KR20030042141A - 와류억제를 위한 전로 출강구 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정에 있어서 전로내부의 용강 출강시 출강구에서의 용강 와류형형성으로 슬래그 유출이 일어나는 것을 억제할 수 있는 새로운 출강구 구조의 제공에 관한 것이다.

본 발명은 전로의 출강구 교환용 내화벽돌(1)을 주변의 전로내부 벽체보다 내측으로 돌출되도록 설치하고, 상기 내화벽돌(1)의 전로 내측으로의 돌출부위에 출강구 단면적의 10∼80% 크기의 단면적을 지닌 구멍(5)을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 와류억제를 위한 전로 출강구 구조를 제공한다.

Description

와류억제를 위한 전로 출강구 구조 {IMPROVEMENTS IN MOLTEN METAL EXIT OF CONVERTOR FOR DECREASING WHIRL STREAM OF MOLTEN METAL FLOWING OUT OF THE EXIT}

본 발명은 제강공정중 전로에서 출강작업시 레이들로의 전로 슬래그 유출에 크게 영향을 미치는 와류형성을 억제할 수 있는 새로운 출강구 구조에 관한 것이다.

도5는 본 발명이 관련된 제강 전로로서 전형적인 전로의 구성을 보여 주는데, 이는 전로본체(10)와 이 전로본체(10)의 적소에 마련된 출강구(20)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

이러한 전로에서 제강된 용강의 출강시에 출강구(20)로의 슬래그 유출은 크게 출강 초기, 중기, 말기로 구분되며, 초기에는 전로의 경동과 더불어 슬래그가 출강구 내부로 먼저 혼입되어 나타나고, 중기때는 주로 와류형성에 의해 발생되며, 말기때는 용강의 양이 작기 때문에 용강과 슬래그가 함께 빠져 나오면서 발생하는 것으로 알려져 있다. 이 중에서 출강 중기에 발생하는 와류형성에 의한 슬래그 유출이 전체 유출량의 80% 정도를 차지하여 이를 억제하기 위한 방법들이 많이 강구되어 왔다. 첫번째가 출강구 주변에 댐을 설치하여 와류의 형성시점을 억제하는 방법인데, 댐의 수명이 전로의 수명에 대비하여 현저히 짧기 때문에 설치 직후에는 효과가 있으나 붕괴 및 마모가 발생하게 되면 효과가 없고, 특히 재시공 자체가 불가능하여 거의 채택되지 않고 있는 실정이다. 두번째는 출강구 주변에 가스 취입용 내화물을 매설하여 와류형성을 억제하는 방법인데, 이것 또한 내화물의 수명이 현저히 짧고 재시공이 불가능하여 거의 채택되지 않고 있다. 세번째는 슬래그와 용강의 계면에 내화물로 구성된 물체를 부유시켜 와류형성을 억제하는 방법인데, 체크볼과 다트(dart)의 투입사용이 그것이다. 체크볼은 와류형성을 억제하는 효과는 있으나 출강구 상부에 정확하게 투입하기 곤란하여 적중율이 낮고 또한 매번 출강작업시마다 투입해야 하는 문제가 있고, 다트는 별도의 투입설비를 이용하여 투입하기 때문에 적중율은 높으나 이 또한 매번 투입해야 하므로 현저한 비용부담 및 투자비가 수반되는 문제점을 안고 있다.

본 발명은 이상에서 열거한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 출강구 구조를 제공함으로써 전로 슬래그의 유출억제를 통한 합금철의 실수율 향상 및 용강 품질향상, 출강구내로의 슬래그유입 최소화를 통한 출강구의 수명향상 등을 가져 오도록 하는 것에 그 목적이 있다.

도1은 종래의 출강구 구조를 보여 주는 도식적인 단면도,

도2는 본 발명의 출강구 구조를 나타낸 도식적인 단면도,

도3은 도2의 요부발췌 확대도,

도4는 출강구 및 구멍 단면적비와 와류형성 높이의 관계 그래프,

도5는 일반적인 전로의 단면도.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 전로 출강구 내화벽돌 2 : 출강구 지지용 세트블럭

3 : 전로 벽체용 내장 내화벽돌 4 : 철피

5 : 출강구 내화벽돌의 측벽 구멍 Di : 출강구 내화벽돌의 내경

Ds : 출강구 내화벽돌의 측벽 구멍의 내경

H : 전로 내벽에서 출강구 내화벽돌 돌출단부까지의 높이

본 발명은 상술한 전로의 출강작업시 출강구로의 슬래그 유출을 유발하는 와류형성 억제가 가능하면서 수시로 교환이 가능한 구조를 전로 출강구에 제공하면 상기 종래의 문제점을 효과있게 해결할 수 있다는 데에 착안한 것이다.

전로에서 출강구는 내측의 내화벽돌로 된 통로부재를 수시로 교체하여 사용하므로 이 출강구 내측의 통로부재를 이용하여 와류형성을 억제할 수 있다면 설사 통로부재를 이루는 내화물이 용손되어 와류형성의 억제 효과가 없어져도 새롭게 출강구 내화물을 교환하면 다시 이 효과가 지속될 것이므로 가장 효과적인 방법이 될 것이다. 또한, 이렇게 출강구를 이용하게 되면 특별한 설비비 및 매번의 출강시마다 특별한 조치가 필요없게 되어 비용 및 작업부하도 현저히 감소시킬 수 있다.

종래의 전로 출강구의 구조를 도1에 나타내었는데, 마그네시아-흑연 재질로구성된 출강구 교환용 내화벽돌(1’)과 이를 지지하고 있는 세트블럭(Set Block)(2) 및 주변의 전로 벽체용 내장 내화벽돌(3)의 상단이 동일한 높이에 위치하고 있다. 출강시 와류의 형성은 출강구 주변의 용강의 흐름에 의해 발생되는데, 만일 주된 흐름을 방해하는 다른 흐름이 존재하면 주흐름이 교란되면서 와류의 생성이 지연되게 된다. 이러한 현상을 이용한 것이 출강구 주변에 댐을 설치하거나 가스를 취입하는 구성을 부가하는 등의 종래 기술이다.

본 발명은 도2와 같이 출강구 교환용 내화벽돌(1)의 길이를 증가시켜 이 내화벽돌(1)의 내단이 전로 내벽의 벽체보다 돌출되도록 하고, 출강구를 통한 용강의 출강시 용강의 주흐름에 교란을 가하고자 출강구 교환용 내화벽돌(1)의 측벽에 추가로 구멍(5)을 설치하여 주흐름을 교란하여 와류형성을 억제시키도록 하였다.

또한, 상기 내화벽돌(1) 측벽 구멍(5)의 하단이 주변의 전로내벽의 벽체높이와 일치하도록 함으로써 잔류용강이 발생되는 일이 없도록 하였다.

도2와 같이 출강구를 구성함으로써 출강작업시에 와류형성을 억제시키고, 사용중에 내화벽돌(1)의 손상에 의해 그 효과가 없어져도 신규로 출강구 내화벽돌(1)을 교환하면 다시 이 효과를 유지할 수 있으므로 본 발명의 목적이 효과적으로 달성 가능하다는 것을 알 수 있다.

도3에 도2의 요부를 확대하여 자세히 나타내었는데, 출강시 용강의 주흐름은 출강구의 내경(Di)에 의해 결정되므로 이 흐름을 방해하는 정도에 따라 와류형성시점에 차이가 있을 것이 쉽게 판단된다. 즉, 출강구 측벽에 추가로 설치될 구멍(5)의 내경(Ds)이 극히 중요한 역할을 한다. 상기 출강구 내화벽돌(1)의 돌출 높이(H)는 상기 구멍(5)의 내경(Ds)보다는 높아야 한다. 만일, 구멍(5)의 내경(Ds)이 내화벽돌(1)의 돌출 높이(H)보다 커지면 출강구를 통한 주흐름과 구멍(5)을 통한 부흐름이 합체되어 와류형성 억제효과가 없게 되므로 구멍(5)의 상단에서 출강구 끝부분까지의 길이는 연와의 손상을 함께 고려하여 적정 범위로 설정한다. 또한, 상기 내화벽돌(1)의 돌출 길이를 지나치게 길게 하면 열적 안정성이 부족해지므로 가급적인 범위내에서 짧게 하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 또한, 상기 구멍(5)의 형상을 변화시키는 것도 생각할 수 있으나 와류의 형성을 억제하는 효과는 결국 주흐름에서의 속도와 추가로 설치된 구멍(5)을 통한 부흐름의 속도차이에 좌우되게 되므로 구멍(5)의 형상은 크게 중요하지 않을 것으로 판단되지만 고온에서의 열적 안정성을 고려하면 가능한 원형에 가까운 것이 바람직하다. 또한, 상기 구멍(5)의 개수를 1개인 경우부터 복수개인 경우까지 다양하게 변화시킬 수 있지만, 1개인 경우는 이물질이 유입시 막힘발생의 가능성이 있고 복수개인 경우는 돌출부위의 열적 안정성이 약화될 것이므로 2개 정도가 타당할 것으로 판단된다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

(실시예)

용량 250 ton 전로의 1/10로 제작된 아크릴 모형을 이용하여 출강시험을 행하고 이때 와류가 발생되는 시점의 벽체로부터 탕면까지의 높이를 조사하였다. 이 높이가 높으면 와류가 빨리 생긴 것이고, 이 높이가 낮으면 와류가 늦게 생기므로 슬래그의 유출이 작게 될 것을 쉽게 알 수 있다. 아크릴로 제작된 출강구의 내경은 18mm이고 전술한 돌출부위의 높이(H)는 20mm로 설정하였다. 출강구 돌출부위의 좌우 측벽에 드릴로 구멍(5)을 뚫어 단면적을 변화시키면서 실험을 실시하였다. 또한, 돌출되지 않은 기존 출강구 구조를 이용하여 실험을 실시하고 이때 와류가 발생되는 높이를 측정하였다. 실제 전로의 출강작업은 전로를 경동하여 행하지만 본 실험에서는 경동시의 영향을 배제하기 위해 미리 전로를 경동하여 고정시킨 후 출강구를 막고 물을 일정한 높이까지 채운후 10분간 대기하여 탕면을 안정시킨 후 출강구를 열어 물을 배출하면서 실험을 실시하였다.

종래 구조인 도1의 구조로 시험한 결과 와류형성 개시 높이는 43mm로 평가되었다. 도2의 본 발명 구조로 실험한 결과를 도4의 그래프 나타내었는데, 출강구 측벽에 추가로 설치한 구멍(5)의 단면적의 합계가 출강구 단면적의 10∼80%인 경우에 와류형성 개시높이가 높게 나타나서 와류형성 억제 효과가 있다는 것을 알 수 있다. 출강구 내화벽돌(1)의 전로 내부로의 돌출높이만 상승시키고 측벽에 구멍을 설치하지 않은 경우, 즉 출강구 대 구멍(5)의 단면적비가 0인 경우는 탕면으로부터 출강구까지의 높이가 종래 대비 오히려 낮아져서 와류형성이 빨라진 것으로 판단되고, 측벽의 구멍(5)이 출강구의 단면적 대비 동등 이상인 경우는 주흐름에 대해 방해작용이 아닌 오히려 촉진시키는 작용을 하는 것으로 나타나는데, 이 경우는 모형내부의 물이 배출되는데 걸리는 시간도 짧게 나타나서 단위시간당 배출량이 증가됨으로써 와류형성이 빨라진 것으로 판단된다.

따라서, 본 발명는 전로 출강구에 대한 간단하고 효과적인 개선을 통해 전로내 용강의 출강시 출강되는 용강의 와류형성 및 이로 인한 슬래그 유출을 효과있게억제하여 용강 품질향상을 가져올 수 있는 효과가 있고, 또한 이러한 효과를 가급적 적은 비용을 들여 달성할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 전로의 출강구 교환용 내화벽돌(1)을 주변의 전로내부 벽체보다 내측으로 돌출되도록 설치하고, 상기 출강구 교환용 내화벽돌(1)의 전로 내측으로의 돌출부위 측벽에 추가적인 구멍(5)을 설치하는 것을 특징으로 하는 와류억제를 위한 전로 출강구 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 출강구 교환용 내화벽돌(1)에 제공되는 구멍(5)의 총단면적이 출강구 자체 단면적의 10∼80%인 것을 특징으로 하는 와류억제를 위한 전로 출강구 구조.