KR20190061157A - 용강 처리 장치 및 이를 포함하는 용강 처리 방법 - Google Patents

용강 처리 장치 및 이를 포함하는 용강 처리 방법 Download PDF

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KR20190061157A
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Abstract

본 발명에 따른 용강 처리 장치는 용강을 수용하는 내부 공간과, 바닥에 불활성 가스의 취입이 가능한 노즐이 마련된 용기, 노즐의 상측에 대응 위치하도록, 상기 용기의 폭 방향으로 연장 형성되어, 상기 용기 내 용강으로 침지 가능한 분산 부재를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 기포가 노즐 직상부 방향에 집중되지 않고, 넓게 분산됨에 따라, 나탕 발생을 억제하거나, 방지할 수 있어, 나탕 발생에 의해 개재물 발생을 억제할 수 있다. 또한, 기포가 분산 부재에 의해 분산됨에 따라, 용강 내 기액 공존 영역이 종래에 비해 증가하고, 기포가 분산 부재와 충돌하여 깨짐에 따라 전체 기포 수 및 미세 기포 수가 증가하여, 개재물의 포집율이 향상되고, 이에 개재물 제거율이 향상되는 효과가 있다.

Description

용강 처리 장치 및 이를 포함하는 용강 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING MOLTEN STEEL AND METHOD FOR MOLTEN STEEL TREATMENT}
본 발명은 용강 처리 장치 및 이를 포함하는 용강 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개재물 제거 효율을 향상시킬 수 있는 용강 처리 장치 및 이를 포함하는 용강 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제강 공정은 고로에서 출선된 용선 중 불순물을 미리 제거하는 용선예비처리 과정, 용선예비처리된 용선을 전로로 장입하고, 상기 전로 내 용선으로 산소를 취입하여 불순물을 산화시켜 제거하는 전로 정련 과정(1차 정련 과정), 1차 정련이 종료된 용강을 래들로 출강하고, 래들 내 용강을 탈황 및 성분 균질화를 목적으로 하는 BAP 공정(Bubbling, Alloying, Powdering), 진공 분위기 하에서 용강의 성분과 온도를 미세 조정하고, 탈산 등의 탈가스 처리를 하는 2차 정련 과정 또는 진공 탈가스 공정(RH Vacuum Degasser)을 포함한다.
한편, 2차 정련 시에 용강에는 탈산 생성물인 개재물 예컨대 미세한 알루미나(Al2O3) 개재물이 다량 형성되는데, 이 개재물은 주조 공정에서 용강을 몰드로 주입하는 노즐의 막힘을 일으키거나, 최종 제품에서 결함을 유발시키는 원인으로 작용한다.
이에, 2차 정련이 종료된 후에, 개재물 제거를 위하여, 래들의 바닥에 마련된 노즐을 통해 불활성 가스를 취입하는 버블링 공정을 실시한다.
래들로 불활성 가스를 취입하면, 용강 내에 기포가 발생되고, 발생된 기포에 용강에 발생된 개재물이 부착 또는 포집되며, 개재물이 기포에 포집된 상태로 함께 탕면 방향으로 부상 분리됨에 따라 개재물이 제거된다.
그런데, 용강으로 불활성 가스를 취입하면, 이때 발생된 기포가 부상하면서 용강 탕면에 있는 슬래그를 밀어내게 되며, 이에 탕면 중 슬래그가 덮히지 않은 영역이 발생되며, 이 영역을 나탕(裸湯) 이라고 한다.
나탕은 주로 래들 바닥에 마련된 노즐을 개공시키기 위한 불활성 가스의 큰 압력으로 인해 발생된다. 즉, 버블링을 위해 노즐을 개공시킬 때 공급되는 불활성 가스의 압력은, 노즐이 개공된 후 주입되는 압력에 비해 큰데, 상기 개공을 위한 가스의 압력으로 인해 나탕이 주로 발생된다. 그리고, 개공 후 버블링을 위해 불활성 가스를 주입할 때에는 나탕이 발생되지 않도록 가스의 유량과 압력의 제어가 가능하지만, 불활성 가스의 취입 초기에는 노즐의 개공을 위해 높은 압력으로 주입할 수 밖에 없어, 나탕 발생을 피할 수 없게 된다.
나탕이 발생되면, 상기 나탕 발생 영역의 용강이 대기에 노출되며, 이때 용강 중 알루미늄(Al)이 대기 중의 산소와 반응함에 따라 알루미나 개재물이 발생한다.
그리고, 기포에 의한 개재물의 포집은 미세한 기포가 많을 수록 유리한데, 기포가 부상하는 과정에서, 복수의 기포들의 합체로 인해 그 크기가 증가하여, 부상 분리 효과가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 기포들이 주로 노즐의 직상부 방향으로 이동하며, 노즐 외측에 해당하는 용강 영역으로는 상대적으로 기포가 적거나, 기포가 발생되지 않는다. 이에, 개재물 포집 기능을 가지는 기포의 분포가 노즐의 직상부 영역에 집중되고, 그 외측 영역에는 상대적으로 적어, 용강 전체에 대한 균일한 개재물 제거가 힘들며, 이에 개재물 제거 효율이 떨어지는 문제가 있다.
일본공개특허 2004-315893
본 발명은 개재물 제거 효율을 향상시킬 수 있는 용강 처리 장치 및 이를 포함하는 용강 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 기포(Bubble)를 용강 전체로 확산시킬 수 있는 용강 처리 장치 및 이를 포함하는 용강 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 용강 처리 장치는 용강을 수용하는 내부 공간과, 바닥에 불활성 가스의 취입이 가능한 노즐이 마련된 용기; 상기 노즐의 상측에 대응 위치하도록, 상기 용기의 폭 방향으로 연장 형성되어, 상기 용기 내 용강으로 침지 가능한 분산 부재;를 포함한다.
상기 분산 부재의 면적은 상기 용기의 면적의 0.09 내지 0.5인 것이 바람직다.
상기 분산 부재의 폭(d)은 상기 용기의 폭(D)의 0.3 내지 0.7인 것이 바람직하다.
상기 용강 탕면과 상기 분산 부재 간의 이격 거리(h)는 상기 용강의 높이(H)의 0.3 내지 0.8인 것이 바람직하다.
상기 분산 부재는 그 중심이 상기 노즐의 중심과 동심을 이루도록 설치된다.
본 발명의 실시예에 따른 용강 처리 방법은 용기 내에 용강을 장입하는 과정; 상기 용기 바닥에 마련된 노즐의 상측에 대응 위치하도록 상기 용기 내 용강으로 분산 부재를 침지시키는 과정; 및 상기 노즐로 불활성 가스를 취입하여, 상기 불활성 가스에 의한 기포를 발생시키는 버블링 과정;을 포함한다.
상기 분산 부재를 침지시키는데 있어서, 상기 용강 탕면과 상기 분산 부재 간의 이격 거리(h)가 상기 용강의 높이(H)의 0.3 내지 0.8이 되도록 침지시키는 것이 바람직하다.
상기 분산 부재를 침지시키는데 있어서, 상기 분산 부재의 중심이 상기 노즐의 중심과 동심을 이루도록 침지시킨다.
상기 버블링 과정은, 상기 노즐로 제 1 유량으로 불활성 가스를 취입하여, 상기 노즐을 개공시키는 과정; 상기 노즐로 제 2 유량으로 불활성 가스를 취입하는 과정;을 포함하고, 상기 제 1 유량은 상기 제 2 유량에 비해 크다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 기포가 노즐 직상부 방향에 집중되지 않고, 넓게 분산됨에 따라, 나탕 발생을 억제하거나, 방지할 수 있어, 나탕 발생에 의해 개재물 발생을 억제할 수 있다. 또한, 기포가 분산 부재에 의해 분산됨에 따라, 용강 내 기액 공존 영역이 종래에 비해 증가하고, 기포가 분산 부재와 충돌하여 깨짐에 따라 전체 기포 수 및 미세 기포 수가 증가하여, 개재물의 포집율이 향상되고, 이에 개재물 제거율이 향상되는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용강 처리 장치를 도시한 도면
도 3은 종래의 용강 처리 장치에 의한 나탕 발생을 나타낸 도면
도 4 및 도 5는 비교예 및 실시예에 따른 용강 처리 장치에 따른 기포의 분산 상태를 나타난 실험 결과 사진
이하, 본 발명의 실시 예를 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.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용강 처리 장치를 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은 노즐로부터 토출된 가스에 의해 발생된 기포가 분산 부재에 의해 분산 또는 확산된 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 분산 부재와의 충돌에 의한 기포의 이동 방향을 설명하기 위하여, 기포의 이동을 화살표로 나타낸 도면이다. 도 3은 종래의 용강 처리 장치에 의한 나탕 발생을 나타낸 도면이다. 도 4 및 도 5는 비교예 및 실시예에 따른 용강 처리 장치에 따른 기포의 분산 상태를 나타난 실험 결과 사진이다.
본 발명은 개재물 제거 효율을 향상시킬 수 있는 용강 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 기포(Bubble)를 용강 전체에 걸쳐 균일하게 확산시킬 수 있는 용강 처리 장치를 제공한다.
실시예에 따른 용강 처리 장치는 용기 내 바닥에 마련된 노즐을 통해 불활성 가스를 취입하여 기포을 발생시키는 장치로서, 기포가 용기 또는 용선 전체에 균일하게 분산 또는 확산되도록 하는 용강 처리 장치에 관한 것이다.
여기서, 용강은 예컨대, 전로 내 용선으로 산소를 취입하여 불순물을 제거하는 1차 정련, BAP 공정(Bubbling, Alloying, Powdering) 및 진공 분위기 하에서 용강의 성분과 온도를 미세 조정하고, 탈산 등의 탈가스 처리를 하는 2차 정련 과정을 거쳐 제조된 용강일 수 있다.
한편, 2차 정련시 산소와 친화력이 높은 Al을 포함하는 탈산제를 투입하여, 용강 중 산소를 제거하는 탈산을 실시하는데, 이때 산소와 탈산제 간의 반응에 의해 Al2O3와 같은 개재물이 다량 발생된다. 용강 중 개재물은 주조 공정에서 용강을 몰드로 주입하는 노즐의 막힘을 일으키거나, 최종 제품에서 결함을 유발시키는 원인으로 작용한다.
따라서, 2차 정련 후에, 용강으로 불활성 가스를 취입하는 버블링을 실시하여, 용강중 개재물을 제거하는 조업이 실시된다.
실시예에 따른 용강 처리 장치는 용강을 버블링시키는 장치로서, 보다 구체적인 예로, 2차 정련 후에 개재물을 제거하기 위해 용강을 버블링 시키는 장치일 수 있다. 그리고, 실시예에 예에 따른 용강 처리 장치에 있어서, 용강이 수용되는 용기는 래들(Ladle)일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 용강 처리 장치를 설명하는데 있어서, 용기로 래들을 예를 들어 설명한다. 이때, 용기와 래들은 동일한 도면부호 '100'으로 지칭될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용강 처리 장치는 피처리물 즉, 용강이 수용되는 내부 공간을 가지며, 바닥에 가스의 통과 및 토출이 가능한 노즐(120)을 구비하는 용기(100) 및 용기(100) 내 용강으로 침지 가능한 분산 부재(210)를 구비하는 분산기(200)를 포함한다.
용기(100) 즉, 래들(100)은 용강이 수용될 있는 내부 공간을 가지며, 상측이 개방된 형태의 몸체(110), 몸체(110)의 하부 바닥의 일부에 마련되며, 가스의 통과가 가능한 노즐(120)을 포함한다.
실시예에 따른 몸체(110)는 고온의 용강의 처리가 용이한 내열성의 특성을 가지도록 내화물을 포함하는 재료로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로 몸체(110)는 도시되지는 않았지만, 외관을 형성하는 철피, 내화물로 이루어진 벽돌을 철피의 내측면에 축조하여 형성된 연와를 포함할 수 있다. 그리고, 연와는 철피의 내측면에 축조되는 제 1 연와(또는 영구장 연와)와, 제 1 연와의 내측면에 축조되어 래들의 내벽면을 이루면서 용강과 접촉되는 제 2 연와를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 몸체(110)는 원통형의 형상이나, 이에 한정되지 않고, 내부 공간을 가지며, 노즐(120)이 마련될 있는 다양한 형태로 변경 가능하다.
노즐(120)은 몸체의 하부 바닥의 일부를 상하 방향으로 관통하도록 형성되며, 이 노즐(120)에는 불활성 가스를 공급하는 공급관(300)이 연결될 수 있다. 실시예에 따른 노즐(120)은 플러그 타입(plug) 타입으로서, 몸체(110)의 하부의 일부를 상하 방향으로 관통하도록 마련되며, 내부 공간을 가지는 바디(121) 및 바디(121)의 내부를 충진 또는 채우도록 형성된 내화물(122)을 포함한다. 이러한 노즐(120)의 바디(121)에는 공급관(300)이 연결될 수 있고, 공급관(300)은 불활성 가스 예컨대 Ar 가스를 노즐(120) 내로 공급할 수 있다.
노즐(120)은 상술한 예에 한정되지 않고, 몸체(110)의 하부에 마련되며, 몸체(110) 내로 가스를 주입할 수 있는 다양한 형태로 변경 가능하다.
분산기(200)는 래들(100)의 폭 방향(x 방향)으로 연장 형성되며, 노즐(120)의 상측에 대응 위치하도록 래들(100) 내로 삽입이 가능한 분산 부재(210) 및 상하 방향으로 연장 형성되어 분산 부재(210)의 상부에 연결되며, 분산 부재(210)가 래들(100) 내로 삽입될 수 있도록 작업자에 의해 파지(把持) 가능하거나, 별도의 장치에 연결 가능한 샤프트(220)를 포함한다.
여기서, 샤프트(220)가 연결되는 별도의 장치는, 상기 샤프트(220)와 체결 및 분리 기능하여, 분산 부재(210)를 지지하거나, 상하, 좌우로 이동시킬 수 있는 이동 장치일 수 있다.
분산 부재(210)는 래들 내에서, 노즐(120)로부터 분사되는 가스에 의해 발생된 기포(bubble)가 상측으로 이동하는 또는 부상되는 경로 상에 설치된다. 즉, 분산 부재(210)는 래들(100) 내에서, 노즐(120)의 상측에 대응하여 위치하도록 또는 노즐(120)의 직상부에 위치되도록 설치된다. 다른 말로하면, 분산 부재는 노즐(120)의 상측으로 이격되어, 상기 노즐(120)과 대향 위치되어, 상측에서 노즐(120)을 커버하도록 설치된다
실시예에 따른 분산 부재(210)는 그 횡단면의 형상이 원형인 판 형상이나, 이에 한정되지 않고, 래들(100)과 대응하는 형상으로 다양하게 변경 가능하고, 래들(100) 내에서 노즐(120)의 상측에 대응 설치될 수 있는 다양한 판 형상으로 변경 가능하다.
한편, 노즐(120)에 의해 발생된 기포(B)는 상측으로 부상하며, 발생된 다수의 기포(B) 중 다량이 노즐의 직상부 방향으로 부상한다. 다시 설명하면, 노즐(120)에 의해 발생된 다수의 기포(B) 중 일부는 노즐(120)의 직상부로 이동하고, 다른 일부는 노즐(120)의 외측(래들 폭 방향을 기준으로) 방향으로 부상할 수 있는데, 발생된 기포(B) 중, 다량이 노즐(120)의 직상부 방향으로 이동한다. 그리고 노즐(120)의 직상부 방향으로 부상하는 기포량이 노즐(120)의 외측 방향으로 부상하는 기포량에 비해 많을 수 있다. 이에, 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐(120)의 직상부 영역에 대응하는 탕면에 나탕이 발생된다.
따라서, 실시예에서는 노즐(120)의 상측에 분산 부재(210)를 대응 설치함으로써, 부상하던 기포(B)들이 충돌되도록 하여, 그 부상 방향을 전환시킴에 따라, 기포(B)를 분산 시킨다. 보다 구체적으로 설명하면, 노즐(120)의 직상부 방향으로 부상하던 다량의 기포(B)들 중 적어도 일부는 분산 부재(210)의 외주면 특히 하부면에 충돌되며, 이 충돌에 의해 기포(B)의 이동 방향이 분산 부재(210)의 외측 방향으로 바뀌게 된다. 즉, 노즐(120)의 직상부 방향으로 부상하던 기포(B)들이 분산 부재(210)에 의해 충돌된 후, 노즐(120) 또는 분산 부재(210)의 외측 방향으로 그 이동 방향이 바뀌어 부상되므로, 래들(100) 내 폭방향에 걸쳐 균일하게 기포(B)가 분산 또는 부상되도록 할 수 있다.
또한, 분산 부재(210)에 충돌된 기포들 중 적어도 일부는 래들(100) 내 벽과 충돌할 수 있으므로, 분산 부재(210) 설치에 의해 분산 부재(210) 외에 래들(100) 내벽과의 충돌하는 기포(B) 또는 충돌 횟수를 종래에 비해 증가시킬 수 있으므로, 기포(B)의 분산 효과가 크다.
이렇게, 기포들이 노즐 직상부 방향에 집중되지 않고, 래들(100) 내에 균일하게 분산됨에 따라, 용강(액상)과 기포(기체)가 공존하는 기액 공존 영역이 종래에 비해 증가한다. 따라서, 기포(B)와 용강(M) 중 개재물 간의 접촉 기회 또는 확률이 증가됨에 따라, 용강(M) 중 개재물의 제거율이 향상된다.
또한, 기포(B)들이 어느 한 영역에 집중되지 않고, 균일하게 확산되기 때문에, 그만큼 부상력이 분배되어, 큰 부상력에 의한 나탕이 발생되지 않거나 억제된다.
한편, 종래와 같이(도 3 참조) 기포가 노즐(120) 직상부 방향에 집중되는 경우, 이와 대응하는 탕면 영역에 나탕이 발생될 뿐만 아니라, 용강(액상)과 기포(기체)가 공존하는 기액 공존 영역이 본 발명의 실시예에 비해 작다. 이에, 기포(B)와 용강(M) 중 개재물 간의 접촉 기회 또는 확률이 적어, 용강(M) 중 개재물의 제거 효율이 낮다.
그리고, 분산 부재(210)와 충돌한 기포는 그 부상력이 감소하므로, 기포(B)에 의한 나탕을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 기포(B)의 부상력은 취입된 불활성 가스의 유량에 따라 달라진다. 즉, 가스의 취입 유량이 클 수록, 부상력이 증가한다. 통상 노즐(120)의 개통을 위해 예컨대 13 내지 16Nm3/hr의 큰 유량으로 불활성 가스를 공급하고, 노즐(120)이 개통되면, 그 이후에는 불활성 가스의 유량을 2 내지 3Nm3/hr으로 줄여 취입하면서 버블링한다. 그런데, 버블링 초기에 노즐(120)의 개통을 위해, 통상 13 내지 16Nm3/hr의 큰 유량으로 불활성 가스를 취입하는데, 이때 노즐(120) 직상부에 해당하는 탕면에 나탕이 발생된다.
그러나, 본 발명의 실시예에 의하면, 노즐(120)의 개통시에 13 내지 16Nm3/hr의 큰 유량으로 가스를 공급하더라도, 부상력이 큰 기포(B)가 부상 중에 분산 부재(210)와 충돌함에 따라, 그 부상력이 감소된다. 따라서, 큰 부상력을 가지는 기포(B)로 인한 나탕 발생을 줄이거나, 방지할 수 있다.
한편, 기포(B)에 의한 개재물의 포집은 미세한 기포(B) 및 전체 기포(B)가 많을 수록 유리하다. 그런데, 기포(B)가 부상하는 과정에서, 복수의 기포(B)들의 합체로 인해 그 크기가 증가하여, 부상 분리 효과가 떨어진다.
그러나, 실시예에 의하면, 기포(B)가 분산 부재(210)와 충돌함으로써, 충돌 전보다 작은 크기로 깨지게 되므로, 종래에 비해 기포(B)의 크기가 감소하거나, 전체 및 미세 기포의 수가 증가되어, 개재물 제거 효과가 향상된다.
실시예에 따른 분산 부재(210)는 그 면적이 래들의 면적의 0.09 이상, 0.5 이하이다. 여기서, 분산 부재(210)의 면적 및 래들(100)의 면적은 횡 단면의 면적이다.
예컨대, 분산 부재(210)의 면적이 래들(100)의 면적의 0.09 미만인 경우, 분산 부재에 충돌하는 기포의 수가 적어, 나탕이 발생되거나, 충분한 개재물 저감 효과를 가질 수 없을 수 있다. 즉, 분산 부재(210)의 면적이 래들(100)의 면적의 0.09 미만인 경우, 노즐(120) 직상부 방향으로 이동 중인 기포(B)들이 X 축 방향으로 분산된 영역과, 분산 부재(210)의 X축 방향의 중첩 영역이 작아, 분산 부재(210)와 충돌하지 않고 그대로 부상하는 기포(B)들이 많다. 따라서, 나탕이 발생될 수 있으며, 충분한 개재물 제거 효과가 나타나지 않을 수 있다.
반대로, 분산 부재(210)의 면적이 래들 면적의 0.5을 초과하는 경우, 분산 부재에 부력이 크게 작용하여, 분산 부재(210)가 절손될 가능성이 있다. 또한, 분산 부재(210)를 상승시킬 때, 슬래그 부착량이 증가하여 관리상의 어려움이 있을 수 있다.
따라서, 실시예에서는 래들(100) 면적의 0.09 이상, 0.5 이하의 면적을 갖도록 분산 부재(210)를 마련하여, 종래에 비해 나탕 발생을 억제 또는 방지하고, 기포에 의한 의한 개재물 제거율을 향상시킨다.
예컨대, 분산 부재 및 래들 각각의 횡단면이 원형인 경우, 분산 부재(210)는 그 폭(d)이 래들(100) 폭(D)의 0.3 이상, 0.7 이하(또는 0.3 내지 0.7)이다.
예컨대, 분산 부재(210)의 폭(d)이 래들(100) 폭(D)의 0.3 미만인 경우, 분산 부재(210)에 충돌하는 기포(B)의 수가 적어, 나탕이 발생되거나, 충분한 개재물 저감 효과를 가질 수 없을 수 있다. 즉, 분산 부재(210)의 폭(d)이 래들(100) 폭(D)의 0.3 미만인 경우, 노즐(120) 직상부 방향으로 이동 중인 기포(B)들이 X 축 방향으로 분산된 영역과, 분산 부재(210)의 X축 방향의 중첩 영역이 작아, 분산 부재(210)와 충돌하지 않고 그대로 부상하는 기포(B)들이 많다. 따라서, 나탕이 발생될 수 있으며, 충분한 개재물 제거 효과가 나타나지 않을수 있다.
반대로, 분산 부재(210)의 폭(d)이 래들 폭(D)의 0.7을 초과하는 경우, 분산 부재(210)에 부력이 크게 작용하여, 분산 부재(210)가 절손될 가능성이 있다. 또한, 분산 부재(210)를 상승시킬 때, 슬래그 부착량이 증가하여 관리상의 어려움이 있을 수 있다.
따라서, 실시예에서는 분산 부재(210) 및 래들(100) 각각의 횡단면이 원형인 형상일 때, 래들(100) 폭(D)의 0.3 이상, 0.7 이하의 폭을 가지는 분산 부재(210)를 마련하여, 종래에 비해 나탕 발생을 억제 또는 방지하고, 기포에 의한 개재물 제거율을 향상시킨다.
또한, 분산 부재(210)의 설치 높이(h)는 래들(100) 내 용강의 높이(H)에 따라 결정된다. 실시예에서는 용강(M) 탕면으로부터 분산 부재(210)의 이격거리(h)가 용강 높이(H)의 0.3 이상, 0.8 이하가 되도록 한다.
여기서 용강(M)의 높이라 함은, 래들(100) 내 바닥면으로부터 용강 탕면까지의 거리이며, 상기 용강(M) 탕면은 슬래그(SL) 하측에 위치된 용강(M)의 최상측 표면이다. 그리고, 용강(M) 탕면으로부터 분산 부재(210)의 간의 이격거리(h)는 분산 부재(210)의 하부면을 기준으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 용강 탕면으로부터 분산 부재(210)의 이격거리(h)라 함은, 용강(M) 탕면으로부터 분산 부재(210)의 하부면 간의 이격거리(h)일 수 있다. 그리고, 용강 탕면으로부터 분산 부재(210)의 이격거리(h)는 다른 말로 하면, 분산 부재(210)의 설치 높이 또는 분산 부재(210)의 침지 깊이(h)로 명명될 수 있다.
예컨대, 용강 탕면으로부터 분산 부재(210)의 간의 이격거리(h)가 용강 높이(H)의 0.3배 미만인 경우, 나탕이 발생되거나, 기포(B)의 분산이 작아, 개재물 저감율이 낮을 수 있다.
반대로, 용강(M) 탕면으로부터 분산 부재(210)의 간의 이격거리(h)가 용강 높이(H)의 0.8배를 초과하는 경우, 침지 깊이가 너무 깊어, 노즐(120)의 직상부에서 발생된 기포들이 바로 부상 부재에 충돌된 후, 상기 분산 부재(210)의 외측 방향으로 빠져나가 부상하기 때문에, 분산 부재(210)의 외측 방향의 일부 영역에 기포(B)들이 집중하여 부상하는 경향이 생길 수 있다. 이에, 탕면 중 분산 부재(210)의 외측 방향에 해당하는 영역에 나탕이 발생될 수 있다.
따라서, 실시예에서는 용강(M) 탕면으로부터 분산 부재(210)의 간의 이격거리(h)가 용강 높이(H)의 0.3 이상, 0.8 이하가 되도록 하여, 기포(B)들이 분산 부재(210)에 충분히 분산되도록 하고, 부상력을 저감시키며, 전체 기포(B) 수 및 미세 기포(B) 수를 증가시킨다. 이에 따라, 종래에 비해 나탕 발생을 억제 또는 방지할 수 있으며, 이에 따라 버블링에 의한 개재물 제거율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2, 도 4 및 도 5를 이용하여, 비교예 및 실시예에 따른 용강 처리 장치 및 용강 처리 방법에 따른 나탕 발생 여부에 대해 설명한다.
도 4 및 도 5는 제 1 내지 제 3 비교예와, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 용강 처리 장치 및 용강 처리 방법에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.
실험을 위하여, 동일한 용기에 동일 높이의 액상물 예컨대 물을 장입하였다. 여기서, 용기의 폭(D)는 80cm 이며, 물을 60cm 높이로 채웠다. 여기서 용기는 래들, 물은 용강일 수 있다. 그리고, 용기의 바닥에 마련된 노즐로부터 아르곤(Ar) 가스를 10 liter/min으로 취입하여, 물의 표면, 즉, 탕면에서의 나탕 형성 여부, 기포의 분산 거동을 관찰하였다. 여기서 용기의 형상은 그 횡단면의 형상이 원형이다.
이하 도 4 및 도 5를 이용하여 실험 결과를 설명하는데 있어서, 버블링을 통한 물 표면의 형태 및 물 내부에서의 기포의 거동을 통해, 용강 탕면의 형태, 이로 인한 나탕 발생 가능성, 용강 내부에서의 기포 거동을 예측할 수 있다.
도 4 및 도 5의 실험에서는 용기에 용강을 대체하는 물만을 장입하여 실험을 진행하였으나, 나탕 발생 가능성의 경우, 버블링을 통한 물 표면(즉, 탕면)의 일부 영역이 상측으로 볼록하게 상승하는 경우, 상기 영역에 슬래그가 없는 나탕이 발생됨을 예측할 수 있다.
제 1 비교예는 본 발명의 실시예에 따른 분산 부재가 설치되지 않은 경우이고, 제 2 및 제 3 비교예와, 제 1 및 제 2 실시예는 분산 부재가 설치된 경우이다. 그리고, 제 2 및 제 3 비교예와, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 분산 부재는 그 횡단면의 형상이 원형이며, 그 폭(d)은 용기 폭(D)의 0.3 이상, 0.7 이하로 동일하고, 물 표면으로부터 분산 부재의 간의 이격거리(h) 즉, 분산 부재(210)의 침지 깊이(h)가 다르다. 즉, 제 1 및 제 2 실시예는 분산 부재(210)의 침지 깊이(h)가 용강 높이(H)의 0.3 이상, 0.8 이하이다. 하지만 제 1 및 제 2 비교예의 경우, 분산 부재(210)의 침지 깊이(h)가 용강 높이(H)의 0.3 미만이거나, 0.8을 초과한다.
제 1 비교예를 보면, 물의 표면 중 일부 영역이 상측으로 볼록하도록 상승하는데, 이 영역에서 나탕이 발생됨을 알 수 있다. 이는 기포가 노즐의 직상부로만 집중해서 부상하여, 노즐 직상부에 해당하는 탕면에서의 기포의 부상력이 크기 때문이다.
제 1 실시예의 경우, 분산 부재의 침지 깊이(h)가 용강 높이(H)의 0.3인 경우로서, 표면에 나탕이 발생되지 않았으며, 미세한 기포가 잘 분산되고 있음을 확인 할 수 있다.
제 2 비교예의 경우, 분산 부재의 침지 깊이(h)가 용강 높이(H)의 0.9인 경우로, 표면에 나탕이 발생되었으며, 기포가 한쪽으로 치우쳐서 부상되는 것을 알 수 있다. 이는, 분산 부재의 침지 깊이가 0.8을 초과하도록 너무 깊어, 노즐과 너무 가깝게 위치하기 때문이다.
제 3 비교예는 분산 부재의 침지 깊이(h)가 용강 높이(H)의 0.2인 경우로서, 그 면적은 제 1 및 제 2 비교예에 비해 나탕이 발생되었고, 기포의 분산은 크지 않다.
그리고, 제 2 실시예는 분산 부재의 침지 깊이(h)가 용강 높이(H)의 0.8인 경우로, 나탕이 발생되지 않았으며, 기포의 분산도 제 1 내지 제 3 비교예에 비해 용기 내경 방향 전체에 걸쳐서 균일하게 있음을 확인 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 용강 버블링 시에, 면적이 용기 또는 래들의 면적의 0.09 이상, 0.5 이하인 분산 부재(210)를 용강 높이(H)의 0.3 이상, 0.8 이하가 되도록 침지시킴으로써, 기포(B)가 노즐(120) 직상부 방향에 집중되지 않고, 넓게 분산됨에 따라, 나탕 발생을 억제하거나, 방지할 수 있어, 나탕 발생에 의해 개재물 발생을 억제할 수 있다. 또한, 기포(B)가 분산 부재(210)에 의해 분산됨에 따라, 용강(M) 내 기액 공존 영역이 종래에 비해 증가하고, 기포(B)가 분산 부재(210)와 충돌하여 깨짐에 따라 전체 기포 수 및 미세 기포 수가 증가하여, 개재물의 포집율이 향상되고, 이에 개재물 제거율이 향상되는 효과가 있다.
100: 용기 120: 노즐
210: 분산 부재

Claims (9)

  1. 용강을 수용하는 내부 공간과, 바닥에 불활성 가스의 취입이 가능한 노즐이 마련된 용기;
    상기 노즐의 상측에 대응 위치하도록, 상기 용기의 폭 방향으로 연장 형성되어, 상기 용기 내 용강으로 침지 가능한 분산 부재;
    를 포함하는 용강 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분산 부재의 면적은 상기 용기의 면적의 0.09 내지 0.5인 용강 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분산 부재의 폭(d)은 상기 용기의 폭(D)의 0.3 내지 0.7인 용강 처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용강 탕면과 상기 분산 부재 간의 이격 거리(h)는 상기 용강의 높이(H)의 0.3 내지 0.8인 용강 처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분산 부재는 그 중심이 상기 노즐의 중심과 동심을 이루도록 설치되는 용강 처리 장치.
  6. 용기 내에 용강을 장입하는 과정;
    상기 용기 바닥에 마련된 노즐의 상측에 대응 위치하도록 상기 용기 내 용강으로 분산 부재를 침지시키는 과정; 및
    상기 노즐로 불활성 가스를 취입하여, 상기 불활성 가스에 의한 기포를 발생시키는 버블링 과정;
    을 포함하는 용강 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분산 부재를 침지시키는데 있어서,
    상기 용강 탕면과 상기 분산 부재 간의 이격 거리(h)가 상기 용강의 높이(H)의 0.3 내지 0.8이 되도록 침지시키는 용강 처리 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 분산 부재를 침지시키는데 있어서,
    상기 분산 부재의 중심이 상기 노즐의 중심과 동심을 이루도록 침지시키는 용강 처리 방법.
  9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버블링 과정은,
    상기 노즐로 제 1 유량으로 불활성 가스를 취입하여, 상기 노즐을 개공시키는 과정;
    상기 노즐로 제 2 유량으로 불활성 가스를 취입하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 제 1 유량은 상기 제 2 유량에 비해 큰 용강 처리 방법.
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JP2004315893A (ja) 2003-04-16 2004-11-11 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶融金属の精錬方法

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