KR100617254B1 - 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐 - Google Patents

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KR100617254B1
KR100617254B1 KR1020050091886A KR20050091886A KR100617254B1 KR 100617254 B1 KR100617254 B1 KR 100617254B1 KR 1020050091886 A KR1020050091886 A KR 1020050091886A KR 20050091886 A KR20050091886 A KR 20050091886A KR 100617254 B1 KR100617254 B1 KR 100617254B1
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정형태
정한남
문희경
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Abstract

쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐을 제공한다. 상기 용강 공급 노즐은 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이의 상부에 위치하여 턴디쉬와 연통되는 상부 노즐을 포함한다. 상기 상부노즐을 통하여 상기 턴디쉬로 부터 제공된 용강을 상기 주조롤 사이로 공급하는 하부 노즐이 상기 상부 노즐의 하부에 연결된다. 상기 하부 노즐의 폭 중앙부에서 수평면에 대하여 하향 토출 각도를 갖고, 상기 중앙부에 의하여 이격된 상기 하부 노즐의 양단부에서 수평면에 대하여 상향 토출 각도를 갖는 용강 토출구들이 상기 주조롤과 대향하는 측의 상기 하부 노즐에 그 폭 방향을 따라 형성된다.
쌍롤, 노즐, 토출구, 토출 각도, 스컴, 압하력

Description

쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐{Entry nozzle for twin-roll strip caster}
도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐을 나타낸 개략도이 다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 용강 공급 노즐이 적용되는 쌍롤식 박판 주조기를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 용강 공급 노즐의 개략도이다.
도 4는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ′선에 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅲ~Ⅲ′선에 따라 취해진 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 용강 공급 노즐을 구비하는 쌍롤식 박판 주조기의 용강 탕면류 흐름을 나타내는 개념도이다.
도 7은 비교예에 의한 용강 공급 노즐을 나타내는 개략도이다.
도 8은 비교예에 의한 용강 공급 노즐을 구비하는 쌍롤식 박판 주조기의 용강 탕면류 흐름을 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의하여 제조된 주편을 나타내는 사진이다.
도 10은 비교예 1에 의하여 제조된 주편을 나타내는 사진이다.
도 11은 본 발명의 일실시예와 비교예들에 의하여 주편을 주조하는 동안 혼 입된 산화성 개재물의 스컴 혼입 빈도를 나타내는 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
11 : 주조롤 13 : 턴디쉬
15 : 용강 공급 노즐 15a : 상부 노즐
15b : 하부 노즐 17 : 용강 토출구
19 : 에지댐 21 : 응고쉘
23 : 주편 25 : 매니스커스 실드
27 : 가스 공급 노즐 29 : 위어
31 : 배플판 33 : 격벽
본 발명은 쌍롤식 박판 주조기에 관한 것으로 특히, 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐에 관한 것이다.
쌍롤식 박판 주조기는 서로 반대방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤, 상기 주조롤의 양단에 설치되어 용강의 측면 유출을 방지하는 에지댐 및 턴디쉬로 부터 제공되는 용강을 상기 주조롤 사이로 공급하는 용강 공급 노즐을 포함하여 구성된다. 상기 용강 공급 노즐을 통하여 공급된 용강은 상기 주조롤 및 에지댐에 의하여 한 정된 섬프(sump)에 용강 풀을 형성하게 되고, 상기 주조롤 표면에서 급속 응고되어 응고쉘을 형성하게 된다. 상기 응고쉘은 상기 주조롤의 최근접 영역인 롤 닙(nip)에서 서로 합체되어 주편으로 주조된다.
도 1은 일반적인 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐을 나타낸 개략도이 다.
도 1을 참조하면, 일반적인 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐(1)은 도시되지 않은 턴디쉬와 연통되는 상부 노즐(3) 및 상기 상부 노즐(3) 하부에 설치되는 하부 노즐(5)로 이루어진다. 턴디쉬로 부터 상기 상부 노즐(3)을 통해 공급되는 용강은 자체 운동량이 상당히 크기 때문에 상기 하부노즐(5) 내부에 설치된 배플판(baffle plate;7)과 같은 용강 제어장치가 없으면 상기 하부 노즐(5) 내에서 용강의 난류성 및 요동성이 심화되어 용강 토출구(9)를 통한 균일한 용강 공급을 기대할 수 없다. 또한, 상기 배플판(7) 위의 용강 높이가 충분치 않으면, 주조 중 상기 하부 노즐(5)의 커버(5′)를 관통하여 상기 하부 노즐(5)에 삽입된 상기 상부 노즐(3)의 하단부가 용강에 충분히 침지되지 않는다. 이 경우, 상기 하부 노즐(5) 내에 존재하는 가스가 용강 중에 혼입되어, 용강이 상기 주조 롤 사이로 공급될 때 가스가 혼입되어 최종적으로 성장하는 응고쉘로 혼입되거나 용강 내에 산화성 개재물을 생성할 확률이 높아지게 된다. 이와 같은 현상이 발생할 경우 주편 내/외부에는 가스 혼입에 의한 주편 결함 및 크랙이 발생하게 된다.
한편, 용강 토출구의 형상 및 용강 공급 노즐의 내부 구조는 주조 롤 표면에서 성장하는 응고쉘의 응고 양상에 매우 중요한 영향을 미치게 된다. 도 1에 도시 된 바와 같이 수평하게 형성된 용강 토출구(9)를 갖는 용강 공급 노즐을 사용하여 주편을 주조하는 경우에는 롤 압하력이 주편 중심부에 집중되어 주조된 주편의 품질이 폭 방향으로 매우 불균일해 질 수 있으며, 추후 압연 공정에서 많은 결함을 야기시키게 된다. 또한, 주편 중앙부만 과도하게 압하력을 받게 되어 주편 에지가 매우 취약하게 되므로 주편 에지 벌징 또는 주편 에지 미응고와 같은 문제점들이 발생할 수 있다.
종래 일본 특개평 8-155593호는 용강 토출구 중 측면 중앙부에서 토출 유량을 그 양단의 토출유량 보다 크게하는 것을 특징으로 하는 용강 공급 노즐을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법에 의하면, 중앙부의 용강 토출유량이 너무 커서, 오히려 토출 속도가 줄어들게 되어 탕면 흐름 제어가 용이치 못할 수 있으며, 에지댐 방향으로의 용강 공급이 이루어지지 않기 때문에 에지댐 근처에서 스컬 발생이 심화될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 용강 공급 노즐의 용강 토출구 형상을 조절하여 탕면 스컴 혼입에 의한 주편 결함을 최소화 하고 주편의 폭방향 균일 응고 및 균일 롤 압하력을 도모하여 폭방향으로 균일한 물성을 갖는 주편을 얻을 수 있는 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐을 제공한다. 상기 용강 공급 노즐은 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이의 상부에 위치하여 턴디쉬와 연통되는 상부 노즐을 포함한다. 상기 상부노즐을 통하여 상기 턴디쉬로 부터 제공된 용강을 상기 주조롤 사이로 공급하는 하부 노즐이 상기 상부 노즐의 하부에 연결된다. 상기 하부 노즐의 폭 중앙부에서 수평면에 대하여 하향 토출 각도를 갖고, 상기 중앙부에 의하여 이격된 상기 하부 노즐의 양단부에서 수평면에 대하여 상향 토출각도를 갖는 용강 토출구들이 상기 주조롤과 대향하는 측의 상기 하부 노즐에 그 폭 방향을 따라 형성된다.
일실시예에서, 상기 하부 노즐의 폭 중앙부에 형성된 상기 용강 토출구들의 수평면에 대한 하향 토출 각도는 2도 내지 55도 일 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 하부 노즐의 양단부에 형성된 상기 용강 토출구들의 수평면에 대한 상향 토출 각도는 2도 내지 35도일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 용강 토출구 상부의 상기 하부 노즐 내에, 용강이 통과될 수 있도록 다수개의 관통공을 갖는 배플판이 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 하부 노즐의 폭 중앙부와 양단부를 구획하도록 상기 하부 노즐 바닥면 상에 소정 높이를 갖는 격벽이 배치될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 용강 공급 노즐이 적용되는 쌍롤식 박판 주조기를 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면, 턴디쉬(13) 내의 용강은 용강 공급 노즐(15)에 형성된 용강 토출구(17)를 통하여 한 쌍의 주조롤(11) 사이로 공급된다. 상기 용강 공급 노즐(15)은 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 상부 노즐(15a) 및 하부 노즐(15b)을 포함하며, 상기 하부 노즐(15b)에는 그 폭 중앙부 및 양단부에서 서로 다른 토출각도를 갖는 용강 토출구들(17)이 형성된다. 상기 주조롤(11)의 양단에는 용강의 측면 유출을 방지하기 위한 에지댐 (19)이 배치되고, 상기 주조롤(11)과 상기 에지댐(19)에 의하여 한정된 섬프에 용강풀이 형성된다. 상기 주조롤(11)과 접촉한 용강은 롤 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 상기 주조롤(11)의 표면에 응고쉘 (21)을 형성하게 된다. 상기 응고쉘(21)은 서로 반대 방향으로 회전하는 상기 한 쌍의 주조롤(11) 사이의 최근접영역인 롤 닙에서 서로 합체되어 주편(23)으로 주조된다. 용강풀의 상부에는 대기와의 접촉에 의하여 용강이 산화되는 것을 방지하기 위해 외부 공기를 차단해주는 매니스커스 실드(25)가 설치되고, 상기 매니스커스 실드(25)에는 용강 표면으로 불활성 가스를 공급해줌으로써 탕면 상부를 불활성 분위기로 유지하기 위한 가스 공급 노즐(27)이 설치된다. 이 경우에, 상기 용강 공급노즐(15)에서 토출된 용강은 운동량이 상당히 커서 탕면 요동을 야기 시킬 수 있기 때문에 용강 유동을 제어하기 위한 목적으로 상기 매니스커스 실드(25)에는 위어(weir;29)가 설치될 수 있다. 주조 중 탕면 상의 분위기를 완전하게 불활성 분위기로 유지하는 것은 어렵기 때문에 탕면 상에는 부분적으로 산화물이 생성될 수 있는데, 상기 위어(29)는 탕면 상에 생성된 산화물이 주조 롤(1) 쪽으로 혼입 되지 못하도록 하는 역할을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 용강 공급 노즐의 개략도이고, 도 4는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ′선에 따라 취해진 단면도이다. 또한, 도 5는 도 3의 Ⅲ~Ⅲ′선에 따라 취해진 단면도이다. 한편, 도 3은 도 2의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 용강 공급 노즐(15)는 상기 턴디쉬(13)와 연통되는 상부 노즐(15a)을 포함한다. 상기 상부 노즐(15a)은 원통형상을 가질 수 있으며, 상기 한 쌍의 주조롤(11) 상부에 위치한다. 상기 상부 노즐(15a)의 하부에는 상기 주조롤(11)의 폭방향을 따라 연장된 폭(W)를 갖는 하부 노즐(15b)이 배치되어 상기 상부 노즐(15a)과 연결된다. 상기 하부 노즐(15b) 내부는 커버(15′)에 의하여 밀폐되며, 상기 상부 노즐(15a)의 하단부는 상기 하부 노즐(15b)의 커버(15′)를 통하여 상기 하부 노즐(15b) 내로 소정 길이 연장된다. 상기 주조롤(11)과 대향하는 측의 상기 하부 노즐(15b)에는 그 폭(W) 방향을 따라 복수개의 용강 토출구들(17)이 형성된다. 상기 용강 토출구들(17) 상부의 상기 하부 노즐(15b) 내에는 안정된 용강 공급을 위하여 용강이 통과되는 복수개의 관통공들(31′)을 갖는 배플판(31)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 하부 노즐(15b)의 바닥면 상에는 상기 하부 노즐(15b)의 폭 중앙부(C)와 양단부(E)를 구획하여 토출되는 용강의 양을 조절하는 격벽(33)이 소정 높이를 갖도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 용강 토출구들(17)은 상기 하부 노즐(15b)의 폭 중앙부(C)와 양단부(E)에서 서로 다른 토출 각도를 갖도록 형성된다. 상기 용강 토 출구들(17)은 상기 하부 노즐(15b)의 폭 중앙부(C)에서 수평면에 대하여 하향 토출각도(θ1)을 갖도록 형성되며, 상기 중앙부(C)에 의하여 이격된 상기 하부 노즐(15b)의 양단부(E)에서 수평면에 대하여 상향 토출각도(θ2)를 갖도록 형성된다. 즉, 상기 용강 토출구들(17)은 상기 하부 노즐(15b)의 폭 중앙부(C)에서는 용강 유출측 개구(17b)가 용강 유입측 개구(17a) 보다 수평면에 대하여 하부에 위치하도록 형성되며, 상기 하부 노즐(15b)의 양단부(E)에서는 용강 유출측 개구(17b)가 용강 유입측 개구(17a) 보다 수평면에 대하여 상부에 위치하도록 형성된다. 이 경우에, 상기 하향 토출 각도(θ1)는 2도 내지 55도 인 것이 바람직하며, 상기 상향 토출 각도(θ2)는 2도 내지 35도 인 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 의한 용강 공급 노즐을 구비하는 쌍롤식 박판 주조기의 용강 탕면류 흐름을 나타내는 개념도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하부 노즐(15b) 폭 중앙부(C)의 용강 토출구들(17)은 하향 토출 각도(θ1)를 갖도록 형성하고, 양단부(E)의 용강 토출구들(17)은 상향 토출 각도(θ2)를 갖도록 형성한 경우에, 위어(29)와 주조롤(11) 사이에서의 탕면 흐름이 롤 폭 중앙으로 부터 에지댐(19) 쪽으로 발달하게 된다. 그 결과, 주조 롤(11) 회전에 의한 탕면 부유 스컴 혼입이 급격히 감소하게 되어 결과적으로 주편 결함을 감소시킬 수 있게된다.
또한, 본 발명에서와 같이 하부 노즐(15b) 폭 중앙부(C)에 위치한 용강 토출구들(17)이 하향 토출 각도(θ1)를 갖도록 형성하게 되면 토출된 고온의 용강이 주조롤(11)에 충돌한 후 하부 방향으로 전달되게 되며 주조 롤(11) 표면에서 성장하 는 응고쉘(21)의 추가 성장을 방해하게 된다. 따라서, 주조 롤(11) 폭 중앙부에서의 응고쉘의 과도한 성장을 방해하게 되고 결과적으로 롤 폭 전체에 걸쳐 균일한 압하력을 받는 주편을 제조할 수 있게 된다.
반면, 용강 토출구들이 모두 하향 토출 각도를 갖도록 형성되는 경우에는 탕면에서 발생하는 산화성 개재물의 제어가 어려워 질 수 있다.
도 7은 비교예에 의한 용강 공급 노즐을 나타내는 개략도이고, 도 8은 비교예에 의한 용강 공급 노즐을 구비하는 쌍롤식 박판 주조기의 용강 탕면류 흐름을 나타내는 개념도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 하부 노즐(55b)에 형성되는 용강 토출구들(57)이 모두 하향 토출 각도를 갖도록 형성되면, 위어(53)와 주조롤(51)사이에서의 탕면흐름이 에지댐(59) 쪽에서 롤 폭 중앙부 방향으로 발달하게 된다. 즉, 탕면 스컴류가 위어(53)와 주조롤(51) 사이로 흐르게 되어, 회전하는 롤에 의하여 성장하는 응고쉘로 스컴이 혼입되어 주편 표면 결함을 야기 시킬 수 있다.
<실험예>
본 발명의 실시예에 의한 용강 공급 노즐을 구비하는 쌍롤식 박판 주조기 및 비교예들에 의한 용강 공급 노즐을 구비하는 쌍롤식 박판 주조기를 사용하여 스테인레스강(STS304) 주편을 각각 제조하였다.
본 발명의 실시예에 의한 경우, 도 3에 도시된 바와 같은 용강 공급 노즐을 사용하였으며, 용강 토출구들(17)은 하부 노즐(15b)의 폭 중앙부(C)에서 35도의 하향 토출 각도(θ1)를 갖도록 형성되었고, 양단부(E)에서 10도의 상향 토출 각도( θ2)를 갖도록 형성되었다. 반면, 비교예 1의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같은 용강 공급 노즐을 사용하였으며, 용강 토출구들(9)는 수평면에 평행하도록 형성되었다. 또한, 비교예 2의 경우에는 도 7에 도시된 바와 같은 용강 공급 노즐을 사용하였으며, 용강 토출구들(57)은 모두 35도의 하향 토출 각도를 갖도록 형성되었다. 본 발명의 실시예 및 비교예들은 모두 1250mm의 직경과 1300mm의 폭을 갖는 주조롤를 사용하고 주조속도를 45m/min으로 하여 수행되었다. 또한 주편들은 3.5 mm두께 및 1300mm의 폭을 갖도록 제조되었다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의하여 제조된 주편을 나타내는 사진이고, 도 10은 비교예 1에 의하여 제조된 주편을 나타내는 사진이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의하여 제조된 주편은 폭 방향을 따라 전체적으로 균일한 밝기를 나타내고 있다. 이러한 결과는 롤 폭방향을 따라 전체적으로 균일한 압하력을 받았음을 나타내며 에지 품질 또한 양호한 것으로 나타났다. 반면, 비교예 1에 의하여 제조된 주편은 폭 방향의 중앙부가 에지부 보다 어둡게 나타나고 있다. 이러한 결과는 에지부 보다 중앙부에서 상대적으로 심한 압하력을 받았음을 나타내며 도 9와 비교할 때 에지 품질도 상대적으로 열화됨을 볼 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예와 비교예들에 의하여 주편을 주조하는 동안 혼입된 산화성 개재물의 스컴 혼입 빈도를 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 비교예 2에 의하여 주편을 주조하는 경우에 탕면 스컴류가 위어와 주조롤 사이로 흐르게 되어, 스컴 혼입 빈도가 과도하게 증가하는 것으 로 나타났다. 비교예 1에 의하여 주편을 주조하는 경우에는 스컴 혼입 빈도는 상대적으로 낮은 결과를 나타냈으나, 상술한 바와 같이 주편 폭 방향을 따른 불균일한 압하력에 의하여 주편 품질이 열화되는 문제점이 있다.
이상의 결과들은 본 발명에 의한 용강 공급 노즐을 사용하여 주편을 주조하는 경우에 롤 압하력의 균일성을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 스컴 혼입 빈도수도 감소시킬 수 있게 되어 전체적으로 주편 품질을 향상 시킬 수 있음을 보여준다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐에 있어서, 용강 토출구를 롤 폭방향의 중앙부에서는 수평면에 대하여 하향 토출각도를 갖도록 형성하고, 양단부에서는 수평면에 대하여 상향 토출각도를 갖도록 형성한다. 그 결과, 폭 방향을 따라 균일한 압하력을 받는 주편을 주조할 수 있을 뿐만 아니라, 주조 중 탕면 스컴 혼입에 의한 주편 결함을 최소화 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이의 상부에 위치하여 턴디쉬와 연통되는 상부 노즐;
    상기 상부 노즐의 하부와 연결되어, 상기 상부노즐을 통하여 상기 턴디쉬로 부터 제공된 용강을 상기 주조롤 사이로 공급하는 하부 노즐; 및
    상기 주조롤과 대향하는 측의 상기 하부 노즐에 그 폭 방향을 따라 형성되 되, 상기 하부 노즐의 폭 중앙부에서 수평면에 대하여 하향 토출 각도를 갖고, 상기 중앙부에 의하여 이격된 상기 하부 노즐의 양단부에서 수평면에 대하여 상향 토출각도를 갖도록 형성된 용강 토출구들을 포함하는 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 노즐의 폭 중앙부에 형성된 상기 용강 토출구들의 수평면에 대한 하향 토출 각도는 2도 내지 55도 인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 노즐의 양단부에 형성된 상기 용강 토출구들의 수평면에 대한 상향 토출 각도는 2도 내지 35도 인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용강 토출구 상부의 상기 하부 노즐 내에 배치되고, 용강이 통과될 수 있도록 다수개의 관통공을 갖는 배플판을 더 포함하는 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 노즐의 폭 중앙부와 양단부를 구획하도록 상기 하부 노즐 바닥면 상에 소정 높이를 갖도록 배치된 격벽을 더 포함하는 쌍롤식 박판 주조기용 용강 공급 노즐.
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