KR101678158B1 - 슬래그 다트 - Google Patents

Abstract

헤드 및 슬리브로 구성되는 슬래그 다트에 있어서, 상기 헤드는 중앙에 위치한 결합공, 상기 결합공과 연통되는 요입홈 및 내화물로 구성되고, 상기 슬리브는 강철 심재, 상기 강철 심재와 일체로 형성된 나사봉, 상기 강철 심재를 둘러싸는 또다른 내화물로 구성되고, 상기 슬리브는 상기 헤드의 요입홈에 끼움 조립되고, 상기 헤드 내 내화물은 평균 입경이 30mm 이하의 철 입자만을 포함하는 슬래그 다트가 제공된다.

Description

슬래그 다트 {SLAG DART}

본 기재는 슬래그 다트에 관한 것이다.

철강을 제조하는 공정 중에 선철에서 강을 제조하는 제강공정이 있다. 제강공정에서는 선철과 생석회 및 합금철 등의 부자재를 전로에 장입하고 산소취련을 하여 용강을 제조하는데, 이때 용융슬래그도 용강과 동시에 생성되게 된다.

이 용강을 래들에 장입하여야 후속공정이 진행되는데, 래들에 장입할 때 전로내의 용강뿐만 아니라 용융슬래그도 함께 배출되므로 이를 분리하여야 한다.

따라서 전로에서 용강을 배출할 때 용강과 용융슬래그를 분리하기 위하여 슬래그 다트라는 내화물을 사용하고 있다.

이 슬래그 다트는 비중을 용강보다는 가볍고 용융슬래그보다는 무겁게 제작하여, 전로내의 용강과 용융슬래그가 공존하는 융액 속에 장입하면 배출 말기에 전로 출강구를 막아서 용강과 용융슬래그를 분리하는 작용을 한다.

따라서 슬래그 다트는 용강의 온도인 1600℃ 내지 1800℃ 사이에서 잘 견디어야 하므로 내화물이 사용되고 있다. 또 이 슬래그 다트는 슬리브(sleeve)와 헤드(head)로 구성된 것으로, 헤드 중심에는 철괴(철덩어리) 및 철봉이 들어있고 그 주위를 내화물이 감싸고 있는 형태이다.

그러므로 이 내화물은 장입순간 급열되게 되므로 열충격에도 대단히 잘 견디어야 하고, 용융슬래그 및 용강과 반응하여 침식되거나 변질되지 않아야 한다.

한편 내화물만으로는 용융슬래그보다 비중을 높게 하는 것이 쉽지 않으므로, 비중 조정의 목적으로 철괴(철덩어리)를 슬리브 및 헤드의 내부에 장착시키게 된다. 이때 슬리브 내의 철괴(철덩어리)는 내화물과 부착성이 좋아야 열간에서 내화물 탈락이 발생되지 않는다. 또 헤드에서도 내화물과 철괴(철덩어리)의 부착성이 좋아야 한다.

또 슬래그 다트가 용강과 용융슬래그 계면에서 넘어지지 않고 수직으로 부상된 상태에서 전로 출강구를 막아야 하므로, 가령 약간 경사진 상태에서도 수직으로 되고자 하는 복원성이 대단히 중요하다.

철괴(철덩어리)는 다트의 복원성에 대단히 중요한 영향을 미치므로 다트 설계 및 제작 시에 이를 고려하여야 한다.

일본 특허공개문헌 2001-152230 등을 보면 비중 조정용으로 장입하는 철괴(철덩어리)는 헤드의 중간 또는 중상단에 위치하고 있음을 알 수 있다.

이는 헤드의 모양이 반구형이므로 상당한 크기의 철괴(철덩어리)를 헤드와 슬리브가 접촉되는 지점까지 내릴 수가 없기 때문이다. 즉 이와 같이 무거운 철괴(철덩어리)를 헤드 중간 또는 중상단에 위치시키면 무게 중심이 위로 올라가게 되어서 용융슬래그 및 용강 내에서 헤드와 복원력이 나빠지게 된다. 즉 비중 조정용으로 철괴(철덩어리)를 사용하면 필연적으로 결점이 발생하게 된다.

한편 철괴(철덩어리) 장착을 위해서는 철괴(철덩어리) 정 중앙에 구멍을 뚫어서 슬리브에서 나온 철봉이 관통되도록 하여야 한다. 따라서 제작 공정의 경비 상승이 초래된다. 또 약간 불규칙한 철괴(철덩어리)의 경우는 중앙을 잘 맞추어서 관통공을 만들지 않으면 헤드 전체의 무게 균형이 잡히지 않으므로 복원력에 나쁜 영향을 주게 된다.

본 발명의 일 구현예는 제조가 용이하고 복원력이 우수하며, 슬래그 용출량을 최소화시킬 수 있는 슬래그 다트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 구현예는 헤드 및 슬리브로 구성되는 슬래그 다트에 있어서, 상기 헤드는 중앙에 위치한 결합공, 상기 결합공과 연통되는 요입홈 및 내화물로 구성되고, 상기 슬리브는 강철 심재, 상기 강철 심재와 일체로 형성된 나사봉, 상기 강철 심재를 둘러싸는 또다른 내화물로 구성되고, 상기 슬리브는 상기 헤드의 요입홈에 끼움 조립되고, 상기 헤드 내 내화물은 평균 입경이 30mm 이하의 철 입자만을 포함하는 슬래그 다트를 제공한다.

상기 철 입자는 0.5mm 내지 2 mm의 평균입경을 가지는 철 입자, 5mm 내지 10mm의 평균입경을 가지는 철 입자 및 20mm 내지 30mm의 평균입경을 가지는 철입자를 포함할 수 있다.

상기 슬리브 내 내화물은 비중이 5.5 이상이 금속산화물을 포함할 수 있다.

상기 금속산화물은 지르코니아(ZrO₂)일 수 있다.

상기 금속산화물은 상기 슬리브 내 내화물 총량에 대해 10 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.

상기 슬리브 내 내화물은 철섬유를 포함할 수 있다.

상기 철섬유는 상기 슬리브 내 내화물 총량에 대해 1 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.

상기 헤드 상부에 탄산칼슘으로 이루어진 원반이 위치할 수 있다.

상기 탄산칼슘으로 이루어진 원반의 두께는 1mm 내지 20 mm 일 수 있다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

일 구현예에 따른 슬래그 다트는 철괴(철덩어리)를 포함하지 않으면서도 무게중심이 아래쪽에 있어 복원력이 매우 우수하고, 헤드 상부에 탄산 칼슘으로 이루어진 원반이 더 위치하여 슬래그 용출량을 최소화할 수 있다.

도 1은 일 구현예에 따른 슬래그 다트의 단면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 슬래그 다트를 구성하는 슬리브의 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 슬래그 다트를 구성하는 헤드의 분해 사시도이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 일 구현예에 따른 슬래그 다트(1)의 단면도이고, 도 2는 일 구현예에 따른 슬래그 다트를 구성하는 슬리브의 단면도이고, 도 3은 일 구현예에 따른 슬래그 다트를 구성하는 헤드의 분해 사시도이다.

일 구현예에 따른 슬래그 다트(1)는 헤드(2) 및 슬리브(3)로 구성되어 있고, 상기 헤드는 중앙에 위치한 결합공(4), 상기 결합공과 연통되는 요입홈(5) 및 내화물(6)로 구성되고, 상기 슬리브는 강철 심재(7), 상기 강철 심재와 일체로 형성된 나사봉(8), 상기 강철 심재를 둘러싸는 또다른 내화물(9)로 구성되고, 상기 슬리브는 상기 헤드의 요입홈에 끼움 조립되고, 상기 헤드 내 내화물(6)은 평균 입경이 30mm 이하의 철 입자만을 포함한다.

일반적으로 슬래그 다트는 철괴(철덩어리)를 포함하는 반구형의 헤드 및 슬리브로 구성되는데, 슬리브의 직경이 지나치게 클 경우 용강이 출강될 때까지 장시간이 소요되므로 제철소 별로 나름대로의 기준이 정해져 있다. 따라서, 커다란 철괴(철덩어리)를 포함하는 헤드에서는 무게를 무겁게 할 수 있는 다른 수단이 거의 없는 실정이고, 이 때문에 복원력이 우수한 슬래그 다트를 제조하는데 어려움이 있었다.

전로 내에 장입된 슬래그 다트가 우수한 복원력을 가지고 직립된 상태로 전로 출강구를 막아서 용강은 통과시키고 용융슬래그를 따로 분리하기 위해서는 슬래그 다트의 무게중심이 가능한 한 슬래그 다트의 아래방향에 있어야 하는데, 종래 슬래그 다트는 그 무게중심을 아래쪽으로 가져오기가 어려웠기 때문이다.

일 구현예에 따른 슬래그 다트(1)는, 헤드(2) 중간 또는 중상단에 위치하는 철괴(철덩어리) 대신 철볼, 철편 또는 밀 스케일 등의 평균입경이 30mm 이하인 철 입자를 사용하여 이들이 헤드 반구형 정점, 즉 헤드와 슬리브가 만나는 지점 부근에 집중되게 함으로써 무게중심을 헤드 하단으로 옮길 수가 있다.

또한, 일 구현예에 따른 슬래그 다트는 비중이 큰 내화물(9)을 슬리브(3)에 사용하여 무게를 무겁게 함으로써 무게중심을 아래로 가져올 수 있다.

상기 철 입자는 0.5mm 내지 2 mm의 평균입경을 가지는 철 입자, 5mm 내지 10mm의 평균입경을 가지는 철 입자 및 20mm 내지 30mm의 평균입경을 가지는 철입자를 포함할 수 있다. 철 입자의 평균입경이 0.5mm 미만이면 취급하기가 상대적으로 불편하고, 평균입경이 30mm 초과이면 아래로 갈수록(슬리브와 가까워질수록) 공간이 좁아지는 슬래그 다트의 헤드의 특성 상 헤드 하부에 철 입자를 위치시킬 수 없어, 무게중심을 아래쪽으로 옮기기가 어려워진다.

슬리브도 가능한 한 무게를 무겁게 하여야 무게중심을 하향시킬 수 있으므로 슬리브 내화물은 비중이 무거운 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 슬리브 내 내화물은 비중이 5.5 이상이 금속산화물을 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 금속산화물은 지르코니아(ZrO₂)일 수 있다. 지르코니아는 세라믹 재료임에도 불구하고, 비중이 6 내지 7에 가깝기 때문에, 많은 양이 포함되지 않더라도 충분히 슬리브의 무게를 무겁게 할 수 있다. (종래 슬리브 내 내화물 재료의 비중은 3 전후였다)

예컨대, 상기 금속산화물은 상기 슬리브 내 내화물 총량에 대해 10 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 금속산화물이 슬리브 내 내화물 총량에 대해 10 중량% 미만으로 포함될 경우 슬리브의 무게가 무게중심을 하향시키는데 충분하지 않고, 30 중량% 초과로 포함될 경우 비경제적이다.

상기 슬리브 내 내화물은 상기 금속산화물 이외에 철섬유를 더 포함할 수 있다.

상기 철섬유는 슬리브 무게를 증가시킬 뿐만 아니라, 슬리브 내 내화물이 급열될 때 발생할 수 있는 급열 박탈 현상을 방지하는 역할을 할 수 있다.

상기 철섬유는 상기 슬리브 내 내화물 총량에 대해 1 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 철섬유가 상기 범위로 슬리브 내 내화물에 포함될 경우, 슬리브의 무게를 늘려 무게중심을 하향시킬 수 있으며, 성형이 용이해진다. 또한, 상기 철섬유를 포함함으로써, 종래 강철 심재에 앵커(anchor)를 용접해서 붙이는 불편도 해소할 수 있다.

한편, 기존에는 내화물로 둘러싸이는 부분의 중심 철근과 헤드 부위 윗부분의 중심 철근을 용접하여 사용하는 경우가 꽤 있었다. 이 경우에는 철근 상하의 용접 부위가 완전히 정확하게 맞지 않으면 열팽창으로 인하여 간혹 절단되는 사고가 발생하기도 하였다.

그러나, 일 구현예에 따른 슬래그 다트의 슬리브는 길이가 긴 강철 심재를 사용하였고, 헤드 내 결합공과 연결되는 부분인 나사봉을 상기 강철 심재와 일체로 형성하여, 용접 부위를 정확히 맞추기가 쉽지 않은 용접형 중심 철근 사용 시, 열팽창으로 인한 절단 사고 발생 염려를 줄일 수 있다.

또한, 슬래그 다트의 복원성 향상을 위하여 무게중심을 가능한 한 다트 하부 쪽으로 옮기는 구성과는 별도로, 일 구현예에 따른 슬래그 다트는 헤드 상부(슬리브가 결합하는 방향과 반대)에 탄산칼슘으로 이루어진 원반(10)을 포함할 수 있다.

상기 탄산칼슘으로 이루어진 원반을 포함함으로써, 용융슬래그의 온도를 낮추어, 용융슬래그가 전로에서 래들로 적게 유출되게 할 수 있다.

즉, 용융슬래그의 온도를 약간 낮추면 용융슬래그의 점도가 상승하게 되고, 이에 따라 유동성이 저하되게 된다. 그러므로 유동성이 저하된 용융슬래그는 슬래그 다트의 헤드 상부에 모이게 되고, 용강은 다트를 빠져나가서 래들에 들어가게 되는 것이다.

용융슬래그의 온도를 낮추기 위해서는 용융슬래그 속에서 흡열반응이 진행되어야 하는데, 일 구현예에 따른 슬래그 다트는 탄산칼슘의 원반을 만든 후, 이를 슬래그 다트의 헤드 상부에 부착시켜서 흡열 반응이 진행되게 할 수 있다.

즉, 탄산칼슘 분말을 고화시켜 원반을 만든 후 슬래그 다트 상부, 즉 헤드 상부에 부착해서 용융슬래그 내에 투입하면, 탄산칼슘 원반은 용융슬래그의 열을 흡수해서 분해 반응을 하게 되는데, 상기 분해 반응이 흡열 반응이므로 용융슬래그의 온도가 약간 낮아지게 되어 점도가 높아지고 유동성이 저하되게 되고, 그 결과 용융슬래그의 유출량도 줄어들게 된다.

또한, 탄산칼슘이 분해되어서 발생되는 산화칼슘(CaO)은 용융슬래그 내에 용융하거나 부유하는 상태가 되는데, 용융하더라도 슬래그의 염기도가 더 높아지게 되므로 슬래그의 유동성이 저하되게 되고, 결국에는 용융슬래그 유출량을 감소시키게 된다.

다만, 상기 탄산칼슘으로 이루어진 원반의 두께는 1mm 내지 20 mm 일 수 있다. 상기 탄산칼슘으로 이루어진 원반의 두께가 1mm 미만인 경우 용슬래그 유출량 감소 효과가 미미하며, 20mm 초과인 경우 슬래그 다트의 무게중심을 상향시키게 되어 슬래그 다트의 복원력이 저하되게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

( 실시예 및 평가)

실시예 1

평균입경이 1mm인 철 입자, 평균입경이 7mm인 철 입자 및 평균입경이 25mm인 철 입자를 혼합한 후 헤드와 슬리브가 만나는 지점에 편심이 발생되지 않도록 장입하고 헤드를 제작하였다. 슬리브에는 지르코니아(ZrO₂)를 슬리브 내 내화물 총량에 대해 20 중량%로 첨가하고 철섬유도 슬리브 내 내화물 총량에 대해 2 중량%로 첨가하였다. 제작된 헤드와 슬리브를 조립하여 슬래그 다트를 제작하였다. 이와 같이 하여 제작된 슬래그 다트를 실 현장에서 시험하여 기존의 슬래그 다트와 비교하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

단 새로운 슬래그 다트를 제작할 때 헤드 및 슬리브의 크기는 사용 제철소별로 각자의 규격을 가지고 있으므로 규격에 따라 제작하였다. 이는 출강구 크기, 용강 discharge 시간 등을 고려하여 결정되는 것이므로 다트의 성능과는 무관한 사항이므로 규격을 준수하여 제작하였다.

실시예 2

실시예 1의 슬래그 다트의 헤드 상부에 헤드 직경과 똑같은 크기의 탄산 칼슘원반을 10mm 두께로 제작하여 부착하였다. 이와 같이 하여 제작된 슬래그 다트를 실 현장에서 시험하여 슬래그 유출량을 조사하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

헤드에 철괴(철덩어리)를 장입하고, 강철 심재와 나사봉을 일체로 형성하지 않는 등, 기존 제작방법에 준하여 헤드 및 슬리브를 제작한 후 슬래그 다트를 조립하였다. 이와 같이 하여 제작된 슬래그 다트를 실 현장에서 시험하여 실시예 1 및 실시예 2와 비교하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1
복원력	100%	99.5%	97%
슬리브 균열 및 탈락 현상	없음	없음	일부 균열
용융슬래그 총량에 대한 슬래그 유출량	5% 이하	3% 이하	7% 이하

상기 표 1을 통하여, 종래의 슬래그 다트인 비교예 1과 비교하여, 실시예 1의 슬래그 다트는 복원력이 매우 우수하고, 슬리브의 균열이나 탈락현상이 전혀 발생되지 않았음을 알 수 있고, 실시예 2의 슬래그 다트는 탄산칼슘 원반을 부착했기 때문에 복원력이 미미하게 낮아졌으나, 슬래그 유출량은 상당히 감소하였음을 알 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 슬래그 다트
2: 헤드
3: 슬리브
4: 결합공
5: 요입홈
6: 헤드 내 내화물
7: 강철 심재
8: 나사봉
9: 슬리브 내 내화물
10: 탄산칼슘으로 이루어진 원반

Claims (9)

1. 헤드 및 슬리브로 구성되는 슬래그 다트에 있어서,
   상기 헤드는 중앙에 위치한 결합공, 상기 결합공과 연통되는 요입홈 및 내화물로 구성되고,
   상기 슬리브는 강철 심재, 상기 강철 심재와 일체로 형성된 나사봉, 상기 강철 심재를 둘러싸는 또다른 내화물로 구성되고,
   상기 슬리브는 상기 헤드의 요입홈에 끼움 조립되고,
   상기 헤드 내 내화물은 평균 입경이 30mm 이하의 철 입자만을 포함하고,
   상기 헤드 상부에, 1mm 내지 20mm의 두께를 가지는 탄산칼슘으로 이루어진 원반이 위치하는 슬래그 다트.
   
2. 제1항에서,
   상기 철 입자는 0.5mm 내지 2 mm의 평균입경을 가지는 철 입자, 5mm 내지 10mm의 평균입경을 가지는 철 입자 및 20mm 내지 30mm의 평균입경을 가지는 철입자를 포함하는 슬래그 다트.
   
3. 제1항에서,
   상기 슬리브 내 내화물은 비중이 5.5 이상이 금속산화물을 포함하는 슬래그 다트.
   
4. 제3항에서,
   상기 금속산화물은 지르코니아인 슬래그 다트.
   
5. 제3항에서,
   상기 금속산화물은 상기 슬리브 내 내화물 총량에 대해 10 중량% 내지 30 중량%로 포함되는 슬래그 다트.
   
6. 제1항에서,
   상기 슬리브 내 내화물은 철섬유를 포함하는 슬래그 다트.
   
7. 제6항에서,
   상기 철섬유는 상기 슬리브 내 내화물 총량에 대해 1 중량% 내지 3 중량%로 포함되는 슬래그 다트.
   
8. 삭제
9. 삭제

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