KR100219892B1 - 진공정련용 레이들의 뚜껑 - Google Patents

Abstract

VOD 법으로 대표되는 진공정련에서 사용하는 레이들상에 뚜껑이 놓여져 개구부를 덮고 있다. 이 뚜껑은 내화물로 형성하는 것이 일반적이다. 이 내화물이 지녀야할 특성으로서는 열사이클에 의한 스폴링에 대한 내구성이 우수하고, 용강의 정련에 탈탄속도의 저감 등의 지장이 없는 것이 필요하다.

이 과제의 해결로서 레이들상에 놓여지는 뚜껑에 사용하는 내화물로서 탄소를 5 중량 % 이상을 함유하는 내화물을 전면에 사용하는 것, 또 바람직하기는 뚜껑의 중심부에 탄소를 5 중량 % 이상의 내화물을 뚜껑의 주변에 탄소 5 중량 % 이하를 함유하는 내화물을 사용하는 것이 유효하다.

Description

진공정련용 레이들의 뚜껑

본 발명은 VOD (Vacuum Oxygen Decarbonization) 법으로 대표되는 진공 정련에서 사용하는 레이들상에 설치되어서 레이들의 개구부를 덮는 뚜껑에 관한 것이다.

용강의 2 차 정련에서 사용하는 VOD 설비는 2차 정련중에, 감압 분위기하의 진공용기내에 설치된 레이들의 내부에서 생기는 버블링가스 (bubbling gas), 탈탄, 탈산 또는 탈질 (脫窒) 등의 발포에 의해서 용강 혹은 슬러그가 진공용기내로 비산, 그리고 퇴적하는 것을 방지하고, 또 처리중의 강욕방산열을 억제하기 위하여, 레이들에 뚜껑을 설치하는 것이 통상의 예이다.

이 뚜껑은 내화물로 형성하는 것이 일반적이며, 「일본국 철강편람 제 3 판 제선 . 제강」 (발행 :마루젠) 의 제 712 면의 표 13, 19 에는, 천정 내화물재로서 불소성 (不燒成) Mg - Cr 와 흑연의 조합이 개시되어 있고, 이 표와 대응하는 도 13, 111 에는 상취랜스 (a top blowing lance) 의 삽입공의 구성재가 흑연이며, 그외는 불소성 Mg - Cr 인 내화물의 사용구분이 표시되어 있다. 여기에 표시된 레이들 뚜껑은 열전도도가 1.5 kca1/mH℃ 정도의 단열연와로 분류되는 내화물인 불소성 Mg - Cr 를 삽입공 주위를 제외한 천정의 거의 전역에 시공한 것이다.

한편 레이들 뚜껑의 제조 및 보수의 비용절감을 달성하기 위하여, 예컨대 일본국 특개평 6 - 10031 호 공보에 개시된 수냉구조 뚜껑이 채용되어 가고 있다. 즉, 수냉튜브에 의해 뚜껑을 형성하고, 튜브내에 냉각수를 항상 유통시키는 것으로 튜브를 열적으로 보호하고, 반영구적인 사용을 원리적으로 가능케 한 것이다.

그러나, 상기 철강 편람에 개시된 뚜껑을 사용한 경우, 레이들 뚜껑에 있어서, 특히 용강면으로부터의 복사열이 현저한 뚜껑 중심부로부터 반경 방향으로 반경의 70 ∼ 80% 까지의 부분은, 처리중에 급격히 가열되는 한편, 비처리시간에 냉각되는 열 사이클을 반복하여 받기 때문에, 스폴링 (spalling) 이 발생하기 쉽고, 내화물 수명이 단축된다는 문제가 있었다.

또한 열 사이클에 의한 스폴링에 강하고, 예를 들면 삽입공 재질의 흑연을 전역에 시공하면, 열 스폴링 마모는 방지 가능하나, 근래 증가되고 있는 극저탄소 역의 용제에 있어서, 처리중에 흑연용출에 의한 탈탄불량이 발생하고, 더우기, 상취 산소 사용시에, 레이들의 강욕면과 뚜껑과의 사이의 공간에서 불가피하게 생기는 2차 연소에 의해서, 흑연질이 용손하여 내화물 수명이 짧아진다는 문제가 생긴다.

또 특개평 6-10031 호 공보에 개시된 수냉구조 뚜껑의 경우에는, 강욕 방산열이, 처리중에는 저온으로 유지되는 수냉튜브를 통하여, 냉각수로 거의 모두 방열되기 때문에, 처리중의 용강온도 강하가 현저하고, 처리에 필요한 열 보상이 증가하여 처리비용이 증대하게 된다는 치명적 문제를 갖고 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상술한 문제를 해결하고, 열 사이클에 의한 스폴링에 대한 내구성이 뛰어난 내화물 수명이 긴 레이들의 뚜껑을 제공하는 것에 있다.

제1도는 레이들 (ladle) 및 뚜껑을 나타내는 모식도.

제2도는 내화물의 탄소 함유량과 내열충격온도차와의 관계를 나태는 도.

제3도는 내화물의 탄소함유량과 탈탄속도와의 관계를 나타내는 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 뚜껑 2 : 레이들

3 : 랜스 삽입공 4 : 쇠틀

5 : 내주부분 6 : 외주부분

본 발명은 용강의 진공 정련에 제공하는 레이들상에 놓여지는 뚜껑으로서, 탄소를 5 중량 % 이상 함유하는 내화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공정련용 레이들의 뚜껑이다.

또한 내화물의 탄소함유량을 20 중량 % 이하로 제한하는 것이, 탈탄처리를 실시하는 데 있어 유리하다.

또 본 발명은, 용강의 진공정련에 제공하는 레이들상에 설치하는 원반상의 뚜껑으로서, 상취 랜스의 삽입공의 주변부분을 탄소함유량이 5 중량 % 이상의 내화물로 형성하는 동시에, 이 주변부분의 반경방향 외측의 부분을 탄소함유량이 5 중량 % 미만의 내화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 진공정련용 레이들의 뚜껑이다.

특히, 뚜껑의 중심으로부터 반경 방향으로 반경의 90% 이내의 부분에 탄소함유량이 5 중량 % 이상의 내화물을 배치하고, 나머지의 부분에 탄소함유량이 5 중량 % 미만의 내화물을 배치하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명키로 한다.

도 1 에 나타낸 바와같이, 레이들의 뚜껑 (1) 은, 레이들 (2) 상에 놓여져, 그의 개구부를 덮는 것이며, 원반의 중심부에 예를 들면 흑연제의 원환으로 구획된 상취 랜스의 삽입공 (3) 을 가지며, 이 삽입공 (3) 과 외연 (外緣) 의 쇠틀 (4) 과의 사이에 내화물을 맞붙여서 이루어진다.

여기서, 상기 내화물로서 탄소를 5 중량 % 이상으로 함유하는 내화물을 사용하는 것이 뚜껑 (1) 에 뛰어난 내열 스폴링성을 부여하는 데 긴요하다.

즉, 내화물의 내열 스폴링성은, 승온 혹은 냉각 과정에서의 온도 불균일에 기인한다고 생각된다. 내화물의 열전도가 상승하면 내화물 내부에서의 열 확산도 상승하고, 국소적인 고온역 혹은 저온역이 생기기 어렵게 되기 때문에, 내열 스폴링성을 개선하는 데는 열전도가 높은 것이 유리하게 된다. 이 열전도도는 탄소함유량에 따라 크게 변화하여, 예컨대 MgO 질 내화물의 경우, 500 ℃ 에 있어서의 열전도도는 MgO 내화물로 5 kcal/mH℃, 탄소를 5 중량 % 함유하는 MgO-C 내화물로 9 kcal/mH℃, 탄소를 10 중량 % 함유하는 MgO-C 내화물로 1l kcal/mH℃, 탄소를 15 중량 % 함유하는 MgO-C 내화물로 16 kcal/mH℃ 로 된다. 동일한 형태로, 1000 ℃ 에서는 MgO 내화물로 3.5 kcal/mH℃, 탄소를 5 중량 % 함유하는 MgO-C 내화물로 6.5 kcal/mH℃, 탄소를 10 중량 % 함유하는 MgO-C 내화물로 8 kcal/mH℃, 탄소를 13 중량 % 함유하는 MgO-C 내화물로 16 kcal/mH℃ 로 된다.

따라서, MgO 질 내화물이 탄소함유량과 내열 스프링성과의 관계를 구하기 위하여, 내열스폴링성의 지표로서 내열 충격 온도차를 조사하였다. 여기서 내열충격온도차란 내화물을 상온에서 급격히 어느 온도 분위기로 노출시켰을 때에, 내화물이 파손이나 균열을 발생시키지 않는 최고온도와 상온과의 온도차를 의미하고, 내열 스폴링성을 평가하는 지표로 된다. 그 결과를 도 2 에 나타낸다.

도 2 에서, 내열 충격 온도차는 내화물중의 탄소함유량 5 중량 % 를 경계로 하여 급격히 커지고, 또 20 중량 % 이상에서 한층 커지는 것이 명백하다. 즉 탄소함유량이 5 중량 % 이상, 바람직하기는 20 중량 % 이상의 내화물을 사용함으로써, 그 내화물에 의한 뚜껑의 내열 스폴링성을 개선하는 것이 가능케 되는 것이다.

그런데, 뚜껑을 구성하는 내화물의 탄소 함유량을 증가시키는 것은 뚜껑의 일부가 탈탄처리중에 용손되었을시에, 용강에 탄소원을 공급하게 되기 때문에, 탈탄을 저해할 염려가 있다. 그래서 탄소함유량을 여러 가지로 조정한 Mg0-C 내화물제의 도가니를 사용하여 용강의 탈탄처리를 행하였을 때에 평균 탈탄속도에 관하여 조사하였다. 그 결과를 도 3 에 나타낸다.

도 3 에서, 내화물의 탄소함유량이 10 중량 % 까지는, 탈탄속도의 급격한 저하는 없고, 또 실제의 탈탄처리에 있어서도 「탄소함유량이 20 중량 % 이하의 내화물 하에서의 탈탄속도의 80 % 까지」 는 하등 지장이 없기 때문에, 내화물 탄소함유량이 20 중량 % 까지 사용할 수 있는 것이 판명되었다.

이들 결과로부터, 뚜껑에 제공하는 내화물의 탄소함유량을 5 중량 % 이상으로 하여 내열 스폴링성을 개선하고, 아울러 탈탄속도의 저하를 회피시키는 데는 탄소 함유량을 20 중량 % 이하로 제한하는 것이 유리하다는 것을 알았다.

상기한 결론은 뚜껑을 1 종의 내화물로 구성하는 경우를 염두에 두었으나, 또 본 발명에 있어서는 뚜껑을 탄소함유량이 상이한 2 종의 내화물로 구성함으로써, 레이들의 뚜껑의 내열 스폴링성을 탈탄처리에 악영향을 주는 일 없이 보다 개선할 수 있다는 사실도 알았다.

즉, 도 1 에 있어서, 삽입공 (3) 의 주변의 내주부분 (5) 을 탄소 함유량이 5 중량 % 이상의 내화물로부터 형성하는 동시에, 이 내주부분 (5) 의 반경방향 외측의 외주부분 (6) 을 탄소 함유량이 5 중량 % 미만의 내화물로 형성하는 것이다.

왜냐하면, 열 스폴링의 원인이 되는 급격한 열 사이클이 미치는 것은, 뚜껑 (1) 의 강욕면 바로 위의 내주부분 (5) 이기 때문이고, 이 부분에 내열 스폴링성의 개선에 유효한 탄소함유량이 5 중량 % 이상의 내화물을 배치하고, 남은 외주부분 (6) 에 용손시에도 탄소원으로 되기 어려운 탄소함유량이 5 중량 % 미만의 내화물을 배치하면, 탈탄처리를 저해하는 일이 없고, 또한 내열 스폴링성이 뛰어난 레이들의 뚜껑이 제공될 수 있다. 또한 도 2 에 나타낸 조사 결과로부터, 내주부분 (5) 에는 탄소 함유량이 20 중량 % 이상의 내화물을 사용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

여기서 뚜껑 (1) 에 있어서의, 내주부분 (5) 의 영역은, 탄소 함유량이 20 중량 % 이상의 내화물을 사용한 경우라도 탈탄을 저해하지 않는 면적으로 억제할 필요가 있다.

즉, 도 3 에 있어서, 탄소함유량이 5 중량 % 의 내화물 면적 비율을 (1 - X)로 하고, 탄소 함유량이 20 중량 % 인 내화물 면적 비율을 X 로 표시한 경우, 탈탄 속도는

108 × (1 - X) + 82 × X

로 표시된다. 그리고, 탄소 함유량이 5 중량 % 미만의 내화물의 탈탄속도의 80% 를 확보하는 것이 긴요하므로,

108 × (1 - X) + 82 × X ≥ 109 × 0.80

의 관계가 유도되어, X ≤ 0.80 으로 된다.

따라서, 탄소 함유량이 5 중량 % 이상의 내화물을 사용하는 내주부분 (5) 의 면적은 80 % 이하, 반경 환산으로 뚜껑의 반경의 90 % 이내의 영역으로 제한하는 것이 바람직하다.

한편, 이 내주부분 (5) 의 면적율이 너무 적으면, 복사열의 현저한 중심부 주변의 내열 스폴링성이 문제로 되므로, 40 % 이상, 반경 환산으로 뚜껑의 반경의 65% 이상의 영역은 확보하는 것이 바람직하다. 또한 랜스공부의 내화물은, 통상 뚜껑의 중심부로부터 뚜껑의 반경의 10 % 이내로 멈추므로, 랜스 공부에만 고 탄소 내화물을 배치하여도 불충분하다.

따라서, 탄소함유량이 5 중량 % 이상의 내화물을 사용하는 내주부분 (5) 의 면적은, 면적율로 40 ∼ 80% (반경 환산으로 뚜껑의 반경의 65 ∼ 90%) 의 범위에서 시공하는 것이 바람직하다. 또한 보다 바람직하기는 면적율로 64 ∼ 80 % (반경 환산으로 뚜껑의 반경의 80 ∼ 90%) 로 하는 것이 좋다.

또, 이 내주부분의 내화물중의 탄소량은, 내열 스폴링성 및 탈탄속도의 양자를 고려하여, 5 ∼ 30 중량 %, 보다 바람직하기는 10 ∼ 20 중량 % 의 범위로 함유시키는 것이 좋다.

또한 뚜껑에 있어서의 내화물의 조립구조로서는, 도 1 에 도시한 바와 같이, 내화물의 블록은 아치상으로 짜 올리는 외에, 블록에 돌기상 가공을 실시하여 끼워맞추는 식으로 짜올리는 방식, 반경 방향으로 복수개의 링상의 독립 아치부로 하고, 독립아치부마다 상부로부터 매달아 조합하는 방법 등이 있고, 내화물의 탄소 함유량별의 내화물의 구조에 따라 형성할 수가 있다.

(실시예)

160 톤/장입량 (charge) 의 용강의 2차 정련에 제공하는 VOD 설비에 있어서, 주로 강욕탄소농도 0.10 중량 % 로부터 30 ppm 까지의 진공 탈탄처리를 하였다. 여기서 VOD 설비내의 레이들에 도 1 에 나타낸 아아치상으로 쌓아올린 구조의 내화물에 의한 뚜껑을 사용하였다. 또한, 뚜껑의 사양 및 MgO 질 내화물의 탄소 함유량은 표 1 에 나타낸 바와 같다.

각각의 뚜껑을 사용하여 탈탄처리를 하여, 뚜껑의 내화물이 탈락할 때까지의 수명 및 탈탄처리의 평균 탈탄시간에 관하여 측정한 결과를 표 1 에 병기한다.

[표 1]

표 1 로부터, 본 발명에 따른 뚜껑은 비교예의 뚜껑과 비교하여 수명이 각별히 연장되어 있는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 레이들의 뚜껑을 탄소 함유량이 5중량 % 이상의 내화물로 형성하여 내열 스폴링성을 개선하였기 때문에, 수명이 긴 레이들 뚜껑을 제공할 수 있다. 또 뚜껑을 탄소함유량이 상이한 2종의 내화물로 구성함으로써 레이들의 뚜껑의 내열 스폴링성을 탈탄처리에 악영향을 주는 일 없이 개선할 수가 있었다.

Claims (3)

1. 용강의 진공정련에 제공하는 레이들상에 놓여지는 뚜껑으로서, 탄소를 5 내지 20 중량 % 함유하는 내화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공정련용 레이들의 뚜껑.
2. 용강의 진공 정련에 제공하는 레이들상에 재치하는 원반상의 뚜껑으로서, 상취 랜스의 삽입공의 주변부분을 탄소 함유량이 5 내지 30 중량 % 의 내화물로 형성하는 동시에, 이 주변부분의 반경 방향외측의 부분을 탄소함유량이 5 중량 % 미만의 내화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공정련용 레이들의 뚜껑.
3. 제 2항에 있어서, 뚜껑의 중심에서 반경방향으로 반경의 65 ∼ 90 % 이내의 부분에 탄소함유량이 5 내지 30 중량 % 의 내화물을 배치하고, 나머지의 부분에 탄소 함유량이 5 중량 % 미만의 내화물을 배치한 진공 정련용 레이들의 뚜껑.