KR20020050884A - 용강균일장입장치 및 연속주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강을 모울드 등에 공급하는 용강공급장치 및 연속주조장치에 관한 것으로써, 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 용강공급장치의 슬라이드게이트 직하부에 추가로 설치되므로써 모울드 내로 편류화되지 않은 균일한 용강의 공급을 가능하게 하여 제품 품질의 향상 및 주속 증가에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있는 용강균일공급장치 및 이를 구비한 연속주조장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 슬라이드게이트를 포함하여 구성되는 용강공급장치에 있어서, 그 상단은 상기 슬라이드게이트의 하부부재에 연결되고, 그 하단은 상기 하부노즐에 연결되고 그리고 상기 슬라이드게이트의 용강관통홀을 통해 하부노즐로 공급되는 용강을 수용하기 위한 용강수용홀을 갖는 챔버와 다수개의 용강공급호울을 구비하여 상기 용강수용홀의 하부에 위치되어 용강의 흐름을 완충시키는 배풀(baffle)을 포함하여 구성되는 용강균일공급장치 및 이를 추가로 구비한 연속주조장치를 그 요지로 한다.

Description

용강균일장입장치 및 연속주조장치{A Device For Supplying Molten Steel Uniformly And A Continuous Caster}

본 발명은 용강을 모울드 등에 공급하는 용강공급장치 및 연소주조장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 용강공급장치의 슬라이드게이트 직하부에 추가로 설치되므로써 모울드 내로 편류화되지 않은 균일한 용강의 공급을 가능하게 하는 용강균일공급장치 및 이를 구비한 연속주조장치에 관한 것이다.

연속주조방법에서는 통상적으로 도 1에 나타난 바와 같이 모울드(7)내로 고온의 용강(2)을 공급해주기 위한 방법으로 턴디쉬(1)에 연결된 상부노즐(3)과 이 상부노즐에 연결된 하부노즐(5)을 사용하고 있다.

상기 하부노즐의 토출구(6) 부분은 모울드(7) 내 용강(2)에 침지되어 있고 상부노즐과 하부노즐을 연결시켜 주기 위해 슬라이드게이트(4)를 이용하고 있다.

상기 슬라이드게이트(4)는 정상주조 동안 상부노즐(3) 내경(d₀)을 중심으로 원주 방향으로 비대칭적으로 위치하고 있기 때문에 모울드(7) 내로 용강이 공급될 때 편류 발생 및 슬라이드게이트 상하 부근에서 순환하는 정체지역의 발생으로 인해 노즐 막힘이 발생하기 쉽게 된다.

도 1에서 미설명부호 8은 응고셀을 나타내고, 9는 용강주공급방향을 나타낸다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 기술로는 미국특허 제5,603,859호 및 미국특허 제5,083,689호를 들 수 있다.

상기 미국특허 제5,603,859호의 경우에는 상부노즐의 윗면을 막고 측면에 원주 방향으로 균일한 간격으로 용강 공급 호울을 뚫은 다음 이 호울과 동심원을 갖는 용강 공급/중단의 기능을 할 수 있는 덮개 내화물을 추가로 장착하여 이 호울을 통해 고온의 용강을 공급시켜 줌으로써 용강의 편류 및 기존 연주에서 사용되는 스토퍼(stopper), 슬라이드케이트의 문제점을 극복하고자 하였다.

그러나, 상기 미국특허 제5,603,859호의 경우에는 주조 시작과 끝 시점에 용강 공급/중단을 시키기 위한 부수적인 추가설비가 요구된다는 문제점이 있다.

한편, 미국특허 제5,083,689호의 경우에는 기존 연속주조용 상부노즐(3) 측면에 용강 공급용 호울을 가공한 다음, 상부노즐 직상부에 덮개 노즐을 설치하고, 이 덮개 노즐 측면에도 상부노즐 측면과 유사한 형상의 호울을 가공하여 덮개 노즐이 회전하여 두 호울이 동심원을 이루면 용강이 이 호울을 통해 빠져나가 모울드로 공급되도록 하고 있다.

상기 덮개는 외부에서 턴디쉬로 침지된 회전/상하 운동이 가능하도록 제작된 조절 장치에 연결되어 있다.

이 방법에 의하면 용강이 공기와의 재 접촉에 의한 재산화 발생, 편류의 발생이 문제시되는 슬라이드케이트의 단점을 어느정도 극복할 수 있다,

그러나, 상기 미국특허 제5,083,689호의 경우에는 덮개가 용강에 침지되는 관계로 덮개의 파손 및 마모에 의한 용강 조절 능력의 상실이 발생할 경우 조업 안정성 및 생산성에 큰 차질을 가져올 수 있는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 용강공급장치의 슬라이드게이트 직하부에 추가로 설치되므로써 모울드 내로 편류화되지 않은 균일한 용강의 공급을 가능하게 하여 제품 품질의 향상 및 주속 증가에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있는 용강균일공급장치 및 이를 구비한 연속주조장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 통상적인 연속주조장치의 개략도

도 2는 슬라이드게이트 부근의 용강 유동분포도

도 3은 노즐 토출구 부근의 용강 유동 분포도

도 4는 본 발명에 부합되는 용강균일공급장치의 일례를 나타내는 정단면도

도 5는 도 4의 A-A의 상세 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3 . . . 상부노즐 4 . . . 슬라이드게이트 5 . . . 하부노즐

6 . . . 노즐토출구 10 . . . 용강균일공급장치 11 . . . 챔버

12 . . . 배풀 111 . . . 용강수용홀 121 . . . 용강공급호울

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 그 상단이 턴디쉬에 연결되어 있는 상부노즐; 그 하단이 모울드에 연결되어 있는 하부노즐; 및 용강의 유로를 제공하는 용강관통홀을 각각 구비하고 있는 상부부재 및 하부부재로 이루어지고, 상기 상부부재 및 상기 하부부재는 각각 상기 상부노즐의 하단 및 상기 하부노즐의 상단에 고정되고, 그리고 상기 하부부재의 상면은 상기 상부부재의 저면에 대하여 밀착 슬라이딩 가능하도록 되어 상기 하부부재의 슬라이딩에 의해 용강의 유로를 조절하여 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 슬라이드게이트를 포함하여 구성되는 용강공급장치에 있어서, 그 상단은 상기 슬라이드게이트의 하부부재에 연결되고, 그 하단은 상기 하부노즐에 연결되고 그리고 상기 슬라이드게이트의 용강관통홀을 통해 하부노즐로 공급되는 용강을 수용하기 위한 용강수용홀을 갖는 챔버와 다수개의 용강공급호울을 구비하여 상기 용강수용홀의 하부에 위치되어 용강의 흐름을 완충시키는 배풀(baffle)을 포함하여 구성되는 용강균일공급장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 턴디쉬; 모울드; 그 상단이 턴디쉬에 연결되어 있는 상부노즐; 그 하단이 모울드에 연결되어 있는 하부노즐; 및 용강의 유로를 제공하는 용강관통홀을 각각 구비하고 있는 상부부재 및 하부부재로 이루어지고, 상기 상부부재 및 상기 하부부재는 각각 상기 상부노즐의 하단 및 상기 하부노즐의 상단에 고정되고, 그리고 상기 하부부재의 상면은 상기 상부부재의 저면에 대하여 밀착슬라이딩가능하도록 되어 상기 하부부재의 슬라이딩에 의해 용강의 유로를 조절하여 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 슬라이드게이트를 포함하여 구성되는 연속주조장치에 있어서, 그 상단은 상기 슬라이드게이트의 하부부재에 연결되고, 그 하단은 상기 하부노즐에 연결되고 그리고 상기 슬라이드게이트의 용강관통홀을 통해 하부노즐로 공급되는 용강을 수용하기 위한 용강수용홀을 갖는 챔버와 다수개의 용강공급호울을 구비하여 상기 용강수용홀의 하부에 위치되어 용강의 흐름을 완충시키는 배풀(baffle)을 포함하여 구성되는 용강균일공급장치를 추가로 구비하는 연속주조장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

연속주조에 의하여 슬라브를 제조하는 경우에는 도 1에 나타난 바와 같이, 턴디쉬(1)에 연결된 상부노즐(3)과 이 상부노즐에 연결된 하부노즐(5)을 이용하여 용강(2)의 공급이 이루어지고, 하부노즐의 토출구(6) 부분은 모울드(7)내 용강에 침지되어 있고 상부노즐과 하부노즐을 연결시켜 주기 위해서는 슬라이드게이트(4)를 이용하고 있으며 슬라이드게이트(4)는 정상주조 동안 상부노즐 내경(d₀) 중심을 기준으로 원주 방향으로 비대칭적으로 위치하고 있다. 보통 슬라이드게이트의 개공율은 (d₄/d₀) ×100(%)(여기서, d₄는 슬라이드게이트 이동거리)로 나타내는데 65mm 상부노즐내경(d₀)을 기준으로, 주속 1.3 mpm 일때 개공율은 평균적으로 50∼60 %를 유지한다.

따라서, 주조 동안 슬라이드게이트(4)는 비대칭적으로 위치하고 있으며 이로 인해 하부노즐(5)내 용강이 편류 거동을 나타내게 된다.

개공율이 54.0 % 일 때의 슬라이드게이트 부근의 상부노즐과 하부노즐에서의용강(2)의 흐름 분포 및 하부노즐(5)의 토출구(6) 근처에서의 용강의 흐름 분포에 대한 관찰결과가 각각 도 2 및 도 3에 나타나 있다.

도 2에 나타난 바와 같이, 상부노즐(3) 좌측 구석 및 하부노즐(5) 우측 구석에서 순환류의 정체지역이 발생하고, 슬라이드케이트(4) 존재로 인해 하부노즐(5)에서 용강이 비대칭적으로 흐르는 것을 볼 수 있다. 노즐내에서 순환하는 정체 지역의 발생은 용강내에 분포하는 알루미나등에 의한 노즐 막힘의 원인이 된다.

또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 슬라이드게이트부터 발생된 노즐(5)내 비대칭적 용강 흐름은 최종적으로 노즐토출구(6)에서 모울드(7)내로 용강의 비대칭적 공급 현상을 야기시키게 된다. 이렇게 노즐토출구에서 편류가 발생할 경우 모울드(7)에서 탕면 요동이 심하게 발생하여 주속의 감소에 따른 생산성 저하를 수반할 뿐 아니라 모울드 표면에서 성장하는 응고셀이 모울드 폭방향으로 불균일하게 되어 제품 품질의 저하를 가져오게 된다.

또한, 토출구(6)에서 용강 공급이 양방향으로 균일하지 않기 때문에 토출량이 적은 쪽에서는 고온의 열량 공급이 충분치 못해 모울드(7)내 용강 표면에서 스컬 발생, 모울드 플럭스 윤활 작용의 급격한 감소등을 유발할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로써 도 4를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 용강균일공급장치(10)는 그 상단이 턴디쉬에 연결되어 있는 상부노즐(3), 그 하단이 모울드에 연결되어 있는 하부노즐(5) 및 용강의 유로를 제공하는 용강관통홀(411)(421)을 각각 구비하고 있는 상부부재(41)및 하부부재(42)로 이루어지고, 상기 상부부재(41) 및 상기 하부부재(42)는 각각 상기 상부노즐(3)의 하단 및 상기 하부노즐(5)의 상단에 고정되고, 그리고 상기 하부부재(42)의 상면은 상기 상부부재(41)의 저면에 대하여 밀착슬라이딩가능하도록 되어 상기 하부부재(42)의 슬라이딩에 의해 용강의 유로를 조절하여 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 슬라이드게이트(4)를 포함하여 구성되는 용강공급장치에 적용될 수 있는 것이다.

본 발명의 용강균일공급장치는 그 상단은 상기 슬라이드게이트(4)의 하부부재(42)에 연결되고, 그 하단은 상기 하부노즐(5)에 연결되고 그리고 상기 슬라이드게이트(4)의 용강관통홀(411)(421)을 통해 하부노즐(5)로 공급되는 용강을 수용하기 위한 용강수용홀(111)을 갖는 챔버(11)와 다수개의 용강공급호울(121)을 구비하여 상기 용강수용홀(111)의 하부에 위치되어 용강의 흐름을 완충시키는 배풀(baffle)(12)을 포함하여 구성된다.

상기 챔버(11)는 다양한 구조를 가질 수 있는 도 4에서와 같이 상협하광의 형상를 갖는 상부(112)와 원통형을 갖는 하부(113)를 플랜지결합방식 즉, 플랜지 결합부(13)에 의해 결합되는 구조가 바람직하다.

상기 용강공급호울(121)의 직경(d₃)은 상부노즐내경(d₀)과 하부노즐내경(d₁)을 고려하여 선정되는 것이 바람직하다.

용강이 가장 많이 공급되는 주조 초기 상태에서도 상부노즐(3)의 개공율이 거의 50~60 %를 유지하므로 최소 이에 해당하는 면적이 배풀(12)의 용강공급호울(121) 의 총 면적에도 반영되어야 한다.

즉, 하기 식(1)과 같은 관계가 성립하여야 한다.

상기 식에서, N 은 용강공급호울의 총 갯수를 나타낸다.

또한, 배풀이 위치되는 부분의 용강수용홀의 직경, 즉 배풀의 직경(d₂)도 하부노즐(5)로의 용강의 층류적 공급 및 용강 편류화를 최소화하기 위해서는 하기 식(2)의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

상기 식에서, d₁은 하부노즐내경을 나타낸다.

도 5에는 도 4의 A-A의 상세단면도가 나타나 있다.

도 5에 나타난 바와 같이, 용강공급호울(121)은 하부노즐(5)의 중심을 기준으로 대칭적으로 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 연속주조장치는 도 1에 나타난 바와 같이 턴디쉬(1), 모울드(7), 그 상단이 턴디쉬에 연결되어 있는 상부노즐(3) 그 하단이 모울드(7)에 연결되어 있는 하부노즐(5) 및 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 슬라이드게이트(4)를 포함하여 구성되는 연속주조장치에 상기한 용강균일공급장치를 구비시켜 이루어진 것이다.

즉, 본 발명의 연속주조장치는 그 상단은 상기 슬라이드게이트(4)의 하부부재(42)에 연결되고, 그 하단은 상기 하부노즐(5)에 연결되고 그리고 상기 슬라이드게이트(4)의 용강관통홀(411)(421)을 통해 하부노즐(5)로 공급되는 용강을 수용하기 위한 용강수용홀(111)을 갖는 챔버(11)와 다수개의 용강공급호울(121)을 구비하여 상기 용강수용홀(111)의 하부에 위치되어 용강의 흐름을 완충시키는 배풀(baffle)(12)을 포함하여 구성되는 용강균일공급장치를 통상적인 연속주조장치에 적절히 부가시켜 이루어진 것이다.

상기한 연속주조장치를 이용하여 스래브를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

슬라이드게이트를 통해 편류화된 용강이 일단 용강균일공급장치에 공급되며 용강균일공급장치의 용강수용홀(111)에 구비되어 있는 배풀(12) 윗면에 충돌하게 된다. 용강균일공급장치는 일종의 용강 저장용 탱크 기능을 하기 때문에 여기로 공급되는 용강은 일단 배풀(12)에 의해 용강의 난류성 운동량이 상당히 감소되고 층류화된 용강은 배풀(12)의 용강공급호울(121)을 통해 하부노즐(5)로 공급되게 된다.

이때, 슬라이드게이트(4)를 통과하는 용강이 편류화되어 있더라도 배풀의 용강공급호울(121)을 통과하면서 편류화되지 않은 용강이 하부노즐(5)로 공급되게 된다.

상기에서는 용강을 균일하게 공급하는 장치 및 용강을 연속주조하여 슬래브를 제조하는 연속주조장치에 대하여 기술하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 어떠한 융체공급장치 및 어떠한 융체의 연속주조장치에 대해서도 적용될 수 있음은 물론이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같이, 배풀이 배치되는 챔버부분의 직경(d₂)을 하부노즐 내경(d₁)에 근거하여 변화시켜 편류도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 No.	챔버(배풀의)의 직경(d2)	편류도(%)
발명예 1	1.25 ×d1	9.0
발명예 2	1.50 ×d1	5.0
발명예 3	1.75 ×d1	4.5
발명예 4	2.00 ×d1	4.35

상기 표에서의 편류도는 하기 식(3)과 같이 정의 된다.

편류도(%) = (Out1 - Out2)/{(Out1 + Out2)/2} ×100

상기 식에서 Out1 및 Out2 : 노즐토출구 두곳 각각에서의 용강의 토출량(kg/s)을 나타낸다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 용강균일공급장치를 구비하는 경우에는 적어도 9%정도의 편류도를 나타내고, 더욱이 챔버의 직경(d₂)을 하부노즐 내경(d₁)에 근거하여 적절히 선정하는 경우에는 편류도를 4.35% 까지 낮출 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 용강균일공급장치가 구비되지 않은 경우의 편류도는 계산상으로 약 16% 정도이다

상술한 바와 같이, 본 발명은 용강공급장치의 슬라이드게이트 직하부에 용강균일공급장치를 추가로 설치하여 모울드 내로 편류화되지 않은 균일한 용강을 공급시킴으로서 제품 품질의 향상 및 주속 증가에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 그 상단이 턴디쉬에 연결되어 있는 상부노즐; 그 하단이 모울드에 연결되어 있는 하부노즐; 및 용강의 유로를 제공하는 용강관통홀을 각각 구비하고 있는 상부부재 및 하부부재로 이루어지고, 상기 상부부재 및 상기 하부부재는 각각 상기 상부노즐의 하단 및 상기 하부노즐의 상단에 고정되고, 그리고 상기 하부부재의 상면은 상기 상부부재의 저면에 대하여 밀착슬라이딩가능하도록 되어 상기 하부부재의 슬라이딩에 의해 용강의 유로를 조절하여 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 슬라이드게이트를 포함하여 구성되는 용강공급장치에 있어서, 그 상단은 상기 슬라이드게이트의 하부부재에 연결되고, 그 하단은 상기 하부노즐에 연결되고 그리고 상기 슬라이드게이트의 용강관통홀을 통해 하부노즐로 공급되는 용강을 수용하기 위한 용강수용홀을 갖는 챔버와 다수개의 용강공급호울을 구비하여 상기 용강수용홀의 하부에 위치되어 용강의 흐름을 완충시키는 배풀(baffle)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용강균일공급장치
2. 제1항에 있어서,용강공급호울의 직경(d₃)과 상부노즐의 내경(d₀)은 하기 식 1 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용강균일공급장치

   (수학식 1)

   π(d₃/2)²×N ≥π(d₀/2)²×0.5

   (상기 식에서, N 은 용강공급호울의 총 개수)
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배풀이 위치되는 부분의 용강수용홀의 직경(d₂)과 하부노즐의 내경(d₁)은 하기 식(2)의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용강균일공급장치

   (수학식 2)

   d₂> d₁×1.5
4. 턴디쉬; 모울드; 그 상단이 턴디쉬에 연결되어 있는 상부노즐; 그 하단이 모울드에 연결되어 있는 하부노즐; 및 용강의 유로를 제공하는 용강관통홀을 각각 구비하고 있는 상부부재 및 하부부재로 이루어지고, 상기 상부부재 및 상기 하부부재는 각각 상기 상부노즐의 하단 및 상기 하부노즐의 상단에 고정되고, 그리고 상기 하부부재의 상면은 상기 상부부재의 저면에 대하여 밀착슬라이딩가능하도록 되어 상기 하부부재의 슬라이딩에 의해 용강의 유로를 조절하여 용강의 유량을 제어하도록 구성되는 슬라이드게이트를 포함하여 구성되는 연속주조장치에 있어서, 그 상단은 상기 슬라이드게이트의 하부부재에 연결되고, 그 하단은 상기 하부노즐에 연결되고 그리고 상기 슬라이드게이트의 용강관통홀을 통해 하부노즐로 공급되는 용강을 수용하기 위한 용강수용홀을 갖는 챔버와 다수개의 용강공급호울을 구비하여 상기 용강수용홀의 하부에 위치되어 용강의 흐름을 완충시키는 배풀(baffle)을 포함하여 구성되는 용강균일공급장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 연속주조장치
5. 제4항에 있어서,용강공급호울의 직경(d₃)과 상부노즐의 내경(d₀)은 하기 식 1의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 연속주조장치

   (수학식 1)

   π(d₃/2)²×N ≥π(d₀/2)²×0.5

   (상기 식에서, N 은 용강공급호울의 총 개수)
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 배풀이 위치되는 부분의 용강수용홀의 직경(d₂)과 하부노즐의 내경(d₁)은 하기 식(2)의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 연속주조장치

   (수학식 2)

   d₂> d₁×1.5