KR101233898B1 - 열간 주편의 스카핑 시 용융물 포집 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 주편의 스카핑 시 용융물 포집 방법 및 장치에 관한 것으로, 스카핑 토치의 뒤쪽에 있는 주편 에지부를 감싸서 주편 에지부의 스카핑 시 발생되는 비산물질을 포집하는 유도관로; 및 유도관로와 연결되어 유도관로에 의해 유도된 비산물질을 배출하는 후드를 포함하는 포집 장치 및 이를 이용한 포집 방법을 제공한다.

Description

열간 주편의 스카핑 시 용융물 포집 방법 및 장치{Method and apparatus for collecting molten material in scarfing of hot piece}

본 발명은 연주공정에서 열간 주편을 인-라인(in-line)으로 에지 스카핑하여 주편 에지부의 품질을 향상시키고자 할 때, 스카핑으로 인하여 발생되는 비산 용융물을 유체역학적 구조를 갖는 장치를 이용하여 포집 및 냉각하여 주변 오염을 방지하고 냉각된 산화철을 재활용 가능하도록 하는 포집 방법 및 장치에 관한 것이다.

철강 생산공정은 크게 제선 공정, 제강 공정, 연주 공정, 압연 공정으로 나뉘며, 이 중에서 연주(연속 주조) 공정은 액체 상태의 철이 고체가 되는 공정으로, 액체 상태인 용강이 주형에 주입되고 연속 주조기를 통과하면서 냉각 및 응고되어 연속적으로 중간 소재인 주편(슬라브, 블룸, 빌릿 등)으로 만들어진다.

연속 주조 공정에서 생산된 주편은 그 모서리 영역에 코너 크랙이 발생되는 경우가 많으며, 특히 포정 반응(한 고상에 융체가 작용하여 다른 고상을 생성하는 반응)을 갖는 중탄소강(탄소 0.2-0.45% 함유)과 같은 강종에서 그 정도가 심하다.

코너 크랙이 발생된 주편을 압연하게 되면, 판의 파단과 같은 조업사고를 초래하거나, 생산된 열연 코일에 에지 스캡(scab) 결함을 갖게 된다. 이러한 결함을 제거하기 위해서는 연주기에서 생산된 주편이 냉각되기 전에, 열간 상태에서 주편의 모서리 영역을 스카핑(scarfing: 가스 토치로 모재의 일부분을 용해하여 표면 결함을 제거하는 작업)을 실시한 다음, 열간 압연을 위하여 승온시키거나 바로 열간 압연을 실시함에 따라 품질이 우수한 열연 강판을 생산할 수 있다.

열간 상태의 주편의 모서리를 연주기 런-아웃 테이블(run-out table) 상의 인-라인으로 대량 및 고속의 산소와 LNG 혼합가스로 스카핑하면, 주편 모서리가 용삭되는 과정에서 대량의 용융물, 가스, 화염이 비산되어 주변 작업 환경을 크게 오염시키고 연주기 설비에 고장을 초래할 수 있다. 기존의 전면 스카핑 장치에 사용되는 용융물 포집 설비는 장비가 대형이고, 연주기 인-라인에 투입될 수 있는 구조로 구성되어 있지 않다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연주기 인-라인 상의 스카핑 시 발생하는 비산 용융물을 효율적으로 포집하여 주변 작업 환경의 오염을 방지하고 연주 설비를 보호하며 후속으로 이어지는 주편의 오염을 방지할 수 있는 포집 장치 및 포집 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주변 장치와의 간섭이 없도록 설계되고, 냉각된 산화철의 재활용이 가능한 포집 장치 및 포집 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 스카핑 토치(torch)의 뒤쪽에 있는 주편 에지부를 감싸서 주편 에지부의 스카핑 시 발생되는 비산물질을 포집하는 유도관로; 및 유도관로와 연결되어 유도관로에 의해 유도된 비산물질을 배출하는 후드를 포함하는 포집 장치를 제공한다.

본 발명의 포집 장치에서 유도관로는 곡선구간을 포함함으로써, 비산 용융물을 유체역학적으로 용이하게 포집 및 유도할 수 있다.

본 발명의 포집 장치에서 유도관로의 내부에는 냉각수 분사노즐이 설치됨으로써, 비산 용융물을 냉각시켜 용이하게 분리 배출하고, 이후 냉각된 용융물을 재활용할 수 있다.

본 발명의 포집 장치에서 유도관로는 주편 에지부를 수용하는 절개부를 가짐으로써, 비산물질들의 외부 유출을 막아 주변 오염 및 설비 손상을 방지할 수 있다.

본 발명의 포집 장치에서 유도관로는 연주기의 인-라인(in-line) 상으로 배치됨으로써, 스카핑 공정이 연주공정과 연속적으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 포집 장치에서 비산물질은 용융물, 가스 및 화염을 포함하고, 특히 용융물은 냉각수로 냉각되어 산화철 입자로 배출됨으로써, 용융물의 분리 배출이 용이하고 산화철의 재활용이 가능하다.

본 발명의 포집 장치에서 후드는 가스를 배출하는 상부 배기구 및 산화철 입자를 배출하는 하부 배출구를 구비함으로써, 가스 및 입자의 분리 배출이 가능하다.

본 발명의 포집 장치에서 후드의 내부에는 가스 및 산화철 입자를 분리하는 가이드 부재가 설치됨으로써, 가스 및 입자의 분리 배출이 용이하다.

또한, 본 발명은 스카핑 토치의 뒤쪽에서 주편 에지부를 감싸도록 유도관로를 배치하는 단계; 주편 에지부를 스카핑하는 단계; 스카핑 시 발생되는 비산물질을 유도관로에 포집하는 단계; 및 포집한 비산물질을 유도관로와 연결된 후드로 유도하여 배출하는 단계를 포함하는 포집 방법을 제공한다.

본 발명의 포집 방법에서 유도관로의 내부에 설치된 냉각수 분사노즐로 냉각수를 분사하여 비산물질을 냉각시키고, 유도관로를 연주기의 인-라인 상으로 배치하며, 용융물을 냉각수로 냉각시켜 산화철 입자로 배출하고, 후드의 상부에 형성된 배기구로 가스를 배출하며, 후드의 하부에 형성된 배출구로 산화철 입자를 배출하고, 후드의 내부에 설치된 가이드 부재를 통해 가스 및 산화철 입자를 분리하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 열간 주편의 에지부 스카핑 시 발생하는 대량의 용융물을 효과적으로 포집하여 주변 작업 환경의 오염을 방지하고, 연주 설비를 보호하며, 후속으로 이어지는 주편의 오염을 방지할 수 있다. 또한, 주변 장치와의 간섭이 없고, 냉각된 산화철의 재활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 포집 장치, 주편, 스카핑 토치의 결합 상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 포집 장치를 위에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 포집 장치의 아래에서 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 포집 장치의 부분 절개 정면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 포집 장치, 주편, 스카핑 토치의 결합 상태를 도시한 사시도로서, 본 발명의 포집 장치(1)는 스카핑 토치(2)의 뒤쪽에서 주편(3)의 에지부를 감싸서 주편(3) 에지부의 스카핑 시 발생되는 비산물질을 포집한다.

스카핑 토치(2)로는 스카핑에 사용되는 통상의 토치를 사용할 수 있다. 도면에서는 주편(3)으로 슬라브(slab)를 예시하였으나, 다른 형태의 주편도 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 포집 장치를 위에서 바라본 사시도이고, 도 3은 아래에서 바라본 사시도이며, 도 4는 부분 절개 정면도로서, 포집 장치(1)는 크게 유도관로(10) 및 후드(20)로 구성된다.

유도관로(10)는 연주기의 인-라인(in-line) 상으로 배치되며, 이에 따라 스카핑 공정이 연주공정과 연속적으로 이루어질 수 있다.

유도관로(10)는 적어도 일 측면이 곡선형으로 이루어진 곡선구간을 포함하며, 이러한 유체역학적 구조에 의해 비산 용융물을 유체역학적으로 용이하게 포집 및 유도할 수 있다.

도면에서 곡선구간은 원 둘레 중 대략 1/4에 해당하는 원호 형태로 이루어져 있으나, 곡선 형태는 원호에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다.

또한, 도면에는 곡선구간이 절개부(12)가 형성된 측면뿐이나, ㄱ자 형태로 이루어진 반대 측면도 곡선 형태로 이루어질 수 있다.

유입구(11)는 스카핑 시 발생하는 주편 에지부의 용융물, 가스, 화염과 같은 비산물질이 고속으로 진입하는 입구이다.

절개부(12)는 주편(3)의 에지부를 유도관로(10)의 내부로 수용하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 절개부(12)를 통해 유도관로(10)에 삽입된 주편(3)의 에지부는 그 상면, 측면 및 하면이 유도관로(10)에 의해 감싸져 있다. 이에 따라 비산물질들의 외부 유출을 막아 주변 오염 및 설비 손상을 방지할 수 있다.

냉각수 분사노즐(13)은 유도관로(10)의 내부에 설치되어 냉각수를 분사하며, 이에 따라 비산 용융물을 냉각시켜 용이하게 분리 배출할 수 있다. 이후 냉각된 용융물은 재활용될 수 있다. 특히 용융물은 냉각수로 냉각되어 산화철 입자로 배출됨으로써, 용융물의 분리 배출이 용이하고 산화철의 재활용이 가능하다.

도면에서 냉각수 분사노즐(13)은 유입구(11)와 인접한 위치에 내부 양 측면에 각각 설치되어 있으나, 그 설치위치와 수는 특별히 제한되지 않고 다양하게 변경할 수 있다.

냉각수 유입구(14)는 외부의 수원과 냉각수 분사노즐(13)을 연결하여 냉각수 분사노즐(13)로 냉각수를 공급한다.

후드(20)는 유도관로(10) 후단과 연결되어 유도관로(10)에 의해 유도된 비산물질을 배출한다.

도면에서 후드(20)는 일자 형태로 이루어지고, 유도관로(10)와 대략 수직으로 연결되나, 그 형태 및 유도관로(10)와의 연결 각도는 이에 한정되지 않고 다양하게 변경할 수 있다.

후드(20)는 가스를 배출하는 상부 배기구(21) 및 산화철 입자를 배출하는 하부 배출구(22)를 구비하며, 이에 따라 가스 및 입자의 분리 배출이 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상부 가스 배기구(21)는 개방된 형태를 취하나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 변경될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하부 산화철 배출구(22)는 개폐 가능한 슬라이드 게이트 형태를 취하나, 이에 한정되지 않고 상부 배기구(21)처럼 개방된 형태를 취할 수 있다.

후드(20)의 내부, 구체적으로 유도관로(10)와 연결되는 위치에는 가스 및 산화철 입자를 분리하는 가이드 부재(30)가 설치되며, 이 가이드 부재(30)에 의해 가스 및 입자의 분리 배출이 용이하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 분리 가이드 부재(30)는 대략 삼각형 형상으로 이루어지되, 상부 가스 배기구(21) 및 하부 산화철 배출구(22)의 각 변은 가스 및 입자의 흐름을 고려하여 중심을 향해 함몰된 곡선구조를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 포집 장치(1)를 이용한 포집 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스카핑 토치(2)의 뒤쪽에서 주편(3) 에지부를 감싸도록 유도관로(10)를 배치한다. 이때 유도관로(10)를 연주기의 인-라인 상으로 배치하며, 절개부(12)를 통해 주편(3) 에지부를 삽입하여 유도관로(10) 내부에서 주편(3) 에지부를 감싼다.

다음, 주편(3)의 에지부를 스카핑한다. 열간 상태의 주편(3)의 모서리를 연주기 런-아웃 테이블 상의 인-라인으로 대량 및 고속의 산소와 LNG 혼합가스를 사용하여 스카핑 토치(2)로 스카핑하면, 주편(3)의 모서리가 용삭되는 과정에서 대량의 용융물, 가스, 화염이 비산된다.

실제 스카핑시, 용융물과 화염은 스카핑 노즐에서 분사되는 강력한 산소에 의해서 주편방향을 따라서 대부분이 노즐 뒤쪽방향으로 진행되며, 포집장치를 노즐과 가까이 두어서 다른 방향으로 비산되기 전에 포집장치 안쪽으로 포집될 수 있도록 설계한다.

다음, 스카핑 시 발생되는 비산물질을 유도관로(10)의 유입구(11)를 통해 포집한다. 포집과 동시에 유도관로(10)에 설치된 냉각수 유입구(14) 및 냉각수 분사노즐(13)을 통해 냉각수를 분사하여 비산물질을 냉각시킨다.

유도관로(10)의 내부로 진입한 용융물은 비산되면서 곡선형 용융물 유도관로(10)를 타고 후드(20)로 유도된다. 이때 유입구(11)로부터 유도관로(10) 내부벽으로 분사되는 냉각수에 의해 용융물은 산화철 입자로 순간 냉각되며, 냉각수를 따라 후드(20) 쪽으로 유입되고 외부로 유출되지 않는다. 또한, 냉각수는 유도관로(10) 벽을 타고 흐르면서 고열로부터 내부벽을 보호하는 역할을 한다.

다음, 포집한 비산물질을 유도관로(10) 후단과 수직으로 연결된 후드(20)로 유도하여 배출한다. 이때, 후드(20)의 내부에 설치된 분리 가이드 부재(30)를 통해 가스 및 산화철 입자를 분리한 후, 후드(20)의 상부에 형성된 배기구(21)로 가스 및 수증기를 배출하고, 후드(20)의 하부에 형성된 배출구(22)로 냉각된 산화철 입자를 낙하시켜 배출한다.

이와 같이, 연주기에서 열간 주편(3)에 대한 인-라인으로 주편 에지부를 스카핑할 때, 스카핑 토치(2)의 뒤쪽에 있는 주편 에지부에 본 발명의 포집 장치(1)를 설치하고 스카핑을 실시한다. 스카핑에 의해 발생되는 용융물은 스카핑 가스와 함께 비산되어 유도관로(10)의 입구(11)로 유입되고 주변으로 방출되지 않으며, 유입된 용융물은 산화철 입자로 냉각되어 후드(20)의 하부로 낙하되고, 가스 및 수증기는 후드(20) 상부를 통해 방출된다.

1: 포집 장치
2: 스카핑 토치
3: 주편
10: 유도관로
11: 유입구
12: 절개부
13: 냉각수 분사노즐
14: 냉각수 유입구
20: 후드
21: 가스 배기구
22: 산화철 배출구
30: 분리 가이드 부재

Claims (16)

1. 스카핑 토치의 뒤쪽에 있는 주편 에지부를 수용하여 주편 에지부의 스카핑 시 발생되는 비산물질을 포집하고, 적어도 일 측면의 중앙 부위에 길이방향으로 형성된 절개부를 구비하며, 절개부를 통해 내부에 수용된 주편 에지부의 상면, 측면 및 하면을 모두 감싸는 유도관로;
   유도관로와 연결되어 유도관로에 의해 유도된 비산물질을 배출하는 후드; 및
   후드의 내부에 설치되어 비산물질 중 가스 및 산화철 입자를 분리하고, 삼각형 형상으로 이루어지되 적어도 하나의 변은 중심을 향해 함몰된 곡선구조를 갖는 가이드 부재를 포함하는 포집 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   유도관로는 곡선구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 포집 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   유도관로의 내부에는 냉각수 분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 포집 장치.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   유도관로는 연주기의 인-라인(in-line) 상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 포집 장치.
   
6. 제3항에 있어서,
   비산물질은 용융물, 가스 및 화염을 포함하고, 용융물은 냉각수로 냉각되어 산화철 입자로 배출되는 것을 특징으로 하는 포집 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   후드는 가스를 배출하는 상부 배기구 및 산화철 입자를 배출하는 하부 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 포집 장치.
   
8. 삭제
9. 적어도 일 측면의 중앙 부위에 길이방향으로 형성된 절개부를 구비하는 유도관로를 주편 에지부에 배치하되, 스카핑 토치의 뒤쪽에서 절개부를 통해 주편 에지부를 유도관로의 내부에 수용하여 주편 에지부의 상면, 측면 및 하면을 모두 감싸는 단계;
   주편 에지부를 스카핑하는 단계;
   스카핑 시 발생되는 비산물질을 유도관로에 포집하는 단계;
   포집한 비산물질을 유도관로와 연결된 후드로 유도하여 배출하는 단계; 및
   후드의 내부에 설치되고 삼각형 형상으로 이루어지되 적어도 하나의 변은 중심을 향해 함몰된 곡선구조를 갖는 가이드 부재를 통해 비산물질 중 가스 및 산화철 입자를 분리하는 단계를 포함하는 포집 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    유도관로는 곡선구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 포집 방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    유도관로의 내부에 설치된 냉각수 분사노즐로 냉각수를 분사하여 비산물질을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 포집 방법.
    
12. 삭제
13. 제9항에 있어서,
    유도관로를 연주기의 인-라인(in-line) 상으로 배치하는 것을 특징으로 하는 포집 방법.
    
14. 제11항에 있어서,
    비산물질은 용융물, 가스 및 화염을 포함하고, 용융물을 냉각수로 냉각시켜 산화철 입자로 배출하는 것을 특징으로 하는 포집 방법.
    
15. 제14항에 있어서,
    후드의 상부에 형성된 배기구로 가스를 배출하고, 후드의 하부에 형성된 배출구로 산화철 입자를 배출하는 것을 특징으로 하는 포집 방법.
    
16. 삭제

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