KR101914089B1 - 용융물 처리장치 및 용융물 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융물 처리장치 및 용융물 처리방법에 관한 것으로서, 내부가 상측으로 개방되고, 상부에 용융물 주입부가 마련되며, 바닥부의 적어도 일측에 홀이 형성되는 용기; 상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되어 설치되는 유도부재; 및 상기 유도부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되고, 상기 바닥부에 설치되는 기체 주입부; 및 용융물의 성분을 조정하도록 상기 용기에 첨가제를 투입할 수 있는 첨가제 투입장치;를 포함하고, 조업 중 개재물의 제거와 용융물의 성분을 조정할 수 있다.

Description

용융물 처리장치 및 용융물 처리방법{Molten material processing apparatus and processing method}

본 발명은 용융물 처리장치 및 용융물 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개재물의 제거와 용융물의 성분을 조정할 수 있는 용융물 처리장치 및 이를 이용한 용융물 처리방법에 관한 것이다.

제강부문에 있어 연속주조법은 종래 조괴법에 비해 품질 균일성과 실수율 등이 우수하다. 이에, 연속주조법의 조업설비와 조업기술 등에 대하여 많은 연구개발이 이루어지고 있으며, 이의 결과 소수의 특수 용도를 제외한 고합금강을 비롯하여 거의 모든 강종을 연속주조법으로 생산할 수 있게 되었다. 이러한 연속주조법을 위한 조업설비에는 연속주조 설비가 있다.

연속주조 설비는 제강 설비로부터 정련된 용강을 공급받아 주편을 제조하는 설비로서, 용강(molten steel)을 운반하는 래들(Ladle), 래들에서 용강을 공급받아 임시 저장하는 턴디시(Tundish), 턴디시로부터 지속적으로 용강을 공급받으면서 이를 주편(Slab)으로 1차 응고시키는 주형(Mold), 주형으로부터 지속적으로 인발되는 주편을 2차 냉각시키며 일련의 성형 작업을 수행하는 냉각대로 구성된다.

용강은 턴디시에 수강되어 소정 시간 체류되며 개재물이 부상 분리되고 슬래그가 안정화되며 재산화가 방지된다. 이후, 용강은 주형으로 공급되어 주편의 형상으로 초기 응고층을 형성하는데, 이때, 주편의 표면 품질이 결정된다.

주형에서의 주편 표면 품질은 용강의 개재물에 대한 청정도에 의하여, 그 정도가 결정된다. 예컨대 개재물에 대한 용강의 청정도가 좋지 않을 경우, 개재물 자체로 인하여 주편 표면에 결함이 발생할 수 있고, 개재물에 의해 침지노즐이 막히며 용강 흐름에 이상이 발생하여 주편 표면 품질이 저하될 수 있다.

용강은 턴디시에서 용강이 소정 시간 체류하면서 개재물이 부상 분리되는 정도에 따라, 개재물에 대한 청정도가 상당 부분 달라지며, 개재물의 부상 분리되는 정도는 용강 턴디시에서 체류되는 시간에 비례한다.

따라서, 종래에는 턴디시에서의 용강 체류 시간을 길게 하기 위한 방안으로 턴디시 내부에 댐(Dam)이나 위어(Weir)를 구축하여 용강의 흐름을 제어하여 용강의 체류 시간을 조절하였다.

하지만 용강에 혼입된 개재물의 크기가 30㎛ 이하인 경우, 개재물이 부상 분리되기까지 걸리는 시간이 용강의 체류 시간보다 길고, 이러한 이유로 30㎛ 이하의 크기인 개재물은 턴디시의 댐과 위어를 이용하여 제거하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 제강공정에서 정련이 완료된 용강은 주조 공정으로 보내지며, 이후에는 특수한 경우를 제외하고는 용강의 성분 조정을 위한 작업은 거의 이루어지지 않는다. 이는 턴디시나 몰드가 용강의 성분을 조정하기 위해 투입되는 합금강 등과 같은 첨가물을 균질화할 수 있는 기능을 갖고 있지 않기 때문이다. 이에 주조 중 용강의 성분 변화에 대응이 어려워 주편의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

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본 발명은 조업 중 용융물의 성분을 용이하게 조정할 수 있는 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 용융물에 함유된 개재물을 효과적으로 제거할 수 있는 용융물 처리장치 및 용융물 처리방법을 제공한다.

본 발명은 용융물의 재산화를 억제할 수 있는 용융물 처리장치 및 용융물 처리방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융물 처리장치는, 내부가 상측으로 개방되고, 상부에 용융물 주입부가 마련되며, 바닥부의 적어도 일측에 홀이 형성되는 용기; 상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되어 설치되는 유도부재; 및 상기 유도부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되고, 상기 바닥부에 설치되는 기체 주입부; 및 용융물의 성분을 조정하도록 상기 용기에 첨가제를 투입할 수 있는 첨가제 투입장치;를 포함할 수 있다.

상기 유도부재는, 상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에서 이격되어 설치되는 제1부재와, 상기 제1부재에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에 접촉되어 설치되는 제2부재를 포함할 수 있다.

상기 기체 주입부는, 상기 제1부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되거나, 상기 제2부재에서 상기 제1부재 측으로 이격되어 설치될 수 있다.

폭 방향으로 연장되고 내부가 하측으로 개방되며, 상기 유도부재 및 기체 주입부를 마주보도록 상기 용기의 상부에 설치되는 챔버부;를 포함할 수 있다.

상기 첨가제 투입장치는, 첨가제가 수용되는 공간이 형성되는 제1저장기; 상기 첨가제를 배출시키도록 상기 제1저장기에 연결되는 제1배출기; 및 상기 첨가제의 배출량을 조절하도록 상기 제1배출기의 동작을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

상기 제1저장기와, 상기 제1배출기는 복수개로 구비되고, 복수의 제1저장기에서 각각 배출되는 첨가제를 혼합하도록 상기 복수의 제1저장기에 연결되는 혼합기와, 복수의 첨가제를 혼합한 혼합물의 배출량을 조절하도록 상기 혼합기에 연결되는 제2배출기를 포함할 수 있다.

상기 복수의 첨가제를 혼합하도록 상기 혼합기에 구비되는 교반기를 포함할 수 있다.

상기 혼합물을 저장할 수 있는 공간이 형성되고, 상기 혼합기와 연결되는 제2저장기 및 상기 혼합물의 배출량을 조절하도록 상기 제2저장기에 연결되는 제3배출기를 포함할 수 있다.

상기 첨가제 투입장치는, 상기 첨가제의 이동 경로로 사용되는 주입배관을 포함하고, 상기 주입배관은 상기 용기의 폭방향에서 상기 용융물 주입부와 동일 선상에 배치할 수 있다.

내부가 상측으로 개방되고, 바닥부에 홀이 형성되며, 상부에 용융물 주입부가 마련되고, 상기 홀과 용융물 주입부 사이에 유도부재가 마련된 용기를 준비하는 과정;

본 발명의 실시 형태에 따른 용융물 처리 방법은, 용융물을 상기 용기의 내부에 주입하는 과정; 상기 유도부재의 상부로 상기 용융물을 범람시키는 과정; 기체 주입부를 통하여, 상기 유도부재와 상기 용융물 주입부 사이의 용기 내부로 기체를 주입하며 상기 용융물의 회전류를 형성하는 과정; 및 상기 용융물에 첨가제를 투입하는 과정;을 포함하고, 상기 첨가제는 상기 용융물의 회전류에 의해 상기 용융물과 혼합될 수 있다.

챔버부를 이용하여, 상기 용기의 내부로 주입된 기체에 의한 용융물의 나탕면 발생 위치를 감싸는 영역에 진공 분위기나 불활성 분위기를 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 회전류를 형성하는 과정은, 상기 유도부재에 대한 상기 기체 주입부의 기체 주입 위치를 조절하여, 상기 회전류의 유동 방향과 회전수 중 적어도 하나를 제어하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 첨가제는 상기 용융물의 성분을 조정하기 위한 합금철을 포함할 수 있다.

상기 첨가제는 복수개로 구비되고, 상기 용융물에 첨가제를 투입하기 이전에 적어도 하나 이상의 첨가제를 혼합하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 조업 중 용융물의 성분을 용이하게 조정할 수 있다. 즉, 용융물이 수용된 용기에 기체를 주입하여 용융물의 회전류를 형성하고, 회전류가 형성된 용융물에 성분 조정용 첨가제를 투입함으로써 별도의 교반 설비를 구비하지 않고 용융물의 회전류에 의해 첨가제를 균일하게 분산시킬 수 있다.

또한, 용융물의 회전류를 통해 용융물이 용기에서 체류하는 시간을 증가시켜 용융물 내 개재물을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 회전류의 유동 방향 및 회전수를 제어하여 기체에 대한 개재물 접촉 빈도를 현저히 증가시키는 방식으로 개재물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 용기에 담긴 용융물의 회전류에 의하여 용융물에 형성되는 나탕면이 대기와 접촉하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 용융물의 재산화 및 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 용융물 처리장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치의 단면도.
도 4는 첨가제 투입장치를 일 예를 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 용어 중, '상부'와 '하부'는 구성 요소의 일부분으로서 윗부분과 아랫부분을 각각 지칭한다. 또한, '상에'와 '하에'는 구성 요소의 상면과 하면에 직간접적으로 접하거나 작용을 미치는 범위를 지칭한다.

본 발명은 용융물을 공급받아 소정 시간 체류시키면서 후속 설비로 공급하여 처리하는 동안 용융물로부터 개재물을 효과적으로 제거할 수 있는 용융물 처리장치 및 용융물 처리방법에 관한 것이다. 이하에서는 제철소의 연속주조 설비 및 공정을 기준으로 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 다양한 용융물을 처리하는 여러 산업 분야의 각종 설비 및 공정에도 다양하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 용융물 처리장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치의 단면도이고, 도 4는 첨가제 투입장치의 일 예를 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치는, 내부가 상측으로 개방되고, 상부에 용융물 주입부(1)가 마련되며, 바닥부(13)의 적어도 일측에 홀(14)이 형성되는 용기(10), 용융물 주입부(1)에서 홀(14) 측으로 이격되어 설치되는 유도부재, 유도부재에서 용융물 주입부(1) 측으로 이격되고, 바닥부(13)에 설치되는 기체 주입부(400)을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치는, 폭 방향(X)으로 연장되고 내부가 하측으로 개방되며, 유도부재와 기체 주입부(400)를 마주보도록, 용기(10)의 상부에 설치되는 챔버부(500)를 포함할 수 있다. 한편, 유도부재와 기체 주입부(400)와 챔버부(500)와 홀(14)은 각각 복수개 구비되며, 용융물 주입부(1)를 중심으로, 길이 방향(Y)의 양측에 위치할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치는 용융물의 성분을 조정하도록 용기(10)에 첨가제를 투입할 수 있는 첨가제 투입장치(600)를 포함할 수 있다.

용융물(M)은 용강을 포함할 수 있다. 용강은 제강 설비에서 정련이 완료되어 마련될 수 있고, 운반 용기 예컨대 연속주조 설비의 래들(미도시)에 담겨 용기(10)의 상측에 운반될 수 있다.

용융물 주입부(1)는 용강이 통과 가능하도록 형성되는 중공의 내화물 노즐일 수 있고, 슈라우드 노즐(shroud nozzle)을 포함할 수 있다. 용융물 주입부(1)는 용기(10)의 외부에 마련된 머니퓰레이터(manipulator, 미도시)에 장착 지지될 수 있고, 머니퓰레이터의 상승에 의해, 래들의 콜렉터 노즐(collector nozzle)에 결합되어 래들의 내부에 연통할 수 있다. 용융물 주입부(1)는 용기(10)의 바닥부(13)에서 소정 높이 이격되어 위치할 수 있고, 용기(10)의 내부로 용융물(M)을 주입 함에 따라 하부가 용융물(M)에 침지될 수 있다.

한편, 기체 주입부(400)를 통하여 용기(10)의 내부로 주입되는 기체는 불활성 기체를 포함할 수 있고, 불활성 기체는 아르곤 기체(Ar)를 포함할 수 있다.

용기(10)는 바닥부(13) 및 바닥부(13)의 둘레를 따라 돌출 형성된 측벽부를 포함하여, 내부가 상측으로 개방된 용기의 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 측벽부는 길이 방향 양 측벽(12), 폭 방향 양 측벽(11)을 포함할 수 있다. 용기(10)는 외부면이 예컨대 철피로 형성되어 형상을 유지할 수 있고, 내부면에 내화물이 구축되어 용융물(M)이 수용될 수 있다. 용기(10)는 연속주조 설비의 턴디시(tundish)를 포함할 수 있다.

용기(10)는 길이 방향(Y) 및 폭 방향(X)의 중심부를 기준으로 좌우 대칭하는 장방형의 형상으로 형성되며, 길이 방향(Y)의 너비가 폭 방향(X)의 너비보다 클 수 있다. 한편, 용기(10)의 상부에는 용융물 주입부(1)가 마련되는데, 용기(10)의 길이 방향(Y) 및 폭 방향(X)의 중심부에 용융물 주입부(1)가 수직 정렬될 수 있다.

용기(10)는 바닥부(13)의 적어도 일측에 홀(14)이 형성될 수 있다. 홀(14)은 복수개 구비되고 길이 방향(Y)으로 이격되어 폭 방향 양 측벽(11)의 근방에서 바닥부(13)의 양측 가장자리를 각각 수직 관통하여 형성될 수 있다. 홀(14)은 용기(10)의 길이 방향(Y) 및 폭 방향(X)의 중심부를 기준으로 좌우 대칭할 수 있다. 홀(14)을 통하여 용기(10)의 내부에 수용된 용융믈(M)이 용기(10)의 하측으로 배출될 수 있다. 홀(14)에는 게이트(60)가 장착될 수 있다.

유도부재는 제1부재(20)와 제2부재(30)를 포함할 수 있고, 용융물 주입부(1)에서 홀(14) 측으로 이격 설치될 수 있다. 이때, 유도부재는 제1부재(20)만 포함하거나, 제1부재(20)와 제2부재(30)를 모두 포함할 수 있다. 즉, 유도부재는 적어도 제1부재(20)를 포함할 수 있다. 제1부재(20) 및 제2부재(30)는 내화물로 구축될 수 있고, 용기(10)의 내부에 용융물(M)이 수용되어 원하는 높이 예컨대 연속주조 조업 중기의 정상 상태에서 용강 레벨까지 수용되는 경우, 용융물(M)에 잠긴 상태에서 그 유동을 제어할 수 있다.

제1부재(20)는 용기(10)의 내부에 주입되는 용융물(M)의 유동을 제어 가능하게 마련될 수 있다. 제1부재(20)는 용융물 주입부(1)에서 홀(14) 측으로 이격되고, 폭 방향(X)으로 연장되며, 바닥부(13)에서 상측으로 소정 높이 이격되어 용기(10)의 길이 방향 양 측벽(12)의 서로 마주보는 면 사이를 연결하도록 설치될 수 있다. 제1부재(20)는 턴디시의 위어(Weir)를 포함할 수 있다. 제1부재(20)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 중심으로 길이 방향(Y)으로 상호 이격된 위치에 각각 설치될 수 있다. 제1부재(20)는 용융물 주입부(1)를 통해 용기(10)의 내부로 주입된 용융물(M)의 용융물 주입구(1) 부근 유동(P₁)을 용기(10)의 내측 상부 또는 내측 하부로 유도할 수 있다.

한편, 제1부재(20) 부근 용융물 유동 방향 및 유속 등은 제1부재(20)의 상면 높이 및/또는 하면 높이를 조절하여 제어 가능하다. 이때, 기체 주입부(400) 부근의 벤투리(Venturi) 효과에 의하여 제1부재(20) 부근의 용융물이 제1부재(20)의 하면을 지나 기체 주입부(400) 측으로 원활히 회수될 수 있는 이상적인 높이로 제1부재(20)의 하면 높이가 결정될 수 있다. 또한, 제1부재(20)의 상면이 용융물에 이상적인 깊이 만큼 완전히 잠기도록 그 상면 높이가 결정될 수 있다.

제2부재(30)는 용기(10)의 내부에 주입되는 용융물(M)의 유동을 제어 가능하도록 마련될 수 있다. 제2부재(30)는 제1부재(20)에서 홀(14) 측으로 이격되고, 폭 방향(X)으로 연장되며, 바닥부(13)에 접촉되어 용기(10)의 길이 방향 양 측벽(12)의 서로 마주보는 면을 연결하여 설치될 수 있다. 제2부재(30)는 턴디시의 댐(Dam)을 포함할 수 있다. 제2부재(30)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 중심으로 길이 방향(Y)으로 상호 이격된 위치에 각각 설치될 수 있고, 홀(14)보다 제1부재(20) 쪽에 더 가깝게 제1부재(20) 측으로 설치 위치가 편중될 수 있다. 한편, 제2부재(30)의 하부 소정 위치에는 잔탕홀(미도시)이 구비될 수도 있다. 이 경우, 잔탕홀은 바닥부(13)에 접하는 위치에 제2부재(30)를 길이 방향(Y)으로 관통하여 형성될 수 있다.

제2부재(30)는 용융물 주입부(1)에서 홀(14)을 향하는 방향으로 제1부재(20)의 상부 또는 하부를 범람하여, 제2부재(30) 측으로 유도되는 용융물(M)의 제2부재(30) 부근 유동을 홀(14) 측을 향하는 홀(14) 부근 유동(P₂) 및 제1부재(20) 측을 향하는 용융물(M)의 회전류(P_C)로 각각 나누어 유도할 수 있다. 한편, 제2부재(30) 부근의 용융물(M)의 유동 방향과 유속은 제2부재(30)의 상면 높이 및/또는 제1부재(20)에 대한 제2부재(30)의 이격 거리 등을 조절하여 제어 가능하다.

제1부재(20) 및 제2부재(30)에 의하여 용융물(M)이 용기(10)의 내부에 소정 시간 체류하며 개재물이 부상 분리될 수 있다. 그러나, 30㎛ 이하의 미세 개재물의 경우, 제1부재(20)와 제2부재(30)에 의한 유동 제어만으로는 부상 분리시키기 어렵다. 이는, 제1부재(20)와 제2부재(30) 만을 이용한 유동 제어의 경우, 30㎛ 이하의 미세 개재물이 부상 분리될 수 있는 시간 동안, 용기(10)의 내부에 용융물(M)을 충분히 체류시킬 수 없기 때문이다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 유도부재와 용융물 주입부(1) 사이에 기체 주입부(400)를 마련하고, 이를 이용하여 유도부재 부근에 용융물(M)의 회전류(P_C)를 형성할 수 있다. 예컨대 유도부재가 제1부재(20)만을 포함할 때, 기체 주입부(400)는 제1부재(20)와 용융물 주입부(1) 사이에, 제1부재(20)에서 용융물 주입부(1) 측으로 이격되어 설치될 수 있다. 또한, 유도부재가 제1부재(20)와 제2부재(30)를 모두 포함할 때, 기체 주입부(400)는 제1부재(20)와 용융물 주입부(1) 사이에 설치되거나, 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이에, 제2부재(30)에서 제1부재(20) 측으로 이격 설치될 수 있다.

즉, 제1부재(20)와 용융물 주입부(1) 사이 또는 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이에 기체 주입부(400)를 마련하고, 제1부재(20) 부근에 기체를 주입하며, 강한 상승류 및 용융물(M)의 회전류(P_C)를 형성할 수 있다. 이에, 30㎛ 이하 미세 개재물이 부상 분리될 수 있도록, 제1부재(20) 부근의 용융물(M)을 용기(10)의 내부에서 여러 차례 회전시키며 충분히 체류시킬 수 있다. 특히, 회전류(P_C)의 회전수를 증가시킬 수 있어, 개재물과 기체와의 접촉 빈도를 크게 향상시킬 수 있다.

이 경우, 용융물(M)에 혼입된 개재물(s')은, 용융물(M)의 회전류(P_C)를 따라 제1부재(20)의 부근에 장시간 체류하며 부상 분리되어, 용융물(M)의 상면에 마련된 슬래그(S)에 원활하게 포집 제거될 수 있다. 또한, 용융물(M)에 혼입된 개재물(s')은, 용융물(M)의 회전류(P_C)를 따라 제1부재(20)의 부근에 장시간 체류하며, 기체 주입부(400)를 통해 용융물(M) 내에 주입된 기체의 기포에 여러 차례 빈번하게 접촉하면서, 기포의 계면에 포집되어 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.

한편, 유도부재가 제1부재(20)만 포함하는 경우, 기체 주입부(400)는 제1부재(20)와 홀(14) 사이에 제1부재(20)에 근접하여 설치될 수도 있다. 이때, 기체 주입부(400)에서 주입되는 기체에 의한 상승 유동은 챔버부(500)의 후술하는 벽체부에 의하여, 홀(14)에서 용융물 주입부(1)를 향하는 방향으로, 제1부재(20)의 상부를 범람하도록 유도된다. 그리고 기체 주입부(400)에서 주입되는 기체에 의해, 제1부재(20)를 중심으로 길이 방향(Y)의 양측 영역의 용융물(M) 압력이 달라지게 되어, 용융물 주입부(1)에서 홀(14)을 향하는 방향으로, 제1부재(20)의 하면을 지나는 유동이 형성된다. 이로부터 제1부재(20) 부근을 감싸며 복수 회 반복하여 회전하는 용융물(M)의 회전류가 형성될 수 있다. 이 때의 회전류는 그 회전 방향이 예컨대 도 3의 회전류(P_C)의 회전 방향과 다를 수 있다.

기체 주입부(400)는 유도부재에서 용융물 주입구(1) 측으로 이격되어, 바닥부(13) 상에 설치될 수 있다. 예컨대 기체 주입부(400)는 제1부재(20)에서 용융물 주입부(1) 또는 제2부재(30) 측으로 이격되고, 바닥부(13)에 설치될 수 있다. 기체 주입부(400)는 복수개 구비되며 용용물 주입구(1)를 중심으로 길이 방향(Y)의 양측에 위치할 수 있다. 기체 주입부(400)는 예컨대 래들 퍼니스(Ladle furnace) 등에 구비되는 포러스 플러그(Porous plug)의 구성과 방식이 적용될 수 있다.

기체 주입부(400)는 폭 방향(X)으로 연장되고 바닥부(13)의 상면에 돌출되며 제1부재(20)의 하면보다 높이가 낮은 블록, 블록의 상면에 형성된 복수의 슬릿, 용기(10)의 바닥부(13)와 블록을 순서대로 관통하여 블록 상면의 슬릿에 연통하는 기체 주입관(410), 기체 주입관(410)에 장착되어 개도 및/또는 개폐 방식을 제어하는 제어밸브(420)를 포함할 수 있다. 이때, 제어밸브(420)는 용융물(M) 중에 기체가 연속 주입되거나 단속 주입되도록 개폐 방식을 제어할 수 있다.

블록은 치밀질의 내화물로 형성될 수 있고, 소정 면적의 상면을 가지는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 슬릿은 블록의 내부로 연장되어, 블록의 상면을 높이 방향으로 관통할 수 있다. 슬릿은 내부에 기체가 유동 가능하도록, 중공의 관으로 형성되거나,다공질의 내화물로 형성될 수 있다. 슬릿을 통하여 용기(10)의 내부에 기체를 미세한 기포 상태로 주입 가능하다.

기체 주입부(400)의 블록은 용융물 주입부(1)보다 제1부재(20)에 상대적으로 가깝게 위치할 수 있고, 이때, 제1부재(20)에 대한 이격 거리(W1)를 조절하여 기체 주입부(400)에서 용기(10)의 내부로 주입되는 기체에 의한 용융물 유동 방향 및 회전수 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

예컨대 제1부재(20)에 대한 블록의 이격 거리(W1)가 짧을수록, 기체에 의한 용융물 유동 방향이 제1부재(20)를 따라 가파르게 수직 상승하는 방향으로 형성될 수 있다. 이 반대의 경우, 용융물 유동 방향이 제1부재(20)를 따라 상대적으로 완만하게 상승하는 방향으로 형성될 수 있다.

또한, 이격 거리(W1)가 짧을수록, 벤투리(Venturi) 효과에 의해 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이의 용융물(M)의 회전류(P_C)가 기체 주입부(400) 측으로 원활하게 회수되어, 회전류(P_C)의 회전수가 증가할 수 있다. 반면에 이격 거리(W1)가 길수록, 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이의 용융물(M)에 대한 회수 정도를 줄이게 되어 회전류(P_C)의 회전수를 상대적으로 줄일 수 있다.

상기와 같이, 기체 주입부(400)가 제1부재(20)의 부근에 위치함에 따라 벤투리 효과를 일으킬 수 있다. 즉, 기체 주입부(400)의 설치 위치에 의해 제1부재(20) 부근의 용융물(M)이 반복하여 복수 회 회전하며 지속적이고 강한 회전류(P_C)를 형성함에 따라 3㎛ 이하 크기의 미세 개재물이 용융물(M) 상면으로 부상 분리되거나 기체의 기포에 의해 포집될 수 있다.

한편, 기체 주입부(400) 및/또는 제1부재(20) 상에 소정 크기의 나탕면(N)이 형성될 수 있다. 이는, 기체 주입부(400)를 통하여 용융물(M) 중에 주입되는 기체에 의한 기체 주입부(400)와 제1부재(20) 사이 용융물(M)의 빠른 상승류 때문에 용융물(M)의 상면에 형성된 슬래그(S)가 밀려나기 때문이다. 이 경우 나탕면(N)을 통하여 용융물(M)이 대기에 접촉하여 재산화되면서 청정도가 저하될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예와 같이, 유도부재와 기체 주입부(400) 상에 챔버부(500)를 마련하고, 용융물(M)의 상면에 나탕면(N)이 형성되면, 나탕면(N)의 부근(C)을 챔버부(500)로 덮어 진공 분위기나 불활성 분위기를 형성함으로써, 용융물(M)이 대기에 접촉하여 재산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이처럼 챔버부(500)에 의하여 나탕면(N)이 보호됨에 따라, 나탕면(N) 형성과 무관하게 기체 주입부(400)로 기체를 충분히 강하게 주입 가능하여, 충분히 강한 회전류(P_C)의 형성을 달성할 수 있다.

또한, 챔버부(500)의 하부를 용융물(M) 중에 침지시키고, 이의 침지된 부분을 이용하여, 용융물 주입부(1)에서 홀(14) 방향으로 제1부재(20)의 상부를 범람한 용융물(M)을 제1부재(20)의 하부를 향하여 유도 가능하다. 이에, 제1부재(20)의 부근에 회전류(P_C)를 안정적으로 형성할 수 있다. 즉, 챔버부(500)는 나탕면(N)의 보호와 함께 회전류(P_C)의 형성을 돕고, 회전류(P_C)의 회전수를 증가시키는 역할을 한다. 따라서, 챔버부(500)에 의해 개재물 제거 효율이 향상되고, 용융물의 청정도가 더욱 향상될 수 있다.

챔버부(500)는 폭 방향(X)으로 연장되고 내부가 하측으로 개방되며, 유도부재와 기체 주입부(400)를 마주보도록 용기(10)의 상부에 설치될 수 있다. 이때, 챔버부(500)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 중심으로 길이 방향(Y)으로 상호 이격된 위치에 각각 설치될 수 있다.

챔버부(500)는 폭 방향(X)으로 연장되는 리드부(510), 폭 방향으로 연장되고 제1부재(20)를 중심으로 길이 방향의 양측에 이격되어 리드부(510)의 하면에 각각 장착되며 용기(10)의 길이 방향 양 측벽에 접촉되거나 이격되는 벽체부, 길이 방향(Y)으로 연장되고 리드부(510)의 폭 방향(X) 양측 가장자리에 각각 장착되며 벽체부들을 연결하는 플랜지부(511)를 포함할 수 있고, 벽체부 및 플랜지부(511)가 용융물(M)에 침지되어 나탕면(N)이 챔버부(500)에 기밀하게 보호될 수 있다.

이때, 용융물(M)에 침지되는 부분 예컨대 벽체부 및 플랜지부(511)는 적어도 일부가 내화물로 보호될 수 있다. 또한, 용융물(M))에 침지되었을 때, 제1부재(20)에 대한 플랜지부(511)의 충돌이나 간섭을 방지하도록, 플랜지부(511)의 하면은 벽체부의 하면들 및 제1부재(20)의 상면보다 그 높이가 높을 수 있다.

리드부(510)는 판 형상의 부재로서, 용융물(M)의 상면에 형성되는 나탕면(N)을 충분히 커버 가능한 면적으로 형성될 수 있다. 리드부(510)는 제1부재(20)의 상면 또는 용기(10)의 내부로 주입된 용융물(M)의 상면에서 소정 높이 이격 가능하도록 설치 높이가 결정될 수 있다. 벽체부는 제1벽체부(520), 제2벽체부(530)를 포함할 수 있다. 제1벽체부(520)는 기체 주입부(400)에서 용융물 주입부(1) 측으로 이격되도록 위치할 수 있고, 제2벽체부(530)는 제2부재(30)의 상측에 이격되어 위치할 수 있다.

제1벽체부(520)는 폭 방향(X)으로 연장된 수직 벽체로서 하면이 제1부재(20)의 상면보다 높이가 높게 형성되며, 용기(10)의 내부로 주입된 용융물(M)에 의하여 침지 가능한 높이까지 하측으로 연장될 수 있다. 제2벽체부(530)는 폭 방향(X)으로 연장된 수직 벽체로서 하면이 제1부재(20)의 상면보다 높이가 낮게 형성되며, 용융물(M)에 의하여 침지 가능한 높이까지 하측으로 연장될 수 있다. 제2벽체부(530)는 제2부재(30)에 대한 이격 거리(d1)를 조절하여 제1부재(20)의 상부를 범람하는 용융물(M) 중 홀(14) 측으로 유동하는 용융물의 유량(Q1) 및 기체 주입부(400) 측으로 유동하는 용융물의 유량(Q2)을 각각 결정할 수 있고, 그 값의 상대적인 크기나 절대적인 크기를 각각 제어할 수 있다.

예컨대 제2부재(30)에 대한 이격 거리(d1)가 짧을수록, 홀(14) 측으로 유동하는 용융물의 유량(Q1)보다 기체 주입부(400) 측으로 유동하여 회전류(P_C)의 형성에 사용되는 용융물의 유량(Q2)이 커질 수 있다. 반대로, 제2부재(30)에 대한 이격 거리(d1)가 멀수록, 홀(14) 측으로 유동하는 용융물 유량(Q1)이 기체 주입부(400) 측으로 유동하여 회전류(P_C)의 형성에 사용되는 용융물 유량(Q2)보다 커질 수 있다.

이때, 이들 유량은 회전류(P_C)의 회전수와도 밀접하게 관련된다. 즉 기체 주입부(400) 측으로 유동하여 회전류(P_C)의 형성에 사용되는 용융물의 유량(Q2)이 커질수록 회전류(P_C)의 형성이 원활하여, 회전수가 증가할 수 있다.

즉, 챔버부(500)의 제2벽체부(530)와 유도부재의 제2부재(30)는 회전류(P_C)의 회전수 결정을 위한 주요한 구성이며, 이들 간의 거리(d1)에 의하여 회전류(P_C)의 회전수를 결정하기 때문에, 제1부재(20)에서 홀(14) 측으로 이격된 소정 위치에 제2벽체부(530)를 적어도 상하 방향으로 마주보도록 제2부재(30)가 구축되는 것이 좋다.

한편, 제2벽체부(530)는 제1부재(20)를 중심으로 기체 주입부(400)의 반대측에 마련되는데, 이때, 제2벽체부(530)의 제1부재(20)를 마주보는 일면에 경사면이 구비될 수 있다. 경사면은 제1부재(20)에서 제2부재(30)를 향하여, 제2벽체부(530)의 하단에서 상단으로 상향 경사지게 형성될 수 있다. 경사면은 용융물 주입부(1)에서 제2부재(30)를 향하는 방향으로 제1부재(20)를 범람하는 용융물(M)을 원활하게 하강시키며 제1부재(20)의 하면 측으로 안내할 수 있다.

챔버부(500)는 나탕면(N)을 통하여 챔버부(500)의 내부로 유입되는 기체에 의해 부압이 형성되며 불활성 분위기로 형성될 수 있다. 물론, 챔버부(500)의 내부 분위기를 직접 제어 가능하도록 챔버부(500)에는 공급관(560)과 배기관(570)이 각각 장착될 수 있다.

공급관(560)은 기체를 공급 가능하도록 형성되며 챔버부(500)의 예컨대 리드부(510) 일측을 관통하여 내부에 연통할 수 있다. 배기관(570)은 기체를 배기 가능하도록 형성되며 챔버부(500)의 예컨대 리드부(510) 타측을 관통하여 내부에 연통할 수 있다. 공급관(560)의 입구부는 기체 공급원(미도시)에 연결될 수 있고, 불활성 기체를 공급받아 챔버부(500)의 내부에 불활성 분위기를 형성할 수 있다. 배기관(570)의 입구부는 배기 펌프(미도시)와 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있고, 이들을 이용하여 챔버부(500)의 내부를 불활성 분위기 또는 진공 분위기로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치는, 챔버부(500)를 승강 가능하게 지지하며, 용기(10)의 내부로 주입되는 용융물(M)의 상면 높이에 따라 챔버부(500)의 높이를 조절 가능한 제1작동부(540)를 포함할 수 있으며, 챔버부(500)를 슬라이드 가능하게 지지하고, 용기(10)의 내부로 주입되는 용융물의 나탕면(N) 발생 위치에 따라 길이 방향(Y)으로 챔버부(500)의 위치를 조절하는 제2작동부(550)을 포함할 수 있다. 이들 작동부는 연속주조 설비의 머니퓰레이터에 적용되는 예컨대 유압 실린더 등의 구조로 형성될 수 있고, 이를 특별히 한정하지 않는다.

제1작동부(540)는 리드부(510)의 상면 중심부에 장착되며, 예컨대 유압 등을 이용하여, 높이 방향(Z)으로 신축 가능하게 형성될 수 있다. 제2작동부(550)는 제1작동부(540)의 상부에 장착되고, 예컨대 유압 등을 이용하여, 길이 방향(Y)으로 신축 가능하게 형성될 수 있다. 제2작동부(550)에 의한 길이 방향(Y)의 이동은 제1작동부(540)를 통하여 챔버부(500)에 전달될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치는, 제1부재(20)에서 기체 주입부(400)의 반대측에 이격되어 바닥부(13)에 설치되는 제2기체 주입부(미도시)를 포함할 수 있다. 예컨대 기체 주입부(400)가 제1부재(20)에서 용융물 주입부(1) 측으로 이격되어 설치될 경우, 제2기체 주입부는 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이에 마련될 수 있고, 기체 주입부(400)가 제1부재(20)와 제2부재(30) 사이에 마련되면, 제2기체 주입부는 제1부재(20)에서 용융물 주입부(1) 측으로 이격되어 설치될 수 있다. 제2기체 주입부의 구성 및 작동 방식은 기체 주입부(400)의 구성 및 작동 방식과 동일할 수 있으므로, 그 상세할 설명은 생략한다.

제2기체 주입부를 이용하여 제1부재(20)를 중심으로 기체 주입부(400)의 반대측에서 용융물(M)에 기체를 주입하며 그 유동을 직접 제어할 수 있으므로, 이의 경우, 회전류(P_C)를 보다 정밀하게 제어 가능하다.

게이트(60)는 홀(14)을 개폐 가능하도록 형성되며, 홀(14)에 수직 정렬되도록 용기(10)의 하면에 각각 장착될 수 있다. 게이트(60)는 연속주조 설비의 슬라이드 게이트를 포함할 수 있고, 슬라이드 게이트는 홀(14)의 개도를 조절하여 용융물(M)의 배출량을 조절할 수 있다. 게이트(60)에는 노즐(70)이 장착될 수 있다.

노즐(70)은 높이 방향(Z)으로 연장되는 중공의 내화물 노즐로서, 홀(14)에 연통하도록 게이트(60)의 하면에 장착될 수 있다. 홀(14)에서 토출되는 용융물(M)은 게이트(60)를 통과하여 노즐(70)의 내부로 유입되고, 노즐(70)의 하부를 감싸도록 마련된 주형(미도시)로 공급될 수 있다. 예컨대 노즐(70)은 연속주조 설비의 침지 노즐(Submerged Entry Nozzle)을 포함할 수 있다.

주형(Mold)은 장방형 또는 정방향의 중공형 블록일 수 있고, 내부가 상측 및 하측으로 수직하게 개방될 수 있다. 주형에 공급된 용융물(M)은 주편(Slab)으로 1차 응고될 수 있고, 주형의 하측에 마련된 만곡형 또는 수직 만곡형의 냉각대(미도시)를 통과하며 2차 냉각되며 성형되어 반제품인 주편으로 연속 주조될 수 있다.

상기와 같이 형성되는 용융물 처리장치의 작동을 보면, 운반 용기에 의하여 용융물이 운반된 후, 운반 용기에 결합된 용융물 주입부(1)를 통하여 용기(10) 내부로 용융물(M)을 주입한다. 이에, 주입되는 용융물은 바닥부(13)를 따라 유도부재를 향하는 유동을 형성하고, 유도부재에 선행하는 위치에 설치된 기체 주입부(400)의 기체 주입에 의하여 상승류가 형성된다. 상승류 일부는 용융물 주입부(1) 측으로 선회하고, 대부분은 제1부재(20)를 범람하여 챔버부(500)의 제2벽체부(530)에 부딪히며 아래쪽으로 흐름이 전환된다. 아래를 향하는 흐름의 일부는 제2부재(30) 상부를 범람하여 홀(14) 측으로 빠져나가지만, 나머지는 하강하여 바닥부(13)까지 도달한 후 기체 주입부(400) 부근의 벤투리 효과에 의해 제1부재(20)의 하면을 범람하여 회전류(P_C)를 형성한다. 이 회전류를 이용하여 용융물(M) 중의 개재물(s')이 기체와 복수 회 접촉 제거될 수 있다. 이 과정 동안 챔버부(500)가 나탕면(N)을 감싸 불활성 분위기 또는 진공 분위기를 형성하고, 이에, 대기에 의한 용융물(M)의 오염을 방지할 수 있다.

첨가제 투입장치(600)는 용융물의 성분을 조정하기 위한 합금철 및 부원료 등을 포함할 수 있다. 첨가제 투입장치(600)는 용기(10) 내부에 첨가제를 투입할 수 있도록 용기(10)의 주변, 예컨대 용기(10)의 상부에 구비될 수 있다.

도 1을 참조하면, 첨가제 투입장치(600)는 첨가제가 수용되는 공간이 형성되는 제1저장기(610)와, 제1저장기(610)에 저장된 첨가제를 배출시키도록 제1저장기(610)에 연결되는 제1배출기(620) 및 첨가제의 배출량을 조절하도록 제1배출기(620)의 동작을 제어하는 제어기(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 첨가제 투입장치(600)는 제1저장기(610)로부터 배출되는 첨가제를 용기(10)의 소정 위치에 주입할 수 있도록 첨가제의 이동경로로 사용되는 주입배관(630)을 포함할 수 있다. 이때, 주입배관(630)의 적어도 일부, 예컨대 첨가제가 배출되는 단부는 용융물에 침지되도록 배치될 수 있다. 이는 용융물 상부에 슬래그가 존재하므로, 용융물의 성분을 조정하기 위해서는 첨가제가 용융물에 직접 투입되어야 하기 때문이다.

첨가제 투입장치(600)는 도 1에 도시된 것처럼 하나의 제1저장기(610)와 하나의 제1배출기(620)를 포함할 수도 있지만, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 제1저장기(610a 610b, 610c, 610d)와, 각 제1저장기(610a 610b, 610c, 610d)마다 구비되는 제1배출기(620)를 포함할 수 있다. 이때, 각각의 제1저장기(610a 610b, 610c, 610d)에는 서로 다른 종류의 첨가제가 수용되어 있을 수 있으며, 각각의 제1저장기(610a 610b, 610c, 610d)에서 배출되는 서로 다른 첨가제를 균일하게 혼합하여 용기(10)에 투입하기 위한 구성을 추가로 구비할 수 있다. 이 경우, 복수의 제1저장기(610a 610b, 610c, 610d)에서 각각 배출되는 첨가제를 혼합하도록 상기 복수의 제1저장기(610a 610b, 610c, 610d)에 연결되는 혼합기(640)와, 복수의 첨가제를 혼합한 혼합물의 배출량을 조절하도록 혼합기(640)에 연결되는 제2배출기(650)를 포함할 수 있다. 이때, 혼합기(640) 내부에는 여러 종류의 첨가제를 균일하게 혼합할 수 있도록 교반장치(미도시)가 구비될 수도 있다.

또한, 혼합기(640)에서 복수의 첨가제를 혼합하면서 용기(10)에 실시간으로 공급할 수도 있지만, 복수의 첨가제를 균일하게 혼합할 수 있도록 복수의 첨가제를 혼합기(640)한 후 제2저장기(660)에 일시적으로 저장하였다가 용기(10)에 공급할 수도 있다. 이때, 제2저장기(660)에는 즉 복수의 첨가제를 혼합한 혼합물의 배출량을 조절하기 위한 제3배출기(670)가 구비될 수 있으며, 주입배관(630')은 제2저장기(660)에 연결될 수 있다. 도 4에서 주입배관(630')이 용융물 주입부(1)의 일측에 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 실제는 주입배관(630')과 용융물 주입부(1)는 용기(10)의 폭방향으로 일직선 상에 배치될 수 있다.

제1배출기(620), 제2배출기(650) 및 제3배출기(670)는 스크류 피더 등으로 구성될 수 있으며, 이들의 동작은 제어기에 의해 제어될 수 있다.

첨가제 투입장치(600)를 통해 용기(10)에 투입되는 첨가제 또는 혼합물은 유도부재, 기체주입부 등을 통해 형성되는 용융물의 회전류를 통해 용융물에 균일하게 혼합될 수 있다.

전술한 바에 의하면, 용융물 주입부(1)는 용기(10)의 중심에 용융물을 공급하도록 구비되고, 용융물 주입부(1)의 양쪽에 대칭적으로 형성되는 유도부재, 기체주입부 등을 통해 용융물의 회전류는 거의 대칭적인 형상을 이루도록 형성될 수 있다. 따라서 용기(10)에 투입되는 첨가제가 용기(10) 내 용융물 전체에 걸쳐 균일하게 혼합될 수 있도록 첨가제는 용융물 주입부(1)에 최대한 인접하는 위치에 공급되는 것이 좋다. 이때, 첨가제가 용기(10)의 길이방향으로 용융물 주입부(1)의 일측에 투입되는 경우, 첨가제가 투입되는 방향으로 상대적으로 많은 양의 첨가제가 이동할 수 있다. 따라서 첨가제는 용기(10)의 폭방향에서 용융물 주입부(1)가 배치되는 선상에 투입할 수 있다. 즉 용기(10)의 폭방향에서 용융물 주입부(1)와 동일 선상에 주입배관(630')을 배치하여 첨가제가 용기(10)의 길이방향으로 균일하게 분산되도록 할 수 있다.

또는, 한 쌍의 주입배관을 구비하여 용기(10)의 길이방향으로 용융물 주입부(1)의 양쪽에 첨가제를 투입할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리방법을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리방법은, 본 발명의 실시 예에 따른 상술한 용융물 처리장치에 적용 가능한 용융물 처리방법으로, 내부가 상측으로 개방되고 바닥부에 홀이 형성되며 상부에 용융물 주입부가 마련되고 홀과 용융물 주입부 사이에 유도부재가 마련된 용기를 준비하는 과정, 용융물을 용기의 내부에 주입하는 과정, 유도부재의 상부로 용융물을 범람시키는 과정, 기체 주입부를 통해 유도부재와 용융물 주입부 사이의 용기 내부로 기체를 주입하며 용융물의 회전류를 형성하는 과정 및 용융물에 첨가제를 투입하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 용융물(M)은 용강을 포함하고 기체는 불활성 기체를 포함할 수 있고, 첨가제는 용융물의 성분을 조정하기 위한 합금철을 포함할 수 있다.

우선, 내부가 상측으로 개방되고, 바닥부(13)에 홀(14)이 형성되며, 상부에 용융물 주입부(1)가 마련되고, 홀(14)과 용융물 주입부(1) 사이에 유도부재가 마련된 용기(10)를 준비한다. 이때, 유도부재는 용융물 주입부(1)에서 홀(14) 측으로 이격되고, 바닥부(14)에서 이격되어 용기(10)의 길이 방향 양 측벽(12)에 장착되는 제1부재(20), 및 제1부재(20)에서 홀(14) 측으로 이격되고, 바닥부(13)에 접촉되어 용기(10)의 길이 방향 양 측벽(12)에 장착되는 제2부재(30)를 포함할 수 있다.

이후, 용융물 주입부(1)에 운반 용기(미도시)를 장착하고, 용융물 주입부(1)를 개방하여 운반 용기 내의 용융물(M)을 용기(10)의 내부에 주입한다.

이후, 용융물(M)의 주입을 연속 실시하며 용융물(M)의 레벨을 상승시켜 유도부재의 상부로 용융물(M)을 범람시킨다. 이때, 제1부재(20)와 제2부재(30)의 상부로 용융물(M)이 범람하여 홀(14) 측으로 유동할 수 있다. 예컨대 융융물 주입부(1)에서 제1부재(20) 측으로 유동하는 용융물(M)은 제1부재(20)의 상면과 하면을 범람하여 제2부재(30) 측으로 유동하고, 제2부재(30)의 상면을 범람하여 홀(14) 측으로 유동한다.

이후, 기체 주입부(400)를 통하여 유도부재와 용융물 주입부(400) 사이의 용기(10) 내부로 기체를 주입하며 용융물(M)의 회전류(P_C)를 형성한다. 이때, 기체 주입부(400)를 통하여 제1부재(10)와 용융물 주입부(400) 사이의 용기(10) 내부로 기체를 주입하며 용융물의 회전류(P_C)를 형성할 수 있다. 또는, 기체 주입부(400)를 통해 제2부재(30)와 제1부재(20) 사이의 용기(10) 내부로 기체를 주입하며 용융물의 회전류(P_C)를 형성할 수 있다.

용융물(M)의 회전류(P_C)를 형성하는 과정과 함께, 챔버부(500)를 이용하여 용기(10)의 내부로 주입된 기체에 의한 용융물(M)의 나탕면 발생 위치를 감싸는 영역에 진공 분위기나 불활성 분위기를 형성한다.

이 과정은, 나탕면 위치에 따라 챔버부(500)를 예컨대 길이 방향(Y)으로 이동시켜가며 실시할 수 있고, 예컨대 연연속 주조 등의 이유로 인한 용융물(M)의 상면 레벨 변화 따라 챔버부(500)를 예컨대 높이 방향(Z)으로 이동시키며 실시할 수 있다. 이에, 챔버부(500)의 침지 깊이가 일정할 수 있고, 챔버부(500)의 침지 위치가 나탕면(N)을 감싸는 위치로 일정할 수 있다.

또한, 이 과정은 나탕면(N) 상에 챔버부(500)를 정렬하고, 챔버부(500)의 하부를 용융물(M)에 침지시켜 나탕면(N)의 부근을 감싼 후, 불활성 분위기 형성을 위해, 나탕면(N)을 통하여 챔버부(500)의 내부로 유입되는 기체를 활용하거나, 챔버부(500)의 내부에 별도의 불활성 기체를 직접 주입하거나, 챔버부(500)의 내부를 배기하여 진공 분위기를 형성하는 등의 방식으로 실시할 수 있다.

이때, 회전류를 형성하는 과정과 나탕면에 진공 분위기 또는 불활성 분위기를 형성하는 과정은 임의의 순서대로 순차적으로 실시될 수 있고, 두 과정이 동시에 실시될 수 있다. 이에, 용융물(M) 중에 강한 회전류(P_C)를 형성하여 개재물(s')을 제거함과 함께, 회전류(P_C)에 의하여 발생하는 나탕면(N)에 의해 용융물(M)이 오염되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 회전류(P_C)의 형성 시에, 유도부재 예컨대 제1부재(20)에 대한 기체 주입부(400)의 기체 주입 위치를 다르게 하여, 회전류(P_C)의 유동 방향과 회전수 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예컨대 제1부재(20)에 대한 기체 주입부(400)의 이격 거리(W1)를 조절하여, 제1부재(20)에 대한 기체 주입부(400)의 기체 주입 위치를 다르게 함으로써, 제1부재(20) 하의 벤투리(Venturi) 효과의 작용 범위와 크기를 다르게 할 수 있고, 이로부터 회전류(P_C)의 유동 방향 및 회전수를 조절할 수 있다. 이때, 제1부재(20)에 대한 기체 주입부(400)의 이격 거리(W1)가 작을수록 회전류(P_C)의 유동 방향이 제1부재(20)를 따라 수직하게 형성될 수 있고, 회전수가 증가할 수 있다.

또한, 회전류(P_C)의 형성 시에, 용융물(M)에 대한 챔버부(500)의 침지 높이를 조절하는 방식으로 제2벽체부(530)의 높이를 조절하여, 제2부재(30)에 대한 제2벽체부(530)의 이격 거리(d1)를 조절할 수 있다. 이로부터, 유도부재의 상부를 범람하여 홀(14) 측으로 유동하는 용융물의 유량(Q1)과, 유도부재의 상부를 범람하여 기체 주입부(400) 측으로 유동하며 회전류(P_C)로 회수되는 용융물의 유량(Q2)을 각각 제어할 수 있다.

이에, 회전류(P_C)의 회전수를 제어 가능하여 유도부재의 부근에 용융물(M)을 복수 회 회전시키며 장시간 체류시킴과 함께, 유도부재 부근 용융물(M)에 대한 기체의 접촉 빈도를 현저히 증가시킬 수 있다.

또한, 회전류(P_C)의 형성 시에, 기체 주입부(400)에 의한 기체의 주입 방식을 연속 방식 및 단속 방식 중 적어도 하나의 방식으로 제어하여, 유도부재 부근의 회전류(P_C) 흐름을 원하는 흐름으로 다양하게 제어할 수 있다. 즉, 용융물(M)을 처리하는 동안 연속하여 기체를 분사하며 회전류(P_C)의 강도 및 회전수 등을 시간에 대해 일정하게 제어할 수 있고, 용융물(M)을 처리하는 동안 소정의 주기에 맞추거나 불규칙하게 기체를 단속 분사하여 회전류(P_C)의 강도 및 회전수 등의 유동 특성이 시간에 따라 변화하며 예컨대 맥동성을 갖도록 제어할 수 있다.

이처럼 유도부재 부근의 다양한 위치에 기체를 다양한 방식으로 분사하여 유도부재 부근에 형성되는 회전류(P_C)의 흐름 특성 예컨대 유동 방향이나 회전수 등을 원하는 흐름 특성으로 다양하게 제어할 수 있다.

한편, 회전류(P_C)를 형성하는 과정은, 제2 기체 주입부(미도시)를 통하여 기제 주입부(400)와 유도부재 사이의 용기 내부로 기체를 주입하며 회전류의 유동 방향과 회전수 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

예컨대 기체 주입부(400)를 통하여, 제1부재(20)와 용융물 주입부(400) 사이의 용기(10) 내부로 기체를 주입하고, 제1부재(20)에서 기체 주입부(400)의 반대측으로 이격되어 바닥부(13)에 설치되는 제2기체 주입부(미도시)를 통하여, 제2부재(30)와 제1부재(20) 사이의 용기(10) 내부로 기체를 주입하며, 용융물의 회전류(P_C)를 제어할 수 있다.

이때, 제2기체 주입부의 기체 주입량 및 주입 방식 중 적어도 하나를 기체 주입부(400)의 기체 주입량 및 주입 방식 중 적어도 하나와 서로 다르게 제어하여, 제1부재(20)를 중심으로 길이 방향(Y)의 양측에서 기체의 주입량과 주입 방식을 다르게 제어할 수 있다. 이로부터 제1부재(20) 부근의 유용물(M) 유동을 원하는 유동으로 다양하게 제어할 수 있다.

이와 같이 용기(10) 내에서 용융물의 회전류를 형성하면서, 용융물에 첨가제를 투입하여 용융물의 성분을 조정할 수 있다.

첨가제는 용융물의 합금 원소로 가능한 철, 알루미늄, 실리콘, 칼슘, 마그네슘, 텅스텐, 탄소, 코발트, 비소, 납, 주석, 크롬, 바나듐, 망간 등을 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 첨가제 투입장치(600)의 제1저장기(610)에 각각 또는 적어도 하나 이상이 혼합된 혼합물 또는 화합물 형태로 저장될 수 있다. 예를 들어 망간의 경우 금속 망간(Mn), Fe-Mn, Si-Mn 등과 같은 형태로 저장될 수 있다.

또한, 여러 종류의 첨가제를 제1저장기(610)로부터 혼합기(640)에 배출시킨 후 균일하게 혼합하여 제2저장기(660)에 일시적으로 저장했다가 조업이 실시되고 용융물에 회전류가 형성되면 용융물에 첨가제를 일정량씩 지속적으로 또는 단속적으로 투입할 수 있다.

용융물에 첨가제가 투입되면, 첨가제는 회전류에 의한 용융물의 유동방향을 따 이동하면서 용융물에 균일하게 분산 및 혼합되어 용융물의 성분이 조정될 수 있다. 이와 같이 별도의 교반장치를 구비하지 않고도 회전류에 의한 용융물의 유동에 의해 용융물에 첨가제를 균일하게 분산 및 혼합시킴으로써 용융물의 성분을 용이하게 조정할 수 있다.

상기의 과정을 실시하면서 용기(10) 내로 공급된 용융물(M)에서 개재물을 효과적으로 제거하는 동시에 용융물의 성분을 조정하여 출구(14)로 용융물(M)을 배출하고, 이를 출구(14) 하에 마련된 주형(미도시)에서 주편(미도시)으로 주조할 수 있다. 이에 주편 표면의 개재물성 결함이나 용융물의 성분 변화에 의한 주편의 품질 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 상기 실시 예에 제시된 구성 및 방식들은 서로 결합되거나 교차 적용되어 서로 다른 다양한 형태로 변형될 것이고, 이러한 변형 예들을 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 결국, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1: 용융물 주입부 10: 용기
20: 제1부재 30: 제2부재
400: 기체 주입부 500: 챔버부
530: 제2벽체부 531: 경사면
532: 수직면 533: 곡면
534: 오목홈 600: 첨가제 투입장치
P_C: 회전류 M: 용융물
N : 나탕면

Claims (14)

1. 내부가 상측으로 개방되고, 상부에 용융물 주입부가 마련되며, 바닥부의 적어도 일측에 홀이 형성되는 용기;
   상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되어 설치되는 유도부재; 및
   상기 용융물 주입부와 상기 유도부재 사이에서 용융물을 상승 및 하강시켜 회전류를 형성하도록 상기 유도부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되고, 상기 바닥부에 설치되는 기체 주입부;
   상기 용기의 폭 방향으로 연장되고 내부가 하측으로 개방되며, 상기 유도부재 및 기체 주입부를 마주보도록 상기 용기의 상부에 설치되는 챔버부; 및
   용융물의 성분을 조정하도록 상기 용기에 첨가제를 투입할 수 있는 첨가제 투입장치;
   를 포함하고,
   상기 챔버부는 상기 챔버부의 내부를 진공분위기로 형성할 수 있도록 상기 챔버부의 내부와 연통되는 배기관과, 배기관에 연결되는 배기 펌프 및 진공펌프를 포함하는 용융물 처리장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유도부재는,
   상기 용융물 주입부에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에서 이격되어 설치되는 제1부재와,
   상기 제1부재에서 상기 홀 측으로 이격되고 상기 바닥부에 접촉되어 설치되는 제2부재를 포함하는 용융물 처리장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 기체 주입부는,
   상기 제1부재에서 상기 용융물 주입부 측으로 이격되거나, 상기 제2부재에서 상기 제1부재 측으로 이격되어 설치되는 용융물 처리장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 챔버부를 상하방향으로 이동시킬 수 있는 작동부를 포함하는 용융물 처리장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 첨가제 투입장치는,
   첨가제가 수용되는 공간이 형성되는 제1저장기;
   상기 첨가제를 배출시키도록 상기 제1저장기에 연결되는 제1배출기; 및
   상기 첨가제의 배출량을 조절하도록 상기 제1배출기의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하는 용융물 처리장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1저장기와, 상기 제1배출기는 복수개로 구비되고,
   복수의 제1저장기에서 각각 배출되는 첨가제를 혼합하도록 상기 복수의 제1저장기에 연결되는 혼합기와, 상기 복수의 첨가제를 혼합한 혼합물의 배출량을 조절하도록 상기 혼합기에 연결되는 제2배출기를 포함하는 용융물 처리장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 복수의 첨가제를 혼합하도록 상기 혼합기에 구비되는 교반기를 포함하는 용융물 처리장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 혼합물을 저장할 수 있는 공간이 형성되고, 상기 혼합기와 연결되는 제2저장기 및
   상기 혼합물의 배출량을 조절하도록 상기 제2저장기에 연결되는 제3배출기를 포함하는 용융물 처리 장치.
9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 첨가제 투입장치는,
   상기 첨가제의 이동 경로로 사용되는 주입배관을 포함하고,
   상기 주입배관은 상기 용기의 폭방향에서 상기 용융물 주입부와 동일 선상에 배치하는 용융물 처리장치.
10. 내부가 상측으로 개방되고, 바닥부에 홀이 형성되며, 상부에 용융물 주입부가 마련되고, 상기 홀과 용융물 주입부 사이에 유도부재가 마련된 용기를 준비하는 과정;
    용융물을 상기 용기의 내부에 주입하는 과정;
    상기 유도부재의 상부로 상기 용융물을 범람시키는 과정;
    기체 주입부를 통하여, 상기 유도부재와 상기 용융물 주입부 사이의 용기 내부로 기체를 주입하여 상기 용융물을 상승 및 하강시켜 회전류를 형성하는 과정;
    챔버부를 이용하여, 상기 용기의 내부로 주입된 기체에 의한 용융물의 나탕면 발생 위치를 감싸는 영역에 진공 분위기를 형성하는 과정; 및
    상기 용융물에 첨가제를 투입하는 과정;을 포함하고,
    상기 첨가제는 상기 용융물의 회전류에 의해 상기 용융물과 혼합되는 용융물 처리방법.
11. 삭제
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 회전류를 형성하는 과정은,
    상기 유도부재에 대한 상기 기체 주입부의 기체 주입 위치를 조절하여, 상기 회전류의 유동 방향과 회전수 중 적어도 하나를 제어하는 과정;을 포함하는 용융물 처리방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 용융물의 성분을 조정하기 위한 합금철을 포함하는 용융물 처리 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 첨가제는 복수개로 구비되고,
    상기 용융물에 첨가제를 투입하기 이전에 적어도 하나 이상의 첨가제를 혼합하는 과정을 포함하는 용융물 처리방법.

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