KR100812015B1 - 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인리스 제강 조업시 제강공정의 래들처리 공정에서 산소 및 질소의 혼입을 최소화하여 합금철을 투입시키는 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치에 관한 것으로서, 호퍼로부터 합금철이 공급되어 이를 래들에까지 투입하며, 상부, 경사를 가지는 중간 및 하부로 세분되어 중공의 원통형 공급관; 상기 공급관의 상기 중간과 연통되어 분기장착되며, 상기 합금철이 투입될 시 동시에 유입되는 공기를 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제1불활성 가스로써 차단하는 불활성 가스 차단부; 상기 공급관의 상기 하부의 기단부와 연통되어 분기장착되며, 상기 합금철의 투입경로상에 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제2불활성 가스를 취입하는 불활성 가스 공급부; 및 상기 공급관 하부 외측의 어느 한 부위에 상기 하부의 축방향에 대하여 이를 환포하도록 구성되며, 상기 하부의 종단부 방향으로 슬릿이 형성되어 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제3불활성 가스를 분사하는 단일링 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

스테인리스강, 합금철, 래들처리, 흡질, 흡산

Description

단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치{Apparatus with single ring-structure for inserting ferro-alloy}

도 1은 종래의 합금철 투입장치에 의한 용강표면의 산화물 조성에 따른 용강중 질소의 변화를 나타낸 그래프도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치가 개략적으로 도시된 도면,

도 3은 도 2의 "A" 부분을 나타낸 부분확대도,

도 4는 도 2의 "B" 부분을 나타낸 부분확대도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치의 총괄적 작용개념도.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

101...상부 공급관, 102...중간 공급관,

103...하부 공급관, 123...불활성 가스 차단부,

133...불활성 가스 공급부, 150...단일링 구조체,

F... 합금철, M... 용강,

S... 슬래그.

본 발명은 합금철 투입장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 스테인리스 제강 조업시 제강공정의 래들처리(LT; Laddle Treatment) 공정에서 산소 및 질소의 혼입을 최소화하여 합금철을 투입시키는 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스테인리스강 제강 정련을 위하여, 스테인리스강 용강은 전기로를 거쳐 AOD(Argon Oxygen Decarburization)정련을 수행한 뒤, 래들정련 혹은 래들 가열(Ladle furnace) 공정과 같은 래들 처리를 거쳐 연속주조를 거치게 된다.

여기서, AOD 정련 뒤에 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)정련이 더 수행될 수도 있다.

이러한 일련의 공정 중 연속주조 전 용강의 목표 성분 및 온도를 확보하기 위하여, 래들처리 공정에서 용강에 Al, Fe-Si, Fe-Cr, Fe-Ni, Ti, 냉각제 등과 같은 합금철의 투입과 성분, 온도 균일화 및 개재물의 부상분리를 위해 래들 내 가스교반 정련을 동시에 실시하고 있다.

이러한 합금철 투입은 슬래그에 의하여 복개된 용강이 공기 중에 노출되는 나탕 상태가 되게 함으로써 이루어지므로, 용강의 재산화 및 흡질과 흡산에 의한 용강의 청정도 저하가 야기되고 주조 시 노즐 막힘 및 제강성 표면결함이 빈번하게 발생하는 실정이다.

도 1은 종래의 합금철 투입장치에 의한 용강표면의 산화물 조성에 따른 용강 중 질소의 변화를 나타낸 그래프도면이다.

도 1에 따르면, 전기로와 AOD정련을 거친 90톤의 스테인리스409강(C: 0.010%이하, N: 0.010%, Cr: 11~12%, Ni: 0.5%이하, Si: 0.6%이하, Mn: 0.6%이하)의 용강에 대한 래들 합금철 투입 전 및 후의 흡질농도 즉, 래들 합급철 투입후 질소농도와 투입전 질소농도와의 차의 증감 변화를 보여주고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 합금철 투입 후 흡질농도는 8.2~28 ppm까지 증가하며 평균 9.9 ppm의 흡질이 발생하는 것을 알 수 있으며, 이는 용강 중 산소가 증가했음을 의미한다. 따라서, 용강의 산화물과 같은 불순물의 증가로 인한 연연주비의 저하 및 품질의 편차 발생 가능성이 크다는 것을 알 수 있다.

이러한 래들 내 합금철 투입 시 발생되는 흡산 및 흡질의 문제는, VOD공정을 거치는 강종의 경우도 온도 및 성분 목표를 적중시키기 위해 래들처리 공정을 필수적으로 거치기 때문에, 재산화 및 흡질로 인한 용강의 청정도 저하로 주조시 노즐 막힘 및 제품의 표면 품질문제에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

이러한 흡질발생을 최소화하기 위해 용강 상면에 용강을 복개하는 슬래그를 사용하지만, 슬래그가 많을수록 합금철 투입을 위한 가스 교반에 의한 나탕 확보가 불가피 하기 때문에, 합금철 투입 시 흡질 및 재산화 발생 문제가 여전히 잔류하고 있는 실정이다.

즉, 합금철 투입시 재산화에 의한 용강 중 TiO₂(융점: 1830℃), CaO-TiO₂계(융점: 1930℃), Al₂O₃(융점: 2020℃) 등의 고융점 산화물과 같은 재산화 생성물들 과 흡질에 의해 발생된 TiN(융점: 2930℃)의 질화물들은 최종제품의 청정도를 저하시키고 주조시 노즐막힘을 발생시켜 연주 생산성 저하뿐만 아니라, 압연 시 열연코일과 냉연코일 제품의 제강성 표면 결함을 야기시키고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 미국특허 제5,211,744호인 "래들 내 용강 중 합금철 투입 장치 및 방법"에서는, 래들 내 합금철 투입시 흡질 및 재산화를 방지하기 위한 장치와 방법이 개시되어 있으나, 아래와 같은 문제점이 있다.

우선, 합금철 투입구가 침적하여 투입관을 통해 합금철이 용강 속으로 직접 투입되므로, 재산화 및 흡질이 거의 없는 장점이 있지만, 합금철 투입관의 용손으로 인한 효율적인 작업성, 투입구의 빈번한 교체로 인한 정비 문제 등이 발생된다.

또한, 용강과 투입관 내 투입되고 있는 합금철과의 응고에 의한 브릿지(bridge)현상이 발생할 경우, 실조업시 각종 합금철 투입을 위한 투입관이 1500~ 1650℃의 용강 내로 직접침적된 상태에서 작업이 진행되므로, 더 이상의 작업 진행이 불가하기 때문에 수~수백 톤의 래들 내 용강 전체를 비상포트에 스크랩(scrap) 시키거나, 역장입을 해야 하기 때문에 고 생산성이 요구되는 실조업에서 이를 적용하기에 많은 제약이 따른다.

또한, 일본특허공개 제1993-009552호인 "톱 블로잉 랜스래들 정련장치(Top blowing lance type ladle refining Apparatus)의 경우도 침적관을 이용하여 용강의 흡질, 용강의 재산화로 슬래그 재산화도 증가 등의 문제를 해결하고자 하였으나, 1550℃ 이상의 고온 용강에서 모든 작업을 해야 하므로, 이 역시 용강에 직접침적을 하여 흡질 및 재산화를 방지하는데는 효과가 있지만, 침적관의 수명, 정비, 합금철 투입 시 용강과 합금철과의 응고 현상에 의한 작업의 중단 등의 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 스테인리스 제강공정에서 래들 내 스테인리스 용강 중으로 온도, 성분적중을 위해 냉각제 및 각종 합금철 투입시 산소 및 질소의 혼입을 최소화하여, 용강의 흡질을 감소시키고, 재산화를 억제하여 청정도를 향상시킬 수 있도록 하는 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치는, 합금철이 저장되는 호퍼와 상기 호퍼로부터 래들에 상기 합금철을 투입하는 중공의 원통형 공급관 및 상기 호퍼로부터 상기 공급관에 공급되는 상기 합금철을 조절하는 개폐밸브로 이루어지는 합금철 투입장치에 있어서, 상기 공급관에 상기 합금철이 투입될 시 이의 경로 상에 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제1불활성 가스를 취입하여, 상기 공급관의 상기 합금철 투입 경로를 상기 제1불활성 가스 분위기로 조성하여 주도록 상기 공급관과 연통되고 이의 어느 한 부위에 분기장착되는 불활성 가스 차단부; 상기 불활성 가스 차단부가 분기장착되는 상기 공급관의 다른 한 부위에 연통구성되며, 상기 합금철의 투입 경로 상에 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제2불활성 가스를 취입하여 상기 공급관의 종단부까지 불활성 가스 분위기로 조성되도록 하는 불활성 가스 공급부; 및 상기 공급관 외측의 어느 한 부위에 상기 공급관의 축방향에 대하여 이를 환포하도록 구성되며, 그 어느 일측에 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제3불활성 가스 공급수단을 구비하고 이로부터 공급되는 상기 제3불활성 가스가 상기 공급관을 환포하여 그 종단부 방향으로 분사되도록 하는 단일링 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공급관은, 상부 공급관, 중간 공급관 및 하부 공급관으로 세분되고, 상기 중간 공급관의 기단부로부터 종단부까지는 경사를 이루는 것을 특징으로 하며, 상기 불활성 가스 차단부는, 상기 중간 공급관의 어느 한 부위에 분기장착된다.

바람직하게는, 상기 불활성 가스 차단부는, 상기 제1불활성 가스가 상기 공급관에서 상기 합금철이 투입진행되는 방향에 역행하여 분사되도록 장착되며, 더 바람직하게는, 상기 불활성 가스 차단부는, 상기 공급관의 상기 합금철이 투입되는 방향에 대하여 90˚초과 180˚미만의 각을 이루어 분기장착된다.

또한, 상기 불활성 가스 공급부는, 상기 하부 공급관의 기단부에 연통구성되어 이루어질 수 있다.

더욱이, 상기 단일링 구조체는, 상기 하부 공급관의 어느 한 부위에 이를 환포하도록 구성되는 것이 바람직하며, 상기 단일링 구조체에는, 상기 하부 공급관의 종단부 방향으로 슬릿이 형성된다.

여기서, 상기 슬릿의 폭은 0.1 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일링 구조체가 장착된 합금철 투 입장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치가 개략적으로 도시된 도면이다.

도 2에서와 같이, AOD, VOD, 전로 등의 탈탄로에서 탈탄이 종료된 용강(M)이 담긴 래들(22)에는 래들정련 스탠드에서 주조를 위한 목표 성분 달성과 목표온도 확보를 위하여 냉각제 및 합금철(F)가 평량된 후 투입된다.

합금철(F)은 합금철 저장호퍼(1)로 부터 컨베이어 벨트(2)로써 호퍼(3)에 저장되며, 개폐밸브(4)는 합금철(F)이 저장된 호퍼(3)에서 합금철(F)의 투입을 조정하도록 구성된다. 합금철(F)은 호퍼(3)에서 공급관(101, 102, 103)을 거쳐 용강(M)에 투입된다.

용강(M)을 수용하는 래들(22)에는 래들커버(21)가 구비되어 대기분위기와 차단하여 산화를 방지하며 합금철(F)을 투입할 수 있도록 하며, 공급관(103)은 래들커버(21)를 관통하여 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 공급관(101, 102, 103)은 상부 공급관(101), 중간 공급관(102) 및 하부 공급관(103)으로 세분되며, 호퍼(3)의 위치와 공장의 설비 위치에 따라 첨부된 도면과 같이 중간 공급관(102)이 경사를 이룰 수 있다.

이 중간 공급관(102)의 어느 한 부위에는 호퍼(3)로부터 합금철(F)이 공급될 시에 이와 동시에 유입되는 산소 및 질소를 함유한 공기를 차단하여 합금철(F)의 투입경로를 불활성 분위기로 유지할 수 있도록 제1불활성 가스 공급수단(124)이 구 비되는 불활성 가스 차단부(123)가 분기장착된다.

이 불활성 가스 차단부(123)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 유입되는 공기의 효율적인 차단을 위하여 합금철(F)이 투입진행되는 방향에 대하여 역행 분사되도록 중간 공급관(102)의 기단부와 이루는 각(θ₁)이 90˚초과 180˚미만을 이루도록 분기장착된다.

합금철(F)은 미리 래들(22) 바닥부에 설치된 다공성 플러그(23)로부터 강하게 취입된 Ar과 같은 불활성 가스에 의해 용강(M) 상부의 슬래그(S)의 일부를 제거하여 나탕이 되어진 곳으로 자유 낙하된다.

이때의 용강(M)은 중량%로 C: 0~0.05%, N: 0~0.070%, Si: 0~4%, Ti: 0~ 0.5%, S: 0.030% 이하, P: 0.025% 이하, Cr: 11.0~ 30.0%, Ni: 0~36%를 함유하고 기타 성분으로 구성되는 AISI기준 스테인리스 304, 316L, 430, 446, 447 강 등의 스테인리스강의 용강일 수 있으며, 이외의 합금철 투입처리가 실시되는 다른 강 또한 가능할 수 있다.

합금철(F)을 용강(M)에 투입하기 위하여, 길이조절수단(113)을 통하여 하부 공급관(103)의 투입구가 용강(31) 측으로 하강된다.

이 길이조절수단(113)은 통상의 길이조절이 가능한 부재일 수 있으며, 래들(22) 직상에 위치된 하부 공급관(103)의 종단부, 즉 투입구만을 승하강시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 공급관, 더 정확하게는 중간 공급관(102)의 종단부 및/또는 하부 공급 관(103)의 기단부에는 이와 연통되어 합금철(F)의 투입 시 하부 공급관(103)의 종단부까지 불활성 가스 분위기로 조성되도록 하기 위하여 제2불활성 가스 공급수단(134)이 구비된 불활성 가스 공급부(133)가 제공된다.

이 불활성 가스 공급부(133)는 제2불활성 가스 공급수단(134)으로부터 공급되는 제2불활성 가스를 취입하여 하부 공급관(103)의 종단부에서 분출되도록 함으로써 합금철(F)이 투입될 시 하부 공급관(103)의 경로상에서 불활성 분위기가 조성되도록 하며, 하부 공급관(103)의 종단부로부터 분출될 시에는 이로부터 용강(M) 표면에 이르기까지 불활성 분위기를 유지시키도록 한다.

이 하부 공급관(103)의 외측, 더 상세하게는, 중공의 원통형 하부 공급관(103)의 외주에는 하부 공급관(103)과 동축을 이루어 이를 환포하며, 제3불활성 가스 공급수단(154)이 구비되는 단일링 구조체(150)가 제공된다.

단일링 구조체(150)는, 도 4를 참조하면, 제3불활성 가스 공급수단(154)으로부터 제3불활성 가스를 공급받아 하부 공급관(103)의 원주에 밀접되게 분사함으로써 하부 공급관(103) 외측 원주를 따라 제3불활성 가스 컬럼(column)이 형성되도록 한다.

이 제3불활성 가스 공급수단(154)은 설비에 따라 하나 또는 둘 이상의 다수 개가 설치될 수도 있다.

이 단일링 구조체(150)의 하부 즉, 하부 공급관(103)의 종단부측에는 소정의 슬릿(151)이 형성되어 상기 제3불활성 가스가 이를 통하여 분사되도록 한다. 이 슬릿(151)은 점 슬릿일 수 있으나, 상기 제3불활성 가스가 하부 공급관(103) 원주 전 체에 균일분사되도록 선 슬릿(151)인 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기 제3불활성 가스 컬럼은 하부 공급관(103) 외측 원주를 따라 하부 공급관(103) 종단부 방향으로 진행되고, 종단부에서부터 용강(M)에 이르기까지 연장되어, 하부 공급관(103)의 종단부 내측에서 토출되는 상기 제1불활성 가스 및 상기 제2불활성 가스와 더불어 합금철(F)의 진행경로를 불활성 분위기로 유지시켜준다.

상기 제3불활성 가스가 용강(M) 표면까지 그 분사형태를 유지하면서 분사되도록 하기 위하여 슬릿(151)의 폭은 0.1㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.

슬릿(151) 폭이 3.0 ㎜를 초과하게 되면 연속정리에 의하여 유속이 지둔하게 되고, 이로 인하여 상기 제3불활성 가스는 용강(M)의 표면에 도달하기 전에 분산될 수 있기 때문이다.

슬릿(151)의 폭이 0.1 ㎜ 미만이 될 시에는 충분한 양의 유량을 분사하지 못하게 되거나 래들처리 종료후 분사되는 CaO 분말 등에 의한 막힘 문제가 발생되므로 슬릿(151)의 폭은 0.1 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치의 총괄적 작용개념도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 합금철(F)은 상부 공급관(101)에 인입되어 중간 공급관(102) 및 하부 공급관(103)을 거쳐 용강(M)으로 투입된다.

합금철(F)이 중간 공급관(102)을 경유할 시에는 불활성 가스 차단부(123)로써 분사되는 상기 제1불활성 가스가 합금철(F)과 동시에 인입되는 공기를 차단시켜 주게된다(IG1).

상기 제1불활성 가스는 질소 또는 Ar과 같은 8족 기체일 수 있으나, 흡질의 가능성 및 공정단가 등을 고려하면 Ar이 바람직하다. 또한, 오스테나이트 강종의 경우 질소도 사용가능하다.

합금철(F)이 하부 공급관(103)을 경유할 시에는 불활성 가스 공급부(133)를 통하여 공급되는 상기 제2불활성 가스가 하부 공급관(103) 기단부에서부터 용강(M) 표면에 이르기까지 합금철(F) 투입 경로를 불활성 분위기로 유지시켜 주게 된다(IG2).

상기 제2불활성 가스는 8족 기체일 수 있고, 바람직하게는 Ar이며, 강종이 300계 오스테나이트의 경우 질소도 가능하다.

또한, 하부 공급관(103)의 종단부 외측에서는 단일링 구조체(150)를 통하여 상기 제3불활성 가스가 분사되어 상기 제2불활성 가스의 분산을 방지하여 합금철(F) 투입 경로를 불활성 분위기로 유지시켜 주게 된다(IG3).

상기 제3불활성 가스 또한 8족 기체일 수 있으며, 바람직하게는 Ar이다. 또한, 상기 제3불활성 가스는 하부 공급관(103) 내부에서 토출되는 상기 제2불활성 가스의 흐름(IG2)을 그 외측에서 유지되도록 하므로 상기 제2불활성 가스의 유속보다 더 신속하거나 상기 제2불활성 가스의 분사압력보다 더 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해 야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치에 의하여, 스테인리스 제강공정에서 래들 내 스테인리스 용강 중으로 온도, 성분적중을 위해 냉각제 및 각종 합금철 투입시 산소 및 질소의 혼입을 최소화하여, 용강의 흡질을 감소시키고, 재산화를 억제하여 청정도를 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 호퍼로부터 합금철이 공급되어 이를 래들에까지 투입하며, 상부, 경사를 가지는 중간 및 하부로 세분되어 중공의 원통형 공급관;

   상기 공급관의 상기 중간과 연통되어 분기장착되며, 상기 합금철이 투입될 시 동시에 유입되는 공기를 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제1불활성 가스로써 차단하는 불활성 가스 차단부;

   상기 공급관의 상기 하부의 기단부와 연통되어 분기장착되며, 상기 합금철의 투입경로상에 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제2불활성 가스를 취입하는 불활성 가스 공급부; 및

   상기 공급관 하부 외측의 어느 한 부위에 상기 하부의 축방향에 대하여 이를 환포하도록 구성되며, 상기 하부의 종단부 방향으로 슬릿이 형성되어 8족 기체로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 기체인 제3불활성 가스를 분사하는 단일링 구조체;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 불활성 가스 차단부는,

   상기 제1불활성 가스가 상기 공급관에서 상기 합금철이 투입진행되는 방향에 대하여 역행 분사되도록 중간 공급관의 기단부와 이루는 각이 90도 초과 180도 미만을 이루도록 장착되는 것을 특징으로 하는 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 단일링 구조체의 상기 슬릿 폭은 0.1 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 단일링 구조체가 장착된 합금철 투입장치.
4. 삭제

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