KR20190143136A

KR20190143136A - 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치

Info

Publication number: KR20190143136A
Application number: KR1020180070708A
Authority: KR
Inventors: 이상필; 박지원; 김세훈; 김장훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2019-12-30
Also published as: KR102131497B1

Abstract

본 발명은 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치는 제1 수조;와, 상기 제1 수조에 연결되고, 다공성 내화물을 구비하는 노즐유닛;과, 상기 노즐유닛에 연결된 제2 수조; 및 상기 노즐유닛에 연결되어 가스를 공급하는 가스공급유닛;을 포함하되, 상기 가스공급유닛은, 상기 다공성 내화물에 가스를 공급하게 제공될 수 있다.

Description

주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치{TEST APPARATUS TO BUBBLE IN CASTING NOZZLE}

본 발명은 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치에 관한 것이다.

일반적인 연속 주조 공정에서 용강의 청정도는 최종 제품의 품질을 결정하는 중요한 요소이다.

용강의 탈산과정에서 사용되는 알루미늄은 용강 내의 산소와 반응하여 알루미나성 개재물이 되어 대부분 부상 분리 등에 의해 제거되지만 미세한 크기의 개재물들은 용강 내에 여전히 존재하게 된다.

개재물은 연속 주조 공정에서 턴디쉬의 상노즐, 플레이트, 내화물로 된 침지노즐 등에 막힘을 발생시켜 몰드로의 용강 주입을 방해할 뿐만 아니라, 주편의 응고과정 중에 혼입되어 개재물 자체로의 결함을 일으키기도 한다.

이러한 개재물을 제거하기 위해 침지노즐의 내화물에 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스(gas)를 다양한 방법으로 주입하고는 있으나 불활성 가스가 침지노즐의 내화물에 투입된 이후의 상태를 직접 관찰할 수 없어 실제 연속 주조 공정에서 가스 주입량 등의 조건을 설계하기가 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 유동해석 등을 이용해 가스의 주입량 등을 설계하기도 하는데 침지노즐의 내화물의 내부가 불균일하다는 점, 내화물의 물성 또는 특성에 따른 편차가 크다는 점 등으로 인해 유동해석 결과의 신뢰성이 높지 않다는 문제가 있다.

KR 10-2017-0046216 A (2017.05.02)

본 발명은 주조노즐 내부의 기포 거동을 관찰하고, 주조노즐의 특성에 최적화된 주조 조건을 설계하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치는 제1 수조;와, 상기 제1 수조에 연결되고, 다공성 내화물을 구비하는 노즐유닛;과, 상기 노즐유닛에 연결된 제2 수조; 및 상기 노즐유닛에 연결되어 가스를 공급하는 가스공급유닛;을 포함하되, 상기 가스공급유닛은, 상기 다공성 내화물에 가스를 공급하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 노즐유닛은, 상기 제1 수조 및 상기 제2 수조에 연결되어 상기 제1 수조의 유체가 상기 제2 수조로 이동하는 통로가 되는 노즐몸체;와, 상기 노즐몸체에서 분기된 가스주입관; 및 상기 가스주입관 내부에 구비된 상기 다공성 내화물;을 포함하고, 상기 가스공급유닛은, 상기 가스주입관에 연결되어 가스를 공급하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 수조 및 상기 제2 수조에 연결되어 유체를 순환시키는 순환유닛;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 노즐몸체에 구비되어 유동을 조절하는 밸브유닛;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1,2 수조 및 상기 노즐몸체 중 적어도 하나는 투명한 재질로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 노즐몸체를 촬영하게 구비되는 촬영유닛;을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 가스주입관은, 상기 노즐몸체에서 분리되게 제공될 수 있다.

또한, 상기 순환유닛은, 상기 제1,2 수조에 연결된 순환배관;과, 상기 순환배관에 연결된 순환펌프; 및 상기 순환배관에 구비된 유량계;를 포함할 수 있다.

더하여, 상기 제1 수조에 연결된 오버플로우관;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 주조노즐 내부로 주입된 가스에 의해 발생하는 기포의 거동을 관찰할 수 있고, 주조 효율 및 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐유닛의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 노즐유닛의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

도 1에서 보이듯, 본 발명의 일 실시 예에 따른 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치(100)는 내부에 유체가 존재하는 제1 수용공간(111)을 구비하는 제1 수조(110), 상기 제1 수조에 연결되고, 내부에 다공성 내화물(121)을 구비하는 노즐유닛(120), 상기 노즐유닛(120)에 연결되고, 내부에 유체가 존재하는 제2 수용공간(131)을 구비하는 제2 수조(130)를 포함할 수 있다.

유체는 물이 사용될 수 있고, 주조 공정에서 용강의 역할을 할 수 있다.

제1 수조(110)의 제1 수용공간(111)에 존재하는 유체는 노즐유닛(120)을 지나 제2 수조(130)의 제2 수용공간(131)으로 이동할 수 있게 된다.

노즐유닛(120)의 다공성 내화물(121)에는 상기 다공성 내화물(121)에 불활성가스를 공급하는 가스공급유닛(140)이 연결된다.

가스공급유닛(140)은 가스공급장치(미도시)와 상기 가스공급장치 및 다공성내화물(121)을 연결하는 관(미도시)으로 구비될 수 있고, 밸브(141)를 포함하여 불활성가스의 공급여부 및 유동을 제어할 수 있다.

주조 공정에서 주조노즐은 주형 내부로 흐르는 용강의 보온과 주형 내의 용강 흐름의 안정 및 공기의 유입을 차단하는 역할을 하며, 통상 다공성 내화물로 만들어 지므로 본 발명에서 다공성 내화물(121)은 실제 주조 공정에서 주조노즐의 역할을 수행한다.

가스공급유닛(140)에서 공급하는 불활성가스는 아르곤(Ar) 가스 일 수 있고, 이 불활성가스는 다공성 내화물(121)을 지나 노즐유닛(120)으로 공급되는데, 제1 수조(110), 노즐유닛(120) 및 제2 수조(130)를 따라 이동하는 유체에 의해 기포를 발생시키게 된다.

따라서 본 발명에서는 다공성 내화물(121)에 따른 노즐유닛(120) 내부의 발생기포를 관찰함으로써 주조 공정에서 용강 내부의 기포 발생상태를 예측할 수 있다.

바람직하게, 노즐유닛(120)은 투명한 재질로 구비되어 외부에서도 내부를 들여다볼 수 있게 할 수 있다.

또한, 노즐유닛(120)은 도 2에서 보이듯, 제1 수조 및 제2 수조에 연결되어 상기 제1 수조의 유체가 상기 제2 수조로 이동하는 통로가 되며, 내부에 유동로(122a)를 구비하는 노즐몸체(122), 상기 노즐몸체에서 분기된 가스주입관(123) 및 상기 가스주입관 내부에 구비된 상기 다공성 내화물(121)을 포함할 수 있고, 이러한 경우, 상기 가스공급유닛(140)은 상기 가스주입관에 연결되어 불활성가스를 공급하게 제공될 수 있다.

이때, 밸브(141)에 의해 불활성가스의 공급여부 및 유동을 제어할 수 있고, 적어도 노즐몸체(122)는 투명한 재질로 구비되어 외부에서 육안으로 유동로(122a) 내에서 발생하는 기포를 관찰하게 할 수 있다.

또한 바람직하게는 제1 수조 및 제2 수조도 투명한 재질로 구비될 수 있으나 이는 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니며, 작업자에 의해 적절히 변경되어 적용될 수 있는 사항이다.

한편, 도 3에서 보이듯, 유체의 원활한 순환을 위해 순환유닛(150)이 더 구비될 수 있다.

순환유닛(150)은 상기 제1 수조 및 제2 수조에 연결된 순환배관(151), 상기 순환배관에 연결된 순환펌프(152) 및 상기 순환배관에 구비된 유량계(153)를 포함할 수 있다.

순환배관(151)은 제1 수용공간(111)과 제2 수용공간(131)을 연결할 수 있고, 순환유닛(150)에 따르면 제1 수용공간에서 제2 수용공간으로 이동된 유체를 다시 제1 수용공간으로 끌어올릴 수 있고, 공급된 유체의 양을 확인할 수 있다.

또한, 노즐몸체(122)에는 밸브유닛(160)이 연결되어 제1 수조에서 제2 수조로 이동하는 유체의 이동 가능 여부 및 유동을 제어할 수 있으며, 순환유닛(150) 및 밸브유닛(160)에 따르면 실험의 신뢰성 및 편의성을 향상시킬 수 있게 된다.

이때, 노즐몸체(122)를 촬영하는 촬영유닛(170)을 더 구비하고, 상기 촬영유닛(170)을 제어수단(미도시)에 연결하여 노즐몸체(122) 내부에서 발생하는 기포의 영상정보를 획득할 수 있다.

그러면 작업자는 장소의 제약없이 실험결과를 확인할 수 있어 작업자의 실험 편의성이 향상된다.

한편, 도 4에서 보이듯, 가스주입관(123)을 노즐몸체(122)에서 분리 가능하게 마련할 수도 있다.

이를 위해 노즐몸체(122)에는 체결구멍(122b)이 구비될 수 있고, 가스주입관(123)에도 상기 체결구멍에 대응되는 구멍(미도시)이 마련될 수 있다.

그리고 체결부재(124)가 상기 체결구멍에 대응되는 구멍(미도시) 및 체결구멍(122b)을 관통하게 하면 가스주입관(123)을 노즐몸체(122)에 고정할 수 있고, 체결부재(124)를 상기 체결구멍에 대응되는 구멍(미도시) 및 체결구멍(122b)으로부터 분리하면 상기 가스주입관을 노즐몸체로부터 분리할 수 있다.

이에 따르면 주조 조건의 변경 및 노즐의 사양 등에 따라 다공성 내화물(121)을 용이하게 교체할 수 있을 뿐만 아니라, 가스주입관의 손상 시 가스주입관만 교체하면 되므로 장치 전체를 교체하지 않을 수 있다.

따라서 장치의 유지보수의 용이성 및 장치의 수명을 연장할 수 있게 된다.

또한 바람직하게는 도 5에서 보이듯, 상기 제1 수조에 오버플로우관(180)이 더 연결될 수 있다. 이에 따르면 제1 수조(110)에 필요 이상의 유체가 존재하는 경우에 유체가 넘치지 않게 할 수 있다.

또한, 제1 수조(110) 및 제2 수조(130)를 내부에 수용하는 보호케이스(101)를 마련하면 제1,2 수조(110,130)의 손상을 방지할 수 있다. 이러한 경우 보호케이스(101)도 투명한 재질로 구비하는 것이 바람직할 수 있다.

더하여, 보호케이스(101)의 내부에 이동유닛(190)을 구비하여 제1 수조(110)를 이동시킬 수 있는데, 보다 상세하게 상기 이동유닛(190)은 보호케이스(101) 및 제1 수조(110)에 연결된 지지샤프트(191) 및 상기 지지샤프트(191)와 베어링(미도시)을 통해 연결되고, 또한, 제1 수조(110)에도 연결된 지지프레임(192)을 포함할 수 있다.

이러한 경우, 노즐몸체(122)의 하부로는 길이 변경이 가능한 자바라관(미도시)이 연결되어 제1 수조(110)의 위치변화에 대응되게 하는 것이 바람직하다.

그러면 작업자는 보호케이스(101)를 들어내고, 상기 제1 수조(110)를 지지샤프트(191)를 따라 이동하게 할 수 있다. 이때, 제1 수조(110)는 작업자가 수동으로 이동시킬 수도 있고, 모터(미도시) 등의 동력장치를 추가하여 자동으로 이동되게 할 수도 있는데 이는 반드시 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니다.

이에 따르면 주조 조건에 따라 실험 조건을 편리하게 변경할 수 있어 실험 결과의 신뢰성 및 실험 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 작업자는 실험 결과를 실제 주조 공정에 반영함으로써 주조 품질 향상에 기여할 수 있다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100 : 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치 101 : 보호케이스
110 : 제1 수조 111 : 제1 수용공간
120 : 노즐유닛 121 : 다공성 내화물
122 : 노즐몸체 122a : 유동로
122b : 체결구멍 123 : 가스주입관
124 : 체결부재 130 : 제2 수조
131 : 제2 수용공간 140 : 가스공급유닛
150 : 순환유닛 151 : 순환배관
152 : 순환펌프 153 : 유량계
160 : 밸브유닛 170 : 촬영유닛
180 : 오버플로우관 190 : 이동유닛
191 : 지지샤프트 192 : 지지프레임

Claims

제1 수조;
상기 제1 수조에 연결되고, 다공성 내화물을 구비하는 노즐유닛;
상기 노즐유닛에 연결된 제2 수조; 및
상기 노즐유닛에 연결되어 가스를 공급하는 가스공급유닛;을 포함하되,
상기 가스공급유닛은,
상기 다공성 내화물에 가스를 공급하게 제공되는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐유닛은,
상기 제1 수조 및 상기 제2 수조에 연결되어 상기 제1 수조의 유체가 상기 제2 수조로 이동하는 통로가 되는 노즐몸체;
상기 노즐몸체에서 분기된 가스주입관; 및
상기 가스주입관 내부에 구비된 상기 다공성 내화물;을 포함하고,
상기 가스공급유닛은,
상기 가스주입관에 연결되어 가스를 공급하게 제공되는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 수조 및 상기 제2 수조에 연결되어 유체를 순환시키는 순환유닛;
을 더 포함하는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제2항에 있어서,
상기 노즐몸체에 구비되어 유동을 조절하는 밸브유닛;
을 더 포함하는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제2항에 있어서,
상기 제1,2 수조 및 상기 노즐몸체 중 적어도 하나는 투명한 재질로 구비된 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제5항에 있어서,
상기 노즐몸체를 촬영하게 구비되는 촬영유닛;
을 더 포함하는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제2항에 있어서,
상기 가스주입관은,
상기 노즐몸체에서 분리되게 제공되는 것을 특징으로 하는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제3항에 있어서,
상기 순환유닛은,
상기 제1,2 수조에 연결된 순환배관;
상기 순환배관에 연결된 순환펌프; 및
상기 순환배관에 구비된 유량계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 수조에 연결된 오버플로우관;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주조노즐 내부의 기포 거동 모사장치.