KR100960322B1 - 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강(4)풀의 탕면류를 바람직한 상태로 안정화시키기 위해 턴디쉬(1)로부터 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤과 에지댐(6)에 의해 형성된 용강(4)풀 내로 용강(4)을 공급하여 박판을 주조하기 위한 침지노즐(3)에 있어서,

상기 침지노즐(3)은 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)의 2-피스 형으로 구분되어 있고, 상기 하부노즐(3-2)의 중간 내부에는 안정된 용강(4) 공급을 위한 통로가 확보된 배풀(15)이 설치되어 있으며, 상기 배풀(15) 하부에는 용강(4)을 주조롤(1) 섬프 내로 공급하기 위한 장변토출구(14)가 가공되어 있고 상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 에지댐(6) 방향으로 경사를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐(3)을 제공한다.

본 발명으로 박판을 주조하는 경우, 주조롤(1) 폭방향으로 열유속이 최대한 균일하게 유입됨에 따라 주조롤(1) 표면 및 그 하부에서의 크랙을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

쌍롤식, 박판주조, 침지노즐, 배풀, 토출각도

Description

쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐{The entry nozzle for twill roll strip caster}

본 발명은 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐에 관한 것으로서, 보다 상세히는 턴디쉬(1)에 부착되어 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)로 이루어진 침지노즐(3)에 있어서, 상기 배풀(15) 하부에는 배풀(15)하부의 내부용적을 나누기 위한 격벽(17)이 1개 이상 설치되어 있고, 상기 배풀(15) 하부에는 용강(4)을 주조롤(1) 섬프로 공급하기 위한 장변토출구(14)가 가공되어 있고 상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 에지댐(6) 방향으로 경사를 이루도록 함으로써 주조롤(1) 폭 방향으로 균일하게 고온의 용강(4)이 공급하게 되고, 이에 따라 주조롤(1) 폭 방향으로 열유속이 최대한 균일해지게 되기 때문에 국부적인 고온의 열유속에 의해 주조롤(1) 표면코팅 또는 그 하부에서의 크랙을 최대한 방지하고자 하기 위한 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐에 관한 것이다.

일반적인 쌍롤식 연속박판주조 공정의 개략도는 제 1 도에 나타내었다. 턴디 쉬(1)에 부착된 침지노즐(3)의 토출구를 통해 쌍롤 사이로 공급된 용강(4)은 쌍롤과 에지댐(6)에 의해 둘러싸인 용강(4)풀을 형성하게 되고 쌍롤과 접촉한 용강(4)은 주조롤(1)의 중심 방향으로 열량을 빼앗기면서 주조롤(1) 표면에서 응고쉘(8)을 형성하게 되고 형성된 주편(5)은 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤에 의해 주조롤 닢을 빠져나오게 된다.

용강(4) 윗면에는 대기와의 접촉에 의해 용강(4)이 산화되는 것을 방지하기 위해 외부 공기를 차단해주는 메니스커스실드 장치를 설치하고 이 장치에 설치된 가스공급노즐을 통해 용강(4) 표면으로 불활성 가스를 공급해줌으로써 탕면 윗부분이 불활성 분위기로 유지되도록 한다.

또한 침지노즐(3)에서 토출된 용강(4)의 운동량은 상당히 커서 탕면의 요동을 발생시킬 수 있기 때문에 용강(4)의 유동제어를 목적으로 메니스커스쉴드(10)에 고정된 위어(12)가 설치되어 있다.

주조 중 탕면위의 분위기를 최대한 불활성 분위기로 유지하려고 하겠지만 완전한 실링(sealing)을 확보하기란 어려우며 부분적으로 산화물이 탕면에서 생성될 소지가 있다. 위어(12)는 이렇게 생성된 산화물이 성장하는 응고쉘(8)로 도달하지 못하도록 하는 일종의 장애물(barrier) 역할도 감당한다.

상부노즐(3-1)을 통해 용강(4)을 하부노즐(3-2)로 공급하는 방식인 쌍롤식 박판주조법에서 통상적으로 사용하는 침지노즐(3)에 대한 개략도를 제 2 도에 나타내었다. 턴디쉬(1)로부터 상부노즐(3-1)을 통해 공급되는 용강(4)은 자체 운동량이 상당히 크기 때문에 하부노즐(3-2) 내부에 설치된 배풀(15) 등과 같은 용강(4) 공 급 제어 장치가 없으면 하부노즐(3-2) 내에서 용강(4)의 난류성 및 요동성이 심해져서 토출구를 통한 균일한 용강(4) 공급을 기대할 수 없다.

또한, 배풀(15) 위의 용강(4) 높이가 충분치 못하여 주조 중 상부커버(16)를 관통하여 하부노즐(3-2)에 삽입된 상부노즐(3-1)의 하단부가 용강(4)에 충분히 침적되지 못하면 하부노즐(3-2) 내에 존재하는 가스가 용강(4) 중에 혼입되어, 용강(4)이 섬프로 공급될 때 혼입된 가스가 따라 들어가 최종적으로 성장하는 응고쉘(8)로 혼입되거나 섬프내에서 산화성 개재물을 생성할 확률이 높아지게 된다. 이와 같은 현상이 발생할 경우 주편(5) 내/외부에는 가스 혼입에 의한 주편(5) 결함 및 크랙 등이 발생하게 된다.

종래 특허공개 제8-155593호의 경우 탕면 흐름을 제어할 목적으로 측면 토출구 중 측면 중앙부에서의 토출량을 그 좌우의 토출량 보다 크게 하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나 이 방법을 채택할 경우 중앙부의 토출량이 너무 커져, 상대적으로 토출속도가 줄어들게 되어 탕면 흐름 제어가 용이치 못할 수 있으며 에지댐(6) 방향으로의 용강(4) 공급이 이루어지지 않기 때문에 에지댐(6) 근처에서의 스컬 발생이 심각히 유발될 수 있다.

도 6은 도 2에서 나타낸 종래의 침지노즐(3)을 사용했을 때의 주편(5) 폭 방향에서의 응고 균일도를 나타낸 것이다. 색깔이 검은 부분이 응고가 더 진행되어 주조롤(1) 압하력을 더 받은 부분이고, 주편(5)의 중심부분이 주편(5)의 에지부분에 비해 상당히 검게 나타나고 있으며 이를 통해 주조롤(1)을 통한 열유입이 주조 롤 중심부분에 집중되었음을 알 수 있다. 이렇게 열유입이 주조롤(1) 폭 중심부분, 즉 한쪽으로 많이 집중되게 되면 그 부분에서 주조롤(1) 코팅부분 및 그 하부에 과도한 인장 응력이 작용하게 되고, 이러한 과도한 열응력 상태가 반복적으로 발생하게 될 경우 결국에는 이 부분에서 크랙이 발생하게 되고 이러한 주조롤(1)에서의 크랙은 생산성 저하 및 주조 불안정성을 유발하게 원인이 된다.

본 발명은 상기의 종래기술이 가지는 문제점인 용강(4)에 의한 열유입이 주조롤(1) 폭 중심부분에 편중되어 발생하는 과도한 인장응력에 의해 주조롤(1) 코팅부분 및 그 하부에서 형성되는 크랙을 방지하기 위한 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐에 관한 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하고자, 상기 침지노즐(3)은 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)의 2-피스 형으로 구분하고, 상기 하부노즐(3-2)의 중간 내부에는 안정된 용강(4) 공급을 위한 통로가 확보된 배풀(15)이 설치되어 있으며 상기 배풀(15) 하부에는 용강(4)을 주조롤(1) 섬프 내로 공급하기 위한 장변토출구(14)가 가공되어 있고 상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 에지댐(6) 방향으로 경사를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐을 제공하게 된다.

본 발명은 침지노즐(3)을 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)로 각각 구분하고, 하부노즐(3-2)의 배풀(15) 하부에 격벽(17)을 설치하고 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)를 에지댐(6) 방향으로 경사를 이루도록 가공하여 주조롤(1) 전체 폭 에 걸쳐 균일한 용강(4)을 공급하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 장변토출부의 위치별 토출면적을 적정화하여 토출되는 용강(4)의 속도를 제어함으로써 최종적으로는 주조롤(1) 코팅부위 및 그 하부에서의 크랙 발생을 방지하는 효과를 갖는다.

본 발명은 턴디쉬(1)로부터 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤과 에지댐(6)에 의해 형성된 용강(4)풀 내로 용강(4)을 공급하여 박판을 주조하기 위한 침지노즐(3)에 있어서,

상기 침지노즐(3)은 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)의 2-피스 형으로 구분되어 있고, 상기 하부노즐(3-2)의 중간 내부에는 안정된 용강(4) 공급을 위한 통로가 확보된 배풀(15)이 설치되어 있으며, 상기 배풀(15) 하부에는 용강(4)을 주조롤(1) 섬프 내로 공급하기 위한 장변토출구(14)가 가공되어 있고 상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 에지댐(6) 방향으로 경사를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐(3)에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 상기 배풀(15) 하부에는 내부용적을 나누기 위한 격벽(17)이 1개 이상 설치되어 있고, 상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 중앙을 기준으로 좌우 대칭을 이루고 있고 에지댐(6) 방향으로 최대 70°까지 순차적으로 경사지도록 가공되어 있으며, 상기 하부노즐(3-2)의 배풀중앙부에 천공된 유출구의 합 면적은 배풀(15)에 천공된 총 유출구의 합 면적에 대해 10~30% 범위 내로 유지하고, 상기 하부노즐(3-2)의 장변토출구(14)의 중앙부에 가공된 토출구의 합 면적은 10~30% 범위 내로 유지하며, 상기 하부노즐(3-2)의 장변토출구(14)를 통해 주조롤(1) 섬프로 공급되는 용강(4)의 토출속도는 0.35~1.4 ㎧ 범위 내로 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 침지노즐(3)에 대한 개략도를 도 3에 나타내었다. 침지노즐(3)은 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)의 2-피스(piece) 형으로 구분되고, 상부노즐(3-1)의 상부는 턴디쉬(1)에 연결되며 하부는 하부노즐(3-2)의 상부커버(16)를 관통하여 배풀(15) 상부의 일정 위치에 위치하게 된다.

하부노즐(3-2) 내부는 상부커버(16)에 의해 내부가 완전 밀폐되어 있고 하부노즐(3-2) 중앙 내부에는 안정된 용강(4)을 공급하기 위해 배풀(15)을 설치한다.

상기 배풀(15) 하부에는 턴디쉬(1)로부터 유입된 용강(4)을 주조롤(1) 섬프로 공급하기 위해 토출구를 가공한다. 또한 배풀(15) 하부에는 격벽(17)을 설치하여 침지노즐(3)의 내부용적을 나누고, 토출용강(4)의 유량을 제어할 수 있도록 한다.

하부노즐(3-2)의 격벽(17) 하부에 형성된 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 도 4에서 나타낸 바와 같이, 에지댐(6) 방향으로 경사를 이루도록 하고, 중앙을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 한다.

도 5는 배풀(15) 유출구에 대한 평면도를 개략적으로 나타낸 것으로, C는 격벽(17) 사이의 중앙부에 위치한 배풀(15)의 유출면적을 나타내고 E와 E'는 각각 좌, 우측에 위치한 배풀(15)의 유출면적을 나타낸 것이다.

도 5에서와 같이 배풀(15)의 유출면적을 중앙부와 좌, 우측부를 다르게 가공함으로써 즉, 배풀(15)의 좌측부와 우측부로 공급되는 용강(4)의 양이 전체의 용강(4)공급량 중 70~90 %를 차지하고 중앙부로 공급되는 용강(4)의 양이 전체의 용강(4)공급량 중 10~30 % 가 되도록 함으로써, 하부노즐(3-2)의 장변토출구(14) 면적비 즉, 중앙부의 면적/좌측부의 면적(또는 우측부의 면적)이 1.0에 가깝게 유지되더라도 최종적으로는 하부노즐(3-2)의 장변 중앙부로 공급되는 용강(4)량이 전체 용강(4)공급량의 10~30 %로 유지되도록 한다.

장변토출구(14)의 토출각도(θ1)를 에지댐(6) 방향으로 최대 70°까지 순차적으로 경사를 이루도록 가공하여 토출용강(4)이 가급적 주조롤(1)에 짧은 거리로 공급되는 대신에 긴 거리를 이동하게 하여 토출속도가 많이 완화된 상태로 공급되도록 한다.

상기와 같이 토출각도(θ1)를 경사지게 함으로써, 중앙부에 비해 하부노즐(3-2)의 좌측부와 우측부로 상대적으로 많은 양의 용강(4)이 고속으로 토출되더라도 충분한 각도로 경사져서 토출되기 때문에 경사를 이루지 않은 상태에서 토출되는 것보다 엄청난 열 충격을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 주조롤(1) 폭 전체에 걸쳐 균일하게 용강(4)을 공급하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 장변토출구(14)의 중앙부로는 상대적으로 매우 적은 양의 용강(4)이 공급될 뿐 아니라, 상기 중앙부의 토출면적은 좌측부 또는 우측부의 토출면적과 각각 유사하기 때문에, 비록 주조롤(1)과의 토출거리는 좌측부 또는 우측부에 비해 가깝지만 주조롤(1)에 국부적으로 과도한 열 충격을 주는 것을 방지할 뿐만 아니 라, 전체적으로 주조롤(1) 전폭에 걸쳐 균일하게 고온의 용강(4)을 공급할 수 있게 된다.

본 발명은 주조롤(1)의 열유속에 중요한 영향을 미치는 인자인 하부노즐(3-2)의 장변 토출구를 빠져나오는 용강(4)의 토출속도를 제어할 수 있는데, 통상적으로 주조롤(1) 표면에서의 열전달 계수(h)는 용강(4)의 토출속도(v)와 h ∝ v^{0 .8}의 관계가 있다. 만일 토출구 면적이 클수록 토출속도는 줄어들게 되고 국부적으로 열유속이 증가하는 것을 방지할 수 있게 된다. 다만, 지나치게 토출구 면적이 크게 되면 위에서 언급한 토출각도(θ1)의 효과는 급격히 줄어들게 되고, 이에 따라 탕면의 유속이 상당히 감소하게 되어 탕면스컬의 발생을 초래하게 된다.

따라서 적정한 토출속도 범위가 주어져야 하며 0.35~1.4 m/s 범위가 되어야만 균일한 열유속 분포를 유지할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

쌍롤식 연속박판주조장치를 이용하여, 다음과 같은 동일한 조건으로 본 발명예와 비교예에서의 박판을 제조하였다.

대상강종은 스테인레스강 STS304이고, 주조속도는 50 m/min, 박판사이즈는 두께 2.86㎜이고 폭 1340㎜, 주조롤(1) 직경은 1250㎜이고 주조롤(1) 폭은 1340㎜의 조건에서 실시하였다.

다음은 비교예 실시조건으로,

하부노즐(3-2)의 장변토출구(14) 배열은 15ø×5 + 15ø×5 + 15ø×5이고, 장변토출구(14)의 총 면적에 대한 중앙부 토출구의 면적비는 30.0 %이며, 배풀(15)유출구의 총 면적에 대한 배풀중앙부의 면적비는 28.6 %, 도출각도는 0°, 토출속도는 1.15㎧ 조건에서 실시하였다.

다음은 본 발명예 조건으로,

하부노즐(3-2)의 장변토출구(14) 배열은 24ø×4 + 24ø×4 + 24ø×4이고, 장변토출구(14)의 총 면적에 대한 중앙부 토출구의 면적비는 30.0 %이며, 배풀(15)유출구의 총 면적에 대한 배풀중앙부의 면적비는 20.0 %, 도출각도는 42°, 토출속도는 0.58㎧ 조건에서 실시하였다.

상기 비교예와 발명예에서의 결과를 도 7에 나타내었다. 열/유동을 계산한 후 주조롤(1) 닢에서 370 ㎜ 높이에서 주조롤(1) 표면에 인접한 응고쉘(8)의 주조롤(1) 폭 방향으로의 온도분포를 나타내었다. 거리 0.0 m은 주조롤(1) 폭 중앙, 즉 대칭점을 나타내며 -0.67 m는 에지댐(6)이 있는 위치를 나타낸다. 결과에서 보듯 비교예에서는 온도변차가 약 30% 정도로 크게 나는 반면, 본 발명예에서는 약 10% 이내의 온도 변차를 보여주고 있다. 따라서 비교예에 비해 본 발명예는 주조롤(1) 크랙 방지 측면에서 매우 향상된 결과를 보여주고 있다는 것을 알 수 있다.

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조 장치의 개략도이다.

도 2는 종래기술의 침지노즐에 대한 장변에서의 단면 개략도이다.

도 3은 본 발명의 침지노즐에 대한 장변에서의 단면 개략도이다.

도 4는 하부노즐 장변부 토출구의 토출각도를 나타낸 개략도이다.

도 5는 배풀 유출구를 위에서 본 평면도이다.

도 6은 도 2에 나타낸 종래의 침지노즐을 사용한 경우 주조중 주편의 중심부분이 과응고되는 현상을 나타낸 것이다.

도 7은 주조롤 표면과 상기 주조롤 표면에 인접한 응고쉘의 온도분포를 나타낸 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

1. 주조롤 2. 턴디쉬

3. 침지노즐 3-1. 상부노즐

3-2. 하부노즐 4. 용강

5. 주편 6. 에지댐

7. 냉각수홀 8. 응고쉘

9. 브러쉬롤 10. 메니스커스쉴드

11. 분위기가스 공급노즐 12. 위어

13. 주조롤회전방향 14. 장변토출구

14-1. 중앙장변토출구

15. 배풀 16. 상부커버

17. 격벽 θ1. 토출각도

C. 배풀중앙부 유출면적 E. 배풀좌측부 유출면적

E'. 배풀우측부 유출면적

Claims (7)

1. 턴디쉬(1)로부터 서로 반대 방향으로 회전하는 쌍롤과 에지댐(6)에 의해 형성된 용강풀 내로 용강(4)을 공급하여 박판을 주조하기 위한 침지노즐(3)에 있어서,

   상기 침지노즐(3)은 상부노즐(3-1)과 하부노즐(3-2)의 2-피스 형으로 구분되어 있고;

   상기 하부노즐(3-2)의 중간 내부에는 안정된 용강(4) 공급을 위한 통로가 확보된 배풀(15)이 설치되어 있으며;

   상기 배풀(15) 하부에는 용강(4)을 주조롤(1) 섬프 내로 공급하기 위한 장변토출구(14)가 가공되어 있고 상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 에지댐(6) 방향으로 경사를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배풀(15) 하부에는 배풀(15)하부의 내부용적을 나누기 위한 격벽(17)이 1개 이상 설치된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 에지댐(6)을 향하여 경사를 이루고 있고, 중앙을 기준으로 좌우 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 장변토출구(14)의 토출각도(θ1)는 에지댐(6) 방향으로 최대 70°까지 순차적으로 경사지도록 가공된 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 하부노즐(3-2)의 배풀중앙부에 천공된 유출구의 합 면적인 배풀중앙부 유출면적(C)은 배풀(15)에 천공된 총 유출구의 합 면적에 대해 10~30% 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 하부노즐(3-2)의 장변토출구(14)의 중앙부에 가공된 중앙장변토출구(14-1)의 합 면적은 장변토출구(14)의 총 면적에 대해 10~30% 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 하부노즐(3-2)의 장변토출구(14)를 통해 주조롤(1) 섬프로 공급되는 용강(4)의 토출속도는 0.35~1.4 ㎧ 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 장치용 침지노즐.

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