KR20160044865A - 용융금속 정련장치 및 그 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속 정련장치 및 그 정련방법에 관한 것으로서, 용융금속을 정련하는 방법으로서, 교반기를 이용하여 상기 용융금속을 교반하면서, 상기 용융금속이 수용되는 용기를 수평방향으로 이동시킴으로써 용융금속 중에 교반기에 의한 흐름에 더 하여 용기를 이동시킴으로써 발생하는 불규칙한 흐름에 의해 용융금속의 교반 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

용융금속 정련장치 및 그 정련방법{Processing apparatus for molten metal and the method thereof}

본 발명은 용융금속 정련장치 및 그 정련방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용선이나 용강 등의 용융금속의 교반 효율을 향상시킬 수 있는 용융금속 정련장치 및 그 정련방법에 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.

통상적으로 탈황 처리는 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 교반기(20)를 용선에 침지시켜 회전시키면서 용선을 교반시키고, 이로 인해 발생하는 교반력에 의해 용선의 황과 탈류제가 반응하여 재화됨으로써 수행된다.

이와 같이 용선과 탈류제 간의 반응 효율을 향상시키기 위해서 주로 교반기의 형상을 변경하여 교반력을 증가시키는 방법이 사용되고 있다. 예컨대 교반기는 회전축(22)과 회전축(22)의 하부에 방사상으로 구비되는 블레이드(24)를 포함하는데, 블레이드(24)의 표면적을 증가시키거나, 블레이드(24)의 비틀림 각을 변경하여 용선과의 접촉 면적을 증가시킴으로써 교반력을 향상시킬 수 있다. 그러나 블레이드의 형상을 변경하는데는 한계가 있고, 이와 같이 용선과 블레이드 간의 접촉 면적을 증가시키는 경우 교반기를 회전시키는데 많은 에너지가 소모되고, 블레이드와 용선과의 마찰에 의해 마모되어 오히려 교반 효율이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

KR2014-2905A KR2012-26623A

본 발명은 용융금속을 교반하는 과정에서 용융금속이 수용되는 용기를 수평방향으로 이동시켜 용융금속 내에 불규칙한 흐름을 형성함으로써 교반 효율을 향상시킬 수 있는 용융금속 정련장치 및 그 정련방법을 제공한다.

본 발명은 회전 구동을 위한 에너지를 절감할 수 있는 용융금속 정련장치 및 그 정련방법을 제공한다.

본 발명의 블레이드를 구성하는 내화물의 용손을 억제할 수 있는 용융금속 정련장치 및 그 정련방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융금속 정련장치는, 용융금속을 정련하는 장치로서, 내부에 용융금속을 수용하는 공간이 형성되는 용기와; 상기 용기의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되어, 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기와; 상기 용기의 하부에 구비되어 상기 용기를 지지하며, 수평방향으로 이동 가능하도록 구비되는 수평이동장치; 및 상기 교반기와 상기 수평이동장치의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수평이동장치는, 상기 용기의 하부에 이동 가능하도록 구비되는 지지대와, 상기 지지대에 연결되어 상기 지지대를 적어도 일방향으로 왕복 이동시키는 구동기를 포함할 수 있다.

상기 지지대는, 상부에 상기 용기가 안착되는 지지판과, 상기 지지판 하부에 구비되는 휠을 포함할 수 있다.

상기 지지대의 하부에 상기 지지대가 이동하는 주행 경로가 구비될 수 있다.

상기 주행 경로에 상기 지지대의 이동 범위를 제한하는 스토퍼가 구비될 수 있다.

상기 휠은 전방위로 회전 가능하도록 형성되고, 상기 지지대의 하부에 상기 지지대가 이동하는 범위를 제한하는 가이드가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융금속 정련 방법은, 용융금속을 정련하는 방법으로서, 교반기를 이용하여 상기 용융금속을 교반하면서, 상기 용융금속이 수용되는 용기를 수평방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 용기를 적어도 일방향으로 왕복 이동시킬 수 있다.

상기 교반기를 이용하여 상기 용융금속을 교반하는 과정에서 상기 용기를 선택적으로 이동시킬 수 있다.

상기 용기를 수평방향으로 이동시켜 상기 교반기를 상기 용기 내에서 편심시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 교반기를 이용하여 용선, 용강 등과 같은 용융금속을 교반하는 과정에서 용융금속이 수용된 용기를 일정 범위 내에서 이동시킴으로써 용융금속 내에 불규칙한 흐름을 형성할 수 있다. 따라서 용융금속 중에 교반기에 의한 흐름에 더 하여 용기를 이동시킴으로써 발생하는 불규칙한 흐름에 의해 용융금속의 교반 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 용융금속의 교반 효율이 향상됨으로써 용융금속 중에 투입되는 첨가제와의 반응 효율도 향상시킬 수 있다.

또한, 교반기를 구동하는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있고, 교반기를 강하게 구동하지 않아도 용융금속의 교반 효율이 향상되므로 강한 교반에 의해 발생할 수 있는 내화물의 용손도 억제하여 내구성을 향상시킬 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 수평이동장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 수평이동장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 용융금속이 수용된 용기(래들)의 이동 궤적을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 이용하여 용융금속을 교반하는 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.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 수평이동장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 수평이동장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 5는 용융금속이 수용된 용기(래들)의 이동 궤적을 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치를 이용하여 용융금속을 교반하는 상태를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 용융금속 정련장치는, 내부에 용융금속을 수용하는 공간이 형성되는 용기와, 용기 상부에 상하방향으로이동 가능하도록 구비되어 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기와, 용기의 하부에 구비되어 용기를 지지하며 수평방향으로 이동 가능하도록 구비되는 수평이동장치 및 교반기와 수평이동장치의 동작을 제어하는 제어기를 포함한다.

용기는 고로나 전기로 등과 같은 용해로에서 제조된 용선 등과 같은 용융금속을 수용하며, 이하에서는 래들이라 지칭한다. 래들(100)은 용선이나 용강 등의 용융금속을 수용하는 일반적인 래들(100)이 사용될 수 있다. 이하에서는 용융금속을 용선이라 지칭한다.

교반기(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 교반기(200)의 구조는 공지의 기술로서 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 3을 참조하면, 수평이동장치(300)는 래들(100) 하부에 구비되어 래들(100)을 지지하는 지지대(310)와, 지지대(310)에 연결되어 지지대(310)를 이동시키는 구동기(320)를 포함한다.

지지대(310)는 상부에 래들(100)이 안착되는 지지판(312)과, 지지판(312) 하부에 구비되는 복수의 휠(314)를 포함한다. 이때, 휠(314)은 지지판(312)은 면적을 갖는 플레이트 형태로 형성되며, 상부면에는 래들(100)의 하부 일부가 삽입되는 안착홈(313)이 형성된다. 휠(314)은 지지판(312)을 안정적으로 지지하며 이동시킬 수 있도록 지지판(312)의 하부에 적어도 4개가 구비될 수 있다.

구동기(320)는 지지대(310)에 연결되어 지지대(310)를 일방향, 예컨대 도 5의 a)에 도시된 것처럼 좌우방향으로 왕복이동시킬 수 있다. 구동기(320)는 지지대(310)를 직선이동시킬 수 있는 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 예컨대 일단이 지지대(310)에 연결되는 구동축을 구비하는 유압실린더 등이 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 구동기(320)로 실린더를 사용하는 경우, 실린더는 지지대(310)의 양쪽 측면에 서로 대향하도록 한 쌍이 구비될 수 있다. 이때, 한 쌍의 실린더는 서로 반대방향으로 구동축을 구동하여 지지대(310)를 일측 또는 타측으로 이동시킴으로써 교반기(200)를 중심으로 래들(100)을 수평방향으로 이동시킬 수 있다.

또한, 지지대(310) 하부에는 주행경로(330)가 구비될 수 있다. 주행경로(330)는 레일 등으로 형성될 수 있다. 이에 휠(314)이 주행경로(330), 즉 레일 상부를 따라 직선이동할 수 있다.

주행경로(330)에는 지지대(310)의 이동 범위를 제한하는 스토퍼(332)가 구비될 수 있다. 스토퍼(332)는 지지대(310)가 이동할 수 있는 범위를 제한하여 지지대(310)가 지나치게 많은 거리를 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 래들(100)이 안착되어 있는 지지대(310)가 미리 설정된 거리보다 지나치게 많은 거리를 이동하는 경우, 래들(100) 상부에 구비되는 교반기(200)가 래들(100)의 내벽에 충돌할 수 있기 때문에 스토퍼(332)를 통해 휠(314)의 회전을 방지하여 지지대(310)의 이동을 방지할 수 있다.

도 4에는 수평이동장치의 변형 예가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 수평이동장치는 래들(100)을 지지하는 지지대와, 지지대에 연결되어 지지대를 이동시키는 구동기(320) 및 지지대 하부에 구비되는 가이드(340)를 포함할 수 있다. 지지대는 지지판(312)과, 지지판(312) 하부에 구비되는 휠(314a)을 포함할 수 있다. 여기에서 지지판(312)은 도 3에 도시된 지지판(312)과 거의 유사한 구성을 가질 수 있다. 다만, 지지판(312)의 형상은 원형이나 사각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 휠(314a)은 일방향으로 회전 가능하도록 구성되는 도 3에 도시된 휠(314)과 달리 전방향으로 회전 가능하도록 구성될 수 있다.

가이드(340)는 지지대의 이동 경로를 형성하고 지지대의 이동 범위를 제한할 수 있도록 형성될 수 있다. 가이드(340)는 플레이트 형상으로 형성되고, 그 가장자리를 따라 지지대의 이동 범위를 제한하는 벽체가 형성될 수 있다. 또는 지지대의 이동 범위를 제한하는 벽체만으로 형성될 수도 있다. 가이드(340)에 의해 형성되는 이동 경로는 지지대를 이동시킬 때 교반기(200)가 지지대 상에 탑재되어 있는 래들(100) 내벽에 충돌하지 않을 정도의 크기로 형성될 수 있다. 예컨대 가이드(340)에 형성되는 이동 경로는 교반기(200)의 회전축(210)을 중심으로 하는 원형으로 형성될 수도 있으며, 지지대를 이동시켰을 때 교반기가 래들(100)의 내벽에 충돌하지 않는 범위에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 구동기(320)는 지지판(312)을 다양한 방향, 예컨대 도 5의 b)에 도시된 바와 같이 전후좌우방향으로 이동시킬 수 있도록 4개가 구비될 수 있다.

제어기(미도시)는 교반기(200)와 구동기(320)의 동작을 제어하여 래들(100) 내 용선에 형성되는 와류의 크기나 깊이, 와류가 형성되는 방향 등을 제어할 수 있다. 즉, 제어기는 교반기(200)의 회전 속도를 제어할 수 있으며, 교반기(200)를 이용한 용선 교반 시 구동기(320)를 동작시켜 래들(100) 내에서 교반기(200)를 편심시키는 효과를 구현할 수 있다. 이에 교반기(200)를 래들(100) 내에 편심시킴으로써 교반기(200)에 의한 용선의 흐름에 더하여 불규칙한 흐름을 형성함으로써 용선 내 형성되는 와류의 크기나 깊이, 방향 등을 제어할 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 교반기(200)를 이용하여 용선을 교반하면서 래들(100)를 수평이동시켜 교반기(200)를 래들(100) 내에 편심시키는 효과를 구현함으로써 용선의 교반 효율을 향상시키는 동시에, 용선에 투입되는 탈황제와의 반응 효율도 향상시킬 수 있다.

이하에서는 용융금속의 처리방법에 대해서 설명한다.

래들(100)에 장입된 용선을 지지대(310)의 지지판(312) 상부에 안착시킨다. 이때, 래들(100)의 하부는 지지판(312)에 형성되는 안착홈(313)에 삽입되어 지지판(312)에 안정적으로 지지될 수 있다.

이후, 제어기의 제어를 통해 교반기(200)를 하강시켜 회전축(210)의 하부 일부 및 블레이드(220)를 용선 중에 침지시키고, 구동하여 용선을 교반한다. 이때, 교반기(200)는 래들(100)의 중심에 배치된다. 용선을 교반하면서 래들(100) 상부를 통해 탈황제를 투입할 수 있다.

또한, 교반기(200)를 이용하여 용선을 교반하면서 제어기의 제어를 통해 수평이동장치(300)의 구동기(320)를 동작시켜 래들(100)를 수평이동시킬 수 있다. 래들(100)은 교반기(200)를 중심으로 일측 또는 타측으로 이동하게 되고, 이에 교반기(200)는 래들(100) 내에서 편심되도록 배치된다.

수평이동장치(300)의 동작은 교반기(200)를 이용한 용선의 교반과 동시에 수행될 수도 있고, 탈황제와 용선 간의 반응이 더뎌지는 교반 말기에 수행될 수도 있다. 또한, 수평이동장치(300)의 동작은 주기적으로 수행될 수도 있으며, 다양한 패턴으로 동작하여 용선 중에 불규칙한 흐름을 형성할 수 있다.

따라서 용선의 교반 효율이 향상되고, 용선에 투입되는 탈황제와 용선 간의 반응 효율도 향상시킬 수 있다. 또한, 불규칙한 흐름에 의해 교반기(200)에 부착되는 부착물, 예컨대 탈황제를 분리하여 부착물에 의한 교반 효율의 저하도 억제할 수 있다.

도 6에서는 수평이동장치(300)가 래들(100)을 좌우방향으로 이동시키는 것으로 도시하고 있지만, 도 5의 b)에 도시된 바와 같이 전후좌우방향으로 이동시킬 수도 있고, 교반기(200)가 래들(100) 내벽에 충돌하지 않는 범위에서 다양한 궤적을 갖도록 이동시킬 수 있음은 물론이다.

이후, 용선의 정련의 정련 과정이 완료되면, 래들(100)을 수평이동장치(300)의 지지대(310)로부터 분리하여 후속 공정이 수행되는 장소로 이동시킨다.

이와 같이 용선을 기계적 교반 방법을 이용하여 교반하면서 정련할 때, 용선이 수용되는 래들(100)을 수평방향으로 이동시킴으로써 교반기를 래들(100) 내에서 편심되는 효과를 구현할 수 있다. 이에 용선 중에 불규칙한 흐름을 형성하여 용선의 교반 효율을 향상시킴은 물론, 이에 따른 용선과 탈황제 등과 같은 첨가제와의 반응 효율도 향상시킬 수 있다. 또한, 래들(100) 내에서 수평 방향으로 교반 영역이 증가하여 용선의 교반 효율이 향상되므로, 교반기만을 이용하여 용선을 교반시킬 때보다 교반기의 회전속도의 저감도 가능하여 교반기를 동작시키는데 필요한 에너지 소모도 줄일 수 있고, 용선과의 마찰에 의한 교반기의 용손도 억제할 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 200: 교반기
300: 수평이동장치 310: 지지대
320: 구동기 330: 주행경로
340: 가이드

Claims (10)

1. 용융금속을 정련하는 장치로서,
   내부에 용융금속을 수용하는 공간이 형성되는 용기와;
   상기 용기의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되어, 상기 용기 내부에 수용되는 용융금속을 교반하는 교반기와;
   상기 용기의 하부에 구비되어 상기 용기를 지지하며, 수평방향으로 이동 가능하도록 구비되는 수평이동장치; 및
   상기 교반기와 상기 수평이동장치의 동작을 제어하는 제어기;
   를 포함하는 용융금속 정련장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 수평이동장치는,
   상기 용기의 하부에 이동 가능하도록 구비되는 지지대와,
   상기 지지대에 연결되어 상기 지지대를 적어도 일방향으로 왕복 이동시키는 구동기를 포함하는 용융금속 정련장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지대는,
   상부에 상기 용기가 안착되는 지지판과,
   상기 지지판 하부에 구비되는 휠을 포함하는 용융금속 정련장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 지지대의 하부에 상기 지지대가 이동하는 주행 경로가 구비되는 용융금속 정련장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 주행 경로에 상기 지지대의 이동 범위를 제한하는 스토퍼가 구비되는 용융금속 정련장치.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 휠은 전방위로 회전 가능하도록 형성되고,
   상기 지지대의 하부에 상기 지지대가 이동하는 범위를 제한하는 가이드이 구비되는 용융금속 정련장치.
7. 용융금속을 정련하는 방법으로서,
   교반기를 이용하여 상기 용융금속을 교반하면서, 상기 용융금속이 수용되는 용기를 수평방향으로 이동시키는 용융금속 정련방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 용기를 적어도 일방향으로 왕복 이동시키는 용융금속 정련방법.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 교반기를 이용하여 상기 용융금속을 교반하는 과정에서 상기 용기를 선택적으로 이동시키는 용융금속 정련방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용기를 수평방향으로 이동시켜 상기 교반기를 상기 용기 내에서 편심시키는 용융금속 정련방법.

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