KR100293019B1 - 금속용기용 전극 및 냉각부재 - Google Patents

Abstract

최소한 하나의 캐비티(18) 및 상기 캐비티내에 냉각매체를 분무하는 최소한 하나의 냉각장치(10, 12, 13)를 가진 전극 및 금속용기용 냉각부재가 개시된다. 본 발명은 상기 캐비티(18)내부로 관통하는 용탕을 포집하는 최소한 하나의 포집수단(11)이 상기 캐비티(18)내에 배설되어 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 캐비티(18)는 노벽에 리세스되어 상기 용탕에 비교적 근접하게 위치될 수 있다. 포집수단은 용탕이 전극 또는 냉각부재 내부로 관통하는 경우, 노에서의 누출을 방지하고 용탕으로 둘러싸인 물로 인한 폭발위험을 감소시킨다.

Description

금속용기용 전극 및 냉각부재

예를 들어, DE-A-38 35 785에는 용기의 벽으로부터 돌출된 전극 부분을 둘러싸서 냉각시키는 냉각슬리브가 제안되어 있다. 전극과 용탕 사이에 열적으로 부하된 접촉면으로부터 떨어져 위치된, 전극의 작은 영역만이 냉각되기 때문에 냉각파워는 낮다. 이 때문에, 전극이 비교적 신속하게 용해되어 그 수명이 짧다. 신규의 전극은 노벽의 내화물질에 매설되어야 하기 때문에, 전극의 교환이 복잡하다.

따라서, 전극보디에 캐비티를 제공하여 이들 캐비티에 물을 분무함으로써 냉각시키는 것이 이미 제안되어 있다(DE-B-40 26 897, DE-A-43 35 065). 안전상, 이들 캐비티는 용탕과 접촉하고 있는 전극 부분으로부터 상당히 거리를 둔 위치에 있고, 노벽 외측에 위치되어 있다. 이렇게 상당한 거리를 두는 것은, 냉각 실패 또는 전극상에 의외의 열부하가 걸린 경우에 용탕이 이 캐비티를 관통할 수 있을 정도로 전극이 충분하게 용해되지 않는 것을 확실하게 하려는 것이다. 특히 물이 용탕내에 함유되는 경우, 그 때 일어나는 스팀의 증발 및 팽창으로 용탕이 폭발적으로 갈라지기 때문에, 용탕과 냉각수간의 접촉부에 폭발반응이 일어날 수 있다. 또한, 폭명(爆鳴)가스 반응에 이은 물의 화학분해를 억제할 수 없다. 특히, 용탕이 캐비티내를 관통한다는 것은, 타서 뚫어진 전극 및 캐비티를 통하여 노가 누출된다는 의미일 수 있다.

이들 안전성을 이유로, 냉각된 캐비티와 용탕 사이의 거리를 크게 선택한다는 것은 냉각작용이 만족스럽지 않다는 의미이고, 따라서 전극 마모가 크다는 것을 또한 의미한다.

또한, 용기 벽의 마모를 줄이기 위하여, 특히 고열부하를 받기 쉬운 금속용기(즉, 전기 아크로)의 벽영역을 냉각시킬 필요가 있다. 전술한 바와 같은 동일한 이유 때문에, 물냉각시스템은 여기서는 문제가 되고, 특히 전술한 폭발 위험이 남아있다. 예외적인 운전조건하에서, 용탕이 용기 벽을 관통하여 이러한 냉각부재내로 들어가는 경우, 특정의 상태하에서 타서 뚫린 이 영역을 통하여 용기의 누출이가능하다.

본 발명은 금속용기용 전극 및 금속용기의 벽용 냉각부재에 관한 것으로서, 상기 전극 또는 냉각부재는 캐비티(cavity) 및 이 캐비티내에 냉각매체(액체 또는 액체/기체혼합물)를 분무하여 냉각시키는 장치를 가지고 있다.

본 발명은, 또한, 본 발명에 따른 최소한 하나의 전극을 가지는 DC 아크로(arc furnace)에 관한 것이다.

전기로 제강용 금속용기, 예를 들면 DC 아크로에 있어서, 용기의 내화라이닝에 결합되어 이 라이닝을 관통하는 전극(하부전극)이 용탕(molten metal)에 전기접속을 제공하는 애노드로서 기능한다. 용탕과 접촉되는 전극 부분은 고열 마모되기 쉽다. 이러한 이유로, 여러 가지의 하부전극용 냉각장치가 이미 제안되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전극의 종단면도이고,

도 2는 물질을 노의 내부로 도입하는 취관을 추가로 가지는, 본 발명에 따른 제2 전극의 종단면도이고,

도 3 (A)는 메탈바스용 언더바스노즐(underbath nozzle)이 추가로 배설된, 금속용기 벽용도의 본 발명에 따른 냉각부재의 종단면도이고,

도 3 (B)는 이 냉각부재의 단면도이다.

본 발명의 목적은 전술한 형태의 전극 및 냉각부재를 제공하는 것이며, 상기 전극 또는 냉각부재는 보다 효과적인 냉각장치를 가지고, 안전 필요조건을 충족시킨다.

본 발명에 따른 상기 목적은, 캐비티내부로 관통하는 용탕을 포집하는 최소한 하나의 포집장치가, 냉각된 캐비티내에 배열되어 있다는 사실로 달성된다.

본 발명의 설명 중에, ＂분무＂라는 용어는 냉각매체를 캐비티내에 산포시키는 임의의 형태의 수단으로서 이해하여야 하고, 이로써 캐비티 내벽의 최소한 일부분은 상기 매체에 의하여 냉각된다. 하나 이상의 노즐에 의하여 골고루 분무하는 것이 바람직하다. 물 또는 물/공기 혼합물을 냉각매체로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 냉각매체도 사용할 수 있다. 특히 높은 냉각작용은 액체나트륨을 냉매로서 사용함으로써 달성될 수 있다.

관통하는 용탕용 포집장치는, 캐비티를 관통한 용탕이 금속용기의 외벽을 향하여 더 관통하는 것을 방지 또는 최소한 지연시키는 임의의 장치라는 의미로 이해하여야 한다. 나트륨을 냉매로 사용하는 경우, 포집장치는 가열된 냉매의 복귀하는 흐름을 방해하지 않거나, 또는 방해가 대단하지 않은 정도가 되도록 설계되어야 한다.

＂금속용기 벽＂이라는 용어는 광범위하게 해석되는 것으로서, 예를 들면 바닥, 측벽, 커버등의 임의의 벽을 포함한다.

본 발명에 따른 전극 또는 냉각부재에 있어서, 캐비티는 용기 벽의 내화라이닝내부로 깊숙이 돌출하여, 안전에 대한 위험이 없이 용탕을 대면하는 단부영역에 근접될 수 있다. 특히 바람직하지 못한 운전조건의 경우, 용탕이 캐비티내로 관통할 정도로 전극이 용해된다면, 이 금속은 포집장치에 의하여 정지되고, 노에서부터 전극을 통한 누출이 방지된다. 본 발명은 비교적 소량의 물이 분무냉각에 사용되기 때문에, 놀랍게도 용탕과 분무안개(spray mist)간의 접촉으로 인한 폭발 위험이 없다는 것이다. 포집장치는 냉각매체의 복귀하는 흐름을 방해하는 것이 대단하지 않을 정도로 설계되어 있다. 따라서, 용탕이 통과하는 경우, 캐비티의 대응영역에 여전히 남아 있을 수 있는 냉각매체가 신속하게 흘러나오거나 또는 배출될 수 있다. 이렇게 하여, 포집장치에 의하여 정지된 용탕에 폭발 위험에 이를 수 있는 정도까지 잉여수가 포함되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 냉각부재는 용기 벽에 결합될 수 있고(특히 열부하를 받기 쉬운 위치가 바람직함), 용기 벽 - 용탕 접촉면으로부터 짧은 거리에서 냉각작용이 행해질 수 있다. 운전결함이 있는 경우, 용탕이 용기 벽을 관통하여 냉각부재내로 들어간다면, 본 발명에 따라 제공된 포집장치에 의하여 정지된다.

물 또는 물/공기 혼합물을 냉각매체로서 사용하는 경우, 냉각될 캐비티의 내벽과 접촉할 때 물이 대부분 즉 완전하게 증발되도록 운전조건을 선택하는 것이 바람직하다. 이것은 2가지 장점을 가진다. 첫 째, 물의 열흡수력 뿐만 아니라 물-스팀 상전이(相轉移)를 위한 상당히 큰 증발열이 냉각에 사용되고, 이로써 냉각수가 비교적 적게 흐르더라도 높은 냉각작용을 제공하게 된다. 특별한 운전조건하에서, 용탕이 캐비티내부로 관통한다면, 캐비티의 온도는 실질적으로 물이 모두 증발될 정도로 관통하기 직전에 상승하게 되고, 관통 후에는, 용탕은 분무된 물이 아니라 오직 스팀과 접촉하게 된다. 이것이 폭발 위험을 더 감소시킨다. 따라서, 정상운전 시에도, 분무된 물, 즉 대부분의 분무된 물이 캐비티의 벽과 접촉 시에 증발되도록 운전조건을 설정함으로써 안전성이 더 향상된다.

캐비티로부터 흘러나오는 가열된 물 및/또는 스팀은 진공펌프와 같은 감압소스를 사용하여 편리하게 흡입배출된다. 펌프의 흡입력을 분무된 물의 제거에 필요한 흡입력 보다 높게 선택할 수 있다. 이 때, 필요하다면, 추가의 입구를 통하여 공기를 추가로 취입할 수 있어서 냉각매체의 제거에 도움이 된다. 따라서, 포집장치에 확실하게 물이 차지 않도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 전극에 있어서, 포집장치는 캐비티의 단면을 전극의 메인축을 따라 좁게하는 장치로서 편리하게 설계되어 있다. 전극의 메인축은 용기 벽을 관통하는 종축이다. 캐비티의 단면이 상기 메인축을 따라 좁아진다는 것은, 캐비티의 단면이 상기 메인축과 직각인 평면이 줄어든다는 의미이다. 이렇게 단면이 좁아짐으로써, 냉각매체 보다 점성이 높은 용탕이 더 이상 흐르는 것이 중단 또는 감속된다. 단면을 좁게하는 것은 클리어단면이 복수의 작은 단면으로 분할되도록 설계하는 것이 바람직하다. 예로서, 포집장치는 슬롯 또는 천공된 플레이트를 가질 수 있다. 제거될 냉각매체용 통로개구가 있는 것이 편리하고; 천공된 플레이트인 경우, 이들은 그 안에 배열된 슬롯형태의 홀이다. 다음 설명은 천공플레이트에 관한 것이지만, 냉각매체가 통과하는 데 적합한, 예를 들면 보어, 슬롯등와 같은 개구를 가진 임의의 플레이트를 의미하는 것으로 이해하여야 한다.

천공된 플레이트는 캐비티내에 장입된 냉각매체가 되돌아 흘러나가는 것은 방지못하지만, 관통할 수 있는 임의의 용탕의 흐름은 한 편으로는 좁은 단면영역으로 인하여 기계적으로, 다른 한 편으로는 열흡수력으로 인하여 열적으로 중단시킨다. 용탕물질의 전방부를 경화시키거나, 또는 최소한 천공플레이트내의 개구를 관통할 수 없을 정도의 점성으로 되도록 냉각시키는 공정에서, 천공플레이트는 용탕물질로 가열된다. 차례로 배열되어 있는 복수의 포집장치는 안전을 향상시키도록 배설될 수 있다. 포집장치(예를 들면 천공플레이트)는 용탕의 온도 이상의 융점을 가지는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 용선용 금속용기의 경우, 포집장치는, 예를 들면 두께가 30 mm일 수 있는 스테인레스강판으로 구성될 수 있다.

전극의 경우, 캐비티는 전극의 메인축에 평행으로 연장되는 직경이 가장 큰 것이 바람직하다. 예를 들면, 원통형 디자인이고, 구형 캡형태로 디자인 될 수 있는 실린더의 단부측은 용탕과 접촉하는 전극의 그 단부를 향하여 대면한다. 캐비티는 용기의 벽 및 결합된 내화라이닝내로 깊숙이 연장될 수 있고, 캐비티의 단부측으로부터 용기 내부로 돌출하는 전극의 그 단부까지의 거리는 단지 수 센티미터(즉, 5 ∼ 10 cm)를 필요로 하고, 이로써 효과적인 냉각이 가능하다.

냉각매체를 분무하는 최소한 하나의 노즐은 금속용기 내부를 향하여 대면하는 캐비티의 그 단부영역에 배열되는 것이 편리하다. 이렇게 하여, 고열부하를 받기 쉬운 캐비티의 이 단부영역이 특히 효과적으로 냉각된다. 전극의 경우, 냉매는 캐비티를 관통하는 튜브에 의하여 반드시 전극의 주축방향으로 노즐에 공급될 수 있다. 냉각매체를 공급하는 메인 기능외에, 이 튜브는 캐비티의 단면을 동시에 좁게하여 포집장치의 일부를 형성하게 된다.

벽이 두꺼운 메탈파이프로 설계되는 것이 편리하다. 그 외경은, 예를 들면, (원통형)캐비티 내경의 약 30 ∼ 70%일 수 있다. 두꺼운 벽이라는 것은 메탈파이프가 고열흡수력을 가지고, 이로써 관통하는 임의의 용탕을 신속하게 냉각 및 경화시킨다는 의미이다.

포집장치, 또는 그 부품(예를 들면, 천공플레이트)이 튜브를 캐비티내에 지지할 수 있다. 포집장치가 천공플레이트를 가지는 경우, 이들은 이들 위로 흐르고 개구를 통하여 떨어지지 않는 액체상태인 냉각매체를 캐비티의 벽을 향하여 가이드하여 그 영역에 냉각작용이 향상되도록 경사지게 배열되는 것이 바람직하다.

캐비티의 벽은 열전도성이 양호한 물질, 예를 들면 구리 또는 구리합금으로 구성되는 것이 편리하다. 예로서, 캐비티는 구형 캡형태의 클로저를 가진 구리실린더로 둘러싸일 수 있다. 구형 캡과 같은 클로저는 용기의 내부를 향하여 대면한다.

중공 구리실린더의 이 단부측 클로저는 금속용기의 내부로 돌출하는 메탈보디에 의하여 접하게 될 수 있다. 이 메탈보디는 구리실린더에 부착된(예를 들어 용접, 스냅핑 또는 프레싱에 의하여) 주철후드 또는 구리후드가 바람직하다. 또한, 구리후드와 구리실린더는 서로 일체로 결합될 수 있다. 전극이 작동하는 동안, 용탕이 주철후드를 용해시켜 열평형이 이루어진다. 이렇게 하여, 이른 바 스틸 샐러맨더(steel salamander)가 전극클로저로서 형성되고, 용탕의 열부하 및 온도에 따라, 보다 크게 또는 보다 작게된다. 주철후드와 비교하면, 구리후드는 열전도성이 높아서 응고된 스틸이 스틸샐러맨더를 구리후드상에 또한 형성한다. 구리후드를 사용할 때, 이 물질의 열전도성이 높다는 것은, 또 다른 안전조치로서, 분무냉각된 캐비티를 용탕으로부터 약간 멀리 떨어지게 배열시킬 수 있으므로, 용탕과 캐비티의 물로 냉각된 내면 사이의 안전거리가 여전히 크다는 것을 의미한다. 압력센서를 캐비티내에 배열할 수 있다. 스틸이 캐비티내로 관통하는 경우, 압력이 변하여 물공급이 즉시 중단될 수 있다.

본 발명에 따른 전극 또는 냉각부재는 하나 이상의 온도센서를 가질 수 있다. 캐비티의 내측 단부벽 및 거기에 인접한, 전극보디(주철후드)의 캐비티 외측에 하나의 온도센서를 각각 배열하는 것이 특히 바람직하다. 차동측정으로 용탕의 온도가 결정된다. 냉각부재의 경우, 예를 들어 온도센서는 구리 또는 스틸로 구성되는 것이 바람직한 냉각부재의 벽내에 또는 벽상에 배열될 수 있다.

본 발명에 있어서, 고체, 액체 및/또는 기체를 금속용기의 내부로 도입하는 취관(blowpipe) 또는 랜스(lance)를 추가로 배설할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 산소를 취입하여 용탕 또는 분탄의 불순물을 산화시키거나, 스틸을 탄화(carburization)시키는 것이 가능하다. 취관은 편리하게 냉각되고, 전극의 경우, 냉각매체용 공급관 내부에 동심으로 통하는 것이 바람직하여, 이로써 이 냉각매체가 그 둘레를 흐르게 된다.

본 발명에 따른 전극의 응용성은 전류를 용탕에 공급하는 것에 한정되는 것은 아니다. 이것은 금속용기의 내화라이닝을 냉각시키고, 그 수명을 증가시키는 목적으로 또한 사용될 수 있다. 이를 위하여, 전류를 공급하는데 사용할 때와 동일방식으로, 이 금속용기의 내화라이닝내에 배열된다. 냉각용으로만 사용될 때, 본 발명에 따른 전극의 디자인을 변경할 필요가 없고, 단지 전류를 공급하는 장치를 빼내면 된다. 본 발명에 따라 구성된, 전적으로 냉각목적으로 사용되는 장치또한 청구의 범위에 의하여 보호받고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 최소한 하나의 전극 및/또는 본 발명에 따른 냉각부재를 가지는 DC 아크로에 관한 것이다.

본 발명의 두가지 예시적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 후술한다.

도 1은 DC 아크로 바닥에 결합된 본 발명에 따른 전극을 나타낸다. 노벽은 다층구조로서, 금속외벽(1), 내화물질로 제조된 세이프티코스(safety course)(2) 및 내화라이닝(3)(＂Ankerhort＂ 내화래밍혼합물)을 가진다.

본 발명에 따른 전극(4)은 이 노벽을 관통한다. 전극은 구리로 제조되고, 노벽내에 배설되어 래밍혼합물(ramming compound)(3)의 내측으로부터 대략 50mm 거리에서 종료되고, 구면캡형(spherical-cap-like) 또는 반구(半球)형 단부측 클로저(6)를 가진 중공실린더(5)를 가진다. 노의 내부로 돌출된 스틸후드(steel hood)(7)가 단부측(6)영역의 구리실린더(5)상에 용접되어 있다. 스틸후드(7)의 하측에는, 구리실린더(5)가 내화물질로 제조된 원뿔형(또는 적절하다면, 원통형) 케이싱(8)에 의하여 둘러싸여 있다. 전류는 구리실린더(5)를 둘러싸는 콘택트클립(9)을 거쳐 전극에 공급된다.

벽이 두꺼운 스틸파이프(10)가 구리실린더(5) 내부에 동심으로 배열되어 있고, 이 스틸파이프는 차례로 배열되어 있는 5개의 환형 천공플레이트(11)에 의하여 구리실린더(5) 내벽에 연결되고, 이들 천공플레이트(11)에 의하여 제 위치에 지지된다. 이 파이프(10)에는, 공급라인(12)에 의하여 냉각매체(바람직하게는 물 또는 공기/물 혼합물)가 공급된다. 단부측(6)에 대면하는 단부(14)에는, 파이프(10)가 노즐(13)을 가지고, 이것에 의하여 냉각매체가 단부측 단부(6)의 내면상에 콘형태로 분무된다. 단부측(6)의 반대쪽에 위치된 단부에는, 구리실린더(5)가 출구(15)를 가져서 가열된 냉각매체를 제거한다. 이 출구(15)는 감압소스(진공펌프 또는 다운파이프의 흡입작용)에 연결될 수 있어서 냉각매체의 배출을 보조한다. 출구(15)가 감압소스에 연결되어 있으면, 냉각매체, 또는 그 일부가 단부측 단부(6)의 내면과 접촉하게 될 때 증발된 후, 출구(15)를 통하여 액체형태가 아닌 기체형태로 제거되어야 하는 경우, 특히 유용하다. 온도센서(열전쌍)(16, 17)가, 한 편으로는 주철후드(7)영역의 온도를 측정하고, 다른 한 편으로는 구리실린더(5)의 단부측(6) 내벽의 온도를 측정한다.

노 및 전극의 작동 중에, 냉각매체가 라인(12)을 거쳐 파이프(10)에 공급되어, 노즐(13)에 의하여 구리실린더(5)의 내부에 분무된다. 가열된 냉각매체는, 천공플레이트(11)를 통하여, 필연적으로 구리실린더(5)의 내벽을 따라서 하향으로 흘러서 출구(15)를 통하여 제거된다. 노에 위치되어 있는 용탕(일반적으로 용선)이 스틸후드를 용해시켜 열평형이 이루어진다. 그 결과 래밍혼합물(3)에 걸쳐 연장될 수 있는 스틸샐러맨더가 생긴다. 냉각매체에 분무로 인한 고냉각작용 및 단부측(6)과 용융물질 사이의 간격이 짧기 때문에, 정상작동조건하에서 스틸후드 즉 스틸샐러맨더(7)가 완전하게 용해되지 않는다.

필요할 경우, 출구(15)에 연결되어 있는 진공펌프의 배출용량은, 분무된 물의 체적을 제거하는 데 필요한 용량 보다 크게 할 수 있다. 이 경우, 물-공급관(10)은 압력의 균형을 위하여 다른 파이프(도시되지 않음)로 편리하게 동심으로 둘러싸이고, 외부공기는 이들 2개의 파이프와 공급라인(마찬가지로 도시되지 않음) 사이에 형성된 갭을 통하여 실린더(5)로 둘러싸인 캐비티를 통과할 수 있다.

냉매공급이 저감 또는 완전 중단되는 경우에만, 용탕이 구리실린더(5)의 단부측(6)과 직접 접촉될 정도로 스틸후드(7)를 용해시킬 수 있다. 다음에, 구리실린더(5)가 녹고, 용탕이 그 내부(캐비티(18))를 통과하게 되면, 용탕이 벽이 두꺼운 파이프(10) 및 상단 천공플레이트(11)와 접촉하게 된다. 구리실린더(5), 파이프(10) 및 천공플레이트(11)의 내부 단면의 감소로 인하여, 한 편으로는 용탕이 상향으로 흐르는 것이 기계적으로 방지되고, 다른 한 편으로는, 그들의 높은 열흡수력으로 인하여, 용융물질의 전면이 완전하게 경화되거나 또는 최소한 점성화되어 이것이 상단 천공플레이트(11)를 통하여 전방으로 흐를 수 없을 정도로, 그들이 용융물질을 냉각시킨다. 예외적으로, 금속이 제1 천공플레이트(11)를 관통하여야 하는 경우, 용융물질을 포집하는 4개의 다른 천공플레이트가 제1 플레이트(11) 하측에 배설된다. 이것은 용탕이 어떤 경우에도 구리실린더(5)를 통하여 비교적 낮은 융점을 가지는 출구(15)영역의 구리실린더를 용해시키는 노벽(1, 2, 3)외측에 위치된 영역 내로 통과할 수 없어서, 이것이 노를 누출되도록 하여 대체로 완전하게 비워지는 것을 확실하게 한다. 천공판(11)은, 예를 들면, 스틸로 구성된다.

도 2는 고체, 기체 및/또는 액체를 용탕내로 도입하는 취관(19)이 추가로 배설되어 있는 본 발명에 따른 실시예를 나타낸다. 취관(19)은 구리실린더(5) 및 파이프(10) 내부에 동심으로 통하고, 파이프(10) 내부를 통하는 영역에는 냉매가 그 둘레에 흘러서 냉각된다. 본 실시예에 있어서, 파이프(10)의 원주에 걸쳐 분포되어 있는 2개 이상의 노즐(13)은 구리파이프(5)의 단부측 영역(6)을 냉각시키기 위하여 배설된다.

도시된 실시예에 있어서, 천공판(11)과 파이프(10)가 함께 본 발명에 따른 포집장치를 형성한다.

DC 아크로에 있어서, 본 발명에 따른 복수개(예를 들면, 6개)의 전극이, 예를 들면, 대략 1미터 원의 원주상의 캐소드 아래에 동일한 각도상 간격(angular distance)으로 노 바닥의 중앙영역에 애노드로서 배열되는 것이 일반적이다.

본 발명에 따른 전극이 전류의 공급용이 아니라 노의 내화라이닝용 냉각부재로서만 사용되는 경우, 콘택트클립(9)을 빼내어 전극이 전류원과 연결되지 않게 하면 된다. 이 경우에, 이 전극의 냉각기능만이 사용되어, 특히 고열부하를 받는 위치의 내화라이닝의 수명이 증가된다.

도 3 (A) 및 (B)는 금속용기 벽용도의 본 발명에 따른 냉각부재의 다른 실시예를 나타낸다. 냉각부재(21)는 금속용기(예를 들면, 전기 아크로)의 벽(20)에 설치된다. 복수개의 이들 냉각부재(21)를 노의 원주상에 걸쳐 분포, 특히 용선의 액체레벨(22) 아래 영역에 배열하는 것이 가능하다. 냉각부재(21)의 하우징(23)은 구리 또는 스틸로 구성되고, 노의 하단부 셸을 통하여 내화노상(爐床)라이닝에 결합되는 것이 바람직하다. 이것은 캐비티(32)를 둘러싼다. 냉각부재는 외측으로부터 접근가능하게 하는 것이 바람직하여, 필요한 경우, 많은 비용 발생없이 유지관리 및 교체할 수 있다. 도시된 냉각부재의 실시예는, 특히 고체 및/또는 기체물질을 용탕내로 도입하는 이동가능한 언더바스 랜스(underbath lance)를 가진다. 본 발명에 따른 복수개의 이들 냉각부재가 노의 원주상에 걸쳐 분포 설치되는 경우, 일반적으로 이러한 언더바스 랜스를 가지는 부재는 불과 몇 개뿐이다.

스테인리스강판(25)에는, 포집장치로서 설계되고, 상세하게 후술하는 8개의 분무노즐(26)이 배열되어 있고, 이 노즐의 분무콘이 서로 부분적으로 중복되어 있어서, 용탕을 향하여 대면하는 냉각부재 즉 캐스팅(23)영역에는 그 전체면에 걸쳐 냉각매체(바람직하게는 물)로 피복되는 것이 필수적이다. 냉매가 작용하는 냉각부재(21)의 전면과 용탕 사이에서, 금속용기의 벽은 두께가 100mm인 내화플레이트(20)를 포함한다. 이 내화플레이트(20)는 언더바스 랜스(24)가 통과하는 보어를 가진다.

노즐(26)을 통하여 분무된 냉각매체는 진공펌프에 연결된 출구파이프(27)를 통하여 배출된다. 출구파이프(27)에 연결된 진공펌프의 흡입력은, 복귀하는 냉각수를 빨아내는데 필요한 흡입력 보다 크다. 이것은 후술할 포집장치에 물이 고이는 것을 방지하려는 것이다. 냉각부재(21) 내부의 현저한 압력감소를 야기하는 흡입력의 증가를 방지하기 위하여, 외부공기를 흡입할 수 있는 추가의 파이프(28)가 배설되어 있다. 파이프(28)에는 냉각부재(21)의 내압을 모니터하는 압력센서가 배설될 수 있다. 파이프(28)를 통해 유입되는 공기체적은, 도시되지 않은 리스트릭터(restrictor)에 의하여 원하는대로 조정될 수 있다.

고냉각력을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 냉각부재는 용탕에 비교적 가깝게 배열되고, 즉 비교적 얇은 내화격벽(20)에 의해서만 용탕과 분리되어 있다. 내화플레이트(20)의 두께가 노의 운전 중에 마모로 인하여 더 감소되는 경우, 스틸 응고층이, 전술한 스틸 샐러맨더식으로, 냉각부재 정면에 형성될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예외적인 운전조건하에서, 용탕이 냉각부재(21)내로 침투되는 경우, 후술하는 포집장치가 노의 누출을 방지한다.

스테인리스강 슬롯플레이트(slotted plate)형태의 제1 포집장치(25)는 용탕을 향하여 대면하는 냉각부재의 정면에 평행으로 배열되는 것이 필수적이다. 용탕 누출을 방지하는 제1 배리어가 형성되어 있다. 스테인리스강 슬롯플레이트(25)의 두께는 30mm이다. 슬롯플레이트(25)와 반드시 직각으로 통하고, 그 배열을특히 도 3 (B)에서 알 수 있는 슬롯플레이트(29, 39)가 제2 포집장치로서 배설되어 있다. 출구파이프(27)의 정면에는 다른 스테인리스강 슬롯플레이트(31)가 제3 배리어로서 배열되어 있다.

포집장치로서, 스테인리스강 슬롯플레이트는 후방으로 흐르는 냉각수를 통과시키지만, 그들은 냉각부재내로 침투하는 용탕에 대하여는 배리어를 형성한다. 용탕의 순방향 정면은 스테인리스강판과 접촉하게 되는 즉시 냉각 및 응고된다. 포집장치 용도의 스테인리스강의 고융점은 용탕의 침투에 대한 추가의 보호를 제공한다.

냉각부재 내부(32)의 압력은 파이프(28)에 연결되어 있는 압력센서에 의하여 모니터할 수 있다. 스틸이 관통하는 경우, 내압이 갑자기 변한다. 그러면, 압력센서가 분무노즐(26)로의 물 공급을 즉시 막을 수 있고, 따라서 물이 분무되어 금속용기내로 통과하는 것이 방지된다.

Claims (31)

1. 최소한 하나의 캐비티(18) 및 상기 캐비티(18)내에 냉각매체를 분무함으로써 냉각시키는 최소한 하나의 장치(10, 12, 13)를 가지는 금속용기용 전극으로서,

   상기 캐비티(18)내부로 관통하는 용탕을 포집하는 최소한 하나의 포집장치(11)가 상기 캐비티(18)내에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.
2. 제1항에 있어서, 상기 포집장치(11)는 상기 캐비티(18)의 단면을 상기 전극의 주축을 따라서 좁게하는 장치로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.
3. 제2항에 있어서, 상기 포집장치(11)는 제거될 냉각매체용 통로개구를 가지는 것을 특징으로 하는 전극.
4. 제3항에 있어서, 상기 포집장치는 최소한 하나의 천공플레이트(11)를 가지는 것을 특징으로 하는 전극.
5. 제1항에 있어서, 상기 캐비티(18)는 상기 전극의 주축과 평행으로 연장되는 직경이 가장 큰 것을 특징으로 하는 전극.
6. 제5항에 있어서, 상기 냉각매체를 분무하는 최소한 하나의 노즐(13)이 내부를 향하여 대면하는 상기 캐비티(18)의 단부영역에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.
7. 제6항에 있어서, 상기 냉매는 필연적으로 상기 전극의 주축을 따라 상기 캐비티(18)를 관통하는 튜브(10)에 의하여 노즐(13)에 공급되는 것을 특징으로 하는 전극.
8. 제7항에 있어서, 상기 튜브는 벽이 두꺼운 메탈파이프(10)로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.
9. 제7항에 있어서, 포집장치(11)가 상기 튜브를 상기 캐비티내에 지지하는 것을 특징으로 하는 전극.
10. 제1항에 있어서, 상기 캐비티(18)의 벽은 열전도성이 양호한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 전극.
11. 제10항에 있어서, 상기 물질은 구리 또는 구리합금인 것을 특징으로 하는 전극.
12. 제1항에 있어서, 상기 전극의 내부를 향하여 대면하는 상기 캐비티(18)의 단부영역(6)에 배열되고, 상기 금속용기의 내부로 돌출하는 메탈보디(7)를 가지는 것을 특징으로 하는 전극.
13. 제12항에 있어서, 상기 메탈보디는 주철후드(7)인 것을 특징으로 하는 전극.
14. 제1항에 있어서, 최소한 하나의 온도센서(16, 17)를 가지는 것을 특징으로 하는 전극.
15. 제1항에 있어서, 상기 금속용기의 내부로 고체 및/또는 액체 및/또는 기체를 도입하는 취관(19)(랜스)을 추가로 가지는 것을 특징으로 전극.
16. 제15항에 있어서, 상기 취관(19)은 냉각장치인 것을 특징으로 하는 전극.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각매체로서 물 또는 물/기체 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 전극.
18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각매체로서 나트륨이 사용되는 것을 특징으로 하는 전극.
19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 최소한 하나의 하단전극을 가지는 것을 특징으로 하는 DC 아크로.
20. 최소한 하나의 캐비티(32) 및 상기 캐비티(32)내에 냉각매체를 분무함으로써 냉각시키는 최소한 하나의 장치(26)를 가지는 금속용기 벽용의 냉각부재로서,

    상기 캐비티(32)내부로 관통하는 용탕을 포집하는 최소한 하나의 포집장치(25, 30, 31)가 상기 캐비티(32)내에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
21. 제20항에 있어서, 상기 포집장치(25, 30, 31)는 제거될 냉각매체용 통로개구를 가지는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
22. 제21항에 있어서, 상기 포집장치는 최소한 하나의 천공플레이트 즉 슬롯플레이트(25, 30, 31)를 가지는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
23. 제20항에 있어서, 상기 냉각매체를 분무하는 최소한 하나의 노즐(26)이 상기 금속용기의 내부를 향하여 대면하는 상기 캐비티(32)영역에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
24. 제20항에 있어서, 상기 캐비티(32)의 벽은 열전도성이 양호한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
25. 제24항에 있어서, 상기 물질은 구리 또는 구리합금인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
26. 제20항에 있어서, 상기 금속용기 내부를 향하여 대면하고, 상기 금속용기의 내부로 돌출하여 상기 캐비티의 단부영역에 배열되어 있는 메탈보디를 가지는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
27. 제26항에 있어서, 상기 메탈보디는 주철 또는 구리후드인 것을 특징으로 하는 냉각부재.
28. 제20항에 있어서, 최소한 하나의 온도센서를 가지는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
29. 제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속용기의 내부로 고체 및/또는 액체 및/또는 기체를 도입하는 취관(24)(랜스)을 또한 가지는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
30. 제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각매체로서 물 또는 물/기체혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 냉각부재.
31. 제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각매체로서 나트륨이 사용되는 것을 특징으로 하는 냉각부재.