KR20030054625A - 침지노즐의 토출구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침지노즐의 토출구에 있어서, 침지노즐의 토출구로 유입되어 노즐막힘을 가속화하는 용강의 역류를 차단함으로서 품질저하를 방지하며 생산성을 향상시키는 침지노즐의 토출구를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 주형(3)의 내부에 삽입되어 내부에 위치한 용강(4)을 주형(3)의 내부로 분출하는 침지노즐(5)에 형성된 토출구에 있어서, 침지노즐(5)의 하단부에 원주둘레를 따라 형성된 적어도 2개 이상의 토출구(7)의 상면에는 토출구(7)의 하부방향으로 돌출된 돌출부(100)가 형성된 침지노즐의 토출구가 제공된다.

Description

침지노즐의 토출구{Submerged entry nozzle for reducing nozzle clogging}

본 발명은 턴디쉬에서 주형의 내부로 용강을 주입하는 침지노즐에 관한 것이며, 특히, 침지노즐에서 주형으로 분출된 용강이 역류하는 것을 저감하며 동시에 침지노즐의 토출구로 유입되는 역류용강을 차단하여 노즐막힘을 방지하는 침지노즐의 토출구에 관한 것이다.

도면에서, 도 1은 일반적인 연속주조기의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 상부노즐에서 침지노즐 사이의 용강 이송시스템의 개략도이며, 도 3은 종래 기술에 따른 턴디쉬 침지노즐들을 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연속주조 조업시 턴디쉬(2)로부터 주형(3)으로 흐르는 용강(4)이 대기와 접촉함으로 발생하는 산화를 방지하게 하기 위해 상부노즐(11), 슬라이드게이트(10), 침지노즐(5) 등인 중간 매개체를 밀폐하여 그 내부를 통해 용강(4)을 주형(3)의 내부로 흘려보낸다. 통과된 용강(4)은 침지노즐(5)의 하단부에 형성된 용강 토출구(7)의 형상 및 크기, 상하좌우의 각도에 따라 주형(3)내에 여러 방향으로 분출되어 유동한다. 이와 같이, 주형(3) 내에 형성된 용강(4)의 유동은 주편의 표면품질에 절대적인 영향을 미친다.

이런 침지노즐(5)의 막힘은 연속주조기의 생산율에 영향을 주어 생산성과 직접적인 관련이 있으며, 토출구 막힘에 따라 토출구를 통해 분출되는 용강의 분출량이 비대칭되어 주형(3)내에서는 편류가 발생하고, 이런 편류는 주편 품질에 영향을 미치는 절대적인 요소로 작용한다.

일반적으로 연속주조기는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 래들(Ladle)(1), 턴디쉬(2), 턴디쉬와 주형 사이의 용강량 전달 및 조절 장치(10), 주형(3)을 포함한다. 이런 연속주조기에서 침지노즐(5)은 턴디쉬(2)의 하면에 설치되어 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 침지노즐은 원통형으로 그 하단은 폐쇄되어 있으며, 침지노즐의 하단부 둘레에는 사각형의 2개의 토출구(7)가 형성되어 있는데, 이때, 도 3의 (a)에서와 같이, 사각형 토출구의 상면(8)이 2단의 경사각으로 형성된 침지노즐이 있는가 하면, 도 3의 (b)에서와 같이, 사각형 토출구의 상면(8)이 한 경사각으로 형성되어 있다. 도면에서 도면부호 9는 토출구(7)의 하면을 나타낸다.

일반적인 의미에서 이런 침지노즐(5)의 노즐막힘은 도 2에서의 도면부호 6-2와 같은 비금속물질이 침지노즐의 내면에 부착되어 축적되면서 발생하는 것과, 도 2의 도면부호 6-1과 같은 침지노즐(5) 토출구(7)에 부착되어 축적되는 비금속물질이 연속주조기의 불량작업을 촉진시킨다.

침지노즐(5) 내면에 축적된 비금속물질(6-1)은 침지노즐(5) 내면에 전체적으로 막힘을 발생하기 때문에 용강의 유량을 감소시키지만, 침지노즐(5)에 형성된 다수 개의 토출구(7) 중에서 일부의 토출구(7)가 상기의 비금속물질(6-2)에 의해 막히게 되면, 다른 토출구(7)로 나가는 용강(4)의 유량이 증가하고, 일부 토출구에서 나오는 용강(4)의 유량은 감소하여 주형(4) 내의 유동에서 이상현상이 발생한다. 이와 같은 현상을 '편류'라 칭하며, 편류가 발생했을 경우에, 탕면 불안정 및 주편 터짐과 같은 조업 사고와 연결되므로 토출구의 막힘은 현재 많은 사람들이 해결하고자 하는 가장 큰 문제점 중에 하나이다.

이런 침지노즐의 토출구의 막힘을 방지하기 위해 기존에 개발된 방법들이 도면에서 도 4에 도시되어 있다.

도 4는 도 3에 도시된 턴디쉬 침지노즐의 단점을 보완하기 위한 종래 공지된 침지노즐의 개략도이다.

미국 공개특허(US5975382, US5885520, US5868956)에서는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 침지노즐 내부의 재질을 변경함으로써 해결한다. 그리고, 일본 공개특허(1999-291003호, 1998-328797호, 1992-227841호)에서는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 침지노즐 내벽에 다공성 물질을 부착한 후에 외부에서 불활성 가스(Ar)를 취입하여 내부에 비금속 개재물 등이 부착되는 것을 방지하고 있다.

그러나, 앞에서 설명한 바와 같이, 용강 유동변화에 따른 가장 중요 요소인 침지노즐의 토출구 막힘을 방지하기 위한 방법에 대해서는 조사된 바 없다.

미국 공개특허(US6016941)의 경우에는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 침지노즐 토출구의 아랫부분 형상을 변경하여 노즐에서 토출되는 용강의 유동을 제어할 수 있도록 한 것이다. 이와 같이 용강의 유동을 제어하여 토출구로부터 분출된 용강이 탕면부근으로 유동하게 함으로써, 탕면온도를 상승시켜 주형 용재(mold flux)의 혼입을 방지하는 등의 효과를 가져 올 수 있다 하였으나, 토출구의 막힘을 방지하기 위한 발명은 현재까지 조사된 바 없다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 침지노즐의 토출구로부터 분출되는 용강이 균일하게 분출될 수 있도록 하여 주편 품질저하를 방지하며 생산성을 향상할 수 있는 침지노즐의 토출구의 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 연속주조기의 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 상부노즐에서 침지노즐 사이의 용강 이송시스템의 개략도이고,

도 3은 종래 기술에 따른 턴디쉬 침지노즐들을 나타낸 개략도이고,

도 4는 도 3에 도시된 턴디쉬 침지노즐의 단점을 보완하기 위한 종래 공지된 침지노즐의 개략도이고,

도 5는 턴디쉬 침지노즐의 수모델 결과와 수치해석 결과를 나타낸 사진이고,

도 6은 0°의 토출각을 갖는 침지노즐의 토출구 내의 유속분포를 나타낸 사진이고,

도 7은 주형 내의 유동장 개략도이고,

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 침지노즐의 토출구를 나타낸 개략도이며,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출구의 돌출부를 나타낸 정면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 래들(Ladle) 2 : 턴디쉬(Tundish)

3 : 주형(Mold) 4 : 용강

5 : 침지노즐 7 : 토출구

8 : 토출구의 상면 20 : 슬래그

100 : 돌출부

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 주형의 내부에 삽입되어 내부에 위치한 용강을 상기 주형의 내부로 분출하는 침지노즐에 형성된 토출구에 있어서, 상기 침지노즐의 하단부에 원주둘레를 따라 형성된 적어도 2개 이상의 토출구의 상면에는 상기 토출구의 하부방향으로 돌출된 돌출부가 형성된 침지노즐의 토출구가 제공된다.

또한, 본 발명의 상기 돌출부의 상면은 상기 침지노즐의 내면에서 외면으로 하향 경사지게 형성된다.

아래에서, 본 발명에 따른 침지노즐의 토출구의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기 이전에 침지노즐의 토출구로부터 분출되는 용강의 유동에 대하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 5는 턴디쉬 침지노즐의 수모델 결과와 수치해석 결과를 나타낸 사진이고, 도 6은 0°의 토출각을 갖는 침지노즐의 토출구 내의 유속분포를 나타낸 사진이며, 도 7은 주형 내의 유동장 개략도이다.

일반적으로 침지노즐의 토출구는 도 3의 (a)와 (b)에 보이듯이, 침지노즐의 외주면 하단부에 서로 좌우 대칭되게 위치하여, 경우에 따라 하향식 및 평형식, 상향식의 토출각을 각각 갖고 있다. 이렇게 형성된 토출구의 형상은 원형 및 타원 등의 형상을 갖고 있는 것도 있지만, 보편적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 사각형 토출구의 꼭지점이 라운드 처리된 형상을 갖고 있다. 토출각은 주조속도 및 주편의 폭 등 기타 요인에 따라 하향식, 평형식, 상향식으로 사용되고 있다.

한편, 도 5의 (a1)와 (a2)는 토출구가 단일 토출각도로 형성되었을 때, 용강의 유동을 시뮬레이션한 사진이고, 도 5의 (b1)와 (b2)는 토출구가 2단 토출각도로 형성되었을 때, 용강의 유동을 시뮬레이션한 사진이다. 그리고, 그리고, 도 6의 (a)는 토출각도가 평형일 때에 용강 유동을 시뮬레이션한 사진이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 대한 정면도로서, 토출구를 정면으로 바라본 상태에서의 용강 유동상태를 나타낸 사진이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 토출구의 수직 길이에 있어서, 용강은 토출구의 전체 수직길이에 대한 하단에서 상부방향으로의 약 60%정도의 수직길이에 해당하는 토출구의 하부를 통해 토출되며, 그 상부 즉 전체 수직길이에 있어서 상단에서 하부방향으로의 약 40% 정도에 해당하는 토출구의 상부를 통해서는 토출된용강이 토출구로 역류하여 유입되는 현상을 나타낸다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 주형(3) 내에 형성되는 용강(4)의 유동패턴에 의해 역흐름은 탕면에 떠있는 슬래그(20) 또는 용강중의 개재물이 침지노즐(5)의 토출구(7)를 통해 침지노즐(5)의 내부로 혼입되어 노즐막힘이 발생하는 문제점이 발생하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 한 실시예에 따른 침지노즐의 토출구가 제안된다.

도면에서, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 턴디쉬 노즐의 개략도이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출구의 돌출부를 나타낸 정면도이다.

도 8의 (a)는 침지노즐의 토출구를 나타낸 정단면도이고, 도 8의 (b)는 토출구를 정면에서 바라본 침지노즐의 측면도이다. 도8의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 침지노즐(5)에 있어서, 토출구(7) 상부에서 발생하는 역류현상에 의해 토출구(7)의 상부가 막히는 것을 방지하기 위해 토출구(7)의 상부에 돌출부(100)를 형성한다.

이런 돌출부(100)는 토출구(7)에 의해 분출된 용강(4)이 주형(3)의 내부에서 상부방향으로 이동하여 다시 토출구(7)로 유입되는 흐름을 갖는 역류가 토출구(7)로 유입되지 않도록 차단하는 것으로서, 용강(4)에 포함된 개재물 및 탕면 슬래그(20)가 혼입된 용강(4)에 의해 침지노즐(5)의 토출구(7)가 막히는 것을 방지하는 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 돌출부(100)는 침지노즐(5)의 내면에 형성된 토출구(7)의 상단에서부터 완만한 경사각으로 침지노즐(5)의 외면방향으로 형성된다. 그리고, 이런 돌출부(100)의 측면은 도 6의 (b)에서 역류 부위의 형상과 갖은 'U'와 같은 형상을 갖는 것이 양호하며, 도 9에 도시된 바와 같이, 돌출부의 형상이 토출구의 정면에서 바라보았을 때에 역사다리꼴 형상(도 9의 (a)) 및 역삼각형의 형상(도 9의 (b))으로 형성되더라도 본 발명의 목적 및 효과를 발현할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 침지노즐의 토출구는 토출구의 상부에 돌출부를 형성하여 역류하는 용강의 양을 감소시킴과 동시에 주형의 내부에서 역류한 용강이 침지노즐의 토출구로 유입되는 것을 차단하여 토출구의 막힘을 방지한다. 따라서, 이런 토출구의 막힘에 의해 발생하는 생산량 감소 및 침지노즐의 정비 등을 보완할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 침지노즐의 토출구에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 주형의 내부에 삽입되어 내부에 위치한 용강을 상기 주형의 내부로 분출하는 침지노즐에 형성된 토출구에 있어서,

   상기 침지노즐의 하단부에 원주둘레를 따라 형성된 적어도 2개 이상의 토출구의 상면에는 상기 토출구의 하부방향으로 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 침지노즐의 토출구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출부의 상면은 상기 침지노즐의 내면에서 외면으로 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 침지노즐의 토출구.