KR101225429B1 - 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법에 관한 것이다. 구체적으로는 상부노즐에 아르곤을 공급하는 아르곤 공급라인과, 상부노즐에 헬륨을 공급하는 헬륨 공급라인과, 상기 아르곤 공급라인과 헬륨 공급라인에 설치된 제어밸브수단을 구비하여, 정상 주조속도보다 낮은 비정상 주조속도 시(주조 초기시)에는 상부노즐에 헬륨을 공급하여 퍼징하고, 상기 정상 주조속도 시에는 상부노즐에 아르곤을 공급하여 퍼징한다. 이러한 구성에 의하면, 퍼징가스가 용강 내부로 들어가 응고층에 포착되어 발생하는 핀홀성 결함을 저감하고, 용강이 공기에 의해 재산화되어 오염되는 것을 방지하여 고품질의 주조제품을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

Description

턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법{Method for purging of a upper nozzle for tundish}

본 발명은 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퍼징가스가 용강 내부로 들어가 응고층에 포착되어 발생하는 핀홀성 결함을 저감하는 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 레들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속 주조기용 몰드로 공급하여 일정한 형상의 주편 즉, 압연용 반제품을 생산하는 설비이다.

상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 레들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 임의의 형상을 가지는 주물으로 형성하는 연속 주조기용 몰드와, 상기 연속 주조기용 몰드에 연결되어 연속 주조기용 몰드에서 형성된 주물을 이동시키면서 냉각하고, 압하하는 냉각장치를 포함한다.

본 발명은 턴디쉬용 상부노즐을 통해 퍼징가스가 용강 내부로 들어가 응고층에 포착되어 발생하는 핀홀성 결함을 저감하는 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징장치는, 정상 주조속도 시에 상부노즐에 아르곤을 공급하여 퍼징하는 아르곤 공급라인과, 상기 정상 주조속도보다 낮은 비정상 주조속도 시에 상부노즐에 헬륨을 공급하여 퍼징하는 헬륨 공급라인과, 주조속도에 따라 상부노즐에 공급되는 아르곤 및 헬륨의 양을 제어하도록 상기 아르곤 공급라인과 헬륨 공급라인에 설치된 제어밸브수단을 포함한다.

상기 제어밸브수단은, 상기 아르곤 공급라인에 설치된 아르곤 제어밸브와 상기 헬륨 공급라인에 설치된 헬륨 제어밸브로 이루어지거나, 상기 아르곤 공급라인과 헬륨 공급라인의 연결부에 설치된 3방향 제어밸브로 되어 있다.

본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법은, 정상 주조속도보다 낮은 비정상 주조속도 시(주조 초기시)에는 상부노즐에 헬륨을 공급하여 퍼징하고, 상기 정상 주조속도 시에는 상부노즐에 아르곤을 공급하여 퍼징하는 것을 특징으로 한다.

이때, 정상 주조속도 중에 조업 이상으로 주조속도가 느려져 정상 주조속도의 90% 이하로 될 경우에는 아르곤 가스 대신 헬륨을 상부노즐에 공급하여 퍼징한다.

헬륨의 공급량은 아르곤 공급량의 1/6 ~ 1/3으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법에 의하면, 퍼징가스가 용강 내부로 들어가 응고층에 포착되어 발생하는 핀홀성 결함을 저감하고, 용강이 공기에 의해 재산화되어 오염되는 것을 방지하여 고품질의 주조제품을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

도1은 본 발명이 적용되는 연속주조설비를 나타내는 개략도,
도2는 도1의 턴디쉬용 상부노즐을 나타내는 사시도,
도3은 본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징장치의 일 예를 나타내는 구성도,
도4는 본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징장치의 다른 예를 나타내는 구성도,
도5의 (a) 및 (b)는 본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법의 실시예를 설명하는 그래프,
도6의 (a) 및 (b)는 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법의 비교예를 설명하는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 발명이 적용되는 연속주조설비를 나타내는 개략도이다.

도시한 바와 같이, 강슬래브(Slab;9)를 연속 생산하기 위하여, 레들(1)에 수용된 용강(2)은 레들 하부노즐(4)을 통하여 턴디쉬(3)로 주입되고, 턴디쉬(3)로 주입된 용강(2)은 다시 턴디쉬(3)의 하부면에 형성된 상부노즐(Upper Nozzle ; 5) 및 슬라이딩 게이트(Sliding Gate : 6), 침지노즐(SEN-Submerged Entry Nozzle ; 7)을 통하여 주형(8)으로 주입된다.

상기 주입되는 용강(2)은 주형(8) 내에서 일정한 레벨을 유지하며, 주편 인출속도에 따라 인출된다.

상기 상부노즐(5)은 상기 턴디쉬(3)에 바닥면과 관통되어 고정되고, 상기 상부노즐(5)의 직하부에 접촉하여 용강(2)의 흐름을 조절하는 슬라이딩 게이트(6)가 설치되며, 이 하부에 접촉하여 주형(8)으로 용강(2)을 주입하는 침지노즐(7)이 설치되어 있다.

상기 턴디쉬(3) 본체와 상부노즐(5) 및 침지노즐(7)은 여러개의 내화물 판들이 기계적으로 결합되어 있는 상태이다. 이러한 내화물 판의 열팽창이나 크랙, 혹은 제조편차에 의해 판 사이에 간격이 벌어지게 되면 그 사이로 공기가 흡입될 수 있는 가능성이 상존한다.

공기가 용강에 침투되면 용강이 재산화되어 개재물을 생성하게 되므로, 고품질의 주조제품을 생산하기 어렵게 되므로 본 발명에서는 상기 상부노즐(5)에 아르곤과 헬륨을 선택적으로 공급하여 용강에 공기가 흡입되지 않게 퍼징한다.

도2는 본 발명이 적용된 상기 상부노즐(5)을 나타내는 사시도이고, 도3은 본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징장치의 일 예를 나타내는 구성도이다.

도시한 바와 같이, 상부노즐(5)은 관부(5a)와 하부 베이스(5b)로 이루어져 있으며, 가스(불활성가스)가 상부노즐 내부로 주입되도록 상기 하부 베이스(5b)에는 가스 주입구(5c)가 형성되어 있다. 상기 하부 베이스(5b)는 별도의 베이스판(5d)에 고정되어 있다.

상부노즐의 퍼징장치(10)는 정상 주조속도 시에 상부노즐(5)에 아르곤을 공급하여 퍼징하는 아르곤 공급라인(11)과, 비정상 주조속도 시에 상부노즐에 헬륨을 공급하여 퍼징하는 헬륨 공급라인(12)과, 주조속도에 따라 상부노즐(5)에 공급되는 아르곤 및 헬륨의 양을 제어하도록 상기 아르곤 공급라인(11)과 헬륨 공급라인(12)에 설치된 제어밸브수단(13)과, 상기 아르곤 공급라인(11)을 통해 공급되는 아르곤을 저장하는 아르곤 탱크(14)와, 상기 헬륨 공급라인(12)을 통해 공급되는 헬륨을 저장하는 헬륨 탱크(15)를 구비한다.

상기 아르곤 공급라인(11)은 상기 아르콘 탱크(14)에서 상기 가스주입구(5c)에 이르는 배관라인으로 되어 있고, 상기 헬륨 공급라인(12)은 상기 아르곤 공급라인(11)의 중간에서 분기되어 상기 헬륨 탱크(15)에 이르는 배관라인으로 되어 있다.

상기 제어밸브수단(13)은 상기 아르곤 공급라인(11)에 설치된 아르곤 제어밸브(13a)와 상기 헬륨 공급라인(12)에 설치된 헬륨 제어밸브(13b)로 되어 있는데, 상기 아르곤 제어밸브(13a)는 상기 헬륨 제어라인(12)의 연결부(분기점)와 상기 아르곤 탱크(14) 사이에 설치되어 있다.

상기 제어밸브수단(13)의 아르곤 제어밸브(13a) 및 헬륨 제어밸브(13b)는 도시하지 않은 제어수단에 연결되어 제어된다.

도4는 본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징장치의 다른 예를 나타내는 구성도이다. 도4의 실시예에서는 제어밸브수단(23)이 아르곤 공급라인(21)과 헬륨 공급라인(22)의 연결부(분기점)에 설치된 3방향 제어밸브로 되어 있다. 나머지 구성은 도2의 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

도5는 본 발명에 의한 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법의 실시예를 설명하는 그래프로서, 도5의 (a)는 주조시간에 따른 주조속도를 나타내고, 도5의 (b)는 주조시간에 따른 가스유량을 나타낸다.

그래프에서 A구간은 비정상 주조속도(V1)의 구간이고, B구간은 정상 주조속도(V2)의 구간을 나타낸다. 정상 주조속도(V2)는 용강의 종류와 탕면 레벨 등 다양한 인자에 의해 정해지는 목표값이다.

상기 정상 주조속도(V2)는 목표값인 일정한 수준으로 유지될 때의 속도이고, 상기 비정상 주조속도(V1)는 정상 주조속도(V2)에 도달할 때까지의 속도(주조 초기)나 정상 주조속도(V2)에서 떨어지는 속도를 나타낸다.

도시한 바와 같이 주조 초기에 정상 주조속도(V2) 보다 낮은 비정상 주조속도(V1)의 구간(주조 초기에서는 2~5분)에서는 상부노즐에 헬륨을 0.3~0.5 ℓ/min의 유량으로 공급하여 퍼징하고, 정상 주조속도(V2)의 구간에서는 상부노즐에 아르곤을 약 3 ℓ/min의 유량으로 공급하여 퍼징한다.

즉, 주조 초기에 주조 속도가 목표 속도(정상 주조속도)에 이르지 못한 경우에는 헬륨가스를 상부노즐에 공급하다가, 주조 속도가 목표 속도(정상 주조속도)에 도달하여 일정하게 유지되는 시점에서는 아르곤가스를 상부노즐에 공급하여 퍼징한다.

이때, 정상 주조속도 중에 조업 이상으로 주조속도가 느려져 정상 주조속도의 90% 이하로 될 경우에는 아르곤 대신 헬륨을 다시 상부노즐에 공급하여 퍼징한다.

표 1은 본 발명에 사용되는 헬륨(He)과 아르곤(Ar)의 물성을 나타낸다.

구분	원자번호	화학계열	원자량	밀도 (0℃, 1atm 기준)
헬륨(He)	2	비활성기체 (불활성가스)	4.0 g/mol	0.1786 g/L
아르곤(Ar)	18	비활성기체 (불활성가스)	39.9 g/mol	1.784 g/L

가스의 확산속도는 분자량의 제곱에 반비례하고, 아르곤과 헬륨 모두 단원자 분자로 존재하기 때문에 헬륨의 확산속도는 아르곤의 확산 속도에 비해 약 3.2배 빠르게 된다. 헬륨 가스가 아르곤 가스에 비해 용강 내에서 확산속도가 더 빠르기 때문에 상대적으로 용강에 체류하는 시간이 짧고, 따라서 저속으로 주조를 하더라도 응고 층에 포착될 기회가 적어지므로, 본 발명에 의하면 주조 초기나 기타 조업 변동에 따른 저속 주조시에 주편에 발생하는 기포성 핀홀 결함이 저감된다.

헬륨가스는 밀도가 상대적으로 작기 때문에 공업용으로 사용하기 위해서는 대용량의 저장 용기가 필요하게 되므로, 본 발명에서와 주조속도가 느린 경우에만 헬륨가스를 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다.

헬륨가스의 공급량은 아르곤 가스 공급량의 1/6 ~ 1/3로 하는 것이 바람직하다. 1/6 미만이면 퍼징 효과가 약하고 1/3을 초과하면 헬륨 가스의 확산 속도가 빠르므로 용강 탕면에 기포가 많이 발생하여 끓음 현상이 생기게 된다.

도6는 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법의 비교예를 설명하는 그래프로서, 도6의 (a)는 주조시간에 따른 주조속도를 나타내고, 도6의 (b)는 주조시간에 따른 가스유량을 나타낸다.

도시한 바와 같이 비교예에서, 주조 초기에 정상 주조속도(V2) 보다 낮은 비정상 주조속도(V1)의 구간(주조 초기에서는 2~5분)의 초기 절반 동안 상부노즐에 아르곤을 1 ℓ/min의 유량으로 공급하여 퍼징하고, 그 이후에서 상부노즐에 아르곤을 약 3 ℓ/min의 유량으로 공급하여 퍼징한다. 따라서, 비교예에서는 주조 초기에 아르곤이 용강 중에 혼입되어 응고층에 아르곤 기포가 포착되어 결함으로 잔류될 가능성이 높아진다.

한편 도6의 비교예에서 아르곤 대신에 질소를 공급하는 경우에, 질소는 용강중에 용해도가 상대적으로 높으므로, 강종에 따라 질소가 많이 함유되면 강의 기계적 강도가 크게 변화하여 규격을 맞출 수 없거나 AlN 등의 석출물 생성을 조장하여 주편 표면에 균열을 발생시킬 가능성도 높아지며, 주조속도가 낮은 주조 초기 등에 용강 중에 혼입되는 경향이 특히 높아진다. 따라서, 주조 초기에 생산되는 주편에서는 표면에 기포가 잔류되는 핀홀성 결함이 많이 나타난다.

이러한 비교예와는 달리 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 설명한 바와 같이 주조 속도가 낮은 경우에 헬륨을 사용하고 정상 주조속도에는 아르곤을 사용함으로써 설비 비용을 줄이면서 퍼징가스가 용강 내부로 들어가 응고층에 포착되어 발생하는 핀홀성 결함을 저감하고, 용강이 공기에 의해 재산화되어 오염되는 것을 방지하여 고품질의 주조제품을 얻을 수 있다는 효과가 있다.

5 : 상부노즐 10 : 퍼징장치
11, 21 : 아르곤 공급라인 12, 22 : 헬륨 공급라인
13, 23 : 제어밸브수단 V1 : 비정상 주조속도
V2 : 정상 주조속도

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
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5. 주조 초기에, 정상 주조속도보다 낮은 비정상 주조속도 시에는 상부노즐에 헬륨을 공급하여 퍼징하고,
   상기 정상 주조속도 시에는 상부노즐에 아르곤을 공급하여 퍼징하며,
   상기 정상 주조속도 중에 조업 이상으로 주조속도가 느려져 정상 주조속도의 90% 이하로 될 경우에는 아르곤 가스 대신 헬륨을 상부노즐에 공급하여 퍼징하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법.
6. 주조 초기에, 정상 주조속도보다 낮은 비정상 주조속도 시에는 상부노즐에 헬륨을 공급하여 퍼징하고,
   상기 정상 주조속도 시에는 상부노즐에 아르곤을 공급하여 퍼징하며,
   상기 헬륨의 공급량은 아르곤 공급량의 1/6 ~ 1/3으로 하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 상부노즐의 퍼징방법.

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