KR100833046B1 - 전로 저취 노즐의 침식 저감방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용선중에 산소를 취입하여 용강을 생산하는 전로의 바닥부에 설치되어 용강중에 가스를 취입하는데 사용되는 저취노즐의 침식을 억제하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 용선중에 산소를 취입하여 용강을 생산하는 전로의 바닥부에 설치되어 용강중에 가스를 취입하는데 사용되는 저취노즐의 침식을 억제하는 방법에 있어서, 취련 기간중에 아래 식으로 표현되는 겉보기 마하(Mach)수, M'이 0.4 이하로만 저취노즐의 유량을 조절하고,
Figure 112001034473725-pat00001

인 것을 특징으로 하는 전로 저취 노즐의 침식 저감방법을 제공한다.
용선, 산소 취입, 전로, 저취노즐 침식, 겉보기 마하(Mach)수, 침식 저감방법

Description

전로 저취 노즐의 침식 저감방법{Method For Decreasing the Wear Rate of Tuyere in Converter}
제 1도는 본 발명에 따른 전로 저취 노즐의 침식 저감방법의 실시예에 사용된 실험장치의 모식도;
제 2도는 겉보기 마하(Mach)수와 침식깊이와의 관계를 도시한 그래프도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1. 아크릴 수조 2. 묽은 염산
3. 저취 노즐 4. 석고
5. 가스 주입구
본 발명은 용선중에 산소를 취입하여 용강을 생산하는 전로의 바닥부에 설치되어 용강중에 가스를 취입하는데 사용되는 저취노즐의 침식을 억제하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 용선의 상부에서만 산소를 공급하는 상취 전로는 산소의 탈탄효율 감소로 인해 용강중 산소의 상승 및 슬래그중의 철산화물 상승 등의 부작용을 초래하 는 문제점이 있어서 용강의 교반력 강화를 통한 상취 산소의 탈탄산소 효율 증가를 목적으로 전로의 바닥부에 추가로 가스를 공급할 수 있는 저취노즐을 설치한 복합취련전로가 현재 널리 사용되고 있다.
그러나, 이와 같은 복합취련전로는 용강중에 가스를 공급하는 저취노즐의 침식으로 인해 저취노즐을 조기에 폐쇄하여 전로가 화지할 때까지 복합취련의 효과를 거두지 못하는 문제점을 지니고 있다. 따라서 가능한 한 저취노즐의 침식을 감소시키기 위한 각종 방법들이 제안되고 있다.
일본공개특허 昭61-76608에 기재된 "製鋼用轉爐の羽口の保護方法"은 전로 바닥에 설치된 금속관 저취노즐로부터 용철중에 가스를 취입하여 교반을 행하는데 있어서 취련 후반부에 용철온도가 상승하고 탄소농도가 저하하는 시기에 취입기체의 압력을 40 kg/cm2 이상이 되도록 승압하여 저취노즐의 침식을 저감하는 방법을 제공하고 있다.
그러나, 통상 전로의 가스 공급 압력이 20 kg/cm2 전후인 점을 감안하면 추가적인 승압설비 및 기존의 배관 등을 전량 교체해야 하는 등의 문제점이 있어 쉽게 적용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 일본공개특허 昭63-235422에 기재된 "轉爐底吹きノズルの保護方法"은 출강 종료후에 전로내에 잔류된 용강에 저취노즐로부터 가스를 공급하여 저취노즐 주변의 용강을 냉각, 응고시켜 저취노즐을 보호하는 방법을 제공하고 있다. 그러나 전로내에 용강을 잔류시키면 전로 내화물을 보호하는데 극히 중요한 슬래그 코팅 작업이 저해되어 전체적으로는 전로수명을 단축시키게 되므로 바람직하지 않다.
또한, 일본공개특허 平2-88711에 기재된 "轉爐羽口の保護方法"은 복합취련 전로의 저취에서 공급하는 교반용 가스로서 탄화수소계 가스 혹은 탄화수소계 가스와 불활성 가스로 구성된 혼합가스를 사용하여 저취를 보호하는 방법을 제공하고 있다. 이와 같은 탄화수소계 가스는 용철중에 취입시 열분해로 인한 냉각작용으로 저취노즐의 온도를 저하시켜 저취의 침식을 저하시키는 작용이 있으나, 고압 및 고온 분위기인 전로 바닥부는 항상 가스 누출에 의한 폭발의 위험성이 상존하여 쉽게 채택하기 어려운 실정이다.
또한, 일본공개특허 平8-165506에 기재된 "精鍊用羽口の損耗抑制方法"은 저취노즐 상부에 가스의 냉각에 의해 형성되는 응고철인 'mushroom'층이 노즐을 항상 보호할 수 있도록 하기 위해 노즐의 후단에 방사온도계를 설치하여 노즐 선단의 온도를 측정하여 그 온도가 용탕의 응고온도 이상으로 상승하면 소정시간동안 통상 취입되는 가스유량의 120~160%로 증가시켜 '머쉬룸(mushroom)'층을 유지하도록 하여 저취노즐을 보호하는 방법을 제공하고 있다.
그러나, 이 방법은 방사온도계를 노즐마다 설치해야 하고 이를 위해 내경이 큰 저취 노즐을 사용함으로써 용강 유출의 가능성이 커지는 문제점을 안고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 전로의 화지시까지 안정적으로 저취노즐을 사용할 수 있게 됨으로써 용강중 산소의 감소로 합금철 감소에 의한 원가절감, 슬래그중 철산화물 감소에 의한 용강 실수율 향상, 레이들에서의 슬래그 개질제 감소에 의한 원가절감 및 용강품질의 향상을 이 룰 수 있도록 개선된 전로 저취 노즐의 침식 저감방법을 제공함에 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 용선중에 산소를 취입하여 용강을 생산하는 전로의 바닥부에 설치되어 용강중에 가스를 취입하는데 사용되는 저취노즐의 침식을 억제하는 방법에 있어서, 취련 기간중에 아래 식으로 표현되는 겉보기 마하(Mach)수, M'이 0.4 이하로만 저취노즐의 유량을 조절하고,
Figure 112001034473725-pat00002
인 것을 특징으로 하는 전로 저취 노즐의 침식 저감방법을 마련함에 의한다.
그리고, 본 발명은 상기 겉보기 마하(Mach)수, M'이 0.8이상으로만 저취노즐의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 전로 저취 노즐의 침식 저감방법을 마련함에 의한다.
또한, 본 발명은, 상기 겉보기 마하(Mach)수, M'이 취련중 일부 기간은 0.4이하로, 나머지 구간은 0.8이상으로 저취노즐의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 전로 저취 노즐의 침식 저감방법을 마련함에 의한다.
본 발명에 따른 전로 저취 노즐의 침식 저감방법은 용강중에 가스를 취입할 때 발생되는 저취 노즐의 침식 현상은 취입가스가 노즐을 이탈할 때 발생되는 이른바 "백 어택(back attack)" 현상과 크게 관계가 있음이 알려져 있다. 상기 백어택 현상은 취입가스에 의해 형성된 캐비티(cavity)로 부터 용강중으로의 기포화 속도가 늦어지는 경우, 상기 캐비티가 과도하게 성장하여 불안정해지면서 캐비티 중간이 잘록해지면서 대형기포를 만들면서 절단되어 연이어 취입된 가스에 의해 발생된 캐비티는 갑자기 액체의 장벽을 만나게 되어 가스가 뒤로 후퇴하여 취입노즐로 되돌아오게 되어 노즐 주변의 내화물이 침식되는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명자는 취입가스에 의해 발생되는 기포의 합체 및 분리가 백 어택에 크게 관여하고 있는 것으로 판단되어 기포의 합체 및 분리에 크게 영향을 미치는 노즐출구에서의 가스속도와 백 어택에 의한 침식과의 상관성을 조사하였는데 특정한 가스속도 영역에서 노즐주변이 급속히 침식되는 현상이 관찰되어 노즐의 침식을 억제하기 위해서는 저취 유량의 범위를 적절히 설정하는 것이 극히 중요하다는 사실을 확인하였다.
이하, 본 발명의 실시 예를 통해 이를 보다 상세히 설명하기로 한다.
[실시 예]
본 발명의 모델실험을 위해 제 1도에 나타낸 바와 같이, 저취 노즐 내경8 mm, 강욕깊이 1830 mm인 250 ton 전로의 1/15 스케일(scale) 규모의 아크릴 수조(1) 모형을 제작하였는데 버블링(bubbling)시에 발생되는 욕의 교반에 의한 영향을 줄이고자 아크릴 수조(1)의 내경을 290 mm로 하여 노즐 대비 현저히 크게 하였다. 저취 노 즐로(3)는 내경 0.5 mm의 스테인레스 파이프를 사용하고 주변 내화물로는 석고(4)를 이용하였다.
또한 용강 대신에 1.05 N의 묽은 염산(2)을 이용하였으며 욕깊이는 122 mm로 조정하였다. 백 어택이 발생되면 노즐(3)주변의 용강 유속이 급속히 증가하므로 용강 대신으로 사용된 묽은 염산(2)이 석고(4)를 현저하게 침식하게 된다. 따라서 가스속도에 따라 시험후 석고(4)의 침식정도를 비교하면 용이하게 평가된다.
또한, 석고(4)의 시공품질에 따른 실험오차를 줄이기 위해 전 실험기간동안 동일한 물/석고 비율을 유지하여 석고(4)를 시공하였다. 실험은 노즐(3)로의 역류를 막기 위해 초기에 낮은 가스유량을 흘리면서 물을 채우고, 여기에 포화 염산을 투입하고 목표수면까지 수면을 조정한 후, 목표 유량으로 가스 유량을 증량하여 10분간 유지한 후 묽은 염산(2)을 배출시키고 실험을 종료하였다.
실험 후, 석고(4) 부분만을 회수하여 사진촬영 및 침식깊이를 조사하였다. 노즐(3)주변의 석고(4)의 침식은 반경방향 및 깊이 방향으로 진행하지만 백 어택에 의한 침식은 주로 깊이방향으로 진행하므로 침식깊이를 측정하였다.
한편, 본 실험에서 축척비는 맞추었으나 용강 대신에 묽은 염산(4)을 사용하여 실제 전로에서의 가스속도와의 상사조건을 고려할 수 있도록 가스속도로는 "겉보기 마하(Mach)수"를 이용하였다. 겉보기 마하(Mach)수는 정압보정후의 가스속도를 상 온(25℃)에서의 음속으로 나눈 값으로 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112001034473725-pat00003

Figure 112001034473725-pat00004
상기의 (1),(2),(3)식을 이용하여 모델 및 실제 전로에서의 겉보기 마하(Mach)수와 유량과의 관계를 계산할 수 있는데, 이를 아래의 표1에서와 같이, 모델 실험시의 겉보기 마하(Mach)수와 질소가스 유량 및 각 겉보기 마하(Mach)수에 해당되는 실제 전로에서의 유량을 함께 나타내었다. 겉보기 마하(Mach)수가 1.0 이상인 경우는 고압이 필요하게 되어 본 실험 장치로는 실험이 불가능하여 실시하지 못했다.
Figure 112001034473725-pat00005
한편, 제 2도에는 상기와 같은 모델 시험후에 회수된 석고(4)의 침식깊이를 대표적인 사진과 함께 나타내었는데, 겉보기 마하(Mach)수가 0.4를 초과하면서 급속히 침식이 진행하여 0.6에서 최대를 나타낸 후 급속히 감소하였다. 실험중 관찰 결과 겉보기 마하(Mach)수가 0.7이상인 경우는 취입된 가스에 의해 생성되는 프럼(plume)이 아크릴 수조(1)의 중심주위로 회전하게 되어 백 어택의 작용방향이 노즐(3)의 중심에 대해 기울어지게 되어 침식이 감소된 것으로 판단된다. 한편 겉보기 마하(Mach)수가 더욱 증가하게 되는 경우는 상기의 작용이 더욱 증가할 것이므로 침식은 지속적으로 감소할 것이 쉽게 예측된다.
제 2도에 도시된 그래프에서는 종래의 조업범위를 함께 나타내었는데 통상 전로에서 취련 전반기에는 저유량을, 취련 후반기에는 취련 전반기 유량의 2배 이상의 고유량을 사용하는 것을 감안하면, 취련 전반기에는 겉보기 마하(Mach)수가 0.4이하가 되도록 유량을 조절하고 취련 후반기에는 0.8 이상이 되도록 유량을 조절하면 저취노즐(3)의 침식을 현저히 저감시킬 수 있을 것임을 쉽게 알 수 있다.
또한 강욕깊이, 노즐(3)의 내경, 사용 가스 종류가 전로별로 상이하지만 상기 (1),(2),(3)식의 관계를 이용하여 상기의 겉보기 마하(Mach)수가 만족되도록 유량을 쉽게 계산할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의한 전로 저취노즐(3)의 침식저감 방법을 제공함으로써 전로의 화지시까지 안정적으로 저취노즐(3)을 사용할 수 있게 됨으로써 용강중 산소의 감소로 합금철 감소에 의한 원가절감, 슬래그중 철산화물 감소에 의한 용강 실수율 향상, 레이들에서의 슬래그 개질제 감소에 의한 원가절감 및 용강품질의향상 등의 효과가 얻어진다.

Claims (3)

  1. 용선중에 산소를 취입하여 용강을 생산하는 전로의 바닥부에 설치되어 용강중에 가스를 취입하는데 사용되는 저취노즐의 침식을 억제하는 방법에 있어서, 취련 기간중에 아래 식으로 표현되는 겉보기 마하(Mach)수, M'이 0.4 이하로 되도록 저취노즐의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 전로 저취노즐의 침식 저감 방법.
    Figure 112008003088641-pat00006
  2. 용선중에 산소를 취입하여 용강을 생산하는 전로의 바닥부에 설치되어 용강중에 가스를 취입하는데 사용되는 저취노즐의 침식을 억제하는 방법에 있어서, 취련 기간중에 아래 식으로 표현되는 겉보기 마하(Mach)수, M'이 0.8 이상으로 되도록 저취노즐의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 전로 저취노즐의 침식 저감 방법.
    Figure 112008003088641-pat00009
  3. 용선중에 산소를 취입하여 용강을 생산하는 전로의 바닥부에 설치되어 용강중에 가스를 취입하는데 사용되는 저취노즐의 침식을 억제하는 방법에 있어서, 취련 기간중에 아래 식으로 표현되는 겉보기 마하(Mach)수, M'이 0.4 이하 또는 0.8 이상으로 되도록 저취노즐의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 전로 저취노즐의 침식 저감 방법.
    Figure 112008003088641-pat00010
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