KR101049845B1 - 슬래그 혼입 방지용 부유물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정 중 전로, 전기로, 레이들 등에서 출강구를 통해 다음 공정으로 용강을 출강할 때 슬래그의 혼입을 억제하기 위해 사용되는 슬래그 혼입 방지용 부유물에 관한 것이다.

이를 위하여, 로체 출강구로부터 슬래그 혼입을 억제하기 위하여 사용되는 슬래그 혼입 방지용 부유물에 있어서, 슬래그와 용강의 계면에 위치하면서 상단부 직경은 출강구 내경보다 큰 역원추형의 상부 몸체와; 상기 상부몸체의 하부에 연결되면서 직경은 출강구 내경보다 작은 구형의 하부 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 방지용 부유물을 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 슬래그 혼입 방지를 위한 부유물의 상부와 하부를 형상 및 크기, 비중을 적절하게 형성함으로써 용강의 흐름에 용이하게 편승되도록 하여 출강구 적중률이 높이고, 용강의 와류형성을 억제하는 효과가 있다. 이러한 효과는 슬래그 혼입억제에 의한 합금철 실수율 향상 및 철강제품의 대형 개재물 발생 억제, 출강구 수명을 향상시킬 수 있는 부차적인 효과로 이어진다.

출강구, 슬래그, 용강, 부유물, 캐스터블, 체크볼, 다트, 와류형성

Description

슬래그 혼입 방지용 부유물{FLOATING MATTERS FOR PREVENTING SLAG FROM BEING LEAKING INTO OUTLET}

도 1은 종래의 슬래그 혼입 방지용 체크볼의 사용상태를 도시한 개념도;

도 2는 종래의 슬래그 혼입 방지용 다트의 사용상태를 도시한 개념도;

도 3은 종래의 슬래그 혼입 방지용 체크볼의 단면도;

도 4는 본 발명에 따른 슬래그 혼입 방지용 부유물의 사시도;

도 5는 본 발명에 따른 슬래그 혼입 방지용 부유물의 단면도;

도 6은 본 발명에 따른 슬래그 혼입 방지용 부유물의 사용상태를 도시한 상태도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:슬래그 2:용강 3:출강구 4:체크볼 5:다트 6:철제심

7:중심추 8:캐스터블 10:로체 11:상부몸체 12:하부몸체

13:상부중심추 14:하부중심추 15:중심축

본 발명은 슬래그 혼입 방지용 부유물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제 강공정 중 전로, 전기로, 레이들 등에서 출강구를 통해 다음 공정으로 용강을 출강할 때 슬래그의 혼입을 억제하기 위해 사용되는 슬래그 혼입 방지용 부유물에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정에서 용강을 생산할 때는 용선이나 고철을 전로나 전기로에서 1차로 정련한 후, 이 용강을 수강 레이들(Ladle)로 옮겨 2차로 정련을 실시하게 된다. 이 때 전로나 전기로로부터 다량의 철산화물을 함유하는 슬래그가 수강레이들로 유입되어 탈산 시 사용되는 합금철의 실수율을 저하시키고 용강중 합금원소의 산화를 촉진시켜 용강 중에 비금속개재물을 발생시킨다.

또한 주조를 위해 레이들에서 턴디시(Tundish)로 용강을 출강할 때에도 레이들 슬래그가 혼입되는 경우 대형 결함을 유발하므로 슬래그의 유입을 억제하기 위한 각종 방안이 제시되고 있다.

전로(Converter)와 레이들에서의 슬래그 혼입은 각각 용기 형태와 조업방법이 상이하여 다소 차이가 있다. 우선 전로의 경우는 크게 3차례에 걸쳐 슬래그가 혼입되는데 1차 슬래그 혼입은 로체를 경동할 때 상부의 슬래그가 우선적으로 출강구로 유입되어 출강초기에 혼입되는 것이고, 2차 슬래그 혼입은 출강 중에 형성되는 와류에 상부의 슬래그가 휩쓸려 출강류 중으로 유입되는 것이고, 3차 슬래그 출강은 출강 말기에 잔류 용강과 더불어 슬래그가 같이 혼입되는 것이다.

레이들의 경우는 로체를 경동하는 경우가 없기 때문에 상기의 2차 및 3차 슬래그 혼입에 관여한다. 전로의 경우 1차 혼입 슬래그는 비교적 그 양이 적고, 말기의 슬래그 유입은 육안판정에 의한 전로 정립 또는 고압의 가스를 출강구에 분사하 면서 전로를 정립하는 뉴메틱 슬래그 스토퍼(Pneumatic Slag Stopper) 등에 의해 대부분 차단되어 혼입슬래그의 대부분은 중기의 와류형성에 의한 혼입에 의한 것으로 알려져 있다.

출강 중기의 와류형성에 의한 슬래그 유입을 억제하는 방법으로는 출강구 상부에 부유물을 투입하여 와류의 형성시점을 늦추고 최종적으로 출강구를 막게 되어 슬래그 혼입을 억제하는 슬래그 체크볼(Slag Check Ball)과 다트(Dart)가 있다.

슬래그 체크볼은, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 비중이 슬래그(1)와 용강(2)의 중간 정도를 지니도록 제조하여 출강구(3) 상부에 투입하는 것으로 출강 중에 슬래그(1)와 용강(2)의 계면에 중심부가 위치하여 용강(2)의 와류형성을 억제하는 역할을 한다.

그러나, 상기한 종래의 슬래그 체크볼은 투입 시에 고정하는 방법이 없이 용강(2) 위에 떠 있기 때문에 출강구(3) 상부에 투입하여도 로체(10) 경동 시 상층부의 흐름에 쉽게 휩쓸려 출강구(3)에서 벗어나 버리는 경우가 많아서 실제 출강말기에 출강구(3) 상부에 적중하여 출강구(3)를 막으면서 출강이 끝나게 되는 비율, 이른바 적중률이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

보다 상세하게는 설명하면, 슬래그 체크볼은 중심추(7)와 이를 감싸고 있는 내화물로 구성되어 있으며, 상기 중심추(7)는 강철재질을 사용하고 주변의 내화물은 제조가 용이하도록 캐스터블(Castable; 8)을 사용하는 것이 일반적이다. 또한 상기 중심추(7)에 고리를 연결하여 투입이 용이하도록 제조되며, 체크볼의 크기는 사용되는 출강구(3) 직경보다는 크게 하고, 비중은 체크볼의 크기에 따라 중심추(7)의 크기를 조절하여 슬래그(1)의 비중과 용강(2)의 비중사이가 되도록 한다.

종래의 체크볼은 일반적으로 출강 약 80% 시점에 투입되는데, 이때는 아직 와류(Vortex)가 형성되지 않은 시점이라서 출강구(3) 직상부에 체크볼을 투입해도 체크볼이 고정되어 있지 않고 표면흐름의 영향을 강하게 받게 되어 출강구 직상부를 벗어나 버리는 경우가 많다. 만일 와류가 형성된 시점에 체크볼을 투입하면 와류에 의해 용강 표면에서 출강구(3) 쪽으로 강한 하향류가 형성되므로 투입된 체크볼은 출강구(3) 직상부를 벗어나지 않고 형성된 와류를 억제시키는 작용을 할 수 있다.

즉 이미 와류가 형성된 시점에는 상당량의 슬래그(1)가 혼입된 이후이기 때문에 종래 체크볼의 투입효과가 현저하게 떨어지므로 와류가 형성되기 이전 단계에 투입하였을 때 출강구 직상부를 벗어나지 못하게 하는 방안을 찾는 것이 필요한 실정이다.

상기한 체크볼과 유사한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같은 슬래그 혼입 방지용 다트가 미합중국 특허4494734호에 제시되어 있다. 이 다트의 기본적인 원리는 슬래그 체크볼과 동일하지만 내화물로 구성된 부유물의 중간부위를 관통하는 철제심이 출강구 부위에 위치하게 되어 적중률은 현저하게 높다.

그러나, 출강구 부위에 정확히 적중시키기 위해서는 별도의 전용 투입기(미합중국 특허4468013호에 제시)가 필요하고, 투입된 다트의 철제심이 출강하는 동안에 출강구에 꽂혀 있게 되어 출강시간이 길어지는 단점이 있음과 동시에 출강 중에 철제심이 지속적으로 출강구벽과 부딪히게 되어 출강구 수명도 짧아지게 되는 문제점이 발생되고 있는 실정이다.

상기한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 로체로부터 용강이 출강될 때 출강류 흐름에 쉽게 편승하여 출강구 직상부로의 적중률을 높일 수 있도록 상부 및 하부의 형상을 구분하여 각각 형성함으로써 슬래그 혼입억제를 할 수 있는 슬래그 혼입 방지용 부유물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로체 출강구로부터 슬래그 혼입을 억제하기 위하여 사용되는 슬래그 혼입 방지용 부유물에 있어서, 슬래그와 용강의 계면에 위치하는 역원추형의 상부 몸체와; 상기 상부몸체의 하부에 연결되는 구형의 하부 몸체를 포함하는 하는 슬래그 혼입 방지용 부유물을 제공한다.

또한, 상기 상부 몸체와 하부 몸체는 각각의 내부에 몸체와의 동일 형상의 금속제 중심추가 내장되어 상호 중심축으로 연결되면서 외부에는 내화물 캐스터블이 형성되며, 상기 역원추형인 상부 몸체의 상단부 직경은 출강구 내경보다 크고, 구형인 하부 몸체의 직경은 출강구 내경보다 작게 형성한다.

한편, 본 발명은 상기 상부 몸체의 비중은 슬래그보다 크고 용강보다 작으며, 상기 하부 몸체의 비중은 용강보다 큰 것으로 이루어지는 슬래그 혼입 방지용 부유물을 제공하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 슬래그 혼입 방지용 부유물의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 슬래그 혼입 방지용 부유물의 단면도이다.

본 발명자는 상기 설명한 체크볼 직하부는 출강구(3) 쪽으로 용강(2)이 흘러나가는 흐름이 있기 때문에 이 흐름을 이용할 수 있다면 체크볼과 같은 슬래그 억제 혼입 방지용 부유물을 출강구 직상부에 지속적으로 위치시킬 수 있을 것으로 판단하였다.

따라서, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬래그 혼입 방지용 부유물을 상부몸체(11)와 하부몸체(12)로 분리하여 형성하였다. 즉 상부 몸체(11)는 표면흐름의 영향을 최소화할 수 있도록 역원추형(역원뿔형) 구조를 취하고, 하부 몸체(12)는 용강흐름에 의한 Drag Force(끌어당기는 힘)를 잘 받을 수 있도록 구형 구조를 취한다.

또한, 상기 역원추형의 상부 몸체(11)는 비중을 맞추기 위해 내부에 동일형상인 역원추형의 강철재질 중심추(13)를 지니고 외부에는 내화물인 캐스터블(8)이 형성된 구조로 하여 비중이 용강(비중 6.8)보다는 작고 슬래그(비중 3.5)보다는 크게 조절하는 것이 바람직하다.

상기 구형의 하부 몸체(12) 역시 비중을 맞추면서 용강흐름에 의한 Drag Force를 잘 받을 수 있도록 내부에 구형의 강철재질 중심추(14)를 지니고 외부는 내화물인 캐스터블(8)이 감싸는 구조로 형성하여 미탈산 용강의 비중(6.8)보다 무겁게 되도록 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 역원추형의 상부 몸체(11)의 최대 직경은 출강구(2) 내경보다 크게 형성하고, 구형의 하부 몸체(12)의 직경은 출강구(2) 내경보다 작게 형성하는 것이 바람직한데, 이는 출강공정 시 하부몸체(12)의 직경을 출강구(3) 직경보다 작게 형성함으로써 용강(2)의 출강을 보다 용이하게 하면서 출강 마지막 단계에 출강구(3)를 막는 역할을 상부 몸체(11)가 행하게 하여 잔탕 발생을 최소화하기 위함이다.

한편, 상기한 상부 몸체(11)의 상부 중심추(13)와 하부 몸체(12)의 하부 중심추(14)는 중심축(15)으로 그 중심이 연결되어 있다. 이는 각각의 외부에 형성되는 내화물인 캐스터블(8)의 강도가 약하여 출강 도중에 쉽게 상부 및 하부몸체(11,12)가 분리될 수 있으므로 그 각각의 중심추(13,14)를 중심축(15)으로 연결함으로써 상부 및 하부 몸체(11,12)가 분리되는 현상을 방지하기 위함이다.

상기한 바와 같이 형상 및 비중, 크기를 조절하여 제작된 본 발명의 슬래그 혼입 방지용 부유물의 상부 몸체(11)는 슬래그(1)와 용강(2) 사이에 위치하게 되고, 그 하부에 부착된 구형의 하부 몸체(12)는 용강(2) 속에 위치하게 되어 출강구(3) 쪽으로 나가는 용강(2)의 흐름을 쉽게 받을 수 있는 것이다.

따라서, 만일 슬래그 혼입 방지용 부유물의 투입시의 그 투입위치가 정확하게 출강구(3) 상부가 아니라 약간 벗어난 위치에 투입되어도 출강구(3) 쪽으로의 용강의 흐름을 쉽게 받게 되어 투입된 부유물이 출강구 상부로 쉽게 이동할 수 있으며, 출강구(3) 상부에 위치되면 출강구(3) 쪽으로 빠져나가는 강한 하향흐름을 아래쪽에 위치한 하부 몸체(13)가 받게 되어 출강구(3) 주위에서 쉽게 이탈되지 않는다.

특히, 기존의 체크볼 또는 다트에 대비하여 상부 또는 하부 몸체(11,12)가 추가로 부착됨에 따라 출강구(3) 상부에서의 와류형성을 억제하는 역할이 증대되기 때문에 와류형성시기 또한 늦춰지게 되어 와류 형성에 의한 슬래그 혼입도 감소하게 된다.

이하, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 작용을 설명하고자 한다.

제철소의 300톤 전로의 1/10 축소 아크릴 모형을 이용하여 용강 대신에 물을 이용하였으며, 슬래그 대신에 파라핀 오일을 이용하여 출강하는 실험을 행했다. 실험용 부유물은 아크릴을 가공하여 비중을 조절하였는데, 본 발명을 구성하는 상부 몸체(11)의 비중은 파라핀 오일의 비중(0.85)과 물의 비중(1)의 중간 정도인 0.9로 조절하였으며, 하부 몸체(12)의 비중은 물보다 무겁게 1.1로 조절하였다.

전로 모형 내에 물을 채우고 약 5분간 대기를 실시하여 초기 유동의 영향을 최소화한 후에 전로 모형을 경동하여 출강실험을 실시했다. 본 발명의 슬래그 혼입 방지용 부유물을 투입하지 않은 상태에서 5회 이상 실험을 실시하여 출강시간을 조사한 결과 평균은 210초였다.

따라서, 본 발명에 따른 슬래그 혼입 방지용 부유물의 투입은 170초 시점에 출강구 직상부에 투입하였다. 실험은 기존의 슬래그 억제수단인 체크볼과 다트 그리고 본 발명의 슬래그 혼입 방지용 부유물을 사용하여 각각 10회씩 시험을 실시하여 와류 형성 시점에 부유물이 출강구 상부에 위치하는지 여부로써 적중률을 계산하고, 출강개시 후부터 최초로 와류가 형성되는 시점까지의 시간을 체크하여 비교를 행했다.

그 결과에 대한 평균치를 표 1에 표시하였는데, 출강구 주변의 용강흐름을 잘 받도록 설계된 본 발명의 슬래그 혼입 방지용 부유물은 기존의 체크볼 대비 출강구 적중률은 20% 정도 향상되고, 와류형성시간도 약 2.5배 정도 늦어지는 효과가 있으며, 기존 다트에 대비해서도 추가적인 와류형성시간에서 있어서 억제 효과가 있다는 것을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 슬래그 혼입 방지를 위한 부유물의 상부와 하부를 형상 및 크기, 비중을 적절하게 형성함으로써 용강의 흐름에 용이하게 편승되도록 하여 출강구 적중률이 높이고, 용강의 와류형성을 억제하는 효과가 있다. 이러한 효과는 슬래그 혼입억제에 의한 합금철 실수율 향상 및 철강제품의 대형 개재물 발생 억제, 출강구 수명을 향상시킬 수 있는 부차적인 효과로 이어진다.

Claims (4)

1. 로체 출강구로부터 슬래그 혼입을 억제하기 위하여 사용되는 슬래그 혼입 방지용 부유물에 있어서,

   슬래그와 용강의 계면에 위치하는 역원추형의 상부 몸체와;

   상기 상부 몸체의 하부에 연결되는 구형의 하부 몸체;

   를 포함하고,

   상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체의 비중을 조절하도록 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체는 각각의 내부에 몸체와의 동일 형상의 금속제 중심추가 내장되어 상호 중심축으로 연결되면서 외부에는 내화물 캐스터블이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 방지용 부유물.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 역원추형의 상부 몸체 상단부 직경은 출강구 내경보다 크고, 구형의 하부 몸체의 직경은 출강구 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 방지용 부유물.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 상부 몸체의 비중은 슬래그보다 크고 용강보다 작으며, 상기 하부 몸체의 비중은 용강보다 큰 것을 특징으로 하는 슬래그 혼입 방지용 부유물.

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