KR101400039B1

KR101400039B1 - 냉각장치

Info

Publication number: KR101400039B1
Application number: KR1020120032973A
Authority: KR
Inventors: 유대경
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2014-05-27
Also published as: KR20130110760A

Abstract

본 발명은 핀치롤과 절단기 사이에 배치되어 응고가 완료된 반제품을 집중적으로 냉각시켜 반제품의 결정입자의 크기를 작게하여, 반제품의 강도를 증대시킬 수 있게 하는 냉각장치에 관한 것으로, 핀치롤과 절단기 사이에 배치되고, 내측에는 복수의 냉각수분사노즐 및 에어분사노즐이 장착된 제 1, 제 2 하부 냉각대를 가지는 하부 냉각부; 하부 냉각부와 마주보도록 하부 냉각부의 상부에 이격 배치되고, 내측에는 복수의 냉각수분사노즐 및 에어분사노즐이 장착된 제 1, 제 2 상부 냉각대를 가지는 상부 냉각부; 및 하부 냉각부 및 상부 냉각부에 냉각유체를 공급하여 하부 냉각부와 상부 냉각부 사이를 지나는 반제품을 냉각시키는 냉각유체공급부;를 포함한다.

Description

냉각장치{COOLING APPARATUS}

본 발명은 연속주조기를 통해 생산되어 나오는 반제품의 강도를 높이기 위한 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속 주조 조업은 액체상태의 철이 고체가 되는 공정으로, 아직 액체 상태인 용강은 몰드(Mold)에 주입되고, 연속 주조기를 통과하면서 냉각 응고되어 연속적으로 슬라브(Slab), 블룸(Bloom), 빌릿(Billet) 등의 반제품으로 만들어진다.

즉, 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품으로 형성되며, 반제품은 몰드 내에서 1차 냉각된 후 냉각수가 분사되는 냉각대를 따라 이동하면서 2차 냉각된다.

관련 선행기술로는 한국공개실용신안 제 2009-0005733 호(공개일자 : 2009. 06. 11, 명칭 : 연속 주조기용 냉각장치)가 있다.

본 발명은 핀치롤과 절단기 사이에 배치되어 응고가 완료된 반제품을 집중적으로 냉각시켜 반제품의 결정입자(grain size)의 크기를 작게하여, 반제품의 강도를 증대시킬 수 있게 하는 냉각장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 냉각장치는, 핀치롤과 절단기 사이에 배치되고, 내측에는 복수의 냉각수분사노즐 및 에어분사노즐이 장착된 제 1, 제 2 하부 냉각대를 가지는 하부 냉각부; 하부 냉각부와 마주보도록 하부 냉각부의 상부에 이격 배치되고, 내측에는 복수의 냉각수분사노즐 및 에어분사노즐이 장착된 제 1, 제 2 상부 냉각대를 가지는 상부 냉각부; 및 하부 냉각부 및 상부 냉각부에 냉각유체를 공급하여 하부 냉각부와 상부 냉각부 사이를 지나는 반제품을 냉각시키는 냉각유체공급부;를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제 1, 제 2 하부 냉각대, 및 제 1, 제 2 상부 냉각대는 진행하는 반제품에 간섭되지 않게 반제품을 감싸도록 형성될 수 있다.

냉각유체공급부는, 제 1, 제 2 하부 냉각대와 제 1, 제 2 상부 냉각대의 외측에 각각 배치되어 인접한 냉각대의 에어분사노즐과 연결되는 에어매니폴드; 및 제 1, 제 2 하부 냉각대와 제 1, 제 2 상부 냉각대의 외측에 각각 배치되어 인접한 냉각대의 냉각수분사노즐과 연결되는 냉각수매니폴드;를 포함할 수 있다.

본 발명의 냉각장치는 높이조절부;를 더 포함하며, 높이조절부는, 각각의 제 1, 제 2 하부 냉각대의 수직한 외측면 상에 장착되는 높이조절실린더; 및 제 1, 제 2 상부 냉각대의 수직한 외측면 상에서 돌출되며, 높이조절실린더에서 신장 및 수축되는 실린더로드의 연장단이 연결되는 브라켓;을 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 냉각장치는, 연속 주조 설비의 핀치롤과 절단기 사이에 배치되어 반제품을 집중적으로 냉각함으로써, 반제품의 내부 조직의 강도를 증대시킬 수 있게 하는 이점이 있다.

또한 본 발명의 냉각장치는 생산되는 제품을 감쌀 수 있게 형성됨과 아울러 높이의 조절이 가능하게 구성됨으로써, 생산되는 반제품의 형상 및 높이에 제한 없이 반제품의 전체 면을 집중적으로 냉각시킬 수 있어 반제품의 품질을 개선할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 관련된 연속주조기를 개략적으로 보인 도면이며,
도 2는 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 냉각장치의 배치상태를 나타낸 도면이며,
도 4는 도 3에 도시된 냉각장치의 사시도이며, 그리고
도 5는 도 3에 도시된 높이조절부의 작동상태를 보인 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 관련된 연속주조기를 개략적으로 보인 도면으로써, 연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(剛塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸, 빌릿과 같은 중간소재를 제조하는데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형, 수직굴곡형, 수직축차굴곡형, 만곡형, 수평형 등으로 분류되며, 도 1 및 도 2에서는 만곡형 연속주조기가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20), 주형(30), 2차 냉각대(60, 65), 핀치롤(70), 및 절단기(90)를 포함한다.

턴디쉬(Tundish; 20)는 래들(Ladle; 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold; 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되며, 교대로 용강(M)을 받아서 턴디쉬(20)에 공급한다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류, 주조 속도 등에 의해 달라진다.

주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물의 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell; 81, 도 2참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 형성하는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

주형(30)은 용강이 주형(30)의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation; 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)를 사용한다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화, 질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60, 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강(M)을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강(M)은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 2차 냉각대(60, 65)에 의해 이루어진다.

핀치롤(70)은 인발장치(引拔裝置)로서, 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강(M)의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강(M)이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

하기에는 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명한다.

도 2를 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드 노즐(Shroud nozzle; 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화, 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강(M)에 잠기도록 연장된다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle; 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스토퍼(stopper; 21)에 의해 결정된다. 구체적으로 스토퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동 가능하게 배치된다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스토퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70; 도 1참조)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일 지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브, 블룸, 빌릿 등과 같은 반제품(P)으로 나눠진다.

그러나 전술한 바와 같이 생산되어 나오는 슬라브, 블룸, 빌릿 등과 같은 반제품(P)은 내부의 결정입자가 비교적 크기 때문에 강도가 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 연속 주조 조업 중 반제품(P)의 강도를 높일 수 있는 장치의 개발이 요구되는 실정이다.

따라서, 본 발명은 연속 주조 조업 중 생산되어 나오는 반제품(P)을 집중적으로 냉각시켜 반제품(P)의 결정입자(grain size)의 크기를 작게하여, 반제품(P)의 강도를 증대시킬 수 있게 하는 냉각장치를 제공하려는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉각장치의 배치상태를 나타낸 도면으로서, 본 발명에 따른 냉각장치(100)는 연속주조기에서 생산되는 반제품(P)의 진행에 간섭되지 않게 연속주조기의 핀치롤(70)과 절단기(90) 사이에 배치된다.

본 발명에 따른 냉각장치(100)는 반제품(P)의 진행방향을 따라 연장되는 하부 냉각부(110)와, 하부 냉각부(110)의 상부에 이격됨과 아울러 하부 냉각부(110)와 마주보게 배치되는 상부 냉각부(120), 및 하부 냉각부(110)와 상부 냉각부(120)에 냉각유체를 공급하는 냉각유체공급부(130)를 포함한다.

먼저, 하부 냉각부(110)는 서로 이격 배치되면서 대칭된 형상을 가지는 제 1, 제 2 하부 냉각대(112a, 112b)를 포함하며, 마찬가지로 상부 냉각부(120)는 서로 이격 배치되면서 대칭된 형상을 가지는 제 1, 제 2 상부 냉각대(122a, 122b)를 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 하부 냉각대(112a)는 대략 "┗"자 형상의 단면을 가지며, 제 2 하부 냉각대(112b)는 제 1 하부 냉각대(112a)에 대응하는 대략 "┛"자 형상의 단면을 가진다. 그리고 제 1 상부 냉각대(122a)는 대략 "┏"자 형상의 단면을 가지며, 제 2 상부 냉각대(122b)는 제 1 상부 냉각대(122a)에 대응하는 대략 "┓"자 형상의 단면을 가진다.

즉, 제1, 제 2 하부 냉각대(112a, 112b)는 제1, 제 2 하부 냉각대(112a, 112b) 사이를 수직하게 지나는 가상이 선을 기준으로 거울과 같이 대칭을 이룬다. 마찬가지로 제 1, 제 2 상부 냉각대(122a, 122b)는 제1, 제 2 상부 냉각대(122a, 122b) 사이를 수직하게 지나는 가상이 선을 기준으로 거울과 같이 대칭을 이룬다.

이와 같이 형성된 하부 냉각부(110) 및 상부 냉각부(120) 사이로는 응고가 완료된 반제품(P)이 진행하게 된다. 즉 하부 냉각부(110) 및 상부 냉각부(120)는 진행하는 반제품(P)을 감싸는 형상을 이룬다.

그리고 제 1, 제 2 하부 냉각대(112a, 112b) 및 제 1, 제 2 상부 냉각대(122a, 122b)의 내측면 상에는 진행하는 반제품(P)을 집중적으로 냉각시킬 수 있도록 복수의 냉각수분사노즐(114, 124)이 장착되며, 각각의 냉각수분사노즐(114, 124)에 인접하게는 에어분사노즐(116, 126)이 장착된다.

바람직하게는, 하부 냉각부(110)의 제 1, 제 2 하부 냉각대(112a, 112b)는 지면에 고착 설치된 서브프레임(도시되지 않음)에 장착된다.

한편, 냉각유체공급부(130)는 제 1, 제 2 하부 냉각대(112a, 112b)와 제 1, 제 2 상부 냉각대(122a, 122b)의 외측에 각각 배치되는 에어매니폴드(132), 및 냉각수매니폴드(134)를 포함한다.

이러한 각각의 에어매니폴드(132)는 인접한 냉각대(112a, 112b, 122a, 122b)에 장착된 에어분사노즐(116, 126)과 연결되며, 마찬가지로 각각의 냉각수매니폴드(134)는 인접한 냉각대(112a, 112b, 122a, 122b)에 장착된 냉각수분사노즐(114, 124)과 연결된다. 누구나 알 수 있듯이, 각각의 에어매니폴드(132)는 에어공급라인(136)을 통해 외부로부터 에어가 공급되고, 에어매니폴드(132)로 공급된 에어는 에어분사노즐(116, 126)을 통해 분사된다. 또한 각각의 냉각수매니폴드(134)는 냉각수공급라인(138)을 통해 외부로부터 냉각수가 공급되고, 냉각수매니폴드(134)로 공급된 냉각수는 냉각수분사노즐(114, 124)을 통해 분사된다.

이와 같이 형성된 냉각장치(100)는 하부 냉각부(110) 및 상부 냉각부(120)에 통과하는 반제품(P)의 형상에 관계없이 반제품(P)의 전체 면을 집중적으로 냉각시킨다. 그리고 에어분사노즐(116, 126)에서 분사되는 에어는 냉각수분사노즐(114, 124)을 통해 분사되는 냉각수가 비산되게 한다.

한편, 본 발명에 따른 냉각장치(100)는 냉각되는 반제품(P)의 높이에 대응할 수 있도록 상부 냉각부(120)의 높이를 조절하는 높이조절부(140)를 더 포함한다.

높이조절부(140)는 각각의 제 1, 제 2 하부 냉각대(112a, 112b)의 수직한 외측면 상에 장착되는 높이조절실린더(142)를 포함한다. 이때, 높이조절실린더(142)에서 신장 및 수축되는 실린더로드(144)는 각각의 제 1, 제 2 상부 냉각대(122a, 122b)의 수직한 외측면 상으로 연장되며, 제 1, 제 2 상부 냉각대(122a, 122b)의 수직한 외측면 상에는 실린더로드(144)의 연장단과 연결되는 브라켓(146)이 돌출되게 형성된다.

이와 같이 형성된 본 발명에 따른 냉각장치(100)는 연속 주조기의 핀치롤(70)과 절단기(90) 사이에 배치되어 반제품(P)을 집중적으로 냉각함으로써, 반제품(P)의 내부 조직의 강도를 증대시킬 수 있게 한다.

또한 본 발명의 냉각장치(100)는 생산되는 제품을 감쌀 수 있게 형성됨과 아울러 높이의 조절이 가능하게 구성된 하부 냉각부(110) 및 상부 냉각부(120)를 포함함으로써, 생산되는 반제품(P)의 형상 및 높이에 제한 없이 반제품(P)의 전체 면을 집중적으로 냉각시킬 수 있어 반제품(P)의 품질을 개선할 수 있다.

상기와 같은 냉각장치(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100 : 냉각장치 110 : 하부 냉각부
112a: 제 1 하부 냉각대 112b : 제 2 하부 냉각대
122a : 제 1 상부 냉각대 122b : 제 2 상부 냉각대
114, 124 : 냉각수분사노즐 116, 126 : 에어분사노즐
130 : 냉각유체공급부 132 : 에어매니폴드
134 : 냉각수매니폴드 140 : 높이조절부
142 : 높이조절실린더

Claims

핀치롤과 절단기 사이에 배치되고, 내측에는 복수의 냉각수분사노즐 및 에어분사노즐이 장착된 제 1, 제 2 하부 냉각대를 가지는 하부 냉각부;
상기 하부 냉각부와 마주보도록 상기 하부 냉각부의 상부에 이격 배치되고, 내측에는 복수의 냉각수분사노즐 및 에어분사노즐이 장착된 제 1, 제 2 상부 냉각대를 가지는 상부 냉각부; 및
상기 하부 냉각부 및 상기 상부 냉각부에 냉각유체를 공급하여 상기 하부 냉각부와 상기 상부 냉각부 사이를 지나는 반제품을 냉각시키는 냉각유체공급부;을 포함하는 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1, 제 2 하부 냉각대, 및 상기 제 1, 제 2 상부 냉각대는 진행하는 상기 반제품에 간섭되지 않게 상기 반제품을 감싸도록 형성되는 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각유체공급부는,
상기 제 1, 제 2 하부 냉각대와 상기 제 1, 제 2 상부 냉각대의 외측에 각각 배치되어 인접한 냉각대의 에어분사노즐과 연결되는 에어매니폴드; 및
상기 제 1, 제 2 하부 냉각대와 상기 제 1, 제 2 상부 냉각대의 외측에 각각 배치되어 인접한 냉각대의 냉각수분사노즐과 연결되는 냉각수매니폴드;를 포함하는 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
높이조절부;를 더 포함하며,
높이조절부는,
각각의 상기 제 1, 제 2 하부 냉각대의 수직한 외측면 상에 장착되는 높이조절실린더; 및
상기 제 1, 제 2 상부 냉각대의 수직한 외측면 상에서 돌출되며, 상기 높이조절실린더에서 신장 및 수축되는 실린더로드의 연장단이 연결되는 브라켓;을 포함하는 냉각장치.