KR20160028780A - 용기 및 이를 구비하는 용융금속 정련장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용기 및 용융금속 정련장치에 관한 것으로서, 내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되고, 내측벽에 내측을 향해 돌출되는 방지턱이 형성되는 용기와; 상기 용기의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기;를 포함하는 것을 특징으로 하고, 용융금속을 정련하는 과정에서 용융금속의 넘침 현상을 방지하여 조업의 안전성을 확보할 수 있다.

Description

용기 및 이를 구비하는 용융금속 정련장치{Container and the Processing apparatus for molten metal having it}

본 발명은 용기 및 용융금속 정련장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용융금속을 정련하는 과정에서 용융금속의 넘침 현상을 방지할 수 있는 용기 및 이를 구비하는 용융금속 정련장치에 관한 것이다.

제강 조업은 고로에서 출선된 용선을 용선 예비 처리를 실시하여 전로에 장입하고, 전로 정련과 2차 정련 공정을 거친 후 연속 주조 공정을 통해 주편을 제조하는 것으로 이루어진다. 여기서 용선 예비 처리는 고로에서 출선된 용선을 전로에 공급하기 이전에 처리하는 공정으로 용선에 함유된 5대 불순물인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 중 주로 인과 황을 제거한다. 특히 황(S)은 강중에 다량으로 존재하는 경우 크랙(crack)을 유발하고 취성을 저하시키며 적열취성(red shortness)의 원인이 되는 등 강재 특성에 나쁜 영향을 미치므로 황이 첨가되는 쾌삭강 등의 특별한 강종을 제외하고는 가능한 낮은 수준으로 유지해야 한다.

탈황 처리는 주로 용선 상태에서 실시하게 되는데, 그 이유는 탄소(C), 규소(Si) 및 망간(Mn) 등이 다량 존재하는 경우 황(S)의 활동도 계수가 높아져 탈황 반응이 효과적으로 일어나며, 용강 상태에서 동일한 탈황 효과를 얻기 위해서는 약 5배 정도의 탈황제를 사용하여야 하기 때문이다.

이러한 용선 정련과정은 고로에서 출선된 용선이 정련설비로 이송되어, 도 1에 도시된 바와 같이 래들(10)에 담긴 상태에서 기계적 교반(Kanvara Reactor, 이하 "KR 공정")을 실시하거나, 정련용기로 옮겨 KR 공정을 실시한다. 이때, KR 공정은 래들(10) 내의 용선에 탈류제를 투입하고 표면에 내화물을 입힌 임펠러(20)를 용선에 침지시켜 회전시키면서 용선을 교반시키고, 이로 인해 발생하는 교반력에 의해 용선의 황과 탈류제가 반응하여 재화됨으로써 수행된다.

이와 같은 정련과정에서 임펠러를 이용하여 용선을 교반하면, 교반 전 용선의 탕면, 예컨대 초기 탕면보다 임펠러가 침지되는 래들(10)의 중심의 탕면은 낮아지고, 래들(10) 가장자리의 탕면은 높아지는 현상이 발생한다. 이는 임펠러를 이용하여 용선을 교반하게 되면, 래들(10)의 중심부에서는 하강류가 형성되고, 래들의 가장자리부에서는 상승류가 형성되기 때문이다.

그런데 정련과정 중 임펠러가 미리 설정된 회전 속도보다 강하게 회전하는 등 조업 이상이 발생하는 경우에는 래들(10) 가장자리에서 상승류가 강하게 발생하여 용선이 래들(10) 외부로 유출될 수 있는 문제점이 있다.

JP2014-047376A

본 발명은 용융 금속을 안정적으로 교반할 수 있는 용기 및 용융금속 정련장치를 제공한다.

본 발명은 안전 사고의 발생을 억제 혹은 방지할 수 있는 용기 및 용융금속 정련장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용기는, 상부가 개방되고 내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되는 몸체와; 상기 몸체의 내측벽에 상기 몸체의 내측 방향을 향하도록 돌출형성되는 방지턱;을 포함할 수 있다.

상기 방지턱은 상기 몸체의 내측벽을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 방지턱은 상기 몸체의 내부에 수용되는 용융금속의 정지탕면보다 높은 곳에 형성될 수 있다.

상기 방지턱은 적어도 하부면에 상기 몸체의 중심부를 향해 상향 경사지는 경사면이 형성될 수 있다.

상기 방지턱의 하부면은 수평면과 30° 이상 90°미만의 각도를 이룰 수 있다.

상기 방지턱의 하부면에 곡면이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융금속 정련장치는, 용융금속을 정련하는 정련장치로서, 내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되고, 내측벽에 내측을 향해 돌출되는 방지턱이 형성되는 용기와; 상기 용기의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기;를 포함할 수 있다.

상기 방지턱은 상기 용기의 내측벽에 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 방지턱은 상기 용기에 수용되는 용융금속의 정지 탕면보다 높은 위치에 형성될 수 있다.

상기 교반기는 상기 용기의 상부에 상하방향으로 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 하부에 방사상으로 형성되는 블레이드를 포함하고, 상기 방지턱의 내경은 상기 블레이드의 직경보다 크게 형성될 수 있다.

상기 방지턱의 하부면은 상기 용기의 중심부를 향해 상향경사지도록 형성될 수 있다.

상기 방지턱의 하부면에 곡면이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 용선, 용강 등과 같은 용융금속이 수용된 용기 내부에 내주면을 따라 돌출되는 방지턱을 형성하여 용융 금속을 교반하는 과정에서 발생하는 상승류에 의해 용융 금속이 용기 외부로 유출되는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 또한, 용융금속의 정련과정 중 과다한 슬래그의 포밍이 발생하여 용기 외의 개소로 넘치는 현상도 억제할 수 있다. 따라서 용기에서 유출되는 용융 금속이나 슬래그에 의해 주변 설비가 손상되거나 용융 금속이 용기에 부착되어 응고물이 형성되는 현상도 억제하여 용기 정비에 소요되는 시간을 절감할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 용융금속 정련장치(케이알설비)를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 용기의 단면도 및 평면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용기가 적용되는 용융금속 정련장치를 이용하여 용융금속을 정련하는 상태를 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명에 따른 용기 및 용융금속 정련장치는 용선, 용강, 용탕 등의 용융금속을 처리하는데 적용될 수 있다. 특히, 용융금속을 정련하는 과정에서 교반기를 이용하여 용융금속을 교반할 때 용융금속의 흐름에 의해 용융금속이 용기 외부로 넘치거나, 슬래그의 포밍이 과다하게 발생하여 슬래그가 용기 외부로 유출되는 현상을 억제할 수 있다. 이하에서 설명하는 실시 예에서는 용융금속은 용선이고, 용기는 래들일 수 있으며, 용선을 임펠러를 이용하여 교반하여 탈황하는 용선예비처리공정을 예로 들어 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 용기의 단면도 및 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치는, 고로나 전기로에서 제조된 용선을 예비처리하는데 사용되는 것으로, 용기(100), 예컨대 래들(100)과, 래들(100) 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되는 임펠러(200)를 포함한다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 용융금속 정련장치는 래들(100) 상부에 구비되어 래들(100) 내부로 첨가제, 예컨대 탈황제를 투입하는 탈황제 투입장치를 더 포함할 수 있다.

먼저, 임펠러(200)는 래들(100) 상부에 상하방향으로 구비되는 회전축(210)과, 회전축(210)의 하부에 방사상으로 연결되는 복수의 블레이드(220)를 포함한다.

회전축(210)은 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되며, 모터 등과 같은 구동장치에서 제공되는 회전력을 이용하여 회전할 수 있다. 회전축(210)은 용선 처리 시 래들(100) 상부로부터 하강하여 그 하부가 용선 중에 침지된다. 용선을 교반할 때 탈황제 투입장치를 통해 탈황제를 용선에 투입할 수 있지만, 회전축(210)을 통해 탈황제를 첨가할 수도 있다. 이에 회전축(210)의 내부에는 탈황제(이송가스 포함)가 이동하는 통로(미도시)가 형성될 수 있다. 이때, 통로는 용선 중에 탈황제를 취입할 수 있도록 회전축(210)의 저면이나 측면을 관통하도록 형성될 수 있다.

블레이드(220)는 회전축(210)의 하부에 회전축(210)의 길이방향에 대해서 교차하는 방향으로 연결될 수 있다. 블레이드(220)는 용선 교반 시 회전축(210)의 하강에 의해 용선 중에 침지되어 실질적으로 용선을 교반하는 역할을 한다.

이와 같은 임펠러(200)의 구조는 공지의 기술로서 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

래들(100)은 상부가 개방되고, 내부에 용선이 수용되는 공간이 형성되는 몸체(110)와, 몸체(110)의 내측벽을 따라 돌출 형성되는 방지턱(120)을 포함한다.

몸체(110)는 일반적으로 용선을 수용하는 래들과 유사한 형태로 형성될 수 있으며, 철피로 외형을 형성하고, 그 내측으로 복수의 내화물층이 구비될 수 있다. 몸체(110)는 바닥면과 바닥면의 가장자리로부터 상부방향으로 연장형성되는 내측벽을 가질 수 있다.

방지턱(120)은 몸체(110)의 내측벽을 따라서 수평방향으로 소정 길이 돌출되는 환형으로 형성될 수 있으며, 상하방향으로 소정의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 다시 말해서 방지턱(120)은 몸체(110)의 중심부, 다시 말해서 몸체(110)의 직경의 중심을 향해 돌출되도록 형성될 수 있다.

방지턱(120)은 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 몸체(110)의 내측, 즉 교반 시 임펠러(200)가 배치되는 중심부로 갈수록 두께가 감소하도록 형성될 수 있으나, 전체적으로 동일한 두께를 갖도록 형성될 수도 있으며 그 형상은 한정되지 않는다. 방지턱(120)은 고온의 용선에 의한 용손을 억제할 수 있도록 내화물을 포함하여 형성될 수 있다.

방지턱(120)은 몸체(110O)의 상부측에 구비될 수 있으며, 보다 바람직하게는 래들(100)에 용선을 장입했을 때 정지 탕면(L0)보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 방지턱(120)은 용선 교반 시 용선 중에 형성되는 흐름, 즉 상승류에 의해 용선이 래들(100) 외부로 유출되는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

임펠러(200)를 이용하여 용선을 교반하는 경우, 임펠러(200)가 침지되는 래들(100)의 중심부에서는 하강류가 형성되고, 래들(100)의 가장자리부에서는 상승류가 형성된다.

그런데 임펠러(200)의 회전수 또는 회전속도가 증가하는 경우 용선 중에 형성되는 흐름이 강해지게 되고, 이에 래들(100)의 가장자리부에 형성되는 상승류의 높이가 높아질 수 있다. 이때, 상승류의 높이가 래들(100)의 높이보다 높아지게 되면 용선이 래들(100) 외부로 넘쳐 흘러 외부의 다른 설비를 손상시키는 등의 안전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에서는 용선 교반 시 발생하는 상승류에 의해 용선이 래들(100) 외부로 유출되는 현상을 억제하기 위하여 래들(100)의 내측벽에서 용선의 정지탕면보다 높은 위치에 용선의 유출을 억제하기 위한 방지턱(120)을 형성하였다.

방지턱(120)은 용선을 교반하기 전 용선의 정지탕면보다 높은 위치로부터 용선이 장입되는 장입구가 형성되는 래들(100)의 상단 사이에 형성될 수 있으며, 용선 교반시 발생하는 상승류의 높이보다 높거나 낮은 위치에 형성될 수 있다. 또는, 방지턱(120)은 래들(100) 상부의 장입구를 따라 형성될 수도 있다. 방지턱(120)은 래들(100)의 내측벽에 연속적으로 형성되어 환형으로 형성될 수 있으며, 이때 래들(100)의 내측벽을 따라 불연속 구간이 형성되는 경우, 용선 교반 시 발생하는 상승류에 의해 불연속 구간으로 용선이 외부로 유출될 수 있는 문제점이 있다.

이러한 구성을 통해 방지턱(120)은 용선의 상승류와 접촉하여 용선이 래들(100) 외부로 유출되는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

또한, 방지턱(120)의 하부면은 래들(100)의 중심부를 향해 상향경사지는 경사면으로 형성될 수도 있고, 상향경사지며 곡면을 형성할 수도 있다.

이에 용선의 예비처리가 완료된 후 용선의 출강을 용이하게 할 수 있다. 또한, 용선의 상승류가 방지턱(120)의 하부면을 따라 래들(100)의 중심부로 이동하도록 안내하여 래들(100) 내에서 용선의 흐름을 원활하게 할 수 있다.

방지턱(120)은 하부면과 용선의 정지탕면이 30° 이상 90°미만의 각도를 이루도록 형성될 수 있으며, 방지턱(120)의 하부면과 수평면, 예컨대 용선의 정지탕면이 이루는 각(θ)이 제시된 범위보다 작은 경우에는 용선 출강 후 방지턱(120)의 하부면과 몸체(110) 사이에 잔류하는 다량의 용선과 슬래그를 제거하기 어렵고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 교반 시 용선의 유출을 방지하는 효과를 얻을 수 없는 문제가 있다.

방지턱(120)의 내경(D)은 임펠러(200)의 직경, 예컨대 블레이드(220)이 직경보다 크게 형성되어, 회전축(210)의 상승 및 하강 시 블레이드(220)와의 충돌을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 이용하여 용융금속, 예컨대 용선을 예비처리하는 방법에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용기가 적용되는 용융금속 정련장치를 이용하여 용융금속을 정련하는 상태를 보여주는 도면이다.

도 4의 a)를 참조하면, 임펠러(200)의 회전축(210)을 하강시켜 블레이드(220)와 회전축(210)의 하부 일부를 용선에 침지시킨다. 이때, 블레이드(220)는 용선의 정지탕면(L0)보다 낮은 곳까지 침지될 수 있다.

이후, 도 4의 b)에 도시된 바와 같이 구동장치를 구동하여 회전축(210)을 회전시키면서 용선을 교반한다. 용선을 교반하는 과정에서 탈황제 투입장치를 통해 용선 상부에 탈황제를 투입한다. 이때, 회전축(210) 내부에 형성되는 통로를 통해 탈황제를 투입할 수도 있다.

이와 같이 용선을 교반하는 과정에서 임펠러(200)의 주변, 즉 래들(100)의 중심부에서 회전축(210)을 중심으로 와류가 형성된다. 래들(100)의 중심부에서는 하강류가 형성되어 정지탕면(L0)보다 탕면 높이가 낮아지고, 래들(100)의 가장자리부에서는 상승류가 형성되어 정지탕면(L0)보다 탕면 높이(L1)가 높아지게 된다. 상승류는 래들(100) 내측벽을 따라 형성되는 방지턱(120)의 하부면을 따라 래들(100)의 중심부측으로 이동하게 된다. 이에 따라 임펠러(200)가 미리 설정된 회전속도보다 빠르게 회전하여 래들(100) 가장자리부에 발생하는 상승류의 높이가 높아지더라도 용선의 상승류가 방지턱(120)의 하부면에 부딪혀 래들(100) 외부로 유출되는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 래들 110: 몸체
120: 방지턱 200: 임펠러
210: 회전축 220: 블레이드

Claims (12)

1. 상부가 개방되고 내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되는 몸체와;
   상기 몸체의 내측벽에 상기 몸체의 내측 방향을 향하도록 돌출형성되는 방지턱;을 포함하는 용기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 방지턱은 상기 몸체의 내측벽을 따라 연속적으로 형성되는 용기.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 방지턱은 상기 몸체의 내부에 수용되는 용융금속의 정지탕면보다 높은 곳에 형성되는 용기.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방지턱은 적어도 하부면에 상기 몸체의 중심부를 향해 상향 경사지는 경사면이 형성되는 용기.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 방지턱의 하부면은 수평면과 30° 이상 90°미만의 각도를 이루는 용기.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 방지턱의 하부면에 곡면이 형성되는 용기.
7. 용융금속을 정련하는 정련장치로서,
   내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되고, 내측벽에 내측을 향해 돌출되는 방지턱이 형성되는 용기와;
   상기 용기의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기;를 포함하는 용융금속 정련장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 방지턱은 상기 용기의 내측벽에 연속적으로 형성되는 용융금속 정련장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 방지턱은 상기 용기에 수용되는 용융금속의 정지 탕면보다 높은 위치에 형성되는 용융금속 정련장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 교반기는 상기 용기의 상부에 상하방향으로 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 하부에 방사상으로 형성되는 블레이드를 포함하고,
    상기 방지턱의 내경은 상기 블레이드의 직경보다 크게 형성되는 용융금속 정련장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 방지턱의 하부면은 상기 용기의 중심부를 향해 상향경사지도록 형성되는 용융금속 정련장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 방지턱의 하부면에 곡면이 형성되는 용융금속 정련장치.

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