KR101443590B1 - 교반체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내화물로 이루어진 교반날개의 형상을 개선함으로써, 사용수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 탈황 효율을 증대시킬 수 있어 탈황처리시간 감소로 생산성을 높일 수 있는 교반체에 관한 것으로, 교반축; 및 교반축의 하부에 일체로 형성되는 복수의 교반날개;를 포함하고, 교반날개는, 평면으로 제공되는 상면, 하측으로 볼록하게 만곡되게 곡률로 제공되는 하면, 및 상면과 하면의 일측 및 타측을 연결하는 가동면 및 비가동면을 포함하며, 가동면 및 비가동면은, 상면의 일측 및 타측에서 하부 측으로 직선의 형태로 연장되는 제 1 직선부 및 제 2 직선부; 그리고 제 1 직선부 및 제 2 직선부의 연장단과 하면을 부드럽게 각각 연결되는 제 1 곡률부 및 제 2 곡률부;를 포함한다.

Description

교반체{IMPELLER}
본 발명은 케이알(KR; Kanvara Reactor)설비용 교반체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용선 예비처리 시 탈황제 반응 효율 향상을 위해 사용되는 교반체에 관한 것이다.
일반적으로, 고로에서 출탕된 용선은, 용선을 담는 용기인 래들에 장입한 후 용선 예비처리를 실시한다. 용선의 예비처리는 크게 용선의 탈황(황 제거), 탈규(규소 제거) 및 탈린(인 제거)으로 구분된다. 특히 전로 공정에서는 탈황의 정도가 낮으므로, 탈황 효율적 측면에서 기계적 교반(Kanvara Reactor; 이하 "케이알 설비"라 한다.)을 이용하게 된다.
전술한 케이알 설비는 탈황을 위한 부원료, 즉 탈황제 또는 탈규제가 신속하게 용선 중으로 침투하여 탈황 반응을 일으킬 수 있도록 래들 내의 용선에 교반체를 침지시킨 뒤 일정한 속도로 회전시켜 와류를 발생시키는 구성을 갖는다.
관련 선행기술로는 한국특허공개공보 제 2011-0065965 호(공개일자 : 2011. 06. 16일, 명칭: "케이알 설비용 임펠러")가 있다.
본 발명은 내화물로 이루어진 교반날개의 형상을 개선함으로써, 사용수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 탈황 효율을 증대시킬 수 있어 탈황처리시간 감소로 생산성을 높일 수 있는 교반체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 교반체는, 교반축; 및 교반축의 하부에 일체로 형성되는 복수의 교반날개;를 포함하고, 교반날개는, 평면으로 제공되는 상면, 하측으로 볼록하게 만곡되게 곡률로 제공되는 하면, 및 상면과 하면의 일측 및 타측을 연결하는 가동면 및 비가동면을 포함하며, 가동면 및 비가동면은, 상면의 일측 및 타측에서 하부 측으로 직선의 형태로 연장되는 제 1 직선부 및 제 2 직선부; 그리고 제 1 직선부 및 제 2 직선부의 연장단과 하면을 부드럽게 각각 연결되는 제 1 곡률부 및 제 2 곡률부;를 포함할 수 있다.
구체적으로 교반날개의 높이 및 두께의 비율은 교반날개들의 연장단 모서리를 잇는 가상의 원의 직경에 대하여 각각 0.539~0.558 및 0.332~0.352의 비율을 가질 수 있다.
구체적으로 하면의 곡률직경은 높이에 대하여 0.5~0.536의 비율을 가질 수 있다.
구체적으로 제 1 직선부, 및 제 2 직선부의 길이는 높이에 대하여 0.149~0.152의 비율을 가질 수 있다.
구체적으로 제 1 곡률부의 곡률직경은 두께에 대하여 2.380~2.418의 비율을 가지며, 제 2 곡률부의 곡률직경은 두께에 대하여 0.358~0.396의 비율을 가질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 교반체는, 교반날개의 형상을 개선함으로써, 교반체의 사용수명을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 교반체는 교반날개의 형상을 개선함으로써, 탈황제의 교반력 및 분사능 증가시킬 수 있고, 그로 인해 탈황효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있으며, 탈황효율 증대로 탈황처리시간을 감소할 수 있어 생산성을 높일 수 있고, 충분한 후배재 시간으로 고급강인 저류강을 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 기계식 교반법을 간략하게 나타낸 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 교반체를 나타낸 평면도이고,
도 3은 도 2에 도시된 "A"에서 교반날개를 바라본 도면이며,
도 4는 종래 교반체와 본 발명에 따른 교반체에 대한 탈황 후 황농도를 비교한 그래프이고,
도 5는 종래 교반체와 본 발명에 따른 교반체에 대한 탈활 효율을 비교한 그래프이며, 그리고
도 6은 종래 교반체와 본 발명에 따른 교반체에 대한 탈황 속도를 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 관련된 기계식 교반법을 간략하게 나타낸 도면으로써, 케이알(KR; Kanvara Reactor) 설비는 크게 래들(1; ladle) 내의 용선(M)에 침지된 상태로 일정한 속도로 회전하는 교반체(10; impeller)와, 교반체(10)의 회전에 의해 발생되는 용선(M)의 와류로 부원료(탈황제 또는 탈규제)를 공급하는 호퍼(2), 및 래들(1) 내의 용선(M) 상태 및 제조될 강의 조건에 따라 호퍼(2)로부터 부원료 투입을 제어하고, 교반체(10)의 회전 속도를 제어하는 제어부(3)로 구성된다.
이러한 케이알 설비는, 고로에서 출강된 용선(M)이 래들(1)에 장입되면, 래들(1)을 케이알 설비로 운반한 뒤 래들(1) 내의 용선(M)에 교반체(10)를 침지시킨다. 그리고 교반체(10)가 용선(M)에 소정의 깊이로 침지되면 호퍼(2)를 통해 탈황을 위한 부원료를 투입함과 동시에 교반체(10)를 회전시켜 용선(M) 중으로 부원료가 충분히 침투할 수 있도록 용선(M)을 교반하게 된다. 전술한 바와 같이, 용선(M)에 침지된 상태에서 회전하게 되는 교반체(10)는 래들(1) 내에서의 용선(M) 교반이 활발히 이루어질 수 있는 형상을 가진다.
한편, 종래 교반체(10)의 수명은 평균 258회 이며, 이러한 교반체(10)의 수명은 실제 생산 공정에서 생산성 및 공정원가에 매우 밀접한 영향을 미치고 있다.
따라서 본 발명에서는 380회 이상으로 사용 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 탈황 효율을 증대시킬 수 있도록 교반체의 형상을 개선한다.
도 2는 본 발명에 따른 교반체를 나타낸 평면도로써, 본 발명에 따른 교반체(100)는, 수직하게 연장되어 형성되는 교반축(110)과, 교반축(110)의 하부에 일체로 형성되는 복수의 교반날개(120)를 포함한다.
교반축(110)은 케이알 설비(도시되지 않음)의 구동부(도시되지 않음)와 연결되어 구동되는 수직한 주축(10)에 피복되어 고착되며, 교반날개(120)는 주축(10)의 하부에 인접한 외주면 상에 등 간격을 유지하며 형성되는 날개 틀(20)에 피복되어 고착된다. 교반축(110) 및 교반날개(120)는 누구나 알 수 있듯이 통상의 Al2O3-SiO2-SiC계 내화물로 이루어진다.
그리고 도 2 및 도 3에서는 4개의 교반날개(120)가 도시되어 있지만, 교반날개(120)를 4개로 한정하는 것이 아님을 누구나 알 수 있을 것이다.
한편, 교반날개(120)는 교반체(100)의 수명의 향상과 탈활 효율을 높일 수 있는 형상을 가지도록 형성된다. 이를 위해서 교반날개(120)는 교반체(100)의 직경(D1)에 대하여 소정의 높이(H) 및 두께(W)를 가지도록 형성된다.
교반체(100)의 직경(D1)은, 교반날개(120)를 평면에서 봤을 때 각각의 교반날개(120)의 연장단 모서리를 잇는 가상의 원(C)의 직경과 동일한데, 이때 교반날개(120)의 높이(H)는 교반체(100)의 직경(D1)에 대하여 0.539~0.558 사이의 비율, 바람직하게는 0.55의 비율을 가지도록 형성된다. 그리고 교반날개(120)의 두께(W)는 교반체(100)의 직경(D1)에 대하여 0.332~0.352 사이의 비율, 바람직하게는 0.34의 비율을 가지도록 형성된다. 이때 교반날개(120)의 폭(T)의 길이는 교반축(110)의 직경(D2)에 따라 가변된다.
여기서 교반날개(120)의 높이(H)가 0.558을 초과하고, 교반날개(120)의 두께(W)가 0.352를 초과하게 되면, 교반체(100)의 전체 중량이 무거워지기 때문에 케이알 설비가 흔들리고 진동이 발생하는 문제가 있을 뿐만 아니라 교반 과정에서 용선(M; 도 1 참조)이 래들(1; 도 1 참조)에서 이탈되게 된다. 그리고 교반날개(120)의 높이(H)가 0.539 미만이고, 교반날개(120)의 두께(W)가 0.332 미만이면, 교반 과정에서 와류(vortex)의 형성이 원활하지 않아 용선(M)과 탈황제가 원활하게 교반되지 않는다.
한편, 각각의 교반날개(120)는 상면(122) 및 하면(124), 상면(122)과 하면(124)의 일측 및 타측을 연결하는 가동면(126) 및 비가동면(128)과, 상면(122) 및 하면(124)의 연장단과 함께 가동면(126) 및 비가동면(128)의 연장단을 연결하는 측면(134),을 포함한다.
먼저, 상면(122)은 도시된 바와 같이 수평한 평면으로 형성된다. 그리고 하면(124)은 하측으로 볼록하게 만곡되게 형성된다. 바람직하게는 하면(124)은 교반날개(120)의 높이(H)에 대하여 0.5~0.536 사이의 비율을 가지는 곡률직경(R1)으로 형성되며, 이렇게 만곡된 곡률로 제공되는 하면(124)은 가동면(126)을 따라 안내되는 용선(M) 및 탈황제를 안내 받아 용선(M)의 내부로 안내하는 기능을 수행한다. 여기서 상면(122) 및 하면(124)은 동일한 두께(W)로 제공된다.
가동면(126)은 교반축(110)의 회전방향의 전방에 배치되고, 비가동면(128)은 교반축(110)의 회전방향의 후방에 배치된다. 즉, 교반 과정에서 가동면(126) 및 비가동면(128)은 용선(M)과 탈황제의 교반에 직접 관여함과 동시에, 교반 과정에서 용선(M) 교반류에 의해 와류(vortex) 내부로 모인 탈황제를 용선(M) 내부로 안내하는 기능을 수행한다.
이러한 가동면(126) 및 비가동면(128)은, 상면(122)의 일측 및 타측에서 하부 측으로 직선의 형태로 연장되는 제 1, 제 2 직선부(130a, 130b)와, 제 1, 제 2 직선부(130a, 130b)의 연장단과 하면(124)을 부드럽게 각각 연결되는 제 1, 제 2 곡률부(132a, 132b)를 포함한다. 바람직하게는 직선부(130a, 130b)는 교반날개(120)의 높이(H)에 대하여 0.149~0.152 사이의 비율의 길이를 가진다. 그리고 제 1 곡률부(132a)는 교반날개(120)의 두께(W)에 대하여 2.380~2.40 사이의 비율의 곡률직경(R3)을 가지며, 제 2 곡률부(132b)는 교반날개(120)의 두께(W)에 대하여 0.358~0.396 사이의 비율의 곡률직경(R2)을 가진다. 이때 제 1 직선부(130a)와 제 1 곡률부(132a), 및 제 1 곡률부(132a)와 하면(124)은 부드럽게 연결된다. 마찬가지로 제 2 직선부(130b)와 제 2 곡률부(132b), 및 제 2 곡률부(132b)와 하면(124)은 부드럽게 연결된다.
여기서, 하면(124)의 곡률직경(R1)이 높이(H)에 대하여 0.536을 초과하고, 제 1, 제 2 직선부(130a, 130b)의 길이 및 제 1, 제 2 곡률부(132a, 132b)의 곡률직경(R3, R2)이 각각 0.152, 2.40, 및 0.396을 초과하게 되면, 교반 과정에서 탈황제가 용선(M)의 내부로 원활하게 분산되지 못할 뿐만 아니라 교반날개(120)에 응력이 집중되어 교반날개(120)에 크랙(Crack)이 빠르게 진행된다. 반대로 하면(124)의 곡률직경(R1)이 높이(H)에 대하여 0,5 미만이고, 제 1, 제 2 직선부(130a, 130b)의 길이 및 제 1, 제 2 곡률부(132a, 132b)의 곡률직경(R3, R2)이 각각 0.149, 2.380, 및 0.358 미만이면, 교반 과정에서 와류(vortex)가 원활하게 형성되지 않아 교반 효율이 떨어진다.
전술한 본 발명에 따른 교반체(100)는 교반날개(120)의 형상을 개선함으로써, 도 4 내지 도 6에서 나타난 바와 같이, 일정 시간을 기준으로 종래 교반체보다 본 발명에 따른 교반체(100)가 탈황 후, 황 농도가 낮을 것을 알 수 있을 뿐만 아니라 탈황 효율이 더 큰 것을 알 수 있으며, 탈황 효율의 비교 척도가 되는 탈황속도 상수(k)는 종래 교반체는 0.00091인 반면에 본 발명에 따른 교반체(100)는 0.00012로 탈황 속도 상수(k)가 더 큰 것을 확일 수 있다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 교반체(100)는 사용수명을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 탈황제의 교반력 및 분사능 증가시킬 수 있고, 그로 인해 탈황효율을 증대시킬 수 있다.
또한 탈황효율 증대로 탈황처리시간을 감소할 수 있어 생산성을 높일 수 있고, 충분한 후배재 시간으로 고급강인 저류강을 제조할 수 있다.
상기와 같은 교반체(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100 : 교반체 110 : 교반축
120 : 교반날개 122 : 상면
124 : 하면 126 : 가동면
128 : 비가동면 134 : 측면

Claims (5)

  1. 교반축; 및
    상기 교반축의 하부에 일체로 형성되는 복수의 교반날개;를 포함하고,
    상기 교반날개는,
    평면으로 제공되는 상면과, 하측으로 볼록하게 만곡되게 곡률로 제공되는 하면, 및 상기 상면과 상기 하면의 일측 및 타측을 연결하는 가동면 및 비가동면을 포함하며,
    상기 가동면 및 상기 비가동면은,
    상기 상면의 일측 및 타측에서 하부 측으로 직선의 형태로 연장되는 제 1 직선부 및 제 2 직선부; 그리고
    상기 제 1 직선부 및 상기 제 2 직선부의 연장단과 상기 하면을 부드럽게 각각 연결되는 제 1 곡률부 및 제 2 곡률부;를 포함하며,
    상기 교반날개의 높이 및 두께의 비율은 상기 교반날개들의 연장단 모서리를 잇는 가상의 원의 직경에 대하여 각각 0.539~0.558 및 0.332~0.352의 비율을 가지는 교반체.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하면의 곡률직경은 상기 높이에 대하여 0.5~0.536의 비율을 가지는 교반체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 직선부, 및 상기 제 2 직선부의 길이는 상기 높이에 대하여 0.149~0.152의 비율을 가지는 교반체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 곡률부의 곡률직경은 상기 두께에 대하여 2.380~2.418의 비율을 가지며,
    상기 제 2 곡률부의 곡률직경은 상기 두께에 대하여 0.358~0.396의 비율을 가지는 교반체.

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