KR101021349B1 - 정련용 취입랜스, 정련용 취입랜스설비, 용선의 탈규처리방법 및 용선의 예비처리방법 - Google Patents

Abstract

용융금속 속에 산소가스를 취입하기 위한 가스 취입랜스(1)에 있어서, 내관(2) 및 외관(3)으로 이루어지는 2중관구조로 하고, 내관으로부터는 산소가스를 취입하며, 내관과 외관의 간극으로부터는 탄화수소계 가스를 취입하고, 외관의 외주에는 MgO를 5∼30질량％ 함유하는 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물을 적어도 선단부의 내화물피복층으로 사용함에 의해, 내용성이 높고, 종래에 비해 다수 회의 사용이 가능하며, 제조비용의 삭감에 기여하는 가스 취입랜스를 제공하는 동시에, 이 취입랜스를 사용한 용선의 탈규처리방법을 제공한다.

정련, 용융금속, 용선, 취입랜스, 탈규처리, 탈인처리, 부정형 내화물, 2중관구조, 내용성, 철스크랩, 산화철, 스폴링, 침지부, 열여유, 교반력, 고체산소

Description

정련용 취입랜스, 정련용 취입랜스설비, 용선의 탈규처리방법 및 용선의 예비처리방법{INJECTION LANCE FOR REFINING, INJECTION LANCE EQUIPMENT FOR REFINING, HOT-METAL DESILICONIZATION PROCESS, AND HOT-METAL PRETREATMENT PROCESS}

본 발명은, 용융금속을 정련(精鍊)하기 위해, 용융금속 중에 산소가스를 취입하는 취입랜스 및 랜스설비(lance equipment)에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 상기 취입랜스나 랜스설비를 사용하여, 반송용기 내에 보유지지되어 있는 용선(溶銑)을 예비처리(pretreatment process)하는 방법, 특히 용선의 탈규(脫珪)처리방법에 관한 것이다.

그리고, 상기 랜스는 산소가스와 함께 정련제를 취입하기 위해 사용해도 좋고, 또한 상기 예비처리 중의 일 시기에, 산소가스 이외의 반송(搬送)가스 등을 취입하는 것을 금하는 것은 아니다.

고로에서 철광석을 환원하여 제조된 용선에는, 규소, 황, 인(燐) 등의 불순물이 포함되어 있다. 근년, 강재의 고급화에 따른 인함유량 저하대책 혹은 제강프로세스의 합리화를 목적으로 하여, 용선의 탈인처리(hot metal dephosphorization process)가, 전로(轉爐)나, 용선냄비 또는 혼선차(混銑車)(「토피도 카」라고도 한 다)(torpedo car) 등의 반송용기 등에 있어서 널리 행해지고 있다. 또한, 이 탈인처리를 효율적으로 행하기 위해, 탈인처리 전에 미리 용선 속의 규소를 제거하는 탈규처리(desiliconization process)도 행해지고 있다. 이들은 용선의 예비처리로 총칭된다.

용선 속의 인 및 규소는 산화반응에 의해 제거되므로, 용선의 탈인처리 및 탈규처리는, 용선에 산소가스나 산화철 등의 산소원(酸素源)을 공급하여, 산소원에 의해 용선 속의 인 혹은 규소를 산화제거시키고 있다. 그때에, 반응효율을 향상시키거나 혹은 생성하는 슬래그의 조성을 조정하기 위해, 생석회(生石灰) 등의 플럭스(flux)도 첨가되어 있다. 그리고, 용선 속의 규소를 산화하여 제거하는 반응을 탈규반응, 용선 속의 인을 산화하여 제거하는 반응을 탈인반응이라고 칭한다.

용선에 산소를 공급하는 수단으로서, 산화철(고체산소원)을 용선 속에 투입하는 방법이 있지만, 고체산소원은 용융분해에 의해 용선온도를 강하시키기 쉽다. 용선온도가 강하하면, 다음 공정의 전로에서의 탈탄(脫炭)정련에 있어서의 스크랩 배합율의 저하나 열여유(熱餘裕)의 부족 등의 문제를 유발할 우려가 있다. 그래서, 용선의 온도강하를 억제하기 위하여, 기체산소(氣體酸素)를 용선에 공급하는 방법도 알려져 있다.

용선의 탈인처리 및 탈규처리에 있어서 용선에 산소가스를 공급하는 방법은, 크게 나누어서 2종류로 분류되어, 하나의 방법은, 용선과는 비접촉의 상취랜스(top-blowing lance) 등으로부터 산소가스를 용선욕면(溶銑浴面)을 향하여 내뿜는 방법, 소위 상취하는 방법(「상취송산법(上吹送酸法)(oxygen top blowing)」이 라고 부른다)(예를 들면, 일본 특허공개 소53-78913호 공보참조)이다. 다른 방법은, 용선 속에 침지(浸漬)시킨 취입랜스나 반응용기의 저부(底部) 등에 설치한 송풍구로부터, 용선 속에 산소가스를 직접 취입하는 방법(「취입송산법(injection of oxygen gas)」이라고 부른다)(예를 들면, 일본 특허공개 소61-42763호 공보참조)이다. 각각의 방법에는, 각각의 특징이 있어, 취입송산법의 경우에는, 산소가스의 첨가효율이 높고, 교반력(攪拌力)이 향상하는 등의 이점이 있는 반면, 침지부의 열부하가 크고(예를 들면 일 방향만의 열부하를 받는 송풍구 등에 비교해도 소모가 심하다), 내용(耐用)회수가 한정되는 등의 문제가 있다. 이에 대하여, 상취송산법의 경우에는, 상취랜스로의 열부하가 작고, 장기간에 걸쳐 사용할 수 있다고 하는 이점이 있지만, 산소가스의 첨가효율이 낮고, 교반력을 얻을 수 없는 등의 문제가 있다.

산소가스를 공급할 때에, 상취송산법으로 할지, 취입송산법으로 할지는, 상기의 특징을 고려하여 정해지지만, 예를 들면 혼선차의 경우와 같이, 처리용기의 형상으로해서 상취송산법으로는 반응효율이 나빠서, 취입송산법을 채용하지 않을 수 없는 경우도 있다. 혼선차의 경우에는, 그 용기형상이 교반·혼합되기 어렵고, 더욱이 용선의 수용량에 대하여 개구부가 적아서, 상취송산법으로는 소망하는 반응효율을 얻을 수 없기 때문이다.

취입송산법에서 사용하는 취입랜스는, 전술한 바와 같이 침지부의 손모(損耗)가 심하기 때문에, 이를 개선하는 수단이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 실용신안공개 평6-6447호 공보에는, 용융금속 속에 침지하는 선단부(先端部)와, 이 선 단부를 보유지지하는 홀더부로 이루어지는 취입랜스에 있어서, 상기 선단부를 단관(單管)구조로 하고, 그 전표면을 칼로라이징 처리(calorizing treatment)하며, 더욱 그 외주를 내화물(耐火物)로 피복함으로써, 취입랜스 선단부의 용손(溶損)방지를 꾀하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허공개 소58-221210호 공보에는, 취입랜스를, 외주에 내화물이 피복된 2중관구조로 하여, 내관(內管)으로부터는 정련제와 산소가스를 취입하고, 외관(外管)으로부터는 탄화수소계 가스를 취입함으로써, 취입랜스 선단부의 용손방지를 꾀하는 기술이 개시되어 있다. 일본 특허공개 소58-221210호 공보의 기술은, 탄화수소계 가스는 가열되면 분해되고, 분해될 때에 흡열(吸熱)하므로, 이 흡열을 이용하여 취입랜스 선단부를 냉각한다고 하는 기술이다.

또한, 랜스에 걸리는 외력에 주목한 기술로서, 일본 특허공개 소54-23019호 공보에는, 취입랜스 선단부에 수평부를 설치함으로써, 가스 취입시의 반력(反力)을 완화하고, 침지부의 진동을 줄임으로써, 즉 침지부에 작용하는 응력을 줄임으로써, 취입랜스의 연명을 꾀하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허공개 소60-234908호 공보에는, 취입랜스를 둘러싸는 방향으로 설치한 롤러에 의해 구성되는 상부 고정장치와, 개폐식 협지형(挾持型)의 하부 고정장치를 설치함으로써, 가스 취입시의 진동을 적게 하는 기술이 개시되어 있다.

발명의 개시

〔발명이 해결하려고 하는 과제〕

그렇지만, 상기의 종래 기술에는 이하의 문제점이 있다. 토피도 카와 같은, 교반·혼합에 적합하지 않고, 용선수용량에 대하여 개구부가 작은 형상의 용기에서 탈규처리 등을 행하는 경우, 대량의 산소를 용선 속에 취입하는 것이 바람직하다. 그러나, 일본 실용신안공개 평6-6447호 공보와 같이, 침지부를 칼로라이즈 파이프로 하여 그 주위를 내화물로 피복하는 기술에 있어서는, 공급하는 산소원으로서는 산화철이 주체이고, 산소가스 비율, 즉 총산소가스 공급량(산화철(산소가스로 환산)+산소가스)에 대한 산소가스 공급량의 비율은, 20∼30％가 상한이다. 산소가스 비율을 높인 경우(즉 산소가스 유량을 증가시키는 경우나, 산소가스만의 취입으로 하는 경우)에는, 발열이 격렬하여 단관구조에서는 견뎌낼 수 없다. 산화반응에 의한 발열을 유효이용하기 위해서는 산소가스 비율은 100％가 바람직하지만, 이 기술에서는 산소가스만의 취입에 대한 내용성(耐用性)이 충분하지 않다.

또한, 일본 특허공개 소58-221210호 공보에 개시된 방법에서는, 탄화수소계 가스의 분해흡열에 의해, 취입랜스 선단부에서는 냉각이 행해지지만, 탄화수소계 가스의 분해에 의한 흡열효과는 극선단부(極先端部), 즉 취출부가 주이고, 취입랜스에 피복한 내화물의 냉각에 기여하지 않는다. 따라서, 내화물 자체의 내용성 확보가 필요하지만, 일본 특허공개 소58-221210호 공보에는 내화물의 조성을 구체적으로 개시하고 있지 않다.

또한, 일본 실용신안공개 평6-6447호 공보, 일본 특허공개 소58-221210호 공보 모두, 가스를 취입함에 의해 취입랜스가 진동하고, 이 진동에 의해 내화물에 물리적인 크랙(crack)·박리손상(스폴링)이 발생한다고 하는 점에 관하여는, 아무런 대책이 취해지고 있지 않다.

랜스의 진동에 관하여, 일본 특허공개 소54-23019호 공보에서는, 취입랜스 선단에 수평부를 설치함으로써 가스 취입시의 반력을 완화하고, 침지부의 응력을 완화하는 방법을 개시하고 있지만, 가스 취입량이 클 경우에는 침지부 뿐만아니라 취입랜스설비 전체의 진동도 현저하게 되어, 발본적인 해결로는 되지 않는다.

또한, 일본 특허공개 소60-234908호 공보에서는, 취입랜스를 둘러싸는 방향으로 설치한 롤러로 구성되는 상부 고정장치와, 개폐식 협지형의 하부 고정장치로 진동을 억제하려 하고 있다. 이 장치는 수직강하식의 취입랜스에서는 효과를 발휘할 수 있지만, 경사져서 침지되는 취입랜스에는 개폐식 협지형의 고정장치는 적용이 곤란하여, 진동을 방지할 수 없다. 또한, 취입랜스에 부착되는 철괴(iron ore)나 슬래그 등에 의해, 롤러부나 협지부분의 보수가 곤란하게 된다고 하는 문제도 발생한다.

그리고, 예비처리 기술자체는, 하기의 과제를 안고 있다. 용선의 욕면(浴面)에 내뿜어진 기체산소와, 용선의 탈탄반응으로 발생한 CO(일산화탄소)가스로 2차 연소가 일어나면, 2차 연소로 발생하는 열에 의해 열보상(熱補償)을 효과적으로 행할 수 있지만, 용선의 욕면에만 기체산소를 공급하고 있는 일본 특허공개 소53-78913호 공보의 기술에서는, CO가스 발생량이 적으므로 2차 연소의 열이 발생하기 어려워, 열보상을 효과적으로 행할 수 없다.

또한, 기체산소를 용선의 욕면 아래로 공급하는 일본 특허공개 소61-42763호 공보의 기술은, 탈규반응기부터 탈인반응기로 이행하면, 탈탄반응이 격렬하게 되고, 탈인반응이 저하해버린다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 안출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 하기 중 적어도 어느 하나이다.

(A) 용선 등의 용융금속 속에 산소가스를 취입하는 산소가스 취입랜스에 있어서, 내용성이 높고, 종래에 비해 다수회의 사용이 가능하며, 제조비용의 삭감에 기여하는 산소가스 취입랜스를 제공하는 것

(B) 이 취입랜스를 사용한 용선의 탈규처리방법을 제공하는 것

(C) 용선 등의 용융금속 속에 산소가스 혹은 산소가스와 함께 정련제(精鍊劑)를 취입하기 위한 정련용 취입랜스설비에 있어서, 다량인 산소가스만의 취입이라도, 종래에 비해 다수회의 사용이 가능하여, 제조비용의 삭감에 기여하는 정련용 취입랜스설비를 제공하는 것

(D) 이 정련용 취입랜스설비를 사용한 용선의 탈규처리방법을 제공하는 것

(E) 탈규반응의 시기에 있어서 열보상을 효과적으로 행함으로써, 다음 공정의 전로에서의 탈탄정련에 있어서의 스크랩 배합율의 저하나 열여유의 부족 등의 문제를 해소하는 용선의 예비처리방법을 제공하는 것

〔과제를 해결하기 위한 수단〕

(1) 용융금속 속에 적어도 산소가스를 취입하기 위한 취입랜스로서, 내관(內管) 및 외관(外管)으로 이루어지는 2중관(重管)구조이며, 내관으로부터는 산소가스가 취입되고, 내관과 외관의 간극으로부터는 탄화수소계 가스가 취입되며, 외관의 외주(外周)에는 MgO를 5∼30질량％함유하는 Al₂0₃-MgO계 부정형(不定形)내화물(耐火物)이 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 정련용 취입랜스.

(2) 상기 (1)에 기재된 정련용 취입랜스로서, 이 랜스의 선단부에서 상기 외 관의 외주에 상기 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물이 피복되고 있어, 이 랜스의 상기 선단부에 이어지는 몸통부에서 상기 외관의 외주에 SiO₂를 10∼40질량% 함유하는 Al₂0₃-SiO₂계 부정형내화물이 피복되어 있는 정련용 취입랜스.

여기서, 상기 선단부의 부정형내화물과 몸통부의 부정형내화물의 경계는, 용선의 탕면 이하에 있는 것이 바람직하다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 정련용 취입랜스로서, 상기 용융금속의 욕면에 대해 경사져서 침지되는 정련용 취입랜스이며, 또한, 이 취입랜스의 선단에는, 이 취입랜스의 외경의 0.5배∼2.0배의 길이를 갖는 수평부가 구비된 정련용 취입랜스.

(4) 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 정련용 취입랜스를 용선 속에 침지시키고, 이 취입랜스의 내관으로부터 용선 속에 산소가스를 취입하는 동시에, 내관과 외관의 간극으로부터 탄화수소계 가스를 취입하여 용선 속의 규소를 산화 제거하는 것을 특징으로 하는 용선의 탈규처리방법.

(5) 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 정련용 취입랜스와, 이 취입랜스를 보유지지하는 보유지지부와, 이 보유지지부를 승강시키는 승강장치를 구비한, 용융금속 속에 적어도 산소가스를 취입하기 위한 정련용 취입랜스설비로서, 상기 취입랜스의 진동을 억제하는 기구로서, 상기 취입랜스의 상단측(上端側)을 보유지지하는 날개판과, 상기 승강장치에 구비되어, 상기 날개판을 협지하는 날개판 받이를 갖는 정련용 취입랜스설비.

여기서, 상기 날개판이 형성하는 평면과 용융금속 욕면이 이루는 각도가 취입랜스의 용융금속 욕면에 대한 경사각도와 동일한 것이 바람직하다.

(6) 상기 (5)에 기재된 정련용 취입랜스설비를 사용하여, 취입랜스를 용선 속에 침지시키고, 이 취입랜스의 내관으로부터 용선 속에 산소가스를 취입하는 동시에, 내관과 외관의 간극으로부터 탄화수소계 가스를 취입하여, 용선 속의 규소를 산화제거하는 것을 특징으로 하는 용선의 탈규처리방법.

(7) 용기 내에 보유지지되어 있는 용선에 대하여 탈규반응, 탈인반응을 행하는 용선의 예비처리에 있어서, 상기 탈규반응의 시기에, 상기 용선 내에 고체산소원을 공급하고, 기체산소를 상기 용선의 욕면에 내뿜는 동시에, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 정련용 취입랜스로부터 상기 용선 내에 기체산소를 취입 공급하는 것을 특징으로 하는 용선의 예비처리방법.

여기서, 상기 탈인반응의 시기에, 상기 용선 내에 고체산소원을 공급하는 동시에, 기체산소를 상기 용선의 욕면에 내뿜는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탈규반응의 시기에 있어서 상기 용선 내에 공급되는 상기 고체산소원 및 기체산소의 총산소공급속도를, 0.23Nm³/t/min 미만의 값으로 하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 의한 산소가스 취입랜스의 개략단면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 산소가스 취입랜스를 사용하여 혼선차에 수용된 용선을 탈규처리하는 상황을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 다른 산소가스 취입랜스의 개략단면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 정련용 취입랜스설비를 사용하여 혼선차에 수용된 용선을 탈규처리하고 있는 개략도이다.

도 5는 도 4의 X-X’선에 따른 개략단면도이다.

도 6은 도 5의 Y-Y’선에 따른 개략도이다.

도 7은 본 발명에서 사용하는 또다른 산소가스 취입랜스의 개략단면도이다.

도 8은 본 발명에 의한 용선의 예비처리의 구조를 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명에 의한 용선의 예비처리의 순서를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명에 의한 탈규반응의 시기에 있어서의 산소공급속도(고체산소 및 용선 내로 취입 공급되는 기체산소를 합친 것의 공급속도)와 슬로핑의 발생과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명에 의한 용선의 예비처리를 행할 때의 용선 성분의 농도변화를 나타내는 도면이다.

도 12는 본 발명에 의한 또다른 산소가스 취입랜스의 개략단면도이다.

(부호의 설명)

1: 산소가스 취입랜스

1A: 랜스 선단부

1B: 랜스선단 수평부

1C: 랜스개구부중심

2: 내관

3: 외관

4: 내화물피복층

4A: 선단부 피복층

4B: 몸통부 피복층

5: 혼선차

6: 용선

6A: 욕면

7: 굴곡부

11: 정련용 취입랜스설비

12: 승강장치

13: 보유지지부

13A: 보유지지부 상부

19: 진동방지지그

20: 철제 날개판

20A: 날개판 보강재

21: 철제 날개판받이

21A, 21B: 날개판받이 부재

22: 가이드 롤

26: 상취랜스

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

<랜스의 내화물>

본 발명자들은 혼선차(混銑車)에 수용된 용선에 산소가스 취입랜스를 침지시키고, 이 가스 취입랜스로부터 산소가스를 용선에 취입하여 행하는 용선의 탈규처리에 있어서, 가스 취입랜스의 장수명화(長壽命化)에 대하여 연구·검토를 행하였다.

그 결과, 산소가스 취입랜스의 외면이 금속인 채로는 용선에 의한 용손(溶損)을 억제할 수 없다는 것을 알았다. 또한, 일본 실용신안공개 평6-6447호 공보와 같이 겉표면을 칼로라이징 처리하여도, 산소를 대량으로 취입하는 경우는 소모가 현저하기 때문에, 그 효과는 적은 것을 알았다. 다시 말해, 산소가스 취입랜스의 내용성(耐用性)을 향상시키기 위해서는, 적어도 용선 속에 침지시키는 부위의 겉표면에는, 내화물의 피복층을 형성시킬 필요가 있는 것을 알았다.

또한, 용선으로의 침지부가 단관구조에서는, 내화물을 피복하였다 할지라도 내용성이 부족하며, 따라서, 적어도 2중관구조로 하여, 냉각용의 탄화수소계 가스를 내관과 외관의 간극에 흘리는 것이 바람직함을 알았다. 이는, 탄화수소계 가스 가 분해할 때의 흡열반응에 의해, 적어도 산소가스 취입랜스의 선단부는 냉각되고, 이에 의해, 선단부의 용손이 억제되는 것이 확인되었기 때문이다.

그렇지만, 이러한 대책만으로는 목적으로 하는 내용성은 얻을 수 없고, 그래서, 사용이 끝난 취입랜스를 조사하여, 장수명화를 저해하고 있는 원인을 조사하였다. 조사결과로부터, 취입랜스 침지부의 손모(損耗)형태는, 용선 및 슬래그에 의한 용손과, 물리적으로 파괴하는 스폴링(spalling)의 두 타입의 손모형태가 관찰되었다.

더 조사한 결과, 랜스 선단부의 용손에 관해, 극선단부(極先端部) 이외에서는 탄화수소계 가스의 냉각효과는 거의 얻을 수 없었고, 취입랜스에 피복한 내화물의 가장 용손이 심한 부위는, 선단이 아니라, 탄화수소계 가스의 냉각효과가 얻을 수 없는, 선단에서 약간 떨어진 부위인 것을 알았다. 이 지견으로부터, 산소가스 취입랜스의 내용성을 향상시키기 위해서는, 피복하는 내화물 자체의 용손속도를 감소시키는 것이 필요하다는 것을 알았다. 즉, 용선에 대한 내용손성(耐溶損性)이 뛰어난 내화물로 할 필요가 있다는 것을 알았다.

그래서, 내화물 재질의 적정화를 꾀하기 위한 시험을 실시하였다. 시험은 혼선차에 수용된 용선을 탈규처리할 때에 사용하는 산소가스 취입랜스로 행하였다. 도 1 및 도 3에 시험에서 사용한 각 산소가스 취입랜스의 개략단면도를 나타내고, 도 2에 혼선차에 수용된 용선을 탈규처리하는 상황을 나타낸다.

도 1 및 도 3에 있어서, 1은 산소가스 취입랜스, 2은 내관, 3은 외관, 4는 부정형내화물(시멘트 상태로 하여 목적의 형상으로 성형가능한 내화물로 예를 들면 캐스터블(castable) 등을 들 수 있다)로 이루어지는 내화물피복층이다. 도 1에서는 내화물피복층(4)은 선단부 피복층(4A) 및 몸통부 피복층(4B)에 별도로, 각각 상이한 내화물이 사용되어 있다. 내관(2)의 내부를 산소가스가 흐르고, 내관(2)과 외관(3)의 간극을 탄화수소계 가스가 흐르며, 산소가스 및 탄화수소계 가스는, 산소가스 취입랜스(1)의 선단부(1A)로부터 용선 속에 취입되도록 되어 있다. 그리고, 1C은 랜스개구부 중심, 7은 굴곡부(굴곡전후의 랜스중심선의 교점(交點)으로 정의된다)이다.

또한, 도 2에 있어서, 5는 혼선차, 6은 용선이며, 혼선차(5)에 수용된 용선(6)에, 도 1 또는 도 3에 나타내는 산소가스 취입랜스(1)의 선단부(1A)를 침지 시키고, 내관(2)으로부터 산소가스(필요에 따라 정련제 추가)를 취입하고, 내관(2)과 외관(3)의 간극으로부터 탄화수소계 가스를 취입하여, 용선(6)에 탈규처리를 실시하고 있는 양상을 나타내고 있다.

이 용선 탈규처리에 있어서, 내화물피복층(4)(혹은 선단부 피복층(4A) 및 몸통부 피복층(4B))의 조성을 변화시켜, 산소가스 취입랜스(1)의 내용성을 조사하였다. 시험에서는, 혼선차(5)에 수용된 약 300톤의 용선(6)에 내관(2)으로부터 30Nm³/min의 유량으로 산소가스를 취입하고, 또한, 내관(2)과 외관(3)의 간극으로부터 2∼5Nm³/min의 유량으로 프로판 가스를 취입하여, 탈규처리하였다. 그리고, Nm³은, 표준상태에 있어서의 체적으로 환산한 체적을 단위m³로 나타내는 것이다. 내관(2) 및 외관(3)은 스텐레스강 강관을 사용하였다. 이 탈규처리에 있어서의 시험 조건을 표 1에 나타낸다.

도 3의 랜스에 있어서의 내화물피복층(4)으로서는, Al₂0₃-SiO₂계 캐스터블(Al₂0₃-20질량％SiO₂)과, Al₂0₃-MgO계 캐스터블로 시험하였다. Al₂0₃ -MgO계 캐스터블에서는, MgO의 함유량을 3, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 70질량％로 변경하여, 내화물피복층(4)의 손모속도에 끼치는 MgO함유량의 영향을 조사하였다. 또한 도 1의 랜스에 있어서의 선단부 피복층(4A)으로서, Al₂0₃-7질량％MgO 캐스터블, 몸통부 피복층(4B)으로서 Al₂O₃-20질량％SiO₂ 캐스터블을 사용하고, 선단부와 몸통부의 경계는 용선의 탕면 위치, 굴곡부 및 그 중간점(한복판)으로 하였다. 그리고 용선의 탕면은 슬래그 표면이 아니고, 용선 그 자체의 탕면으로 한다. 시험결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이, Al₂0₃-20질량％SiO₂ 캐스터블의 경우에는, 1챠지(charge)당의 손모속도가 200mm(이하, 「mm/ch」로 기재함)이었지만, MgO가 5∼30질량％ 배합된 Al₂0₃-MgO계 캐스터블에서는, 손모속도가 15mm/ch이하이었다. 단, Al₂0₃-MgO계 캐스터블이라도, MgO가 5질량％미만인 경우에는, 손모속도가 빨라 MgO의 효과가 적은 것을 알았다. 한편, Al₂0₃--MgO계 캐스터블이라도, MgO가 30질량％를 초과한 경우에는, 내화물의 영율(Young's moduli)이 증가하기 때문에 내화물피복층(4)의 크랙이 현저하게 되고, 스폴링에 의한 크랙이 진행하여 내용성의 향상은 기대할 수 없는 것을 알았다.

이러한 결과로부터, 내화물피복층(4)으로서는 MgO를 5∼30질량％ 함유하는 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물이 최적이며, 이 부정형내화물을 사용함으로써, 산소가스 취입랜스(1)의 내용성이 향상하는 것을 알았다.

그리고, 가장 양호한 결과로 된 것은, 선단부에 Al₂0₃-MgO부정형내화물을 사용하고, 몸통부에 Al₂0₃-SiO₂계 부정형내화물을 사용한 경우이며, 전체를 Al₂0₃-MgO부정형내화물로 피복한 경우보다, 손모속도가 더 낮아 양호한 결과이었다. 이는, 이하의 이유에 의하는 것으로 생각된다. 상기의 적정범위에 있는 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물에 비교하여도 기본적으로 Al₂0₃-SiO₂계 부정형내화물은 내(耐)스폴링성이 뛰어나고, 특히 탕면 바로 위에 걸리는 열충격에 대해서는 유효하다. 이 때문에, 몸통부를 Al₂0₃-SiO₂계 부정형내화물로 함으로써, 랜스의 내구성이 더 향상하는 것으로 생각된다.

그리고, 본 발명자들은 이외에 Al₂0₃-Cr₂0₃계, Al₂0₃-ZrO₂계, SiO₂-ZrO₂계도 단독 혹은 조합시켜서 시험해 보았지만, 상기 본 발명 정도의 개선효과는 얻을 수 없었다.

본 발명은 이러한 시험결과에 근거하는 것으로, 발명에 의한 정련용 산소가스 취입랜스(1)는, 전술한 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 내관(2) 및 외관(3)으로 이루어지는 2중관구조이며, 내관(2)으로부터는 산소가스 (및 필요에 따라 정련제)가 취입되고, 내관(2)과 외관(3)의 간극으로부터는 탄화수소계 가스가 취입된다. 외관(3)의 외주에는 도 3에 나타내는 바와 같이 전체가 MgO를 5∼30질량％함유하는 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물이 피복되어 있든지, 혹은 도 1에 나타내는 바와 같이 선단부가 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물로 피복되고, 나머지의 몸통부가 Al₂0₃-SiO₂계 부정형내화물로 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1의 경우도, 선단부의 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물은 MgO가 5∼30질량％ 배합된 것을 사용한다. 또한, Al₂0₃-SiO₂계 부정형내화물은 SiO₂를 10∼40질량％ 함유하는 경우에 유효하다. 내스폴링성의 관점에서, 몸통부 피복층(4B)은, 적어도 용선의 탕면까지를 피복하는 것이 바람직하다. 선단부 피복층(4A)은, 내(耐)용손성의 관점에서 충분한 범위를 피복하는 것이 바람직하고, 예를 들면 도 1에 나타내는 형상의 랜스의 경우는, 적어도 굴곡부(7)까지를 피복하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 도 1의 랜스에 있어서, 선단부 피복층(4A)과 몸통부 피복층(4B)의 경계는, 굴곡부와 탕면위치의 사이에 위치시키는 것이 바람직하다.

그리고, 선단부 피복층(4A)과 몸통부 피복층(4B)은 경계부에서 연속적으로 이행하는 것이 바람직하다. 이는, 외관(3)의 주위에 틀을 만들어 부정형내화물을 흘려넣어 랜스를 피복할 때, 도중에 내화물을 변경함으로써 용이하게 실현된다.

본 발명에서 사용하는 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물, Al₂0₃-SiO₂계 부정형내화물 모두, 불순물을 7％이하 정도 함유하는 것은 문제없다. 또한 도 1, 도 3 모두의 형태에 있어서도, 내스폴링성의 관점에서, Al₂0₃-MgO계 부정형내화물 중의 MgO의 양은 5∼10질량％가 가장 바람직하다. 내화물층의 두께는 25mm이상 정도가 바람직하다.

본 발명에 의한 정련용 산소가스 취입랜스(1)는, 용융금속 속에 산소가스 또는 산소가스와 함께 정련제를 공급하여 행하는 정련이면 어떤 정련이라도 적용가능하지만, 특히, 용선의 탈규처리에 있어서의 산소가스 공급수단으로서 적용하는 것이 최적이다. 용선의 탈규처리로 생성되는 슬래그는 SiO₂를 주체로 하고 있고, 본 발명에서 내화물피복층(4) 혹은 선단부 피복층(4A)으로 사용하는, MgO을 5∼30질량％ 함유하는 Al₂0₃-MgO계 부정형내화물은, SiO₂를 주체로 하는 슬래그에 대한 내용손성이 뛰어나기 때문이다. 여기서, 정련제란, 산소원으로 되는 산화철이나 생석회, 석회석 등의 플럭스를 말한다.

또한, 본 발명에 의한 랜스는, 특히 토피도 카에 있어서의 탈규처리 등, 다량인 송산(送酸)(예를 들면 10Nm³/min이상, 바람직하게는 15Nm³/min이상)에 의해 처리를 진행시키는 용도에 호적하다.

본 발명에 의한 정련용 산소가스 취입랜스(1)를 사용하여 용선(6)의 탈규처리를 행할 경우, 상기의 시험과 동일한 방법으로, 즉 내관(2)으로부터 산소가스를 취입하고, 내관(2)과 외관(3)의 간극으로부터 탄화수소계 가스를 취입하여 탈규처리를 행하지만, 그때에, 비침지형의 상취랜스에 의한 산소가스 첨가 등의 다른 산소가스 공급수단을 병용하여도 상관없다. 또한, 도 1 혹은 도 3에 나타내는 정련용 산소가스 취입랜스(1)에서는, 선단부(1A)까지 내관(2) 및 외관(3)이 분기되지 않는 형상이지만, 선단 근방에서 내관(2) 및 외관(3)을 분기시켜, T자형 혹은 Y자형으로 하여도 좋다. T자형의 예로서, 도 12에, 본 발명의 랜스의 다른 양태를 나타낸다. 각 부호의 의미는 도 1과 동일하며, 수직으로 용선 속에 침지되는 점을 제외하면 용법도 도 1에 나타낸 랜스와 마찬가지이다. 그리고, 도 12의 형태의 랜스에 있어서 용손을 충분히 억제하기 위해서는, 선단부 피복층(4A)은, 랜스개구부중심(1C)으로부터 랜스의 선단까지의 거리 d의 2배의 위치까지를 적어도 피복하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 선단부 피복층(4A)과 몸통부 피복층(4B)의 경계는, 랜스 선단으로부터 2d의 위치와 탕면 위치 사이에 위치시키는 것이 바람직하다. Y자형 랜스에 대해서도 마찬가지이다.

내관(2) 및 외관(3)은 스텐레스강 강관일 필요는 없고, 예를 들면 탄소강 강관이라도 문제없다. 또한, 내관(2)으로부터의 산소가스의 취입유량을 저하시킬 때, 질소가스, Ar가스 등의 불활성가스를 산소가스에 혼합시켜도 좋고, 부(富)산소공기등의 산소함유 가스를 적절하게 이용해도 좋다. 산소농도는 필요로 하는 산소량에 의해 적절하게 결정하면 된다. 내관(2)으로부터의 산소가스 취입유량의 변경에 따라 외관(3)으로부터의 탄화수소계 가스의 취입유량을 저하시킬 때에도, 질소가스, Ar가스 등의 불활성가스를 탄화수소계 가스에 혼합시켜도 좋다. 탄화수소 가스의 양의 기준으로서는, 내관(2)으로부터 공급되는 산소의 5∼20체적％정도로 하는 것이 바람직하다. 탄화수소 가스로서는, 프로판(C₃H₈), 메탄(CH₄), 에탄(C₂H₆), 부탄(C₄H₁₀) 등이 비교적 저온에서 열분해하고, 분해흡열도 크기 때문에 제강 프로세스에서는 이용하기 쉽다.

<랜스의 형상>

다음으로, 본 발명자들은, 특히 비스듬하게 침지하는 랜스형상의 개선에 대해 검토를 하였다. 다시 말해, 토피도 카와 같이 개구부가 용선용량에 대해 작은 경우, 랜스를 용탕의 탕면에 대하여 비스듬하게 침지하는 것이 교반을 골고루 하는 관점에서 유리하지만, 한편으로, 진동의 악영향은 수직으로 침지하는 경우보다 강하게 받는다.

그래서, 취입랜스의 침지부의 스폴링대책으로서, 취입랜스의 선단에 수평부를 설치하고, 이 수평부의 길이를 변경하는 실험을 행하였다. 시험은, 전술한 도 1 또는 도 3에 나타내는 형상의 랜스를 사용하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 수평부(1B)의 길이(L)를, 산소가스 취입랜스(1)의 외경(D)에 대하여 0배∼3배의 길이로 변화시켰다. 여기서, 수평부(1B)의 길이(L)는, 내관(2)의 축심선(軸心線)의 길이로 나타내고 있다. 또한, 도 7에 있어서 20은 철제 날개판(후술)이다.

시험에서는, 혼선차에 수용된 약 300톤의 용선에 내관(2)으로부터 30Nm³/min의 유량으로 산소가스를 취입하고, 또한, 내관(2)과 외관(3)의 간극으로부터 2∼5Nm³/min의 유량으로 프로판 가스를 취입하여, 탈규처리하였다. 내관(2) 및 외관(3)은 스텐레스강 강관을 사용하였다. 내화물피복층(4)으로서는, 표 2의 No.10과 같은, Al₂0₃-5질량％MgO 캐스터블과 Al₂0₃-20질량％SiO₂ 캐스터블의 복합형을 사용하고, 내화물피복층(4)의 두께는 35mm로 하였다. 또한, 산소가스 취입랜스(1)를 침지할 때의 경사각(랜스(몸통부)와 용선표면이 이루는 각도)은 65°로 하고, 수평부(1B)의 용선표면과 이루는 각도는 약 0°로 하였다.

탈규처리에 있어서의 시험조건은 상기 표 1과 동일하게 하였다. 수평부(1B)의 길이(L)를 변화시킨 때의 침지부의 손모상황은 표 3에 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 수평부(1B)의 길이(L)를, 산소가스 취입랜스(1)의 외경(D)의 O.5배∼2.0배 상당의 길이로 함으로써, 손모속도는 8mm/ch이하로 되어, 표 2의 결과보다 더 개선되었다. 또한, 표 2의 실험에 있어서의 수평부(1B)의 길이는 외경(D)의 0.4배이었다.

이에 대하여, 수평부(1B)를 설치하지 않는 경우나 수평부(1B)의 길이(L)가 산소가스 취입랜스(1)의 외경(D)의 0.3배인 경우에는, 손모속도의 최대는 9∼10mm/ch로 된다. 즉, 이 경우에는, 수평부(1B)를 설치함에 따른 진동억제의 효과가 발휘되지 않고(즉, 랜스가 용선으로부터의 힘을 받기 쉽고), 스폴링까지의 수명에는 현저한 개선이 보이지 않았다. 한편, 수평부(1B)의 길이(L)가 산소가스 취입랜스(1)의 외경(D)의 2.5배 이상인 경우에는, 손모속도의 최대가 10∼12mm/ch로 되었다. 이 경우는, 산소가스 취입랜스(1)의 비침지부의 크랙이 걸림돌이 되었다.

이러한 결과로부터, 수평부(1B)의 길이(L)는, 산소가스 취입랜스(1)의 외경(D)의 0.5배∼2.0배 상당의 길이가 최적이며, 이렇게 함으로써, 산소가스 취입랜스(1)의 내용성이 향상하는 것을 알았다.

이와 같이, 수평부(1B)의 길이(L)를 적정치로 조정함으로써, 산소가스 취입시의 진동이 억제되어, 산소가스 취입랜스(1)의 침지부의 스폴링, 및, 산소가스 취입랜스(1)의 비침지부 등에서의 균열을 극복할 수 있어, 안정적인 산소가스 취입이 가능하게 되는 것을 알았다.

본 발명은 이러한 시험결과에 근거하는 것으로, 발명에 의한 정련용 취입랜스(1)는, 겉표면에 부정형내화물의 피복층(4)(혹은 4A 및 4B)이 형성된, 용융금속의 욕면에 대해 경사져서 침지되는 취입랜스로서, 선단부에는, 취입랜스 외경의 0.5배∼2.0배 상당의 길이를 갖는 수평부(1B)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 랜스의 경사각은 45∼85°로 하는 것이 바람직하고, 60∼85°로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 수평부는, 용선의 탕면(수평면)에 대하여 -20∼+20°, 바람직하게는 0°로 되도록 하는 것이 바람직하다.

<랜스설비(진동방지기구)>

이상 기술한 바와 같이 취입랜스의 수명을 연장시키기 위하여는, 랜스의 내화물이나 형상을 적정화하는 것이 바람직하지만, 더욱이, 랜스의 진동을 효율적이면서 저비용으로 억제하는 것도 유효하다.

다시 말해, 탈규반응의 산소원으로서 산소가스만을 사용한 경우와 같이, 산소가스 공급량을 증가했을 경우에는, 취입랜스의 진동이 심하게 되고, 스폴링에 의한 손모가 발생하기 쉬워진다. 또한, 취입랜스의 진동에 의해, 취입랜스의 침지부뿐만 아니라, 비침지부에 있어서의 내화물피복층의 크랙이나 탈락, 나아가서는, 랜스승강장치의 균열발생 등도 발생하는 경우가 있어, 이들에 의해 수명을 맞이하는 케이스나 설비 파괴에 이르는 케이스도 있다. 이 지견으로부터, 취입랜스의 내용성을 향상시키기 위해서는, 취입랜스뿐만 아니라, 취입랜스를 보유지지하는 보유지지부, 및 이 보유지지부를 승강시키는 승강장치를 포함한 정련용 취입랜스설비 전체의 진동을 방지하는 것이 유효하고, 요망된다.

그래서, 정련용 취입랜스설비 전체의 진동을 방지하기 위한 진동방지대책을 검토하였다. 여러가지의 시작(試作)·검토를 한 결과, 취입랜스의 상단부측에 연직방향의 진동을 방지하기 위한 진동방지지그를 설치하면 좋은 것을 알았다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 진동방지지그를 구비한 본 발명에 의한 정련용 취입랜스설비의 일 예를 설명한다. 도 4는, 본 발명에 의한 정련용 취입랜스설비를 사용하여 혼선차에 수용된 용선을 탈규처리하고 있는 개략도이며, 도 5는, 도 4의 X-X’선에 따른 개략단면도, 도 6은, 도 5의 Y-Y’선에 따른 개략도이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의한 정련용 취입랜스설비(11)은, 용선(6)의 욕면에 대해 경사져서 침지되는 산소가스 취입랜스(1)와, 이 산소가스 취입랜스(1)를 보유지지하는 보유지지부(13)와, 이 보유지지부(13)를 승강시키는 승강장치(12)로 구성되어 있다. 다시 말해, 보유지지부(13)는 보유지지부 상부(13A)에서 승강장치(12)에 고정되어 있어, 승강장치(12)의 작동에 의해, 산소가스 취입랜스(1)가 혼선차(5)에 수용된 용선(6)에 침지하도록 되어 있다. 산소가스 취입랜스(1)의 선단부에는 수평방향으로 향한 수평부(1B)가 설치되고, 또한, 산소가스 취입랜스(1)의 외주에는 부정형내화물로 이루어지는 내화물피복층(4)이 형성되어 있다. 내화물피복층은 도 1에 나타내는 바와 같이 복합구조라도 좋고, 또한 바람직하다.

산소가스 취입랜스(1)가 소정의 위치까지 침지했을 때의, 보유지지부(13)와 산소가스 취입랜스(1)와의 이음매의 바로 아래위치에 상당하는 부위의 승강장치(12)에, 진동방지지그(19)가 설치되어 있어, 산소가스 취입랜스(1)의 내화물피복층(4)이 형성되어 있지 않은 부위가 진동방지지그(19)에 지지되어 있다.

도 중의 부호 22는 가이드 롤이다. 가이드 롤(22)은 필수적이지 않지만, 단수 또는 복수 개 설치하여, 산소가스 취입랜스(1)가 가이드 롤(22)에도 안내되도록 구성하는 것은, 산소가스 취입랜스(1)의 교환에 있어서의 작업성을 향상시킴에 있어서 유효한 하나의 수단이다.

진동방지지그(19)를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 산소가스 취입랜스(1)에는 그 하면측에 철제 날개판(20)이 장착되어 있다. 날개판의 소재는, 철제일 필요는 없다. 다시 말해, 필요한 강도를 갖추고, 소재비용 및 가공비용이 절충되는 것이면 무엇이든지 좋지만, 이러한 관점에서 철제인 것이 바람직하다. 또한, 진동방지지그는, 그 위치로부터, 슬래그나 철괴의 부착에 의한 손상이 심하고, 이 때문에, 저비용으로 갱신가능하다는 것은 중요하다.

철제 날개판(20)은 어떠한 수단으로 산소가스 취입랜스(1)를 고정한다. 하나의 수단은, 날개판을 산소가스 취입랜스(1)에 용접 등의 수단으로 접속·고정하는 것이다. 다른 수단으로서, 부호 20A로 나타내는 바와 같은 철제 날개판(20)의 보강재를 설치하는 것을 생각할 수 있다. 다시 말해, 2장의 날개판 보강재(20A) 및 철제 날개판(20)에 의해 구성된 오목형상 부분에, 산소가스 취입랜스(1)를 위치시켜서 진동하지 않도록 구속한다. 이 경우, 랜스를 철제 날개판(20) 등에 접합하여도 좋지만, 작업을 생략하는 관점 등에서, 접합하지 않고 그냥 랜스를 위치시키는 것만이라도 좋다.

그리고, 산소가스 취입랜스(1)와 철제 날개판(20)을 접합하지 않는 경우, 도 5의 진동방지지그에서는 도 5의 상방으로의 랜스의 진동은 구속되지 않는다. 해당 방향으로의 진동력은 비교적 약하므로, 이대로라도 좋지만, 도 5의 상방으로의 진동을 구속하기 위하여, 누름수단을 설치해도 좋다. 이 누름수단으로서는, 예를 들면, 보강재(20A)에 경첩 등으로 가동하도록 접합되어, 랜스설치 후에 닫는 문 형상의 누름구 등을 생각할 수 있다.

철제 날개판(20)의 좌우에는, 연직방향과 평행하게 배치된 부재(21A)와, 부재(21A)에 장착된 한 쌍의 부재(21B)로 구성되는 철제 날개판받이(21)가 설치되어 있다.

대향하는 한 쌍의 부재(21B)는 간극을 형성하고 있어, 이 간극에 철제 날개판(20)이 삽입되도록 되어 있다. 즉, 철제 날개판받이(21)는, 좌우로부터 철제 날개판(20)을 협지(挾持)해서 안내하도록 되어 있다. 이 경우, 철제 날개판(20)이 형성하는 평면이, 산소가스 취입랜스(1)의 침지방향과 평행하면서 또한 철제 날개판(20)이 형성하는 평면과 용선욕면이 이루는 각도가, 산소가스 취입랜스(1)의 용융금속 욕면에 대한 경사각도와 동일하게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 랜스와 날개판을 고정하지 않는 경우, 랜스설치 전에 날개판이 낙하를 하는 것을 방지하기 위해, 낙하방지지그를 구비하여도 좋다. 낙하방지지그로서는, 예를 들면, 날개판받이부재(21B)의 도6에 있어서의 하단의 위치에 스톱퍼(stopper)를 설치하는 것을 생각할 수 있다. 날개판받이의 소재도 철제일 필요는 없지만, 날개판과 마찬가지 이유로 철제가 호적이다.

이와 같이, 철제 날개판(20)이 철제 날개판받이(21)로 안내됨에 의해, 산소가스 취입랜스(1)의 연직방향의 진동이 억제되도록 되어 있다. 그리고, 진동방지지그(19)는, 철제 날개판(20) 및 철제 날개판받이(21)로 구성되어 있는 것에 특징이 있고, 그 밖의 세부(細部)(예를 들면 구조나, 날개판과 날개판받이 사이의 「느슨함(looseness)」의 설계 등)은 필요에 따라 자유롭게 구성해도 좋다.

이 구성의 정련용 취입랜스설비(11)를 사용함으로써, 가스반력(反力)에 의한 산소가스 취입랜스(1)의 연직방향의 진동이 억제되어, 취입랜스(1)의 비침지부에 있어서의 내화물피복층(4)의 균열, 탈락, 및, 승강장치(12)에 있어서의 균열이 해소되었다.

예를 들면, 도 5 및 도 6에 나타낸 장치를 사용하고, 표 3의 No.25의 조건으로 시험을 행한 바, 손모속도는 7mm/ch이하로 되어, 표 3의 결과보다 더 개선되었다.

이처럼, 진동방지지그(19)를 설치함으로써, 산소가스 취입시의 진동이 억제되고, 산소가스 취입랜스(1)의 침지부의 스폴링, 및, 산소가스 취입랜스(1)의 비침지부나 승강장치(12)에서의 균열을 더 억제할 수 있어, 더 안정적인 산소가스 취입이 가능하게 되는 것을 알았다.

본 발명은 이러한 시험결과에 근거하는 것이며, 발명에 의한 정련용 취입랜스설비(11)는, 겉 표면에 부정형내화물의 내화물피복층(4)이 형성된, 용융금속의 욕면에 대해 경사져서 침지되는 산소가스 취입랜스(1)와, 산소가스 취입랜스(1)를 보유지지하는 보유지지부(13)와, 보유지지부(13)를 승강시키는 승강장치(12)를 구비하고, 용융금속 속에 산소가스 또는 산소가스와 함께 정련제를 취입하기 위한 정련용 취입랜스설비(11)로서, 상기 취입랜스의 진동을 억제하는 기구로서, 산소가스 취입랜스(1)의 상단부에, 이를 보유지지하는 날개판(20)과, 승강장치(12)에 구비되어, (철제)날개판(20)을 협지하는 (철제)날개판받이(21)를 갖는 것을 특징으로 한다. 여기서 날개판(20)이 형성하는 평면이 산소가스 취입랜스(1)의 침지방향과 평행하면서 날개판(20)이 형성하는 평면과 용융금속 욕면이 이루는 각도가 산소가스 취입랜스(1)의 용융금속 욕면에 대한 경사각도와 동일한 것이 바람직하다. 또한, 날개판(20)이 날개판받이(21)에 안내됨에 의해 산소가스 취입랜스(1)의 특히 연직방향의 진동이 억제됨이 바람직하다.

본 발명에 의한 정련용 취입랜스설비(11)는, 용융금속 속에 산소가스 또는 산소가스와 함께 정련제를 공급해서 행하는 정련이라면 어떤 정련이라도 적용가능하지만, 특히, 용선의 탈규처리에 있어서의 산소가스 공급수단으로서 적용하는 것이 최적이다. 본 발명을 적용함에 의해, 탈규처리에 있어서 열여유(餘裕)의 창출이 가능해지고, 그 결과, 철 스크랩 용해를 위한 열로서 사용가능하게 되기 때문이다. 여기서, 정련제란, 산소원으로 되는 산화철이나 생석회 등의 플럭스를 말한다.

본 발명에 의한 정련용 취입랜스설비(11)를 사용하여 용선(6)의 탈규처리를 행하는 경우의 유의사항은, 본 발명의 취입랜스의 경우와 마찬가지이다.

<용선의 예비처리방법>

다음으로, 본 발명에 의한 용선의 예비처리방법에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 8은, 본 발명에 의한 일 실시 형태의 예비처리설비를 나타내는 것으로, 부호 5는, 고로(高爐)(도시하지 않음)로부터 출선(出銑)된 용선(6)을 보유지지하고 있는 토피도 카(혼선차)이며, 이 혼선차(5) 내에 이동가능하게, 승강가능한, 상취(上吹)랜스(26) 및 정련용 취입랜스설비(11)가 설치되어 있다.

상취랜스(26)는, 혼선차(5) 내의 용선(6)의 욕면(6A)에 기체산소를 내뿜어 공급하는 장치이다. 그리고, 이 상취랜스(26)로 공급하는 기체산소를, 상취기체산소라고 칭한다.

정련용 취입랜스설비(11)는, 용선(6)의 내부에 기체산소를 취입 공급하는 동시에, 산화철 등의 고체산소를 용선(6)의 내부에 공급하는 장치이다. 그리고, 이 정련용 취입랜스설비(11)로 공급하는 기체산소를, 인젝션(injection)기체산소라고 칭한다.

혼선차(5)는, 용선(6)의 예비처리를 행한 후에 전로(轉爐)(도시하지 않음)까지 이동하여, 용선(6)을 전로에 장입하도록 되어 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 용선의 예비처리방법에 대해, 도 9 및 도 10을 참조하면서 설명한다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 예비처리의 초기에 행해지는 탈규반응기(脫珪反應期)에는, 정련용 취입랜스설비(11)로부터 고체산소 및 인젝션 기체산소의 공급을 행함과 동시에, 상취랜스(26)에 의해 상취기체산소의 공급을 행하도록 하였다. 또한, 탈규반응기에 이어서 행해지는 탈인반응기(脫燐反應期)에, 인젝션 기체산소의 공급을 정지하고, 고체산소 및 상취기체산소의 공급을 계속해서 행하도록 하였다.

여기서, 발명자는, 탈규반응기에, 혼선차(5) 안에 공급되는 고체산소 및 인젝션 기체산소를 합한 산소의 공급속도(이하, 총산소공급속도라고 칭한다)가 증대하면, 용선(6) 중의 탄소와 급격하게 반응하여 돌비물(突沸物, splash)이 발생하여, 혼선차(5)의 용선구(溶銑口)로부터 돌비물이 분출하는 슬로핑(slopping)이 일어날 우려가 있으므로, 고체산소 및 인젝션 기체산소의 총산소공급속도를 검토하기로 하였다. 그리고, 표 4에 나타내는 성분의 용선(6)에 대해, 탈규기(脫珪期)의 슬로핑의 발생율과 총산소공급속도의 관계를 조사하였다.

그 관계를 도 10에 나타내지만, 총산소공급속도가 0.23Nm³/t/min 미만일 때에는 슬로핑이 발생하지 않고, 총산소공급속도가 0.23Nm³/t/min 이상으로 되면, 슬로핑의 발생빈도가 증가하는 것을 알았다. 따라서, 탈규반응기에 있어서의 총산소공급속도를, 0.23Nm³/t/min 미만의 값으로 제한하도록 하였다.

다음으로, 본 실시 형태의 용선의 예비처리방법의 작용효과에 대하여, 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 또한, 도 11은, 탈규반응기 및 탈인반응기에 있어서의 용선(6) 중의 탄소(C)농도, 규소(Si)농도, 인(P)농도의 변화를 나타내고 있다.

탈규반응기에서는, 도 11에 나타내는 바와 같이 용선(6) 중의 규소농도가 대폭 감소해 간다.

그리고, 용선(6)의 내부에 정련용 취입랜스설비(11)로부터 고체산소 및 인젝션 기체산소를 공급하고 있으므로, 용선(6)의 탈탄(脫炭)반응에 의해 충분한 양의 CO가스가 발생한다. 용선(6)으로부터 충분한 양의 CO가스가 발생하면, 이 CO가스와 용선(6)의 욕면(6A)을 향하여 상취랜스(26)로부터 공급되는 상취의 기체산소와의 2차 연소가 활발하게 되어, 대량의 2차 연소의 열이 발생한다. 따라서, 탈규반응기에는, 대량으로 2차 연소의 열이 발생함에 의해 열보상을 효과적으로 행할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 탈규반응기에 있어서의 총산소공급속도를, 0.23Nm³/t/min 미만의 값으로 제한하도록 하였으므로, 혼선차(5)의 용선구로부터 돌비물이 분출하는 슬로핑의 발생을 방지할 수 있다.

한편, 탈규반응기에 이어서 행해지는 탈인반응기는, 본 실시 형태에서는, 인젝션 기체산소의 공급을 정지하고, 고체산소 및 상취기체산소의 공급을 계속해서 행하도록 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 용선(6) 중에 취입되는 고체산소는 용선 중 [C]와의 반응보다 우선적으로 용선 중 [P]와 반응하기 때문에, 도 11의 선 C로 나타내는 바와 같이 탄소농도는 비교적 완만하게 감소해 가서, 탈탄반응이 억제된다. 이에 대하여, 탈인반응기의 초기부터 용선(6) 중에 인젝션 기체산소를 공급하는 종래의 방법에서는, 기체산소는 용선 중 [P]보다 용선 중 [C]와 우선적으로 반응하기 때문에, 도 11의 선 C’로 나타내는 바와 같이 탄소농도가 비교적 급격하게 감소한다. 그 때문에 후공정에 있어서의 탈탄공정에서 열여유가 부족하는 등의 지장이 생긴다.

이와 같이, 본 실시 형태의 탈인반응기에서는, 탈탄반응보다 비교적 우선하여 탈인반응이 일어나기 때문에, 도 11의 선 P로 나타내는 바와 같이 인(燐)농도를 확실하게 저하시킬 수 있다. 이에 대하여, 탈인반응기의 초기부터 용선(6) 중에 인젝션 기체산소를 공급하는 종래의 방법에서는, 탈탄반응이 탈인반응보다 비교적 우선하여 일어나기 때문에, 도 11의 선 P’로 나타내는 바와 같이 용선(6) 중의 인농도가 저하하지 않는다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 탈규반응기에는, 용선(6)의 내부에 고체산소 및 인젝션 기체산소의 공급을 행하고, 또한 용선(6)의 욕면(6A)을 향하여 상취기체산소의 공급을 행함과 동시에, 탈인반응기에는, 인젝션 기체산소의 공급을 정지하고, 고체산소 및 상취기체산소의 공급을 행하도록 하고 있으므로, 열보상을 효과적으로 행할 수 있는 동시에, 효율 좋게 불순물의 제거를 행할 수 있다.

또한, 탈규반응기, 탈인반응기의 확인은, 혼선차(5)의 집진(集塵)계통에서 측정되는 배기가스 온도 혹은 샘플채집으로 판정할 수 있는데, 예를 들면 배기가스 온도의 급상승으로 탈규반응기의 종료를 검지할 수 있다.

〔실시예〕

(실시예1)

전술한 도 4에 나타내는 정련용 취입랜스설비 및, 전술한 도 1 및 도 7에 나타내는 취입랜스를 사용하여, 혼선차에 수용된 용선의 탈규처리를 실시하였다(표 5 참조). 또한, 진동방지지그에 대해서는 도 5 및 도 6에 나타내는 것을 사용하였지만(본 발명예 3, 5, 6), 일부의 예에서 사용하지 않았다(본 발명예 1, 2, 4). 랜스의 경사각은 70°로 하였다. 그리고, 본 발명예 7에 대해서만, 도 12에 나타내는 T형 랜스를 사용하여 수직으로 침지하였다.

산소가스 취입랜스의 내화물피복층은, Al₂0₃-10질량％MgO 캐스터블로 시공하든지(본 발명예 1), 선단으로부터 용선 탕면까지를 Al₂0₃-7질량％MgO 캐스터블, 용선 탕면보다 상방(上方)을 Al₂0₃-20질량％SiO₂ 캐스터블로 시공하였다(본 발명예 2∼7).

탈규처리에 있어서는, 내관으로부터 산소가스를 취입하면서, 내관과 외관의 간극으로부터 프로판 가스를 취입하여, 합계 36∼51챠지의 탈규처리를 실시하였다. 취입랜스 선단부의 수평부의 길이(L)는 외경(D)의 0.3배∼1.0배로 하였다.

또한, 비교를 위해, 내화물피복이나 취입가스 등을 변화시켜 탈규처리를 실시하였다(표 6 참조). 그리고, 일부의 비교예에서는, 산소원으로서 산소가스를 사용하지 않고, 질소가스를 반송용 가스로 하여 산화철(철광석)을 내관으로부터 취입하였다(비교예 5 및 6). 산화철 중의 산소량은, 화학분석치에 근거하여 산화철 1kg이 산소가스 0.15Nm³에 상당하는 것으로 하여, 송산(送酸)속도가 일정하게 되도록 조정하였다.

표 5 및 표 6에 기재된 이외의 조건은, 본 발명예 및 비교예에서 동일하게 하였다.

본 발명예 및 비교예에 있어서, 산소가스 취입랜스의 수명 및 용선온도에 대하여 비교 평가하였다. 표 5 및 표 6에 시험조건 및 시험결과를 나타낸다.

본 발명예에서는, 경사침지타입으로 30Nm³/min의 산소를 취입한 경우, 랜스수명은 1개의 랜스당 평균으로 6.5∼8.5챠지(이하,「ch/개」라고 적는다)이 되고(본 발명예 1∼5), 그 밖의 조건에서도 좋은 성적이었다. 또한, 산소가스를 산소원으로 사용함으로써, 탈규처리에서, 용선 속의 규소 0.01질량%가 산화제거됨에 의해 약 3℃의 용선온도상승이 확인되었다.

또한, 복합피복으로 한 쪽이 랜스수명은 길고(본 발명예 1과 본 발명예 2의 비교), 또한 선단수평부 길이를 외경의 0.5∼2.0배의 범위 내로 함에 의해 랜스수명이 개선되고(본 발명예 2와 본 발명예 4과의 비교), 진동방지지그를 채용함으로써 랜스수명이 더 개선된다(본 발명예 4와 본 발명예 5의 비교).

한편, 내화물피복층을 Al₂0₃-20질량％SiO₂ 캐스터블로 시공한 산소가스 취입랜스를 사용하고, 그외는 본 발명예 5와 같은 조건으로 탈규처리한 경우(비교예 1)에는 용손이 심하여 랜스수명은 1.Och/개이었다. 수직침지형에서도 마찬가지로, Al₂0₃-20질량％SiO₂ 캐스터블을 내화물피복으로 사용하면 극도로 랜스수명은 짧아진다(본 발명예7과 비교예7의 비교).

또한, Al₂0₃-20질량％ SiO₂ 캐스터블을 내화물피복으로 사용하고, 산소원으로서 산소가스를 사용하지 않고, 질소가스를 반송용 가스로 하여 산화철(철광석)을 내관으로부터 취입하며, 또한, 내관과 외관의 간극으로부터는 질소가스를 취입한 경우, 랜스수명은 그럭저럭 양호하지만, 사용하는 산화철의 현열(顯熱)에 열이 빼앗겨, 용선온도는 상승하지 않고, 반대로 저하(따라서 후공정에서의 열여유부족을 보상하기 위한 에너지가 증대한다)함이 확인되었다(비교예 5 및 비교예 6).

그리고, 30질량％를 초과하는 MgO를 함유하는 Al₂0₃-MgO계 캐스터블을 단독 혹은 복합하여 내화물피복으로서 사용한 경우, 스폴링 때문에 랜스수명은 역시 본 발명에 비해 현저하게 낮아진다(비교예 2 및 비교예 3). 또한, 본 발명의 Al₂0₃-MgO계 캐스터블을 사용하였다고 해도, 내관과 외관의 간극으로부터 탄화수소가스를 공급하지 않는 경우는, 랜스수명은 현저하게 저하한다(비교예 4).

(실시예 2)

표 7은, 용선의 예비처리방법의 탈규반응기를, 본 발명과, 본 발명과 다른 비교방법(이하, 비교예)으로 비교한 것이다. 예비처리설비로서는 도 8에 나타낸 것을 사용하고, 랜스설비로서는 실시예 1의 본 발명예 5(표 5)에 나타낸 것과 같은 것을 사용하였다. 본 발명의 탈규반응기에서는, 용선(6)의 내부에 고체산소 및 인젝션 기체산소의 공급을 행하면서 용선(6)의 욕면(6A)를 향하여 상취기체산소의 공급을 행하고 있다. 또한, 비교예 A는, 탈규반응기에, 고체산소 및 인젝션 기체산소의 공급을 행하고 있다. 그리고, 비교예 B는, 탈규반응기에, 고체산소 및 상취기체산소의 공급을 행하고 있다. 또한, 표 7의 열여유란, 탈규반응기 전후의 탄소농도 및 용선온도에서 얻어진 수치인데, 수치가 높을수록 열보상을 효과적으로 얻을 수 있음을 나타내고 있다.

비교예 A는, 고체산소 및 인젝션 기체산소를 공급함으로써 용선의 탈탄반응에 의해 충분한 양의 CO가스가 발생할 수 있지만, 상취기체산소를 공급하고 있지 않으므로 2차 연소가 발생하기 어려워, 비교예 B, 본 발명과 비교하여 열여유의 수치가 낮다.

또한, 비교예 B는, 고체산소만을 공급함으로써 용선의 CO가스 발생량이 적어, 상취의 기체산소와의 2차 연소에 의한 열을 충분히 발생할 수 없고, 본 발명과 비교하여 열여유의 수치가 낮다.

이에 대하여, 본 발명은, 고체산소 및 인젝션 기체산소를 공급함으로써 용선의 탈탄반응에 의해 충분한 양의 CO가스가 발생하고, 이 CO가스와 상취의 기체산소의 2차 연소에 의한 열을 충분히 욕면에서 발생시켜 착열(着熱)할 수 있어, 열여유의 수치가 높아진다.

또한, 표 8은, 용선의 예비처리방법의 탈규반응기에 이어, 탈인처리를 행하였을 때의, 본 발명법과, 본 발명과 다른 방법(이하, 비교예)으로 비교한 것이다. 본 발명의 탈인반응기에서는, 용선(6) 중에 고체산소의 공급을 행하면서 용선(6)의 욕면(6A)을 향하여 상취기체산소의 공급을 행한다. 또한, 비교예 C는, 탈인반응기에 고체산소 및 인젝션 기체산소의 공급을 행하고 있는 예를, 또한, 비교예 D는, 탈인반응기에 고체산소 및 인젝션 기체산소의 공급을 행하면서 용선(6)의 욕면(6A)을 향하여 상취기체산소의 공급을 행하고 있는 예를 나타낸다. 그리고, 표 8의 열여유란, 탈인반응기 전후의 탄소농도 및 용선온도로부터 얻어지는 수치인데, 표 7과 마찬가지로 수치가 높을수록 열보상이 효과적으로 얻어짐을 나타내고 있다. 본 발명법에 있어서는 인젝션 기체산소의 공급을 정지하고, 고체산소공급 및 상취기체산소의 공급을 행하기 때문에, 탈탄반응이 억제되고 탈인반응이 진행하며, 더욱이, 열여유의 수치가 높아진다.

본 발명의 정련용 가스취입랜스에 의하면, 산소가스 취입랜스의 손모속도를 종래에 비해 대폭 저감할 수 있다. 그 결과, 정련반응에 사용하는 산소가스를, 전로저취우구(轉爐底吹羽口)와 같은 설비를 사용하지 않고, 고효율이면서 교반력을 향상가능한 방법으로 장기간에 걸쳐 동일한 취입랜스로 첨가 가능해진다. 또한, 산소가스를 취입함에 의해, 열여유의 창출이 가능해진다. 그 결과, 철 스크랩 용해를 위한 열로서 사용가능해지고, 철강재료제조시의 CO₂발생량의 저감에 기여한다. 또한 산소가스 취입랜스의 수명이 길어짐으로써, 랜스교환작업의 빈도경감, 그리고, 항상 침지깊이를 크게 확보할 수 있다고 하는 이점이 있다.

특히, 용선의 탈규처리에서 본 발명의 산소가스 취입랜스를 사용함에 의해, 탈규반응에 의한 발열을 유효이용함이 가능해진다.

또한, 본 발명의 정련용 가스 취입랜스설비에 의하면, 산소가스 취입시의 취 입랜스의 진동이 억제되어, 진동에 기인하여 취입랜스에 작용하는 응력이 완화되고, 취입랜스의 침지부에 있어서의 스폴링이나, 비침지부에 있어서의 균열이 더 방지되어, 취입랜스의 내용성을 종래에 비해 대폭 향상시킬 수 있다. 그 결과, 상술한 효과를 더 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 용선의 예비처리방법에 의하면, 탈규반응의 시기에, 용선 내에 고체산소를 공급하고, 용선내에 기체산소를 취입 공급함으로써, 용선 속의 탈탄반응에 의해 충분한 양의 CO가스가 발생한다. 그리고, 용선으로부터 충분한 양의 CO가스가 발생하면, 이 CO가스와 용선의 욕면을 향해 공급되고 있는 기체산소와 욕면에서의 2차 연소가 활발하게 되어, 대량의 2차 연소의 열이 발생하여 용선에 착열한다. 이에 의해, 용선의 열보상을 효과적으로 행할 수 있어, 다음 공정인 전로에서의 탈탄정련에 있어서의 스크랩 배합율의 저하나 열여유의 부족 등의 문제를 해소할 수 있다.

Claims (9)

1. 용융금속 속에 적어도 산소가스를 취입하기 위한 취입(吹入)랜스(lance)로서,

   내관(內管) 및 외관(外管)으로 이루어지는 2중관 구조이며,

   상기 내관으로부터는 산소가스가 취입되고,

   상기 내관과 상기 외관의 간극으로부터는 탄화수소계 가스가 취입되며,

   상기 취입랜스의 선단부에서 상기 외관의 외주(外周)에 MgO를 5∼30질량% 함유하는 Al₂0₃-MgO계 부정형(不定形) 내화물(耐火物)이 피복되어 있고,

   상기 취입랜스의 상기 선단부에 이어지는 몸통부에서 상기 외관의 외주에 SiO₂를 10∼40질량％ 함유하는 Al₂0₃-SiO₂계 부정형 내화물이 피복되어 있는 정련(精鍊)용 취입랜스.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   용융금속의 욕면(浴面)에 대해 경사져서 침지되고,

   선단에, 외경(外徑)의 0.5배∼2.0배의 길이를 갖는 수평부가 구비된 정련용 취입랜스.
4. 제1항 또는 제3항에 기재된 정련용 취입랜스와, 상기 취입랜스를 보유지지하는 보유지지부와, 상기 보유지지부를 승강시키는 승강장치를 구비한, 용융금속 속에 적어도 산소가스를 취입하기 위한 정련용 취입랜스설비로서,

   상기 취입랜스의 진동을 억제하는 기구로서, 상기 취입랜스의 상단(上端)측을 보유지지하는 날개판과, 상기 승강장치에 구비되어, 상기 날개판을 협지(挾持)하는 날개판받이를 갖는 정련용 취입랜스설비.
5. 제1항 또는 제3항에 기재된 정련용 취입랜스를 용선 속에 침지(浸漬)시키고,

   상기 취입랜스의 내관으로부터 용선 속에 산소가스를 취입하는 동시에 내관과 외관의 간극으로부터 탄화수소계 가스를 취입하여,

   용선 속의 규소를 산화제거하는 용선의 탈규처리방법.
6. 제4항에 기재된 정련용 취입랜스설비를 사용하고,

   상기 취입랜스를 용선 속에 침지시켜서,

   상기 취입랜스의 내관으로부터 용선 속에 산소가스를 취입하는 동시에 내관과 외관의 간극으로부터 탄화수소계 가스를 취입하여,

   용선 속의 규소를 산화제거하는 용선의 탈규처리방법.
7. 반송용기 내에 보유지지되어 있는 용선에 대하여 탈규반응, 탈인반응을 행하는 용선의 예비처리방법에 있어서,

   상기 탈규반응의 시기에, 상기 용선 내에 고체산소원을 공급하고,

   기체산소를 상기 용선의 욕면에 내뿜는 동시에,

   제1항에 기재된 정련용 취입랜스로부터 상기 용선 내에 기체산소를 취입하여 공급하는 용선의 예비처리방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 탈인반응의 시기에,

   상기 용선 내에 고체산소원을 공급하는 동시에,

   기체산소를 상기 용선의 욕면에 내뿜는 용선의 예비처리방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 탈규반응의 시기에,

   상기 용선 내에 공급되는 상기 고체산소원 및 기체산소의 총산소공급속도를, 0.23Nm³/t/min 미만으로 하는 용선의 예비처리방법.

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