KR20150076904A - 용강의 정련 장치 - Google Patents

Abstract

용강의 정련 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 정련 장치는 용강을 수용하는 레이들, 레이들에 수용된 용강을 전달받아 정련하는 베셀, 레이들에 수용된 용강을 베셀로 유입시키도록 베셀에 형성되는 상승관 및 베셀로 유입된 용강을 레이들로 배출시키도록 베셀에 형성되며, 상승관보다 내경이 상대적으로 크게 형성되는 하강관을 포함한다.

Description

용강의 정련 장치{REFINING APPARATUS OF MOLTEN STEEL}

본 발명은 용강의 정련 장치에 관한 것이다.

철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈린 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다.

용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정을 거친 후 용강 내 성분을 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거치게 되고, 2차 정련이 완료되면 용강 내 성분 조정이 완료된다.

2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동하게 되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일, 후판 등 목표하는 최종 제품으로 제조된다.

2차 정련은 전로에서 1차 정련되어 나온 용강 내 성분을 미세 조정하여 최종제품의 성분이나 재질 등을 요구조건에 맞게 제어하는 공정이다. 2차 정련의 핵심이 되는 공정은 탈가스 공정으로서 진공 탈가스(RH) 장비를 이용하여 용강 내 탄소, 질소, 산소, 수소 등을 제거한다.

이와 같은 진공 탈가스 공정은 아르곤(Ar) 등의 비활성가스의 구동력에 의해 베셀 내를 순환하는 용강의 유동이 발생하게 되므로, 이러한 용강의 유동과 비활성가스에 의해 용강 내의 가스 성분을 제거하여 최종 제품에서 요구하는 품질 특성을 확보할 수 있게 된다.

한편, 진공 탈가스 장비를 이용한 용강의 정련 시 베셀의 하부조 및 환류관의 내화물은 용강 환류 시 작용하는 힘에 의한 물리적 침식 및 슬래그와 내화물간의 반응에 의한 화학적 침식이 발생하게 된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0011734호(2013.01.30, 진공 탈가스 장치 및 이를 이용한 정련 방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 용강의 정련 시 용강의 유동 속도를 개선하여 진공 탈가스 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 용강의 정련 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 용강을 수용하는 레이들, 레이들에 수용된 용강을 전달받아 정련하는 베셀, 레이들에 수용된 용강을 베셀로 유입시키도록 베셀에 형성되는 상승관 및 베셀로 유입된 용강을 레이들로 배출시키도록 베셀에 형성되며, 상승관보다 내경이 상대적으로 크게 형성되는 하강관을 포함하는 용강의 정련 장치가 제공된다.

여기서, 상승관은 상승관의 내부로 환류 가스를 취입할 수 있는 환류 가스 노즐을 포함할 수 있다.

상승관 및 하강관은 각각 내부를 통과하는 용강과 접촉되는 내장 연와 및 내장 연와의 외면을 커버하는 외피를 포함하되, 상승관과 하강관 각각의 외피 내경은 서로 동일하고, 하강관 내장 연와의 길이가 상승관 내장 연와의 길이보다 상대적으로 짧게 형성될 수 있다.

하강관 내장 연와의 길이는 상승관 내장 연와의 길이에 대하여 6~8% 짧게 형성될 수 있다.

그리고, 상승관 및 하강관은 각각 내부를 통과하는 용강과 접촉되는 내장 연와 및 내장 연와의 외면을 커버하는 외피를 포함하되, 하강관 외피의 내경이 상승관 외피의 내경보다 상대적으로 크게 형성되고, 상승관과 하강관 각각의 내장 연와의 길이는 서로 동일할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 용강의 정련 시 용강의 유동 속도를 개선하여 진공 탈가스 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 용강의 정련 장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 정련 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 정련 장치에서 상승관 및 하강관을 보다 상세히 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용강의 정련 장치에서 상승관 및 하강관을 보다 상세히 나타내는 단면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 용강의 정련 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 정련 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 정련 장치에서 상승관 및 하강관을 보다 상세히 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)는 레이들(100), 베셀(200), 상승관(300) 및 하강관(4000)을 포함한다.

레이들(100)은 용강(10)을 수용하는 부분으로, 전로에서 출강되는 용강(10)을 수용하고 정련 공정을 수행하는 용기이며, 레이들(100)의 상부에는 베셀(200)이 배치될 수 있다. 이 경우, 레이들(100)은 별도의 운반 장치 및 승하강 장치와 결합되어 용강(10)을 이동시킬 수 있다.

베셀(200)은 레이들(100)에 수용된 용강(10)을 전달받아 정련하는 부분으로, 내부에 공간이 형성된 진공조일 수 있다. 이 경우, 베셀(200)은 내부에 공간이 형성되는 원통형 형상으로 원통형의 철피와 내화물을 구비하여 형성될 수 있고, 고온의 용강(10)에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위하여 철피에서 내측 방향으로 단열재, 영구장 및 내장 연와로 이루어진 내화물층 구조가 형성될 수 있다.

또한, 베셀(200)은 상부베셀과 하부베셀로 구성될 수 있으며, 후술할 상승관(300) 및 하강관(400)이 하부베셀과 연결되어 용강(10)이 주로 하부베셀 영역에서 순환될 수 있다.

상승관(300)은 레이들(100)에 수용된 용강(10)을 베셀(200)로 유입시키도록 베셀(200)에 형성되는 부분이고, 하강관(400)은 베셀(200)로 유입된 용강(10)을 레이들(100)로 배출시키도록 베셀(200)에 형성되는 부분으로, 레이들(100)에 수용된 용강(10)은 상승관(300)을 통해 베셀(200)로 유입된 후 하강관(400)을 통해 다시 레이들(100)로 배출되는 방식으로 순환하며 정련될 수 있다.

즉, 레이들(100) 상부에 베셀(200)를 위치시키고, 고온 고압의 스팀을 구동력으로 베셀(200) 내의 압력을 진공으로 낮추어서 레이들(100)에 담겨 있는 용강(10)을 상승관(300)을 통해 흡입 상승시키고 하강관(400)을 통해 하강시킬 수 있다. 이와 같은 과정으로 용강(10)을 순환 유동시키며 진공 탈가스 처리를 수행할 수 있다.

이 경우, 상승관(300) 및 하강관(400)은 상하부가 개방된 파이프 형상으로 형성되어, 상부가 베셀(200)의 하부와 연결되고 하부는 레이들(100) 내의 용강(10)에 침적되어 용강(10)을 순환시킬 수 있다.

여기서, 상승관(300) 및 하강관(400)의 내경이 증가할수록 용강(10)이 통과하는 단면적이 넓어져 순환하는 용강(10)의 양도 증가할 수 있다. 따라서, 상승관(300) 및 하강관(400)의 내경을 최대한 증가시킨다면 용강(10)의 유동 속도를 개선하여 진공 탈가스 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기와 같은 용강(10)의 순환 시 상대적으로 상승관(300)을 통과하는 용강(10)의 유속이 하강관(400)을 통과하는 용강(10)의 유속보다 빠르므로, 상승관(300) 내부의 침식이 하강관(400) 내부의 침식보다 상대적으로 더 활발하게 진행될 수 있다.

그리고, 용강의 정련 장치(1000)의 경우 각종 설비의 교체 시 설비의 무게가 비교적 중량이고, 표면 온도가 높은 상태이기 때문에, 상승관(300) 및 하강관(400)을 분리하여 교체하거나 정비하는 것은 용이하지 않을 수 있다.

이에 따라, 비교적 침식이 활발한 상승관(300)의 수명이 전체 환류관 및 용강의 정련 장치(1000)의 정비 주기를 결정하는 주요 요인일 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)는 하강관(400)의 내경을 상승관(100)보다 상대적으로 크게 형성하여, 전체 환류관 및 용강의 정련 장치(1000)의 정비 주기에 영향을 주지 않으면서 용강(10)의 유동 속도를 높일 수 있다.

즉, 침식이 활발하여 정비 주기를 결정할 수 있는 상승관(100)을 두껍게 형성하여 침식에 대하여 보다 오래 견딜 수 있도록 함과 동시에, 하강관(400)은 상승관(100)보다 얇게 형성하여 내경을 최대화 함으로써 용강(10)의 유동 속도를 향상시킬 수 있다.

이로 인해, 본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)는 용강(10)의 정련 시 용강(10)의 유동 속도를 개선하여 진공 탈가스 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)에서 상승관(300)은 상승관(300)의 내부로 환류 가스를 취입할 수 있는 환류 가스 노즐(330)을 포함할 수 있다.

즉, 상승관(300)은 환류 가스 노즐(330)을 통해 취입되는 환류 가스에 의해 내부의 비중이 상대적으로 낮아져 용강(10)이 원활하게 상승할 수 있다. 이 경우, 환류 가스는 아르곤(Ar) 등의 비활성가스가 사용될 수 있다.

이와 같이, 상승관(300)의 내부로 환류 가스가 취입되는 경우, 상승관(300) 내의 용강(10) 유동 속도가 더욱 빨라져 침식이 더욱 활발할 수 있으며, 환류 가스 자체에 의한 별도의 물리적 침식이 발생할 수 있다.

따라서, 하강관(400)의 내경을 상승관(100)보다 상대적으로 크게 형성하는 본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)는. 상승관(300)의 내부에 환류 가스가 취입되는 경우에 보다 효율적일 수 있다.

본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)에서, 상승관(300) 및 하강관(400)은 각각 내부를 통과하는 용강(10)과 접촉되는 내장 연와(310, 410) 및 내장 연와(310, 410)의 외면을 커버하는 외피(320, 420)를 포함할 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상승관(300) 및 하강관(400)은 각각 외피(320, 420)에서 내측 방향으로 내장 연와(310, 410)로 이루어진 내화물층 구조가 형성될 수 있고, 이러한 내장 연와(310, 410) 사이로 용강(10)이 통과할 수 있다.

그리고, 내장 연와(310, 410)는 용강(10)과 직접적으로 접촉하는 부분으로, 일정 기준치 이상으로 침식 발생 시 교체가 가능한 구조일 수 있다.

이 경우, 본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)는, 상승관(300)과 하강관(400) 각각의 외피(320, 420) 내경(L_u, L_d)은 서로 동일하고, 하강관(400) 내장 연와(410)의 길이(L_B2)가 상승관(300) 내장 연와(310)의 길이(L_B1)보다 상대적으로 짧게 형성될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 하강관(400) 내장 연와(410)의 길이(L_B2)가 상승관(300) 내장 연와(310)의 길이(L_B1)보다 상대적으로 짧게 형성하여, 하강관(400)의 내경을 상승관(300)보다 상대적으로 크게 형성할 수 있다.

이로 인해, 본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)는 내화물층을 구성하는 내장 연와(310, 410), 특히 하강관(400)의 내장 연와(410) 소요량을 줄여 설비의 원가를 절감할 수 있다.

여기서, 하강관(400) 내장 연와(410)의 길이는 상승관(300) 내장 연와(310)의 길이에 대하여 6~8% 짧게 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 하강관(400) 내장 연와(410)의 길이를 짧게 형성하여 하강관(400)의 내경을 최대화할수록 용강(10)의 유동 속도는 향상될 수 있다.

그러나, 하강관(400) 내장 연와(410)의 길이를 지나치게 짧게 하는 경우, 오히려 상승관(300)보다 하강관(400)의 침식으로 인한 하강관(400)의 수명이 전체 환류관 및 용강의 정련 장치(1000)의 정비 주기를 결정하게 될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)는 하강관(400) 내장 연와(410)의 길이에 일정한 상하한을 두어, 용강(10)의 유동 속도를 향상시킴과 동시에 하강관(400)의 침식에 의한 정비의 필요성이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용강의 정련 장치에서 상승관 및 하강관을 보다 상세히 나타내는 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용강의 정련 장치(2000)에서, 상승관(300) 및 하강관(400)은 각각 내장 연와(310, 410) 및 외피(320, 420)를 포함하되, 하강관(400) 외피(420)의 내경(L_d)이 상승관(300) 외피(320)의 내경(L_u)보다 상대적으로 크게 형성되고, 상승관(300)과 하강관(400) 각각의 내장 연와(310, 320) 길이(L_B1, L_B2)는 서로 동일할 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 길이의 내장 연와(310, 410)를 사용하되, 하강관(400) 외피(420)의 내경(L_d)을 상승관(300) 외피(320)의 내경(L_u)보다 상대적으로 크게 형성하여, 하강관(400)의 내경을 상승관(300)보다 상대적으로 크게 형성할 수 있다.

이로 인해, 본 실시예에 따른 용강의 정련 장치(2000)는 내화물층을 구성하는 내장 연와(310, 410)를 두 종류로 준비할 필요가 없이, 한 종류의 내장 연와(310, 410)를 상승관(300) 및 하강관(400)에 모두 적용할 수 있으므로, 정비가 보다 용이할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용강의 정련 장치(2000)는 상술한 구성을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 정련 장치(1000)의 구성과 동일 또는 유사하므로, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 용강
11: 슬래그층
100: 레이들
200: 베셀
300: 상승관
310, 410: 내장 연와
320, 420: 외피
330: 환류 가스 노즐
400: 하강관
1000, 2000: 용강의 정련 장치

Claims (5)

1. 용강을 수용하는 레이들;
   상기 레이들에 수용된 용강을 전달받아 정련하는 베셀;
   상기 레이들에 수용된 용강을 상기 베셀로 유입시키도록 상기 베셀에 형성되는 상승관; 및
   상기 베셀로 유입된 용강을 상기 레이들로 배출시키도록 상기 베셀에 형성되며, 상기 상승관보다 내경이 상대적으로 크게 형성되는 하강관;
   을 포함하는 용강의 정련 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상승관은 상기 상승관의 내부로 환류 가스를 취입할 수 있는 환류 가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 용강의 정련 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 상승관 및 상기 하강관은 각각
   내부를 통과하는 용강과 접촉되는 내장 연와 및
   상기 내장 연와의 외면을 커버하는 외피를 포함하되,
   상기 상승관과 상기 하강관 각각의 외피 내경은 서로 동일하고,
   상기 하강관 내장 연와의 길이가 상기 상승관 내장 연와의 길이보다 상대적으로 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 용강의 정련 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 하강관 내장 연와의 길이는 상기 상승관 내장 연와의 길이에 대하여 6~8% 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 용강의 정련 장치.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 상승관 및 상기 하강관은 각각
   내부를 통과하는 용강과 접촉되는 내장 연와 및
   상기 내장 연와의 외면을 커버하는 외피를 포함하되,
   상기 하강관 외피의 내경이 상기 상승관 외피의 내경보다 상대적으로 크게 형성되고,
   상기 상승관과 상기 하강관 각각의 내장 연와의 길이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 용강의 정련 장치.

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