KR101354951B1

KR101354951B1 - 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐

Info

Publication number: KR101354951B1
Application number: KR1020120065518A
Authority: KR
Inventors: 김병길
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-01-23
Also published as: KR20130142359A

Abstract

산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공 노즐이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 정련로 산소랜스 본체 외관과 그 하부에 결합되는 노즐 외관, 상기 산소랜스 본체 중심관과 그 하부에 결합되는 노즐 중심관, 상기 산소랜스 본체 중앙관과 그 하부에 결합되는 노즐 중앙관으로 구성되는 케이싱부와 상기 산소랜스 본체 중심관 내부로 유입되는 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 상기 노즐 중심관 내부에 설치된 분사제어부를 포함한다.

Description

산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐{MUTIPLE HOLE NOZZLE WITH OXYGEN INJECTION CONTROL FOR OXYGEN LANCE}

본 발명은 정련로 산소 랜스 본체와 이에 결합 되는 다공노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소랜스 본체와 노즐 결합부위의 강도를 향상시키고, 산소랜스 본체에 공급되는 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 공급되는 산소의 분사범위가 조절됨으로써 정련로의 탈탄효율을 높이기 위한 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐에 관한 것이다.

일반적으로 전로에서는 산화반응을 통하여 용강을 제조한다. 대부분의 산화반응은 발열 반응이며 용선에 포함되어 있는 탄소, 실리콘, 망간 등의 산화를 통해서 후공정에서 요구하는 온도를 맞추게 된다.

용선을 용강으로 정련하는 제강 정련로 공정은 고로에서 생산된 용선을 정련로에 장입하고, 산소랜스를 이용하여 99.9 % 의 순 산소를 취입하는 정련공정이며, 이 때 산소랜스를 통해 취입되는 산소는 용선 중에 있는 불순물(C,Mn,P)과 산화하여 제거하게 된다.

따라서, 산소 랜스 노즐을 통해서 분사되는 산소의 압력과 산소의 유량 그리고 산소랜스 노즐을 통해서 취입되는 산소의 흐름은 정련로 노내 정련 반응에 지대한 영향력을 미치므로 산소랜스 노즐의 설계는 정련로 노내에서의 적절한 교반력 및 반응성을 위해 산소 랜스 노즐의 각 부위마다 산소압력 및 유량 등을 고려해 설계가 된다.

종래의 산소 랜스 노즐의 결합은 노즐측의 중심관 외주에 탄성체인 오링을 설치하고 그 외관은 단순하게 브이형 홈이 형성되도록 하여, 이를 용접하는 방법을 취해왔고 노즐의 구조는 다공이든 단공이든 취입량 및 취입유량에 관계없이 분사되는 구조를 취해왔다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 산소랜스 노즐은 산소랜스에 부착되며, 노즐 외관(2), 노즐 중앙관(6), 노즐 중심관(4)으로 구성되어 있고, 노즐 중심관(4)에는 산소 기체가 흐르며 노즐 중앙관(6)과 노즐 외관(2)에는 냉각수인 물이 흐르게 설계되어 있다. 종래의 노즐 접합시에는 노즐 중심관(4)은 본체 중심관과 오링(R)을 매개로 끼워 맞춤되며 노즐 및 외관의 중심관 또한 끼워 맞춤 되게 되어 있고 본체와 노즐의 외관은 용접하게 되어 있으며, 산소랜스 노즐은 산소를 토출하는 노즐 중심관(4)의 단면적을 적정하게 변화시켜 공급원에서 설정된 유량 및 압력에 따라 용강 표면의 특정부위에 공급되어 용선 중에 있는 불순물( C,Mn,P) 과 산화 반응을 일으켜 탈탄이 진행되도록 되어 있으나, 산소의 취입량에 따라 교반력과 반응성이 감소하여 용강 중 탄소를 제거하는 탈탄 능력이 저하되고, 용강 중 탈탄에 필요한 산소가 많이 공급되게 되어 산소사용량의 증가와 취련 시간 연장, 그리고 슬래그 과산화 등의 문제를 초래하는 것이다.

종래에 전로에서 기체산소의 운동을 조절하여 정련을 제어하는 방법으로는 용강으로부터 노즐까지의 거리인 랜스 높이를 조절하는 방법, 산소유량을 조절하는 방법, 산소유속을 조절하는 방법, 산소노즐구멍의 중심축과 산소랜스의 중심축이 이루는 각도인 노즐의 경사각을 조절하는 방식이 있었다.

그러나, 상기의 방법 중 랜스 높이를 조절하는 방법에서 랜스높이를 높일수록 기체산소가 용강에 충돌할 때 운동량이 감소하여 그 결과 교반력이 약해지고 탈탄 반응이 지연되며 탈인 반응은 활성화되었다. 다만, 랜스 높이가 낮아지면 이와 반대되는 현상이 일어나서, 탈탄과 탈인을 동시에 만족시킬 수 없는 문제점이 있었다.

그리고, 산소유량을 조절하는 방법으로 산소유량을 늘리면 교반력은 증가되나 산소공급량이 증가 되기 때문에 탈탄과 탈인 반응이 매우 혼란스러운 거동을 할 뿐 만 아니라 조업시간 및 설비능력에 따라서 많은 제약을 받기 때문에 정련반응을 제어하는 데에 한계가 있는 문제점이 있었다.

종래의 산소 유속을 변화시키는 방법으로도 랜스 높이를 높이는 방법과 유사한 효과를 얻었다. 그러나, 산소 유속을 증가시키는 것은 랜스 높이를 낮추는 것과 동일한 효과를 얻기 때문에 이러한 방법도 탈탄과 탈인을 동시에 만족스럽게 진행시키지 못하는 문제점이 있어 왔다.

상기와 같은 문제점 및 종래의 기술로는 정련로 작업에서 산소랜스의 외관은 고온에 의해, 그 중심관은 상온인 산소에 접하게 되어 산소랜스 중심관과 산소랜스 외관은 온도차에 의한 열팽창의 차이가 발생하게 되나 산소랜스 중심관은 오링을 매개로 끼워 맞춤 되어 있어 그 팽창력에 의해 변형되어 냉각수가 유출되거나 산소 분사량이 변화되어 탈탄 효율의 저하 등의 많은 문제점을 내포하고 있었다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 종래와 같은 정련로 산소랜스 본체 외관(1)과 노즐 외관(2)과의 연결을 단순 용접에 의해서 결합하는 경우 용접시 발생하는 슬래그가 용접부 이면에 형성하게 되며 이렇게 형성된 슬래그가 냉각수의 흐름을 방해하여 국부적으로 외관의 온도를 상승시키거나 용접부의 불완전 용입으로 인해 강도 저하로 고온의 정련로 노내에서 산소랜스 본체 외관(1)이 열적 변형을 일으킬 시에 본체 외관(1) 하단부에 부착된 산소 랜스 노즐이 변형이 되어 산소 랜스 노즐 토출구에서 분사되는 산소 제트의 분사속도에 장애를 초래하여 정련로 노내에서 취입되는 산소의 반응이 둔화 되고 이것은 결국 정련로 노내 용강의 탈탄 불량 및 취련 시간 증가로 인해 생산성 저하의 원인을 초래하게 되고, 또한 산소 분사 압력이 둔화되어 정련로 노내 용강 상부의 슬래그 층을 뚫고 용강과 반응해야 하나 취입산소가 정련로 노내 용강 상부에 부상되어 있는 슬래그와 반응되어 결국 철 산화물을 급증시키는 문제를 야기시켜 용강 실수율을 저하시키는 문제점이 발생하였다.

(선행기술 1) 한국공개특허공보 제10-2011-0076258호 (선행기술 2) 한국공개특허공보 제10-1999-0009968호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 산소랜스 본체 하단부에 부착된 산소 랜스 노즐의 이음부 강도를 향상시키고 산소랜스 노즐 토출구에서 분사되는 산소 제트의 분사속도를 제어하여 정련로 노내에서 취입되는 산소의 반응이 둔화되어 정련로 노내 용강의 탈탄 불량 및 취련 시간 증가로 인해 생산성 저하의 문제점을 미연에 방지하고, 산소의 분사압력이 약화 되지 않도록 하여 용강 상부의 슬래그 층을 뚫고 용강과 반응해야 하는 취입산소를 본래의 목적과 기능에 적합하게 행해지도록 함으로써 정련로 노내 용강 상부에 부상되어 있는 슬래그와의 반응성을 증진시켜 슬래그 중 철산화물이 급증 되는 문제를 미연에 방지하여 정련로 제강 공정에서 용강 실수율을 높일 수 있는 정련로 산소랜스 본체와 결합이 용이한 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐을 제공하는데에 그 목적이 있다.

산소 랜스 노즐의 이음부 강도를 향상시키고 산소랜스 노즐에서 공급되는 산소의 분사범위를 제어하여 정련로에서의 탈탄효율을 높이기 위한 산소 분사 제어기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐이 소개된다.

이를 위해 본 발명은 정련로 산소랜스 본체 외관과 그 하부에 결합되는 노즐 외관, 상기 산소랜스 본체 중심관과 그 하부에 결합되는 노즐 중심관, 상기 산소랜스 본체 중앙관과 그 하부에 결합되는 노즐 중앙관으로 구성되는 케이싱부와 상기 산소랜스 본체 중심관 내부로 유입되는 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 상기 노즐 중심관 내부에 설치된 분사제어부를 포함한다.

상기 분사제어부는, 본체 중심관 내부로 유입되는 산소에 직접 맞닿아 그 압력에 의한 구동력을 전달할 수 있는 제1분사제어기와 상기 제1분사제어기의 하부에 설치되고, 상기 제1분사제어기에 의한 구동력을 전달받아 산소의 압력과 유량에 따라 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 중심부에 수직으로 설치된 중앙홀 및 이 중앙홀을 중심으로 방사형으로 4개의 보조홀이 수직으로 형성된 제2분사제어기와

상기 제2분사제어기에 의해 조절된 산소가 정련로에 투입될 수 있도록 상기 제2분사기의 하부에 설치되되, 상기 제2분사기와 오링을 매개로 선택적으로 접촉하는 제3분사제어기 및 상기 제3분사제어기에 하부에 설치되되, 정련로에 산소가 투입되도록 중앙에 설치된 메인분사구와 이 메인분사구와 경사지게 설치된 보조분사구로 구성된 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1분사제어기는, 상기 중앙홀 내부로 인입되되, 그 상부의 외주면에 제1스프링이 권취되어 있는 분사제어봉이 관통되는 다이아프레임으로 구성되고,

상기 분사제어봉의 하 방향 이동시 형성되는 압력으로 상기 제3분사제어기를 하 방향으로 밀어 상기 메인분사구에 연결되도록 제2스프링을 매개로 상기 분사제어봉 내부에 설치된 가압로드를 포함하고,

상기 제3분사제어기는, 상기 메인 분사구를 통해 정련로에 산소가 공급될 수 있도록 상기 가압로드 하부에 설치된 수직 분사구와, 상기 수직분사구 양측에 대칭적으로 설치된 내부공급구로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2분사제어기는, 유입된 저압의 산소가 이동할 수 있는 파일럿 분사공이 상기 제2분사제어기를 수평으로 관통하여 상기 중앙홀에 연결되는 것을 특징으로 하고, 상기 파일럿 분사공을 통해 유입된 산소가 상기 중앙홀로 이동할 수 있도록 상기 파일럿 분사공과 연결되는 파일럿 공급관이 상기 분사제어봉 일측에 수평으로 관통하여 설치되고, 상기 보조홀에 유입된 저압의 산소가 상기 수직 분사구로 공급될 수 있도록, 상기 제2분사제어기 하부에 횡 방향으로 설치된 4개의 수평 분사공을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 산소랜스 본체 중심관과 노즐 중심관의 이음부 강도를 향상시키기 위해 각각의 중심관이 내경을 달리하여 계단 형상으로 결합되고, 그 이음부의 상면에는 오링에 의해 체결된 것을 특징으로 한다.

상기 노즐 외관의 변형을 방지하기 위해, 상기 노즐 외관과 상기 노즐 중심관을 횡 방향으로 연결하는 보강판이 설치된 것을 특징으로 하고, 상기 보강판과 상기 노즐 중앙관 및 상기 노즐 중심관을 지지하는 수직보강재가 내부에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명인 산소 분사 제어기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐을 이용하면 아래와 같은 다양한 이점이 있다.

첫째, 산소 랜스 본체 외관의 용접부의 강도 증가로 인해 내구력이 증가되고, 노즐의 외관에 형성된 고정판 및 중앙관과 중심관에 형성된 수직 보강재에 의해 흡열된 열을 방산 시켜 노즐 외관의 냉각능력 증대로 인해 열팽창을 방지하는 이점이 있다.

둘째, 산소 랜스 노즐의 수명이 증가하여 수리 및 교체에 따른 정비비 절감과 취련 패턴에 따라 노즐구로부터 분사되는 산소의 압력이나 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위를 효율적으로 조정 가능하다는 이점이 있다.

셋째, 정련로 취련 작업시 탈탄 효율이 변화가 없게 되어 생산성 향상을 도모하는 효과와 함께 정련로 노내 반응의 안정화를 기하는 이점이 있다.

넷째, 노즐 변형에 따른 노즐 파손 위험도 줄일 수 있게 되어 원가절감을 이루는 이점이 있다.

도 1은 종래의 산소 랜스 노즐을 나타내는 도면,
도 2는 종래의 산소 랜스 본체와 산소 랜스 노즐의 결합상태를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 분사제어부가 노즐 중심관 내부에 안착된 상태를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 분사제어부를 나타내는 도면,
도 5는 도 4의 A-A 의 절단면을 나타내는 단면도,
도 6은 산소 랜스 중심관으로 공급되는 산소가 저압, 저유량인 경우 분사제어부의 작동상태를 나타내는 도면,
도 7은 도 6의 B-B 의 절단면을 나타내는 단면도,
도 8은 산소 랜스 중심관으로 공급되는 산소가 고압, 고유량인 경우 분사제어부의 작동상태를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 수직분사구와 메인분사구의 결합 상태를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 보강판을 나타내는 노즐의 횡 단면을 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 산소 랜스 본체와 노즐의 결합 이음부가 계단형상으로 이루어진 것을 나타내는 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산소 분사 제어기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐에 대하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 산소 랜스 본체 중심관으로 유입되는 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위를 조절할 수 있는 분사제어부(200)가 노즐 중심관(4) 내부에 안착 되어 있다.

산소 랜스 본체 중심관으로 유입되는 산소의 압력과 유량에 따라 자동적으로 정련로에 투입되는 산소의 분사범위가 조절되어 탈탄 효율이 향상되도록 하는 분사제어부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1분사제어기(210), 제2분사제어기(220), 제3분사제어기(230)로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제1분사제어기(210)는 산소랜스 본체 중심관(3) 내부로 유입되는 산소에 직접 맞닿아 그 압력에 의한 구동력을 제2분사제어기(220)로 전달하는 기능을 수행한다.

즉, 이하 설명하겠지만 분사제어봉(224)이 산소의 압력에 의해 하 방향으로 이동하여 제2분사제어기(220)에 그 구동력을 전달하는 것이다.

제2분사제어기(220)는 제1분사제어기(210)의 하부에 설치되고, 제1분사제어기(210)에 의한 구동력을 전달받은 후 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입된 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 그 중심부에는 수직으로 형성된 중앙홀(221) 및 이 중앙홀(221)을 중심으로 방사형으로 4개의 보조홀(222)이 형성된다.

이 중앙홀(221) 및 4개의 보조홀(222)은 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입된 산소가 이동하는 통로 역할을 수행하며 최종적으로 정련로에 투입된다.

이때, 제2분사기(220)는 그 하부에 위치한 제3분사제어기(230)와 오링(7)을 매개로 산소의 압력에 의해 그 접촉이 선택적으로 이루어진다.

즉, 저압, 저유량의 산소가 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입되는 경우에는 이 오링을 매개로 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(230)가 접촉되나, 고압, 고유량의 산소가 유입되는 경우에는 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(230)는 그 접촉이 해제되는 것이다.

산소랜스 본체 중심관(3) 내부로 유입된 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위가 조절될 수 있도록 제3분사제어기(230)의 하부에 설치되되, 그 중앙에는 메인분사구(310)가 형성되고, 이 메인분사구(310)에 경사지게 설치된 보조분사구(320)가 형성된 노즐(300)이 산소 분사 범위 제어 기능을 수행하도록 결합된다.

즉, 이하 설명하겠지만 저압, 저유량의 산소가 유입되는 경우에는 이 메인분사구(310)를 통해 정련로에 투입되며, 고압, 고유량의 산소가 유입되는 경우에는 메인분사구(310) 이외에 보조분사구(320)로도 정련로에 투입되어 정련로의 탈탄 효율을 높이는 것이다.

더욱 구체적으로 설명하면, 저압, 저유량의 산소가 유입되는 경우에는 메인분사(310)구를 통해 정련로로 투입되어 정련로에 있는 슬래그 층을 뚫어 용강을 교반하여 탈탄이 진행되며, 고압, 고유량의 산소가 유입되는 경우에는 정련로의 중심부에 있는 슬래그 층을 뚫고 용강을 교반하여 탈탄이 진행되고 동시에 보조분사구(320)를 통해서도 산소가 투입되어 이 뚫린 슬래그 층을 외부로 밀면서 그 우수한 교반력에 의해 효율적인 탈탄이 진행되는 것이다.

도 4를 참조로 분사제어부를 구체적으로 설명한다.

제1분사 제어기는 본체 중심관 내부로 유입되는 산소에 직접 맞닿아 그 압력에 의한 구동력을 그 하부에 설치된 제2분사제어기에 전달한다.

이를 위해 제1분사제어기(210)는 제2분사제어기(220) 중심부에 형성된 중앙홀(221)에 인입할 수 있는 분사제어봉(224)을 포함하되, 이 분사제어봉(224)의 상부에는 중앙홀(221)에 인입된 후 다시 원위치로 복귀되도록 탄성력이 구비된 제1스프링(223)이 권취 되어 있다.

이 제1스프링(223)이 상부에 권취된 분사제어봉(224)은 다이아프레임(225)을 관통하며, 다이아프레임(225)은 제2분사제어기(220) 상부에 설치된다.

이때, 상기 분사제어봉(224)이 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입된 산소의 압력에 의해 하 방향으로 이동하는 경우 제3분사제어기(230)를 동시에 하 방향으로 밀어 노즐의 메인분사구(310)에 연결되도록 제2스프링(226)을 매개로 분사제어봉(224) 내부에 설치된 가압로드(227)를 포함한다.

즉, 산소랜스 본체 중심관으로 유입된 산소가 저압, 저유량인 경우 다이아프레임(225)을 하 방향으로 밀고, 이와 함께 제1스프링(223)이 압축되면서 이에 연결된 분사제어봉(224)이 중앙홀(221) 내부로 인입 하게 된다. 분사제어봉(224)이 하 방향으로 이동하는 경우 분사제어봉(221) 내부에 설치된 제2스프링(226) 역시 압축이 되고, 이 제2스프링(226)을 매개로 연결된 가압로드(227) 역시 하 방향으로 이동하면 그 압력에 의해 제3분사제어기(230)도 하 방향으로 이동하여 노즐에 연결되는 것이다.

제3분사제어기(230)는 노즐(300)에 형성된 메인분사구(310)를 통해 정련로에 산소가 투입될 수 있도록 그 중앙에는 수직 분사구(231)가 형성되며, 특히 고압의 산소가 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입되는 경우에는 수직 분사구(231) 이외에 산소가 정련로에 투입될 수 있도록 수직 분사구(231) 양측에 대칭적으로 설치된 내부공급구(232)로 구성된다.

이러한 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(230)는 도 4에 도시된 바와 같이, 오링(7)을 매개로 선택적으로 접촉이 가능하며, 특히 고압의 산소가 유입되는 경우 오링(7)을 중심으로 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(230)는 그 접촉이 해제된다.

도 5는 도 4의 A - A 의 절단면을 나타내는 도면이며, 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입된 산소가 노즐에 형성된 메인분사구(310)를 거쳐 정련로에 공급될 수 있도록 산소의 이동통로인 4개의 보조홀(222)이 형성되어 있다.

다시 도 4를 참조하면, 본 발명은 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입되는 산소의 압력과 유량에 따라 자동적으로 정련로에 투입되는 산소의 분사범위가 조절되도록 하기 위해 파일럿 분사공(228)과 파일럿 공급관(229)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 6은 산소 랜스 본체 중심관으로 유입되는 산소가 저압, 저유량인 경우 분사제어부가 작동되는 상태를 나타내는 도면이다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 제2분사제어기(220)는 산소랜스 본체 중심관(3)으로 유입된 산소가 이동할 수 있는 파일럿 분사공(228)이 제2분사제어기(220)를 수평으로 관통하여 중앙홀(221)에 연결되는 것을 특징으로 하며, 이 파일럿 분사공(228)을 통해 이동된 산소가 중앙홀(221)로 유입될 수 있도록 이 파일럿 분사공과 연결되는 파일럿 공급관(229)이 분사제어봉(224) 상부 일측에 수평으로 관통하여 설치된다.

이 때, 4개의 보조홀(222) 중 어느 하나에 파일럿 공급관(229)이 연결되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

즉, 산소랜스 본체 중심관(3)에 유입된 산소가 저압, 저유량인 경우 정련로에 형성된 슬래그 층을 뚫고 용강을 교반 하여 탈탄이 진행되도록 하기 위해, 상기와 같은 파일럿 분사공(228)과 파일럿 공급관(229)이 설치되는 것이다.

구체적으로 그 작동을 설명하면, 저압, 저유량의 산소가 유입되는 경우 제2분사제어기(220) 상부에 안착 되어 있는 다이아프레임(225)을 하 방향으로 밀어내며, 동시에 다이아프레임(225) 내부에 있는 제1스프링(223)도 압축되고, 동시에 분사제어봉(224)도 하 방향으로 이동한다.

이 분사제어봉(224)이 산소의 압력에 의해 하 방향으로 내려가는 경우 분사제어봉(224) 상부 일측에 수평으로 관통되어 있는 파일럿 공급관(229)도 함께 이동한다.

이때, 보조홀(222)로 유입된 산소가 파일럿 분사공(228)으로 유입되고, 이 파일럿 분사공(228)과 산소의 압력에 의해 하 방향으로 내려온 파일럿 공급관(229)이 연결됨으로써, 산소가 파일럿분사공(228)과 파일럿공급관(229)을 거쳐 중앙홀(221)에 유입되는 것이다.

이와 동시에 공급된 산소의 압력에 의해 가압로드(227)가 하강하면 그 압력에 의해 제3분사제어기(230) 중심부에 형성된 수직 분사구(231)가 노즐(300)의 메인 분사구(310)에 연결되는 것이다.

산소의 압력에 의해 오링(7)을 중심으로 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(230)가 이격 되면, 4개의 보조홀(222)에 유입된 저압의 산소는 제2분사제어기(220) 하부에 횡방향으로 설치된 4개의 수평 분사공(229)을 통해 이동하며, 이동된 산소는 수직 분사구(231)를 거쳐 메인 분사구(310)로 분출되어 정련로에 있는 슬래그 층을 뚫게 되는 것이다.

도 7은 도 6의 B - B의 절단면을 나타내는 단면도이며, 저압, 저유량의 경우 4개의 수평 분사공(229)이 수직 분사구(231)에 연결되는 상태를 확인할 수 있다.

도 8은 산소랜스 본체 중심관으로 유입되는 산소가 고압, 고유량인 경우 분사제어부의 작동 상태를 나타내는 도면이다.

산소랜스 본체 중심관(3) 내부로 유입된 산소가 고압, 고유량인 경우 다이아프레임(225) 내부에 설치된 제1스프링(223)이 완전하게 다이아프레임(225) 하부로 밀착되고, 다이아프레임(225)에 연결된 분사제어봉(224)이 하 방향으로 내려가게 된다.

이때, 고압, 고유량의 산소가 유입되므로 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(230)는 완전히 이격 되고, 동시에 제3분사제어기(230)에 안착된 오링(7)도 함께 이격 된다.

이러한 작동으로 공간이 형성되면, 4개의 보조홀(222)로 유입된 산소는 제2분사제어기(220) 하부에 설치된 수평 분사공(229)을 거쳐 이동하며, 결국 이동된 산소는 제3분사제어기(230) 중앙부에 설치된 수직 분사구(231)를 거쳐 노즐에 형성된 메인 분사구(310)를 통해 정련로에 투입된다.

또한, 이미 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(2300가 이격 된바, 4개의 보조홀(222)로 유입된 산소는 제3분사제어기(230)의 수직 분사구(231) 양측에 대칭적으로 형성된 내부공급구(232)를 통과한 후 노즐에 형성된 보조분사구(320)를 통해 정련로에 투입된다.

메인분사구(310)를 통해 투입된 산소는 정련로에 있는 슬래그 층을 뚫고, 보조분사구(320)를 통해 투입된 산소는 이 슬래그 층을 외부로 밀어내는바 효율적인 탈탄 작업이 이루어지는 것이다.

도 9는 수직분사구와 메인분사구가 연결되고, 내부공급구와 보조분사구가 연결된 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 산소 분사 제어기능을 갖는 산소랜스용 다공 노즐은 산소랜스 본체 중심관(3)과 노즐 중심관(4)의 이음부 강도를 향상시키기 위해 각각의 중심관이 내경을 달리하여 계단 형상으로 결합 되고, 그 이음부의 상면에는 오링(8)에 의해 체결된 것을 특징으로 한다.

도 11은 산소랜스 본체 중심관과 노즐 중심관이 계단 형상으로 결합된 상태를 나타내는 도면이다.

산소랜스 본체 중심관(3)과 노즐 중심(4)관이 본 발명처럼 계단형상으로 이루어지는 경우 그 결합력이 종래에 비하여 우수하며, 종래 문제가 되어 왔던 이음부의 결합 및 용접성이 개선되는 효과가 있는 것이다.

또한, 계단 형상으로 이루어진 이음부 상면에는 오링(8)이 안착 될 수 있는 안착홈을 형성되고 그 안착홈에 오링(8)이 끼워져 산소랜스 본체 중심관(3)과 노즐 중심관(4)의 결합력은 더욱 우수해 지며, 이로 인해 이음부의 결합 및 용접성도 우수해 진다.

본 발명의 산소 분사 제어기능을 갖는 산소랜스용 다공 노즐은 노즐의 외관 변형을 방지하기 위해 노즐 외관(2)과 노즐 중심관(4)을 횡 방향으로 연결하는 보강판(400)이 설치된 것을 특징으로 하고, 이 보강판(400) 및 노즐 중앙관(6)과 노즐 중심관(4)을 지지하는 수직보강재(500)가 노즐 내부에 설치된 것을 특징으로 한다.

도 11은 보강판과 수직 보강재가 노즐에 형성된 것을 나타내는 도면이다.

보강판(400)은 노즐 외관(2)과 노즐 중심관(4)을 횡방향으로 관통하여 설치되며, 이 보강판에 의해 노즐은 정련과정에서 발생 되는 고온에 의해 외관이 변형되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 수직보강재(500)에 의해 노즐 변형도 방지할 수 있으며, 특히 정련과정 중 이 수직보강재(500)로 열원이 전달되어 노즐 내 냉각능력이 향상되고, 노즐의 변형 방지는 물론, 열원에 의해 팽창되더라도 산소랜스 본체 외관과 노즐 외관의 연결부에 형성된 용접부가 보호되어 그 강도를 유지할 수 있게 되며, 마모 및 파공 방지로 산소랜스의 사용수명을 향상시킴과 동시에 정련로에 투입하는 산소의 효율적인 분사량을 유지할 수 있게 된다.

도 10은 이와 같은 보강판(400)이 노즐 외관(2)과 노즐 중심관(4)을 횡 방향으로 연결되는 상태를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조로 저압, 저유량의 산소가 산소랜스 본체 중심관으로 유입되는 경우 분사제어부의 작동상태를 설명한다.

산소랜스 본체 중심관(3) 내부로 유입된 산소가 저압, 저유량인 경우 다이아프레임(225) 내부의 제1스프링(223)을 밀게 되고, 이 다이아프레임(225)에 연결된 분사제어봉(224)이 하 방향으로 내려가는 경우 분사제어봉(224) 상부 일측에 형성된 파일럿 공급관(229) 역시 하 방향으로 이동한다.

이 경우 파일럿 공급관(229)은 이하 설명할 파일럿 분사공(228)과 연결된다.

이와 동시에 4개의 보조홀(222)로 산소가 유입되며, 유입된 산소는 이 4개의 보조홀(222) 중 적어도 하나에 연결된 파일럿 분사공(228)을 통해 산소가 이동하며, 이동된 산소는 파일럿 분사공(228)과 연결된 파일럿 공급관(229)을 통해 중앙홀(221)로 산소가 유입된다.

중앙홀(221)에 유입된 산소의 압력으로 인해 제3분사제어기(230)의 중심부에 형성된 수직 분사구(231)는 노즐의 메인 분사구(310)에 연결되어 산소가 정련로에 투입될 수 있도록 작동되는 것이다.

이와 동시에 4개의 보조홀(222)로 유입된 산소는 제2분사제어기(220) 하부에 형성된 4개의 수평 분사공(229)을 통해 산소가 이동되며, 이동된 산소는 제3분사제어기(2300의 중앙부에 형성된 수직 분사구(231)를 통해 이동하여 최종적으로 노즐의 메인 분사구(310)를 거쳐 정련로에 투입되는 것이다.

도 8을 참조로 고압, 고유량의 산소가 산소랜스 본체 중심관으로 유입되는 경우 분사제어부의 작동상태를 설명한다.

산소랜스 본체 중심관(3) 내부로 유입된 산소가 고압, 고유량인 경우 다이아프레임(225) 내부의 제1스프링(223)을 완전하게 다이아프레임(225) 하부로 밀게 되고, 이 다이아프레임(225)에 연결된 분사 제어봉(224)이 하 방향으로 내려간다.

4개의 보조홀(222)로 유입되는 고압, 고유량의 산소 및 하 방향으로 내려간 분사제어봉(224)과 그 내부에 있는 가압로드(227)의 압력에 의해 제3분사제어기(230)는 하 방향으로 이동하며 결국 제2분사제어기(220)와 오링(7)을 중심으로 이격되기 시작한다.

이렇게 하여 제2분사제어기(220)와 제3분사제어기(230) 사이에 공간이 형성되면, 4개의 보조홀(222)로 유입된 산소가 제2분사제어기(220) 하부에 횡 방향으로 설치된 4개의 수평 분사공(229)을 통해 산소가 이동된다.

이 이동된 산소는 제3분사제어기(230) 중심부에 형성된 수직분사구(231)를 통해 이동하고, 이 수직분사구(231)에 연결되는 노즐 중심부에 형성된 메인분사구(310)를 통해 정련로에 투입된다.

이와 동시에 제3분사제어기(230) 양측에 대칭적으로 형성된 내부공급구(232)를 통해서도 산소가 이동하며 이 이동된 산소는 노즐의 보조분사구(320)를 통해 역시 정련로에 투입된다.

메인분사구(310)를 통해 유입된 산소는 정련로에서 슬래그 층을 뚫으며, 보조분사구(320)를 통해 유입된 산소는 이 뚫린 슬래그 층을 산소의 압력으로 외부로 밀어내기 때문에 효율적인 탈탄 과정이 이루어지게 되는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 케이싱부 200 : 분사제어부
210 : 제1분사제어기 220 : 제2분사제어기
230 : 제3분사제어기 300 : 노즐
310 : 메인분사구 320 : 보조분사구
400 : 보강판 500 : 수직보강재

Claims

정련로 산소랜스 본체 외관(1)과 그 하부에 결합 되는 노즐 외관(2),
상기 산소랜스 본체 중심관(3)과 그 하부에 결합 되는 노즐 중심관(4),
상기 산소랜스 본체 중앙관(5)과 그 하부에 결합 되는 노즐 중앙관(6)으로 구성되는 케이싱부(100);
상기 산소랜스 본체 중심관(3) 내부로 유입되는 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 상기 노즐 중심관(4) 내부에 설치된 분사제어부(200); 를 포함하고,
상기 분사제어부(200)는, 본체 중심관(3) 내부로 유입되는 산소에 직접 맞닿아 그 압력에 의한 구동력을 전달할 수 있는 제1분사제어기(210);
상기 제1분사제어기(210)의 하부에 설치되고, 상기 제1분사제어기(210)에 의한 구동력을 전달받아 산소의 압력과 유량에 따라 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 중심부에 수직으로 설치된 중앙홀(221) 및 이 중앙홀(221)을 중심으로 방사형으로 4개의 보조홀(222)이 수직으로 형성된 제2분사제어기(220);
상기 제2분사제어기(220)에 의해 조절된 산소가 정련로에 투입될 수 있도록 상기 제2분사제어기(220)의 하부에 설치되되, 상기 제2분사제어기(220)와 오링(7)을 매개로 선택적으로 접촉하는 제3분사제어기(230); 및
상기 제3분사제어기(230)에 하부에 설치되되, 정련로에 산소가 투입되도록 중앙에 설치된 메인분사구(310)와 이 메인분사구(310)와 경사지게 설치된 보조분사구(320)로 구성된 노즐(300); 을 포함하는 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐.
정련로 산소랜스 본체 외관(1)과 그 하부에 결합 되는 노즐 외관(2),
상기 산소랜스 본체 중심관(3)과 그 하부에 결합 되는 노즐 중심관(4),
상기 산소랜스 본체 중앙관(5)과 그 하부에 결합 되는 노즐 중앙관(6)으로 구성되는 케이싱부(100);
상기 산소랜스 본체 중심관(3) 내부로 유입되는 산소의 압력과 유량에 따라 정련로에 투입되는 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 상기 노즐 중심관(4) 내부에 설치된 분사제어부(200); 를 포함하고,
상기 노즐 외관의 변형을 방지하기 위해, 상기 노즐 외관(2)과 상기 노즐 중심관(4)을 횡 방향으로 연결하는 보강판(400)이 설치되며,
상기 보강판(400)과 상기 노즐 중앙관(6) 및 상기 노즐 중심관(4)을 지지하는 수직보강재(500)가 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐.
청구항 2에 있어서,
상기 분사제어부(200)는, 본체 중심관(3) 내부로 유입되는 산소에 직접 맞닿아 그 압력에 의한 구동력을 전달할 수 있는 제1분사제어기(210);
상기 제1분사제어기(210)의 하부에 설치되고, 상기 제1분사제어기(210)에 의한 구동력을 전달받아 산소의 압력과 유량에 따라 산소의 분사범위를 제어할 수 있도록 중심부에 수직으로 설치된 중앙홀(221) 및 이 중앙홀(221)을 중심으로 방사형으로 4개의 보조홀(222)이 수직으로 형성된 제2분사제어기(220);
상기 제2분사제어기(220)에 의해 조절된 산소가 정련로에 투입될 수 있도록 상기 제2분사제어기(220)의 하부에 설치되되, 상기 제2분사제어기(220)와 오링(7)을 매개로 선택적으로 접촉하는 제3분사제어기(230); 및
상기 제3분사제어기(230)에 하부에 설치되되, 정련로에 산소가 투입되도록 중앙에 설치된 메인분사구(310)와 이 메인분사구(310)와 경사지게 설치된 보조분사구(320)로 구성된 노즐(300); 을 포함하는 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제1분사제어기(210)는, 상기 중앙홀(221) 내부로 인입되되, 그 상부의 외주면에 제1스프링(223)이 권취 되어 있는 분사제어봉(224)이 관통되는 다이아프레임(225)으로 구성되고,
상기 분사제어봉(224)의 하 방향 이동시 형성되는 압력으로 상기 제3분사제어기(230)를 하 방향으로 밀어 상기 메인분사구(310)에 연결되도록 제2스프링(226)을 매개로 상기 분사제어봉(224) 내부에 설치된 가압로드(227)를 포함하고,
상기 제3분사제어기(230)는, 상기 메인 분사구(310)를 통해 정련로에 산소가 공급될 수 있도록 상기 가압로드(227) 하부에 설치된 수직 분사구(231)와, 상기 수직분사구(231) 양측에 대칭적으로 설치된 내부공급구(232)로 구성된 것을 특징으로 하는 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐.
청구항 4에 있어서,
상기 제2분사제어기(220)는, 유입된 저압의 산소가 이동할 수 있는 파일럿 분사공(228)이 상기 제2분사제어기(220)를 수평으로 관통하여 상기 중앙홀(221)에 연결되는 것을 특징으로 하고,
상기 파일럿 분사공(228)을 통해 유입된 산소가 상기 중앙홀(221)로 이동할 수 있도록 상기 파일럿 분사공(228)과 연결되는 파일럿 공급관(229)이 상기 분사제어봉(224) 일측에 수평으로 관통하여 설치되고,
상기 보조홀(222)에 유입된 저압의 산소가 상기 수직 분사구(231)로 공급될 수 있도록, 상기 제2분사제어기(220) 하부에 횡 방향으로 설치된 4개의 수평 분사공(229)을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 산소랜스 본체 중심관(3)과 노즐 중심관(4)의 이음부 강도를 향상시키기 위해 각각의 중심관이 내경을 달리하여 계단 형상으로 결합되고,
그 이음부의 상면에는 오링(8)에 의해 체결된 것을 특징을 하는 산소 분사 제어 기능을 갖는 산소랜스용 다공노즐.