KR20200077850A - 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치에 관한 것으로, 용강을 수용하는 래들, 상기 래들에 수용된 용강을 턴디시로 이동시키는 노즐, 상기 용강이 이동하는 노즐 통로의 개폐를 제어하는 슬라이드 게이트 및 상기 노즐로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고, 상기 노즐은, 상기 슬라이드 게이트를 기준으로 상부에 위치한 상부 노즐과 하부에 위치한 하부 노즐로 구성되고, 상기 상부 노즐과 하부 노즐은 슬라이드 게이트를 매개로 서로 어긋나게 연결되며, 상기 가스 공급부는 상기 하부 노즐에 연결되어 불활성 가스를 공급하여 용강에 기포를 발생시킨다.

Description

용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치 {MOLTEN STEEL TRANSFERRING APPARATUS WITH MEANS FOR TRAPPING INCLUSION}

본 기재는, 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용강 내에 미세한 크기의 기포를 발생시켜 기포에 대한 개재물의 부착률을 높이고, 이를 부상분리 시킴으로써 용강의 청정도가 향상된 용강 이송장치에 관한 것이다.

연속 주조 설비는 제강 설비로부터 정련된 용강(molten steel)을 공급받아 주편(slab)을 제조하는 설비로서, 용강을 수용하고 운반하는 래들(ladle), 래들에서 용강을 공급받고 임시 저장하는 턴디시(turndish), 턴디시로부터 용강을 지속적으로 공급받으면서 이를 주편으로 1차 응고시키는 몰드, 몰드로부터 지속적으로 인발되는 주편을 2차 냉각시키며 일련의 성형작업을 수행하는 냉각대로 구성된다. 래들의 용강을 턴디시로 공급하는 슈라우드 노즐, 턴디시의 용강을 주형으로 공급하는 침지 노즐을 포함한다.

주편의 표면 품질은 용강 내의 개재물에 대한 청정도에 의하여 정도가 결정된다.

예를 들면, 용강 내에 개재물이 많이 포함되어 청정도가 좋지 않을 경우 개재물로 인해 주편 표면이 결함이 발생할 수 있고, 개재물에 의해 침지 노즐이 막히며 용강의 흐름에 이상이 발생하여 주편의 표면 품질이 저하될 수 있다.

따라서, 용강 내의 개재물을 효과적으로 제거할 수 있는 수단을 구비한 용강 이송장치가 필요한 실정이다.

본 발명의 일 측면은, 용강 내에 미세한 크기의 기포를 발생시켜 개재물을 제거함으로써 용강의 청정도가 향상된 용강 이송장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치는, 용강을 수용하는 래들, 상기 래들에 수용된 용강을 턴디시로 이동시키는 노즐, 상기 용강이 이동하는 노즐 통로의 개폐를 제어하는 슬라이드 게이트, 및 상기 노즐로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 노즐은 상기 슬라이드 게이트를 기준으로 상부에 위치한 상부 노즐과 하부에 위치한 하부 노즐로 구성되고, 상기 상부 노즐과 하부 노즐은 슬라이드 게이트를 매개로 서로 어긋나게 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 하부 노즐에 연결되어 불활성 가스를 공급하여 용강에 미세한 크기의 기포를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 노즐은, 상기 래들로부터 턴디시로 이송되는 용강의 유량을 늘리고자 복수 개로 마련될 수 있으며, 이에 따라 상부 노즐과 하부 노즐도 각각 복수 개로 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 복수 개의 하부 노즐들 각각에 연결되어 불활성 가스를 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 슬라이드 게이트의 직하부에 위치한 상기 하부 노즐의 일측에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부노즐은, 상기 상부 노즐의 내경을 중심으로 하는 원주 방향으로 비대칭되게 위치하여 상부 노즐과 어긋나게 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용강이 절곡된 형상의 통로를 따라 흐를 때 국부적인 영역에서 난류 에너지 소산률이 증가함을 확인하고, 해당 영역으로 불활성 가스를 공급하여 미세한 크기의 기포 또는 버블을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용강 내에 발생하는 기포의 크기를 미세화 시켜 용강 내 개재물과의 접촉 면적을 증대시킴으로써, 기포에 대한 개재물의 부착 정도를 높이고, 이를 부상분리시켜 용강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 X-X를 자른 단면도와 Y-Y를 자른 단면도를 비교한 도면이다.
도 3은 용강이 절곡된 배관 내부를 통과할 때 난류 에너지 소산률의 등고선 사진이다
도 4는 도 1의 상부 노즐과 하부 노즐의 연결 부분을 확대한 확대도이다.
도 5는 기포의 직경과 난류 에너지 소산률과의 관계식이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 이송장치(1)는, 용강을 수용하는 래들(L), 상기 용강(M)을 턴디시(10)로 이동시키기 위한 노즐(100), 상기 노즐(100)을 통해 이동하는 용강(M)의 유량 조절을 위한 슬라이드 게이트(200), 상기 노즐(100)에 불활성 가스를 공급하여 기포를 발생시키기 위한 가스 공급부(300)를 포함한다.

상기 노즐(100)은 래들(L)에 수용된 용강(M)을 턴디시(10)로 이동시킬 수 있다. 상기 노즐(100)은 래들(L)과 턴디시(10)의 사이에 마련되고 일단은 래들(L)에 연결되고 타단은 턴디시(10)에 연결될 수 있다.

상기 노즐(100)은 래들(L)에 연결되는 상부 노즐(110)과 턴디시(10)에 연결되는 하부 노즐(120)을 포함할 수 있다.

상기 슬라이드 게이트(200)는 상부 노즐(110)과 하부 노즐(120) 사이에 설치되어 상부 노즐(110)과 하부 노즐(120)을 연결하는 매개 기능을 수행할 수 있다. 상기 슬라이드 게이트(200)는 노즐(100)의 내부 통로의 개폐를 제어하여 이동하는 용강(M)의 유량을 조절할 수 있다.

상기 턴디시(10)는 래들(L)로부터 전달받은 용강을 수용하는 내부 공간을 가지며, 용강의 체류 시간을 늘리고 용강 내 개재물을 부상분리 시키기 위한 댐(11)과 위어(weir)(12)를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가스 공급부(300)는 슬라이드 게이트(200)의 하부에 위치한 하부 노즐(120)에 연결되어 하부 노즐(120)을 통과하는 용강(M)에 불활성 가스를 공급하여 기포를 발생시킬 수 있다.

상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 노즐(110)과 하부 노즐(120)은 슬라이드 게이트(200)를 매개로 하여 상호 어긋나게 연결될 수 있다.

도 2는 도 1의 X-X를 자른 단면도와 Y-Y를 자른 단면도를 비교한 도면이다.

도 1을 도 2와 함께 참조하면, 상기 하부 노즐(120)은 슬라이드 게이트(200)를 기준으로 할 때, 상부 노즐(110)의 내경(d1)을 중심으로 하는 원주 방향으로 비대칭되게 위치하여 상부 노즐(110)과 어긋나게 연결될 수 있다.

상기 상부 노즐(110)의 중심선(C1)과 하부 노즐(120)의 중심선(C2)은 동일 직선 상에 위치하지 않도록 어긋나게 연결될 수 있다.

이와 같이 어긋난 연결 구조 하에서, 상호 연결되는 상기 상부 노즐(110)과 하부 노즐(120)의 내부 통로는 절곡된 형상의 통로(150)를 형성할 수 있다.

이러한 절곡된 형상의 통로(150)를 용강(M)이 통과할 경우, 슬라이드 게이트(200)의 하부에 위치한 하부 노즐(120)의 내부에서는 용강(M)에 난류가 발생하여 용강의 흐름이 국부적으로 불균일한 영역이 존재한다.

이와 관련하여, 도 3에 도시되어 있는 용강이 절곡된 배관 내부를 통과할 때 난류 에너지 소산률의 등고선 사진을 참고할 수 있다.

일반적으로, 난류 에너지 소산률(turbulent energy dissipation rate, ε)(m²/s³)이란 용강의 유체 특성에 해당하며, 난류의 세기가 강할수록 난류 에너지 소산률(ε)은 증가하게 된다.

도 3의 난류 에너지 소산률의 등고선을 살펴보면, 배관의 절곡된 부분의 하부 측에 난류 에너지 소산률(ε)이 100 ~ 250 m²/s³ 로 측정되는 영역이 존재하며, 해당 영역에서 난류 에너지 소산률(ε)은 주변에 비해 상대적으로 높은 수치를 나타내고 있음을 알 수 있다.

즉, 배관에서 절곡된 부분의 하부에는 난류 에너지 소산률이 국부적으로 급격히 증가하는 영역이 존재함을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치는 이와 같은 용강의 유체 특성을 이용하고자 한 것이다.

도 3에서 용강이 절곡된 배관 내부를 통과하는 개념은, 도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 노즐(110)과 하부 노즐(120)이 슬라이드 게이트(200)를 매개로 서로 어긋나게 연결되는 구조에 적용할 수 있다.

도 4는 도 1의 상부 노즐과 하부 노즐의 연결 부분을 확대한 확대도이다.

도 1, 도 3 및 도 4를 함께 참조하여 이러한 개념을 본 발명에 적용하면, 상기 슬라이드 게이트(200)의 하부에는 난류 에너지 소산률(ε)이 국부적으로 급격히 증가하는 제1 영역(A1) 또는 제2 영역(A2)이 존재하게 된다.

이때, 상기 가스 공급부(300)를 통해 제1 영역(A1) 또는 제2 영역(A2)으로 불활성 가스를 공급하여 미세한 크기의 기포 또는 버블들(B)을 발생시킬 수 있다.

도 5는 기포의 직경과 난류 에너지 소산률과의 관계식이다.

도 5는 Sevick에 의해 발견된 관계식으로, D_max는 기포의 최대 직경 크기, W_ec는 웨버상수, σ_L는 용강의 표면장력, ρ_L은 용강의 밀도를 의미한다.

상기 관계식에 따르면, 기포의 최대 직경 크기(D_max)는 난류 에너지의 소산률(ε)에 반비례하므로 난류 에너지 소산률(ε)이 가장 높은 영역에서는 매우 작은 직경을 갖는 기포를 발생시킬 수 있다.

이러한 관계식을 참조하면, 난류 에너지의 소산률(ε)이 국부적으로 급증하는 제1 영역(A1) 또는 제2 영역(A2)으로 불활성 가스를 공급 시, 매우 작은 직경을 갖는 기포를 발생시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 용강(M) 내에 발생하는 기포의 크기를 미세화 시킴으로써, 용강 내 개재물과의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.

기포와 개재물의 접촉 면적이 증대될 경우, 더 많은 개재물이 기포에 부착되어 부상분리 되므로 용강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 래들(L)로부터 턴디시로 전달되는 용강의 유량을 충분하게 확보하고자, 상기 노즐(100)은 복수 개로 마련될 수 있다.

상기 노즐(100)이 복수 개로 마련된다 함은, 노즐(100)을 구성하고 있는 상부 노즐(110)과 하부 노즐(120) 각각도 복수 개로 마련될 수 있음을 의미한다.

정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치는, 용강이 이동하는 노즐 통로의 형상을 절곡된 구조로 마련하여 난류 에너지 소산률이 국부적으로 높아지는 영역을 확보하고, 해당 영역에 불활성 가스를 공급하여 미세화된 크기의 기포 내지 버블을 발생시킬 수 있다.

이와 같이 기포의 크기를 미세화 시키고, 미세 크기의 기포와 개재물의 접촉 면적을 증대시켜 기포에 대한 개재물의 부착 정도를 높이고, 이를 부상분리 시킴으로써 용강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

이와 더불어, 래들로부터 턴디시로 연결되는 노즐을 복수 개로 마련함으로써 연속 주조에 필요한 양의 용강을 턴디시로 지속적으로 공급할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 턴디시 100: 노즐
110: 상부 노즐 120: 하부 노즐
150: 통로 200: 슬라이드 게이트
300: 가스 공급부

Claims (5)

1. 용강을 수용하는 래들;
   상기 래들에 수용된 용강을 턴디시로 이동시키는 노즐;
   상기 용강이 이동하는 노즐 통로의 개폐를 제어하는 슬라이드 게이트; 및
   상기 노즐로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부;
   를 포함하고,
   상기 노즐은,
   상기 슬라이드 게이트를 기준으로, 상부에 위치한 상부 노즐과 하부에 위치한 하부 노즐로 구성되고, 상기 상부 노즐과 하부 노즐은 슬라이드 게이트를 매개로 서로 어긋나게 연결되며,
   상기 가스 공급부는,
   상기 하부 노즐에 연결되어 불활성 가스를 공급하여 용강에 기포를 발생시키는 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 노즐은,
   복수 개로 마련되는 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가스 공급부는,
   상기 복수 개의 하부 노즐들 각각에 연결되어 불활성 가스를 공급하는 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가스 공급부는,
   상기 슬라이드 게이트의 직하부에 위치한 상기 하부 노즐의 일측에 연결되는 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 하부노즐은,
   상기 상부 노즐의 내경을 중심으로 하는 원주 방향으로 비대칭되게 위치하는 용강 내 개재물 제거수단을 구비한 용강 이송장치.
   
   

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