KR101356858B1 - 고 청정 용강 정련 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고 청정 용강 정련 장치에 관한 것으로, 턴디쉬, 상기 턴디쉬 내부에 위치하여 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬 내부에 위치되어 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강을 액적화하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치, 및 상기 용강 수용부 상에 위치하되, 상기 액적 형성부로 상기 용강이 전달되도록 토출구가 형성된 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브의 일측면은 상기 액적 형성부의 일측면과 인접하여 나란히 배치되며, 용강의 개재물 및 전산소양을 감소시키고 용강의 탕면 안정성을 향상시키며 액적 형성부 상의 래들 필러를 효과적으로 제거할 수 있는 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, 상기 턴디쉬 내부에 위치하여 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬 내부에 위치되어 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강을 액적화하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치, 및 상기 용강 수용부 상에 위치하되, 상기 액적 형성부로 상기 용강이 전달되도록 토출구가 형성된 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브의 일측면은 상기 액적 형성부의 일측면과 인접하여 나란히 배치될 수 있다.
여기서, 상기 슬리브는 상기 래들로부터 공급되는 용강을 둘러싸도록 내측에 중공이 형성될 수 있다.
또한, 상기 토출구는, 상기 슬리브의 일측면과 인접한 양측면에 각각 형성되는 두 개의 제1 토출구, 및 상기 슬리브의 일측면과 반대되는 타측면에 형성되는 제2 토출구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 제1 토출구의 시작지점까지의 거리는, 상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 일측면과 반대되는 타측면까지의 거리의 0.2배 이하일 수 있다.
또한, 상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 제1 토출구의 종료지점까지의 거리는, 상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 일측면과 반대되는 타측면까지의 거리의 0.3배 이상 및 0.4배 이하일 수 있다.
또한, 상기 두 개의 제1 토출구 간의 거리는, 상기 액적 형성부의 일측면과 인접한 양측면 사이의 거리의 0.5배 이하일 수 있다.
또한, 상기 토출구를 통과하는 상기 용강의 유속은 200㎜/sec 이상 및 300㎜/sec 이하일 수 있다.
또한, 상기 슬리브의 일측면과 반대되는 타측면은 라운드진 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 액적 형성부에는 상기 용강 수용부로부터 전달된 상기 용강이 액적화될 수 있도록 다수의 액적홀이 형성되고, 상기 래들로부터의 상기 용강이 상기 액적 형성부를 통과하여 상기 용강 수용부로 공급될 수 있도록 개방홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 액적홀은 상기 개방홀의 일측면을 제외한 세 측면의 외측에 형성될 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 내에 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 수용부 상에 슬리브를 설치함으로써, 액적 형성부 상의 용강의 탕면을 안정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 슬리브의 토출구를 통과하는 용강의 유속, 또는 토출구의 설계를 제어함으로써 액적 형성부 상에 전달된 용강이 정체되지 않도록 하고, 이에 따라 래들 필러가 액적 형성부 상에 남지 않도록 하여 용강의 재산화를 방지하고 액적 형성부의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 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 슬리브의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 슬리브의 저면도이다.
도 7 및 도 8은 슬리브 및 액적 형성부의 상면도이다.
도 9는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적화된 용강이 슬래그를 통과하는 과정을 설명하기 위한 공정 개략도이다.
도 10은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적화된 용강이 슬래그에서 반응하는 현상을 연속적으로 도시한 사진도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치의 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시한 고 청정 용강 정련 장치에 용강이 채워진 모습을 나타낸 단면도이다.
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, 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 일 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), 턴디쉬(110) 내에 설치되어 용강(200)을 액적화하는 액적 형성장치(120), 및 용강 수용부(121) 상에 위치되어 용강(200)의 탕면 안정성을 향상시키는 슬리브(160)를 포함할 수 있다.
턴디쉬(110)는 래들(130)로부터 용강(200)을 공급받아 이를 일시적으로 수용하여 주형 등에 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 감소시킬 수 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않고 롱노즐(150) 없이 용강스트림의 형태로 용강 수용부(121) 내로 용강(200)을 공급하는 것도 가능하다. 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.
또한, 액적홀(124)은 용강 수용부(121) 또는 슬리브(160)가 위치된 영역의 외측에 형성될 수 있다. 즉, 도 3에서 개방홀(123)이 형성된 영역을 제외하고 액적홀(124)이 구비될 수 있다. 따라서, 액적홀(124)은 전체적으로 개방홀(123)의 세 측면을 둘러싸도록 액적 형성부(122)에 위치될 수 있다.
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 개방홀(123)이 형성될 수 있고, 개방홀(123)의 하부에는 용강 수용부(121)가 위치하고 상부에는 슬리브(160)가 위치할 수 있다. 또한, 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 영역의 크기 및 슬리브(160)의 중공(161)의 크기와 동일하거나 유사할 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 일면이 라운드진 형상으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 개방홀(123)의 형상으로서 다각형, 원형, 또는 이들의 조합 등 다양하게 구현할 수 있다. 단, 슬리브(160)의 형상을 고려하여 슬리브(160)의 단면과 유사한 형상으로 구현하는 것이 바람직하다.
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 단차부(125, 126)가 구비될 수 있다. 이때, 액적 형성부(122)의 일측 단차부(126)는 용강 수용부(121)와 턴디쉬 본체(111) 간으로 용강(200)이 넘치지 않도록 하고, 타측 단차부(125)는 액적 형성부(121) 상에서 용강(200)이 넘치지 않도록 할 수 있다. 또한, 액적 형성부(122)의 일측 단차부(126)는 턴디쉬 본체(111)의 내측벽에 밀착되어 턴디쉬 본체(111)에 의해 지지될 수 있다.
슬리브(160)는 도 4에 도시한 바와 같이, 용강 수용부(121) 상에 위치되어, 용강(200)의 탕면 안정성을 향상시키는 부재이다.
여기서, 슬리브(160)는 턴디쉬 커버(112)의 개구부(114)로부터 연장되어 용강 수용부(121)의 상부에 위치될 수 있다. 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(121) 상에 전달된 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, 슬리브(160)에 형성된 토출구(165)를 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.
한편, 슬리브(160)의 일측면(162)은 액적 형성부(122)의 일측면(127)과 인접하게 나란히 배치될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 슬리브(160)의 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 슬리브(160)의 저면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 슬리브(160)의 형상에 대해 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 일측면(162)을 포함한 세 측면이 직방체 형상을 이루고, 일측면(162)과 반대되는 면인 타측면(163)이 외부로 볼록하게 라운드지도록 구현될 수 있다. 즉, 전체적으로 사각 파이프 형상을 이루되, 하나의 측면이 외부로 라운드지게 돌출된 형상으로 구현될 수 있다. 단, 슬리브(160)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 원통형, 각형, 또는 이들을 조합한 형태가 될 수 있다.
또한, 슬리브(160) 하부에는 토출구(165)가 구비될 수 있으며, 이러한 토출구(165)를 통해 용강 수용부(121)의 용강(200)이 액적 형성부(122)로 전달될 수 있다. 이때, 토출구(165)는 제1 토출구(166) 및 제2 토출구(167)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 토출구(166)는 슬리브(160)의 일측면(162)과 인접한 양측면(164)에 각각 형성되어 2개로 구성될 수 있고, 제2 토출구(167)는 타측면(163)에 형성될 수 있다. 이때, 슬리브(160)의 일측면(162)은 액적 형성부(122)의 일측면(127)에 인접하게 나란히 위치되어, 슬리브(160)의 일측면(162)과 액적 형성부(122)의 일측면(127) 사이의 공간은 상대적으로 좁게 형성되는바, 슬리브(160)의 일측면(162)에는 토출구(165)가 형성되지 않을 수 있다. 또한, 공간의 한계로 인해 슬리브(160)의 일측면(162)과 액적 형성부(122)의 일측면(127) 사이에는 액적홀(124)이 구비되지 않을 수 있고, 전체적으로 슬리브(160)의 일측면(162)을 제외한 세 측면의 외측에 액적홀(124)이 형성된 구조를 가질 수 있다.
한편, 일반적으로 주조 초기나 래들 교환시 래들 필러를 용강(200)과 함께 공급한다. 이러한 래들 필러가 용강(200)에 계속 남아있는 경우 용강(200) 내 개재물이 되어 용강(200)을 재산화시키는 문제점이 있는바, 이를 걸러내는 것이 바람직하다. 구체적으로, 래들 필러는 주성분으로 Cr2O3, SiO2, Fe2O3 등 약한 산화물을 포함하고 있으며, 약한 산화물은 아래식과 같은 반응으로 용강(200)에서 분해되어 용존 산소를 증가시킬 수 있다.
Cr2O3 = 2Cr + 3O, SiO2 = Si + 2O, Fe2O3 = 2Fe + 3O
이때, 상기와 같이 용존 산소가 증가되면, 용존 산소는 강중의 강한 산화물과 반응을 야기하거나 아래의 식과 같이 강중의 강한 산화물에 의해 직접 환원되면서 용강(200)의 재산화를 유발시켜 청정도를 저해하게 된다.
2Al + 3O = Al2O3, Si + 2O = SiO2, Mn + O = MnO
따라서, 래들 필러가 용강(200) 중에 남아있지 않도록 하는 것이 중요하다. 특히, 래들 필러가 액적 형성부(122) 상에 남아있는 경우, 액적 형성부(122) 상의 용강(200)이 모두 액적화되면 래들 필러가 액적홀(124)에 부착되어 액적홀(124)을 막음으로써 액적 형성부(122)를 손상시킬 수 있으므로, 래들 필러가 액적 형성부(122) 상의 용강(200) 중에 남아있지 않도록 하는 것이 중요할 수 있다. 종래에는 턴디쉬 본체 상부에 래들 필러 받이를 설치하여 용강을 공급할 때 래들 필러를 걸러내는 방식을 이용하였으나, 본 실시예와 같은 액적 형성장치(120)를 구비한 고 청정 용강 정련 장치(100)의 경우, 래들(130) 개공시 용강(200)이 공급될 때 래들의 풀오픈(full open)에 의해 상대적으로 부피가 작은 용강 수용부(121)에 용강(200)이 순식간에 차오르므로, 턴디쉬 본체(111) 내에 별도의 래들 필러 받이 등을 설치하기가 매우 어렵다.
결국, 본 실시예에서는 래들(130) 개공시 정상 유량 대비 4~6배의 많은 유량으로 인해 액적 형성부(122) 후단으로 오버플로우가 일어나 래들 필러가 배출되도록 유도하여, 정상주조시에는 액적 형성부(122) 상에 래들 필러가 잔존하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 래들(130) 개공시 오버플로우를 위하여 슬리브(160)의 토출구(165)를 통해 액적 형성부(122) 상에 전달되는 용강(200)이 정체되지 않고 빠르게 유동되는 것이 바람직한데, 이에 대해서는 이하에서 도 7 및 도 8을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하도록 하겠다.
도 7 및 도 8은 슬리브(160) 및 액적 형성부(122)의 상면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 슬리브(160)에 대해 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 슬리브(160)의 중공(161) 및 용강 수용부(121)에 수용된 용강(200)은 슬리브(160)에 형성된 토출구(165)를 통해 액적 형성부(122)로 전달될 수 있고, 액적 형성부(122)에 전달된 용강(200)은 액적홀(124)을 통과하여 액적화될 수 있다. 이때, 다수의 토출구(165)를 통하여 토출되는 용강(200)은 서로 간섭을 일으킬 수 있고, 특히 래들(130) 개공시 많은 양의 용강(200)이 한번에 공급되면 이러한 간섭에 의해 용강(200)이 정체되는 정체영역(200c)이 발생할 수 있다. 이러한 정체영역(200c)에서는 용강(200)의 유동이 상대적으로 작아 앞서 설명한 바와 같은 래들 필러가 정상 주조시까지 남아 있을 수 있으며, 래들 필러가 남아있는 경우 용강(200)이 재산화되고 액적 형성부(122)를 손상시킬 수 있다. 따라서, 슬리브(160)의 토출구(165)를 통과하는 용강(200)의 유속 및 토출구(165)의 설계를 제어하여, 이러한 정체영역(200c)이 생기지 않도록 하는 것이 중요할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 발명자는 이러한 점에 착안하여, 액적 형성부(122)에 전달된 용강(200)의 정체영역(200c)이 발생하지 않게 하는 용강(200)의 유속 및 토출구(165)의 설계를 도출할 수 있도록 실험을 실시하였다. 먼저, 슬리브(160)의 토출구(165)를 통과하는 용강(200)의 유속을 바꾸어 가면서 실험을 실시하였고, 이를 [표 1]에 도시하였다. 이때, 래들 필러 잔류지수는 비교예를 기준으로 상대적인 값으로 표시하였다.
V x1/X x2/X y/Y 래들 필러 잔류 지수 용강 스플래쉬 발생 정도
비교예 100


0.15


0.35


0.45		 100 매우 낮음
실시예 1 150 57 매우 낮음
실시예 2 200 18 낮음
실시예 3 250 11 낮음
실시예 4 300 8 보통
실시예 5 350 5 큼
실시예 6 400 4 큼
V : 슬리브(160)의 토출구(165)를 통과하는 용강(200)의 유속(㎜/sec)
X : 액적 형성부(122)의 길이
x1 : 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 시작지점(166a)까지의 거리
x2 : 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 종료지점(166b)까지의 거리
Y : 액적 형성부(122)의 폭
y : 2개의 제1 토출구(166) 간의 거리
여기서, [표 1]을 참조하면 토출구(165)를 통과하는 용강(200)의 유속이 빠를수록 정체영역(200c)이 감소되어 래들 필러가 신속히 배출될 수 있으며, 이에 따라 래들 필러 잔류 지수가 급격히 감소됨을 볼 수 있다. 그러나, 용강(200)의 유속이 너무 빠른 경우 액적 형성부(122) 상에서 용강 스플래쉬가 증가되어 조업 안정성이 저해되는 부작용이 발생할 수 있다. 따라서, 실시예로부터 슬리브(160)의 토출구(165)를 통과하는 용강(200)의 유속의 바람직한 범위는 200㎜/sec 이상 300㎜/sec 이하로 도출할 수 있다.
다음, 본 발명의 발명자는 제1 토출구(166)의 설계 변경으로 인한 래들 필러의 감소 정도를 도출하기 위해, 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 시작지점(166a) 까지의 거리(x1)를 바꿔가며 실험을 실시하였고, 이에 따른 결과를 [표 2]에 도시하였다. 이때, 제1 토출구(166)의 시작지점(166a)이란 제1 토출구(166)에 있어서 액적 형성부(122)의 일측면(127)에 가장 인접한 지점을 의미할 수 있다. 또한, 액적 형성부(122)의 길이(X)란 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 일측면(127)과 반대되는 면인 타측면(128)까지의 거리를 의미할 수 있다.
V x1/X x2/X y/Y 래들 필러 잔류 지수 용강 스플래쉬 발생 정도
실시예 3
250		 0.15
0.35
0.45		 11 낮음
실시예 7 0.10 8 낮음
실시예 8 0.20 12 보통
실시예 9 0.25 27 큼
여기서, [표 2]를 참조하면 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 시작지점(166a) 까지의 거리(x1)가 작을수록, 즉 제1 토출구(166)의 시작지점(166a)이 액적 형성부(122)의 일측면(127)에 가까워질수록 정체영역(200c)이 감소되며, 이에 따라 래들 필러 잔류 지수가 낮아짐을 알 수 있다. 또한, 상기 거리(x1)가 액적 형성부(122)의 길이(X)의 0.25배 이상이 되는 경우 용강 스플래쉬 발생 정도가 커짐을 알 수 있다. 따라서, 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 시작지점(166a) 까지의 거리(x1)는 액적 형성부(122)의 길이(X)의 0.2배 이하로 설계하는 것이 바람직할 수 있다.
다음, 본 발명의 발명자는 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 종료지점(166b)까지의 거리(x2)에 따른 래들 필러 잔류 정도를 체크하기 위한 실험을 실시하였고, 이를 [표 3]에 도시하였다. 이때, 제1 토출구(166)의 종료지점(166b)이란 제1 토출구(166)에 있어서 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 가장 먼 지점을 의미할 수 있다.
V x1/X x2/X y/Y 래들 필러 잔류 지수 용강 스플래쉬 발생 정도
실시예 3

250

0.15		 0.35

0.45		 11 낮음
실시예 10 0.25 10 높음
실시예 11 0.30 12 보통
실시예 12 0.40 23 낮음
실시예 13 0.45 32 낮음
여기서, [표 3]을 참조하면, 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 종료지점(166b)까지의 거리(x2)가 액적 형성부(122)의 길이(X)의 0.25배 이하로 작아지는 경우 용강 스플래쉬 발생 정도가 높아짐을 도출할 수 있다. 또한, 상기 거리(x2)가 액적 형성부(122)의 길이(X)의 0.40배 이상으로 커지는 경우 정체영역(200c)이 증가되어 래들 필러 잔류량이 급격히 증가됨을 도출할 수 있다. 따라서, 액적 형성부(122)의 일측면(127)으로부터 제1 토출구(166)의 종료지점(166b) 까지의 거리(x2)는 액적 형성부(122)의 길이(X)의 0.3배 이상 0.4배 이하로 설계하는 것이 바람직할 수 있다.
다음, 본 발명의 발명자는 슬리브(160)의 양측면(164)에 각각 형성된 2개의 제1 토출구(166) 간의 거리(y)가 래들 필러 잔류 정도에 끼치는 영항을 도출하기 위한 실험을 실시하였고, 이를 [표 4]에 도시하였다. 이때, 액적 형성부(122)의 폭(Y)이란 액적 형성부(122)의 일측면(127)에 인접한 양측면(129) 간의 거리를 의미할 수 있다.
V x1/X x2/X y/Y 래들 필러 잔류 지수 용강 스플래쉬 발생 정도
실시예 3

250

0.15

0.35		 0.45 11 낮음
실시예 14 0.35 17 낮음
실시예 15 0.40 13 낮음
실시예 16 0.50 9 보통
실시예 17 0.60 5 높음
여기서, [표 4]를 참조하면, 제1 토출구(166) 간의 거리(y)가 증가할수록 래들 필러 잔류량은 감소되지만, 제1 토출구(166) 간의 거리(y)가 액적 형성부(122)의 폭(Y)의 0.60 배 이상으로 증가되는 경우 용강 스플래쉬 발생 정도가 커서 조업성을 저해함을 알 수 있다. 따라서, 제1 토출구(166) 간의 거리(y)는 액적 형성부(122)의 폭(Y)의 0.5배 이하로 설계하는 것이 바람직할 수 있다.
도 9는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202)를 통과하는 과정을 설명하기 위한 공정 개략도이고, 도 10은 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 9에 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 10을 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.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100b)의 단면도이고, 도 12는 도 11에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100b)에 용강(200)이 채워진 모습을 나타낸 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100b)에 대해 살펴보기로 한다. 여기서, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 이전 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100b)는 이전 실시예와는 달리 래들(130)에서 용강(200)을 공급할 때 롱노즐(150)을 이용하지 않고, 용강 스트림의 상태로 용강 수용부(121)에 용강(200)이 공급되도록 할 수 있다. 이때, 용강 스트림 상태의 용강(200)이 래들(130)로부터 용강 수용부(121)에 원활히 전달될 수 있도록, 래들(130)의 개폐부(131)에 근접하게 주입박스(170; pouring box)를 설치할 수 있으며, 용강(200)은 주입박스(170)를 통해 용강 수용부(121)에 수용될 수 있다. 이때, 주입박스(170)는 턴디쉬 커버(112)의 개구부(114)에 일부가 삽입되도록 위치할 수 있다.
한편, 상기와 같이 용강 스트림 상태로 용강(200)을 용강 수용부(121)에 공급하는 경우, 스플래쉬(splash)가 발생할 수 있으며 이에 따라 턴디쉬 커버(112)나 주입박스(170) 등에 용강(200)이 부착될 수 있다. 또한, 스플래쉬에 의해 용강(200) 탕면이 매우 불안정해질 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 고 청정 용강 정련 장치(100b)는 슬리브(160)를 포함하기 때문에 스플래쉬가 발생하더라도 턴디쉬 커버(112) 등에 용강(200)이 부착되지 않으며 용강(200) 탕면이 안정적일 수 있다. 구체적으로, 슬리브(160)는 주입박스(170)와 용강 수용부(121) 간의 공간에 위치할 수 있으며, 용강 수용부(121)와는 이격되어 위치될 수 있다. 또한, 슬리브(160)는 래들(130)로부터 공급되는 용강(200)을 둘러싸도록 구성되는바, 용강 스트림에 의해 용강(200) 상면에서 스플래쉬가 발생하더라도 슬리브(160) 내에만 용강(200)이 부착될 뿐 턴디쉬 커버(112) 등의 다른 부재에는 부착되지 않으므로, 턴디쉬(110) 등을 보호할 수 있다. 또한, 스플래쉬가 발생하더라도 탕면 변동이 슬리브(160) 내에서만 발생하고 외부로 전달될 수 없기 때문에, 액적 형성부(121) 상의 용강(200)의 탕면은 매우 안정적일 수 있다. 한편, 슬리브(160)는 주입박스(170)와 연결되도록 구성되거나 이격되도록 구성되어도 무관할 수 있다.
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
127 : 액적 형성부의 일측면 130 : 래들
140 : 위어 150 : 롱노즐
160 : 슬리브 161 : 중공
162 : 슬리브의 일측면 165 : 토출구
166 : 제1 토출구 167 : 제2 토출구
170 : 주입박스 200 : 용강

Claims (13)

  1. 턴디쉬;
    상기 턴디쉬의 내부에 위치하여 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬의 내부에 위치되어 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강을 액적화하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치; 및
    상기 용강 수용부 상에 위치하되, 상기 용강 수용부로부터 상기 액적 형성부로 상기 용강이 전달되도록 토출구가 형성된 슬리브;
    를 포함하고,
    상기 슬리브의 일측면은 상기 액적 형성부의 일측면과 인접하여 나란히 배치된 고 청정 용강 정련 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브는 상기 래들로부터 공급되는 용강을 둘러싸도록 내측에 중공이 형성되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는,
    상기 슬리브의 일측면과 인접한 양측면에 각각 형성되는 두 개의 제1 토출구; 및
    상기 슬리브의 일측면과 반대되는 타측면에 형성되는 제2 토출구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 제1 토출구의 시작지점까지의 거리는, 상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 일측면과 반대되는 타측면까지의 거리의 0.2배 이하인 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 제1 토출구의 종료지점까지의 거리는, 상기 액적 형성부의 일측면으로부터 상기 일측면과 반대되는 타측면까지의 거리의 0.3배 이상 및 0.4배 이하인 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 두 개의 제1 토출구 간의 거리는, 상기 액적 형성부의 일측면과 인접한 양측면 사이의 거리의 0.5배 이하인 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 토출구를 통과하는 상기 용강의 유속은 200㎜/sec 이상 및 300㎜/sec 이하인 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬리브의 일측면과 반대되는 타측면은 외측으로 돌출되게 라운드진 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액적 형성부에는 상기 용강 수용부로부터 전달된 상기 용강이 액적화될 수 있도록 다수의 액적홀이 형성되고, 상기 래들로부터의 상기 용강이 상기 액적 형성부를 통과하여 상기 용강 수용부로 공급될 수 있도록 개방홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액적홀은 상기 개방홀의 일측면을 제외한 세 측면의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 용강은 상기 용강 수용부로부터 유동하여 상기 액적 형성부로 전달되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 액적 형성부를 거쳐 액적화된 상기 용강은 상기 턴디쉬 내로 낙하하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  13. 제12항에 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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