KR20120044430A - 연속주조용 슈라우드 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 래들 하단부에 결합되어, 턴디쉬 내부까지 연장되도록 배치되며, 상기 턴디쉬에 수용된 용강에 침지되는 몸체와, 상기 몸체를 관통하여 형성되고, 상기 몸체가 용강에 침지된 부분의 상측에 위치하여, 몸체 내부의 공기를 외부로 배출하는 하나 이상의 감압공을 포함하는, 연속주조용 슈라우드 노즐에 관한것이다.

Description

연속주조용 슈라우드 노즐{SHROUD NOZZLE FOR CONTINUOUS CASTING}

본 발명은 래들에서 턴디쉬로 용강을 출강할 때 이용되는 슈라우드 노즐에 가해지는 공기압을 감소시킬 수 있는 연속주조용 슈라우드 노즐에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(TUNDISH)에 받았다가 연속 주조기용 주형로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하는 설비이다.

상기 연속 주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 주물로 형성하는 연속 주조기용 주형과, 상기 주형에 연결되어 주형에서 형성된 주물을 이동시키는 다수의 핀치롤러를 포함한다.

래들에서 턴디쉬로 출강할 때 통로로서 슈라우드 노즐이 사용된다. 특히 용강의 고청정성이 요구되는 강종을 생산할 때에는 래들에서 턴디쉬로 용강이 이동하는 동안 재산화되는 것을 최소화하고 턴디쉬 슬래그가 유입되는 것을 최소화하여야 한다. 이를 위하여 슈라우드 노즐을 턴디쉬에 수용된 용강에 침지한 상태로 래들을 개공하는 침지형 노즐을 사용하기도 한다.

본 발명의 목적은, 내부의 공기압에 의한 파손이 감소될 수 있는 연속주조용 슈라우드 노즐을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조용 슈라우드 노즐은, 래들 하단부에 결합되어, 턴디쉬 내부까지 연장되도록 배치되며, 상기 턴디쉬에 수용된 용강에 침지되는 몸체와, 상기 몸체를 관통하여 형성되고, 상기 몸체가 용강에 침지된 부분의 상측에 위치하여, 몸체 내부의 공기를 외부로 배출하는 하나 이상의 감압공을 포함할 수 있다.

상기 몸체는 래들에 결합된 상단부보다 턴디쉬에 침지되는 하단부의 직경이 큰 것일 수 있다.

상기 감압공은, 상기 몸체에 대칭되는 위치에 쌍으로 형성될 수 있다.

상기 감압공은, 침적 개공 시 용강 레벨의 상단에 위치하고, 정상 작업 시 용강 레벨의 하단에 위치되도록 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 연속주조용 슈라우드 노즐에 의하면, 내부를 이동하는 용강에 의해 상승된 공기압에 의해 슈라우드 노즐이 파손되는 것을 감소시켜 슈라우드 노즐의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 2의 래들의 용탕을 출강하기 위한 부분의 구성을 개념적으로 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 관련된 연속주조용 슈라우드 노즐을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5 본 발명의 일실시예에 관련된 연속주조용 슈라우드 노즐의 사용상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속주조용 슈라우드 노즐에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30)과, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Laddle, 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold, 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 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 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

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

주형(30)은 용강이 주형의 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 뿜어 칠하는 평지 기름과 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 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 및 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강이 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.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면을 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 용강에 잠기도록 연장한다. 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 침지 노즐(SEN, Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지 노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지 노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지 노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지 노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지 노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지 노즐(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, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 스트랜드(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 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 제품(P)으로 나뉘어진다.

도 3은 도 2의 래들의 용탕을 출강하기 위한 부분의 구성을 개념적으로 도시한 부분 단면도이다.

본 도면을 참조하면, 래들(10)의 저면에는 용강을 출강하기 위한 출강구(10')가 개구 된다. 출강구(10')에는 상노즐(11)이 삽입된다. 상노즐(11)의 하측에는 상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13)가 설치된다. 하부 슬라이드 게이트(13)의 하측에는 하노즐(14)이 설치된다. 하노즐(14)에는 슈라우드 노즐(15)이 체결된다. 상부 및 하부 슬라이드 게이트(12 및 13)는 도면상 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서, 상노즐(11)에서 슈라우드 노즐(15)로 이어지는 용강의 이동 통로를 개폐한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 관련된 연속주조용 슈라우드 노즐을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 관련된 연속주조용 슈라우드 노즐은 몸체(15a)와, 감압공(15b)으로 구성될 수 있다.

몸체(15a)는 길이방향으로 연장형성된 형태의 원통으로서 그 상단부는 래들(10)에 결합되고 하단부는 턴디쉬(20)에 연장된다. 몸체(15a)의 내부는 비어있어 그 공간을 통해 래들(10)에 수용되어 있던 용강(M)이 턴디쉬(20)로 이동되는 통로가 된다. 몸체(15a)는 래들(10)에서 쏟아져 내려오는 용강(M)을 턴디쉬(20)까지 이동시키므로 그 내부에서 용강(M)이 정체될 수 있다. 구체적으로, 몸체(15a)가 상단에서 하단까지 직경이 일정한 경우 래들(10)에서 쏟아져 내려오는 용강(M)의 유입 속도가 몸체(15a) 외부로 빠져나가는 속도보다 클 경우 몸체(15a) 내부에서 정체될 수 있다. 이러한 경우 몸체(15a) 내부에는 용강(M)에 의해 큰 압력을 받게 되고 이로 인하여 몸체(15a)가 폭발하거나 파손되어 용강(M)이 새어나오는 사고가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 몸체(15a)는 하단부가 상단부보다 직경이 큰 형태를 사용할 수 있다. 래들(10)에 결합되어 용강(M)이 유입되는 몸체(15a)의 상단부 직경보다 턴디쉬(20)에 인접한 몸체(15a)의 하단부의 직경을 크게함으로써, 몸체(15a) 내부에서 용강(M)이나 공기의 압력에 의한 폭발을 감소시킬 수 있다.

또한, 몸체(15a)는 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M)에 하단 일부가 침지될 수 있다. 이러한 침지부분(D)은, 도면에 도시한 바와 같이, 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M)의 상단 일부에 담궈질 수 있다. 침지형 몸체(15a)는 용강(M)이 래들(10)에서 턴디쉬(20)까지 이동할 때 산화를 최소화하는 장점이 있다.

감압공(15b)은 몸체(15a)의 하단 일단에 형성되는 것으로, 몸체(15a)를 관통하는 구멍의 형태일 수 있다. 감압공(15b)은 몸체(15a) 내부에 머물러 있던 공기가 상부에서 쏟아져 내려오는 용강(M)에 의하여 가압되면서 몸체(15a) 내부에서 갑작스럽게 이동하거나 폭발하는 등의 문제를 일으키는 것을 방지하기 위한 것이다. 구체적으로, 감압공(15b)은 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M)에 침지된 몸체(15a)의 침지부분(D)의 상측에 위치하는 것일 수 있다. 감압공(15b)은 몸체(15a)의 일단에 하나 이상 형성되는 것일 수 있다. 감압공(15b)은 몸체(15a) 내부의 공기를 단시간에 원활히 배출하기 위하여 몸체(15a)에 대칭되는 위치에 쌍으로 형성되는 것이 바람직하다. 갑압공은 복수 개의 쌍으로 형성될 수 있다. 감압공은 몸체가 턴디쉬에 침적된 상태로 래들을 개공하여 용강을 쏟아 내릴 때는 턴디쉬에 수용된 용강의 레벨의 상단에 위치하는 것이다. 그리고, 정상 작업 시에는 용강 레벨의 하단에 위치되는 것일 수 있다.

도 5 본 발명의 일실시예에 관련된 연속주조용 슈라우드 노즐의 사용상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 래들(10)에서 출강된 용강(M)은 슈라우드 노즐을 통하여 턴디쉬(20)로 이동된다. 구체적으로, 래들(10)의 하단부에 연결된 몸체(15a)의 상단으로 래들(10) 내부의 용강(M)이 쏟아져내려오기 시작한다. 몸체(15a)의 상단부에서 하단으로 용강(M)이 쏟아지면서 몸체(15a)의 내부에 갇혀있던 공기(A)들은 몸체(15a) 하단으로 밀려 내려가게 된다.

이때 하단으로 밀려 내려가던 공기(A)들은 갑압공을 통하여 외부로 배출되고, 몸체(15a) 내부에는 용강(M)만이 흐르게 된다. 공기(A)의 일부는 몸체(15a) 하단부를 통하여 턴디쉬(20)를 통하여 배출될 수도 있다. 몸체(15a)의 하단부를 통하여 나간 용강(M)은 턴디쉬(20)에 차오르게 되고 일정 시간 이후에는 용강(M)에 침지되어 있던 침지부분(D) 이상으로 용강(M)의 레벨이 올라가게 된다. 용강(M)의 레벨은 계속하여 상승하면서 갑압공이 형성된 위치 이상으로 차오르게 된다. 몸체(15a) 내부의 공기(A)가 모두 배출된 상태이므로 갑압공은 용강(M)에 의하여 막힌 상태가 되고 몸체(15a) 내부의 용강(M)은 래들(10)에서 턴디쉬(20)로 계속하여 원활히 배출이 될 수 있다.

상기와 같은 연속주조용 슈라우드 노즐은 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.

10: 래들 11: 상노즐
12: 상부 슬라이드 게이트 13: 하부 슬라이드 게이트
14: 하노즐 15: 슈라우드 노즐
15a: 몸체 15b: 감압공
20: 턴디쉬 25: 침지 노즐
30: 주형 40: 주형 오실레이터
50: 파우더 공급기 60: 지지롤
65: 스프레이 70: 핀치롤
80: 스트랜드 81: 응고쉘
82: 미응고 용강 83: 선단부
85: 응고 완료점 87: 오실레이션 자국
88: 벌징 영역 90: 절단기
91: 절단 지점 D: 침지부분
M: 용강 A: 공기

Claims (4)

1. 래들 하단부에 결합되어, 턴디쉬 내부까지 연장되도록 배치되며, 상기 턴디쉬에 수용된 용강에 침지되는 몸체; 및
   상기 몸체를 관통하여 형성되고, 상기 몸체가 용강에 침지된 부분의 상측에 위치하여, 몸체 내부의 공기를 외부로 배출하는 하나 이상의 감압공을 포함하는, 연속주조용 슈라우드 노즐.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 몸체는 래들에 결합된 상단부보다 턴디쉬에 침지되는 하단부의 직경이 큰, 연속주조용 슈라우드 노즐.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 감압공은,
   상기 몸체에 대칭되는 위치에 쌍으로 형성되는, 연속주조용 슈라우드 노즐.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 감압공은,
   침적 개공 시 용강 레벨의 상단에 위치하고, 정상 작업 시 용강 레벨의 하단에 위치되도록 형성되는, 연속주조용 슈라우드 노즐.

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