KR101622282B1 - 탈가스 장치 및 탈가스 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탈가스 장치 및 탈가스 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환류가스를 승온시켜 용강의 온도 하락을 줄이는 탈가스 장치 및 탈가스 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 탈가스 장치는 내부 공간을 구비하고, 상기 내부 공간에 진공이 형성되는 진공조, 상기 진공조의 하부에 연결되어 용강정련시 용강에 침적되고, 상승관과 하강관을 포함하는 침적관, 상기 진공조의 상부에 연결되고, 상기 진공조에서 생긴 고온의 배기가스가 배출되는 배기관 및 그 일부가 상기 배기관의 내부를 통과하고, 그 일단이 상기 상승관에 연결되는 환류가스관을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 방법은 환류가스를 승온시키는 단계, 승온된 상기 환류가스를 침적관의 상승관 내로 분사하는 단계, 상기 침적관을 용강에 침적시키는 단계 및 상기 침적관이 연결된 진공조의 내부 공간을 감압시켜 진공을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

탈가스 장치 및 탈가스 방법 {Degassing apparatus and Degassing method}

본 발명은 탈가스 장치 및 탈가스 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환류가스를 승온시켜 용강의 온도 하락을 줄이는 탈가스 장치 및 탈가스 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 공정은 용선 예비처리 공정, 전로 정련 공정, 이차 정련 공정 및 연속주조 공정 순으로 진행된다. 용선에 산소 가스를 취입하여 처리하는 전로 정련 공정을 마치고 전로에서 출강되는 용선은 불순물이 많고 원하는 강의 성분이 대부분 미달인 상태이므로, 별도의 용기(즉, 래들)에 용강을 담고 불순물(예를 들어, 탄소 성분)이나 가스 등을 제거하는 작업을 수행한다. 이를 노외 정련 공정이라 하고, 진공 탈가스 및 산소 가스 등을 이용하여 강의 불순물을 제거하는 여러 가지 방식이 있다.

진공조(Vacuum Vessel)는 용강 내부의 가스와 불순물을 제거하여 용강 제품의 균일화 및 품질 개선에 이용되는 장치이다. 일반적으로 용강의 탈가스 작업 및 불순물 제거작업에 사용되는 진공조는 하부에 연결된 침적관을 통하여 용강을 환류시키면서 용강 중의 불순물이나 가스를 제거한다. 이때 진공조의 진공 형성과 환류가스에 의해 래들 내의 용강을 침적관을 통해 환류시키게 된다.

일반적으로 탈가스 공정은 전로에서 출강된 용강을 진공 탈가스 장치에서 환류를 진행하여 진공 탈탄을 수행하는 탈탄 과정, 탈탄된 용강에 잔류된 산소를 제거하는 탈산 과정, 탈산 후 용강 성분 조정을 위한 합금철 투입 및 탈산시 생성된 산화성 개재물을 제거하는 환류 과정을 포함한다. 이러한 공정을 수행하는데 20분 정도가 걸리며 이 시간동안 용강의 온도가 25 ℃ 정도 하락하게 되고, 강종에 따라 결정되어 있는 용강의 연속주조 온도를 맞추려면 25 ℃ 정도의 온도 하락을 감안해 용강의 전로종점온도가 탈가스 공정에서 용강의 온도 하락이 없을 때보다 높아야 한다.

이러한 용강의 전로종점온도를 높이기 위해 한국공개특허 제10-2005-0005067호(2005.01.13) 등에는 전로 정련 공정의 마지막에 알루미늄(Al)을 첨가하여 용강의 온도를 상승시키는 방법이 제시되어 있지만, 이러한 경우 용강의 제조 원가가 상승하게 되고 용강의 청정성을 저하시키는 원인으로 작용하고 있다.

용강의 연속주조 온도를 맞출 수 있을 뿐만 아니라 용강의 전로종점온도를 낮추어 용강의 품질을 높이고 용강의 제조 원가를 줄이기 위해 탈가스 공정에서의 온도 하락을 줄일 필요가 있다.

한국공개특허공보 제10-2005-0005067호

본 발명은 환류가스를 승온시킴으로 용강의 온도 하락을 줄여 용강의 품질을 향상시키고 용강의 제조 원가를 낮추는 탈가스 장치 및 탈가스 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 탈가스 장치는 내부 공간을 구비하고, 상기 내부 공간에 진공이 형성되는 진공조; 상기 진공조의 하부에 연결되어 용강정련시 용강에 침적되고, 상승관과 하강관을 포함하는 침적관; 상기 진공조의 상부에 연결되고, 상기 진공조에서 생긴 고온의 배기가스가 배출되는 배기관; 및 그 일부가 상기 배기관의 내부를 통과하고, 그 일단이 상기 상승관에 연결되는 환류가스관을 포함할 수 있다.

상기 환류가스관은 상기 배기관의 내부를 통과하는 적어도 일부가 비직선형으로 형성될 수 있고, 대기에 노출되는 부분이 보온 처리될 수 있다.

상기 상승관의 측벽에는 환류가스가 분사되는 환류가스 노즐이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 방법은 환류가스를 승온시키는 단계; 승온된 상기 환류가스를 침적관의 상승관 내로 분사하는 단계; 상기 침적관을 용강에 침적시키는 단계; 및 상기 침적관이 연결된 진공조의 내부 공간을 감압시켜 진공을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 환류가스를 승온시키는 단계에서는 상기 진공조에서 생긴 고온의 배기가스를 열원으로 상기 환류가스를 승온시킬 수 있고, 환류가스관의 일부가 상기 진공조의 상부에 연결된 배기관의 내부를 통과하도록 하여 상기 환류가스를 승온시킬 수 있다.

상기 진공조와 상기 침적관을 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 환류가스를 승온시키는 단계에서는 상기 진공조와 침적관을 예열하는 단계에서 발생하는 가스를 열원으로 상기 환류가스를 승온시킬 수 있다.

상기 침적관을 용강에서 이격시켜 대기하는 단계를 더 포함하고, 상기 이격시켜 대기하는 단계에서 환류가스 노즐을 통해 승온된 상기 환류가스를 상기 침적관의 상승관 내로 계속 분사할 수 있다.

상기 환류가스는 불활성 가스일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탈가스 장치는 환류가스를 진공조에서 생긴 고온의 배기가스로 승온하여 용강에 분사하므로 용강의 온도 하락을 줄일 수 있다. 이에 전로종점온도를 낮출 수 있고, 전로종점온도가 낮아짐에 따라 전로 공정에서 온도 상승에 필요한 산소의 사용량이 감소하며, 줄어든 산소의 사용량만큼 탈산재의 사용량도 줄어들게 된다. 또한, 탈산재의 사용량이 줄어들므로 산화성 개재물이 저감되어 용강의 품질이 향상되고, 탈산재의 비용을 줄일 수 있어 용강의 원가도 절감될 수 있다.

그리고 본 발명의 탈가스 장치는 계절에 관계없이 용강의 감온 속도를 일정하게 유지할 수 있고, 이에 따라 용강의 품질이 대기 온도의 영향(또는 계절의 영향)을 받지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 탈가스 방법에서는 대기시에도 고온의 배기가스에 의해 승온된 환류가스를 항상 분사하여 환류가스 노즐의 막힘을 방지하고, 진공조 내의 온도 하락도 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탈가스 장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 변형예에 따른 탈가스 장치의 환류가스관을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 방법을 나타낸 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탈가스 장치를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 탈가스 장치는 내부 공간을 구비하고, 상기 내부 공간에 진공이 형성되는 진공조(10); 상기 진공조(10)의 하부에 연결되어 용강정련시 용강(60)에 침적되고, 상승관(21)과 하강관(22)을 포함하는 침적관(20); 상기 진공조(10)의 상부에 연결되고, 상기 진공조(10)에서 생긴 고온의 배기가스가 배출되는 배기관(30); 및 그 일부가 상기 배기관(30)의 내부를 통과하고, 그 일단이 상기 상승관(21)에 연결되는 환류가스관(40)을 포함할 수 있다.

진공조(10)는 내부 공간을 구비하는 원통형 형상일 수 있고, 원통형의 철피와 내화물로 구성될 수 있는데, 고온의 용강에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위해 철피에서 내측 방향으로 단열재, 영구장 및 내장 연와로 이루어진 내화물층 구조가 형성될 수 있다. 내화물로는 다양한 내화 벽돌이 사용될 수 있으며, 예를 들어 돌로마이트, 마그네시아 내화벽돌 등이 사용될 수 있다. 내장 연와는 용강을 수용할 수 있을 정도의 내열성을 갖춘 재질로 구성되며, 내열성이 큰 재질의 벽돌을 축조하여 만들어질 수 있다. 또한, 진공조(10)는 상부와 하부로 구분될 수 있으며, 침적관(20)이 하부에 연결되고 용강(60)은 주로 하부에서 환류하게 된다.

침적관(20)은 상하부가 개방된 파이프 형상일 수 있으며, 상단부가 진공조(10)의 하부에 연결되고, 용강정련시 하부 영역이 래들(ladle, 70) 내의 용강(60)에 침적된다. 침적관(20)은 상승관(21)과 하강관(22)의 한 쌍으로 구성될 수 있는데, 용강(60)이 상승관(21)을 통해 진공조(10)로 유입되고 하강관(22)을 통해 진공조(10)에서 배출되어 환류하게 된다. 상승관(21)과 하강관(22)은 진공조(10)의 하부에 나란하게 배치될 수 있다.

배기관(30)은 원통형의 파이프 형상일 수 있고, 일단이 진공조(10)의 상부에 연결되어 진공조(10)에서 생긴 고온의 배기가스를 배출시킨다. 배기관(30)의 내부 온도는 고온의 배기가스가 통과하기 때문에 높은 온도를 유지한다. 이러한 이유로 본 발명의 일실시예에서는 환류가스관(40)이 배기관(30)의 내부를 지나게 하여 환류가스를 승온시킨다. 이렇게 환류가스를 승온시키게 되면 별도의 장비없이 탈가스 공정에서 자연적으로 발생하는 배기가스를 이용하여 환류가스를 승온시킬 수 있게 된다.

환류가스관(40)은 폭(또는 직경)이 배기관(30)보다 좁은 파이프 형상일 수 있으며, 일단이 상승관(21)의 측벽에 연결되어 환류가스를 상승관(21)으로 흘려보내고, 환류가스관(40)의 일부가 배기관(30)의 내부를 통과함으로 환류가스를 승온시킨다. 그리고 환류가스관(40)은 배기관(30)을 통과하여 상승관(21)의 측벽에 연결되기 위해 절곡부를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 변형예에 따른 탈가스 장치의 환류가스관을 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 변형예에 따른 탈가스 장치의 환류가스관(40)은 배기관(30)의 내부를 통과하는 적어도 일부가 비직선형으로 형성될 수 있다. 상기 비직선형은 지그재그, 물결, 코일(coil) 형상 등을 포함하는 두 점 사이의 선 길이가 길어지도록 만든 형상이다. 배기관(30) 내부의 환류가스관(40)이 비직선형으로 형성되면, 비직선형 환류가스관(42)은 고온의 배기가스와 접하는 면적이 넓어지고 배기관(30)의 내부에 들어갈 수 있는 환류가스관의 길이가 길어지므로 환류가스가 고온의 배기가스에 의해 가열되는 시간이 늘어나게 할 수 있다. 이에 직선형 환류가스관(41)보다 환류가스를 충분히 승온시킬 수 있게 된다. 한편, 배기관(30)의 외부에 있는 환류가스관(40)은 환류가스의 온도가 떨어지지 않고 짧은 시간에 상승관(21)으로 이동할 수 있도록 직선형 환류가스관(41)으로 형성하여 이동거리를 줄이는 것이 바람직하다.

또한, 상승관(21)은 측벽에 환류가스가 분사되는 적어도 하나 이상의 환류가스 노즐(50)이 형성될 수 있다. 환류가스 노즐(50)은 상승관(21)의 측벽에 형성되고, 일측이 환류가스관(40)과 연결되며 타측으로 환류가스를 분사한다. 환류가스 노즐(50)의 개수는 탈가스 공정의 요건에 따라 결정할 수 있는데, 환류가스 노즐(50)이 하나일 경우 용강(60)의 상승이 충분하지 않을 수 있고, 환류가스 노즐(50)의 개수가 너무 많을 경우 한정되어 있는 가스 유량으로 인해 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있다. 이에 환류가스 노즐(50)의 개수는 가스 유량 등을 고려해 결정할 수 있다. 한편, 환류가스 노즐(50)의 직경도 탈가스 공정의 요건에 따라 결정할 수 있는데, 상승관(21)의 직경에 따라 환류가스 노즐(50)의 직경을 결정할 수 있다. 또한, 가스 유량도 상승관(21)의 직경에 따라 결정될 수 있다.

표 1은 동절기, 하절기 및 본 발명의 탈가스 공정에 의한 용강의 온도 하락을 나타내는 표이다.

구 분	시작 온도(℃)	종료 온도(℃)	감온 속도(℃/min)
동절기	1580	1543	1.85
하절기	1580	1557	1.15
본 발명(환류가스 승온시)	1580	1564	0.8

탈가스 공정시간은 20분 정도일 수 있으며, 시작 온도는 탈가스 공정 시작시점의 용강 온도이고, 종료 온도는 탈가스 공정 종료시점(약 20분 후)의 용강 온도이다. 감온 속도는 분당 온도가 하락하는 폭을 나타낸다.

표 1의 본 발명에 따른 일실시예에서는 500 ℃의 배기가스로 상온(25 ℃)의 환류가스를 약 50 ℃ 이상으로 승온시킨 후 승온된 환류가스를 이용하여 탈가스 공정을 수행한 결과, 상온(25 ℃)의 환류가스를 사용하였을 때(즉, 동절기 및 하절기)보다 용강(60)의 온도 하락이 줄어들었다.

제강공정에서는 강종에 따라 용강의 연속주조 온도가 결정되고, 이 용강의 연속주조 온도에서 이전의 각 공정마다 발생하는 용강의 온도 하락을 감안하여 각 공정별로 허용온도가 결정된다. 이때, 어느 공정에서 용강의 온도 하락을 줄이게 되면 용강의 온도 하락을 줄인 폭만큼 그 이전의 공정에서 용강의 공정 온도를 낮출 수 있게 되고, 가열이나 반응열에 의해 온도를 더 높여야 하는 일을 방지하여 용강의 제조 원가 절감과 용강의 품질 향상을 가져올 수 있다.

용강의 연속주조 온도가 1,550 ℃일 때를 예를 들어 용강의 전로종점온도까지 각 공정별 허용온도의 결정을 자세히 살펴보면 다음과 같다.

용강의 연속주조 온도가 1,550 ℃이면 탈가스 공정을 마치고 연속주조 위치까지 이동하면서 통상적으로 하락되는 25 ℃의 온도를 감안하여 탈가스 종료 온도는 1,575 ℃가 되어야 한다. 그리고 탈가스 공정 중 통상적으로 하락되는 25 ℃의 온도를 감안하여 탈가스 시작 온도는 1,600 ℃가 되어야 하고, 전처리 공정(예를 들어, BAP)을 마치고 탈가스 공정위치까지 이동하면서 통상적으로 하락되는 20 ℃의 온도를 감안하여 전처리 종료 온도는 1,620 ℃가 되어야 한다. 또한, 전처리 공정 중 통상적으로 하락되는 15 ℃의 온도를 감안하여 전처리 시작 온도는 1,635 ℃가 되어야 하고, 용강을 전로에서 출강시 통상적으로 하락되는 45 ℃의 온도를 감안하여 전로종점온도는 1,680 ℃가 되어야 한다.

탈가스 공정에서 발생하는 통상적인 용강의 온도 하락은 25 ℃ 정도가 되는데, 이 탈가스 공정에서 발생하는 용강의 온도 하락(또는 온도 하락폭)을 줄이면 그 이전의 공정 온도인 용강의 전로종점온도를 낮출 수 있고, 이에 따라 용강의 품질이 향상되며 용강의 원가도 절감되는 장점이 있다.

표 1을 참조하면, 대기 온도가 낮은 동절기에 용강(60)의 온도가 더 빨리 하락하는 것을 알 수 있고, 환류가스를 승온하면 용강(60)의 온도 하락이 줄어드는 것으로 보아 용강(60)의 온도 하락은 환류가스의 온도에 의한 영향이 큰 것을 알 수 있다. 그리고 환류가스를 승온시켜 용강(60)의 감온 속도를 0.8 ℃/min로 만들면 동절기보다 분당 1.05 ℃의 온도 하락을 줄일 수 있고, 하절기보다 분당 0.35 ℃의 온도 하락을 줄일 수 있으며, 여기에 탈가스 공정시간 20분을 감안하면 탈가스 공정에서 동절기보다 21 ℃의 온도 하락을 줄일 수 있고, 하절기보다 7 ℃의 온도 하락을 줄일 수 있는 효과가 있는 것을 알 수 있다. 이에 동절기에는 21 ℃, 하절기에는 7 ℃의 전로종점온도를 낮출 수 있고, 이는 상기 온도만큼의 온도 상승에 필요한 전로공정에서의 산소 사용량을 줄이며, 줄어든 산소의 사용량만큼 탈산재의 사용량도 줄일 수 있는 효과가 있다. 그리고 탈산재의 사용량이 줄어들므로 산화성 개재물이 저감되어 용강의 품질이 향상되며, 산소와 탈산재의 사용을 줄일 수 있어 용강의 원가도 절감될 수 있다.

또한, 용강(60)의 감온 속도가 동절기와 하절기에 서로 차이가 나는 것으로 환류가스가 환류가스관(40)을 통해 공급되면서 대기 온도의 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 환류가스관(40)은 환류가스의 온도 하락을 방지하기 위해 대기에 노출되는 부분이 보온 처리될 수도 있다. 이렇게 되면 동절기에 환류가스의 온도가 상온(25 ℃)보다 낮아지는 것을 방지할 수 있고, 계절에 관계없이 용강(60)의 감온 속도를 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 용강의 전로종점온도를 대기 온도에 관계없이 일정하게 유지할 수 있어 용강(60)의 품질이 대기 온도의 영향(또는 계절의 영향)을 받지 않을 수 있다. 또한, 배기관(30)과 상승관(21) 사이의 환류가스관(40)이 보온 처리되어 있으면 승온된 환류가스의 온도가 다시 하락하는 것도 방지할 수 있다. 보온 처리의 방법은 환류가스관(40)을 단열재로 감싸서 보온 처리할 수도 있으며, 그 방법에 특별한 제한은 없다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 방법을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 방법은 환류가스를 승온시키는 단계(S100); 승온된 상기 환류가스를 침적관의 상승관 내로 분사하는 단계(S200); 상기 침적관을 용강에 침적시키는 단계(S300); 및 상기 침적관이 연결된 진공조의 내부 공간을 감압시켜 진공을 형성하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.

먼저 환류가스를 승온시킨다(S100). 환류가스를 승온시키는 단계(S100)에서는 진공조에서 생긴 고온의 배기가스를 열원으로 환류가스를 승온시킬 수 있다. 이러한 방법으로 환류가스를 승온시키게 되면 별도의 장비없이 탈가스 공정에서 자연적으로 발생하는 배기가스를 활용하여 환류가스를 승온시킬 수 있게 된다. 한편, 환류가스의 승온 방법은 별도의 열원으로 가열할 수도 있으며, 이에 한정되지 않는다. 환류가스를 승온시키면 탈가스 공정시 용강의 온도 하락을 줄일 수 있다.

또한, 환류가스를 승온시키는 단계(S100)에서는 환류가스관의 일부가 상기 진공조의 상부에 연결된 배기관의 내부를 통과하도록 하여 승온시킬 수 있다. 환류가스는 환류가스관을 통해 상승관으로 공급되고, 환류가스관이 배기관의 내부를 통과하면 환류가스가 배기관의 내부에 있는 환류가스관을 지날 때 배기관으로 배출되는 고온의 배기가스에 의해 승온된다.

환류가스관은 배기관의 내부를 통과하는 적어도 일부가 비직선형으로 형성될 수 있다. 상기 비직선형은 지그재그, 물결, 코일(coil) 형상 등을 포함하는 두 점 사이의 선 길이가 길어지도록 만든 형상인데, 배기관 내부의 환류가스관을 비직선형으로 형성하면 환류가스가 배기관 내에 최대한 오래 있을 수 있어 환류가스의 승온 효과를 상승시킬 수 있다.

본 발명의 탈가스 방법은 진공조와 침적관을 예열하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 침적관은 진공조의 하부에 연결되어 용강에 침적되며, 상승관과 하강관의 한 쌍으로 구성될 수 있는데, 용강이 상승관을 통해 진공조로 유입되고 하강관을 통해 진공조에서 배출되어 환류하게 된다. 진공조와 침적관을 예열하는 이유는 침적관이 고온(예를 들어, 1,500 ~ 1,650 ℃)의 용강에 침적될 때 침적관과 용강의 온도 차에 의해 침적관이 용손되거나 침적관(또는 상승관)을 통해 진공조에 유입되는 용강에 열손실이 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 진공조와 침적관을 예열하면 진공조 내부 공간의 온도를 800 ℃ 이상으로 높일 수 있고, 진공조와 침적관을 예열하는 단계에서 발생하는 가스를 열원으로 탈가스 공정 전에 미리 환류가스를 승온시킬 수 있다. 한편, 탈가스 공정 중에는 진공조 내부 공간의 온도가 1,000 ~ 1,100 ℃까지 높아질 수 있다.

다음으로 승온된 환류가스를 침적관의 상승관 내로 분사한다(S200). 환류가스는 용강에 분사되어 용강을 가볍게 함으로 용강이 상승관을 통해 진공조로 상승할 수 있게 돕는 역할을 하고, 상승관의 측벽에 형성된 환류가스 노즐을 통해 분사될 수 있다. 또한, 환류가스는 불활성 가스일 수 있는데, 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N) 가스를 포함할 수 있다. 환류가스는 용강과 반응하는 가스가 아니라 용강이 상승관을 통해 진공조로 유입되고 하강관으로 배출되도록 환류시키는 가스이기 때문에 불활성 가스를 사용한다. 한편, 탈탄 반응을 수행할 때는 환류가스로 아르곤 가스를 사용하고, 탈산 반응을 수행할 때는 환류가스로 질소 가스를 사용할 수도 있다.

그 다음 침적관을 래들 내의 용강에 침적시킨다(S300). 이때 진공조를 아래로 움직여 침적관을 용강에 침적시킬 수도 있고, 래들을 위로 움직여 침적관을 용강에 침적시킬 수도 있는데, 그 방법에 제한은 없다. 한편, 침적관이 용강에 침적되면 용강에 침적되기 전보다 환류가스의 유량을 늘릴 수도 있다. 그리고 환류가스 노즐이 깨끗한 상태에서 처음 환류가스를 분사할 때는 침적관을 래들 내의 용강에 침적시킨 후 환류가스를 분사할 수도 있다.

곧이어, 진공조의 내부 공간을 감압시켜 진공을 형성한다(S400). 여기서, 진공을 형성하는 방법은 진공배기장치(Vacuum Pump)를 이용해 감압시킴으로 진공을 형성할 수도 있고, 그 방법에 특별한 제한은 없다.

이후에 진행되는 환류에 의한 탈가스 공정은 다음과 같다.

진공조의 하부에 형성된 침적관(상승관 및 하강관)을 래들 내의 용강에 일정깊이 침적시키고 진공조의 내부 공간을 감압시켜 진공을 형성하게 되면, 래들 내의 용강은 침적관을 통해 진공조의 내부 공간으로 진공조 내부 공간의 감압된 압력에 해당하는 만큼 높이가 상승하게 된다. 이때, 상승관의 측면에서 불활성 가스의 취입을 위해 설치된 환류가스 노즐을 통해 환류가스를 취입하면, 환류가스가 취입되는 상승관 내부는 환류가스 기포에 의해 겉보기 밀도가 작아지게 되고, 이에 따라 환류가스 기포가 상승관을 통해 상승하게 된다. 이와 같은 환류가스 기포의 상승에 의해 진공조의 내부 공간으로 유입되는 용강은 미립적이 되고, 표면적이 증가되어 비산되며, 각종 반응 및 탈가스는 진공조의 내부 공간으로 유입된 용강의 자유계면(Free Surface)에서 특히 활발하게 진행되게 된다. 반응이 진행된 용강은 하강관을 통해 다시 래들로 배출되는데, 이러한 현상이 진공조와 래들 사이에서 폐쇄회로를 형성하며 연속적으로 진행되어 용강의 환류 작용(즉, 순환 작용)이 일어남에 따라 탈가스와 개재물 부상 분리가 일어나게 된다.

본 발명의 탈가스 방법은 침적관을 용강에서 이격시켜 대기하는 단계를 더 포함하고, 이격시켜 대기하는 단계에서 환류가스 노즐을 통해 승온된 환류가스를 침적관의 상승관 내로 계속 분사할 수 있다. 환류가스 노즐은 상승관의 측면에 형성되고, 일측이 환류가스관에 연결되어 타측으로 용강에 환류가스를 분사한다. 탈가스 공정을 하지 않는 대기하는 단계에서도 환류가스를 분사하는 이유는 환류가스 노즐의 막힘을 방지하기 위함이다. 환류가스를 계속 분사해주지 않으면 탈가스 공정 후 환류가스 노즐의 주위에 남아있는 용강이 굳어 노즐을 막을 수도 있다. 여기서, 상온(25 ℃)의 환류가스를 사용하면 진공조 내부의 온도를 급격히 떨어뜨리는 부작용이 발생되는데, 환류가스를 승온하여 분사하면 진공조 내부의 온도 하락을 감소시킬 수 있다. 한편, 환류가스의 유량은 침적관이 용강에서 이격되어 있을 때와 침적관이 용강에 침적되어 있을 때가 서로 다르게 조절할 수 있다.

상기 단계들은 상기와 같이 순차적으로 이루어질 수도 있고, 단계의 순서가 변경될 수도 있으며, 상기 단계들이 포함되어 있으면 족하고, 순서에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 탈가스 장치는 진공조에서 생긴 고온(500 ℃ 이상)의 배기가스에 의해 환류가스를 약 50 ℃ 이상으로 승온하여 용강에 분사하므로 용강의 온도 하락을 줄일 수 있다. 이에 동절기에는 21 ℃, 하절기에는 7 ℃의 전로종점온도를 낮출 수 있고, 전로종점온도가 낮아짐에 따라 전로 공정에서 온도 상승에 필요한 산소의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 줄어든 산소의 사용량만큼 탈산재의 사용량도 줄일 수 있다. 또한, 탈산재의 사용량을 줄임으로 산화성 개재물을 저감시켜 용강의 품질을 향상시킬 수 있고, 탈산재의 비용을 줄일 수 있어 용강의 원가도 낮출 수 있다. 그리고 대기에 노출되는 부분을 보온 처리하여 계절에 관계없이 용강의 감온 속도를 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 용강의 품질이 대기 온도의 영향(또는 계절의 영향)을 받지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 탈가스 방법에서는 대기시에도 고온의 배기가스에 의해 약 50 ℃ 이상으로 승온된 환류가스를 항상 분사하여 환류가스 노즐의 막힘을 방지하고, 진공조 내의 온도 하락도 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 진공조 20 : 침적관
21 : 상승관 22 : 하강관
30 : 배기관 40 : 환류가스관
41 : 직선형 환류가스관 42 : 비직선형 환류가스관
50 : 환류가스 노즐 60 : 용강
70 : 래들 80 : 합금철 투입구

Claims (11)

1. 내부 공간을 구비하고, 상기 내부 공간에 진공이 형성되는 진공조;
   상기 진공조의 하부에 연결되어 용강정련시 용강에 침적되고, 상승관과 하강관을 포함하는 침적관;
   상기 진공조의 상부에 연결되고, 상기 진공조에서 생긴 고온의 배기가스가 배출되는 배기관; 및
   그 일부가 상기 배기관의 내부를 통과하고, 그 일단이 상기 상승관에 연결되는 환류가스관을 포함하고,
   상기 환류가스관은 상기 배기관의 내부를 통과하는 부분이 비직선형으로 형성되고, 대기에 노출되는 부분이 보온 처리되며,
   상기 상승관의 측벽에는 환류가스가 분사되는 복수의 환류가스 노즐이 형성되며,
   상기 복수의 환류가스 노즐을 통해 상기 환류가스를 분사하면서 상기 침적관이 상기 용강에 침적되고, 상기 용강에 침적된 상기 침적관이 상기 용강으로부터 이격된 후에 상기 복수의 환류가스 노즐의 분사구 주위에 잔류된 용강의 응고시까지 상기 환류가스를 분사하는 탈가스 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 환류가스관의 일부가 진공조의 상부에 연결된 배기관의 내부를 통과하여 상기 진공조에서 생긴 고온의 배기가스를 열원으로 환류가스를 승온시키는 단계;
   승온된 상기 환류가스를 복수의 환류가스 노즐을 통해 침적관의 상승관 내로 분사하는 단계;
   상기 복수의 환류가스 노즐을 통해 상기 환류가스를 분사하면서 상기 침적관을 용강에 침적시키는 단계; 및
   상기 침적관이 연결된 상기 진공조의 내부 공간을 감압시켜 진공을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 침적관을 용강에서 이격시켜 대기하는 단계를 더 포함하고,
   상기 이격시켜 대기하는 단계에서 상기 복수의 환류가스 노즐을 통해 승온된 상기 환류가스를 상기 침적관의 상승관 내로 계속 분사하여 상기 복수의 환류가스 노즐의 분사구에 잔류하는 용강의 응고로 인한 상기 복수의 환류가스 노즐의 막힘을 방지하는 탈가스 방법.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 진공조와 상기 침적관을 예열하는 단계를 더 포함하는 탈가스 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 환류가스를 승온시키는 단계에서는,
   상기 진공조와 침적관을 예열하는 단계에서 발생하는 가스를 열원으로 상기 환류가스를 승온시키는 탈가스 방법.
   
10. 삭제
11. 청구항 5에 있어서,
    상기 환류가스는 불활성 가스인 탈가스 방법.

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