KR102135760B1 - 용융물 교반 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융물 교반 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기에 수용된 용융물을 교반하기 위한 용융물 교반 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치는, 용융물을 수용하기 위한 내부 공간이 형성되는 용기; 상기 내부 공간으로부터 상기 용융물을 흡인하여 순환시키기 위한 경로를 형성하도록, 상기 내부 공간의 하부 외측에 형성되는 터널부; 및 상기 터널부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부;를 포함한다.

Description

용융물 교반 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR STIRRING MOLTEN MATERIAL}

본 발명은 용융물 교반 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기에 수용된 용융물을 교반하기 위한 용융물 교반 장치 및 방법에 관한 것이다.

고로에서 생산된 용선은 탄소(C) 함유량이 많고 인(P), 유황(S)과 같은 불순물이 포함되어 있어, 강의 제조를 위하여는 탄소(C)의 함유량을 줄이고, 불순물을 제거하기 위한 버블링(bubbling) 공정을 거치게 된다.

일반적으로, 버블링 공정에서는 래들의 바닥에 다공성 플러그를 설치하고, 다공성 플러그를 통해 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스를 용강 내에 불어 넣어 용강을 교반시켜, 용강 내에 불순물로 존재하는 비금속 개재물을 부상시켜 고품질의 청정강을 생산한다.

이와 같이, 용강 내에 불순물로 존재하는 비금속 개재물을 버블링 공정을 통하여 제거하는 경우, 개재물을 용강 표면으로 이동시켜 슬래그(slag)와의 접촉 확률을 증가시키는 것이 매우 중요하다. 이와 같은, 개재물과 슬래그의 접촉 확률은 용강의 교반 속도와 교반력이 미치는 범위에 의하여 결정될 수 있다.

교반 과정에 있어서 교반 속도를 증가시키고, 교반력이 미치는 범위를 넓히기 위하여는, 일반적으로 다공성 플러그로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 증가시키는 방법이 생각된다. 그러나, 불활성 가스의 유량을 단순히 증가시키는 경우 불활성 가스가 공급되는 다공성 플러그의 상부에서 용강 표면의 나탕이 발생하게 되어, 용강 표면에 존재하는 슬래그의 파편이 용강 속으로 혼입되어 개재물화하게 된다.

이에, 나탕의 크기를 최소화하여 슬래그의 용강 혼입을 방지하기 위하여, 불활성 가스의 공급량은 최소한으로 조절되어야만 한다. 그러나, 이와 같이 불활성 가스의 공급량을 최소화하는 경우, 약한 불활성 가스의 공급량으로 인하여 래들에 수용된 용강 전체가 교반되지 못하고, 일정 영역에서 용강이 정체되어 용강 내의 비금속 개재물을 효과적으로 제거할 수 없는 문제점이 있었다.

KR 10-2007-0064780 A

본 발명은 용융물의 교반시 용융물이 정체되는 영역을 최소화할 수 있는 용융물 교반 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치는, 용융물을 수용하기 위한 내부 공간이 형성되는 용기; 상기 내부 공간으로부터 상기 용융물을 흡인하여 순환시키기 위한 경로를 형성하도록, 상기 내부 공간의 하부 외측에 형성되는 터널부; 및 상기 터널부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부;를 포함한다.

상기 터널부는 상기 용기의 바닥체 내에 형성되고, 상기 바닥체의 중심 영역과 가장자리 영역에서 상기 내부 공간과 연통될 수 있다.

상기 터널부는, 상기 바닥체의 중심 영역에서 상기 바닥체의 상면으로부터 함입되어 형성되는 제1 홀; 상기 바닥체의 가장자리 영역에서 상기 바닥체의 상면으로부터 함입되어 형성되는 제2 홀; 및 상기 바닥체 내에서 상기 제1 홀과 상기 제2 홀을 서로 연통시키도록 형성되는 통로;를 포함할 수 있다.

상기 제2 홀은 상기 바닥체의 가장자리 영역을 따라 복수 개로 형성되고, 상기 통로는 상기 복수 개의 제2 홀을 각각 상기 제1 홀에 연통시킬 수 있다.

상기 제2 홀은 상기 용기의 벽체와 연결되는 상기 바닥체의 최외곽 영역에 형성될 수 있다.

상기 용융물을 배출하기 위하여 상기 바닥체를 관통하여 형성되는 출강구;를 더 포함하고, 상기 터널부는, 상기 출강구와 상기 통로를 서로 연통시키는 배출로;를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 공급부는 상기 제1 홀에 가스를 공급할 수 있다.

상기 가스 공급부의 가스 분사구는 상기 제1 홀의 내벽에 형성될 수 있다.

상기 가스 분사구는 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 가스 분사구는 상기 제1 홀의 내벽에 방사상으로 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 방법은, 용기의 내부 공간에 용융물을 장입하는 과정; 및 상기 용융물에 가스를 공급하여 상기 용융물을 교반하는 과정;을 포함하고, 상기 용융물을 교반하는 과정은, 상기 내부 공간의 하부 외측에 형성되는 경로로 상기 용융물을 흡인하여 순환시키는 과정;을 포함한다.

상기 용융물을 흡인하여 순환시키는 과정은, 상기 용기의 바닥체 내부로 상기 용융물을 흡인하여 통과시킬 수 있다.

상기 용융물을 흡인하여 순환시키는 과정은, 상기 내부 공간의 가장자리 영역에서 용융물을 상기 바닥체의 내부로 흡인하는 과정; 상기 흡인된 용융물을 상기 바닥체의 내부에서 이동시켜 상기 내부 공간의 중심 영역으로 방출하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 내부 공간의 중심 영역으로 방출하는 과정은, 상기 경로에 가스를 공급하여 상기 용융물을 방출할 수 있다.

상기 내부 공간에 장입된 용용물을 배출하는 과정;을 더 포함하고, 상기 용융물을 배출하는 과정은, 상기 경로 내에 수용된 용융물을 상기 내부 공간에 수용된 용융물과 함께 배출할 수 있다.

상기 용융물은 용강을 포함하고, 상기 용기는 상기 용강이 장입되는 래들을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치 및 방법에 의하면, 용기의 내부 공간 하부 외측에 형성되는 터널부를 통하여 용융물을 순환시킴으로써 교반 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 터널부를 통한 용융물의 순환에 의하여 용기의 내부 공간 가장자리 영역에서 용융물을 흡인함으로써, 용융물의 교반을 위하여 공급되는 불활성 가스의 유량을 증가시키지 않고서도 용융물의 정체 영역을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치에 의하여 용융물이 교반되는 모습을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용기의 바닥체를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터널부를 따라 용융물이 유동하는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배출로를 따라 용융물이 배출되는 모습을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 방법을 개략적으로 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치에 의하여 용융물이 교반되는 모습을 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용기의 바닥체를 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서, 도 3은 도 2에 도시된 용융물 교반 장치를 상부에서 바라본 모습을 도시한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치는 용융물을 수용하기 위한 내부 공간(I)이 형성되는 용기, 상기 내부 공간(I)으로부터 상기 용융물을 흡인하여 순환시키기 위한는 경로를 형성하도록 상기 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 터널부(200) 및 상기 터널부(200)에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(300)를 포함한다.

여기서, 용융물은 용선으로부터 불순 원소가 1차적으로 제거된 용강(M)을 포함하고, 용기는 상기 용강을 수용하기 위한 래들(100)(ladle)을 포함할 수 있다. 이하에서는, 상기 용기가 용강을 수용하기 위한 래들(100)에 대응되는 것으로 설명하나, 상기 용기는 이에 한정되는 것은 아니며 내부 공간(I)에 수용되는 용융물을 교반하기 위한 어떠한 종류의 용기에도 적용이 가능함은 물론이다.

일반적으로, 용강(M) 내의 불순물 제거는 용강(M) 내의 비금속 개재물을 용강(M) 표면으로 이동시켜 용강(M) 표면 상에 부유하는 슬래그(S)와 접촉시키는 방식으로 이루어진다.

종래의 용융물 교반 장치는 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 래들(10)의 바닥 중심에 다공성 플러그(40)를 설치하고, 다공성 플러그(40)를 통하여 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스를 용강 내에 불어 넣어 용강(M)을 교반시킨다.

여기서, 다공성 플러그(40)로부터 공급되는 불활성 가스는 용강(M)과의 비중 차에 의하여 부력을 받아 상승하게 되고, 래들(10)에 수용되는 용강(M)의 중심 영역에는 강한 상승 기류가 발생하게 된다. 이와 같은 불활성 가스의 상승 기류는 용강(M)의 표면에서 가장자리 영역을 향하여 퍼져 나가는 용강(M)의 표면 기류를 형성하게 되고, 표면 기류는 래들(10)의 벽에 부딪치게 되어 가장자리 영역에서 하방으로 형성되는 용강(M)의 약한 하강 기류를 발생시킨다.

즉, 용강(M)은 중심 영역으로부터 상승하여 표면을 거쳐 가장자리 영역으로 하강하는 과정에서 그 흐름의 세기가 점차적으로 감소하게 되며, 결과적으로 용강(M)의 가장자리 영역 하부에는 교반력이 미치지 못해 용강(M)의 흐름이 거의 없는 정체 영역(P)이 형성되게 된다. 이러한, 정체 영역(P)은 다공성 플러그(40)로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 증가시켜 감소시킬 수 있으나, 불활성 가스의 유량을 단순히 증가시키는 경우 용강(M) 표면에서 나탕이 발생하게 될 확률이 커지게 되고, 이는 용강(M) 표면에 존재하는 슬래그(S)의 파편이 용강 속으로 혼입되어 개재물화하게 되는 문제점을 유발한다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치는 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 래들(100)의 내부 공간(I)의 하부 외측에서 용강(M)을 흡인하여 순환시키기 위한 경로를 형성하도록 터널부(200)를 형성한다. 여기서, 래들(100)의 내부 공간(I)의 하부 외측에서 흡인된 용강(M)은 터널부(200)를 통과하여 내부 공간(I)으로 방출되어 순환된다. 이와 같은 터널부(200) 내에서의 용강(M)의 이동에 따라 래들(100)의 내부 공간(I)에 수용된 용강(M)은 내부 공간(I)의 가장자리 영역으로부터 흡인되어, 불활성 가스의 유량을 증가시키지 않고서도 용강의 정체 영역(P)을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치의 구성 및 동작과 관련하여, 이하에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

래들(100)에는 용강(M)을 수용하기 위한 내부 공간(I)이 형성된다. 래들(100)은 바닥체(120)와, 상기 바닥체(120)로부터 상부로 연장 형성되는 벽체(110)로 구분될 수 있으며, 바닥체(120)와 벽체(110)는 용강(M)을 수용하기 위한 내부 공간(I)을 형성한다. 여기서, 고온의 용강(M)을 내부에 수용하기 위하여 바닥체(120) 및 벽체(110)는 철피와 철피 내벽에 연와를 축조하여 형성될 수 있다. 이하에서는, 래들(100)이 두께를 가지는 원판형의 형상으로 형성되는 바닥체(120)와, 상기 바닥체(120)의 외주에서 상부로 연장 형성되는 벽체(110)를 포함하여, 상면이 개구되는 원통형으로 형성되는 구조를 예로 들어 설명하나, 바닥체(120) 및 벽체(110)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양하게 변경하여 적용될 수 있음은 물론이다.

터널부(200)는 래들(100)의 내부 공간(I)의 하부 외측에서 내부 공간(I)으로부터 용강(M)을 흡인하여 순환시키는 경로를 형성한다. 여기서, 터널부(200)는 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 적어도 하나의 공간으로 형성될 수 있다. 이와 같은 터널부(200)는 적어도 일부가 바닥체(120) 내에 형성될 수 있다. 즉, 터널부(200)는 바닥체(120)를 관통하여 래들(100)의 하부로 연장되는 배관 등에 의하여 일부가 바닥체(120) 내에 형성될 수 있다. 그러나, 이송을 위한 토페도 카(미도시)(torpedo car) 등에 용이하게 안착되기 위하여 래들(100)의 하부에는 별도의 구조물이 배치되지 않는 것이 바람직한 바, 터널부(200)는 그 전부가 바닥체(120)의 내부에 형성될 수 있다.

이때, 터널부(200)는 바닥체(120)의 중심 영역과 가장자리 영역에서 래들(100)의 내부 공간(I)과 연통될 수 있다. 여기서, 중심 영역이라 함은 원통형으로 형성되는 래들(100)의 중심축으로부터 소정 길이의 반경 내의 영역을 의미하며, 가장자리 영역이라 함은 상기 중심 영역의 외측으로 래들(100)의 벽체(110)까지의 반경 내의 영역을 의미한다. 예를 들어, 중심 영역은 래들(100)의 중심축으로부터 벽체(110)까지의 거리의 1/2에 해당하는 반경 내의 영역일 수 있으며, 가장자리 영역은 중심 영역의 외측으로 래들(100)의 벽체(110)까지의 반경 내의 영역일 수 있다. 이때, 중심 영역에 위치하는 내부 공간(I)의 일부를 내부 공간(I)의 중심 영역, 가장자리 영역에 위치하는 내부 공간(I)의 일부를 내부 공간(I)의 가장자리 영역으로 정의하고, 중심 영역에 위치하는 바닥체(120)의 일부를 바닥체(120)의 중심 영역, 가장자리 영역에 위치하는 바닥체(120)의 일부를 바닥체(120)의 가장자리 영역으로 정의하기로 한다.

터널부(200)가 바닥체(120)의 중심 영역과 가장자리 영역에서 래들(100)의 내부 공간(I)과 연통되기 위하여, 터널부(200)는 상기 바닥체(120)의 중심 영역에서 상기 바닥체(120)의 상면으로부터 소정 깊이로 함입되어 형성되는 제1 홀(230), 상기 바닥체(120)의 가장자리 영역에서 상기 바닥체(120)의 하면으로부터 소정 깊이로 함입되어 형성되는 제2 홀(210) 및 바닥체(120) 내에서 상기 제1 홀(230)과 상기 제2 홀(210)을 서로 연통시키는 통로(220)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 홀(230) 및 제2 홀(210)은 바닥체(120)의 상면으로부터 바닥체(120)의 두께의 약 1/3의 이내의 깊이로 함입되어 형성될 수 있으며, 통로(220)는 제1 홀(230) 및 제2 홀(210)의 하단에서 바닥체(120)의 두께의 약 1/3의 이내의 높이를 가지며 연장되어 제1 홀(230) 및 제2 홀(210)을 서로 연통시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 바닥체(120)는 두께를 가지는 원판형의 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 용강(M)과 접촉하는 바닥체(120)의 일면은 바닥체(120)의 상면을 형성하고, 외부로 노출되는 바닥체(120)의 일면은 바닥체(120)의 하면을 형성한다. 이때, 제1 홀(230)은 바닥체(120)의 중심 영역에서 바닥체(120)의 상면으로부터 바닥체(120)를 관통하지 않는 깊이로 하부로 함입되어 형성될 수 있다. 또한, 제1 홀(230)은 중심축 상의 바닥체(120)에 위치할 수 있으며, 이 경우, 중심축을 중심으로 용강(M)을 대칭적으로 교반할 수 있다. 후술하는 바와 같이 가스 공급부(300)는 제1 홀(230)에 가스를 공급하는 바, 부력에 의하여 상승하는 가스에 의하여 제1 홀(230) 내의 용강(M)은 내부 공간(I)으로 방출되어 상승 기류를 형성한다.

제2 홀(210)은 바닥체(120)의 가장자리 영역에서 바닥체(120)의 상면으로부터 바닥체(120)를 관통하지 않는 깊이로 하부로 함입되어 형성될 수 있다. 여기서, 제2 홀(210)은 래들(100)의 벽체(110)와 연결되는 바닥체(120)의 최외곽 영역에 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 용강(M)은 내부 공간의 가장자리 영역 하부에서 정체 영역(P)을 형성하는 바, 용강(M)이 가장 약한 기류를 형성하는 바닥체(120)의 최외곽 영역에 제2 홀(210)을 형성함으로써 정체 영역(P)의 형성을 최소화할 수 있게 된다.

제1 홀(230) 내의 용강(M)이 내부 공간(I)으로 방출되면 제2 홀(210) 내의 용강(M)은 제1 홀(230) 내에서 용강(M)이 유출된 공간을 채우기 위하여 통로(220)를 경유하여 제1 홀(230) 내로 이동하게 된다. 이때, 제2 홀(210) 내에서 용강(M)이 유출된 공간은 내부 공간(I)의 가장자리 영역에 위치하는 용강(M)에 의하여 채워지게 되며, 이에 의하여 내부 공간(M)의 가장자리 영역에 위치하는 용강(M)은 제2 홀(210) 내로 흡인되어 하강 기류를 형성한다.

제2 홀(210)은 바닥체(120)의 가장자리 영역을 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이 제2 홀(210)은 내부 공간(I)의 가장자리 영역에 위치하는 용강(M)을 흡인하는 역할을 한다. 따라서, 제2 홀(210)를 복수 개로 형성함으로써 내부 공간(I)의 가장자리 영역에 위치하는 용강(M)은 전체적으로 터널부(200) 내로 흡인될 수 있게 된다. 이때, 복수 개의 제2 홀(210)은 바닥체(120)의 가장자리 영역을 따라 동일한 간격으로 위치할 수 있으며, 이 경우 제2 홀(210)에 의하여 내부 공간(I)의 가장자리 영역을 따라 위치하는 용강(M)은 각각의 제2 홀(210)로 균일하게 흡인될 수 있다. 도면에서는 제2 홀(210)이 바닥체(120)의 가장자리 영역을 따라 3개로 형성되는 구성을 예시적으로 도시하였으나, 제2 홀(210)은 2개 또는 4개 이상의 다양한 개수로 형성될 수 있음은 물론이다.

통로(220)는 바닥체(120) 내에서 상기 제1 홀(230)과 제2 홀(210)을 서로 연통시킬 수 있다. 여기서, 통로(220)는 상승 기류를 형성하는 제1 홀(230)과 하강 기류를 형성하는 제2 홀(210)을 연결하여 내부 공간(I)과 함께 용강(M)을 순환시키기 위한 경로를 형성하게 된다. 통로(220)는 제1 홀(230) 및 제2 홀(210)에서 용강(M)이 순환되지 않고 잔여하는 것을 방지하기 위하여 바닥체(120)의 내부에서 제1 홀(230)의 하단부와 제2 홀(210)의 하단부를 서로 연결할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제2 홀(210)이 바닥체(120)의 가장자리 영역을 따라 복수 개로 형성되는 경우, 통로(220)는 복수 개의 제2 홀(210)의 하단부를 각각 제1 홀(230)의 하단부에 연통시키도록 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치는 용강(M)을 배출하여 출강시키기 위한 출강구(130)를 더 포함할 수 있다. 출강구(130)는 바닥체(120)를 관통하여 형성되며, 출강구(130)의 하단부에는 출강구(130)를 개방 또는 폐쇄할 수 있는 게이트(400)가 설치될 수 있다. 여기서, 게이트(400)는 복수 개의 플레이트가 반대되는 방향으로 이동하여 출강구(130)를 개방 또는 폐쇄하는 슬라이딩 게이트를 포함할 수 있다.

래들(100)에 용강(M)이 장입되고, 래들(100)의 내부 공간(I)에 수용된 용강(M)을 교반하는 경우, 출강구(130)는 게이트(400)에 의하여 폐쇄된다. 이후, 래들(100) 내에서 용강(M)의 교반이 종료되면, 래들(100) 내의 용강(M)은 다른 용기로 출강되어야 할 필요가 있다. 이에, 출강구(130)는 게이트(400)에 의하여 개방되어 내부 공간(I)에 수용된 용강(M)이 출강구(130)를 통하여 외부로 배출된다.

이때, 터널부(200)는 출강구(130)와 통로(220)를 서로 연통시키는 배출로(250)를 더 포함할 수 있다. 즉, 터널부(200)는 래들(100)의 내부 공간(I)과 연통되도록 바닥체(120)에 형성되는 바, 터널부(200) 내에는 내부 공간(I)으로부터 흡인된 용강(M)이 수용된다. 여기서, 출강시 터널부(200) 내에 수용된 용강(M)이 배출되지 않는 경우 용강(M)은 터널부(200) 내에서 응고될 수 있는 바, 터널부(200) 내에 수용된 용강(M) 또한 내부 공간(I)에 수용된 용강(M)과 함께 출강구(130)로부터 배출될 필요가 있다.

이에, 배출로(250)는 바닥체(120) 내에서 출강구(130)와 통로(220)를 상호 연통시켜, 출강구(130)를 통한 용강(M)의 출강시 터널부(200) 내에 수용된 용강(M)이 출강구(130)로 배출되는 경로를 형성할 수 있다. 배출로(250)는 통로(220)로부터 출강구(130)를 향하여 하향 경사지도록 형성될 수 있으며, 이에 의하여 터널부(200) 내에 수용된 용강(M)이 출강구(130)로 원활하게 배출될 수 있게 된다. 도면에서는, 하나의 통로(220)가 배출로(250)을 통하여 출강구(130)로 연결되는 구조를 도시하였으나, 배출로(250)은 복수 개의 통로(220)를 각각 출강구(130)로 연결시키거나, 복수 개의 통로(220)를 각각 경유하여 출강구(130)로 연결시키는 등 다양한 구조를 가질 수 있음은 물론이다.

여기서, 도면에는 제1 홀(230), 제2 홀(210), 통로(220) 및 배출로(250)의 형상을 예시적으로 도시하였다. 따라서, 제1 홀(230), 제2 홀(210), 통로(220) 및 배출로(250)의 형상은 이에 제한되지 않으며, 용강(M)의 유동시키는 공간을 형성하는 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

가스 공급부(300)는 터널부(200)에 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스를 공급하도록 터널부(200)의 적어도 일측에 설치된다. 여기서, 가스 공급부(300)는 바닥체(120)의 중심 영역에 형성되는 제1 홀(230)에 가스를 공급할 수 있으며, 터널부(200)가 바닥체(120) 내에 형성되는 경우, 가스 공급부(300)는 가스를 공급하는 단부가 상기 제1 홀(230)에 노출되도록 바닥체(120) 내에 적어도 일부가 매립되어 설치될 수 있다.

여기서, 가스 공급부(300)는 제1 홀(230)의 하부에서 바닥체(120)를 관통하는 다공성 플러그를 포함하거나, 제1 홀(230)의 하부에서 바닥체(120)를 관통하여 제1 홀(230)로 연장되는 관 형상의 노즐을 포함할 수도 있음은 물론이다. 그러나, 제1 홀(230)의 하부에 다공성 플러그를 배치하는 경우, 다공성 플러그로부터 공급되는 가스의 일부가 통로(220)를 통하여 제2 홀(210)로 공급됨으로써 역 방향의 기류가 형성될 수 있다. 이는, 제1 홀(230)의 하부에 관 형상의 노즐이 배치되는 경우에도 동일하다. 또한, 이와 같은 역 방향의 기류를 방지하기 위하여 제1 홀(230)의 하부에 배치되는 관 형상의 노즐을 통로(220)의 상부로 연장하여 형성하는 경우 고온의 용강(M)에 의하여 노즐의 연장된 부분이 용손될 수 있게 된다.

이에, 가스 공급부(300)는 제1 홀(230)의 측방에서 제1 홀(230)에 가스를 공급할 수 있다. 즉, 가스 공급부(300)는 가스를 공급하는 단부, 예를 들어 가스 분사구가 제1 홀(230)의 내벽에 형성되도록 설치될 수 있다. 이때, 가스 공급부(300)는 용손을 방지하기 위하여 가스 분사구만이 제1 홀(230)의 내벽으로 노출되도록 바닥체(120) 내에 적어도 일부가 매립되어 설치될 수 있다.

이와 같은, 가스 공급부(300)의 가스 분사구는 복수 개로 형성될 수 있다. 즉, 가스 공급부(300)의 가스를 공급하는 단부에는 복수 개의 노즐이 연결될 수 있으며, 이 경우, 복수 개의 노즐에 각각 형성되는 가스 분사구는 제1 홀(230)의 내벽에 방사항으로 배치될 수 있다. 즉, 가스 분사구가 제1 홀(240)의 일 내벽에서 형성되어 제1 홀(230)의 측방에서 가스를 공급하는 경우, 제1 홀(230) 내의 용강(M)은 가스가 공급되는 방향으로 치우쳐서 상승 기류를 형성하게 된다. 이에, 제1 홀(230)로부터 수직 방향으로 안정적인 상승 기류를 형성하기 위하여 가스 분사구는 제1 홀(230)의 둘레를 따라 복수 개가 방사상으로 배치되어 제1 홀(230)에 가스를 공급할 수 있으며, 이 경우 복수 개의 가스 분사구는 제1 홀(230)의 둘레를 따라 동일한 간격을 가지도록 배치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터널부를 따라 용융물이 유동하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배출로를 따라 용융물이 배출되는 모습을 나타내는 도면이다. 여기서, 도 4는 도 3에 도시된 바닥체를 A-A' 방향으로 자른 단면을 나타내며, 도 5는 도 3에 도시된 바닥체를 B-B' 방향으로 자른 단면을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 래들(100)의 내부 공간(I)에 용강(M)이 수용된 상태에서 가스 공급부(300)로부터 제1 홀(230)의 측방에서 불활성 가스가 공급되면, 공급되는 가스와 용강(M)과의 비중 차에 의하여 제1 홀(230) 내의 용강은 내부 공간(I)으로 방출되어 강한 상승 기류를 형성한다. 이때, 가스 공급부(300)는 가스가 공급되는 방향으로 상승 기류가 치우치는 것을 방지하기 위하여 복수 개의 가스 분사구가 제1 홀(230)의 둘레를 따라 방사상으로 배치될 수 있음은 전술한 바와 같다.

제1 홀(230)에 공급되는 가스에 의하여 제1 홀(230)로부터 내부 공간(I)으로 용강(M)이 방출되면, 제1 홀(230) 내에서 용강(M)이 유출된 공간을 채우기 위하여 통로(220) 내에 수용된 용강(M)은 제1 홀(230)로 이동하게 된다. 또한, 제2 홀(210) 내에 수용된 용강(M) 역시, 통로(220) 내의 용강(M)이 유출된 공간을 채우기 위하여 통로(220)로 유동하게 된다. 이때, 제2 홀(210)은 제2 홀(210) 내에서 용강(M)이 유출된 공간을 채우기 위하여 내부 공간(I)의 가장자리 영역에 위치하는 용강(M)을 하부로 흡인하게 된다. 따라서, 용강(M)은 가장자리 영역에서 강한 하강 기류를 형성하게 되고, 이에 의하여 가장자리 영역 하부에 정체 영역(P)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 용강(M)의 유동은 바닥체(120)의 가장자리 영역를 따라 동일한 간격으로 복수 개의 제2 홀(210)이 형성되는 경우, 각 제2 홀(210)에 동일하게 적용될 수 있다. 이로부터, 내부 공간(I)의 가장자리 영역을 따라 위치하는 용강(M)은 각각의 제2 홀(210)로 균일하게 흡인되어 교반될 수 있다.

용강(M)의 교반이 종료되면, 래들(100)에 수용된 용강(M)은 외부로 출강되어야 한다. 이에, 도 5에 도시된 바와 같이 출강구(130)에 설치되는 게이트(400)는 개방되며, 내부 공간(I)에 수용된 용강(M)이 출강구(130)를 통하여 배출됨과 동시에 터널부(200)에 수용된 용강(M) 역시, 배출로(250)를 통하여 출강구(130)로 배출될 수 있다. 여기서, 배출로(250)은 터널부(200) 내에 수용된 용강(M)이 출강구(130)로 원활하게 배출되도록 통로(220)로부터 출강구(130)를 향하여 하향 경사지도록 형성될 수 있음은 전술한 바와 같다.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 방법의 설명에 있어서, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 방법은 용기의 내부 공간(I)에 용융물을 장입하는 과정(S100) 및 상기 용융물에 가스를 공급하여 상기 용융물을 교반하는 과정(S200)을 포함하고, 상기 용융물을 교반하는 과정(S200)은 상기 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 경로로 상기 용융물을 흡인하여 순환시키는 과정을 포함한다.

여기서, 용융물은 용선으로부터 불순 원소가 1차적으로 제거된 용강(M)을 포함하고, 용기는 상기 용강을 수용하기 위한 래들(100)을 포함할 수 있음은 전술한 바와 동일하다.

래들(100)의 내부 공간(I)에 용강(M)을 장입하는 과정(S100)은, 예를 들어 전로로부터 출강된 용강(M)을 래들(100)의 내부 공간(I)에 장입한다. 여기서, 래들(100)은 바닥체(120)와, 상기 바닥체(120)로부터 상부로 연장 형성되는 벽체(110)로 구분될 수 있으며, 바닥체(120)와 벽체(110)는 용강(M)을 수용하기 위한 내부 공간(I)을 형성한다.

용강(M)에 가스를 공급하여 상기 용강(M)을 교반하는 과정(S200)은 용강(M)에 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스를 공급하여 용강(M)을 교반시킨다. 이때, 용강(M)을 교반하는 과정(S200)은 래들(100)의 내부 공간(I)의 가장자리 영역 하부에서 정체 영역(P)이 형성되는 것을 최소화하기 위하여, 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 경로로 용강(M)을 흡인하여 순환시키는 과정을 포함한다.

여기서, 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 경로는 전술한 터널부(200)에 의하여 형성된다. 즉, 터널부(200)는 래들(100)의 내부 공간(I)의 하부 외측에서 내부 공간(I)으로부터 용강(M)을 흡인하여 순환시키는 경로를 형성하며, 터널부(200)는 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 적어도 하나의 공간으로 형성될 수 있다.

여기서, 용강(M)을 흡인하여 순환시키는 과정은 래들(100)의 바닥체(120) 내부로 용강(M)을 흡인하여 통과시킬 수 있다. 또한, 용강(M)을 흡인하여 순환시키는 과정은 내부 공간(I)의 가장자리 영역에서 용강(M)을 상기 바닥체(120)의 내부로 흡인하는 과정(S210) 및 상기 흡인된 용강(M)을 상기 바닥체(120)의 내부에서 이동시켜 상기 내부 공간(I)의 중심 영역으로 방출하는 과정(S220)을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터널부(200)는 바닥체(120)의 중심 영역에서 상기 바닥체(120)의 상면으로부터 함입되어 형성되는 제1 홀(230), 상기 바닥체(120)의 가장자리 영역에서 상기 바닥체(120)의 하면으로부터 함입되어 형성되는 제2 홀(210) 및 바닥체(120) 내에서 상기 제1 홀(230)과 상기 제2 홀(210)을 서로 연통시키는 통로(220)을 포함할 수 있다.

이때, 제1 홀(230)은 바닥체(120)의 중심 영역에서 바닥체(120)의 상면으로부터 바닥체(120)를 관통하지 않는 깊이로 하부로 함입되어 형성될 수 있다. 여기서, 가스 공급부(300)는 제1 홀(230)에 가스를 공급하는 바, 부력에 의하여 상승하는 가스에 의하여 제1 홀(230) 내의 용강(M)은 내부 공간(I)으로 방출되어 상승 기류를 형성한다.

또한, 제2 홀(210)은 바닥체(120)의 가장자리 영역에서 바닥체(120)의 상면으로부터 바닥체(120)를 관통하지 않는 깊이로 하부로 함입되어 형성될 수 있다. 여기서, 제1 홀(230) 내의 용강(M)이 내부 공간(I)으로 방출되면 제2 홀(210) 내의 용강(M)은 제1 홀(230) 내에서 용강(M)이 유출된 공간을 채우기 위하여 통로(220)를 경유하여 제1 홀(230) 내로 이동하게 된다. 이때, 제2 홀(210) 내에서 용강(M)이 유출된 공간은 내부 공간(I)의 가장자리 영역에 위치하는 용강(M)에 의하여 채워지게 되며, 내부 공간의 가장자리 영역에서 용강(M)은 바닥체(120)의 내부로 흡인될 수 있게 된다.

한편, 내부 공간의 가장자리 영역에서 바닥체(120)의 내부로 흡인되는 용강(M)은 제1 홀(230) 내의 용강(M)이 내부 공간(I)으로 방출됨에 의하여 다시 통로(220)를 경유하여 제1 홀(230) 내로 이동하게 된다. 따라서, 제2 홀(210)로부터 흡인된 용강(M)은 바닥체(120)의 내부에서 이동하여 내부 공간(I)의 중심 영역으로 방출될 수 있게 된다. 이때, 흡인된 용강(M)을 내부 공간(I)의 중심 영역으로 방출하는 과정(S220)은 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 경로에 가스를 공급하여 이루어질 수 있으며, 가스 공급부(300)로부터 제1 홀(230)에 공급되는 가스의 부력에 의하여 제1 홀(230) 내의 용강(M)은 내부 공간(I)으로 방출되게 된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 방법은 내부 공간(I)에 장입된 용강(M)을 배출하는 과정(S300)을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 용강(M)의 교반이 종료되면 래들(100)에 장입되어 수용된 용강(M)은 외부로 출강되어야 한다. 이때, 출강시 터널부(200) 내에 수용된 용강(M)이 배출되지 않는 경우 용강(M)은 터널부(200) 내에서 응고될 수 있는 바, 터널부(200) 내에 수용된 용강(M) 또한 내부 공간(I)에 수용된 용강(M)과 함께 출강구(130)로부터 배출될 필요가 있다.

따라서, 용강(M)을 배출하는 과정(S300)에서는 터널부(200), 즉 내부 공간(I)의 하부 외측에 형성되는 경로 내에 수용된 용강(M)을 내부 공간(I)에 수용된 용강(M)과 함께 배출할 수 있다. 즉, 바닥체(120) 내에서 출강구(130)와 통로(220)를 상호 연통시키도록 형성되는 배출로(250)는 출강구(130)를 통한 용강(M)의 출강시 터널부(200) 내에 수용된 용강(M)이 출강구(130)로 배출되는 경로를 형성할 수 있다. 이때, 배출로(250)은 통로(220)로부터 출강구(130)를 향하여 하향 경사지도록 형성될 수 있으며, 이에 의하여 터널부(200) 내에 수용된 용강(M)이 출강구(130)로 원활하게 배출될 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 교반 장치 및 방법에 의하면, 래들(100)의 내부 공간(I) 하부 외측에 형성되는 터널부(200)를 통하여 용강(M)을 순환시킴으로써 교반 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 터널부(200)를 통한 용강(M)의 순환에 의하여 내부 공간(I)의 가장자리 영역에서 용강(M)을 흡인함으로써, 용강(M)의 교반을 위하여 공급되는 불활성 가스의 유량을 증가시키지 않고서도 용강(M)의 정체 영역이 형성되는 것을 최소화할 수 있다.

상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

100: 래들 110: 벽체
120: 바닥체 130: 출강구
200: 터널부 230: 제1 홀
210: 제2 홀 220: 통로
250; 배출로 300: 가스 공급부
400: 게이트

Claims (15)

1. 용융물을 수용하기 위한 내부 공간이 형성되는 용기;
   상기 내부 공간으로부터 상기 용융물을 흡인하여 순환시키기 위한 경로를 형성하도록, 상기 내부 공간의 하부 외측에 형성되는 터널부; 및
   상기 터널부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부;를 포함하고,
   상기 터널부는 상기 용기의 바닥체 내에 형성되고, 상기 바닥체의 중심 영역과 가장자리 영역에서 상기 내부 공간과 연통되는 용융물 교반 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 터널부는,
   상기 바닥체의 중심 영역에서 상기 바닥체의 상면으로부터 함입되어 형성되는 제1 홀;
   상기 바닥체의 가장자리 영역에서 상기 바닥체의 상면으로부터 함입되어 형성되는 제2 홀; 및
   상기 바닥체 내에서 상기 제1 홀과 상기 제2 홀을 서로 연통시키도록 형성되는 통로;를 포함하는 용융물 교반 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2 홀은 상기 바닥체의 가장자리 영역을 따라 복수 개로 형성되고,
   상기 통로는 상기 복수 개의 제2 홀을 각각 상기 제1 홀에 연통시키는 용융물 교반 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2 홀은 상기 용기의 벽체와 연결되는 상기 바닥체의 최외곽 영역에 형성되는 용융물 교반 장치.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 용융물을 배출하기 위하여 상기 바닥체를 관통하여 형성되는 출강구;를 더 포함하고,
   상기 터널부는, 상기 출강구와 상기 통로를 서로 연통시키는 배출로;를 더 포함하는 용융물 교반 장치.
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 가스 공급부는 상기 제1 홀에 가스를 공급하는 용융물 교반 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 가스 공급부의 가스 분사구는 상기 제1 홀의 내벽에 형성되는 용융물 교반 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 가스 분사구는 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 가스 분사구는 상기 제1 홀의 내벽에 방사상으로 배치되는 용융물 교반 장치.
10. 용기의 내부 공간에 용융물을 장입하는 과정; 및
    상기 용융물에 가스를 공급하여 상기 용융물을 교반하는 과정;을 포함하고,
    상기 용융물을 교반하는 과정은,
    상기 내부 공간의 하부 외측에 형성되는 경로로 상기 용융물을 흡인하여 순환시키는 과정;을 포함하고,
    상기 용융물을 흡인하여 순환시키는 과정은, 상기 용기의 바닥체 내부로 상기 용융물을 흡인하여 통과시키는 용융물 교반 방법.
11. 삭제
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 용융물을 흡인하여 순환시키는 과정은,
    상기 내부 공간의 가장자리 영역에서 용융물을 상기 바닥체의 내부로 흡인하는 과정; 및
    상기 흡인된 용융물을 상기 바닥체의 내부에서 이동시켜 상기 내부 공간의 중심 영역으로 방출하는 과정;을 포함하는 용융물 교반 방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 내부 공간의 중심 영역으로 방출하는 과정은,
    상기 경로에 가스를 공급하여 상기 용융물을 방출하는 용융물 교반 방법.
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 내부 공간에 장입된 용용물을 배출하는 과정;을 더 포함하고,
    상기 용융물을 배출하는 과정은,
    상기 경로 내에 수용된 용융물을 상기 내부 공간에 수용된 용융물과 함께 배출하는 용융물 교반 방법.
15. 청구항 10에 있어서,
    상기 용융물은 용강을 포함하고,
    상기 용기는 상기 용강이 장입되는 래들을 포함하는 용융물 교반 방법.
    

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