KR20030001132A - 출탕중 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 정련공정에서 출탕 중 슬래그 혼입방지를 위해서 사용하는 슬래그 다트에 관한 것으로, 전로 및 레이들(Ladle) 정련후 용탕을 출탕하는 과정중 출탕말기에 상층의 슬래그(Slag) 유출을 방지하기 위해 전로 및 레이들 내에 투입되는 슬래그 다트의 중심축 부분을 동공의 철강파이프 또는 튜브형태를 넣어서 고온의 출탕과정에서 볼텍스 현상에 의해 다트헤드부의 조기 폐쇄로 인한 다량의 잔탕과 이로 인해 출탕시간이 연장되는 것을 해소할 수 있는 제강정련 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트를 제공하는데 목적이 있다. 본 발명의 구현수단으로서는 제강정련 공정중 용융금속의 출탕공정에서 슬래그의 혼입을 방지하고, 용융금속만을 출탕하기 위해 사용되는 슬래그 다트를 구성함에 있어, 외주면에 상하로 연장되는 다수의 홈이 있고 내화재로 제조된 깔대기 모양의 다트헤드부로 구성되는 슬래그 다트 제조시, 다트헤드 하부와 결합되어 전로 출탕구에 삽입되는 내화물로 제조된 슬리브 및 다트헤드 상부와 결합되어 출탕중 슬래그층 위로 돌출되도록 제조된 슬리브로 구성하여, 다트헤드와 일체화되도록 관통하도록 하되, 상기 내화재 슬리브 내부에 철강재 파이프를 삽입하여 전로 출탕말기에 와류현상에 의한 볼텍스 현상을 억제시키고, 출탕구의 조기폐쇄를 지연시킴으로써 잔탕을 최소화하여 출탕시간을 단축할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

출탕중 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트{Slag Dart for Preventing Carry Over Slag during Tapping}

본 발명은 제강 정련공정에서 출탕 중 슬래그 혼입방지를 위해서 사용하는 슬래그 다트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로 및 레이들(Ladle) 정련후 용탕을 출탕하는 과정중 출탕말기에 상층의 슬래그(Slag) 유출을 방지하기 위해 전로 및 레이들 내에 투입되는 슬래그 다트의 중심축 부분을 동공의 철강파이프 또는 튜브형태를 넣어서 고온의 출탕과정에서 볼텍스 현상에 의해 다트헤드부의 조기 폐쇄로 인한 다량의 잔탕과 이로 인해 출탕시간이 연장되는 것을 해소할 수 있는 것을 특징으로 하는 제강정련 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정은 용선예비정련∼전로정련∼2차정련공정으로 구성되며, 이 과정을 통해 얻어진 용강은 연속주조공정을 거쳐 수요가가 원하는 주편을 제조한다.

상기의 제강공정에서 전로(1) 및 레이들(6)내 용강(4) 상부에는 반드시 슬래그(5) 층이 있다.

한편, 상기와 같은 정련과정을 거친 용강은 최종품질의 규격을 만족하고자 2차 정련과정을 거치게 되는데 이때 전로에서 2차 정련을 실시하기 위해 운반 및 정련용기인 수강레이들(6)에 용강(4)이 출탕된다.

도1에 도시된 바와 같이 출탕하는 과정에서는 지구의 자전에 의해 생기는 볼텍스(Vortex) 현상 때문에 용강(4)과 슬래그(5)의 자유표면이 형성되어 와류현상이 발생되며, 이러한 와류현상에 의해 용강 상부의 비중이 작은 슬래그(5)가 출탕구(2)를 통하여 수강레이들(6)로 유출된다. 이러한 현상은 제강공정에서 단지 수강레이들(6)에서 뿐만 아니라, 각종 비철제조 및 전기로 조업시에도 마찬가지로출탕을 포함하는 모든 공정에서 발생하는 현상이다.

상기의 일련의 출탕과정에서 불가피하게 발생되는 와류에 따른 슬래그 혹은 저비중의 상부물질의 혼입과정을 억제하기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있으며, 제강공정 중 전로에서는 출강중기에 용강과 슬래그의 중간 정도의 비중(3.0 ∼ 5.5)을 가지며 내부는 내화성이 강한 산화물과 비중 조정용 철분으로 구성된 구형의 슬래그 볼이 있으며, 이외에도 깔대기 모양의 내부에 철심을 삽입하고 여기에 비중조정용으로써 고 비중의 크롬산화물과 철산화물을 적정비율로 배합하여 노내에 투입시 슬래그와 용강의 사이에서 부유하고 있다가 적정시점에서 출탕구를 폐쇄하는 슬래그 다트라는 것이 있다. 상기한 슬래그 커팅기구(Slag Cutting Device)들은 배재-장입-취련-출탕으로 이루어지는 일련의 제강공정을 한 주기로 하여 매주기마다 출탕말기에 슬래그 커팅기구를 투입하여 슬래그 유출을 방지하고 있다.

한편, 전로 정련작업이 끝난 전로내 용탕을 레이들로 출탕하기 위해서는 우선, 전로를 경동하여 수평방향으로 기울이면서 시작되며 총출탕시간은 통상 4∼7분이 소요된다. 이때 총출탕시간의 60%∼70% 시점에 슬래그 다트의 전로 출탕구에 상부로부터 삽입을 위해 구동장치를 작동하여 슬래그 다트 철강재 파이트 상단부와 체결 고정한 다음 전로 출탕구 상부로 이동시켜 낙하 삽입할 위치에서 일단 멈춘 후 출탕구에 슬래그 다트의 철강재 파이프 하단부가 들어가도록 한다.

일반적으로, 슬래그 혼입을 방지하기 위해 투입되는 커팅기구의 기본성질은 다음의 조건을 만족하여야 한다.

1) 비중이 용강(약7.0)보다 작고, 슬래그(2.5∼3.0)보다 커야한다.

2) 고온의 용강 및 슬래그가 존재하는 조건에서 용융되지 않고 견뎌

야 하므로 내화재의 융점이 높아야 한다.(1700℃이상)

3) 운반이나 취급이 용이하도록 강도가 높고 상온상태에서 순식간에

고온영역으로 투입되어야 하므로 열충격이 강해야 한다.

4) 고온의 슬래그와 접촉하고 있으므로 내화재 자체가 내침식성이

우수하여야 한다.

한편, 종래 슬래그 유출 방지를 위한 기술들을 살펴보면, 내부에 철이나 강이 내장되고 외부는 내화재료로 구성된 것으로 비중이 슬래그와 용강의 중간정도가 되어 슬래그와 용강의 계면에 위치하고 있다가 슬래그가 유출되기 전에 출탕구를 폐쇄할 수 있도록 한 것으로서 도 2-(a)의 슬래그체크볼(Slag Check Ball, 한국 공고특허번호 81-197호)이나 도 2-(b)의 슬래그컷팅디스크(Slag Cutting Disc, 한국 실용신안 출원번호 85-5320호) 또는 도 2-(c)의 테이퍼드 후로우팅 프러그(Tapered Floating Plug) 등이 있다. 이러한 것들은 출탕구 폐쇄시 잔류용탕량이 많아서 용탕회수율이 저하하는 문제점이 있다. 이를 해소하기 위해 종래에는 출탕구 형상을 타원형으로 해서 출탕구가 폐쇄되더라도 잔류용탕을 줄이려고 노력해 왔다.

그리고 한국특허 출원번호 제1999-4406호에는 전로 출탕말기에 슬래그 유출을 방지하고, 용융금속만을 배출하기 위한 슬래그 다트에 관한 것으로써, 슬래그 다트내부에 홈을 만들어 출탕구를 폐쇄한 후 잔탕이 존재하는데, 출탕구를 폐쇄하더라도 상기한 홈을 통하여 잔탕을 배출되도록 한 것이다.(도2 (d) 참조)

상기외 실용신안 등록번호 1990-2443 (도2 (e))는 슬래그 다트 헤드부인 내화재 내부에 홀을 내어 잔류용탕을 줄일려고 한 사례가 있다. 상기한 도 2에 나타낸 종래기술의 문제점은 살펴보면, (a)∼(c)의 경우는 잔류용탕을 최소화하기 위해서는 출탕구 형상을 원형이 아닌 타원형으로 만들어 출탕구가 폐쇄되더라도 용탕이 나가도록 별도의 설계가 필요하고, 특히 (a)와 (b)는 출탕구 상부 슬래그와 용탕계면에 투입하더라도 출탕시 용탕의 와류현상 때문에 용탕상부를 벗어나는 사례가 많아서 슬래그컷팅 적중율이 낮은 문제점이 있다. 한편 (d)의 경우는 내화재 내부에 홀을 내어 잔탕을 줄일려는 목적이지만 이것은 출탕구 상부로 투입시 낙하되면서 슬래그와 용탕 계면을 한번 들어갔다가 떠오를 때 내화재 내부홀에 슬래그가 혼입되어 굳어버려 제기능을 상실하게 되어 실용화가 불가능하다는 근본적 문제점을 안고 있다. 또한 (e)는 (c)의 문제점을 해소하기 위해 슬래그 다트 헤드부에 홈을 내어 슬래그 혼입을 억제하는데는 효과가 있으나 출탕구 폐쇄후 잔탕이 많고, 이 잔탕은 작은 홈을 통해 흘러나오게 함으로써 출탕시간이 길어짐과 동시에 용탕의 온도가 떨어지는 문제가 있다. 한편 이것은 중앙부의 철봉의 선단부가 출탕구 부분에 유지되도록 함으로써 와류에 의한 이탈을 방지할 수 있는 역할을 부여함으로써 출탕구 폐쇄 적중율을 향상시키는 효과가 있다. 그러나 이로 인해 출탕구가 원통형인 경우 폐쇄후 잔탕이 다량 남게 되어 용탕실수율을 저하시키는 요인이 되며, 이의 해소를 위해 다트헤드부의 모서리 둘레에 홈을 내어 해결코자 하였으나 상기한 바와 같이 잔탕을 흘러보내기 위한 소요시간이 길어지는 문제점이 있다.

상기에서 출탕구 폐쇄후 잔탕량은 출탕구 폐쇄시 용탕이 유출될 때 출강구 근방에서 용강의 유속이 빨라져서 이로 인해 발생하는 흡인력으로 용탕이 출탕구를빠져나오기 전에 슬래그 다트 및 볼이 출강구를 미리 폐쇄함으로써 생긴다. 따라서 슬래그 다트 및 볼에 작용하는 흡인력을 감소시켜 출탕구 조기폐쇄를 지연시킴으로써, 잔탕량을 줄일 수 있는 기술이 필요하며 이로부터 출탕시간을 단축시킬 수가 있는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 슬래그 컷팅기구들이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하기 위해 아이디어를 도출한 것으로, 출탕시 발생되는 와류현상을 억제시킬 수 있도록 슬래그 컷팅기구 중앙부에 볼텍스에 의해 용탕이 빨려내려갈 때 발생되는 흡인력을 감소시키고 이때 대기의 공기가 들어가도록 하여 그 힘을 약화시켜 주도록 하는 동공의 철강재 파이프를 삽입하여 출탕구의 조기 폐쇄를 지연시킴으로써 잔탕을 최소화시켜 용탕실수율을 높임과 동시에 출탕시간을 단축시킬 수 있도록 하는 출탕중 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 출탕중 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트는, 외주면에 상하로 연장하는 다수의 홈이 형성되고 내화재로 제조된 깔대기 모양의 다트 헤드 및 도 1에서 도시한 바와 같은 철봉으로 구성되는 슬래그 다트에 있어서, 다트 헤드 하부에 결합되어 전로의 출탕구에 삽입되는 내화물로 제조된 슬리브와 다트헤드를 일체화하도록 관통하여 설치하도록 하되 상기 슬리브 내부에 긴 철강재 파이프를 포함하여 구성함에 의해 달성된다.

도 1은 일반적인 전로의 출탕작업을 예시하는 단면도.

도 2는 종래의 사용하는 슬래그 유출 방지용 다트을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 의해 구성된 슬래그 다트를 도시한 단면도.

도 4는 종래 기술에서의 슬래그 혼입방지 기구를 도시한 모식도.

도 5는 본 발명에 의한 슬래그 혼입방지 기구를 도시한 모식도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 전로 2: 출탕구

3: 슬래그 다트 4: 용강

5: 슬래그 6: 수강레이들

10:슬래그 다트12:슬리브

13:파이프

이하에서는 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 실시예를 도시한 도면과 관련하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전로의 슬래그 혼입 방지용 슬래그 다트의 구성을 도식적으로 나타낸 것으로, 슬래그 다트는 깔대기 형상의 내화재로 만들어진 다트헤드(10)와 이 다트의 중앙을 관통되도록 만들어진 관통공 하부의 홀부(11)와 결합되는 중공의 관형상의 슬리브(12) 및 다트헤드(10)와 슬리브(12)를 하나로 결합시키기 위한 철강재의 긴 파이프(13)로 구성되어 있다.

한편, 종래의 슬래그 다트에 의한 출탕작업시의 슬래그 혼입 및 용탕의 잔류현상에 대한 기구를 도 4에 도시하였으며, 본 발명에 의한 기구를 도 5에 도시하였는데, 도면에서 알 수 있듯이 종래방법에서는 다트가 투입된 이후 슬래그 상부의 대기압 및 출탕구 (2)내부의 기압차에 의해 슬래그의 와류에 의한 유출현상이 발생하며, 또한 용탕이 상당부분 잔류한 상태에서 상기 기압차에 의해 슬래그 다트가 출탕구(2)를 조기 폐쇄함으로써 잔탕이 존재하기 때문에 출탕 실수율이 감소하게 된다. 그러나 본 발명에 의한 구성으로 제조된 슬래그 다트에 의하면 도 5에서 보는 바와 같이 출탕작업시 슬래그(5) 상부에 존재하는 공기가 출탕구( 안쪽으로 철강재 파이프를 통해 유입됨으로써 슬래그(5) 상부의 대기압 및 출탕구 내부의 기압차를 감소시킴으로써, 슬래그 와류현상이 거의 발생되지 않으며, 또한 상기한 기압차가 종래 대비 크게 감소하여 기압차에 의한 슬래그 다트의 출탕구 조기 폐쇄현상을 억제할 수 있으며, 이에 따라 잔탕량이 거의 없어 출탕실수율을 크게 향상 시킬수가 있다.

상기한 본 발명에 의한 슬래그 다트 제조시 헤드부분을 제조하기 위해 사용된 재료는 1700℃이상의 고융점 산화물인 내화재와 비중조정용으로 0.5∼5mm의 철강볼을 중량비로 25% 혼합한 것으로 구성하였으며, 비중은 슬래그와 용탕의 중간영역인 3.5로 하여 사용하였기 때문에 슬래그와 용탕의 중간 위치에 놓이도록 하였다.

다트헤드 하부홈에 결합되는 중공의 내화물로 구성된 슬리브(12)는 도 3에 나타낸 바와 같이 다수의 슬리브로 이루어지며 각각의 슬리브(12)는 중앙의 철강재 파이프(13)가 관통삽입되는 슬리브 중공(中孔)과 결합되도록 관형상으로 상단부에는 돌출부와 하단의 홈부가 부정형의 내화시멘트에 의해 접합되도록 슬리브를 구성하였다.

이와 같은 내화재로 제조된 관형상의 슬리브(12)를 다트헤드 상하부로 나온 철강재의 파이프 외부에 삽입 장착하고, 파이프의 최하단부는 나사를 내어 저융점의 구리 혹은 알미늄 캡으로 조이면서 고정시킨다. 여기서 알미늄 혹은 구리 캡의 체결 목적은 두가지 역할을 하도록 하기 위함인데, 첫째는 일체화시켜 결합된 슬래그 다트의 중앙부 철강재 파이프가 이탈되지 않도록 하는 것이고, 둘째는 슬래그 다트를 전로내 출탕구 상부로 투입시 슬래그 및 용강이 파이프내로 들어가지 않도록 하고 동시에 출탕구에 낙하 투입된 후에는 용융되어 출탕중에 공기의 흡입이 가능하도록 하기 위함이다.

한편, 상기한 캡의 구성은 구리(용융점 1083℃), 알미늄(용융점 660℃), 종이, 천 등 저융점의 재질 중 어느것을 사용하여도 무방하나 단지 슬래그 다트가 용강층에 침투했다가 다시 부상하는 동안(슬래그와 용탕사이로)까지 견딜 수 있는 두께 및 재질로 하는 것이 바람직하며, 또한 투입후 캡 구성요소의 산화에 의한 가스 발생을 촉진할 수 있는 것도 포함할 수 있으며, 상기 캡의 구성요소가 빨리 용융된다 할지라도 캡의 외부에 상기한 역할을 수행할 수 있는 코팅재등을 캡의 외부에 코팅하는 것도 포함할 수 있다.

이와 같이 전로 출탕구에 본 발명의 슬래그 다트를 사용하면 전로를 경동하여 용탕을 레이들에 출탕할때 용탕상부의 슬래그가 레이들로 혼입하는 것을 방지함은 물론 슬래그 다트가 출탕구를 폐쇄한 후에도 잔탕량이 거의 없어 출탕시간을 단축할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

실시예에서 사용된 용강은 전로정련후와 유사한 성분범위를 갖는 용강으로서, C은 0.03∼0.05%, Mn 0.08∼0.12%, P 0.010∼0.013%, S 0.008∼0.012%였으며, 용강온도는 1680∼1700℃였다. 슬래그 다트는 도면에서 도시한 바와 같이 투입기를 이용하여 출탕구 상부로부터 낙하시켜 슬래그와 용강계면에 위치하도록 침지시켰고 이때의 침지시간은 종래와 본 발명 모두 동일한 조건이다. 이때 사용된 깔대기 모양의 다트헤드의 내화재 구성비 및 비중은 표 1과 같다

.[표 1]

구성비(중량%)	비중
Cr2O3	Al2O3	MgO	Fe2O3
25.1	24.0	8.1	40.8	3.5

본 발명의 슬래그 다트의 출탕중 슬래그 유출 방지효과 및 출탕구 폐쇄직후 잔탕량 및 출강시간을 측정하기 위하여 100톤 규모의 전로를 이용하였다. 종래의 슬래그 다트와 본 발명에 의해서 제조된 슬래그 다트를 출탕 3분경에 슬래그 다트 투입기를 이용하여 전로내 출탕구 상부에 투입하였다. 실시횟수는 각각 9회이다. 그 결과를 요약하면 표 2와 같다.

[표 2]

구분	출강시간(분)	슬래그 유출량(kg/ch)	잔탕량(배재시 목측)	실시횟수
종래	5.0∼6.0	400∼800	평균 1.2톤	9회
본 발명	4.5∼5.5	300∼400	거의 없음	9회

표2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 슬래그 다트를 사용한 경우출강시간이 4.5∼5.5분 걸리는 반면에 종래의 것을 사용한 경우는 5.0∼6.0분으로 30초가 더 걸렸고, 슬래그유출량 또한 종래의 것은 차이지(charge) 당 400∼800kg인 반면에 본 발명의 것은 차아지 당 300∼400kg으로 종래 대비 100∼150kg이 줄었다. 한편 잔탕량은 본 발명의 경우는 배재시 목측으로 확인한 바에 의하면 거의 없는 것을 알 수 있었으나 종래의 것을 사용한 경우에는 3 차아지 출강이 완료된 후 슬래그 팬(slag pan)내의 용강 지금을 칭량해 본 결과 3.6톤으로써 차아지당 평균 1.2톤의 잔탕이 있음을 확인할 수 있었다.

상기의 사실로부터 본 발명에 의해 제조된 슬래그 다트를 사용하여 출탕중 슬래그의 레이들내 혼입방지 효과는 물론 잔탕량 최소화로 인한 출강시간 단축효과 또한 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 출탕시 슬래그 혼입방지를 위하여 투입되는 슬래그 다트를 제공함으로써, 제강정련 슬래그 혼입 방지와 더불어 출탕완료후 잔탕이 거의 없고 출강시간의 연장 없이 출탕작업이 가능해짐으로써 슬래그 혼입량의 대폭적인 저감과 배재작업이 용이해져 작업성이 개선됨에 따라 생산성 향상과 동시에 안정적 용강 품질을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 제강정련 공정중 용융금속의 출탕공정에서 슬래그의 혼입을 방지하고, 용융금속만을 출탕하기 위해 사용되는 슬래그 다트를 구성함에 있어, 외주면에 상하로 연장되는 다수의 홈이 있고 내화재로 제조된 깔대기 모양의 다트헤드부로 구성되는 슬래그 다트 제조시, 다트헤드 하부와 결합되어 전로 출탕구에 삽입되는 내화물로 제조된 슬리브 및 다트헤드 상부와 결합되어 출탕중 슬래그층 위로 돌출되도록 제조된 슬리브로 구성하여, 다트헤드와 일체화되도록 관통하도록 하되, 상기 내화재 슬리브 내부에 철강재 파이프를 삽입하여 전로 출탕말기에 와류현상에 의한 볼텍스 현상을 억제시키고, 출탕구의 조기폐쇄를 지연시킴으로써 잔탕을 최소화하여 출탕시간을 단축할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 출탕중 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트.
2. 제 1항에 있어서, 긴 철강재 파이프는 슬래그 다트 투입기를 이용하여 전로 출탕구 상부로부터 투입시 슬래그과 용강으로 침지되어 들어갔다가 부상하면서 슬래그층으로 나올때까지 파이프 양끝이 슬래그 또는 용강에 의해 막히지 않도록 저융점의 금속류 혹은 종이, 천등으로 구성되거나, 캡외부에 코팅재를 코팅하는 것을 포함하여 상기의 슬래그 혹은 용강 막힘의 방지 기능을 발휘할 수 있는 캡을 끼울 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 출탕중 슬래그 혼입방지용 슬래그 다트.