KR101706567B1 - 용선 정련장치 - Google Patents

Abstract

용선 정련장치를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치는 내부에 용선이 담기는 정련용기; 하측이 용선에 침적되는 상태로 정련용기의 상부공간을 양측으로 구획하는 구획벽; 및 구획벽에 의해 구획된 정련용기 양측공간 하부위치에 각각 마련되며 용선을 교반시키는 가스를 공급하는 저취부를 포함한다.

Description

용선 정련장치{Molten metal refining apparatus}

본 발명은 용선 정련장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탈린과 탈황 처리를 동시에 수행할 수 있는 용선 정련장치에 관한 것이다.

제강공정에서 고급강을 생산하려면, 용선에 포함된 불순물인 인(P)과 황(S)을 일정수준 이하까지 제거하는 정련이 필요하다. 용선에서 인과 황을 제거하는 처리는 용선이 담긴 용기에 탈린반응을 유도하는 첨가물과 탈황반응을 유도하는 첨가물을 각각을 투입하여 용선을 교반시키는 방식으로 이루어진다.

탈린처리는 산화탈린반응을 통해 이루어지며, 2[P] + 5[O] =(P2O5)와 같은 반응식으로 표현할 수 있다. 이 식에서 알 수 있듯이 탈린반응은 산소의 투입이 높을수록 잘 일어난다. 따라서 탈린처리는 용선으로 기체산소 또는 FeOx 등과 같은 산소원을 공급함으로써 반응을 촉진시킨다. 또 생석회를 공급하여 P2O5의 활동도를 낮춤으로써 탈린반응을 돕는다.

반면에, 탈황처리는 CaO + [S] → CaS + [O]와 같은 반응식으로 표현할 수 있다. 이 반응식에서 알 수 있듯이 탈황반응은 용강 중 산소함량이 낮을수록 잘 일어난다.

이처럼 탈린처리와 탈황처리는 사용하는 첨가제가 다를 뿐 아니라, 탈린반응의 경우 산소가 높을수록 잘 일어나고, 탈황반응의 경우 산소가 낮을수록 잘 일어나기 때문에 용선의 처리과정에서 탈린처리와 탈황처리를 동시에 수행하기란 매우 어렵다.

따라서 종래에는 탈린처리를 먼저 수행하여 슬래그를 배제한 후, 다시 탈황처리를 실시해야 했기 때문에 용선의 정련에 따른 시간이 오래 걸리고, 처리공정이 복잡하였다.

본 발명의 실시 예는 탈린과 탈황 처리를 동시에 수행할 수 있는 용선 정련장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 용선이 담기는 정련용기; 하측이 용선에 침적되는 상태로 상기 정련용기의 상부공간을 양측으로 구획하는 구획벽; 및 상기 구획벽에 의해 구획된 상기 정련용기 양측공간 하부위치 각각 마련되며 용선을 교반시키는 가스를 공급하는 저취부를 포함하는 용선 정련장치가 제공될 수 있다.

상기 저취부는 상기 구획벽의 중심선으로부터 어느 한쪽 방향으로 15~45도 범위와 195~225도 범위 내에 배치될 수 있다.

상기 저취부는 상기 정련용기의 중심으로부터 상기 정련용기 반경 25~75%의 범위 내에 배치될 수 있다.

상기 구획벽이 용선에 침적되는 깊이는 상기 정련용기 내 용선높이의 10~33%일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치는 정련용기 상부에 구획벽을 설치하여, 구획벽의 양측으로 각각 투입한 서로 다른 첨가제가 상호 섞이는 것을 방지할 수 있기 때문에 구획벽 양측 영역에서 각각 탈린처리와 탈황처리를 동시에 수행할 수 있다. 따라서 종래에 비해 용선의 정련에 걸리는 시간을 현저히 단축할 수 있고, 처리공정도 간소화할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치는 구획벽의 설치 뿐 아니라 저취부의 위치 및 구획벽의 침적깊이를 최적화하여 용선의 혼합에 걸리는 시간을 단축할 수 있기 때문에 용선의 정련시간을 더욱 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치의 평면도로, 용선의 교반효과를 살피기 위해 저취부의 위치를 다양하게 변경하는 예를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치의 구획벽이 용선에 침적되는 깊이의 변화에 따라 용선이 균일하게 혼합되는 시간의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치의 평면도로, 저취부의 위치에 따라 용선의 균일 혼합시간이 변하는 예를 보여준다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용선 정련장치의 단면도이고, 도 2는 용선 정련장치의 사시도이다. 도시한 바와 같이, 용선 정련장치는 내부에 정련 대상의 용선이 담기는 정련용기(10), 정련용기(10)의 상부공간을 양측으로 구획하며 그 하부가 정련용기(10) 내부의 용선에 침적된 상태를 유지하는 구획벽(20), 구획벽(20)에 의해 구획된 정련용기(10) 내부의 양측공간 하부위치에 각각 마련되며 용선의 교반을 위한 가스를 공급하는 저취부(31,32)를 구비한다.

정련용기(10)는 불순물의 제거 처리를 위해 고로 등에서 출선된 용선을 담을 수 있도록 상부가 개방된 원통형태로 마련될 수 있다. 정련용기(10)는 용선의 정련을 목적으로 마련되는 용기이거나, 용선의 운반과정에서 용선의 예비처리를 수행할 수 있도록 마련되는 통상의 래들(ladle)일 수 있다.

구획벽(20)은 정련용기(10) 내에 담긴 용선의 상부영역을 양측으로 구획하여 정련용기(10) 내에서 교반되는 용선이 상부에서 상호 섞이지 않도록 한다. 즉 구획벽(20)의 하부가 소정깊이(h) 용선에 침적된 상태를 유지하여 정련용기(10) 내 용선 상부가 상호 섞이지 않도록 한다.

저취부(31,32)는 구획벽(20)에 의해 구획된 양측공간의 하부위치에 각각 마련되어 용선의 교반을 위해 정련용기(10) 내부로 가스를 공급하는 저취플러그를 포함할 수 있다. 저취부(31,32)를 통해 공급되는 가스는 아르곤과 같은 불활성가스일 수 있다.

이러한 용선 정련장치로 용선을 정련할 때는 도 1에 도시한 바와 같이, 구획벽(20)에 의해 구획된 한쪽 공간의 상부로 산소원(기체산소, FeOx 등)을 공급하고, 다른 쪽 공간의 상부로 생석회를 투입한 상태에서 양측 저취부(31,32)를 통하여 가스를 공급해 용선을 교반함으로써 정련용기(10) 상부 양측의 구획된 영역에서 각각 탈린처리와 탈황처리가 동시에 이루어지도록 한다.

즉 양측으로 투입한 상호 다른 첨가제가 구획벽(20)에 의해 상호 섞이지 않기 때문에 한쪽에서 탈린반응이 일어나고, 다른 쪽에서 탈황반응이 일어나면서 용선의 탈린과 탈황을 동시에 수행할 수 있다. 따라서 종래에 비해 용선의 정련에 따른 시간을 현저히 단축할 수 있고 처리공정도 간소화할 수 있다.

도 3은 저취부(31,32)의 위치에 따른 용선의 교반효과를 살피기 위해 저취부(31,32)의 위치를 다양하게 변경하는 예를 보여준다. 그리고 아래 표 1은 도 3의 예처럼 저취부(31,32)의 위치를 변화시키면서 용선의 균일혼합시간을 측정한 실험예들을 나타낸다.

구분	구획벽 두께(cm)	구획벽 침적깊이(h/h0)	저취부위치 (R/R0)	저취부위치 (θ)	균일혼합시간 (sec)
실험예1	30	0.2	0.5	45/225	173
실험예2	30	0.2	0.5	135/225	293
실험예3	30	0.2	0.5	90/270	1208

위 실험들은 정련용기(10)의 반경(R) 1.5m, 구획벽(20)의 두께 30cm, 정련용기(10) 내 용선의 높이(h0) 2m, 구획벽(20)의 침적깊이(h/h0) 0.2, 저취부(31,32)의 반경방향 위치(R/R0) 0.5 인 조건을 모두 동일하게 유지하는 가운데, 각각 저취부(31,32)의 각도방향 위치를 변경하면서 용선의 균일혼합시간을 측정하였다. 균일혼합시간의 측정은 구획벽(20)에 의해 구획된 한쪽 영역의 상부에 트랙커(Tracer)를 투입하여 용선 전체가 균질화되는 시간을 측정하였으며, 이때 각 저취부(31,32)로 유입되는 가스의 유속은 0.5m/sec로 고정하였다.

표 1을 참조하면, 실험예1은 도 3의 (a)와 같이 저취부(31,32)를 구획벽(20)의 중심선으로부터 어느 한쪽방향으로 45도와 225도의 위치에 각각 배치한 경우, 실험예2는 도 3의 (b)와 같이 저취부(31,32)를 135도와 225도의 위치에 각각 배치한 경우, 실험예3은 도 3의 (c)와 같이 저취부(31,32)를 90도와 270도의 위치에 각각 배치한 경우에서 정련용기(10) 내 용선이 균일하게 혼합되는 시간을 측정한 결과이다.

위 실험에서와 같이, 용선의 균일혼합은 실험예1과 같이 저취부(31,32)의 위치를 각각 45도 225도로 배치할 때 균일혼합시간이 173초로 가장 빠르게 이루어짐을 확인할 수 있다. 이는 저취부의 위치가 도 3의 (a)와 같은 형태인 경우, 도 2에 도시한 예처럼 정련용기(10) 내 용선이 저취 가스에 의해 정련용기(10) 하부로부터 상부를 순환하도록 교반됨으로써 빠르게 혼합되기 때문이다.

도 4는 구획벽(20)이 용선에 침적되는 깊이의 변화에 따라 용선이 균일하게 혼합되는 시간의 변화를 나타낸 그래프이고, 아래 표 2는 그 실험 결과치를 나타낸다. 실험조건은 앞서 언급한 예와 유사하게 정련용기(10)의 반경(R) 1.5m, 구획벽(20)의 두께 30cm, 정련용기(10) 내 용선의 높이(h0) 2m, 저취부(31,32)의 반경방향 위치(R/R0) 0.5 인 조건을 모두 동일하게 유지하고, 저취부(31,32)의 각도방향 위치(θ)는 앞선 실험의 결과를 고려해 가장 양호한 교반성능을 보인 45도와 225도로 유지하는 가운데, 구획벽(20)의 침적깊이(h/h0)를 변경하면서 용선의 균일혼합시간을 측정하였다.

구분	구획벽 두께(cm)	구획벽 침적깊이(h/h0)	저취부위치 (R/R0)	저취부위치 (θ)	균일혼합시간 (sec)
실험예1	30	0	0.5	45/225	367
실험예2	30	0.1	0.5	45/225	161
실험예3	30	0.2	0.5	45/225	173
실험예4	30	0.25	0.5	45/225	177
실험예5	30	0.33	0.5	45/225	178
실험예6	30	0.5	0.5	45/225	202
실험예7	30	0.66	0.5	45/225	228

위 실험 결과에서 알 수 있듯이, 구획벽(20)이 용선에 침적되는 깊이(h/h0)는 용선높이의 10~33%의 범위일 경우, 용선의 균일혼합에 이르는 시간이 가장 빠름을 확인할 수 있다. 실험결과 외에도 구획벽(20)은 구조의 안정성이나 제조에 따른 비용을 고려하더라도 침적깊이를 용선높이의 10~33% 정도로 설정함이 바람직한 것으로 판단되었다.

도 5는 저취부(31,32)의 위치를 더욱 다양하게 변경시키면서 그에 따른 용선의 균일혼합시간을 측정한 결과를 나타낸다. 도면에서 각 저취부(31,32) 옆에 기입한 수치는 저취부(31,32)를 해당위치에 배치할 때 균일혼합에 이르는 시간을 나타낸다.

도 5의 예를 참조하면, 본 실시 예에 따른 용선 정련장치에서 저취부(31,32)의 반경방향 위치는 정련용기(10)의 중심으로부터 정련용기 반경(R0)의 25~75%의 범위 내에 배치될 때, 그리고 저취부(31,32)의 각도방향 위치는 구획벽(20)의 중심선으로부터 어느 한쪽 방향으로 15~45도 범위와 195~225도 범위 내에 배치될 때, 용선의 균일혼합이 상대적으로 빠르게 이루어짐을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예의 용강 정련장치는 정련용기(10) 상부에 구획벽(20)을 설치하여, 구획벽(20)의 양측으로 각각 투입한 서로 다른 첨가제가 상호 섞이지 않도록 하기 때문에 구획벽(20) 양측 영역에서 각각 탈린처리와 탈황처리를 동시에 수행할 수 있다. 따라서 용선의 정련에 걸리는 시간을 종래보다 현저히 단축할 수 있다. 아울러, 저취부(31,32)의 위치 및 구획벽(20)의 침적깊이를 최적화하여 용선의 혼합시간을 단축할 수 있기 때문에 용선의 정련시간을 더욱 단축할 수 있다.

10: 정련용기, 20: 구획벽,
31,32: 저취부.

Claims (4)

1. 내부에 용선이 담기는 정련용기;
   하측이 용선에 침적되는 상태로 상기 정련용기의 상부공간을 양측으로 구획하는 구획벽; 및
   상기 구획벽에 의해 구획된 상기 정련용기 양측공간 하부위치에 각각 마련되며 용선을 교반시키는 가스를 공급하는 저취부를 포함하고,
   상기 구획벽이 용선에 침적되는 깊이는 상기 정련용기 내 용선높이의 10~33%인 용선 정련장치.
2. 내부에 용선이 담기는 정련용기;
   하측이 용선에 침적되는 상태로 상기 정련용기의 상부공간을 양측으로 구획하는 구획벽; 및
   상기 구획벽에 의해 구획된 상기 정련용기 양측공간 하부위치에 각각 마련되며 용선을 교반시키는 가스를 공급하는 저취부를 포함하고,
   상기 저취부는 상기 구획벽의 중심선으로부터 어느 한쪽 방향으로 15~45도 범위와 195~225도 범위 내에 배치되는 용선 정련장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 저취부는 상기 정련용기의 중심으로부터 상기 정련용기 반경 25~75%의 범위 내에 배치되는 용선 정련장치.
4. 삭제

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