KR20220012869A - 주조 노즐 - Google Patents

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KR20220012869A
KR20220012869A KR1020217040351A KR20217040351A KR20220012869A KR 20220012869 A KR20220012869 A KR 20220012869A KR 1020217040351 A KR1020217040351 A KR 1020217040351A KR 20217040351 A KR20217040351 A KR 20217040351A KR 20220012869 A KR20220012869 A KR 20220012869A
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casting nozzle
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KR1020217040351A
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Inventor
요한 리쇼
발데마르 하인비흐너
Original Assignee
베수비우스 그룹, 에스. 에이.
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Abstract

용융 금속의 주조에 사용되는 주조 노즐(10)은 수평면에 세장형 단면을 갖는 안정된 흐름 패턴을 생성한다. 보어(12) 단면적은 입구(24)에서 출구(26, 28)까지, 적어도 두 개의 상당한 단면적 감소를 포함하여 난류를 줄이고, 스트림라인을 재정렬하고, 노즐 내부의 흐름 분포에 영향을 준다. 보어 단면은 입구 섹션(30)과 팽창 섹션(50) 사이에 위치된 수축 섹션(40)에서 로컬 최소값을 갖는다. 보어 단면적은 팽창 섹션에서 노즐의 하단부로 감소한다. 두 가지 중요한 단면적 감소는 흐름을 안정화하기 위해 보어 내의 다른 구조들이 협력한다.

Description

주조 노즐
본 발명은 일반적으로 내화성 물품에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속 주조 작업에서 용융 금속의 전달 시 사용을 위한 내화성 주입 튜브에 관한 것이다.
금속, 특히 강철의 연속 주조에서, 용융 금속의 스트림은 일반적으로 내화성 주입 튜브를 통해 제1 야금 용기로부터 제2 야금 용기 또는 주형으로 이송된다. 이러한 튜브는 일반적으로 노즐 또는 슈라우드라고 하며 용융 금속을 전달하는 데 적응된 보어를 가지고 있다. 주입 튜브는 수용 용기 또는 주형의 액체 표면 아래로 용융 금속을 배출하는 수중 입구 노즐(submerged-entry nozzles; SEN) 또는 수중 입구 슈라우드(submerged-entry shrouds; SES)를 포함한다.
액체 금속은 하나 이상의 출구 포트들을 통해 보어의 하류 끝에서 배출된다. 주입 튜브의 한 가지 중요한 기능은 막힘이나 중단 없이 매끄럽고 안정적인 방식으로 용융 금속을 배출하는 것이다. 매끄럽고 안정적인 배출은 가공을 용이하게 하고 완제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 배출을 제어하는 것은 난류의 감소, 출구 제트의 안정화 및 독립 흐름에 대한 원하는 배출 각도의 달성을 수반할 수 있다. 주입 튜브의 두 번째 중요한 기능은 추가 가공을 용이하게 하기 위해 수용 용기 또는 주형의 액체 금속 내에서 적절한 동적 조건들을 설정하는 것이다. 적절한 동적 조건들을 생성하는 것은 용융 금속의 스트림이 튜브로부터 배출될 때 하나 이상의 방향들로 전환되도록 하거나, 스트림이 도입되고 있는 용융 금속에서 원하는 흐름 패턴을 유도하도록 배열되는 복수의 출구 포트들을 갖는 주입 튜브를 필요로 할 수 있다.
박막 슬래브 주조는 일반적으로 두께가 30mm 내지 60mm이고 너비가 800mm 내지 1600mm인 슬래브에 강을 직접 주조하는 공정이다. 슬래브 주조 공정에서, 용강은 레이들(ladle)로부터 슬래브 주조기 상단부의 턴디쉬(tundish)로 부어진다. 용강은 제어된 속도로 주조기로 들어가고, 주조기에서는 강의 외부 표면이 수냉식 주형에서 응고된다. 주조기 형상으로 인해 그리고 좁은 간격을 허용하기 위해, 내화성 주입 튜브는 하부가 하나의 수평 치수가 다른 하나보다 훨씬 더 큰 형상을 갖도록 구성된다. 액체 금속을 주형의 구성과 일치하도록 배향된 전체 연장 단면을 갖는 하나 이상의 스트림들로 주형에 전달하는 것이 유리하다.
축 대칭의 흐름을 포함하는 원형 단면으로부터, 원형 단면의 직경보다 작은 두께 및 벽 마찰을 무시하고 트랜지션 전체에 걸쳐 일반적으로 균일한 속도 분포를 갖는 평면 대칭의 흐름을 포함하는 원형 단면의 직경보다 큰 폭을 갖는 세장형 단면으로의 주요 트랜지션을 갖는 주조 노즐들을 사용하는 것이 당업계에 공지되어 있다. 또한 외부 스트림과 중앙 스트림 사이에 분할된 흐름의 비율을 조정하기 위해 주조 노즐들 내에서 배플들을 사용하는 것으로 알려져 있다.
참고문헌 D1(CN2770832Y, LUOYANG REFRACTORY MATERIAL IN [CN])은 시트 빌렛 연속 주조용 수중 노즐에 관한 것이다. 노즐은 보어의 상부로부터 내림차순으로 입구 섹션, 수축 섹션, 팽창 섹션, 및 조정 섹션을 포함하는 중심 축을 갖는 세장형 보어를 포함한다. 흐름 분할기가 노즐 하단부의 보어 내에 배치된 예들이 개시되어 있다. 한 쌍의 배플들 각각이 흐름 분할기와 각각의 측벽 사이에 위치되는 예들이 개시되어 있지 않다.
참조문헌 D2(Heaslip 등의 제US2001/038045호)는 주조 노즐을 통해 액체 금속을 흐르게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 노즐은 세장형 보어를 포함한다. 흐름 분할기가 노즐의 하단부의 보어 내에 배치되고, 한 쌍의 배플들 각각이 흐름 분할기와 각각의 측벽 사이에 위치되는 예들이 개시되어 있다. 한 쌍의 배플 각각이 흐름 분할기와 각각의 측벽 사이에 위치되고 배플이 출구 포트에서 조정 섹션의 상단부로 위쪽으로 연장되는 예들은 제공되지 않는다.
참고문헌 D3(McIntosh 등의 제US2006/243760호)는 얇은 슬래브 연속 주조기의 용강을 턴디쉬로부터 노즐의 입구 직경에서 직사각형의 잠긴 부분으로의 트랜지션에 필요한 단면의 주요 변화들 아래에 적어도 두 개의 스트림 압축 영역들을 제공하는 주형으로 이송하기 위한 노즐에 관한 것이다. 노즐은 보어의 상부로부터 내림차순으로 입구 섹션, 수축 섹션, 팽창 섹션, 및 조정 섹션을 포함하는 중심 축을 갖는 세장형 보어를 포함한다. 흐름 분할기가 노즐 하단부의 보어 내에 배치된 예들이 개시되어 있다. 한 쌍의 배플들 각각이 흐름 분할기와 각각의 측벽 사이에 위치되고 배플들이 출구 포트에서 조정 섹션의 상단부로 위쪽으로 연장되는 예들은 제공되지 않는다. 배플들이 흐름 분할기보다 더 큰 상향 범위를 갖는 예들이 제시되지 않는다.
주조 작업을 위한 내화성 주입 튜브와 관련된 문제들은 난류의 존재와 관련 슬래그의 비말동반 및 금속 용융물의 바디로의 슬래그 혼입을 포함한다. 직면한 또 다른 문제는 내화성 주입 튜브 출구의 더 긴 치수를 따르는 흐름 패턴의 불균일성이다. 직면한 또 다른 문제는 내화성 주입 튜브에서 긴 배출 제트의 생성이며; 이들은 불안정해질 수 있고 이리 저리 이동될 수 있다. 일반적으로, 넓은 노즐들에서는 흐름 분포가 최적이 아니며, 노즐 내에서 액체가 변동한다. 이로 인해 심각한 바이어스 흐름이 발생하여, 하나의 출구 포트를 통해 다른 출구 포트보다 더 많은 액체 출력이 발생한다. 높은 주조 속도에서, 이러한 흐름 비대칭은 메니스커스를 따라 노즐 주위에 소용돌이를 일으킬 수 있고 또한 주형의 한 면을 따라 뜨거운 전달을 유발할 수 있다. 따라서, 개선된 흐름 안정성 및 개선된 흐름 분포를 제공하는 내화성 주입 튜브에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 용강 주조용 주조 노즐에 관한 것이다. 주입 튜브는 적어도 4개의 출구 포트들을 포함하고, 종래 기술에 비해, 수평면에서 세장형 섹션을 갖는 안정적인 흐름 패턴을 제공한다.
기술적 해결책은 노즐의 보어 또는 주조 채널에 대한 단면적의 특정 구성에 의해 달성된다. 보어 단면적은, 입구에서 출구까지, 적어도 2개의 상당한 단면적 감소를 포함하여 난류를 줄이고 스트림라인을 재정렬하고 노즐 내부의 흐름 분포에 영향을 준다. 상단부에서 하단부까지, 보어는 입구 섹션, 수축 섹션, 팽창 섹션 및 조정 섹션을 포함한다. 보어 단면은 입구 섹션과 팽창 섹션 사이에 위치된 수축 섹션에서 로컬 최소값을 갖는다. 보어 단면적은 팽창 섹션/조정 섹션 경계에서 노즐 하단부로 감소한다. 두 가지 중요한 단면적 감소는 기술적 솔루션을 달성하기 위해 다른 구조들과 협력할 수 있다. 하나의 협력 구조는 보어의 각 중앙 수직 축의 측면에 출구 포트 쌍을 형성하기 위한, 보어의 중심 수직 축을 따라 내화성 주입 튜브의 바닥에 위치된 흐름 분할기와, 흐름 분할기와 각각의 측벽 사이에 위치된 배플들의 조합이다. 이 구조의 특정 구성들에서, 각 출구 포트의 모든 벽들은 주조 노즐의 바닥 표면까지 확장된다. 또 다른 협력 구조는 보어의 중앙 수직 축의 각 측면에, 동일한 각도로 중앙 수직 축에서 멀어지는 흐름을 유도하는 출구 포트들의 구성이다. 또 다른 협력 구조는 배플과 흐름 분할기의 배열로서, 주조 노즐 내의 흐름이 보어의 중심 수직 축에서 멀어지고 주조 노즐의 측면을 향하도록 한다. 또 다른 협력 구조는 배플 상단부의 일치 위치 및 노즐의 팽창 섹션과 조정 섹션의 교차점이다. 또 다른 협력 구조는 한 쌍의 배플들 각각의 상단부들 사이의 거리와, 각각의 배플과 각각의 측벽 사이의 최소 거리 사이의 수학적 관계이다. 또 다른 협력 구조는 측벽의 내부와 연통하는 출구 포트용 노즐의 팽창 섹션 및 조정 섹션의 교차점에서 하단부의 노즐의 외부까지의 거리가 흐름 분할기의 측벽과 연통하는 출구 포트용 노즐의 팽창 섹션 및 조정 섹션의 교차점에서 하단부의 노즐의 외부까지의 거리보다 짧도록 노즐의 하단부를 경사지게 한다.
노즐은 하단부, 외부 표면 및 중심 수직축을 갖는 세장형 보어를 가지며, 보어는 상단부 및 하단부를 가지며, 보어는 상단부에 배치된 적어도 하나의 입구 포트 및 하단부에 배치된 적어도 하나의 출구 포트를 갖는다.
세장형 보어는 보어의 상단부에 배치된 입구 섹션을 포함하고, 입구 섹션은 상단부, 하단부 및 균일한 단면적을 갖는다. 세장형 보어는 입구 섹션 아래에 배치되고 입구 섹션과 직접 연통하는 수축 섹션을 포함하고; 수축 섹션은 상단부, 하단부, 입구 섹션의 단면적과 동일한 상단부의 단면적, 및 섹션의 상단부에서 하단부로 갈수록 감소하는 단면적을 갖는다. 세장형 보어는 수축 섹션 아래에 배치되고, 수축 섹션과 직접 연통하는 팽창 섹션을 포함하며; 팽창 섹션은 상단부, 하단부, 수축 섹션의 하단부의 단면적과 동일하고 입구 섹션의 단면적보다 작은 상단부의 단면적, 상단부에서 하단부로 증가하는 단면적을 가지며; 하단부의 단면적은 입구 섹션의 단면적보다 크다. 세장형 보어는 수축 섹션 아래에 배치되고, 수축 섹션과 직접 연통하는 조정 섹션을 포함하며; 조정 섹션은 상단부, 하단부, 팽창 섹션의 하단부의 단면적과 동일하고 입구 섹션의 단면적보다 큰 상단부의 단면적, 상단부에서 하단부로 감소하는 단면적을 갖는다. 하단부의 단면적은 입구 섹션의 단면적의 80% 내지 120%를 포함하는 범위, 또는 입구 섹션의 단면적은 100% 내지 120%를 포함하는 범위에 있을 수 있거나, 입구 섹션의 단면적보다 클 수 있다. 주조 노즐의 하단부의 세장형 보어의 단면적은 (a) 중심 수직 축에 직교하고 노즐의 하단부를 포함하는 평면에서 각 출구 포트의 단면적, 및 (b) 중심 수직 축에 직교하는 평면에서, 중심 수직 축에 직교하는 평면으로 연장되지 않고 노즐의 하단부를 포함하지 않는 각 출구 포트의 돌출된 단면적의 합을 특징으로 할 수 있다.
수축 섹션의 최소 단면적은 입구 섹션의 단면적의 60% 내지 90% 범위의 값을 가질 수 있다.
팽창 섹션의 최대 단면적은 입구 섹션의 단면적의 150% 내지 200%를 포함하는 범위의 값을 가질 수 있거나, 입구 섹션의 단면적의 160% 내지 170%를 포함하는 범위의 값을 가질 수 있다.
수축 섹션, 팽창 섹션 및 조정 섹션은 내부와 외부를 갖는 한 쌍의 대향 면 벽들 및 내부와 외부를 갖는 한 쌍의 대향 측벽들을 포함할 수 있으며, 대향 측벽들 사이의 거리는 대향 면 벽들 사이의 거리보다 더 크고, 대향 측벽들 사이의 거리는 팽창 섹션의 상단부에서 하단부로 증가한다. 대향 측벽들 사이의 거리는 팽창 섹션의 상단부에서 팽창 섹션의 하단부까지 2배만큼 또는 적어도 2배만큼 증가할 수 있다. 수축 섹션 및 조정 섹션은 둘 다 노즐의 하단부에 근접한 보어의 절반 내에 위치될 수 있다. 보어의 폭은 수축 섹션에서, 수축 섹션의 상부단에서 수축 섹션의 하단부까지 적어도 20% 증가할 수 있다.
일반화된 설명에 따르면, 물품은 하나 이상의 출구 포트들에 인접한, 보어의 하향 범위에 대해 단면적이 감소하는, 조정 섹션을 포함하는 보어를 갖는 노즐을 포함한다.
주조 노즐은 또한 흐름 분할기 및 배플들을 포함할 수 있다. 한 구성에서, 흐름 분할기는 한 쌍의 대향 면 벽들 사이의 보어의 중심 수직 축에서 주조 노즐의 하단부에서 보어 내부에 배치되고, 한 쌍의 배플들은 보어 내에 위치되며, 각 배플은 흐름 분할기와 각각의 측벽 사이에 위치되고, 각 배플의 하단부는 주조 노즐의 외부 표면의 일부를 형성하고, 각 배플은 적어도 하나의 면 벽으로부터 안쪽으로 연장되고, 한 쌍의 배플들은 세장형 보어의 중심 수직 축에 대해 대칭으로 위치된다. 흐름 분할기는 한 쌍의 측벽들을 포함할 수 있으며; 각 측벽은 각각의 조정 섹션 측벽을 마주하고, 한 쌍의 측벽들은 세장형 보어의 줌심 수직 축에 대해 대칭으로 위치된다. 각 배플은 상단부, 하단부, 외향 길이방향 벽 및 내향 길이방향 벽을 포함할 수 있다. 각 배플의 외향 벽은 각각의 주조 노즐 측벽 내부 및 대향 노즐 면 벽들의 내부와 함께, 측면 출구 포트를 정의하며; 각 배플의 내향 벽은 흐름 분할기의 각각의 측벽 및 대향 노즐 면 벽들의 내부와 함께, 중심 출구 포트를 정의한다. 흐름 분할기는 오목한 상부 표면을 포함할 수 있다. 분할기의 크기는 배플들과 중심 분할기 사이에 포함된 영역을 나갈 때 배플 사이로 들어가는 흐름이 제한되도록 할 수 있다.
흐름 분할기 및 배플들이 존재하는 구성에서, 흐름 분할기는 (d0)의 직경을 갖는 흐름 분할기 출구 포트 채널과 함께, 조정 섹션에서 주조 노즐의 외부로 연장되는 출구 포트 채널을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 배플과 제2 배플 사이의 최소 거리, 또는 제1 배플과 제2 배플의 상단부들 사이의 거리(d), 및 각 배플과 각각의 측벽 사이의 최소 거리(d2)는 식 (d)/2 < d2 < 2(d/2)로 표현될 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 배플과 제2 배플 간의 최소 거리(d), 흐름 분할기 출구 포트 채널의 직경(d0) 및 각 배플(80)과 흐름 분할기 사이의 최소 거리(d1)는 식 0.8(d) / 2 < ((d1) + (d0)) < 2(d) / 2로 표현될 수 있다.
각 배플의 외향 길이방향 표면과 노즐 보어의 중심 세로 축에 의해, 각 배플의 외향 길이방향 표면에 직교하는 수직 평면에서, 설명된 각도(베타)는 6도 내지 18도를 포함하는 값을 가질 수 있으며, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 및 18도 중 어느 하나의 값을 가질 수 있다.
각 배플의 외향 길이방향 표면, 각 배플의 내향 길이방향 표면, 흐름 분할기의 해당 측면 표면 및 해당 측벽의 내부는 이들이 형성하는 출구 포트들과의 교차점에서 평행할 수 있다. 상기 배플의 외측을 향하는 길이방향 표면이 상기 배플의 상단부에서 하단부로 외측으로 만곡되는 구성들은 주조 노즐의 구성들에서 제외될 수 있다.
노즐의 입구 섹션, 수축 섹션, 팽창 섹션 및 조정 섹션은 노즐의 전체 길이에 대해 지정된 길이를 가질 수 있다. 수축 섹션의 길이는 주조 노즐 길이의 5% 내지 15%를 포함하는 값을 갖는다. 팽창 섹션의 길이는 주조 노즐 길이의 20% 내지 50%를 포함하는 값을 가질 수 있다. 조정 섹션의 길이는 주조 노즐 길이의 5% 내지 15%를 포함하는 값을 가질 수 있다.
주조 노즐의 하단부는 노즐의 보어의 중심 수직 축에 직교하는 중심 평면 표면으로 구성될 수 있으며, 여기서 두 개의 평면 표면들은 각각 위쪽으로 그리고 중심 평면 표면에서 주조 노즐의 각각의 측벽으로 연장된다. 이 구성은 대안적으로 노즐의 하단부와 각 측벽의 교차점에서 두 개의 경사진 표면들의 형성으로 설명될 수 있다. 경사진 표면들은 출구 포트들을 포함할 수 있으므로 노즐 보어의 하단부들을 포함할 수 있다. 중심 수직 축에 직교하고 노즐의 하단부를 포함하는 경사진 표면에 의해 형성되는 각도(알파)는 30도 내지 60도, 또는 40도 내지 50도를 포함하는 범위의 값을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 노즐의 개략적 표현이다;
도 2는 본 발명의 노즐의 조정 섹션의 수직 단면이다;
도 3은 본 발명의 노즐의 조정 섹션의 수직 단면이다;
도 4는 본 발명의 노즐의 팽창 섹션의 하단부의 수평 단면이다;
도 5는 본 발명의 노즐의 하단부의 수평 단면으로서, 출구 포트의 돌출부들의 섹션들을 나타낸다;
도 6은 본 발명의 노즐의 좌우 수직 단면이다;
도 7은 본 발명의 노즐의 면대면 수평 단면이다;
도 8은 본 발명의 노즐의 사시도이다;
도 9는 본 발명의 노즐의 팽창 섹션의 수평 단면이다;
도 10은 본 발명의 노즐의 팽창 섹션의 수평 단면이다;
도 11은 본 발명의 노즐의 팽창 섹션의 수평 단면이다;
도 12는 본 발명의 노즐의 팽창 단면의 수평 단면이다;
도 13은 노즐의 비교 예의 사시도이다;
도 14는 본 발명의 노즐의 사시도이다;
도 15는 노즐과 출구 흐름의 비교 예의 정면도이다; 그리고
도 16은 본 발명의 노즐과 출구 흐름의 정면도이다.
도 1은 주조 노즐(10)의 수직 단면에 따른 도면을 도시한다. 주조 노즐(10)은 중심 길이방향 또는 수직 축(14)을 갖는 주조 노즐 보어(12)를 둘러싸는 주조 노즐 외부 표면(11)을 포함한다. 노즐 보어(12)는 주조 노즐의 상단부(20)로부터 주조 노즐 보어의 하단부(22)까지 연장되며, 주조 노즐 보어의 하단부(22)는 주조 노즐 하단부(23)를 포함하거나 이에 인접할 수 있다. 노즐 보어(12)는 주조 노즐(10)의 상단부(20)에 있는 입구 포트(24)를 주조 노즐 보어(12)의 하단부(22)에 있는 하나 이상의 출구 포트들(26)에 유체적으로 연결한다. 출구 포트들(26)은 수평과 각도를 이룰 수 있는 하나 이상의 출구 포트 면들(28)에 포함될 수 있다.
노즐 보어 입구 섹션(30)은 주조 노즐의 상단부(20)에 근접하게 위치된, 입구 섹션 상단부(32)로부터 입구 섹션 하단부(34)까지 하향 연장되며, 여기서 입구 섹션(30)은 수축 섹션(40)과 연통한다. 노즐 보어 수축 섹션(40)은 수축 섹션 상단부(42)에서 수축 섹션 하단부(44)까지 하향 연장되며, 여기서 수축 섹션(40)은 팽창 섹션(50)과 연통한다. 노즐 보어 팽창 섹션(50)은 팽창 섹션 상단부(52)에서 팽창 섹션 하단부(54)로 하향 연장되며, 여기서 팽창 섹션은 조정 섹션(60)과 연통한다. 노즐 보어 조정 섹션(60)은 조정 섹션 상단부(62)로부터 주조 노즐의 하단부(23)에 대응하는 조정 섹션 하단부(64)까지 하향 연장된다.
주조 노즐의 하단부(22) 부근에 위치된 흐름 분할기(70)는 중심 수직 축(14) 부근에서 하강하는 용융 금속의 흐름을 두 개의 스트림들로 나누며; 각 스트림은 출구 포트(26)를 통과한다. 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)은 흐름 분할기(70)를 통해 조정 섹션(60)으로부터 주조 노즐(10)의 외부로 길이 방향으로 또는 수직으로 통과하여, 흐름 분할기(70)를 통해 하향으로 용융 금속의 흐름을 허용한다.
측벽(76)은 면벽(도시되지 않음)과 함께 주조 노즐(10)의 외부 표면을 형성한다. 측벽(76)은 주조 노즐 보어(12)의 측면을 설명하는 측벽 내부 표면들(78)을 갖는다. 측벽(76)은 주조 노즐의 하단부(22)에서 바깥쪽으로 만곡된다.
2개의 배플들(80)은 주조 노즐 보어의 하단부(22)에서 또는 그 부근에서 노즐 보어(12)에 위치된다. 각 배플(80)은 흐름 분할기(70)와 각각의 주조 노즐 측벽(76) 사이에 위치된다. 각 배플(80)은 용융 금속의 입사 흐름을 측벽(76)에 근접한 측방향 부분과 중심 수직축(14)에 근접한 중앙 부분으로 나눈다. 주조 노즐(10)의 내부로부터 각각의 출구 포트(26)로 각각 이어지는 출구 포트 채널들(81)은 배플(80)과 각각의 측벽 내부 표면(78), 또는 배플(80)과 흐름 분할기(70) 사이의 체적으로 정의된다. 배플(80)과 각각의 측벽 내부 표면(78) 사이에 위치된 출구 포트 채널(81)은 직선일 수 있거나, 만곡부들이 없을 수 있거나, 중심 수직 축(14)과 고정된 각도를 가질 수 있다.
도 2는 주조 노즐의 노즐 보어(12)의 조정 섹션(60)의, 일 측벽(76)에서 다른 측벽(76)으로 연장하는 수직 섹션에 따른 도면을 도시한다. 조정 섹션(60)은 조정 섹션(62)의 상단부에 의해 위쪽으로, 측벽(76)에 의해 양쪽에서, 그리고 주조 노즐(23)의 하단부에 의해 아래쪽에 경계가 지어진다. 주조 노즐(23)의 하단부는 주조 노즐(14)의 중심 수직축이 통과하는 중심 부분을 포함한다. 2개의 출구 포트면들(28)은 주조 노즐(14)의 중심 수직 축에 대해 대칭으로 배치된다. 각 출구 포트 면은 주조 노즐(23)의 하단부로부터 각각의 측벽(76)까지 연장된다. 주조 노즐 중앙부(23)의 하단부는 주조 노즐(14)의 중심 수직 축에 직교하는 평면에 포함된다.
흐름 분할기(70)는 주조 노즐 중앙 부분(23)의 하단부로부터 주조 노즐(12)의 보어 내로 안쪽으로 연장된다. 흐름 분할기(70)는 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)에 의해 주조 노즐(14)의 중심 수직 축을 따라 노즐 보어(12)에서 주조 노즐 외부 표면(11)까지 관통된다. 흐름 분할기(70)의 상부 표면은 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)로의 입구가 포함되는 오목부를 포함한다. 한 쌍의 흐름 분할기 측벽들(82) 각각은 주조 노즐(14)의 중심 수직 축으로부터 주조 노즐의 각각의 측면을 향하여 멀어지는 방향으로 향한다. 도시된 구성에서, 각각의 흐름 분할기 측벽(82)은 평면 부분을 포함한다.
도시된 구성에서, 각각의 배플(80)은 흐름 분할기(70)와 각각의 주조 노즐 측벽(76) 사이의 주조 노즐(12)의 보어에 위치된다. 각 배플은 출구 포트 면(28)에서 조정 섹션(62)의 상단부까지 연장된다. 각 배플은 흐름 분할기(70)를 향하는 배플 내부 측벽(84), 및 각각의 주조 노즐 측벽 내부(78)를 향하는 배플 외부 측벽(86)을 갖는다. 도시된 구성에서, 각 배플 측벽(84, 86)은 평면 부분을 포함한다. 흐름 분할기(70)의 상향 범위는 배플들(80)의 상향 범위보다 작다. 배플들(80)은 조정 섹션(62)의 상단부까지 위쪽으로 연장된다. 흐름 분할기(70)가 주조 노즐(23)의 하단부로부터 연장됨에 따라, 흐름 분할기(70) 및 배플들(80)은 유리하게는 전체가 조정 섹션(60) 내에 위치된다.
도시된 구성에서, 조정 섹션(60)에서 주조 노즐 측벽 내부(78)의 평면 부분, 배플 외부 측벽(86), 배플 내부 측벽(84), 및 주조 노즐의 각 측면에 있는 흐름 분할기 측벽(82)은 모두 평행하다.
흐름 분할기 출구 포트 채널(72)은 (d0)의 직경을 갖는다. 배플들(80) 간의 최소 거리는 (d)로 표현된다. 각 배플(80)과 각 주조 노즐 측벽(78) 사이의 최소 거리는 (d2)로 표현된다. d와 d2의 관계는 식 (d)/2 < d2 < 2 (d)/2로 표현될 수 있다. 배플들(80) 간의 최소 거리(d), 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)의 직경(d0) 및 각 배플(80)과 흐름 분할기(70) 사이의 최소 거리(d1)는 식 0.8(d) / 2 < ((d1) + (d0)) < 2(d) / 2로 표현될 수 있다.
각도(88)는 각각의 배플들(80)의 배플 내부 측벽들(84) 간의 각도를 나타낸다. 각도(88)는 12도부터 36도까지의 값을 가질 수 있며, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 및 36도 중 어느 하나의 값을 가질 수 있다.
각도(89)는 주조 노즐의 하단부(23)의 평면과 인접한 출구 포트면(28)의 평면 사이의 각도를 나타낸다. 각도(89)는 30도 내지 60도, 35도 내지 55도의 값을 가질 수 있거나, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60도 중 어느 하나의 값을 가질 수 있다.
도 3은 주조 노즐의 조정 섹션(60)의, 일 측벽(76)에서 다른 측벽(76)으로 연장하는 수직 섹션에 따른 도면을 도시한다. 조정 섹션(60)은 조정 섹션(62)의 상단부에 의해 위쪽으로, 측벽(76)에 의해 양쪽에서, 그리고 주조 노즐(22)의 하단부에 의해 아래쪽으로 경계가 지어진다. 주조 노즐(22)의 하단부는 주조 노즐 중앙 부분(23)의 하단부, 및 두 개의 출구 포트 면들(28)을 포함한다. 각 출구 포트 면은 주조 노즐(23)의 하단부로부터 각각의 측벽(76)까지 연장된다.
흐름 분할기(70)는 주조 노즐(23)의 하단부로부터 주조 노즐(12)의 보어 내로 안쪽으로 연장된다. 흐름 분할기(70)는 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)에 의해 수직으로 관통된다.
배플들(80)은 흐름 분할기(70)와 각각의 주조 노즐 측벽(76) 사이의 주조 노즐(12)의 보어에 위치된다. 흐름 분할기(70)의 상향 범위는 배플들(80)의 상향 범위보다 작다. 배플들(80)은 조정 섹션(62)의 상단부까지 위쪽으로 연장된다. 흐름 분할기(70)가 주조 노즐(23)의 하단부로부터 연장됨에 따라, 따라서 흐름 분할기(70) 및 배플들(80)은 유리하게는 전체가 조정 섹션(60) 내에 위치된다.
출구 포트들(26)은 각 배플(80)과 각각의 주조 노즐 측벽 내부(78) 사이, 그리고 각 배플(80)과 흐름 분할기(70) 사이의 출구 포트면(28)에 형성된다.
출구 포트 돌출부들(90)은 주조 노즐 중앙 부분(23)의 하단부의 평면으로의 출구 포트들(26)의 돌출부들이다.
도 4는 도 3의 섹션 라인 IV에서의 주조 노즐(10)의 수평 단면도이다. 주조 노즐 외부 표면(11) 내에서, 주조 노즐(12)의 보어의 단면적이 도시되어 있다. 보어는 한 쌍의 대향 주조 노즐 측벽들(76) 및 한 쌍의 대향 주조 노즐 면 벽들(92)에 의해 둘러싸여 있다. 도시된 수평 단면은 주조 노즐의 조정 섹션 상단부 약간 위로 떨어진 거리이다.
도 5는 도 3의 섹션 라인 V에서의, 즉 조정 섹션(64)의 하단부에서의 주조 노즐(10)의 수평 단면도이다. 수평 단면도는 주조 노즐(23)의 하단부, 흐름 분할기(70)의 하단부 및 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)의 출구를 포함한다. 계산을 위해, 조정 섹션(64)의 하단부 보어(12)의 단면적은 조정 섹션의 하단부(64) 평면에 있는 출구 포트들의 단면적들의 돌출부들(90), 및 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)의 단면적의 합으로 취해진다.
도 6은 주조 노즐(10)의 한 측면에서 다른 측면까지의 수직 단면에 따른 도면이다. 섹션 라인 I은 수축 섹션의 하단부와 팽창 섹션의 상단부에 대응한다. 섹션 라인 II 및 III는 팽창 섹션 내에 포함된다. 섹션 라인 IV는 팽창 섹션의 하단부에 내의 그리고 그에 가까운 섹션에 대응한다. 주조 노즐 보어(12)는, 주조 노즐(10)의 상단부(20)로부터 아래쪽으로 연장되는, 입구 섹션(30), 수축 섹션(40), 팽창 섹션(50) 및 조정 섹션(60)을 포함한다. 도시된 주조 노즐에서, 조정 섹션(60)의 상단부(62)에서 보어 폭 대 조정 섹션(60)의 길이의 비는 1.6의 값을 가지며, 다른 예들에서는, 1.4 또는 1.5 내지 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 또는 2.5 범위의 값을 가질 수 있다. 각도 알파(α)는 배출 포트 면(28)과 주조 노즐의 하단부(23) 사이의 각도이다. 각도 베타(β)는 주조 노즐(14)의 중심 수직축과 배플(80) 상의 배플 내부 측벽(84) 사이의 각도이다.
도 7은 주조 노즐(10)의 한 면에서 다른 면까지의 수직 단면에 따른 도면이다. 섹션 라인 I은 수축 섹션의 하단부와 팽창 섹션의 상단부에 대응한다. 섹션 라인 II 및 III는 팽창 섹션 내에 포함된다. 섹션 라인 IV는 팽창 섹션의 하단부에 내의 그리고 그에 가까운 섹션에 대응한다. 주조 노즐 보어(12)는, 주조 노즐(10)의 상단부(20)로부터 아래쪽으로 연장되는, 입구 섹션(30), 수축 섹션(40), 팽창 섹션(50) 및 조정 섹션(60)을 포함한다. 본 발명에 따른 주조 노즐에서, 수축 섹션(40)은 유리하게는 주조 노즐의 총 길이의 15% 이하의 길이를 갖는다.
도 6 및 7에 도시된 예에서, 주조 노즐 보어(12)의 입구 섹션(30)은 형상이 원통형이다. 수축 섹션(40)은 상단부의 보어 단면적의 80% 미만인 하단부의 보어 단면적을 갖는다. 수축 섹션(40)의 길이는 주조 노즐(10)의 전체 길이의 10% 미만이다. 팽창 섹션(50)은 상단부의 보어 단면적의 150%보다 큰 하단부의 보어 단면적을 갖는다. 또한, 팽창 섹션(50)은 입구 섹션(30)의 보어 단면적의 120%보다 큰 하단부에서의 보어 단면적을 갖는다. 팽창 섹션(50)의 길이는 주조 노즐(10)의 전체 길이의 40%를 초과 70% 미만이다. 팽창 섹션(50)은 상단에서 보어 폭의 200%보다 큰 하단부에서의 보어 폭을 갖는다.
주조 노즐 보어(12)의 입구 섹션(30)으로 들어가는 유체는 난류이다. 수축 섹션(40)을 통한 유체의 통과는 난류를 감소시키고 제한된 압력 증가를 생성한다. 팽창 섹션(50)에서, 난류가 증가하고 단위 체적당 평균 속도는 감소한다. 조정 섹션(60)을 통한 유체의 통과는 난류를 감소시키고 제한된 압력 증가를 생성한다.
도 8은 주조 노즐(10)의 사시도이다. 섹션 라인 I은 수축 섹션의 하단부와 팽창 섹션의 상단부에 대응한다. 섹션 라인 II 및 III는 팽창 섹션 내에 포함된다. 섹션 라인 IV는 팽창 섹션의 하단부에 내의 그리고 그에 가까운 섹션에 대응한다.
도 9는 섹션 라인 I에 따른, 도 6 내지 8에 도시된 바와 같은 주조 노즐(10)의 수평 단면도이다. 주조 노즐(10)의 보어(12)의 면대면 치수(112) 및 좌우 치수(114)가 도시되어 있다. 주조 노즐(10)의 면대면 외부 치수(116) 및 좌우 치수(118)가 도시되어 있다. 이 수평 단면도에 대한 치수(118) 대 치수(116)의 비는 1.47의 값, 1.2 내지 1.8의 값, 또는 1.1 내지 2.0의 값을 가질 수 있다.
도 10은 섹션 라인 II에 따른, 도 6 내지 8에 도시된 바와 같은 주조 노즐(10)의 수평 단면도이다. 주조 노즐(10)의 보어(12)의 면대면 치수(112) 및 좌우 치수(114)가 도시되어 있다. 주조 노즐(10)의 면대면 외부 치수(116) 및 좌우 치수(118)가 도시되어 있다. 이 단면도에 대한 치수(118) 대 치수(116)의 비는 2.10의 값, 1.8 내지 2.4의 값, 또는 1.5 내지 2.7의 값을 가질 수 있다.
도 11은 섹션 라인 III에 따른, 도 6 내지 8에 도시된 바와 같은 주조 노즐(10)의 수평 단면도이다. 주조 노즐(10)의 보어(12)의 면대면 치수(112) 및 좌우 치수(114)가 도시되어 있다. 주조 노즐(10)의 면대면 외부 치수(116) 및 좌우 치수(118)가 도시되어 있다. 이 단면도에 대한 치수(118) 대 치수(116)의 비는 3.05의 값, 2.5 내지 3.5의 값, 또는 2 내지 4의 값을 가질 수 있다.
도 12는 섹션 라인 IV에 따른, 도 6 내지 8에 도시된 바와 같은 주조 노즐(10)의 수평 단면도이다. 섹션 라인 IV는 주조 노즐(10)의 가장 큰 외부 폭을 포함하는 평면에 위치된다. 주조 노즐(10)의 보어(12)의 면대면 치수(112) 및 좌우 치수(114)가 도시되어 있다. 주조 노즐(10)의 면대면 외부 치수(116) 및 좌우 치수(118)가 도시되어 있다. 이 단면도에 대한 치수(118) 대 치수(116)의 비는 4.7의 값, 4 내지 6의 값, 4 내지 7의 값, 3 내지 6의 값, 3 내지 7의 값, 3 내지 8의 값, 3 내지 9의 값, 2 내지 6의 값, 2 내지 7의 값, 또는 2 내지 8의 값을 가질 수 있다.
도 13은 상단부로부터 내림차순으로, 입구 섹션(130), 트래지션 섹션(140), 팽창 섹션(150) 및 조정 섹션(160)을 갖는 주조 노즐 비교 예(120)의 사시도이다. 비교 예에서, 배플들(80)은 팽창 섹션의 하단부와 조정 섹션의 상단부의 교차점까지 위쪽으로 연장되지 않는다. 비교 예에서, 배플들(80)은 출구 포트 면까지 아래쪽으로 연장되지 않는다. 비교 예에서, 현재 개시된 주조 노즐의 수축 섹션은 입구 섹션에서 보어의 원형 단면이 둥근 모서리를 가진 세장형 직사각형으로 변형되는 트랜지션 섹션으로 대체된다.
도 14는 상단부로부터 내림차순으로, 입구 섹션(30), 수축 섹션(40), 팽창 섹션(50) 및 조정 섹션(60)을 갖는 주조 노즐(10)의 사시도이다. 이 구성에서, 배플들(80)은 팽창 섹션의 하단부와 조정 섹션의 상단부의 교차점까지 위쪽으로 연장된다. 이 구성에서, 배플들(80)은 출구 포트 면까지 아래로 연장된다.
표 1은 도 13에 따른 노즐의 비교예, 및 도 14에 따른 노즐의 본 발명의 예의 보어의 단면적을 노즐의 상단부에서 하단부까지의 거리의 백분율 함수로서 나타낸다.
노즐 보어 단면적
노즐의 상단부로부터의 거리 노즐의 입구 끝의 보어 단면적에 대한 보어 단면적의 백분율
비교 예 본 발명의 예
0% 100% 100%
5% 100% 100%
10% 100% 100%
15% 100% 100%
20% 100% 100%
25% 100% 100%
30% 100% 100%
35% 100% 100%
35.6% (비교 예에 대한 확산 영역의 시작) 100% 100%
40% 105.6% 100%
45% 111.9% 100%
48.5% (본 발명의 예에 대한 상부 수축 영역의 시작) 116.3% 100%
50% 118.2% 96%
54.3% (본 발명의 예에 대한 확산 영역의 시작) 123.6% 85.98%
55% 124.5% 90%
56.4% 126.48% 92%
60% 130.8% 98%
61.6% 132.9% 102.62%
65% 137.2% 112%
70% 143.5% 124%
71.2% 145.01% 126.88%
75% 148.7% 135%
79.33% (비교 예에 대한 수축 영역의 시작) 152.80% 142%
80% 152.16% 144%
85% 147.34% 154%
86.7% (비교 예에 대한 수축률 증가의 시작) 145.37% 157%
87.5% (비교 예에 대한 단면 체적의 로컬 최소값) 132.54% 159%
89.2% 138.16% 162%
90% 142% 164%
90.75% (비교 예에 대한 일정한 단면의 시작) 145.21% 165%
91.33% (확산 최대값; 본 발명의 예에 대한 수축 영역의 시작) 145.21% 165.93%
95% 145.21% 140%
100% 145.21% 105%
표 2는 노즐 비교예 및 본 발명의 노즐 예에서 미터/초 단위의 속도(U) 및 백분율로서의 난류 강도(Tu)의 체적 가중 평균을 나타낸다.
노즐 내 용융 금속의 속도 및 난류 강도
이노베이션의 예 비교 예
영역 U [m/s] Tu [%] U [m/s] Tu [%]
130, 30 2.36 19.82 2.39 22.59
140, 40 2.40 7.87 2.19 8.63
150, 50 1.76 7.36 1.97 6.04
160, 60 1.48 7.56 1.80 5.67
노즐 비교 예에서, 유체가 체적들(130, 140, 150 및 160)을 통과할 때 속도와 난류의 지속적인 감소가 생성된다. 본 발명의 노즐 예에서, 체적(40)에서 속도 증가가 생성되고 체적(60)에서 난류 증가가 생성된다.
표 3은 노즐 비교예 및 본 발명의 노즐 예에서 체적(ΔV)(입방 미터), 단위 체적당 속도(U/ΔV) 및 단위 체적당 난류 에너지(k/ΔV)를 나타낸다.
노즐의 체적, 단위 체적당 속도, 단위 체적당 난류 에너지
이노베이션의 예 비교 예
영역 ΔV [m3] U/ΔV k/ΔV ΔV [m3] U/ΔV k/ΔV
130, 30 0.003674 641.24 35.61 0.002919 817.19 50.86
140, 40 0.000421 5698.45 126.84 0.001619 1355.12 33.61
150, 50 0.003587 491.18 7.21 0.002190 898.37 10.49
160, 60 0.001173 1264.95 12.96 0.001448 1245.53 8.54
노즐 비교 예와 노즐 이노베이션 예 모두에서, U/ΔV 값은 체적 130/30, 140/40, 150/50 및 160/60을 통과함에 따라 증가, 감소 및 다시 증가하지만, 노즐 이노베이션 예에서 변화들이 더 두드러진다.
노즐 비교 예에서, k/ΔV 값은 체적들(130, 140, 150 및 160)을 통과하면서 지속적으로 감소함을 보여준다. 노즐 이노베이션 예에서, k/ΔV 값은 체적들(30, 40, 50 및 60)을 통과하면서 증가, 감소 및 다시 증가한다.
난류에서 정렬된 흐름으로의 트랜지션은 비교 예 노즐 내에서 발생한다. 난류에서 정렬된 흐름으로의 두 가지 트랜지션들이 본 발명의 예시적인 노즐 내에서 발생한다.
도 15는 노즐 내에서, 유속이 감소되고 압력이 증가된 체적들(172)을 도시하는 주조 노즐 비교 예(120)의 정면도이다. 노즐 아래에는, 낮은 유속량(174), 중간 유속량(176) 및 높은 유속량(178)이 표시된다. 주조 노즐 보어(12)의 흐름은 배플들(80)에 의해 유도되고 출구 포트들(26)을 통과한다.
도 16은 노즐 내에서, 유속이 감소되고 압력이 증가되는 체적둘(172)을 보여주는 주조 노즐(10)의 정면도이다. 노즐 아래에는, 낮은 유속량(174), 중간 유속량(176) 및 높은 유속량(178)이 표시된다. 주조 노즐 보어(12)의 흐름은 배플들(80)에 의해 유도되고, 출구 포트들(26)을 통과한다.
주조 노즐(10)에서, 흐름 분할기 위와 배플들 사이에서 낮은 속도(높은 압력) 체적이 관찰된다. 압력은 조각의 각 측면과 각각의 배플 사이의 흐름을 강제한다.
표 4는 노즐 비교 예 및 본 발명의 노즐 예에 대한 초당 미터 단위의 속도(U) 및 평방 미터 단위의 보어 단면적을 나타낸다.
노즐의 속도 및 보어 단면적
비교 예 이노베이션의 예
Y [m] U [m/s] 면적 [m2] U [m/s] 면적 [m2]
1.00 4.28 0.0046 4.00 0.0046
0.95 2.48 0.0063 2.44 0.0064
0.90 2.27 0.0063 2.24 0.0064
0.85 2.25 0.0063 2.21 0.0064
0.80 2.24 0.0063 2.21 0.0064
0.75 2.24 0.0063 2.20 0.0064
0.70 2.24 0.0063 2.20 0.0064
0.65 2.24 0.0063 2.19 0.0064
0.60 2.24 0.0063 2.19 0.0064
0.55 2.24 0.0063 2.18 0.0064
0.50 2.22 0.0064 2.18 0.0064
0.45 2.20 0.0065 2.17 0.0064
0.40 2.18 0.0065 2.19 0.0063
0.35 2.18 0.0065 2.40 0.0057
0.30 2.19 0.0065 2.26 0.0061
0.25 2.12 0.0067 2.03 0.0066
0.20 2.03 0.0070 1.88 0.0074
0.15 1.97 0.0072 1.76 0.0079
0.10 1.95 0.0073 1.65 0.0085
0.05 1.88 0.0076 1.55 0.0090
0.00 1.86 0.0077 1.47 0.0096
-0.05 1.79 0.0081 1.38 0.0101
-0.10 2.14 0.0068 1.31 0.0105
-0.15 1.85 0.0079 1.54 0.0088
-0.20 1.48 0.0055 1.20 0.0060
-0.25 1.43 0.0005 1.59 0.0029
-0.30 1.31 0.0005
두 개의 압축 섹션들과 두 개의 팽창 섹션들은 하나 이상의 협력하는 배플 구성들 및 방향들과 조합하여, 다른 노즐 보어 단면과 비교하여 출구 포트 단면들의 비율, 노즐 보어 단면 형상들과 값들, 및 노즐 보어 섹션들의 값들의 선택된 값들과 비율들, 이전 설계에 비해 출구 포트들을 통과하는 유체의 향상된 흐름 안정성 및 향상된 흐름 분포를 제공하는 것으로 보인다. 흐름 패턴은 편향이 적고 단일 고강도 스트림들로 합쳐지지 않는다. 이는 층류 평면 구조를 유지하므로 단면의 한 치수가 다른 치수보다 훨씬 큰 주형에 용융 금속을 균일하게 분배하는 데 적합하다.
다양한 특징들 및 특성들이 본 명세서에 설명되고 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 도면들에 예시되어 있다. 본 명세서에서 설명되고 도면들에 예시된 다양한 특징들 및 특성들은 이러한 특징들 및 특성들이 본 명세서에서 명시적으로 설명되거나 조합되어 예시되는지 여부에 관계없이 임의의 작동 가능한 방식으로 조합될 수 있음이 이해된다. 본 발명자들과 출원인은 이러한 특징들 및 특성들의 조합들이 본 명세서의 범위 내에 포함되도록 명시적으로 의도하고, 나아가 이러한 특징들 및 특성들의 조합들에 대한 청구는 애플리케이션에 문제를 추가하지 않도록 의도한다. 이와 같이, 청구범위는 본 명세서에 명시적으로 또는 본질적으로 설명되거나, 그렇지 않으면 명시적으로 또는 본질적으로 지원되는 특징들 및 특성들을 임의의 조합으로 인용하도록 수정될 수 있다. 또한, 출원인은 선행 기술에 존재할 수 있는 특징들 및 특성들이 본 명세서에 명시적으로 설명되지 않은 경우에도 이러한 특징들 및 특성들을 긍정적으로 부인하기 위해 청구 범위를 수정할 수 있는 권리를 보유한다. 따라서, 이러한 수정 사항들은 명세서 또는 청구범위에 새로운 사항을 추가하지 않으며, 서면 설명, 설명의 충분성 및 추가된 사항 요구 사항(예를 들어, 35 U.S.C. § 112(a) 및 123조(2) EPC)을 준수한다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 다양한 특징들 및 특성들을 포함하거나, 이들로 구성되거나 이들을 본질적으로 구성할 수 있다.
또한, 이 명세서에서 인용된 모든 수치 범위는 인용된 엔트포인트들을 포함하고 인용된 범위 내에 포함된 동일한 수치 정밀도(즉, 동일한 수의 지정된 자릿수를 가짐)의 모든 하위 범위들을 설명한다. 예를 들어, 인용된 범위 "1.0 내지 10.0"은, 예를 들어, "2.4 내지 7.6"의 범위가 명세서의 텍스트에 명시적으로 언급되지 않더라도, "2.4 내지 7.6"와 같은, 인용된 최소값 1.0과 인용된 최대값 10.0 사이의 모든 하위 범위를 설명한다. 따라서, 출원인은 청구범위를 포함하여 본 명세서를 수정하여 본 명세서에 명시적으로 인용된 범위 내에 포함된 동일한 수치 정밀도의 모든 하위 범위를 명시적으로 언급할 권리를 보유한다. 이러한 모든 범위는 이러한 하위 범위를 명시적으로 열거하도록 수정하는 것이 서면 설명, 설명의 충분성 및 추가 사항 요건(예를 들어, 35 USC § 112(a) 및 123조(2) EPC)을 준수하도록 본 명세서에 본질적으로 설명되어 있다.
본 명세서에서 사용된 문법 관사 "하나(one)", "하나(a)", "하나(an)" 및 "상기(the)"는 문맥상 달리 표시되거나 요구되지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하도록 의도된다. 따라서, 관사들은 본 명세서에서 관사의 문법적 대상들 중 하나 이상(즉, "적어도 하나")을 지칭하는 데 사용된다. 예로서, "구성요소"는 하나 이상의 구성요소들을 의미하고, 따라서 가능하게는 하나 이상의 구성요소가 고려되고 본 발명의 구현에서 채용되거나 사용될 수 있다. 또한, 단수 명사의 사용은 복수를 포함하고, 복수 명사의 사용은 사용의 맥락에서 달리 요구하지 않는 한 단수를 포함한다.
요소들의 목록
10: 주조 노즐
11: 주조 노즐 외부 표면
12: 주조 노즐의 보어
14: 주조 노즐의 중심 수직 축e
20: 주조 노즐 보어의 상단부
22: 주조 노즐 보어의 하단부
23: 주조 노즐의 하단부
24: 입구 포트
26: 출구 포트
28: 출구 포트 면
30: 입구 섹션
32: 입구 섹션의 상단부
34: 입구 섹션의 하단부
40: 수축 섹션
42: 수축 섹션의 하단부
44: 수축 섹션의 하단부
50: 팽창 섹션
52: 팽창 섹션의 상단부
54: 팽창 섹션의 하단부
60: 조정 섹션
62: 조정 섹션의 상단부
64: 조정 섹션의 하단부
70: 흐름 분할기
72: 흐름 분할기 출구 포트 채널
76: 주조 노즐 측벽
78: 주조 노즐 측벽 내부
80: 배플
81: 출구 포트 채널
82: 흐름 분할기 측벽
84: 배플 내부 측벽
86: 배플 외부 측벽
88: 배플 내부 측벽들(84) 간의 각도
89: 주조 노즐 하단부와 출구 포트 면 사이의 각도
90: 출구 포트 돌출부
92: 주조 노즐 면 벽
112: 면대면 보어 치수
114: 좌우 보어 치수
116: 면대면 노즐 외부 치수
118: 좌우 노즐 외부 치수
120: 주조 노즐 비교 예
130: 비교 예의 입구 섹션
140: 비교 예의 트랜지션 섹션
150: 비교 예의 팽창 섹션
160: 비교 예의 조정 섹션
172: 감소된 유속량
174: 낮은 유속량
176: 중간 유속량
178: 높은 유속량

Claims (14)

  1. 액체를 흐르게 하기 위한 주조 노즐(10)에 있어서,
    ㆍ하단부(23);
    ㆍ외부 표면(11);
    ㆍ중심 수직 축(14), 상단부(20) 및 하단부(22), 상기 상단부(20)에 배치된 적어도 하나의 입구 포트(24) 및 상기 하단부(23)에 배치된 적어도 하나의 출구 포트(26)를 갖는 세장형 보어(12)를 포함하며,
    상기 세장형 보어(12)는,
    a) 상기 보어(12)의 상기 상단부에 배치된 입구 섹션(30)으로서, 상기 입구 섹션(30)은 상단부(32), 하단부(34), 길이 및 균일한 단면적을 갖는, 상기 입구 섹션(30);
    b) 상기 입구 섹션(30) 아래에 배치되고 이와 직접 연통하는 수축 섹션(40)으로서, 상기 수축 섹션(40)은 상단부(42), 하단부(44), 길이, 상기 입구 섹션(30)의 상기 단면적과 동일한 상기 상단부(42)의 단면적, 및 상기 섹션(40)의 상기 상단부(42)에서 상기 하단부(44)로 감소하는 단면적을 갖는, 상기 수축 섹션(40);
    c) 상기 수축 섹션(40) 아래에 배치되고 이와 직접 연통하는 팽창 섹션(50)으로서, 상기 팽창 섹션(50)은 상단부(52), 하단부(54), 길이, 상기 수축 섹션(40)의 상기 하단부(44)의 상기 단면적과 동일하고 상기 입구 섹션(30)의 상기 단면적보다 작은 상기 상단부(52)의 단면적, 상기 상단부(52)에서 상기 하단부(54)로 증가하는 단면적; 및 상기 입구 섹션(30)의 상기 단면적보다 큰 상기 하단부(54)의 단면적을 갖는, 상기 팽창 섹션(50);
    d) 상기 팽창 섹션(50) 아래에 배치되고 이와 직접 연통하는 조정 섹션(60)으로서, 상기 조정 섹션(60)은 상단부(62), 하단부(64), 길이, 상기 팽창 섹션(50)의 상기 하단부(54)의 상기 단면적과 동일하고 상기 입구 섹션(30)의 상기 단면적보다 큰 상기 상단부(62)의 단면적, 상기 상단부(62)에서 상기 하단부(64)로 감소하는 단면적; 및 상기 입구 섹션(30)의 상기 단면적의 80% 내지 120%를 포함하는 범위의 상기 하단부(64)의 단면적을 가지며, 상기 주조 노즐(10)의 상기 하단부(23)의 상기 세장형 보어(12)의 상기 단면적은 (a) 상기 중심 수직 축(14)에 직교하는 평면의 각 출구 포트(26)의 단면적, 및 (b) 상기 중심 수직 축(14)에 직교하는 상기 평면에서, 상기 중심 수직 축(14)에 직교하는 상기 평면까지 연장되지 않고 상기 노즐(10)의 상기 하단부(23)를 포함하지 않는 각 출구 포트(26)의 상기 돌출된 단면적의 합인 것을 특징으로 하는, 상기 조정 섹션(60)을 포함하며,
    상기 보어(12)의 상기 팽창 섹션(50) 및 상기 조정 섹션(60)은 내부와 외부를 갖는 한 쌍의 대향 면 벽들(92) 및 내부와 외부를 갖는 한 쌍의 대향 측벽들(76)을 포함하며,
    상기 주조 노즐은 또한,
    ㆍ상기 한 쌍의 대향 면 벽들(92) 사이에서, 상기 보어(12)의 상기 중심 수직 축(14) 상에, 상기 주조 노즐(10)의 상기 하단부(23)의 상기 보어(12) 내에 배치된 흐름 분할기(70); 및
    ㆍ상기 보어(12) 내에 위치된 한 쌍의 배플들(80)로서, 각 배플(80)은 상기 흐름 분할기(70)와 각각의 측벽(76) 사이에 위치되고, 각 배플(80)의 상기 하단부는 상기 주조 노즐(10)의 상기 외부 표면(11)의 일부를 형성하고, 각 배플(80)은 적어도 하나의 면 벽(82)으로부터 안쪽으로 연장되고, 상기 한 쌍의 배플들(80)은 상기 세장형 보어(12)의 상기 중심 수직 축(14)에 대해 대칭으로 위치되는, 상기 한 쌍의 배플들(80)을 포함하며,
    상기 흐름 분할기(70)는 한 쌍의 측벽들(82)을 포함하되; 각 측벽(82)은 각각의 조정 섹션(60) 측벽과 마주하고, 상기 한 쌍의 측벽들은 상기 세장형 보어(12)의 상기 중심 수직 축(14)에 대해 대칭으로 위치되며;
    상기 흐름 분할기(70)는 상기 주조 노즐(10)의 상기 조정 섹션(60)에서 상기 외부 표면(11)으로 연장되는 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)을 포함하며, 상기 흐름 분할 출구 포트 채널(72)은 d0의 직경을 가지며;
    각 배플(80)은 외향 길이방향 벽(86) 및 내향 길이방향 벽(84)을 포함하며;
    각 배플(80)의 상기 외향 벽(86)은 각각의 주조 노즐 측벽 내부(78) 및 대향 노즐 면 벽들(82)의 내부들과 함께, 측면 출구 포트(26)를 정의하며;
    각 배플(80)의 상기 내향 벽(84)은 상기 흐름 분할기(70)의 각각의 측벽 및 대향 노즐 면 벽들(92)의 내부들과 함께, 중심 출구 포트(26)를 정의하며;
    상기 흐름 분할기(70)의 상향 범위는 배플들(80)의 상향 범위보다 작으며;
    상기 배플들(80)은 조정 섹션(62)의 상기 상단부까지 위로 연장되며;
    상기 배플들(80) 사이의 최소 거리(d)와, 각 배플(80)과 각각의 측벽 내부(78) 사이의 최소 거리(d2) 사이의 관계는 식,
    (d)/2 < d2 < 2(d)/2로 표현되며;
    상기 배플들 사이의 상기 최소 거리(d), 상기 흐름 분할기 출구 포트 채널(72)의 직경(d0), 및 각 배플(80)과 상기 흐름 분할기 사이의 최소 거리(d1) 사이의 관계는 식,
    0.8 (d) / 2 < ((d1) + (d0)) < 2 (d) / 2로 표현되는, 주조 노즐(10).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 수축 섹션(40)의 상기 최소 단면적은 상기 입구 섹션(30)의 상기 단면적의 60% 내지 90%를 포함하는 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  3. 청구항 1 내지 2 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창 섹션(50)의 상기 최소 단면적은 상기 입구 섹션(30)의 상기 단면적의 150% 내지 200%를 포함하는 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대향 측벽들(76) 사이의 거리는 상기 대향 면 벽들(92) 사이의 거리보다 큰 것을 특징으로 하며, 대향 면 벽(92) 외부 사이의 거리는 상기 노즐(10)의 깊이를 정의하는 것을 특징으로 하며, 대향 측벽(76) 사이의 거리는 상기 노즐(10)의 폭을 정의하는 것을 특징으로 하며; 상기 대향 측벽들(76) 사이의 거리는 상기 팽창 섹션(50)의 상기 상단부(52)에서 상기 하단부(54)로 증가하는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 대향 측벽들(76) 사이의 거리는 상기 팽창 섹션의 상기 상단부(52)에서 상기 팽창 섹션(50)의 상기 하단부로 적어도 2배만큼 증가하는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 노즐(10)의 상기 하단부(23)와 각 측벽(76)의 교차점이 경사 면들을 형성하도록 경사지는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 경사 면들은 상기 중심 수직 축(14)에 직교하고 상기 노즐(10)의 상기 하단부(23)의 일부를 포함하는 상기 평면과 각도(알파, 89)를 형성하며, 알파가 30도 내지 60도를 포함하는 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흐름 분할기(70)는 오목한 상부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수축 섹션(40)의 길이는 상기 주조 노즐(10)의 길이의 5% 내지 15%를 포함하는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창 섹션(50)의 길이는 상기 주조 노즐(10)의 길이의 40% 내지 70%를 포함하는 값을 갖는, 주조 노즐.
  11. 청구항 1 내지 10 중 한 항에 있어서, 상기 조정 섹션(60)의 길이는 상기 주조 노즐(10)의 길이의 5% 내지 15%를 포함하는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  12. 청구항 7 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐의 상기 보어의 각 배플(80) 및 상기 중심 수직 축(14)의 상기 내향 길이방향 표면(86)에 의해, 각 배플(80)의 상기 외향 길이방향 표면(86)에 직교하는 상기 수직 평면에서, 설명된 각도(베타)는 6도 내지 18도를 포함하는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 각 배플(80)의 상기 외향 길이방향 표면(86), 각 배플(80)의 상기 내향 길이방향 표면(84), 상기 흐름 분할기(70)의 해당 측면 표면(82), 및 상기 해당 측벽(76)의 상기 내부(78)는 평행한 것을 특징으로 하며, 각 배플(80)의 상기 외향 길이방향 표면들(86)은 상기 배플(80)의 상기 상단부에서 상기 배플(80)의 상기 하단부로 바깥쪽으로 만곡되지 않는 것을 특징으로 하는, 주조 노즐(10).
  14. 청구항 4 내지 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 섹션(60)의 상기 상단부(62)의 상기 보어(12) 폭 대 상기 조정 섹션(60)의 길이의 비는 1.4 내지 2.5를 포함하는 값을 갖는, 주조 노즐(10).
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