KR101639134B1 - 탈가스 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

탈가스 처리 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 용강을 수용하는 래들(ladle) 상측에 설치되어, 용강에 침지되는 상승관 및 하강관이 구비된 베셀(vessel); 및 상기 상승관에 형성되어, 용강이 상기 상승관 및 상기 하강관을 통하여 상기 베셀과 상기 래들에서 환류되도록, 상기 상승관 내부에 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈가스 처리 장치가 제공된다.

Description

탈가스 처리 장치 및 방법{DEGASSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 탈가스 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈린 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다.
용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정을 거친 후 용강 내 성분을 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거치게 되고, 2차 정련이 완료되면 용강 내 성분 조정이 완료된다.
2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동하게 되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일 및 후판 등 목표하는 최종 제품으로 제조된다.
2차 정련은 전로에서 1차 정련되어 나온 용강 내 성분을 미세 조정하여 최종제품의 성분이나 재질 등을 요구조건에 맞게 제어하는 공정이다. 2차 정련의 핵심이 되는 공정은 탈가스 공정으로서 진공 탈가스(RH) 장비를 이용하여 용강 내 탄소, 질소, 산소, 수소 등을 제거한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0056325호(2004.06.30, 진공탈가스설비의 용강 정련방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은, 용강의 환류 효과가 개선된 탈가스 처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용강을 수용하는 래들(ladle) 상측에 설치되어, 용강에 침지되는 상승관 및 하강관이 구비된 베셀(vessel); 및 상기 상승관에 형성되어, 용강이 상기 상승관 및 상기 하강관을 통하여 상기 베셀과 상기 래들에서 환류되도록, 상기 상승관 내부에 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈가스 처리 장치가 제공된다.
상기 환류촉진가스의 화학식량은 상기 환류가스의 화학식량보다 낮고,
상기 환류가스는 아르곤을 포함하고, 상기 환류촉진가스는 헬륨을 포함하고,
상기 가스 공급부는, 상기 환류가스를 공급하는 환류가스 공급조; 상기 환류촉진가스를 공급하는 환류촉진가스 공급조; 상기 환류가스 공급조 및 상기 환류촉진가스 공급조와 상기 상승관을 연결하는 가스 이송배관; 상기 환류가스 공급조에서 상기 상승관으로 공급되는 상기 환류가스의 유량을 조절하는 제1 유량조절밸브; 및 상기 환류촉진가스 공급조에서 상기 상승관으로 공급되는 상기 환류촉진가스의 유량을 조절하는 제2 유량조절밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 용강을 수용하는 래들 상측에 설치되는 베셀의 상승관에 가스 공급부로부터 환류가스가 공급되어 상기 환류가스에 의한 탈가스 처리가 이루어지는 단계; 및 용강 내 가스농도가 기설정값 이하가 되면, 베셀의 상승관에 가스 공급부로부터 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스가 공급되어 상기 혼합가스에 의한 탈가스 처리가 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈가스 처리 방법이 제공된다.
상기 환류촉진가스의 화학식량은 상기 환류가스의 화학식량보다 낮고,
상기 환류가스는 아르곤을 포함하고, 상기 환류촉진가스는 헬륨을 포함하고.
상기 혼합가스에 의한 탈가스 처리가 이루어지는 단계에서, 상기 혼합가스는 전체 100Nm3/hr 기준으로 5Nm3/hr 내지 10Nm3/hr의 비율로 상기 환류촉진가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 탈가스 효율이 낮아지는 탈가스 처리 공정 후반에 환류촉진가스를 공급함으로써, 탈가스 처리에 소모되는 시간이 단축되고 고품질의 강종을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈가스 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 환류가스 유량에 따른 용강 내 균일 혼합 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈가스 처리 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈가스 처리 방법의 효과를 나타낸 그래피이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 탈가스 처리 장치 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈가스 처리 장치(1000)는 베셀(100)(Vessel) 및 가스 공급부(300)를 포함할 수 있다.
베셀(100)은 용강(M)이 환류되는 공간을 제공할 수 있다.
베셀(100)은 용강(M)을 수용하는 래들(Ladle) 상측에 설치될 수 있다.
베셀(100)에는 래들 내 용강(M)에 침지되는 상승관(110) 및 하강관(120)이 구비될 수 있다.
상승관(110)은 베셀(100)의 하측에 결합되고, 래들 내의 용강(M)이 베셀(100)로 이동하는 통로를 제공할 수 있다.
하강관(120)은 베셀(100)에서 탈가스 처리된 용강(M)이 래들로 이동하는 통로를 제공할 수 있다.
하강관(120)은 베셀(100)의 하측에 상승관(110)과 나란하게 설치될 수 있다.
상승관(110) 및 하강관(120)은 래들 내 용강(M)에 침지되어 용강(M)이 베셀(100)과 래들을 순환하는 통로를 제공할 수 있다.
가스 공급부(300)는 상승관(110) 내부에 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스를 공급할 수 있다.
가스 공급부(300)에서 공급되는 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스에 의하여 래들 내 용강(M)은 환류될 수 있다.
환류촉진가스의 화학식량은 환류가스의 화학식량보다 낮을 수 있다.
가스의 확산 속도는 화학식량의 제곱에 반비례하므로, 환류가스의 화학식량보다 낮은 화학식량을 가지는 가스를 환류촉진가스로 사용하는 경우, 환류촉진가스의 확산 속도가 환류가스의 확산 속도보다 빠르므로, 환류 효과를 촉진시킬 수 있다.
상승관에 공급되는 환류가스 또는 환류가스 및 환규촉진가스의 혼합가스의 유량은 180Nm3/hr이하일 수 있다.
도 2는 환류가스 유량에 따른 용강 내 균일 혼합 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 환류가스의 유량이 80Nm3/hr에서 120Nm3/hr에 이르는 구간의 용강의 균일 혼합 시간보다 140Nm3/hr에서 180Nm3/hr에 이르는 구간의 용강의 균일 혼합 시간이 더 짧다.
반면, 환류가스 유량 180Nm3/hr 이상의 구간부터는 용강의 균일 혼합 시간 감소 효과가 미비하므로, 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스의 공급 유량은 180Nm3/hr을 초과하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
환류가스가 아르곤인 경우, 환류촉진가스는 헬륨으로 이루어질 수 있다.
가스 공급부(300)는 환류가스 공급조(310), 환류촉진가스 공급조(330), 가스 이송배관(350), 제1 유량조절밸브(370) 및 제2 유량조절밸브(390)를 포함할 수 있다.
환류가스 공급조(310)는 가스 이송배관(350)을 통하여 상승관(110)에 환류가스를 공급할 수 있다.
환류촉진가스 공급조(330)는 가스 이송배관(350)을 통하여 상승관(110)에 환류촉진가스를 공급할 수 있다.
가스 이송배관(350)은 환류가스 공급조(310) 및 환류촉진가스 공급조(330)와 상승관(110)을 연결할 수 있다.
가스 이송배관(350) 내에서 환류가스 및 환류촉진가스가 혼합될 수 있다.
가스 이송배관(350)에는 대기 중 질소를 공급하는 배관이 분기될 수도 있다.
제1 유량조절밸브(370)는 환류가스 공급조(310)에서 상승관(110)으로 공급되는 환류가스의 유량을 조절할 수 있다.
제2 유량조절밸브(390)는 환류촉진가스 공급조(330)에서 상승관(110)으로 공급되는 환류촉진가스의 유량을 조절할 수 있다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 처리 방법을 나타낸 도면이다.
도 3를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 처리 방법은 환류가스에 의한 탈가스 처리 단계(S10)및 혼합가스에 의한 탈가스 처리 단계(S30)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈가스 처리 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈가스 처리 장치(1000)에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 베셀의 상승관에 가스 공급부로부터 환류가스가 공급되어 환류가스에 의한 탈가스 처리가 이루어질 수 있다(S10).
환류가스에 의한 탈가스 처리 단계에서는, 제1 유량조절밸브(370)가 개방되어 환류가스가 상승관 내로 공급될 수 있고, 제2 유량조절밸브(390)는 폐쇄된 상태일 수 있다.
다음으로, 용강 내 가스농도가 기설정값 이하가 되면, 베셀의 상승관에 가스 공급부로부터 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스가 공급되어 혼합가스에 의한 탈가스 처리가 이루어질 수 있다(S30).
혼합가스에 의한 탈가스 처리 단계에서는, 제1 유량조절밸브(370)의 개도가 조정되고, 제2 유량조절밸브(390)가 개방되어 환류촉진가스가 상승관 내로 공급될 수 있다.
탈가스 처리되는 가스는 용강(M) 내 수소, 탄소, 산소, 질소 등일 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 기설정값은 용강(M) 내 수소농도를 기준으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 환류가스에 의한 탈가스 처리 전 수소농도가 110이라고 하고, 환류가스에 의한 탈가스 처리 및 혼합가스에 의한 탈가스 처리 후 목표 수소농도가 10이라고 한다면, 상기 기설정값은 30일 수 있다.
상기 기설정값은 탈가스 효율이 낮아지는 탈가스 처리 공정 후반의 수소농도로 설정될 수 있다.
상기 기설정값에 대한 의미는 도 4를 참조하여 설명하는 것으로 한다.
도 4는 탈가스 처리 시 공급되는 가스의 유량 및 그에 따른 용강 중 수소농도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 환류가스를 아르곤으로, 환류촉진가스를 헬륨으로 사용한 실험 데이터이다.
도 4의 아래 그래프를 참조하면, 용강 내 수소농도는 탈가스 처리시간이 증가할수록 낮아지는데, 탈가스 처리의 후반 구간(점선을 기준으로 오른쪽)에서는 용강 내 수소농도 감소가 더디어진다.
이와 같이, 탈가스 처리 효율이 낮아지는 탈가스 처리 공정의 후반에서, 환류촉진가스를 수용하는 공급조의 크기 및 환류촉진가스의 비용 문제 등을 감안하면, 탈가스 처리의 진행이 약 80% 진행된 시점에서 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스를 공급하는 것이 탈가스 처리의 효율을 극대화할 수 있다.
따라서, 기설정값은 탈가스 처리 전 수소농도에서 탈가스 처리 후 목표하는 수소농도를 뺀 값의 20%만큼의 수소농도 값일 수 있으며, 이는 설비 조건이나 생산되는 강종에 따라 달라질 수 있다.
혼합가스는 용강 내 수소농도가 목표수소농도(예를 들어, 1ppm 이하)에 도달하는 시점까지 공급될 수 있다.
혼합가스에 의한 탈가스 처리가 이루어지는 단계(S30)에서, 혼합가스는 전체 100Nm3/hr 기준으로 5Nm3/hr 내지 10Nm3/hr의 비율로 상기 환류촉진가스를 포함할 수 있다.
혼합가스는 전체 100Nm3/hr 기준으로 환류촉진가스가 5Nm3/hr미만인 경우, 환류 개선 효과가 미약하며, 10Nm3/hr를 초과하는 경우, 환류가 급격하게 일어나 베셀 및 래들의 침식되어 설비의 내구성이 낮아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탈가스 처리 장비 및 방법은 탈가스 처리에 소모되는 시간을 단축시키고, 용강 중 불순물 성분 농도를 극한으로 낮춰 보다 고품질의 강종을 생산할 수 있다. 탈가스 효율이 낮아지는 탈가스 처리 공정 후반에 환류촉진가스를 공급하여 환류를 촉진시킴으로써, 탈가스 처리 공정의 효율을 전반적으로 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
M: 용강
1000: 탈가스 처리 장치
100: 베셀
110: 상승관
120: 하강관
300: 가스 공급부
310: 환류가스 공급조
330: 환류촉진가스 공급조
350: 가스 이송배관
370: 제1 유량조절밸브
390: 제2 유량조절밸브

Claims (8)

  1. 용강을 수용하는 래들(ladle) 상측에 설치되어, 용강에 침지되는 상승관 및 하강관이 구비된 베셀(vessel); 및
    상기 상승관에 형성되어, 용강이 상기 상승관 및 상기 하강관을 통하여 상기 베셀과 상기 래들에서 환류되도록, 상기 상승관 내부에 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하고,
    상기 환류촉진가스의 화학식량은 상기 환류가스의 화학식량보다 낮고,
    상기 환류가스는 아르곤을 포함하고,
    상기 환류촉진가스는 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈가스 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부는,
    상기 환류가스를 공급하는 환류가스 공급조;
    상기 환류촉진가스를 공급하는 환류촉진가스 공급조;
    상기 환류가스 공급조 및 상기 환류촉진가스 공급조와 상기 상승관을 연결하는 가스 이송배관;
    상기 환류가스 공급조에서 상기 상승관으로 공급되는 상기 환류가스의 유량을 조절하는 제1 유량조절밸브; 및
    상기 환류촉진가스 공급조에서 상기 상승관으로 공급되는 상기 환류촉진가스의 유량을 조절하는 제2 유량조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈가스 처리 장치.
  5. 용강을 수용하는 래들 상측에 설치되는 베셀의 상승관에 가스 공급부로부터 환류가스가 공급되어 상기 환류가스에 의한 탈가스 처리가 이루어지는 단계; 및
    용강 내 가스농도가 기설정값 이하가 되면, 베셀의 상승관에 가스 공급부로부터 환류가스 및 환류촉진가스의 혼합가스가 공급되어 상기 혼합가스에 의한 탈가스 처리가 이루어지는 단계를 포함하고,
    상기 환류촉진가스의 화학식량은 상기 환류가스의 화학식량보다 낮고,
    상기 환류가스는 아르곤을 포함하고,
    상기 환류촉진가스는 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈가스 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 혼합가스에 의한 탈가스 처리가 이루어지는 단계에서,
    상기 혼합가스는 전체 100Nm3/hr 기준으로 5Nm3/hr 내지 10Nm3/hr의 비율로 상기 환류촉진가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈가스 처리 방법.
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