KR20050016086A

KR20050016086A - 비철 금속의 용융된 매스를 푸어링하기 위한 주조 시스템및 푸어링 방법

Info

Publication number: KR20050016086A
Application number: KR1020040060700A
Authority: KR
Inventors: 레옹라파엘루시엔네지 클루스터맨스
Original assignee: 호프 테 피엔네스 엔.브이
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2004-07-31
Publication date: 2005-02-21
Also published as: RU2004123355A; CA2473316C; DE50301315D1; US6994149B2; EP1506827A1; MXPA04007200A; US20050022961A1; CN1579677A; AR045136A1; CA2473316A1; ATE305834T1; PE20050116A1; SI1506827T1; ES2250796T3; CN100345646C; JP2005193296A; BRPI0403171A; RU2373019C2; EP1506827B1

Abstract

본 발명은 판 타입(slab-type)의 제품을 제조하기 위한 비철 금속, 특히 구리 또는 구리 합금의 푸어링을 위한 주조 시스템 및 푸어링 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 시스템은 바람직하게는 경사지게 배치되어 얇은 판 몰드(thin-slab mould) 내부의 용융된 용액(molten bath) 내에 잠기는 적어도 하나의 침수된 파이프(submerged pipe)를 구비하는 턴디시를 포함한다.

본 발명은, 종래 기술의 문제점을 해결하여, 몰드 내로의 용융된 매스 배출시 문제점이 발생하지 않고 몰드의 노출된 표면에서 가스를 제거하는 주조 시스템을 제공한다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 주조 시스템은, 동일하게 연결된 적어도 하나의 침수된 파이프를 구비하는 턴디시를 포함하고, 침수된 파이프는 바람직하게는 소정의 푸어링 각도로 경사지게 배치되고, 제 1 섹션과 제 2 섹션은 몰드 내의 용융된 용액 내에 침수되는 침수된 파이프의 팁 노즐(9)을 구비한다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9)은 개방된 단부(10, 11)가 봉인되고, 몰드의 바닥면과 접촉하는 벽면에 적어도 하나의 배출 개구부(12)를 구비함으로써 용융된 매스 스트림의 흐름 방향을 첫번째로 변경하도록 한다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9)에는 소정의 간격을 두고 배출 개구부(12)에 오버랩하는 립(13, 13a)이 구비되는데, 상기 립은 용융된 매스 스트림의 흐름 방향을 두번째로 변경시키고 몰드의 수직 방향 축에서 보았을 때 용융된 매스 스트림이 측면방향으로 분리되도록 하며, 배출 개구부와 립 모두 동작 상태에서 몰드 용액의 표면 바로 아래에 위치하게 된다.

Description

비철 금속의 용융된 매스를 푸어링하기 위한 주조 시스템 및 푸어링 방법{Casting system and method for pouring nonferrous metal molten masses}

본 발명은 비철 금속, 특히 구리 또는 구리 합금의 용융된 매스(molten masses)를 푸어링(pouring)하고 판 타입(slab-type)의 제품들을 제조하기 위한 주조(casting) 시스템 및 푸어링 방법에 관한 것으로서, 주조 시스템은 얇은 판형 몰드(thin-slab mould) 내의 주조된 배스(용융된 용액, molten bath)에 잠길 수 있도록 경사지게 배치된 적어도 하나의 침수된 파이프(submerged pipe)를 구비하는 턴디시(tundish)로 이루어지는 것이 바람직하다.

용융된 금속(molten metal)을 몰드 내부로 배출하기 위한 침수된 푸어링 파이프들(submerged pouring pipes)에 대한 다양한 형태와 디자인은 이미 잘 알려져 있다. 침수된 푸어링 파이프는 용융된 금속을 몰드 내에 균등하고 부드럽게(turbulent-free) 분배하는 것을 보장한다. 또한, 침수된 파이프(submerged pipes)를 사용한다는 것은 용액(bath) 표면 아래의 금속 흐름에 대기 중의 산소가 접촉하는 것을 방지하는 것을 의미한다. 턴디시(tundish) 내의 수압(hydrostatic pressure)으로 인하여 용융된 매스(mass)는 필요한 흐름속도(flow rate)로 가속되며, 흐름속도는 푸어링 각도의 함수(기능, function of the pouring angle)를 크게 증가시키게 된다. 실제로, 침수된 푸어링 파이프의 적용은 침수된 파이프 내에서 축적되는 역 압력의 가속을 증가시킴으로써 몰드 내에서 용융물의 난류운동(거친 움직임, turbulent movements)을 유발하고, 결과적으로 용액 레벨의 파동(bath level fluctuations)을 유발하는 것을 나타낸다. 게다가, 금속 매스의 주조(casting)는, 구리 또는 구리 합금이 포함된 경우, 용융물의 가스 상태(the melt's gaseous)와 고체 구성부들(solid component parts) 간의 가장 강한 상호작용(most intensive interaction)을 포함하는 몇가지 화학적이고 물리적인 프로세스이 동반되게 된다. 용융된 매스(molten mass)의 온도와 압력의 조화(march)에 의해 다른 것들 사이에 이러한 측면 압박(side constraints)이 유발되게 된다. 침수된 푸어링 파이프 내에 축적되는 역 압력은, 수소나 이산화황과 같이 용융물 내에 포함된 가스 물질의 배출을 유도한다. 가스 배출의 경우, 용융물이 응고할 때 다공성(흡수성) 영역들(porous areas)이 형성될 위험이 존재하게 되고, 결국 완성된 제품의 품질 등급을 떨어뜨리게 된다.

푸어링 파이프내에서 강화되는 역 흐름 압력을 방지하기 위하여, DE 40 34 652 A1 호는, 용융 스트림 내에 대기압 보다 높은 압력을 축적하기 위한 목적으로, 좁은 통로(throat)를 설치함으로써, 푸어링 파이프의 유입 단부(inlet end)의 단면적이 배출단(discharge end)에서의 흐름의 유효 영역의 단면적보다 작게 하는 것을 제안한다. 야금 용기의 배출구와 푸어링 파이프는 원뿔형 봉인 세트(conical set of seals)에 의해 서로 연결된다.

DE 197 38 385 C2는, 하단부에 바닥부(bottom element) 및 바닥부의 위에 배치된 적어도 두개의 측면 배출 개구부를 구비하는 침수된 푸어링 파이프를 제안한다. 침수된 파이프의 내부 벽은 특별한 흐름 유도부(special flow-guiding elements)를 구비한다. DE 101 13 026 A1에는, 파이프의 단부에 배치된 깔대기 타입의 스월 챔버(funnel-type swirl chamber)를 구비하고 파이프 섹션을 스월 챔버와 연결하는 부분에 제공되는 칸막이 테두리(stalled edge)를 구비하는 침수된 푸어링 파이프가 나타나 있다.

EP 0 925 132 B1에는, 얇은 슬라브들(thin slabs)의 연속적 주조를 위한 침수된 푸어링 파이프가 나타나 있는데, 상기 파이프는 단면이 원형을 이루고 주조 바가지(foundry ladle)와 연결된 수직 위치에 배치된다. 푸어링 파이프는, 몰드 내의 용융된 매스 내로 잠길 수 있도록, 하단부에 디퓨저(diffuser)라 불리는 평평한 분배 섹션(flattened distribution section)을 구비한다. 디퓨저의 내부에는, 두 부분의 스트림을 형성하기 위하여, 흐름 방향으로 테이퍼진 분리 바디가 구비된다. 분리 바디(separating body) 상부의 디퓨저의 단면적은 푸어링 파이프의 상부 섹션의 단면적 보다 작다.

디퓨저의 측면 벽들은, 분리 바디의 측면 벽들이 내부를 향해 분기하는 것과 동일한 각도로 외부를 향해 분기한다. 이러한 디자인은 용액 표면(bath surface) 내에서의 난류 및 다른 소용돌이 움직임(whirling motion)이 발생하는 것을 방지하는 것을 의미한다. 이러한 배열의 단점은 용융된 매스의 스트림이 여전히 몰드 용액(mold bath)의 내부를 향해 깊이 배출되고, 따라서 몰드 용액의 내부 영역 내에 가스가 제거된다는 것이다. 상기에서 설명된 기술의 상태로부터 알려진 바와 같은 침수된 푸어링 파이프는, 상대적으로 두꺼운 판들(thick slabs)에 대하여 특히 금속 용융액(steel melts)의 수직 푸어링(vertical pouring)에 사용하기 위하여 디자인된다. 용융된 물질의 스트림은 수직 방향, 예를 들어 몰드 용액 내로의 가능한 최단 거리 경로로 유입된다. 일반적으로, 몰드 용액에 들어가기 이전의 짧은 순간동안, 스트림은 기술적 수단에 의해 안정된(undisturbed) 상태로 남는다.

본 발명의 목적은, 비철 금속, 특히 구리 또는 구리 합금의 용융된 매스를 푸어링하기 위한 주조 시스템을 제공하는 것으로서, 몰드의 노출된 표면에서 발생하는 가스 제거와 함께 용융된 매스를 몰드 내로 주입함에 있어서 문제가 발생하지 않는(trouble-free) 것을 보장하고, 침수된 파이프 내에서 축적되는 역 압력(negative pressures)을 방지하고, 간단한 구조적 디자인을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 비철 금속의 용융된 매스를 푸어링하는데 적합한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 청구항 제 1 항에 기술된 바를 통해 문제점을 해결할 수 있다. 적절한 개발 및 개선은 청구항 제 2 항 내지 제 14 항에 의해 이루어질 수 있다. 제안된 프로시져는 청구항 제 15 항에 기술되어 있으며, 관련된 개발은 청구항 제 16 항 및 제 17 항에 의해 이루어진다.

주조 시스템은 턴디시(tundish) 내의 용융된 매스가 하부 레벨(lower level)에 위치한 몰드 내부를 향해 아래로 흐를 수 있도록 디자인되며, 바람직하게는 경사진 경로(sloping way)로 흐르도록 한다. 푸어링 각도(pouring angle)는 2°내지 90° 사이가 될 수 있다. 배출 방향에서 보았을 때, 턴디시(tundish)의 전면에는 지정된 푸어링 각도로 하부를 향해 경사져 있는 적어도 하나의 침수된 파이프가 구비된다. 보다 넓은 크기, 예를 들어 1.5 H 이상의 폭 (H는 높이 또는 두께를 각기 나타낸다.)을 갖는 판 타입(slab-type)의 제품을 푸어링할 수 있도록 하기 위하여, 턴디시(tundish)는 하나 이상의 침수된 파이프를 구비하는데, 침수된 파이프 모두는 동일한 디자인을 갖고 인접한 것들끼리 지정된 간격을 이루며 결합된다.

침수된 파이프(submerged pipe)는, 내부의 벽들이 용융된 매스의 흐름 방향으로 점차 좁아지는 제 1 섹션 및 침수된 파이프의 팁 노즐을 형성하는 제 2 섹션을 포함한다. 제 1 섹션의 내부 벽은 테이퍼진 형상으로 이루어질 필요는 없으나 다른 적절한 기하학적 형상을 이루어야 한다. 필요시, 마지막이 좁은 통로로 변경되기 이전의 제 1 섹션의 단부에 정면으로 짧은 관 모양의 연결편이 구비될 수 있다. 이러한 연결편(connecting piece) 또는 제 1 섹션의 시작편(starting piece)은, 턴디시 내부에 배치되는 용해하기 어려운 콘크리트 (refractory concrete)로 만들어진 삽입물의 내부에서 주조된다(is cast-in into an insert). 턴디시(tundish)에서 시작하는 제 1 섹션은 몰드 용액의 바로 표면까지 확장한다. 좁은 통로(throat)로 인하여, 단면은 더 좁은 유효 영역으로 바뀐다. 테이퍼링은 다른 방법을 통해서도 얻어질 수 있다. 이 섹션의 시작점에서 원형의 단면(circular cross section)으로부터 시작하여 파이프는, 예를 들어 이 섹션의 단부에서 단면 영역이 긴 구멍(long hole)으로 나타나는 평평한 형상의 내로 압착될 수도 있다. 이러한 교정은, 섹션의 단부에서의 단면 영역이 타원형(elliptical shape)으로 이루어지거나 전체 섹션이 6방정계 스타일로 테이퍼지게 형성되는 방법으로 이루어질 수도 있다. 이 섹션의 또 다른 버전으로서 원뿔형상으로 형성될 수도 있다. 이 섹션의 뒤에는, 몰드 내부의 용융된 매스 용액 내부를 향해 잠기는 침수된 파이프의 팁 노즐이 배치된다. 팁 노즐의 나머지 일단(its free end)은 예를 들어 플러그로 밀봉된다. 팁 노즐은 몰드의 바닥면을 향하는 벽면에 적어도 배출 개구부(at least on discharge opening)를 구비하는데, 배출 개구부는 동작 상태에서 몰드 용액의 표면 바로 아래의 위치에 배치되고, 그 자체로서 용융된 매스 스트림의 첫번째 굴절을 유발한다.

침수된 파이프는 하나의 단일 파이프 섹션으로부터 전체적으로 만들어질 수 있는데, 단부가 타원형 또는 원형의 단면 영역이나 긴 구멍(long hole) 형상의 단면 영역을 갖도록 하기 위하여 침수된 파이프의 팁 노즐은 상류(upstream)의 파이프 섹션과 동일한 방법으로 교정될 수 있다. 따라서, 침수된 파이프의 팁 노즐의 전체 길이를 볼 때, 단면 영역의 형상은 단지 약간 변경되게 된다.

또 다른 선택은 침수된 파이프의 팁 노즐을 거의 일정하거나 테이퍼지는(tapering) 단면 영역을 갖는 분리된 구성부로 형성하고, 예를 들면 용접(또는 결합, welding)을 통해, 교정된 섹션에 연결하는 것이다. 이러한 경우에, 섹션을 원뿔형으로 형성하고 이곳에 긴 구멍 형상으로 이루어진 침수된 파이프의 팁 노즐을 연결하는 것이 가능하며, 침수된 파이프의 팁 노즐은 원형 단면을 하나의 긴 구멍과 연결하는 짧은 변이편(short transition piece)과 함께 제공된다. 분리된 구성부(separate component)로 형성될 때 침수된 파이프의 팁 노즐은 테이퍼링 섹션에 사용된 것 이외에 임의의 내열성 물질로 만들어질 수도 있다.

만일 침수된 파이프의 팁 노즐의 단면이 긴 구멍과 같은 형상으로 이루어질 경우, 두개의 서로 대향하는 평행한 벽 섹션들 간의 거리는, 침수된 파이프의 테이퍼링 섹션의 시작점에서 결정된 단면 직경의 적어도 3분의 1이 되어야 한다.

침수된 파이프의 팁 노즐의 바닥부에 제공되어 용융된 매스가 흘러 나가는 배출 개구부는, 바람직하게는 긴 구멍 형상(long hole shape)으로 형성된다. 이러한 긴 구멍 대신에 서로 간에 바로 뒤에 인접하여 위치하는 두개의 원형 개구부를 구비할 수도 있다.

침수된 파이프의 제 1 섹션이 점차 좁아지는 단면을 구비하므로, 용융액(melt)이 침수된 파이프의 내부 벽면들에의 일정한 접촉이 유지되므로 어떠한 기포나 구멍들도 침수된 파이프의 내부에 형성되지 않게 된다. 이 섹션 내의 테이퍼링의 길이 및 기울기(length and grade of tapering)는 용융된 매스의 속성과 선택된 푸어링 각도에 따라 결정된다. 침수된 파이프는 일정한 벽 두께를 갖는다.

침수된 파이프의 팁 노즐이 밀봉되고 용융된 매스가 축 방향으로 배출되는 것이 허용되지 않으므로, 배출 개구부(들)에 접근할 때 용융된 매스의 스트림은 푸어링 각도에 대하여 적어도 90°로 첫번째 굴절된다. 용융된 매스 스트림의 이러한 방향 변화가 강제되는 것은, 용융된 매스가 몰드 내로 최대한 부드럽게 배출되는 것을 보장하는 것이 중요하기 때문이다. 바람직하게는, 배출 개구부의 단면 영역 또는 관련된 모든 배출 개구부의 단면 영역들 모두가, 침수된 파이프의 팁 노즐에서 측정된 단면 영역의 80% 내지 98%가 되어야 한다. 특별한 경우에는 이러한 형태는 심지어 100% 보다 더 클 수 있다. 배출 개구부들의 단면 영역은 다른 형상을 이룰 수도 있다. 동작 조건에서, 침수된 파이프는 전체 푸어링 프로세스에 걸쳐 용융된 매스로 완전히 채워지며, 상기 용융된 매스는 침수된 파이프의 내부 벽면들과 접촉되게 된다. 이렇게 축적되는 역 압력(negative pressures)의 위험을 차례로 제거하므로써, 용융액(melt) 내에서 발생하는 어떠한 불필요한 가스 제거도 허용하지 않게 된다. 굴절 또는 용융된 매스 스트림 방향의 변경에 의해, 용융된 용액에 유입될 때 용융된 매스의 이른바 "슈팅(shooting)"을 방지할 수 있고, 따라서 기포의 과도한 형성이 방지된다.

또 다른 중요한 특징으로 배출 개구부(들)의 아래로 일정 간격을 두고 립(lip)이 구비되는데, 립은 개구부(들)을 오버래핑(overlapping)하게 되어 용융된 매스의 스트림에 두번째로 방향 변경이 강제된다. 립(lip)은 충돌 영역(impact area)을 제공하기 위하여 배출 개구부(discharge opening) 이상의 크기를 갖는다. 립(lip)은 배출 개구부와 소정의 거리를 두고 평행하게 또는 경사지게 배치되며, 바람직하게는 상기 거리가 적어도 5mm가 되도록 한다. 경사지게 배치된 경우에, 최대 거리는 적어도 5mm가 되어야 한다. 동작 상태(operating state)에서, 배출 개구부들(discharge openings)과 립(lip) 모두 몰드 내부의 용융된 용액(molten bath)의 표면 바로 아래 위치(a subsurface position)에 있다.

배출 개구부 스트림들(discharge opening streams)로부터 흘러 나가는 용융된 매스는, 먼저 립(lip)에 부딪히는 방향으로 흘러서 속도가 떨어지고, 용융된 용액 내의 측면 방향으로 분배되기 위하여 적어도 90°로 다시 굴절된다. 상기 두번째 방향 변경은 용융액(melt)이 가장 부드러운 경로로 몰드에 삽입되도록 만든다. 분리된 용융된 매스가 립(lip)에 부딪히는 방향으로 흘러 측면 방향으로 두 부분의 스트림으로 갈라질 때, 상기 분리된 용융된 매스는 몰드 내의 용융된 용액(molten bath) 표면을 떠다니는 기포들을 여전히 존재하게 한다. 실제의 실험은, 상기 방법이 용융된 용액으로의 유입 지점에서 용융된 매스의 흐름속도(flow rate)를 0.5m/s 이하의 속도로 감소시키는 것을 가능하게 한다는 것을 보여주었다.

제안된 프로시져에 따라, 푸어링 각도 함수처럼 증가하면서, 몰드 내의 용융된 용액(molten bath) 내로 유입되기 이전에 용융된 매스의 흐름속도는 침수된 파이프의 내부에서 감소되고 속도가 떨어지는 것은 매우 중요하다. 또한, 용융된 매스 스트림의 흐름 방향은 적어도 2번 그리고 적어도 90°로 굴절된다.

용융된 용액(molten bath)으로 배출되기 이전에 용융된 매스 스트림의 흐름 방향에 대한 두차례의 변경을 조합하는 것은, 흐름속도(flow rate)를 대략 50%로 크게 감소시키는 결과를 가져온다.

두 부분의 스트림으로 분리된 융액의 측면(예를 들어 몰드의 세로축(longitudinal axis)을 가로지르는)으로의 배출로 인하여, 몰드의 벽들에 인접한 용융액은 프래쉬하고 뜨거운 용융된 매스(fresh hot molten masses)에 지속적으로 접촉하므로, 결과적으로 용융액이 고체화된 물질의 표면 필름들(surface films)을 형성하지 못하게 된다. 게다가, 뜨거운 용융된 매스는 몰드의 내부 벽면들에 부딪히는 방향으로 똑바로 흐르지 못하게 된다. 여전히 포함되어 있는 가스 기포들은 몰드의 내부 벽들에서 바로 배출될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 방법은, 반제품(절반 정도 완성된 제품)의 제조에 상당히 개선된 미세 구조를 유도한다. 바람직하지 않은 가스 또는 공기가 포함되는 것을 피할 수 있게 된다. 용융된 용액(molten bath)으로 배출되기 이전에 용융된 매스 스트림의 흐름 향을 반복적으로 변경하는 것은 흐름속도(flow rate)를 크게 감소시키며, 이에 따라 몰드의 내부 벽면들이 크게 손상되는 것이 방지된다.

테이퍼링 섹션(tapering section)과 침수된 파이프의 팁 노즐은 바람직하게는 하나의 그리고 동일한 내열성 물질로 만들어지지만, 또한 예를 들어 세라믹과 금속의 조합과 같이 다른 물질들로부터 만들어질 수 있다. 최초 목적들(start-up purposes)에 대하여, 침수된 파이프가 예를 들어 열 저항(resistance heating)과 같은 추가적인 가열 설비(additional heating facility)를 구비하는 것은 장점으로 작용한다. 제안된 주조 시스템은 비철 금속, 특히 구리 또는 구리 합금의 얇은 벽면 조각들(thin-wall strips)을 푸어링하는데 사용될 수 있으며, 최고의 품질 레벨을 획득할 수 있다.

침수된 파이프의 수직 배열에 있어서 침수된 파이프의 팁 노즐은 반대편 측면에(on opposite sides) 적어도 두개의 배출 개구부들(discharge openings)을 구비하는데, 둘 중 하나는 이격된 립(spaced lip)에 의해 오버랩(overlapped)됨으로써 용융된 매스 스트림을 적어도 90°로 두번 굴절시키고 용융된 매스가 몰드 용액(mould bath)으로 배출되기 이전에 흐름속도(flow rate)를 현저하게 감소시키게 된다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시례에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 1 은 지속적인 주조 - "몰드 이동을 통한 주조" 로 알려진-를 위해 몰드를 사용하여 구리 조각들(copper strips)을 푸어링하기 위한 주조 시스템을 도시한다. 구리가 용융되면, 용융된 매스는 용융 용광로로부터 여기의 예에서 주조 돌출부(2, casting snout)를 구비하는 턴디시(1)로 이동한다. 푸어링되는 조각편(strip)의 폭에 따라 주조 돌출부(2, casting snout)는 몇 개의 동일한 침수된 파이프들(6, submerged pipes, 예를 들어 6, 8 또는 10)를 구비하는데, 침수된 파이프들은 각기 순차적으로(next to each other) 대략 10° 정도의 소정의 푸어링 각도를 이루며 배치된다. 개개의 침수된 파이프들(6)의 간격(spacing)은 다양하게 형성할 수 있다. 도 1 은 단지 하나의 침수된 파이프(6)만을 도시한 것이다. 침수된 파이프들(6)은 원통형의 연결편들(7, cf. 도 2)을 구비하는데, 상기 원통형의 연결편들은 턴디시(1)부를 구성하는 용해하기 어려운 콘크리트(refractory concrete)로 만들어진 삽입물(insert) 내에 주조된다(are cast-in). 몰드(3, mould)는 이동하는 몰드의 위쪽 밴드(4)와 이동하는 몰드의 아래쪽 밴드(5) 사이에 위치하는데, 위쪽 밴드와 아래쪽 밴드 모두 기울어진 도르래들(deflection pulleys)과 구동 롤러들(driving rollers)을 이용하여 팽팽한 상태가 유지된다(are both tensioned). 도 1 은 단지 두개의 기울어진 전면 도르래들(4a, 5a)만을 도시하였다. 또한, 70mm 정도 높이의 몰드의 측면과 배면 벽들은 도면 상에 도시하지 않았다. 주조 시스템(casting system)은 구리 조각편들(copper strips)을 연속적으로 제조하기 위한 유닛의 통합된 구성부(integral part of a unit)이다. "X"로 표시된 라인은 몰드(3)의 수직 방향의 중심축이다. 턴디시(1) 내에 포함된 용융된 구리(molten copper)는 고유의 수압(inherent hydrostatic pressure)에 의해 침수된 파이프들(6)을 거쳐 몰드(3) 내로의 흐름이 강제된다. 용융된 구리의 흐름속도(flow rate)는 침수된 파이프(6)의 경사진 배치와 프로세스에서 요구되는 바와 같은 소정의 푸어링 각도에 의해 영향을 받는다.

원형의 단면을 갖는 상대적으로 짧은 조각편(7)의 바로 다음에는 침수된 파이프(6)의 섹션(8)이 시작되는데, 상기 침수된 파이프의 섹션은 흐름 방향(flow direction)에 대하여 점차적으로 가늘어지고, 주조 돌출부(2)로부터 몰드(3)의 용액 표면(mould's bath surface)까지 확장된다. 동작 상태에서, 침수된 파이프(6)의 정면부, 즉 침수된 파이프의 팁 노즐(9)은 몰드(3) 내의 용융된 용액(molten bath) 내에 완전히 잠기게 된다.

도 2 는 분리된 구성부(separate component part)로서의 침수된 파이프(6)의 제 1 변형례의 확대된 모습을 도시한다. 침수된 파이프(6)는 원형의 연결편 (7) 을 구비하는데, 상기 원형의 연결편은 흐름 방향에서 보았을 때 점차로 좁아지는 형상의 섹션(8)의 앞에 배치되며, 시작점에서 바로 측정된 상기 섹션의 직경은 연결편(7)과 동일한 값인 D1이 된다. 길이가 L1인 섹션(8)의 다음에는 길이가 L2인 침수된 파이프의 팁 노즐(9)이 배치된다. L1 대 L2의 비율은 예를 들어 8.3이 된다. 연결편(7), 섹션(8) 및 침수된 파이프의 팁 노즐(9)은 관 형상의 파이프 섹션(turbular pipe section)으로부터 제조되는데, 상기 관 형상의 파이프 섹션은 내열성 물질로 만들어지며, 상기 내열성 물질은 섹션(8)과 침수된 파이프의 팁 노즐(9)이 만나는 영역에서 장치(means of a tool)에 의해 연속적으로 평평한 형상으로 압착된다. 시작점(beginning)에서, 섹션(8)은 원형의 단면 D1 을 갖는데, 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 단부에서 나오는(emerges) 소정의 긴 구멍 형상의 내에서 차단하기 위하여, 상기 원형의 단면 D1은 흐름 방향(flow direction)에서 보았을 때 하나의 평면(plane)에서 교정된(being reformed) 바와 같이 점차로 평평해지게 된다 (cf. 도 4). 이와 같은 교정은 점차로 좁아지도록 한다(예를 들어 단면 영역의 감소와 함께 단면적이 변경됨.). 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 단부에서 측정할 때, 단면 영역은 섹션(8)의 시작점(beginning)에서의 직경 D1을 갖는 단면 영역의 대략 3분의 1로 더 작다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 단부에 형성되는 긴 구멍(10)은 용접(또는 결합)된 플러그(11, welded plug) 또는 임의의 다른 편리한 방법을 통해 차단된다. 도 3 에서 명백히 알 수 있듯이, 긴 구멍(10)은 반대 측면 상에서 직선으로 배열된 두개의 평행한 벽면 섹션들(10a, 10b)과 두개의 반원형의 벽면 섹션들(10c, 10d)에 의해 형성되는데, 이때 두개의 직선으로 배열된 벽면 섹션들(10a, 10b) 사이의 거리는 적어도 섹션 8의 직경 D1의 3분의 1이 되어야 하며, 상기 예에서는 대략 10mm가 된다.

동작 상태에서 몰드 바닥 밴드(5)에 접하는 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 평평한 벽면 섹션(10a) 내에는, 용융된 구리가 배출되기 위한 긴 구멍 타입(longhole-type)의 배출 개구부(12)가 구비된다. 실제의 실험은, 만일 그러한 개구부들(openings)의 단면 영역의 총합이 바람직하게는, 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 단부에서 측정된 흐름의 단면적(cross section)의 90% 또는 98%가 될 경우 잇점이 있으리라는 것을 나타내었다. 이러한 긴 구멍(12, long hole) 대신, 도 7 에 도시한 바와 같이 서로 간에 인접하게 배치된(arranged right behind each other) 두개의 원형 배출 개구부들(12a, 12b)을 구비할 수 있다.

배출 개구부들(12, 12a, 12b)은 평행한 립(13, parallel lip)에 의해 "오버랩(overlapped)"되는데, 이 경우에 "오버래핑(overlapping)"은 립(13, lip)의 폭이 긴 구멍(12, long hole)의 개방된 폭 이상이거나 원형 배출 개구부들의 경우 직경보다 큰 것을 의미한다. 도 3 에 따른 변형례에서, 립(13, lip)은 스페이서들(13a, spacers)와 함께 침수된 파이프의 팁 노즐(9)에 용접(또는 결합)된다. 배출 개구부(12)와 립(13) 간의 공간(free space)의 간격은 최소한 5mm가 되어야 한다.

도 5 는 침수된 파이프(6a)의 또 다른 변형례로서, 원형의 단면 영역을 줄임으로써 직경 D1에서 시작하여 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 단부에서 직경 D2로 지속적으로 감소하여, 섹션(8)과 침수된 파이프의 팁 노즐(9)이 전체 길이에 걸쳐 원뿔 형상을 이루는 경우를 도시한다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 원형 개구부는 플러그(11)에 의해 봉인된다. 직경 D1과 직경 D2 사이의 치이는 45%가 된다. 용융된 매스가 흘러 나가기 위한 배출 개구부와 립(13, lip)은 도 2 의 변형례에서 사용된 것과 동일하게 디자인된다. 도 2 에 도시한 침수된 파이프와 비교할 때 이 경우 분리된 연결편을 구비하지 않는다. 도 6 에 도시한 침수된 파이프의 팁 노즐(9)에서 배출 개구부(12)를 오버래핑(overlapping)하는 립(13, lip)은 경사지게 배치된다. 스페이서(13a, spacer)를 사용하여 침수된 파이프의 팁 노즐의 벽면으로부터 5mm 거리에 배치된 립(13, lip)은 침수된 파이프의 팁 노즐의 단부의 위로 위를 향해 경사지도록 형성된다. 립(13, lip)은 침수된 파이프의 팁 노즐상에 용접(또는 결합)된다. 나머지 부분에 대하여, 상기 침수된 파이프의 팁 노즐은 도 2 에 도시한 침수된 파이프의 침수된 파이프의 팁 노즐과 유사한 형태로 제공된다.

도 7 은 분리된 구성부(separate component part) 형태의 침수된 파이프의 팁 노즐(9a)을 도시하는데, 상기 침수된 파이프의 팁 노즐은 도 5 에 도시한 변형례(modification)에 따라 침수된 파이프(submerged pipe)의 원뿔형 섹션(conically section)의 적절한 단부에 부착 및 용접(또는 결합)될 수 있다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9a)은 긴 구멍(10, long hole) 형태로 일정한 단면적(constant cross section)을 갖는데, 상기 긴 구멍의 하류의 단부(downstream end)은 플러그(11, plug)로 봉인된다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9a)은, 반대편 측면에, 긴 구멍 형상에서 원형으로의 변하는 변이편(14, transition piece)을 구비하는데, 상기 변이편은 적절한 침수된 파이프의 섹션(6, 단면)에 정확하게 매칭된다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9a)의 바닥면에는, 서로 뒤에 인접하게 배치되고 평행하게 배치된 립(13, 13a, parallel running lip)에 의해 오버랩되는 두개의 배출 개구부들(12a, 12b, discharge openings)이 구비된다. 립(13, lip)은 침수된 파이프의 팁 노즐(9a)와 통합되어 형성되며, 침수된 파이프의 팁 노즐은 이하의 방법으로 제작될 수 있다.

원래 상태에서 원형의 단면)을 갖는 침수된 파이프의 맨 끝단(far end)은, 원형(circular shape)으로부터 긴 구멍(long-hole shape) 형상으로의 짧은 변이섹션(14)을 통해 "긴 구멍(long hole)" 형태의 바람직한 단면을 만들기 위하여, 압착수단(pressing tool)을 이용하여 "압착된 평평한 형상(squeezing flat)"으로 교정된다(is re-formed). 이후에, 파이프를 두개로 자르지 않은 채로, 립(lip)의 길이와 동일하게 파이프의 단부로부터 일정 거리로 횡방향의 절단(a transverse cut)이 이루어지고, 세로 방향의 절단(a longitudinal cut)은 횡방향의 절단에 의해 만들어진 간격만큼 연장된다. 파이프의 팁(tip)은 세로 방향의 립(lip)을 구비한다. 다음으로, 용융된 매스(molten mass)가 흘러 나가는 배출 개구부들(discharge openings)을 위하여 관통된 구멍들(12a, 12b, the bore holes)이 형성된다. 배출 개구부들(12a, 12b)과 소정 간격을 두고 오버래핑(overlapping)하기 위하여 튀어나온 립이 배출 개구부를 향해 휘어진 이후에, 파이프 팁의 맨 끝단부의 긴 구멍(10) 개구부(the long-hole opening)는 봉인 캡(11)을 용접(또는 결합, welding)함으로써 봉인된다. 립(13, lip)은 대략 80mm 정도의 길이를 가지고, 립의 상류 접촉 단부은 인접하는 침수된 파이프의 팁 노즐(9a)의 벽면 섹션에 용접(또는 결합)된다.

침수된 파이프들이 작동 상태에서의 하중에 의해 휘어지는 것을 방지하기 위하여, 파이프들은 예를 들어 하나 이상의 단단한 골재(stiffening ribs)와 같은 고정 수단(stabilising means)을 추가적으로 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 침수된 파이프의 디자인에 의하여, 용융된 구리 스트림이 턴디시(tundish)로부터 몰드(mould) 내부를 향해 아래로 이동하는 경사로(the sloping course)는 실제의 실시에 있어서 매우 바람직한 영향을 주게 된다. 침수된 파이프들의 경사진 배열에 의해 흐름속도(flow rate)가 증가되는 용융된 매스의 스트림은, 방향의 변경이 두번 가해지게 되고, 결과적으로 속도가 줄어들어 몰드 용액(mould bath) 내로의 부드러운 배출을 보장할 수 있게 된다.

특히 섹션(8) 내에서 점차적으로 좁아지는 형상, 즉 단면적의 변경들로 인해 단면 영역이 줄어들게 되는 것은, 용융된 매스(molten mass)가 침수된 파이프의 내부 벽면들과 접촉을 유지하도록 함으로써 가스 기포(gas bubbles) 또는 다른 공간(other voids)이 생기는 것을 방지하게 된다. 이는, 단면 형상(원형/긴 구멍)과 이 지점에서 더욱 테이퍼진 형상으로 만들어지는 변경으로 인하여, 침수된 파이프의 팁 노즐(9, 9a)에도 마찬가지로 적용된다. 침수된 파이프의 팁 노즐(9, 9a)의 단부가 봉인되므로, 용융액(melt)은 적어도 90°로 굴절되는데, 이는 흐름속도(flow rate)의 첫번째 감소를 유도하게 된다.

중요한 점은, 침수된 파이프의 팁 노즐(9)의 바닥면에서의 배출 개구부(들)의 레이아웃이 용융된 매스 스트림의 방향을 적어도 90° 변경시키고, 추가적인 수단으로서 배출 개구부들 아래의 립(13, lip)의 레이아웃은 두번째 변경 또는 흐름속도(flow rate)를 더욱 감소시킴과 함께 용융된 매스 스트림의 측면방향으로의 굴절에 영향을 준다는 점이다. 용융된 매스의 스트림은 립(13, lip)의 일측(either side)으로 고르게 배출되고, 흐름속도(flow rate)가 크게 감소된 상태로 몰드(mould)의 용융된 용액(molten bath)의 내부를 향해 용액 레벨 아래로 이동한다. 이런 식으로, 종래의 침수된 파이프들의 경우와 같이 몰드 내부에 높은 속도로 부딪히는 것을 방지하기 위하여, 용융된 매스의 흐름속도는 0.5m/s 또는 그 이하로 감소될 수 있다. 이는 기포의 형성을 현저하게 감소시키고 존재하는 기포는 몰드의 측면 벽들로 배출되도록 하여, 평판(slab) 내에 공기나 가스가 침투된 형태를 방지할 수 있는 효과가 있다. 게다가, 용융된 매스)가 몰드 내의 깊은 영역으로 불필요하게 배출되는 것이 방지된다. 용융된 매스의 스트림(the stream of molten mass)은, 가스가 제거되고 평평하고 부드러운 표면이 응고시 형성되는 용융된 용액(molten bath) 표면의 바로 아래 위치로 배출된다. 용액(bath)의 표면 영역 내의 용융된 매스 내에서 발생하는 난류(turbulences) 또한 발생하지 않게 된다. 상기에서 기술된 방법으로 몰드 용액(mould bath) 내의 용융된 매스(molten mass)를 배출함으로써 몰드 벽들이 손상되는 위험 또한 배제할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해 되어져야 한다.

도 1 은 주조 시스템의 간략한 구성을 나타내는 세로 방향의 단면도.

도 2 는 침수된 파이프의 제 1 변형례의 사시도.

도 3 은 도 2 에서 "X"로 표시된 부분을 확대한 상세도.

도 4 는 도 2 의 침수된 파이프를 확대 도시한 정면도.

도 5 는 침수된 파이프의 제 2 변형례의 사시도.

도 6 은 경사지게 배치된 침수된 파이프의 팁 노즐의 세로 방향의 단면도.

도 7 은 일체형의 립(integrally formed lip)을 구비하는 분리된 구성부로서의 침수된 파이프의 팁 노즐의 사시도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1: 턴디시 2: 주조 돌출부

6, 6a: 침수된 파이프 7: 원통형의 연결편들

8: 테이퍼링 섹션 10: 긴 구멍

12, 12a, 12b: 배출 개구부 9, 9a: 팁 노즐

13, 13a: 립

Claims

비철 금속, 특히 구리 또는 구리합금의 용융된 매스들(molten masses)을 푸어링(pouring)하기 위한 주조 시스템으로서,

상기 주조 시스템이,

적어도 하나의 침수된 파이프(6, 6a)와 연결되는 턴디시(1)를 포함하고,

상기 침수된 파이프가,

소정의 푸어링 각도(pouring angle)로 경사지게 배치되고, 제 1 섹션(8) 및 제 2 섹션이 침수된 파이프의 팁 노즐(9, 9a)를 포함하고,

상기 침수된 파이프의 팁 노즐이 몰드(3, mould)이,

용융된 용액(molten bath)에 잠기고, 개방된 단부(10, 11, free end)가 봉인되며,

몰드(moulds)의 바닥면(5)과 접촉하는 벽면에 적어도 하나의 배출 개구부(12, 12a, 12b, discharge opening)를 구비하고,

상기 배출 개구부가,

상기 용융된 매스(molten mass)의 흐름방향을 첫번째로 변경하며,

상기 배출 개구부(12, 12a, 12b)와 소정 거리 이격된 상태로 오버랩(overlap)하면서, 상기 침수된 파이프의 팁 노즐(9, 9a)에 배치되는 립(13, 13a)을 구비하고,

상기 립이,

상기 용융된 매스의 흐름방향을 두번째로 변경하고,

몰드(3)의 세로 축에서 볼 때, 상기 용융된 매스를 엇갈린 방향으로 분할하고,

동작 상태에서 상기 배출 개구부(12, 12a, 12b)와 상기 립(13, 13a)이 몰드 용액(mould bath)의 표면 바로 아래로 위치하는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 립(13)이 배출 개구부(12, 12a, 12b)와 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배출 개구부(12, 12a, 12b)에서 보았을 때, 상기 립(13, 13a)이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배출 개구부가 긴 구멍(12) 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배출 개구부(12)의 단면 영역 또는 모든 배출 개구부들(12a, 12b)의 단면 영역 전체가, 상기 침수된 파이프의 팁 노즐(9, 9a)의 단부에서 측정된 단면 영역의 80% 내지 98%인 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배출 개구부(12, 12a, 12b)와 뒤쪽에 오버래핑하는 상기 립(13)의 최대 거리(13a)가 5mm 이상인 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용융된 매스의 흐름 방향에서 보았을 때, 상기 제 1 섹션(8)의 내부 벽면들이 점차로 좁아지는 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

테이퍼링 섹션(8)이,

단부의 단면이 긴 구멍 형상을 갖는 시작점(D1)에서 원형 단면을 이루는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 섹션(8)이 원뿔 형상(conical shape)을 이루는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침수된 파이프의 팁 노즐(9)이,

하류 방향에서 보았을 때, 더욱 점차로 좁아지는 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침수된 파이프의 팁 노즐(9a)이,

상기 침수된 파이프(6)의 상기 테이퍼지는 섹션(8)의 단부와 연결된 분리된 구성부로 이루어진 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침수된 파이프(6, 6a)의 길이 및 테이퍼링(tapering)이 푸어링 각도 함수와 매치되고,

상기 립(13, 13a)에 부딪히는 방향으로 흐른 이후의 상기 용융된 매스(molten mass)의 흐름속도(flow rate)가 0.5m/s를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 침수된 파이프(6, 6a)가 동일하게 열을 올리기 위하여 열 저항(resistance heating)을 구비하는 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 섹션(8) 및 상기 침수된 파이프(6)의 팁 노즐(9)이 서로 다른 용해하기 어려운 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 주조 시스템.
몰드(3, mould)의 용융된 용액 내에 소정의 푸어링 각도(pouring angle)로 배치된 침수된 파이프(6, 6a)를 수단으로 하여 턴디시(1, tundish)로부터, 비철 금속, 특히 구리 또는 구리 합금의 용융된 매스들을 푸어링(pouring)하기 위한 방법으로서,

상기 용융된 매스의 흐름 방향이 적어도 두번 변경됨으로써, 상기 용융된 매스의 증가된 흐름속도가 현저하게 감소되고,

상기 용융된 매스의 흐름 방향의 두번의 변경이 모두 적어도 90°의 굴절(deflection) 형태로 일어나고,

상기 용융된 매스가 몰드 용액(mould bath) 내부의 표면 바로 아래 영역 내로 지나가는 것을 특징으로 하는 푸어링 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 흐름 방향에 대한 첫번째 변경 이후에, 상기 용융된 매스의 스트림이 측면방향으로의 두개의 스트림으로 분리되고,

동일하게 상기 흐름 방향에 대한 적어도 90°의 두번째 굴절이 발생하는 것을 특징으로 하는 푸어링 방법.
제 15 항 및 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용융된 매스의 스트림이, 동작 상태에서의 상기 침수된 파이프(6, 6a)가 상기 용융된 매스로 완전히 채워지는 것이 보장되는 것과 같이 상기 침수된 파이프(6, 6a)의 기하학적 형상에 의해 영향을 받으며,

상기 용융된 매스는 상기 침수된 파이프(6, 6a)의 내부 벽면들에 일정하게 접촉하고,

금속 용융액의 흐름속도(flow rate)가 감소되어 감소되어, 몰드(3, mould)의 용융된 용액(molten bath) 내부로 배출되는 시점까지 0.5m/s 이하로 속도가 낮아지는 것을 특징으로 하는 푸어링 방법.