KR100295952B1 - 금속제련용용기를위한하부전극 - Google Patents

Abstract

직류 전류(direct current)로 구동되는 금속제련용 용기를 위한 하부전극(bottom electrode)은 상이한 물질로 구성된 두 개의 서로 연결될 수 있는 부분으로 이루어진다. 상기 부분들중 상기 용기의 외측으로 향하면서 상기 용기의 하측 외부에 위치한 부분에는 냉각수단이 가해지고, 이와 달리 상기 용기의 내부로 향해져 소모부로서 형성된 부분은 상기 용기 내부에 담겨진 금속용해물과 접촉하게 된다. 상기 소모부는 주로 상기 용해 물질과 유사한 금속 물질로 이루어진 구성 요소와 고온 내구성의 물질로 이루어진 구성 요소로 형성된다.

Description

금속제련용 용기를 위한 하부 전극

본 발명은 직류 전류(direct current)로 구동되는 금속제련용 용기를 위한 하부전극(bottom electrode)에 관한 것이다. 상기 하부 전극은 상이한 물질로 구성된 두 개의 서로 연결될 수 있는 부분으로 이루어진다. 상기 부분들중 상기 용기의 외측으로 향하면서 본래 상기 용기의 하측 외부에 위치한 외측 부분에는 냉각수단이 가해진다. 이와 달리, 상기 용기의 내부로 향해져 소모부로서 형성된 내측 부분은 상기 용기 내부에 담겨진 금속용해물과 접촉하게 된다.

직류 전류로 구동되는 금소제련용 용기, 특히 고철을 녹이기 위한 노는 그 하부에 최소한 하나의 통상 양극으로 형성되는 전극을 설치하고 있다. 이러한 하부 전극은 용해 과정에서 금속 용해물의 하부에 위치하기에 전류에 의한 부담 이외에도 용해물에 의한 열화학적인 부담 및 부식적인 부담을 안게 된다. 구동중에 이러한 일련의 하부 전극들은 열소모를 줄이기 위해 냉각된다.

독일특허 DE OS 40 26 897에서 직류 아크 로(arc furnace)의 노벽을 관통하며 용기안에 담긴 용해물에 접촉되거나 다른 쪽 끝에는 전기 및 냉매공급원에 접속되어 있는 금속전극을 볼 수 있다. 이 전극은 두 개의 서로 연결될 수 있는 막대들로 이루어지며, 그 막대들 중 용해물과 접촉되는 막대는 그 용해물에 상응하는 물질로 구성된다. 구동 중에 상기 막대의 정면부는 상기 용해물과 접촉하여 녹게 되어 전해물의 순환을 통하여 이송된다.

유럽 특허 EP 00 12 050에서 용해된 금속물과 접촉되는 하부 전극을 볼 수 있다. 용해물과 접촉되는 정면부에는 그 주위의 용해 금속물의 열흐름 이동을 줄이기 위한 수단이 설치되어 있다. 이러한 수단은 여러 개의 길다란 내화성을 지닌 부분들로 형성된다. 그 부분들은 서로 평행하게 인접하여 있고 전도체를 용해 물질의 방향으로 연장시킨다. 그 내화성을 지닌 부분들은 전도체속에 완전하게 잠길 수 있다.

상기와 같은 종래 기술에서 볼 수 있는 연결장치는 금속제련용 용기의 내와 라이닝 내부로 깊숙히 돌출되어 있는 냉각 요소를 내보인다. 이러한 하부 전극은 작업 안전상의 기술적인 근거에서 고안된 상이한 구성 방식을 보일 뿐만 아니라, 머리 부분에 위치한 냉각 요소의 높은 냉각 효과를 통하여 직접적으로 전극의 끝부분에서 바로 작용한다. 나아가, 상기의 하부전극은 전극 머리부가 용해됨에 따라 내화성의 길다란 부분들이 금속부에서 씻기워져 나가 버린다는 단점을 가진다.

독일특허 DE-PS 219 575에서 고온 전도성의 탄소가 풍부하게 함유된 물질로 이루어진 전기 노를 위한 노전극을 볼 수 있다. 상기 전극과 마주하여 놓여 있는 전체의 노면 위에는 그것과 나란히 놓여 있는 끝머리가 그 노를 관통하여 노를 움직이는 흐름 유도판에 포함되는 철이나 기타 금속으로 형성된 막대들로 처리를 위한 물질에 따라 규칙적으로 분할되어 있다.

독일 특허 DE 41 29 756 A1에서 내화성의 라이닝을 갖춘 금속제련용 용기를 볼 수 있다. 용기 하부에 직류전류 아크 로 장치의 양극이 설치되며, 내화성 물질로부터 면제된 노 용기 내부의 지정된 위치에 비 모양의 금속 요소가 설치되며, 그 강모는 용기 내부로 향해 있다.

본 발명의 과제는 단순한 수단을 가지고서 쉽게 수선할 수 있고 재생될 수 있으며 오랜 수명을 가진 하부 전극을 만들어 내는데 있다. 이 하부 전극은 전류를 확실하게 전송하므로써 그 전극을 둘러싸고 있는 내화 라이닝의 마모에 좋은 영향을 준다.

상기 과제는 특허 청구 범위 제1항의 특징들을 통하여 달성된다. 하부 전극의 소모부분은 한편으로는 용해물에 냉각제를 충분하게 전송시키면서 동시에 직류전류로 구동되는 금속제련용 용기, 특히 스웜프(swamp) 수송방식으로 구동되는 아크 로에 극히 높은 열부담을 주게 된다. 더욱이, 용해물과 접촉되는 하부 전극의 머리 부분이 녹게 되며 전극 물질은 용기안에 놓여진 용해물과 혼합하게 된다. 나아가, 용해물에 함유되는 산소가 하부 전극을 통하여 야기된 냉각부에서 자연적으로 분해되는데, 이것은 높은 전해물 순환으로 이끈다. 여기에서 속력은 전극 끝머리에서 4m/sec로 나타날 수 있다. 그러한 속력 때문에 전극 주위에는 부식으로 인한 상당한 마모가 일어난다. 이것의 부정적인 결과는 내화 라이닝의 상당한 마모이다. 이것은 유체 흐름 속도를 높게 하여 하부 전극 및 내화성 용기 하부의 심한 마모를 초래한다.

본 발명이 다른 구조는 종속항의 특징들을 통하여 밝혀진다.

본 발명에 따르면, 하부 전극의 소모부에 노 용기 및 그와 동일한 물질로 형성된 전극의 앞부분에서 용해물의 흐름을 저지하고 동시에 소모부로부터 열을 방출하고 전류의 에너지를 유입하게 할 수 있는 형태를 줄 수 있다. 용해금속의 흐름을 줄이기 위한 형태로는,

1. 금속 구성부, 즉 전극의 내부 코어를 서로 겹쳐 쌓아 올려진 실린더로 형성하고, 각각의 실린더 직경이 용기 하부로 갈수록 증가하도록 하는 것과,

2. 금속 중성부가 중심축(Ⅰ)을 중심으로 배치되며 외측 부분 방향으로 갈수록 그 크기가 점점 증가하는 원뿔대로 이루어지게 하는 것이 있다.

금속 구성부의 이러한 형태를 통하여 용해 금속물의 흐름 속도를 급격하게 떨어뜨리고 전극 머리부가 녹는 정도를 최소화한다. 나아가, 이렇게 미소한 금속 용해물의 흐름 속도는 용기의 내화 라이닝의 침식을 상당히 줄일수 있도록 한다.

본 발명의 실시예는 첨부한 도면에 의거하여 다음과 같이 기술될 수 있다.

제1도는 하부 전극의 종단면도.

제2a, 2b도는 하부 전극의 소모부의 횡단면도.

제1도는 용기 덮개(12) 및 내화 라이닝(13)을 갖춘 금속제련용 용기의 한 단면을 도시하고 있다. 하부 전극(11)이 상기 덮개(12) 및 라이닝(13)을 관통하여 안내되고 있다. 하부 전극은 상이한 물질로 구성되며 서로 연결될 수 있는 두 개의 부분(20, 30)들로 나뉘어진다. 상기 부분 중 상기 용기의 외부로 나와 있는 외측 부분(20)에는 냉각수단이 가해지고 있다. 이와 달리, 상기 용기의 내부에 삽입되어 소모부로서 형성된 내측 부분(20)은 상기 용기 내부에 담겨진 금속 용해물과 접촉하고 있다. 내측 부분(30)은 두 부분(31, 32)으로 나누어진다. 그 중 하나인 금속 구성부(32)는 주로 용해물과 유사한 물질로 이루어지며, 그 횡단면의 외곽선(33)은 외측 부분(20)의 상단(21)에 접하고 있어 금속 용해물이 외측으로 새어 나가지 않도록 하고 있다.

다른 하나의 구성부(31)는 고온 내구성의 물질, 예를 들면 지르콘 옥시드(zircon-oxid)로 이루어지며 금속 구성부(32)을 보조하는 형태를 갖는다. 두 구성부(31,32)는 하부 전극(11)의 중심축(Ⅰ)을 중심으로 동축상에 배치된다. 외측 부분(20)의 상단(21)은 내측 부분(30)과 동일한 단면적(A)을 가진다.

제1도의 좌측 단면도는 서로 겹쳐 쌓여진 실린더(34.1-34.4)로 이루어진 내측 부분(30)을 도시하고 있다. 실린더(34.1-34.4)의 직경은 외측 부분(20)으로 갈수록 증가한다.

제1도의 우측 단면도는 고온 내구성의 물질로 형성되는 구성부(31) 및 금속 물질로 형성되는 금속 구성부(32)로 이루어진 내측 부분(30)을 도시하고 있다.

제2도는 고온 내구성의 구성부(31) 및 금속 구성부(32)의 배치에 대한 실시예를 도시하고 있다.

실시예 2a는 제1도의 좌측단면도에 대응하며, 서로 다른 단면을 갖는 실린더(34.1-34.4) 모음들로 이루어진 내측 부분(30)을 도시하고 있다.

실시예 2b는 제1도의 우측단면도에 대응하며, 중앙의 금속막대(38)와 외측의 금속 슬리브(39) 및 그 사이에 포함된 고온 내구성의 슬리브(35)를 도시하고 있다.

금속 구성부(32)의 횡단면은 내측 부분(30) 길이의 1/3의 지점에서 외측부분(20)에 접한 횡단면(A)까지 최고값이 될 때까지 연속적으로 커지며, 상기 지점에서 용기 내부의 용해물에 접한 면까지는 상기 외측 부분에 접한 횡단면(A)의 절반보다 작아질 때까지 줄어든다.

내측 부분(30)의 금속 용적(Vmet)과, 용해물과 접한 면에서 외측 부분(20)의 상단(21)까지의 간격(L)은 Vmet/L = 30 ∼ 300 (㎤/cm)의 관계를 갖는다.

Claims (7)

1. 상이한 물질로 구성된 두 개의 서로 연결될 수 있는 부분으로 이루어지며, 상기 부분들 중 용기의 하측 외부에 위치한 외측 부분(20)에는 냉각수단이 가해지고, 용기의 내부에 위치한 내측 부분(30)은 용기 내부에 담겨진 금속 용해물과 접촉시 소모부로서 형성되며, 직류전류로 구동되는 금속제련용 용기를 위한 하부 전극(11)에 있어서,

   상기 내측 부분(30)은 두 부분(31, 32), 즉,

   a) 주로 용해물과 유사한 물질로 이루어지며, 그 단면에는 외측 부분(20)의 상단(21)과 접할 수 있는 외곽선(33)이 형성되며, 동작 중 용해되는 전극 물질만이 아니라 금속 용해물의 흐름을 저지하는 형태를 가지는 금속 구성부(32)와,

   b) 고온 내구성 물질로 이루어지며 상기 금속 구성부(32)에 보조적인 형태를 점유하는 고온 내구성 구성부(31)

   로 이루어지며,

   상기 내측 부분(30)의 금속 구성부(32) 및 고온 내구성 구성부(31)는 하부 전극(11)의 중심축과 동일한 축 방향으로 배치되는,

   금속제련용 용기를 위한 하부 전극.
2. 제1항에 있어서, 상기 용해물질의 흐름을 저지하는 금속 구성부(32)는 서로 겹쳐 쌓아 올려진 실린더(34)들로 형성되며, 외측 부분(20)에 가까울수록 각 실린더의 직경이 커지는 하부 전극.
3. 제1항에 있어서, 상기 용해 물질의 흐름을 저지하는 금속구성부(32)는 하부 전극의 중심축(Ⅰ)과 동일한 축 방향으로 배치되며 외측부분(20)에 가까울수록 그 크기가 커지는 원뿔대로 형성되며, 용기 내부의 금속 용해물에 접한 부분이 외측 부분(20)에 접한 부분의 횡단면(A)의 절반보다 작은 값을 갖는 하부 전극.
4. 제1항에 있어서, 상기 금속 구성부(32)는 하부 전극의 중심축(Ⅰ)과 동일한 축 방향을 따라 배치되는 슬리브(39)의 형태로 형성되는 하부 전극.
5. 제2항에 있어서, 상기 금속 구성부(32)의 횡단면은, 전류 전송에 적합하게 되어 있고, 내측 부분(30) 길이의 1/3 지점에서 외측 부분(20)에 접한 횡단면(A)까지 최고값이 될 때까지 연속적으로 커지며, 상기 지점에서 용기 내부의 용해물에 접한 면까지는 상기 외측 부분에 접한 횡단면(A)의 절반보다 작아질 때까지 줄어드는 하부 전극.
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 내측부분(30)은 원통형으로 외측 부분(20)과 동일한 횡단면(A)을 가지며, 내측 부분(30)의 금속 용적(Vmet)과 용해물과 접한 면에서 외측 부분(20)의 상단(21)까지의 간격(L)의 관계는 Vmet/L = 30∼300(㎤/cm)인 하부 전극.
7. 제6항에 있어서, 고온 내구성의 물질로 형성되는 구성부(31)는 지르콘 옥시드(zircon-oxid)와 같은 안정된 물질로 이루어지는 하부 전극.