KR20160051692A - 레이들 바닥 및 레이들 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 용융 금속을 처리하기 위한 야금학적 레이들의 일부분 및 해당 야금학적 레이들인 레이들 바닥에 관한 것이다.

Description

레이들 바닥 및 레이들{LADLE BOTTOM AND LADLE}
본 발명은, 용융 금속을 처리하기 위한 야금용 레이들(metallurgical ladle)의 일부를 형성하는 레이들 바닥 및 해당 야금용 레이들에 관한 것이다.
상기 레이들 바닥은, 상부 표면, 하부 표면 및 상기 상부 표면과 하부 표면사이에서 연장되는 주입 채널(pouring channel)을 제공하는 내화 세라믹 몸체로 구성된다. 레이들의 일부분으로서 상기 레이들 바닥은 해당 벽 부분의 한쪽 단부내에 삽입되고 상기 벽은 상기 레이들 바닥의 외측 주변부로부터 연장된다.
아래 설명에서 레이들 및 레이들 바닥은 상기 레이들 바닥이 수평으로 배열되고 레이들의 하측 단부에 배열될 때 가지는 위치에 있는 것으로서 설명된다.
용융 금속이 레이들의 개방 상측 단부를 통해 상기 레이들속으로 주입(주조)된다. 상기 금속 유동은 우선 레이들 바닥과 충돌하고 다음에 레이들 바닥의 상부 표면을 따르는 유동을 향하며 주입 채널(배출구 노즐)을 향하고, 다수의 적용예들에서 상기 주입 채널은 용융금속이 제어되지 않은 채 배출되는 것을 방지하기 위해 상기 주조 공정 단계에서 필러 샌드(filler sand)에 의해 폐쇄된다. 상기 주조 공정 단계에서 여러 가지 문제점들이 발생한다. 즉,
- 상기 금속 유동이 내화재료와 충돌할 때 충돌 표면을 따라 내화재료가 상당히 마모된다.
- 필러 샌드, 특히 상기 레이들 바닥의 상부 표면으로부터 돌출하는 모든 필러 재료는 용융 금속 유동에 의해 제어될 수 없는 상태로 쏟아져 나가서, 다음 주조 공정에서 불규칙(irregularities)구조 및/또는 결함을 야기한다.
상기 마모 문제를 해결하기 위해, 다수의 제안들이 이루어졌다. 상기 마모를 감소시키기 위해 상기 충돌 영역에 대하여 마모 특성이 상대적으로 작거나 상기 바닥의 상부 표면상에 배열되는 구분된 소위 충돌 패드(impact pad)를 제공하는 내화재료를 이용하는 것이 알려져있다.
상기 필러 샌드가 가지는 문제점은 아직 해결되지 않았다.
상기 필러 샌드는 또한, 상기 레이들 내에서 용융 금속의 가스 처리 작업 동안 문제를 야기한다. 전형적으로, 상기 처리 가스는, 상기 레이들의 바닥 및/또는 벽 부분내에 배열되고 상기 용융 금속 체적내에 난류를 발생시키는 소위 가스 정화 플러그(gas purging plug)(독어: Gasspuelsteine)에 의해 용융 금속속으로 주입된다. 필러 샌드는, 태핑(tapping)을 개시하기 전에 상기 난류에 의해 다시 돌발적으로 쏟아져 나간다.
이러한 문제는 특히 100.000 내지 300.000kg의 용융 금속을 포함한 산업용 레이들을 위한 > 40m3/h(전형적으로 40- 70m3/h)의 가스 체적에 의해 형성되는 소위 "강한 교반(hard stirring)"시에 발생한다. "약한 교반"은 40m3/h 미만의 가스 체적 특히 10- 30 m3/h 미만의 체적을 가진 가스 처리를 말한다.
가스의 쏟아짐(gas flushing)에 의해 야기되는 문제도 아직 해결되지 않았다.
또 다른 문제점은, (연속 주조 설비속으로 용융 금속을) 태핑한 후에 상기 레이들내에 잔류하는 모든 금속의 양을 감소시키는 것이다. 전형적으로, 상당한 양의 용융 금속을 레이들 바닥위에 유지하고 고형화하며 레이들이 다시 충진되기 전에 처리되어야 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 한 개이상의 하기 문제들을 개선하기 위한 기술적 해결방법을 제시하는 것이다.
- 상기 레이들 바닥의 상부 표면으로부터 하부 표면을 향해 연장되는 주입 채널(pouring channel) 및 노즐/슬라이딩 판 등과 같은 해당 주조 설비들위에 배열되는 상기 필러 샌드가 제어되지 않은 상태로 씻겨져 나가는(sweeping off)(쏟아져 나가는) 것을 방지하거나 감소시키고,
- 상기 레이들이 비워진 후에 레이들 내에 잔류하는 용융 금속의 체적을 감소시킨다.
수력학적 모델링(water modelling) 및 수학적 연구를 포함한 강도 높은 조사를 통해, 다양한 요인들이 상기 문제점들의 원인인 것으로 밝혀졌다. 그중에서도,
용융 금속의 총 중량 및 속도. 150.000 내지 250.000kg의 용융 강을 포함한 전형적인 야금학적 레이들내에서 충진 시간은 단지 약 4 내지 6분이다.
가장 혹독한 조건은 주조공정이 개시될 때 및 레이들내에서 용융 금속이 가스 처리될 때이다.
- 레이들 바닥의 전체 크기 및 충돌 영역 및 주입 채널사이의 거리.
- 상기 충돌 영역으로부터 주입 채널까지 상기 용융 금속이 이동하는 경로 및 방향.
상기 요인과 다른 요인들을 고려할 때, 상기 문제점들은 하기 특징을 가진 레이들 바닥에 의해 적어도 감소될 수 있다고 밝혀졌다.
- 상기 레이들 바닥이, 상부 표면, 하부 표면 및 상기 상부 표면과 하부 표면사이에서 연장되는 주입 채널을 포함한 내화 세라믹 몸체로 구성된다.
- 상기 레이들 바닥이, 상기 상부 표면에서 깊이를 가진 섹션(deepend section)에 의해 형성되는 디퓨저 박스(diffuser box)를 포함하고, 상기 디퓨저 박스가 하기 특징을 가진다.
- 상기 디퓨저 박스는 특히 하기 조건일 때, 상기 레이들 바닥에 주입되는 용융 금속의 충돌 영역으로서 이용되는 레이들 바닥의 표면적과 떨어진 거리에 배열된다,
- 상기 디퓨저 박스가 상기 레이들 바닥내에서 각각의 가스 정화 요소(gas purging element)와 떨어져 배열되거나,
- 상기 디퓨저 박스가 적어도 충돌 영역을 향하는 경계를 따라 스텝(step)을 가지며, 상기 스텝이 40 내지 200mm의 수직 높이를 가지거나
- 상기 스텝이 최소 수평 면적 Amin = ∏/4 (0,37r)2 + 0,3 및 최대 수평 면적 Amax = ∏/4 (0,8r)2 + 0,3이고, 여기서 r= 레이들 바닥의 반경이고, ≥2의 유효 반경을 가지고 ∏= 파이(pi)= 3,14라고 할 때 모든 레이들 바닥에 대하여 r≥ 0,75m이며 rmax = 2m(아래에서 공식 I이라 함)이거나
- 상기 주입 채널의 유입구 단부가 상기 충돌 영역을 향하는 경계를 따라 상기 스텝과 오프셋 배열된다.
상기 주요 특징은 소위 디퓨저 박스이다. 상기 "디퓨저 박스"는, 상기 용융 금속이 상기 레이들로부터 떨어져 나오는 속도를 감소시키기 위한 주요 목적을 위한 것이다.
상기 디퓨저 박스가 또 다른 압입부(indentation)(상기 디퓨저 박스의 바닥에 깊이를 가진 섹션)를 포함하도록 상기 디퓨저 박스가 변형되면 상당한 개선이 이루어질 수 있다. (상기 용융 금속이 배출되는 방향을 따라 상대적으로 큰 디퓨저 박스 다음에 상대적으로 작은 디퓨저 박스를 형성하는) 이러한 단계적 변화(gradation)가 여러 번 반복될 수 있고, 예를 들어, 상기 압입부 다음에 상기 바닥 영역 또는 압입부 등의 일부분으로부터 연장되는 요홈 구조의 공간이 이어질 수 있다.
다시 말해, 상기 (임의 크기를 가지는) (주요) 디퓨저 박스 이외에, 상기 실시예들은, (용융 금속이 레이들로부터 상기 주입 채널을 통해 다음 설비들속으로 유동하는 방향을 따라) 다음과 같이 배열되는 한 개이상의 추가 디퓨저 박스들을 가지는 것을 특징으로 한다.
- 다음 디퓨저 박스는 이전 디퓨저 박스의 바닥( 상부 표면)으로부터 연장된다.
- 다음 (하류위치의) 디퓨저 박스는 이전 디퓨저 박스보다 상대적으로 작은 수평 단면을 가지고, 다음의 모든 디퓨저 박스는 이전 디퓨저 박스의 바닥( 상부 표면)의 단지 일부분으로부터 연장된다. 깊이를 가진 다음의 모든 섹션의 수평 크기는 이전 섹션의 10- 90% 또는 15- 85% 또는 20- 80%일 수 있다. (상기 주입 채널의 하부 섹션이 시작되는) 가장 하부에 위치하고 깊이를 가진 섹션은 주요 디퓨저 박스의 10- 50% 예를 들어, 10- 32%일 수 있다.
상기 레이들내부에 잔류하는 용융 금속의 주요 부분이 배출구 채널 주위에서 연속적으로 배열되고 깊이를 가진 섹션을 따르는 것으로 확인되었다. 그 결과, 태핑/ 엠프팅(emptying)(독일어: Pfannenabstich) 후에 잔류하는 용융 금속의 체적은 상당히 감소된다.
그러므로, 본 발명은 가장 일반적인 실시예로서, 상부 표면, 하부 표면 및 상기 상부 표면과 하부 표면사이에서 연장되는 주입 채널을 가진 내화 세라믹 몸체로 구성되고 상기 상부 표면의 깊이를 가진 섹션에 의해 형성되는 디퓨저 박스를 추가로 포함하는 레이들 바닥에 관한 것이며, 상기 디퓨저 박스는 하기 특징들을 가진다.
- 상기 디퓨저 박스는 상기 레이들 바닥으로 주입되는 용융 금속을 위한 충돌 영역으로서 이용되는 레이들 바닥의 표면 영역과 수평 거리를 가지며 배열되고,
- 상기 디퓨저 박스는 상기 상부 표면의 수직방향 아래에서 레이들 바닥의 제2 상부 표면을 형성하며,
- 디퓨저 박스는, 상기 제2 상부 표면으로부터 상기 레이들 바닥의 하부 표면을 향해 연장되고 상기 제2 상부 표면의 수직방향 아래에서 레이들 바닥의 제3 상부 표면을 형성하는 압입부를 포함하고,
- 상기 주입 채널은 상기 디퓨저 박스 및 압입부를 통과한다.
상기 주입 채널은 용융 금속을 위한 배출구 채널 즉, 통로이며, 상기 통로를 따라 용융 금속이 레이들로부터 벗어난다. 다양한 크기를 가진 적어도 두 개의 연속적인 디퓨저 박스들을 고려할 때, 상기 주입 채널의 상부 섹션은 상기 디퓨저 박스(주요 디퓨저 박스 및 압인부)에 의해 형성되고, 큰 단면적을 가진 상측 단부 (디퓨저 박스의 수평 연장부), 중간 크기 단면적의 중간 부분(압인부) 및 작은 단면적을 가진 하측 단부를 포함하는 특징을 가진다. 다시 말해, 본 발명을 따르는 주입 채널은 사실상 일정한 단면적을 가진 종래기술의 하측 부분 및 스텝을 가진 부분을 포함하는 특징을 가진다.
상기 설명과 같이 상기 설계는 바닥 레이아웃(bottom layout)내에 한 개이상의 깊이를 가진 섹션을 추가로 포함하여 완성될 수 있다. 따라서 상기 레이들 바닥은- 무엇보다도
상기 제3 상부 표면의 수직방향 아래에서 상기 레이들 바닥의 상기 제3 상부 표면으로부터 상기 하부 표면을 향해 연장되고 상기 레이들 바닥의 제4 상부 표면을 형성하는 요홈구조의 공간을 추가로 포함하고,
상기 주입 채널이 상기 요홈 구조의 공간을 통과하는 것을 특징으로 한다.
"제2, 제3, 제4 상부 표면"은, 배출구 영역에 연속적으로 형성되고 깊이를 가진 섹션들의 바닥 영역을 형성한다.
한 개, 두 개 및 세 개의 깊이를 가진 섹션들을 포함한 실시예들이, 첨부된 도면들 및 해당 설명에 추가로 공개되고 표시된다.
스텝을 가진 요홈에 관한 일반적인 개념에 의하면, 수직방향으로 상부(상류위치)에 배열된 요홈보다 상대적으로 작은 (수평) 크기를 가지고 수직방향으로 하부( 하류위치)에 위치한 요홈은 다양한 특징을 가지며 변형/완성될 수 있다. 무엇보다도,
상기 레이들 바닥의 상부 표면, 제2 상부 표면, 제3 상부 표면 및 제4 상부 표면 중 적어도 한 개의 표면이 수평에 대해 경사를 형성할 수 있다. 경사각은, 1°의 하측값 및 10°의 상측값을 가지고 선호적으로 2° 내지 6°의 범위를 가지며 상대적으로 작을 수 있다. 경사각 및 경사방향은 수직으로 인접하거나 연속적인 상부 표면들사이에서 변화할 수 있다. 한 개이상의 수평을 향하는 상부 표면이 유지될 수 있다.
상기 레이들 바닥의 상부 표면, 제2 상부 표면, 제3 상부 표면 및 제4 상부 표면 중 적어도 한 개의 표면이 삼차원 프로파일을 가질 수 있다.
상기 프로파일은, 리브(ribs), 노브(knobs), 프리즘, 요홈부, 채널 중 적어도 한 개일 수 있다. 모든 수(male) 또는 암(female) 프로파일이, 주입 채널의 수직을 향하는 하부 섹션을 향해 연장되고 상기 주입 채널에 대해 반경 방향으로 연장되며 주입 채널의 하측 부분이 가진 한 개이상의 접선부(tangents)와 평행하게 연장되거나 주입 채널의 하측 부분이 가진 외측 주변부와 평행하게 연장되거나 이들의 조합에 따라 연장될 수 있다. 수 프로파일은, 해당 디퓨저 박스, 압입부 및/또는 요홈구조의 공간이 가지는 해당 수직 높이를 돌출하지 말아야 하며 해당 수직 높이의 2/3로 제한될 수 있다.
상기 레이들 바닥의 상부 표면, 제2 상부 표면, 제3 상부 표면 및 제4 상부 표면 중 적어도 한 개의 표면이 다각형, 원형 또는 타원형 구조를 가질 수 있다. 직사각형 형상과 관련하여, 길이/폭사이의 관계는 예를 들어, >1,5 또는 >2,5 또는 >3,0일 수 있다. 동일한 관계가, 길이와 폭이 마주보는 섹션들사이의 가장 긴 거리 및 가장 짧은 거리에 의해 정의되는 타원 형상에 적용된다.
상기 레이들 바닥에 형성된 인접한 상부 표면들의 치수는, 하류위치의 모든 표면이 하류위치(상측)에 배열된 상부 표면의 <80% 또는 <60% 또는 <40%인 전체 면적을 가지도록 결정될 수 있다.
상기 레이들 바닥이 가지는 인접한 상부 표면들의 치수는, 상부 표면들이 수직으로 오프셋 배열되어 상부 표면들의 각 주변부의 적어도 일부분인 스텝(S)을 형성하도록 결정된다. 그 결과, 용융 금속이 유동하는 하부 공동들의 외벽들을 따라 스텝은 동일한 프로파일을 가진다.
본 발명에 의하면 용융 금속의 유동이 상기 충돌 영역과 충돌하고 나서 주입 채널의 하부 섹션속으로 유입되기 전에 용융 금속이 가지는 경로를 따라 한 개이상의 스텝이 제공된다.
상기 "스텝"은 기하학적 불연속(discontinuity)부분으로서 정의된다. 경미한 변화(<+/- 30도, 양호하게 <+/- 20도, 더욱 양호하게 <+/- 10도)가 기술적 조건에 따라 허용될 수 있더라도 인접한 상부 표면 섹션들을 가진 두 개의 직각들이 이상적인 스텝(step)을 형성한다. 또한, 각 스텝의 적어도 일부분이 곡선이거나 기울어질 수도 있다.
상기 스텝은 용융 금속의 속도를 상당히 감소시킨다. 상기 스텝의 (수직) 높이는 20 내지 200mm로 설정되는 것이 선호되고, 또한 상측 한계값은 160mm, 150mm, 140mm, 125mm 또는 심지어 100mm로 설정될 수 있고, 최소높이는 또한 45mm, 50mm, 55mm 또는 60mm로 설정될 수 있다. 20mm보다 작은 높이는 주입 채널내부의 필러 샌드를 충분히 보호할 정도로 용융 금속의 속도에 영향을 주지 못한다. 200mm를 초과하는 높이는 과도한 스플래싱(splashing) 때문에 효과를 반감시킨다.
상기 스텝은, 하부 (하류위치) 표면의 주변부 중 예를 들어, 적어도 50% 또는 >70% 또는 >80% 또는 >90%인 적어도 일부분을 따라 연장될 수 있다.
실시예에 의하면, 제2 상부 표면(디퓨저 박스의 전체 바닥 영역)은 공식 I에 따라 최소 수평 영역을 가진다. 이러한 치수는 가치있는 것으로 증명되었다.
레이들 바닥이 가지는 전체 상부 표면 영역의 3,7 내지 32,9%에 해당하는 수평 영역을 가지는 디퓨저 박스에 의해 양호한 결과가 구해졌다. 상기 최소값은 5,8%로서 설정되고, 상측값은 상기 레이들 바닥이 가지는 전체 표면 영역의 25,5%보다 작거나 동일하다.
깊이를 가진 섹션들(디퓨저 박스, 압인부, 요홈구조의 공간)을 레이들의 충돌 영역과 오프셋 배열하고 모든 가스 정화요소와 오프셋 배열하는 것이 가치있는 것으로 증명되었다. 다시 말해, 레이들 바닥과 근접한 위치에서 레이들 벽은 상기 깊이를 가진 한 개이상의 섹션들과 부분적으로 경계를 이룰 수 있다.
하류위치에 배열되고 깊이를 가진 모든 섹션(압인부, 요홈구조의 공간 등)에 의해 두 개의 공통 벽 섹션들은 상류위치에 배열되고 깊이를 가진 섹션(압인부, 디퓨저 박스)을 최대한 가져야 한다.
용융 금속이 주입 채널의 하부 섹션의 유입구 단부에 도달하기 전에 따라서 용융 금속이 상기 주입 채널내부 및/또는 상부에서 모든 필러 재료(필러 샌드)와 접촉하기 전에 용융 금속의 운동에너지를 감소시키기 위해 디퓨저 박스, 압인부 및/또는 요홈 구조의 공간 및 또 다른 요홈부를 설계하고 제공하는 것이 중요하다. 또한, 가스 정화 처리 작업 동안 레이들내에서 용융 금속의 난류를 감소시키는 것이 중요하다.
충돌 영역 주위에서 스플래싱 효과를 감소시키고 상기 충돌 영역 및 주입 채널사이에서 충분한 거리를 제공하기 위해 상기 (상부의) 디퓨저 박스는 상기 충돌영역과 거리를 두고 배열된다.
실시예에 의하면 충돌 영역의 상부 표면을 따르는 중심점 및 디퓨저 박스의 상부 표면을 따르는 중심점 사이의 거리는, 레이들 바닥이 가지는 최대 수평 연장부의 약 30 내지 75%이며 40, 45 또는 50%의 하측 한계를 가지고 65 및 70%의 상측 한계를 가진다. 레이들 바닥의 최소 직경이 1.5m일 때 500 내지 1200mm의 거리에 의해 양호한 결과가 구해진다. 공개된 공식에 따라 고려되는 최대 직경이 4m로 설정되고 심지어 레이들 바닥이 >4m인 유효 직경을 가지면, 대형 레이들 바닥들에 대하여 >1500mm의 거리에 의해 양호한 결과가 구해진다.
상기 충돌영역의 상기 "중심점"은, 상기 레이들속으로 유동하는 용융 금속 유동이 가지는 중심 종 방향 축이 충돌하는 위치로서 정의된다. 상기 디퓨저 박스의 중심점은, (해당 수직 연장부내에서) 상기 주입 채널의 하측 단부에 의해 형성되는 영역속에 속하는 기하학적 중심이다.
디퓨저 박스가 가지는 전체 크기(m2로 표시됨)는 공식 I 특히, 추가 깊이를 가진 섹션들을 가지지 않는 경우에 설정될 수 있다. 추가 깊이를 가진 한 개이상(n)의 섹션들을 가진 설계에서, 가장 위에 있는 디퓨저 박스의 크기는 상대적으로 덜 중요하다. 레이들내에서 용융 금속의 제2 야금학적 처리과정 동안 가스 정화 작용의 영향이 상측 및 하측 한계들에 의해 확인된다. 상기 한계들은, 상기 디퓨저 박스에 의해 형성되고 특히 표면 바로 옆에 있는 공간내에서 난류를 감소시키기 위해 중요하다.
전형적으로, 레이들 바닥의 상부 표면과 바로 옆에 있는 용융 금속의 속도는 0,3m/s에 이른다. 높은 속도는 "강한 교반(hard stirring)"에 기인하고, 작은 값은 "약한 교반"과정 동안 형성될 수 있다. Amax는 주로 "약한 교반"에 의해 영향을 받고, Amin은 "강한 교반" 과정에서 선호되는 크기를 형성한다.
다시 말해, 용융 금속은 전형적으로 "약한 교반"과 "강한 교반"의 간격(interval)에 의해 레이들내에서 가스 처리된다. 디퓨저 박스의 전체 크기는 양자에 의해 형성된다.
"강한 교반"이 우세할 경우에 상기 디퓨저 박스의 표면적이 가지는 전체 크기는 < (Amin+ Amax)/2이고 가능한 Amin에 근접하며, "약한 교반"이 우세할 경우에 상기 전체 크기는 > (Amin+ Amax)/2이고 가능한 Amax에 근접한다. 정확하게 (Amin+ Amax)/2인 표면적은, 두 개의 경우들사이의 절충값이다. 상기 디퓨저 박스의 전체 표면적이 (Amin+ Amax)/2의 +/- 10% 또는 +/- 20% 범위에 있을 때 유사한 결과가 구해질 수 있다.
"강한 교반"이 형성되는 경우에, 디퓨저 박스는 상측 단부에서 특히 >80mm이거나 >100mm인 공개 범위를 가진 스텝의 높이를 가지는 것이 더욱 선호된다.
상기 레이들 바닥이 가지는 종래기술의 설계와 비교하여 가스 정화 과정 동안 모든 실시예들에서 필러 샌드는 훨씬 덜 쏟아져 나간다.
돌발적으로 필러 재료가 마모되는 것을 감소시키기 위해, 모든 가스 정화 요소 및 주입 채널사이에 형성되는 거리를 최소로 유지하는 것이 유리하다. 디퓨저 박스 영역에는 가스 쏟아짐(flushing)/정화 요소들이 존재하지 않고, 충돌 지점과 주입 채널사이의 최소 거리에 해당하는 최소 거리가 형성된다.
하기 표는, 소위 디퓨저 박스의 제2 상부 표면이 가지는 유용한 상측 및 하측 값들을 제시한다(m2으로 표시함).
예 레이들 바닥의 직경(m2) Amin(m2) Amax(m2)
A 1,5 0,361 0,583
B 2,5 0,468 1,085
C 3,5 0,629 1,839
상기 제2 상측 표면은 압입부 및 요홈 구조의 공간과 같은 깊이를 가진 연속적인 섹션들의 갯수(1...n)에 따라 변화할 수 있다.
절대 상측 값(Amax)은 2,3m2, 2,2m2, 2,1m2 또는 2,0m2으로 설정될 수 있다. 디퓨저 박스의 전체 크기(Amin)는, 상기 용융 금속이 디퓨저 영역에 걸쳐 분포하고 따라서 추가로 감속되기 위해 중요하다. 상기 절대 상측 값(Amax)은, 충돌 영역(및/또는 가스 정화 요소) 및 주입 채널사이에서 충분한 (최소) 거리를 허용하기 위해 중요하다. 동일하게 디퓨저 박스내에서 하류위치 방향을 따르는 추가의 깊이를 가진 섹션들에도 적용된다.
마지막으로, 주입 채널의 하부 섹션 및 연속적인 깊이를 가진 공간들이 가지는 위치가 원하는 효과에 영향을 준다. 상기 주입 채널의 하부 섹션이 가지는 수직축이 모든 스텝들 및 레이들 벽에 대해 오프셋 배열되는 것을 권고한다.
주입 채널이 Xmm(예를 들어, 40mm)의 직경을 가지는 경우에, 주입 채널의 하측 부분 및 모든 해당 스텝사이에 형성되는 최소 거리는 3배(예를 들어, 120mm)이며 7배 이상일 수 있다.
본 발명은 상기 바닥을 가진 레이들을 포함한다. (레이들 및 레이들 바닥의) 양자가 첨부도면에 도시된다.
본 발명을 따르는 실시예에 의하면, 충돌 영역과 디퓨저 박스사이에 돌출부와 같은 댐(dam)이 제공되어 상기 출돌 영역으로부터 상기 디퓨저 박스를 향해 바닥 영역을 따라 유동하는 용융 금속의 속도가 추가로 감소된다. 상기 돌출부는, 해당 용융 금속이 상기 충돌영역과 충돌한 후에 상기 충돌영역으로부터 디퓨저 박스속으로 유동하는 방향과 사실상 수직으로 연장된다. 다시 말해, 용융 금속은 일시적으로 상기 돌출부(배리어(barrier)) 앞에서 정지하고 상기 장해물을 지나간 후에 계속해서 유동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징들이 종속항 및 다른 적용문헌들로부터 제공될 수 있다.
상기 디퓨저 박스의 크기는 선택적으로 정해지거나 하기 공식 II에 의해 상기 공식 I에 대한 추가 조건으로서 정해질 수 있다. 상기 디퓨저 박스가 가지는 선호되는 영역은 공식 I 및 공식 II의 조합(intersection)에 의해 정해진다.
(Amin)= x + 10/161·ln [M]
(Amax)= 5y + 4/25·ln [M]
여기서 x= 0,16 내지 0,20 및 y= 0,20 내지 0,16
M= 관련 레이들 내부의 용융 금속이 가지는 공칭 중량(1000kg)이고, Amin 및 Amax는 가능한 하기 제한 범위를 가진다.
x= 0,16 내지 0,17 및 y= 0,20 내지 0,19
x= 0,16 내지 0,18 및 y= 0,20 내지 0,18.
개략적으로 도시된 첨부 도면들에서,
도 1은 종래기술을 따르는 레이들을 종 방향 단면으로 본 평면도,
도 2는 단일 디퓨저 박스를 가진 레이들을 종 방향 단면으로 본 평면도,
도 3은 약간 상이한 형상을 가지고 인접한 부품들을 가진 디퓨저 박스를 확대 도시한 종 방향 단면도,
도 4는 도 3의 실시예를 더욱 개략적으로 도시한 횡 단면도,
도 5는 도 4를 따르는 방향으로 도시되고 한 개의 추가 압입부를 가진 또 다른 실시예를 도시한 도면,
도 6은 도 4를 따르는 방향으로 도시되고 한 개의 추가 요홈 구조 공간 및 한 개의 추가 압입부를 가진 또 다른 실시예를 도시한 도면.
동일하거나 적어도 유사한 특징을 가진 부품들에 대해 동일한 도면부호들이 이용된다.
도 1의 레이들은, 상부 수평 표면(10o) 및 하부 수평 표면(10u)을 가지고 수평으로 연장되는 원형의 바닥(10)을 가진다. 사실상 원통형인 레이들 벽(12)이 레이들 바닥(10)의 외측 주변부(10p)로부터 상측을 향해 연장된다. 상기 레이들의 개방 상측 단부가 도면부호 14로 표시된다.
화살표(M)로 표시된 금속 유동이 개방 단부(14)를 지나 레이들속으로 들어 가고 수직방향을 따라 아래로 유동하며 다음에 레이들 바닥(10)의 상부 표면(10o)의 충돌 영역(10i)과 충돌한다.
상기 금속 유동의 적어도 일부분은 상기 충돌 영역(10i)과 오프셋 배열된 주입 채널(16)을 향해 계속해서 유동(화살표(F))하며, 상기 주입 채널(16)은 상부 표면(10o)으로부터 하부 표면(10u)으로 이동한다.
도 1에 도시된 것처럼, 상기 주입 채널(16)은 소위 필러 샌드(filling sand)(FS)로 충진되고 샌드 콘(sand cone)(SC)은 상기 채널(16) 위에서 확인될 수 있다. 상기 필러 재료는 레이들이 충진되는 동안 상기 채널로부터 용융 금속을 떨어져 유지시킨다. 상기 필러 재료는, 상기 레이들이 충진될 때 불필요한 태핑(tapping)을 방지한다. 지금까지 필러 재료는 주조 공정에서 중요한 기능을 수행한다.
종래기술을 따르는 도 1의 레이들내에서 상기 샌드 콘(SC)은 용융 금속의 유동(화살표(F))에 의해 쏟아져 나가서 다음 주조 공정에서 심각한 불확실성 및 위험을 초래한다. 상기 필러 재료는 또한, 도면에서 GP로 도시된 가스 정화 플러그(gas purging plugs)에 의해 상기 용융 금속이 가스 처리되는 경우에 적어도 부분적으로 쏟아져 나간다.
도 2 및 도 3을 따르는 레이들 설계에 의해, 상기 주입 채널(16)의 상측 부분 주위에서 상기 충돌 영역(10i)과 (떨어져) 오프셋 배열되는 디퓨저 박스(DB)가 제공된다.
디퓨저 박스(DB)는, 상부 표면(10o) 즉, 상부 표면(10o)의 인접 영역에 대해 깊게 위치하여 상기 디퓨저 박스(DB)의 경계(경계선, 주변부)를 따라 스텝(S)을 제고하는 섹션내에서 요홈을 가진다. 상기 디퓨저 박스(DB)의 상부 표면 섹션은 아래 설명에서 제2 상부 표면(10od)이라고 설명된다. 상기 스텝(S)의 수직 부분은, 하부 바닥 표면(10o) 및 제2 상부 표면(10od)의 인접 섹션들에 대해 직각을 형성한다.
상기 디퓨저 박스(DB)는 대체로 직사각형인 제2 상부 표면(10od)을 가진다. 상기 디퓨저 박스(DB)의 바닥 부분(10d)내에 분출 노즐(well nozzle)(18)이 배열된다. 상기 분출 노즐(18)의 중앙 관통 개구부는 주입 채널(16)의 하측 부분을 형성하며, 상기 디퓨저 박스(DB) 자체는 상기 주입 채널(16)의 확대된 상측 부분을 형성한다.
내부 노즐(20)- 자체로서 알려진- 이 상기 분출 노즐(18)의 하측 부분내에서 하류위치에 배열되고 다음에 종래기술에 따라 미끄럼 판(sliding plate)(24,26)들 및 외부 노즐(22)을 가진 슬라이딩 게이트(sliding gate)가 배열된다.
상기 주입 채널(16)의 하측 부분은- 도 1과 유사하게- 분출 노즐(18) 상부에서 샌드 콘(SC)을 포함한 필러 샌드(FS)로 충진된다.
상기 디퓨저 박스(DB)의 치수는 다음과 같다.
- 스텝(S)의 높이(h): 100mm,
- 길이: 1370mm 및 폭: 1085mm,
- 상기 노즐(20,22)의 주입 채널(16)이 가지는 직경(d): 80mm,
- (상부 표면(10o)을 따르는) 충돌 표면(10i)의 중심 점(CP1) 및 상기 디퓨저 박스(DB)의 제2 상부 표면을 따르는 중심점(CP2)사이의 거리: 2200mm,
- 상기 레이들 바닥(10)의 내경: 3530mm.
상기 용융 금속의 유동(M)은 종래기술에 따라 (중심 점(CP1)을 가진) 충돌 영역(10i)과 충돌하고, 다음에 유동의 속도는 상기 디퓨저 박스(DB) 및 특히 상기 스텝(S)에 의해 주입 채널(16)의 하부 섹션까지 감소되고, 동시에 상기 스텝은 상기 유동(M)의 방향을 두 번 전환시킨다(도 3에서 F, F', F").
즉, 상기 레이들이 다소 완전하게 충진되고 상기 주입 채널(16)이 종래기술에 따라 개방될 때까지 상기 필러 재료(FS)는 쏟아져 나가는(flushed away) 것으로 부터 보호된다.
다음에 회전하는 용융 금속이 상당히 감소된 속도를 가지며 상당한 정도로 상기 디퓨저 박스의 상기 영역을 "오버플로우(overflow)"함에 따라 상기 용융 금속이 (종래기술에 따라) 가스 처리되는 경우에도 상기 필러 재료는 다소 원래대로 제 위치에 유지된다. 상기 레이들 바닥(10)내에 설치된 여러 개의 가스 정화 플러그들 중 한 개가 GP로 표시된다. 중심의 종 방향 축 및 중심점(CP2) 사이의 거리는 1020mm이다.
도 3에 도시된 디퓨저 박스(DB)는 레이들 벽(12)과 오프셋 배열되고 즉 원주 방향으로 연장되는 경계선/주변부(B) 및 스텝(S)을 가진다. 상기 디퓨저 박스는 (용융 금속(MS)의 유동 방향으로 볼 때) 주입 채널(16) 및/또는 스텝(S)의 전방에서 리브(rib)(R)로서 형성된 배리어(barrier)의 선택적 특징을 추가로 포함하여 용융 금속의 속도를 추가로 감소시킨다. 화살표(F,F',F")로 표시되고 상기 충돌 영역(10i)으로부터 주입 채널(16)의 하측 부분까지 용융 금속이 이동하는 주요 방향에 해당하는 중심점(CP1)과 중심점(CP2)사이의 직선과 수직으로 상기 배리어가 배열된다. 상기 배리어는, 파형의 표면 섹션들, 댐(dam), 프리즘(prism) 등을 포함하는 한 개이상의 돌출 형상부들에 의해 교체될 수 있다.
도 4는, 도 5 및 도 6의 실시예들을 도시하고 비교하는 것을 개선하기 위해 도 3을 더욱 개략적으로 도시한다.
도 5의 레이들 바닥(10)은 도 4와 비교하여 하기 상이한 특징을 가진다.
제2 상부 표면(10od)( 디퓨저 박스(DB)의 하부 표면)은 아래 설명에서 압입부(IN)로서 설명되고 깊이를 가진 또 다른 섹션을 포함한다.
상기 압입부(IN)는 상기 디퓨저 박스(DB)보다 상대적으로 작은 수평 단면을 가지고 디퓨저 박스(DB)의 주변 스텝(S)들에 대해 거리를 두고 연장되어 추가의 스텝(S2) 및 제3 상부 표면(10oi)을 제공한다.
주입 채널(16)의 하부 섹션은 상기 제3 상부 표면(10oi)으로부터 아래로 연장된다.
도 6의 실시예에서, 상기 압입부(IN)다음에 (용융 금속의 유동(F)의 하류방향을 따라) 요홈구조의 공간(RS)이 배열되어, 제4 상부 표면(10or), 3개의 측부들에서 추가의 스텝(S3)들( 상기 제4 상부 표면은 인접한 스텝(S2)과 동일높이를 가지며) 및 상기 압입부(IN)보다 작은 수평 단면을 제공한다. 상기 주입 채널(16)의 상부 섹션이 상기 디퓨저 박스(DB), 압입부(IN) 및 요홈구조의 공간(RS)의 중공 공간에 의해 형성될 때 주입 채널의 하측 부분은 상기 중공 공간(RS)으로부터 아래로 연장된다.
상기 실시예에서 제3 상부 표면(10oi)은 수평에 대해 4°만큼의 경사를 가진다. 모든 실시예들에서, 상기 깊이를 가진 섹션들( 디퓨저 박스(DB), 압입부(IN) 및 요홈구조의 공간(RD)) 및 해당 스텝들(S,S2,S3)에 의해 제공되는 주입 채널(16)의 하측 부분으로 이동하는 용융 금속의 유동은 여러 개의 이탈(deviation)을 가져서 용융 금속의 속도를 감소시키고 잔류하는 모든 용융 금속이 상기 레이들로부터 거의 완전히 떠날 수 있다.
10......내화 세라믹 몸체,
16.....주입 채널,
10o.....상부 표면,
10u.....하부 표면,
10i.....충돌 영역,
IN.....압입부,
DB.....디퓨저 박스.

Claims (14)

  1. 상부 표면(10o), 하부 표면(10u) 및 상기 상부 표면(10o)과 하부 표면(10u)사이에서 연장되는 주입 채널(16)을 가진 내화 세라믹 몸체(10)로 구성되고 상기 상부 표면(10o)의 깊이를 가진 섹션에 의해 형성되는 디퓨저 박스(DB)를 추가로 포함하는 레이들 바닥으로서,
    상기 디퓨저 박스(DB)는 상기 레이들 바닥으로 주입되는 용융 금속을 위한 충돌 영역(10i)으로서 이용되는 레이들 바닥의 표면 영역(10o)과 수평 거리를 가지며 배열되고,
    상기 디퓨저 박스는 상기 상부 표면(10o)의 수직방향 아래에서 레이들 바닥의 제2 상부 표면(10od)을 형성하며,
    디퓨저 박스는, 상기 제2 상부 표면(10od)으로부터 상기 레이들 바닥의 하부 표면(10u)을 향해 연장되고 상기 제2 상부 표면(10od)의 수직방향 아래에서 레이들 바닥의 제3 상부 표면(10oi)을 형성하는 압입부(IN)를 포함하고,
    상기 주입 채널(16)은 상기 디퓨저 박스(DB) 및 압입부(IN)를 통과하는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  2. 제2항에 있어서, 상기 제3 상부 표면(10oi)의 수직방향 아래에서 상기 레이들 바닥의 상기 제3 상부 표면(10oi)으로부터 상기 하부 표면(10u)을 향해 연장되고 상기 레이들 바닥의 제4 상부 표면(10or)을 형성하는 요홈구조의 공간(RS)을 추가로 포함하고,
    상기 주입 채널(16)이 상기 요홈구조의 공간(RS)을 통과하는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이들 바닥의 상부 표면(10o), 제2 상부 표면(10od), 제3 상부 표면(10oi) 및 제4 상부 표면(10or) 중 적어도 한 개의 표면이 수평에 대해 경사를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이들 바닥의 상부 표면(10o), 제2 상부 표면(10od), 제3 상부 표면(10oi) 및 제4 상부 표면(10or) 중 적어도 한 개의 표면이 삼차원 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  5. 제4항에 있어서, 상기 프로파일은, 리브(ribs), 노브(knobs), 프리즘, 요홈부, 채널 중 적어도 한 개인 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이들 바닥의 상부 표면(10o), 제2 상부 표면(10od), 제3 상부 표면(10oi) 및 제4 상부 표면(10or) 중 적어도 한 개의 표면이 다각형, 원형 또는 타원형 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이들 바닥에 형성된 인접한 상부 표면(10o,10od; 1ood,10oi; 10oi,10or)들의 치수는, 상기 레이들 바닥의 하부 표면(10u)과 근접한 상부 표면(10or, 10oi, 10od)이 상부에 배열된 표면(10oi, 10od, 10o)의 < 60%인 전체 면적을 가지도록 결정되는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이들 바닥에 형성된 인접한 상부 표면(10o,10od; 1ood,10oi; 10oi,10or)들은 20 내지 200mm 만큼 수직으로 오프셋 배열되어 상부 표면들의 각 주변부들의 적어도 일부분인 스텝(S)을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스텝(S)은 상기 상부 표면(10od,10oi,10or)들 중 상대적으로 하부에 위치한 상부표면이 가지는 주변부의 적어도 50%만큼을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, r= 레이들 바닥의 반경일 때 상기 제2 상부 표면은 최소 수평 면적 Amin = ∏/4 (0,37r)2 + 0,3 및 최대 수평 면적 Amax = ∏/4 (0,8r)2 + 0,3을 가지고, ≥2의 유효 반경을 가진 모든 레이들 바닥에 대하여 r≥ 0,75m이며 rmax = 2m인 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디퓨저 박스(DB)는, 레이들 바닥이 가지는 상부표면(10o)의 총 면적의 3,7 내지 32,9%에 해당하는 수평 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디퓨저 박스(DB)가 가지는 충돌 영역(10i)의 상부 표면을 따르는 중심점(CP1) 및 상부 표면(10od)을 따르는 중심점(CP2)사이의 거리는 상기 레이들 바닥의 최대 수평 연장부의 30 내지 75%인 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이들 바닥에 배열된 가스 정화 플러그(GP)의 중심 종 방향 축 및 상기 디퓨저 박스(DB)가 가지는 상부 표면(10od)을 따르는 중심점(CP2)사이의 거리는 상기 레이들 바닥의 최대 수평 연장부의 30 내지 75%인 것을 특징으로 하는 레이들 바닥.
  14. 제1항을 따르고 제2항 내지 제13항 중 한 개이상의 항이 가지는 특징을 선택적으로 조합하는 레이들 바닥을 가진 야금학적 레이들.
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