KR100593684B1

KR100593684B1 - 박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐

Info

Publication number: KR100593684B1
Application number: KR1019990059950A
Authority: KR
Inventors: 이준호; 이중의; 박재훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2006-07-03
Also published as: KR20010078515A

Abstract

본 발명은 주조속도 4.0m/min 이상에서도 주형내 비금속 개재물을 조기에 부상시키고 안정된 탕면을 확보하여 주편의 크랙 발생을 감소시켜 무결함 주편을 생산할 수 있도록한 박슬래브 연주기 평행주형용 침지노즐로서,

슬릿형의 토출부 하단 중앙에 삼각형 분리대가 설치되어 있고,

토출부 끝부분에 부채꼴 모양으로 경사진 형태의 가이드가 형성되고, 그 재질은 알루미나 내화물을 사용하되 슬래그라인에는 지르코늄 재질의 내화물이 외벽처리 된 것을 특징으로 한다.

Description

박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐{SUBMERGED ENTRY NOZZLE OF PARALLEL MOLD IN THIN SLAB CONTINUOUS CASTER}

도1은 년도별 침지노즐 형상의 변화를 나타낸 개요도

도2는 박슬래브 연주기 평행 주형에서 직통형 침지노즐의 유동패턴을 나타낸 모식도

도3은 박슬래브 연주기 평행 주형에서 직통형 침지노즐 사용시 표면 유속의 변화를 나타낸 그래프

도4는 박슬래브 연주기 평행 주형에서 직통형 침지노즐 사용시 탕면 프로파일을 나타낸 모식도

도5는 박슬래브 연주기 평행 주형에서 직통형 침지노즐 사용시 몰드 슬래그의 유입현상을 나타낸 모식도

도6은 박슬래브 연주기 평행 주형에서 볼텍스 생성 기구를 나타낸 사진

도7은 본 발명의 박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐을 나타낸 개요도

도8은 본 발명의 침지노즐 사용시 박슬래브 연주기 평행 주형에서 유동 패턴을 나타낸 모식도

본 발명은 50∼80mm 두께의 주형이 사용되는 박슬래브 연주기에서 사용하여 주조속도 4.0m/min 이상에서도 주형내 비금속 개재물을 조기에 부상시키고 안정된 탕면을 확보하여 주편의 크랙 발생을 감소시켜 무결함 주편을 생산할 수 있도록 하는 침지노즐에 관한 것이다.

일반적으로 평행주형을 사용하는 박슬래브 연속주조는 일반적으로 50∼80mm 정도 두께의 주형과 얇은 주형에 적합한 침지노즐을 사용하여 주조속도 4.0m/min 이상의 고속주조로 슬래브를 생산하는 것을 말한다. 이때 가장 중요한 기술은 좁은 주형에 적합한 형상의 노즐 설계와 탕면 안정화에 의한 주형 용제(mold flux)의 혼입 방지 및 균일한 주형 용제의 유입에 의한 조업 안정화에 초점이 맞춰져 있다. 이를 위하여 침지노즐의 형상이 도1에 나타낸 것과 같은 형상으로 변천해 왔다. 도1의 (a)는 1986년 MDH사에 의해 제안된 분기 노즐(bifurcated nozzle)이다. 이 형상의 침지노즐은 토출구의 면적 확보를 위해 가로 대비 세로 길이가 길어질 수밖에 없는데 이 경우에는 토출구 상부에 정체 영역이 발생하므로 실 토출 영역이 2/3정도로 좁아져 토출 유속이 증가하여 심각한 oscillation flow로 탕면 변동이 매우 극심한 것으로 알려져 있다. 이 문제를 해결하기 위해 도1(b)에 도시된 직진 주입(straight pouring)방식의 설계가 제시되었으며, 최근까지는 도1(c)와 같은 피쉬 테일형이라 불리는 침지노즐을 Arved사가 공동 개발하여 실조업에 사용되다가, '97년부터 도1(d)와 같은 형상의 노즐이 사용되고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 지금까지도 내화물 재질 또는 형상의 문제로 주조중 노즐 파손과 용손에 의한 절단 및 노즐막힘에 의해 평균 연연주비가 4.07회 장입를 기록하고 있어 생산이 중지된 상태이다. 도1의 (b)에 나타낸 직통(straight through)형 노즐은 MDH사가 75mm 평행 주형(parallel mold)를 위해서 개발한 노즐인데 풀 스케일(full scale)의 수모델장치에 의해 유동을 가시화한 결과 도2과 같이 1230mm의 주형 내에서 기존 연주의 분기 노즐에서 볼 수 없는 주기를 가진 주기적 비대칭 흐름을 나타낸다. 즉 토출구를 빠져 나온 유체는 긴 주기를 가지고 주형 내를 좌우로 진동하는데 이의 영향으로 표면 유속이 도 3에서 보는 바와 같이 주조속도 4m/min에서 65sec 정도의 주기를 나타내면서 한쪽의 유속이 최대 30cm/sec로 주형 단변부에서 노즐쪽으로 진행하다가 다시 반대 방향에서 침지노즐과 주형 사이의 갭을 지나오는 유체로 인해 노즐쪽에서 주형 단변부로 진행하는 표면 유속 거동을 보이고 있다. 이로 인해 양쪽의 탕면높이(meniscus wave height) 에도 차이가 발생하며 더욱이 비대칭으로 인해 빨라진 유체가 좁은 갭을 통과하면서 속도가 더욱 증가하여 도4에 나타난 바와 같이 웨이브 높이가 4m/min에서도 20mm 정도 되며 경사가 급격하여 이 부분에서는 몰드 파우더(mold powder)의 유입 불균일이 발생하기 쉽고, 이로 인해 전열 불균일이 우려되며 응고시점이 주위와 달라 응고셀의 불균일 성장이 예상된다. 이런 현상은 주조속도가 증가할수록 더욱더 심각해져 몰드 슬래그(mold slag)의 혼입을 유발할 것이다. 직통형 노즐에서 일어날 수 있는 또 하나의 유동특성은 볼텍스(vortex)이다. 도5과 같이 볼텍스는 주로 침지노즐 주위에서 발생하는데, 앞에서 서술한 바와 같이 한쪽의 유체가 갭을 지나면서 속도가 증가한 후 갑자기 넓은 공간으로 진입할 경우 도6(a)와 같이 회전력이 발생하게 되고 반대쪽에서 약간 의 힘이 작용하게 되면 더욱더 회전력이 조장된다. 볼텍스의 방향은 결국 침지노즐쪽이며 한 주기에 양쪽 침지노즐 주위에 각 1회의 발생 기회를 갖게 된다. 도6(b)에 발생기구를 설명하는 모식도를 나타내었다. 볼텍스가 발생하게 되면 몰드 슬래그(mold slag)가 혼입되고 품질을 열화시키므로 이에 대한 대책이 요구된다.

본 발명은 용강의 유동을 안정화 시킬 수 있고 몰드 슬래그의 혼입을 방지할 수 있는 박슬래브 연주기 평행주형용 침지노즐을 개발하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 상부는 원통형이고 하부는 슬릿형의 토출부로 구성된 박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐에 있어서, 상기 토출부 하단 중앙에는 삼각형 분리대를 설치하여 용강을 그 분활하여 토출되도록 하고, 상기 토출부 끝단부는 부채꼴 모양으로 경사진 형태의 가이드를 형성하여 토출부 면적을 확대 시킨 박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐을 그 특징으로 하고 있으며, 또한 상기 삼각형 분리대는 꼭지점으로부터 밑면에 대한 내각이 25∼75°가 되도록 형성하고, 상기 부채꼴 모양의 가이드는 수직선에 대하여 10∼30°가 되도록 경사지게하고, 상기 침지용 노즐의 재질은 알루미나 재질의 내화물을 사용하되 슬래그 라인(slag line)에는 지르코늄 재질의 내화물로 외벽처리하여 2중 구조로 하는 것을 특징으로 한다.

이하에 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 침지노즐을 나타낸 것으로, 용강주입부(1), 침지노즐 상단부(2), 슬래그 라인(3), 토출부 하부의 삼각형 분리대(4)와 가이드(5)를 도시하고 있다.
침지노즐 상단부(2)는 원통형으로 하고 하부는 주형으로 인입되는 부분이므로 평행 주형 형상으로 제한이 된다. 따라서 슬릿형의 토출부를 기본적인 형상으로 한다. 토출부 하부에는 삼각형 형상의 분리대(4)를 두어 용강이 분리대의 각도를 따라 흐르도록 하여 주조 속도 6m/min에서도 안정된 주조를 할 수 있게 하였다. 여기에서 삼각형 분리대(4)는 용강의 유동패턴을 분리시킴으로서 용강의 굴곡을 감소시키는 역할을 하며 꼭지점으로부터 밑면에 대한 내각이 25-75°가 되도록 구성하는 것이 용강의 유동패턴을 분리시키는데 가장 효과적이다. 또한 기존 웹 풋(web-foot)형 2공 노즐의 현장 적용시 문제가 되었던 침지노즐 크랙과 이에 따른 절손 및 막힘 문제들을 해결하기 위해 슬래그 라인(3)의 내화물 재질구조는 지르코늄 내화물(ZrO₂+G)의 단독구조에서 CaS의 부착방지를 위해 알루미나 내화물(Al₂O₃+G)의 내벽층을 두었으며 외벽은 지르코늄 내화물(ZrO₂+G)층으로 하는 2중구조(duplex)를 채택하였다. 슬래그 라인(3)의 길이 또한 기존 170mm에서 200mm로 확대하여 단변경 횟수의 증가를 용이하게 하였다. 토출부 끝부분에 부채꼴 모양의 가이드(5)와 같이 서서히 전체 토출부 면적을 침지노즐 상단부(2) 보다 확대시키므로써 유동의 안정화를 꾀하였으며 이로 인해 탕면에서 몰드 슬래그의 유입을 방지할 수 있도록 하였다. 부채꼴 모양의 가이드(5)를 형성한 것은 용강의 유속이 빨라지면 중앙부는 속도가 빨라지나 주변부는 상대적으로 속도가 느리게되어 주변의 슬래그가 빨려들게 되는 역류 현상이 발생되어 슬래그의 혼입이 발생되는 것을 방지하기 위함이고 그 각도를 수직선에 대하여 10∼30°가 되도록 경사지게 하는 것이 슬래그 유입을 최소화 하는데 가장 적합하다.

도8에 발명된 노즐의 유동 모식도를 아크릴을 이용한 수모델 실험결과와 함께 나타내있다.

본 발명의 침지노즐은 몰드 슬래그의 혼입을 방지할 수 있고, 용강의 유동물 안정화 시킬수 있으므로 탕면 안정을 통한 표면 품질 향상과 개재물 침투 깊이 감소를 통해 기존 박슬래브용 침지노즐로 생산할 수 없었던 청정 슬래브를 주조속도 6.0m/min에서도 생산이 가능한 효과가 있다.

Claims

삭제
상부는 원통형이고 하부는 슬릿형의 토출부로 구성된 박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐에 있어서,

상기 토출부 하단 중앙에는 꼭지점으로부터 밑면에 대한 내각이 25∼75°가 되도록 삼각형 분리대가 설치되고,

상기 토출부 끝단부에 수직선에 대하여 10∼30°가 되도록 경사져 있는 부채꼴 모양의 가이드를 형성하고,

상기 침지용 노즐의 재질은 알루미나 재질의 내화물을 사용하되 슬래그 라인에는 지르코늄 재질의 내화물로 외벽처리하여 2중 구조로 하는 것을 특징으로 하는 박슬래브 연주기 평행 주형용 침지노즐.