KR101010620B1 - 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 출강시 슬래그를 커팅하는 기구인 슬래그 다트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그 커팅 기구인 슬래그 다트가 비중차이에 의하여 출강구를 막게 되면 슬래그 다트에 형성된 다수의 슬롯 사이로 잔류 용강이 배출되게 되어 있는데 슬래그 다트에 형성된 다수의 슬롯 구조를 변경하여 슬래그 다트가 출강구에 막힌 다음 발생되는 볼텍스 현상을 억제하는 슬래그 다트에 관한 발명이다.

본 발명은 전로 출강시 사용되는 팽이형태의 슬래그 다트에 있어서,팽이형태의 본체의 표면에 볼텍스가 발생되는 반대방향으로 S자형으로 파이며 슬롯의 상부의 폭보다 하부의 폭이 작은 다수 개 슬롯이 형성되고, 본체의 하부에는 강재로드가 부착된 것을 특징으로 하는 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트를 제공한다.

전로, 슬래그 다트, 볼텍스

Description

전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트{Slag dart to suppress the vortex in the ladle of the conterter}

도 1은 일반적인 전로의 출강 작업도,

도 2는 종래의 슬래그 다트의 사시도,

도 3은 종래의 슬래그 다트 사용시 볼텍스 발생 현상의 설명도,

도 4는 본 발명의 슬래그 다트의 사시도,

도 5는 본 발명의 슬래그 다트가 사용된 전로의 작업도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1 : 전로 2 : 용강 3 : 슬래그

5 : 슬래그다트 6 : 출강구 7 : 수강래들

8 : 일자형 슬롯 9 : 본체 12 : 강재로드

13 : 볼텍스 14 : 볼텍스에 의한 슬래그 혼입

20 : 슬래그다트 21 : 본체 22 : S자형 슬롯

D : 상부 폭 d : 하부 폭

본 발명은 전로 출강시 슬래그를 커팅하는 기구인 슬래그 다트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그 커팅 기구인 슬래그 다트가 비중차이에 의하여 출강구를 막게 되면 슬래그 다트에 형성된 다수의 슬롯 사이로 잔류 용강이 배출되게 되어 있는데 슬래그 다트에 형성된 다수의 슬롯 구조를 변경하여 슬래그 다트가 출강구에 막힌 다음 발생되는 볼텍스 현상을 억제하는 슬래그 다트에 관한 발명이다.

여기서 볼텍스란 전로정련 종료 후 용강을 수강레이들에 출강할 때 용강과 함께 레이들에 슬래그가 혼입되는데 전로 취련 후 2차 정련처리를 위해 수강레이들에 용강을 출강할 때 전로 출강구 상부에 불가피하게 발생되는 와류현상을 의미한다.

도 1은 종래 일반적인 슬래그 다트 사용도, 도 2는 종래의 슬래그 다트의 사시도, 도 3은 종래의 슬래그 다트 사용시 볼텍스의 형성 개념도이다.

일반적으로 용선예비처리 즉, 탈린, 탈류처리를 행한 용선은 전로에 장입되어, 고철, 냉선 등의 주원료 및 생석회, 백운석, 철광석 등의 부원료 등의 투입과 함께 취련(Oxygen Blowing)이라는 정련처리를 거치게 된다. 이러한 정련처리는 약 17분 정도를 실시하며, 정련처리 후에는 전로(1)를 일정한 각도로 경동하여 용강(2)을 출강구(6)를 통해 전로에서 나온 용강을 담는 용기인 수강 레이들(7)에 약 5분 내로 출강하게 된다.

그러나, 출강 작업시 용강(2) 및 슬래그(3) 부분에 커다란 볼텍스가 형성되어 용강(2) 뿐만 아니라 상당량의 산화성 전로슬래그(3)도 수강레이들(7)로 함께 유출되어, 강의 청정성에 악영향을 주게 되며, 출강이후의 이차 정련 공정에서의 슬래그 조성제어를 어렵게 하고, 또한, 산화성 슬래그를 탈산시키기 위한 원료를 많이 투입해야 하는 등 조업성에 나쁜 요인으로 작용하게 된다.

한편, 슬래그의 유출을 방지하고자 커다란 구형태의 슬래그 다트(Slag Dart)를 사용한 경우는 슬래그 다트가 슬래그와 비교해서는 비중이 크고, 용강과 비교해서는 비중이 작기 때문에 용강과 슬래그가 함께 존재하는 경우에 항상 용강과 슬래그 사이에 슬래그 다트가 존재하게 되는 것을 이용하는 것이다. 즉, 출강구를 통해 용강을 출강할 경우에 용강과 슬래그를 분리시켜 주는 역할을 하는 것이다.

도 1에 사용된 슬래그 다트(5)는 도 2에 그 사시도에 나타나듯이, 팽이형의 본체(9)의 표면에 다수개의 일자형 슬롯(8)이 파여져 있고, 본체의 하부에는 긴 강재로드(12)가 삽입되어 있다.

도 1에서 보면, 종래에는 전로(1)에서 수강래들(7)로 용강(2)을 출강할 때, 출강구(6) 부근에는 출강되는 용강이 낙하하는 힘과 유속 및 슬래그 다트(5)에 부착된 긴 강재로드(12)에 의한 아래로 낙하하려는 힘 때문에 슬래그 다트(5)는 용강(2)이 출강구(6)를 완전히 빠져 나간 시점에 출강구(6)를 막아주는 것이 아니라, 출강 1/5 시점에 막게 된다.

이렇게 슬래그 다트(5)가 출강구(6)를 막은 다음 전로(1) 내 잔류 용강을 수강래들(7) 내로 보내기 위하여 슬래그 다트(5)에 다수의 일자형의 홈 즉 슬롯(8)을 형성하여 제작되고 보통 3~4개의 슬롯(8)을 통하여 용강(2)이 수강래들(7) 내로 빠져 나가게 된다.

그러나, 도 3에서와 같이 슬래그 다트(5)에 형성된 다수의 슬롯(8)으로 인하여 슬래그 다트를 사용하지 않을 때의 소형의 출강구를 다수 형성함과 같은 현상이 일어나게 되어 이론적으로 슬롯 부위에는 슬롯 수만큼 볼텍스(13)가 발생되고 용강(2) 상부의 슬래그(3)가 볼텍스(13)에 의해 수강래들 내로 유출되게 되어 일정량의 슬래그 유출(14)은 불가피한 것으로만 알려져 왔다.

또한, 슬래그 유출을 막기 위한 방법 중에는, 1991년 특허출원 제24901호, 1992년 특허출원 제9531호에서 제안하는 방법과, 포러스 타입(다공질형태, porous type)의 출강구로 가스 취입하는 방법 등이 있다.

전자의 경우 슬래그 첵크볼 투입기에 가스분사장치를 연결하여 출강구 상부에 가스를 분사함으로써, 출강구 상부의 용강 부분에는 나탕을 발생하게 하고, 슬래그는 주위로 밀려나가게 하는 방법이나, 실제로 슬래그 체크볼 투입기가 전로 경동 시에 경동시점에 정확하게 맞추어 앞으로 전진해야 하고, 출강종료후 전로의 직립 시에도 다시 정확하게 맞추어 후진해야 하는 등 작업상 불편함 및 위험성이 있으며, 또한, 가스를 고압으로 분사해야 하는데서 오는 문제점도 있으며, 때로는 용강의 출렁임을 과도하게 증가시켜 슬래그의 혼입을 오히려 증가시킬 우려가 있으며, 종래의 첵크볼 투입기와는 별도로 하나의 분사장치를 만들던지, 아니면 첵크볼 투입기를 개조하여 첵크볼 투입 및 가스분사능력을 동시에 가져야 하는 등의 복합적인 문제도 있어, 실조업에서는 적용하기가 곤란하다.

한편, 후자의 경우는 출강구의 재질을 기공이 많은 포러스 타입의 내화물로 바꾸고, 내화물에 가스라인을 연결하여 수많은 기공들을 통해 가스가 분사되며, 따 라서 출강구 상부로 분사되는 가스는 용강에 나탕을 발생하게 하여, 슬래그는 그 주위로 밀려나가게 하여 출강시 슬래그의 유출을 방지한다는 방법이다. 그러나, 실제로 출강구의 수명은 전로 수명의 2~5% 수준 밖에 안되므로 수시로 출강구를 교환해야 하는 번거로움이 있으며, 또한 재질을 포러스 타입으로 구성하기 때문에, 현재의 출강구 수명보다 훨씬 짧다는 문제점이 있으며, 또한, 출강구 내부로 분사되는 가스에 의해 출강구 내부의 침식정도도 심하게 된다. 그리고, 실제로 출강구를 통해 가스를 분사한다고 하더라도, 가스가 출강구 상부로 부상하여 나탕을 발생시키는 것이 아니라, 가스의 부상속도보다 출강류의 하강속도가 훨씬 커서 오히려 출강류의 거대한 유속에 의해 가스가 출강구 쪽으로 빨려나가 오히려 출강시간 지연 및 출강구 재질의 침식증가 등을 야기시키며, 이의 해결을 위해 가스의 양을 증가시키면 출강시간이 길어지는 등 조업성에 악영향을 주게 되어 역시 실조업에 적용하기가 곤란하다.

이와 같이, 종래의 첵크볼 사용은 용강의 볼텍스 현상에 의한 슬래그유출을 방지하지 못하고, 또한 기타 여러 가지 제안된 방법도 근본적으로 볼텍스 방지에 의한 슬래그 유출을 방지가 어려웠고, 현실적으로도 장치 구성 및 조업성 문제 등을 안고 있어, 효과적인 슬래그 유출방지를 행할 수 없는 실정이다.

이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 슬래그 다트의 슬롯의 형상 및 구조를 변경하여 제작함으로써, 전로정련 처리를 실시한 후 용강을 수 강레이들로 출강함에 있어, 슬래그 다트가 출강구를 막은 다음 발생하는 볼텍스에 의해 수강레이들로 혼입되는 전로슬래그의 유출을 효과적으로 차단함으로써, 산화성 전로슬래그의 유출에 의한 복린 현상을 저감하고, 동시에 슬래그의 조성제어를 위해 출강 중에 투입되는 알루미늄 및 기타 생석회, 알루미나 등의 부원료들의 투입량을 감소시켜, 강의 고청정화에 기여하기 위한 전로 출강 중 슬래그 유출을 방지할 수 있는 슬래그 다트를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 전로 출강시 사용되는 팽이형태의 슬래그 다트에 있어서, 팽이형태의 본체의 표면에 볼텍스가 발생되는 반대방향으로 S자형으로 파이고, 슬롯의 상부의 폭보다 하부의 폭이 작은 슬롯이 다수 형성되고,본체의 하부에는 강재로드가 부착된 것을 특징으로 하는 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 S자형 슬롯의 단면형상이 사각형이거나 반원형이거나, S자형 슬롯의 상하 폭비가 0.4~0.7이거나, S자형 슬롯이 여러 개인 경우, 각각 동일한 방향이며 일정한 간격이 유지되는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트를 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 전로 출강시 발생되는 볼텍스 현상을 최소화할 수 있는 슬래그 다트 구조 및 작용관계에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 슬래그 다트의 사시도, 도 5는 본 발명의 슬래그 다트가 사용된 전로의 작업도이다.

본 발명의 슬래그 다트(20)는 팽이형 본체(21)이 표면에 다수 개의 S자형 슬롯(22)이 형성되고, 본체(21)의 하부에는 긴 강재로드(25)가 부착된다.

상기 S자형 슬롯(22)은 볼텍스가 발생되는 방향과 역방향이 되도록 형성되는데, 대한민국의 볼텍스 방향은 시계 반대 방향이므로 그 볼텍스의 반대방향인 시계방향으로 구성되며, 보통 3~4개의 슬롯이 하나의 슬래그 다트에 형성된다.

또한, 상기 S자형 슬롯(22)은 그 폭의 길이가 상부(D)로부터 하부(d)로 내려갈수록 점차 작아지는 형상을 취하며, S자형 슬롯(22)의 단면의 형상은 사각형이 바람직하고 반원형이라도 무방하다.

특히 상부폭의 길이(D)와 하부폭의 길이(d)의 비율은 0.4~0.7이 바람직하며, 그 이유는 0.4보다 작으면 볼텍스의 크기가 작아지나 출강시간이 길어지고 이에 따라 용강온도의 하강이 크고, 0.7보다 크면 그 역으로 출강시간을 짧아지나 볼텍스의 크기가 커져서 슬래그 혼입의 가능성이 커진다.

또한 다수의 슬래그 다트 슬롯의 제작함에 있어 다수의 슬롯이 동일한 방향으로 일정한 간격을 이루어 형성되도록 구성함이 바람직하다. 만약 슬롯이 상이한 방향으로 이루어지고 간격이 불규칙하면 다트가 쉽게 마모될 뿐 아니라 하부의 길이도 커져서 쉽게 볼텍스를 억제하는 힘을 잃게 된다.

도 5는 본 발명의 슬래그 다트(20)를 사용할 때의 출강모습인데, 슬래드 다트(20)의 슬롯 주위로 볼텍스가 전혀 형성되지 않음을 알 수 있다.

이하, 본 발명의 슬래그 다트(20)의 작용 및 기능에 대하여 설명한다.

본 발명의 본체(12)의 표면에 시계 방향으로 S자형 슬롯(22)이 구성된 슬래 그 다트(20)는 출강구를 막은 후 슬롯 상부에서 발생되는 볼텍스의 힘을 점차 방해하여 저하시키면서 하부로 내려 갈수록 좁아져서 더욱 볼텍스 현상을 억제할 수 있게 되는 것이다.

슬롯(22)의 상부폭(D)보다 하부폭(d)을 작게 하는 것이 바람직하며, 하부폭이 작으면 작을수록 볼텍스 시간 지연 및 볼텍스 크기가 작아짐에 따라 슬래그 유출을 억제할 수 있으나, 출강시간이 길어지는 단점이 있다.

본 발명의 우수성을 입증하기 위하여 투명 실험로에서 볼텍스 현상을 관찰 측정하였으며 실제 현장에 투입하여 테스트한 결과 수강래들 내로의 슬래그 유출이 현저히 감소하였음을 알 수 있었다.

[실시예 1]

이하, 본 발명의 실시예를 실험로에서 용강 대신에 물(H2O)을, 슬래그 대신에 기름을, 슬래그 다트 대시 고무로 된 동일축적으로 축소한 슬래그 다트를 제작 1/5 시점 아래에서 힘을 주어 강제로 물 유출공을 막아 4개의 슬래그 다트 슬롯에서 발생되는 볼텍스 현상을 10회씩 관찰하여 [표 1]에 나타내었다.

[표 1]

구분	슬롯 유형	상부폭 (mm)	하부폭 (mm)	상하 폭비	슬롯 개소	물유출 평균시간	기름유출 평균시간	볼텍스발 생시기(%)	볼텍스평균 크기(mm)
종례예	일자형	14	14	1	4	2.3	120	70	8
비교예1	회전형 (S형)	14	12	0.9	4	2.5	40	88	5
비교예2	회전형 (S형)	14	4	0.3	4	3.5	20	94	2
발명예1	회전형 (S형)	14	10	0.7	4	2.7	35	91	4
발명예2	회전형 (S형)	14	8	0.6	4	2.8	30	92	3
발명예3	회전형 (S형)	14	6	0.4	4	3.1	25	93	2

[표 1]에서 보듯 일자형에 비해 S자형으로 제작한 슬래그 다트 슬롯의 기름 유출이 현저히 감소하였음을 알 수 있으며 물이 유출된 시간이 길어지는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 상하 폭의 비는 0.4~0.7 사이가 되도록 구성됨이 바람직하다.

[실시예 2]

실시예2는 본 발명을 현장에 직접 적용한 실시예이다.

1680~1690℃로 제조된 용강 100톤과 상부 슬래그 약 10톤이 있는 전로를 수강래들에 출강시 본 발명에 의하여 제조된 슬래그 다트와 종래의 다트를 비교 실험하여 슬래그 유출량과 용강 출강시간을 기록하여 [표 2]에 나타내었다.

[표 2]

구분	슬롯 유형	상부폭 (mm)	하부폭 (mm)	상하 폭비	슬롯 개소	출강평균 시간	용강온도 하강(℃)	슬래그 평균유출량	잔탕량
종례예	일자형	70	70	1	4	4.5	70	800	1.5
비교예1	회전형 (S형)	70	60	0.9	4	4.7	76	500	1.2
비교예2	회전형 (S형)	70	20	0.3	4	5.6	105	250	0.2
발명예1	회전형 (S형)	70	50	0.7	4	4.9	82	400	0.8
발명예2	회전형 (S형)	70	40	0.6	4	5.2	87	350	0.5
발명예3	회전형 (S형)	70	30	0.4	4	5.3	89	200	0.3

[표 2]에서 보듯이 일자형에 비해 회전형으로 제작한 슬래그 다트 슬롯의 슬래그 유출이 현저히 감소하였음을 알 수 있으며 용강 역시 유출된 시간이 길어지는 것을 알 수 있었다. 또한 온도 강하에 있어서도 하부 슬롯이 작아질수록 커짐을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 상하 구성비는 0.4~0.7 사이가 되도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명에 의하면 볼텍스 현상을 억제하여 수강래들 내로 슬래그 유출을 감소함으로써 슬래그 유출억제에 의한 용강 품질을 향상시킬 수 있고 과산화 슬래그 조성을 맞추기 위하여 추가로 투입되는 부원료의 양을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 슬래그 다트의 제작에 있어서 고형의 슬래그 다트 헤드 내화물 틀의 형태만 바꾸면 바로 간편하게 제작할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 전로 출강시 사용되는 팽이형태의 슬래그 다트에 있어서,

   팽이형태의 본체의 표면에 볼텍스가 발생되는 반대방향으로 S자형으로 파이며 슬롯의 상부의 폭보다 하부의 폭이 작은 다수 개 슬롯이 형성되고, 본체의 하부에는 강재로드가 부착된 것을 특징으로 하는 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 S자형 슬롯의 단면형상이 사각형이거나 반원형인 것을 특징으로 하는 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 S자형 슬롯의 상하 폭비가 0.4~0.7인 것을 특징으로 하는 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 S자형 슬롯이 여러 개인 경우, 각각 동일한 방향이며 일정한 간격이 유지되는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 볼텍스 억제형 슬래그 다트.

Images