KR101696327B1

KR101696327B1 - 진공처리장치

Info

Publication number: KR101696327B1
Application number: KR1020140179188A
Authority: KR
Inventors: 서영식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2017-01-13
Also published as: KR20160071702A

Abstract

본 발명은 용강이 수용되는 용기, 및 상기 용기의 내측에 구비되는 내화물층을 포함하고, 상기 내화물층 중 상기 용강이 이동하는 경로를 형성하는 부분에 요철부를 형성하고, 용강에 회전력을 제공하여 용강의 외부로 노출되는 표면적을 증가시키고 용강이 처리되는 시간을 단축할 수 있다.

Description

진공처리장치{Vacuum Treating Apparatus}

본 발명은 진공처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강에 회전력을 제공하여 용강의 외부로 노출되는 표면적을 증가시키고 용강이 처리되는 시간을 단축할 수 있는 진공처리장치에 관한 것이다.

알에치(RH) 설비는 진공조 베슬(Vessel) 내부를 진공으로 감압한 다음 용강이 수용된 레이들을 상승시켜서 상승관 및 하강관 같은 침적관을 용강에 침지시키고, 침적관을 통해 가스를 불어 넣어 용강을 진공조 베슬 내부로 순환시킨다. 이에, 용강이 진공조 베슬 내부를 순환하면서 진공 분위기에 노출되어 용강의 탈가스, 탈탄 공정을 수행한다.

예를 들어, 상승관에 환류가스를 공급하면 레이들 내의 용강이 진공 상태로 된 진공조의 흡입에 의해 상승관 내부로 유동하고, 이어서 하강관을 통해 레이들 내부로 되돌아 가는 용강 환류가 이루어지면서 용강에 대한 정련 공정을 수행할 수 있다.

종래에는 탈탄 반응을 신속하게 진행하기 위해 침적관이나 용기의 하부조의 크기를 크게 함으로써 반응 계면적의 상승에 의한 탈탄 반응을 유도하였다. 그러나, 설비 크기의 제약에 의해 침직관의 크기 증대에도 한계가 있다.

KR

20-0278673

Y1

본 발명은 용강의 외부로 노출되는 표면적을 증가시킬 수 있는 진공처리장치를 제공한다.

본 발명은 신속하게 용강에 대한 처리 공정을 수행할 수 있는 진공처리장치를 제공한다.

본 발명은 용강이 순환되는 용기를 포함하고, 상기 용기의 내측에 내화물층이 구비되며, 상기 내화물층 중 상기 용강이 이동하는 경로를 형성하는 부분에 요철부가 형성된다.

상기 내화물층은 외측에서 내측방향으로 단열재, 영구장, 및 내화 연와를 포함하고, 상기 요철부는 상기 내화 연와에 형성된다.

상기 용기는, 상부가 개방되는 하부조, 및 상기 하부조의 상부에 구비되는 상부조를 포함하고, 상기 하부조는 하측으로 연장형성되는 침적관을 구비하며, 상기 요철부는 상기 침적관에 구비되는 내화 연와에 형성된다.

상기 침적관은, 상기 용강을 흡입하는 상승관; 및 상기 상승관과 이격되어 상기 용강을 배출하는 하강관을 포함하고, 상기 요철부는 상기 상승관 또는 상기 하강관의 내화 연와 중 적어도 어느 한 부분에 형성된다.

상기 요철부는 굴곡을 가진다.

상기 요철부는 주름관 형태로 형성된다.

상기 요철부는 상기 침적관의 내부 둘레를 따라 나선형으로 형성된다.

상기 요철부의 상기 침적관의 중심부를 향하여 돌출되는 부분의 길이는 3~8cm이다.

본 발명의 실시 예에 따르면 용기 내로 용강이 흡입되는 침적관에 요철부를 형성하여 용강이 침적관 내에서 회전하면서 흡입될 수 있다. 이에, 용강에 상승하는 회전력이 발생하여 침적관을 통과한 용강에 진동파가 형성될 수 있고, 용강의 상승하는 높이가 증가할 수 있다. 따라서, 용강의 외부로 노출되는 표면적이 증가기 때문에, 용기 내에서 진공 및 합금철 등과 반응하는 표면적이 넓어져 탈가스, 탈탄 공정, 및 합금철관의 반응이 신속하게 이루어질 수 있다. 따라서, 용강에 대한 처리 공정이 신속하게 수행되고 처리되는 효과도 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진공처리장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 요철부를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 진공처리장치의 작동을 개략적으로 나타내는 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. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진공처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 요철부를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 진공처리장치의 작동을 개략적으로 나타내는 도면.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 진공처리장치(100)는, 용강이 순환되는 용기를 포함하고, 상기 용기의 내측에 복수의 내화물층(140)이 구비되며, 상기 내화물층(140) 중 상기 용강이 이동하는 경로를 형성하는 부분에 요철부(143a)가 형성된다.

용기는 내부에 용강이 처리될 수 있는 공간을 형성한다. 용기는 용강이 수용된 레이들(200)의 상측에 배치되고 레이들(200) 내의 용강을 용기 내부로 환류시켜 불순물이나 가스를 제거할 수 있다. 또한, 용기는 상부조(110)와 하부조(120)의 상하결합으로 형성될 수 있다.

상부조(110)는 하부조(120)의 상부에 구비된다. 또한, 상부조(110)에는 상부조(110) 일측을 관통하여 산소를 취입하는 랜스(150)와, 상부조(110)의 측벽을 관통하여 합금철을 투입하는 합금철 투입구가 구비될 수 있다.

하부조(120)는 상부조(110)의 하부에 구비되며, 상부가 개방된 중공형 형상으로 형성되고, 하부 양측에 한 쌍의 침적관(121)이 구비된다. 침적관(121)은 하측방향으로 연장성된다. 이에, 침적관(121)은 레이들(200) 상측에 배치되어 레이들(200) 내부 또는 레이들(200) 내부의 용강에 침적될 수 있다. 한 쌍의 침적관(121) 중 하나는 레이들(200)의 용강을 용기의 내부공간으로 흡입하는 상승관(121a)이고, 다른 하나는 상승관(121b)과 이격 배치되어 상승관(121a)에서 흡입된 용강을 다시 레이들(200)로 배출하는 하강관(121b)이다.

용기는 고온의 용강에 의해 파손되는 것을 방지하기 위하여, 원통형의 철피(100a)로 제작되고 내측에 내화물층(140)이 구비된다. 내화물층(140)은 철피(100a)에서 내측방향으로 단열재(141), 영구장(142), 및 내화 연와(143)로 이루어질 수 있다. 내화물은 용강을 수용할 수 있는 내열성을 갖춘 다양한 재료로 구비된다.

내화물로는 다양한 내화 벽돌이 사용될 수 있는데 예를 들어, 돌로마이트, 마그네시아 내화 벽돌 등이 사용될 수 있다. 영구장(142)은 내부가 중공이고, 일단이 개방된 원통 또는 다각형 형상으로 구성될 수 있다. 내화 연와(143)는 용강을 수용할 수 있을 정도의 내열성을 갖춘 재질로 구성되며, 내열성이 큰 재질의 벽돌을 축조하여 만들어질 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 용강을 수용할 수 있는 내열성을 갖춘 다양한 재료를 사용할 수 있다. 그러나, 내화물층(140)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

용기는 환류가스를 공급하는 환류가스 공급라인(130)과 연결된다. 특히, 환류가스 공급라인(130)은 하부조(120) 하부에 구비되는 침적관(121)의 용강으로 침적되는 부분에 연결될 수 있다. 침적관(121)에는 환류 가스를 분사하는 노즐(121c)이 형성된다. 예를 들어, 레이들(200)에 저장된 용강을 환류시키는 경우, 용기를 레이들(200) 상측에 위치시켜 침적관(121)을 레이들(200) 내 용강에 침적시킨 후 용기의 내부 압력을 낮추어 레이들(200)의 용강을 상측의 용기로 흡입한다. 그리고, 하나의 침적관(121)에 설치되어 있는 노즐(121c)을 통해 환류 가스를 취입한다.

그러면, 용강의 겉보기 비중을 감소시킴으로써, 용기 내 용강 높이의 차이를 야기시켜 환류 가스가 분사되는 침적관 즉, 상승관(121a)에서는 용강이 흡입되고, 다른 침적관 즉, 하강관(121b)에서는 용강이 배출되면서 용강이 환류될 수 있다. 환류 가스로는 아르곤(Ar) 가스가 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다양한 불활성 가스가 환류 가스로 사용될 수 있다.

이때, 내화물층(140) 중 용강이 이동하는 경로를 형성하는 부분 예를 들어, 침적관(121)에 구비되는 내화물층(140)에 요철부(143a)가 형성된다. 즉, 용강이 흡입되는 경로에 요철부(143a)를 형성하여 침적관(121)을 따라 이동하는 용강의 유동이 직진성 외에 회전성을 가지게 된다. 이에, 용강에 상승하는 회전력이 발생하여 침적관(121)을 통과한 용강의 활성화 계면적이 넓어질 수 있다. 또한, 상측방향으로의 회전력에 의해 용강의 상승하는 높이도 증가하기 때문에, 용기 내에서 진공 및 합금철 등과 반응하는 표면적이 넓어져 탈가스, 탈탄 공정, 및 합금철관의 반응이 신속하게 이루어질 수 있다.

요철부(143a)는 내화물층(140) 중 용기 내 최내측 즉, 용강과 직접 접촉하는 내화 연와(143)에 형성된다. 예를 들어, 내화 연와(143)는 벽돌모양으로 형성되고, 내화 연와(143)의 용강의 이동경로를 형성하는 면에 요철부를 형성한다. 따라서, 내화 연와(143)가 벽돌모양으로 형성되기 때문에, 침적관(121) 내측에 침적관(121)의 둘레를 따라 내화 연와(143)를 축조할 수 있고, 용강에 직접 접촉하는 면에만 요철부(143a)를 형성하여 용강의 이동경로에 요철부(143a)가 구비될 수 있다.

또한, 요철부(143a)는 침적관(121)의 상승관(121a) 또는 하강관(121b)의 내화 연와(143) 중 적어도 어느 한 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 침적관(121) 중 상승관(121a)에만 요철부(143a)가 구비될 수 있다. 즉, 용강의 처리 공정을 신속하게 수행하기 위해서는 용기 내로 흡입되는 용강의 외부로 노출되는 표면적 예를 들어, 용강의 용기 내부공간과 접촉하는 표면적이 넓어져야 한다. 즉, 용강의 가스 등과 접촉하는 표면적을 증가시키면, 용강의 처리 공정이 신속하게 수행될 수 있다. 따라서, 용강을 흡입하는 역할을 하는 상승관(121a)에 요철부를 구비하면 흡입되는 용강에 진동파가 형성되어 외부로 노출되는 표면적이 넓어지기 때문에, 상승관(121a)에만 요철부(143a)를 구비하고 하강관(121b)에는 요철부(143a)를 구비하지 않을 수 있다.

그러나, 침적관(121)의 상승관(121a)과 하강관(121b)은 수행하는 역할이 바뀔 수 있다. 예를 들어, 진공처리장치(100)를 장기간 사용하는 경우 설비의 노후로 인해 상승관(121a)을 하강관으로 사용하고, 하강관(121b)을 상승관으로 사용할 수 있다. 따라서, 상승관(121a)과 하강관(121b)의 역할이 바뀌는 것을 대비하여 상승관(121a)과 하강관(121b) 모두에 요철부를 구비할 수도 있다.

그리고, 상승관(121a)과 하강관(121b) 모두에 요철부가 구비되는 경우, 용강이 요철부에 의해 회전력이 발생함으로 상승관(121a)을 통해 용기 내부로 상승하는 속도와 하강관(121b)을 통해 레이들(200)로 하강하는 속도가 상승할 수 있다. 이에, 용강의 환류 속도가 증가하여 용강 처리 공정의 시간이 단축될 수 있다. 따라서, 요철부(143a)는 상승관(121a)에만 구비될 수도 있고, 상승관(121a)과 하강관(121b) 모두에 구비될 수도 있다.

요철부(143a)는 굴곡을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)를 참조하면, 요철부(143a)는 오목한 부분과 볼록한 부분이 상하방향으로 이어지도록 형성될 수 있다. 이에, 침적관(121)으로 흡입되는 용강이 용기 내부로 상승하면서 요철부(143a)의 오목한 부분에 접촉하고 볼록한 부분을 지나면서 회전력이 발생할 수 있다.

예를 들어, 요철부는 침적관(121)의 내부 둘레를 따라 나선형으로 형성될 수 있다. 즉, 요철부(143a)의 오목한 부분이 상하방향으로 나사산 모양으로 용강이 이동하는 경로를 형성할 수 있다. 이에, 침적관(121)으로 흡입되는 용강이 용기 내부로 상승하면서 용강 중 일부가 요철부(143a)의 나선형으로 형성되는 부분을 따라 이동하면서 흡입되는 용강에 회오리와 같은 회전력이 발생할 수 있다. 따라서, 용강에 상승하는 회전력이 발생하여 침적관(121)을 통과한 용강에 진동파가 형성될 수 있고, 용강의 상승하는 높이가 증가할 수 있다. 이에, 용강의 외부로 노출되는 표면적이 증가기 때문에, 용기 내에서 진공 및 합금철 등과 반응하는 표면적이 넓어져 탈가스, 탈탄 공정, 및 합금철관의 반응이 신속하게 이루어질 수 있다. 따라서, 용강에 대한 처리 공정이 신속하게 수행되고 처리되는 효과도 향상될 수 있다.

또한, 요철부(143a)의 침적관(121)의 중심부를 향하여 돌출되는 부분의 길이(W)는 3~8cm일 수 있다. 즉, 요철부(143a)의 돌출되는 부분의 길이(W)가 3cm 미만이면 요철부(143a)가 용강에 회전력을 발생시킬 수 있는 충분한 크기의 경로를 형성하지 못할 수 있다.

한편, 침적관(121)의 내부 폭은 일반적으로 약 84cm 정도로 형성될 수 있다. 이에, 요철부(143a)의 돌출되는 부분의 길이(W)가 8cm를 초과하면 침적관(121)의 내부 폭이 좁아져 용강의 흡입이 용이하지 않아 용강의 환류가 원활하지 못할 수 있다. 따라서, 요철부(143a)의 돌출되는 부분의 길이(W)는 상측으로 흡입되는 용강에 회전력을 발생시키면서 용강의 이동경로를 너무 좁히지 않는 크기 예를 들어, 3~8cm로 형성될 수 있다. 그러나, 요철부(143a)의 돌출되는 부분의 길이는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

하기에서는 다른 실시 예에 따른 요철부에 대해 설명하기로 한다.

도 2의 (b)를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 요철부(143b)는 침적관(121)의 내부 둘레를 따라 주름관 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 요철부(143b)의 돌출되는 부분과 삽입되는 부분의 뾰족하게 형성되고 나선형으로 침적관(121)의 둘레를 따라 상하방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 이에, 요철부(143b)의 홈처럼 형성되는 부분이 용강이 이동하는 경로를 형성할 수 있다. 그러면, 침적관(121)으로 흡입되는 용강이 용기 내부로 상승하면서 용강 중 일부가 요철부(143b)의 나선형으로 형성되는 부분을 따라 이동하면서 흡입되는 용강에 회오리와 같은 회전력이 발생할 수 있다. 그러나, 요철부(143b)의 형상은 이에 한정되지 않고 상승하는 용강에 회전력을 발생시키는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 진공처리장치의 작동방법에 대해 설명하기로 한다.

용강이 수용된 레이들(200) 상측에 용기를 위치시키고, 침적관(121)을 레이들(200) 내부로 침적시킨다. 그리고, 고온, 고압의 스팀을 구동력으로 용기 내부의 압력을 낮추어서 레이들(200)에 담겨있는 용강을 침적관(121) 즉, 상승관(121a) 및 하강관(121b)을 통해 용기의 내부로 흡상시키며 유동시킨다. 그런 다음, 상승관(121a)에 구비되는 노즐(121c)을 통해 환류 가스를 취입하면 용강의 겉보기 비중을 감소시킴으로써, 용기 내 용강의 높이 차이를 야기시켜 용강을 환류시킨다.

이렇게 용강의 환류를 진행하여, 진공 탈탄을 수행하는 탈탄 과정, 탈탄된 용강에 잔류된 산소를 제거하는 탈산 공정, 탈산 후 용강 성분 조정을 위한 합금철 투입 및 탈산시 생성된 탈산성 생성물을 제거하는 환류 과정을 수행할 수 있다. 그리고, 환류 과정은 탈산 공정시 생성된 다량의 미세한 탈산 생성물의 부상 분리를 돕기 위한 것으로, 10 내지 15분 동안 용강을 환류시킨 후 정련을 종료한다.

이때, 용강이 이동하는 경로인 침적관(121)에 침적관(121)의 내부 둘레를 따라 나선형으로 요철부(143a)가 구비될 수 있다. 이에, 도 3과 같이, 침적관(121) 특히, 상승관(121a)으로 흡입되는 용강이 용기 내부로 상승하면서 용강 중 일부가 요철부의 나선형으로 형성되는 부분을 따라 이동하면서 흡입되는 용강에 회오리와 같은 회전력이 발생할 수 있다. 또한, 하강관(121b)을 통해 배출되는 용강이 하강관(121b)에 구비된 요철부를 따라 이동하다가 회오리와 같은 회전력을 발생시켜 용강이 하강관(121b)을 통해 레이들(200)로 하강하는 속도가 상승할 수 있다. 이에, 용강의 환류 속도가 증가하여 용강 처리 공정의 시간이 단축될 수 있다.

또한, 용강에 상승하는 회전력이 발생하여 침적관(121)을 통과한 용강에 진동파가 형성될 수 있고, 용강의 상승하는 높이가 증가할 수 있다. 따라서, 용강의 외부로 노출되는 표면적이 증가기 때문에, 용기 내에서 진공 및 합금철 등과 반응하는 표면적이 넓어져 탈가스, 탈탄 공정, 및 합금철관의 반응이 신속하게 이루어질 수 있다. 따라서, 용강에 대한 처리 공정이 신속하게 수행되고 처리되는 효과도 향상될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 상부조 120: 하부조
121: 침적관 121a: 상승관
121b: 하강관 121c 노즐
140: 내화물층 143: 내화 연와
143a: 요철부

Claims

용강이 순환되고, 하측으로 연장형성되는 침적관을 구비하는 용기를 포함하고,
상기 침적관에 환류가스를 분사하는 노즐이 형성되고, 상기 용기의 내측에 내화물층이 구비되며,
상기 침적관은, 상기 용강을 흡입하는 상승관, 및 상기 상승관과 이격되고 상기 용강을 배출하는 하강관을 포함하고,
상기 내화물층은 외측에서 내측방향으로 단열재, 영구장, 및 벽돌모양으로 형성되어 침적관 내측의 둘레를 따라 축조되는 내화 연와를 포함하며,
상기 요철부는 상기 상승관 상기 하강관에 축조된 내화 연와에 형성되는 진공처리장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 용기는, 상부가 개방되는 하부조, 및 상기 하부조의 상부에 구비되는 상부조를 포함하고, 상기 침적관은 상기 하부조에 구비되는 진공처리장치.
삭제
청구항 3에 있어서,
상기 요철부는 굴곡을 가지는 진공처리장치,
청구항 3에 있어서,
상기 요철부는 주름관 형태로 형성되는 진공처리장치.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 요철부는 상기 침적관의 내부 둘레를 따라 나선형으로 형성되는 진공처리장치.
청구항 3에 있어서,
상기 요철부의 상기 침적관의 중심부를 향하여 돌출되는 부분의 길이는 3~8cm인 진공처리장치.