KR101379141B1 - 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 액적홀을 구비하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치를 포함하고, 상기 용강이 토출되는 상기 액적홀의 출구부는 외측으로 갈수록 점차 넓어지는 것을 특징으로 하며, 액적홀의 출구부를 통과한 용강의 스트림의 길이를 작게 함으로써 설비비용을 절감하고 안정적으로 액적을 형성할 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, 및 상기 턴디쉬 내부에 위치되어 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬 내부에 상기 용강 수용부의 상측부에 인접하게 위치되되 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강이 통과되는 액적홀을 구비하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치를 포함하고, 상기 용강이 토출되는 상기 액적홀의 출구부는 외측으로 갈수록 점차 넓어질 수 있다.
여기서, 상기 액적홀의 출구부의 최대넓이는 상기 용강이 유입되는 상기 액적홀의 입구부의 넓이보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 액적홀의 출구부의 최대직경은 상기 용강이 유입되는 상기 액적홀의 입구부의 직경의 5/3~2배일 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 용강 수용부에 이격되게 상기 턴디쉬 내부에 위치되되, 상기 래들로부터 상기 용강 수용부에 공급되는 용강을 둘러싸는 슬리브를 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 형성부의 상기 액적홀을 통과한 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 수용부 상에 슬리브를 설치함으로써, 액적 형성부 상의 용강의 탕면을 안정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 액적홀의 출구부를 외측으로 갈수록 점차 넓어지도록 구현함으로써 액적홀을 통과한 용강의 스트림 길이를 작게 할 수 있고, 이에 따라 설비 제작비용을 절감하고 용강 온도의 하락을 비교적 적게 할 수 있으며 안정적으로 액적을 형성하여 정련효율을 증가시킬 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 2에 도시한 A 부분의 확대도이다.
도 4는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적 형성부의 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적홀과 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적홀의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 슬리브 및 슬리브 지지체의 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 슬리브 및 슬리브 지지체의 저면도이다.
도 9는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 슬리브 및 용강 수용부 간의 간격 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치의 액적화된 용강이 슬래그를 통과하는 과정을 설명하기 위한 공정 개략도이다.
도 11은 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, 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)의 출구부( ; 도 6에 도시함)는 외측으로 갈수록 점차 넓어질 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 2에 도시한 A 부분의 확대도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 슬리브(160)에 대해 설명하기로 한다. 슬리브(160)는 도 3에 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 4는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적 형성부(122)의 평면도이다. 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. 여기서, 용강(200)이 유입되는 액적홀(124)의 크기가 너무 큰 경우 액적 정련을 실시하지 않는 경우와 큰 차이가 없어 액적 정련 효과가 거의 나타나지 않을 수 있고, 액적홀(124)의 크기가 너무 작은 경우 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, 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 4에서는 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.
도 5는 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적홀(124)과 비교하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적홀(124)의 형상을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 액적 형성부(122)의 액적홀(124)에 대하여 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
여기서, 도 5 및 도 6은 설명의 편의를 위하여 액적 형성부(122) 중 어느 하나의 액적홀(124)을 도시한 것임을 미리 밝혀둔다.
도 5에 도시한 바와 같이, 액적 형성부(122')의 액적홀(124')의 입구부(124a')를 통해 유입되고 출구부(124b')를 통해 토출되는 용강(200')은, 출구부(124b')에서 일정 길이의 스트림(200c')을 형성하다가 액적화된 용강(200a')을 형성할 수 있다. 이때, 스트림(200c')의 길이는 액적 형성부(122') 상의 용강(200')의 높이 및 액적홀(124')에 미치는 압력이 증가되면 더욱 길어질 수 있고, 액적홀(124')의 크기가 커지는 경우에도 길어질 수 있다. 이때, 액적홀(124')의 입구부(124a')와 출구부(124b')의 넓이가 일정한 경우에는 스트림(200c')의 길이가 상대적으로 길어지게 되며, 이에 따라 액적 형성부(122')와 턴디쉬(110) 내에 저장된 용강(200b; 도 3에 도시됨) 간의 거리를 크게 하여야 한다. 이때, 스트림(200c')의 길이가 길어지는 경우 설비 제작비용 증가와 열손실에 따른 용강(200')의 온도 하락 등의 문제가 발생한다. 또한, 안정적인 액적 형성이 이루어지기 어렵고, 이에 따라 스트림(200c')이 슬래그(202; 도 3에 도시됨) 표면에 충돌하여 정련효율이 감소되고 슬래그(202)가 현탁해지는 문제점이 발생할 수 있다.
이때 도 6을 참조하면, 본 발명의 발명자는 이러한 점에 착안하여 액적 형성부(122)의 액적홀(124)의 출구부(124b)를 외측으로 갈수록 점차 넓어지도록 구현하였다. 즉, 출구부(124b)의 최대 넓이를 입구부(124a)의 넓이보다 넓게 하였으며, 실험을 통해 출구부(124b)가 점차 넓어지는 경우 스트림(200c)의 길이가 짧아지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 실험 결과를 [표 1]에 도시하고 있다.
do de de/do l/l0
비교예 3 3 1 1.0
실시예 1 3 5 1.67 0.72
실시예 2 3 6 2.0 0.65
do : 입구부(124a)의 직경
de : 출구부(124b)의 최대직경
l0 : 입구부(124a')와 출구부(124b')의 직경이 동일한 경우의 스트림(200c') 길이(도 5의 경우)
l : 출구부(124b)의 최대직경이 입구부(124a)의 직경보다 큰 경우의 스트림(200c) 길이(도 6의 경우)
[표 1]을 참고하면, 출구부(124b)의 최대직경이 입구부(124a)의 직경보다 큰 경우, 즉 출구부(124b)가 외측을 향해 점차 넓어지도록 구현되면, 출구부(124b)를 통과한 용강(200)의 스트림(200c)의 길이가 짧아질 수 있음을 확인할 수 있다. 여기서, 출구부(124b)의 외측이란 액적 형성부(122)의 양면 중 슬래그(202; 도 3에 도시함)가 위치한 외측면을 의미할 수 있다. 따라서, 출구부(124b)를 점차 넓어지도록 구현하는 경우, 액적 형성부(122)와 턴디쉬(110) 내에 저장된 용강(200b) 간의 거리를 상대적으로 작게 하여 설비 제작비용을 감소시킬 수 있으며, 용강(200)의 온도가 비교적 적게 하락될 수 있다. 또한, 안정적으로 액적을 형성할 수 있어 정련효율이 증가될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 슬리브(160) 및 슬리브 지지체(162)의 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시한 슬리브(160) 및 슬리브 지지체(162)의 저면도이며, 도 9는 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 7 및 도 8에 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 9에 도시)이 될 수 있다.
이때, 도 9에 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 10은 도 1에 도시한 고 청정 용강 정련 장치(100a)의 액적화된 용강(200a)이 슬래그(202)를 통과하는 과정을 설명하기 위한 공정 개략도이고, 도 11은 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 10에 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 11를 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 120 : 액적 형성장치
121 : 용강 수용부 122 : 액적 형성부
124 : 액적홀 124a : 입구부
124b: 출구부 130 : 래들
140 : 위어 150 : 롱노즐
160 : 슬리브 200 : 용강
200a : 액적화된 용강 200c : 스트림

Claims (9)

  1. 턴디쉬; 및
    상기 턴디쉬 내부에 위치되어 래들로부터 공급되는 용강을 수용하는 용강 수용부, 및 상기 턴디쉬 내부에 상기 용강 수용부의 상측부에 인접하게 위치되되 상기 용강 수용부로부터 전달되는 용강이 통과되는 액적홀을 구비하는 액적 형성부를 포함하는 액적 형성장치;
    를 포함하고,
    상기 용강이 토출되는 상기 액적홀의 출구부는 외측으로 갈수록 점차 넓어지는 고 청정 용강 정련 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액적홀의 출구부의 최대넓이는 상기 용강이 유입되는 상기 액적홀의 입구부의 넓이보다 넓은 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액적홀의 출구부의 최대직경은 상기 용강이 유입되는 상기 액적홀의 입구부의 직경의 5/3~2배인 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  4. 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.
  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 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.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용강은 상기 용강 수용부로부터 유동하여 상기 액적 형성부로 전달되는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액적 형성부의 상기 액적홀을 통과한 상기 용강은 상기 턴디쉬 내로 낙하하는 것을 특징으로 하는 고 청정 용강 정련 장치.
  9. 제8항에 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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