KR101151654B1 - 랜스 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 공정 중 전로 취련 과정에서 고압, 고유량의 산소를 분사하는 랜스에 지금(地金)이 부착되는 것을 방지하는 랜스 어셈블리에 관한 것으로,

본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리는, 길이 방향으로 연장되어 형성되고, 내부 통로가 구비된 랜스; 상기 랜스 외주면을 둘러싸며, 랜스 외주면에 지금이 부착되는 것을 방지하는 이형튜브를 포함한다.

랜스, 지금, 이형제

Description

랜스 어셈블리{Lance assembly}

본 발명은 랜스 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강 공정 중 전로 취련 과정에서 고압, 고유량의 산소를 분사하는 랜스에 지금(地金)이 부착되는 것을 방지하는 랜스 어셈블리에 관한 것이다.

제강 정련 과정의 전로 취련 공정에서는 통상 용선 중에 포함된 탄소, 규소 및 인 등을 산화시켜서 제거하기 위해서 도 1에 도시한 바와 같은 고압, 고유량의 산소를 랜스(2)를 통해 일정 시간 분사시킨다. 미설명 도면부호(1)은 전로이다. 랜스(2)는 고온에서 견디기 위하여 통상 3중 구조의 강관(Steel pipe)으로 구성되어, 중앙으로 가스가 공급되고 그 외곽에는 냉각수가 흐르게 되어 있다. 이 같은 구조의 랜스를 통해 분사된 고압의 산소 젯트(Jet)는 용융물의 표면에 부딪힘으로써 다량의 용철과 전로 슬래그를 비산되게 하고, 비산된 용철과 전로 슬래그는 랜스 표면에 부착한 후 응고되거나 흘러내리게 된다. 부착된 용철 및 전로 슬래그에서, 전로 슬래그는 랜스에 부착되더라도 취련이 끝난 후 냉각 과정에서 박리됨으로써 랜 스와의 분리가 용이하다. 그러나, 용철의 경우는 랜스에 소착(燒着)되면(이하 랜스에 소착된 용철을 '지금(地金)'이라고 한다) 분리가 어려울 뿐만 아니라 일단 랜스에 부착되면 다음 사용시 용철 부착이 더욱 용이하게 되어, 랜스 사용 횟수가 증가함에 따라 지금 부착량은 상승하여 결국 랜스를 사용하지 못하게 되는 문제점이 있다.

이와 같은 현상을 방지하기 위한 방법으로는 용철이나 슬래그의 비산현상 자체를 억제시키거나 또는 용철이나 슬래그가 비산되더라도 랜스 표면에 부착되는 것을 방지하는 방법이 있다. 전자(前者)의 경우는 산소 유량, 노즐의 형상, 탕면과의 거리 등을 조절함으로써 어느 정도 성과가 있을 수 있으나 산소를 분사하는 이상 비산 자체를 완전히 억제시키는 것은 사실상 불가능한 것이다. 후자(後者)의 경우는 랜스 표면에 지금 부착을 방지하기 위해 랜스의 냉각능을 증대시켜 표면 온도를 감소시킴으로써 소착(燒着)을 억제하거나 랜스 표면의 물성을 변화시키는 방법이 있다. 냉각능을 증가시키기 위해서는 랜스 바깥쪽 파이프의 두께를 줄임으로써 냉각수의 열전도 효과를 크게 하거나 냉각수 펌프의 용량을 증대시켜 냉각수 유량 자체를 증가시키는 방법 등을 고려할 수 있으나 조업 적용상 한계가 있으며, 지금 부착 억제 효과도 만족스럽지 못하다.

또한, 랜스 표면 물성을 변화시키는 방법으로는 표면에 세라믹 계열의 내화물 성분(알루미나, 보론, 실리카 등)을 형성하는 방법이 있다. 랜스 표면에 크롬 코팅처리로 얇은 피막을 형성하여 부착된 지금의 이형성(離型性)을 증가시킬 수 있는 방법이 있는 데, 랜스의 길이가 20m이상이어서 크롬 코팅 자체가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 제조 비용 측면에서 비용이 과다해지는 문제점이 있다.

이들 방법과 달리 간편하게 이형물을 도포한 후에 건조하는 방법으로 얇은 피막을 형성하는 방법이 있으나, 랜스 표면과 이형물 간의 계면 강도가 약하여 쉽게 박리가 발생되기 때문에 만족스러운 방법이 되지 못하고 있다. 또한, 이외에도 랜스 돔(Dome) 상에 기계적 장치를 설치하여 랜스 상승시 부착된 지금을 긁는 장치도 있으나 일단 용철이 소착된 경우는 효과가 거의 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 일 기술적 과제는 외주면에 지금이 부착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 랜스 어셈블리를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 일 기술적 과제는 외주면에 부착된 지금을 효과적으로 제거할 수 있는 랜스 어셈블리를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 일 기술적 과제는 외주면에 부착된 지금을 신속하게 제거하여 작업 시간을 단축시킬 수 있는 랜스 어셈블리를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리는,

길이 방향으로 연장되어 형성되고, 내부 통로가 구비된 랜스; 상기 랜스 외주면을 둘러싸며, 랜스 외주면에 지금이 부착되는 것을 방지하는 이형튜브를 포함한다.

상기 이형튜브는 상기 랜스의 일단에 형성된 나사선과 체결되는 체결용 하부 이형튜브와, 상기 랜스의 외주면 형상과 대응하도록 제조된 본체 이형튜브와, 상기 본체 이형튜브 위에 형성되는 캡 이형튜브를 포함할 수 있다.

상기 이형튜브는 세라믹 내화물을 기지 물질로 하는 것이 바람직하다.

상기 이형튜브는 열전도율이 40kcal/m.hr.℃ 이상인 금속을 더 포함할 수 있 다. 이때, 상기 세라믹 내화물은 Al₂O₃, MgO, SiO₂, 그리고 Fe₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 금속은 철(Fe), 구리(Cu), 그리고 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 이형튜브는 3 내지 7m의 길이로 형성되며, 그 두께는 1 내지 100mm인 것이 바람직하다.

상기 이형튜브는 단면이 링 형상인 하나의 튜브 또는 단면이 링 형상인 복수 개의 튜브로 구성될 수 있다.

상기 이형튜브는 단면이 중공형 반원 형상이며 서로 대응되는 한 쌍의 튜브 또는 서로 결합하여 하나의 링 형상을 이루는 3개 이상의 튜브로 구성될 수 있다.

상기 이형튜브는 그 단면이 중앙에 원형 홀이 형성된 다각형 형상을 가지는 하나의 튜브 또는 그 단면이 중앙에 원형 홀이 형성된 다각형 형상을 가지는 복수 개의 튜브들로 구성될 수 있다.

상기 이형튜브는 그 단면의 일면은 호가 형성되고 나머지 면은 사다리꼴 형상을 이루는 복수 개의 튜브 조각이 하나의 튜브를 형성하는 모양으로 구성될 수 있다.

상기 이형튜브에 형성된 가열 수단을 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 랜스의 외주면에 이형제를 코팅하여 지금의 부착을 방지하거나 부착된 지금을 기계적으로 제거하는 기존의 방법과 달리 세라믹 내화물을 포함하는 이형튜브를 랜스의 외주면에 부착하여 지금의 부착을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 용강에 노출되는 이형튜브의 외주면에 지금이 상당량 부착된 경우에는 이형튜브를 교체하여 지금을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 이러한 지금 제거 작업을 종래에 비해 용이하게 할 수 있으며, 그리하여 작업 시간을 단축할 수 있게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “상에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 단면도, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 평면도, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 평면도, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리는, 길이 방향으로 연장되어 형성되고, 내부 통로가 구비된 랜스(L)와, 상기 랜스 외주면을 둘러싸며, 랜스 외주면에 지금이 부착되는 것을 방지하는 이형튜브(100)를 포함한다.

상기 랜스(L)는 길이 방향으로 연장되어 형성되고, 내부 통로가 구비된다. 이러한 랜스(L)는 그 일측 단부가 전로(1)(도 1 참조) 상부에 형성된 랜스공(3)(도 1 참조)을 통해 전로(1)에 들어가거나 전로(1)에서 나올 수 있다.

상기 이형튜브(100)는 랜스(L)의 일단에 형성된 나사선(S)과 체결되는 체결용 하부 이형튜브(110)와, 랜스의 외주면 형상과 대응하도록 제조된 본체 이형튜브(120)와, 본체 이형튜브 위에 형성되는 캡 이형튜브(130)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 체결용 하부 이형튜브(110)와, 본체 이형튜브(120)와 캡 이형튜브(130)는 하나의 성형틀에서 일체로 제조될 수도 있다.

상기 이형튜브(100)는 세라믹 내화물을 일정한 비율로 혼합한 후 일정한 길이 및 두께로 성형하여 제조한 튜브이다. 이 이형튜브(100)를 랜스(L)의 외주면에 부착하여 조업 중에 부착되는 지금이 이 이형튜브 표면에 부착되도록 한 후에, 일정한 조업 횟수, 예를 들면 100회의 조업 이후에 이형튜브(100)를 다른 새로운 이형튜브로 교체하거나 이형튜브의 외주면에 부착된 지금을 제거하여 재사용될 수 있 도록 한다.

이때, 상기 세라믹 내화물은 고온에 견디는 물질로, 적어도 1,000℃ 이상 고온에서 연화(軟化)하지 않고 그 강도를 충분히 유지하며, 화학적 작용 등에도 견딜 수 있는 물질을 말하는데, 예를 들면 Al₂O₃, MgO, SiO₂, 그리고 Fe₂O₃ 등이 있으며, 본 실시예에서는 이들 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이형튜브(100)는 상기 세라믹 내화물을 기지(base) 물질로 하고, 여기에 열전도 특성이 우수한 금속을 더 포함할 수 있다. 세라믹 내화물에 열전도 특성이 우수한 금속을 포함시킴으로써, 이형튜브(100)의 열적인 특성 및 기계적 강도를 강화시킬 수 있게 되어 조업시 랜스 표면에 가해지는 열충격으로부터 랜스를 보호할 수 있게 되고, 랜스 내부에 흐르는 냉각수의 차가운 열을 이형튜브의 외주면으로 효과적으로 전달시켜서 이형튜브의 표면 온도를 낮추어서 슬래그성 지금 부착을 방지할 수 있게 된다. 여기서, 열전도 특성이 우수한 금속이란 예를 들면 열전도율이 40kcal/m.hr.℃ 이상인 금속(합금을 포함함)으로서, 철(Fe), 구리(Cu), 그리고 알루미늄(Al) 등이 있다. 상기 이형튜브(100)에는 이들 철(Fe), 구리(Cu), 알루미늄(Al)이 각각이 포함될 수도 있고, 이들 중 적어도 어느 둘 이상의 합금으로 이루어진 금속이 포함될 수도 있다. 이외에도 금(Au), 은(Ag) 등의 금속을 사용할 수도 있으나, 이들 금속은 단가가 비싸서 제조 비용을 상승시키는 단점이 있다.

상기 이형튜브(100)는 그 단면이 링 형상인 튜브로, 그 길이는 3 내지 7m로 형성되며, 그 두께는 1 내지 100mm로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성하 는 이유는, 랜스의 길이가 20m 이상인데 랜스 전체의 표면에 상기의 길이 및 두께보다 길고 두껍게 이형튜브를 형성하면 이형튜브 자체의 하중에 의해 파이프 랜스의 조업이 원활하지 못하게 되며, 상기의 길이 및 두께보다 보다 짧고 얇게 형성하면 지금 부착 방지의 효과가 떨어지게 되기 때문이다.

이때, 상기 이형튜브(100)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 단면이 링 형상인 하나의 튜브로 형성될 수 있고, 또한, 도 5a에 도시된 바와 같이, 단면이 링 형상인 복수 개의 튜브들(121 ~ 127)로 구성될 수도 있다. 또한, 도 4a에 도시된 바와 같이, 이형튜브는 단면이 중공형 반원 형상이며 서로 대응되는 한 쌍의 튜브(101, 102)로 구성될 수도 있다. 도 4a에서는 2개의 튜브가 한 쌍으로 구성되는 것을 예시하고 있으나, 3개 이상의 튜브가 서로 대응되어 결합하여 하나의 링을 이루며 이들이 하나의 셋트로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 이형튜브(100)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 그 단면이 중앙에 원형 홀이 형성된 다각형 형상을 가지는 하나의 튜브로 형성될 수 있고, 또한, 그 단면이 중앙에 원형 홀이 형성된 다각형 형상을 가지는 복수 개의 튜브들로 구성될 수도 있다.(도 5 참조) 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 이형튜브는 그 단면의 일면은 호가 형성되고 나머지 면은 사다리꼴 형상을 이루는 복수 개의 튜브 조각(101 ~ 106)이 세트를 이루어 하나의 튜브를 형성하는 모양으로 구성될 수도 있다.

또한, 이형튜브(100) 제조시에 부정형의 세라믹 내화물에, 또는 부정형의 세라믹 내화물과 열전도 특성이 우수한 금속의 혼합 물질에, 예를 들면 하나 이상의 저항선 또는 저항판과 같은 가열 수단(140)을 넣어서 제조할 수 있다. 상기 가열 수단은 외부 전원과 연결되도록 그 양단이 이형튜브 외부로 노출되도록 제조되거나, 또는 미리 이형튜브 성형틀에 가열 수단과 외부 전원이 연결될 수 있는 구조를 구비하도록 하여 이형튜브를 제조할 수 있다. 이형튜브 내에 형성된 가열 수단은 외부 전원을 공급받아서 열을 발생시키고, 그에 따라 조업중 이형튜브 외주면에 부착된 지금을 보다 용이하게 제거할 수 있게 할 수 있다.

상기와 같은 이형튜브(100)를 랜스에 설치하는 방법의 일 예는 다음과 같다.

랜스의 일단에 나사선을 형성하고, 이 나사선과 맞물리는 나사선 형상이 형성된 체결용 하부 이형튜브(110)를 랜스 일단에 형성된 나사선(S)과 체결하여 고정한다. 그 다음, 랜스의 외주면 형상과 대응하도록 제조된 본체 이형튜브(120)를 체결용 하부 이형튜브(110) 상부에 형성하고, 이 본체 이형튜브 위에 캡 이형튜브(130)를 형성하여 본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리를 랜스에 설치한다.

물론 이와는 달리, 상기 체결용 하부 이형튜브(110)와 본체 이형튜브(120)와 캡 이형튜브(130)가 일체로 형성되도록 성형틀을 제조한 후, 이 성형틀에 부정형의 세라믹 내화물, 또는 부정형의 세라믹 내화물과 열전도 특성이 우수한 금속의 혼합 물질을 부어서 일체형으로 형성되도록 할 수도 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의한 랜스 어셈블리에 의하면, 랜스의 외주면에 이형제를 코팅하여 지금의 부착을 방지하거나 부착된 지금을 기계적으로 제거하는 기존의 방법과 달리 세라믹 내화물을 포함하는 이형튜브를 랜스의 외 주면에 부착하여 지금의 부착을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 용강에 노출되는 이형튜브의 외주면에 지금이 상당량 부착된 경우에는 이형튜브를 교체하여 지금을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 이러한 지금 제거 작업을 종래에 비해 용이하게 할 수 있으며, 그리하여 작업 시간을 단축할 수 있게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 랜스 어셈블리를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 전로 및 산소 랜스가 도시된 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 단면도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 평면도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 평면도,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 랜스 어셈블리가 도시된 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이형튜브 L : 랜스

A : 지금

Claims (11)

1. 길이 방향으로 연장되어 형성되고, 내부 통로가 구비된 랜스;

   상기 랜스 외주면을 둘러싸며, 랜스 외주면에 지금이 부착되는 것을 방지하는 이형튜브; 및,

   상기 이형튜브에 형성된 가열 수단을 포함하는 랜스 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 이형튜브는 상기 랜스의 일단에 형성된 나사선과 체결되는 체결용 하부 이형튜브와, 상기 랜스의 외주면 형상과 대응하도록 제조된 본체 이형튜브와, 상기 본체 이형튜브 위에 형성되는 캡 이형튜브를 포함하는 랜스 어셈블리.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 이형튜브는 세라믹 내화물을 기지 물질로 하는 랜스 어셈블리.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 이형튜브는 열전도율이 40kcal/m.hr.℃ 이상인 금속을 더 포함하는 랜스 어셈블리.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 세라믹 내화물은 Al₂O₃, MgO, SiO₂, 그리고 Fe₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 금속은 철(Fe), 구리(Cu), 그리고 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 랜스 어셈블리.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 이형튜브는 3 내지 7m의 길이로 형성되며, 그 두께는 1 내지 100mm인 랜스 어셈블리.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 이형튜브는 단면이 링 형상인 하나의 튜브 또는 단면이 링 형상인 복수 개의 튜브로 구성되는 랜스 어셈블리.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 이형튜브는 단면이 중공형 반원 형상이며 서로 대응되는 한 쌍의 튜브 또는 서로 결합하여 하나의 링 형상을 이루는 3개 이상의 튜브로 구성되는 랜스 어셈블리.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 이형튜브는 그 단면이 중앙에 원형 홀이 형성된 다각형 형상을 가지는 하나의 튜브 또는 그 단면이 중앙에 원형 홀이 형성된 다각형 형상을 가지는 복수 개의 튜브들로 구성되는 랜스 어셈블리.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 이형튜브는 그 단면의 일면은 호가 형성되고 나머지 면은 사다리꼴 형상을 이루는 복수 개의 튜브 조각이 하나의 튜브를 형성하는 모양으로 구성되는 랜스 어셈블리.
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