KR20050084405A - 야금학적 융해용기를 위한 가스퍼징 장치 - Google Patents

야금학적 융해용기를 위한 가스퍼징 장치 Download PDF

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요하네스 타프너
알프레드 윌퍼니그
로마노 마이온
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리프랙토리 인터렉추얼 프라퍼티 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 야금학적 용융 용기(metallurgical melting pot)을 위한 가스 플러싱 장치(gas flushing device)에 관한 것으로서, 상기 장치는 다음과 같은 구성을 가진다: 가스 퍼징 브릭은 가스 배출단부에서 상부 원통형 리셉터클 내에 배열되어지고 인접한 섹션(section) 상에서는 하부 원통형 리셉터클 내에 배열되어지며, 고리모양의 챔버는 적어도 하부 리셉터클과 가스 퍼징 브릭 사이에 제공되어지며 매스(mass)로서 채워지며, 가스 퍼징 브릭, 리셉터클 그리고 매스(mass)들은 내화성 세라믹 재료로부터 만들어진다.

Description

야금학적 융해용기를 위한 가스퍼징 장치{GAS PURGING DEVICE FOR METALLURGICAL MELTING POTS}
본 발명은 야금학적 융해용기(metallurgical melting vessel)용 가스퍼징 장치(gas purging device)에 관한 것이다. 대응되는 가스퍼징 요소(gas purging element), 특히 가스퍼징 플러그(gas purging plug) 뿐만 아니라 가스퍼징 장치의 수많은 변형은 공지되어져 있으며 수년동안 사용되어져 왔다.
분리된 가스퍼징 플러그(gas purging plug)는 소위 방향성(directional) 또는 비-방향성(non-directional) 유공(porosity)으로써 구현되어질 수 있다. 예를 들어, “방향성 유공”은 플러싱 요소(flushing element) 내에 연장되는 채널(channel)로써 달성되어진다. “비-방향성 유공”은 대응되는 가스 투과성(gas permeability)을 가지는 다공성 내화재료(porous refractory material)로써 달성되어질 수 있다.
가스플러싱 장치(gas flushing device)는, 벽 또는 용기의 바닥을 형성하는 야금학적 융해용기(metallurgical melting vessel)의 내화 라이닝(refractory lining) 속으로 설치되어질 수 있다. 그러나, 예를 들어 유럽특허 EP0 560 834 B1호에서 기술되어진 바와 같이, 바닥 또는 벽의 원래의 위치(in-situ) 내에 실현되어질 수도 있다.
가스 플러싱 요소(gas flushing element)는 가스를 인도(conduct)하기 위하여 주로 기능한다. 그러나, 이러한 형태의 가스 플러싱 장치는 특정한 경우에 있어서는 가스(gas)/고체(solid) 혼합물을 인도할 수도 있다.
사용된 가스들은, 예를 들어 레이들(ladles)을 플러시(flushing)할 때, 비활성 기체가 될 수도 있다. 그러나, 예를 들어 전기로(electric furnace)에서는 산소(oxygen)로서 플러시하는 것 또한 알려져 있다.
모든 가스 플러싱(flushing)/퍼징(purging) 장치는 현저한 마모(wear), 특히 화학적/부식성 공격을 받게 된다. 이는 왜 상기 가스 퍼징 장치가 규칙적으로 교체되어질 필요가 있는지에 대한 이유가 된다.
도 1의 좌측부분은 통상적인 가스 퍼징장치(gas purging device)를 도시하고 있다. 소위 가스 퍼징 랜스(L)는 외부로부터 전기로(electric furnace)의 바닥부위(H) 속으로 유도되어지며, 상기 랜스(lance)는 와셔(B)의 도움으로 용기(vessel)의 외부 케이싱(outer casing, A) 상에 유지되어지며, 플랜지(flange)에 의해서 장착되어진다. 그 이후, 웰 노즐(well nozzle, S)이 랜스(lance, L)에 걸쳐서 위치되어지고 매스(mass)가 웰 노즐과 랜스 사이에 채워진다. 그 이후 웰 노즐(S)은 브릭(brick, M)으로 벽으로 둘러싸여지고, 다음으로 바닥부(H)는 노(furnace)의 매스(mass)로서 라인(line)되어진다.
가스퍼징 장치가 닳아 버려지면(도 1에서 점선으로 표시된), 전체 퍼징 장치는 제거되어질 필요가 있다. 이러한 것은 도 2의 좌측에서 도시되어진다. 새로운 가스 플러싱 장치가 이후에 상기에서 기술된 바와 같이 설치되어진다.
이러한 방법은 아주 시간-소모적이며, 바닥부의 거의 전체 노 매스(hearth mass)가 제거되어질 필요가 있으며, 특히 외부 케이싱(A)까지 제거되어질 필요가 있다.
도 1은 좌측에는 통상적인 가스퍼징 장치(gas purging device)를 도시하고 있으며, 우측에는 본 발명에 따른 가스퍼징 장치를 도시하고 있는 모습
도 2는 가스퍼징 장치가 제거되어진 상태를 도시하는 좌측의 통상적인 가스퍼징 장치와 우측의 본 발명에 따른 가스퍼징 장치를 도시한 모습
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 하부 리셉터클(lower receptacle)
12 : 가스 퍼징 브릭(gas purging brick)
16 : 매스(mass) 18 : 상부 리셉터클
결과적으로 본 발명의 목적은 닳아졌을 때 신속하고 저렴하게 교체되어질 수 있는 가스 퍼징 장치(gas purging device)를 제공하는 것이다.
본 발명은 특별한 마모(wear)를 받게되는 가스 퍼징 장치의 부분들, 즉 용융된 금속(molten metal)에 인접하게 위치되어진 가스 퍼징 장치의 부분들 또는 업스트림(upstream)하게 배치되어진 부분들로부터 즉 가스 주입구 단부(inlet end)의 방향에 있어서 가스 배출구 단부에 위치된 부분들을, 분리하는 것을 제시하고 있다.
교체(exchange)가 요구되어질 때, 가스퍼징 장치의 개별적인 부분들은 남아 있을 수 있고, 단지 실제적으로 마모된 부위들 또는 마모된 부분들만 교체되어진다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 실제적인 플러싱 요소(flushing element)는 용융 용기(melting vessel)의 벽(wall)에 인접하게 위치되어진 구역에서 단일식 매스(monolithic mass)로 구현되어진다. 상기 매스(mass)는 플러셔(flusher)의 설치과정 동안 플러싱 요소들의 배열을 간단하게 한다. 상기 매스는, 플로싱 장치가 분해되어질 때 아주 용이하게 제거되어지고 교체되어질 수 있다. 매스(mass)는 플러셔(flusher, 퍼징 요소)가 교체되어질 때 교환되어지지 않는 영구 리셉터클(permanent receptacle) 내에 다시 배치되어질 수도 있다.
본 발명의 가장 일반적인 실시예에 따르면, 본 발명은 다음과 같은 특성을 가진 야금학적 용융용기(metallurgical melting vessel)를 위한 가스 퍼징 장치(gas purging device)에 관한 것이다.
- 가스 퍼징 브릭(gas purging brick)은 가스 배출구 측면 상에서 그 단부로써 상부 원통형 리셉터클(upper cylindrical receptacle) 내에 배열되어지고, 그 인접한 섹션(section)으로서 하부 원통형 리셉터클 내에 배열되어지며,
- 적어도 하부 리셉터클과 가스 퍼징 브릭 사이에서 제공되어지는 고리모양 공간(annular space)은 매스(mass)로서 채워지며,
- 가스 퍼징 브릭과, 리셉터클 그리고 매스(mass)는 내화 세라믹 재료로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
상기 문맥에 있어서, “원통형(cylindrical)”이라는 용어는 반대편 부위들이 개방되어지고 다른 몸체부(body)를 수용하도록 제공되는 몸체부(body)에 관한 것이며, 다른 기하학적인 제한을 의미하는 것은 아니다.
하부 리셉터클은 정상 작동상태(normal operating state)에서는 마모(wear)를 받지 않고, 교체(replacement)가 요구되어질 때 영구 라이닝(permanent lining)으로서 역시 남아 있는 내화 브릭 또는 내화 매스[노 매스(hearth mass)]로서 둘러싸여질 수 있다. 이는 내화 세라믹 재료, 예를 들어 래밍 매스(ramming mass)를 수용하기 위하여 사용되어지며, 이는 하부 리셉터클 내에 정렬되어지고 매스 내에 묻혀질 때 퍼징 요소(가스 퍼징 브릭)를 조절하기 위하여 동시에 사용되어진다. 상부 실린더 리셉터클은 인접하게 위치되어지고 특히 (용융된 금속을 향한 방향 또는 가스의 흐름방향에 대해서) 하부 리셉터클의 연장(extension)부를 형성한다. 이러한 상부 리셉터클은 원형의 내부 단면을 가질 수 있고, 다소 직접적인 방법으로 퍼징 아치(purging device)를 에워싸서 화학적 공격에 대한 방어뿐만 아니라 기계적 가이드(mechanical guide)를 형성하도록 한다.
가스 퍼징 요소는 상부 리셉터클 내에 (즉, “뜨거운 측면(hot side)” 상에) 동일한 높이로 배열되어질 수 있거나 약간의 틈(clearance)을 가지고 배열될 수 있다. 가스 퍼징 요소는 접착제(adhesive) 또는 모르타르(mortar)에 의해서 상부 리셉터클 내에 고정되어질 수도 있다. 가스 퍼징 브릭(gas purging brick)은 상부 및 하부 리셉터클의 전체 길이(높이)에 걸쳐서 일반적으로 연장된다. 또한 (장착되어질 때) 짧은 거리로 상부 리셉터클을 돌출할 수도 있다. 만일 적용된다면, 가스 연결(gas connection)과, 그리고 개별적인 채널(channel) 또는 공극(pore)으로 가스를 분배하기 위한 가스 분배 챔버(gas distribution chamber)는 다른 단부 상에 위치되어진다.
플러셔(flusher, 가스 퍼징 요소)는 원형의 단면을 가질 수도 있다. 그러나, 원뿔대(truncated cone) 또는 직육면체 기하(cuboid geometry)의 형태로 된 가스 플러싱 요소가 또한 이용되어질 수도 있다. 직육면체 퍼징 요소를 사용할 때, 상부 리셉터클은 이에 따라서 사각형 단면을 가진다.
상기 문맥에 있어서, “원통형 리셉터클(cylindrical receptacle)”이라는 용어는 그 내부 단면에는 관계없이 가스 퍼징 요소의 특정한 길이를 위한 덮개(enclosure)의 형태인 것으로 이해되어져야만 한다. 외부 단면은 임의의 형태를 가질 수도 있다.
적어도 하나이상의 리셉터클은 압축된 부분(pressed part)의 형태로 구현되어질 수도 있다. 플러싱 요소(flushing element)를 위한 압축된 덮개 부분은 특히 타이트(tight)하게 되고 결과적으로 마모에 대해 저항적이게 된다.
퍼징 요소 그 자체는 방향화되거나 또는 방향화되지 않은 유공(porosity)으로 구현되어질 수 있다. 방향화된 유공(directed porosity)을 가진 퍼징요소는, 산소로서 전기로(electric furnace)를 퍼징할 때 특히 이용되어진다. 이러한 것은 축방향으로 연장되고 예를 들어 작은 금속 또는 세라믹 튜브로 구성되는 다수의 관형 채널(tubular channel)을 가진 퍼징 요소를 실현함에 의해서 달성되어질 수 있다. 퍼징 요소(purging element)는 추가적인 랜스(lance) (퍼징 요소와 랜스를 위한 개별적인 가스 공급)가 구비되어질 수도 있거나 도는 내화재료로 라인(lined)된 랜스만으로 구성될 수 있다.
상부 리셉터클의 길이는 각각의 적용과 예상된 마모에 따라서 결정되어지는데, 즉 단지 상부 리셉터클만이 결과적으로 교체되어져야만 하기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 리셉터클은 적어도 하부 리셉터클 만큼 길다. 그러나, 플러싱 요소의 축방향, 즉 가스의 흐름방향으로 상부 리셉터클은 하부 리셉터클 길이의 4배까지 될 수도 있다. 예를 들어, 상부 리셉터클은 하부 리셉터클의 2내 내지 3배만큼 길게 된다.
상부 리셉터클은, 상부 리셉터클을 하부 리셉터클 상에 직접적으로 위치시킬 수 있도록 하는 단면 형상을 가질 수도 있다. 그러나, 상부 리셉터클은 도면의 기재로서 아래에서 설명되어지는 바와 같이 플러싱 요소(flushing element)와 하부 리셉터클 사이에 주입되어지는 내화 매스(refractory mass)의 벽 두께에 상응하는 벽 두께를 가질 수도 있다.
하부 리셉터클의 외부 단면 보다 더 작은 외부 단면을 가진 상부 리셉터클을 실현하도록 일반적으로 제공된다. 이러한 것은, 가스 퍼징 장치가 도 1 및 도 2의 우측부분에서 도시되어진 바와 같이 스텝(step)된 단면을 가지는 것을 의미한다. 그러나, 상부 리셉터클이 하부 리셉터클의 전면에서 일정한 거리를 두고 종결하거나 하부 리셉터클 속으로 돌출하는 실시예를 구현하는 것을 생각할 수도 있다.
기술된 가스 퍼징 장치는 야금학적 용융 용기의 벽 또는 바닥 속으로 설치되어질 수 있다. “야금학적 용융 용기(metallurigical melting vessel)”이라는 용어는 금속을 용융하기 위한 그리고 용융된 금속을 처리하기 위한 모든 도가니(crucible)를 포함한다. 결과적으로 가스 퍼징 장치는 전기로(electric furnace), 예를 들어 전기 아크로(electric arc furnace)의 노 바닥(hearth bottom) 속으로 설치되는데 적합할 수 있다.
본 발명의 다른 특성은 본 명세서의 나머지 설명 뿐만 아니라 종속항에서 기재되어진다. 이는 하나 또는 양 리셉터클의 다중부분 설계(multi-part design)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 도 1과 도 2의 우측부분의 실례를 통하여 개략적인 단면을 각각 도시하고 있는 도면들을 참고로 하여 아래에서 기술되어진다.
가스 퍼징 장치(gas purging device)는 전부 4개의 부분을 포함한다. 하부 리셉터클(lower receptacle, 10)은 라이닝 공정(lining process) 동안 초기에 삽입되어진다. 상기 리셉터클은 고리(annular)형상의 눌러진(pressed), 내화 덮개(refractory enclosure)이다. 그 이후, 방향화된 유공(directed porosity, 채널(20))을 가진 퍼징 브릭(purging brick, 12)은 아래로부터(외부로부터) 개구부(opening, 14)를 통하여 외부벽(outer wall, A)을 경유하여 삽입되어지고, 그 섹션(section, 12u)은 래밍 매스(ramming mass)의 도움으로 하부 리셉터클(10) 내에 중심화되어질 뿐만 아니라 그 아래에 위치되어진다. 퍼징 요소(12)의 가스 배출구 단부(12o)는 하부 리셉터클(10)과 매스(16)를 각각 돌출한다. 하부 리셉터클(10)에 원통적으로 유사하게 실현되어지는 상부 리셉터클(18)은 이때 가스퍼징 요소의 상부 섹션(12o)에 걸쳐서 위치되어지며, 상부 리셉터클은 가스퍼징 요소(12)의 외부 단면과 대응되는 내부 단면을 가지는 것을 특징으로 한다. 상부 리셉터클(18)은 가스퍼징 요소(12)와 하부 리셉터클(10) 사이에 매스(mass, 16)로서 채워진 고리모양 채널(annular channel)과 정렬되어진다. 상부 리셉터클(18)은 하부 리셉터클(120) 길이의 두배가 된다. 노 매스(hearth mass, H)가 마침내 주입되어지고, 노 바닥(hearth bottom)이 형성되어진다.
도시된 실시예의 대안적인 변형에서, 하부 리셉터클(10)의 바로 아래 영역은, 예를 들어 용융 용기(melting vessel)의 외부벽(A) 상에 퍼징요소(12)를 고정하기 위한 (도 1과 도 2의 좌측에 도시되어진) 와셔와 같은 종래의 기술과 유사한 장착요소(mounting element, B)가 구비되어질 수 있다.
도 1과 도 2에서 도시된 가스 퍼징 장치를 라이닝(lining) 하기 위하여 요구되는 시간은 대략 1시간 정도이다.
도 1과 도 2의 좌측에서 도시되어진 종래의 기술에 따라서 라이닝 공정(lining process)를 위하여 요구되는 시간은 대략 2.5시간이다. 본 발명에 다른 가스 퍼징 장치의 다른 장점은, 교체(replacement)가 요구되어질 때 하부 리셉터클(10)이 유지되어질 수 있다는 사실에서 볼 수 있다. 또한 외부벽(A)에 인접하게 위치되어진 노 매스(hearth mass, H)의 영역은, 새로운 노 매스(hearth mass)의 요구되는 양이 감소되어지도록 대체로 보존되어질 수 있다.

Claims (18)

  1. 야금학적 용융용기(metallurgical melting vessel)을 위한 가스 퍼징 장치(gas purging device)에 있어서,
    1.1 가스 퍼징 브릭(gas purging brick, 12)은 가스 배출구 측면 상에 있는 단부(12o)로써 상부 원통형 리셉터클(18) 내에 배열되어지고 그 인접한 섹션(12u)로써 하부 원통형 리셉터클(10) 내에 배열되어지며,
    1.2 가스 퍼징 브릭(12)과 하부 리셉터클(10) 사이에 제공되어지는 고리모양의 공간(annular space)은 매스(mass, 16)로 채워지며,
    1.3 가스 퍼징 브릭(12)과, 리셉터클(10,18) 그리고 매스(mass, 16)들은 내화 세라믹 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  2. 제 1 항에 있어서, 가스 퍼징 브릭(gas purging brick, 12)은 상부 리셉터클(18)과 동일한 높이로 배열되어지거나 또는 약간의 오차를 가지고 배열되어지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  3. 제 1 항에 있어서, 가스 퍼징 브릭(12)은 하부 리셉터클(10)과 상부 리셉터클(18)의 전체 높이에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  4. 제 1 항에 있어서, 가스 퍼징 브릭(12)은 원형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  5. 제 1 항에 있어서, 하나이상의 리셉터클(10,18)은 압축된 부분(pressed part)의 형태로 구현되어지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  6. 제 1 항에 있어서, 가스 퍼징 브릭(12)은 방향화된 유공(directed porosity)를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  7. 제 1 항에 있어서, 가스 퍼징 브릭(12)은 축방향으로 연장되고 방향화된 유공을 달성하기 위하여 제공되는 여러개의 작은 금속 또는 세라믹 튜브(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  8. 제 1 항에 있어서, 상부 리셉터클(18)은 적어도 하부 리셉터클(10)의 길이만큼 되는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  9. 제 1 항에 있어서, 상부 리셉터클(18)은 하부 리셉터클 길이의 1.1배 내지 10배의 길이로 되는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  10. 제 1 항에 있어서, 상부 리셉터클(18)은 하부 리셉터클(10) 길이의 2배 내지 3배의 길이로 되는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  11. 제 1 항에 있어서, 상부 리셉터클(18)은 하부 리셉터클(10)의 내부 단면보다 큰 외부 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  12. 제 1 항에 있어서, 상부 리셉터클(18)은 하부 리셉터클(10) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  13. 제 1 항에 있어서, 상부 리셉터클(18)은 하부 리셉터클(10)의 외부 단면보다 작은 외부 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  14. 제 1 항에 있어서, 상부 리셉터클(18)은 하부 리셉터클(10) 속으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  15. 제 1 항에 있어서, 매스(mass, 16)는 래밍 매스(ramming mass)인 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  16. 제 1 항에 있어서, 하나이상의 리셉터클(10,18)은 하나이상의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 따르는 가스퍼징 장치에 있어서, 야금학적 용융 용기(metallurgical melting vessel)의 높이(H) 내에 설치되기 위하여 사용되어지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나의 항에 따르는 가스퍼징 장치에 있어서, 전기로(electric furnace)의 노 바닥(hearth bottom, H) 내에 설치되기 위하여 사용되어지는 것을 특징으로 하는 가스 퍼징 장치
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