KR200396197Y1 - 전기로의 ｅｂｔ 내화구조물 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 전기로의 EBT(Eccentric BOTTOM TAPPING) 내화구조물에 관한 것으로서, 스폴링 손상 및/또는 고온 화염 클리닝 작업에 의해 야기되는 내화벽체의 균열 발생, 균열 확대, 그리고, 균열 내로의 지금 침투 등을 억제하여 그 내구성 및 수명이 크게 향상된 전기로의 EBT 내화구조물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 고안에 따른 EBT 내화구조물은, 출강구를 형성하는 중공구조의 내화벽체와, 상기 내화벽체의 외주면을 감싸 안도록 설치되어 상기 내화벽체의 균열을 제한하는 금속밴드를 포함한다. 따라서, 본 고안은 상기 금속밴드가 내화벽체를 향해 가하는 힘 등에 의해 내화벽체의 균열을 억제할 수 있으며, 상기의 균열 억제를 통해 균열 내로의 지금 침투, 슬래그 부착 등을 막아줄 수 있다. 더 나아가, 본 고안은 상기한 균열, 지금 침투, 슬래그 부착을 억제함으로써, 내화벽체에 대한 고온 화염 클리닝 작업의 회수를 줄여줄 수 있으며, 이는 EBT 내화구조물의 수명 및 내구성을 크게 향상시켜줄 수 있다.

Description

전기로의 ＥＢＴ 내화구조물{EBT FIREPROOF STRUCTURE IN ELECTRIC FURNACE}

본 고안은 전기로의 EBT(Eccentric Bottom Tapping) 내화구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 균열 및 그 균열 내로의 지금 침투 등이 크게 억제되어 보다 향상된 내구성 및 수명을 갖는 전기로의 EBT 내화구조물에 관한 것이다.

제철, 제강분야에서는 높은 전기저항열을 이용하여 고철 등을 용융, 정제하는 전기로가 이용되고 있다. 이와 같은 전기로는 용융 및 정제(또는, 정련) 공정 후에 노내의 용강을 노 외부로 출강하여, 그 출강된 용강을 압연 또는 단조 등과 같은 후속공정에서 사용할 수 있도록 해준다.

통상, 전기로의 출강방식으로는 TST(Tapping Spout tapping) 방식과 EBT(Eccentric Bottom Tapping) 방식이 널리 알려져 있다. TST 방식은, 내화물 구조의 출강홈통을 이용하여 전기로에서 흘러나오는 용강을 레이들(ladle)로 안내하는 방식으로서, 과거의 전기로에서 주로 이용되었다. EBT 방식은, 근래의 제철/제강 분야에서 가장 많이 이용되고 있는 전기로의 출강방식으로서, 전기로의 노저에 편심되게 설치된 EBT 내화구조물을 통해 노 내부의 용강을 노 외부로 출강하는 방식으로 이루어진다.

도 1은 EBT 방식을 채택한 종래의 전기로를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전기로(100)는 고온의 전기저항열을 발생시키기 위한 전극봉(102)을 노 내측의 중앙 부근에 구비하는 한편 노저 부분에는 용강의 출강을 위한 중공구조의 EBT 내화구조물(104)을 구비한다. 상기 EBT 내화구조물(104)은 환형을 갖는 복수의 내화벽돌들을 적층하여 형성되며, 원통형의 지지벽체(105) 및 그 안쪽의 충진제(106)에 의해 지지된 채 그 하단에 설치되는 오프너(107)에 의해 출강구(104a)가 개방되도록 구성된다.

위와 같은 종래의 EBT 내화구조물(104)은 출강을 거듭하는 동안 많은 손상을 입게 되는데, 이러한 손상은 고온의 용강에 의한 마모, 슬래그에 의한 침식, 층상박리, 지금 부착, 산화 및 내화벽체의 스폴링(spalling) 등에 의해 야기된다. 여러 손상 요인들이 많은 연구를 통해 크게 저감된 것과는 달리, EBT 내화구조물의 큰 온도변화로 야기되는 스폴링 손상은 아직까지 EBT 내화구조물의 내구성 및 수명을 크게 단축시키는 주요 원인이 되고 있다는 점에서 이에 대한 대처가 시급한 실정이다.

종래의 EBT 내화구조물(104)에 있어서, 내화벽체에 스폴링이 일어나면, 그 내화벽체 상에 균열이 발생됨과 함께 그 균열이 급격히 확대된다. 내화벽체에 생긴 균열 사이에는 지금이 침투하고 슬래그가 부착되며, 슬래그와 지금 등을 EBT 내화구조물부터 제거하는 작업이 필요하다. 게다가, 전기로 내의 미용융물이 EBT 내화구물의 출강구를 막는 경우가 발생하는데, EBT 구조물의 사용을 위해서는 상기 출강구에서 미용융물을 제거하여야만 한다.

EBT 내화구조물의 내화벽체에 침투/부착된 지금 또는 슬래그를 제거하기 위해서, 그리고, EBT 내화구조물의 출강구를 막고 있는 미용융물을 제거하기 위해, 산소를 이용한 고온 화염 클리닝 작업이 수행되는데, 이 고온 화염 클리닝 작업은 EBT 내화구조물의 내화벽체에 산화충격 및 열충격을 입혀 내화벽체의 균열을 더욱 크게 확대시키며, 결국, EBT 내화구조물의 수명을 더욱 크게 단축시킬 수밖에 없었다.

따라서, 본 고안의 목적은, 스폴링 손상 및/또는 고온 화염 클리닝 작업에 의해 야기되는 내화벽체의 균열 발생, 균열 확대, 그리고, 균열 내로의 지금 침투 등을 억제하여 그 내구성 및 수명이 크게 향상된 전기로의 EBT 내화구조물을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 고안에 따른 EBT 내화구조물은, 출강구를 형성하는 중공구조의 내화벽체와, 상기 내화벽체의 외주면을 감싸 안도록 설치되어 상기 내화벽체의 균열을 제한하는 금속밴드를 포함한다. 따라서, 상기 금속밴드가 내화벽체를 향해 가하는 힘 등에 의해 내화벽체의 균열을 억제할 수 있으며, 상기의 균열 억제를 통해 균열 내로의 지금 침투, 슬래그 부착 등을 막아줄 수 있다. 더 나아가, 상기한 균열, 지금 침투, 슬래그 부착을 억제함으로써, 내화벽체에 대한 고온 화염 클리닝 작업의 회수를 줄여줄 수 있으며, 이는 EBT 내화구조물의 수명 및 내구성을 크게 향상시켜줄 수 있다.

여기에서, 상기 내화벽체는 환형을 갖는 다수의 내화벽돌이 적층 조립되어 이루어지되, 상기 내화벽돌들 각각의 외주면에 금속밴드가 설치되는 것이 바람직하다.

대안적으로, 상기 내화화벽체는 환형의 하단 내화벽돌과 그 위에 적층되는 하나의 통자형 내화벽돌로 이루어지며, 상기 금속밴드는 상기 통자형 내화벽돌에 설치되는 광폭의 금속밴드와 상기 하단 내화벽돌에 설치되는 협폭의 금속밴드로 이루어질 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안의 실시예들이 상세히 설명될 것이다.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 전기로의 EBT 내화구조물의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예의 EBT 내화구조물(1)은, 중공형의 내화벽체(10) 및 그 내화벽체를 감싸는 금속밴드(22, 24)를 포함한다.

본 실시예에서, 내화벽체(10)는 다수의 환형 내화벽돌(12, 14)이 적층 조립되어 이루어진 중공형의 구조를 이루어, 전기로(미도시됨) 내의 용강을 노 외부로 출강하는 출강구(16)를 내측 중앙에 구획 형성한다. 보다 구체적으로, 상기한 환형 내화벽돌(12, 14)들은 출강구(16)의 끝단을 이루는 하단 내화벽돌(12)과 그 위에 적층되는 복수의 적층형 내화벽돌(14)로 이루어진다. 본 실시예에서는, 하단 내화벽돌(12)이 Al₂O₃-SiC-C 또는 Al₂O₃-C 조성으로 이루어지고, 그 위의 적층형 내화벽돌(14)들이 MgO-C 재질로 이루어지지만, 이는 본 고안을 한정하는 것은 아니다.

또한, 금속밴드(22, 24)는 전술한 내화벽돌(12, 14)들 각각에 대응되게 마련되어 그 내화벽돌(12, 14)의 외주면 상에서 상기한 내화벽돌들 각각을 감싸 안도록 설치된다. 상기 금속밴드(22, 24)는 철강, STS강(스테인레스강) 또는 이에 상응하는 물성을 갖는 여타 금속으로 이루어질 수 있으며, 띠의 형태로 제조된 채 대응되는 각각의 내화벽돌에 감겨져서 내화벽돌 각각의 균열을 억제하는 힘(F; 도 3 참조)을 EBT 내화구조물을 향해 지속적으로 가한다. 이때, 내화벽체(10)에 감겨진 금속밴드(22, 24)는 양 끝단이 접합 또는 연결되어 있으며, 이러한 금속밴드(22, 24) 끝단의 접합/연결을 위해 용접 등이 이용될 수 있다.

도 3은 도 2의 I-I를 따라 취해진 단면도로서 금속밴드(22, 24)가 내화벽체(10), 보다 구체적으로는, 적층형 내화벽돌(14)의 균열을 막는 작용을 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 금속밴드(24)는 적층형 내화벽돌(14)의 외주면을 감싸 안도록 설치되며, 그 설치위치에서는 안쪽, 즉, 내화벽돌(24)의 외주면을 향해 소정의 탄력적인 힘(F)을 지속적으로 발생한다. 이 힘(F)은 내화벽돌(14)의 균열을 막아주는 기능을 함과 동시에 내화벽돌(14) 내측에 발생된 미세균열(C)이 더 이상 확대되지 않도록 해준다. 게다가, 상기 금속밴드(24)는 자체의 열전도성에 의해 내화벽체(10)의 중공면과 내화벽체(10)의 외주면 사이의 온도편차를 좁혀줄 수 있으며, 이 또한, 내화벽체(10)의 균열을 줄여주는데 기여한다.

도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 EBT 내화구조물을 도시한 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 EBT 내화구조물(1)은 환형의 하단 내화벽돌(12)과 그 위에 적층되는 하나의 통자형 내화벽돌(14)로 이루어진 내화벽체(10)를 포함한다. 이 때, 상기 하단 내화벽돌(12) 및 그 위의 통자형 내화벽돌(14)은 모두 환형으로 형성되며, 하단 내화벽돌(12)의 외주면에는 협폭의 금속밴드(22)가 설치되고, 통자형 내화벽돌(14)의 외주면에는 광폭의 금속밴드(24)가 설치된다.

<실험예>

동일 규격(용량 140톤)의 두 전기로에 금속밴드가 설치된 EBT 내화구조물(실시예)과 금속밴드가 설치되지 않은 EBT 내화구조물(비교예)을 각각 설치하여 두 전기로에서의 EBT 내화구조물의 성능을 비교하는 실험을 아래의 표 1과 같이 하였다.

본 실험예에서, 전기로에 설치된 본 실시예의 EBT 내화구조물은 10일간 135회 용강을 출강하였으며, 비교예에 따른 EBT 내화구조물은 평균 수명을 감안하여 120회의 용강을 출강하도록 하였다.

구 분	실시예	비교예
사용전 출강구 내경	180mm	180mm
사용후 출강구 내경	240mm	250mm
균열 발생	○	×
균열 확대	◎	×
지금 침투 현상	○	×
◎:없음, ○: 약간 있음, ×:다량 있음

위의 표 1로부터, 금속밴드의 설치유무에 상관 없이 전기로의 사용 후에는 EBT 내화구조물의 출강구가 확장됨을 확인할 수 있었으며, 이는 고온의 용강이 EBT 내화구조물의 내화벽체를 마모시킨 결과이다.

한편, 금속밴드가 사용된 본 고안의 실시예에 따른 EBT 내화구조물은 135회의 출강을 수행하는 동안 미세한 균열이 발생되었지만, 그 균열이 확대되는 현상과 그 균열을 통해 지금이 침투하는 현상이 실질적으로 나타나지 않음을 확인하였다.

이에 반해, 금속밴드가 사용되지 않은 종래의 EBT 내화구조물은, 상대적으로 적은 회수인 120회의 출강을 수행하였음에도 불구하고, 내화벽체 내측에 다량의 균열이 발생하고 그 균열 사이로 다량의 지금이 침투함을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 용강의 출강 과정에서 스폴링에 의한 균열이 다량 발생하고 내화벽체의 균열에 침투된 지금 등을 제거하기 위해 간간히 수행된 고온 화염 클리닝 작업이 내화벽체에 산화충격 및 열충력을 가하여 균열을 크게 확대시킨 것에 기인한 것으로 해석된다.

도 5 및 도 6은 전술한 종래의 EBT 내화구조물의 내부를 사진도로 촬영한 사진도들로서, 도 5는 EBT 내화구조물의 해체 직전에 촬영한 사진도로, 다량의 지금이 내화벽체의 균열을 통해 침투되어 고착된 것을 보여주며, 도 6는 EBT 내화구조물의 해체 직후에 촬영한 사진도로, 내화벽체에 생긴 균열의 깊이를 보여준다.

또한, 도 7 및 도 8은 본 고안의 실시예에 따른 EBT 내화구조물의 내벽을 보여주는 사진도들로서, 도 7 및 도 8로부터, 금속밴드가 설치된 EBT 내화구조물에는 균열의 확대와 그 균열을 통한 지금의 침투가 종래기술에 비해 훨씬 작음을 보여준다.

특히, 본 실시예에 따른 EBT 내화구조물은 고온 화염 클리닝 작업에 의해 내화벽체에 열충격 또는 산화충격이 가해질 때 자체의 금속밴드가 내화벽체를 강하게 잡아주며, 이에 의해, 전술한 열충격 또는 산화충격에 의한 내화벽체의 균열확대를 최소화시킬 수 있다.

이상에서는 본 고안이 특정 실시예을 중심으로 하여 설명되었지만, 본 고안의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 고안의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 고안을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

전술한 바와 같이, 본 고안은, 내화벽체를 감싸 안도록 설치된 금속밴드가 내화벽체의 스폴링 손상에 의한 균열 발생을 최소화하고, 또한, 화염 클리닝 작업 및 이에 의한 산화 충격 및 열충격에 의해 특히 심하게 일어나는 내화벽체의 균열확대 및 지금의 침투현상을 억제하여, 내구성과 수명이 크게 향상된 전기로의 EBT 내화구조물을 구현하는 것이 가능하다.

도 1은 종래의 EBT 내화구조물을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 EBT 내화구조물을 개략적으로 도시한 사시도.

도 3은 도 2의 I-I를 따라 취해진 단면도로서, 금속밴드가 EBT 내화구조물의 내화벽체에 가하는 힘을 화살표로 표시한 도면.

도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 EBT 내화구조물을 개략적으로 도시한 사시도.

도 5 및 도 6은 소정 회수의 출강이 이루어진 후 종래의 EBT 내화구조물의 내화벽체 내부를 보여주는 사진도들.

도 7 및 도 8은 소정 회수의 출강이 이루어진 후 본 고안의 실시예에 따른 EBT 내화구조물의 내화벽체 내부를 보여주는 사진도들.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10: 내화벽체 12, 14: 내화벽돌

16: 출강구 22, 24: 금속밴드

Claims (3)

1. 전기로의 EBT 내화구조물에 있어서,

   출강구를 형성하는 중공구조의 내화벽체와;

   상기 내화벽체의 외주면을 감싸 안도록 설치되어 상기 내화벽체의 균열을 제한하는 금속밴드를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 전기로의 EBT 내화구조물.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 내화벽체는 환형을 갖는 다수의 내화벽돌이 적층 조립되어 이루어지되,

   상기 내화벽돌들 각각의 외주면에 금속밴드가 설치된 것을 특징으로 하는 전기로의 EBT 내화구조물.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 내화벽체는 환형의 하단 내화벽돌과 그 위에 적층되는 하나의 통자형 내화벽돌로 이루어지며,

   상기 금속밴드는 상기 통자형 내화벽돌에 설치되는 광폭의 금속밴드와 상기 하단 내화벽돌에 설치되는 협폭의 금속밴드로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기로의 EBT 내화구조물.