KR101794599B1 - 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기 내에 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재는 용기의 내부로 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재로서, 상기 용기에 설치되는 본체부; 상기 본체부의 내측에 상면이 노출되도록 설치되는 포러스부; 상기 포러스부의 하면과 상기 본체부 사이에서 가스의 유동 공간을 제공하는 공간부; 및 상기 공간부와 연통되도록 상기 본체부에 형성되는 가스 유입구;를 포함하고, 상기 공간부는, 상기 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재는 용기의 내부로 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재로서, 상기 용기에 설치되는 본체부; 상기 본체부의 내측에 상면이 노출되도록 설치되는 포러스부; 상기 포러스부의 하면과 상기 본체부 사이에서 가스의 유동 공간을 제공하는 공간부; 및 상기 공간부와 연통되도록 상기 본체부에 형성되는 가스 유입구;를 포함하고, 상기 공간부는, 상기 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성된다.
Description
본 발명은 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기 내에 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치에 관한 것이다.
연속 주조 설비는 제강 설비로부터 정련된 용강을 공급받아 주편을 제조하는 설비로서, 용강(molten steel)을 운반하는 래들(Ladle), 래들에서 용강을 공급받아 임시 저장하는 턴디시(Tundish), 턴디시로부터 지속적으로 용강을 공급받으면서 이를 주편(Slab)으로 1차 응고시키는 주형(Mold), 주형으로부터 지속적으로 인발되는 주편을 2차 냉각시키며 일련의 성형 작업을 수행하는 냉각대로 구성된다.
용강은 턴디시에 수강되어 소정 시간 체류되며 개재물이 부상 분리되고 슬래그가 안정화되며 재산화가 방지된다. 이후, 용강은 주형으로 공급되어 주편의 형상으로 초기 응고층을 형성하는데, 이때, 주편의 표면 품질이 결정된다.
주형에서의 주편 표면 품질은 용강의 개재물에 대한 청정도에 의하여, 그 정도가 결정된다. 예컨대 개재물에 대한 용강의 청정도가 좋지 않을 경우, 개재물 자체로 인하여 주편 표면에 결함이 발생할 수 있고, 개재물에 의해 침지노즐이 막히며 용강 흐름에 이상이 발생하여 주편 표면 품질이 저하될 수 있다.
용강은 턴디시에서 용강이 소정 시간 체류하면서 개재물이 부상 분리되는 정도에 따라, 개재물에 대한 청정도가 상당 부분 달라지며, 개재물의 부상 분리되는 정도는 용강 턴디시에서 체류되는 시간에 비례한다.
따라서, 종래에는 턴디시에서의 용강 체류 시간을 길게 하기 위한 방안으로 턴디시 내부에 댐(Dam)이나 위어(Weir)를 구축하여 용강의 흐름을 제어하여 용강의 체류 시간을 조절하였다. 하지만 용강에 혼입된 개재물의 크기가 30㎛ 이하인 경우, 개재물이 부상 분리되기까지 걸리는 시간이 용강의 체류 시간보다 길고, 이러한 이유로 30㎛ 이하의 크기인 개재물은 턴디시의 댐과 위어를 이용하여 제거하기 어려운 문제점이 있다. 이에, 턴디시에 균일한 가스를 취입하여 용강의 흐름을 제어하기 위한 가스 취입 부재의 필요성이 증대하게 되었다.
본 발명은 용기 내에 가스를 균일하게 취입할 수 있는 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재는 용기의 내부로 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재로서, 상기 용기에 설치되는 본체부; 상기 본체부의 내측에 상면이 노출되도록 설치되는 포러스부; 상기 포러스부의 하면과 상기 본체부 사이에서 가스의 유동 공간을 제공하는 공간부; 및 상기 공간부와 연통되도록 상기 본체부에 형성되는 가스 유입구;를 포함하고, 상기 공간부는, 상기 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성된다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 취입 부재는 용기의 내부로 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재로서, 상기 용기에 설치되는 본체부; 상기 본체부의 내측에 상면이 노출되도록 설치되는 포러스부; 상기 포러스부의 하면과 상기 본체부 사이에서 가스의 유동 공간을 제공하는 공간부; 및 상기 공간부와 연통되도록 상기 본체부에 형성되는 가스 유입구;를 포함하고, 상기 포러스부의 측면은 상기 본체부와 밀착되어 접촉면을 형성하고, 상기 접촉면의 적어도 일부는 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장되는 굴절면을 포함한다.
상기 공간부는, 상기 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 공간부는, 상기 가스 유입구로부터 거리가 증가할수록 상기 유동 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다.
상기 가스 유입구는 상기 공간부의 측면에 형성될 수 있다.
상기 공간부의 하면은, 상기 가스 유입구로부터 하향 경사지도록 형성될 수 있다.
상기 굴절면은, 요철 구조로 형성될 수 있다.
상기 요철 구조는 하향 경사지게 형성될 수 있다.
상기 본체부는 상기 용기의 폭 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 포러스부는 8% 이상 20% 이하의 기공률을 가질 수 있다.
상기 본체부 및 포러스부는 동일한 재질의 내화물로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치는, 내부가 상측으로 개방되고, 상부에 용융물 주입부가 마련되며, 바닥부의 적어도 일측에 홀이 형성되는 용기; 상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되어 설치되는 유도 부재; 및 상기 유도 부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되고, 상기 바닥부에 설치되어 상기 용기의 내부로 가스를 공급하는 가스 취입 부재;를 포함하고, 상기 가스 취입 부재는, 상기 가스가 유입되는 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지는 공간부가 내부에 형성된다.
상기 유도 부재는, 상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에서 이격되어 설치되는 제1 부재; 및 상기 제1 부재에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에 접촉되어 설치되는 제2 부재;를 포함할 수 있다.
상기 가스 취입 부재는 상기 용기의 바닥면에 설치될 수 있다.
상기 기체 취입 부재는, 상기 용융물 주입부와 상기 제1 부재 사이의 바닥면에 설치될 수 있다.
상기 가스 취입 부재는, 상기 용기를 관통하여 상기 가스 유입구에 연결되는 가스 공급관을 포함할 수 있다.
상기 용기는, 연속 주조 설비에서 사용되는 턴디시를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치에 의하면, 가스 공급관으로부터 공급되고 포러스부로 배출되기 전에 가스를 수용하는 공간부를 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성하여, 포러스부의 전체 면을 통하여 가스의 공급량을 균일하게 제어할 수 있다.
또한, 본체부와 포러스부가 접촉하는 접촉면의 적어도 일부가 굴절면을 포함하도록 형성하여, 본체부와 포러스부 간의 열 팽창률 차이로 인한 이격 틈이 발생하는 경우에도 이격 틈으로부터 가스가 누설되는 것을 방지하여 균일한 가스를 공급할 수 있다.
뿐만 아니라, 용융물이 담긴 용기의 내부로 가스를 취입하여 개재물과 접촉시키는 방식으로 개재물을 효과적으로 제거할 수 있고, 용융물이 담긴 용기의 내부에 주입되는 가스로 용융물의 회전류를 형성하여 가스에 대한 개재물 접촉 빈도를 증가시키는 방식으로 개재물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 용기에 담긴 용융물의 회전류에 의하여 용융물에 형성되는 나탕면이 대기와 접촉하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 용융물의 재산화 및 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재가 용기 내에 설치되는 모습을 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재의 개략적인 모습을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 취입 부재의 모습을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스의 압력 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치의 개략적인 모습을 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재의 개략적인 모습을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 취입 부재의 모습을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스의 압력 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치의 개략적인 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재가 용기 내에 설치되는 모습을 나타내는 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재의 개략적인 모습을 나타내는 도면이다. 여기서, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 용기(10)의 내부로 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재(100)로서, 상기 용기(10)에 설치되는 본체부(110); 상기 본체부(110)의 내측에 상면이 노출되도록 설치되는 포러스부(120); 상기 포러스부(120)의 하면과 상기 본체부(110) 사이에서 가스의 유동 공간을 제공하는 공간부(130); 및 상기 공간부(130)와 연통되도록 상기 본체부(110)에 형성되는 가스 유입구(140);를 포함하고, 상기 공간부(130)는, 상기 가스 유입구(140)로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성된다.
본 발명의 가스 취입 부재(100)는 용기(10)의 내부로 가스를 취입한다. 여기서, 용기(10)는 바닥부 및 바닥부의 둘레를 따라 돌출 형성된 측벽부를 포함하여, 내부가 상측으로 개방된 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 측벽부는 길이 방향 양 측벽, 폭 방향 양 측벽을 포함할 수 있다. 용기(10)는 외부면이 예컨대 철피로 형성되어 형상을 유지할 수 있고, 내부면에 내화물이 구축되어 용융물이 수용될 수 있다. 용기(10)는 연속주조 설비의 턴디시를 포함할 수 있으며, 용기(10)에 수용되는 용융물은 용강을 포함할 수 있다. 턴디시에 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)가 설치되는 용융물 처리 장치와 관련하여는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
본체부(110)는 용기(10)에 설치된다. 본체부(110)의 설치 위치는 용기(10) 내부에 수용되는 용융물에 가스를 주입하기 위한 다양한 위치에 설치될 수 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이 용융물을 회전시키기 위한 회전류를 형성하기 위하여, 본체부(110)는 상기 용기(10)의 바닥면에 설치될 수 있다.
본체부(110)는 상기 용기(10)의 내부를 향하는 일면에 오목부를 구비하는 형상으로 형성될 수 있다. 이를 위하여 본체부(110)는 바닥면 및 바닥면의 둘레를 따라 돌출 형성된 측벽면을 포함하여 오목부를 형성하고, 상기 오목부에 의하여 본체부(110)의 내부가 용기(10)의 내부를 향하도록 개방된 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본체부(110)는 상기 용기(10)의 폭 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본체부(110)는 용기(10)의 폭 방향으로 연장되어 상기 용기(10)의 바닥면에 설치될 수 있다. 본체부(110)를 용기(10)의 폭 방향으로 연장 형성하는 경우 후술할 포러스부(120)를 용기(10)의 폭 방향으로 연장하여 설치할 수 있게 되며, 이에 의하여 용기(10)의 폭 방향으로 균일하게 가스를 공급할 수 있게 된다. 또한, 본체부(110)는 용기(10)의 양 측벽에 밀착되도록 폭 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 이와 같이 본체부(110)를 용기(10)의 양 측벽에 밀착되도록 형성하는 경우, 본체부(110)를 관통하는 가스 유입구(140)를 본체부(110)의 측면에 형성하고, 가스 공급관(170)을 용기(10)의 측면을 관통하여 상기 가스 유입구(140)에 연결되도록 설치할 수 있다. 가스 유입구(140)를 측면에 형성함에 의하여 용기(10)의 측벽부를 관통하여 용이하게 가스 공급관(170)을 상기 가스 유입구(140)에 연결할 수 있게 되며, 용기(10)에의 추가 설치가 용이할 뿐만 아니라 사용이 간편한 효과가 있다.
포러스부(120)는 본체부(110)의 내측에 상면이 노출되도록 설치된다. 즉, 포러스부(120)는 본체부(110)에 구비되는 오목부에 상면이 노출되도록 삽입되어 설치된다. 포러스부(120)는 내부에 형성되는 다수 개의 기공을 포함하며, 상기 기공을 통하여 공급되는 가스를 용기(10)의 내부로 공급하게 된다. 여기서, 포러스부(120)의 측면은 상기 본체부(110)와 밀착되어 접촉면을 형성하게 된다.
공간부(130)는 포러스부(120)의 하면과 본체부(110) 사이에서 가스의 유동 공간을 제공한다. 즉, 포러스부(120)는 본체부(110)에 구비되는 오목부에 상면이 노출되도록 삽입되어 설치되되, 포러스부(120)의 하면은 상기 본체부(110)의 바닥면과 이격되도록 설치되어, 상기 포러스부(120)의 하면과 상기 본체부(110)의 바닥면 및 일부 측면에 의하여 공간부(130)가 형성된다. 상기 공간부(130)에는 가스 공급관(170)으로부터 유입되는 가스가 유동하여 수용되며, 공간부(130)에 수용된 가스는 상기 포러스부(120)에 형성되는 다수 개의 기공을 통하여 포러스부(120)의 상면으로 공급된다. 여기서, 가스는 본체부(110)를 관통하여 상기 공간부(130)와 연통되도록 형성되는 가스 유입구(140)를 통하여 가스 공급관(170)으로부터 공간부(130)로 유동하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 턴디시 내에 수용되는 용강에 가스를 취입하기 위하여 사용될 수 있는 것으로, 본체부(110)와 포러스부(120)는 고온에서 연화하지 않고, 그 강도를 충분히 유지함과 동시에 화학적 작용에도 견딜 수 있는 내화물로 이루어질 수 있다. 여기서, 본체부(110)와 포러스부(120)는 제작이 용이하며, 고온의 환경에도 열 팽창률이 낮은 내화물인 알루미나(Al2O3), 알루미나-실리카(Al2O3-SiO2), 알루미나 스피넬(Al2O3 spinel) 및 마그네시아(MgO) 중 적어도 하나의 재질로 각각 형성될 수 있다.
본체부(110)와 포러스부(120)는 물론 각각 다른 재질로 형성될 수도 있으나, 본체부(110)와 포러스부(120)의 열 팽창률을 균일하게 유지하기 위하여 동일한 재질로 형성함이 바람직하다. 즉, 본체부(110)와 포러스부(120)의 열 팽창률 차이가 크게 발생하는 경우, 고온의 환경에서 본체부(110)와 포러스부(120)의 접촉면이 이격되어, 본체부(110)와 포러스부(120)의 이격된 틈 사이로 가스가 유출(leak)될 수 있다. 따라서, 포러스부(120)에 형성되는 기공이 아닌 본체부(110)와 포러스부(120)의 이격된 틈 사이로 다량의 가스가 유출되어 용기(10) 내에 가스를 균일하게 공급하지 못하는 것을 방지하기 위하여 본체부(110)와 포러스부(120)는 동일한 재질로 형성할 수 있다. 마그네시아(MgO) 또는 알루미나 스피넬(Al2O3 spinel)의 경우 다른 재질에 비하여 열 팽창률의 차이가 크므로, 본체부(110) 또는 포러스부(120)의 재질로 마그네시아(MgO) 또는 알루미나 스피넬(Al2O3 spinel)을 사용하는 경우에는 특히 본체부(110) 및 포러스부(120)를 동일한 재질로 형성함이 바람직하다.
다수 개의 기공이 형성된 포러스부(120)는 전술한 재질에 고분자 수지를 함유한 내화물을 열 처리하여 제조될 수 있다. 즉, 포러스부(120)를 제조하기 위한 내화물은 알루미나(Al2O3), 알루미나-실리카(Al2O3-SiO2), 알루미나 스피넬(Al2O3 spinel) 및 마그네시아(MgO) 중 적어도 하나에 고분자 수지를 혼합한 내화물을 사용할 수 있다. 여기서, 고분자 수지는 상기 내화물의 열처리에 의하여 휘발되어 다수 개의 기공을 형성할 수 있게 된다.
상기 내화물은 5 내지 100㎛의 입경을 가지는 고분자 수지를 내화물 전체 중량%에 대하여 5 내지 15 중량%를 혼합한 내화물을 사용할 수 있다. 고분자 수지가 5 중량% 미만으로 혼합되는 경우, 공간부(130)로 수용되는 가스를 용기(10)의 내부로 취입하기 위한 유로를 형성하기 어렵고, 고분자 수지가 15 중량%를 초과하는 경우에는 기공이 과하게 형성되어, 균일한 가스의 공급이 어려워진다. 여기서, 고분자 수지로는 각종의 폴리머(polymer)가 사용될 수 있으며, 폴리머 대신 그라파이트(graphite) 또는 카본 파이버(carbon fiber) 등이 사용될 수도 있다.
상기의 과정에 의하여 제조된 포러스부(120)는 상온에서 8 내지 20%의 기공률을 가질 수 있다. 기공률이 8% 미만인 경우에는 용강과 접촉하여 열 충격에 의한 크랙(crack)이 발생할 가능성이 높고, 가스 주입에 따른 압력이 과하게 되어 사용에 제약이 따르게 된다. 또한, 기공률이 20%를 초과하는 경우 내화물의 강도 저하에 따라 용강 유동에 의한 파괴가 일어날 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 예를 들어, 턴디시의 바닥면에 설치될 수 있다.
이와 같이 턴디시의 바닥면으로부터 가스를 취입하기 위하여, 종래에는 턴디시 바닥면에 가스 주입관을 장착하여 턴디시를 관통하여 가스를 주입하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이는 턴디시에 수용되는 용강이 턴디시의 바닥면에 장착되는 가스 주입관으로 침투하여 용강 유출 등 조업 사고가 발생할 가능성이 높은 문제점이 있었다.
또한, 용강에 가스를 취입하기 위하여 턴디시 바닥면을 관통하여 포러스 플러그(porous plug)를 설치하여 용강에 가스를 주입하는 방법도 제시되었다. 그러나, 이 방법의 경우는 포러스 플러그를 하나만 사용하게 되면 턴디시 바닥면의 하나의 점에서만 가스가 취입되는 결과가 되어 용강으로의 가스 취입 효과가 미미하다. 또한, 다수 개의 포러스 플러그를 사용하여 각 포러스 플러그를 서로 인접하도록 설치하는 경우, 포러스 플러그 사이에 가스가 취입되지 않는 사각지대가 형성되어 가스를 균일하게 취입할 수 없게 되어, 가스 취입의 효과를 저하시키게 된다. 뿐만 아니라, 다수 개의 포러스 플러그를 설치함에 있어서, 가스 공급부의 처리, 각 가스 라인의 연결, 가스 유량 및 압력 제어 등과 관련된 문제점이 발생되어 실질적으로 균일한 가스 취입이 불가능한 결과가 발생한다.
또한, 다성분계의 포러스 콘크리트를 턴디시 바닥에 설치하고, 포러스 콘크리트 내부에 가스 라인을 매설하여 가스를 취입하는 방법도 존재한다. 이 방법은 기존의 방법보다 매우 복잡하여 시공에 시간, 인력 및 자재의 소모가 많은 단점이 있고, 턴디시에 추가로 구비될 수 있는 댐(dam)이나 둑(weir) 등의 설치가 거의 불가능하게 되어, 턴디시 내의 용강의 유동을 제어하는 것은 포기하여야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 턴디시의 바닥면 또는 턴디시에 설치되는 댐의 상부에 설치되어 턴디시 내에 수용되는 용강에 가스를 취입할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 턴디시에의 설치를 용이하게 하기 위하여 본체부(110)를 턴디시의 양 측벽에 밀착되도록 형성하고, 본체부(110)의 측면에 가스 유입구(140)를 형성하는 경우, 가스 유입구(140)의 위치에 따라 턴디시에 가스를 균일하게 취입하기 어려운 문제가 발생하게 된다. 즉, 공간부(130)에서 가스 유입구(140)가 형성되는 일측은 일정한 압력으로 지속적으로 가스가 공급되어 상기 포러스부(120)를 통하여 다량의 가스가 공급되나, 공간부(130)에서 가스 유입구(140)의 반대측은 가스 유입구(140)로부터의 가스의 공급량이 상대적으로 적어 소량의 가스가 공급되게 된다. 이러한 문제점은 반드시 가스 유입구(140)가 일측에 형성되는 경우뿐만 아니라, 가스 유입구(140)가 형성되는 위치에 따라 다양하게 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 공간부(130)를 가스 유입구(140)로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성할 수 있다. 여기서, 유동 단면적은 가스가 유입되는 방향에 수직한 단면적을 의미한다. 즉, 공간부(130)는 상기 가스 유입구(140)로부터의 거리가 증가할수록 유동 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 가스 유입구(140)로부터 거리가 증가할수록 유동 단면적이 증가하도록 형성하는 경우, 공간부(130) 내에서 지속적으로 가스가 공급되는 가스 유입구(140) 측에는 상대적으로 적은 양의 가스가 수용되며, 가스 공급량이 상대적으로 적은 가스 유입구(140) 반대측에는 상대적으로 많은 양의 가스가 수용될 수 있게 된다. 따라서, 가스 공급량이 상대적으로 적은 가스 유입구(140) 반대측의 유동 단면적이 증가하도록 공간부(130)를 형성하여 상기 포러스부(120)를 통하여 용기(10) 내로 균일하게 가스를 취입할 수 있게 된다.
여기서, 상대적으로 유동 단면적이 증가하도록 형성되는 가스 유입구(140) 반대측의 내경(D2)은 상기 가스 유입구(140) 측의 내경(D1)보다 1.2 내지 5배 크게 형성할 수 있다. 유동 단면적의 내경이 1.2배 미만일 경우, 실질적으로 그 효과를 발휘하기 어려워 균일한 가스 공급이 어려우며, 5배를 초과하는 경우 본체부(110)의 크기가 증가하게 되어 제작이 어렵게 된다.
또한, 공간부(130)를 가스 유입구(140)로부터 거리가 증가할수록 유동 단면적이 증가하도록 형성함에 있어서, 상기 공간부(130)의 하면을 상기 가스 유입구(140)로부터 하향 경사지도록 형성할 수 있다. 공간부(130)는 포러스부(120)의 하면과 본체부(110)의 바닥면 사이에서 구획되는 공간인바, 공간부(130)의 상부는 수평 방향으로 유지하여 포러스부(120)의 상면과 하면 사이의 길이 즉, 균일한 두께를 가지도록 유지하고, 본체부(110)의 바닥면에 의하여 유동 단면적을 변화시킴으로써, 포러스부(120)의 두께 변화에 의한 가스의 불균일한 공급을 방지하고, 유동 단면적을 조절할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 용기(10)의 내부로 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재(100)로서, 상기 용기(10)에 설치되는 본체부(110); 상기 본체부(110)의 내측에 상면이 노출되도록 설치되는 포러스부(120); 상기 포러스부(120)의 하면과 상기 본체부(110) 사이에서 가스의 유동 공간을 제공하는 공간부(130); 및 상기 공간부(130)와 연통되도록 상기 본체부(110)에 형성되는 가스 유입구(140);를 포함하고, 상기 포러스부(120)의 측면은 상기 본체부(110)와 밀착되어 접촉면을 형성하고, 상기 접촉면의 적어도 일부는 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장되는 굴절면을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 본체부(110), 포러스부(120), 공간부(130) 및 가스 유입구(140)는 전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 본체부(110), 포러스부(120), 공간부(130) 및 가스 유입구(140)와 대부분 동일하며, 본체부(110)와 포러스부(120)의 접촉면의 형상에 관하여 차이점이 있으므로, 상기 차이점에 대하여만 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 도 4에서는 공간부(130)가 본 발명의 일 실시 예에 따라 가스 유입구(140)로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성되는 일 예를 도시하였으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 공간부(130)가 동일한 유동 단면적을 가지도록 형성되는 경우에도 적용이 가능함은 물론이다.
포러스부(120)는 본체부(110)의 내측에 상면이 노출되도록 설치되며, 포러스부(120)의 측면은 본체부(110)와 밀착되어 접촉면을 형성하게 된다. 이와 같이, 본체부(110)의 내측에 상면이 노출되는 포러스부(120)를 설치하는 구조로 가스 취입 부재(100)를 형성하는 경우 포러스부(120)와 본체부(110)의 경계, 즉, 포러스부(120)의 측면에서 본체부(110)와 접촉되는 접촉면이 포러스부(120)에 의한 가스 공급 방향과 동일하게 되어 열간에서 가스 유출이 발생하기 쉽다. 이러한 문제점은 본체부(110)와 포러스부(120)가 서로 다른 재질을 가지는 경우에 특히 심각하게 발생한다.
한편, 전술한 바와 같이 본체부(110)와 포러스부(120)를 동일한 재질로 형성하는 경우 열 팽창률의 차이를 최소화시킬 수 있게 된다. 그러나, 포러스부(120)에는 다수 개의 기공이 형성되고, 다수 개의 기공으로 인한 포러스부(120)와 본체부(110) 사이의 열 팽창률의 차이로 인하여 고온의 환경에서 본체부(110)와 포러스부(120)의 접촉면이 이격되어, 본체부(110)와 포러스부(120)의 이격된 틈 사이로 가스가 유출(leak)될 가능성은 존재한다.
이처럼, 본체부(110)와 포러스부(120) 사이의 열 팽창률 차이로 인하여 이격된 틈이 형성되는 경우 가스는 포러스부(120)를 통하여 균일하게 공급되지 못하고, 상기 이격된 틈으로 가스가 집중적으로 공급된다. 이에 의하여 용기(10), 예를 들어 턴디시 내부에 국부적으로 나탕이 발생하게 되어 재산화에 의한 용강 청정도에 악영향을 미칠 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 포러스부(120)의 측면이 본체부(110)와 밀착되어 접촉면을 형성하는 경우, 상기 포러스부(120)의 측면의 적어도 일부를 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장되는 굴절면을 포함하도록 형성하고, 본체부(110)의 내측 측벽면을 이와 대응되는 형상으로 형성하여, 본체부(110)와 포러스부(120)의 접촉면의 적어도 일부가 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장되는 굴절면을 포함하도록 형성할 수 있다. 접촉면의 적어도 일부가 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장되는 굴절면을 포함하도록 형성하는 경우, 본체부(110)와 포러스부(120) 사이의 이격된 틈에 의하여 형성되는 가스 유로를 굴절 연장시킬 수 있게 되어, 이러한 이격된 틈으로부터 가스가 누출되는 것을 최소화할 수 있다.
도 4(a)는 굴절면(125a)이 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 절곡되어 형성되는 모습을 도시하는 도면이고, 도 4(b)는 굴절면(125b)이 요철 구조로 형성되는 모습을 도시하는 도면이다. 도 4(c)는 굴절면(125c)의 요철 구조가 하향 경사지게, 즉 도 4(a)의 굴절면이 복수 개로 형성되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 4(a), 도 4(b) 및 도 4(c)에 도시된 바와 같이 굴절면을 접촉면의 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장 형성하는 경우 본체부(110)와 포러스부(120) 사이에서 이격된 틈이 발생하는 경우에도, 이격된 틈으로부터 형성되는 가스 누출 유로를 절곡시키는 등으로 굴절시킬 수 있게 되어 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 도 4는 굴절면이 형성되는 다양한 다른 실시 예를 도시하고 있으나, 굴절면의 형상은 이에 한정되는 것이 아니며, 곡면으로 형성되는 등 본체부(110)와 포러스부(120) 사이의 이격된 틈에 의하여 형성되는 가스 유로를 굴절 연장시키고, 본체부(110)와 포러스부(120)의 열 팽창률 차이로 인하여 본체부(110)로부터 포러스부(120)가 탈락되는 것을 방지하기 위한 다양한 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.
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나탕 발생여부 | TD.T[O]-MD.T[O] (상대 비교 지수) |
비고 |
| 기존 | 5L/min 이상 주입시 나탕 발생 | 100 | 불활성 가스 5L/min 주입 |
| 1차 테스트 | 나탕 미발생 |
140 | 불활성 가스 10L/min 주입 |
| 2차 테스트 | 나탕 미발생 |
155 | 불활성 가스 10L/min 주입 |
표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 효과를 확인하기 위하여 턴디시(TD)에 시공하고, 주조 중에 불활성 가스의 취입량을 서서히 늘리면서 나탕 발생 여부를 관찰하고, 주형(MD)에서 전체 산소량(T[O]: total oxygen)을 나타내는 표이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)를 이용하여 턴디시의 회전류를 형성시키기 위해서는 최소 7L/min 이상의 불활성 가스가 주입되어야 한다. 기존 가스 취입 부재(100)의 경우 불활성 가스 주입량을 5L/min 이상으로 주입할 경우, 턴디시에 용강의 나탕이 발생하여 그 이상의 불활성 가스 주입이 어려웠다. 이는 열간에서 본체부(110)와 포러스부(120) 사이에 이격 틈이 발생하여 가스가 이격 틈으로부터 한꺼번에 나오기 때문인 것으로 판단된다. 반면 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)의 경우 15L/min 까지 불활성 가스를 주입하여도 특정 지역에서 나탕이 발생하지 않았다. 불활성 가스의 버블링 효과로 인해, 개재물 제거량을 의미하는 상대 비교 지수 값인 턴디시와 몰드간의 전체 산소량의 차이(TD.T[O]-MD.T[O])도 기존에 비해 약 50% 향상 효과가 있는 것을 확인하였다.
또한, 도 5에 나타난 바와 같이 기존의 가스 취입 부재(100)는 초기에 어느 시점부터 압력이 급락하는 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)에서는 주조 종료시까지 일정한 압력을 유지하는 것을 확인하였다. 이러한 결과 역시 기존의 가스 취입 부재(100)는 주조 중 이격 틈의 발생으로 인하여 압력이 하락하였으나, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 건전하였음을 나타내는 증거로 볼수 있다.
이러한 결과로써 판단할 때, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 취입 부재(100)는 균일한 가스 배출이 가능하므로, 턴디시 회전류 형성을 위하여 다량의 가스를 주입하는 경우에도 사용할 수 있음을 확인하였다. 상기와 같은 턴디시 회전류 형성을 위한 용융물 처리 장치에 대하여 이하에서 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치의 개략적인 모습을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치는 내부가 상측으로 개방되고, 상부에 용융물 주입부가 마련되며, 바닥부의 적어도 일측에 홀이 형성되는 용기(10); 상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되어 설치되는 유도 부재; 및 상기 유도 부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되고, 상기 바닥부에 설치되어 상기 용기(10)의 내부로 가스를 공급하는 가스 취입 부재(100);를 포함하고, 상기 가스 취입 부재(100)는, 상기 가스가 유입되는 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지는 공간부(130)가 내부에 형성된다.
용융물(M)은 용강을 포함할 수 있다. 용강은 제강 설비에서 정련이 완료되어 마련될 수 있고, 운반 용기 예컨대 연속주조 설비의 래들(미도시)에 담겨 용기(10)의 상측에 운반될 수 있다.
용융물 주입부(1)는 용강이 통과 가능하도록 형성되는 중공의 내화물 노즐일 수 있고, 슈라우드 노즐(shroud nozzle)을 포함할 수 있다. 용융물 주입부(1)는 용기(10)의 외부에 마련된 머니퓰레이터(manipulator)에 장착 지지될 수 있고, 머니퓰레이터(미도시)의 상승에 의해, 래들의 콜렉터 노즐(collector nozzle)에 결합되어 래들의 내부에 연통할 수 있다. 용융물 주입부(1)는 용기(10)의 바닥부에서 소정 높이 이격되어 위치할 수 있고, 용기(10)의 내부로 용융물(M)을 주입함에 따라 하부가 용융물(M)에 침지될 수 있다.
한편, 가스 취입 부재(100)를 통하여 용기(10)의 내부로 주입되는 가스(g)는 불활성 기체를 포함할 수 있고, 불활성 기체는 아르곤 기체(Ar)를 포함할 수 있다.
용기(10)는 바닥부 및 바닥부의 둘레를 따라 돌출 형성된 측벽부를 포함하여, 내부가 상측으로 개방된 용기의 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 측벽부는 길이 방향 양 측벽, 폭 방향 양 측벽을 포함할 수 있다. 용기(10)는 외부면이 예컨대 철피로 형성되어 형상을 유지할 수 있고, 내부면에 내화물이 구축되어 용융물(M)이 수용될 수 있다. 용기(10)는 연속주조 설비의 턴디시(tundish)를 포함할 수 있다.
용기(10)는 길이 방향(Y) 및 폭 방향(X)의 중심부를 기준으로 좌우 대칭하는 장방형의 형상으로 형성되며, 길이 방향(Y)의 너비가 폭 방향(X)의 너비보다 클 수 있다. 한편, 용기(10)의 상부에는 용융물 주입부(1)가 마련되는데, 용기(10)의 길이 방향(Y) 및 폭 방향(X)의 중심부에 용융물 주입부(1)가 수직 정렬될 수 있다.
용기(10)는 바닥부의 적어도 일측에 홀이 형성될 수 있다. 홀은 복수개 구비되고 길이 방향(Y)으로 이격되어 폭 방향 양 측벽의 근방에서 바닥부의 양측 가장자리를 각각 수직 관통하여 형성될 수 있다. 홀은 용기(10)의 길이 방향(Y) 및 폭 방향(X)의 중심부를 기준으로 좌우 대칭할 수 있다. 홀을 통하여 용기의 내부에 수용된 용융물(M)이 용기(10)의 하측으로 배출될 수 있다. 홀에는 게이트가 장착될 수 있다.
유도부재는 제1부재(20)와 제2부재(30)를 포함할 수 있고, 용융물 주입부(1)에서 홀 측으로 이격 설치될 수 있다. 이때, 유도부재는 제1부재(20)만 포함하거나, 제1부재(20)와 제2부재(30)를 모두 포함할 수 있다. 즉, 유도부재는 적어도 제1부재(20)를 포함할 수 있다. 제1부재(20) 및 제2부재(30)는 내화물로 구축될 수 있고, 용기(10)의 내부에 용융물(M)이 수용되어 원하는 높이 예컨대 연속주조 조업 중기의 정상 상태에서 용강 레벨까지 수용되는 경우, 용융물(M)에 잠긴 상태에서 그 유동을 제어할 수 있다.
제1부재(20)는 용기(10)의 내부에 주입되는 용융물(M)의 유동을 제어 가능하게 마련될 수 있다. 제1부재(20)는 용융물 주입부(1)에서 홀 측으로 이격되고, 폭 방향(X)으로 연장되며, 바닥부에서 상측으로 소정 높이 이격되어 용기(10)의 길이 방향 양 측벽의 서로 마주보는 면 사이를 연결하도록 설치될 수 있다. 제1부재(20)는 턴디시의 위어(Weir)를 포함할 수 있다. 제1부재(20)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 중심으로 길이 방향(Y)으로 상호 이격된 위치에 각각 설치될 수 있다. 제1부재(20)는 용융물 주입부(1)를 통해 용기(10)의 내부로 주입된 용융물(M)의 용융물 주입구(1) 부근 유동(P1)을 용기(10)의 내측 상부 또는 내측 하부로 유도할 수 있다.
한편, 제1부재(20) 부근 용융물 유동 방향 및 유속 등은 제1부재(20)의 상면 높이 및/또는 하면 높이를 조절하여 제어 가능하다. 이때, 기체 주입부(400) 부근의 벤투리(Venturi) 효과에 의하여 제1부재(20) 부근의 용융물이 제1부재(20)의 하면을 지나 기체 주입부(400) 측으로 원활히 회수될 수 있는 이상적인 높이로 제1부재(20)의 하면 높이가 결정될 수 있다. 또한, 제1부재(20)의 상면이 용융물에 이상적인 깊이 만큼 완전히 잠기도록 그 상면 높이가 결정될 수 있다.
제2부재(30)는 용기(10)의 내부에 주입되는 용융물(M)의 유동을 제어 가능하도록 마련될 수 있다. 제2부재(30)는 제1부재(20)에서 홀 측으로 이격되고, 폭 방향(X)으로 연장되며, 바닥부에 접촉되어 용기(10)의 길이 방향 양 측벽의 서로 마주보는 면을 연결하여 설치될 수 있다. 제2부재(30)는 턴디시의 댐(Dam)을 포함할 수 있다. 제2부재(30)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 중심으로 길이 방향(Y)으로 상호 이격된 위치에 각각 설치될 수 있고, 홀보다 제1부재(20) 쪽에 더 가깝게 제1부재(20) 측으로 설치 위치가 편중될 수 있다. 한편, 제2부재(30)의 하부 소정 위치에는 잔탕홀(미도시)이 구비될 수도 있다. 이 경우, 잔탕홀은 바닥부에 접하는 위치에 제2부재(30)를 길이 방향(Y)으로 관통하여 형성될 수 있다.
제2부재(30)는 용융물 주입부(1)에서 홀을 향하는 방향으로 제1부재(20)의 상부 또는 하부를 범람하여, 제2부재(30) 측으로 유도되는 용융물(M)의 제2부재(30) 부근 유동을 홀 측을 향하는 홀 부근 유동(P2) 및 제1부재(20) 측을 향하는 용융물(M)의 회전류(PC)로 각각 나누어 유도할 수 있다. 한편, 제2부재(30) 부근의 용융물(M)의 유동 방향과 유속은 제2부재(30)의 상면 높이 및/또는 제1부재(20)에 대한 제2부재(30)의 이격 거리 등을 조절하여 제어 가능하다.
제1부재(20) 및 제2부재(30)에 의하여 용융물(M)이 용기(10)의 내부에 소정 시간 체류하며 개재물이 부상 분리될 수 있다. 그러나, 30㎛ 이하의 미세 개재물의 경우, 제1부재(20)와 제2부재(30)에 의한 유동 제어만으로는 부상 분리시키기 어렵다. 이는, 제1부재(20)와 제2부재(30) 만을 이용한 유동 제어의 경우, 30㎛ 이하의 미세 개재물이 부상 분리될 수 있는 시간 동안, 용기(10)의 내부에 용융물(M)을 충분히 체류시킬 수 없기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 유도부재와 용융물 주입부(1) 사이에 가스 취입 부재(100)을 마련하고, 이를 이용하여 유도부재 부근에 용융물(M)의 회전류(PC)를 형성할 수 있다. 예컨대 유도부재가 제1부재(20)만을 포함할 때, 가스 취입 부재(100)는 제1부재(20)와 용융물 주입부(1) 사이에, 제1부재(20)에서 용융물 주입부(1) 측으로 이격되어 설치될 수 있다. 또한, 유도부재가 제1부재(20)와 제2부재(30)를 모두 포함할 때, 가스 취입 부재(100)는 제1부재(20)와 용융물 주입부(1) 사이에 설치되거나, 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이에, 제2부재(30)에서 제1부재(20) 측으로 이격 설치될 수 있다.
즉, 제1부재(20)와 용융물 주입부(1) 사이 또는 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이에 가스 취입 부재(100)를 마련하고, 제1부재(20) 부근에 가스(g)를 주입하며, 강한 상승류 및 용융물(M)의 회전류(PC)를 형성할 수 있다. 이에, 30㎛ 이하 미세 개재물이 부상 분리될 수 있도록, 제1부재(20) 부근의 용융물(M)을 용기(10)의 내부에서 여러 차례 회전시키며 충분히 체류시킬 수 있다. 특히, 회전류(PC)의 회전수를 증가시킬 수 있어, 개재물과 기체와의 접촉 빈도를 크게 향상시킬 수 있다.
이 경우, 용융물(M)에 혼입된 개재물(s')은, 용융물(M)의 회전류(PC)를 따라 제1부재(20)의 부근에 장시간 체류하며 부상 분리되어, 용융물(M)의 상면에 마련된 슬래그(S)에 원활하게 포집 제거될 수 있다. 또한, 용융물(M)에 혼입된 개재물(s')은, 용융물(M)의 회전류(PC)를 따라 제1부재(20)의 부근에 장시간 체류하며, 가스 취입 부재(100)를 통해 용융물(M) 내에 주입된 기체(g)의 기포에 여러 차례 빈번하게 접촉하면서, 기포의 계면에 포집되어 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.
한편, 유도부재가 제1부재(20)만 포함하는 경우, 가스 취입 부재(100) 제1부재(20)와 홀 사이에 제1부재(20)에 근접하여 설치될 수도 있다. 이때, 가스 취입 부재(100)에서 주입되는 가스(g)에 의한 상승 유동은 챔버부(500)의 후술하는 벽체부에 의하여, 홀에서 용융물 주입부(1)를 향하는 방향으로, 제1부재(20)의 상부를 범람하도록 유도된다. 그리고 가스 취입 부재(100)에서 주입되는 기체(g)에 의해, 제1부재(20)를 중심으로 길이 방향(Y)의 양측 영역의 용융물(M) 압력이 달라지게 되어, 용융물 주입부(1)에서 홀을 향하는 방향으로, 제1부재(20)의 하면을 지나는 유동이 형성된다. 이로부터 제1부재(20) 부근을 감싸며 복수 회 반복하여 회전하는 용융물(M)의 회전류가 형성될 수 있다. 이 때의 회전류는 그 회전 방향이 예컨대 도 6의 회전류(PC)의 회전 방향과 다를 수 있다.
가스 취입 부재(100)는 유도부재에서 용융물 주입구(1) 측으로 이격되어, 바닥부 상에 설치될 수 있다. 예컨대 기체 주입부(400)는 제1부재(20)에서 용융물 주입부(1) 또는 제2부재(30) 측으로 이격되고, 바닥부에 설치될 수 있다. 가스 취입 부재(100)는 복수개 구비되며 용용물 주입구(1)를 중심으로 길이 방향(Y)의 양측에 위치할 수 있다. 가스 취입 부재(100)의 구조와 관련하여는 전술한 바와 동일한 바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
가스 취입 부재(100)는 용융물 주입부(1)보다 제1부재(20)에 상대적으로 가깝게 위치할 수 있고, 이때, 제1부재(20)에 대한 이격 거리(W1)를 조절하여 기체 주입부(400)에서 용기(10)의 내부로 주입되는 가스(g)에 의한 용융물 유동 방향 및 회전수 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
예컨대 제1부재(20)에 대한 블록의 이격 거리(W1)가 짧을수록, 가스(g)에 의한 용융물 유동 방향이 제1부재(20)를 따라 가파르게 수직 상승하는 방향으로 형성될 수 있다. 이 반대의 경우, 용융물 유동 방향이 제1부재(20)를 따라 상대적으로 완만하게 상승하는 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 이격 거리(W1)가 짧을수록, 벤투리(Venturi) 효과에 의해 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이의 용융물(M)의 회전류(PC)가 기체 주입부(400) 측으로 원활하게 회수되어, 회전류(PC)의 회전수가 증가할 수 있다. 반면에 이격 거리(W1)가 길수록, 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이의 용융물(M)에 대한 회수 정도를 줄이게 되어 회전류(PC)의 회전수를 상대적으로 줄일 수 있다.
상기와 같이, 가스 취입 부재(100)가 제1부재(20)의 부근에 위치함에 따라 벤투리 효과를 일으킬 수 있다. 즉, 가스 취입 부재(100)의 설치 위치에 의해 제1부재(20) 부근의 용융물(M)이 반복하여 복수 회 회전하며 지속적이고 강한 회전류(PC)를 형성함에 따라 3㎛ 이하 크기의 미세 개재물이 용융물(M) 상면으로 부상 분리되거나 가스(g)의 기포에 의해 포집될 수 있다.
한편, 가스 취입 부재(100) 및/또는 제1부재(20) 상에 소정 크기의 나탕면(N)이 형성될 수 있다. 이는, 가스 취입 부재(100)를 통하여 용융물(M) 중에 주입되는 가스(g)에 의한 가스 취입 부재(100)와 제1부재(20) 사이 용융물(M)의 빠른 상승류 때문에 용융물(M)의 상면에 형성된 슬래그(S)가 밀려나기 때문이다. 이 경우 나탕면(N)을 통하여 용융물(M)이 대기에 접촉하여 재산화되면서 청정도가 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예와 같이, 유도부재와 가스 취입 부재(100) 상에 챔버부(500)를 마련하고, 용융물(M)의 상면에 나탕면(N)이 형성되면, 나탕면(N)의 부근(C)을 챔버부(500)로 덮어 진공 분위기나 불활성 분위기를 형성함으로써, 용융물(M)이 대기에 접촉하여 재산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이처럼 챔버부(500)에 의하여 나탕면(N)이 보호됨에 따라, 나탕면(N) 형성과 무관하게 가스 취입 부재(100)로 가스(g)를 충분히 강하게 주입 가능하여, 충분히 강한 회전류(PC)의 형성을 달성할 수 있다.
또한, 챔버부(500)의 하부를 용융물(M) 중에 침지시키고, 이의 침지된 부분을 이용하여, 용융물 주입부(1)에서 홀 방향으로 제1부재(20)의 상부를 범람한 용융물(M)을 제1부재(20)의 하부를 향하여 유도 가능하다. 이에, 제1부재(20)의 부근에 회전류(PC)를 안정적으로 형성할 수 있다. 즉, 챔버부(500)는 나탕면(N)의 보호와 함께 회전류(PC)의 형성을 돕고, 회전류(PC)의 회전수를 증가시키는 역할을 한다. 따라서, 챔버부(500)에 의해 개재물 제거 효율이 향상되고, 용융물의 청정도가 더욱 향상될 수 있다.
챔버부(500)는 폭 방향(X)으로 연장되고 내부가 하측으로 개방되며, 유도부재와 기체 주입부(400)를 마주보도록 용기(10)의 상부에 설치될 수 있다. 이때, 챔버부(500)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 중심으로 길이 방향(Y)으로 상호 이격된 위치에 각각 설치될 수 있다.
챔버부(500)는, 폭 방향(X)으로 연장되는 리드부(510), 폭 방향으로 연장되고 제1부재(20)를 중심으로 길이 방향의 양측에 이격되어 리드부(510)의 하면에 각각 장착되며 용기(10)의 길이 방향 양 측벽에 접촉되거나 이격되는 벽체부, 길이 방향(Y)으로 연장되고 리드부(510)의 폭 방향(X) 양측 가장자리에 각각 장착되며 벽체부들을 연결하는 플랜지부(511)를 포함할 수 있고, 벽체부 및 플랜지부(511)가 용융물(M)에 침지되어 나탕면(N)이 챔버부(500)에 기밀하게 보호될 수 있다.
이때, 용융물(M)에 침지되는 부분 예컨대 벽체부 및 플랜지부(511)는 적어도 일부가 내화물로 보호될 수 있다. 또한, 용융물(M))에 침지되었을 때, 제1부재(20)에 대한 플랜지부(511)의 충돌이나 간섭을 방지하도록, 플랜지부(511)의 하면은 벽체부의 하면들 및 제1부재(20)의 상면보다 그 높이가 높을 수 있다.
리드부(510)는 판 형상의 부재로서, 용융물(M)의 상면에 형성되는 나탕면(N)을 충분히 커버 가능한 면적으로 형성될 수 있다. 리드부(510)는 제1부재(20)의 상면 또는 용기(10)의 내부로 주입된 용융물(M)의 상면에서 소정 높이 이격 가능하도록 설치 높이가 결정될 수 있다. 벽체부는 제1벽체부(520), 제2벽체부(530)를 포함할 수 있다. 제1벽체부(520)는 가스 취입 부재(100)에서 용융물 주입부(1) 측으로 이격되도록 위치할 수 있고, 제2벽체부(530)는 제2부재(30)의 상측에 이격되어 위치할 수 있다.
제1벽체부(520)는 폭 방향(X)으로 연장된 수직 벽체로서 하면이 제1부재(20)의 상면보다 높이가 높게 형성되며, 용기(10)의 내부로 주입된 용융물(M)에 의하여 침지 가능한 높이까지 하측으로 연장될 수 있다. 제2벽체부(530)는 폭 방향(X)으로 연장된 수직 벽체로서 하면이 제1부재(20)의 상면보다 높이가 낮게 형성되며, 용융물(M)에 의하여 침지 가능한 높이까지 하측으로 연장될 수 있다. 제2벽체부(530)는 제2부재(30)에 대한 이격 거리(d1)를 조절하여 제1부재(20)의 상부를 범람하는 용융물(M) 중 홀 측으로 유동하는 용융물의 유량(Q1) 및 기체 주입부(400) 측으로 유동하는 용융물의 유량(Q2)을 각각 결정할 수 있고, 그 값의 상대적인 크기나 절대적인 크기를 각각 제어할 수 있다.
예컨대 제2부재(30)에 대한 이격 거리(d1)가 짧을수록, 홀 측으로 유동하는 용융물의 유량(Q1)보다 가스 취입 부재(100) 측으로 유동하여 회전류(PC)의 형성에 사용되는 용융물의 유량(Q2)이 커질 수 있다. 반대로, 제2부재(30)에 대한 이격 거리(d1)가 멀수록, 홀 측으로 유동하는 용융물 유량(Q1)이 가스 취입 부재(100) 측으로 유동하여 회전류(PC)의 형성에 사용되는 용융물 유량(Q2)보다 커질 수 있다.
이때, 이들 유량은 회전류(PC)의 회전수와도 밀접하게 관련된다. 즉 기체 가스 취입 부재(100) 측으로 유동하여 회전류(PC)의 형성에 사용되는 용융물의 유량(Q2)이 커질수록 회전류(PC)의 형성이 원활하여, 회전수가 증가할 수 있다.
즉, 챔버부(500)의 제2벽체부(530)와 유도부재의 제2부재(30)는 회전류(PC)의 회전수 결정을 위한 주요한 구성이며, 이들 간의 거리(d1)에 의하여 회전류(PC)의 회전수를 결정하기 때문에, 제1부재(20)에서 홀 측으로 이격된 소정 위치에 제2벽체부(530)를 적어도 상하 방향으로 마주보도록 제2부재(30)가 구축되는 것이 좋다.
한편, 제2벽체부(530)는 제1부재(20)를 중심으로 가스 취입 부재(100)의 반대측에 마련되는데, 이때, 제2벽체부(530)의 제1부재(20)를 마주보는 일면에 경사면이 구비될 수 있다. 경사면은 제1부재(20)에서 제2부재(30)를 향하여, 제2벽체부(530)의 하단에서 상단으로 상향 경사지게 형성될 수 있다. 경사면은 용융물 주입부(1)에서 제2부재(30)를 향하는 방향으로 제1부재(20)를 범람하는 용융물(M)을 원활하게 하강시키며 제1부재(20)의 하면 측으로 안내할 수 있다.
챔버부(500)는 나탕면(N)을 통하여 챔버부(500)의 내부로 유입되는 가스(g)에 의해 부압이 형성되며 불활성 분위기로 형성될 수 있다. 물론, 챔버부(500)의 내부 분위기를 직접 제어 가능하도록 챔버부(500)에는 공급관(560)과 배기관(570)이 각각 장착될 수 있다.
공급관(560)은 기체를 공급 가능하도록 형성되며 챔버부(500)의 예컨대 리드부(510) 일측을 관통하여 내부에 연통할 수 있다. 배기관(570)은 기체를 배기 가능하도록 형성되며 챔버부(500)의 예컨대 리드부(510) 타측을 관통하여 내부에 연통할 수 있다. 공급관(560)의 입구부는 기체 공급원(미도시)에 연결될 수 있고, 불활성 기체를 공급받아 챔버부(500)의 내부에 불활성 분위기를 형성할 수 있다. 배기관(570)의 입구부는 배기 펌프(미도시)와 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있고, 이들을 이용하여 챔버부(500)의 내부를 불활성 분위기 또는 진공 분위기로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치는, 챔버부(500)를 승강 가능하게 지지하며, 용기(10)의 내부로 주입되는 용융물(M)의 상면 높이에 따라 챔버부(500)의 높이를 조절 가능한 제1작동부(540)를 포함할 수 있으며, 챔버부(500)를 슬라이드 가능하게 지지하고, 용기(10)의 내부로 주입되는 용융물의 나탕면(N) 발생 위치에 따라 길이 방향(Y)으로 챔버부(500)의 위치를 조절하는 제2작동부(550)을 포함할 수 있다. 이들 작동부는 연속주조 설비의 머니퓰레이터에 적용되는 예컨대 유압 실린더 등의 구조로 형성될 수 있고, 이를 특별히 한정하지 않는다.
제1작동부(540)는 리드부(510)의 상면 중심부에 장착되며, 예컨대 유압 등을 이용하여, 높이 방향(Z)으로 신축 가능하게 형성될 수 있다. 제2작동부(550)는 제1작동부(540)의 상부에 장착되고, 예컨대 유압 등을 이용하여, 길이 방향(Y)으로 신축 가능하게 형성될 수 있다. 제2작동부(550)에 의한 길이 방향(Y)의 이동은 제1작동부(540)를 통하여 챔버부(500)에 전달될 수 있다.
상기와 같이 형성되는 용융물 처리장치의 작동을 보면, 운반 용기에 의하여 용융물이 운반된 후, 운반 용기에 결합된 용융물 주입부(1)를 통하여 용기(10) 내부로 용융물(M)을 주입한다. 이에, 주입되는 용융물은 바닥부를 따라 유도부재를 향하는 유동을 형성하고, 유도부재에 선행하는 위치에 설치된 가스 취입 부재(100)의 가스(g) 주입에 의하여 상승류가 형성된다. 상승류 일부는 용융물 주입부(1) 측으로 선회하고, 대부분은 제1부재(20)를 범람하여 챔버부(500)의 제2벽체부(530)에 부딪히며 아래쪽으로 흐름이 전환된다. 아래를 향하는 흐름의 일부는 제2부재(30) 상부를 범람하여 홀 측으로 빠져나가지만, 나머지는 하강하여 바닥부까지 도달한 후 가스 취입 부재(100) 부근의 벤투리 효과에 의해 제1부재(20)의 하면을 범람하여 회전류(PC)를 형성한다. 이 회전류를 이용하여 용융물(M) 중의 개재물(s')이 가스(g)와 복수 회 접촉 제거될 수 있다. 이 과정 동안 챔버부(500)가 나탕면(N)을 감싸 불활성 분위기 또는 진공 분위기를 형성하고, 이에, 대기에 의한 용융물(M)의 오염을 방지할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 용기 100: 가스 취입 부재
110: 본체부 120: 포러스부
130: 공간부 140: 가스 유입구
170: 가스 공급관
110: 본체부 120: 포러스부
130: 공간부 140: 가스 유입구
170: 가스 공급관
Claims (17)
- 삭제
- 용기의 내부로 가스를 취입하기 위한 가스 취입 부재로서,
상기 용기의 바닥면에 설치되는 본체부;
상기 용기의 폭 방향으로 연장되어, 상기 본체부의 내측에 상면이 노출되어 설치되는 포러스부;
상기 포러스부의 하면과 상기 본체부 사이에서 가스의 유동 공간을 제공하는 공간부; 및
상기 공간부와 연통되도록 상기 본체부에 형성되는 가스 유입구;를 포함하고,
상기 포러스부의 측면은 상기 본체부와 밀착되어 접촉면을 형성하고,
상기 접촉면의 적어도 일부는 상기 포러스부의 상부로 공급되는 가스의 공급 방향을 따라 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장되는 굴절면을 포함하는 가스 취입 부재.
- 청구항 2에 있어서,
상기 공간부는, 상기 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지도록 형성되는 가스 취입 부재.
- 청구항 3에 있어서,
상기 공간부는, 상기 가스 유입구로부터 거리가 증가할수록 상기 유동 단면적이 증가하도록 형성되는 가스 취입 부재.
- 청구항 2에 있어서,
상기 가스 유입구는 상기 공간부의 측면에 형성되는 가스 취입 부재.
- 청구항 4에 있어서,
상기 공간부의 하면은, 상기 가스 유입구로부터 하향 경사지도록 형성되는 가스 취입 부재.
- 청구항 2에 있어서,
상기 굴절면은, 요철 구조로 형성되는 가스 취입 부재.
- 청구항 7에 있어서,
상기 요철 구조는 하향 경사지게 형성되는 가스 취입 부재.
- 청구항 2에 있어서,
상기 본체부는 상기 용기의 폭 방향으로 연장되어 형성되는 가스 취입 부재.
- 청구항 2에 있어서,
상기 포러스부는 8% 이상 20% 이하의 기공률을 가지는 가스 취입 부재.
- 청구항 2에 있어서,
상기 본체부 및 포러스부는 동일한 재질의 내화물로 형성되는 가스 취입 부재.
- 내부가 상측으로 개방되고, 상부에 용융물 주입부가 마련되며, 바닥부의 적어도 일측에 홀이 형성되는 용기;
상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되어 설치되는 유도 부재; 및
상기 유도 부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되고, 상기 바닥부에 설치되어 상기 용기의 내부로 가스를 공급하는 가스 취입 부재;를 포함하고,
상기 가스 취입 부재는, 상기 용기의 폭 방향으로 연장되어 상면이 노출되도록 설치되는 포러스부의 측면이, 용기에 설치되는 본체부와 밀착되어 접촉면을 형성하고,
상기 접촉면의 적어도 일부는 상기 포러스부의 상부로 공급되는 가스의 공급 방향을 따라 상부와 하부에서 서로 다른 방향으로 연장되는 굴절면을 포함하는 용융물 처리 장치.
- 청구항 12에 있어서,
상기 유도 부재는,
상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에서 이격되어 설치되는 제1 부재; 및
상기 제1 부재에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에 접촉되어 설치되는 제2 부재;를 포함하는 용융물 처리 장치.
- 청구항 12에 있어서,
상기 가스 취입 부재는, 상기 가스가 유입되는 가스 유입구로부터의 거리에 따라 서로 다른 유동 단면적을 가지는 공간부가 내부에 형성되는 용융물 처리 장치.
- 청구항 13에 있어서,
상기 가스 취입 부재는, 상기 용융물 주입부와 상기 제1 부재 사이의 바닥면에 설치되는 용융물 처리 장치.
- 청구항 14에 있어서,
상기 가스 취입 부재는,
상기 용기를 관통하여 상기 가스 유입구에 연결되는 가스 공급관을 포함하는 용융물 처리 장치.
- 청구항 12에 있어서,
상기 용기는, 연속 주조 설비에서 사용되는 턴디시를 포함하는 용융물 처리 장치.
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| KR1020160145178A KR101794599B1 (ko) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치 |
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| KR1020160145178A KR101794599B1 (ko) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | 가스 취입 부재 및 이를 이용한 용융물 처리 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101981458B1 (ko) * | 2017-11-28 | 2019-05-24 | 주식회사 포스코 | 주조설비 및 이를 이용한 주조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006035272A (ja) * | 2004-07-27 | 2006-02-09 | Jfe Steel Kk | 連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法および連続鋳造用タンディッシュ |
-
2016
- 2016-11-02 KR KR1020160145178A patent/KR101794599B1/ko active Active
Patent Citations (1)
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