KR20160031263A - 용융금속 정련장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융금속 정련장치에 관한 것으로서, 용융금속을 정련하는 정련장치로서, 상부가 개방되고 내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되는 용기와, 상기 용기 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 하부가 상기 용기의 바닥면에 지지되어 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기를 포함하는 것을 특징으로 하고, 용융금속을 교반하는 설비의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

용융금속 정련장치{Refining apparatus for molten metal}
본 발명은 용융금속 정련장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용융금속을 교반하는 설비의 안정성을 향상시킬 수 있는 용융금속 정련장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고로에서 생산된 용선에는 탄소의 함유량이 많고 인(P), 황(S), 규소(Si)와 같은 불순물이 포함되어있어 탄소의 양을 줄이고 불순물을 제거하는 제강공정이 요구된다. 이 공정에서 용선에 포함된 불순물인 황(S) 등의 성분을 제거하기 위해 생석회(CaO)와 같은 탈류제가 주로 사용된다.
이러한 용선 정련과정은 고로에서 출선된 용선이 정련설비로 이송되어, 래들에 담긴 상태에서 기계적 교반(Kanvara Reactor, 이하 "KR 공정")을 실시하거나, 정련용기, 예컨대 래들(10)로 옮겨 KR 공정을 실시한다. 이때, KR 공정은 도 1에 도시된 바와 같은 KR 설비에서 제어부의 제어를 통해 호퍼를 이용하여 용선에 탈류제를 투입하고 표면에 내화물을 입힌 교반기, 즉 임펠러(20)를 래들(10)에 담긴 용선에 침지하여 회전시키면서 용선을 교반시키고, 이로 인해 발생하는 교반력에 의해 용선의 황과 탈류제가 반응하여 재화됨으로써 수행된다.
이와 같은 정련과정에서 임펠러(20)는 용선에 침지된 상태에서 회전하여 용선을 교반시키는데, 임펠러(20)는 상하방향으로 배치되는 회전축(22)과 회전축(22)의 외주면에 회전축(22)을 중심으로 방사상으로 구비되는 복수의 블레이드(24)를 포함하여 형성된다. 이에 회전축(22)이 회전함에 따라 회전축(22)의 외주면에 구비되는 블레이드(24)가 용선과 접촉하여 용선을 교반시키게 된다.
그런데 용선 교반 시 임펠러(20)를 회전시키는 경우, 임펠러(20)의 블레이드(24)가 용선과 접촉하면서 용선을 교반하는데 용선의 저항에 의해 임펠러(20)에 진동이 발생하게 된다. 이때, 임펠러(20)는 용융금속과 직접 접촉되는 회전축(22)의 하부 및 블레이드(24)가 용선 중에 부유한 상태로 용선을 교반하게 되므로 용선에 의한 저항 및 용선의 흐름의 영향으로 진동이 발생하며, 그 진동이 임펠러(20)를 지지하는 다름 부품이나 전체 장치에 그대로 전달되게 된다. 특히, 용선의 교반 효율을 향상시키기 위해서 임펠러(20)의 회전 속도를 증가시킬수록 발행하는 진동의 크기가 증가하게 된다. 이로 인해 임펠러(20)를 지지하는 다른 부품이나 장치 전체에 전해진 진동은 피로 파괴를 발생시켜 그 수명을 저하시키는 문제점이 있다.
JP 2009-30087A
본 발명은 용융금속을 안정적으로 교반시킬 수 있는 용융금속 정련장치를 제공한다.
본 발명은 주변 장치의 수명 저하를 억제 혹은 방지할 수 있는 용융금속 정련장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 용융금속 정련장치는, 용융금속을 정련하는 정련장치로서, 상부가 개방되고 내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되는 용기와, 상기 용기 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 하부가 상기 용기의 바닥면에 지지되어 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 교반기는 상기 용기 상부에 상하방향으로 연장형성되는 회전축과, 상기 회전축의 하부에 방사상으로 연결되는 블레이드 및 상기 블레이드 하부에 상기 회전축의 길이방향으로 연장되어 구비되는 지지축을 포함할 수 있다.
상기 지지축은 상기 용융금속에 투입되는 첨가제와 동일한 성분을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 지지축은 상기 회전축에 교체 가능하도록 연결될 수 있다.
상기 지지축은 상기 회전축의 회전방향을 따라 회전할 수 있다.
상기 지지축은 상기 회전축과 회동 가능하도록 연결될 수 있다.
상기 용기의 바닥면에 상기 지지축의 하부와 접촉하는 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 돌출부의 상부면에는 상기 지지축의 하부가 삽입되는 오목홈이 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 용융금속에 투입되는 첨가제와 동일한 성분을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 용기 용융금속 정련장치는, 용선 등의 용융금속을 기계적으로 교반할 때 발생하는 진동에 의한 다른 부품 및 전체 장치의 피로 파괴 및 손상을 억제할 수 있다. 즉, 용융금속을 교반하는 교반기의 하부를 용융금속이 수용된 용기 내에 지지시켜 교반기에 발생하는 진동이 교반기를 지지하는 다른 부품이나 전체 장치로 모두 전달되는 현상을 억제할 수 있다. 특히, 교반기의 하부가 용기에 지지되기 때문에 교반기에 발생하는 진동 크기가 증대되는 현상을 억제할 수 있다.
따라서 장치 전체의 수명 저하를 억제하여 그 유지 보수나 교체 주기를 증가시킬 수 있어 장치 유지에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 용융금속 정련장치(KR 설비)를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 임펠러와 래들의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 임펠러의 작동을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치의 사용상태를 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.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 임펠러와 래들의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 임펠러의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치의 사용상태를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치는, 고로나 전기로에서 제조된 용선을 예비처리하는데 사용되는 것으로, 용기(100)와, 용기(100) 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되는 교반기(200)를 포함한다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 용융금속 정련장치는 용기(100) 상부에 구비되어 용기(100) 내부로 첨가제, 예컨대 탈황제를 투입하는 탈황제 투입장치를 더 포함할 수 있다. 이하에서는 용기(100)는 래들(100)이라 지칭하고, 교반기(200)는 임펠러(200)라 지칭한다.
먼저, 임펠러(200)는 래들(100) 상부에 상하방향으로 구비되는 회전축(210)과, 회전축(210)의 하부에 방사상으로 연결되는 복수의 블레이드(220) 및 회전축(210)의 하부에 연장되어 블레이드(220)의 하부로 돌출 형성되는 지지축(230)을 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.
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.
또한, 지지축(230)은 회전축(210)의 하부에 회전축(210)의 길이방향을 따라 연장형성되어, 블레이드(220)의 하부로 돌출되도록 구비될 수 있다.
지지축(230)은 회전축(210)의 하부에 교체 가능하도록 연결될 수 있다. 이에 따라 지지축(230)이 용손되거나 마모된 경우 용이하게 교체할 수 있다. 또한, 회전축(210)과 지지축(230) 사이에 구비되는 블레이드(220)의 교체도 용이하게 할 수 있다. 지지축(230)은 회전축(210)과 일체로 형성될 수도 있음은 물론이다.
도 4의 a)를 참조하면, 지지축(230)은 회전축(210)에 회전 가능하도록 연결될 수도 있다. 즉, 지지축(230)은 래들(100) 바닥면에 지지된 상태로 회전축(210)의 회전방향을 따라 회전하거나, 또는 회전축(210)의 회전방향과 반대방향으로 회전할 수 있다. 이에 용선 교반 시 지지축(230)의 주변에 용선의 흐름을 형성하여 용선의 교반 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4의 b)를 참조하면, 지지축(230)은 회전축(210)에 회동 가능하도록 연결될 수도 있다. 다시 말해서 회전축(210)은 지지축(230)에 회동 가능하도록 연결되어, 회전축(210)이 회전하더라도 지지축(230)은 회전하지 않고 래들(100) 바닥면에 지지된 상태를 유지할 수 있다. 이 경우, 전자와는 달리 지지축(230)과 래들(100) 바닥면 간에 마찰이 발생하는 것을 억제하여 지지축(230) 및 래들(100)의 마모를 억제 혹은 방지할 수 있다.
용선을 교반할 때 탈황제 투입장치를 통해 탈황제를 용선에 투입할 수 있지만, 임펠러(200)를 통해서도 탈황제를 취입할 수도 있다. 따라서 회전축(210)과 지지축(230)에는 탈황제(이송가스 포함)가 이동하는 통로(미도시)가 형성될 수 있다. 이때, 용선 교반시 지지축(230)이 래들(100) 바닥면에 지지된 상태를 유지하기 때문에 탈황제를 취입하는 노즐(미도시)은 지지축(230)의 측면을 관통하며 통로와 연통되도록 형성될 수 있다. 또한, 노즐은 회전축(210)의 측면이나 블레이드(220)에 추가로 형성될 수도 있다.
래들(100)은 상부가 개방되고, 내부에 용선이 수용되는 공간이 형성된다. 래들(100)은 일반적으로 용선을 수용하는 공지의 래들과 유사한 형태로 형성될 수도 있다.
용선 교반 시 임펠러(200)의 지지축(230)은 래들(100)의 바닥면에 지지될 수 있다. 이에 래들(100)은 상부가 개방되고 내부에 용선이 수용되는 공간이 형성되는 몸체(110)와, 지지축(230)을 지지하기 위해 바닥면에는 상부방향으로 돌출형성되는 돌출부(120)를 포함할 수도 있다. 이때, 임펠러(200)는 래들(100)의 직경에 대해서 중심에 배치될 수도 있으나, 필요에 따라서는 어느 한 쪽으로 편심되도록 배치될 수도 있다. 따라서 돌출부(120)는 몸체(110)의 직경에 대해서 중심에 형성될 수도 있고, 임펠러(200)가 편심된 방향으로 치우쳐서 형성될 수도 있다.
또한, 돌출부(120)의 상부에는 오목홈(130)이 형성될 수도 있다. 오목홈(130)은 임펠러(200)의 지지축(230)이 삽입될 수 있는 크기로 형성될 수 있으며, 용선 교반 시 지지축(230)이 오목홈(130)에 맞물려진 상태를 유지할 수 있어 용선의 흐름에 의해 요동되는 것을 억제할 수 있다. 이때, 지지축(230)은 오목홈(130) 내부에 삽입되어 그 단부가 오목홈(130) 표면에 접촉될 수도 있고, 소정 거리 이격될 수도 있다. 그리고 오목홈(130)은 임펠러(200)의 하강시 지지축(230)과의 얼라인도 용이하게 한다.
돌출부(120)는 내화물로 형성될 수도 있으며, 용선에 투입되는 첨가제, 예컨대 탈황제를 포함하는 물질을 이용하여 형성될 수도 있다. 후자의 경우 용선 교반 시 발생하는 지지축(230)과 돌출부(120)의 마찰에 의해 돌출부(120)가 마모되어 탈황제 용선 중으로 투입되는 효과를 구현할 수 있다. 또한, 지지축(230)도 돌출부(120)와 같이 용선에 투입되는 첨가제를 포함하는 물질로 형성될 수 있음은 물론이다.
이와 같은 구성을 통해 회전축(210), 블레이드(220) 및 지지축(230)은 일체형으로 형성되어 승강 가능하도록 형성되며 용선 교반 시 래들(100)의 바닥면에 지지된 상태로 용선을 교반할 수 있다.
도 5를 참조하여, 이러한 구성을 이루어지는 정련장치를 이용하여 용선을 교반하는 상태를 살펴보면 다음과 같다.
임펠러(200)를 용선이 장입된 래들(100)로 하강시켜 회전축(210) 하부 일부와 블레이드(220) 및 지지축(230)을 용선에 침지시킨다. 이에 지지축(230)은 래들(100) 몸체(110)의 바닥면에 형성된 돌출부(120) 상의 오목홈(130)에 삽입된다. 이때, 지지축(230)은 오목홈(130)의 표면으로부터 소정 거리 이격될 수도 있고, 오목홈(130)의 표면에 접촉될 수도 있다. 전자의 경우 지지축(230)의 단부는 오목홈(130) 표면으로부터 이격된 상태로 하부 측벽이 오목홈(130)의 내벽에 의해 둘러싸일 수 있다.
도 4의 a)에 도시된 바와 같이 지지축(230)이 회전축(210)의 회전방향을 따라 회전하도록 연결된 경우에는 지지축(230)이 래들(100) 바닥면, 즉 돌출부(120)와 접촉하여 마모되기 쉬우므로, 지지축(230)의 단부가 오목홈(130)의 표면으로부터 이격되는 것이 좋다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 용선 교반시 지지축(130)의 하부는 오목홈(130) 내에 삽입되되, 그 측면이 오목홈(130)의 내벽에 접촉되거나 그 내부에 삽입된 상태를 유지할 수 있다. 이와 같이 임펠러(200)의 하부, 즉 지지축(230)을 오목홈(130) 내에 구속함으로써 용선 교반 시 발생하는 진동의 크기를 저감시킬 수 있다.
또한, 도 4의 b)에 도시된 바와 같이 지지축(230)이 회전축(210)과 회동 가능하도록 연결되는 경우, 지지축(230)의 단부는 오목홈(130)의 바닥 표면에 접촉될 수도 있고, 전술한 바와 같이 이격된 상태를 유지할 수 있다. 이 경우에는 지지축(230)이 회전축(210)의 회전과 무관하게 정지된 상태를 유지하기 때문에 래들(100) 바닥면, 즉 돌출부(120)와의 마찰이 없이 임펠러(200)를 효과적으로 지지할 수 있으며, 돌출부(120)의 마모를 억제 혹은 방지할 수 있다.
이와 같은 방법으로 용선을 교반시키게 되면, 용선을 교반시키는 과정에서 임펠러(200)가 래들(100) 바닥면에 지지되기 때문에 임펠러(200)에 발생하는 진동을 저감시킬 수 있다. 또한, 임펠러(200)가 래들(100) 바닥면에 형성되는 오목홈(130) 내에 구속되기 때문에 용선을 교반하는 과정에서 용선의 저항이나 고속 회전에 의해 발생하는 진동 크기를 저감시킬 수 있다.
따라서 임펠러(200)를 지지하는 다른 주변 설비로 진동이 전달되어 손상되는 현상을 억제할 수 있다.
여기에서는 고로나 전기로에서 출강된 용선을 예비처리하는 경우 적용되는 교반장치에 대해서 설명하고 있으나, 용선, 용강 등의 용융물의 교반이 필요한 다양한 공정에서 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 다양한 종류의 유체를 교반하는 교반장치에도 전술한 특징들이 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 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: 돌출부 130: 오목홈
200: 임펠러 210: 회전축
220: 블레이드 230: 지지축

Claims (9)

  1. 용융금속을 정련하는 정련장치로서,
    상부가 개방되고 내부에 용융금속이 수용되는 공간이 형성되는 용기와,
    상기 용기 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 하부가 상기 용기의 바닥면에 지지되어 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기를 포함하는 용융금속 정련장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 교반기는 상기 용기 상부에 상하방향으로 연장형성되는 회전축과,
    상기 회전축의 하부에 방사상으로 연결되는 블레이드 및
    상기 블레이드 하부에 상기 회전축의 길이방향으로 연장되어 구비되는 지지축을 포함하는 용융금속 정련장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지축은 상기 용융금속에 투입되는 첨가제와 동일한 성분을 포함하여 형성되는 용융금속 정련장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 지지축은 상기 회전축에 교체 가능하도록 연결되는 용융금속 정련장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지축은 상기 회전축의 회전방향을 따라 회전하는 용융금속 정련장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지축은 상기 회전축과 회동 가능하도록 연결되는 용융금속 정련장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 용기의 바닥면에 상기 지지축의 하부와 접촉하는 돌출부가 형성되는 용융금속 정련장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 돌출부의 상부면에는 상기 지지축의 하부가 삽입되는 오목홈이 형성되는 용융금속 정련장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 용융금속에 투입되는 첨가제와 동일한 성분을 포함하여 형성되는 용융금속 정련장치.
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