KR101790608B1 - 용강 유동조절장치 - Google Patents

Abstract

용강 유동조절장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 용강 버블링을 위한 가스가 주입되는 가스 주입 노즐이 설치된 용기의 수용공간에 저장된 용강 유동을 제어하기 위한 장치는 수용공간에서 유동하는 용강의 흐름을 유도하도록 수용공간에 저장된 용강의 탕면과 바닥 사이에 배치되는 유동형성부재를 포함하고, 수용공간은 유동형성부재를 기준으로 좌우로 구분된 제1 영역 및 제2 영역과, 제1 영역과 제2 영역이 서로 연통되도록 유동형성부재와 용강의 탕면 사이에 형성되는 상부 유동로 및 유동형성부재와 바닥 사이에 형성되는 하부 유동로를 포함한다.

Description

용강 유동조절장치{APPARATUS FOR CONTROLING FLUID(STREAM) OF MELTING STEEL}

본 발명은 용강 유동조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기에 채워진 용강의 흐름을 유도하는 용강 유동조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 정련을 위해 전기로, 전로, AOD, VOD 공정에서는 산소 취입을 실시한다. 용강 내에는 분무된 산소가 다량으로 존재하고, 용해하고 있는 산소(용존 산소)를 용강 중에 남겨두면, 용강에서 얻어지는 철강 재료에 기포 결함이 발생하므로 용존 산소를 용강에서 제거하기 위해, 금속 알루미늄이나 페로-실리콘 등의 탈산제를 용강에 첨가하고, 용강에 탈산 처리를 한다. 탈산 처리에 의해 용존 산소는 탈산제와 반응해 산화물이 된다. 산화물이 용강 중에 잔존한 경우에는 산화물계 비금속 개재물이 되어 철강 재료의 결함 원인이 되므로 개재물을 용강에서 제거할 필요가 있다. 개재물은 용강보다 비중이 작기 때문에 용강을 래들 내에서 정치 해 두면, 개재물은 용강철 표면에 부상하고, 용강에서 분리 가능이 된다. 단, 개재물의 부상 속도는 늦다. 거기서 래들 내의 용강 중에 불활성 가스를 불어넣어 용강을 교반함에 의해 개재물의 부상을 촉진시키는 방법이 이루어지고 있다.

개재물의 부상을 촉진시키는 방법으로서 래들 내의 용강 중에 침지시킨 침지 랜스에서 불활성 가스를 불어넣는 방법이나 래들 바닥부에 설치한 다공질 벽돌 등에서 불활성 가스를 용강에 취입하는 방법이 알려져 있다. 래들의 상방에서 용강 중에 침지관을 삽입해, 상기 침지관의 내부 용강전역에 불활성 가스가 향하도록, 상기 침지관의 하방 래들 바닥부에서 불활성 가스를 불어넣는 방법이 제안되어 있다.

이러한 용강 유동의 교반력 향상을 위해 일본 공개특허공보 특개2016-089273에서는 래들에 침지 랜스를 침지하고, 침지랜스에서 불활성 가스를 불어넣어 용강을 교반하는데, 침지한 침지랜스를 수평 방향으로 이동시키면서 불활성 가스를 불어넣어 산화물의 부상을 촉진시켜 용강의 청정도를 향상시킨다.

또한, 종래의 저취 방법 중에서, 일본 특허공개공보 1994-235018에서는 래들 정련의 저취가스 제어 방법에 있어서, 래들의 복수개의 저취 플러그를 설치해 각 플러그로의 가스 공급 유량을 주기적으로 변화시킴과 동시에, 각 플러그의 배열 순으로 주기적 변화 파형에 위상차를 갖게 해 용강에 수평 선회 유동을 생기기 하는 것을 특징으로 하는 래들 정련의 저취 가스 제어 방법에 대해 기술하였다. 또한 일본 특허공개공보 2008-223050에서는 바닥부에 저취를 위한 가스 플러그가 적어도 2개 설치되는 래들에서 감압 분위기 또는 진공 분위기로서 래들 내 용강에 가스 플러그로부터 가스를 취입으로 교반하여 탈탄 정련하는 용강의 탈탄 방법으로서, 2개의 가스 플러그로부터 각각 용강에 취입되는 저취 가스의 유량 비를 적어도 일시적으로 한쪽이 다른 쪽의 0.5배 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 용강의 탈탄 방법에 대해 기술하였다. 그런데 이러한 특허는 복수의 플러그를 사용함에 있어서 설치된 플러그는 모두 순차적으로 유량을 변경하여 저취 가스를 취입해야 하는 것에 국한하고 있다

또한 선행 특허들은 모두 기체 버블링을 조정하여 정련 효과의 증대를 기대하는 방법으로, 과도한 설비 투자가 요구되고, 버블링의 유량 동작이 일정하지 않을 시, 정련 효과가 기존과 차이가 없는 문제점이 있다.

일본공개특허 제2016-089273호(2016.05.23 공개) 일본공개특허 특개평6-235018(1994.08.23 공개) 일본공개특허 특개2008-223050(2008.09.25 공개)

본 발명의 실시 예들은 간단한 구조에 의하여 용강을 정련 시 용강의 혼합시간을 감소시키고 용강 교반효율을 증가시킬 수 있는 용강 유동조절장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 용강 버블링을 위한 가스가 주입되는 가스 주입 노즐이 설치된 용기의 수용공간에 저장된 용강 유동을 제어하기 위한 장치로서, 상기 수용공간에서 유동하는 용강의 흐름을 유도하도록 상기 수용공간에 저장된 용강의 탕면과 상기 바닥 사이에 배치되는 유동형성부재를 포함하고, 상기 수용공간은 상기 유동형성부재를 기준으로 좌우로 구분된 제1 영역 및 제2 영역과, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 연통되는 상기 유동형성부재와 상기 용강의 탕면 사이에 형성되는 상부 유동로 및 상기 유동형성부재와 상기 바닥 사이에 형성되는 하부 유동로를 포함하는 용강 유동조절장치가 제공될 수 있다.

또한 상기 유동형성부재는 상기 수용공간을 형성하는 내측면에 양단이 지지되는 장방 형상의 내화물로 이루어질 수 있다.

또한 상기 유동형성부재는 상기 수용공간의 중앙을 가로지르도록 배치되되 상기 수용공간에 저장된 용강의 탕면과 상기 바닥 사이의 중앙에 위치될 수 있다.

또한 상기 유동형성부재의 높이(h)는 아래 수학식 1을 만족한다.

[수학식 1]

0< h/H < 0.37 (H: 용강 탕면 높이)

또한 상기 유동형성부재의 가로 폭(L)은 아래 수학식 2를 만족한다.

[수학식 2]

0 < L/D <0.1 (D: 수용공간 직경)

또한 상기 가스 주입 노즐은 상기 바닥에 설치되되 상기 바닥의 중심에서 편향된 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 제강의 정련 공정에서 고가의 설비 투자 없이 간단한 구조에 의하여 용간 정련 시간을 단축할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예들은 불활성 가스의 유량 증대 없이 유속을 증가시킬 수 있어 불활성 가스의 소모 비용을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용기 내에 설치된 용강 유동조절장치를 도시한 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 유동조절장치에 의한 용강의 흐름을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 유동조절장치의 높이 비율에 따른 교반 효율을 도시한 도표이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용기 내에 설치된 용강 유동조절장치를 도시한 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ에 따른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적으로 제강공정은 고로에서 출선된 용선을 전로나 전기로 등에서 용강으로 정련한 후 용강을 운반하는 용기(10)로 옮겨져 후속 공정으로 이송될 수 있다.

용기(10)에 담긴 용강은 성분 편석 방지나 개재물 분리 부상, 탈 가스 처리 등을 목적으로 불활성 가스를 공급하는 버블링 작업을 수행할 수 있다.

용기(10)로의 불활성 가스의 주입은 가스 주입 노즐을 통한 저취 또는 횡취에 의한 가스 취입이 이루어질 수 있다. 이하에서는 저취 플러그에 의한 가스 취입이 이루어진 예를 기준으로 설명한다.

용강의 버블링 작업을 위한 불활성 가스를 주입하기 위해 용기(10)의 바닥(12)에는 저취 플러그(20)가 설치된다. 여기서 용기(10)는 전기로, 정련로 및 래들 중 어느 하나일 수 있다.

저취 플러그(20)에 공급되는 불활성 가스는 질소, 또는 아르곤을 포함한다.

저취 플러그(20)를 통해 용강 교반을 위한 불활성 가스를 취입함에 있어서 용강이 저장되는 용기(10)의 수용공간(15) 내부에는 불활성 가스에 의한 용강 교반 시 용강의 흐름을 유도하여 용강 유속을 증가시키기 위한 유동형성부재(30)가 설치된다.

유동형성부재(30)는 용강에 의한 내구성이 저하되지 않도록 내화물 재질로 마련되며, 장방 형상의 막대로 이루어질 수 있다.

또한 유동형성부재(30)는 용강이 저장되는 공간을 형성하는 수용공간(15)을 소정구간으로 구분시킬 수 있다.

유동형성부재(30)는 수용공간(15)을 형성하는 용기(10)의 마주하는 내측면(13)에 양단이 지지될 수 있다. 이러한 유동형성부재(30)는 마모 시 교환이 가능하도록 분리될 수 있게 장착될 수 있다.

유동형성부재(30)에 의해 구분된 수용공간(15)은 도 2에 도시된 바와 같이 유동형성부재(30)를 기준으로 좌우에 위치되는 제1 영역(15a) 및 제2 영역(15b)과, 유동형성부재(30) 상부에 위치되는 상부 유동로(15c) 및 유동형성부재(30) 하부에 위치되는 하부 유동로(15d)로 구분될 수 있다.

상부 유동로(15c)는 수용공간(15)에 채워진 용강의 탕면(w)과 유동형성부재(30) 상단(31) 사이 공간으로 정의될 수 있고, 하부 유동로(15d)는 유동형성부재(30)의 하단(32)과 용기(10)의 바닥(12) 사이 공간으로 정의될 수 있다.

이러한 유동형성부재(30)는 바닥(12)의 중심을 지나는 선과 평행하도록 바닥(12)의 상부에서 수용공간(15) 중앙을 가로지르도록 연장될 수 있다.

또한 유동형성부재(30)는 수용공간(15)에 저장된 용강의 탕면(w)과 바닥(12) 사이의 중앙영역에 위치될 수 있다.

또한 용기(10)의 바닥(12)으로부터 용강 탕면(w)까지의 높이(H)에 대한 유동형성부재(30)의 높이(h)의 비율은 0.37 미만으로 형성될 수 있다.

또한 용기(10) 수용공간(15)의 직경(D)에 대한 유동형성부재(30)의 가로 폭(L)의 비율은 0.1 미만으로 형성될 수 있다.

저취 플러그(20)는 상부로 분출되는 불활성 가스가 유동형성부재(30)에 충돌하는 것을 방지하면서 유동형성부재(30)에 의한 용강 교반 효율을 증가시키기 위하여 용기(10)의 바닥(12) 중앙에서 편향된 위치에 설치된다. 이러한 저취 플러그(20)는 용기(10)의 바닥(12) 중앙에서 1/5 이상인 지점에 위치되도록 하는 것이 좋다.

도 3과 같이 저취 플러그(20)에서 분출되는 불활성 가스에 의해 제2 영역(15b)에 위치된 용강은 상부로 유동한 후 상부 유동로(15c)를 거쳐 제1 영역(15a)으로 유동하고, 제1 영역(15a)에 위치된 용강은 하부 유동로(15d)를 거쳐 제2 영역(15b)으로 유동함에 따라 용강 교반이 이루어지게 된다.

이때 제2 영역(15b)에서 상부 유동로(15c)를 거쳐 제1 영역(15a)으로 유동하는 용강의 유속은 가속화됨에 따라 용강 교반 효율이 향상되게 된다.

구체적으로, 아래 수학식 1과 같이 특정 지점을 지나는 유량은 속도와 그 지점의 단면적의 곱으로 결정된다. 저취 플러그(20)에서 분출된 불활성 가스에 의해 제2 영역(15b)에서 상부로 이동된 용강은 상부 유동로(15c)로 이동하게 된다.

[수학식 1]

유량(Q) = 속도(V) × 단면적(A)

여기서, 수학식 2와 같이 비압축성 기체인 용강의 유량은 일정하게 되므로 상부 유동로(15c)에서의 유효 단면적(A1)은 제2 영역(15b)에서의 유효 단면적(A2)보다 작아 상부 유동로(15c)에서의 용강 유속은 유동형성부재(30)가 없을 때에 비해 증가하게 된다.

[수학식 2]

V1 × A1 = V2 × A2

이하, 실시 예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 유동형성부재의 높이와 용강 높이 비(h/H)에 따른 교반 효율을 나타낸 것이고, 아래 [표 1]은 용강 정련 시 유동형성부재를 이용한 균일 혼합 시간을 나타낸 것이다.

실시 예	균일 혼합 시간(sec)
h/H = 0	30
h/H = 0.15	25
h/H = 0.30	23
h/H = 0.37	29
h/H = 0.45	38
h/H = 0.60	38

용강 교반 성능을 확인하는 방법으로 [수학식 3]과 같이 균일 혼합 시간을 이용하였다. 균일 혼합 시간은 용기 내의 성분 농도의 최대값과 최소값을 평균 농도로 나누었을 때 그 값이 5% 이하인 시점으로 정의한다.

[수학식 3]

균일 혼합 시간 = (농도의 최대값 - 농도의 최소값)/평균 농도 ≤ 5%

여기서, 유동형성부재(30)를 포함하지 않는 h/H가 0인 경우 균일 혼합 시간은 30(sec)이고, h/H가 0.37 미만인 경우에는 균일 혼합 시간이 30sec 보다 짧음을 알 수 있다. 또한 h/H가 0.37 이상인 경우에는 유동형성부재(30)를 포함하지 않는 경우보다 균일 혼합 시간이 증가함을 알 수 있다.

또한 도 4와 같이 h/H가 0.37 미만에서는 교반 효율이 최대 23%까지 증가함을 알 수 있고, h/H가 0.37 이상에는 교반 효율이 27% 감소함을 알 수 있다.

따라서 용기(10)의 바닥(12)으로부터 용강 탕면(w)까지의 높이(H)에 대한 유동형성부재(30) 높이(h)의 비율은 0.37 미만으로 형성되는 것이 용강 교반 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 용기, 12: 바닥,
15: 수용공간, 15a: 제1 영역,
15b: 제2 영역, 15c: 상부 유동로,
15d: 하부 유동로, 20: 저취 플러그,
30: 유동형성부재.

Claims (6)

1. 용강 버블링을 위한 가스가 주입되는 가스 주입 노즐이 설치된 용기의 수용공간에 저장된 용강 유동을 제어하기 위한 장치로서,
   상기 수용공간에서 유동하는 용강의 흐름을 유도하도록 상기 수용공간에 저장된 용강의 탕면과 상기 수용공간의 바닥 사이에 배치되며 상기 수용공간을 형성하는 내측면에 양단이 지지되는 장방 형상의 내화물로 이루어진 유동형성부재를 포함하고,
   상기 수용공간은 상기 유동형성부재를 기준으로 좌우로 구분된 제1 영역 및 제2 영역과, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 연통되는 상기 유동형성부재와 상기 용강의 탕면 사이에 형성되는 상부 유동로 및 상기 유동형성부재와 상기 바닥 사이에 형성되는 하부 유동로를 포함하고, 상기 유동형성부재의 높이(h)는 아래 수학식 1을 만족하는 용강 유동조절장치.
   [수학식 1]
   0< h/H < 0.37 (H: 용강 탕면 높이)
2. 용강 버블링을 위한 가스가 주입되는 가스 주입 노즐이 설치된 용기의 수용공간에 저장된 용강 유동을 제어하기 위한 장치로서,
   상기 수용공간에서 유동하는 용강의 흐름을 유도하도록 상기 수용공간에 저장된 용강의 탕면과 상기 수용공간의 바닥 사이에 배치되며 상기 수용공간을 형성하는 내측면에 양단이 지지되는 장방 형상의 내화물로 이루어진 유동형성부재를 포함하고,
   상기 수용공간은 상기 유동형성부재를 기준으로 좌우로 구분된 제1 영역 및 제2 영역과, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 연통되는 상기 유동형성부재와 상기 용강의 탕면 사이에 형성되는 상부 유동로 및 상기 유동형성부재와 상기 바닥 사이에 형성되는 하부 유동로를 포함하고, 상기 유동형성부재의 가로 폭(L)은 아래 수학식 2를 만족하는 용강 유동조절장치.
   [수학식 2]
   0 < L/D <0.1 (D: 수용공간 직경)
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유동형성부재는 상기 수용공간의 중앙을 가로지르도록 배치되되 상기 수용공간에 저장된 용강의 탕면과 상기 바닥 사이의 중앙에 위치되는 용강 유동조절장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가스 주입 노즐은 상기 바닥에 설치되되 상기 바닥의 중심에서 편향된 위치에 배치되는 용강 유동조절장치.

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