KR200295761Y1 - 용강중의 수소가스 취입장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전로 혹은 전기로에서 정련 종료후, 용강을 레들등의 이송용기로 출강시키는 과정에서 용강중 질소를 제거하고자 수소가스를 취입하는 장치에 관한 것으로, 목적은 전로 또는 전기로의 출강구에 다수개의 기체취입노즐을 설치하고, 상기 노즐을 통해 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강에 취입하여 질소를 효과적으로 저감시킬 뿐 아니라 강의 품질을 향상시킴에 있다.

이와같은 목적을 갖는 본 고안은 전로 혹은 전기로의 출강구 원주방향으로 다수개의 기체 취입노즐을 등간격으로 다수개 설치하고, 상기 각각의 노즐 후단에는 플렉시블 파이프를 연결하며, 상기 플렉시블 파이프에는 혼합가스 공급헤드가 연결되어 출강작업시 상기 기체 취입노즐을 통한 아르곤과 수소의 혼합가스를 취입하도록 한 용강으로의 수소가스 취입 장치를 마련함을 요지로 한다.

Description

용강중의 수소가스 취입장치

본 고안은 전로 혹은 전기로에서 정련 종료후, 용강을 레들등의 이송용기로 출강시키는 과정에서 용강중 질소를 제거하고자 수소가스를 취입하는 장치에 관한 것으로, 특히 출강중인 용강에 수소가스를 안전하면서도 효과적으로 취입함으로써, 용강중 질소를 제거하고, 정련시간을 단축하도록 한 용강중의 수소가스 취입 장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철소의 제강공정은 전로 - 노외정련 - 연속주조등의 단위공정으로 구성되고, 제강공정에서 정련을 실시하는 동안 대기로부터 용강으로 질소가 혼입되고, 이와같이 혼입된 질소는 용강중 질소의 확산계수가 낮기 때문에 제거하기가 대단히 어려운 것으로 알려져 있다.

용강에 잔존하는 질소는 응고시 가스상태로 방출되어 주편에 기공을 형성시키고, 또한 응고후 합금원소와 질화물을 형성하여 강의 기계적 성질을 열화 시킨다.

따라서 대부분의 강에서는 질소가 낮을수록 정련시간을 단축할 수 있고, 강의 기계적 성질이 우수하므로 용강중 질소 제거를 목적으로 여러 가지 방법들이 제시 되고 있다.

이러한 제안들중 수소가스를 취입하여 질소를 제거하는 방법은 선출원한 대한민국 특허출원 제97-34694호 에서 알려진 바와같이 매우 효과적인 것으로 알려져 있다.

상기 방법은 실험실에서 내경 35mm의 소형 도가니에 반경 5mm의 알루미나 랜스를 침적시켜 수소가스를 취입하는 것이다. 한편 이 방법은 제강공정에 그대로 적용하는 것이 매우 어렵고, 단순하게 기하학적인 비율로 도가니와 랜스를 확대시켜 제강공정에 적용하는 경우에도 수소가스가 대기 혹은 슬래그 등의 수분이나 산소와 급격하게 반응하여 폭발하는 위험성을 가지고 있을 뿐 아니라 수소가스의 효율이 낮은 단점을 지니고 있다.

본 고안은 상기의 문제점을 해소하고자 고안한 것으로, 전로 또는 전기로의 출강구에 다수개의 기체취입노즐을 설치하고, 상기 노즐을 통해 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강에 취입하여 질소를 효과적으로 저감시킬 뿐 아니라 강의 품질을 향상시킴에 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 갖는 본 고안은 전로 혹은 전기로의 출강구 원주방향으로 다수개의 기체 취입노즐을 등간격으로 다수개 설치하고, 상기 각각의 노즐 후단에는 플렉시블 파이프를 연결하며, 상기 플렉시블 파이프에는 혼합가스 공급헤드가 연결되어 출강작업시 상기 기체 취입노즐을 통한 아르곤과 수소의 혼합가스를 취입하도록 한 용강중의 수소가스 취입장치를 마련함에 의한다.

도 1은 본 고안의 장치가 출강구에 장착된 상대의 개략도

도 2는 본 고안 도 1의 A-A선 단면 구성도

도 3a.b는 본 고안 도 2의 B 부분 상세도

도 4는 본 고안과 비교재의 질소 변화를 나타낸 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전로 혹은 전기로 2 : 용강

3 : 레들 10...출강구

20 : 기체취입노즐 30 : 플렉시블 관

40 : 혼합가스헤드 50 : 유량조절밸브

본 고안은 용강(2)에 수소가스를 취입하기 위한 장치를 형성함에 있어서, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와같이 출강구(10)의 원주방향으로 다수개의 기체 취입노즐(20)을 등간격으로 설치하여 출강시에 상기 출강구(10)를 통한 용강(2)에 아르곤과 수소의 혼합가스를 공급하도록 구성하였다.

본 고안의 장치는 출강구(10)에 설치되는 노즐(20)이 강 혹은 파인세라믹 재질의 파이프 등으로 이루어지고, 노즐(20)의 후단은 전로 혹은 전기로(1)의 경동시 구부러짐을 보장하기 위하여 플렉시블 관(30)등으로 연결되어 출강중 일정량의 혼합기체를 연속적으로 취입하게 하였다.

또한 상기 출강구(10)에는 각각의 직경이 4~5mm 정도인 8~12개의 노즐을 등간격으로 설치하여, 출강 작업중 상기 노즐(20)을 통해 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강(2)에 취입하고, 아르곤과 수소 가스는 각각의 공급장치에서 혼합헤드(40)로 공급되고, 상기 혼합헤드(40)에서는 유량조절밸브(50)를 통해 아르곤과 수소를 적정 비율로 혼합하여 상기 노즐(20)을 통해 출강구(10)에 공급하게 되는 것이다.

상기에서 노즐(20)을 강 혹은 파인세라믹 재질을 사용하는 것은 수소가 강 환원성 가스이고, 용강(2)의 온도가 1600~1750℃로 고온이므로 출강작업이 반복됨에 따라 노즐(20)이 파손되는 것을 방지하기 위함이다.

그리고 직경이 4~5mm 정도인 8~12 개의 노즐(20)을 등간격으로 설치하는 것은 분당 1.0~3.0 표준입방미터(Nm³) 유량으로 아르곤과 수소의 혼합가스를 원활하게 취입하기 위함이다.

직경 4mm 이하 노즐의 경우는 분당 1.0~3.0 표준입방미터를 취입하기 위하여 최소 13개 이상의 노즐(20)이 필요하나 출강구(10) 주변의 가스공급장치가 복잡해지고 출강구(10)의 수명이 짧아져 불리하고, 직경이 5mm 이하인 경우는 노즐(20)수를 7개미만으로 줄일 수는 있으나 혼합가스 취입 노즐(20)로 용강(2)이 침투될 수 있으므로 불리하여, 분당 1.0~3.0 표준입방미터(Nm³) 유량으로 아르곤과 수소의 혼합가스를 원활하게 취입하기 위해서는 직경 4~5mm의 노즐 8~12개를 설치하는 것이 바람직하다.

한편 노즐을 등간격으로 배열하는 것은 기체를 고온의 용강(2)에 취입하는 경우 노즐선단에서 기체의 급격한 팽창으로 출강구(10)가 물리적인 침식을 받게 되며, 노즐을 등간격으로 설치함으로서 출강구(10)가 국부적으로 침식되는 것을 방지하기 위함이다.

또한 아르곤과 수소의 혼합가스를 공급하는 것은 전로 혹은 전기로(1)에서 정련을 종료한 용강(2)중 질소성분이 높은 경우에는 수소가스의 비율을 높이고, 질소 성분이 낮은 경우는 수소가스의 비율을 낮추기 위함이다.

상기 전로나 전기로(1)에서는 용선(Hot Metal)과 고철의 장입비율에 따라 정련후 용강중 질소 함량이 크게 달라지고, 일 예로 100톤 전로에서 용선과 고철의 장입비가 80:20 일때는 전로 정련후 용강중 질소가 25~30ppm이고, 장입비가 90:10 일때는 질소가 20~25ppm 정도이며, 고철비가 100%인 100톤 전기로(1)는 정련후 용강의 질소가 80~120ppm에 달한다.

상기와 같이 용강중 질소성분이 크게 차이가 나는 경우는 수소가스 유량만을 조절하여 질소를 저감시키는 효과를 얻기가 어렵다.

전술한 바와같이 출강중에 아르곤과 수소기체의 공급장치에서 혼합헤드(40)에서 가스가 공급되고, 혼합헤드(40)에서 적정의 비율로 혼합된 아르곤과 수소가스는 플렉시블 관(30)을 통해 가스취입 노즐(20)로 출강구(10)의 용강(1)에 공급되어진다.

상기 공급된 혼합가스중 수소가스는 용강에서 용해되고, 용강중 질소와 반응하여 암모니아 가스를 형성함으로서 용강중 질소를 제거할 수 있게 되는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 고안을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

출강구(10)의 직경이 132mm인 100ton 전로에서 출강구(10)의 원주방향으로 직경 4mm의 노즐 8개를 설치하고, 전로출강중 상기 노즐을 통해 아르곤과 수소가스 비율이 70:30인 혼합가스를 분당 1.5 표준입방미터(Nm³) 유량으로 취입하였다.

이 실험에서 가스취입시간을 7분으로 하고, 전로에서 용선과 고철의 장입비율은 90:10으로 유지하였다. 그리고 이 실험에서는 출강전과 출강후에 각각 용강시료를 채취하여 물에서 급냉시킨후 칩(chip) 형태로 가공하여 산소/질소 동시분석기로 질소를 분석하였다.

또한 출강중 혼합가스를 취입하지 않은 것을 비교재로 하였다.

도 4는 본 고안과 비교재의 출강전후 용강중 질소 함량변화를 도시한 것이고, 이때 본 고안과 비교재의 도 4에서 비교재의 경우는 질소가 21ppm에서 24ppm으로 증가되는 반면에 본 고안에서는 질소가 23ppm에서 15ppm으로 34.8% 정도 감소되는 것을 알 수 있었다.

상기와 같은 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스 취입에 의한 용강내 질소의 강환원성 수소가 용강에 용해되어 용강중 질소와 급격한 반응을 일으켜 암모니아 가스상을 형성함으로서 탈질 반응이 진행되었기 때문이다.

이상과 같은 본 고안은 전로 또는 전기로의 출강구에 다수개의 기체취입노즐을 설치하고, 상기 노즐을 통해 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강에 취입함으로써, 질소를 효과적으로 저감시킬 뿐 아니라 강의 품질을 향상시키고 후공정에서 별도의 탈질 정련을 생략하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전로 혹은 전기로(1)의 출강구(10) 원주방향에는 강 혹은 파인세라믹 재질의 파이프등으로 이루어진 다수개의 기체 취입노즐(20)을 등간격으로 설치하고, 상기 각각의 노즐 후단에는 플렉시블 파이프를 연결하며, 상기 플렉시블 파이프에는 혼합가스 공급헤드(40)가 연결되어 출강작업시 상기 기체 취입노즐(20)을 통한 아르곤과 수소의 혼합가스를 취입하도록 구성하여서 됨을 특징으로 하는 용강중의 수소가스 취입장치.