KR20130010392A

KR20130010392A - 용강 처리 장치

Info

Publication number: KR20130010392A
Application number: KR1020110071158A
Authority: KR
Inventors: 박교돈; 박창순
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-28

Abstract

본 발명은 용강을 수용하는 용기에서 내화물이 손상되는 것을 감지할 수 있도록 하는 용강 처리 장치에 관한 것으로서, 용강이 수용될 수 있는 공간을 형성하는 철피와, 상기 철피의 내측에 형성되는 복수 층의 내화물층 및 상기 복수 층의 내화물층 사이에 구비되어 내화물층의 용손을 감지하는 감지센서를 포함하며, 내화물의 상태와 용손 여부를 정확하게 파악하여 불필요한 내화물의 교체작업을 최소화할 수 있다.

Description

용강 처리 장치{Apparatus for molten metal treatment}

본 발명은 내화물의 용손을 감지할 수 있는 용강 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강을 수용하는 용기에서 내화물이 손상되는 것을 감지할 수 있도록 하는 용강 처리 장치에 관한 것이다.

베셀(vessel)은 용강을 수용하여 용강 내부의 가스와 불순물을 제거하여 용강 제품의 균일화 및 품질개선에 이용되는 장치이다. 일반적으로 용강의 탈 가스 작업 및 불순물 제거작업에 사용되는 베셀은 하부조에 마련된 환류관을 통하여 용강을 환류시키면서 용강 중의 불순물이나 가스를 제거한다. 이때 환류관은 진공펌프를 이용하여 래들 내의 용강을 환류시킨다.

이와 같이 용강의 품질개선을 위해서 사용되는 베셀의 구조는 본 발명의 출원인에 의하여 출원되어 등록된 대한민국 등록특허 제10-0812142호에 도시되어 있다. 등록특허 제10-0812142호의 도 1을 참조하면, 용강의 품질을 개선하기 위한 베셀(10)의 구조는 하부에 베셀 하부조(11)가 마련되어 있고, 베셀 하부조(11)의 하단 양측에는 환류관(12)이 마련되어 있다. 환류관(12)은 래들(20)의 용강(21)을 흡입하는 상승관(12a)과 흡입된 용강(21)을 다시 래들(20)로 내려 보내는 하강관(12b)이 쌍을 이루고 있다. 그리고, 상승관(12a)과 하강관(12b)으로 구분되는 환류관(12)의 하부에는 래들(20)의 용강(21)에 담겨지는 침적관(13)이 설치되어 있다.

한편, 베셀 하부조(11)는 영구장과 영구장 내측에 구비되는 내장 연와 등의 내화물층과, 이들을 감싸고 있는 철피로 구성된다. 내장 연와는 내열성이 내화벽돌 등으로 형성되어, 래들로부터 유입된 용강에 의하여 영구장이 손상되는 것을 방지한다. 내장 연와는 내열성이 매우 강하기는 하지만, 장기간 반복적으로 사용되는 경우에는 용손(손상)이 발생하기 때문에 주기적으로 교체를 해주어야 한다.

그러나 내장 연와는 용손 상태를 확인하는 것이 어렵기 때문에 교체시기를 정확하게 특정하기가 매우 어렵다. 그리하여 종래에는 예를 들면, 상부조의 경우에 1000회, 하부조의 경우에는 60회 정도 사용한 후에 교체해 주는 것이 일반적이었다.

그러나 종래에는 경험치에 의한 데이터를 활용하여 내장 연와를 주기적으로 교체해 주었기 때문에 실제로 내장 연와가 용손되지 않은 상태에서 교체되는 경우가 자주 발생 되었다. 또한 내장 연와의 교체에 따라 생산이 지연되거나 내장 연와의 잦은 교체로 인한 생산원가의 상승 등의 문제가 있었다. 또한, 경우에 따라서는 내장 연와가 교체주기에 도달하기 전에 손상되어 외측의 영구장은 물론, 철피까지 손상시켜 용강이 외부로 유출되는 중대사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

KR

10-0812142

B1

본 발명은 용강이 수용되는 용기의 용손을 정확히 감시할 수 있는 용강 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 철피와 내화물의 사이에 용손 여부를 감시하는 감지센서를 구비하고, 감지센서로부터 출력되는 전기신호를 이용하여 내화물의 손상 여부를 감시하는 용강 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 장치는, 용강이 수용될 수 있는 공간을 형성하는 철피, 상기 철피의 내측에 형성되는 복수 층의 내화물층 및 상기 복수 층의 내화물층 사이에 구비되어 내화물층의 용손을 감지하는 감지센서를 포함한다.

여기에서 상기 내화물층은 철피의 내측 방향으로 단열재, 영구장 및 내장 연와를 구비하며, 상기 감지센서는 내장 연와의 외측에 구비될 수도 있다.

또한, 상기 감지센서는 상기 내장 연와와 상기 영구장 사이에 위치할 수도 있고, 상기 영구장과 상기 단열재 사이에 위치할 수도 있다.

상기 영구장과 상기 감지센서의 사이에는 보호층이 구비될 수도 있다.

특히, 상기 감지센서는 온도센서, 구리선 및 보상 도선 중 어느 하나로 형성될 수도 있다.

상기 감지센서는 하나의 연속된 케이블 형태로 형성되어 상기 내화물층을 감싸도록 형성될 수도 있고, 상기 감지센서는 복수 개의 케이블로 형성되고, 상기 복수 개의 케이블은 이격되어 구비되어 상기 내화물층을 감싸도록 형성될 수도 있다.

또한, 상기 감지센서에 연결되는 제어 모듈을 포함할 수도 있고, 상기 제어 모듈은 온도 변화 또는 전기신호를 검출하여 용손을 판단하는 검출부, 상기 온도 변화 또는 전기신호의 검출 여부를 표시하는 표시부 및 용손으로 판단되는 경우 알람을 생성하는 알람부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 장치에 의하면, 용강이 처리되는 용기의 용손 여부를 정확히 감지할 수 있다. 특히 용기 내에 설치되는 내화물의 용손 여부를 정확히 감지할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 장치에 의하면, 내화물의 상태와 용손 여부를 정확하게 파악할 수 있다. 이로부터 탈가스 장치의 베셀 등을 구성하는 내화물의 사용 회수를 정할 필요가 없고, 불필요한 내화물의 교체작업을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 장치에 의하면, 내화물이 그 수명을 다할 때까지 최대한 사용할 수 있기 때문에 내화물의 교체비용을 절감할 수 있다. 또한, 이로부터 탈가스 장치의 베셀 등 내화물이 사용되는 용기의 수명을 연장시킬 수 있고, 불필요한 정비로 인한 생산지연을 방지하는 동시에, 장시간 조업이 가능하다.

또한 본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 장치에 의하면, 내화물의 손상으로 인한 철피의 손상을 방지할 수 있기 때문에, 용강이 용기 외부로 유출되는 중대사고를 방지할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용강 처리 장치가 적용된 탈 가스 설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 베셀 하부조에 감지센서가 구비된 일례를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 베셀 하부조의 측단면도.
도 4는 도 2에 도시된 베셀 하부조의 상면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지센서의 설치 형태를 보여주는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 본 발명의 일 실시 예에 따른 용강 처리 장치가 적용된 탈 가스 설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 베셀 하부조에 감지센서가 구비된 일례를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 베셀 하부조의 측단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 베셀 하부조의 상면도이다.

용강의 품질을 개선하기 위해서는 탈 가스 작업이 이루어지며, 도 1을 참조하면, 이러한 탈 가스 작업은 용강(120)이 저장되는 래들(110)과 래들(110)의 상부에 구비되는 베셀(100)을 이용하여 수행된다.

베셀(100)의 개략적인 구성에 대하여 설명한다. 베셀(100)은 래들(110) 내의 용강(120)에 포함된 불순물이나 가스를 제거하기 위한 장치로, 베셀 상부조(130)와 베셀 하부조(150)로 구성되며, 베셀 하부조(150)의 하단 양측에는 환류관(160)이 마련되어 있다. 환류관(160)은 한 쌍이 구비되며, 하나는 래들(110)의 용강을 흡입하는 상승관(160a)이고, 다른 하나는 상승관(160a)으로 흡입된 용강을 다시 래들(110)로 내려 보내는 하강관(160b)이다. 이때, 베셀 상하부조(130,150)의 내부에 진공을 형성하면, 상승관(160a)으로부터 용강(120)이 상승하고 하강관(160b)을 통해 용강(120)이 하강하여 순환을 이루며, 베셀 상하부조(130,150)의 내부로 랜스 노즐 등을 이용하여 산소를 취입하여 용강(120) 중의 불순물을 제거한다. 베셀(100)은 공지의 구성요소로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 베셀 하부조(150)는 일반적으로 상부가 개방된 중공형 형상으로, 하부에는 전술하여 설명한 바와 같이 상승관(160a)과 하강관(160b)이 구비되어 있다.

베셀 하부조(150)는 고온의 용강에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위하여, 원통형의 철피(153)와 내화물을 구비하여 형성되며, 철피(153)에서 내측 방향으로 단열재(152), 영구장(154) 및 내장연와(151)로 이루어진 내화물층 구조가 형성된다. 내화물로는 다양한 내화 벽돌이 사용될 수 있으며, 예컨대 돌로마이트, 마그네시아 내화벽돌 등이 사용될 수 있다. 영구장(154)은 내부가 중공이고 일단이 개방된 원통 또는 다각형의 형상으로 구성될 수 있다. 내장 연와(151)는 용강을 수용할 수 있을 정도의 내열성을 갖춘 재질로 구성되며, 내열성이 큰 재질의 벽돌을 축조하여 만들어질 수 있다. 또한, 베셀 하부조(150)는 내측에 감지센서(180)를 포함한다.

여기서, 베셀 하부조(150)의 장시간 사용에 의하여 내장 연와(151)가 손상되는 경우 내장 연와(151)를 교체하게 된다. 즉, 내장 연와(151)는 내열성이 큰 재질을 사용하지만, 용강의 온도가 매우 높기 때문에 반복해서 사용하다 보면 용손이 발생하게 된다. 내장 연와(151)가 용손되면 영구장(154)의 손상으로 이어지기 때문에 상기 내장 연와(151)의 용손이 발생하기 전에 미리 교체해 주어야 한다. 통상 베셀 상부조(130)의 경우 용강과 직접 접촉하지 않기 때문에 1000회 정도 사용 후에 교체해 주지만 베셀 하부조(150)의 경우에는 60회 이하로 사용을 규제하여 주기적으로 교체해 주고 있다. 이와 같이 내장 연와(151)의 사용 횟수를 경험치에 의한 통계를 이용하여 일정 횟수로 제한하면, 대부분의 경우 내장 연와(151)가 손상되기 전에 교체가 이루어지기 때문에 영구장(154)이 손상되는 상황이 발생하는 경우는 드물다. 하지만 내장 연와(151)가 수명을 다하기 전에 잦은 교체가 이루어지기 때문에 작업이 지연되고, 교체 비용의 증가로 인하여 생산원가가 상승하게 된다. 또한 경우에 따라서 내장 연와(151)가 조기에 용손 되는 경우에는 영구장(154)이 손상되는 것을 피할 수가 없다. 그렇기 때문에, 내장 연와(151)의 용손 여부을 파악할 수 있다면 내장 연와(151)를 최대한 오랫동안 사용할 수 있음은 물론, 영구장(154)이 손상되는 것을 방지할 수도 있다. 하지만 내장 연와(151)는 베셀 하부조의 내부에 구비되어 있기 때문에 육안으로 용손 여부를 확인하는 것은 사실상 어렵다.

본 발명 실시 예에 따른 용강 처리 장치는 베셀 하부조(150)의 내측에 용손 여부를 감지하는 감지센서(180)를 구비하여 베셀 하부조(150)의 내장 연와(151)의 정확한 용손 여부를 감지한다. 또한, 용강 처리 장치는 감지센서(180)와 연결되는 제어 모듈(200)을 더 포함할 수 있다.

감지센서(180)는 베셀 하부조(150)의 철피(153)와 단열재(152) 사이, 단열재(152)와 영구장(154) 사이, 영구장(154)과 내장 연와(151) 사이 중 어느 한 군데 이상에 구비될 수 있다. 감지센서(180)는 상술한 바와 같이 철피(153)의 내측에 다양한 위치에 설치될 수 있으며, 특히 영구장(154)과 내장 연와(151)의 사이에 설치되는 것이 좋다.

또한, 필요에 따라서는 영구장(154)의 내측에 내장 연와(151)의 용손으로 인한 용강의 누설로 상기 영구장(154)이 손상되는 것을 방지하기 위한 보호층(미도시)을 구비하고 상기 보호층의 내측에 감지센서(180)와 내장 연와(151)가 순차적으로 구비되도록 할 수도 있다. 이때 보호층은 내장 연와와 동일한 재질로 구성될 수도 있다.

감지센서(180)는 내화물층 사이에서 온도를 측정하기 위한 온도 센서일 수도 있으며, 구리선이나 보상도선 등과 같은 도전배선일 수도 있다. 특히, 감지센서(180)가 온도 센서인 경우 내장 연와(151)나 영구장(154)의 용손으로 인하여 용강이 누설되는 경우에 내장 연와(151)와 영구장(154) 또는 영구장(154)과 철피(153) 사이의 온도가 급상승하는 것을 측정하기 위한 것이다. 또한, 감지센서(180)가 도전배선인 경우, 도전배선을 따라 흐르는 전기신호를 검출하고, 용강이 누설되는 경우 도전배선이 용융되어 전기신호가 검출되지 않는 점을 이용하는 것이다.

감지센서(180)는 내화물층 사이에서 소정의 간격으로 골고루 분포되면서 베셀의 전체 또는 상당부분의 용손을 측정할 수 있는 구조라면 어떠한 방식이라도 무방하다. 다만, 본 발명의 실시 예에서는 감지센서(180)를 구성함에 있어서, 철피(153) 내부의 내화물층을 전체적으로 감싸도록 하였다. 그리하여 내장 연와(151) 또는 영구장(154)의 어느 한 부분이 용손되어 용강의 일부가 누설되면 상기 감지센서(180)가 이를 즉시 감지할 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 감지센서의 설치 형태를 보여주는 도면이다.

감지센서(180)는 도 5의 (a)에 도시된 것처럼, 베셀 하부조(150)의 둘레를 휘감는 형태로 설치될 수도 있다. 이때, 감지센서(180)는 하나의 케이블이 베셀 하부조(150)의 둘레 전체를 휘감도록 분포되며, 제어 모듈(200)에 연결된다. 감지센서(180)를 이와 같이 구성하게 되면, 내화물층의 용손에 의해 감지센서(180)의 어느 한 부위가 열화되거나 용융되는 경우, 내화물층의 용손이 발생되었음을 감지할 수 있다.

또한, 감지센서(180)는 도 5의 (b)에 도시된 것처럼, 복수 개의 케이블이 소정 거리 이격되어 베셀 하부조(150)의 둘레를 감싸고, 각각의 케이블은 제어 모듈(200)에 연결된다. 도면에서는 하나의 케이블이 베셀 하부조(150)를 한 바퀴만 감싸는 것으로 보여주고 있으나, 베셀 하부조(150)의 높이 방향으로 구역을 나누고 구역별로 설치될 수도 있다. 이와 같은 구성을 통해 용손이 발생한 위치도 개략적으로 판단할 수 있다.

한편, 도시되어 있지는 않지만, 감지센서(180)는 용손이 가장 빈번하게 발생하는 지점을 중심으로 특정 부분에만 분포되도록 설치될 수도 있다.

제어 모듈(200)은 온도 또는 전기신호를 검출하여 용손을 판단하는 검출부(201)와, 온도 또는 전기신호의 검출 여부를 표시하는 표시부(203) 및 용손으로 판단되는 경우 알람을 생성하는 알람부(202)를 포함한다.

검출부(201)는 상기 감지센서(180)가 온도센서인 경우, 온도센서를 통해 측정된 온도에 따라 내화물층의 상태 즉, 용손 여부를 판단한다. 예컨대, 측정된 온도가 미리 설정된 소정의 온도(예를 들어 1500℃) 이상이 되는 경우에 용손이 발생 되었다고 판단할 수 있다. 또한, 감지센서(180)로 보상도선, 구리선 등의 도전배선이 사용된 경우, 도전배선을 통해 출력되는 저항치나 전류량 등의 전기신호를 검출하여 내화물층의 용손 여부를 판단할 수도 있다. 예컨대 도전배선을 통해 출력되던 전기신호가 검출되지 않은 경우 내화물층이 용손된 것으로 판단할 수 있다.

여기에서 도 5의 (b)에서와 같이 복수 개의 감지센서(180)를 사용하는 경우, 내화물층의 용손 위치도 감지할 수도 있다.

표시부(203)는 검출부(201)와 연결되어 검출부(201)에서 출력되는 신호를 표시한다. 예를 들어 온도치, 저항치 및 전류량 등의 수치를 표시하거나 또는 발광다이오드 등의 램프의 색상변화 등을 이용하여 용손 여부를 표시할 수도 있다.

알람부(202)는 검출부(201)와 연결되어 검출부(201)에서 내화물층의 용손으로 판단된 경우, 이 신호를 받아서 알람을 생성하고 출력한다.

이를 통해 내장 연와(151), 영구장(154) 등의 내화물층에 용손이 발생하는 경우, 즉시 작업자에게 경보음 등을 통하여 알려줄 수 있고, 적절한 시간에 내화물층의 교체 작업이 이루어질 수 있다.

상기에서는 본 발명 실시 예의 용강 처리 장치를 탈 가스 작업에 이용되는 베셀 하부조에 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 용강을 저장하거나 수용하는 다양한 용기에 적용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 베셀 110: 래들
120: 용강 130: 베셀 상부조
150: 베셀 하부조 151 : 내장 연와
152 : 단열재 153 : 철피
154: 영구장 160: 환류관
180: 감지센서

Claims

용강이 수용될 수 있는 공간을 형성하는 철피,
상기 철피의 내측에 형성되는 복수 층의 내화물층 및
상기 복수 층의 내화물층 사이에 구비되어 내화물층의 용손을 감지하는 감지센서를 포함하는 용강 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 내화물층은 철피의 내측 방향으로 단열재, 영구장 및 내장 연와를 구비하며, 상기 감지센서는 내장 연와의 외측에 구비되는 용강 처리 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 감지센서는 상기 내장 연와와 상기 영구장 사이에 위치하는 용강 처리 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 감지센서는 상기 영구장과 상기 단열재 사이에 위치하는 용강 처리 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 영구장과 상기 감지센서의 사이에는 보호층이 구비되는 용강 처리 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지센서는 온도센서, 구리선 및 보상 도선 중 어느 하나로 형성된 용강 처리 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 감지센서는 하나의 연속된 케이블 형태로 형성되어 상기 내화물층을 감싸는 용강 처리 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 감지센서는 복수 개의 케이블로 형성되고, 상기 복수 개의 케이블은 이격되어 구비되어 상기 내화물층을 감싸는 용강 처리 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 감지센서에 연결되는 제어 모듈을 포함하는 용강 처리 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어 모듈은 온도 변화 또는 전기신호를 검출하여 용손을 판단하는 검출부, 상기 온도 변화 또는 전기신호의 검출 여부를 표시하는 표시부 및 용손으로 판단되는 경우 알람을 생성하는 알람부를 포함하는 용강 처리 장치.