KR20000014689U - 제강용 슬래그 체크볼 - Google Patents

Abstract

본 고안은 제강 공정중 전로나 전기로에서 출강시 레이들로의 슬래그 혼입을 방지하기 위해 사용되는 슬래그 체크볼에 관한 것으로, 체크볼의 중심 아래에 중심이 위치하도록 설치된 중심추(1)와, 중심추를 둘러싸는 내화물(2) 및, 체크볼의 하부측에 수용된 가스발생체(3)를 구비하고, 이 가스발생체가 발생한 기포를 분출하기 위한 다수의 가스 분출구(4)가 형성된 구성이다.

또한 본 고안에서 가스발생체(3)로 석회석 또는 백운석을 사용하고, 가스 분출구(4)의 크기가 3∼5㎜인 것이 바람직하다.

본 고안의 슬래그 체크볼에 의하면, 출강시 슬래그 유출의 억제가 가능하고 이로 인해 슬래그 개질을 위한 부원료 투입량을 절감하고, 합금철 실수율을 향상시키고, 용강중 합금원소의 산화에 의한 용강중 비금속개재물 발생에 의한 용강의 품질열화를 방지할 수 있다.

Description

제강용 슬래그 체크볼

본 고안은 제강 공정중 전로나 전기로에서 출강시 레이들로의 슬래그 혼입을 방지하기 위해 사용되는 슬래그 체크볼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그 개질을 위한 부원료 투입량을 절감하고, 합금철 실수율을 향상시키며, 용강의 품질을 향상시킬 수 있는 제강용 슬래그 체크볼에 관한 것이다.

제강 공정에서 용강을 생산할 때는 용선이나 고철을 전로나 전기로에서 1차로 정련후 이 용강을 수강레이들로 옮겨 2차 정련을 실시하게 된다.

이때 전로나 전기로로부터 다량의 철산화물을 함유하는 슬래그가 수강레이들로 유입되어 탈산시 사용되는 합금철의 실수율을 저하시키고 용강중 합금원소의 산화를 촉진시켜 용강중에 비금속개재물을 발생시킨다.

따라서 가능한한 수강레이들로의 슬래그 유출을 억제하는것이 바람직하다. 슬래그는 크게 3차례에 걸쳐 유출되는데 1차는 로체를 경동할때 상부의 슬래그가 우선적으로 출강구로 유입되어 출강 초기에 유출되는 것이고, 2차는 출강중에 형성되는 와류(vortex)에 상부의 슬래그가 휩쓸려 출강류중으로 유입되는 것이고, 3차는 출강 말기에 잔류용강과 더불어 슬래그가 같이 유출되는 것이다.

1차 유출 슬래그는 비교적 그 양이 적고 말기의 슬래그 유출은 육안 판정에 의한 전로 정립 또는 고압의 가스를 출강구에 분사하면서 전로를 정립하는 뉴메틱 슬래그 스토퍼방식 등에 의해 대부분 차단되어 유출 슬래그의 대부분은 중기의 와류형성에 의한 혼입에 의한 것으로 알려져 있다.

1차 유출을 억제하는 방법으로는 출강하기 직전에 출강구에 플러그(plug)를 삽입하여 초기 슬래그의 출강구로의 유입을 억제하고 일정시간 경과후에 개공되어 출강을 시작하는 방법이 있으나 개공시간이 지연되거나 개공이 안되는 경우가 있어서 생산에 지장을 준다.

출강 중기의 와류(Vortex) 형성에 의한 슬래그 유입은 와류의 형성 시점을 늦추기 위해 출강구 상부에 부유물을 투입하는 방법으로 도 1 도시와 같은 슬래그 체크볼을 사용하는 것인데, 슬래그 체크볼은 강철로 제조된 중심추(1)와 이를 감싸고 있는 내화물(2)로 구성되어 있으며, 내화물(2)은 제조가 용이하도록 캐스터블(Castable)을 사용하는 것이 일반적이다. 또한 중심추(1)에 고리를 연결하여 투입을 용이하도록 제조된다.

체크볼의 크기는 사용되는 출강구 보다 크고 비중은 체크볼의 크기에 따라 중심추(1)의 크기를 조절하여 슬래그의 비중과 용강의 비중 사이가 되도록 한다. 투입된 체크볼은 슬래그와 용강 계면에 위치하여 용강이 거의 배출되어 탕면이 낮아지면 체크볼이 출강구를 막게 되어 출강이 종료된다. 체크볼은 출강구 상부에서 와류 형성을 방해하는 작용을 하여 와류의 형성시점을 늦추게 되어 와류 형성에 의한 슬래그 혼입을 억제한다.

그러나 임계 높이 이하로 탕면이 낮아지게 되면 와류가 급속하게 형성되고 형성된 와류에 의해 슬래그 혼입이 발생하며, 스래그체크볼은 와류의 형성시점을 늦추는 것만이 가능하고 일단 와류가 형성되면 슬래그의 유입은 막을 수 없는 단점이 있다.

이 외에 출강구 상부에 나탕을 형성시켜 슬래그 자체의 유입을 억제하는 방법으로 출강구 주변에 가스를 취입할 수 있는 다공 플러그(porous plug)를 설치하는 방법이 있으나, 출강구 주변의 침식을 촉진하여 노수명에 악영향을 미치는 문제가 있다.

따라서 일반적으로는 출강초기에는 출강구 플러그를, 중기에는 슬래그 체크볼을, 말기에는 뉴메틱 슬래그 스토퍼를 병용하여 사용하고 있다.

본 고안은 상기 설명한 바와 같은 출강시 슬래그 유출, 특히 출강 중기의 와류 형성에 의한 슬래그 유출의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 사용시 기포를 발생시켜 출강구 상부에 나탕을 형성하여 와류에 의한 슬래그 유입을 방지방지하여 합금철 실수율 저하를 막고 용강중 합금원소의 산화에 의한 용강중 비금속개재물 발생에 의한 용강의 품질 열화를 방지할 수 있는 제강용 슬래그 체크볼을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 사용하는 슬래그 체크볼을 도시한 도면,

도 2는 본 고안에 따른 슬래그 체크볼을 도시한 도면,

도 3은 본 고안의 슬래그 체크볼의 작용기구를 설명하기 위한 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:중심추 2:내화물 3:가스발생체 4:가스분출구

5:슬래그 6:용강 7:기포 8:노즐출강구

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 제강용 슬래그 체크볼은, 출강시 슬래그 유출을 방지하기 위한 슬래그 체크볼에 있어서, 체크볼의 중심 아래에 중심이 위치하도록 설치된 중심추(1)와, 중심추를 둘러싸는 내화물(2) 및, 체크볼의 하부측에 수용된 가스발생체(3)를 구비하고, 이 가스발생체가 발생한 기포를 분출하기 위한 다수의 가스 분출구(4)가 형성된 것을 특징으로 하는 구성이다.

또한 본 고안에서 가스발생체(3)로 석회석 또는 백운석을 사용하고, 가스 분출구(4)의 크기가 3∼5㎜인 것이 바람직하다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 고안을 상세하게 설명한다.

본 고안에서는 출강시 슬래그 유출을 방지하기 위하여 기포 발생이 가능한 슬래그 체크볼을 제조하였다. 이 체크볼은 체크볼 주변 즉 출강구 상부에 나탕을 발생시켜 와류가 발생되어도 슬래그 혼입을 방지할 수 있는 것이다.

도 2에 본 고안의 슬래그 체크볼을 나타내었다. 중심추(1)를 체크볼의 중심보다 하부에 설치하여 무게 중심을 하향화하며, 체크볼의 하부쪽에 가스발생체(3)를 지니고 발생된 기포를 분출하기 위한 다수의 가스 분출구(4)를 형성하여, 슬래그 체크볼을 용강에 투입시 가스 분출구(4)가 용강 탕면 아래에 위치하도록 한다.

도 3 도시와 같이, 출강시에 투입된 슬래그 체크볼은 용강(6)과 슬래그(5) 계면에 위치하게 되어 하부는 용강(6)과 접촉하고 상부는 슬래그(5)와 접촉하게 된다.

슬래그 체크볼은 용강의 현열에 의해 가열되고 가열된 가스 발생체(3)로부터 열분해에 의해 가스가 발생되고 발생된 가스는 분출구(4)를 통해 기포(7)를 형성하여 체크볼 주변의 슬래그(5)를 밀어내고 나탕을 형성하게 되어 와류 형성시에도 슬래그의 혼입을 방지하는 것이다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 고안을 보다 상세하게 설명한다.

실시예 1

슬래그 체크볼이 슬래그와 용강의 계면에 위치하도록 비중을 조절하여야 하기 때문에 본 실시예에서는 전로에서의 사용을 고려하여 전로 슬래그의 비중(3.5)보다는 크고 용강의 비중(7) 보다는 작은 5가 되도록 저탄소 일반강을 한변의 길이가 체크볼 반지름의 1.23배가 되도록 정육면체로 가공하고 상부에 투입고리를 용접설치한 후 중심 이하에 내부에 가스발생체가 들어 있는 철제상자를 부착시켰다.

가스발생체의 위치를 중심 아래로 하는 것은 용강의 온도가 대기와 접촉하는 슬래그의 온도 보다 상대적으로 높기 때문에 전열에 의한 열분해를 촉진하기 위한 것이다.

가스발생체로는 체크볼을 제조후 건조하는 온도(500℃)에서는 열분해가 발생하지 않고 용강중에 투입하였을 때(1550℃이상) 열분해되어 가스를 발생할 수 있는 물질이어야 한다.

본 고안자는 이러한 물질로 가격이 싸고 입수하기 쉬운 석회석과 백운석을 선정하였다. 석회석은 800℃ 이상에서 열분해하여 이산화탄소를 발생시키므로 체크볼의 건조 과정에서는 전혀 열분해하지 않고 용강중에 투입하였을 때는 가열에 의해 열분해가 발생하여 가스를 발생시킬 수 있다.

석회석 이외에 백운석도 사용 가능하지만 본 실시예에서는 가격이 싸고 흔히 구할수 있는 석회석을 사용하였다. 사용된 석회석의 화학성분(중량%)을 표 1에 나타내었다.

CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	강열감량
49.9	3.7	1.8	0.6	0.7	43.2

이렇게 준비된 중심추를 미리 준비된 형틀의 중심에 위치하도록 매단다. 이때 중심추의 중심이 체크볼의 중심보다 하부에 위치하도록 하여야 한다. 이것은 가스 분출구가 항상 용강 탕면 아래에 위치하도록 하여 안정적인 나탕을 형성하기 위한 것이다.

즉, 중심추가 체크볼의 중심에 위치하게 되면 무게 중심이 체크볼의 중앙에 형성되어 용강의 흐름에 따라 체크볼이 구르게 되어 가스 분출구의 방향성을 유지하기 곤란하게 되기 때문이다.

다음에 표 2의 조성(중량%)과 물성을 가지는 캐스터블을 물과 혼합하여 형틀내로 유입시켜 체크볼을 제조하였다. 24시간 경과후에 형틀을 제거하고 가스 분출구를 드릴로 가공하여 석회석이 외기와 접촉하도록 하였다.

이후 500℃로 유지된 건조기내에 투입하여 결합수를 제거하여 용강에 투입시 급속한 탈수에 의한 균열 발생을 방지하였다.

CaO	MgO	SiO2	Al2O3	비중
3.5	5.8	0.6	90.1	2.7

실시예 2

전로에서 사용시 체크볼 주변에 나탕이 안정적으로 발생하는지를 조사하기 위해 100 kg급 대기 유도용해로에서 70kg의 용강을 녹이고 상부에 표 3에 나타낸 조성(중량%)의 전로 슬래그를 투입하여 용해하였다.

이때 용강의 온도는 전로의 종점온도와 유사하게 1650℃로 유지하였다. 실시예 1에서 제조한 슬래그 체크볼을 사용하여 가스분출구의 크기를 조절하여 나탕의 안정적인 발생 여부와 발생 시간을 육안으로 체크하였다. 가스 분출구는 체크볼 하부에서 반지름의 1/4위치에 15도 간격으로 총 24개를 가공하였다.

표 4에 가스분출구의 크기와 나탕의 발생 관계를 나타내었는데, 가스 분출구의 크기가 7㎜ 이상인 경우는 부분적으로 나탕이 발생하였는데 이것은 가스 분출구의 크기가 지나치게 커서 일부 용강이 분출구로 침입하여 나타난 현상으로 생각되고, 2㎜ 이하에서도 부분적인 나탕이 발생하였다. 이것은 가스분출구에서 발생된 기포가 지나치게 작아서 체크볼 주변에 전체적으로 연결된 나탕을 형성하지 못하기 때문으로 생각된다.

한편 통상의 전로에서의 출강시간이 6분 이내이고 체크볼의 투입이 출강 후반기에 이루어지는 점을 고려해보면 3분 이상 연속적으로 나탕을 발생시킬 수 있으면 충분하기 때문에 가스분출구 직경의 크기를 3∼5㎜ 로 조절하면 가능하다는 것을 알 수 있다.

도 3에 본 고안의 체크볼의 작용기구를 나타내었는데, 출강구(8) 상부에 부유된 슬래그 체크볼이 주변에 기포(7)를 발생시키는 것을 통해 연속적인 나탕을 형성하여 슬래그의 유입 억제가 가능하다는 것을 알 수 있다.

CaO	SiO2	T.Fe	MgO	MnO	P2O5	Al2O3	TiO2
46.22	11.02	21.56	6.05	2.62	3.33	3.17	0.83

구경(㎜)	10	7	5	3	2
나탕형태	부분나탕	부분나탕	연속나탕	연속나탕	부분나탕
나탕발생시간(min)	0.2	1.3	3.2	8.1	17

상기 설명한 바와 같이 출강시에 연속적으로 나탕을 발생시킬 수 있는 본 고안의 슬래그 체크볼에 의하면, 출강시 슬래그 유출의 억제가 가능하고 이로 인해 슬래그 개질을 위한 부원료 투입량을 절감하고, 합금철 실수율을 향상시키고, 용강중 합금원소의 산화에 의한 용강중 비금속개재물 발생에 의한 용강의 품질열화를 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 출강시 슬래그 유출을 방지하기 위한 슬래그 체크볼에 있어서, 체크볼의 중심 아래에 중심이 위치하도록 설치된 중심추(1)와, 중심추를 둘러싸는 내화물(2) 및, 체크볼의 하부측에 수용된 가스발생체(3)를 구비하고, 이 가스발생체가 발생한 기포를 분출하기 위한 다수의 가스 분출구(4)가 형성된 것을 특징으로 하는 제강용 슬래그 체크볼.
2. 제 1 항에 있어서, 가스발생체(3)로 석회석 또는 백운석을 사용하고, 가스 분출구(4)의 크기가 3∼5㎜인 것을 특징으로 하는 제강용 슬래그 체크볼.