KR102581167B1 - 란스 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전로에 산소를 취입하는 란스 노즐의 선단부에 구비되는 란스 헤드에 관한 것으로서, 상세하게는 란스 헤드 내에서의 냉각수 흐름이 역동적으로 이루어지도록 하여 상기 냉각수에 의한 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 란스 헤드에 관한 것이다.

Description

란스 헤드 {Lance head}
본 발명은 전로에 산소를 취입하는 란스 노즐의 선단부에 구비되는 란스 헤드에 관한 것으로서, 상세하게는 란스 헤드 내에서의 냉각수 흐름이 역동적으로 이루어지도록 하여 상기 냉각수에 의한 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 란스 헤드에 관한 것이다.
일반적으로 전로(steel converter)에는 용선 중에 있는 불순물(C,Mn,P 등)을 제거하기 위한 산소를 취입하는 란스 노즐(lance nozzle)이 구비되는데, 상기 란스 노즐을 전로 상측에 위치시킨 후 산소를 취입하면, 상기 용선 중에 있는 불순물(C,Mn,P)은 상기 취입되는 산소와 산화하여 제거될 수 있다.
상기 란스 노즐은 란스 헤드(lance head)가 고온의 용선에 근접된 거리로 배치된 상태에서 일정 시간 이상 작동되기 때문에, 상기 란스 헤드를 냉각시키기 위한 냉각수를 순환시키도록 구성된다.
상기 란스 헤드에 대한 종래기술로서, 본 출원인이 출원하여 등록된 등록특허 제10-1117262호(발명의 명칭 : 열전도성과 내마모성이 우수한 란스 헤드 및 그 제조방법, 공고일자: 2012. 3. 16)가 개시된 바 있다.
도 1은 종래기술에 따른 란스 헤드가 구비된 란스 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 란스 노즐(1)은 산소가 공급되는 내측파이프(5), 상기 내측파이프(5) 외측에 구비되어 상기 내측파이프(5)와 사이에 냉각수가 공급되는 중간파이프(7), 상기 중간파이프(7) 외측에 구비되어 상기 중간파이프(7)와 사이에 냉각수가 배출되는 외측파이프(9)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 란스 노즐(1)은 용접 등의 방법에 의해 상기 내측파이프(5), 상기 중간파이프(7), 상기 외측파이프(9)에 연결되며, 선단부에 다수의 출구홀(2)이 형성되는 란스 헤드(3)를 포함할 수 있다.
상기 란스 헤드(3)는 상기 내측파이프(5)로 공급된 산소가 상기 다수의 출구홀(2)을 통해 분사되도록 구성되며, 상기 내측파이프(5)와 상기 중간파이프(7)사이로 공급되는 냉각수가 상기 란스 헤드(3) 선단측으로 관류된 후 다시 상기 중간파이프(7)와 상기 외측파이프(9) 사이를 통해 배출되도록 구성될 수 있다.
그러면, 상기 란스 헤드(3)는 상기 란스 헤드(3) 선단측으로 관류된 후 배출되는 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
그러나, 상기 란스 헤드(3)는 직접적으로 고온의 용선에 근접된 거리로 배치된 상태에서 일정 시간 이상 작동되기 때문에, 고온의 용선에 의한 손상으로 자주 교체해 주어야 하는 문제가 있으며, 따라서 상기 란스 헤드(3)의 내구성 향상을 위해서는 냉각수에 의한 냉각이 효과적으로 이루어지도록 할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 란스 헤드 내에서의 냉각수 흐름이 역동적으로 이루어지도록 하여 상기 냉각수에 의한 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 란스 헤드를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시 예에 란스 헤드는, 산소가 공급되는 상부베이스(20); 상기 상부베이스(20) 하부에 구비되어 냉각수가 유입되는 유입공간(31)을 형성하는 중간베이스(30); 상기 중간베이스(30) 하부에 구비되어 상기 유입공간(31)으로 유입된 냉각수가 관류하는 관류공간(42)을 형성하는 하부베이스(40); 및 상기 상부베이스(20), 상기 중간베이스(30) 및 상기 하부베이스(40)를 관통하여 상기 상부베이스(20)로 공급되는 산소를 상기 하부베이스(40) 하부로 배출하는 산소배출관(50);을 포함하고, 상기 중간베이스(30)는 중심부에 형성되어 상기 유입공간(31)과 상기 관류공간(42)을 연결하는 중심홀(32)과, 상기 유입공간(31)으로 유입되는 냉각수를 상기 중심홀(32)로 가이드하는 가이드부(33)를 구비하고, 상기 산소배출관(50)은 상기 상부베이스(20)의 원주방향으로 복수개 배열되고, 상기 가이드부(33)는 상기 중심홀(32)의 반경방향으로 하방 경사지되 상기 복수개의 산소배출관(50) 사이 사이로 돌출되어 상기 산소배출관(50)을 완전히 감싸고, 상기 산소배출관(50) 사이 사이로 돌출된 각각의 가이드부(33)는 상기 유입공공간(31)으로 유입된 냉각수가 상기 가이드부(33)를 따라 상기 중심홀(32)을 향해 유동할 때 회오리가 발생하도록 끝단부(34)의 일측(35)과 타측(36)은 상기 중심홀(32)의 원주방향으로 경사지되, 상기 일측(35)은 높고 상기 타측(36)은 낮게 형성되어 인접한 상기 가이드부(33) 사이에는 단차(37)에 의한 틈이 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드에 의하면, 란스 헤드 내에서의 냉각수 흐름이 역동적으로 이루어지게 되어 상기 냉각수에 의한 냉각효과를 극대화시킬 수 있으며, 그에 따라 상기 란스 헤드의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 란스 헤드가 구비된 란스 노즐을 나타내는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드의 정면도이고,
도 3은 도 2에 따른 란스 헤드의 평면도이고,
도 4는 도 2에 따른 란스 헤드의 저면도이고,
도 5는 도 2의 'A-A' 선을 따라 절개한 단면의 정면도이고,
도 6은 도 2의 'A-A' 선을 따라 절개한 단면의 사시도이고,
도 7은 도 2의 'B-B' 선을 따라 절개한 단면의 평면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예를 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략한다.
어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 '상부', '하부', '상면', '밑면', '상방', '하방' 등과 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향을 기준으로 구성들간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 발명은 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
각 실시예는 독립적으로 실시되거나 함께 실시될 수 있으며, 발명의 목적에 부합하게 일부 구성요소는 제외될 수 있다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
또한, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드의 정면도이고, 도 3은 도 2에 따른 란스 헤드의 평면도이고, 도 4는 도 2에 따른 란스 헤드의 저면도이고, 도 5는 도 2의 'A-A' 선을 따라 절개한 단면의 정면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드(10)는 상기 란스 헤드(10)의 상단을 이루며 산소가 공급되는 상부베이스(20), 상기 상부베이스(20) 하부에 구비되어 냉각수가 유입되는 유입공간(31)을 형성하는 중간베이스(30), 상기 란스 헤드(10)의 하단을 이루며 상기 중간베이스(30) 하부에 구비되어 상기 유입공간(31)으로 유입된 냉각수가 관류하는 관류공간(42)을 형성하는 하부베이스(40)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 란스 헤드(10)는 상기 상부베이스(20), 상기 중간베이스(30) 및 상기 하부베이스(40)를 관통하여 상기 상부베이스(20)로 공급되는 산소를 상기 하부베이스(40) 하부로 배출하는 산소배출관(50)을 포함할 수 있다.
상기 산소배출관(50)은 상기 상부베이스(20)의 원주방향으로 복수개 배열될 수 있으며, 도 3에서 보이는 바와 같이, 상기 상부베이스(20)에는 상기 복수개의 산소배출관(50)에 연결되는 관통홀(23)이 원주방향으로 복수개 형성될 수 있으며, 도 4에서 보이는 바와 같이, 상기 하부베이스(40)의 하부에는 상기 복수개의 산소배출관(50)에 연결되는 관통홀(43)이 원주방향으로 복수개 형성될 수 있다.
또한, 상기 산소배출관(50)은 상기 란스 헤드(10)의 외측으로 경사지게 구비될 수 있다. 상기 중간베이스(30)는 상기 상부베이스(20)를 수용할 수 있을 정도의 큰 크기를 가질 수 있으며, 상기 하부베이스(40)는 상기 중간베이스(30)를 수용할 수 있을 정도의 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 중간베이스(30)는 중심부에 형성되어 상기 유입공간(31)과 상기 관류공간(42)을 연결하는 중심홀(32)과, 상기 유입공간(31)으로 유입되는 냉각수를 상기 중심홀(32)로 가이드하는 가이드부(33)를 구비할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 노즐(1)은 산소가 공급되는 내측파이프(5), 상기 내측파이프(5) 외측에 구비되어 상기 내측파이프(5)와 사이에 냉각수가 공급되는 중간파이프(7), 상기 중간파이프(7) 외측에 구비되어 상기 중간파이프(7)와 사이에 냉각수가 배출되는 외측파이프(9)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드(10)는 상기와 같은 구성을 가지는 상기 란스 노즐(1)의 선단부에 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 상부베이스(20)는 상기 내측파이프(5)에, 상기 중간베이스(30)는 상기 중간파이프(7)에, 상기 하부베이스(40)는 상기 외측파이프(9)에 용접 등의 방법에 의해 연결될 수 있다.
그러면, 상기 내측파이프(5)를 통해 공급되는 산소는 상기 상부베이스(20)로 유입되어 상기 산소배출관(50)을 통해 상기 하부베이스(40) 하부로 배출될 수 있으며, 상기 내측파이프(5)와 상기 중간파이프(7) 사이로 공급되는 냉각수는 상기 중간베이스(30)의 유입공간(31)으로 유입되어 상기 하부베이스(40)의 관류공간(42)을 관류한 후 상기 중간파이프(7)와 상기 외측파이프(9) 사이로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드(10)는 상기 상부베이스(20)와 상기 산소배출관(50)을 통해 용선 중에 있는 불순물(C,Mn,P 등)을 제거하기 위한 산소를 취입시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드(10)는 상기 중간베이스(30)의 유입공간(31)으로 유입되어 상기 하부베이스(40)의 관류공간(42)을 관류한 후 배출되는 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 란스 헤드(10)는 상기 냉각수에 의한 냉각효과를 극대화하여 상기 란스 헤드(10)의 내구성을 향상시키기 위하여 상기 관류공간(42) 내에서의 냉각수 흐름이 역동적으로 이루어지도록 구성될 수 있다.
이하 상기 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 6은 도 2의 'A-A' 선을 따라 절개한 단면의 사시도이고, 도 7은 도 2의 'B-B' 선을 따라 절개한 단면의 평면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 가이드부(33)는 끝단부(34)의 일측(35)과 타측(36)이 경사지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 가이드부(33) 끝단부(34)의 일측(35)은 높고, 타측(36)은 낮게 형성될 수 있다.
이때, 상기 경사는 상기 중심홀(31)의 원주방향으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 일측(35)과 타측(36)은 상기 중심홀(31)의 원주방향으로 경사질 수 있다.
또한, 상기 가이드부(33)는 상기 중심홀(32)의 반경방향으로 하방 경사지고, 상기 가이드부(33)의 끝단부(34)는 상기 중심홀(32)의 원주방향으로 경사질 수 있다.
그러면, 상기 유입공간(31)으로 유입된 냉각수가 상기 가이드부(33)를 따라 상기 중심홀(32)을 향해 유동할 때 상기 중심홀(32)의 원주방향으로(도 7에서 화살표 방향) 유동하게 됨에 따라 회오리가 발생하게 되고, 이는 상기 관류공간(42) 내에서의 냉각수 흐름을 보다 역동적으로 발생시킬 수 있게 되면서, 상기 냉각수에 의한 냉각효과는 극대화될 수 있다.
실제, 본 발명자의 실험에 의하면, 위와 같은 구성을 가질 때, 그렇치 않은 경우보다 상기 란스 헤드(10)의 내구성이 탁월하게 향상될 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 가이드부(33)는 상기 복수개의 산소배출관(50) 사이 사이에 복수개 구비될 수 있으며, 상기 복수개의 가이드부(33)는 상기 산소배출관(50)을 완전히 감싸도록 상기 복수개의 산소배출관(50) 사이 사이로 돌출될 수 있다.
이때, 상기 각각의 가이드부(33)의 끝단부(34)는 상기 끝단부(34) 자체가 뒤틀린 형태를 가지도록 일측(35)은 높고 타측(36)은 낮게 형성될 수 있다.
그러면, 인접한 상기 가이드부(33)의 끝단부(34) 사이에는 단차에 의한 틈(37)이 형성될 수 있으며, 상기 각각의 가이드부(33)를 따라 가이드되는 냉각수는 상기 틈(37)으로 원활하게 흘러 들어갈 수 있다.
또한, 상기 각각의 가이드부(33)는 상기 중심홀(32)의 반경방향으로 경사지고, 상기 끝단부(34)는 상기 중심홀(32)의 원주방향으로 경사지되, 상기 복수개 끝단부(34)의 상기 원주방향으로의 경사방향은 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 7에서 보이는 바와 같이, 상기 복수개 끝단부(34)의 모든 경사방향은 동일하게 상기 중심홀(32)의 시계방향 또는 반시계방향으로 이루어질 수 있다.
그러면, 상기 유입공간(31)으로 유입된 냉각수가 상기 가이드부(33)를 따라 상기 중심홀(32)을 향해 유동할 때 발생하는 회오리는 시계방향 또는 반시계방향으로 이루어질 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 란스 헤드 내에서의 냉각수 흐름이 역동적으로 이루어지도록 하여 냉각효과를 극대시킬 수 있는 란스 헤드에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
10 : 란스 헤드 20 : 상부베이스
30 : 중간베이스 31 : 유입공간
32 : 중심홀 33 : 가이드부
34 : 가이드부의 끝단부 35 : 가이드부의 끝단부 일측
36 : 가이드부의 끝단부 타측 37 : 틈
40 : 하부베이스 50 : 산소배출관

Claims (1)

  1. 산소가 공급되는 상부베이스(20);
    상기 상부베이스(20) 하부에 구비되어 냉각수가 유입되는 유입공간(31)을 형성하는 중간베이스(30);
    상기 중간베이스(30) 하부에 구비되어 상기 유입공간(31)으로 유입된 냉각수가 관류하는 관류공간(42)을 형성하는 하부베이스(40); 및
    상기 상부베이스(20), 상기 중간베이스(30) 및 상기 하부베이스(40)를 관통하여 상기 상부베이스(20)로 공급되는 산소를 상기 하부베이스(40) 하부로 배출하는 산소배출관(50);을 포함하고,
    상기 중간베이스(30)는 중심부에 형성되어 상기 유입공간(31)과 상기 관류공간(42)을 연결하는 중심홀(32)과, 상기 유입공간(31)으로 유입되는 냉각수를 상기 중심홀(32)로 가이드하는 가이드부(33)를 구비하고,
    상기 산소배출관(50)은 상기 상부베이스(20)의 원주방향으로 복수개 배열되고, 상기 가이드부(33)는 상기 중심홀(32)의 반경방향으로 하방 경사지되 상기 복수개의 산소배출관(50) 사이 사이로 돌출되어 상기 산소배출관(50)을 완전히 감싸고,
    상기 산소배출관(50) 사이 사이로 돌출된 각각의 가이드부(33)는 상기 유입공간(31)으로 유입된 냉각수가 상기 가이드부(33)를 따라 상기 중심홀(32)을 향해 유동할 때 회오리가 발생하도록 끝단부(34)의 일측(35)과 타측(36)은 상기 중심홀(32)의 원주방향으로 경사지되, 상기 일측(35)은 높고 상기 타측(36)은 낮게 형성되어 인접한 상기 가이드부(33) 사이에는 단차에 의한 틈(37)이 발생하는 것을 특징으로 하는 란스 헤드.

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