KR20180061972A

KR20180061972A - 용융물 처리장치

Info

Publication number: KR20180061972A
Application number: KR1020160161752A
Authority: KR
Inventors: 김장훈; 조현진; 최주한; 한상우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-06-08
Also published as: KR101914084B1

Abstract

본 발명은, 내측에 공간이 마련되고, 상부에 용융물 주입부가 배치되며, 바닥에 배출홀이 형성되는 용기, 상기 용융물 주입부에서 상기 배출홀측으로 이격되어 상기 바닥에 설치되는 기체 주입부 및 내부가 하측으로 개방되고, 상기 기체 주입부를 마주보도록 설치되는 챔버부를 포함하고, 용융물의 처리 시 용융물의 회전수를 증가시킬 수 있는 용융물 처리장치가 제시된다.

Description

용융물 처리장치{Molten material processing apparatus}

본 발명은 용융물 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 용융물의 처리 시 용융물의 회전수를 증가시킬 수 있는 용융물 처리장치에 관한 것이다.

제강부문에 있어 연속주조법은 종래 조괴법에 비해 품질 균일성과 실수율 등이 우수하다. 이 연속주조법의 설비 및 조업기술 등에 많은 연구개발이 이루어지고 있다. 그 결과 소수의 특수 용도를 제외하고, 고합금강을 비롯한 거의 모든 강종을 연속주조법으로 생산할 수 있게 되었다. 이 연속주조법을 위한 설비를 연속주조 설비라 한다.

통상적인 연속주조 설비는, 용강(molten steel)을 운반하는 래들(Ladle), 래들에서 용강을 공급받아 임시 저장하는 턴디시(Tundish), 턴디시로부터 지속적으로 용강을 공급받으면서 이를 주편(Slab)으로 1차 응고시키는 주형(Mold), 주형으로부터 지속적으로 인발되는 주편을 2차 냉각시키며 일련의 성형 작업을 수행하는 냉각대로 구성된다.

용강은 턴디시의 내부에서 소정 시간 체류하면서, 개재물(inclusion)이 부상 분리되고, 슬래그(slag)가 안정화되며, 재산화가 방지된다. 이후, 용강은 주형으로 공급되어 주편의 형상을 결정하면서 초기 응고층을 형성하는데 이와 동시에 주편의 표면 품질이 결정된다.

이때, 주형에서 결정되는 주편의 표면 품질은 개재물에 대한 용강의 청정도에 의해 크게 영향을 받는다. 즉, 개재물에 대한 용강의 청정도가 좋지 않으면, 개재물 자체로 인한 주편의 표면 결함에 의하여 주편의 표면 품질이 저하된다. 또한, 개재물이 턴디시에서 주형으로의 용강 흐름을 방해하여, 주형 내에 용강의 이상 흐름을 발생시킴에 따라 주편의 표면 품질이 저하된다.

개재물에 대한 용강의 청정도는 이전 공정인 2차 정련 공정에서 대부분 결정되지만, 턴디시에 용강이 체류하는 동안 용강과 개재물 간의 비중 차이에 의해 개재물이 용강 탕면으로 부상 분리되어 제거되는 작용이 기여하는 부분도 상당히 크다. 즉, 용강이 턴디시에 체류하면서 개재물이 부상 분리되는 정도에 따라, 개재물에 대한 용강의 청정도가 상당 부분 달라진다. 이때, 용강의 턴디시 내부에 체류하는 시간이 길어질수록 용강 중의 개재물이 더 잘 부상 분리된다.

따라서, 종래에는 턴디시에서의 용강 체류시간을 길게 하기 위한 방안으로, 턴디시 내부에 댐(dam)이나 위어(weir) 등의 구조물을 설치하고, 이 구조물을 이용해서 용강의 흐름을 제어하면서 체류시간을 조절하였다.

하지만, 용강 중에 혼입된 개재물 중 크기가 30㎛ 이하인 개재물의 경우, 상기 구조물에 의해 용강이 턴디시 내에 체류하는 시간보다 개재물의 부상 분리에 필요한 시간이 더 길다. 이러한 이유로, 30㎛ 이하의 크기를 가진 개재물은 턴디시의 내부에 구축된 댐이나 위어로는 제거하기 어렵다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌들에 개시되어 있다.

KR

10-0775087

B1

KR

10-0753059

B1

KR

20-0044125

Y1

KR

10-2013-0076187

A

본 발명은 용융물을 처리하는 용기의 내부에 용융물의 회전류를 생성하여 개재물을 효과적으로 제거할 수 있는 용융물 처리장치를 제공한다.

본 발명은 용융물을 처리하는 용기의 내부에 생성된 회전류의 회전수를 극대화할 수 있는 용융물 처리장치를 제공한다.

본 발명은 회전류의 생성을 위하여 용융물 중에 주입되는 기체의 증량 없이 회전류의 회전수를 극대화할 수 있는 용융물 처리장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융물 처리장치는, 내측에 공간이 마련되고, 상부에 용융물 주입부가 배치되며, 바닥에 배출홀이 형성되는 용기; 상기 용융물 주입부에서 상기 배출홀측으로 이격되어 상기 바닥에 설치되는 기체 주입부; 및 내부가 하측으로 개방되고, 상기 기체 주입부를 마주보도록 설치되는 챔버부;를 포함한다.

상기 용융물 주입부 및 상기 배출홀은 상기 기체 주입부를 사이에 두고 양측으로 각각 이격될 수 있다.

상기 챔버부는, 일방향 및 일방향에 교차하는 타방향으로 연장되는 리드 부재; 타방향으로 연장된 상기 리드 부재의 일단부에서 하향 돌출된 제1벽체; 및 타방향으로 연장된 상기 리드 부재의 타단부에서 하향 돌출된 제2벽체;를 포함할 수 있다.

상기 리드 부재는 일방향으로 경사지게 설치될 수 있다.

상기 리드 부재는 상기 용융물 주입부에서 상기 배출홀을 향하는 방향으로 하향 경사지게 설치될 수 있다.

상기 리드 부재의 경사각은 수평면을 기준으로 10° 내지 30°의 범위일 수 있다.

상기 제1벽체 및 리드 부재 중 적어도 하나가 상기 기체 주입부를 마주보도록 설치되고, 상기 제2벽체가 상기 기체 주입부에서 상기 배출홀측으로 이격되어 설치될 수 있다.

상기 제1벽체 및 상기 제2벽체는 각각 상기 용기의 내부에 담긴 용융물에 침지되면서 상기 바닥에서 이격될 수 있는 높이로 설치되고, 상기 리드 부재는 적어도 일부가 상기 용기의 내부에 담긴 용융물에 침지될 수 있는 높이로 설치될 수 있다.

상기 챔버부가 상하방향으로 연장된 길이를 1이라 할 때, 상기 제2벽체는 상기 용기의 내부에 담긴 용융물에 0.15 내지 0.85의 깊이로 침지 가능하도록 설치될 수 있다.

상기 챔버부는, 상기 리드 부재, 제1벽체 및 제2벽체의 외면을 감싸는 내화물부; 및 상기 상기 리드 부재, 제1벽체 및 제2벽체의 외면에 장착되어 상기 내화물부를 지지 가능한 복수개의 고정 부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 리드 부재, 제1벽체 및 제2벽체는 스피넬(Spinel), 알루미나(Al₂O₃) 또는 마그네시아(MgO)의 재질을 포함하고, 상기 내화물부는 마그네시아(MgO) 또는 칼시아(CaO)의 재질을 포함할 수 있다.

상기 내화물부는 5㎜ 내지 15㎜의 두께로 형성될 수 있다.

일방향에 교차하는 타방향으로 연장되고, 상기 배출홀에서 상기 기체 주입부측으로 이격되며, 상기 챔버부를 마주보도록 상기 바닥에 접촉 설치되는 제1부재;를 포함할 수 있다.

타방향으로 연장되고, 상기 제1부재에서 상기 기체 주입부측으로 이격되며, 상기 챔버부를 마주보도록 상기 바닥에서 이격되어 설치되는 제2부재;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 용융물을 처리하는 용기의 내부에 용융물의 회전류를 생성할 수 있고, 용융물을 처리하는 용기의 내부에 생성된 회전류의 회전수를 극대화할 수 있는데, 이때, 회전류의 생성을 위하여 용융물 중에 주입되는 기체의 증량 없이 회전류의 회전수를 극대화할 수 있다. 따라서, 용융물 중의 개재물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.

예컨대 제철소의 연속주조 공정에 적용되면, 턴디시의 바닥에 기체 주입부를 설치하고, 기체 주입부를 마주보도록 챔버부를 설치한 후, 턴디시에 용강을 수강하여 연속주조 공정을 수행하는 중에, 용강 중에 아르곤 기체를 주입하면서 챔버부를 용강에 침지시켜 용강 중에 회전류를 유도할 수 있다.

이때, 챔버부의 내측 상면을 용강의 탕면에 대하여 경사지도록 하여 용강 중에 침지시킬 수 있고, 이 구조에 의하여, 용강의 회전류는 챔버부 내측을 통과하면서 회전 방향으로 가속될 수 있다. 즉, 용강 중에 주입되는 기체의 증량 없이 회전류의 유속 및 회전수를 극대화할 수 있다.

이에 의하여, 용강은 턴디시의 내부에서 회전류를 따라 복수 회 반복 회전하면서 장시간 체류할 수 있고, 회전하는 중에 기포 상태의 아르곤 기체에 수차례 반복 접촉할 수 있다. 따라서, 용강 중의 개재물을 효과적으로 제거할 수 있는데, 특히, 30㎛ 이하의 미세 개재물을 매우 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버부의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 비교 예에 따른 용융물 처리장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 용융물 유동해석 결과를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 용융물 유동해석 결과를 정리하여 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

이하에서 사용되는 용어 중, 일방향 및 타방향은 기준이 되는 구성 요소 예컨대 후술하는 용기의 길이방향 및 폭방향을 각각 지칭한다. 그리고 상하방향은 일방향 및 타방향에 모두 교차하는 방향을 지칭하며 높이방향이라고도 한다.

본 발명은 용융물의 처리 시 용융물의 회전수를 증가시킬 수 있는 용융물 처리장치에 관한 것이고, 제철소의 연속주조공정을 기준으로 실시 예를 설명한다. 물론, 본 발명은 여러 산업 분야의 각종 용융물 처리설비 및 다양한 처리공정에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용기의 개략도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버부의 개략도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버부의 단면도이다.

이때, 도 3의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버부의 개략도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 변형 예에 따른 챔버부의 개략도이다. 또한, 도 4의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시 예에 따른 제1벽체, 리드 부재 및 제2벽체 각각의 단면도이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치를 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치는 용기(100), 기체 주입부(200), 챔버부(300)를 포함하고, 유도부재(400) 및 작동부재(500)를 더 포함할 수 있다.

용융물(M)은 용강을 포함할 수 있다. 용강은 제강 설비에서 정련이 완료되어 마련될 수 있고, 운반용기 예컨대 래들(미도시)에 담겨 용기(100)의 상측에 운반될 수 있다. 예컨대 이전공정에서 용융물(M)의 탈산 등에 사용된 알루미늄이나 실리콘 등은 용융물(M) 내의 산소에 반응하여 대부분 개재물로 제거되지만 매우 작은 크기의 개재물을 용융물(M) 중에 그대로 남아있다. 이 미세 개재물이 용융물(M)과 함께 용기(100)에 혼입될 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 기체 주입부(200) 및 챔버부(300)를 이용하여 용융물(M)에 회전류를 형성하고, 이 회전류를 이용하여 미세 개재물을 효과적으로 제거할 수 있다. 한편, 운반용기와 용기(100) 사이에 용융물 주입부(1)가 설치될 수 있다.

용융물 주입부(1)는 용강이 통과 가능한 중공의 내화물 노즐로서, 예컨대 슈라우드 노즐(shroud nozzle)을 포함할 수 있다. 용융물 주입부(1)는 예컨대 머니퓰레이터(manipulator)에 장착되어 지지되며, 머니퓰레이터(미도시)의 상승에 의하여 래들의 콜렉터 노즐(collector nozzle)에 결합되면서 래들에 연통할 수 있다.

용융물 주입부(1)는 용기(100)의 바닥(130)에서 이격되고, 바닥(130)의 중심부에 상하방향으로 배치될 수 있다. 용융물 주입부(1)는 용기(100)의 내부로 용융물(M)을 주입할 수 있고, 용융물(M)을 주입하는 중에 용융물(M)의 레벨이 상승하면서 하부가 용융물(M)에 침지될 수 있다.

용기(100)는 내측에 공간이 마련되고, 상부에 용융물 주입부(1)가 배치되며, 바닥(130)에 배출홀(140)이 형성될 수 있다. 용기(100)는 상부가 상측으로 개방된 용기의 형상이고, 상부 개구를 통하여 내측 공간이 개방될 수 있다. 이때, 이 상부 개구에는 커버(미도시)가 안착될 수도 있다.

용기(100)는 일방향(X) 및 타방향(Y)으로 연장되어 소정의 면적을 가지는 바닥(130), 바닥(130)의 둘레를 따라 상향 돌출된 복수의 측벽을 포함하는데, 이때, 복수의 측벽은 타방향(Y)으로 연장된 한 쌍의 제1측벽(110) 및 일방향(X)으로 연장된 한 쌍의 제2측벽(120)을 포함할 수 있다. 제1측벽(110)들은 일방향(X)으로 이격되어 대향 배치되고, 제2측벽(120)들은 타방향(Y)으로 이격되어 대향 배치된다.

용기(100)의 바닥(130) 및 각 측벽은 외부면이 철피로 형성되어 용기(100)의 형상을 유지하고, 내부면에 내화물이 구축되어 용기(100)의 내부에 용융물(M)이 담길 수 있다. 이 같은 용기(100)는 예컨대 연속주조 설비의 턴디시(tundish)를 포함할 수 있다.

용기(100)는 일방향(X) 및 타방향(Y)의 중심부를 기준으로 좌우 대칭하는 장방형의 형상으로 형성될 수 있고, 일방향(X)의 너비가 타방향(Y)의 너비보다 클 수 있다. 용기(100)의 상부에 용융물 주입부(1)가 마련되며, 일방향(X) 및 타방향(Y)의 중심부에 용융물 주입부(1)가 수직 정렬될 수 있다.

배출홀(140)은 용기(100)의 바닥(130)에 적어도 하나 형성될 수 있다. 배출홀(140)이 복수개 예컨대 두 개 형성되면, 배출홀(140)들은 용융물 주입부(1)를 사이에 두고 일방향(X)으로 서로 이격되고, 각각 제1측벽(110)의 근방에서 바닥(130)을 수직 관통하여 바닥(130)의 양측 가장자리에 각각 형성될 수 있다. 배출홀(140)은 용기(100)의 중심부를 기준으로 좌우 대칭할 수 있다. 배출홀(140)을 통하여 용융물(M)이 용기(100)의 내부에서 용기(100)의 외부로 배출될 수 있다. 배출홀(140)에는 게이트(700)가 장착될 수 있다.

기체 주입부(200)는 용융물 주입부(1)에서 배출홀(140)측으로 이격되어 용기의 바닥(130)에 설치된다. 용융물 주입부(1) 및 배출홀(140)은 기체 주입부(200)를 사이에 두고 양측으로 각각 이격될 수 있고, 용융물 주입부(1), 기체 주입부(200) 및 배출홀(140)은 일방향으로 각각 이격될 수 있다.

기체 주입부(200)는 복수개 구비될 수 있고, 이 경우 용융물 주입부(1)를 사이에 두고 양측으로 각각 이격될 수 있다. 기체 주입부(200)는 용융물(M)에 기체를 주입하는 역할을 하며, 예컨대 래들 퍼니스 등에 구비되는 포러스 플러그의 구성과 방식이 적용될 수 있다.

한편, 기체 주입부(200)에서 주입되는 기체는 불활성 기체를 포함할 수 있으며, 예컨대 아르곤(Ar) 기체를 포함할 수 있다.

기체 주입부(200)는 블록(210), 주입구(220) 및 주입관(230)을 포함할 수 있다. 블록(210)은 타방향(Y)으로 연장되고, 용기의 바닥(130)에 타방향(Y)으로 설치될 수 있다. 주입구(220)는 블록(210)의 상면에 적어도 하나 이상 형성되며 예컨대 슬릿의 형상일 수 있다. 주입관(230)은 용기의 바닥(130)과 블록(210)을 관통하여, 주입구(220)에 연통할 수 있으며 일측에 밸브가 장착되어 개도 및 개폐방식이 제어될 수 있다.

블록(210)은 치밀질의 내화물로 형성될 수 있고, 소정 면적의 상면을 가지는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 주입구(220)는 블록(210)의 내부로 연장되어, 블록(210)의 상면을 상하방향(Z)으로 관통할 수 있다. 주입구(220)는 내부에 기체가 유동 가능하도록 중공의 관으로 형성되거나 다공질의 내화물로 형성될 수 있다. 주입구(220)를 통해 용기(100)의 내부에 기체를 미세한 기포 상태로 주입할 수 있다.

물론, 기체 주입부(200)의 구성과 방식은 상기한 바에 특별히 한정하지 않으며, 용기(100)의 내측 하부에서 상부를 향하여 용융물(M)에 기체를 분사 가능한 구성 및 방식의 범주 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

기체 주입부(200)가 용융물(M)에 주입하는 기체에 의해 기체 주입부(200)의 상측으로 용융물(M)의 상승류가 형성된다. 이 상승류는 기체 주입부(200)의 상측에서 용융물(M) 중에 침지되도록 설치된 챔버부(300)에 접촉되면서 용융물 주입부(1)에서 배출홀(140)을 향하는 방향으로 흐름이 전환된 후 챔버부(300)의 후술하는 제2벽체(330)에 접촉되면서 용기의 바닥(130)을 향하는 용융물(M)의 하강류를 형성한다. 이 하강류는 기체 주입부(200) 부근에 형성된 벤츄리 효과(Venturi effect)에 의해 용기의 바닥(130) 부근에서 기체 주입부(200)를 향하는 방향으로 회수되어 상승류에 합류될 수 있다. 이 과정이 반복되면서, 기체 주입부(200)와 챔버부(300)의 사이에 용융물(M)의 회전류(Pc)가 형성될 수 있다.

용융물(M)의 회전류(Pc)에 의해 용융물(M)이 예컨대 30㎛이하의 미세 개재물이 부상 분리될 수 있는 시간 동안 용기의 바닥(130)과 챔버부(300)의 사이에서 복수회 회전할 수 있고, 이 같은 용융물(M)의 지속적인 회전에 의해 3㎛ 이하 크기의 미세 개재물이 용융물(M)의 상면으로 부상하면서, 기체 주입부가(200)가 분사하는 기체에 포집되거나, 용융물(M)의 상면에서 슬래그(S)에 포집되어 제거될 수 있다.

챔버부(300)는 내부가 하측으로 개방되고, 기체 주입부(200)를 마주보도록 용기(100)의 상부에 설치될 수 있다. 여기서 용기(100)의 상부는 용기(100)의 바닥(130)을 기준으로 하여 바닥(130)의 상측 또는 상부를 지칭한다. 챔버부(300)는 기체 주입부(200)의 개수에 대응하여, 복수개 예컨대 두 개 구비될 수 있고, 각 챔버부(300)는 용융물 주입부(1)를 사이에 두고 양측으로 서로 이격되어 각각의 기체 주입부(200)를 마주보도록 설치될 수 있다. 챔버부(300)는 기체 주입부(200)에 의해 생성된 용융물(M)의 상승류를 용기(100)의 바닥(130)으로 유도하면서 기체 주입부(200)와 함께 용융물(M)의 회전류를 생성하는 역할을 한다.

챔버부(300)는, 일방향(X) 및 타방향(Y)으로 연장되는 리드 부재(310), 타방향(Y)으로 연장된 리드 부재(310)의 일단부에서 하향 돌출된 제1벽체(320) 및 타방향(Y)으로 연장된 리드 부재(310)의 타단부에서 하향 돌출된 제2벽체(330)를 포함할 수 있고, 제2측벽(120)들의 사이를 연결하여 설치되거나 제2측벽(120)들의 서로 마주보는 면에서 이격되도록 설치될 수 있다. 한편, 본 발명의 변형 예에서는 챔버부(300)가, 일방향(X)으로 연장된 리드 부재(310)의 양단부에 각각 장착되어 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)를 연결하는 플랜지(340)를 더 포함할 수 있다. 이때, 플랜지(340)들은 제2측벽(120)들의 서로 마주보는 면에 접촉되거나 제2측벽(120)들의 서로 마주보는 면에서 이격될 수 있다. 또한, 플랜지(340)들은 하단부가 상측으로 오목하게 형성되어 홈(341)이 구비될 수 있으며, 홈(341)에 의해 후술하는 제2부재(420)에 대한 충돌 및 간섭이 방지될 수 있다.

리드 부재(310)는 일방향(X) 및 타방향(Y)으로 연장된 판 형상의 부재로서, 챔버부(300)의 상면을 이루면서 소정의 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 리드 부재(310)는 기체 주입부(200)를 마주보도록 용기(100)의 상부에 설치될 수 있고, 이때, 타방향(Y)으로 연장된 일단부가 타단부보다 기체 주입부(200)측에 더 가깝도록 설치되어, 타방향(Y)으로 연장된 일단부가 기체 주입부(200) 상에 위치할 수 있다.

리드 부재(310)는 후술하는 제2부재(420)의 상측으로 이격되면서 용융물(M)에 침지될 수 있는 높이로 설치되는데, 이때, 리드 부재(310)의 하면의 적어도 일부가 용융물(M)에 침지될 수 있는 높이로 설치될 수 있다.

리드 부재(310)는 일방향으로 경사지게 설치될 수 있고, 이에, 용기(100)의 상부에서 용융물(M)에 경사지게 접할 수 있다. 리드 부재(310)는 용융물 주입부(1)에서 배출홀(140)을 향하는 방향으로 하향 경사지게 설치될 수 있는데, 이때, 리드 부재(310)의 경사각(θ)은 수평면을 기준으로 10° 내지 30°의 범위일 수 있다.

여기서, 수평면은 연직선(중력 방향의 직선)에 수직인 평면을 의미하고, 특히, 본 발명의 실시 예에서는 용융물(M)의 상부면(탕면)에 나란한 면을 지칭한다.

즉, 경사각(θ, 기울기라고도 함)은 용융물(M)의 탕면을 기준으로 하고, 그 값이 10° 미만일 경우, 용융물(M)을 용기(100)의 바닥(130)측으로 원활하게 하강시키지 못하여 그 기능을 발현하기 어렵고, 30° 초과인 경우, 챔버부(300)의 구조가 불안해져 공정(연속주조 공정) 중에 예컨대 내화물 재질로 구축된 챔버부(300)가 구조적으로 무너질 수 있다.

상기의 경사진 접촉 구조(또는, 경사 침적 구조)에 의하여, 회전류(Pc)가 리드 부재(310)의 근방을 유동하면서 회전 방향으로 가속될 수 있고, 용융물(M) 중에 주입되는 기체의 증량 없이 회전류(Pc)의 유속 및 회전수를 극대화할 수 있다.

한편, 리드 부재(310)의 하면 일부만 용융물(M)에 접하는 경우, 그 나머지는 슬래그(S)에 접하거나, 또는, 슬래그(S)나 용융물(M)의 나탕면(용융물에 주입된 기체가 용융물의 상면을 탈출하면서 슬래그를 밀어내어 형성됨)에서 이격된다. 이때, 리드 부재(310)의 하면이 슬래그(S)나 용융물(M)의 나탕면에서 이격되면 소정의 공간이 생기는데, 이 공간은 제1벽체(320) 및 플랜지(340)에 의해 보호되면서, 나탕면을 탈출하는 기체에 의해 불활성 분위기로 유지되거나, 리드 부재(310)를 관통하여 장착되는 진공 형성수단(미도시)에 의해 진공으로 제어될 수 있다.

리드 부재(310)는 용융물(M)의 상면 예컨대 용강면에서 최소 30mm 이상 드러나 있도록 설치될 수 있다. 챔버부(300) 내에는 보온재나 턴디시 플럭스가 투입되어 용융물의 상면에 적층될 수 있으며, 리드 부재(310)가 용강면에서 상측으로 30mm 이상 이격되지 않으면 주조 중 챔버부(300)의 상태 관찰이 어렵다. 이에, 챔버부(300)의 관찰이 용이하도록 리드 부재(310)는 일단부를 기준으로 용융물(M)의 상면에서 상측으로 30mm 이상 이격될 수 있다.

제1벽체(320)는 상하방향(Z) 및 타방향(Y)으로 연장된 수직 벽체일 수 있으며, 타방향(Y)으로 연장된 리드 부재(310)의 일단부에 장착되어 하향 돌출될 수 있다. 여기서, 리드 부재(310)의 타방향(Y)으로 연장된 일단부는 용융물 주입부(1)측을 향하는 일단부이다.

제1벽체(320)는 기체 주입부(200)를 마주보며 설치되거나, 기체 주입부(200)에서 용융물 주입부(1)측으로 이격되어 기체 주입부(200)의 상측 부근에 설치될 수도 있다. 제1벽체(320)는 용기(100)에 담긴 용융물(M)에 침지되면서 바닥(130)에서 이격될 수 있는 소정의 높이로 설치되어 용융물(M)의 상승류를 리드 부재(310)측으로 유도하는 역할을 한다.

제2벽체(330)는 상하방향(Z) 및 타방향(Y)으로 연장된 수직 벽체일 수 있으며, 타방향(Y)으로 연장된 리드 부재(310)의 타단부에 장착되어 하향 돌출될 수 있다. 여기서, 리드 부재(310)의 타방향(Y)으로 연장된 타단부는 배출홀(140)측을 향하는 타단부이다. 제2벽체(330)는 기체 주입부(200)에서 배출홀(140)측으로 이격된 위치에 설치되며, 후술하는 제1부재(410)를 마주보도록 설치될 수 있다.

제2벽체(330)는 용기(100)의 내부에 담긴 용융물(M)에 침지되면서 바닥(130)에서 이격될 수 있는 높이로 설치될 수 있다. 챔버(300)가 상하방향(Z)으로 연장된 길이(H₀)를 1이라 할 때, 제2벽체(330)는 용기(100)의 내부에 담긴 용융물(M)에 0.15 내지 0.85의 깊이(H)로 침지 가능하게 설치될 수 있다. 한편, 제2벽체(330)의 침적 깊이에 대한 수치 범위는 용기(100) 예컨대 턴디시 용적이나 용강 레벨 등 공정 조건을 기준으로 다양한 표현 방식으로 정해질 수도 있다.

침적 깊이(H)가 0.15 미만(즉, 챔버부(300) 전체 높이의 15% 미만)이면, 용융물(M)의 흐름을 하측으로 원활하게 유도하기 어렵다. 또, 침적 깊이(H)가 0.85 초과(즉, 챔버부(300) 전체 높이의 85% 초과)이면, 챔버부(300)의 외면를 보호하도록 구축된 후술하는 내화물부(350)의 상태를 확인하기 어렵기 때문에 유지 및 관리가 힘들다. 이 침적 깊이의 범위를 아래의 방식으로 구할 수 있다.

예컨대 수십 내지 수백㎜의 길이(H₀)로 연장된 챔버부(300)를 마련하고 소정 용적의 용기(100)를 이용하여 연속주조 공정을 반복 수행하면서 챔버부(300)의 침지 깊이를 달리하여 회전류의 형성시점 및 회전류의 강도를 각각 감지한다. 이로부터 회전류가 원활하게 형성되는 침적 깊이의 최소값의 수치 범위나 그 비율을 구할 수 있다. 그리고 각 침지 깊이에서 챔버부의 내화물부 상태를 예컨대 광학 기기 등으로 검출하면서, 챔버부(300)의 내화물부에 대한 관찰의 용이성 등을 비교하여 침적 깊이의 최대값의 수치 범위나 그 비율을 구할 수 있다. 한편, 회전류의 형성 시점 및 강도는 용강 중의 개재물 측정, 연속주조 공정의 모델링 및 용강의 자력 특성이나 탕면 형상의 변화 또는 온도 변화 등으로부터 직간접적으로 구할 수 있다.

제2벽체(330)는 용융물 주입부(1)에서 배출홀(140)을 향하는 방향으로 유도된 용융물(M)의 상승류를 용기(100)의 바닥(130)을 향하도록 흐름을 전환시켜 하강류를 형성하는 역할을 하고, 이 하강류가 용기(100)의 바닥(130)에서 상승류에 합류되면서 회전류(Pc)를 형성하게 된다. 이처럼 제2벽체(300)는 회전류(Pc)의 형성에 주요한 역할을 한다.

또한, 제2벽체(330)는 제1부재(410)를 마주보면서 상측으로 이격될 수 있게 설치되며, 이격 거리에 따라서 회전류(Pc)의 유량과 배출홀측 유동(P₂)의 유량이 상대적으로 정해질 수 있다. 이때, 제1부재(410)와 제2벽체(330)의 이격 거리는 회전류(Pc)의 유량에 반비례한다. 예를 들어, 제1부재(410)가 제2벽체(330)에 가까울수록 배출홀측 유동(P₂)의 유량이 작아지면서 회전류(Pc)의 유량이 커질 수 있고, 제1부재(410)가 제2벽체(330)에 멀수록 배출홀측 유동(P₂)의 유량이 커지며 회전류(Pc)의 유량이 작아질 수 있다. 한편, 각 유동은 유량이 커질수록 회전수가 증가할 수 있다.

플랜지(340)는 상하방향(Z) 및 일방향(X)으로 연장된 수직 벽체일 수 있고, 일방향(X)으로 연장된 리드 부재(310)의 양단부에 각각 장착되어, 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)의 사이를 일방향(X)으로 연결할 수 있다.

챔버부(300)는 용융물(M)에 침지되어 용융물(M)의 고온에 지속적으로 노출될 수 있고, 따라서, 열 손상을 방지하기 위하여 리드 부재(310), 제1벽체(320) 및 제2벽체(330) 각각은 그 재질로서, 스피넬(Spinel) 또는 알루미나(Al₂O₃) 또는 마그네시아(MgO)의 재질을 포함할 수 있다. 이때, 플랜지(340)도 스피넬(Spinel) 또는 알루미나(Al₂O₃) 또는 마그네시아(MgO)의 재질을 포함할 수 있다.

또한, 챔버부(300)는 용융물(M)의 회전류(Pc)에 지속적으로 노출되면서 침식될 수 있고, 이에, 리드 부재(310), 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)를 침식으로부터 보호하기 위해 내화물부(350) 및 고정 부재(360)를 포함할 수 있다. 내화물부(350)는 리드 부재(310), 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)의 외면을 감싸도록 형성될 수 있다. 내화물부(350)는 마그네시아(MgO) 또는 칼시아(CaO)의 재질을 포함하는 캐스터블 내화물로 마련될 수 있고, 리드 부재(310), 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)의 외면에 5㎜ 내지 15㎜의 두께로 코팅될 수 있다. 코팅 두께가 5㎜ 미만이면 슬래그 침식에 의하여 주조 시간 중에 챔버부(300)가 침식되어 무너질 수 있고, 코팅 두께가 15㎜를 초과하면 주조 중에 내화물부(350)가 마모되어 용융물(M)에 마그네시아나 칼시아 성분이 유입되면서 용융물(M)의 청정성을 저해할수 있다. 내화물부(350)에 의하여 주조 중에 챔버부(300)가 그 형태를 유지할 수 있다. 고정 부재(360)는 리드 부재(310), 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)의 외면에 복수개 장착되어 내화물부(350)를 지지할 수 있다. 고정 부재(360)는 앵커(anchor)를 포함할 수 있다.

한편, 내화물부(350)는 플랜지부(340)의 외면을 더 감싸도록 형성될 수 있으며, 플랜지부(340)는 외면에 복수의 고정 부재(360)가 더 장착되어 내화물부(350)를 지지할 수 있다.

유도부재(400)는 기체 주입부(200)에서 배출홀(140)측으로 이격되어 한 쌍의 제2측벽(120) 사이를 연결하여 설치될 수 있다. 유도부재(400)는 제1부재(410) 및 제2부재(420)를 포함하고, 제1부재(410) 및 제2부재(420)는 일방향(X)으로 서로 이격되고, 각각 용기(100)의 내측 공간을 타방향(Y)으로 가로지를 수 있다. 한편, 유도부재(400)는 제1부재(410)만 포함할 수 있고, 제1부재(410)와 제2부재(420)를 모두 포함할 수 있다. 이들 부재는 내화물로 구축될 수 있고, 용기(100)의 내부에 용융물(M)이 수용되어 원하는 높이 예컨대 연속주조 공정 중기의 정상 상태에서 용강 레벨까지 수용되는 경우, 용융물(M)에 잠긴 상태에서 용융물(M)의 유동을 제어할 수 있다.

제1부재(410)는 타방향(Y)으로 연장되고, 배출홀(140)에서 기체 주입부(200)측으로 이격되며, 챔버부(300)를 마주보도록 바닥(130)에 접촉 설치될 수 있다. 제1부재(410)는 용기(100)의 내부에 주입된 용융물(M)의 유동을 제어할 수 있다. 제1부재(410)는 제2부재(420)에서 배출홀(140)측으로 이격되어 챔버부(300)의 제2벽체(330)의 하측에 위치한다. 제1부재(410)는 바닥(13)에 접촉되면서 용기(100)의 한 쌍의 제2측벽(120)의 서로 마주보는 면을 연결하여 설치될 수 있다. 제1부재(410)는 턴디시의 댐(Dam)을 포함할 수 있다.

제1부재(410)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 사이에 두고 양측으로 각각 이격될 수 있다. 제1부재(410)는 배출홀(140)보다 제2부재(420) 쪽에 더 가깝도록 설치 위치가 편중될 수 있다. 제1부재(410)의 하부에 잔탕홀(미도시)이 구비될 수도 있다. 잔탕홀은 바닥부(130)에 접하는 위치에 제1부재(410)를 일방향(X)으로 관통하여 형성될 수 있다.

제1부재(410)는 챔버부(300)의 제2벽체(330)를 따라 용기(100)의 바닥(130)을 향하는 용융물(M)의 흐름 중 일부를 배출홀(140)측을 향하는 용융물(M)의 유동인 배출홀측 유동(P₂)으로 분기시키고, 나머지를 기체 주입부(200)측을 향하는 회전류(Pc)로 분기시켜 각각 각각 나누어 유도할 수 있다.

이때, 제1부재(410)가 없는 경우에도 챔버부(300)의 제2벽체(330)를 따라 용기(100)의 바닥(130)을 향하는 용융물(M)의 흐름(하강류)이 용기(100)의 바닥(130)에서 배출홀측 유동(P₂)과 회전류(Pc)로 분기될 수 있는데, 제1부재(410)에 의해 하강류의 분기가 더 원활할 수 있다. 즉, 제1부재(410)는 회전류(Pc)의 형성이 원활하도록 보조할 수 있다.

제2부재(420)는 타방향(Y) 및 상하방향(Z)으로 연장 형성되고, 제1부재(410)에서 기체 주입부(200)측으로 이격되며, 챔버부(300)의 리드 부재(310)를 마주보도록 용기(100)의 바닥(130)에서 이격 설치될 수 있다. 제2부재(420)는 용기(100)의 내부에 주입되는 용융물(M)의 유동을 제어 가능하게 마련될 수 있다. 제2부재(420)는, 바닥(13)에서 이격되면서 용기(100)의 한 쌍의 제2측벽(120)의 서로 마주보는 면을 연결하여 설치될 수 있다. 제2부재(420)는 턴디시의 위어(Weir)를 포함할 수 있다. 제2부재(420)는 복수개 구비되어, 용융물 주입부(1)를 중심으로 일방향(X)으로 상호 이격된 위치에 각각 설치될 수 있다. 제2부재(420)는 용융물 주입부(1)를 통해 용기(100)의 내부로 주입된 용융물(M)의 주입구측 유동(P₁)을 용기(100)의 내측 상부로 유도할 수 있다.

기체 주입부(200) 부근의 벤츄리 효과에 의해 제1부재(410) 부근의 용융물이 제2부재(420)의 하면을 범람하여 기체 주입부(200)측으로 원활히 회수될 수 있는 이상적인 높이로 제2부재(420)의 하면 높이가 결정될 수 있다. 또한, 제2부재(420)의 상면은 용융물(M)에 이상적인 깊이로 잠기도록 그 높이가 결정될 수 있다.

제2부재(420)는 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)의 사이에 위치하며, 이를 중심으로 회전류(Pc)가 형성될 수 있다.

한편, 기체 주입부(200)는 용융물 주입부(1)보다 제1부재(410) 또는 제2부재(420)에 상대적으로 가깝도록 위치할 수 있다. 이때, 기체 주입부(200)가 제2부재(420)에 가까울수록 용융물(M) 중에 주입되는 기체에 의한 용융물(M)의 상승류가 가파르게 또는 강하게 형성될 수 있고, 그 반대의 경우 용융물(M)의 상승류가 완만하게 또는 약하게 형성될 수 있다.

또한, 기체 주입부(200)와 제2부재(420) 간의 이격 거리가 짧을수록 예컨대 벤츄리 효과(Venturi effect)에 의해 용융물(M)의 하강류가 상승류측으로 원활하게 회수되어 회전류(Pc)의 회전수가 증가할 수 있다. 이 반대의 경우 하강류가 상승류측으로 회수되는 정도가 감소되어 회전류(Pc)의 회전수를 줄일 수 있다.

작동부재(500)는 챔버부(300)를 지지 가능하게 형성된다. 작동부재(500)는 챔버부(300)의 높이를 조절하는 제1작동부재(510) 및 챔버부(300)의 위치를 조절하는 제2작동부재(520)를 포함할 수 있다. 이들 작동부재는 용융물(M)의 상면 높이나 이 외의 공정상의 이유에 의하여 챔버부(300)의 높이와 위치를 조절할 수 있다. 이들 작동부재는 유압 실린더 등의 구조로 형성될 수 있으나, 특별히 이를 한정하지 않는다. 제1작동부재(510)는 리드 부재(310)의 상면에 장착되며, 유압을 이용하여 상하방향(Z)으로 신축 가능하게 형성된다. 제2작동부재(520)는 제1작동부재(510)의 상부에 장착되고, 유압을 이용하여 일방향(X)으로 신축 가능하게 형성된다.

게이트(700)는 배출홀(140)을 개폐 가능하게 형성되며, 배출홀(14)에 정렬되도록 용기(100)의 하면에 각각 장착될 수 있다. 게이트(700)는 연속주조 설비에 구비되어 용강의 배출량을 조절 가능한 슬라이드 게이트를 포함하고, 게이트(700)에는 노즐(600)이 장착된다. 노즐(600)은 상하방향(Z)으로 연장된 내화물 노즐이며, 배출홀(140)에 연통하도록 게이트(700)의 하면에 장착될 수 있다. 배출홀(140)에서 토출되는 용융물(M)은 게이트(700)를 통과하여 노즐(600)의 내부로 유입되고, 노즐(600)의 하부에 마련된 주형(미도시)으로 공급될 수 있다. 노즐(600)은 연속주조 설비의 침지 노즐(Submerged Entry Nozzle)을 포함할 수 있다.

주형(Mold)은 장방형 또는 정방향의 중공형 블록일 수 있고, 내부가 상측 및 하측으로 수직하게 개방될 수 있다. 주형에 공급된 용융물(M)은 주편(Slab)으로 1차 응고될 수 있고, 주형의 하측에 마련된 만곡형 또는 수직 만곡형의 냉각대(미도시)를 통과하며 2차 냉각되며 성형되어 반제품인 주편으로 연속 주조될 수 있다.

상기와 같이 형성되는 용융물 처리장치의 작동을 보면, 용융물(M)은 운반용기에 의해 운반된 후 용융물 주입부(1)를 통하여 용기(100) 내부로 주입된다. 용융물(M)은 용기(100)의 바닥(130)를 따라 배출구(140)를 향하여 유동하는 중에 기체 주입부(200)의 상측에서 기체 주입에 의해 상승류를 형성한다. 상승류의 일부는 용융물 주입부(1)측으로 선회하고, 나머지는 제2부재(420)를 범람하여 챔버부(300)의 제2벽체(330)에 부딪히며 아래쪽으로 흐름이 전환된다. 아래를 향하는 흐름의 일부는 제1부재(410) 상부를 범람하여 배출홀(140)측으로 가고, 그 나머지는 용기(100)의 바닥(130)에 도달한 후 기체 주입부(200) 부근의 상승류에 합류하여 회전류(P_C)를 형성한다. 이때, 회전류(Pc)는 챔버부(300)의 리드 부재(310)에 경사지게 접촉되면서 회전 방향으로 흐름이 가속될 수 있다.

이하, 상술한 용융물 처리장치를 이용한 용융물 처리방법을 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리방법은, 용기(100)를 마련하는 과정, 용융물(M)을 용기(100)에 주입하는 과정, 용융물(M)에 챔버부(300)를 경사 침적시키는 과정, 챔버부(300)를 마주보는 용기(100)의 바닥(130) 소정 위치에서 용융물(M) 중에 기체를 주입하여 용융물(M)의 회전류(Pc)를 형성하는 과정을 포함한다.

우선, 용기(100)를 마련한다. 이때, 용기(100)는 본 발명의 실시 예에 따른 상술한 용융물 처리장치의 용기(100)일 수 있다. 한편, 용기(100)는 연속주조 공정을 시작하는 시점의 턴디시일 수 있고, 연연주 중 래들의 교환 시점의 턴디시일 수 있다. 이후, 용융물 주입부(1)에 운반용기를 장착하고, 운반용기에 담긴 용융물(M)을 용기(100)의 내부에 주입한다. 이때, 운반용기는 래들일 수 있고, 용융물 주입부(1)는 쉬라우드 노즐일 수 있다. 용융물(M)은 용강일 수 있다.

이후, 용융물(M)의 레벨을 상승시키면서 챔버부(300)를 용융물(M)에 침지시킨다. 이때, 챔버부(300)의 리드 부재(310)가 용융물(M)에 경사지게 침적되고, 제1벽체(320) 및 제2벽체(330)가 기체 주입부(200)를 사이에 두고 용융물(M) 중에 침지될 수 있다. 이 과정과 함께 유도부재(400)의 상부로 융융물(M)을 범람시켜 용융물 주입부(1)측에서 배출홀(140)측으로의 용융물(M)의 유동을 형성한다.

이후, 기체 주입부(200)로 기체를 용융물(M) 중에 주입하면서 용융물(M)의 상승류를 형성하고 챔버부(300)를 이용하여 상승류로부터 회전류(Pc)를 형성한다. 이때, 회전류(Pc)를 경사 침적된 챔버부(300)의 내부에 순환시키면서 회전류(Pc)의 회전 방향으로 유속을 극대화할 수 있다. 한편, 회전류(Pc)가 형성되는 과정은 앞서 충분히 설명하였으므로, 이하 생략한다.

이후, 용융물(M)을 처리한다. 예컨대 용융물(M)을 용기(100)의 내부에서 회전류(Pc)를 이용하여 장시간 체류시키면서 미세 개재물을 제거하고, 배출홀(140)로 용융물(M)을 배출하며 주편을 주조한다. 이때, 이전 과정들에서 용융물(M) 중의 개재물을 효과적으로 제거하였으므로, 주편의 개재물성 결함이 방지될 수 있다.

도 5는 본 발명의 비교 예에 따른 용융물 처리장치의 개략도이고, 도 6은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 용융물 유동해석 결과를 보여주는 도면이며, 도 7은 본 발명의 비교 예 및 실시 예에 따른 용융물 유동해석 결과를 정리하여 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 비교 예에 따른 용융물 처리장치는 용기(100), 기체 주입부(200), 챔버부(30), 유도부재(400) 및 작동부재(미도시)를 포함하는데, 챔버부(30)의 설치 구조가 상술한 실시 예와 다르다.

본 발명의 비교 예에 따른 챔버부(30)는 리드 부재(31), 제1벽체(32) 및 제2벽체(33)를 포함한다. 이때, 리드 부재(31)가 수평하게 설치되어, 용융물(M) 중에 침지되지 않는다. 이같은 챔버부(30)의 수평 설치 구조에서는 회전류(P')형상이 상대적으로 약하게 되고, 이는 아래에서 본 발명의 비교 예와 실시 예를 비교 설명할 때 상세히 설명한다. 한편, 본 발명의 비교 예에 따른 용융물 처리장치의 나머지 구성은 상술한 실시 예의 경우와 같으므로, 이하에서 설명을 생략한다.

도 6을 참조하여, 본 발명의 비교 예 및 상술한 실시 예에 따른 용융물 유동해석 결과를 설명한다.

우선, 본 발명의 비교 예에 따른 용융물 처리장치의 구조를 도식적으로 모델링하고, 해석 조건을 입력하여 수치 해석한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리장치의 구조를 도식적으로 모델링하고, 비교 예와 같은 해석 조건을 입력하여 수치 해석한다.

이때, 전산유체역학을 이용한 수치 해석 기법이 적용될 수 있다. 이러한 수치 해석 방식은 공지의 방식으로 수행할 수 있고, 이 때의 해석 조건은 본 발명의 실시 예를 적용하고자 하는 연속주조 공정의 특성에 따라 다양할 수 있으므로, 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위하여, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.

도 6의 (a) 내지 (d)는 비교 예에 따른 유동해석 결과이다. 여기서, 도 6의 (a)는 실제 연속주조 공정들을 기초로 획득한 일 해석 조건에서의 유동해석 결과를 장치의 측면을 기준으로 표시한 그래프이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 결과를 장치의 상면을 기준으로 표시한 그래프이다. 또한, 도 6의 (c)는 실제 연속주조 공정들을 기초로 획득한 타 해석 조건에서의 유동해석 결과를 장치의 측면을 기준으로 표시한 그래프이고, 도 6의 (d)는 도 6의 (c)의 결과를 장치의 상면을 기준으로 표시한 그래프이다. 이들 도면에서, 붉은색으로 갈수록 해당 위치에서의 유속이 빠른 것을 의미한다. 비교 예의 경우 회전류가 형성되는데 회전류가 형성되는 부분의 속도가 다른 부분의 속도보다 빠른 것을 확인할 수 있다.

도 6의 (e) 내지 (h)는 실시 예에 따른 유동해석 결과이다. 여기서, 도 6의 (e)는 일 해석 조건에서의 유동해석 결과를 장치의 측면을 기준으로 표시한 그래프이고, 도 6의 (f)는 도 6의 (e)의 결과를 장치의 상면을 기준으로 표시한 그래프이다. 또한, 도 6의 (g)는 타 해석 조건에서의 유동해석 결과를 장치의 측면을 기준으로 표시한 그래프이고, 도 6의 (h)는 도 6의 (g)의 결과를 장치의 상면을 기준으로 표시한 그래프이다. 이들 도면에서, 붉은색으로 갈수록 해당 위치에서의 유속이 빠른 것을 의미한다. 실시 예의 경우 회전류가 형성되는데 회전류가 형성되는 부분의 속도가 다른 부분의 속도보다 빠른 것을 확인할 수 있다. 특히, 비교 예의 경우보다 회전류의 속도가 빠르게 형성되는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 챔버부의 리드 부재가 용강에 경사지게 침지되어 용강의 회전류와 접촉하면서 이 회전류를 회전 방향으로 가속함을 확인할 수 있고, 이에 따라, 회전류의 형성이 극대화됨을 확인할 수 있다.

도 7의 (a)는 도 6의 (a)를 기반으로 하여 비교 예에 따른 용강 회전류의 주요 영역을 도면 상에 붉은 박스로 표시한 도면이고, 도 7의 (b)는 도 6의 (e)를 기반으로 하여 실시 예에 따른 용강 회전류의 주요 영역을 도면 상에 붉은 박스로 표시한 도면이다. 도 7의 (c)는 도 7의 (a) 및 (b)에 표시된 각 영역의 용강 유속을 정리한 표이다.

도 7의 (a) 및 (b)에 표시된 주요 영역 중 제1영역(도면에 숫자 1로 표시)은 쉬라우드 노즐에서 토출된 용강이 회전류에 합류되는 영역이고, 제4영역 및 제5영역(도면에 숫자 4 및 5로 표시)은 용강 일부가 회전류에서 이탈하면서 침지노즐측으로 빠져나가는 영역이다. 제2영역 및 3영역(도면에 숫자 2 및 3으로 표시)은 회전류의 상부 및 하부 영역을 각각 나타낸다.

도 7을 참조하여, 실제 용강의 회전을 유추할 수 있는 영역인 제2영역 및 제3영역의 용강 유속을 보면, 비교 예에 비하여 실시 예의 경우가 제2영역에서 18.4% 유속이 증가하였고, 제3영역에서 22.2% 증가한 것을 확인하였다. 이 결과로 판단할 때, 본 발명의 실시 예에서는 용강의 회전류가 형성되는 구간(또는 영역)에서 회전하는 방향으로 용강의 유속을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 이러한 용강의 회전으로 개재물 제거 효율이 비교 예의 경우보다 더 증대될 수 있음이 당연하다.

또한, 이처림 기체의 증량 없이 회전류의 유속을 향상시키게 되면, 기체의 증량으로 인한 나탕면의 형성 및 나탕면에서의 용강 재산화로 이어지는 일련의 과정이 효과적으로 억제 또는 방지될 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명의 상기 실시 예에 제시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차 적용되어 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 용기 200: 기체 주입부
300: 챔버부 310: 리드 부재
320: 제1벽체 330: 제2벽체
400: 유도부재 500: 작동부재

Claims

내측에 공간이 마련되고, 상부에 용융물 주입부가 배치되며, 바닥에 배출홀이 형성되는 용기;
상기 용융물 주입부에서 상기 배출홀측으로 이격되어 상기 바닥에 설치되는 기체 주입부; 및
내부가 하측으로 개방되고, 상기 기체 주입부를 마주보도록 설치되는 챔버부;를 포함하는 용융물 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 용융물 주입부 및 상기 배출홀은 상기 기체 주입부를 사이에 두고 양측으로 각각 이격되는 용융물 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 챔버부는,
일방향 및 일방향에 교차하는 타방향으로 연장되는 리드 부재;
타방향으로 연장된 상기 리드 부재의 일단부에서 하향 돌출된 제1벽체; 및
타방향으로 연장된 상기 리드 부재의 타단부에서 하향 돌출된 제2벽체;를 포함하는 용융물 처리장치.
청구항 3에 있어서,
상기 리드 부재는 일방향으로 경사지게 설치되는 용융물 처리장치.
청구항 4에 있어서,
상기 리드 부재는 상기 용융물 주입부에서 상기 배출홀을 향하는 방향으로 하향 경사지게 설치되는 용융물 처리장치.
청구항 5에 있어서,
상기 리드 부재의 경사각은 수평면을 기준으로 10° 내지 30°의 범위인 용융물 처리장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제1벽체 및 리드 부재 중 적어도 하나가 상기 기체 주입부를 마주보도록 설치되고,
상기 제2벽체가 상기 기체 주입부에서 상기 배출홀측으로 이격되어 설치되는 용융물 처리장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1벽체 및 상기 제2벽체는 각각 상기 용기의 내부에 담긴 용융물에 침지되면서 상기 바닥에서 이격될 수 있는 높이로 설치되고,
상기 리드 부재는 적어도 일부가 상기 용기의 내부에 담긴 용융물에 침지될 수 있는 높이로 설치되는 용융물 처리장치.
청구항 8에 있어서,
상기 챔버부가 상하방향으로 연장된 길이를 1이라 할 때,
상기 제2벽체는 상기 용기의 내부에 담긴 용융물에 0.15 내지 0.85의 깊이로 침지 가능하도록 설치되는 용융물 처리장치.
청구항 3에 있어서,
상기 챔버부는,
상기 리드 부재, 제1벽체 및 제2벽체의 외면을 감싸는 내화물부; 및
상기 상기 리드 부재, 제1벽체 및 제2벽체의 외면에 장착되어 상기 내화물부를 지지 가능한 복수개의 고정 부재;를 더 포함하는 용융물 처리장치.
청구항 10에 있어서,
상기 리드 부재, 제1벽체 및 제2벽체는 스피넬(Spinel), 알루미나(Al₂O₃) 또는 마그네시아(MgO)의 재질을 포함하고,
상기 내화물부는 마그네시아(MgO) 또는 칼시아(CaO)의 재질을 포함하는 용융물 처리장치.
청구항 11에 있어서,
상기 내화물부는 5㎜ 내지 15㎜의 두께로 형성되는 용융물 처리장치.
청구항 1에 있어서,
일방향에 교차하는 타방향으로 연장되고, 상기 배출홀에서 상기 기체 주입부측으로 이격되며, 상기 챔버부를 마주보도록 상기 바닥에 접촉 설치되는 제1부재;를 포함하는 용융물 처리장치.
청구항 13에 있어서,
타방향으로 연장되고, 상기 제1부재에서 상기 기체 주입부측으로 이격되며, 상기 챔버부를 마주보도록 상기 바닥에서 이격되어 설치되는 제2부재;를 포함하는 용융물 처리장치.