KR101307155B1

KR101307155B1 - 몰드플럭스 주입장치

Info

Publication number: KR101307155B1
Application number: KR1020110120200A
Authority: KR
Inventors: 문기현; 박상현; 유신; 서경원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-09-10
Also published as: KR20130054671A

Abstract

본 발명은 내부에 용융공간이 형성되고, 일측 단부에 상기 용융공간과 연통되는 토출구가 형성되는 원통형의 용융로와, 상기 용융로의 내부 용융공간으로 몰드플럭스 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 용융로의 타측 단부에 설치되어 용융공간으로 열을 분사함으로써, 공급되는 몰드플럭스 원료와 열을 직접 접촉시켜 몰드플럭스 원료를 용융시키는 열원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고온의 플라즈마에 의해 몰드플럭스를 고속으로 용융시키기 때문에, 용융속도가 증가되어 생산성이 향상되고, 몰드플럭스의 기화 및 성분 휘발이 방지되어 몰드플럭스의 성분 변화가 최소화되는 효과가 있다.
또한, 고온의 플라즈마가 용융로의 내벽에 직접 접촉되지 않아 용융로 내벽의 용손이 방지되어 이에 따른 원가절감의 효과가 있다.

Description

몰드플럭스 주입장치 {INJECTION DEVICE FOR MOLD FLUX}

본 발명은 몰드플럭스 주입장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 플라즈마를 이용하여 몰드플럭스를 고속으로 용융시킴으로써 몰드플럭스가 기화되는 것을 방지함과 동시에 몰드플럭스의 성분 변화를 최소화하고, 플라즈마가 용융로의 내벽에 접촉되는 것을 방지하여 용융로 내벽의 용손을 방지하는 몰드플럭스 주입장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속 주조 장치에서 제조되는 주편(슬래브, 블룸, 빌렛 등을 총칭)은 래들(ladle)로부터 액체 상태의 용강을 공급받아 이를 저장하는 턴디쉬(tundish)를 거쳐 몰드를 통과하면서 몰드에서의 냉각작용에 의해 고체 상태의 응고쉘을 형성하게 된다. 이와 같이 용강이 냉각된 응고쉘은 그의 하부에 설치된 가이드 롤에 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 몰드플럭스도 투입된다. 몰드플럭스는 일반적으로 분말 혹은 과립과 같은 고체 상태로 투입되어 몰드 내에 공급된 용강에서 발생된 열에 의해 용융되어 용강과 몰드 사이의 열전달을 제어하고 윤활성능을 향상시킨다.

좀더 자세하게는, 도 1의 종래의 방법에 의한 연속 주조 조업 시 몰드의 단면도에 도시된 바와 같이, 몰드(1) 내에 분말 혹은 과립 형태로 투입된 몰드플럭스는 용강(10)의 탕면 상에서 용융되어 탕면에서부터 차례로 액상층(21), 소결층(반용융층)(23) 및 파우더층(25)을 형성하게 된다.

그리고, 분말 혹은 과립 형태의 몰드플럭스는 액상층(21)의 일부가 몰드(1)와 응고쉘(11) 사이로 흘러들어가 몰드(1) 내측벽에서 응고되어 고상 슬래그 필름(27)을 형성하고, 용강(10) 측에서는 액상 슬래그 필름(29)을 형성하여 용강(10)과 몰드(1) 사이의 열전달을 제어하고 윤활성능을 향상시킨다.

하지만, 고상 슬래그 필름(27)과 용강(10)의 응고쉘(11) 사이에 액상층(21)의 일부가 유입되는 지점에는 고상 슬래그 필름(27)이 몰드(1)의 내측으로 돌출된 형태로 형성되는 슬래그베어(27a)가 형성되는데, 슬래그베어(27a)는 용융된 몰드플럭스가 고상 슬래그 필름(27)과 응고쉘(11) 사이로 유입되는 것을 방해하여 윤활성능을 감소시키게 되고 이러한 현상은 브레이크-아웃 발생을 증가시키는 문제점을 유발하였다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 몰드플럭스를 몰드(1) 외부에서 용융시킨 후 탕면으로 주입하는 방안이 제시되었는 바, 도 2를 참조하여 이를 설명한다.

도 2는 종래의 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조 장치를 개략적으로 나타낸 개략도로서, 종래의 몰드플럭스 주입장치는 용해로(2)에서 용융된 용융 몰드플럭스(20)를 몰드(1)내에 공급하기 위하여 일단이 용해로(2)에 연결되고 타단이 몰드(1) 내에 위치되는 주입관(3)과, 주입관(3)에 열을 공급하는 히터(4)를 포함하여 구성되어 용융된 몰드플럭스(20)를 몰드(1) 내로 주입하고 있다.

상기와 같은 종래의 몰드플럭스 주입장치는 용해로(2)에서 몰드플럭스(20)를 용융시킨 후 일정 시간 동안 수용하고 있기 때문에, 내화물 재질로 형성된 용해로(2)의 내벽과 용융된 몰드플럭스(20)가 장시간 접촉되어 용해로(2)의 내벽이 용손되는 문제점이 있었다.

또한, 용융된 몰드플럭스(20)는 열이 공급되는 용해로(2) 내벽과 장시간 접촉되므로, 몰드플럭스(20)의 일부가 기화되거나 성분의 일부가 휘발되어 변형되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고온의 플라즈마를 이용하여 몰드플럭스를 고속으로 용융시킴으로써 몰드플럭스가 기화되는 것을 방지함과 동시에 몰드플럭스의 성분 변화를 최소화하고, 플라즈마가 용융로의 내벽에 접촉되는 것을 방지하여 용융로 내벽의 용손을 방지하는 몰드플럭스 주입장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 내부에 용융공간이 형성되고, 일측 단부에 상기 용융공간과 연통되는 토출구가 형성되는 원통형의 용융로와, 상기 용융로의 내부 용융공간으로 몰드플럭스 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 용융로의 타측 단부에 설치되어 용융공간으로 열을 분사함으로써, 공급되는 몰드플럭스 원료와 열을 직접 접촉시켜 몰드플럭스 원료를 용융시키는 열원공급부에 의해 달성된다.

또한, 상기 원료공급부는 몰드플럭스 원료가 투입되는 투입호퍼와, 상기 투입호퍼와 용융로의 용융공간을 상호 연결하는 공급관과, 상기 공급관을 통해 용융로의 용융공간으로 공급되는 몰드플럭스 원료에 공기압을 가하여 열원공급부의 고온 영역으로 분사시키는 분사펌프를 포함할 수 있다.

또한, 상기 열원공급부는 상기 용융로의 타측 단부에 설치되어, 용융공간으로 플라즈마를 분사하는 플라즈마 토치와, 상기 플라즈마 토치에 연결되어 불활성가스를 공급하는 가스공급관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 토치의 분사구는 분사되는 플라즈마가 상기 용융공간의 내벽과 접촉되지 않도록 상기 용융로의 타측 단부 중앙 측에서 토출구를 향하도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 용융로의 용융공간은 타측 단부에서 토출구 측으로 갈수록 그 내면적이 점차 축소되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 용융로의 용융공간과 연결되는 배기관과, 상기 배기관의 단부에 연결되어 용융공간 내에 발생된 가스를 흡입하는 배기후드를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 용융로의 용융공간 중앙부 측에 돌출 형성되어 미용융된 몰드플럭스가 토출구를 통해 토출되는 것을 방지하는 차단판을 더 포함할 수 있다.

이에 의해, 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 고온의 플라즈마에 의해 몰드플럭스를 고속으로 용융시키기 때문에, 용융속도가 증가되어 생산성이 향상되고, 몰드플럭스의 기화 및 성분 휘발이 방지되어 몰드플럭스의 성분 변화가 최소화되는 효과가 있다.

둘째, 고온의 플라즈마가 용융로의 내벽에 직접 접촉되지 않아 용융로 내벽의 용손이 방지되어 이에 따른 원가절감의 효과가 있다.

도 1 및 2는 종래 기술에 대한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 몰드플럭스 주입장치의 전체적인 개념도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 몰드플럭스 주입장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 용융공간(110)이 형성되고 일측 단부에 용융공간(110)과 연통되는 토출구(120)가 형성되는 원통형의 용융로(100)와, 용융로(100)의 내부 용융공간(110)으로 몰드플럭스 원료(300)를 공급하는 원료공급부(200)와, 용융로(100)의 타측 단부에 설치되어 용융공간(110)으로 열을 분사함으로써 공급되는 몰드플럭스 원료(300)와 열을 직접 접촉시켜 몰드플럭스 원료(300)를 용융시키는 열원공급부(400)를 포함한다.

먼저, 용융로(100)는 내부에 용융공간(110)이 형성되는 원통 형상의 부재로서, 일측(도 3의 우측) 단부에 용융공간(110)과 연통되는 토출구(120)가 형성되어 있다. 이때, 용융로(100)의 용융공간(110)은 중앙 측에서 토출구(120) 측으로 갈수록 그 내면적이 점차 축소되도록 형성된다. 상기한 용융로(100)는 토출구(120)가 형성된 일측이 몰드(1)의 내부로 인입되도록 설치되어 용융 몰드플럭스(20)를 몰드(1) 내 용강(10)의 상부로 주입한다. 여기서, 용융로(100)의 내부 면 즉, 용융공간(110)의 내면은 고온 내식성 스테인레스 강 또는 카본계 내화물로 형성되어 용융된 몰드플럭스(20)에 의해 용손되는 것을 최대한 감소시키게 된다.

한편, 원료공급부(200)는 투입호퍼(210), 공급관(220) 및 분사펌프(230)를 포함한다.

투입호퍼(210)는 상부에서 하부로 갈수록 그 내면적이 작아지는 코니컬(conical) 형태로 형성되며, 그 상부는 개구되고 내부에 투입공간이 형성되어 개구된 상부로 몰드플럭스 원료(300)가 투입된다. 상기한 투입호퍼(210)의 하부 면에는 투입된 몰드플럭스 원료(300)를 배출하기 위한 배출공이 형성되고, 상기 배출공은 공급관(220)에 의해 연결되어 용융로(100)의 내부 용융공간(110)과 연통된다. 즉, 투입호퍼(210)와 용융로(100)의 용융공간(110)은 공급관(220)에 의해 상호 연결되어 공급관(220)에 의해 몰드플럭스 원료(300)가 용융로(100) 내부 용융공간(110)으로 투입된다. 이때, 공급관(220)의 일 영역에는 분사펌프(230)가 구비되어 공급관(220)의 내부로 공기압을 가하게 되고, 분사펌프(230)의 공기압에 의해 몰드플럭스 원료(300)는 열원공급부(400)의 고온 영역으로 용이하게 분사된다. 여기서, 분사펌프(230)는 일반적인 에어펌프 등으로 마련될 수 있다.

또한, 열원공급부(400)는 플라즈마 토치(410) 및 가스공급관(420)을 포함한다.

플라즈마 토치(410)는 전기를 이용하여 20,000도 이상의 고온의 플라즈마를 발생시키는 장치로서, 용융로(100)의 타측(도 3의 좌측) 단부에 설치되어 용융로(100)의 용융공간(110)으로 플라즈마(411)를 분사한다. 이때, 플라즈마 토치(410)의 분사구는 용융로(100)의 타측 단부 중앙 측에서 용융공간(110)의 토출구(120) 측을 향하도록 설치되어 플라즈마(411)가 용융공간(110)의 내면과 직접 접촉되는 것을 방지한다. 그리고, 플라즈마 토치(410)에는 가스공급관(420)이 연결되어 불활성가스(N2, Ar 등)를 공급한다. 상기와 같이 불활성가스를 공급하는 이유는 연소에 의해 수분이 발생하는 것을 방지하여 몰드플럭스 원료(300)의 불소가 수분과 반응하여 생성되는 독극물인 불산의 생성을 방지하기 위함이다. 상기한 열원공급부(400)는 연료공급부(200)에 의해 몰드플럭스 원료(300)가 용융로(100)의 용융공간(110)으로 공급되면, 이를 플라즈마(411)에 의해 용융시켜 용융 몰드플럭스(20)를 생성시킨다.

상기와 같이 열원공급부(400)에 의해 용융된 몰드플럭스(20)는 용융로(100) 내부 용융공간(110)을 따라 하부로 이동되어 토출구(120)를 통해 몰드(1) 내로 주입된다. 이때, 용융공간(110)의 중심부 측에는 용융공간(110)의 내부로 돌출 형성되는 차단판(130)이 형성된다. 상기한 차단판(130)은 플라즈마(411)에 의해 미처 용융되지 못한 미용융 몰드플럭스가 몰드(1) 내로 주입되는 것을 방지하기 위해 형성되는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 몰드플럭스 주입장치는 배기관(500)과 배기후드(510)를 더 포함한다.

배기관(500)은 소정 직경을 갖는 파이프로서, 일단이 용융로(100)의 일측(도 3의 우측) 단부에 연결되어 용융공간(110)과 연통된다. 그리고, 배기관(500)의 타단은 별도로 마련되는 배기후드(510)와 연결된다. 상기한 배기후드(510)는 팬(fan) 등으로 마련되어 배기관(500)을 통해 용융공간(110) 내의 플라즈마 가스 및 연소가스 등을 흡입하여 배기하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 몰드플럭스 주입장치와 종래 기술을 비교하면 다음 표 1과 같다.

	용해능 (본 발명 대비 비율)	기화율	내화물 용손율	불소 휘발율	용융로 승온 가능속도
전기용해로	20%	10%	50%	10%	5시간
LNG/산소 용해로	40%	20%	40%	70%	120시간
박스형 플라즈마 용해로	60%	40%	70%	30%	5시간
본 발명	100%	5%	10%	10%	2시간

상기 표 1은 본 발명과 종래의 여러 용해로들을 비교한 것으로, 본 발명은 종래의 용해로들보다 용해능력이 증가되며, 몰드플럭스의 기화가 최소화된다.

또한, 고온의 플라즈마(411)가 용융로(100) 용융공간(110)의 내면과 직접적으로 접촉되지 않으므로, 내화물의 용손율이 크게 감소하게 된다.

그리고, 플라즈마(411)에 불활성가스를 공급함으로써 몰드플럭스의 불소가 수분과 반응되는 것을 방지하여 불소의 휘발율 또한 감소시키게 되며, 고온의 플라즈마(411)를 이용함으로써 용융로(100)의 승온 가능속도를 증가시켜 생산성을 향상시키게 된다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.

1 : 몰드 2 : 용해로
3 : 주입관 4 : 히터
5 : 침지노즐 10 : 용강
20 : 몰드플럭스 100 : 용융로
110 : 용융공간 120 : 토출구
130 : 차단판 200 : 원료공급부
210 : 투입호퍼 220 : 공급관
230 : 분사펌프 300 : 몰드플럭스 원료
400 : 열원공급부 410 : 플라즈마 토치
411 : 플라즈마 420 : 가스공급관
500 : 배기관 510 : 배기후드

Claims

내부에 용융공간이 형성되고, 일측 단부에 상기 용융공간과 연통되는 토출구가 형성되는 원통형의 용융로와;
상기 용융로의 내부 용융공간으로 몰드플럭스 원료를 공급하는 원료공급부와;
상기 용융로의 타측 단부에 설치되어 용융공간으로 열을 분사함으로써, 공급되는 몰드플럭스 원료와 열을 직접 접촉시켜 몰드플럭스 원료를 용융시키는 열원공급부를 포함하되,
상기 열원공급부는,
상기 용융로의 타측 단부에 설치되어, 용융공간으로 플라즈마를 분사하는 플라즈마 토치와;
상기 플라즈마 토치에 연결되어 불활성가스를 공급하는 가스공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드플럭스 주입장치.
제1항에 있어서,
상기 원료공급부는,
몰드플럭스 원료가 투입되는 투입호퍼와;
상기 투입호퍼와 용융로의 용융공간을 상호 연결하는 공급관과;
상기 공급관을 통해 용융로의 용융공간으로 공급되는 몰드플럭스 원료에 공기압을 가하여 열원공급부의 고온 영역으로 분사시키는 분사펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드플럭스 주입장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 토치의 분사구는 분사되는 플라즈마가 상기 용융공간의 내벽과 접촉되지 않도록 상기 용융로의 타측 단부 중앙 측에서 토출구를 향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 몰드플럭스 주입장치.
제1항에 있어서,
상기 용융로의 용융공간은 타측 단부에서 토출구 측으로 갈수록 그 내면적이 점차 축소되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 몰드플럭스 주입장치.
제1항에 있어서,
상기 용융로의 용융공간과 연결되는 배기관과;
상기 배기관의 단부에 연결되어 용융공간 내에 발생된 가스를 흡입하는 배기후드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드플럭스 주입장치.
제1항에 있어서,
상기 용융로의 용융공간 중앙부 측에 돌출 형성되어 미용융된 몰드플럭스가 토출구를 통해 토출되는 것을 방지하는 차단판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드플럭스 주입장치.