KR960002411B1 - 용탕의 주입노즐 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용탕의 주입노즐

제1도는 일반적인 연속주조설비를 도시한 개략 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 용탕의 주입노즐을 도시한 사시도.

제3도는 본 발명에 의한 주입노즐의 수모델 실험장치를 도시한 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 침지노즐을 도시한 것으로, (a)도는 정단면도, (b)도는 (a)의 A-A'방향 단면도.

제5도 및 제6도는 본 발명에 의한 주입노즐의 효과를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주입노즐 2 : 슬라이딩 게이트 노즐(Sliding Gate Nozzle)

3 : 주형 4 : 침지노즐

5 : 토출구 6 : 유속계

본 발명은 연속주조시 턴디쉬(Tundish)에서 주형으로 용강을 유입시키는 노즐(Nozzle)에 관한 것으로, 보다 상세히는 용강이 유입되는 동안 주형내에서 발생하는 편류현상을 방지하여 주편의 품질을 향상시키고, 주편터짐(Break out)등의 설비사고를 예방하도록 한 주입노즐에 관한 것이다.

연속주조설비는, 제1도에 도시한 바와같이, 제강과정에서 정련을 완료한 용강(51)이 담겨있는 래들(52), 상기 래들(52)과 주형사이에서 깔때기 역할을 하는 턴디쉬(54), 주편을 제조하는 주형(58) 및 2차 냉각대(59)로 구성되며, 상기 래들(52)과 턴디쉬(54) 사이에는 쉬라우딩 노즐(53)이 설치되고 상기 턴디쉬(54)와 주형(58) 사이에는 침지노즐(57)이 설치되며 상기 노즐(53)(57)의 상부에는 용강의 유량을 조절하는 유압식 또는 전기식 슬라이딩 게이트(Sliding gate) 노즐(60)이 장착되고, 상기 침지노즐(57)은 하부에 토출구(61)를 형성하며 그 토출구(61)를 통하여 용강이 주형(58)내의 유입되므로, 상기 침지노즐(57)의 형태, 재질 및 설치방법은 주조작업성 및 주편의 품질에 지대한 영향을 미치는 것이다.

또한, 용강내 비금속개재물이 다향 함유되어 있으면, 상기 용강(15)이 침지노즐(57)을 통과하는 동안 이들 개재물이 침지노즐(57)의 내부에 부착되어 내경이 점차 줄어들거나, 주조중 불시에 상기 침지노즐(57)에서 떨어져 나와 상기 토출구(61)중 한쪽을 막아 주형내에서 편류현상이 일어난다. 그리고, 용강중 칼슘성분등이 다량 함유되어 있거나 고산소강인 경우, 상기 용강(51)은 슬라이딩 게이트 노즐(60) 및 침지노즐(57)과 반응하여 상기 노즐(57)(60) 및 토출구(61)가 비정상적으로 확대되고, 결국 상기 용강(51)의 유량조절을 곤란하게 만들며, 특히 주조속도가 빠른 경우에 상기 현상은 두드려져 주형(58)내에서 편류가 발생하게 된다.

또한, 상기 주형(58)내에서 편류가 일어나면 주편과 주형(58) 사이의 윤활을 목적으로 탕면에 첨가되는 주형 도포제(62)가 상기 용강(51)에 혼입되어 연속주조 주편에 표면결함이 발생할 뿐만 아니라, 그 정도가 심할 경우에는 주편터짐이 발생되어 주조중단 및 설비사고를 초래하게 되는 것이다.

미설명 부호(55)는 턴디쉬 댐(dam), (56)은 턴디쉬 파우더(Tundish Powder)이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위하여 시도된 종래의 기술로는, 용강중 비금속 개재물의 양을 감소시키는 방법, 침지노즐의 막힘 및 확장을 억제하는 방법, 및 침지노즐과 노출구의 막힘 및 확장에 의해 주형에서 편류가 발생하여도 전자기력을 이용하여 제어하는 방법등이 있다.

상기 종래의 기술에 대한 첫번째, 용강중 비금속 개재물의 양을 감소시키는 방법으로는, 제강과정에서의 여러가지 정련방법, 턴디쉬 댐을 사용하여 용강중에 존재하는 개재물을 부상시키는 방법, 및 턴디쉬 파우더를 사용하여 개재물을 용해시켜 분리하는 방법등이 있으나 대부분이 본 발명과는 무관한 정련방법이다.

상기 종래의 기술에 대한 두번째로, 침지노즐의 막힘 및 확장을 억제하는 방법에서, 침지노즐의 막힘현상은 노즐내 용강의 부분적으로 응고하거나 비금속개재물이 노즐에 부착되어 발생하고, 상기 용강이 응고되는 것을 방지하기 위한 방법으로는, 턴디쉬에 가열장치를 설치하여 주조중 상기 용강의 온도강하를 감소시키는 방법과 침지노즐 주위에 가열 장치를 설치하여 그 침치노즐의 온도를 일정하게 유지하는 방법이 있으나, 이들 방법들은 노즐내 용강이 부분적으로 응고하는 것을 방지하는 방법으로 개재물이 침지노즐에 연속적으로 부착되는 경우에는 노즐막힘을 감소히키는 효과가 없는 것이다.

그리고, 개재물이 노즐에 부착되는 현상을 억제하기 위하여, 침지노즐의 재질로 지르코니아질 및 보론 나이트라이드질을 사용하여 상기 노즐에 부착되는 개재물의 양을 억제하는 방법과 노즐의 내면에 칼시아질을 사용하여 개재물이 부착되면 노즐과 반응하여 저융점 화합물을 생성함으로서 용강의 흐름에 따라 그 생성물이 주형내로 유입되게 하는 방법이 있으나, 재질변경에 다른 제조원가의 상승과 그에 비하여 효과가 크지 않고, 또한, 최근에는 침지노즐의 상부에 망상구조의 내화물을 내삽하는 아르곤가스를 취입함으로서 개재물이 상기 노즐에 부착되는 것을 방지하는 방법이 사용되고 있으나, 상기 취입한 가스가 주편내에 잔존하여 최종제품에서 결함발생의 원인이 되고 있다.

한편, 침지노즐의 형상을 최적화하여 상기 침지노즐의 막힘 및 확장을 억제하는방법으로는, 노즐의 내경을 위치별로 변화시키는 방법이 있으며, 침지노즐 하부의 구조를 지붕형, 일자형, 함몰형등으로 변화시키면 노즐 토출구 주변에서 용강의 유속분포는 변화하나 주형내에서 발생하는 편류를 제어하는 효과는 미미하고, 침지노즐 토출구의 갯수, 구경, 각도 및 형상을 조절하여 편류의 발생을 억제하는 방법으로, 상하 2단으로 토출구를 2개씩 설치하여 조업한 결과로 효과가 우수하다고 보고되었으나, 주편의 폭이 짧은 브룸 주조시에만 사용되고 있으며, 최근에 개발된 방법으로 침지노즐의 형상을 타원형으로 하고, 상기 침지노즐의 단변외경을 주형 폭의 절반 이하로 하며, 장변 내경을 단변 내경의 1.5-2배로 하고, 슬라이딩 게이트 노즐의 이동방향을 주형의 장변방향에 수직하게 설치하여 용강의 유량을 조절하는 방법이 있으나, 비금속 개재물을 다량 함유하고 있는 강종이나, 노즐막힘이 자주 발생하는 강종 및 고속주조시에는 상기 주형내에서 발생하는 편류현상을 완벽하게 억제하지 못하는 문제점을 가지고 있으며, 특히 주편의 두께가 얇은 경우의 주조시 게이트 노즐의 이동방향을 주형의 장변 방향에 수직하게 설치하기 곤란하다.

상기 종래의 기술에 대한 세번째로, 침지노즐과 토출구가 폐쇄 및 확장되어 주형에서 편류가 발생하여도 이를 제어하는 방법으로, 주형주위에 전자교반장치를 설치하여 침지노즐의 토출구로부터 나오는 용강에 대하여 정반대 방향으로 전자기력을 가하여 유속을 제어하는 방법 및, 상기 방법에 유속을 가속시키는 기능이 가미된 방법등이 있으나, 주조조건에 따른 상기 용간의 유동제어가 매우 어려워 큰 효과를 기대하기가 어렵고, 그외에 전자력의 방향을 주형의 장변방향에 평행하게 인가하여 토출구로부터 나오는 용강의 유속을 제어하는 방법이 있으나, 그 효과는 미미하다.

한편, 종래의 연속주조시에는, 턴디쉬에서 침지노즐을 경유하여 주형으로 유입되는 용강의 유량을 조절하기 위하여 2개 또는 3개의 내화물 판을 이용한 슬라이딩 게이트 노즐(Sliding Gate Nozzle)을 사용하고 있는데, 상기 슬라이딩 게이트 노즐이 2개의 내화물 판으로 구성되어 있는 경우는, 상부의 판은 턴디쉬에 고정되어 있으며, 하부의 판은 침지노즐과 연결되어 있고, 상기 하부판이 주형의 장변 방향과 평행한 방향으로 이동하여 상기 판의 중앙에 위치한 상하구멍의 개도를 조절함으로써 용강의 유량을 제어하는 방식이며, 상기 3개의 판을 사용하는 경우에는, 상부의 판은 턴디쉬에 고정되어 있으며, 하부의 판은 침지노즐에 고정되어 있고, 중간의 판을 주형의 장변방향과 평행한 방향으로 이동시켜 상기 판의 중앙에 형성된 상중하 3개의 구멍의 개도를 조절함으로써 용강의 유량을 조절하는 것이다.

즉, 상기 내화물판을 서로 어긋나게 하는 원리를 이용한 슬라이딩 게이트 노즐은 구조적으로 노즐 내부에서 발생하는 용강의 난류현상은 피할 수 없으며, 게다가 침지노즐의 막힘 및 확장에 의해 비정상적인 용강의 흐름이 일어나면 주형에서의 편류발생은 필연적으로 결과이다.

특히, 비금속 개재물을 다량 함유하고 있는 강종이나, 노즐막힘이 자주 발생하는 강종의 경우, 및 주조속도가 빠를 경우에는 주형내에서 발생하는 편류현상은 더욱 증폭되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상술한 바와같은 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 안출한 것으로 그 목적은, 슬라이딩 게이트 노즐과 침지노즐을 통한 용강의 유입시에 난류현상을 최대한으로 방지함으로서 주형내에서 발생되는 용강의 편류현상을 억제하여 주편의 품질을 크게 향상시키고, 주편터짐등의 설비사고를 사전에 예방할 수 있는 주입노즐을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로 본 발명은, 주형의 상부로 침지노즐이 설치되며, 상기 침지노즐의 상단부에는 슬라이딩 게이트 노즐이 설치되고, 상기 침지 노즐과 슬라이딩 게이트 노즐은 그 내부의 직경크기가 길이방향으로 서로 다르게 교대로 형성되며, 상기 슬라이딩 게이트 노즐은 턴디쉬에 고정되어져 상기 턴디쉬로부터 주형으로 용강을 유입시키는 노즐에 있어서, 상기 슬라이딩 게이트 노즐의 내부 단면 형상을 토출구를 잇는 선을 장변으로 하는 타원형으로 형성하고, 침지노즐의 내부 단면형상을 상기 타원형과 원형이 교대하도록 연속적으로 형성함으로서 상기 슬라이딩 게이트 노즐과 침노즐의 결합시 그 단면형상이 타원형의 장변 길이가 점차적으로 감소하여 원형으로 변화되고 또한 계속하여 장변 길이가 점차적으로 증가하여 타원형으로 변화되는 것이 교대하여 연속적으로 이루어지며, 상기 타원형의 단변내경의 크기는 원형의 직경 크기와 동일하게 형성되고, 상기 타원형의 장변내경 크기는 상기 단면내경 크기 1.5-2배로 형성함을 특징으로 하는 용강의 주입노즐을 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면을 기초로하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 의한 용탕의 주입노즐을 도시한 사시도로서, 주형(3)의 상부로 위치하는 주입노즐(1)은 하측에 침지노즐(4)을 가지고 상기 침지노즐(4)의 상단부에는 슬라이딩 게이트 노즐(2)이 장착된다.

상기 침지노즐(4)의 하단면은 붕쇄되고 그 상측으로 일정직경의 토출구(5)가 형성되며, 상기 침지노즐(4)내부의 단면형상은, 제4도에 도시한 바와같이, 원형(4a)과, 토출구(5)를 잇는 선을 장변으로 하는 타원형(4b)이 연속하여 교대로 형성되고, 상기 타원형(4b)의, 단변내경(d₂)의 크기는 상기 원형(4a)의 직경 크기와 동일하게 형성하고 장변내경(d₁)의 크기는 상기 단변내경(d₂) 크기의 1.5-2배로 형성한다.

또한, 상기 슬라이딩 게이트 노즐(2)은 그 상단에 턴디쉬(미도시)가 위치하며, 상기 슬라이딩 게이트 노즐(2a)(2b)의 내부 구멍은 타원형으로 형성되고, 상기 침지노즐(4)과 슬라이딩 게이트 노즐(2)이 결합되었을때 그 형상은 상측으로부터 타원형, 원형, 타원형, 원형, 타원형의 순서로 연속하여 형성되도록 구성하는 것이다. 보다 상세하게는, 상부측의 단면형상이 본 발명에서 제한하는 최대 장변 내경을 가지는 타원형으로 이루어지고, 그 하부측은 그 장면 내경이 점차적으로 작아져 결국에는 장변 내경과 단변 내경이 같아지는 원형으로 변화되며, 계속하여 상기 원형의 단면형상은 장변 내경과 단변 내경이 거의 유사한 타원형으로부터 하부측으로 가수록 장변 내경이 점차적으로 증가하고, 이러한 변화가 노즐 상단부로부터 하단부까지 연속적으로 변화하도록 구성되는 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

제2도에 도시한 바와같이, 주형(3)의 상부에 변화하는 원형과 타원형의 내부단면형상(4a)(4b)을 가지는 노즐(1)이 형성되고, 그 노즐(1)의 단면형상(4a)(4b)은 원형(4a) 및 타원형(4b)이다. 상기 타원형(4b)의 단변내경(d₂)와 원형(4a)의 내경(d₃) 크기는 동일하고, 장변내경(d₁)의 크기는 상기 단면내경(d₂)의 크기의 1.5-2배로 하며, 그 효과를 정량적으로 조사하기 위하여 수모델실험을 행하였다.

제3도는 상기 수모델 실험을 위한 장치를 도시하였으며, 수모델 장치의 크기는 실조업에서 사용되는 연속주조주형의 크기를 참조하여 1200ℓ×250t×800w로 하고, 주조속도가 1m/분 및 2m/분의 2가지 상화하에서 측정하기 위하여 턴디쉬(미도시)내의 수위는 500mm와 2000mm로 일정하게 유지하였다. 이 실험에 사용한 침지노즐(4)의 토출구(5)는 직경이 80mm인 구형으로 하였으며, 그 각도는 하향 15˚, 침적 깊이는 수면에서 토출구(5)의 상단까지의 높이를 100mm로 일정하게 하였고, 그외의 침지노즐 사양은 하기 표 1에 나타낸다.

[표 1]

수모델 실험에 사용한 침지노즐의 사양(단위 : ㎜)

즉, 실험에서 상기 침지노즐(4)의 단면형상으로 원형 및 5종류의 타원형을 사용하였으며, 그 단면형상을 타원형에서 원형, 그리고 타원형으로 반복한 회수는 1회에서 5회까지 변화시켜 수행하였다. 그리고 상기침지노즐(4) 양쪽의 토출구(5)로부터 100mm 전방에 설치한 프로펠라형 유속계(6)를 상용하여 배출유속을 측정하였고, 측정결과는 3분간 연속측정한 후 그 평균값을 이용하였으며, 상기 양쪽 토출구(5)에서 나오는 유속의 차이를 비교하였다.

제5도는 주조속도가 2m/분인 경우, 주조속도가 증가될수록 편류현상이 심해지므로 2m/분인 경우를 도시하였으며, 슬라이딩 게이트 노즐(2a)을 주형(3)의 장변방향(P)과 평행한 방향으로 이동시키면서 침지노즐(4)의 좌우측에 설치된 유속계(6)로 측정한 유속의 차이를 침지노즐(4)의 단면종류별 장변과 단변의 비로 나타낸 것이다. 용강의 유량을 제어하기 위하여 이동하는 상기 슬라이딩 게이트 노즐(2)의 구조적인 문제점으로 인해 야기되는 노즐내 난류형상은, 상기 침지노즐(4)의 형태를 원형에서 타원형으로 변화시킴에 따라 감소하며, 토출구(5)로부터 배출되는 유속의 차이는 타원형의 장변과 단면의 비가 증가할수록 감소하다가, 장변과 단변의 비가 1.7을 최저점으로 하여 다시 증가하는 현상을 알 수 있다.

상기 침지노즐(4)의 장변과 단변의 비가 증가할 수록 유속의 차이가 감소하는 것은, 주형(3)내 유입되는 용강의 유량을 제어하기 위하여 이동하는 상기 슬라이딩 게이트노즐(2)을 정교하게 제어가능하기 때문이며, 타원형의 비가 1.7 이상이 되면 유속의 비가 증가하는 이유는, 탕면을 일정하게 유지하기 위하여 이동하는 슬라이딩 게이트 노즐(2)의 이동거리가 크게 증가하여 오히려 악영향을 주기 때문이다.

제6도는 주조속도가 2m/분인 경우, 침지노즐(4)의 단면형상을 타원형에서 원형, 그리고 타원형으로 1회에서 5회까지 변화시키면서 토출구(5) 좌우측의 유속계(6)로 측정한 유속의 차이를 나타낸 것이다.

상기 침지노즐(4)의 상측은 장변과 단변의 비가 1.56인 타원형으로 하고, 중간측은 원형으로 한 후, 하측의 상측과 동일한 타원형으로 하였다. 이와같이 노즐(4)의 단면행상 변화회수가 증가함에 따라, 양쪽 토출구(5)에서 배출되는 유속의 차이는 감소하여, 2회 반복으로 양쪽 토출구(5)에서 유속의 차이는 1mm/초 이하로 감소하였으므로, 주형(3)내에서 편류발생을 저감시키는데 충분한 효과를 얻을 수 있다고 판단되었다. 따라서, 상기 반복회수가 증가함에 따라 발생되는 침지노즐 제조상의 문제점을 고려할때, 2회 반복만으로 주형(3)내에서 용강의 편류발생을 억제하는데 큰 효과를 발휘하는 것이다.

상술한 바와같이 본 발명의 용탕의 주입노즐에 의하면, 침지노즐(4) 및 슬라이딩 게이트 노즐(2)의 내부 단면형상을 타원형과 원형, 그리고 타원형으로 변화시킴으로서, 주형내에서 발생하는 편류현상이 방지되고, 그에 따른 주편의 품질이 향상되며, 주편터짐등의 설비사고를 예방할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 주형(3)의 상부로 침지노즐(4)이 설치되며, 상기 침지노즐(4)의 상단부에는 슬라이딩 게이트 노즐(2)이 설치되고, 상기 침지노즐(4)과 슬라이딩 게이트 노즐(2)은 그 내부의 직경크기가 길이방향으로 서로 다르게 교대로 형성되며, 상기 슬라이딩 게이트 노즐(5)은 턴디쉬(미도시)에 고정되어져 상기 턴디쉬(미도시)로부터 주형(3)으로 용강을 유입시키는 노즐에 있어서, 상기 슬라이딩 게이트 노즐(2)의 내부 단면형상을 토출구(5)를 잇는 선을 장변으로 하는 타원형(4b)으로 형성하고, 침지노즐(4)의 내부 단면형상을 상기 타원형(4b)과 원형(4a)이 교대하도록 연속적으로 형성함으로서 상기 슬라이딩 게이트 노즐(2)과 침지노즐(4)의 결합시 그 단면형상이 타원형의 장변 길이가 점차적으로 감소하여 원형(4a)으로 변화되고 또한 계속하여 장변 길이가 점차적으로 증가하여 타원형(4b)으로 변화되는 것이 교대하여 연속적으로 이루어지며, 상기 타원형(4b)의 단변내경(d₂)의 크기는 원형(4a)의 직경(d₃) 크기와 동일하게 형성되고, 상기 타원형(4b)의 장변내경(d₁) 크기는 상기 단변내경(d₂) 크기의 1.5-2배로 형성함을 특징으로 하는 용강의 주입노즐.