KR100356953B1 - 초음파환형노즐및용융금속을취입성형하는방법 - Google Patents

Abstract

산소 창용 환형상 노즐은 예를들면, 컨버터에서 철을 분사하는 산소창이며, 상기 컨버터 위에 환형상의 고온지역을 제공한다. 상기 노즐을 지날 때, 상기 환형상 제트는 대기 압력이 상기 환형상 제트의 중심쪽으로 흡입됨에 따라서 파손된다. 그러므로, 음압은 상기 제트가 원추형으로 발산되지 않도록 한다. 일 실시예에서, 상기 노즐은 밀폐된 제트 및 발산하는 제트를 형성하면서 분사 동작을 한다.

Description

초음파 환형 노즐 및 용융 금속을 취입성형하는 방법

본 발명은 초음파 환형 노즐에 관한 것이며, 또한 이러한 노즐을 사용하여 용융 금속을 취입성형하는 방법에 관한 것이다.

초음파 환형 노즐은 GB-1198112에 공지되어 있으나, 실용화되지 못하고 있었다. 그 이유는 환형 제트의 중간에 부압이 형성되고, 이 부압이 제트를 함께 지지하는 경향이 있으므로, 바람직한 넓은 범위의 핫 스폿(hot spot)이 발생되지 않는다.

본 발명의 목적은 발산하는 환형 제트를 가능하게 하는 환형 노즐과 이런 노즐을 사용하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 조절가능한 환형 노즐을 제공하고, 조밀 제트와 발산 제트 모두를 만들 수 있는 환형 노즐을 제공하는 것이다.

이하, 세 개의 환형 노즐을 도시하고 있는 첨부 도면에 따라서 본 발명의 구체화된 실시예들을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1도는 상부 취입성형 노즐의 단부도이다.

제 2도는 제 1도의 선 2-2를 따라 도시된 단면도이다.

제 3도는 다른 실시예에 의한 노즐을 도시한 단부도이다.

제 4도는 제 3도의 선 4-4를 따라 도시된 단면도이다.

제 5도는 또 다른 실시예의 노즐을 도시한 단부도이다.

제 6도는 제 5도의 선 6-6을 따라 도시된 단면도이다.

제 1도 및 2도에 도시된 노즐은 외측 몸체(11)와 중심몸체(12)로 구성되어 있으며, 그리고 이들 몸체 사이에는 슬롯(23)을 형성하고 있다. 외측 몸체(11)는 산소 랜스의 내부 및 외부 튜브(13, 14)에 납땜되도록 배열되어 있다. 내부 및 외부 튜브(13,14)사이에 있는 환형 공간에는 중간 튜브(15)가 있으며, 중간 튜브(15) 둘레로는 냉각수가 종래 방식으로 순환된다. 중심 몸체(12)는 로드(17)에 스크류나 납땜으로 고정되어 있다. 로드(17)는 산소 랜스를 관통하여 연장한다. 로드(17)는 랜스의 상단부까지 연장하고, 예를 들어 스크류와 너트에 의해 수동으로 튜브(13, 14)에 대해서 축방향으로 이동할 수 있다.

노즐의 외측 몸체(11)는 원추형 개구부(18)를 구비하고 있으며, 노즐의 중심몸체(12)는 실질적으로 원추형상을 하고 있다. 중심 몸체(12)에는 서로 평행한 측면을 가지는 여섯 개의 축방향 랜드(land) 또는 키(19)가 형성되어 있어서, 중심 몸체(12)는 원추형 개구부(18)에 끼워져 있다, 이러한 노즐은 초음파 노즐로 형성되어 있다. 여섯 개의 키(19)가 슬롯(23)을 여섯 개의 부분으로 나누며, 그 결과로 노즐의 출구에서 환형 제트내에 구멍들을 형성한다. 주위 가스가 이들 구멍을 통해서 유입되어 부압을 해소시키는데 이와 같은 부압은 중심 몸체(12) 가까이에서 발생하여 제트가 원추형으로 발산하지 못하게 방해한다. 제트가 용융물을 칠 때, 제트내에 형성된 구멍들이 채워지므로, 제트는 완전히 환형이 된다.

제 3도 및 제 4도의 다른 실시예에서는, 조절가능한 노즐을 도시하고 있다.제 1도 및 2도에 사용된 것과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호가 병기되었다. 노즐의 외측 몸체(11)는 노즐의 원추형 표면에 세 개의 홈(22)을 형성하고 있으며, 중심 몸체(12)는 이들 홈(22)에 끼워져 있는 세 개의 축방향 랜드 또는 키(19)를 가지고 있다. 로드(17)에 의해서 중심 몸체(12)를 축방향으로 조절할 수 있어서, 홈(22)은 외측 및 중심 몸체(11,12) 사이에 있는 슬롯(23)의 폭이 변화될 수 있다. 슬롯(23)은 세 개의 부분으로 나누어진다. 유량조정은 바람직하게 노즐에 안내되는 도관내의 유량조정부에 의해 이루어진다. 슬롯(23)의 폭을 조절함으로써 도관 내부의 압력이 조절되어서 제트의 속도를 제어할 수 있다. 그 결과, 유량조정은 랜스 및 그의 로드(17)가 축방향으로의 열팽창과는 독립적으로 이루어진다. 따라서, 산소 송풍기(blast)의 압력과 유량 사이의 관계가 정련과정 동안에 변화될 수 있고, 넓은 목표 영역(target area)이 유지된다. 선택적으로, 홈(22)을 중심 몸체(12)내에, 그리고 키(19)를 외측 몸체(11)상에 형성해도 좋다.

제 5도 및 6도에서는 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 중심 몸체(12)는 어떠한 랜드도 가지고 있지 않다. 대신에, 외측 몸체(11)는 슬롯(23)의 출구부만을 봉쇄하도록 두 개의 랜드 또는 벌브(bulb)(19')를 가지고 있다. 그러므로, 중심 몸체(12)가 제 6도에 도시한 바와 같이 제 1위치에 있을 때, 슬롯(23)이 중간을 봉쇄하는 벌브(19')에 의해 두 개의 부분으로 나뉘어진다. 노즐은 앞서 설명한 실시예들에서와 같이 용융물에 넓은 환형 핫 스폿(hot spot)을 형성한다. 그러나, 중심 몸체(12)가 로드(17)에 의해서 내측으로 이동될 때, 즉 제 2위치로 이동될 때, 환형 슬롯(23)내에는 어떠한 분열도 생기지 않고, 그러므로 노즐을 빠져나오는 환형흐름에 분열이 전혀 생기지 않는다. 결국, 환형 제트의 중심에는 부압이 발생하며, 제트는 수축되고 용융물에 작은 핫 스폿을 형성한다. 동일한 취입성형 작업의 다양한 상황 동안, 노즐은 넓은 저속의 환형 제트와 좁은 고속의 제트로 금속조에 충돌할 수 있다.

중심 몸체(12)에 대해서 부압을 해소하기 위해서 제트에 구멍을 형성하는 것에 대한 대안으로서, 가스를 로드(17)와 중심 몸체(12)를 통해 렌스의 단부에서 공급해도 된다. 이와 같이 공급되는 가스의 유량은 이미 앞서 설명한 바람직한 실시예들에서와 같이, 노즐을 통과하는 유량과 같은 양이 되어야 한다. 앞의 실시예들에서 언급한 바와 같이, 제트내의 구멍 및 로드(17)와 중심 몸체(12)를 통과하는 가스 공급을 조합할 수도 있으며, 이렇게 해도 양호한 결과를 가져온다. 튜브 형상의 로드(17)는 가스 또는 액체에 부유하는 미세한 물질을 공급하는데 사용될 수 있다.

지금까지 설명한 노즐과 랜스는 상부 취입성형 랜스를 사용하는 BOS(basic oxygen steel making) 및 그 밖의 다른 야금 공정들에 사용될 수가 있다.

Claims (5)

1. 야금학적인 용도의 산소 랜스를 위한 초음파 환형 노즐로서,

   가스의 환형 제트를 형성하도록 형성되어 있는 환형 슬롯(23), 및

   상기 형성된 환형 제트의 내부에 가스 공급을 허용하는 수단(19; 19')를 포함하며,

   상기 환형 제트는 내부와 외부를 가지며,

   상기 환형 제트의 외부는 상기 환형 제트의 내부를 둘러싸고,

   상기 환형 제트는 주위 가스에 의해 둘러싸이며,

   상기 가스 공급을 허용하는 수단은 상기 환형 제트의 내부의 부압을 해소하기 위해서 주위 가스가 상기 환형 제트의 내부로 흐르도록 상기 노즐의 배출구에서 상기 환형 슬롯의 적어도 일부분을 봉쇄하도록 배치되어 있는 노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 노즐은 상기 노즐의 환형 슬롯(23)을 함께 형성하고 있는 환형 외측 몸체(11) 및 실질적으로 원추형의 중심 몸체(12)를 포함하며, 상기 외측 및 중심 몸체(11, 12)는 상기 환형 제트의 내부에 가스 공급을 허용하는 수단을 형성하는 키이(19)와 홈(22)를 포함하며, 상기 중심 몸체(12)는 상기 키(19)가 상기 슬롯(23)의 일부분을 차단하는 동안에 상기 슬롯(23)의 폭이 가변되도록 축방향으로 이동가능한 노즐.
3. 노즐의 환형 슬롯(23)을 함께 형성하고 있는 환형 외측 몸체(11)와 중심 몸체(12)를 포함하는 야금학적인 용도의 산소 랜스용 초음파 환형 노즐에 있어서,

   상기 중심 몸체(12)는 환형 배출 제트가 여러 부분으로 나뉘어지도록 상기 슬롯(23)을 여러 부분으로 나누는 제 1위치와, 그리고 상기 환형 배출 제트가 분열되지 않도록 전체 환형 슬롯(23)을 개방하는 제 2위치 사이에서 상기 환형 외측 몸체(11)에 따라 이동되는 노즐.
4. 제 3항에 있어서, 상기 중심 몸체(12)는 실질적으로 원추형이고 상기 제 1위치 및 제 2위치사이에서 축방향으로 이동되며, 상기 외측 몸체 및 중심 몸체(11, 12)중 하나는 상기 슬롯(23)의 출구 단부에 있는 벌브(19')를 가지고 있으며, 상기 벌브(19')는 상기 중심 몸체(12)가 제 1위치에 있을 때에는 상기 슬롯(23)의 일부분을 봉쇄하고 상기 중심 몸체(12)가 상기 제 2위치에 있을 때에는 상기 슬롯(23)을 봉쇄하지 않는 노즐.
5. 환형 노즐을 가지고 있는 산소 랜스에서 용융 금속을 취입성형하는 방법으로서,

   상기 노즐을 빠져 나오는 환형 제트를 형성하는 단계와, 그리고

   상기 환형 제트의 내부의 부압을 해소하기 위해서 상기 환형 제트의 내부에 가스를 공급하는 단계를 포함하고 있으며,

   상기 환형 제트의 내부에 가스를 공급하는 단계는 주위 분위기를 흡입할 수있는 구멍들을 상기 환형 제트내에 형성하도록 상기 노즐을 빠져나오는 환형 가스 흐름의 일부분을 봉쇄하는 단계를 포함하는 방법.