WO2015119351A1 - 슬라이트 게이트 및 슬라이드 게이트용 밸브판 - Google Patents

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WO2015119351A1
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valve plate
short side
long side
length
slide gate
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PCT/KR2014/008778
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황운봉
김영애
선종민
조한동
이형곤
류성남
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CHOSUN REFRACTORIES Co Ltd
POSTECH Academy Industry Foundation
Original Assignee
CHOSUN REFRACTORIES Co Ltd
POSTECH Academy Industry Foundation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/22—Closures sliding-gate type, i.e. having a fixed plate and a movable plate in sliding contact with each other for selective registry of their openings
    • B22D41/28—Plates therefor

Definitions

  • the present invention relates to a slide gate positioned between the ladle and the tundish to adjust the flow rate of the molten steel, and more particularly to a valve plate for the slide gate that can minimize the occurrence of stress and cracks.
  • the molten steel refined from the ladle is transferred to the tundish, and a slide gate is provided between the ladle and the tundish to adjust the flow rate of the molten steel.
  • the slide gate consists of an upper valve plate and a lower valve plate on which respective orifices are formed.
  • the slide gate is opened when two orifices are in the same position, and is closed when the lower valve plate slides and the orifice of the upper valve plate is blocked by the lower valve plate. And the flow of molten steel can be adjusted by controlling the opening degree of an upper valve board orifice according to the movement degree of a lower valve board.
  • the temperature around the orifice reaches 1600 ° C., while the temperature of the outer part of the valve plate is about 400 ° C. Therefore, a temperature gradient occurs from the orifice toward the valve plate edge, and the thermal expansion difference causes cracks inside the valve plate.
  • the present invention is to provide a valve plate for a slide gate and a slide gate that can minimize the stress and crack generation occurring in the valve plate by optimizing the shape of the valve plate.
  • the valve plate for a slide gate is the first long side and the second long side facing each other and parallel to each other, the first short side and the second short side inclined contact with one end of each of the first long side and the second long side, And a third short side connecting the first short side and the second short side and a fourth short side and a fifth short side inclined contact with the other end of each of the first long side and the second long side.
  • the valve plate for the slide gate is symmetrical with respect to the center line parallel to the first long side and the second long side while maintaining the same distance as the first long side and the second long side, and an orifice is formed on the center line.
  • the first long side and the second long side may have the same length, and the length of the first long side and the second long side may be greater than the length of each of the first short side to the fifth short side.
  • the first short side and the second short side may have the same length, and the length of the third short side may be smaller than the length of each of the first short side and the second short side.
  • the corners where the fourth short side and the fifth short side contact each other may be rounded.
  • the orifice may be located between the first and second long sides, each of the first and second long sides having a length of ⁇ 1 and a ⁇ 2 by an imaginary vertical line perpendicular to the center line and meeting the shape center of the orifice. It may be bisected into a second part having a length of.
  • the first long side and the second long side may be formed to satisfy the following conditions.
  • An imaginary right triangle may be set on the valve plate, each of which is a hypotenuse of the fourth short side and the fifth short side, and the right triangle may have a base length of k1 length and a height of k2 length.
  • the fourth short side and the fifth short side may be formed to satisfy the following conditions.
  • the slide gate according to an embodiment of the present invention includes a valve plate of the above-described configuration as the upper valve plate and the lower valve plate, the lower valve plate is moved by the stroke length of S to open and close the orifice of the upper valve plate.
  • the overall length D1 of the valve plate may be in the range of 2 to 3 times the stroke length S, and the overall width D2 of the valve plate may be in the range of 1 to 1.5 times the stroke length S. Can be.
  • the valve plate for a slide gate of this embodiment is configured in a hexagonal shape, and the maximum stress generated in the valve plate is optimized by optimizing the inclination and length of the first short side, second short side, fourth short side, and fifth short side to which the clamping force is applied. Can be reduced. As a result, the crack generation of a valve board can be suppressed and the service life of a valve board can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of a valve plate for a slide gate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are cutaway perspective views of the slide gate including the valve plate shown in FIG.
  • Figure 4 is a graph showing the results of numerical analysis of the maximum stress magnitude according to the change ⁇ 1 / ⁇ 2.
  • Figure 5 is a graph showing the numerical results of the maximum stress magnitude according to the change of k1 / k2.
  • FIG. 1 is a perspective view of a valve plate for a slide gate according to an embodiment of the present invention.
  • valve plate 100 of the present embodiment forms a circular orifice 19 for discharging molten steel as a plate of a heptagon shape having a constant thickness.
  • valve plate 100 faces the first long side 11 and the second long side 12 facing each other and is inclined to abut one end of each of the first long side 11 and the second long side 12.
  • the first long side 11 and the second long side 12 are formed to have the same length, and the lengths of the first long side 11 and the second long side 12 are each of the first short side to the fifth short side 21 to 25. Greater than the length
  • the first short side 21 and the second short side 22 are inclined to contact the left end of each of the first long side 11 and the second long side 12, and the third short side 23 is the first short side. (21) and the second short side 22 are connected.
  • the first short side 21 and the second short side 22 may have the same length, and the length of the third short side 23 may be smaller than the length of each of the first short side 21 and the second short side 22.
  • the fourth short side 24 and the fifth short side 25 are inclined to contact the right ends of the first long side 11 and the second long side 12, respectively, and the fourth short side 24 and the fifth short side. 25 is formed in the same length.
  • the corners where the fourth short side 24 and the fifth short side 25 contact each other may be rounded to a predetermined curvature without being sharply formed.
  • the valve plate 100 has a rhombus shape in contact with one side of the center rectangular part and a triangular shape in contact with the other side of the center rectangular part.
  • the corners in which the first long side 11 and the second long side 12 and the first short side to fifth short sides 21 to 25 are in contact with each other may be rounded to suppress stress concentration at the edge.
  • An imaginary center line CC parallel to the first long side 11 and the second long side 12 may be set on the valve plate 100 while maintaining the same distance as the first long side 11 and the second long side 12.
  • the valve plate 100 is symmetrical with respect to this center line C-C (up and down symmetry with reference to FIG. 1), and the orifice 19 is located on this center line C-C.
  • the shape center of the orifice 19 is located on this center line C-C.
  • the orifice 19 does not deviate between the first long side 11 and the second long side 12.
  • the first long side 11 and the second long side 12 are divided into the first parts 11a and 12a and the second parts 11b and 12b based on the vertical line DD, and the first parts 11a and 12a.
  • second portions 11b and 12b have a length of ⁇ 1 and ⁇ 2, respectively.
  • the first portions 11a and 12a are in contact with the first short side 21 and the second short side 22, and the second portions 11b and 12b are in contact with the fourth short side 24 and the fifth short side 25.
  • the length ⁇ 1 of the first portions 11a and 12a is greater than the length ⁇ 2 of the second portions 11b and 12b. That is, the orifice 19 is located closer to the fourth short side 24 and the fifth short side 25 than the first short side 21 and the second short side 22.
  • the first short side 21 has an inclination of an acute angle with respect to the first long side 11, and the second short side 22 has an inclination of an acute angle with respect to the second long side 12.
  • inclinations of the first short side 21 and the second short side 22 are denoted by ⁇ .
  • a virtual right triangle may be set on the valve plate 100, each of the fourth short side 24 and the fifth short side 25 as a hypotenuse.
  • the base side k1 of the right triangle is parallel to the center line C-C, and a part of the base side overlaps the center line C-C.
  • the height k2 of the right triangle is parallel to the vertical line D-D.
  • the slopes of the fourth short side 24 and the fifth short side 25 are determined by k1 and k2 values.
  • the first short side 21, the second short side 22, the fourth short side 24, and the fifth short side 25 of the valve plate 100 are in contact with the stopper of the clamping device, not shown, to apply the clamping force from the clamping device. It is a licensed part. And the surface pressure according to the weight of the molten steel is applied to the entire surface of the valve plate (100).
  • FIG. 2 and 3 are cutaway perspective views of the slide gate including the valve plate shown in FIG. 1, showing FIG. 2 in an open state, and FIG. 3 showing a closed state.
  • two valve plates 110 and 120 are stacked to form a slide gate 200. That is, the slide gate 200 is composed of an upper valve plate 110 and a lower valve plate 120, and the two valve plates 110 and 120 have the same configuration as the valve plate 100 shown in FIG. 1.
  • the upper valve plate 110 is disposed to be opposite to the left and right with respect to the lower valve plate 120. That is, when the fourth short side 24 and the fifth short side 25 of the lower valve plate 120 are located to the right side, the fourth short side 24 and the fifth short side 25 of the upper valve plate 110 are leftward. Is located towards.
  • the orifice 19 of the upper valve plate 110 is connected to the upper nozzle (not shown) to keep the molten steel flowing at all times.
  • the slide gate 200 is in an open state, and the lower valve plate 120 slides so that the upper valve plate ( Clogging the orifice 19 of 110 causes the slide gate 200 to switch to a closed state.
  • the valve plate 100 of the present embodiment may be configured as a hexagonal shape, thereby minimizing the generation of stress as compared with a valve plate having another conventional shape.
  • the valve plate without the first long side 11 and the second long side 12 may have a pentagonal shape, and the valve plate 100 of the present embodiment may lower the maximum stress value compared to the pentagonal valve plate.
  • Table 1 shows the numerical results of the maximum stress magnitude according to the ratio of ⁇ 1 and ⁇ 2 and the change in the slope ⁇ of the first short side 21 and the second short side 22 under the same clamp pressure.
  • the maximum stress means the maximum tensile stress acting on the valve plate 100, and the smaller the magnitude, the less the occurrence of cracking.
  • Sample 1 is a pentagonal valve plate
  • Samples 2 to 9 are seven-valve valve plates. It can be seen that the maximum stress of Samples 2 to 9 was reduced compared to Sample 1 under conditions in which the same clamping pressure was applied to Samples 1 to 9. In particular, as the lengths of the first long side 11 and the second long side 12 are greater than the length of the entire valve plate 100, it can be seen that the maximum stress is greatly reduced.
  • the length ratio ⁇ 1: ⁇ 2 and the fourth short side 24 of the first portion 11a and the second portion 11b for dividing the first long side 11 are hypotenuse.
  • the base and height ratio k1: k2 of the right triangle are related to the stress of the valve plate 100.
  • Figure 4 is a graph showing the numerical results of the maximum stress magnitude according to the change ⁇ 1 / ⁇ 2 for Samples 10 to 13.
  • Table 2 below shows the shape characteristics of Samples 10 to 13.
  • the maximum stress generated in the valve plate 100 decreases as the value of ⁇ 1 / ⁇ 2 increases for all of the samples 10 to 13.
  • the valve plate 100 can obtain the effect of reducing the maximum stress when the value of ⁇ 1 / ⁇ 2 is 2 or more, and especially when the value of ⁇ 1 / ⁇ 2 is 2 or more in Samples 11 to 13, the maximum stress does not show a large change.
  • the lower limit of the value of ⁇ 1 / ⁇ 2 in the valve plate 100 is 2, and the value of ⁇ 1 / ⁇ 2 can be increased within a range that can be implemented. It may be set to satisfy.
  • the valve plate 100 may obtain an effect of reducing the maximum stress when the k1 / k2 value is 2.75 or less, and k1 / k2 of 1.5 or less may not be manufactured. Therefore k1 / k2 may be set to satisfy the range of 1.5 to 2.75.
  • the full length and the full width, the length ⁇ 1 of the first portions 11a and 21a and the length of the third short side 23 are lower valve plates when the slide gate 200 is operated. It is related to the stroke length, which is the travel distance of 120.
  • the stroke length which is the travel distance of 120.
  • D1 the entire length of the valve plate 100
  • D2 the overall width
  • D2 the stroke length of the lower valve plate 120 in Figure 3
  • the total length D1 of the valve plate 100 may be set to satisfy the range of 2 times to 3 times the stroke length S.
  • the total length D1 of the valve plate 100 is less than twice the stroke length S, the length of the valve plate 100 is not sufficient in the operation direction of the valve plate 100, so the lower valve plate in the closed state. 120 may not block the orifice 19 of the upper valve plate 110, so that molten steel may leak out.
  • the manufacturing cost of the valve plate 100 may increase due to excessive material use.
  • the overall width D2 of the valve plate 100 may be set to satisfy the range of 1 to 1.5 times the stroke length S.
  • the overall width D2 of the valve plate 100 is less than one times the stroke length S, the first and second long sides 11 and 12 and the orifice 19 are excessively positioned so that they are perpendicular to the orifice 19. There is a possibility of cracking in the direction.
  • the overall width D2 of the valve plate 100 exceeds 1.5 times the stroke length S, there is no change in the performance of the valve plate 100, but the materials used may be wasted.
  • the length ⁇ 1 of the first portions 11a and 12a may be set to satisfy the range of 0.2 times to 0.5 times the stroke length S.
  • FIG. And the length of the third short side 23 may be set to satisfy the range of 0.5 times to 1 times the stroke length (S).
  • the valve plate 100 of the present embodiment has a hexagonal shape, and includes the first short side 21, the second short side 22, the fourth short side 24, and the fifth short side 25 to which the clamping force is applied.
  • the maximum stress generated in the valve plate 100 can be reduced.
  • crack generation of the valve plate 100 can be suppressed to improve the service life of the valve plate 100.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

레이들과 턴디쉬 사이에 위치하여 용강의 유량을 조절하는 슬라이드 게이트용 밸브판이 개시된다. 슬라이드 게이트용 밸브판은 서로 마주하며 나란한 제1 장변 및 제2 장변과, 제1 장변 및 제2 장변 각각의 일측 단부와 경사지게 접하는 제1 단변 및 제2 단변과, 제1 단변과 제2 단변을 연결하는 제3 단변과, 제1 장변 및 제2 장변 각각의 타측 단부와 경사지게 접하는 제4 단변 및 제5 단변을 가지는 칠각 형상으로 이루어진다. 슬라이드 게이트용 밸브판은 제1 장변 및 제2 장변과 같은 거리를 유지하면서 제1 장변 및 제2 장변과 나란한 중앙선을 기준으로 대칭을 이루며, 중앙선 상에 오리피스가 형성된다.

Description

슬라이트 게이트 및 슬라이드 게이트용 밸브판
본 발명은 레이들과 턴디쉬 사이에 위치하여 용강의 유량을 조절하는 슬라이드 게이트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응력과 크랙 발생을 최소화할 수 있는 슬라이드 게이트용 밸브판에 관한 것이다.
연속 주조 시 레이들에서 정련된 용강을 턴디쉬로 옮기는 과정을 거치게 되며, 이때 용강의 유량을 조절하기 위해 레이들과 턴디쉬 사이에 밸브 역할을 하는 슬라이드 게이트가 장착된다. 슬라이드 게이트는 각각의 오리피스가 형성된 상부 밸브판과 하부 밸브판으로 구성된다.
슬라이드 게이트는 두 개의 오리피스가 같은 위치일 때 열린 상태가 되고, 하부 밸브판이 슬라이딩하여 상부 밸브판의 오리피스가 하부 밸브판에 의해 막힐 때 닫힌 상태가 된다. 그리고 하부 밸브판의 이동 정도에 따라 상부 밸브판 오리피스의 열린 정도를 제어함으로써 용강의 유랑을 조절할 수 있다.
전술한 밸브판에서 오리피스 주변의 온도는 1600℃에 달하는 반면 밸브판의 바깥 부분 온도는 400℃ 정도이다. 따라서 오리피스에서 밸브판 가장자리를 향해 온도 구배가 발생하며, 이러한 열팽창 차이로 인해 밸브판 내부에 크랙이 발생하게 된다.
크랙 발생을 억제하기 위해 스토퍼 등의 기구를 이용하여 밸브판의 외부를 클램핑하는 방법이 사용되고 있다. 그러나 동일한 클램핑 힘을 가했을 때 밸브판의 형상에 따라 발생하는 응력이 달라지므로 응력 발생을 최소화하기 위한 밸브판의 형상 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 밸브판의 형상을 최적화하여 밸브판에 발생하는 응력 및 크랙 발생을 최소화할 수 있는 슬라이드 게이트 및 슬라이드 게이트용 밸브판을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 게이트용 밸브판은 서로 마주하며 나란한 제1 장변 및 제2 장변과, 제1 장변 및 제2 장변 각각의 일측 단부와 경사지게 접하는 제1 단변 및 제2 단변과, 제1 단변과 제2 단변을 연결하는 제3 단변과, 제1 장변 및 제2 장변 각각의 타측 단부와 경사지게 접하는 제4 단변 및 제5 단변을 가지는 칠각 형상으로 이루어진다. 슬라이드 게이트용 밸브판은 제1 장변 및 제2 장변과 같은 거리를 유지하면서 제1 장변 및 제2 장변과 나란한 중앙선을 기준으로 대칭을 이루며, 중앙선 상에 오리피스가 형성된다.
제1 장변과 제2 장변은 같은 길이로 형성될 수 있고, 제1 장변과 제2 장변의 길이는 제1 단변 내지 제5 단변 각각의 길이보다 클 수 있다. 제1 단변과 제2 단변은 같은 길이로 형성될 수 있으며, 제3 단변의 길이는 제1 단변 및 제2 단변 각각의 길이보다 작을 수 있다. 제4 단변과 제5 단변이 접하는 모서리는 라운드 처리될 수 있다.
오리피스는 제1 장변과 제2 장변 사이에 위치할 수 있고, 제1 장변과 제2 장변 각각은 중앙선과 직교하면서 오리피스의 형상 중심과 만나는 가상의 수직선에 의해 δ1의 길이를 가지는 제1 부분과 δ2의 길이를 가지는 제2 부분으로 양분될 수 있다. 제1 장변과 제2 장변은 하기 조건을 만족하도록 형성될 수 있다.
2 ≤ δ1/δ2 ≤ 3.5
밸브판 상에 제4 단변과 제5 단변 각각을 빗변으로 하는 가상의 직각 삼각형이 설정될 수 있고, 직각 삼각형은 k1 길이의 밑변과 k2 길이의 높이를 가질 수 있다. 제4 단변과 제5 단변은 하기 조건을 만족하도록 형성될 수 있다.
1.5 ≤ k1/k2 ≤ 2.75
본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 게이트는 전술한 구성의 밸브판을 상부 밸브판과 하부 밸브판으로 포함하며, 하부 밸브판은 S의 스트로크 길이만큼 움직여 상부 밸브판의 오리피스를 열고 닫는다.
밸브판의 전체 길이(D1)는 스트로크 길이(S)의 2배 내지 3배 범위에 속할 수 있고, 밸브판의 전체 폭(D2)은 스트로크 길이(S)의 1배 내지 1.5배의 범위에 속할 수 있다.
본 실시예의 슬라이드 게이트용 밸브판은 칠각형으로 구성되고, 클램핑 힘이 가해지는 제1 단변, 제2 단변, 제4 단변, 및 제5 단변의 기울기와 길이를 최적화함으로써 밸브판에 발생하는 최대 응력을 감소시킬 수 있다. 그 결과 밸브판의 균열 발생을 억제하여 밸브판의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 게이트용 밸브판의 사시도이다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시한 밸브판을 구비한 슬라이드 게이트의 절개 사시도이다.
도 4는 δ1/δ2 변화에 따른 최대 응력 크기의 수치해석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 k1/k2 변화에 따른 최대 응력 크기의 수치해석 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 게이트용 밸브판의 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예의 밸브판(100)은 일정한 두께를 가진 칠각 형상의 판으로서 용강을 배출하기 위한 원형의 오리피스(19)를 형성한다.
구체적으로, 밸브판(100)은 서로 마주하며 나란한 제1 장변(11) 및 제2 장변(12)과, 제1 장변(11) 및 제2 장변(12) 각각의 일측 단부와 경사지게 접하는 제1 단변(21) 및 제2 단변(22)과, 제1 장변(11)과 직교하며 제1 단변(21) 및 제2 단변(22)을 연결하는 제3 단변(23)과, 제1 장변(11) 및 제2 장변(12) 각각의 타측 단부와 경사지게 접하는 제4 단변(24) 및 제5 단변(25)을 포함한다.
제1 장변(11)과 제2 장변(12)은 같은 길이로 형성되며, 제1 장변(11) 및 제2 장변(12)의 길이는 제1 단변 내지 제5 단변(21~25) 각각의 길이보다 크다.
도 1을 기준으로 제1 단변(21)과 제2 단변(22)은 제1 장변(11) 및 제2 장변(12) 각각의 좌측 단부와 경사지게 접하고, 제3 단변(23)이 제1 단변(21)과 제2 단변(22)을 연결한다. 제1 단변(21)과 제2 단변(22)은 같은 길이로 형성되며, 제3 단변(23)의 길이는 제1 단변(21) 및 제2 단변(22) 각각의 길이보다 작을 수 있다.
도 1을 기준으로 제4 단변(24)과 제5 단변(25)은 제1 장변(11) 및 제2 장변(12) 각각의 우측 단부와 경사지게 접하며, 제4 단변(24)과 제5 단변(25)은 같은 길이로 형성된다. 제4 단변(24)과 제5 단변(25)이 접하는 모서리는 뾰족하게 형성되지 않고 소정의 곡률로 라운드 처리될 수 있다.
전술한 밸브판(100)은 중앙 사각부의 일측에 마름모 형상이 접하고, 중앙 사각부의 타측에 삼각 형상이 접하는 칠각형으로 이루어진다. 이때 제1 장변(11) 및 제2 장변(12)과, 제1 단변 내지 제5 단변(21~25)이 서로 접하는 모서리는 모두 라운드 처리되어 모서리의 응력 집중을 억제할 수 있다.
밸브판(100) 상에는 제1 장변(11) 및 제2 장변(12)과 같은 거리를 유지하면서 제1 장변(11) 및 제2 장변(12)과 나란한 가상의 중앙선(C-C)이 설정될 수 있다. 밸브판(100)은 이 중앙선(C-C)을 기준으로 대칭(도 1을 기준으로 상하 대칭)을 이루며, 오리피스(19)는 이 중앙선(C-C) 상에 위치한다. 특히 오리피스(19)의 형상 중심이 이 중앙선(C-C) 상에 위치한다. 오리피스(19)는 제1 장변(11) 및 제2 장변(12) 사이를 벗어나지 않는다.
밸브판(100) 상에 오리피스(19)의 형상 중심과 만나며 중앙선(C-C)과 직교하는 가상의 수직선(D-D)이 설정될 수 있다. 제1 장변(11)과 제2 장변(12)은 수직선(D-D)을 기준으로 제1 부분(11a, 12a)과 제2 부분(11b, 12b)으로 양분되며, 제1 부분(11a, 12a)과 제2 부분(11b, 12b)은 각각 δ1과 δ2의 길이를 가진다. 제1 부분(11a, 12a)은 제1 단변(21) 및 제2 단변(22)과 접하고, 제2 부분(11b, 12b)은 제4 단변(24) 및 제5 단변(25)과 접한다.
제1 부분(11a, 12a)의 길이(δ1)는 제2 부분(11b, 12b)의 길이(δ2)보다 크다. 즉 오리피스(19)는 제1 단변(21) 및 제2 단변(22)보다 제4 단변(24) 및 제5 단변(25)에 더 가깝게 위치한다. 제1 단변(21)은 제1 장변(11)에 대해 예각의 기울기를 가지며, 제2 단변(22)은 제2 장변(12)에 대해 같은 예각의 기울기를 가진다. 도 1에서 제1 단변(21)과 제2 단변(22)의 기울기를 θ로 표시하였다.
또한, 밸브판(100) 상에 제4 단변(24)과 제5 단변(25) 각각을 빗변으로 하는 가상의 직각 삼각형이 설정될 수 있다. 직각 삼각형의 밑변(k1)은 중앙선(C-C)과 나란하고, 밑변의 일부는 중앙선(C-C)과 겹친다. 직각 삼각형의 높이(k2)는 수직선(D-D)과 나란하다. 제4 단변(24)과 제5 단변(25)의 기울기는 k1과 k2 값에 의해 결정된다.
밸브판(100) 가운데 제1 단변(21), 제2 단변(22), 제4 단변(24), 및 제5 단변(25)은 도시하지 않은 클램핑 장치의 스토퍼와 접하여 클램핑 장치로부터 클램핑 힘을 인가받는 부분이다. 그리고 밸브판(100) 전체면에 용강의 무게에 따른 면압이 인가된다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시한 밸브판을 구비한 슬라이드 게이트의 절개 사시도로서, 도 2가 열린 상태를 나타내고, 도 3이 닫힌 상태를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예의 밸브판(110, 120)은 두 개가 상호 적층되어 슬라이드 게이트(200)를 구성한다. 즉 슬라이드 게이트(200)는 상부 밸브판(110)과 하부 밸브판(120)으로 구성되며, 두 개의 밸브판(110, 120)은 도 1에 도시한 밸브판(100)과 같은 구성으로 이루어진다.
하부 밸브판(120)을 기준으로 상부 밸브판(110)은 좌우가 반대가 되도록 배치된다. 즉 하부 밸브판(120)의 제4 단변(24)과 제5 단변(25)이 우측을 향해 위치할 때 상부 밸브판(110)의 제4 단변(24)과 제5 단변(25)은 좌측을 향해 위치한다.
상부 밸브판(110)의 오리피스(19)는 도시하지 않은 상위 노즐과 연결되어 용강이 항상 흐르는 상태를 유지한다. 하부 밸브판(120)의 오리피스(19)가 상부 밸브판(110)의 오리피스(19)와 겹칠 때 슬라이드 게이트(200)는 열린 상태가 되고, 하부 밸브판(120)이 슬라이딩하여 상부 밸브판(110)의 오리피스(19)를 막으면 슬라이드 게이드(200)는 닫힌 상태로 전환된다.
다시 도 1을 참고하면, 본 실시예의 밸브판(100)은 칠각형으로 구성됨에 따라 종래의 다른 형상을 갖춘 밸브판 대비 응력 발생을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 제1 장변(11)과 제2 장변(12)이 없는 밸브판은 오각 형상이 되며, 본 실시예의 밸브판(100)은 오각 형상의 밸브판 대비 최대 응력값을 낮출 수 있다.
아래 표 1에 동일한 클램프 압력이 작용하는 조건에서 δ1과 δ2의 비율 및 제1 단변(21)과 제2 단변(22)의 기울기(θ) 변화에 따른 최대 응력 크기의 수치해석 결과를 나타내었다. 최대 응력은 밸브판(100)에 작용하는 최대 인장응력을 의미하며, 그 크기가 작을수록 균열 발생이 적다.
표 1
시료 No. 1 2 3 4 5
δ1:δ2 0:0 0:1 1:1 1:3.1 1.5:1
θ(°) 8 11 13 15 16
최대 응력(MPa) 438.8 421.5 415 398.3 382.5
시료 No. 6 7 8 9
δ1:δ2 2:1 2.5:1 3:1 3.3:1
θ(°) 20 25 30 35
최대 응력(MPa) 360.8 358.6 358.6 357.3
표 1에서 시료 1은 오각형의 밸브판이고, 시료 2 내지 시료 9는 칠각형의 밸브판이다. 시료 1 내지 시료 9에 동일한 클램핑 압력이 가해진 조건에서 시료 1 대비 시료 2 내지 시료 9의 최대 응력이 감소한 것을 확인할 수 있다. 특히 전체 밸브판(100) 길이 대비 제1 장변(11)과 제2 장변(12)의 길이가 커질수록 최대 응력이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과는 밸브판의 길이 대비 제1 장변과 제2 장변의 길이가 커질수록 동일한 클램핑 압력이 가해진 조건에서 클램핑 압력의 수평방향 성분이 커지기 때문에 열 팽창으로 인해 발생하는 응력을 더 많이 억제하기 때문인 것으로 이해된다.
또한, 본 실시예의 밸브판(100)에서 제1 장변(11)을 양분하는 제1 부분(11a)과 제2 부분(11b)의 길이 비율(δ1:δ2) 및 제4 단변(24)을 빗변으로 하는 직각 삼각형의 밑변과 높이 비율(k1:k2)은 밸브판(100)의 응력과 관련이 있다.
도 4는 시료 10 내지 시료 13에 대해 δ1/δ2 변화에 따른 최대 응력 크기의 수치해석 결과를 나타낸 그래프이다. 아래 표 2에 시료 10 내지 시료 13의 형상 특성을 나타내었다.
표 2
제1 단변의 기울기(°) k1:k2 오리피스 지름(mm) 제3 단변의 길이(mm)
시료 10 22.04 1.55:1 35 90
시료 11 12.93 1.54:1 60 125
시료 12 19.54 1.92:1 55 100
시료 13 19.29 2.29:1 85 135
도 4에 나타낸 바와 같이, 시료 10 내지 시료 13 모두에 대하여 δ1/δ2 값이 커짐에 따라 밸브판(100)에 발생하는 최대 응력이 작아지는 것을 확인할 수 있다. 밸브판(100)은 δ1/δ2 값이 2 이상일 때 최대 응력이 감소하는 효과를 얻을 수 있으며, 특히 시료 11 내지 시료 13에서 δ1/δ2 값이 2 이상일 때 최대 응력은 큰 변화를 보이지 않는다.
밸브판(100)에서 δ1/δ2 값의 하한은 2이며, 구현 가능한 범위 내에서 δ1/δ2 값을 높일 수 있으나 δ1/δ2 값이 커질수록 재료 사용이 늘어나므로 δ1/δ2는 2 내지 3.5의 범위를 만족하도록 설정될 수 있다.
도 5는 시료 14 내지 시료 17에 대해 k1/k2 변화에 따른 최대 응력 크기의 수치해석 결과를 나타낸 그래프이다. 아래 표 3에 시료 14 내지 시료 17의 형상 특성을 나타내었다.
표 3
δ1:δ2 제1 단변의 기울기(°) 오리피스 지름(mm) 제3 단변의 길이(mm)
시료 14 3:1 22.04 35 90
시료 15 1.17:1 12.93 60 125
시료 16 2.08:1 19.54 55 100
시료 17 2.11:1 19.29 85 135
도 5에 나타난 바와 같이, 시료 14 내지 시료 17 모두에 대하여 k1/k2 값이 작을수록 밸브판(100)에 발생하는 최대 응력이 작아지는 것을 확인할 수 있다. 밸브판(100)은 k1/k2 값이 2.75 이하일 때 최대 응력이 감소하는 효과를 얻을 수 있으며, 1.5 이하의 k1/k2는 제작이 불가능하다. 따라서 k1/k2는 1.5 내지 2.75 범위를 만족하도록 설정될 수 있다.
한편, 본 실시예의 밸브판(100)에서 전체 길이 및 전체 폭과 제1 부분(11a, 21a)의 길이(δ1) 및 제3 단변(23)의 길이는 슬라이드 게이트(200) 작동 시 하부 밸브판(120)의 이동 거리인 스트로크 길이와 관련이 있다. 도 1에서 밸브판(100)의 전체 길이를 D1으로 표시하고, 전체 폭을 D2로 표시하였다. 그리고 도 3에서 하부 밸브판(120)의 스트로크 길이를 S로 표시하였다.
밸브판(100)의 전체 길이(D1)는 스트로크 길이(S)의 2배 내지 3배 범위를 만족하도록 설정될 수 있다. 밸브판(100)의 전체 길이(D1)가 스트로크 길이(S)의 2배 미만이면 밸브판(100)의 작동 방향을 따라 밸브판(100)의 길이가 충분하지 못하므로 닫힌 상태에서 하부 밸브판(120)이 상부 밸브판(110)의 오리피스(19)를 막지 못하여 용강이 새어나올 가능성이 있다. 한편 밸브판(100)의 전체 길이(D1)가 스트로크 길이(S)의 3배를 초과하면 과도한 재료 사용으로 인해 밸브판(100)의 제조 비용이 높아질 수 있다.
밸브판(100)의 전체 폭(D2)은 스트로크 길이(S)의 1배 내지 1.5배 범위를 만족하도록 설정될 수 있다. 밸브판(100)의 전체 폭(D2)이 스트로크 길이(S)의 1배 미만이면 제1 및 제2 장변(11, 12)과 오리피스(19)가 과도하게 가깝게 위치하므로 오리피스(19)로부터 수직 방향으로 크랙이 발생할 가능성이 있다. 한편, 밸브판(100)의 전체 폭(D2)이 스트로크 길이(S)의 1.5배를 초과하면 밸브판(100)의 성능에는 변화가 없으나 사용되는 재료가 낭비될 수 있다.
제1 부분(11a, 12a)의 길이(δ1)는 스트로크 길이(S)의 0.2배 내지 0.5배 범위를 만족하도록 설정될 수 있다. 그리고 제3 단변(23)의 길이는 스트로크 길이(S)의 0.5배 내지 1배 범위를 만족하도록 설정될 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 밸브판(100)은 칠각형으로 구성되고, 클램핑 힘이 가해지는 제1 단변(21), 제2 단변(22), 제4 단변(24), 및 제5 단변(25)의 기울기와 길이를 최적화함으로써 밸브판(100)에 발생하는 최대 응력을 감소시킬 수 있다. 그 결과 밸브판(100)의 균열 발생을 억제하여 밸브판(100)의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 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.

Claims (11)

  1. 서로 마주하며 나란한 제1 장변 및 제2 장변과, 제1 장변 및 제2 장변 각각의 일측 단부와 경사지게 접하는 제1 단변 및 제2 단변과, 제1 단변과 제2 단변을 연결하는 제3 단변과, 제1 장변 및 제2 장변 각각의 타측 단부와 경사지게 접하는 제4 단변 및 제5 단변을 가지는 칠각 형상으로 이루어지며,
    상기 제1 장변 및 상기 제2 장변과 같은 거리를 유지하면서 상기 제1 장변 및 상기 제2 장변과 나란한 중앙선을 기준으로 대칭을 이루고, 중앙선 상에 오리피스가 형성되는 슬라이드 게이트용 밸브판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 장변과 상기 제2 장변은 같은 길이로 형성되며,
    상기 제1 장변과 상기 제2 장변의 길이는 상기 제1 단변 내지 상기 제5 단변 각각의 길이보다 큰 슬라이드 게이트용 밸브판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단변과 상기 제2 단변은 같은 길이로 형성되고,
    상기 제3 단변의 길이는 상기 제1 단변 및 상기 제2 단변 각각의 길이보다 작은 슬라이드 게이트용 밸브판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제4 단변과 상기 제5 단변이 접하는 모서리는 라운드 처리되는 슬라이드 게이트용 밸브판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오리피스는 상기 제1 장변과 상기 제2 장변 사이에 위치하고,
    상기 제1 장변과 상기 제2 장변 각각은 상기 중앙선과 직교하면서 상기 오리피스의 형상 중심과 만나는 가상의 수직선에 의해 δ1의 길이를 가지는 제1 부분과 δ2의 길이를 가지는 제2 부분으로 양분되는 슬라이드 게이트용 밸브판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 장변과 상기 제2 장변은 하기 조건을 만족하도록 형성되는 슬라이드 게이트용 밸브판.
    2 ≤ δ1/δ2 ≤ 3.5
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸브판 상에 상기 제4 단변과 상기 제5 단변 각각을 빗변으로 하는 가상의 직각 삼각형이 설정되고,
    상기 직각 삼각형은 k1 길이의 밑변과 k2 길이의 높이를 가지는 슬라이드 게이트용 밸브판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제4 단변과 상기 제5 단변은 하기 조건을 만족하도록 형성되는 슬라이드 게이트용 밸브판.
    1.5 ≤ k1/k2 ≤ 2.75
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 밸브판을 상부 밸브판과 하부 밸브판으로 포함하는 슬라이트 게이트에 있어서,
    상기 하부 밸브판이 S의 스트로크 길이만큼 움직여 상기 상부 밸브판의 오리피스를 열고 닫는 슬라이드 게이트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브판의 전체 길이(D1)는 상기 스트로크 길이(S)의 2배 내지 3배 범위에 속하는 슬라이드 게이트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밸브판의 전체 폭(D2)은 상기 스트로크 길이(S)의 1배 내지 1.5배의 범위에 속하는 슬라이드 게이트.
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