KR101356803B1 - 고 청정 용강 정련 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고 청정 용강 정련 장치에 관한 것으로, 턴디쉬, 및 상기 턴디쉬 내부에 위치되어 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬 내부에 위치되어 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강을 액적화하는 다수의 액적홀을 구비하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치를 포함하고, 상기 다수의 액적홀은 서로 다른 높이를 갖는 다수의 액적홀 그룹으로 구분되며, 용강의 개재물 및 전산소양을 감소시키고 주조속도 감속시에도 용강의 탕면 안정성을 향상시키는 고 청정 용강 정련 장치를 제공한다.

Description

고 청정 용강 정련 장치{Refining device of high purity molten steel}
본 발명은 고 청정 용강 정련 장치에 관한 것으로, 특히 용강을 액적(droplets)으로 형성하는 고 청정 용강 정련 장치에 관한 것이다.
일반적으로 강중에 존재하는 비금속 개재물이 제강공정과 연주공정 사이에서 제거되지 못하고 주편에 잔존하는 경우, 강판에서는 대형 개재물성 결함(scab) 또는 슬리버(sliver) 결함을 유발한다. 또한, 선재 강판의 경우에는 단선의 원인이 되기도 한다. 한편, 스테인리스 강판의 경우, 상기 비금속 개재물이 강판에 잔류하면 내식성에 문제가 발생하게 되어, 결국 최종제품의 품질에 악영향을 미치게 된다.
일반적으로 용강의 탈탄 목적으로 여러 설비(전로, RH, AOD, VOD)에서 강중에 산소가스를 취입하게 되는데, 목표 농도로의 탈탄이 도달된 후에 용강은 높은 산소농도를 갖게 된다. 따라서 이러한 산소농도를 감소시킬 목적으로 탈산제를 첨가하게 되는데, 주로 Al, Si, Mn 등을 주원료로 하는 합금 또는 순물질을 사용한다. 그러나, 탈산생성물로 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 탈산제를 복합 첨가하였을 경우 복합산화물이 강중에 존재하게 된다. 한편, AOD 정련로에서 출강시 슬래그와 동시 출강으로 인한 슬래그성 개재물이 강중에 존재하기도 하며, 이러한 슬래그성 개재물은 온도하락에 따라 고융점 스피넬 개재물로서 석출되기도 한다.
결국, 용강의 응고가 완료하기 이전 공정인 제강공정에서 연주공정까지 개재물 생성을 억제하거나 제거하여 최종 제품에 미치는 품질의 악영향을 최소화 하는 것이 필요하다.
본 발명은 제강공정에서 연주공정까지의 개재물 생성을 억제하거나 제거하여 고 청정 용강을 제조할 수 있는 고 청정 용강 정련 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치는, 턴디쉬, 및 상기 턴디쉬 내부에 위치되어 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬 내부에 위치되어 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강을 액적화하는 다수의 액적홀을 구비하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치를 포함하고, 상기 다수의 액적홀은 서로 다른 높이를 갖는 다수의 액적홀 그룹으로 구분될 수 있다.
여기서, 상기 액적홀 그룹 중 내측에 위치한 액적홀 그룹의 액적홀의 높이는, 외측에 위치한 액적홀 그룹의 액적홀의 높이보다 낮을 수 있다.
또한, 상기 액적 형성부는, 상기 다수의 액적홀 그룹의 액적홀의 높이가 서로 상이할 수 있도록 단차진 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 액적 형성부는, 상기 다수의 액적홀 그룹의 액적홀의 높이가 서로 상이할 수 있도록 경사진 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 용강 수용부에 이격되게 상기 턴디쉬 내부에 위치되되, 상기 래들로부터 상기 용강 수용부에 공급되는 용강을 둘러싸는 슬리브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬리브와 상기 용강 수용부 간의 간격은 정상주조시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이의 0.8배 이하일 수 있다.
또한, 정상주조시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량과 주조속도 20% 감속시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량은 다음과 같은 [수학식 1]을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112012038418348-pat00001
(N : 정상주조시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량, 주조속도 -20% 감속시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량, H : 정상주조시 상기 액적 형성부 상의 용강 높이, t : 상기 액적 형성부의 최내측 액적홀 그룹의 액적홀의 높이)
또한, 상기 액적 형성부는 내측을 향하여 함몰된 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 턴디쉬는, 턴디쉬 본체, 및 상기 턴디쉬 본체의 일측을 커버하되 상기 래들로부터의 용강이 통과되도록 개구부가 형성된 턴디쉬 커버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬리브를 상기 액적 형성장치로부터 이격시키도록, 상기 슬리브로부터 연장되어 상기 슬리브를 상기 액적 형성장치에 지지시키는 슬리브 지지체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용강은 상기 용강 수용부와 상기 슬리브 간의 이격 공간을 통해 상기 용강 수용부로부터 상기 액적 형성부에 전달될 수 있다.
또한, 상기 용강은 상기 용강 수용부로부터 유동하여 상기 액적 형성부로 전달될 수 있다.
또한, 상기 액적 형성부를 거쳐 액적화된 상기 용강은 상기 턴디쉬 내로 낙하할 수 있다.
또한, 상기 턴디쉬 내로 낙하한 용강의 상면에는 슬래그가 위치하고, 상기 액적 형성부를 거쳐 액적화된 상기 용강은 상기 슬래그를 거쳐 정련될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 고 청정 용강 정련 장치는, 개재물 생성량 및 전산소양을 낮춰 고 청정 용강을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 용강 수용부와 이격되게 슬리브를 설치함으로써, 액적 형성부 상의 용강의 탕면 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 액적 형성부의 액적홀을 서로 다른 높이를 갖는 액적홀 그룹으로 구분함으로써, 주조속도 감속시에도 액적 형성부 상의 용강의 탕면 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치에 용강이 채워진 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적 형성부의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 A 부분의 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 슬리브 및 슬리브 지지체의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 슬리브 및 슬리브 지지체의 저면도이다.
도 7은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 슬리브 및 용강 수용부 간의 간격 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적 형성부와 비교하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적 형성부의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액적 형성부를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적화된 용강이 슬래그를 통과하는 과정을 설명하기 위한 공정 개략도이다.
도 15는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적화된 용강이 슬래그에서 반응하는 현상을 연속적으로 도시한 사진도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)에 용강(200)이 채워진 모습을 나타낸 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100a)에 대해 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100a)는 턴디쉬(110), 및 턴디쉬(110) 내에 설치되어 용강(200)을 액적화하는 액적 형성장치(120)를 포함하고, 액적 형성부(122)의 액적홀(124)은 서로 다른 높이를 갖는 다수의 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)으로 구분될 수 있다.
턴디쉬(110)는 래들(130)로부터 용강(200)을 공급받아 이를 일시적으로 수용하고 주형 등으로 연속적으로 전달하는 부재로서, 턴디쉬 본체(111)와 턴디쉬 커버(112)를 포함할 수 있다.
여기서, 턴디쉬 본체(111)는 내부에 액적 형성장치(120) 및 슬리브(160) 등이 위치하는 부재로서, 래들(130)로부터 공급된 용강(200)을 수용할 수 있고 액적 형성장치(120)를 통해 액적화된 용강(200a)을 저장하여 예를 들어 주형 등으로 전달할 수 있다. 또한, 턴디쉬 커버(112)는 턴디쉬 본체(111)의 개구된 일측을 커버하여 턴디쉬 본체(111) 내에 저장된 용강(200b)에 불순물이 침투되지 않도록 할 수 있다. 이때, 턴디쉬 커버(112)에는 턴디쉬 본체(111) 내에 슬래그(202) 또는 턴디쉬 플럭스(203) 등을 삽입하기 위한 투입홀(115), 및 용강(200)을 주입할 수 있도록 개방된 개구부(114)가 형성될 수 있다. 또한, 턴디쉬 본체(111)의 내측벽 일측에는 용강 수용부(121)에서 오버플로우(over flow)되는 용강(200)을 외부로 배출하기 위한 오버플로우 홀(117)이 형성될 수 있다. 또한, 턴디쉬 본체(111)에는 저장된 용강(200b)을 예를 들어, 주형 등으로 배출하는 용강출구(116)가 형성될 수 있다.
한편, 턴디쉬 커버(112)에 형성된 개구부(114)를 통하여 용강(200)이 공급될 수 있는데, 구체적으로 개구부(114)로 롱노즐(150)이 삽입되어 롱노즐(150)을 통해 래들(130)로부터의 용강(200)을 용강 수용부(121) 내로 공급할 수 있다. 이때, 롱노즐(150)을 통해 용강(200)을 공급하는 경우, 용강(200)이 용강 수용부(121)에 낙하할 때 낙하 충격이 저하될 수 있어 용강(200)의 비산 등을 방지할 수 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않고 롱노즐(150) 없이 용강스트림의 형태로 용강 수용부(121) 내에 용강(200)을 공급하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 턴디쉬 커버(112)의 개구부(114)에 일부가 삽입되는 별도의 주입박스(pouring box)를 설치하여, 용강(200)이 보다 원활하게 공급되도록 할 수 있다. 또한, 래들(130)에 저장된 용강(200)은 예를 들어 컬렉터 노즐과 같은 개폐부(131)의 개폐에 의하여, 롱노즐(150)을 통해 용강 수용부(121)에 공급될 수 있다.
액적 형성장치(120)는 턴디쉬(110) 내에 설치되어 용강(200)을 액적화하는 장치로서, 용강 수용부(121) 및 액적 형성부(122)를 포함할 수 있다.
여기서, 용강 수용부(121)는 턴디쉬 본체(111)의 내부에 설치될 수 있는데, 예를 들어 용기 형상을 가져 래들(130)로부터 전달되는 용강(200)을 수용할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 용강 수용부(121)는 턴디쉬 본체(111)의 내부의 어느 일측에 밀착되도록 설치될 수 있다. 또한, 용강 수용부(121)의 상부는 개방되어 있을 수 있으며, 이에 따라 개방된 상부를 통해 롱노즐(150)이 삽입되어 용강(200)을 공급받을 수 있다. 한편, 용강 수용부(121)는 래들(130)로부터 낙하되는 용강(200)의 낙하 충격을 일정 부분 흡수한 후 수용된 용강(200) 중 유동하는 부분, 예를 들어 넘치는 부분을 액적 형성부(122)에 전달하는바, 액적 형성부(122)는 용강 수용부(121)의 존재로 인하여 상대적으로 큰 힘을 받지 않아 충격에 의해 손상될 가능성이 감소될 수 있다. 또한, 용강 수용부(121)는 일정한 속도 및 양으로 용강(200)을 액적 형성부(122)에 전달할 수 있어, 공정 효율이 향상될 수 있다. 단, 용강 수용부(121)의 구조는 용기 형상에 한정되지 않고, 턴디쉬 본체(111)의 일측을 가로막아 형성되는 경우도 가능하다 할 것이다.
한편, 액적 형성부(122)는 용강 수용부(121)로부터 전달되는 용강(200)을 액적화하는 부재로서 턴디쉬 본체(111)의 내부에 설치될 수 있다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 용강 수용부(121)에 용강(200)이 계속 공급되어 용강 수용부(121)에서 용강(200)이 넘치는 경우, 넘치는 용강(200)은 인접한 액적 형성부(122)로 전달될 수 있고, 액적 형성부(122)에 전달된 용강(200)은 액적화되어 턴디쉬 본체(111)에 낙하할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100a)는 턴디쉬 본체(111)의 내부에 위어(140)를 더 포함할 수 있다. 이때, 위어(140)는 턴디쉬 본체(111)의 내측벽에 의해 지지될 수 있으며 상부에는 액적 형성부(122)가 위치할 수 있다. 따라서, 액적 형성부(122)는 용강 수용부(121) 및 위어(140)에 의해 지지될 수 있다. 또한, 액적 형성부(122)는 턴디쉬 본체(111)의 내측벽에 의해 폭 방향으로 지지될 수 있다.
이때, 위어(140)의 하부에는 개방부(141)가 구비될 수 있다. 따라서, 액적 형성부(122)를 통과하여 액적화된 용강(200a)은 위어(140)의 개방부(141)를 통해 턴디쉬 본체(111) 내에서 자유롭게 이동이 가능하며, 턴디쉬 본체(111) 내에 저장된 용강(200b)은 용강출구(116)를 통해 주형 등으로 배출될 수 있다. 한편, 턴디쉬 본체(111) 내에 저장된 용강(200b) 상면에는 턴디쉬 플럭스(203)를 투입하여 용강(200b)을 보호할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적 형성부(122)의 평면도이고, 도 4는 도 2에 도시한 A 부분의 확대도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 액적 형성부(122)에 대해 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 액적 형성부(122)에는 다수의 액적홀(124)이 구비될 수 있다. 따라서, 용강 수용부(121)에서 전달된 용강(200)은 액적홀(124)을 통과하면서 작은 크기로, 즉 액적화되어 토출될 수 있다. 한편, 이러한 액적홀(124)의 크기는 6.5mm 이상인 경우 액적 정련을 실시하지 않는 경우와 큰 차이가 없어 액적 정련 효과가 거의 나타나지 않을 수 있으므로, 액적홀(124)의 크기를 6.5mm 이하로 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 액적홀(124)의 크기가 6.5mm 이하에서도 작을수록 용강(200) 내의 전산소 함량을 낮출 수 있지만 주조속도가 느려지는 문제가 있으므로, 통상적인 주조속도, 정련 공정의 효율성을 고려하여 액적홀(124)의 크기 및 개수를 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 액적 형성부(122)의 액적홀(124)은 서로 높이가 상이한 다수의 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)으로 구분될 수 있다. 구체적으로, 액적 형성부(122)는 다수 회 단차진 형상을 가질 수 있고, 각각의 단차에 서로 다른 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)이 위치할 수 있다. 이때, 내측에 위치한 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)일수록 액적홀(124)의 높이가 낮을 수 있다. 또한, 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)은 최내측에 위치한 제1 액적홀 그룹(127a)과 같이 다수의 열로 구성될 수도 있지만, 제2 액적홀 그룹(127b), 제3 액적홀 그룹(127c), 제4 액적홀 그룹(127d)과 같이 하나의 열로 구성될 수도 있다. 이때, 최내측에 위치한 제1 액적홀 그룹(127a)은 다른 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)에 비하여 많은 열로 구성되어 포함된 액적홀(124)의 개수가 상대적으로 많을 수 있다. 또한, 도 3에서는 액적 형성부(122)가 일측으로만 단차진 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 일측과 타측 모두 단차진 경우도 가능하고, 사방으로 모두 단차진 경우도 가능하다 할 것이다. 결국, 액적 형성부(122)는 다수 회 단차진 형상으로 인하여, 단계적으로 내측을 향해 함몰된 형상을 가질 수 있다. 한편, 도 3 및 도 4에서는 액적홀(124)이 4개의 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)으로 구분된 경우를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
또한, 액적 형성부(122)는 대략적으로 턴디쉬 본체(111)의 내측벽에 대응되도록 직사각형의 용기 형태로 이루어질 수 있고, 액적 형성부(122)의 외측벽은 용강 수용부(121), 위어(140), 및 턴디쉬 본체(111)의 내측벽에 안착되어 장착될 수 있다. 또한, 액적 형성부(122)에는 액적홀(124)이 형성된 영역의 반대편에 개방홀(123)이 형성될 수 있으며, 개방홀(123)의 하부에는 용강 수용부(121)가 위치할 수 있고 개방홀(123)을 통해 롱노즐(150)이 삽입되어 래들(130)로부터의 용강(200)이 용강 수용부(121)에 공급될 수 있다. 따라서, 액적 형성부(122)의 개방홀(123)의 크기는 용강 수용부(121)의 상면 개구 영역 및 슬리브(160)의 중공(161)의 크기보다 크거나 같을 수 있고 위치도 대응될 수 있다. 또한, 액적 형성부(122)에 있어서, 개방홀(123)의 주위 영역은 용강 수용부(121)에 의해 지지될 수 있다. 한편, 도 3에서는 개방홀(123)을 원형으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 개방홀(123)의 형상으로서 다각형, 또는 다각형과 곡선의 조합 등 다양하게 구현될 수 있다.
한편, 용강 수용부(121)로부터 전달된 용강(200)이 액적 형성부(122) 상에서 넘쳐 액적화되지 않은 상태로 턴디쉬 본체(111)로 바로 전달되는 일이 없도록, 액적 형성부(122)에는 측벽부(125, 126)가 구비되고, 측벽부(125, 126)는 액적홀(124) 및 개방홀(123)이 형성된 영역에 비하여 높이가 높을 수 있다. 이때, 액적 형성부(122)의 일측 측벽부(126)는 용강 수용부(121)와 턴디쉬 본체(111) 간으로 용강(200)이 넘치지 않도록 하고, 타측 측벽부(125)는 액적 형성부(121) 상에서 용강(200)이 넘치지 않도록 할 수 있다. 또한, 액적 형성부(122)의 일측 측벽부(126)는 턴디쉬 본체(111)의 내측벽에 밀착되어 턴디쉬 본체(111)에 의해 지지될 수 있다. 한편, 측벽부(125, 126)도 액적 형성부(122)의 액적홀(124)이 형성된 영역과 같이 1회 이상 단차지게 구성할 수 있다.
슬리브(160)는 도 4에 도시한 바와 같이, 액적 형성장치(120)로부터 이격 설치되어, 용강(200)의 탕면 안정성을 향상시키는 부재이다.
여기서, 슬리브(160)는 턴디쉬 커버(112)의 개구부(114)로부터 연장되어 용강 수용부(121)의 상부에 이격된 상태로 설치될 수 있다(도 2 참조). 또한, 슬리브(160)는 내부에 중공(161)이 형성된 파이프 형태를 가질 수 있고, 중공(161) 내에 래들(130)로부터 공급되는 용강(200)을 수용할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 슬리브(160)가 롱노즐(150)과 함께 이로부터 공급된 용강(200)을 둘러싸도록 구현될 수 있다. 따라서, 슬리브(160)가 둘러싼 용강(200)의 높이와 액적 형성부(122) 상의 용강(200)의 높이는 서로 상이할 수 있으며, 먼저 슬리브(160) 내로 용강(200)이 공급되고 공급된 용강(200) 중 일부가 액적 형성부(122)로 전달되는바, 전자가 후자에 비해 높이가 높을 수 있다. 이때, 용강 수용부(121)에 수용된 용강(200) 및 슬리브(160)에 의해 둘러싸져 수용된 용강(200)은, 용강 수용부(121) 및 슬리브(160) 간의 이격 공간을 통해 액적 형성부(122)로 전달될 수 있으며, 이에 따라 액적 형성부(122)에서는 전달된 용강(200)의 액적화를 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 슬리브(160)의 설치에 의해 래들(130)로부터 공급되는 용강(200)의 탕면 안정성이 향상될 수 있다. 구체적으로, 슬리브(160)가 없이 롱노즐(150)을 통해 용강(200)이 공급되는 경우, 롱노즐(150)이 용강 수용부(121) 내의 용강(200)에 침적되면 용강(200) 상면의 탕면 변동이 심해지게 된다. 이때, 용강 수용부(121)에 수용된 용강(200)의 탕면 변동이 심해지면, 액적 형성부(122)에 전달되는 용강(200)의 양이 불안정해지고 탕면 변동이 심해지며, 액적 형성부(122)에 전달되는 용강(200)의 양이 일시적으로 증가 또는 감소되면서 액적화 속도도 변동될 수 있다. 특히, 액적 형성부(122)에 전달되는 용강(200)의 양이 일시적으로 증가되면 액적화 속도가 빨라져 정련 효율이 감소될 수 있는 문제점이 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100a)는 슬리브(160)를 포함하는바, 이러한 탕면 변동은 슬리브(160) 내에서만 일어날 수 있고, 이에 따라 액적 형성부(122)에 전달되는 용강(200)의 양은 일정하며 탕면 변동이 덜 할 수 있다. 즉, 용강 수용부(121) 상부에 슬리브(160)가 위치되어, 탕면 변동이 슬리브(160)의 중공(161) 내에서만 일어나도록 유도함으로써, 액적 형성부(122) 상에서는 탕면 안정성을 확보할 수 있는 것이다.
도 5는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 슬리브(160) 및 슬리브 지지체(162)의 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 슬리브(160) 및 슬리브 지지체(162)의 저면도이며, 도 7은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 슬리브(160) 및 용강 수용부(121) 간의 간격 설정을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 슬리브(160)에 대해 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 슬리브(160)는 내부에 중공(161)을 갖는 파이프 형상을 가질 수 있다. 또한, 이러한 슬리브(160)의 형상은 원통형, 각형, 또는 이들을 조합한 형태가 될 수 있다. 또한, 슬리브(160) 하부에는 슬리브 지지체(162)가 연장될 수 있으며, 슬리브 지지체(162)는 슬리브(160)의 둘레를 따라 예를 들어 3~4개로 구성될 수 있다. 따라서, 슬리브 지지체(162)는 슬리브(160)를 용강 수용부(121)로부터 이격시키면서, 슬리브(160)가 용강 수용부(121)에 지지되도록 할 수 있다. 이때, 슬리브 지지체(162)의 연장 길이는 슬리브(160)와 용강 수용부(121) 간의 간격(h; 도 7에 도시)이 될 수 있다.
이때, 도 7에 도시한 바와 같이, 슬리브(160)가 용강(200)의 탕면 안정성을 향상시키기 위해서는 용강 수용부(121)로부터 적합한 거리에 이격되어야 한다. 그렇지 않고 슬리브(160)가 용강 수용부(121)로부터 너무 멀어지면 슬리브(160)의 하면이 액적 형성부(121)의 용강(200)의 탕면에 가까워져 중공(161) 내부의 유동이 슬리브(160)의 바깥으로 전달되어 탕면 안정화 효과가 감소될 수 있다. 또한, 슬리브(160)가 용강 수용부(121)에 너무 근접해 버리면 슬리브(160) 및 용강 수용부(121) 간의 간격(h)이 너무 작아져, 상기 간격(h)으로 빠져나오는 용강(200)의 유속이 증가되며, 이에 따라 액적 형성부(121) 상의 용강(200) 탕면이 심하게 변동될 수 있다.
이때, 본 발명의 발명자는 이러한 문제점에 착안하여 실험을 실시하였고, 이에 따라 h/H≤0.8 및 V≤20(cm/sec)가 되도록 슬리브(160)를 설계하는 것이 탕면 안정성 확보 측면에서 바람직함을 도출할 수 있었다(h : 슬리브(160)와 용강 수용부(121) 간의 간격, H : 정상주조시 액적 형성부(121) 상의 용강(200)의 상면 높이, V : 슬리브(160)와 용강 수용부(121) 간의 이격 공간을 통과하는 용강(200)의 평균 유속(cm/sec)).
도 8 및 도 9는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적 형성부(122)와 비교하기 위한 도면이고, 도 10 및 도 11은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적 형성부(122)의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 이를 참조하여 액적 형성부(122)의 기능을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저 도 8을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 액적 형성부(10)는 정상주조시 토출되는 유량에 맞게 액적홀(11)의 크기 및 개수가 설계될 수 있다. 또한, 정상주조시 h/H≤0.8이 되도록 액적 형성부(10) 상의 용강(20)의 높이에 맞춰 슬리브와 용강 수용부 간의 간격이 결정될 수 있다. 그러나, 주조 등의 공정을 진행하다 보면 주조속도를 감속시킬 때가 있으며, 주조속도가 감소되면 용강(20)의 토출량 감소로 인하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 액적 형성부(10) 상의 용강(20)의 높이 또한 낮아지게 된다. 이때, 액적 형성부(10) 상의 용강(20)의 높이가 슬리브와 용강 수용부 간의 간격 높이보다 낮아지면, 앞서 설명한 바와 같이 슬리브 내의 탕면 변동이 외부로 전달되어 액적 형성부(10) 상의 용강(20)의 탕면 안정성이 저해될 수 있다.
이를 수식으로 정리하자면 다음과 같다. 먼저, 도 8과 같이 정상주조시 액적 형성부(10)의 액적홀(11)을 통해 용강(20)이 배출되는 경우, 단위 액적홀(11)당 토출 유랑은 용강(20) 높이에 비례하고 액적홀(11)의 면적에 비례하는 관계가 성립되어, 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012038418348-pat00002
q : 정상주조시 단위 액적홀당 토출유량
c : 상수
A : 액적홀의 면적
H : 정상주조시 액적 형성부 상의 용강 높이
t : 액적 형성부의 액적홀이 형성된 영역의 두께(액적홀의 높이)
여기서, 통상적으로 주조조건 변동에 의한 주조속도 감속량은 20% 내외에서 이루어질 수 있다. 이때, 도 9와 같이 용강(20) 토출량은 이와 동시에 같은 비율로 감소하는바, 20% 감속시의 토출 유량은 다음식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112012038418348-pat00003
상기 식을 정리하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012038418348-pat00004
상기 식에서 알 수 있듯이 주조속도가 20% 감속되면 정상주조시 용강(20)의 높이(H)에 비해서 용강(20)의 높이가 감소하고, 액적형성부(10)의 액적홀(11)이 형성된 영역의 두께(t)를 고려할 경우 용강(20)의 높이(H-20%)는 정상주조시 높이(H)의 60% 이하로 낮아질 수 있다. 이와 같이 용강(20)의 높이가 낮아지는 경우 앞서 설명한 바와 같이 탕면 안정성이 저해될 수 있다. 본 발명의 발명자는 이러한 점을 고려하여 주조속도가 20% 감속되더라도 액적 형성부(10)의 용강(20)의 높이가 슬리브와 용강 수용부 간의 간격보다 높거나 적어도 같게 되도록 액적 형성부(10)의 형상을 설계하였고, 이에 대해서는 도 10 및 도 11을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 하겠다.
도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액적 형성부(122)는 단차진 형상을 가질 수 있고, 이에 따라 서로 다른 단차부에 위치한 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)의 액적홀(124)의 높이는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 정상주조시에는 도 10과 같이 상대적으로 많은 수(N)의 액적홀(124)이 액적 형성부(122) 상의 용강(200) 높이 이하에 배열될 수 있으며, 주조속도 감속시에는 도 11과 같이 상대적으로 적은 수(N-20%)의 액적홀(124)이 용강(200) 높이 이하에 배열될 수 있다.
이때, 내측이 함몰되도록 액적 형성부(122)를 단차지게 구성하는 경우, 주조속도 감속으로 인해 액적 형성부(122)에 전달되는 용강(200)의 양이 점차 적어지더라도, 액적 형성부(122) 상의 용강(200)의 높이는 도 8 및 도 9의 경우에 비해 상대적으로 덜 낮아질 수 있다. 구체적으로, 액적 형성부(122)가 수용하는 용강(200)의 부피는 액적 형성부(122)에 수용된 용강(200)의 단면적과 용강(200)의 높이의 곱으로 나타낼 수 있다. 여기서, 주조속도 감속으로 인해 액적 형성부(122)에 전달되는 용강(200)의 양(부피)이 점차 적어지면, 액적 형성부(122)의 함몰된 형상으로 인하여 용강(200)은 점차 내측으로 몰리게 될 수 있다. 이때, 용강(200)이 점차 내측으로 몰리면 액적 형성부(122)에 수용된 용강(200)의 단면적이 점차 작아지며, 이에 따라 용강(200)의 높이는 상대적으로 덜 낮아지게 될 수 있다.
한편, 본 발명의 발명자는 바람직한 액적 형성부(122)의 설계를 위하여 다음과 같이 수식을 정리하였다. 이때, 정상주조시 용강 높이 이하에 배열되는 액적홀(124)의 수량을 고려하면, 정상주조시 전체 액적홀(124)의 토출유량과 주조속도 감소시 전체 액적홀(124)의 토출유량은 각각 다음과 같은 관계가 있다.
Figure 112012038418348-pat00005
Figure 112012038418348-pat00006
Q : 정상주조시 전체 액적홀의 토출유량
N : 정상주조시 용강 높이 이하에 배열되는 액적홀의 수량
q : 정상주조시 단위 액적홀당 토출유량
c : 상수 A : 액적홀의 면적
H : 정상주조시 액적 형성부 상의 용강 높이
t : 액적 형성부의 제1 액적홀 그룹(127a)의 액적홀이 형성된 영역의 두께(최내측 액적홀 그룹의 액적홀 높이)
Q-20% : 주조속도 감속시 전체 액적홀의 토출유량
N-20% : 주조속도 감속시 용강 높이 이하에 배열되는 액적홀의 수량
q-20% : 주조속도 감속시 단위 액적홀당 토출유량
H-20% : 주조속도 감속시 액적 형성부 상의 용강 높이
상기의 두 식을 정리하면 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.
Figure 112012038418348-pat00007
이때, 주조속도의 20% 감속시 용강(200) 높이(H-20%)는 정상주조시 슬리브(160)와 용강 수용부(121) 간의 간격(h)보다 높아야 탕면 안정성을 확보할 수 있고, 슬리브(160)와 용강 수용부(121) 간의 간격은 앞서 살핀 바와 같이 정상주조시 용강(200) 높이(H)의 0.8배 이하이므로, 주조속도의 20% 감속시 용강(200) 높이(H-20%)는 정상주조시 용강(200) 높이(H)의 80% 이하인 것이 바람직하다.
이 식을 정리하면 다음과 같다.
Figure 112012038418348-pat00008
결국, 정상주조시 용강 높이(H) 이하에 배열된 액적홀(124)의 수량(N)과 20% 주조속도 감속시 용강 높이(H-20%) 이하에 배열된 액적홀(124)의 수량(N-20%)의 관계가 상기와 같은 식을 만족하도록 액적 형성부(122)를 단차지게 구성하는 경우, 주조속도 감속시에도 탕면 안정성을 확보할 수 있는 것이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액적 형성부(122)를 나타낸 도면이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 액적 형성부(122)에 대해 살펴보기로 한다.
본 실시예에 따른 액적 형성부(122)는 이전 실시예와는 달리 단차지지 않고, 내측이 함몰되도록 경사진 것을 특징으로 한다. 따라서, 이전 실시예와 마찬가지로 액적홀(124)은 서로 높이가 다른 다수의 액적홀 그룹(127a, 127b, 127c, 127d)을 포함할 수 있다. 이에 따라 정상주조시 액적 형성부(122) 상의 용강(200) 높이 이하에 배열된 액적홀(124)의 개수(N; 도 12의 경우)와 주조속도 감속시 액적홀(124)의 개수(N-20%; 도 13의 경우)가
Figure 112012038418348-pat00009
의 식에 만족되도록 액적 형성부(122)의 경사도를 조절함으로써, 주조속도 감속시에도 탕면 안정성을 확보할 수 있다. 한편, 액적 형성부(122)의 측벽부(125) 또한 경사지게 구현하여, 전체적인 경사선이 부드럽게 연결되도록 할 수 있다.
도 14는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202)를 통과하는 과정을 설명하기 위한 공정 개략도이고, 도 15는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202)에서 반응하는 현상을 연속적으로 도시한 사진도이다. 이하, 이를 참조하여 액적화된 용강(200a)이 정련되는 과정을 설명하기로 한다.
도 14에 도시한 바와 같이, 액적 형성부(122)의 액적홀(124)을 통과한 용강(200a)은 일정한 크기의 미세 액적으로 형성될 수 있다. 이후, 일정한 크기를 갖는 액적화된 용강(200a)은 낙하하여 용강 저장부(113)에 저장된 용강(200b)의 상면에 형성된 슬래그(202)의 표면에 충돌한다. 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202)를 통과하는 동안, 충돌 과정에서 용강(200a) 내 개재물은 슬래그(202)로 흡수되고 비중차에 의해 낙하된 용강(200a)은 용강 저장부(113)에 저장된 용강(200b)에 흡수된다(도 2 참조). 이 경우 슬래그(202)를 통과한 액적화된 용강(200a)은 개재물이 제거되어 청정도가 우수해질 수 있다.
또한, 액적화된 용강(200a)은 슬래그(202)를 통과하면서 전산소양이 감소될 수 있다. 이때, 액적화된 용강(200a)은 슬래그(202)에 대한 반응 면적이 기존에 비하여 크므로, 전산소양이 현저히 감소될 수 있다. 또한, 슬래그(202)의 조성비는CaO : 30~45%, SiO2 : 15~35%, Al2O3 : 15~30%, MgO : 10~20%인 것이 바람직한데, 슬래그(202)가 상기와 같은 조성비를 갖는 경우 액적화된 용강(200a)의 전산소양이 32~39ppm 감소되어 고 청정 용강을 제조할 수 있기 때문이다. 또한, 액적화된 용강(200a)의 전산소양을 더욱 감소시키기 위해서는 슬래그(202)의 두께를 적어도 20mm 이상 확보하는 것이 바람직하다.
한편, 도 15를 참조하여 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202) 표면에서 반응하는 현상을 살펴보기로 한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 액적화된 용강(200a)은 슬래그(202) 표면에 충돌하여 통과할 때, 개재물이 제거될 수 있다. 먼저 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202) 표면에 낙하할 때 시간에 따른 액적화된 용강(200a)의 형상 변화(t0 ~ t8)를 살펴보기로 한다. 상기 연속 사진도를 보면, 먼저 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202)의 표면과 접촉하게 된다(t0). 이후 상기 슬래그(202) 표면에 충돌한 액적화된 용강(200a)은 시간 경과에 따라 슬래그(202) 표면에서 슬래그(202)와 50%이상 접촉하여 얇게 퍼지는 현상(Spreading, t1 ~ t8)이 나타나며, 이에 따라 액적화된 용강(200a)의 개재물의 이동거리가 감소하고 이동속도 또한 증가하게 되어 개재물 제거가 용이하게 일어나게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 고 청정 용강 정련 장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
110 : 턴디쉬 111 : 턴디쉬 본체
112 : 턴디쉬 커버 114 : 개구부
120 : 액적 형성장치 121 : 용강 수용부
122 : 액적 형성부 124 : 액적홀
127a, 127b, 127c, 127d : 액적홀 그룹
130 : 래들 140 : 위어
150 : 롱노즐 160 : 슬리브
161 : 중공 162 : 슬리브 지지체
200 : 용강

Claims (14)

  1. 턴디쉬; 및
    상기 턴디쉬의 내부에 위치되어 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬의 내부에 위치되어 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강을 액적화하는 다수의 액적홀을 구비하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치;
    를 포함하고,
    상기 다수의 액적홀은 서로 다른 높이를 갖는 다수의 액적홀 그룹으로 구분되는 고 청정 용강 정련 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액적홀 그룹 중 내측에 위치한 액적홀 그룹의 액적홀의 높이는, 외측에 위치한 액적홀 그룹의 액적홀의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액적 형성부는, 상기 다수의 액적홀 그룹의 액적홀의 높이가 서로 상이할 수 있도록 단차진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액적 형성부는, 상기 다수의 액적홀 그룹의 액적홀의 높이가 서로 상이할 수 있도록 경사진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용강 수용부에 이격되게 상기 턴디쉬 내부에 위치되되, 상기 래들로부터 상기 용강 수용부에 공급되는 용강을 둘러싸는 슬리브;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬리브와 상기 용강 수용부 간의 간격은 정상주조시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이의 0.8배 이하인 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    정상주조시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량과 주조속도 20% 감속시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량은 다음과 같은 [수학식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112012038418348-pat00010

    (N : 정상주조시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량, 주조속도 -20% 감속시 상기 액적 형성부 상의 상기 용강의 높이 이하에 배열된 액적홀의 수량, H : 정상주조시 상기 액적 형성부 상의 용강 높이, t : 상기 액적 형성부의 최내측 액적홀 그룹의 액적홀의 높이)
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액적 형성부는 내측을 향하여 함몰된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 턴디쉬는, 턴디쉬 본체, 및 상기 턴디쉬 본체의 일측을 커버하되 상기 래들로부터의 용강이 통과되도록 개구부가 형성된 턴디쉬 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 슬리브를 상기 액적 형성장치로부터 이격시키도록, 상기 슬리브로부터 연장되어 상기 슬리브를 상기 액적 형성장치에 지지시키는 슬리브 지지체;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 용강은 상기 용강 수용부와 상기 슬리브 간의 이격 공간을 통해 상기 용강 수용부로부터 상기 액적 형성부에 전달되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용강은 상기 용강 수용부로부터 유동하여 상기 액적 형성부로 전달되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 액적 형성부를 거쳐 액적화된 상기 용강은 상기 턴디쉬 내로 낙하하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 턴디쉬 내로 낙하한 용강의 상면에는 슬래그가 위치하고, 상기 액적 형성부를 거쳐 액적화된 상기 용강은 상기 슬래그를 거쳐 정련되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
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