KR20000012619U - 정련능력 향상을 위한 침적관 - Google Patents

Abstract

본 고안은 정련능력 향상을 위한 침적관에 관한 것으로서, 특히 RH(Ruhrstahl Hereaus) RH 침적관중 상승관과 하강관의 크기를를 상이하게 적용함으로써 하강관에서의 용강의 흐름을 빠르게 하여 전체적인 용강의 환류량 증대에 의하여 극저탄소강의 탈탄 능력을 향상시키는 침적관에 관한 것이다.

본 고안은 래들 내에 수용된 용강을 진공조의 하부에 형성된 상승관을 통하여 진공조의 하부로 흡입하고, 하강관을 통하여 래들 내로 순환시킴으로서, 진공에 의하여 상기 진공조 내로 상승관 용강중에서 수소를 제거하기 위한 진공탈가스설비의 침적관에서, 상기 침적관의 하강관의 내경을 상승관의 내경보다 크게하여 상기 하강관의 용강의 선속도를 증대시키므로서 용강의 환류속도 증가에 의한 탈가스 증대를 유도하는 정련능력 향상을 위한 침적관을 요지로 한다.

본 고안은 RH 설비의 침적관의 하강관 내경을 상승관 내경보다 크게 적용하여 소재의 가공성 등의 기계적 성질을 향상시키기 위한 극저탄소강의 제조방법의 중요한 요소인 탈탄 반응 속도 증대 기술의 발전에 크게 이바지하였으며, 환류 능력을 증대시킴으로써 RH 작업시간의 단축에 의한 생산성 향상 효과를 제공하였다.

Description

정련능력 향상을 위한 침적관

본 고안은 정련능력 향상을 위한 침적관에 관한 것으로서, 특히 RH(Ruhrstahl Hereaus) RH 침적관중 상승관과 하강관의 크기를를 상이하게 적용함으로써 하강관에서의 용강의 흐름을 빠르게 하여 전체적인 용강의 환류량 증대에 의하여 극저탄소강의 탈탄 능력을 향상시키는 침적관에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 진공탈가스법에 이용되는 진공조 및 래들을 나타내는 도면으로서, RH 조업이란 진공탈가스법(vacuum degassing process)을 말하는 것으로서, 진공탈가스법이란 대기 중에서 용해한 용강을 주조 중에 레이들 내 또는 특별한 중간 용기 내에서 진공탈가스 후 진공, 또는 대기 중에서 강괴로 주조하는 방법을 말한다.

진공조라 함은 RH설비에서 용강 정련중 용강을 빨아올릴 수 있도록 진공을 형성시켜 주는 용기이다.

현재 사용되는 금속 소재는 가공성과 강도면에서 우수한 소재의 요구가 두드러지게 대두되고 있다. 이러한 금속 소재를 생산하기 위해서는 소재 중의 탄소 농도를 낮게 함유시키는 방법이 가장 손쉬운 방법으로 이용되고 있으며, 따라서 용강중의 탄소가 100ppm이하의 극저탄소강 제조방법의 발전이 급속도로 발전되고 있는 상황이다.

이러한 기술의 발전은 제철산업의 기본적인 경쟁기술로 어느 회사에서 가장 짧은 시간에 가장 낮은 탄소함량의 용강을 제조하는 기술을 보유하고 있는가가 그 회사의 발전성 여부를 가름하기도 한다.

이러한 고속 탈탄기술은 대개 RH라는 설비를 이용하게 되는데 RH 설비는 그림 1에서와 같이 진공 설비를 이용하여 용강을 환류시켜 줌으로써 용강중의 탄소와 산소의 반응에 의해 탈탄 반응(식 1)이 발생하는 것을 기본 반응으로 한다.

[C] + [O] = CO(gas) ...................(식 1)

한편 RH 설비에서 탈탄 반응을 빠르게 진행시키기 위해서는 용강의 환류 속도를 크게 하여 용강중의 탄소와 산소의 반응 기회를 많이 부여하는 방법과 용강의 환류를 위해 공급하는 가스의 기포 크기를 작게 하므로써 단위 반응 면적을 크게 하는 방법을 많이 사용한다.

또한 침적관이나 하부조의 크기를 크게 함으로써 반응 계면적의 상승에 의한 탈탄 반응을 유도하는 방법을 사용하기도 한다. 침적관은 상승관 및 하강관이 있다. 상승관은 RH 진공조의 하부의 용강에 침적되는 부분으로 불활성가스를 취입할수 있는 설비가 설치되어 있어 불활성가스를 공급하여 주므로서 용강이 진공조 내부로 올라갈수 있도록 만들어진 장치이다. 하강관은 RH 진공조의 하부의 용강에 침적되는 부분으로 침적관에 의해 빨려 올라간 용강이 자중에 의해 다시 래들로 낙하 되도록 만들어진 장치이다.

한편, 용강은 환류하게 되는데, 침적관(상승관)에서 공급되어지는 불활성가스에 의해 용강이 침적관, 진공조, 하강관, 래들 순으로 계속하여 순환하게 한다.

그러나 이러한 방법의 경우에는 설비 크기의 제약에 의한 침적관과 하강관의 크기 증대의 제약이나 내화물의 침식에 의한 수명 저하 등의 문제점에 의한 그 기술의 발전에 한계가 나타나고 있다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지금까지의 탈탄반응 향상 방법과 달리 용강에 침적되는 상승관과 하강관의 크기를 다르게 적용하여 용강 흐름의 속도를 증대하므로써 용강중의 탄소와 산소의 반응 기회를 더 많이 제공하여 극저탄소강의 제조를 용이하게 하기 위한 정련능력 향상을 위한 침적관을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 고안의 목적은 래들 내에 수용된 용강을 진공조의 하부에 형성된 상승관을 통하여 진공조의 하부로 흡입하고, 하강관을 통하여 래들 내로 순환시킴으로서, 진공에 의하여 상기 진공조 내로 상승관 용강중에서 수소를 제거하기 위한 진공탈가스설비의 침적관에서, 상기 침적관의 하강관의 내경을 상승관의 내경보다 크게하여 상기 하강관의 용강의 선속도를 증대시키므로서 용강의 환류속도 증가에 의한 탈가스 증대를 유도하는 정련능력 향상을 위한 침적관에 의하여 달성된다.

도 1은 일반적인 진공탈가스법에 이용되는 진공조 및 래들을 나타내는 도면.

도 2(a)는 종래의 침적관 구조를 나타내는 도면.

도 2(b)는 본 고안에서 적용한 침적관의 구조를 나타내는 도면.

도 3은 본 고안 적용에 의한 극저탄소강의 탈탄시간에 따른 탄소 거동을 나타내는 도면.

도 4는 본 고안 적용에 의한 용강중 티타늄 첨가시 티타늄 성분 거동을 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 대하여 상세히 설명한다.

용강의 동력 교반 밀도를 높이기 위해 침적관의 내경을 넓히는 기술에 대해서는 이미 많이 공지된 바 있다.

그러나, 침적관 중 용강의 환류 속도에 영향을 미치는 부분은 상승관으로써, 상승관의 내경이 클수록 단위시간당 환류되는 용강의 량은 침적관 내경의 제곱에 비례하여 증대된다. 따라서 침적관의 내경을 크게 하는 방법은 종래에 많이 공지된 바와 같이 용강의 환류속도 증대에 의한 극저단소강의 탈탄 속도 향상 기술에 널리 이용되고 있다.

W = U × D²/ 30.315 ............식(2)

W : 용강 환류량(Ton/min)

U : 하강관에서의 용강의 선속도(m/sec)

D : 침적관 내경(m)

용강의 환류는 상승관에서 공급되는 환류 가스가 상승관을 타고 부상하면서 발생하는 구동력에 의해 발생되는데, 이 때 하강관의 내경을 상승관에 비해 상대적으로 크게 하여 주면 (식 2)에 의해서 선속도는 증가하게 된다. 하강관을 타고 내려오는 용강의 선속도가 증가하게 될 경우

E = 8.36 U₂×W/Wg...........(식 3)

E : 동력교반밀도

U : 용강의 선속도(m/sec)

W : 용강의 환류량(Ton/min)

Wg : 전체 용강량(Ton)

(식 3)에 의해 동력 교반 밀도가 증가하게 되고,

T = K/E ...............(식 4)

T : 용강의 균일혼합시간

E : 동력교반밀도

K : 비례상수

(식 4)에 의해 용강의 교반성을 증가시킬 수 있다. 따라서 하강관의 내경이 상승관의 내경보다 클수록 용강의 환류 속도가 빨라지게 되어 용강중의 탄소와 산소의 반응기회를 증대하므로써 용강의 탈탄 속도를 증대할 수 있게 된다.

이러한 이론을 이용하여 침적관중 상승관의 크기와 하강관의 크기를 다르게 적용하여 실제 조업에 적용한 결과를 통하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 2(a)는 종래의 침적관 구조를 나타내는 도면으로서, 현재 제강공장의 RH 설비에서 적용중인 침적관 및 하부조의 예시이다. 그림에서 보는 바와 같이 침적관의 상승관과 하강관의 내경은 같게 적용되고 있으며, 용강중의 탈탄속도를 증대시키기 위하여 침적관의 내경을 확대시키는 방법을 사용하여 왔다.

도 2(b)는 본 고안에서 적용한 침적관의 구조를 나타내는 도면으로서, 침적관의 하강관 내경의 크기를 상승관 내경의 크기보다 크게 제작하여 실제 조업에 적용하여 탈탄 효과 증대 여부를 확인하여 보았다. 효과 검증을 위한 용강의 일반적인 조건은 용강의 용량은 275Ton, 용강의 온도를 상승시키기 위한 승온 작업은 실시하지 않았으며 용강중의 탄소를 제거하기 위한 탈탄시간은 15분으로 운영하였고, RH 조업을 개시하는 시기의 용강중의 온도, 산소, 탄소량은 유사한 조건의 것을 선택하였다.

또한 용강의 환류 속도를 지배할 수 있는 조업 요건인 진공도, 환류가스 유량 등 동일한 조건을 부여하여 검증을 실시하여 보았다. 환류가스란 용강을 환류시키기 위해 공급되어지는 불활성가스로서, 아르곤 또는 질소이다.

도 3은 본 발명 적용에 의한 극저탄소강의 탈탄시간에 따른 탄소거동을 나타내는 그래프도로서, 본 고안의 침적관을 적용한 결과, 용강중의 탈탄 반응이 빨리 진행된 것을 알 수 있으며 용강중의 탄소 함량이 50ppm 도달된 시간이 일반적인 방법 대비 약 2분 정도 단축시켜 본 고안에 의한 탈탄 속도 향상 효과를 검증할 수 있게 되었다.

또한, 본 고안의 탈탄 속도 증대의 직접적인 요인인 용강의 환류 속도 증대 효과를 검증하기 위해 용강의 환류 처리중 티타늄을 일정량 투입하여 용강중의 티타늄 검출 시간을 조사하여 보았다.

도 4는 본 발명 적용에 의한 용강 중 티타늄 첨가시 티타늄 성분거동을 나타내기 위한 그래프도로서, 본 고안의 방법을 적용한 결과 티타늄의 검출후 균일화 시간이 약 20초 정도 빨라졌음을 알 수 있으며, 이는 용강의 환류 속도가 본 고안의 적용에 의해 증대되었음을 보여주는 좋은 사실이라 하겠다.

본 고안은 RH 설비의 침적관의 하강관 내경을 상승관 내경보다 크게 적용하여 소재의 가공성 등의 기계적 성질을 향상시키기 위한 극저탄소강의 제조방법의 중요한 요소인 탈탄 반응 속도 증대 기술의 발전에 크게 이바지하였으며, 환류 능력을 증대시킴으로써 RH 작업시간의 단축에 의한 생산성 향상 효과를 제공하였다.

Claims (1)

1. 래들 내에 수용된 용강을 진공조의 하부에 형성된 상승관을 통하여 진공조의 하부로 흡입하고, 하강관을 통하여 래들 내로 순환시킴으로서, 진공에 의하여 상기 진공조 내에서 용강중의 수소를 제거하기 위한 진공탈가스설비의 침적관에서,

   상기 침적관 하강관의 내경을 상승관의 내경보다 크게하여 상기 하강관의 용강 선속도를 증대시키므로서 용강의 환류속도 증가에 의한 탈가스 증대를 유도하는 정련능력 향상을 위한 침적관.