침수식 워터 노즐은 연속 주조 결정기 내 강액 흐름을 유도하는 부품으로, 침수식 워터 노즐 구조 최적화 및 강액 흐름 상태 개선은 고품질 주괴 생산에 매우 중요하다. 허난의 한 제강소에서 230 mm×1,650 mm 폭 두꺼운 슬래브 연속 주조 결정기 내 유동장을 연구 대상으로 하여 ANSYS-FLUENT 소프트웨어를 활용한 체계적인 수치 해석 연구를 수행하였다. 생산 과정 중 결정기 내 강액면의 심한 요동 현상에 대응하기 위해 신형 편평 노즐을 도입하여 교체 후 침수식 워터 노즐이 결정기 내 강액 유동장에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과, 편평 노즐 교체 후 결정기 내 강액 유동장 흐름 경향이 개선되었으며, 교체 전 원형 노즐 사용 시 결정기 내 자유 강액면 속도 변동이 크고, 노즐로부터 0~0.3 m 범위 내 슬래그 계면 속도 변동도 최대 0.3 m/s에 달해 강액면 요동과 표면 슬래그 포함 현상이 심각하여 주괴 품질에 악영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 편평 노즐은 원형 노즐 대비 난류 에너지를 50% 감소시켜 노즐 결빙 막힘 위험을 크게 줄이고 수명을 향상시켰다. 종합 분석 결과, 신형 편평 노즐이 폭두꺼운 슬래브 현장에 더 적합함을 확인하였다. 마지막으로 편평 노즐 공정 파라미터 시뮬레이션을 통해 노즐 침수 깊이 125 mm, 주조 속도 0.8 m/min, 노즐 경사각 15°에서 결정기 내 강액 유동장 형상이 이상적으로 형성되어 신형 노즐 최적 사용 공정 방안으로 제시되었으며, 해당 제강소의 합리적 공정 파라미터 수립에 참고와 지침이 된다.

연속 주조 결정기; 침수식 워터 노즐; 구조 최적화; 유동장 제어; 공정 파라미터