KR100423947B1

KR100423947B1 - 연속주조용 침지노즐

Info

Publication number: KR100423947B1
Application number: KR10-2001-0058716A
Authority: KR
Inventors: 신윤철; 이상암; 정준철
Original assignee: 조선내화 주식회사
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2004-03-22
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: KR20030025589A

Abstract

본 발명은 연속주조용 침지노즐에 대하여 노즐 내부의 유속 및 압력 변화의 범위를 최소화하여 연속주조시 주형내에서 용강의 대칭 유동(流動)을 형성하여 탕면 높이차를 감소시키고, 분리대의 위치에 따른 적정한 토출부의 최소단면적, 분리대의 폭 및 각도의 변화에 따라 몰드내 용강의 유동(流動)현상을 안정하게 확보함으로써 균일한 응고셀 두께로 양호한 품질의 주편을 생산할 수 있는 침지노즐 구조에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 노즐 입구부로부터 토출부를 향해 원통의 파이프형 상단부(21a)와 일정한 내부 단면적을 가진 1차 변환부(22a)와 상기 내부 단면적이 점진적으로 증가하는 2차 변환부(23)와 상기 내부 단면적이 점진적으로 증가하는 주변환부(24a)로 구성되고, 상기 주변환부의 끝단 중앙에 용강의 대칭 유동을 유도하는 분리대(25a)를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐에 관한 기술이다.

Description

연속주조용 침지노즐{submerged entry nozzle for continous casting}

본 발명은 용강의 연속주조용 침지노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 침지노즐 내부에서의 급격한 유속 변화없이 주형내로 용강을 공급하므로써 토출류의 균일한 분배를 유도하여 균일한 응고셀 두께 확보로 양호한 품질의 주편을 생산할 수 있는데 적합한 연속주조용 침지노즐 구조에 관한 것이다.

용강주조용 침지노즐은 강의 연속주조시 턴디쉬(tundish)와 주형(mold)사이에 사용되어 용강의 산화방지, 용강의 와류방지에 의한 주형제 혼입을 방지하여 주조된 주편의 품질 향상에 주요한 역할을 하게 된다.

박(薄)슬라브(slab) 연속주조용 침지노즐은 일반적으로 주형의 두께가 50∼80mm 정도로서 이 주형에 부합하는 침지노즐 내벽의 내부는 20∼40mm의 넓이 및 100mm 이상 길이의 출구 용적을 갖는 형상의 침지노즐이 사용된다.

박 슬라브 연속주조기에서 주형내의 용강 유동현상은 탕면 거동의 안정에 의한 주형제의 혼입방지 및 주편 표면의 균일 냉각능력의 확보, 주형제의 유입에 의한 브레이크 아웃 방지등과 직간접으로 관련이 있기 때문에 박슬리브 연속주조시의안정적인 조업을 위해서는 엄격한 유동형태의 확보가 필수적이며, 이를 위하여 종래에는 다양한 형상의 침지노즐을 사용하여 왔다.

이러한 노즐은 입구부에서부터 토출부까지의 단면적 변화가 커서 노즐내에서유속의 감소 및 증가 폭이 크고, 노즐 내부의 종방향 및 횡방향의 유속의 변화가 불균일함에 따라 토출 유량이 불균일하게 되어 간헐적으로 주형내 용강의 탕면을 일정하게 유지하기가 어려워지는 등 횡방향 유속차이에 의한 편류를 발생시킨다.

이로 인해 국부적으로 응고의 지연이 발생되고 응고셀의 두께가 다른 부분에 비해 얇아지므로 인장력이 가해져 슬라브 표면에 세로 크랙이 발생됨에 따라 주형내 용강의 탕면 변화는 침지노즐내의 급격한 유속변화에 기인하므로 완만하게 이루어질 수 있는 침지노즐의 형상이 필요하다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 예를 들면, 일본국 특개평2000 -23326호 공보(이하"선발명 1"이라 함)에서는 도 1a 및 도 2b에서와 같이 토출부 (26)의 형상은 각도 a=0∼60, 각도 b=30∼80°, T/t=75∼200%의 범위로 구성되어 있으며, 침지노즐 내벽(10)내 원통의 파이프형 상단부(21)와 토출부(26)쪽을 향해 확개된 1차변환부 (22)와 변환부 끝단과 동일 직경을 갖는 주변환부(24)로 구성된다.

그리고 국제출원번호 PCT/CA95/00228호(이하" 선발명 2"라 함)에서는 도 3a 및 도 3b와 같이 전벽의 총 수렴각도 c=2.0∼8.6°이며 바람직하게는 5.3°, 측벽의 총 수렴각도 d=16.6∼6°이며 바람직하게는 10.4°, 편향부는 10∼80°이며 바람직하게는 30°인 노즐과 유사하게 구성되어 있다.

상기한 선발명 1은 분리대(25)의 상부(61)가 편향인 형상에서는 주조초 용강의 통과시 분리대(25)에 용강이 충돌하여 몰드 외부로 비산되고, 유속 및 압력 변동이 커서 침지노즐을 통한 몰드내로의 용강의 대칭 흐름을 유도할 수 없어 주형내에서 편류를 발생시킨다.

또한 저면부 각도(b)가 30∼80°범위에 있다하여도 외주부(62)에서의 유속이 급격히 증가하여 용강에 의한 마모로 인해 원래의 각도를 유지하기가 어려워서 주조시간이 증가할 수록 주형내 용강의 유동(流動)현상은 달라진다.

또한 T/t가 100% 이하일 경우에는 도 9에 나타난 바와 같이, 용강이 주형벽에 대한 충돌점 (F)위치가 탕면과 가까워져 반전류 형태를 갖는 용강 흐름(S1)의 유속 및 영역이 증가되어 탕면 (S0)에서의 높이차가 10mm 이상이 되어 안정적인 조업을 할 수 없다.

한편 도 3a 및 도 3b의 선발명 2는 단면적 변화량 차이의 크기는 작지만 측벽의 총 수렴 각도(d) 5°이상에서는 침지노즐의 횡방향의 길이가 커짐으로써 침지노즐 횡방향에서 중심부의 유속(51a)과 노즐 내벽쪽 유속(52a)의 차가 발생하여 편류를 발생시킨다. 이는 노즐 내벽쪽보다 중심부에서의 유속이 커 용강의 흐름이 분리대(25)에 집중되고 주형내의 유동현상은 작은 크기의 더블 롤 흐름(double roll flow)을 발생하므로써 도 9의 충돌점(F)의 위치가 탕면(S0)에서 가까워 반전류 형태를 갖는 용강 흐름(S1)에 의한 탕면의 높이차가 크게 나타난다.

이상에서와 같이 침지노즐의 형상에 있어서 노즐 내부의 단면적 변화 및 횡방향의 길이 및 분리대의 형상은 용강의 유동현상이 불안정하여 주형내 탕면을 불안정하게 만든다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원통의 파이프형 상단부에서 토출부쪽으로 갈수록 점진적으로 표면적이 증가하는 단면적을 갖게 하는 등 토출부의 최소단면적, 분리대의 각도, 분리대의 폭을 적절히 조정하여서 된 침지노즐로 구성함으로써, 주형내의 용강 유동(流動)의 현상을 안정하게 확보하여 응고셀의 균일한 두께 확보로 양호한 품질의 주편을 생산할 수 있는데 적합한 연속주조용 침지노즐을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 종래 침지노즐의 정단면도

도 1b는 도 1a의 측 단면도

도 2는 도 1b의 "A"부의 확대면도

도 3a는 종래의 다른 침지노즐의 정단면도

도 3b는 도 3a의 측 단면도

도 4a는 본 발명 도 4b의 2-2 단면에 따른 정 단면도

도 4b는 도 4a 1-1 단면에 따른 정 단면도

도 5는 도 4a및 도 4b의 3-3, 4-4, 5-5, 6-6, 7-7 단면에 따른 횡단면도

도 6은 도 4a 및 도4b의 21, 22, 23, 24 단면에 따른 횡단면도

도 7은 본 발명과 관련한 침지노즐의 하단부 확대도

도 8은 본 발명과 관련한 도 7과 분리대의 형상이 다른 또 하나의 침지노즐의 하단부 확대도

도 9는 본 발명의 침지노즐에 의해 생성된 주형내 용강유동 형상의 도식도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21a : 파이프형 상단부 22a : 1차변환부

23 : 2차변환부 24a : 주변환부

25a : 분리대 26a : 토출부

A : 토출부 최소단면적 h : 분리대 높이

L : 분리대 폭 F : 충돌점

31 : 입구부 단면적 S1, S2, S3 : 용강의 흐름

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노즐의 입구부로부터 토출부를 향해 원통의 파이프형 상단부와 일정한 내부단면적을 가진 1차 변환부와 내부단면적이 점진적으로 증가하는 2차 변환부와 내부단면적이 점진적으로 증가하는 주변환부로 구성되고, 상기 주변환부의 끝단 중앙에 용강의 대칭유동을 유도하는 분리대를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐로 이루어진다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시에 따른 침지노즐의 구조를 나타낸 것으로 , 노즐의 입구부로부터 토출부를 향해 원통의 파이프형 상단부(21a)와 내부 단면적이 일정 또는 증가하는 1차 변환부(22a)와 내부 단면적이 점진적으로 증가하는 2차 변환부(23)와 내부 단면적이 점진적으로 증가하는 주변환부(24a)로 구성되고, 주형내로 용강의 흐름을 유도하는 토출부 (26a)와 상기 토출구의 끝단 중앙에 용강의 대칭 유동(流動)을 유도하는 분리대 (25a)를 포함하여서 된 구조로 이루어진다.

상기한 구조를 갖는 본 발명의 침지노즐은 도 5 및 도 6과 같이 원통의 파이프형 상단부(21a)로부터 토출부(26a) 방향으로 갈 수록 점진적으로 내부 단면적이 증가된다(즉, 도 5의 31부터 35까지 및 도 6의 36부터 39까지와 같이 내부 단면적이 점진적으로 증가).

즉, 원통형 입구부(27)는 3-3 단면인 내공 단면적(31)을 기준하여 95∼98%의 단면적 범위로 이루어진다. 이 부위에서는 최초 입구보다 단면적이 감소함으로써 유속이 약간 증가하나 압력변동은 거의 발생치 않으며, 4-4단면 까지는 거의 변화하지 않은 내부 단면적(36)을 갖는 원통의 파이프형 상단부(21a)로 이루어진다.

그리고 4-4 단면부터 5-5단면 구역을 이루는 1차변환부(22a)는 원통의 파이프형 상단부(21a)에서 슬릿형 토출부로 유도하기 위한 변환부로써, 이의 특징은 두께는 감소하고 길이는 증가하는 모양을 형성하여 용강의 흐름을 원형에서 슬릿형 토출부(26a)로의 흐름을 유도하기 위해 도 6의 1차변환부 내공단면(37)과 같이 직사각형화한 것이다. 이 부위에서의 내부 단면적의 변화는 입구부 단면적(31)을 기준하여 단면적이 90∼100%의 범위로 수렴되어 유속 및 압력의 변동은 거의 발생치 않는다.

2차변환부(23a)는 두께가 감소하고 길이는 증가한다 즉, 입구부 내부 단면적(31)을 기준하여 내부 단면적이 100∼140%의 범위에서 일정하게 발산하는 것을 특징으로 한다. 이는 용강이 주변환부(24a)로 돌입전 유속의 감소가 발생한다.

내부 단면적 발산의 크기가 상기 범위 이상의 발산은 침지노즐의 1차변환부(22a)와 2차변환부(23a)의 급속한 유속 및 압력의 변동을 야기시킨다. 이로 인해 발생되는 현상을 상세히 설명하면, 유체는 높은 압력의 장벽을 통과하면서 노즐내에서 급속한 압력 변동이 발생된다. 발생된 압력 변동에 의해 압력파가 발생되고 이 압력파는 노즐 상부로 전달된다. 하부로 전달된 압력파는 출구에서 맥동으로 유발하게 되고 이는 유속변화가 불균일함에 따라 토출유량이 불균일하게 되어 간헐적으로 주형내 용강의 탕면(SO)을 일정하게 유지하기가 어려워지고 횡방향 유속차에 의한 편류를 발생시킨다.

단면적 감소 후 증가되는 영역(즉, 1차변환부와 2차변환부)에서는 내부 단면적 변화량에 따라 속도 및 압력의 변동이 발생된다. 즉, 변환점(5a)에서의 속도는 증가하게 되고 압력의 변동이 불균일하여지는 영역이 발생되어진다. 이에 따른 현상은 상기에서 설명한바와 같다. 이를 효과적으로 해결하기 위해서는 단면적 변화량의 차를 최소화하는 것이 바람직하다. 이를 상세히 설명하면, 1차변환부(22a)의 길이 가 253mm 일때 1차변환부(22a)의 단면적 변화량은 -0.15mm²이다. 동일한 방법으로 2차변환부(23a)의 단면적 변화량이 +1.91mm²일때 1차변환부(22a)와 2차변환부 (23a)의 단면적 변화량의 차이는 2.07mm²이다.

즉, 단면적 변화량의 차이를 최소화하기 위해서는 2차변환부(23a)의 길이를 충분히 확보하여야 단면적 변화량의 차이를 감소할 수 있다.

본 발명에 따른 침지노즐은 단면적 변화량을 6mm²이하로 최소화하여 노즐 내부의 유속 및 압력 변화를 최소화함에 따라 편류의 원인을 제거하였다.

즉, 2차변환부(23a)의 길이를 일정 이상 확보함으로써 변속구간으로 돌입할때 용강의 급격한 압력변동을 완화시킬 수 있다. 이를 다시 설명하면, 단면적 변경이 발생되어질 때 노즐 내부 용강의 압력의 변동을 완화시킬 수 있는 거리를 확보하였다.

주변환부(24a)는 단면적의 길이를 일정하게 유지하고, 장변부의 길이는 일정 또는 증가함에 따라 즉, 내부 단면적이 입구부 단면적(31)을 105∼150%의 범위 내에서 일정하게 발산하는 것을 특징으로 한다. 이는 노즐내의 유속을 하부에 설치된 분리대(25a) 직전까지 일정하게 유지 또는 증가없이 감소하며 횡방향 유속차를 제거함으로써 분리대를 통한 용강의 편류를 방지할 수 있다.

도 3a 및 도 3b의 종래 노즐은 주변환부(24)의 측벽의 발산각도가 6°이상으로서 노즐 내부의 중심부 흐름(51a)과 노즐 내벽측의 흐름(52a)의 유속 편차가 발생되어 이에 의한 편류의 원인을 제공하였다.

본 발명에 따른 침지노즐은 입구부(27)부터 토출부(26a)까지의 내부 단면적을 일정 범위내에서 유지함으로써 노즐 내부의 중심부 흐름(51)과 내벽쪽의 흐름(52)의 유속편차를 최소화하여 분리대에 의한 용강의 분할 흐름 유도시 편류를 방지할 수 있다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

(표 1)은 본 발명의 효과를 확인하기 위해 침지노즐 내부의 단면적 변화를 나타낸 것이다.

	본 발 명 실 시 예
	1	2	3	4	5	6
내부 단면적 [(도5)31의단면적100을기준]	(도5) 32의 단면적	97	97	97	97	97	97
	(도5) 33의 단면적	94	90	98	90	98	98
	(도5) 34의 단면적	120	110	110	120	120	140
	(도5) 35의 단면적	120	120	120	130	130	150
내부단면적 변화량(mm²)	원형파이프부(21a)	-0.31	-0.31	-0.31	-0.31	-0.31	-0.31
	1차변환부(22a)	-0.34	-0.32	+0.11	-1.32	+0.11	+0.11
	2차변환부(23)	+3.31	+1.74	+1.53	+2.61	+2.80	+5.34
	주변환부(24a)	+0.00	+0.79	+0.79	+0.79	+0.79	+0.79

	종 래	본 발 명 실 시 예
	1	2	3	1	2	3	4	5	6
단면적변화량(mm²)	원형파이프부 (21a)	-0.04	-0.24	-0.51	-0.31	-0.31	-0.31	-0.31	-0.31	-0.31
	1차변환부(22a)	2.57	-0.22	-18.9	-0.34	-0.32	+0.11	-1.32	+0.11	+0.11
	2차변환부(23)	-2.91	-	-	+3.31	+1.74	+1.53	+2.61	+2.80	+5.34
	주변환부 (24a)	0.48	+5.76	5.49	+0.00	+0.79	+0.79	+0.79	+0.79	+0.79
구간 사이단면적변화량차이(mm²,절대값)	원형파이프부-1차변환부	2.61	0.02	18.39	0.03	1.01	0.42	1.01	0.42	0.42
	1차변환부-2차변환부	5.48	-	-	3.64	3.06	1.41	3.93	2.69	5.23
	2차변환부-주변환부	3.39	5.98	24.39	3.31	0.95	0.74	1.82	2.01	4.56
탕면에서의높이차(mm)	7.4	9.4	8.6	3.8	2.8	2.3	4.1	3.3	5.2
비 고				분리대 폭(L)=80mm, 분리대 각도(α)=60°

본 발명의 침지노즐 내부의 속도 및 압력분포를 유한부피법(FVM:Finite Volume Method)에 의해 전산기를 이용하여 시뮬레이션 해석한 결과 상기 (표 2)에 나타난바와 같이 구간사이 단면적 변화량 차이가 적을수록 유속 및 압력의 변동은 적었으며 6mm²이하일 경우가 바람직하다. 구간사이 단면적 변화량 차이가 커짐에 따라 침지노즐 내부에서의 유속 및 압력의 변동이 비례하여 커졌으며, 6mm²이상일 경우에는 침지노즐 내부에서의 횡방향의 유속차가 발생되어 편류의 원인을 제공하며, 유속 및 압력이 급격히 변화함에 따라 압력파가 발생되고, 이에 나타난 현상은 상기에서 설명한 바와 같다.

분리대(25a)는 도 7 및 도 8과 같이 형성각도가 0°≤α≤120°의 범위로 하고, 분리대의 폭이 30mm≤L≤120mm 범위에 있으면서 분리대의 높이(h)는 30∼150mm의 범위에서 상,하부에 곡률(42, 44)을 형성하며, 분리대의 높이(h)에 따른 최소단면적(A)이 입구부 단면적(31)을 기준하여 125∼200%의 범위 내에 있고, 또한 최소단면적(A)은 토출부위 상부면(41)과 분리대 상부곡률(42)의 최단거리에서의 면적으로서 분리대의 높이(h)에 따라 변화하는 것으로서, 분리대(25a)에서 하부의 곡률은 분리대의 폭에 5∼20mm의 높이로 이루어짐을 특징으로 한다.

박슬리브 주조시 침지노즐의 분리대(25a)를 통한 주형내의 용강의 흐름(S1, S2, S3)은 분리대의 주위를 통한 하향류를 형성한다. 또한 분리대(25a)의 높이(h)에 따라 토출부 최소단면적(A)과 출구속도가 변화하며 출구속도의 크기에 따라 몰드내에 하향되는 용강의 흐름 크기는 변화한다.

즉, 토출부위의 토출부 최소단면적(A)은 침지노즐 토출부 출구속도를 좌우하며 출구속도의 크기에 따라 분리대에 의한 용강의 흐름은 달라진다.

침지노즐의 분리대(25a)를 통한 주형내의 용강은 일반적으로 double RollFlow를 형성하며, 유동현상은 토출부 최소단면적(A), 분리대의 각도(α), 분리대의 폭(L)에 따라 도 9와 같은 경로를 통하여 이동한다.

즉, 침지노즐 내벽(10)을 따라 토출되는 용강의 흐름(S1)은 주형내의 또하나의 흐름(S2)의 상부에서 주형벽에 충돌하여 상승한 후 탕면 가까이에서 다시 반전류를 형성한다. 이의 반전류는 속도크기에 따라 탕면에서의 탕면 높이차는 달라지며 이러한 탕면 상승 속도의 크기에 따라 주형내 탕면의 불안정성을 증가시킨다. 이러한 용강의 불안정성, 특히 탕면에서의 불안정성은 주형 쪽 방향으로 열전달을 불균일하게 하며, 일정한 응고셀의 형성을 어렵게하는 등 많은 문제점을 발생시킨다.

토출부의 중앙에서 토출되는 용강의 흐름(S2)은 토출되는 흐름중 가장 큰 크기의 유속을 가지며 주형벽에 충돌하여 하향류를 형성한다. 이 흐름(S2)의 크기는 용강 흐름(S1)의 반전류를 형성하는데 영향을 미치며, 이에 나타나는 현상은 상기에서 설명한바와 같다.

또한 분리대 벽(43)을 따라 흐르는 흐름(S3)은 하향류를 형성하나 용강의 흐름(S2) 및 하부의 정체역과 충돌하여 흐름의 방향이 반전되어 상승류를 형성한다. 이러한 상승류 속도에 따라 주형 내부에서 응고층의 형성에 영향을 미친다. 분리대 하부에서 발생하는 상승류의 영역을 제거하거나 상승류의 속도를 저감하여 주편의 응고층에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

본 발명의 효과를 확인하기 위해 상기에서 언급한 용강의 흐름(S1, S2, S3)은 침지노즐의 분리대(25a)를 통한 용강의 유동현상을 토출부 최소단면적(A), 분리대의 각도(α), 분리대의 폭(L)의 변화에 따라 유한부피법에 의해 전산기를 이용하여 수치 해석적인 방법으로 시뮬레이션 해석한 결과, 탕면에서의 높이차는 하기 (표 3)과 같이 나타났다.

	분리대의 폭(L)
	30mm	45mm	60mm	80mm	100mm	120mm
토출구의 최소단면적(A)(α=60°일때)	125%	2.6	2.9	3.5	4.2	5.4	7.4
	145%	2.6	1.9	2.0	4.2	5.0	6.9
	170%	2.7	3.5	4.3	4.8	5.9	7.1
	200%	2.7	3.7	4.4	5.2	6.1	7.4
분리대 각도(α)(A=120%일때)	0°	2.6	2.5	2.9	3.5	4.5	5.6
	15°	2.6	1.1	2.0	3.7	5.3	6.4
	30°	2.6	1.2	2.3	3.8	5.4	6.5
	60°	2.6	1.9	2.7	4.2	6.0	6.9
	120°	2.8	3.6	3.9	4.9	6.4	8.0
비 고	침지노즐의 형상은 (표 2)의 본발명 실시예 3을 적용

토출부의 최소단면적(A) 및 분리대의 폭(L)의 길이에 따라 주형내 용강의 흐름은 변화한다. 최소단면적(A)에 따라 유속이 변화하며. 최소단면적(A)이 125%에 근접할수록 충돌점(F)에서의 반전류의 용강 흐름 속도가 증가됨으로써 탕면(S0)의 높이차는 크게 나타났다. 또한 최소단면적(A)이 적정 이상의 크기를 벗어났을 때는 토출유속이 감소되어 충돌점(F)은 탕면으로부터 가까워짐으로써 탕면에서의 반전류 영역이 넓어져 탕면의 높이차를 증가시켰다. 이와 같이 토출부 최소단면적(A)이 변화함으로써 토출유속이 변화하고 토출속도의 크기에 따라 충돌점(F)의 위치가 변화되므로써, 반전류의 속도와 영역에 따라 탕면에서의 높이차가 변화하였다.

토출부 최소단면적 125% 이하에서는 토출유속이 커서 분리대(25a) 쪽이 커짐에 따라 충돌점(F)의 위치는 탕면에서 가까워졌고 높이차가 커지는 것을 알수 있다.

그리고 토출부 최소단면적 145%에서의 용강의 유동현상은 Double Roll Flow의 형태를 이루나 하향되는 용강의 흐름으로 반전류의 유속 및 영역이 작게 나타났으며, 분리대 하부의 정체역 및 상승류의 유속은 크지 않아 탕면에서의 높이차가 가장 안정하게 나타났다.

토출부 최소단면적 170% 이상에서는 토출유속이 저하됨에 따라 분리대 폭의 변화 크기에 의한 충돌점(F)의 위치가 크게 변하지 않았고, 몰드내 용강의 유동현상은 작은 크기의 Double Roll Flow의 형태를 이룸에 따라 충돌점은 탕면에서 가까워져 탕면에서의 높이차가 크게 나타났다. 또한 토출부 최소단면적 200% 이상에서는 분리대 좌우의 토출유속차가 발생되어 편류가 발생되었고 이에 미치는 영향은 상기에서 설명한바와 같다.

상기 (표 3)에서와 같이 분리대 폭(L)이 작을수록 수직하강류의 흐름을 나타내고, 클수록 Double Roll Flow를 나타내었다. 또한 분리대 폭(L)과 각도(α)에 따라 몰드내 용강 흐름의 충돌점(F)위치가 변하였으며, 분리대 각도(α)와 분리대 폭(L)이 적을 수록 충돌점(F)은 탕면(S0)으로부터 깊어져 탕면에서의 반전류의 유속은 감소되고 또한 분리대의 하부의 정체역 및 상승류의 영역이 축소되어 탕면에서의 높이차는 감소되었다. 반면에 분리대 각도(α)와 분리대 폭(L)이 클수록 충돌점은 탕면으로부터 가까워져 탕면에서의 높이차는 크게 나타났다.

분리대 폭(L)이 120mm 이상, 각도(α)가 120°이상에서는 충돌점(F)의 위치가 탕면과 가까워짐에 따라 반전류의 속도 및 영역이 커져 탕면에서의 높이차는10mm 이상이었고, 이에 따른 영향은 상기에서 설명한 바와 같다.

이상에서와 같이 침지노즐 내부로부터 토출되는 용강은 토출구 최소단면적

(A) 즉, 토출유속과 분리대 폭(L) 및 각도(α)에 따라 충돌점(F)의 위치가 변하였고, 충돌후 반전되는 반전류의 속도 및 영역의 크기 및 분리대 하부의 정체역 및 상승류 크기에 따라 탕면에서의 높이차가 달라지는 것을 알수 있다.

주형내의 용강 흐름의 방향은 각도의 영향보다는 토출부 최소단면적(A)에 의한 토출속도와 분리대 폭(L)이 흐름의 방향을 좌우하였다. 상기 (표 3)에 나타난 바와 같이 동일한 단면적과 동일한 분리대의 너비에서는 분리대 각도(α)가 30°이상의 각도에서는 몰드내의 용강 흐름의 방향은 큰 차이를 보이지 않았다.

하기 (표 4)는 침지노즐을 내화물로 제작하여 실 주조 실험을 행한 결과를 나타낸 것이다.

실험조건, 몰드: 20-6 크라운몰드(몰드쪽: 1240mm)

주조속도: 4.5m/min

침적깊이: 150mm

상기 (표 4)에 나타난 바와 같이 종래의 침지노즐은 내부의 단면적 변화가 커 유속 및 압력 변동이 크고 횡방향 및 종방향의 유속차가 발생되어 분리대를 통하여 주형내로 용강의 분할 흐름시 편류를 발생시키고, 또한 반전류의 충돌점(F)위치가 탕면(S0)과 가까워 탕면의 높이차를 크게 하였다. 본 발명에 따른 침지노즐은 내부에서의 유속이 점진적으로 감소되고, 압력 변동이 일정하여 분리대를 통한 분할 흐름시 편류가 발생치 않아 주형내 용강의 탕면 변화를 최소화 하였다.

또한 토출부위의 최소단면적에 따른 토출유속과 분리대의 폭 및 각도에 따라 용강의 흐름 속도 및 방향을 적절하게 조정하여 주형내 용강유동의 안정성을 확보함으로써 반전류에 의한 탕면에서의 높이차를 5mm 이내로 유지하여 술라브 표면 세로 크랙 방치 한계치인 탕면에서의 높이차 10mm 이내로 유지됨에 따라 안정적인 조업을 달성할 수 있었다.

이상에서와 같이 본 발명의 침지노즐은 노즐 내부의 유속 및 압력 변화의 범위를 최소화하여 박슬라브 연속주조의 주형내에서 용강의 대칭 유동을 형성하여 탕면 높이차를 감소시켰으며, 분리대의 위치에 따른 적정한 최소단면적, 분리대의 폭 및 각도의 변화에 따라 몰드내 용강의 유동현상을 안정하게 확보함으로써 균일한 응고셀 두께로 양호한 품질의 주편을 생산할 수 있었다.

Claims

노즐의 입구부로부터 토출부를 향해 원통의 파이프형 상단부(21a)와 일정한 내부 단면적을 가진 1차 변환부(22a)와 상기 내부 단면적이 점진적으로 증가하는 2차 변환부(23)와 상기 내부 단면적이 점진적으로 증가하는 주변환부(24a)로 구성되고, 상기 주변환부의 끝단 중앙에 용강의 대칭유동을 유도하는 분리대(25a)를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐.
제 1항에 있어서,

상기 단면적이 입구부 단면적을 기준하여, 원통의 파이프형 상단부(21a)가 95∼98%, 1차변환부(22a)가 90∼100%, 2차변환부(23)가 100∼140%, 주변환부(24a)가 110∼150% 인 것을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐.
제 1항에 있어서,

상기 각 구간 사이의 단면적 변화량 차이의 절대값이 6mm²를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐.
제 1항에 있어서,

분리대(25a)의 형성각도가 0°≤α≤120°이고, 상기 분리대의 폭이 30mm≤L≤120mm이고, 분리대의 높이가 30∼150mm이고, 분리대의 상부와 하부에 곡률을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐
제 4항에 있어서,

상기 분리대 하부의 곡률은 분리대의 폭에 5∼20mm의 높이로 이루어진 것임을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐.