KR101008149B1 - 전로의 출강구용 배출관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로의 출강구용 배출관에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 출강구용 배출관은 전로의 출강구를 구성하며, 전로에 탈부착 가능하게 결합되는 배출관 본체와; 전로의 수용부로부터 용강이 배출할 수 있도록 상기 배출관 본체를 관통하는 형태로 배출관 본체의 내부에 형성되는 유로와; 상기 전로의 수용부 측으로 배치되는 상기 유로의 유입측 단부 영역에 형성되는 정압 형성부;를 포함하여 구성될 수도 있다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 출강구용 배출관의 사용초기부터 사용말기에 이르기까지 최대한 균일한 출강시간을 유지할 수 있고, 용강의 배출 중 발생하는 맥동 현상을 최대한 억제할 수 있게 되어 슬래그가 출강구용 배출관으로 유입되는 것을 억제할 수 있으며, 맥동 현상에 의한 출강구용 배출관의 용손을 최소화 하여 적정 출강시간을 최대한 유지할 수 있고, 슬래그의 유출을 최소화할 수 있게 되어 용강의 품질향상 및 합금철 실수율을 향상시킬 수 있다.

전로, 출강구, 와류, 맥동, 용손, 비대칭

Description

전로의 출강구용 배출관{DISCHARGE PIPE FOR TAP HOLE OF CONVERTER}

본 발명은 전로의 출강구용 배출관에 관한 것이다.

일반적으로, 전로는 용강내의 불순물의 제거 및 용강의 성분을 조정하도록 구비된다. 이와 같이, 불순물이 제거되고, 성분이 조정된 용강은 다음 공정을 위하여 래들을 통해 이송되고 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 일반적으로 전로(1) 내의 용강(2)은 취련이 종료되는 시점에 샘플링을 실시하고 출강작업을 실시하게 된다. 이 경우, 전로 본체(11) 내의 용강(2)은 출강구(12)를 통해서 래들(30)로 배출되는데, 용강(2)의 품질이 유지될 수 있도록 슬래그(3)가 출강구(12)를 통해 배출되지 않도록 해야한다.

종래의 전로(1)는 용강(2)의 배출을 위하여, 전로 본체(11)에 구비되는 출강구(12)는 일부 부품이 교체 가능하도록 장착되고 있다. 전로 본체(11)를 구성하는 케이스(11a)의 일 영역이 외부로 돌출되는 상태로 구비되고, 내부에 위치되는 내화재(11b)와 함께 케이스(11a)를 관통하는 상태로 가이드(12a)가 구비되어 용강(2)의 배출을 위한 유로를 형성하게 되는 출강구 배출관(13)이 교체 가능하도록 장착된다. 상기 가이드(12a)와 전로 본체(11) 사이 공간은 유입재(12b) 등과 같은 물질로 채워진다.

상기 출강구 배출관(13)은 일반적으로, 코니컬 타입(Conical type)으로 이뤄져 출강류의 형태가 일직선을 유지하면서 흩어지지 않게 흘러 나가도록 구성되고 있다. 보통 출강구 배출관(13)은 마그네슘 카본계(Mg-C)로 구성되는 내화물이며, 출강류의 유속을 너무 빠르지 않도록 유로가 적정한 크기로 형성하여 슬래그가 유출되는 것을 방지하는 한편, 출강중에 투입되는 합금철의 투입시간이 부족하지 않도록 하고 있다.

그러나, 출강구 배출관(13)은 초기 상태(또는 교환후, 초기상태)에서 유로의 크기가 작아 출강속도가 느려지게 되므로 인해 전체 제강시간이 길어지는 문제가 발생하고 있다. 예를 들어, 약 280톤의 용강 전량을 래들(30)로 배출시키기 위해서는 약 7 ~ 10분의 시간이 소요되기 때문에 전체 제강시간이 길어진다.

한편, 사용횟수의 중기(약50회) 이후, 출강구 배출관(13)은 유로의 내측이 약 1600℃ 이상의 용강과 지속적인 접촉에 의해서 화학 및 기계적 침식이 발생하여 내경의 확장이 일어난다. 이 경우, 출강시간은 출강구 사용횟수 초기(20회 미만)와 대비하여 볼 때, 상대적으로 점점 감소하게 된다.

그리고, 사용횟수 말기(약 100회 이상)에서, 출강구 배출관(13)은 유로의 내경이 지속적으로 증가하여 출강류의 유속이 점점 빨라지고 그로 인해 출강구 내측의 침식이 가중되어 출강시간도 급속도로 짧아진다.

이와 같이, 출강시간이 단축되는 경우, 용강의 성분 조정을 위한 합금철의 투입시간 확보가 불가능하게 되는 문제가 발생한다. 또한, 출강류의 유속이 빨라지 면서 슬래그가 유출되며, 유출되는 양도 증가하게 되는 문제가 발생한다. 이 경우, 작업자가 슬래그 유출을 감지한 뒤 조치를 취하기에는 이미 많은 야의 슬래그가 래들로 유출되어 성분 격외를 유발시키거나 합금철의 실수율을 떨어뜨리게 되는 문제를 유발시킨다.

또한, 종래의 출강구 배출관(13)은 유입측 용강의 유속과 배출측 용강의 유속 차이로 인하여 맥동 현상이 발생한다. 맥동 현상은 다량의 용강 배출과 소량의 용강 배출이 주기적으로 반복되는 현상으로 출강구 배출관(13)의 유로 내벽에 용손을 유발하게 된다. 따라서, 출강 횟수가 증가함에 따라, 용손의 정도는 심화되고, 출강구 배출관의 수명이 짧아지게 되는 문제가 있다.

더욱이, 맥동 현상이 발생하는 경우, 출강구 배출관의 배출측은 압력이 주기적으로 변화되어 외부 공기가 맥동 현상에 따라 유입되는 현상이 발생하고, 이로 인하여 출강구 배출관의 유로는 용손이 심화된다. 이 경우, 배출측 영역의 내경이 사용 횟수가 증가함에 따라 점차 넓어지게 되어 배출되는 용강의 퍼짐현상이 발생하게 되고, 이로 인하여 출강 종료시점의 판단을 어렵게 한다.

본 발명은 종래의 전로의 출강구용 배출관에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.

본 발명의 일 목적은 출강구용 배출관의 사용초기부터 사용말기에 이르기 까지 최대한 균일한 출강시간을 유지할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 용강의 배출 중 발생하는 맥동 현상을 최대한 억제하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 출강구용 배출관에 발생하는 용손 현상을 최소화 하여 출강구의 수명을 증가시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 용강의 배출시 슬래그의 유출량을 최소화 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 출강구용 배출관의 출구측 유속 증가를 최대한 억제하여 출강구의 용손을 최소화 하고, 출구측에서 발생하는 출강류의 퍼짐현상을 최소화 하는 것이다.

상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 전로의 출강구용 배출관은 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.

본 발명은 기본적으로, 전로의 내부에 위치되는 출강구용 배출관의 유입측 단부 영역에 용강의 압력이 일정한 정압을 유지하는 영역이 형성되어 출강구용 배 출관의 내부로 용강의 충진성이 유지될 수 있도록 하여 출강구용 배출관의 유입측과 배출측의 유속 차이를 최소화 할 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 전로의 출강구용 배출관은 전로의 출강구를 구성하며, 전로에 탈부착 가능하게 결합되는 배출관 본체와; 전로의 수용부로부터 용강이 배출할 수 있도록 배출관 본체를 관통하는 형태로 배출관 본체의 내부에 형성되는 유로와; 전로의 수용부 측으로 배치되는 유로의 유입측 단부 영역에 형성되는 정압 형성부;를 포함하여 구성될 수도 있다.

이 경우, 정압 형성부는 서로 마주하는 유로의 어느 두 내측면 영역이 비대칭인 경사부로 이루어질 수도 있다. 한편, 비대칭인 경사부는 유로의 내측 영역에서 유입측 단부 방향으로 내경이 점층적으로 확장되는 형태로 이루어질 수도 있다.

그리고, 비대칭 경사부은 배출관 전체 길이의 10 내지 50%의 길이로 이루어지는 제1 경사부와; 제1 경사부의 전체 길이에 대한 10 내지 50%의 길이로 이루어지는 제2 경사부를 포함하여 이루어질 수도 있다. 이 경우, 제1 경사부와 제2 경사부는 서로 마주하도록 배치될 수도 있다.

또한, 제1 경사부는 전로의 하부방향으로 배치되고, 제2 경사부는 전로의 상부방향으로 배치될 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 출강구용 배출관의 사용초기부터 사용말기에 이르기까지 최대한 균일한 출강시간을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 용강의 배출 중 발생하는 맥동 현상을 최대한 억제 할 수 있게 되어 슬래그가 출강구용 배출관으로 유입되는 것을 억제할 수 있고, 또한 맥동 현상에 의한 출강구용 배출관의 용손을 최소화 할 수 있고, 출강구용 배출관의 수명을 연장시킬 수 있다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 출강구용 배출관의 출구측 유속 증가를 최대한 억제하여 출강구용 배출관의 용손을 최소화 할 수 있고, 출구측에서 발생하는 출강류의 퍼짐현상을 최소화 할 수 있다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 적정 출강 시간에 해당되는 출강구용 배출관의 상태를 최대한 유지할 수 있게 되어 출강효율을 증가시킬 수 있다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 적정 출강시간을 최대한 유지할 수 있고, 슬래그의 유출을 최소화할 수 있게 되어 용강의 품질향상 및 합금철 실수율을 향상시킬 수 있다.

그리고 또한, 본 발명에 따르면, 출강시간 및 출강구 배출관의 수명 예측이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 전로의 출강구용 배출관에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.

이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발 명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 전로의 내부에 위치되는 출강구용 배출관의 유입측 단부 영역에 용강의 압력이 일정한 정압을 유지하는 영역이 형성되어 출강구용 배출관 내부로 용강의 충진성이 유지될 수 있도록 하여 출강구용 배출관의 유입측과 배출측의 유속 차이를 최소화 할 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전로의 출강구용 배출관(100)은 전로의 출강구를 구성하기 위하여 전로의 본체에 탈부착 가능하게 결합되는 본체(110)가 구비된다. 그리고, 상기 본체(110)의 내부에는 길이방향으로 용강을 배출시키기 위한 유로(120)가 형성된다. 상기 유로(120)는 상기 본체(110)의 일 단부에서 맞은편 다른 일 단부를 관통하는 형태로 형성된다.

상기 본체(110)는 용강의 배출시 용강의 온도를 견딜 수 있도록 내화물로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 본체(110)를 구성하는 내화물은 마그네슘 카본계(Mg-C) 연와로 구성될 수도 있다. 그리고, 상기 출강구 배출관(100)이 전로에 장착될 때, 상기 본체(110)의 일구측인 일 단부는 용강이 상기 유로(120)로 유입될 수 있 도록 전로의 내부로 향하도록 배치되고, 출구측인 다른 일 단부는 용강을 래들로 배출시키기 위하여 전로의 외부를 향하여 돌출되도록 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 유로(120)의 입구측인 일 단부 영역에는 배출되는 용강의 압력이 정압을 이루도록 정압 형성부(121)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 정압 형성부(121)에 의해, 상기 출강구 배출관(100)에 형성되는 유로(120)의 입구측 단부 영역으로 유입된 용강은 정압 형성부(121)에 의해 정압 상태로 유로(120)에 충진될 수 있다. 다시 말해서, 상기 정압 형성부(121)가 유로(120)의 입구측 영역에 형성되어, 용강이 유로(120)를 통해 배출되는 속도에 대하여 용강이 유로(120)의 내부로 충진되는 시간을 충분히 확보할 수 있게 되어 유로(120)의 내부 전체는 일정한 유량의 용강이 흐를 수 있게 된다.

상기 설명된 것과 같이, 정압 형성부(121)가 유로(12)의 입구측 영역에 형성되는 경우, 출강 작업동안 출강류가 상기 출강구 배출관(100)의 유로(120) 내부에 최대한 충진되어 흐를 수 있도록 유로(120)의 입구측과 출구측 간의 유속 차이를 최대한 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 유로(120)의 내부에 용강이 제대로 충진되지 않아 발생하는 용강과 유로(120)의 내측면 간의 불규칙적인 접촉에 의한 화학적, 기계적인 용손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 유로(120)의 입구측과 출구측 간의 압력차에 의해 외부 공기가 유입되는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 맥동 현상은 출강구 입구측과 출구측의 높이에 따라 위치 에너지가 서로 다르기 때문에 서로 다른 운동 에너지의 변화가 발생하는데, 에너지 보존의 법칙에 의해서 설명될 수 있는 바와 같이, 더 낮은 위치에 배치되는 유로(120)의 출 구측에 위치하는 용강의 속도가 더 높은 위치에 배치되는 유로(120)의 입구측에 위치하는 용강의 속도 보다 상대적으로 빠르게 되기 때문에 상기 출구측에서 배출되는 용강의 양은 입구측으로 유입되는 용강의 양 보다 상대적으로 많다. 이 경우, 유로(120)의 입구측으로 충진되는 용강의 양이 충분하지 않은 경우, 맥동 현상이 발생할 수 있다.

이와 같이 발생하는 맥동 현상을 최대한 감소시키기 위하여, 상기 정압 형성부(121)는 유로(120)의 입구측 단부의 영역이 비대칭한 형상을 이루도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 정압 형성부(121)는 서로 마주하는 유로(120)의 어느 두 내측면 영역이 비대칭 형태의 경사부로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 경사부는 상기 유로(120)의 어느 일 내측 영역에서 상기 유로(120)의 유입측 단부 방향으로 유로(120)의 내경이 점층적으로 확장되는 형태로 형성될 수도 있다.

즉, 상기 출강부 배출관(100)의 중심축(A)을 기준으로 정압 형성부(121)의 영역이 서로 비대칭 형상으로 이루어지도록 할 수도 있다. 이와 같이 구성되는 경우, 용강이 상기 정압 형성부(121)에 충진되는 양을 더 증가시킬 수 있게 되어 높이에 의한 유로(120)의 입구측 영역과 출구측 영역의 속도차이를 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 비대칭 경사부는 어느 일 경사부가 출강구 배출관(100)의 전체 길이의 약 10 내지 50% 정도의 길이로 형성되는 제1 경사부(121a)로 형성되고, 이와 마주하는 영역에 배치되는 다른 일 경사부가 상기 제1 경사부(121a)의 전체 길이에 대한 약 10 내지 50%의 길이로 형성되는 제2 경사부(121b)로 형성될 수도 있 다.

이와 같이 구성될 수 있는 정압 형성부(121)는 비대칭 형상의 깔대기와 같은 구조로 이루어질 수 있는데, 이 경우, 정압 형성부(121)의 전체 영역에 경사부가 형성될 수 있고, 상기 경사부의 어느 일 영역이 최대 경사도를 갖는 영역과 최소 경사도를 갖는 영역으로 이루어져 마주하는 최소 및 최대 경사도를 갖는 영역이 제1 경사부(121a) 및 제2 경사부(121b)로 형성되도록 구성할 수도 있다.

도 3에 도시된 것과 같이, 출강구 배출관(100)이 전로 본체(11)에 출강구(12)를 형성하도록 장착되는 경우, 상기 제1 경사부(121a)는 전로 본체(11)의 하부 방향을 향하도록 배치되고, 상기 제2 경사부(121b)는 전로 본체(11)의 상부 방향을 향하도록 배치될 수도 있다.

이 경우, 상기 정압 형성부(121)를 통해 충진되는 용강(2)의 양은 상대적을 증가하게 되어 유로(120)를 통해 배출되는 용강(2)의 양과 충진되는 용강(2)의 차이가 감소할 수 있다. 그리고, 제1 경사부(121a)의 영역으로 충진되는 용강(2)의 양이 제2 경사부(121b)의 영역으로 충진되는 용강(2)의 양 보다 상대적으로 많게 된다. 이 때, 유로(120)의 중심(A)를 기준으로 길이방향 양측 영역을 서로 다른 유속으로 흐르는 유체의 작용에 의해 배출되는 속도(배출량)가 조절될 수 있게 되고, 유로(120)의 입구측과 배출측 간의 압력차를 감소시킬 수 있다.

도 4에 도시된 출강구 배출관(13,100)은 교환시점에서 종래의 출강구 배출관(13)과 본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관(100)의 상태를 나타낸다.

도시된 상태에서 보는 바와 같이, 교환시점에서 종래의 출강구 배출관(13)은 유로 전체가 초기 상태와는 다른 형상으로 불규칙하게 손상되어 있는 것을 알 수 있고, 배출측 영역(13b)이 입구측 영역(13a)에 비하여 더 넓게 확장된 것을 알 수 있다.

이에 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관(100)은 유로의 전체 영역이 초기 상태의 형태를 유지하면서 닳아 있는 것을 알 수 있고, 배출측 단부영역(122)이 종래의 출강구 배출관(100)에 비하여 확장된 정도가 더 작은 것을 알 수 있다. 즉, 배출측 영역의 유로 내경은 확장되는 정도가 감소하게 되어 배출되는 용강의 퍼짐 현상이 감소될 수 있는 것을 알 수 있다.

도 5에는 종래의 출강구 배출관(13)을 이용한 제강작업과 본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관(100)을 이용한 제강작업시 소요되는 시간을 비교하였다.

기존 출강구의 경우, 초기(20회 미만)에는 약 7 ~ 10분의 출강시간이 소요되어 제강시간 증가하게 되는 것을 알 수 있다. 이로 인하여, 전체 공정을 위한 작업시간을 더 요구하게 되고, 용강의 온도 조절을 어렵게 하는 등 생산성을 저해하게 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 출강중에는 배출되는 용강의 와류 또는 맥동현상 등에 의해 슬래그가 유출되어 합금철의 실수율이 저하되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관(100)을 이용하여 시험한 경우, 초기(20회 미만)에는 약 6.5분대의 제강작업 시간이 소요되고, 중기에는 약 4.5분대의 제강작업 시간이 소요되었다.

특히, 약 4.5분대의 제강작업 시간이 소요되는 기간이 기존 출강구 배출관을 사용했을 때 보다 더 양호한 것을 알 수 있다. 그리고, 출강구 배출관의 교환시점 에서도 약 4분대의 제강작업 시간이 소요되는 것으로 확인되어 기존 출강구 배출관보다 수명이 약 1.2회 향상된 것을 알 수 있다.

이러한 현상은 출강구 배출관의 출구측의 압력이 감소하여 외부로부터 공기가 유입되는 현상이 감소하게 되어 출강구 내화물과 산소와의 반응이 급격히 저감되었음을 시사하는 것을 예측할 수 있다.

본 발명에 따른 전로의 출강구용 배출관은 상기와 같이 설명된 전로의 출강구용 배출관의 실시예들로 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 이루어질 수도 있다.

도 1은 종래의 출강구 배출관이 구비된 전로의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관이 전로에 장착되는 상태를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.

도 4는 교환시점에서 종래의 출강구 배출관과 본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관의 상태를 나타내는 단면도이다.

도 5는 종래의 출강구 배출관과 본 발명의 일 실시예에 따른 출강구 배출관이 적용된 상태에서 사용횟수에 따라 제강시 소요되는 시간을 비교한 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

100 ... 출강구 배출관 120 ... 유로

121 ... 정압 형성부 121a ... 제1 경사부

121b ... 제2 경사부 122 ... 배출측 단부영역

Claims (4)

1. 전로의 출강구를 구성하며, 전로에 탈부착 가능하게 결합되는 배출관 본체와;

   전로의 수용부로부터 용강이 배출할 수 있도록 상기 배출관 본체를 관통하는 형태로 배출관 본체의 내부에 형성되는 유로와;

   상기 전로의 수용부 측으로 배치되는 상기 유로의 유입측 단부 영역에 형성되는 정압 형성부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전로의 출강구용 배출관.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 정압 형성부는 서로 마주하는 유로의 어느 두 내측면 영역이 비대칭인 경사부를 구비하며, 상기 경사부는 유로의 내측 영역에서 상기 유입측 단부 방향으로 내경이 점층적으로 확장되는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전로의 출강구용 배출관.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 비대칭 경사부은 배출관 전체 길이의 10 내지 50%의 길이로 이루어지는 제1 경사부와;

   상기 제1 경사부의 전체 길이에 대한 10 내지 50%의 길이로 이루어지는 제2 경사부가 형성되며,

   제1 경사부와 제2 경사부는 서로 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전로의 출강구용 배출관.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 경사부는 전로의 하부방향으로 배치되고, 상기 제2 경사부는 전로의 상부방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전로의 출강구용 배출관.

Images