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KR20120074673A - 연속 주조 장치의 노즐 - Google Patents

연속 주조 장치의 노즐 Download PDF

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KR20120074673A
KR20120074673A KR1020100136584A KR20100136584A KR20120074673A KR 20120074673 A KR20120074673 A KR 20120074673A KR 1020100136584 A KR1020100136584 A KR 1020100136584A KR 20100136584 A KR20100136584 A KR 20100136584A KR 20120074673 A KR20120074673 A KR 20120074673A
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 연속 주조 장치의 노즐에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐은, 용강이 주입되는 용강 주입부와 측벽을 포함하는 본체부와, 상기 본체부 내에 주입되는 용강이 본체부내의 가장자리부와 중심부에 균일하게 분산되도록 하는 용강 분산부와, 상기 본체부내에 균일하게 분산된 상기 용강이 배출되는 슬릿을 포함하는 용강 배출부를 포함할 수 있다.

Description

연속 주조 장치의 노즐{Nozzle of continuous flow casting apparatus}
본 발명은 주조 장치의 노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속 주조 공정에 사용되는 노즐의 형상에 관한 것으로, 용강의 균일분사 효과에 의하여 폭 방향 및 길이 방향으로 일정한 두께의 리본 및 스트립을 제조할 수 있는 노즐에 관한 것이다.
리본을 제조하는 연속 주조 방법으로 급속 냉각법을 이용하는 CBMS (chill block melt spinning) 공정은 Pond에 의해 개발된 공정으로서 25~50㎛ 두께의 리본이 제조될 수 있으나 폭 5mm의 리본이 제조되기 어려운 단점이 있었다.
이 문제점을 극복하여 광폭의 스트립을 제조할 수 있도록 Narasimhan에 의해 PFC (planar flow casting) 공정이 개발되었다. PFC 공정에서는 노즐과 냉각 휠 사이의 간격이 200 ㎛ 내외로 매우 좁은데 PFC 공정의 핵심 기술 중에 하나는 이 간격을 공정이 종료될 때까지 일정하게 유지하는 것이다.
하지만 폭이 증가함에 따라 폭 방향으로의 두께 편차도 증가 할 수 있으며, 여기에는 많은 공정 변수가 영향을 미치게 된다. 그 가운데 노즐의 슬릿 형상을 통해 두께 편차를 줄이기 위한 방안이 마련되었으나, 노즐이 고온 용탕과 접촉하게 되므로 열변형에 따른 노즐의 치수 변화가 발생할 수 있으며, 열 변형시 부분적으로 불균일하게 노즐이 변형될 가능성이 발생하였다.
따라서 이러한 노즐 내의 온도 불균일에 의한 열변형 문제점들의 영향을 최소화할 수 있도록 노즐 내부의 형상을 개선할 필요성이 모색되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연속 주조 공정에서 사용되는 노즐에 용강이 주입될 경우, 주입된 용강이 노즐 내에서 균일한 온도 분포를 갖도록 하는 연속 주조 장치의 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐은, 용강이 주입되는 용강 주입부와 측벽을 포함하는 본체부와, 상기 본체부 내에 주입되는 용강이 본체부내의 가장자리부와 중심부에 균일하게 분산되도록 하는 용강 분산부와, 상기 본체부내에 균일하게 분산된 상기 용강이 배출되는 슬릿을 포함하며 상기 용강 분산부의 표면은 곡률면을 갖고 상기 곡률면은 상기 용강 주입부 방향으로 볼록할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 의할 경우, 노즐 내에 용강이 주입되더라도, 주입된 용강이 노즐 내에서 비교적 균일한 온도 분포와 유량을 가질 수 있도록 하는 연속 주조 장치의 노즐을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 II-II’선 을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐 내에서 용강이 분산되는 것을 설명하기 위해 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐의 평면도이다.
도 6은 도 5의 III-III’선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 IV-IV’선 을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐 내에서 용강이 분산되는 것을 설명하기 위해 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하. 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 연속 주조 장치의 노즐을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐을 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐의 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I’선을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 II-II’선 을 따라 절단한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐 내에서 용강이 분산되는 것을 설명하기 위해 나타낸 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐(101)은 본체부(111), 용강 분산부(311, 312), 용강 배출부(211)을 포함할 수 있다.
본체부(111)는 용강(S)이 주입되는 곳으로 연속 주조 장치의 노즐(101)의 본체를 이룬다. 본체부(111)는 용강(S)이 주입되는 용강 주입부(121)와 측벽(113, 115)를 포함할 수 있다.
용강 주입부(121)는 제강공정에서 정련된 용강(S)이 노즐(101)내로 유입될 수 있도록 개구부 형태로 형성될 수 있다. 용강(S)은 예를 들어, 연속 주조 장치에 포함된 래들(ladle)에 담겨 있다가, 연속 주조 장치에 포함된 상기 노즐(101)과 다른 노즐을 통해 용강 주입부(121)로 유입될 수 있다.
측벽(113, 115)은 노즐(101) 내로 유입된 용강(S)이 외부로 흘러나가는 것을 방지할 수 있다. 측벽(113, 115)은 노즐 내로 유입된 용강(S)이 용강 배출부(211) 방향으로 용이하게 흘러갈 수 있도록 소정의 각도로 기울어져 형성될 수 있다.
본체부(111)는 용강 주입부(121) 부근에서의 제1 폭(w1)과 용강 배출부(211) 부근에서의 제2 폭(w2)을 가질 수 있는데, 상기 측벽(113, 115)는 제1 폭(w1)이 제2 폭(w2)에 비하여 크게 되도록 기울어질 수 있다. 즉, 본체부(111)의 폭(w1, w2)은 용강 주입부(121)에서 용강 배출부(211)의 방향으로 갈수록 좁아질 수 있다.
용강 분산부(311, 312)는 본체부(111)의 측벽(113, 115)의 내측에 위치할 수 있다. 이에 의해, 용강 분산부(311, 312)는 본체부(111) 내에 주입되는 용강(S)이 본체부(111) 내의 가장자리부와 중심부에 균일하게 분산되도록 기능할 수 있다. 즉, 본체부(111) 내로 유입되는 용강(S)과 용강 분산부(311, 312)가 충돌되도록 하여, 용강(S)이 노즐(101)의 가장자리부터 채워지도록 한다. 보다 자세한 사항은 후술하도록 한다.
주입되는 용강(S)을 본체부(111) 내에서 보다 균일하게 분산시킬 수 있도록, 용강 분산부(311, 312)의 표면은 곡률을 가질 수 있다. 용강 분산부(311, 312)의 표면이 곡률을 갖지 않을 경우, 주입되는 용강(S)이 본체부(111) 내에서 균일하게 분사되지 않을 가능성이 있고, 오히려 용강(S)이 용강 분산부(311, 312) 상에 잔류할 가능성이 있어 균일한 금속 박대를 형성하기 어려울 수 있다. 용강 분산부(311, 312) 표면의 곡률 반경은 형성될 금속 박대의 폭, 노즐의 폭, 용강(S)의 화학적 물리적 특성 등을 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 용강 분산부(311, 312)는 바(bar) 형태의 구조체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 구조체는 용강 주입부(121) 방향으로 볼록한 곡면을 가질 수 있다. 즉, 상기 구조체는 슬릿(213) 방향으로 오목한 곡면을 가질 수 있다.
이에 의해, 도 4를 참조하면, 주입되는 용강(S)과 용강 분산부(311, 312)가 충돌될 경우, 용강 분산부(311, 312)에 충돌된 용강(601, 602)이 본체부(111)의 가장자리부의 일측과 타측으로 골고루 퍼지는 것을 볼 수 있다. 이에 의해, 용강 분산부(311, 312)에 충돌되고 노즐(101) 내에 유입된 용강(601, 602)은 노즐(101) 내에서 비교적 균일한 온도와 두께를 갖도록 분산될 수 있다. 즉, 유입된 용강의 노즐 내의 위치에 따라 온도와 두께가 균일하지 않았던 기존의 노즐과 달리, 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐(101)은 노즐(101)의 가장자리부와 중심부에서 비교적 균일한 온도와 두께를 갖도록 용강(601, 602)이 분산될 수 있다.
한편, 본체부(111)의 가장자리부에 골고루 퍼진 용강(601, 602)은 그대로 용강 배출부(211)의 슬릿(213)을 통과하여 외부로 배출될 수 있다. 이에 의해, 비교적 균일한 두께, 균일한 물리적 및 화학적 성질을 갖는 금속 박대가 형성될 수 있다.
한편, 용강(S)이 스트림(stream) 형태로 본체부(111) 내에 주입될 경우, 용강 분산부(311, 312)는 스트림과 중첩되도록 측벽(113)의 내측에 위치할 수 있다. 바람직하게는, 용강 분산부(311, 312)가 용강(S) 스트림의 중심부와 중첩되는 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 용강 분산부(311, 312)의 중심부가 용강(S) 스트림의 중심부와 중첩되는 것이 좋다.
용강 배출부(211)는 본체부(111) 내에 균일하게 분산된 용강(601, 602)이 노즐 밖으로 배출될 수 있도록 슬릿(213)을 포함할 수 있다. 용강 배출부(211)는 용강(601, 602)이 외부로 잘 배출될 수 있도록 본체부(111)의 하방으로 돌출되어 형성될 수 있다.
슬릿(213)은 대략 0.1mm 내지 0.5mm 정도의 너비(d)를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 범위에서 노즐(101)은 용강을 외부로 용이하게 배출시킬 수 있을 뿐만 아니라, 균일한 두께의 금속 박대를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐을 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐의 평면도이고, 도 6은 도 5의 III-III’선을 따라 절단한 단면도이고, 도 7은 도 IV-IV’선 을 따라 절단한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐 내에서 용강이 분산되는 것을 설명하기 위해 나타낸 것이다. 한편, 도 5 내지 도 8에 개시된 도면부호 중 제1 실시예에서 설명된 도면부호와 동일한 것은 동일한 부재를 나타낸다. 따라서, 동일한 도면부호에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 연속 주조 장치의 노즐(101)은 본체부(111), 용강 분산부(411), 용강 배출부(211)을 포함할 수 있다. 제2 실시예에 따른 노즐(102)은 용강 분사부(411)의 형상과 위치만이 제1 실시예와 차이가 있을 뿐, 그 외의 구성은 제1 실시예의 노즐(101)과 실질적으로 동일하다.
제2 실시예에 따른 노즐(102)은 제1 실시예와 달리 구형상의 구조체를 포함하는 용강 분산부(411)를 포함할 수 있다. 상기 구조체의 단면 형상은 타원형이거나 원형일 수 있다.
용강 분산부(411)는 슬릿(213)의 중심부와 중첩되도록 본체부(111) 내에 위치할 수 있다. 이때, 용강 분산부(411)의 일면은 본체부(111)의 일측 측벽(113)과 접촉될 수 있고, 타면은 본체부(111)의 타측 측벽(113)과 접촉될 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 주입되는 용강(S)과 용강 분산부(411)가 충돌될 경우, 용강 분산부(411)에 충돌된 용강(701, 702)이 본체부(111)의 가장자리부의 일측과 타측으로 골고루 퍼지는 것을 볼 수 있다. 이에 의해, 용강 분산부(411)에 충돌되고 노즐(102) 내에 유입된 용강(701, 702)은 노즐(102) 내에서 비교적 균일한 온도와 두께를 갖도록 분산될 수 있다. 즉, 유입된 용강의 노즐 내의 위치에 따라 온도와 두께가 균일하지 않았던 기존의 노즐과 달리, 본 발명의 제2 실시예에 따른 노즐(102)은 노즐(102)의 가장자리부와 중심부에서 비교적 균일한 온도와 두께를 갖도록 용강(701, 702)이 분산될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 노즐(101, 102)을 연속 주조 공정에 적용하게 되면, 예를 들어 비교적 넓은 50mm 내지 200 mm의 폭을 갖는 용강을 슬릿(213)을 통해 미세한 줄기로 분사하더라도, 슬릿(213)의 폭 방향으로 분사되는 용강의 분사유량 편차를 2%이내로 정확하게 조절할 수 있다. 또한, 슬릿(213)의 폭 방향으로 분사되는 용강의 온도편차를 기존 노즐의 50oC 이상에서 10oC 이내로 균일하게 조절할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
101, 102: 노즐 311, 312, 411: 용강 분산부
111: 몸체부 113, 115: 측벽
121: 용강 주입부 211: 용강 배출부
213: 슬릿

Claims (6)

  1. 용강이 주입되는 용강 주입부와 측벽을 포함하는 본체부;
    상기 본체부 내에 주입되는 용강이 본체부내의 가장자리부와 중심부에 균일하게 분산되도록 하는 용강 분산부;
    상기 본체부내에 균일하게 분산된 상기 용강이 배출되는 슬릿을 포함하는 용강 배출부를 포함하며,
    상기 용강 분산부의 표면은 곡률면을 갖고 상기 곡률면은 상기 용강 주입부 방향으로 볼록한 연속 주조 장치의 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용강 분산부는 상기 본체부의 상기 측벽의 내측에 위치하는 연속 주조 장치의 노즐.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 용강이 스트림(stream) 형태로 상기 본체부 내에 주입될 경우, 상기 용강 분산부는 상기 스트림과 중첩되도록 상기 측벽의 내측에 위치하는 연속 주조 장치의 노즐.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용강 분산부는 구형상의 구조체를 포함하되, 상기 구조체는 상기 슬릿의 중심부와 중첩되도록 상기 본체부 내에 위치하는 연속 주조 장치의 노즐.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용강 배출부는 상기 본체부로부터 상기 본체부의 하방으로 돌출된 연속 주조 장치의 노즐.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 용강 주입부에서 상기 용강 배출부의 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 연속 주조 장치의 노즐.
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