KR101280944B1 - 진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법에 관한 것으로,
본 발명의 실시 형태에 따른 진공 탈가스 장치는, 하부에 상승관 및 하강관이 연결되고, 용강을 수용하도록 하는 공간을 구비하는 베셀; 및, 상기 베셀에 장착되어 용강의 온도를 제어하는 온도 조절기를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 정련 방법은, 용강을 수용하고 있는 래들과 환류관을 구비하여 상기 용강을 탈가스 처리하는 베셀을 이용하여 정련하는 방법으로서, 상기 용강의 온도와 목표 온도를 비교하는 과정; 및, 상기 용강의 온도가 목표 온도보다 높은 경우, 베셀 내에 설치된 온도 제어 블록에 냉매를 순환시켜 용강 온도를 조절하는 과정을 포함한다.

Description

진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법{A system for degassing under vacuum condition and a method of refining the molten steel using it}

본 발명은 진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 공정은 용선예비처리, 전로 정련, 이차 정련 및 연속주조 공정 순으로 진행된다. 용선에 산소 가스를 취입하여 처리하는 전로 정련을 마치고, 전로에서 출강되는 용강은 불순물이 많고 원하는 강의 성분이 대부분 미달인 상태이므로 별도의 용기 즉 래들(ladle)에 용강을 담고 불순물(예를 들면 탄소 성분)이나 가스 등을 제거하는 작업을 수행한다. 이를 노외 정련 공정이라 하고, 진공 탈가스 및 산소, 아르곤 가스 등을 이용하여 강의 불순물을 제거하는 여러 가지 방식이 있다.

베셀은 용강 내부의 가스와 불순물을 제거하여 용강 제품의 균일화 및 품질개선에 이용되는 장치이다. 일반적으로 용강의 탈 가스작업 및 불순물제거작업에 사용되는 베셀은 하부조에 마련된 환류관을 통하여 용강을 환류시키면서 용강중의 불순물이나 가스를 제거한다. 이때 환류관은 진공펌프를 이용하여 래들내의 용강을 환류시키게 된다.

도1은 종래의 일반적인 진공 탈가스 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도1을 참조하면, 진공 탈가스 장치는 래들(1) 상부에 배치되는 베셀(2), 베셀의 하단 양측에 마련된 환류관을 구비한다. 환류관은 래들(1)의 용강(5)을 흡입하는 상승관(3)과 흡입된 용강(5)을 다시 래들(1)로 내려보내는 하강관(4)이 쌍을 이루고 있다. 상승관(3)은 환류 가스 취입을 위한 환류 가스 취입 노즐을 포함할 수 있다. 진공 탈가스 장치를 이용한 정련 공정은 래들(1) 상부에 베셀2)를 위치시키고, 고온 고압의 스팀을 구동력으로 베셀(2) 내의 압력을 진공으로 낮추어서 래들(1)에 담겨 있는 용강(5)을 상승관(3)을 통해 흡입 상승시키고 하강관(4)을 통해 하강시킨다. 이처럼 용강(5)을 순환 유동시키며 진공 탈가스 처리를 수행한다.

한편, 용강을 탈가스 처리 하면서, 연속주조 공정에서 필요로 하는 용강의 목표 온도로 맞추기 위해서는 용강 온도를 냉각시키거나 승온 시키게 된다. 이와 관련하여 하기 선행문헌에 제시되어 있다. 특히, 용강의 목표 온도를 맞추기 위하여 10mm 정도 두께의 철판을 50mm X 50mm 정도로 절단한 냉각제를 용강 속으로 투입하여 목표 온도를 맞추고 있다.

그러나 이처럼 용강의 목표 온도를 맞추기 위하여 냉각재를 투입하는 경우, 용강 제조 원가가 상승되고, 용강의 청정성을 저하시키는 원인으로 작용하고 있다.

한국특허공개공보 2003-0045338

본 발명은 용강의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법을 제공한다.

본 발명은 냉각재를 투입하지 않고 용강 온도를 낮출 수 있는 진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 진공 탈가스 장치는,

하부에 상승관 및 하강관이 연결되고, 용강을 수용하도록 하는 공간을 구비하는 베셀; 및, 상기 베셀에 장착되어 용강의 온도를 제어하는 온도 조절기를 포함한다.

상기 온도 조절기는, 용강과 접촉가능하도록 베셀 내부에 설치되는 온도 제어 블록; 및, 상기 온도 제어 블록에 냉매를 공급하고 배출하는 순환기를 포함할 수 있다.

상기 온도 제어 블록은 상기 상승관 및 하강관이 배치되는 방향을 가로지르는 방향으로 상기 상승관 및 하강관 사이를 향하여 위치될 수 있다.

상기 순환기는 냉매가 도입되는 냉매 공급관, 냉매가 배출되는 냉매 배출관을 구비하고, 상기 온도 제어 블록은 상기 냉매 공급관 및 냉매 배출관과 연결되고 냉매가 유동되는 열교환 유동관 및 상기 열교환 유동관을 둘러싸는 내화물을 구비한다.

상기 냉매 공급관에는 제1 밸브가 설치되고, 상기 냉매 배출관에는 제2 밸브 및 온도센서가 설치될 수 있다.

상기 냉매 배출관과 연결되는 더미 배관 및 더비 배관에 설치되는 제3 밸브를 포함할 수 있다.

상기 밸브들 및 상기 온도 센서 중 적어도 어느 하나와 연결되고 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

상기 온도 조절기는 베셀에 복수 개 장착될 수 있다.

상기 복수 개 온도 조절기의 각 온도 제어 블록은 베셀 내부에 서로 마주보고 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 정련 방법은,

용강을 수용하고 있는 래들과 환류관을 구비하여 상기 용강을 탈가스 처리하는 베셀을 이용하여 정련하는 방법으로서, 상기 용강의 온도와 목표 온도를 비교하는 과정; 및, 상기 용강의 온도가 목표 온도보다 높은 경우, 베셀 내에 설치된 온도 제어 블록에 냉매를 순환시켜 용강 온도를 조절하는 과정을 포함한다.

상기 온도 조절 과정은 상기 온도 제어 블록과 용강의 직접 접촉에 의하여 용강의 온도를 낮추도록 수행될 수 있다.

상기 온도 조절 과정은 냉매 배출관에 설치된 밸브를 개방한 상태에서 냉매 공급관의 밸브를 개폐하여 용강의 온도를 조절할 수 있다.

상기 온도 배출관의 온도를 감지하여 이상 온도가 검출되면 상기 냉매 공급을 차단하고 알람을 발생할 수 있다.

상기 온도 제어 블록 내부에서 냉매가 유동되는 열교환 유동관의 내부 압력을 더미 배관을 통하여 배기하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 냉각재를 투입하지 않고도 용강의 온도를 용이하게 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 냉각재를 용강과 반응시키지 않으므로, 냉각재에 의한 용강으로의 개재물 혼입을 효율적으로 예방할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 형태에 따르면, 냉각재를 사용하지 않아 용강 제조 원가를 절감시킬 수 있으며, 조업이 간편하게 수행될 수 있다.

도 1은 일반적인 진공 탈가스 장치의 계략적인 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 탈가스 장치의 구조를 계략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 진공 탈가스 장치의 정면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 탈가스 장치의 구조를 계략적으로 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 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.

도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 진공 탈가스 장치의 구조를 계략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 진공 탈가스 장치의 정면도이다.

도2 및 3을 참조하면, 진공 탈가스 장치는 용강(M)을 저장하는 래들(10) 상부에 배치되고, 상승관(30) 및 하강관(40)이 연결되고 용강을 수용하도록 하는 공간을 구비하는 베셀(20) 및 상기 베셀에 장착되어 용강의 온도를 제어하는 온도 제어기(50)를 포함한다.

래들(10)은 전로에서 출강되는 용강(M)을 수용하고 정련 공정을 수행하는 용기이며, 래들(10)의 상부에는 베셀(20)이 배치된다. 베셀(20)은 래들(10) 내의 용강에 포함된 불순물이나 가스를 제거하기 위한 장치로, 베셀(20)의 하단에는 환류관이 마련되어 있다. 환류관은 한 쌍이 구비되며, 하나는 래들(10)의 용강을 흡입하고 상승시키는 상승관(30)이고, 다른 하나는 상승관(30)으로 흡입된 용강을 다시 래들(10)로 내려보내는 하강관(40)이다.

베셀(20)은 내부에 공간이 형성되는 원통형 형상으로 원통형의 철피와 내화물을 구비하여 형성되며, 고온의 용강에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위하여 철피에서 내측 방향으로 단열재, 영구장 및 내장 연와로 이루어진 내화물층 구조가 형성된다. 내화물로는 다양한 내화 벽돌이 사용될 수 있으며, 예컨대 돌로마이트, 마그네시아 내화벽돌 등이 사용될 수 있다. 내장 연와는 용강을 수용할 수 있을 정도의 내열성을 갖춘 재질로 구성되며, 내열성이 큰 재질의 벽돌을 축조하여 만들어질 수 있다. 또한, 베셀은 상부베셀과 하부베셀로 구성될 수 있으며, 환류관이 하부베셀과 연결되고 용강은 주로 하부베셀 영역에서 순환된다.

상승관(30) 및 하강관(40)은 상하부가 개방된 파이프 형상으로 상단부가 베셀(20)의 하부와 연결되고, 하부 영역은 래들(10) 내의 용강(M)에 침적되어 용강을 순환시키는 역할을 한다. 또한, 상승관(30) 및 하강관(40)은, 특히 이들의 상단부는 베셀(20)의 바닥면에 나란하게 일렬로 배치된다.

온도 제어기(50)는 베셀(20)에 장착되어 용강의 온도를 제어하는 것으로, 용강과 접촉가능하도록 베셀(20) 내부에 설치되는 온도 제어 블록(53, 54) 및 상기 온도 제어 블록(53, 54)에 냉매를 공급하고 배출하는 순환기를 포함한다.

온도 제어 블록(53, 54)은 블록 형상으로 냉매가 유동되는 열교환 유동관(53) 및 상기 열교환 유동관(53)을 둘러싸는 내화물(54)을 구비한다. 도면에서는 온도 제어 블록이 4각형의 플레이트 형상으로 예시하였으나, 그 형상이 한정되지는 않으며 용강과 직접 접촉할 수 있는 형상이면 어떠한 변형도 가능하다. 즉, 사각형, 원통형 또는 타원형 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다. 상기 열교환 유동관(53)은 냉매가 도입되는 냉매 공급관(51) 및 냉매가 배출되는 냉매 배출관(52)과 연결되어 냉매가 흐르면서 온도 제어 블록의 온도를 냉각시킨다. 이때 냉매는 공업용 냉각수를 사용할 수 있다. 또한 열교환 유동관(53)은 내화물(54)에 의하여 둘러싸이며, 이로부터 고온의 용강에 의하여 열교환 유동관(53)이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 내화물은 용강과 직접 접촉할 수 있을 정도의 내열성을 갖춘 재질로 구성되며, 예컨대 베셀(20)의 내장 연와와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 또한, 내화물로는 다양한 내화 벽돌이 사용될 수 있으며, 예컨대 돌로마이트, 마그네시아 내화벽돌 등이 사용될 수 있다.

한편, 온도 제어 블록(53, 54)은 베셀(20) 내부에서 용강(M)이 수용되는 위치 즉, 용강 표면의 하방에 설치되는 것이 좋다. 또한, 온도 제어 블록(53, 54)은 상승관(30) 및 하강관(40)이 배치되는 방향을 가로지르는 방향으로 상기 상승관(30) 및 하강관(40) 사이를 향하여 배치되는 것이 좋다. 즉, 베셀(20) 바닥면에 상승관(30) 및 하강관(40)이 배치되는 방향(수평면상에서 Y방향)과 가로지르는 방향(수평면상에서 X방향)에서 상승관(30) 및 하강관(40)의 사이 지점(예를 들면, O 점)을 향하도록 배치되는 것이 좋다. 이러한 배치에 의해 유동 순환되는 용강을 더욱 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 물론, 용강과 접촉하여 용강을 냉각시킬 수 있는 위치라면 어떠한 위치에 배치되어도 좋다.

상기의 냉매 공급관(51) 및 냉매 배출관(52)은 냉매 공급원(미도시)과 연결되어 냉매를 공급하고 순환시킬 수 있다. 냉매 공급관(51)에는 제1 밸브(56)가 설치되어 제1 밸브(56)의 개폐에 의하여 냉매를 공급하거나 차단시킬 수 있다. 냉매 배출관(52)에는 제2 밸브(57)가 설치되고, 온도 센서(58)가 설치될 수 있다. 제2 밸브(57)가 오픈된 상태에서 즉, 배출 라인이 열린 상태에서 제1 밸브(56)의 개폐에 의하여 냉매를 순환시키거나 차단시킬 수 있다.

또한, 온도 센서(58)는 온도 제어 블록(53, 54)를 거쳐서 나온 냉매 혹은 배출관의 온도를 측정할 수 있다. 측정되는 온도가 평균적인 온도에 비하여 급격하게 상승하는 경우, 예컨대 평균 온도 대비하여 수십 내지 수백도가 상승하는 경우, 냉매의 공급을 차단하고 가동을 중단한다. 이러한 급격한 온도 상승은 열교환 유동관(53)를 둘러싸는 내화물(54)의 손상 혹은 열교환 유동관(53)의 손상에 의하여 발생될 수 있으므로, 신속하게 가동을 중단하는 것이 좋다.

냉매 배출관(52)에는 더미 배관(55)이 연결되고, 더미 배관(55)에는 제3 밸브(59) 즉, 안전 밸브가 설치될 수 있다. 냉매는 냉매 공급관(51), 열교환 유동관(53) 및 냉매 배출관(52)을 통하여 유동하게 되는 데, 용강의 온도가 1500~ 1650 도 정도로 매우 높기 때문에, 각 배관 특히, 열교환 유동관(53) 내부의 압력이 상승될 수 있다. 이때, 상승된 압력은 더미 배관(55)을 통해서 방산될 수 있다. 즉, 냉매의 정체 등에 의하여 열교환 유동관(53) 내부 압력이 증가하면 안전 밸브(59)가 오픈되고 배관 내부의 가스가 더미 배관(55)을 통해 배기되며, 열교환 유동관(53)의 압력은 다시 감소하게 된다. 이때, 안전 밸브(59)는 소정 압력 예컨대 10kg 이상 압력이 걸리면 자동으로 오픈 되는 방식을 사용할 수도 있고, 제어기를 이용하여 개방할 수도 있다.

상기의 제1 내지 제3 밸브(55, 57, 59) 및/또는 온도 센서(58)는 제어기(60)과 연결되고, 제어기(60)에 의하여 밸브의 개폐가 제어될 수 있다. 예컨대, 용강의 온도를 낮추고자 하는 경우, 우선 제어기는 배출관의 제2 밸브(57)를 오픈하도록 하고, 공급관의 제2 밸브(57)를 오픈하도록 지시한다. 온도 센서(58)에서 감지되는 온도가 급격하게 증가하는 경우 이상 상태로 판단하며, 제1 및 제2 밸브(55, 57)를 폐쇄하도록 지시한다. 이때, 제어기(60)는 이상 상태 알람을 생성하고, 디스플레이 및/혹은 경고음을 통하여 작업자에게 경고하여 진공 탈가스 작업을 중단시키도록 한다. 또한, 열교환 유동관(53) 내부 압력이 증가하는 경우, 제어기(60)는 제3 밸브(59)를 개방하도록 지시할 수 있다.

하기에서는 진공 탈가스 장치를 사용하여 정련하는 방법을 간략히 설명한다. 용강(M)을 수용하고 있는 래들(10)과 환류관을 구비하여 용강을 탈가스 처리하는 베셀(20)을 이용하여 정련하는 방법은 용강의 온도와 목표 온도를 비교하는 과정 및 상기 용강의 온도가 목표 온도보다 높은 경우, 베셀 내에 설치된 온도 제어 블록에 냉매를 순환시켜 용강 온도를 조절하는 과정을 포함한다.

전로 정련을 마치고, 래들(10)에 수용되어 상기의 진공 탈가스 장치를 이용하여 정련을 행할 때, 용강을 탈가스 처리하면서 연속주조 공정에서 필요로 하는 용강의 목표 온도로 제어하게 된다. 이때, 전로 출강된 용강의 온도와 목표 온도를 비교하여 목표 온도가 낮은 경우, 베셀(20) 내부에 설치된 온도 제어 블록(53, 54)에 냉매를 순환시켜 온도 제어 블록(53, 54)과 용강의 직접 접촉에 의하여 용강의 온도를 냉각시킨다.

상기의 온도는 낮추는 온도 조절 과정은 냉매 배출관에 설치된 밸브를 개방한 상태로 유지하면 냉매 공급관의 밸브를 개폐하여 용강의 온도를 조절하며, 냉매의 유량 혹은 유속을 제어하여 냉각 속도를 제어할 수 있다. 또한, 냉매 배출관의 온도를 감지하여 이상 온도가 검출되면 냉매 공급을 차단하고 알람을 발생한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 탈가스 장치의 구조를 계략적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 베셀(20) 온도 제어기(50a, 50b)가 복수 개 장착된다. 즉, 상승관(30)과 하강관(40)이 배치되는 방향을 가로지르는 방향으로 서로 마주보고 제1 온도 제어기(50a)와 제2 온도 제어기(50b)가 장착된다. 이처럼 온도 제어기가 복수 개 설치되면 용강의 온도를 목표 온도로 보다 빠르게 냉각시킬 수 있다. 물론, 온도 제어기의 개수 및 설치 위치는 특별히 한정되지 않으며 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 3개 혹은 4개 그 이상 설치될 수 있으며, 또한, 베셀(20)의 중심영역을 향하여 방사상으로 배치될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 래들 20: 베셀
50: 온도 제어기 60: 제어기

Claims (14)

1. 진공 탈가스 장치로서,
   하부에 상승관 및 하강관이 연결되고, 용강을 수용하도록 하는 공간을 구비하는 베셀; 및
   상기 베셀에 장착되어 용강의 온도를 제어하는 복수 개의 온도 조절기;를 포함하는 진공 탈가스 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 온도 조절기는, 용강과 접촉가능하도록 베셀 내부에 설치되는 온도 제어 블록; 및
   상기 온도 제어 블록에 냉매를 공급하고 배출하는 순환기; 포함하는 진공 탈가스 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 온도 제어 블록은 상기 상승관 및 하강관이 배치되는 방향을 가로지르는 방향으로 상기 상승관 및 하강관 사이를 향하여 위치되는 진공 탈가스 장치.
4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
   상기 순환기는 냉매가 도입되는 냉매 공급관, 냉매가 배출되는 냉매 배출관을 구비하고,
   상기 온도 제어 블록은 상기 냉매 공급관 및 냉매 배출관과 연결되고 냉매가 유동되는 열교환 유동관 및 상기 열교환 유동관을 둘러싸는 내화물을 구비하는 진공 탈가스 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 냉매 공급관에는 제1 밸브가 설치되고,
   상기 냉매 배출관에는 제2 밸브 및 온도센서가 설치되는 진공 탈가스 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 냉매 배출관과 연결되는 더미 배관 및 더비 배관에 설치되는 제3 밸브를 포함하는 진공 탈가스 장치.
7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
   상기 밸브들 및 상기 온도 센서 중 적어도 어느 하나와 연결되고 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어기를 포함하는 진공 탈가스 장치.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수 개 온도 조절기의 각 온도 제어 블록은 베셀 내부에 서로 마주보고 설치되는 진공 탈가스 장치.
10. 용강을 수용하고 있는 래들과 환류관을 구비하여 상기 용강을 탈가스 처리하는 베셀을 이용하여 정련하는 방법으로서,
    상기 용강의 온도와 목표 온도를 비교하는 과정;
    상기 용강의 온도가 목표 온도보다 높은 경우, 베셀 내에 설치된 온도 제어 블록에 냉매를 순환시켜 용강 온도를 조절하는 과정; 및
    상기 온도 제어 블록 내부에서 냉매가 유동되는 열교환 유동관의 내부 압력을 더미 배관을 통하여 배기하는 과정;을 포함하는 정련 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 온도 조절 과정은 상기 온도 제어 블록과 용강의 직접 접촉에 의하여 용강의 온도를 낮추는 정련 방법.
12. 청구항 10 또는 11에 있어서,
    상기 온도 조절 과정은 냉매 배출관에 설치된 밸브를 개방한 상태에서 냉매 공급관의 밸브를 개폐하여 용강의 온도를 조절하는 정련 방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 온도 배출관의 온도를 감지하여 이상 온도가 검출되면 상기 냉매 공급을 차단하고 알람을 발생하는 정련 방법.
14. 삭제

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