KR101047579B1 - 출강 장치 및 출강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 전기로 및 전로의 출강구를 이용한 출강 방식을 탈피하고 진공에 의한 압력차를 이용한 출강 장치에 관한 것으로,

본 발명에 따른 출강 장치는, 일측으로는 로 내의 용강에 침적되어 용강을 흡입하고, 타측으로는 흡입된 용강을 배출하는 본체; 및, 상기 본체와 연결되며 본체 내에 진공을 형성하는 진공 형성부를 포함한다.

침적관, 진공 펌프, 출강 장치

Description

출강 장치 및 출강 방법{MOLTEN STEEL TAPPING DEVICE and METHOD OF MOLTEN STEEL TAPPING}

본 발명은 전기로 및 전로 공정에 있어서 용해 및 취련이 완료된 용강을 래이들로 옮기는 출강 장치 및 출강 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 전기로 및 전로의 출강구를 이용한 출강 방식을 탈피하고 진공에 의한 압력차를 이용한 출강 장치 및 출강 방법에 관한 것이다.

일반적으로 용해 및 취련이 완료된 용강을 전기로 및 전로에서 출강하는 과정은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전기로 및 전로의 소정 위치에 뚫려 있는 출강구(도 1의 A, 도 2의 B)로 로(R1, R2)를 기울여 중력에 의한 용강의 자연 낙하를 유도하여 하부에 위치한 수강 래이들(L1, L2)로 출강되도록 한다.

출강구(A, B)는 내화물로 이루어져 있는데, 출강시 고온의 용강과 접촉하면서 발생하는 물리적 마모 및 화학적 마모에 의하여 그 수명에 한계가 있으며 이를 교환하기 위해서는 설비의 가동을 멈추고 교환 작업을 해야 한다.

또한, 종래 방법에 의한 출강 공정 진행시에는 로 내의 슬래그가 용강의 와류에 의해 수강 래이들로 배출된다. 통상 출강 직전의 슬래그는 산화도가 높고, 저급 산화물이 10 ~ 40 % 정도 함유되어 있는데, 이 슬래그가 출강시에 함께 배출되면 이 후의 공정에서 재산화를 유발시키며, 품질이 저하되어 합금철의 실수율을 감소시키는 문제점이 있다. 또한, 이 슬래그는 인, 황 등이 수 % 함유되어 있는데 이를 제거하기 위해 추가 공정이 요구되어 공정이 복잡해지고 비용이 증가하는 문제점이 있다.

이를 개선하기 위해, 출강 개시시에 로의 경동에 의해 발생하는 슬래그 유출을 방지하기 위해서 플러그의 사용 및 슬라이딩 게이트 방식의 도어를 설치하는 등의 방법이 사용되고 있다. 슬라이딩 게이트 방식은 교환 주기가 짧아 생산성이 나쁘다는 단점이 있다. 한편, 출강된 용강은 대기와 직접 접촉하게 되며, 이 용강에 의해 수강 래이들에는 나탕이 발생하게 되어 대기로부터의 질소 및 수소 등의 혼입이 필연적으로 발생한다. 또한, 탈산제와도 반응하여 추가로 탈산제를 투입하여야만 한다. 또한, 출강의 모든 작업들(출강, 합금철투입, 부원료 투입 등)이 대기 분위기에서 진행되므로, 여러 반응들에 의해 분진이 다량 발생되고, 대기로 방산되는 열로 인해 작업성이 매우 열악하게 된다는 문제점이 있다.

기존의 전로 및 전기로는 대기압 하에서 정련이 이루어지므로 산소를 취입하여도 용강 중 탄소 함량이 0.03 ~ 0.04 중량%로 되어 0.02 중량% 정도의 중탄소강을 생산하기 위해서는 진공정련 설비를 필수적으로 거쳐야 하므로 공정이 복잡해진다는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래의 로에 형성된 출강구를 통한 출강 방식을 탈피하여 진공에 의한 압력차를 이용한 출강 장치 및 출강 방법을 제공한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 출강 장치는,

일측으로는 로 내의 용강에 침적되어 용강을 흡입하고, 타측으로는 흡입된 용강을 배출하는 본체; 및, 상기 본체와 연결되며 본체 내에 진공을 형성하는 진공 형성부를 포함한다.

상기 본체는, 로 내의 용강에 침적되어 상기 용강을 흡입하는 침적관; 상기 침적관 상부에 형성되며, 흡입된 용강이 이동하는 이동관; 상기 이동관과 연결되며, 상기 이동관을 통과한 용강을 배출하는 배출관을 포함할 수 있다.

상기 침적관은 1700℃ 이상의 고온에서도 화학적으로 안정한 내화물 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 내화물 재질은 MgO, Al₂O₃, C 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.

상기 침적관의 하부에는 기체를 취입할 수 있는 노즐이 삽입되는 것이 바람 직하다.

상기 이동관은 수냉 또는 공냉 처리된 철피가 부착되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 철피의 내부는 내화 벽돌로 충진되는 것이 바람직하다.

상기 진공 형성부는, 진공 펌프와, 상기 진공 펌프와 상기 이동관을 연결하는 커넥터를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 배출관의 끝단은 상기 로 내의 최저점보다 아래에 위치되는 것이 바람직하다.

상기 배출관의 끝단에는 일시적인 진공 형성을 위한 마개가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 침적관과 배출관은 탈부착 가능한 분리형인 것이 바람직하다.

상기 본체와 연결되며, 합금철을 투입하는 합금철 투입부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 본체를 상하전후로 이동시킬 수 있는 위치 조절부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 출강 방법은,

출강 장치를 로 내에 진입시키는 제1 단계; 상기 출강 장치 내부에 진공을 형성하여 출강 장치의 내부와 외부에 압력차가 생기게하여 상기 로 내에 담긴 용강을 흡입하는 제2 단계; 및, 흡입된 용강을 배출하는 제3 단계를 포함한다.

상기 제2 단계에서 상기 출강 장치 내부에 진공을 형성함과 동시에, 불활성 가스를 취입하여 흡입되는 용강의 겉보기 비중을 낮추는 것이 바람직하다.

상기 제2 단계에서 용강을 흡입한 후, 제3 단계에서 용강을 배출하기 전에 상기 출강 장치 내부에 합금철 또는 탈산제 중 적어도 어느 하나를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 종래의 로의 소정 부분에 구멍을 뚫어서 출강구를 만들 필요가 없게 되어, 로의 수명을 향상시킬 수 있고, 출강구의 침식에 의한 출강구 교환 공정이 필요없게 되어, 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 비용을 절감할 수 있게 된다.

또한, 탈부착이 가능한 분리형으로 설계된 침적관과 배출관의 교환만으로 유지 보수가 가능하므로 출강구 교환으로 인한 설비 유지보수 시간이 필요없어지며 그 만큼의 생산성 향상을 꾀할 수 있다.

또한, 로 내의 슬래그가 래이들로 배출되는 양이 적으며, 용강의 대기와의 접촉 시간이 최소화되고 감압하에서 탈산제 및 합금철 투입이 이루어지므로 분진 발생이 감소되고, 대기로의 복사 열손실이 감소되며, 탈산제 및 합금철 수율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 흡입된 용강이 이동관을 통해 이동하는 동안, 용강 내부의 탄소와 산소의 반응에 의하여 탈탄 반응이 진행되며, 출강 속도와 진공에 노출되는 표면적을 아르곤(Ar) 취입량으로 제어하면 별도의 탈탄 공정을 수행하지 않아도 용강의 탈탄 을 달성할 수 있다.

또한, 출강 공정 중에 탈탄 및 탈산을 동시에 실시할 수 있으므로, 별도의 진공정련 설비를 이용하지 않아도 중탄소강을 생산할 수 있게 되어 생산성의 비약적 향상 및 비용 절감의 효과가 있다.

본 발명에 따른 출강 장치는, 크게 본체와 진공 형성부를 포함한다.

상기 본체는, 예를 들면 '┏', '┓', 'П' 형상 등으로 이루어진 중공 파이프일 수 있으며, 그 일측으로는 로 내의 용강에 침적되어 용강을 흡입하고, 타측으로는 흡입된 용강을 배출한다.

상기 진공 형성부는 상기 본체 내부에 진공을 형성하여 본체 내부의 압력이 외부의 압력보다 작아지도록 하여 압력차로 인해 로 내의 용강이 본체에 흡입되도록 한다. 이러한 상기 진공 형성부는 상기 본체의 소정 부분, 바람직하게는 수평 방향으로 형성된 부분에 연결되며, 예를 들면 진공 펌프와 상기 진공 펌프를 상기 본체에 연결하는 커넥터를 포함하여 구성된다.

본 발명의 출강 장치는 상기 본체와 연결되며, 합금철을 투입하는 합금철 투입부를 더 포함할 수 있으며, 또한 상기 본체를 상하전후로 이동시킬 수 있는 위치 조절부를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 장치를 도시한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 장치는 크게 침적관(10), 이동관(20), 진공 형성부(30), 배출관(40)을 포함하며, 합금철 투입부(50), 위치 조절부(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 침적관(10), 이동관(20) 그리고 배출관(40)은 전술한 본체를 구성한다.

상기 침적관(10)은 그 끝단이, 예를 들면 전로(R10) 또는 전기로(R20)와 같은, 로 내에 담긴 용강에 침적되어 후술하는 진공 형성부에 의해 형성되는 진공에 의한 압력 감소와 가스 버블링에 의한 겉보기 비중 감소에 의해 용강을 흡입한다.

예를 들면, 상기 침적관(10)은 수직 방향으로 연장된 중공형 원기둥 또는 중공형 다각기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 또한, 상기 침적관의 하부에는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 취입할 수 있는 노즐(11)이 삽입될 수 있다.

상기 침적관(10)은 상기 로에 담긴 용강의 온도인 1700℃ 이상의 고온에서도 화학적으로 안정한 내화물 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 내화물 재질은 MgO, Al₂O₃, C 또는 이들의 혼합물로 이루어진 재질을 사용하는 것이 바람직 하며, 용강과 침적관의 접촉 부위에 따라 다른 재질을 사용할 수도 있다.

상기 이동관(20)은, 침적관(10) 상부에 형성되며, 침적관에 의해 흡입된 용강이 이동하는 통로이다. 예를 들면, 상기 이동관(20)은 수직 방향으로 연장된 상기 침적관(10)의 상부에 수평 방향으로 연장된 중공형 원기둥 또는 중공형 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 이동관(20)은 출강 직전 슬래그의 급격한 포밍 등에 의해 비산되는 고온의 슬래그가 고착되어도 이를 쉽게 제거할 수 있도록 수냉 또는 공냉 처리된 철피를 부착하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 철피의 내부는 내화 벽돌로 충진되며 상기 이동관의 내부에는 침적관(10)을 통해 흡입된 용강이 흐를 수 있는 이동 공간이 형성되어 있다.

상기 진공 형성부(30)는, 출강 공정 초기에 본체 내부, 즉, 상기 이동관과 침적관, 배출관에 있는 공기를 흡수하여 그 내부의 압력을 감소시킨다. 따라서, 이동관 및 침적관 내부의 압력은 그 외부의 압력보다 작게 되고, 이 압력차에 의해 로 내에 담긴 용강은 침적관을 통해 흡수되고 이동관을 통해 이동하게 된다. 이러한 진공 형성부(30)는 진공 펌프(미도시)와, 상기 진공 펌프와 상기 이동관(20)을 연결하는 커넥터(31)를 포함하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 진공 펌프는 그 펌프의 종류에는 무관하며, 출강 장치의 내부 용적과 침적관(10)에 형성된 노즐(11)을 통해 취입되는 불활성 가스의 양에 따라 적절한 성능을 구비하도록 결정된다. 이러한 진공 펌프는, 예를 들면 로타리 펌프, 수봉식 펌프, 스팀 이젝트, 확산 펌프, 터보분자 펌프, 흡착 펌프, 저온 냉각 펌프 등을 들 수 있다.

상기 배출관(40)에서는 상기 이동관(20)을 통과한 용강이 배출된다. 상기 배출관(40)은 상기 이동관(20)의 하부에 형성된다. 예를 들면, 상기 배출관(40)은 상기 이동관으로부터 수직 하방향으로 연장된 중공형 원기둥 또는 중공형 다각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 상기 배출관의 길이는 로 내의 최저점과 래이들 상부 사이의 거리에 의해 결정되며 용강의 탕면보다 낮게 제조되어야 한다. 즉, 상기 배출관의 끝단이 상기 로 내의 최저점보다 아래에 위치되도록 제조되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 침적관(10)과 배출관(40)의 직경은 출강할 용강의 양과 원하는 출강 시간에 의해 결정된다. 또한, 본 발명의 출강 장치를 가동하기 위해선, 출강 장치 전체에 진공이 형성되어야 하는데, 이를 위해 배출관(40)의 끝단에는 일시적으로 진공을 형성하기 위한 마개(41)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 마개(41)는 일시적으로 열에 견딜 수 있으며 가공하기 쉬운 금속 재질로 제조되며, 출강 장치 내부에 진공이 형성된 후, 용강이 배출되기 시작할 때, 배출되는 용강이 가지는 운동 에너지와 용강의 온도에 의해 인위적인 조작없이 자연스럽게 제거된다.

또한 한편, 상기 침적관(10)과 배출관(40)은 탈부착이 가능한 분리형으로 형성될 수 있다. 분리형으로 형성되는 경우, 일정 기간 경과하면 침적관과 배출관의 교환만으로 유지 보수가 가능하므로 종래의 출강구 교환으로 인한 설비 유지 보수 시간이 불필요하며, 따라서 그 만큼 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 합금철 투입부(50)는 커넥터 등을 통해 상기 이동관과 연결되며, 출강 공정 진행 중에 상기 커넥터와 연결된 호퍼를 통해 진공 상태인 이동관(20)에 합금 철 및 탈산제 등을 기 설정된 속도로 투입한다. 그 결과, 탈산제 등이 대기에 노출되지 않으므로 종래의 방법에 비해 탈산제의 대기 산화 손실을 급격히 감소시킬 수 있게 되어 실수율을 향상시킬 수 있다.

한편, 출강 장치가 로(R10, R20) 내로 위치되도록 하기 위해서 상기 이동관(20)을 상하전후로 이동시킬 수 있는 위치 조절부(60)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 위치 조절부(60)에서 이동관(20)을 전후로 이동시켜서 로 내(R10, R20)로 진입하며, 이동관(20)을 상하로 이동시켜서 탕면의 레벨에 따라 그 하부에 형성된 침적관(10)의 끝단이 용강의 탕면 아래로 잠기게 하여 용강을 흡입할 수 있게 한다. 도 4에서는 위치 조절부(60)의 일 예로써, 차량을 이용하는 것을 예시하였다.

다음으로, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 장치의 동작 과정과 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 방법을 설명한다.

먼저, 위치 조절부(60)로 전후를 조절하여 이동관(20)을 출강을 위해 기울어진 전로(R10, 도 4 참조) 또는 전기로(R20, 도 5 참조)의 입구로 진입시키고, 상하를 조절하여 침적관(10)이 용강에 침적되도록 한다.(S10) 이때, 배출관(40)의 끝단은 마개(41)로 막혀 있어서 출강 장치 내에 진공을 형성할 수 있도록 준비된다. 또한 이때, 흡입되는 용강의 겉보기 비중을 낮춰서 흡입 상승되는 높이를 늘리기 위해 침적관(10) 하부에 삽입된 노즐(11)에서는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스가 지속적으로 취입되고 있는 상태일 수도 있다.

그 다음, 진공 펌프를 가동시키고 아르곤 버블링을 시작하여 출강 장치 내부의 압력이 떨어지면 침적관(10)을 통해 용강 흡입을 흡입한다.(S20)

그 다음, 흡입된 용강은 본체의 이동관(20)을 통해 이동하며, 이동하는 동안 이동관(20)과 연결되어 부착된 합금철 투입부(50)에서는 호퍼를 통해 기 설정된 속도로 합금철 및 탈산제를 진공 상태의 이동관에 투입한다.(S30) 본 발명에서는 종래와는 달리 합금철이나 탈산제가 진공 상태의 이동관에 투입되므로 대기 중에 노출되지 않아서 탈산제의 대기 산화 손실을 방지할 수 있으며 이에 따라 실수율을 향상시킬 수 있다.

그 다음, 이동관을 통과한 용강은 배출관(40)을 통해 수강 래이들(L10, L20)로 출강된다.(S40)

출강이 진행되는 동안, 로(R10, R20)의 경동 각도를 일정 수준으로 유지시켜야 하며, 로 내의 용강 탕면의 레벨을 확인하여 이에 따라 위치 조절부(60)로 침적관(10)의 높이를 지속적으로 일정하게 유지시켜야 한다.

본 발명의 출강 장치를 사용하면 용강이 출강될 때에는 침적관(10)을 통해 상승된 후 배출관(40)을 통해 하강하므로, 와류의 발생이 지연되며 이로 인해 슬래그의 혼입이 급감하게 된다. 출강을 중지하고자 하는 경우, 진공 형성부(30)의 작동을 멈추게 하면, 더 이상 용강 상승이 진행되지 않으므로 자연스럽게 출강은 중지된다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 장치 및 출강 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래 기술에 따른 전로에서의 출강 공정을 도시한 공정도,

도 2는 종래 기술에 따른 전기로에서의 출강 공정을 도시한 공정도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 장치를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 장치를 이용한 전로에서의 출강 공정을 도시한 공정도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 출강 장치를 이용한 전기로에서의 출강 공정을 도시한 공정도,

도 6은 본 발명에 따른 출강 방법을 도시한 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 침적관 20 : 이동관

30 : 진공 형성부 40 : 배출관

50 : 합금철 투입부 60 : 위치 조절부

Claims (16)

1. 일측으로는 로 내의 용강에 침적되어 용강을 흡입하고, 타측으로는 흡입된 용강을 배출하는 본체; 및,

   상기 본체와 연결되며 본체 내에 진공을 형성하는 진공 형성부; 및,

   상기 본체를 상하전후로 이동시킬 수 있는 위치 조절부

   를 포함하는 출강 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 본체는,

   로 내의 용강에 침적되어 상기 용강을 흡입하는 침적관;

   상기 침적관 상부에 형성되며, 흡입된 용강이 이동하는 이동관;

   상기 이동관과 연결되며, 상기 이동관을 통과한 용강을 배출하는 배출관

   을 포함하는 출강 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 침적관은 1700℃ 이상의 고온에서도 화학적으로 안정한 내화물 재질로 이루어진 출강 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 내화물 재질은 MgO, Al₂O₃, C 중 적어도 어느 하나로 이루어진 출강 장치.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 침적관의 하부에는 기체를 취입할 수 있는 노즐이 삽입되어 있는 출강 장치.
6. 청구항 2에 있어서,

   상기 이동관은 수냉 또는 공냉 처리된 철피가 부착된 출강 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 철피의 내부는 내화 벽돌로 충진된 출강 장치.
8. 청구항 2에 있어서,

   상기 진공 형성부는, 진공 펌프와, 상기 진공 펌프와 상기 이동관을 연결하는 커넥터를 포함하는 출강 장치.
9. 청구항 2에 있어서,

   상기 배출관의 끝단은 상기 로 내의 최저점보다 아래에 위치되는 출강장치.
10. 청구항 2에 있어서,

    상기 배출관의 끝단에는 일시적인 진공 형성을 위한 마개가 형성된 출강 장치.
11. 청구항 2에 있어서,

    상기 침적관과 배출관은 탈부착 가능한 분리형인 출강 장치.
12. 청구항 1에 있어서,

    상기 본체와 연결되며, 합금철을 투입하는 합금철 투입부를 더 포함하는 출 강 장치.
13. 삭제
14. 위치 조절부로 출강 장치를 상하전후로 이동시키는 단계;

    상기 출강 장치를 로 내에 진입시키는 제1 단계;

    상기 출강 장치 내부에 진공을 형성하여 출강 장치의 내부와 외부에 압력차가 생기게하여 상기 로 내에 담긴 용강을 흡입하는 제2 단계; 및,

    흡입된 용강을 배출하는 제3 단계

    를 포함하는 출강 방법.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 제2 단계에서 상기 출강 장치 내부에 진공을 형성함과 동시에, 불활성 가스를 취입하여 흡입되는 용강의 겉보기 비중을 낮추는 출강 방법.
16. 청구항 14에 있어서,

    상기 제2 단계에서 용강을 흡입한 후, 제3 단계에서 용강을 배출하기 전에 상기 출강 장치 내부에 합금철 또는 탈산제 중 적어도 어느 하나를 투입하는 단계를 더 포함하는 출강 방법.

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