KR101602835B1 - 용융금속 정련장치 및 그 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속 정련장치 및 그 정련방법에 관한 것으로서, 용융금속을 정련하는 방법으로서, 내부에 상기 용융금속이 수용되는 래들을 상기 래들의 중심을 회전축으로 자전시켜, 상기 래들이 자전함에 따라 발생하는 원심력을 이용하여 상기 용융금속에 와류를 형성함으로써 상기 용융금속과 상기 용융금속에 투입되는 첨가제를 교반 혼합함으로써 용기의 자전에 의해 용융금속에 형성되는 와류를 이용하여 용선 등과 같은 용융금속 중의 불순물 농도를 제어할 수 있다.

Description

용융금속 정련장치 및 그 정련방법{Processing apparatus for molten metal and the method thereof}

본 발명은 용융금속 정련장치 및 그 정련방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용선이나 용강 등의 용융금속 중에 함유된 불순물을 용이하게 제거할 수 있는 용융금속 정련장치 및 그 정련방법에 관한 것이다.

제강 조업은 고로에서 출선된 용선을 용선 예비 처리를 실시하여 전로에 장입하고, 전로 정련과 2차 정련 공정을 거친 후 연속 주조 공정을 통해 주편을 제조하는 것으로 이루어진다. 여기서 용선 예비 처리는 고로에서 출선된 용선을 전로에 공급하기 이전에 처리하는 공정으로 용선에 함유된 5대 불순물인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 중 주로 인과 황을 제거한다. 특히 황(S)은 강중에 다량으로 존재하는 경우 크랙(crack)을 유발하고 취성을 저하시키며 적열취성(red shortness)의 원인이 되는 등 강재 특성에 나쁜 영향을 미치므로 황이 첨가되는 쾌삭강 등의 특별한 강종을 제외하고는 가능한 낮은 수준으로 유지해야 한다.

통상적으로 탈황 처리는 용선 상태에서 실시하게 되는데, 그 이유는 탄소(C), 규소(Si) 및 망간(Mn) 등이 다량 존재하는 경우 황(S)의 활동도 계수가 높아져 탈황 반응이 효과적으로 일어나며, 용강 상태에서 동일한 탈황 효과를 얻기 위해서는 약 5배 정도의 탈황제를 사용하여야 하기 때문이다.

이러한 용선 정련과정은 고로에서 출선된 용선이 정련설비로 이송되어, 도 1에 도시된 바와 같이 래들(10)에 담긴 상태에서 기계적 교반(Kanvara Reactor, 이하 "KR 공정")을 실시하거나, 정련용기로 옮겨 KR 공정을 실시한다. 이때, KR 공정은 래들(10) 내의 용선에 탈류제를 투입하고 표면에 내화물을 입힌 임펠러(20)를 용선에 침지시켜 회전시키면서 용선을 교반시키고, 이로 인해 발생하는 교반력에 의해 용선의 황과 탈류제가 반응하여 재화됨으로써 수행된다.

그런데 이와 같은 정련과정에서 용선을 교반하는 임펠러는 용선에 침지된 상태에서 회전하여 용선을 활발하게 교반시킬 수 있는 형상으로 형성된다. 통상 임펠러는 회전축을 중심으로 균등한 간격을 갖는 다수의 날개가 형성되는데, 날개는 회전축 중심에서 사방으로 동일한 길이 및 형상을 갖도록 형성된다. 그리고, 래들 내의 용선에 침지되어 임펠러가 회전될 때 와류가 보다 활발하게 발생되도록 날개의 상부 끝단에서 하부 끝단에 해당되는 블레이드에 소정의 비틀림 각을 형성하게 되는 등 매우 복잡한 구조로 이루어진다. 그리고 임펠러는 래들 내의 용선에 침지되어 장시간 회전하게 됨으로써 고온의 용선의 의하여 날개 표면에 화학적/물리적 침식이 일어나게 되어 마모되기 쉽고, 이에 용선의 교반 효율이 저하된다. 따라서 임펠러는 일정 기간 사용 후에는 보수 또는 교체하여야 하기 때문에 유지 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

KR2014-2905A KR2012-26623A

본 발명은 별도의 교반장치를 이용하지 않고, 용기의 회전력을 이용하여 용기 내의 용융금속을 교반시켜 용융금속의 정련 효율을 향상시킬 수 있는 용융금속 정련장치 및 그 정련방법을 제공한다.

본 발명은 설비의 유지 보수를 용이하게 하고, 예열 등에 의한 에너지 소모를 절감할 수 있는 용융금속 정련장치 및 그 정련방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융금속 정련장치는, 용융금속을 정련하는 장치로서, 내부에 용융금속을 수용하는 공간이 형성되는 래들과; 상기 래들의 하부에 구비되어 회전력을 제공하는 구동장치와; 상하방향으로 배치되어 상기 래들과 상기 구동장치를 연결하고, 상기 구동장치에서 제공되는 회전력을 이용하여 상기 래들을 자전시키는 고정부재; 및 상기 래들과 상기 구동장치의 사이에 구비되어, 상기 래들을 지지하고 상기 고정부재가 관통되는 관통구가 형성되는 지지대;를 포함하고, 상기 래들의 하부 중심에는 상기 고정부재와 연결되는 체결부재가 구비되고, 상기 래들의 하부에는 적어도 하나의 휠이 구비되며, 상기 지지대의 상부에는 상기 관통구의 외측에 상기 휠이 이동하는 원형의 주행경로가 구비될 수 있다.

삭제

상기 지지대는 상기 관통구가 형성되는 지지판과, 상기 지지판의 하부에서 상기 지지판을 지지하는 지지프레임을 포함할 수 있다.

상기 지지대는 상부면에 상기 관통구가 형성되는 중공의 박스형상으로 형성될 수 있다.
상기 고정부재는 상기 래들을 상기 구동장치에 기울어지게 연결할 수 있다.

삭제

상기 주행경로는 상기 고정부재의 길이 방향에 대하여 직교하는 궤적을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 지지대에는 상기 래들의 적어도 일측에 접촉되어 상기 래들의 외주면을 둘러싸는 가이더가 구비될 수 있다.

상기 래들의 외주면에 인접하는 상기 가이더의 끝단에는 롤러가 구비될 수 있다.

삭제

삭제

삭제

본 발명의 실시 형태에 의하면, 용선, 용강 등과 같은 용융금속이 수용된 용기를 용기를 지지하고 있는 지지대 상부에서 자전(自轉)시킴으로써 원형이나 용기의 자전에 의해 발생하는 원심력을 이용하여 용융금속을 교반할 수 있다. 따라서 임펠러를 이용하여 용융금속을 교반시키지 않기 때문에 용융금속의 교반을 위한 임펠러를 구성하는 내화물을 마련하거나 교체하는데 사용되는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 용융금속의 온도 저하를 억제하기 위하여 임펠러를 예열하는데 소요되는 비용도 절감할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 용융금속 정련장치(케이알설비)를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 이용하여 용융금속이 수용된 용기(래들)을 자전시키는 상태를 개념적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 변형 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 이용하여 용융금속이 수용된 용기(래들)을 회전시키는 상태를 개념적으로 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 변형 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치는, 고로나 전기로 등과 같은 용해로에서 제조된 용선을 수용하는 용기, 예컨대 래들(100)과, 래들(100)의 하부에 구비되어 래들(100)을 이동 가능하도록 지지하는 지지대(200)와, 지지대(200)의 하부에 구비되고, 회전력을 제공하는 구동장치(300) 및 구동장치(300)의 동작을 제어하는 제어기(미도시)를 포함한다. 이때, 래들(100)과 구동장치(300)는 고정부재(310)에 의해 연결되고, 지지대(200)의 상부면에는 래들(100)과 구동장치(300)를 연결하도록 고정부재(310)를 관통시키는 관통구(212)가 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 구동장치(300)의 회전력에 의해 구동장치(300)와 래들(100)을 연결하는 고정부재(310)가 회전함으로써 래들(100)이 고정부재를 회전축으로 이용하여 회전하게 된다. 이때, 래들(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 래들(100)의 중심을 기준으로 회전, 즉 자전하게 된다.

래들(100)은 용선이나 용강 등의 용융금속(M)을 수용하는 일반적인 래들(100)이 사용될 수 있다. 그러나 본 실시 예에서는 래들(100)의 하부에는 구동장치(300)와의 연결을 위한 체결부재(미도시)가 구비될 수 있다. 이때, 체결부재는 래들(100)의 하부 중심에 형성될 수 있다.

지지대(200)는 래들(100)의 하부에 구비되어 래들(100)을 지지한다. 지지대(200)는 특정 장소, 예컨대 용융금속(M)을 정련하기 위한 장소에 고정 설치될 수도 있고, 상부에 래들(100)을 탑재한 상태로 이동 가능하도록 형성될 수도 있다. 여기에서는 지지대(200)가 래들(100)을 지지한 상태로 래들(100)을 회전시키기 때문에 안전상의 문제가 발생할 수도 있으므로, 지지대(200)는 정련 장소에 고정 설치된 것으로 설명한다.

지지대(200)는 상부에 래들(100)을 지지하며, 래들(100)과 구동장치(300)를 연결하는 고정부재(310)를 관통시키는 관통구(212)가 형성될 수 있다.

지지대(200)는 래들(100)을 지지하고, 고정부재(310)의 이동경로로 사용되는 관통구(212)가 형성되는 플레이트 형상의 지지판(210)과, 지지판(210)의 하부에서 지지판(210)을 지면에 고정하는 지지 프레임(220)을 포함할 수 있다. 또한, 지지대(200)는 상부면에 고정부재(310)의 이동경로로 형성되는 관통구(212)가 형성되는 중공의 박스형태로 형성될 수도 있으며, 래들(100)을 지지한 상태로 고정부재(310)의 이동경로를 형성할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 지지대(200)가 지지판(210)과 지지 프레임(220)으로 구성된 예에 대해서 설명하며, 필요에 따라 지지대(200)가 중공의 박스 형태로 형성된 경우에 대해서 설명하기로 한다.

지지판(210)에 형성되는 관통구(212)는 고정부재(310)를 관통시키며 고정부재(310)의 표면에 접촉하지 않은 정도의 크기로 형성될 수 있다.

구동장치(300)는 지지판(210)의 하부에 구비될 수 있으며, 회전력을 제공할 수 있는 모터 등으로 형성될 수 있다. 구동장치(300)에는 고정부재(310)의 하부가 연결되며, 구동장치(300)에 의해 발생하는 회전력은 고정부재(310)에 전달되어 고정부재(310)를 회전시킬 수 있다. 즉, 고정부재(310)는 구동장치(300)의 구동축으로 사용될 수 있다. 그리고 고정부재(310)는 관통구(212)를 관통하며 상하방향으로 배치되고, 그 상부는 래들(100)의 하부 바닥, 래들(100)의 하부 바닥에 형성되는 체결부재에 연결될 수 있다. 지지대(200)가 중공의 박스 형태로 형성되는 경우, 구동장치(300)와 고정부재(310)의 적어도 일부는 지지대(200) 내부에 구비될 수도 있다. 또한, 고정부재(310)는 구동장치(300)에 고정 설치되고, 래들(100)과 결합 및 분리가 가능하도록 형성될 수 있다. 따라서 용융금속(M)을 정련하기 위해서 래들(100)이 지지대(200)에 안착되면, 래들(100)의 하부에 구비되는 체결부재와 고정부재(310)를 상호 결합하여 래들(100)을 구동장치(300)에 연결할 수 있다.

그리고 지지대(200)의 상부, 예컨대 지지판(210)의 상부에는 관통구(212)의 외측으로 주행경로(214)가 구비될 수 있다. 주행경로(214)는 관통구(212)를 중심으로 하는 원형의 궤적을 갖도록 형성될 수 있으며, 레일 등으로 형성될 수 있다. 주행경로(214)는 고정부재(212)에 의해 래들(100)을 안정적으로 지지할 수 없기 때문에 래들(100)의 회전 시 래들(100)의 하부를 지지해주는 역할을 하며, 고정수단(310)의 길이 방향에 대하여 직교하는 궤적을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 래들(100)의 하부에는 주행경로(214) 상부를 이동할 수 있도록 휠(110)이 연결될 수 있다. 이러한 구성을 통해 구동장치(300)에서 제공되는 회전력에 의해 고정부재(310)가 회전하며, 고정부재(310)의 회전에 의해 래들(100)이 회전할 때 래들(100) 하부의 휠(110)이 주행경로(214) 상부를 따라 이동하게 된다. 이에 래들(100)의 회전 시 래들(100)을 안정적으로 지지할 수 있으며, 래들(100)의 하부와 지지판(210) 간의 마찰에 의해 발생할 수 있는 안전사고를 방지할 수 있다.

또한, 고정부재(310)는 래들(100)과 구동장치(300)를 연결할 때 래들(100)을 일측으로 기울어지게 연결하도록 형성될 수도 있다. 고정부재(310)는 도 4에 도시된 바와 같이 일측으로 기울어지도록 배치되어 구동장치(300)와 래들(100)을 연결할 수 있다. 이때, 지지판(210) 상부에 구비되는 주행경로(214)도 고정부재(310)의 기울기에 대응하여 일측으로 기울어지게 형성되고, 주행경로(214)는 고정부재(310)의 길이 방향에 대해서 직교하는 궤적을 갖도록 형성될 수 있다.

이러한 구성을 통해 용융금속과 용융금속으로 투입되는 첨가제 간의 교반 효율을 향상시킬 수도 있다.

제어기는 구동장치(300)의 동작, 예컨대 주행 속도나 주행 방향을 제어하여 래들(100) 내 용융금속(M)에 형성되는 와류의 크기나 깊이, 와류가 형성되는 방향 등을 제어할 수 있다.

도 5를 참조하면, 지지대(200)에는 래들(100)이 이동할 때 래들(100)의 이동을 안내하고 지지하는 가이더(230)가 구비될 수 있다. 가이더(230)는 래들(100)이 회전할 때 래들(100)의 외측벽에 접촉되거나 인접하도록 구비되어, 래들(100)이 회전 때 래들(100)을 지지하여 래들(100)이 이탈하거나, 구동장치(300)에 무리가 가는 것을 방지할 수 있다. 가이더(230)는 지지판(210) 상부에 상하방향으로 연결되고, 래들(100)을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대 가이더(230)는 상부가 개방된 중공의 원통형으로 형성될 수도 있고, 링형으로 형성될 수도 있다. 이때, 가이더(230)가 링형으로 형성되는 경우, 별도의 연결부재(미도시)를 통해 지지판(210)에 연결될 수 있으며, 하나 또는 복수의 링형의 가이더가 상하방향으로 이격되어 구비될 수도 있다.

또한, 가이더(230)에서 래들(100)에 인접한 부분에 롤러(232)가 구비될 수 있다. 롤러(232)는 래들(100)이 이동할 때 가이더(230)와 직접적으로 접촉되는 것을 방지하며, 래들(100)의 측벽과 직접적으로 접촉하여 가이더(230)와 래들(100) 간에 발생할 수 있는 마찰을 억제할 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 구동장치(300)를 구동시키면 고정부재(310)가 구동장치(300)의 회전축으로 사용되어 고정부재(310)에 연결되는 래들(100)을 회전, 즉 자전시키게 된다. 래들(100)이 자전하면, 래들(100)이 자전함에 따라 발생하는 원심력에 의해 래들(100) 내부에 수용된 용선, 용강 등의 용융금속(M)에 와류가 발생하게 된다. 이에 따라 용융금속(M)은 와류에 의해 교반될 수 있으며, 용융금속(M)을 정련하기 위해 투입되는 탈황제 등의 첨가제를 용이하게 혼합할 수 있다.

이하에서는 용융금속의 처리방법에 대해서 설명하며, 고로나 전기로 등에서 제조된 용선 중의 황성분을 제거하는 용선예비처리공정을 예로 들어 설명한다.

래들(100)에 장입된 용선을 지지대(200)의 지지판(210) 상부에 안착시킨다.

래들(100)이 지지대(200) 상부로 안착되면, 구동장치(300)와 연결되어 있는 고정부재(310)와 래들(100)의 하부에 구비되는 체결부재를 서로 결합하여 구동장치(300)와 래들(100)을 상호 연결한다.

이후, 구동장치(300)를 구동하여 고정부재(310)를 회전시킨다. 고정부재(310)가 회전하면 고정부재(310)와 연결되는 래들(100)이 고정부재(310)를 회전축으로 하여 회전, 즉 자전하게 된다. 이때, 래들(100) 하부의 휠(110)은 지지판(210) 상부에 구비되는 주행경로(214)를 따라 이동하게 된다. 이에 래들(100) 내부에 수용되는 용선은 래들(100)이 회전, 즉 자전함에 따라 발생하는 원심력에 의해 와류를 형성하게 된다. 구동장치(300)를 구동하는 과정에서 회전속도를 조절하여 와류의 크기를 조절할 수 있다.

이렇게 래들(100)을 자전시킴으로써 원심력에 의해 래들(100) 내의 용선에 와류를 형성하게 되면, 종래에 용선의 교반을 위해 임펠러를 사용할 때와 유사한 교반 효과를 얻을 수 있으며, 임펠러를 예열하기 위한 별도의 과정이 요구되지 않으며 이에 소요되는 에너지도 절감할 수 있다.

첨가제, 예컨대 용선 중 황 성분을 제거하기 위한 탈류제의 투입은 래들(100)을 지지판(210) 상부에 안착시킨 이후에 실시될 수 있다. 보다 구체적으로는 래들(100)을 지지판(210) 상부에 안착시킨 다음, 고정부재(310)와 결합하여 구동장치(300)와 연결한 이후 래들(100)을 회전시키기 전에 실시될 수 있다. 또는 탈류제는 래들(100)을 회전시키기 전과 래들(100)을 회전시키는 과정에서 투입될 수 있다. 즉, 탈류제를 래들(100)과 고정부재(310)를 결합하기 이전에 투입하면, 탈류제가 용기 바닥으로 가라앉아 융착될 수 있고, 지나치게 늦게 투입하면 탈류제와 용선 간에 충분한 반응이 이루어지지 않을 수 있으며, 특히 탈류제와 용선 간의 충분한 반응을 위해 용선의 교반 시간이 길어져 용선의 온도가 저하될 수 있기 때문이다.

래들(100)을 회전시켜 용선과 탈류제를 교반하여 용선에 함유되는 황성분을 제거할 때, 래들(100)을 일방향으로 지속해서 회전시키거나, 또는 시계방향 및 반시계방향으로 교대로 회전시킬 수도 있다. 후자의 경우, 용선에 형성되는 와류의 방향을 변경하여 교반 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이후, 용선의 정련의 정련 과정이 완료되면, 래들(100)을 지지대(200)로부터 분리하여 후속 공정이 수행되는 장소로 이동시킨다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 래들 200: 지지대
210: 지지판 212: 관통구
220: 지지 프레임 300: 구동장치
310: 고정부재 320: 가이더

Claims (11)

1. 용융금속을 정련하는 장치로서,
   내부에 용융금속을 수용하는 공간이 형성되는 래들과;
   상기 래들의 하부에 구비되어 회전력을 제공하는 구동장치와;
   상하방향으로 배치되어 상기 래들과 상기 구동장치를 연결하고, 상기 구동장치에서 제공되는 회전력을 이용하여 상기 래들을 자전시키는 고정부재; 및
   상기 래들과 상기 구동장치의 사이에 구비되어, 상기 래들을 지지하고 상기 고정부재가 관통되는 관통구가 형성되는 지지대;
   를 포함하고,
   상기 래들의 하부 중심에는 상기 고정부재와 연결되는 체결부재가 구비되고, 상기 래들의 하부에는 적어도 하나의 휠이 구비되며,
   상기 지지대의 상부에는 상기 관통구의 외측에 상기 휠이 이동하는 원형의 주행경로가 구비되는 용융금속 정련장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지대는 상기 관통구가 형성되는 지지판과, 상기 지지판의 하부에서 상기 지지판을 지지하는 지지프레임을 포함하는 용융금속 정련장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지대는 상부면에 상기 관통구가 형성되는 중공의 박스형상으로 형성되는 용융금속 정련장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정부재는 상기 래들을 상기 구동장치에 기울어지게 연결하는 용융금속 정련장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 주행경로는 상기 고정부재의 길이 방향에 대하여 직교하는 궤적을 갖도록 형성되는 용융금속 정련장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 지지대에는 상기 래들의 적어도 일측에 접촉되어 상기 래들의 외주면을 둘러싸는 가이더가 구비되는 용융금속 정련장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 래들의 외주면에 인접하는 상기 가이더의 끝단에는 롤러가 구비되는 용융금속 정련장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Images