동체(52)로 구성된다. 용기로 부터의 금속 주입 통로는 블록(58)내의 구멍(56)에 의해 형성된다. 슬라이드게이트 밸브 장치(60)은 장착판(62)에 의해 용기의 저면에 부착된다.

본 발명의 이해를 돕기 위해서 이 장치는 블록 구멍(56)과 정렬된 개구(66)이 설치되어 있는 고정된 상부판(64)와 상부판 밑에 장치되며 금속용기로 싸여진 내화성 패널 70 또는 게이트(70), (70a)를 활동적으로 안내하기 위한 한쌍의 마주보는 평행 레인(rail)(68)을 갖는 것으로서 표현될 수 있다. 게이트(70) 및 (70a)는 유체(流體) 모터(motor)(74), 램(ram)(76) 및 작동봉(77)로 구성되는 유압작동기에 의해 상부판 개구(66)의 아래 위치로 부터 순서적으로 지시되도록 사용되고 있다. (70)으로 표시한 게이트 중의 어떤 것은 비어 있으며 용융금속의 통로로 부터의 개구를 갖지 않아서 턴디쉬(50)으로 부터 금속의 흐름을 방해하는 위치에 있을 때 작동한다. (70a)로 표시한 다른 것들은 용기로 부터의 금속의 주입 통로를 형성하는 축 방향의 구멍(78)이 마련되어 있다. 제4도와 같이 슬라이드 게이트(70a)는 제1,2 및 3도과 연관해서 기술된 바와 같은 유사한 형태의 노즐 삽입물(28)을 그 안에 장치하기 위한 쇼울더를 한정시키는 계단식 직경들로 이루어진 구멍(78)을 갖는다.

0.03-0.05중량%알루미늄을 함유하는 200론 크기의 강이 그 유출 개구의 직경이 1,375인치인 본 명세서에서 서술된 노즐 삽입물을 갖는 슬라이드 게이트 밸브가 설치된 용기로 부터 연속 캐스터 내에서 주조되었다. 이 주조 공정은 대표적으로 60분 혹은 그 이상의 전체 주조 기간동안 계속해서 거의 일정한 주조 속도로 주조가 이루어진다는 특징을 갖는다. 이와 비교해서, 동일한 설비내에서 종래의 유출 노즐을 사용한 것은 주조 속도가 급격히 감소 함을 알 수 있었다(단지 10분 동안의 주조 기간 내에 주조 속도가 1분단 12-15인치 감소). 종래의 설비내의 개선된 성능은 노즐 삽입물을 사용함으로써 산화 개재물의 축적이 최소화된다는 사실에 의한 것이다.

본 발명의 특징을 설명하기 위해 여기에 기술되고 도시된 부품들의 제목, 자료 및 배열에 있어서의 변경은 본 발명의 원리 및 범위내에서 본 기술에 통상의 지식을 가진자에 의해 다양하게 행해 질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (1)

1. 유출 개구의 축방향 길이를 개구내로 통과하는 융용 금속의 흐름의 ＂베나 콘트락타＂(Vena Contracta)의 길이보다 짧게 형성하며, 금속욕에 가해진 진동 영향을 감쇄하기 위해 용융 금속의 흐름을 충분히 정체시키는 영역을 한정해주는 플래넘(plenum)을 유출 개구 주위로 윗쪽에 설치하여 이로써 유출 개구를 통해 유출되는 흐름을 안정화시키는 단계들로 구성되는, 알루미늄-킬드강 또는 그와 유사한 것을 주입하기 위한 주출용기의 주입 통로내에 작동가능하게 배치된 유출 노즐 내의 유출 개구의 유출면상의 산화 개재물의 축적을 방지하기 위한 방법.

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