KR102594432B1

KR102594432B1 - 자가 잠금식 내부 노즐 시스템

Info

Publication number: KR102594432B1
Application number: KR1020207012999A
Authority: KR
Inventors: 마리아노 콜루라; 장-뤽 레나드; 파브리스 지비에트
Original assignee: 베수비우스 그룹, 에스. 에이.
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2023-10-25
Anticipated expiration: 2038-11-09
Also published as: EP3706936B1; RU2760749C1; CN210231514U; BR112020009025A2; US20210170479A1; WO2019092212A1; CN109877307A; US11179774B2; TWI829659B; PL3706936T3; TW201922379A; CN109877307B; AR113476A1; KR20200083477A; EP3706936A1

Abstract

본 발명은 밀봉재(2)가 경화되기에 충분한 시간 동안 야금 용기(200)의 출구에서 작동 위치에 내부 노즐(10)을 잠금하기 위한 자가 잠금식 내부 노즐 시스템에 관한 것으로, 상기 자가 잠금식 내부 노즐 시스템은 : (A) 측방 표면 (10L)의 둘레 주위에 분포된 N ≥ 2 개의 돌출부(11)가 제공된 내부 노즐(10), (B) 야금 용기의 바닥 표면에 견고하게 고정된 상단 프레임(30f), (C) 상단 프레임에 견고하게 고정된 잠금 링(31)을 포함하고, 여기서, 상기 잠금 링의 내부 표면에는 N개의 L 자형 채널이 제공되어, 내부 노즐이 잠금 링의 개구를 통해 종축(Z)를 따라 삽입될 수 있고, N 개의 돌출부 (11)는 대응하는 제 1 채널 단부 (32e)에 맞닿을 때까지 대응하는 제 1 채널 부분(32)에 맞물리고, 이 지점에서 내부 노즐을 작동 위치에 자가 잠금 시키기 위해 돌출부를 대응하는 제 2 채널 부분(33)을 따라 맞물리게 내부 노즐은 종축을 중심으로 회전될 수 있다.

Description

자가 잠금식 내부 노즐 시스템

본 발명은 야금 설비(metallurgic installation)에 관한 것이다. 특히, 이는 밀봉재 전구체(sealing material precursor)가 경화될 때 내부 노즐을 제자리에 홀딩하는데 조작자 또는 로봇의 필요없이 밀봉재 전구체가 작동 위치에 있는 내부 노즐을 밀봉 및 고정하기 위해 강성 밀봉체로 경화되게 하는데 적어도 필요한 시간 동안 야금 용기의 출구에 장착될 때 작동 위치를 유지하기 위한 자가 잠금식 내부 노즐에 관한 것이다.

금속 성형 프로세스에서, 용융 금속(1)은 하나의 야금 용기(200L, 200T)에서 다른 용기, 몰드(mould)(300) 또는 공구로 이송된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이들(ladle)(200L)은 퍼니스(미도시)로부터 용융 금속으로 채워지고 주조(casting)를 위해 레이들 슈라우드(ladle shroud)(111)를 통해 턴디쉬(tundish)(200T)로 이송된다. 그런 다음 용융 금속은 슬래브(slab), 빌렛(billet), 빔 또는 잉곳을 형성하기 위해 턴디쉬로부터 몰드(300)로 주입 노즐(pouring nozzle)(101)을 통해 주조될 수 있다. 야금 용기로부터의 용융 금속의 유동은 용기의 바닥에 위치된 노즐 시스템(101, 111)을 통해 중력에 의해 드라이브된다. 유량(flow rate)은 게이트에 의해 제어될 수 있다.

특히, 레이들 (200L)의 바닥 플로어의 내부 표면은 내부 보어(inner bore)를 포함하는 내부 노즐 (10)이 제공된다. 내부 노즐의 출구 단부는 레이들로부터 용융 금속의 유량을 제어하는 게이트, 일반적으로 슬라이딩 플레이트 게이트(sliding plate gate) 또는 회전 플레이트 게이트(rotating plate gate)에 결합된다. 이러한 게이트에서, 보어를 구비한 고정 플레이트는 레이들 바닥 플로어의 외부 표면에 고정되고 해당 보어는 내부 노즐의 보어와 레지스트리(registry) 상태에 위치된다. 보어를 구비한 이동 플레이트는 해당 보어를 고정 플레이트의 보어와 레지스트리 상태에 있거나/상태에서 벗어나도록 이동시킬 수 있어서, 레이들로부터 용융 금속의 유량을 제어한다. 레이들로부터 턴디쉬(200T)로 유동할 때 용융 금속이 산화되는 것을 방지하기 위해, 레이들 슈라우드(111)는 컬렉터 노즐의 출구 단부와 유체 연통하게 되고, 턴디쉬 내에 함유된 액체 금속에 침지된 레이들 슈라우드의 출구까지 레이들 내의 내부 노즐의 입구 단부 사이에서 산소와의 임의의 컨택으로부터 차폐되어 연속적인 용융 금속 유로(flowpath)를 형성하기 위한 용융 금속의 레벨 아래의 턴디쉬 아래의 깊은 곳까지 침투한다. 레이들 슈라우드는 단순히 중앙 보어를 갖는 업스트림 결합 부분에 의해 크라운(crown)된 긴 관형 부분을 포함하는 노즐이다. 레이들 슈라우드는 레이들 바닥 플로어의 외부 표면에 결합되고 그로부터 돌출되는 짧은 컬렉터 노즐 (100)에 삽입되고 밀봉되며, 이는 게이트에 의해 내부 노즐 (10)로부터 분리된다. JPH09201657은 회전식 베이오넷 또는 나사 맞물림 수단 및 로봇을 사용하여 레이들에 결합된 컬렉터 노즐에/노즐로부터 레이들 슈라우드의 자동 부착/분리의 예를 설명한다.

유사하게, 턴디쉬(200T)의 바닥 플로어의 출구는 또한 레이들에 대해 전술한 것과 유사한 내부 노즐(10)이 제공된다. 내부 노즐의 다운스트림 표면은 주입 노즐(101) 또는 대안적으로 튜브 교환 디바이스에 직접 결합될 수 있다. 턴디쉬로부터 몰드(300)로 유동할 때 용융 금속이 산화되는 것을 방지하기 위해, 주입 노즐(101)은 컬렉터 몰드로 유동하는 액체 금속에 침지된 주입 노즐의 출구까지 턴디쉬 내의 내부 노즐의 업스트림 표면 사이에서 산소와의 임의의 컨택으로부터 차폐되어 연속적인 용융 금속 유로를 형성하기 위한 용융 금속의 레벨 아래의 몰드의 깊은 곳까지 침투한다. 주입 노즐은 중앙 보어를 갖는 업스트림 결합 부분에 의해 크라운된 긴 관형 부분을 포함하는 노즐이다. 주입 노즐은 턴디쉬 바닥 플로어의 외부 표면에 결합되고 그로부터 돌출되는 짧은 컬렉터 노즐 (100)에 삽입되고 밀봉될 수 있다. 연속 주조 작업의 경우, 턴디쉬에서 나오는 유량은 일반적으로 정지부(stopper)(7) 또는 게이트와 정지부의 조합에 의해 제어된다. 전술한 바와 같은 슬라이딩 게이트 또는 회전 게이트는 또한 이산 잉곳의 주조에 사용될 수 있다.

실제로, 내화성 내부 라이너(refractory inner liner)를 구축하는 단계, 레이들의 바닥에 게이트를 고정시키는 단계, 내부 노즐, 내화성 플레이트 및 컬렉터 노즐을 포지셔닝(position)시키는 단계를 포함하여 작동을 위한 레이들이 준비된다. 작동 준비가 되면, 레이들은 새로운 용융 금속 배치(batch)로 채워진 퍼니스로 드라이브되고, 게이트는 닫힌 구성에 있다. 그런 다음 턴디쉬 (200T)위에 주조 위치로 이동하여, 여기서 컬렉터 노즐 (100)의 출구 단부가 밀봉 조인트를 형성하기 위해 레이들 슈라우더의 보어 입구에 단단히 중첩되도록 (도 1(b) 참조) 레이들 슈라우드는 주조 구성에 컬렉터 노즐에 결합된다. 레이들 슈라우드는 WO2015124567에 설명된 바와 같이 당업계에 공지된 임의의 다른 수단에 의해 로봇에 의해 또는 주조 구성으로 유지될 수 있다. 게이트가 개방되고 용융 금속이 레이들로부터 내부 노즐, 게이트, 컬렉터 노즐 및 레이들 슈라우드를 통해 턴디쉬로 유동할 수 있다. 레이들이 비었을 때, 게이트는 폐쇄되고 레이들 슈라우드가 회수되어 빈 레이들을 제거하고 새로운 용융 금속의 배치로 채워진 두 번째 레이들로 교체할 수 있도록 한다. 레이들 및 게이트 내화물(refractory)은 먼저 결함이 있는지 검사된다. 그런 다음 레이들은 용융 금속의 리필을 위해 퍼니스로 다시 발송되거나 수리를 위해 발송되며, 여기서, 내화 컴포넌트들(예를 들어, 플레이트, 컬렉터 노즐 및 내부 노즐) 중 하나 이상이 필요할 때 교체된다.

레이들에 의한 다수의 주입 사이클 후, 레이들 및 턴디쉬의 다양한 컴포넌트가 마모 또는 파손될 수 있고 변경되어야 한다. 이는 내부 노즐을 포함한다. 정기적으로 또는 내화 컴포넌트의 마모를 감지한 후, 턴디쉬 충진 작업이 완료된 후 그리고 레이들을 다시 퍼니스로 드라이브시키기 전에 레이들이 분리되어 복원된다. 여기에는 레이들의 내화 라이닝 (200r) 수리, 내부 노즐 교체 및/또는 새로운 게이트 설치를 포함한다. 턴디쉬는 완전한 주조 세션 동안 턴디쉬가 용융 금속으로 채워져 있기 때문에 레이들처럼 자주 복원될 수 없다.

내부 노즐 (10)은 일반적으로 측면에 놓인 야금 용기(200)의 출구로 실질적으로 수평으로 삽입된다. 내부 노즐은 출구와 내부 노즐 사이의 갭에 인가되는 밀봉재 전구체, 일반적으로 습식 시멘트의 다소 두꺼운 층으로 출구에 밀봉되고, 밀봉재 전구체가 강성 밀봉체를 형성하기 위해 작동 위치에 고정된다. 밀봉재가 경화될 때, 내부 노즐은 그 위치를 유지하기 위해 조작자 또는 로봇에 의해 제자리에 홀딩되어야 한다. 조작자가 내부 노즐을 제 위치에 삽입하고 홀딩하면, 정렬되지 않을 수 있어서 주조 동안에 누수가 발생할 수 있는 위험이 있다. 밀봉재의 전체 경화 시간 동안, 조작자 또는 로봇은 다른 의무를 수행할 수 없다.

US5335896은 잠금 링 세그먼트 사용을 제안한다. 내부 노즐을 제자리에 잠금시키는 노즐 세그먼트. 잠금 링 세그먼트는 레이들 장착 플레이트의 배출 보어(discharge bore) 내에 잠금 링 세그먼트를 제거 가능하게 부착하기 위한 체결 수단을 포함한다. 내부 노즐 및 잠금 링 세그먼트는 2 피스 노즐 인서트의 모르타르 조인트(mortar join) 사이로부터 본딩 재료를 압축 및 압출하기 위한 슬립 평면을 제공하기 위해 협업 테이퍼된 표면(cooperating operated surface)을 포함한다.

본 발명은 강성 밀봉체를 형성하고 내부 노즐을 동작 위치에 고정시키기 위해 밀봉재 전구체가 경화되는데 적어도 필요한 시간 동안 임의의 조작자 또는 로봇없이 내부 노즐 대신에 잠금을 가능하게 하는 자체 잠금 내부 노즐을 제안한다. 본 발명의 이들 및 다른 장점은 계속 상세하게 제시된다.

본 발명은 첨부된 독립 청구항에 정의되어 있다. 바람직한 실시예는 종속항에 정의되어 있다. 특히, 본 발명은 밀봉재가 경화되기에 충분한 시간 동안 야금 용기의 출구에서 작동 위치에 내부 노즐을 잠금하기 위한 자가 잠금식 내부 노즐 시스템에 관한 것으로, 상기 자가 잠금식 내부 노즐 시스템은,

(A) 내부 노즐로서, 상기 내부 노즐은 :

(a) 노즐 높이(h)의 측방 표면에 의해 서로 접합된 업스트림 표면과 다운스트림 표면, 상기 업스트림 표면으로부터 상기 다운스트림 표면까지 종축 (Z)을 따라 연장되는 보어를 포함하고,

(b) 측방 표면의 주변 둘레에 분포된 N ≥ 2 인 N개의 돌출부, 각각의 돌출부는 상기 돌출부의 두께 t에 의해 서로 분리된 다운스트림 겉면 및 업스트림 겉면을 포함하고, 상기 돌출부는 종축 (Z)에 수직으로 측정된 방위각 폭 (W)을 갖고,

(B) 야금 용기의 바닥 표면에 견고하게 고정되기에 적절한 상단 프레임,

(C) 상기 상단 프레임에 견고하게 고정되고, 업스트림 에지로부터 다운스트림 에지로 종축 (Z)을 따라 연장되고 상기 업스트림 에지와 다운스트림 에지를 접합시키는 내부 표면에 의해 형성된 개구를 형성하는 잠금 링을 포함하고,

상기 잠금 링의 내부 표면에는 N 개의 L 자형 채널이 제공되고, 각각의 L 자형 채널은,

(a) 제 1 채널 부분으로서, 제 1 채널 부분의 다운스트림 에지로부터 제 1 채널 단부까지 종축 (Z)을 따라 연장되고 돌출부의 폭 (W)보다 큰 폭 (W1)을 갖고, 상기 잠금 링의 개구를 통해 내부 노즐의 종축 (Z)을 따라 병진 이동하고, 상기 업스트림 표면은 잠금 링의 다운 스트림 에지 측면에서 먼저 맞물리고, 상기 내부 노즐이 종축 (Z)을 따라 추가로 병진 이동하는 것이 방지되는 상기 돌출부가 대응하는 제 1 채널 단부에 맞닿을 때까지 상기 돌출부는 대응하는 제 1 채널 단부에 맞물리는, 상기 제 1 채널 부분,

(b) 제 2 채널 부분(33)으로서, 상기 제 1 채널 단부로부터 종축 (Z)을 가로 질러 연장되고 상기 돌출부의 두께 (t)보다 큰 폭 (W2)을 갖고, 제 2 채널 부분에 맞물린 돌출부에 의해 내부 노즐이 잠금 링 밖으로 당겨지는 것이 방지되는 잠금 위치로 종축 (Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시킴으로써 대응하는 제 2 채널 부분으로 돌출부의 맞물림을 허용하는, 상기 제 2 채널 부분(33)을 갖는다.

N = 3 또는 4인 것이 바람직하다. 모든 경우에 있어서, N개의 돌출부는 측방 표면의 주변 둘레에 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 내부 노즐의 측방 표면은 바람직하게는 내부 노즐의 다운스트림 표면에 인접하여 위치된 러그 또는 리세스를 포함하고, 종축(Z)를 중심으로 내부 노즐을 회전시키기 위한 공구의 삽입을 허용하고 상기 내부 노즐이 잠금 링에 삽입될 때 종축(Z)를 따라 잠금 링 밖으로 내부 노즐을 당기는 회전 그립을 포함한다. 회전 그립은 금속으로 만들어질 수 있고 내부 노즐의 측방 표면의 적어도 일부를 클래딩하는 금속 캔에 속할 수 있다.

돌출부는 취성 또는 연성인 재료로 제조되는 것이 바람직하고, 돌출부는 내부 노즐을 작동 위치로부터 제거할 때 바람직하게는 400N 이하의 힘을 가함으로써 돌출부가 굴곡 변형되거나 파괴될 수 있는 치수를 갖는다. 예를 들어, 돌출부는 금속으로 만들어 질 수 있고, 내부 노즐의 측방 표면의 적어도 일부를 클래딩하는 금속 캔에 속할 수 있고/있거나 바람직하게는 종축(Z)에 수직인 측방 표의 전체 둘레를 둘러싸는 플랜지로부터 돌출되고 플랜지에 속할 수 있다.

돌출부는 노즐 높이(h)의 30%이하, 바람직하게는 20%이하의 종축 (Z)을 따라 측정된 상기 다운스트림 표면(10d)에 대해 거리 (d)에 위치된다.

바람직한 실시예에서, 제 2 채널 부분은 나사산을 이루는 각도로 잠금 링의 다운스트림 에지의 측면상의 측방 에지를 포함하여, 잠금 위치를 향한 내부 노즐의 회전이 내부 노즐을 상기 잠금 링을 통해 더 깊은 곳으로 병진 이동시킨다.

본 발명에 따른 자가 잠금식 내부 노즐 시스템은 레이들, 퍼니스 또는 턴디쉬 중에서 선택된 야금 용기의 바닥 표면에 장착될 수 있다. 바람직하게는 야금 용기의 바닥 표면에 고정되는 게이트와 같은 메커니즘에 결합된다.

본 발명은 또한 작동 위치에서 내부 노즐을 야금 용기의 출구에 고정시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 이하의 단계를 포함하고:

(a) 전술한 바와 같이 자가 잠금식 내부 노즐 시스템을 제공하는 단계;

(b) 상기 야금 용기의 출구로 및/또는 내부 노즐의 측방 표면 상에 밀봉재 전구체를 인가하는 단계,

(c) 상기 다운스트림 에지로부터 상기 잠금 링 개구를 통해 상기 내부 노즐을 업스트림 표면과 먼저 맞물리고, 상기 잠금 링을 통해 종축 (Z)을 따라 내부 노즐을 드라이브시키는 단계로서, 상기 돌출부가 제 1 채널 단부에 맞닿을 때까지 내내 N 개의 돌출부가 대응하는 제 1 채널 부분에 맞물리는, 상기 맞물리는 단계,

(d) 종축(Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시킴으로써, 상기 내부 노즐이 그 작동 위치에 자가 잠금되고 상기 종축 (Z)을 따라 이동할 수 없을 때까지 상기 돌출부를 상기 제 2 채널 부분 (33)으로 맞물리는 단계,

(e) 상기 밀봉재 전구체가 강성 밀봉체(2)로 변환하고 그 조작 위치에 밀봉 고정시켜서 임의의 외부 수단에 의해 제 위치에 홀딩되지 않고서 내부 노즐을 자가 잠금시키는 것을 허용하는 단계를 포함한다.

단계 (c) 및/또는(d)는 로봇에 의해 쉽게 수행될 수 있다.

본 발명은 또한 야금 용기의 출구로부터 앞에 정의되고, 상기에 설명된 방법에 의해 작동 위치에 미리 고정된 내부 노즐을 회수하는 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 내부 노즐의 표면을 공구로 파지하는 단계 및

(a) 한편으로는 상기 내부 노즐과 강성 밀봉체 사이에 형성된 밀봉 본딩을 파괴하고 다른 한편으로는 상기 잠금 링의 개구를 통한 상기 내부 노즐의 통과를 허용하도록 상기 돌출부를 부러뜨리거나 또는 변형시키기에 충분한 힘으로 상기 내부 노즐을 종축(Z)을 따라서 당기는 단계로서, 여기서 상기 돌출부는 상기에서 설명된 것 처럼 취성 또는 연성인 재료로 제조된, 상기 당기는 단계, 또는

(b) 상기 돌출부가 대응하는 제 1 채널 부분을 대면할 때까지, 상기 내부 노즐과 강성 밀봉체 사이에 형성된 밀봉 본딩을 파괴하기에 충분한 힘으로 종축 (Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시키고 그 다음에 종축 (Z)을 따라 상기 내부 노즐을 당기는 단계로서, 상기 내부 노즐은 바람직하게는 2 부품(two-part) 내부 노즐인, 상기 내부 노즐을 당기는 단계를 포함한다.

내부 노즐은 바람직하게는 전술된 회전 그립을 포함한다. 공구에 의해 파지되는 내부 노즐의 표면은 바람직하게는 내부 노즐의 회전 그립에 속한다. 전술한 바와 같이 내부 노즐을 회수하는 것은 로봇에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 본질을 충분히 이해하기 위해, 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조한다 :
도 1은 금속을 주조하기 위한 주조 설비의 전반적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자가 잠금식 내부 노즐의 실시예를 도시한다.
도 3는 본 발명의 자가 잠금식 내부 노즐을 정합시키는 잠금 링(locking ring)을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 야금 용기의 바닥에 고정된 잠금 링이 제공된 프레임에 내부 노즐을 고정시키는 원리를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 (a) 폐쇄 위치, (b) 개방 위치에 자가 잠금식 내부 노즐을 포함하는 두개의 플레이트 슬라이딩 게이트를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 (a) 폐쇄 위치, (b) 개방 위치에 자가 잠금식 내부 노즐을 포함하는 세개의 플레이트 슬라이딩 게이트를 도시한다.

도 1은 턴디쉬 (200T)에 용융 금속을 공급하는 레이들 (200L)을 포함하는 전형적인 야금 설비를 도시한다. 턴디쉬는 슬래브, 빌릿, 빔 또는 잉곳을 형성하기 위한 몰드(mould)(300)와 유체 연통된다. 레이들 및 턴디쉬 둘 모두는 대응하는 야금 용기로부터 용융 금속의 유동을 가이드하기 위한 내부 노즐(10)을 포함한다. 처음 설치된 후 이어서 내화 컴포넌트가 마모될 때 정기적인 간격으로, 내부 노즐은 강성 밀봉체(2)가 야금 용기의 출구 내부의 작동 위치에 고정되어야 한다. 강성 밀봉체는 시멘트 일 수 있고, 일반적으로 강성 밀봉체(2)를 형성하는데 경화되도록 허용된 점성 액체 또는 페이스트 형태의 완충 상태(yielding state)로 밀봉재 전구체를 인가함으로써 형성된다. 밀봉재가 충분히 경화되지 않는 한, 조작자 또는 로봇 (211)에 의해 내부 노즐이 작동 위치에 홀딩되어야 한다. 조작자 또는 로봇은 내부 노즐이 작동 위치에 고정될 수 있을 정도로 밀봉재가 충분히 딱딱해진 후에만 내부 노즐을 놓아줄 수 있다. 이는 10 분 이상 소요될 수 있으며 이는 작업 시간 낭비이다. 본 출원에서 용어 "강성 밀봉체(stiff seal)"은 밀봉재 전구체의 화학적 또는 물리적 반응에 의해 형성된 밀봉체를 지칭한다. 당업자는 강성 밀봉체가 형성될 때, 그것이 야금 용기의 출구 내에서 내부 노즐을 안정화시키기에 충분히 강한 때를 인식할 수 있다.

본 발명의 자가 잠금식 내부 노즐 시스템은 조작자 또는 로봇과 같은 밀봉재 전구체의 경화 동안 내부 노즐을 제 위치에 유지하기위한 어떠한 외부 수단도 필요로 하지 않고 내부 노즐과 출구사이에 인가된 밀봉재 전구체가 내부 노즐을 작동 위치에서 밀봉 및 고정시키는데 적절한 강성 밀봉체를 경화 및 형성하는데 적어도 필요한 시간 동안 레이들 또는 턴디쉬의 출구에서 작동 위치의 내부 노즐 (10)을 잠금하기에 적절하다. 본 발명의 자가 잠금식 내부 노즐 시스템은 이하의 컴포넌트를 포함한다.

(A) 내부 노즐(10),

(B) 야금 용기의 바닥 표면에 견고하게 고정되기에 적절한 상단 프레임(30f),

(C) 프레임에 견고하게 고정된 잠금 링(31).

내부 노즐(10)은 임의의 외부 수단없이 잠금 링(31)과 상호 작용하여 제 위치에 잠금될 수 있는 기하학적 구조를 갖는다. 일 실시예에서, 내부 노즐의 자가 잠금은 일시적일 필요가 있고, 밀봉재가 강성 밀봉체(2)를 경화 및 형성하는 시간은 밀봉재의 경화 동안 내부 노즐에 외력이 인가되지 않아야 하기 때문에 내부 노즐 자체 중량만을 지지할 필요가 있다.

(A) 내부 노즐 (10)

본 발명의 시스템에 적절한 내부 노즐의 실시예가 도 2에 도시된다. 내부 노즐은 노즐 높이, h의 측방 표면(10L)에 의해 서로 접합된 업스트림 표면(10u) 및 다운스트림 표면(10d)을 포함한다. 업스트림 표면으로부터 다운스트림 표면까지 종축(Z)을 따라 연장되는 보어(bore)(10b)를 포함한다. 본 발명의 내부 노즐은 또한 측방 표면의 주변 둘레에 분포된 N개의 돌출부(11)를 포함하고, N ≥ 2이다. 각각의 돌출부는 다운스트림 표면 (10d)을 향하여 대면하는 다운스트림 겉면(face) (11d) 및 업스트림 표면 (10u)을 향하여 대면하는 업스트림 겉면 (11u)을 포함한다. 다운스트림 겉면(11d)과 업스트림 겉면(11u)은 돌출부의 두께 (t)만큼 서로 분리되어 있다. 돌출부는 종축 (Z)에 수직으로 측정된 방위각 폭 (W)을 갖는다.

본 문서에서, 용어 "다운스트림(downstream)” 및 "업스트림(upstream)"은 내부 노즐이 작동 위치에 있을 때 용융 금속의 유동에 대해 정의된다. 도 2(a),(b) 및(d)에서 업스트림은 도시된 내부 노즐의 상부를 향하고 다운스트림은 내부 노즐의 바닥을 향하는 것을 나타낸다. "방위각 폭(azimuthal width)"은 내부 노즐의 종축(Z)를 중심으로 하고 돌출부(11)에 걸쳐 있는 각도의 각 부분 θ,(= 방위각) 내에 포함된 호(arc)의 길이를 나타낸다 (도 2 (c) 참조).

내부 노즐은 도 2 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 일 부품(one-part) 내부 노즐로 지칭되는 내화 재료의 모노리스식 블록(monolithic bloc)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이는 도 2(d)에 도시된 바와 같이 2 부품(two-part) 내부 노즐로 지칭되는 2 개의 부분, 높이(hy)의 업스트림 부분(10y) 및 높이 (hz)의 다운스트림 부분(10z)을 포함할 수 있다. 사용시, 2 부품 내부 노즐의 업스트림 부분 (10y) 및 다운 스트림 부분 (10z)은 밀봉재 (2)에 의해 접합되어 hy + hz

h인 높이 h의 완전한 2 부품 내부 노즐을 형성한다. 2 부품 내부 노즐을 교체해야 하는 경우, 일반적으로 내부 노즐의 다운 스트림 부분만 출구에서 제거되고 교체되는 반면 업스트림 부분은 그대로 유지된다. 양쪽의 대안 (일 부품 및 2 부품 노즐)은 모두 당업자에게 공지된 장단점을 가지며, 둘 다 본 발명에 사용될 수 있다.

도 2(c)에 도시된 바와 같이, 내부 노즐은 측방 표면(10L)의 둘레에 균일하게 분포된 N = 3 또는 4 개의 돌출부(11)를 포함하는 것이 바람직하다. 더 많은 수의 N 개의 돌출부는 내부 노즐을 그 작동 위치에 잠금시킬 때 어떤 특별한 장점을 추가하지 않을 것이고, 장착 해제가 돌출부의 변형 또는 파괴를 요구하는 경우에 사용된 내부 노즐의 제거를 더욱 어렵게 할 수 있고, 자세한 내용은 계속 설명된다. N = 3 개의 돌출부는 연속하여 논의되는 잠금 링(31)에서 내부 노즐의 안정적인 포지셔닝을 보장하기 때문에 특히 바람직하다. N = 2 돌출부도 가능 하지만 내부 노즐은 N = 3 돌출부 보다 잠금 링에 덜 단단히 잠금될 수 있다.

측방 표면(10L)의 둘레 주위에 분포된 돌출부 (11)의 다운스트림 겉면(11d)은 바람직하게는 종축(Z)에 수직인 공통 평면(common plane) 상에 정렬된다. 공통 평면은 바람직하게는 내부 노즐(10)의 업스트림 겉면(11u)보다 다운스트림 겉면(11d)에 더 가깝다. 도 2 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 일 부품 내부 노즐의 경우, 공통 평면은 바람직하게는 내부 노즐의 높이(h)의 30 % 이하 (d≤0.3h), 바람직하게는 높이(h)의 20 % 이하 (d≤0.2h)인 내부 노즐의 다운스트림 표면으로부터 거리(d)에 위치된다. 도 2 (d)에 도시된 바와 같이 조립시 2 부품 내부 노즐에도 동일하게 적용된다. 2 부 내부 노즐(10)의 다운스트림 부분(10z)의 높이(hz)와 관련하여, 공통 평면은 바람직하게는 높이(hz)의 60 % 이하 (d

0.6hz), 바람직하게는 높이(hz)의 30 % 이하 (d0.3hz)인 내부 노즐의 다운스트림 표면으로부터 거리(d)에 위치된다. 일 부품 및 2 부품 내부 노즐 둘 모두에서 공통 평면은 다운 스트림 표면 (10d)으로부터 250 mm 이하 (d250 mm), 바람직하게는 150 mm 이하, 더 바람직하게는 100mm 이하 거리 (d)에 위치될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 돌출부(11)는 취성(brittle) 또는 연성인 재료로 제조되고, 돌출부는 내부 노즐 자체 중량을 지지하기에 충분히 강하고 동시에 작동 위치로부터 내부 노즐을 제거할 때, 바람직하게는 사람의 힘에 의해 구부러지거나 부러짐으로써 변형될 수 있는 치수를 갖는다. 예를 들어, 돌출부는 내부 노즐 자체 중량의 상부에 400 N 이하, 바람직하게는 내부 노즐 자체 중량의 상부에 200 N 이하 또는 150 N 이하 또는 심지어 100 N 이하의 힘을 가함으로써 파괴되거나 구부러질 수 있다. 돌출부의 굽힘 또는 파열에 대한 저항은 바람직하게는 내부 노즐 자체 중량보다 높고, 보다 바람직하게는 내부 노즐 자체 중량보다 적어도 50N 더 높다. 로봇을 사용하는 경우 돌출부를 구부리거나 부러뜨리기 위해 더 큰 힘을 가할 수 있다. 돌출부는 내부 노즐을 고정시키지 않으며, 밀봉재 전구체가 작동 위치에서 내부 노즐을 밀봉 및 고정시키는 강성 밀봉체(2)로 경화되는데 필요한 시간 동안 단지 위치에 고정시킨다. 유동 금속에 의한 사용 동안 내부 노즐에 인가되는 응력에 저항하도록 돌출부가 치수화 될 필요는 없고, 제한된 지속 기간 동안 내부 노즐의 자체 중량을 지탱하기만 하면 된다. 아래 섹션 (E)에서 자세히 설명되는 바와 같이, 내부 노즐을 사용하고 교체해야 하는 경우, 출구에서 사용된 노즐을 제거하는 한 가지 일반적인 방법은 강성 밀봉체(2)를 분쇄하기 위해 특정 공구를 사용하여 전단 인력으로 종축 Z를 따라 빼내는 것이다. 연성 또는 취성 재료로 제조되고 그에 따라 치수가 정해진 돌출부(11)를 사용하면, 그것들은 동시에 밀봉재 전구체가 경화될 때 작동 위치에서 내부 노즐을 자가 잠금하고, 일반적으로 사용되는 것과 동일한 기술로 먼저 잠금을 해제하지 않고도 내부 노즐에서 인출될 수 있고, 소비된 내부 노즐을 출구로부터 잡아당기기 위해 인가되는 견인력은 돌출부를 구부리거나 깨뜨리기에 충분하다.

당업계에 공지된 바와 같이, 내부 노즐은 바람직하게는 내부 노즐의 측방 표면(10L)의 적어도 일부를 클래딩할 수 있는 금속 캔을 포함한다. 금속은 바람직하게는 내부 노즐의 다운스트림 표면(10u)에 인접한 측방 표면의 적어도 일부를 라이닝할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 돌출부(11)는 금속으로 만들어진다. 이들은 금속 캔의 필수 부분일 수 있거나, 용접, 납땜 또는 당업계에 공지된 임의의 결합 방법에 의해 금속 캔에 결합될 수 있다. 도 2에 도시된 또 다른 바람직한 실시예에서, 돌출부(11)는 종축(Z)에 수직인 측방 표면의 전체 둘레를 둘러싸는 플랜지(11f)에 속한다. 플랜지는 바람직하게는 금속으로 만들어지며 용접, 납땜, 또는 당업계에 공지된 임의의 결합 방법에 의해 금속 캔에 결합될 수 있다. 플랜지(11f)는 내부에 누출이 있을 때 강성 밀봉체(2)를 통해 침투하는 임의의 금속을 보유하여 다운스트림 표면(10d)을 포함하는 플랜지의 다운스트림에 위치된 내부 노즐의 일부를 금속으로부터 깨끗하게 유지하는 이점을 갖는다.

내부 노즐의 측방 표면은 바람직하게는 내부 노즐의 다운스트림 표면에 인접하여 위치된 러그(lug) 또는 리세스(recess)를 포함하고 종축(Z)을 중심으로 내부 노즐을 회전시키기 위한 공구의 삽입을 허용하고, 내부 노즐이 잠금 링에 삽입될 때 종축 (Z)을 따라 잠금 링으로부터 내부 노즐을 잡아당기는 회전 그립 (10r)을 포함한다. 이러한 회전 그립은 야금 용기의 출구 내외부로 내부 노즐을 장착 및 제거하는 것을 포함하는 작업을 수행하는데 매우 유용하다. 이러한 회전 그립은 또한 이러한 모든 작업을 자율적으로 수행하기 위한 로봇의 사용을 단순화한다. 이는 회전 그립이 사용 동안 마모되지 않거나 거의 마모되지 않는 내부 노즐의 측방 표면의 일부라는 점에서 종래 기술의 내부 노즐보다 유리하다. 이러한 방식으로, 회전 그립은 사용된 내부 노즐을 제거할 때 완전한 무결성과 강도를 유지한다. 대조적으로, 종래의 내부 노즐은 사용 중 마모에 의해 가장 영향을 받는 내부 노즐의 일부인 내부 노즐의 보어를 통해 공구를 삽입함으로써 사용 후에 제거된다. 일부 경우에서, 마모가 너무 심하여 공구를 삽입하거나 당기면 사용한 내부 노즐의 무결성이 손상되어 제거가 더 번거롭게 될 수 있다.

회전 그립(10r)은 바람직하게는 금속으로 만들어진다. 이들은 바람직하게는 다운스트림 표면 (10d)에 인접한 내부 노즐의 측방 표면 (10L)의 적어도 일부를 클래딩하는 금속 캔에 속한다. 도 2에 도시된 회전 그립 (10r)은 종축 (Z)을 중심으로 내부 노즐을 회전시키고 내부 노즐을 Z를 따라 당기는 양쪽 모두를 위한 견고한 그립을 허용하도록 T 자형이다. 다른 기하학적 구조도 물론 가능하며 본 발명을 한정하지 않는다. 로봇은 회전 그립의 위치를 쉽게 식별하고, 쉽게 잡을 수 있으며, 필요에 따라 새로운 내부 노즐을 장착하고 사용한 내부 노즐을 제거하기 위한 작업 동안에 내부 노즐을 회전, 밀고 당기는 등 내부 노즐을 핸들링할 수 있다.

(B) 상단 프레임(30F)

도 1, 4-6에 도시된 바와 같이, 레이들(200L) 또는 턴디쉬(200T)와 같은 야금 용기(200)는 금속으로 제조된 외부 쉘 및 야금 용기에 함유된 용융 금속(1)의 고온으로부터 외부 쉘을 절연시키는 내화 재료로 제조된 내부 라이너(200r)를 포함한다. 용기의 바닥 플로어에서, 외부 쉘은 내부 라이너를 통해 종축(Z)을 따라 연장되고 함께 야금 용기의 출구를 형성하는 채널에 의해 계속되는 개구(opening)를 포함한다.

상단 프레임(30f)은 외부 쉘의 바닥 플로어의 외부 표면에 견고하게 고정된다. 상단 프레임은 금속으로 제조되고, 일반적으로 나사 및 볼트를 포함하여 당업계에 공지된 고정 수단(3)에 의해 외부 쉘의 바닥 플로어에 견고하게 고정된다. 상단 프레임(30f)은 야금 용기와 야금 용기로부터 용융 금속의 유동을 위한 유동 채널을 형성하는 내화성 컴포넌트 사이의 결합 계면을 형성한다. 상기 내화 컴포넌트는 내부 노즐(10), 컬렉터 노즐(100), 게이트 플레이트 (20g, 25g, 30g), 주입 노즐(101), 레이들 슈라우드(111) 등 중 하나 이상을 포함한다.

내부 노즐(10)은 업스트림 표면(10u)이 야금 용기의 내부를 향하고 내부 라이닝의 채널 내에서 출구에 삽입되어 야금 용기의 출구에 고정되어야 한다. 내부 노즐의 측방 표면 (10L)과 채널 사이의 갭은 내부 노즐을 작동 위치에 고정시키는 강성 밀봉체(2)로 밀봉된다. 다운스트림 표면(10d)은 용기로부터 먼 쪽을 향하고 야금 용기의 외부에 위치한다. 본 발명에 따른, 내부 노즐의 다운스트림 표면은 종축(Z)에 대해 상단 프레임의 레벨에 위치되고, 이하의 섹션 (C)에서 더 상세히 설명된 잠금 링(31)과 상호 작용한다.

야금 용기로부터의 용융 금속의 유량은 슬라이딩 게이트 또는 회전 게이트에 의해 제어될 수 있다. 2개의 플레이트 슬라이딩 게이트의 일 예가 도 5에 도시되고 3개의 플레이트 슬라이딩 게이트는 도 6에 도시된다. 상단 프레임(30f) 은 2개의 플레이트 또는 3개의 플레이트 슬라이딩 게이트의 상단 플레이트(30g)를 수용하고 견고하게 고정하기 위한 결합 유닛을 포함한다. 상단 플레이트에는 내부 노즐의 보어와 레지스트리 상태에 위치된 보어가 제공된다. 내부 노즐(10)의 다운스트림 표면(10d)은 밀봉재 층(2)으로 상단 플레이트(30g)의 상단 표면에 밀봉된다. 한편으로, 강성 밀봉체(2)는 출구와 내부 노즐 사이의 갭을 채우고, 다른 한편으로는 강하게 고정된 상단 플레이트 (30g)를 안착시키는 강하게 고정된 다운스트림 노즐의 업스트림 표면, 둘 모두는 보어 (10b)를 통한 용융 금속의 유동 동안 내부 노즐이 출구에 안전하게 고정되는 것을 보장한다.

도 5 에 도시된 바와 같이 2개의 플레이트 게이트에서, 보어가 제공된 바닥 플레이트(20g)는 유압 피스톤(20p)에 의해 종 방향(Z)에 수직인 방향을 따라 움직일 수 있는 모바일 캐리지(20)에 수용되고 견고하게 고정되어 바닥 플레이트(20g)의 업스트림 표면이 바닥 플레이트 (30g)의 보어가 상단 플레이트 (30g)의 보어와 레지스트리 상태에 있거나/상태에서 벗어나 있도록 하기 위해 상단 플레이트 (30g)의 다운스트림 표면 위로 슬라이딩된다. 컬렉터 노즐(100)은 컬렉터 노즐을 모바일 캐리지(20)에 고정시킴으로써 바닥 플레이트(30g)의 다운스트림 표면에 견고하게 결합된다.

도 6에 도시된 3개의 플레이트 게이트에서, 보어가 제공된 바닥 플레이트 (20g)는 상단 프레임(30f)에 수용되고 강하게 고정되고 바닥 플레이트의 업스트림 표면은 상단 및 바닥 플레이트의 2 개의 보어가 레지스트리 상태에 있도록 상단 플레이트의 다운스트림 표면에 평행하게 다운스트림 표면으로부터 분리된다. 컬렉터 노즐(100)은 컬렉터 노즐을 상단 프레임(30f)에 고정시킴으로써 바닥 플레이트(30g)의 다운스트림 표면에 견고하게 결합된다.

보어가 제공된 중간 플레이트 (25g)는 모바일 캐리지 (25f)에 수용되고 견고하게 고정되고, 이는 유압 또는 공압 실린더 (20p) 또는 전기 드라이브에 의해 작동되는 종방향 (Z)에 수직인 방향을 따라 고정된 상단 및 바닥 플레이트 (20g, 30g) 사이에서 서랍(drawer)과 같이 이동할 수 있어서 중간 플레이트 (25g)의 업스트림 표면이 상단 플레이트 (30g)의 다운스트림 표면 위로 슬라이딩되고, 중간 플레이트 (25g)의 다운스트림 표면은 바닥 플레이트 (20g)의 업스트림 표면 위로 예를 들어 중간 플레이트 (20g)의 보어가 상단 및 바닥 플레이트 (20g, 30g)의 보어와 레지스트리 상태에 있거나/상태에서 벗어나 있도록 슬라이딩한다.

상단 프레임(30f)은 레이들, 퍼니스 또는 턴디쉬와 같은 임의의 야금 용기의 바닥 표면에 견고하게 고정될 수 있다.

(C) 잠금 링(31)

본 발명의 요지는 잠금 링(31)으로서, 이는 상단 프레임(30f)에 견고하게 고정되고 돌출부(11)와 함께 밀봉재 전구체가 강성 밀봉체(2)로 경화되는데 필요한 적어도 시간 동안 내부 노즐을 작동 위치에 고정시키는 역할을 한다. 잠금 링(31)의 예가 도 3에 예시된다. 잠금 링은 종축 (Z)을 따라 업스트림 에지 (31u)로부터 다운스트림 에지 (31d)까지 연장되며, 업스트림 및 다운스트림 에지를 접합하는 내부 표면에 의해 형성된 개구를 정의한다.

잠금 링의 내부 표면에는 N 개의 L 자형 채널이 제공된다. L 자형 채널 각각에는 이하를 갖는다 :

(a) 제 1 채널 부분 (32)은 제 1 채널 부분의 다운스트림 에지로부터 제 1 채널 단부 (32e)까지 종축 (Z)에 평행하게 연장되고 돌출부의 폭 (W)보다 큰 폭 (W1)을 갖고, 잠금 링의 개구를 통해 내부 노즐의 종축 (Z)을 따라 병진 이동하고, 업스트림 표면은 잠금 링의 다운 스트림 에지 측면에서 먼저 맞물리고, 내부 노즐이 종축 (Z)을 따라 추가로 병진 이동하는 것이 방지되는 돌출부가 대응하는 제 1 채널 단부(32)에 맞닿을 때까지 돌출부는 대응하는 제 1 채널 단부 (32e)에 맞물린다.

(b) 제 2 채널 부분(33)은 제 1 채널 단부로부터 종축 (Z)을 가로 질러 연장되고 돌출부 (11)의 두께 (t)보다 큰 폭 (W2)을 갖고, 제 2 채널 부분에 맞물린 돌출부에 의해 내부 노즐이 잠금 링 밖으로 당겨지는 것이 방지되는 잠금 위치로 종축 (Z)을 중심으로 내부 노즐을 회전시킴으로써 대응하는 제 2 채널 부분 (33)으로 돌출부 (11)의 맞물림을 허용한다.

제 2 채널 부분은 내부 노즐의 다운스트림 표면에 평행하지 않고 나사산(thread)을 형성하는 각도로 연장되는 잠금 링의 다운스트림 에지의 측면 상에 측방 에지를 포함하여 내부 노즐의 잠금 위치를 향한 회전이 내부 노즐을 잠금 링을 통해 더 깊게 병진 이동시키도록 하는 것이 바람직하다. 잠금 링은 내부 노즐이 종축(Z)을 중심으로 회전될 때 내부 노즐의 돌출부(11)와 상호 작용하는 베이오넷(bayonet) 또는 나사산과 같은 역할을 한다. 내부 노즐을 작동 위치에 고정하는데 필요한 회전의 잠금 각도 α는 그렇게 크지 않아도 된다. 회전 각도의 최대 크기는 반경 (R)의 내부 표면의 주변 둘레에 분포된 2 개의 인접한 제 1 채널 부분 (32)을 분리하는 거리 dc에 의존한다. N 개의 제 1 채널 부분이 동일한 폭 (W1)을 갖고 주변 둘레에 균일하게 분포되면, 잠금 각도 α는 바람직하게는 dc/R [rad]보다 작다(잠금 각도 α에 의한 내부 노즐의 회전시 돌출부에 의해 커버되는 거리는 αR이고, 이는 바람직하게는 dc보다 작고, 여기서 α < dc / R이다). 예를 들어, 잠금 링에 대해 잠금 각도 α가 45°이하, 바람직하게는 35°이하인 내부 노즐의 회전은 제 2 채널 부분 (33)의 단부에 맞닿게 돌출부를 삽입하고, 내부 노즐을 작동 위치에서 안전하게 자가 잠금하기에 충분하다. 안전상의 이유로, 잠금 각도 α는 바람직하게는 적어도 10°이다.

바람직한 실시예에서, 제 2 채널 부분(33)은 테이퍼지고, 제 1 채널 부분(32)으로부터 더 얇아진다. 돌출부 (11)는 바람직하게는 돌출부의 방위 폭 (W)을 따라 테이퍼링되는 두께 (t)를 가져서, 내부 노즐이 자가 잠금 위치로 회전될 때 돌출부의 테이퍼는 대응하는 제 2 채널 부분의 테이퍼와 정합되고, 돌출부의 업스트림 및 다운스트림 겉면이 제 2 채널 부분을 형성하는 2 개의 측방 에지와 접촉한다. 이러한 디자인에 의해, 내부 노즐이 잠금 링 밖으로 이동하는 것이 방지될 만 아니라, 종축(Z)을 따라 잠금 링을 통해 더 멀리 이동하는 것도 방지된다.

(D) 야금 용기의 출구에서 내부 노즐을 고정시키는 방법

본 발명에 따른 자가 잠금식 내부 노즐 시스템에 의해, 야금 용기의 출구에서 작동 위치에 내부 노즐(10)을 고정하는 것은 최신 시스템에 비해 크게 단순화된다. 전술한 바와 같이 야금 용기(200)는 출구 레벨에서 야금 용기의 바닥 표면에 견고하게 고정된 상단 프레임(30f)에 결합된다. 전술한 바와 같이 잠금 링(31)은 상단 프레임에 견고하게 고정되고, 잠금 링의 개구는 야금 용기의 출구와 레지스트리 상태에 있고 다운스트림 에지(31d)는 야금 용기로부터 벗어난다. 내부 노즐을 출구에 밀봉 및 고정하기 위해, 밀봉재 전구체는 야금 용기의 출구 및/또는 내부 노즐의 측방 표면 상에 완충 형태(예를 들어, 액체 또는 페이스트)로 인가된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 내부 노즐(10)은 먼저 다운스트림 에지(31d)로부터 잠금 링 개구를 통해 업스트림 표면과 맞물릴 수 있다(도 4(a) 참조). 내부 노즐은 잠금 링을 통해 종축(Z)을 따라 드라이브될 수 있고, N 개의 돌출부는 돌출부가 제 1 채널 단부(32e)에 맞닿을 때까지 계속 대응하는 제 1 채널 부분(32)에 맞물린다. 이 단계에서 종축 (Z)를 따라 잠금 링의 개구를 통해 내부 노즐을 더 이상 병진 이동시킬 수 없다(도 4(b) 참조). 밀봉재 전구체는 야금 용기의 출구와 내부 노즐의 측방 표면(10L) 사이의 갭을 채운다. 이 단계에서, 밀봉재 전구체는 여전히 완충 상태에 있으며, 손상시키지 않고 쉽게 변형될 수 있다.

내부 노즐은 종축 (Z)을 중심으로 회전될 수 있으며, 따라서 내부 노즐이 그 작동 위치에 자가 잠금될 때까지 돌출부를 제 2 채널 부분 (33) 내로 맞물리게 할 수 있다 (도 4 (c) & (d) 참조). 돌출부(11)는 대응하는 제 1 채널 부분(32)을 더 이상 대면하지 않고, 횡방향으로 연장되는 제 2 채널 부분(33)에 상대적으로 깊게 맞물리기 때문에, 내부 노즐은 종축(Z)을 따라 이동할 수 없고 작동 위치에 자가 잠금된다. "자가 잠금(self - locked)" 은 본 출원에서 내부 노즐이 조작자의 손, 로봇의 그립 등과 같은 외부 수단의 도움없이 그 위치를 보유할 수 있음을 의미한다.

내부 노즐은 그 작동 위치에 자가 잠금되기 때문에, 밀봉재 전구체는 강성 밀봉체(2)로 경화되고 변형되어 작동 위치에서 밀봉하고 고정시키도록 허용될 수 있어서 자가 잠금된 내부 노즐은 임의의 외부 수단에 의해 제자리에 홀딩되지 않는다. 이는 밀봉제 전구체가 경화되는데 필요한 시간 동안 내부 노즐을 견고하게 홀딩하기 위해 조작자 또는 로봇을 항상 요구하는 최신 방법에 관한 주요한 돌파구를 나타낸다.

따라서, 내부 노즐은 돌출부 (11)와 잠금 링 (31)의 L 자형 채널과의 상호 작용에 의해 작동 위치에서 잠금 상태가 된다. 그런 다음 출구와 내부 노즐 사이의 갭에 형성된 강성 밀봉체(2)에 의해 작동 위치에 고정된다. 내부 노즐은 게이트 상단 플레이트(30g) 또는 다운스트림 노즐(100, 101)을 포함하는 내화 컴포넌트를 내부 노즐의 다운스트림 표면(10d)에 맞닿게 가압할 때 그 위치를 유지하여 밀봉재와 밀봉된 컨택을 형성한다. 이 단계에서, 내부 노즐은 한편으로는 출구와 내부 노즐 사이의 강성 밀봉체(2)에 의해 그리고 다른 한편으로는 다운스트림 노즐의 또는 상단 게이트 플레이트의 업스트림 표면에 놓인 내부 노즐에 의해 작동 위치에서 안전하게 고정된다.

용기의 출구에 내부 노즐을 고정시키는 방법은 또한 주조 채널 내에서 내부 노즐의 종축 (Z)을 따라 위치를 제어하는 추가적인 장점을 갖는다. 실제로, 제 1 채널 단부 (32e)에 인접한 돌출부는, 이와 같이 내부 노즐이 주조 채널 내로 추가로 병진 이동하는 것을 방지한다. 제 1 채널 단부 (32e)는 내부 노즐 바닥 표면 (10d)과 상단 내화 플레이트(30g)의 상단 표면 사이의 조인트의 두께를 이 방식으로 제어할 수 있도록 정의된 위치에 내부 노즐을 경화시키는 포지티브 정지부로서 작용한다.

본 발명의 첫 번째 목적은 적어도 밀봉재가 단단한 밀봉체(2)로 경화되는데 필요한 시간 동안 내부 노즐을 작동 위치에서 자가 잠금시키는 것이었다. 본 발명의 바람직한 실시예는 인력과 같은 적당한 힘의 인가에 의해 돌출부가 쉽게 부서지거나 변형될 수 있도록 돌출부(11)를 치수화하는 단계를 포함한다. 이 실시예는 내부 노즐을 작동 위치에 고정시키기 위해 밀봉재 전구체를 강성 충분한 밀봉체로 경화시키는 것을 사용해야 한다. 반대로, 돌출부가 상당한 응력에 견딜만큼 충분히 강하도록 치수가 정해지면, 돌출부는 내부 노즐을 자가 잠금하고 작동 위치에 고정시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 조건에서, 내부 노즐을 그 작동 위치에 고정시키기에 충분한 강성을 갖는 밀봉체를 형성하도록 반드시 경화되지 않는 밀봉재가 선택될 수 있다. 예를 들어, 팽창성 분말 또는 발포체(foam)가 사용될 수 있으며, 이의 유일한 기능은 내부 노즐을 작동 위치에 고정시키는 것이 아니라 출구와 내부 노즐 사이의 갭을 밀봉하는 것이고, 이 기능은 잠금 링(31)의 제 2 채널 부분(33)에 맞물린 강한 돌출부(11)에 의해 수행된다. 야금 설비에서 밀봉 엘리먼트로서 사용되는 팽창성 재료는 예를 들어 EP2790856에 설명되어 있다.

야금 용기의 출구에 내부 노즐을 경화시키기 위해 필요한 내부 노즐의 모든 핸들링 조작은 로봇에 의해 쉽게 수행될 수 있다. 이러한 작업은 신속하게 완료될 수 있으며, 밀봉재 전구체가 경화되는 동안 내부 노즐을 작동 위치에 유지할 필요가 없기 때문에 로봇은 추가 작업을 수행할 수 있다. 모든 경우에, 특히 로봇과 함께 사용하기 위해, 전술한 바와 같은 회전 그립(10r)을 포함하는 내부 노즐이 특히 유리하다.

(E) 야금 용기의 출구에서 내부 노즐을 회수하기 위한 방법

본 발명의 자가 잠금식 내부 노즐 시스템에 고정된 내부 노즐은 대응하는 제 2 채널 부분 (33)에 맞물린 돌출부 (11)에 의해 잠금되고 한편으로는, 강성 밀봉체(2)가 출구와 내부 노즐 사이의 갭을 채움으로써, 다른 한편으로, 게이트 시스템 (도 5 및 6 참조)의 상단 플레이트 (30g)의 업스트림 표면 상에 놓여져 작동 위치에 고정된다. 내부 노즐이 마모되어 교체되어야 하는 경우, 공구로 내부 노즐의 표면을 파지하여 출구에서 제거할 수 있으며 사용되는 내부 노즐 (10)의 유형 및 밀봉재 전구체에 따라 이하의 방법 중 임의의 것을 적용한다.

내부 노즐이 취성 또는 연성인 재료로 제조된 돌출부 (11)를 포함하고, 인력과 같은 적당한 힘의 인가에 의해 돌출부가 변형되거나 파괴될 수 있는 치수를 갖는 경우, 내부 노즐은 한편으로는 내부 노즐과 강성 밀봉체 (2) 사이에 형성된 밀봉 본딩을 파괴하고 다른 한편으로는 잠금 링의 개구를 통한 내부 노즐의 통과를 허용하도록 돌출부 (11)를 부러뜨리거나 또는 구부리기에 충분한 힘으로 공구를 사용하여 종축(Z)을 따라 당겨질 수 있다. 이 기술은 실제로 최신 시스템에서 사용된 내부 노즐을 회수하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 기술의 적응이며, 내부 노즐의 보어를 통해 후크 형상의 공구를 도입하는 단계, 후크된 부분을 내부 노즐의 업스트림 표면으로 놓는 단계, 당기는 단계로 구성된다. 본 발명에 따른 시스템에서, 이는 돌출부(11)가 쉽게 파손되거나 변형될 수 있는 경우에만 가능하며, 따라서, 내부 노즐이 잠금 링의 개구로부터 당겨질 수 있게 한다. 내부 노즐에는 보어에 삽입된 공구보다 내부 노즐의 더 나은 그립을 허용하는 회전 그립(10r)이 제공되는 것이 바람직하다.

대안적으로, 내부 노즐은 내부 노즐과 강성 밀봉체 (2) 사이에 형성된 밀봉 본딩을 파괴하기에 충분한 힘으로 종축 (Z)을 중심으로 회전되어 대응하는 제 2 채널 부분(33)을 따라 이들이 대응하는 제 1 채널 부분 (32)을 대면할 때까지 돌출부 (11)를 드라이브시킬 수 있다. 이 지점에서, 내부 노즐은 종축(Z)를 따라 당겨질 수 있다. 이 단계는 한편으로는 내부 노즐의 회전에 의해 강성 밀봉체 (2)가 이미 파괴되고, 다른 한편으로는 내부 노즐의 돌출부 (11)는 잠금 링의 제 1 채널 부분(32)을 대면하기 때문에 매우 쉽고, 제 1 채널 부분을 따라 추가 저항없이 슬라이딩될 수 있다. 돌출부가 너무 강해서 쉽게 구부러지거나 부러지기 어려운 경우 이 기술이 필요하다.

제거 기술 및 특히 내부 노즐의 회전을 포함하는 후자의 경우, 2 부품 내부 노즐인 경우 내부 노즐을 회수하는데 더 적은 힘이 요구되는데, 이는 업스트림 부분 (10y)과 다운스트림 부분 (10z) 사이의 조인트가 쉽게 파손될 수 있어서 내부 노즐의 회전으로 파손될 강성 밀봉체(2)의 면적을 상당히 줄여주기 때문이다.

다시, 장착과 마찬가지로, 본 발명에 따른 시스템으로부터 내부 노즐을 제거하기 위한 모든 동작은 로봇에 의해 수행될 수 있다. 회전 그립(10r)의 존재가 여기서 다시 바람직하다.

(F) 결론

가장 간단한 실시예에서, 본 발명에 따른 자가 잠금식 내부 노즐 시스템은 노즐을 제 위치에 유지하기 위해 외부 수단을 필요로 하지 않고 출구와 내부 노즐 사이의 갭에 인가되는 밀봉재 전구체가 강성 밀봉체 (2)로 경화하는데 적어도 요구되는 시간 동안 내부 노즐을 적어도 하나의 작동 위치에서 자가 잠금시킴으로써 야금 용기의 출구에 내부 노즐의 고정을 가능하게 한다. 이는 현재까지와 같이 밀봉체(2)가 경화될 때까지 더 이상 내부 노즐을 제 위치에 홀딩하는 데 필요하지 않은 인간 조작자 또는 로봇의 가용성을 증가시키므로 주요한 돌파구를 나타낸다.

본 발명의 내부 노즐 시스템은 또한 주조 채널 내에서 종축(Z)을 따라 내부 노즐의 위치 및 내부 노즐 바닥 표면과 상단 내화 플레이트의 상단 표면 사이의 조인트의 두께를 정확하게 제어할 수 있게 한다.

내부 노즐에 회전 그립(10r)을 제공하는 것은 내부 노즐을 당기고 밀고 회전시킴으로써 출구 안팎으로 이동시키는 내부 노즐의 핸들링을 실질적으로 가능하게 한다. 회전 그립은 또한 내부 노즐을 출구 내외로 장착 및/또는 제거하기 위해 로봇을 사용할 때 유리하다.

돌출부(11)는 바람직하게는 금속으로 만들어지고 금속 캔(10c)에 직접 결합될 수 있다. 대안적으로, 이들은 내부 노즐의 측방 표면을 둘러싸는 플랜지(11f)의 일부일 수 있다. 플랜지는 밀봉체(2)의 누출을 통해 유동하는 임의의 금속을 보유할 수 있다는 점에서 유리하다.

돌출부는 취성 또는 연성일 수 있어서, 종축을 따라 내부 노즐을 빼냄으로써 내부 노즐을 제거할 때, 돌출부가 파손되거나 구부러져 잠금 링의 개구를 통한 내부 노즐의 통과를 허용할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 돌출부(11)는 내부 노즐을 그 작동 위치에 잠금 및 고정시키기에 충분히 강성이다. 이는 우수한 밀봉 특성을 가지지만 기계적 특성이 나쁜 밀봉재가 출구와 내부 노즐 사이에 밀봉을 형성하는데 사용될 수 있다는 이점을 갖는다. 내부 노즐의 제거는 내부 노즐의 회전에 이어서 종축(Z)을 따라 내부 노즐을 잡아당겨야 하고, 돌출부는 잠금 링(31)의 대응하는 제 1 채널 부분(32)을 따라 슬라이딩된다.

Claims

자가 잠금식 내부 노즐 시스템에 있어서,
(A) 내부 노즐(10)로서,
(a) 노즐 높이(h)의 측방 표면(10L)에 의해 서로 접합된 업스트림 표면(10u) 및 다운스트림 표면(10d)으로서, 상기 업스트림 표면으로부터 상기 다운스트림 표면까지 종축 (Z)을 따라 연장되는 보어(bore)(10b)를 포함하는 업스트림 표면(10u) 및 다운스트림 표면(10d),
(b) 측방 표면의 주변 둘레에 분포된 N ≥ 2 인 N개의 돌출부(11)로서, 각각의 돌출부는 상기 돌출부의 두께(t)에 의해 서로 분리된 다운스트림 겉면(11d) 및 업스트림 겉면(11u)을 포함하고, 상기 돌출부는 종축 (Z)에 수직으로 측정된 방위각 폭 (W)을 갖는 것인, N개의 돌출부(11)를 포함하는, 내부 노즐(10),
(B) 야금 용기의 바닥 표면에 견고하게 고정되도록 구성되는 상단 프레임(30f),
(C) 상기 상단 프레임에 견고하게 고정되고, 업스트림 에지 (31u) 로부터 다운스트림 에지 (31d)로 종축 (Z)을 따라 연장되고, 상기 업스트림 에지와 다운스트림 에지를 접합시키는 내부 표면에 의해 형성된 개구를 형성하는 잠금 링(31)을 포함하고,
상기 잠금 링의 내부 표면에는 N 개의 L 자형 채널이 제공되고, 각각의 L 자형 채널은,
(a) 제 1 채널 부분 (32)으로서, 상기 제 1 채널 부분의 다운스트림 에지로부터 제 1 채널 단부 (32e)까지 종축 (Z)을 따라 연장되고 상기 돌출부의 폭 (W)보다 큰 폭 (W1)을 갖고, 상기 잠금 링의 개구를 통해 상기 내부 노즐의 종축 (Z)을 따라 병진 이동하는 것이 허용되고, 상기 업스트림 표면은 상기 잠금 링의 다운 스트림 에지 측면에서 먼저 맞물리고, 상기 돌출부가 대응하는 제 1 채널 단부에 맞닿을 때까지 상기 돌출부는 대응하는 제 1 채널 부분에 맞물리고, 상기 내부 노즐이 추가로 상기 종축 (Z)을 따라 병진 이동하는 것이 방지되는 것인, 상기 제 1 채널 부분 (32), 및
(b) 제 2 채널 부분(33)으로서, 상기 제 1 채널 단부로부터 종축 (Z)을 가로 질러 연장되고 상기 돌출부의 두께 (t)보다 큰 폭 (W2)을 갖고, 제 2 채널 부분에 맞물린 돌출부에 의해 내부 노즐이 잠금 링 밖으로 당겨지는 것이 방지되는 잠금 위치로 종축 (Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시킴으로써 대응하는 제 2 채널 부분으로 돌출부의 맞물림을 허용하는, 상기 제 2 채널 부분(33)을 갖는 것을 특징으로 하는, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 1 항에 있어서, N = 3 또는 4이고, 상기 N 개의 돌출부 (11)는 상기 측방 표면(10L)의 둘레 주위에 균일하게 분포되는, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 채널 부분은 나사산을 형성하는 각도에 있는 상기 잠금 링 (31)의 다운 스트림 에지 측면에 측방 에지를 포함하여, 상기 내부 노즐 (10)의 잠금 위치를 향한 회전은 상기 내부 노즐을 상기 잠금 링을 통해 더 깊게 병진 이동시키는, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 내부 노즐 (10)의 측방 표면 (10L)은 회전 그립(10r)을 포함하고, 상기 회전 그립(10r)은, 상기 내부 노즐의 다운스트림 표면 (10d)에 인접하여 위치된 러그(lug) 또는 리세스(recess)를 포함하고, 종축(Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시키기 위한 공구의 삽입을 허용하고, 상기 내부 노즐이 상기 잠금 링에 삽입될 때 상기 종축(Z)을 따라 상기 잠금 링(31) 밖으로 상기 내부 노즐을 당기는 것인, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 돌출부(11)는 취성 또는 연성 재료로 만들어지고, 작동 위치로부터 상기 내부 노즐 (10)을 제거할 때 힘의 인가에 의해 상기 돌출부가 변형되거나 부서질 수 있도록 상기 돌출부 치수가 정해지는 것인, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 돌출부 (11)는 금속으로 제조되고 상기 내부 노즐 (10)의 측방 표면 (10L)의 적어도 일부를 클래딩하는 금속 캔 (10c)에 속하는 것인, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 회전 그립(10r)은 금속으로 만들어지고 상기 내부 노즐 (10)의 측방 표면(10L)의 적어도 일부를 클래딩하는 금속 캔 (10c)에 속하는 것인, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 돌출부(11)는 노즐 높이(h)의 30%이하의 종축 (Z)을 따라 측정된 상기 다운스트림 표면(10d)에 대해 거리 (d)에 위치되는 것인, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 레이들(ladle), 퍼니스(furnace) 또는 턴디쉬(tundish) 중에서 선택된 야금 용기(200)의 바닥 표면에 장착되는, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 야금 용기 (200)의 바닥에 장착된 게이트 시스템의 일부인, 자가 잠금식 내부 노즐 시스템.
작동 위치에서 내부 노즐 (10)을 야금 용기 (200)의 출구에 고정시키는 방법에 있어서, 상기 방법은,
(a) 제 1 항에 따른 자가 잠금식 내부 노즐 시스템을 제공하는 단계,
(b) 상기 야금 용기의 출구로 및/또는 내부 노즐의 측방 표면 (10L) 상에 밀봉재 전구체를 인가하는 단계,
(c) 상기 다운스트림 에지 (31d)로부터 상기 잠금 링 개구를 통해 상기 내부 노즐 (10)을 업스트림 표면 (10u)과 먼저 맞물리고 상기 잠금 링 (31)을 통해 종축 (Z)을 따라 내부 노즐을 드라이브시키는 단계로서, 상기 돌출부가 제 1 채널 단부(32e)에 맞닿을 때까지 내내 상기 N 개의 돌출부 (11)가 대응하는 제 1 채널 부분 (32)에 맞물리는 것인, 단계,
(d) 종축(Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시킴으로써, 상기 내부 노즐이 그 작동 위치에 자가 잠금되고 상기 종축 (Z)을 따라 이동할 수 없을 때까지 상기 돌출부를 상기 제 2 채널 부분 (33)으로 맞물리는 단계,
(e) 상기 밀봉재 전구체가 강성 밀봉체(2)로 변환되고 그 작동 위치에 밀봉되고 고정되어 임의의 외부 수단에 의해 제 위치에 홀딩되지 않고서 상기 내부 노즐을 자가 잠금시키는 것을 허용하는 단계를 포함하는, 방법.
제 11 항에 있어서, 단계 (c) 및 (d) 중 적어도 하나는 로봇에 의해 수행되는 것인, 방법.
야금 용기 (200)의 출구로부터 제 1 항 (A)에 정의되고, 제 11 항에 따른 방법에 의해 작동 위치에 미리 고정된 내부 노즐 (10)을 회수하는 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 내부 노즐의 표면을 공구로 파지하는 단계 및
(a) 한편으로는 상기 내부 노즐과 강성 밀봉체 (2) 사이에 형성된 밀봉 본딩을 파괴하고 다른 한편으로는 상기 잠금 링(31)의 개구를 통한 상기 내부 노즐의 통과를 허용하도록 상기 돌출부 (11)를 부러뜨리거나 또는 변형시키기에 충분한 힘으로 상기 내부 노즐을 종축(Z)을 따라서 당기는 단계로서, 상기 돌출부(11)는 취성 또는 연성 재료로 만들어지고, 작동 위치로부터 상기 내부 노즐 (10)을 제거할 때 힘의 인가에 의해 상기 돌출부가 변형되거나 부서질 수 있도록 상기 돌출부 치수가 정해지는 것인, 단계, 또는
(b) 상기 돌출부 (11)가 대응하는 제 1 채널 부분 (32)을 대면할 때까지, 상기 내부 노즐과 강성 밀봉체 (2) 사이에 형성된 밀봉 본딩을 파괴하기에 충분한 힘으로 종축 (Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시키고, 그 다음에 종축 (Z)을 따라 상기 내부 노즐을 당기는 단계를 포함하는, 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 내부 노즐 (10)의 측방 표면 (10L)은 회전 그립(10r)을 포함하고, 상기 회전 그립(10r)은, 상기 내부 노즐의 다운스트림 표면 (10d)에 인접하여 위치된 러그(lug) 또는 리세스(recess)를 포함하고, 종축(Z)을 중심으로 상기 내부 노즐을 회전시키기 위한 공구의 삽입을 허용하고, 상기 내부 노즐이 상기 잠금 링에 삽입될 때 상기 종축(Z)을 따라 상기 잠금 링(31) 밖으로 상기 내부 노즐을 당기고, 공구에 의해 파지된 상기 내부 노즐 (10)의 표면은 상기 내부 노즐의 회전 그립(10r)에 속하는 것인, 방법.
제 13 항에 있어서, 로봇에 의해 수행되는, 방법.