KR100939318B1 - 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랜스 본체의 급수관과 배수관 그리고 산소 취입관의 삼중관으로 형성된 산소 랜스에 결합되는 산소 랜스 노즐이 고열에 의해서 쉽게 변형되지 않도록 하게 하기 위한 랜스 노즐의 변형 방지 목적의 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법에 관한 것이다.

이를 위해서, 본 발명은 용선을 용강으로 정련하는 제강 공정의 전로 산소 랜스 본체 파이프와 산소 랜스 하단부의 노즐부분을 상호 결합하는 방법에 있어서, 산소랜스 내측 파이프와 노즐부분의 내측 파이프의 외경과 내경의 크기에 따라 결합방법을 상호 다르게 적용하는 것을 특징으로 하는 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법을 제공한다.

이와 같은, 본 발명은 전로의 산소원단위도 노즐수명에 관계없이 일정하게 되어 조업의 안정성이 증가되고, 노즐변형에 의한 노즐 파손 위험도 줄일 수 있게 되어,노즐 사용량 저감으로 원가절감을 이루는 효과가 있다.

산소랜스 본체 파이프, 노즐부, 내측 파이프, 외측 파이프, 오링

Description

전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법{METHOD FOR BONDING PIPE AND NOZZLE OF OXYGEN LANCE}

도 1은 일반적인 전로 산소 랜스 노즐의 형상을 도시한 개념도;

도 2는 종래의 접합방법에 따른 산소 랜스 노즐의 변형을 도시한 개념도;

도 3은 종래의 접합방법에 따른 산소 랜스 노즐의 변형에 따른 노즐 출구 구경의 크기 변화를 도시한 그래프도;

도 4는 종래의 접합방법에 따른 산소 랜스 노즐의 변형에 따른 노즐 출구에서의 산소 유속의 변화를 도시한 그래프도;

도 5는 본 발명에 따른 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법의 작용 및 효과를 도시한 개념도;

도 6은 종래의 방법과 본 발명에 따른 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법의 효과를 비교한 그래프도이다.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1:내측 파이프 2:중간 파이프

3:외측 파이프 4:노즐 출구경

5:용접부위 12:오링

20:랜스 파이프 본체

본 발명은 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 랜스 본체의 급수관과 배수관 그리고 산소 취입관의 삼중관으로 형성된 산소 랜스에 결합되는 산소 랜스 노즐이 고열에 의해서 쉽게 변형되지 않도록 하게 하기 위한 랜스 노즐의 변형 방지 목적의 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법에 관한 것이다.

일반적으로, 용선을 용강으로 정련하는 제강 전로 공정은 고로에서 생산된 용선을 전로에 장입하고, 산소랜스를 이용하여 99.9%의 순 산소를 취입하는 정련 공정이며, 이때 산소랜스를 통해 취입되는 산소는 용선 중에 있는 불순물(C,Mn,P)과 산화하여,제거되게 된다.

따라서, 산소 랜스 노즐을 통해서 분사되는 산소의 압력과 산소의 유량 그리고 제반 산소랜스 노즐을 통해서 취입되는 산소의 흐름은 전로 노내 정련 반응에 지대한 영향력을 제공하게 되며, 이에 제강 정련 분야에서는 산소랜스 노즐 등에 대해 많은 연구가 이뤄지고 있다.

또한, 산소랜스 노즐의 설계는 전로 노내에서의 적절한 교반력 및 반응성을 위해 산소 랜스 노즐의 각 부위 마다 산소압력 및 유량 등을 고려해 설계가 된다.

종래의 산소 랜스 노즐의 결합은 본체의 파이프와 노즐을 결합하는 방법에 있어서, 단순히 특수 용접에 의해서,이를 용접하는 방법을 취해 왔다.

랜스 노즐은 도 1에 도시된 바와 같이, 랜스 본체에 부착되며 삼중관(배수관,급수관,산소관)으로 구성되어 있고, 내측 파이프(1)에는 산소 기체가 흐르며 중간 파이프(2)와 외측 파이프(3)에는 냉각수인 물이 흐르게 설계되어 있다

종래의 노즐 접합 시는 내측 파이프(1)를 용접 후 외측 파이프(3)를 용접하게 되어 있고, 전로 작업에서는 산소 랜스의 외측 파이프(3)는 섭씨 1690도에 육박하는 고온에 내측 파이프(1)는 상온인 산소에 접하게 되어, 내측 파이프(1)와 외측 파이프(3)는 온도차에 의한 열팽창의 차이가 발생하게 되나 내측 파이프(1)가 용접 되어 있어서 외측 파이프(3)의 팽창을 흡수하지 못하게 된다.

결국, 도면의 도 2에서 도시한 바와 같이 응력이 노즐 선단 부위에 집중됨에 따라 노즐 선단부 외측이 소성 변형되어 산소가 분사되는 산소 노즐의 토출 구경이 감소하게 되는 것이다.

도 3은 랜스 노즐의 사용횟수에 따른 출구경 감소를 나타낸 것으로, 랜스 노즐의 사용횟수가 증가하면 노즐 변형도 증가하고, 출구경은 산소노즐의 사용횟수에 따라 직선적으로 감소하여 100회 사용에 3.5mm 감소하고 있다.

또한, 도면의 제 4도에 도시 한 바와 같이 출구경이 감소함에 따라 유속도 감소하게 된다.

결국, 산소랜스 사용횟수가 150회의 사용횟수에서 정상노즐에 비해 산소의 운동속도가 10% 이상 감소하여 용강 중 탄소를 제거하는 탈탄 능력이 저하하고,용강 중 탈탄에 필요한 산소가 많이 공급되게 되어 산소사용량의 증가와, 취련 시간 연장,그리고 슬래그 과산화 등의 문제를 초래한다는 것이다.

결국 종래의 기술로는 노즐 선단 외측부위가 변형되어 단면적이 감소함으로써 랜스 노즐이 본래의 기능을 충분히 발휘하지 못하고 있으며 노즐 파손 위험, 탈탄능 저하 등 많은 문제점을 내포하고 있음을 알 수 있다.

따라서, 종래와 같은 전로 산소 랜스 본체 파이프와 산소랜스 노즐과의 연결을 단순 용접에 의해서 결합하는 방법은 섭씨 1690도에 육박하는 고온의 전로 노내에서 산소랜스 본체 파이프가 열적인 변형을 일으킬 시에 본체 파이프 하단부에 부착된 산소 랜스 노즐이 변형이 되어 산소 랜스 노즐 토출구에서 분사되는 산소 제트의 분사속도에 간섭을 초래하여 전로 노내에서 취입되는 산소의 반응이 둔화되고 이것은 결국 전로 노내 용강의 탈탄 불량 및 취련 시간 증가로 인해 생산성 저하의 원인을 초래하게 되고, 또한 산소 분사 압력이 둔화되어 전로 노내 용강 상부의 슬래그 층을 뚫고 용강과 반응해야 하 취입산소가 전로 노내 용강 상부에 부상되어 있는 슬래그와 반응되어 결국 철 산화물을 급증시키는 문제를 야기시켜 용강 실수율 저하시키는 문제점이 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 본체 파이프 하단부에 부착된 산소 랜스 노즐의 변형을 막고 산소 랜스 노즐 토출구에서 분사되는 산소 제트의 분사속도에 간섭을 초래하여 전로 노내에서 취입되는 산소의 반응이 둔화되어 전로 노내 용강의 탈탄 불량 및 취련 시간 증가로 인해 생산성 저하의 원인을 미연에 방지하고, 또한 산소 분사 압력이 둔화되지 않도록 하여 용강 상부의 슬래그 층을 뚫고 용강과 반응해야 하는 취입산소를 본래의 목적과 기능에 적합하게 행해지 도록 함으로써 전로 노내 용강 상부에 부상되어 있는 슬래그와의 반응성을 증진시켜 슬래그 중 철 산화물이 급증되는 문제를 미연에 방지하여 전로 제강 공정에서 용강 실수율을 높일 수 있는 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 용선을 용강으로 정련하는 제강 공정의 전로 산소랜스 본체 파이프와 산소 랜스 하단부의 노즐부분을 상호 결합하는 방법에 있어서, 산소랜스 본체의 내측 파이프와 노즐부의 내측 파이프의 외경과 내경의 크기에 따라 결합방법을 상호 다르게 적용하되, 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경과 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 서로 동일할 경우, 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 연결되는 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경의 일정 부분에 나사산의 홈이 한 줄 이상 형성되고, 상기 산소랜스 본체 파이프의 내경에도 한 줄 이상의 나사산의 홈이 형성 되며, 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 산소랜스 노즐부의 내측 파이프가 서로 맞닿는 부분에 탄성체의 오링(12)으로 구성되어 상기 오링(12)의 내부 지름이 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경보다 같거나 크며, 그 크기가 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 노즐부의 내측 파이프의 나사산을 감싸 안은 정도보다 큰 크기의 구성을 가지며, 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 크기가 서로 다를 경우 즉, 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프의 구경보다 작을 경우, 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 나사산의 홈에 탄성체의 오링(12)을 끼워 넣은 상태에서 상기 산소랜스 본체 의 내측 파이프의 내경에 밀어서 끼워 넣는 방식으로 결합하는 것을 특징으로 하는 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합 방법을 제공한다.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경과 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 서로 동일할 경우, 산소랜스의 내측 파이프(1)와 연결되는 산소랜스 노즐부분의 내측 파이프의 외경의 일정 부분에 나사산의 홈이 한 줄 이상 형성되고, 산소랜스 본체 파이프(20)에도 한 줄 이상의 나사산의 홈이 형성되며, 산소랜스 내측 파이프와 산소랜스 노즐부의 내측 파이프가 서로 맞닿는 부분에 탄성체의 오링(12)되는 구성을 갖되, 상기 오링(12)의 내부 지름이 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경보다 같거나 크며, 그 크기가 산소 랜스 본체 내부 파이프와 노즐부 내측 파이프의 나사산을 감싸 안은 정도보다 큰 크기로 구성된다.

또한, 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 산소랜스 본체 내측 파이프의 구경보다 작을 경우에는, 도 5(B)에 나타난 사진과 같이, 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 나사산의 홈에 탄성체의 오링(12)을 끼워 넣은 상태에서 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경에 밀어서 끼워 넣는 방식으로 결합하도록 구성된다.

물론, 중간 파이프(2b)와 최고 외측의 파이프(3b)와 산소랜스 노즐부의 중간 파이프(2a) 및 외측 파이프(3a)는 상호 용접으로 결합된다.

즉, 종래의 경우에는 삼중관으로 이뤄진 산소랜스 파이프와 이에 상응하는 산소랜스 노즐부분을 결합하는 방법에 있어서,세 개의 관을 모두 용접 결합하는 방법을 사용을 했으나, 본 발명의 경우에는 산소랜스 본체 파이프의 열적인 변형에 의해서 노즐 부분이 변형되는 것을 방지하고자 산소랜스 노즐의 내측 파이프의 결합 방식에 있어서 홈이 패인 나사부를 형성 시키고 그 안에 탄성체를 끼워 넣어서 조립을 하는 방법이 사용된 점이 크게 다르다고 봐야 할 것이며, 특히 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경에 연결되는 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 상호 동일한 경우에는 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경측과 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경측에 패인 나사부의 외부에 튜브가 씌워지고, 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경보다 적을 경우에는 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외곽면에 나사산의 홈을 형성 시켜, 그 내부에 탄성체의 튜브를 삽입시켜, 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경에 끼워 넣도록 구성된다.

이하, 본 발명의 작용에 관하여 상세하게 설명한다.

도 1의 (A)에 도시 한 바와 같이, 전로 조업시 외부의 고온으로 인해 산소랜스 본체 외측 파이프(3)가 팽창 시 상온 상태의 산소랜스 파이프와 서로 연접되어 있는 산소랜스 노즐부의 내측 파이프도,외측 파이프가 변형되는 것과 동시적으로 아래로 이동하게 되어 도면의 도 5의 (C)에 도시한 바와 같은 사진의 형태대로 산소랜스 노즐구가 변형이 되지 않게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 노즐의 결합방식을 적용해서 이를 실 작업에 적용해 본 결과 본 발명에 따른 노즐은 랜스 노즐의 변형이 발생되지 않음을 알 수 있었고,본 발명에 따른 산소랜스 노즐의 적용 시 산소랜스 사용 수명이 많아져도,전로 노내의 산소 원단위는 일정하게 유지됨을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합방법은 내측 파이프의 미끄럼 작용에 의해서 응력이 흡수되고 변형이 발생하지 않게 됨에 따라 산소 랜스 노즐의 수명이 증가하여도 산소 노즐구로부터 분사되는 산소의 분사 압력이나 산소 취입량이 일정하게 유지되어 제반 전로 취련 작업 시 탈탄 효율이 변화가 없게 되어 생산성 향상에 이바지 하는 효과와 함께 전로 노내 반응의 안정화를 기하는 효과가 얻어지게 되고, 또한 전로의 산소원단위도 노즐수명에 관계없이 일정하게 되어 조업의 안정성이 증가되고, 노즐변형에 의한 노즐 파손 위험도 줄일 수 있게 되어,노즐 사용량 저감으로 원가절감을 이루는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 용선을 용강으로 정련하는 제강 공정의 전로 산소랜스 본체 파이프와 산소 랜스 하단부의 노즐부분을 상호 결합하는 방법에 있어서,

   산소랜스 본체의 내측 파이프와 노즐부의 내측 파이프의 외경과 내경의 크기에 따라 결합방법을 상호 다르게 적용하되,

   상기 산소랜스 본체의 내측 파이프의 내경과 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 서로 동일할 경우, 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 연결되는 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경의 일정 부분에 나사산의 홈이 한 줄 이상 형성되고, 상기 산소랜스 본체 파이프의 내경에도 한 줄 이상의 나사산의 홈이 형성 되며, 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 산소랜스 노즐부의 내측 파이프가 서로 맞닿는 부분에 탄성체의 오링(12)으로 구성되어 상기 오링(12)의 내부 지름이 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경보다 같거나 크며, 그 크기가 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 노즐부의 내측 파이프의 나사산을 감싸 안은 정도보다 큰 크기의 구성을 가지며,

   상기 산소랜스 본체의 내측 파이프와 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 크기가 서로 다를 경우 즉, 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 외경이 상기 산소랜스 본체의 내측 파이프의 구경보다 작을 경우, 상기 산소랜스 노즐부의 내측 파이프의 나사산의 홈에 탄성체의 오링(12)을 끼워 넣은 상태에서 상기 산소랜스 본체 의 내측 파이프의 내경에 밀어서 끼워 넣는 방식으로 결합하는 것을 특징으로 하는 전로 산소랜스 본체 파이프와 노즐부의 결합 방법.
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