KR101292673B1 - 플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치 - Google Patents

플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 몰드 플럭스 용해장치에 대한 것으로서 특히 플라즈마 히터를 이용하여 몰드 플럭스를 용해하여 불소의 휘발을 방지하는 한편 용해성능을 향상시킬 수 있고 용해로를 소형화할 수 있는 플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치에 대한 것이다.

Description

플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치{dissolution apparatus for mold flux with plasma heater}
본 발명은 몰드 플럭스 용해장치에 대한 것으로서 특히 플라즈마 히터에 의해 몰드 플럭스를 용해하여 불소의 휘발을 방지하는 한편 용해성능을 향상시킬 수 있고 용해로를 소형화할 수 있는 플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치에 대한 것이다.
일반적으로 연속 주조 장치에서 제조되는 주편(슬라브, 빌렛, 블룸, 랭크 등을 총칭)은 래들(ladle)로부터 액체상태의 용강을 공급받아, 이를 저장하는 턴디쉬(tundish)를 거쳐 주형(mold)을 통과하면서, 주형에서의 냉각작용에 의해 고체 상태의 응고쉘을 형성하게 된다.
이와 같이 용강이 냉각된 응고쉘은 그의 하부에 설치된 가이드롤에 의해 안내를 받으면서 스프레이 노즐로부터 분사되는 2차 냉각수에 의해 응고가 진행되어 완전한 고체 상태의 주편 형태로 제조된다.
이러한 철강의 연속 주조 조업 중 용강이 주형 내에 공급될 때 용강뿐만 아니라 부자재인 몰드 플럭스도 투입된다.
몰드 플럭스는 일반적으로 분말 혹은 과립과 같은 고체 상태로 투입되어 주형 내에 공급된 용강에서 발생된 열에 의해 용융되어 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 윤활능을 향상시킨다.
상기와 같이 주형에서의 윤활작용을 위해 공급되는 몰드 플럭스는 균일한 분포 및 윤활능의 향상 등을 위하여 액상의 상태로 주형에 공급되는 기술이 제안되었다.
이를 위해 분말 혹은 과립과 같은 고상의 원료를 배합비를 맞추어서 용해로에 장입시킨 후 소정의 온도로 가열하여 액상으로 용해시킨 뒤 주형에 공급하게 된다.
도1을 참조하여 설명하면, 종래의 용융 몰드 플럭스 용해장치(10)는 몰드 플럭스 공급부(2)와, 몰드 플럭스 공급부(2)으로부터 가용해된 몰드 플럭스(MF)를 수용하는 흑연계 재질로 이루어진 용해로(3)와, 상기 용해로(3)에 장입된 몰드 플럭스(MF)를 용융시키기 위해 용해로(30) 둘레에 구비되는 열선과 같은 가열 수단(4)을 포함한다.
이때, 상기 용해로(3)에서 용융된 몰드 몰럭스(MF)를 배출하는 배출 노즐(5) 과 상기 배출 노즐(5)을 개폐하여 주형(M)측으로 토출되는 액상의 몰드 플럭스(MF)의 유량을 제어하는 스토퍼(6)를 포함한다.
상술한 바와 같은 종래의 몰드 플럭스 용해 장치(10)는 한국 공개 특허 제2010-0074904에 자세히 설명되어 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
한편, 상술한 종래의 몰드 플럭스 용해 장치(10)는 이미 설명한 바와 같이 열선과 같은 전기가열 수단을 채택한 관계로 상기 몰드 플럭스를 용해하기 위해 상기 용해 장치(용해로)의 크기가 증대하고 이에 따라 설치 비용과 운용 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 LNG와 산소를 이용한 용해 장치가 제안되고 있다.(이하 LNG/산소 용해장치라 함)
상술한 LNG/산소 용해 장치는 액화 천연 가스(LNG)와 산소를 이용하는 버너에 의해 몰드 플럭스를 용해하게 된다.
이러한 LNG/산소 용해 장치의 경우 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 상기 LNG/산소 용해 장치의 경우 몰드 플럭스의 용해 시간이 길어서 작업 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
둘째, 상기 LNG/산소 용해 장치의 경우 불소가 휘발되어 공정 중 불소가 감소되어 몰드 플럭스의 두께가 균일화되지 못하는 한편 몰드 플럭스 내 안정한 결정상(cuspidine)이 형성되지 못하여 절연 안정화가 떨어지는 문제점이 있었다.
이는 상기 LNG에 포함되어 있는 메탄성분의 수소가 몰드 플럭스내의 불소와 결합하여 HF로 결합된 후 휘발되기 때문이다.
이러한 현상을 실험에 의해 확인하였다.
즉, 상기 LNG/산소 용해 장치에 의해 몰드 플럭스를 용해, 공급하여 연속주조 작업을 진행한 결과 불소가 13.2wt%에서 4.58wt%로 휘발됨을 확인할 수 있었다.
결론적으로 상술한 상기 LNG/산소 용해 장치에 의한 경우 몰드 플럭스의 용해시간이 길어지고 불소가 휘발되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 몰드 플럭스를 플라즈마 히터에 의해 용해되도록 하여 불소의 휘발을 방지하는 한편 용해성능을 향상시킬 수 있고 용해로를 소형화할 수 있는 플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 몰드 플럭스를 용해하여 주형에 공급하는 몰드 플럭스 용해 장치에 있어서, 플라즈마 히터를 이용하여 상기 몰드 플럭스를 용해하는 플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치에 일 특징이 있다.
이때, 상기 몰드 플럭스를 저장하는 용해로 일측에 장치되어 상기 용해로를 주형측으로 회동 가능하게 고정하는 거치축을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용해로는 상하 방향으로 조립되는 용해로 상부 및 용해로 하부를 포함하되, 상기 용해로 상부 일측에는 상기 플라즈마 히터가 장착되는 삽입구가 형성될 수 있다.
또한, 상기 용해로 일측에 장치되어 몰드 플럭스를 상기 용해로 측으로 공급하는 몰드 플럭스 공급부를 더 포함하되, 상기 몰드 플럭스 공급부는 상기 몰드 플럭스가 일시 저장되는 저장 챔버와, 상기 저장 챔버 일측에 장치되되 상기 저장 챔버와 상기 용해로에 각각 연통되는 연통부와, 상기 연통부 일측에 배치되어 상기 저장 챔버에서 상기 연통부 내부로 장입된 몰드 플럭스를 상기 용해로 측으로 가압 이송하는 이송부를 포함할 수 있다.
이상 설명한 본 발명에 의한 경우 플라즈마 히터를 사용하여 불소의 휘발을 막고 몰드 플럭스의 용해 시간을 단축시키는 한편 용해로를 소형화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 몰드 플럭스 용해장치를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 몰드 플럭스 용해장치를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 몰드 플럭스 용해장치의 일 실시예를 도시한 일부 단면 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 몰드 플럭스 용해 장치(100)는 몰드 플럭스(MF)를 용해하여 주형에 공급하는 장치로서, 플라즈마 히터(PH)를 이용하여 상기 몰
드 플럭스(MF)를 용해하는 것이다.
종래에는 상기 몰드 플럭스(MF)를 용해하기 위해 전기 가열 수단을 사용하였으나, 이러한 경우 몰드 플럭스 용해 장치(즉, 용해로)의 크기가 증대되는 문제점이 있었고, 이를 극복하기 위한 LNG/산소 용해 장치의 경우 불소가 휘발되고 용해시간이 늘어나는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결한 것으로서 플라즈마 히터(PH)를 이용하여 상기 불소의 휘발을 막을 수 있다.
이는 상기 플라즈마 히터(H)에 의한 경우 종래와 달리 수소가 공급되지 않으므로 불소가 휘발되지 않고 잔존하는 것이다.
또한, 본 발명에 의한 경우 종래보다 용해시간이 단축되고 용해로의 크기를 소형화할 수 있게 된다.
이에 대해 아래의 표1을 참조하여 설명한다.
항목 본 발명 비교예(LNG/산소) 비고
불소 휘발(%) ≤10 40 불소 휘발 억제
용해능(Kg/min) 0.2~5.0 0.2~1.7 용해능 향상으로 인해 용해시간 단축
용해로 사이즈
(mm x mm)		 600 x 250 1720 x 860 용해로 소형화
상기 표1에 제시된 결과는 불소 함유량이 많은 몰드 플럭스인 500G4-1(12wt%), 및 및 CPM9 (8WT%)를 대상으로 실시하였다.
이때, 각각의 몰드 플럭스 파우더를　연속 투입하여 용융되어 토출되는 몰드플럭스를 10분 간격으로 채취하여 불소의 휘발 정도를 측정한 것이다.
또한, 상기 몰드 플럭스인 CPM9를　플라즈마 토치를 on한　상태에서 토출 시키지 않고 용해로 내에 holding하여 1시간 후 채취하여 휘발정도를 측정한 것이다.
이때, 연속 토출시엔 분당 1kg의 몰드플럭스를 토출시키며 비이송 모드에서 몰드 플럭스를 어느 정도 용해시킨 후에 이송모드로 전환하여 용해시켰으며 이때, 약 5분 소요된다.
이러한 시험을 약 4시간 정도 진행한 것이다.
한편, 플라즈마 토치는 계장이 DC 300kw급인 POWER SUPPLY 및 50Kw급 Igniter사용하였으며, 플라즈마 매질은 CO2 gas를 이용하되, 유량은 200lpm(분당0.2kg)(50kW)이다.
이상 설명한 실험 조건에서 행해진 표1에서 확인할 수 있듯이 본 발명에 의한 경우 불소 휘발이 비교예의 경우보다 현저히 저하됨을 확인할 수 있다.
또한, 용해능의 경우 본 발명의 경우가 비교예의 경우보다 2배 이상 향상되어 결과적으로 용해시간을 현격히 단축시킬 수 있다.
용해로의 크기 역시 본 발명에 의한 경우 소형화가 가능함을 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 효과를 가지는 본 발명에 대해 도 2를 참조하여 다시 설명한다.
상기 도 2는 본 발명의 용해 장치(100)를 개념적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 플라즈마 히터(PH)를 용해로(110)에 장착한 후 상기 플라즈마 히터(PH)에서 발생한 열을 이용하여 몰드 플럭스(MF)를 용해한다.
상기 플라즈마라고 하는 것은 널리 알려진 바와 같이 기체에 에너지를 공급하면 이온 핵과 자유 전자로 이루어진 입자들의 집합체가 만들어지며 이러한 집합체를 플라즈마라고 한다.
특히 상기 플라즈마는 열을 방출하게 되며 본 발명의 경우 상기 플라즈마에서 방출되는 열을 이용하여 몰드 플럭스를 용해하게 된다.
한편, 본 발명의 플라즈마 히터는 상기 플라즈마를 이용하여 가열하는 장치를 포괄하는 것이다.
즉, 플라즈마 버너나 혹은 플라즈마 토치 등 플라즈마를 이용하여 가열하는 것은 모두 본 발명의 플라즈마 히터에 포함되는 것이다.
한편 도시된 바와 같이 상기 용해로(110) 일측에 장치되어 몰드 플럭스를 상기 용해로(110)측으로 공급하는 몰드 플럭스 공급부(120)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용해로(110) 타측에 형성되어 상기 몰드 플럭스(MF)가 용융되면서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 용해가스 배출구(140)를 더 포함할 수 있다.
특히 상기 용해가스 배출구(140)는 상기 용해로(110) 상부 일측에 형성되는 배기구(141)와 상기 배기구(141) 근방에 설치되어 상기 용해가스를 수집하는 수집부(142)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 용해로(110)로 내부에 삽입 설치되는 온도센서(150)를 더 포함하여 상기 용해로(110) 내부 온도를 조절하는 것도 가능하다.
이를 위해 상기 플라즈마 히터(PH)의 전압을 제어하여 상기 용해로(110) 내부 온도를 제어할 수 있다.
그 외에 주형(M)으로 투입되는 배출 노즐(130)을 포함할 수 있으며 이는 종래의 경우와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
이하 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도시된 바와 같이 상기 용해로(110)는 상하 방향으로 조립되는 용해로 상부(111) 및 용해로 하부(112)를 포함할 수 있다.
이는 상기 용해로(110)를 분할형으로 설치하여 상기 용해로(110)의 설치 및 운용을 보다 용이하게 하기 위함이다.
한편, 상기 용해로 상부(111) 일측에는 상기 플라즈마 히터(PH)가 장착되는 삽입구(111a)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 용해로(110) 일측에 장치되어 몰드 플럭스(MF)를 상기 용해로(110)측으로 공급하는 몰드 플럭스 공급부(120)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 몰드 플럭스 공급부(120)는 상기 몰드 플럭스(MF)가 일시 저장되는 저장 챔버(122)와, 상기 저장 챔버(122) 일측에 장치되되 상기 저장 챔버(122)와 상기 용해로(110)에 각각 연통되는 연통부(T)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연통부(T) 일측에 배치되어 상기 저장 챔버(122)에서 상기 연통부(T)내부로 장입된 몰드 플럭스(MF)를 상기 용해로(110) 측으로 가압 이송하는 이송부(P)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 저장챔버(121)에 저장된 몰드 플럭스(MF)가 상기 연통부(T)측으로 유입된 후 상기 이송부(T)에 의해 용해로(110) 내부로 투입되는 것이다.
이때 상기 이송부(T)는 도시되지 않았으나 예를 들어 몰드 플럭스(MF)를 이송하는 이송 스크류와 상기 이송 스크류를 회전하는 구동 모터를 포함할 수 있다.
또한, 도시된 바와 같이 상기 저장 챔버(122)에 2개의 연통부(123,124)와, 2개의 이송부(P1,P2)를 각각 배치하여 몰드 플럭스(MF)를 상기 용해로(110) 내부로 이송할 수 있다.
한편 상기 저장 챔버(122)의 상부에 형성되어 상기 몰드 플럭스를 상기 저장 챔버(122)가 투입되는 투입구(121)를 더 포함할 수 있다.
또한, 용해로(110) 일측에 장치되어 상기 용해로(110)를 주형(M,도 3참조)측으로 회동 가능하게 고정하는 거치축(113)을 더 포함하는 것도 가능하다.
즉, 상기 용해로(110)에서 용해된 몰드 플럭스(MF)는 도 3에 도시된 배출 노즐(130)을 통해 주형(M)으로 투입될 수 있으나 상기 용해로(110)에서 용해된 몰드 플럭스(MF)의 수위가 낮아지는 경우 상기 용해로(110)를 방향I로 기울여서 보다 용이하게 몰드 플럭스(MF)를 주형(M)으로 투입할 수 있다.
한편 상기 도 3에서는 상기 용해로(110) 내부 바닥면에 전극(PH1)이 설치될 수 있으며, 이는 상기 플라즈마 히터(PH)가 이른바 토치형인 경우 사용되는 것이다.
한편 도시된 바와 같이 상기 플라즈마 히터(PH)가 용해로(110)의 상면에 삽입되어 설치될 수 있다.
그러나 상기 플라즈마 히터(PH)는 상기 용해로(110) 내부에 있는 몰드 플럭스(MF)를 가열, 용해하는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한, 상기 플라즈마 히터(PH)의 장착 방법이나 위치가 달라져도 모두 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.
또한, 상기 몰드 플럭스 공급부(120)와 배출 노즐(130)은 도면상 용해로(110)의 우측 및 좌측에 각각 설치되어 상호 대향되게 배치될 수 있다.
그러나 상기 몰드 플럭스 공급부(120)는 몰드 플럭스(MF)를 용해로(110) 내부에 공급하는 것을 목적으로 하고 있으며 상기 배출 노즐(130)은 용해된 몰드 플럭스(MF)가 배출되도록 하는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 상기 몰드 플럭스 공급부(120)와 배출 노즐(130)이 설치되는 위치가 변경되더라도 모두 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.
또한, 상기 용해로(110)의 경우 도시된 바와 같이 중공의 육면체 형상이되 도면상 상면 좌측부분이 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 용해로 상부(111) 및 용해로 하부(112)는 도시된 바와 같이 상기 용해로(110)의 수직방향의 대략 중앙지점에서 수평방향으로 분할되되 상기 거치축(113)은 상기 용해로 하부(112)의 하측 일 지점에 설치될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 히터(PH)는 상기 용해로 상부(111)의 상면을 관통하는 형식으로 설치될 수 있고 상기 배출 노즐(130)은 상기 용해로 하부(112)의 도면상 좌측면에 설치될 수 있다.
그러나 상기 용해로(110)는 상술한 바와 같이 몰드 플럭스(MF)를 저장하는 한편 상기 플라즈마 히터(PH) 및 배출 노즐(130)이 설치되어 몰드 플럭스(MF)를 용융, 배출하는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 상기 용해로(110)의 형상이 달라지거나 또는 상기 플라즈마 히터(PH) 또는 배출 노즐(130)의 설치 위치가 달라지는 경우라도 모두 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.
100 : 몰드 플럭스 용해장치 110 : 용해로
120 : 몰드 플럭스 공급부 130 : 배출 노즐
140 : 용해가스 배출구 PH : 플라즈마 히터
MF : 몰드 플럭스 M : 주형

Claims (4)

  1. 몰드 플럭스(MF)를 용해하여 주형에 공급하는 몰드 플럭스 용해 장치에 있어서,
    플라즈마 히터(PH)를 이용하여 상기 몰드 플럭스(MF)를 용해하는 것을 특징으로 하되,
    상기 몰드 플럭스(MF)를 저장하는 용해로(110) 일측에 장치되어 상기 용해로(110)를 주형측으로 회동 가능하게 고정하는 거치축(113)과,
    상기 용해로(110) 일측에 장치되어 몰드 플럭스(MF)를 상기 용해로(110)측으로 공급하는 몰드 플럭스 공급부(120)를 더 포함하되,
    상기 몰드 플럭스 공급부(120)는 상기 몰드 플럭스(MF)가 일시 저장되는 저장 챔버(122)와
    상기 저장 챔버(122) 일측에 장치되되 상기 저장 챔버(122)와 상기 용해로(110)에 각각 연통되는 연통부(T)와,
    상기 연통부(T) 일측에 배치되어 상기 저장 챔버(122)에서 상기 연통부(T)내부로 장입된 몰드 플럭스(MF)를 상기 용해로(110) 측으로 가압 이송하는 이송부(P)를 포함하는 것을 특징으로 플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용해로(110)는 상하 방향으로 조립되는 용해로 상부(111) 및 용해로 하부(112)를 포함하되,
    상기 용해로 상부(111) 일측에는 상기 플라즈마 히터(PH)가 장착되는 삽입구(111a)가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 히터를 구비한 몰드 플럭스 용해 장치.
  4. 삭제
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JP2000263201A (ja) * 1999-03-17 2000-09-26 Kawasaki Steel Corp モールドパウダの供給方法
KR20100074904A (ko) * 2008-12-24 2010-07-02 주식회사 포스코 용융 몰드 플럭스 공급장치 및 용융 몰드 플럭스 공급방법

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