KR101117262B1 - 열전도성과 내마모성이 우수한 란스 헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 란스 헤드(10)에 관한 것으로, 동(同)으로 이루어진 란스 헤드(10)에 있어서, 상기 란스 헤드(10)의 선단부 출구홀(14,15)에 니켈-구리 합금(20)이 융착 형성되되, 상기 니켈-구리 합금(20)은 란스 헤드(10)의 주조시 융착되어 형성되므로써 란스 헤드(10)의 주조 과정에서 란스 헤드(10)를 이루는 동과 니켈-구리 합금(20)이 금속학적 결합 구조를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 란스 헤드를 제공한다.
따라서 본 발명에 의하면 란스 헤드(10)의 주조시 란스 헤드(10)의 선단부출구홀(14,15)에 니켈-구리 합금(20)을 란스 헤드(10)의 동과 경계면이 존재하지 않는 상태로 금속학적 결합구조를 갖도록 일체로 융착 형성시킴으로써, 란스 헤드(10)의 내마모성을 향상하여 수명을 향상시키고, 이와 동시에 우수한 열전도성을 유지하여 란스 헤드(10)의 냉각 성능을 극대화할 수 있다.

Description

열전도성과 내마모성이 우수한 란스 헤드 및 그 제조방법{LANCE HEAD HAVING EXCELLENT THERMAL CONDUCTIVITY AND HIGH-ABRASION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 란스 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 란스 헤드의 주조과정에서 란스 헤드 선단부 출구홀에 니켈-구리 합금을 형성시키되, 란스 헤드의 동과 니켈-구리 합금간 금속학적 결합구조를 이루어 상호 경계면이 존재하지 않는 형태로 일체로 융착 형성되도록 함으로써 내마모성과 함께 우수한 열전도성을 유지하여 수명이 향상되도록 한 란스 헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로(converter)에는 산소를 분사하여 용선을 교반시키기 위해 란스 노즐(lance nozzle)이 구비된다. 이러한 란스 노즐은 란스 헤드(lance head)가 고온의 용선에 근접된 거리로 배치된 상태에서 일정 시간 이상 작동되고 있으며, 란스 노즐을 전로 내부에서 인출할 때에 란스 헤드를 빠른 속도로 냉각시키도록 하고 있다.

이러한 란스 헤드는 내부의 벽을 따라 유동하는 냉각 유체와 효과적으로 열교환되도록 열전도도가 우수한 동(copper) 재질로 구성되어 있다. 동은 열전도도가 우수하여 냉각 유체에 의한 냉각성능을 높일 수 있고, 이에 의해 전로 내부의 용선의 고열로부터 손상되지 않도록 란스 헤드를 냉각하여 보호하는데 효과적이기 때문에 란스 헤드로 사용되기에 적합하다.

란스 헤드는 철에 의한 복사열 용손 등으로 마모가 심하게 발생하는 바, 종래에는 이를 해소하기 위해 란스 헤드의 선단부측 산소가 공급되는 출구홀의 내주면에 강화재질을 폭발용접, 보수용접 등의 방법으로 삽입하여 내구성을 향상시키도록 하고 있다.

그러나 강화재질이 용접된 용접부는 동보다 전기전도도가 낮아 용접부가 취약하며, 란스 헤드의 동과 금속학적 결합이 이루어지지 못하므로 란스 헤드 외측부와 냉각수간의 원활한 열교환을 이루는데 장애요인으로 작용하는 문제점이 있었다.

또한 종래와 같이 폭발용접 또는 보수용접 등의 방법으로 란스 헤드에 강화재질을 삽입하는 경우, 란스 헤드를 이루는 동 재질과 강화재질의 경계면에 약간의 틈이 생기거나 경계면 전체에 걸쳐 균일한 강도로 결합되지 아니하여 취약부분을 중심으로 결함이 발생하여 란스 헤드의 수명이 저하되는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 란스 헤드의 주조 과정에서 란스 헤드 선단부 출구홀에 니켈-구리 합금을 형성시키되, 란스 헤드의 동과 니켈-구리 합금간 금속학적 결합구조를 이루어 상호간 경계면이 존재하지 않는 형태로 일체로 융착 형성되도록 함으로써 내마모성과 함께 우수한 열전도성을 유지하여 수명이 향상되도록 한 란스 헤드를 제공하고자 함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 란스 헤드는, 동(銅)으로 이루어진 란스 헤드에 있어서, 상기 란스 헤드는 선단부 출구홀에 니켈-구리 합금이 융착 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 란스 헤드는 상기 니켈-구리 합금이 란스 헤드의 주조시 융착되어 형성되므로써 란스 헤드의 주조과정에서 란스 헤드를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적 결합 구조를 이루도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 란스 헤드는 내부에 냉각유로가 형성되어 있으며 산소를 공급하는 출구홀이 복수개 형성되고, 상기 니켈-구리 합금은 각 출구홀의 선단부 출구경 내주면에 링 혹은 파이프 형태로 융착 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 란스 헤드 제조방법은 동(銅)으로 이루어진 란스 헤드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 란스 헤드를 주조하기 위한 주형 내에 상기 란스 헤드의 선단부 출구홀이 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금을 삽입하는 과정과, 상기 주형 내에 동 용융액을 주입한 후 응고시킴에 의하여 란스 헤드를 주조하되 주조과정에서 란스 헤드를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적으로 결합되어 란스 헤드의 선단부 출구홀에 니켈-구리 합금이 융착 형성되는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 란스 헤드 제조방법은 상기 주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도는 1,100~1,300℃로 하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의하면 란스 헤드의 주조시 란스 헤드의 선단부에 니켈-구리 합금을 란스 헤드의 동과 경계면이 존재하지 않는 상태로 금속학적 결합구조를 갖도록 일체로 융착 형성시킴으로써 란스 헤드의 내마모성을 향상하여 수명을 향상시키고, 이와 동시에 우수한 열전도성을 유지하여 란스 헤드의 냉각 성능을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 란스 헤드의 예시적인 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 란스 헤드의 예시적인 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 란스 헤드의 예시적인 단면도, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 란스 헤드의 설치된 상태를 나타낸 예시적인 단면도이다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 란스 헤드(10)는 열전달 효율이 우수한 동(銅) 재질이 적용되며, 도 1의 도시와 같이 란스 헤드(10)의 선단부에 다수의 출구홀(14,15)이 형성된 구조로서, 란스 헤드(10)의 출구홀 외측부가 철의 복사열과 용손 등으로 쉽게 마모되어 그 수명이 단축되는 것을 방지코자, 란스 헤드(10)의 출구홀(14,15) 내주면에 니켈-구리 합금(20)을 융착 형성시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

란스 헤드(10)에 융착 형성된 니켈-구리 합금(20)은 강도가 높아 고온에서도 내마모성이 우수한 특성을 갖는다. 따라서 본 발명에 따른 란스 헤드(10)는 복사열과 용손에 의하여 쉽게 마모되지 않아 그 수명이 연장되는 효과가 제공된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 란스 헤드(10)는 도 2의 도시와 같이, 내측파이프(11), 내측파이프(11) 외측의 중간파이프(12), 중간파이프(12) 외측의 외측파이프(18)에 용접(19) 체결될 수 있다. 내측파이프(11)로 공급된 산소는 다수의 출구홀(14,15)을 통해 분사되며, 내측파이프(11)와 중간파이프(12)사이로는 냉각수가 공급되어져 란스 헤드 선단측으로 관류된 후 다시 중간파이프(12)와 외측파이프(18)의 사이를 통해 배출됨으로써 란스 헤드(10)를 냉각시키도록 구성된다.

본 발명에서 란스 헤드(10)는 열전도도가 우수한 동(Copper) 소재로 이루어지되, 주조에 의해 제조되는 것이 중요한 요소이다.

종래와 같이 폭발용접 또는 코팅용접 등의 방법으로 란스 헤드에 강화재질을 삽입하는 경우, 란스 헤드를 이루는 동 재질과 강화재질 사이에 경계면이 형성되고, 이로 인해 열전도도가 낮아져 냉각효율이 저하되는 문제가 발생된다.

본 발명에서는 상기의 문제를 해소하고자, 란스 헤드(10)를 주조에 의해 제조하되, 주조과정에서 란스 헤드(10)의 선단부 다수의 출구홀(14,15) 내주면에 기계적 특성과 융점이 높고 동과 금속학적 결합이 가능한 니켈-구리 합금(20)을 융착 형성시킴으로써 내마모성과 함께 열전도성 또한 극대화시킨 것이다.

즉, 니켈-구리 합금(20)을 란스 헤드 선단부 다수의 출구홀(14,15)의 내주면측에 배치시킨 상태에서 란스 헤드(10)를 주조하게 되면, 란스 헤드(10) 주조과정에서 란스 헤드를 이루는 동과 니켈-구리 합금간 명확한 경계면이 존재하지 않은 상태로 상호 금속학적 결합 구조를 이루게 되며, 이에 따라 니켈-구리 합금(20)이 란스 헤드(10)의 선단부에 일체로 융착 형성됨으로써 동에 의한 열전도성이 최대한으로 유지되는 것이다.

도 1의 도시와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 란스 헤드(10)는 란스 헤드(10)의 내부에 냉각유로(13)가 형성되어 있으며 산소를 공급하는 출구홀(14,15)이 복수개 형성되는 구조로서, 상기 니켈-구리 합금(20)은 다수의 각 출구홀(14,15)의 선단부 출구경(16,17) 내주면에 링 혹은 파이프 형태로 이루어져 융착 형성된다.

이와 같이 니켈-구리 합금(20)을 란스 헤드(10)의 선단부 출구경(16,17) 내주면 둘레를 따라 융착 형성시켜 란스 헤드(10)의 선단부 출구경의 내마모성을 향상시킴으로써, 주로 란스 헤드(10)의 선단부 출구경(16,17) 내주면측에 발생되는 마모로 인한 수명 단축을 방지할 수 있다. 란스 헤드(10)의 출구홀 내주면에 융착 형성되는 니켈-구리 합금은 링이나 파이프 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

이하에서는, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 란스 헤드 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 란스 헤드 제조방법은, 동(銅)으로 이루어진 란스 헤드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 란스 헤드(10)를 주조하기 위한 주형 내에 상기 란스 헤드(10)의 선단부 출구홀이 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금(20)을 삽입하는 과정과; 상기 주형 내에 동 용융액을 주입한 후, 응고시킴에 의하여 란스 헤드(10)를 주조하되, 주조과정에서 란스 헤드(10)를 이루는 동과 니켈-구리 합금(20)이 금속학적으로 결합되어 란스 헤드(10) 선단부 출구홀 내주면에 니켈-구리 합금(20)이 융착 형성되는 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

이를 각 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 란스 헤드(10)를 주조(鑄造)에 의해 형성하기 위하여 주형을 준비한다.

본 발명에서는 란스 헤드(10)의 주조과정에서 니켈-구리 합금(20)이 금속학적으로 결합되어 란스 헤드(10)의 선단부 출구홀(14,15)에 융착 형성되도록, 동 용융액을 주형 내에 주입하기 전에, 니켈-구리 합금(20)을 주형 내에 삽입한다. 이때, 니켈-구리 합금(20)이 란스 헤드(10)의 선단부 출구경(16,17) 내주면에 융착 형성될 수 있도록, 란스 헤드(10)의 선단부 출구경(16,17) 내주면이 주조되는 위치에 배치되도록 링 혹은 파이프 형태의 니켈-구리 합금을 삽입하도록 한다.

위와 같이 니켈-구리 합금(20)을 주형 내에 삽입하게 되면, 이어서 주형 내에 주물재료를 주입한다. 본 발명에서는 란스 헤드(10)를 열전도도가 높은 동 재질로 형성시키기 위해 동 용융액을 주물재료로 한다. 동 용융액을 주형 내에 부어 응고시킴으로써 란스 헤드(10)를 제조한다.

주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도는 1,100~1,300℃가 되도록 한다. 그 이유는 주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도가 1,100℃보다 낮으면, 니켈-구리 합금(20)의 표면이 용융되지 않아 동과의 선단부에 니켈-구리 합금(20)이 융착 형성되지 않거나 쉽게 분리될 수 있기 때문이다. 또한 주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도가 1300℃보다 높으면, 니켈-구리 합금이 완전히 용융될 수 있는 문제가 있으므로 주형 내에 주입되는 온도를 1,100~1,300℃로 하는 것이 바람직하다.

전술한 바에 따른 제조방법에 의하여 제조된 란스 헤드(10)는 열전달 효율이 우수한 동 재질이 적용되고, 란스 헤드(10)의 주조시에 란스 헤드(10)의 선단부 출구경(16,17) 내주면에 란스 헤드(10)를 이루는 동과 니켈-구리 합금(20)간 명확한 경계면이 존재하지 않은 상태로 상호 금속학적 결합 구조를 갖도록 고강도의 니켈-구리 합금(20)을 일체로 융착 형성시킴으로써 내마모성과 함께 동에 의한 열전도성이 최대한으로 유지되므로, 란스 헤드(10)의 냉각 효율이 극대화되는 것이다.

또한 종래와 같이 폭발용접 또는 코팅용접 등의 방법으로 란스 헤드에 강화재질을 삽입하는 경우, 란스 헤드를 이루는 동 재질과 강화재질의 경계면에 약간의 틈이 생기거나 경계면 전체에 걸여 균일한 강도로 결합되지 아니하여 취약부분을 중심으로 결함이 발생하여 란스 헤드의 수명이 저하되나, 본 발명의 제조방법에 의하면 란스 헤드의 주조 과정에서 주형 내에 니켈-구리 합금(20)이 선투입된 상태로 주물재료가 주입되어 주조되므로, 란스 헤드와 니켈-구리 합금 사이에 틈이 전혀 생기지 않으면서 니켈-구리 합금이 란스 헤드에 일체화된 형태로 융착 형성되므로 내구성이 현저히 개선된다.

10: 란스 헤드 11: 내측파이프 12: 중간파이프
13: 냉각유로 14,15: 출구홀 16,17: 란스 헤드 선단부 출구경
18: 외측파이프 20: 니켈-구리 합금

Claims (5)

1. 복수개의 출구홀(14, 15)과 냉각유로(13)가 형성되어 있는 동재질의 란스헤드에 있어서, 상기 출구홀(14, 15)의 선단부 내주면에 니켈-구리 합금(20) 재질의 링 또는 파이프가 주조에 의해 금속학적 결합구조로 융착 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 란스헤드.
2. 삭제
3. 삭제
4. 란스헤드를 주조하기 위한 주형내에 상기 란스헤드의 출구홀 선단부가 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금 재질의 링 또는 파이프를 삽입하는 과정과,
   상기 주형내에 온도가 1,100~1,300℃ 온도의 동용융액을 주입한 후, 응고시킴에 의해 란스헤드를 이루는 동과 니켈-구리 합금 재질의 링 또는 파이프가 금속학적으로 융착 결합되도록 주조하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 란스헤드 제조방법
5. 삭제

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