KR20190069091A - 용강 처리장치 및 이의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강을 이동시키도록 용강이 이동하는 경로를 형성하는 처리장치로서, 상기 경로를 감싸도록 배치되고, 일방향으로 축조되는 복수개의 내화벽돌; 상기 복수개의 내화벽돌의 외측 둘레를 감싸도록 설치되는 철피; 및 상기 내화벽돌과 상기 철피 사이에 설치되고, 상기 내화벽돌보다 열전도율이 낮으며, 상기 내화벽돌을 지지해주도록 일부가 일방향과 교차하는 방향으로 돌출되어 상기 내화벽돌에 삽입되는 지지부;를 포함하고, 내화벽돌을 안정적으로 지지해주어 용강을 안정적으로 처리할 수 있다.

Description

용강 처리장치 및 이의 제작방법{Apparatus for molten metal treatment and Manufacturing method thereof}

본 발명은 용강 처리장치 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내화벽돌을 안정적으로 지지해주어, 용강을 안정적으로 처리할 수 있는 용강 처리장치 및 이의 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로, 용강에서 출선된 용선은 제강공정의 전로에서 1차 정련 처리되고, 이후 진공탈가스 설비(또는, RH 탈가스 설비)에서 2차 정련 처리된다. 진공탈가스 설비는 용강에 포함되어 있는 불순물을 제거하고, 용강의 온도를 보정하며, 용강의 성분과 온도를 균일하게 하기 위하여 용강을 환류시키는 설비이다.

이러한 진공탈가스 설비는, 진공배기가 가능한 진공조와, 진공조의 하부에 형성된 환류관, 환류관에 연결되어 래들에 주입된 용강에 침지되는 침지관을 포함한다. 침지관은, 환류가스를 분사하여 래들에 주입된 용강이 진공조로 상승되는 상승관과, 진공조로 상승된 용강이 자체 철정압 등에 의해 래들로 하강되는 하강관으로 구분된다. 침지관은 내부에 축조되는 복수개의 내부벽돌, 철피, 내부벽돌과 철피 사이에 시공되는 부정형 내화물로 구성된다. 상승관의 내부벽돌에는 환류가스 주입을 위한 가스관이 시공된다.

침지관이 래들 내부의 용강에 침지된 상태에서 상승관 내에 환류가스가 분사되면 용강에 기포가 발생되면서 용강이 상승관에서 점차 상승된다. 진공조에서의 진공배기가 개시되면 용강이 상승관, 진공조, 하강관을 거쳐 순환되는 용강의 환류가 발생된다.

이때, 철피가 용강의 열에 의해 변형되는 문제가 발생할 수 있다. 철피가 변형되면, 내부벽돌이 하단으로 쳐지게 되고, 내부벽돌이 가스관을 눌러 가스관 내부가 막히는 사고가 발생할 수 있다. 또한, 내화벽돌의 상단과 하단 사이에 틈이 발생되어 부정형이 내화물이 외부로 노출될 수 있고, 부정형 내화물이 용강이나 슬래그와 직접 접촉하여 쉽게 손상될 수 있다.

종래에는 침지관의 철피가 열변형되는 것을 억제하기 위해, 철피를 냉각할 수 있는 냉각 라인을 철피에 삽입하였다. 그러나 냉각 라인을 삽입하는데 많은 비용이 필요하다. 또한, 침지관 사용 횟수 증가로 인해 내화물의 두께가 줄어들 경우, 냉각 라인이 열변형되는 문제가 있다. 이에, 냉각 라인을 이동하는 유체가 용강으로 유출되어 용강을 비산시킬 수 있고, 설비 관리에 위험이 있다.

JP 2007-191737 A

본 발명은 내화벽돌을 안정적으로 지지해줄 수 있는 용강 처리장치 및 이의 제작방법을 제공한다.

본 발명은 철피의 열변형을 억제하거나 방지할 수 있는 용강 처리장치 및 이의 제작방법을 제공한다.

본 발명은 수명이 연장되어 용강을 안정적으로 처리할 수 있는 용강 처리장치 및 이의 제작방법을 제공한다.

본 발명은 용강을 이동시키도록 용강이 이동하는 경로를 형성하는 처리장치로서, 상기 경로를 감싸도록 배치되고, 일방향으로 축조되는 복수개의 내화벽돌; 상기 복수개의 내화벽돌의 외측 둘레를 감싸도록 설치되는 철피; 및 상기 내화벽돌과 상기 철피 사이에 설치되고, 상기 내화벽돌보다 열전도율이 낮으며, 상기 내화벽돌을 지지해주도록 일부가 일방향과 교차하는 방향으로 돌출되어 복수개의 내화벽돌 중 적어도 일부에 형성되는 삽입홈에 삽입되는 지지부;를 포함한다.

상기 지지부는, 상기 복수개의 내화벽돌의 외측 둘레를 감싸고, 일방향으로 연장되는 몸체부재; 상기 내화벽돌에 삽입될 수 있도록, 상기 몸체부재에서 상기 내화벽돌을 향하여 연장되는 지지부재;를 포함한다.

상기 지지부재는 복수개가 구비되고, 각각 서로 다른 높이에 위치한 내화벽돌들에 삽입된다.

상기 지지부재는, 상기 복수개의 내화벽돌 중 최하층 내화벽돌에 삽입되는 제1 지지부재; 및 상기 최하층 내화벽돌 상부에 축조된 내화벽돌에 삽입되는 제2 지지부재;를 포함한다.

상기 제1 지지부재 및 상기 제2 지지부재의 폭은, 상기 내화벽돌의 폭 대비 5% 이상 내지 30% 미만이다.

상기 제1 지지부재는, 상기 최하층 내화벽돌의 두께의 50% 이상 내지 90% 미만 사이의 높이에 위치한다.

상기 제2 지지부재는, 상기 최하층 내화벽돌의 상부에 축조된 내화벽돌의 두께의 0% 이상 내지 90% 미만 사이의 높이에 위치한다.

상기 지지부는, 상기 내화벽돌에 삽입되도록 상기 지지부재에 연결되고, 지지부재의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장되는 삽입부재를 더 포함한다.

상기 지지부는, 상기 철피에 삽입될 수 있도록, 상기 몸체부재에서 상기 철피를 향하여 연장되는 고정부재를 더 포함한다.

상기 용강으로 불활성 가스를 공급하도록, 상기 내화벽돌을 관통하여 설치되는 공급관을 더 포함하고, 상기 지지부재는 상기 공급관보다 상측에 위치한다.

상기 처리장치는, 진공조에 연결되어 래들에 수용되는 용강에 침지될 수 있는 침지관을 포함한다.

상기 철피의 외측 둘레를 감싸도록 설치되는 내화물을 더 포함한다.

본 발명은 용강이 이동하는 경로의 외형을 형성하는 철피를 마련하는 과정; 삽입홈이 구비된 내화벽돌을 마련하는 과정; 상기 삽입홈이 상기 철피의 내벽을 마주보도록 상기 내화벽돌을 축조하는 과정; 상기 철피와 상기 내화벽돌 사이의 공간 및 상기 삽입홈에 내화재를 채우는 과정; 및 상기 내화재를 경화시켜 지지부를 형성하는 과정;을 포함한다.

상기 내화재는 세라믹 재질의 부정형 내화재를 포함한다.

상기 철피를 마련하는 과정은, 상기 철피의 내벽에 상기 내화재가 채워질 수 있는 고정홈을 형성하는 과정을 포함한다.

상기 지지부를 형성한 후, 상기 철피의 외측을 감싸는 내화물을 시공하는 과정을 더 포함한다.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 용강 처리장치에 구비되는 내화벽돌이 안정적으로 지지될 수 있다. 이에, 내화벽돌의 위치가 변동되는 것을 최소화하거나 막아, 내화벽돌들 간에 틈새가 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용강이 내화벽돌들 사이의 틈새로 유입되어 장치를 손상시키는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 내화벽돌들의 외측 둘레를 감싸는 철피로, 용강의 열에너지가 전달되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 이에, 철피가 열변형되면서 내화벽돌의 위치를 변동시키는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 장치의 수명이 연장될 수 있고, 용강을 안정적으로 처리하여 용강 처리공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리설비의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치의 구조를 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 내화벽돌과 지지부의 연결구조를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용강 처리장치를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 용강 처리장치를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치의 제작방법을 나타내는 플로우 차트.
도 8은 본 발명의 실시 예와 종래 예에 따른 용강 처리장치의 응력해석 결과를 비교한 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. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리설비의 구조를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 용강 처리설비는, 내부에 용강이 순환되는 공간을 형성하는 용기(30), 용기(30)의 하부에 연결되고, 용기(30)의 폭방향으로 서로 이격되는 복수의 환류관(40), 환류관(40)의 하부에 연결되고, 용강의 이동경로를 형성하는 복수의 침지관을 포함한다. 이때, 용강 처리장치(100)는 침지관일 수 있다.

용기(30)는, 원통형의 철피와 내화물로 구성될 수 있는데, 고온의 용강에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위해 철피에서 내측 방향으로 단열재, 영구장 및 내장 연와로 이루어진 내화물층 구조가 형성될 수 있다.

내화물로는 다양한 내화 벽돌이 사용될 수 있으며, 예를 들어 돌로마이트, 마그네시아 내화벽돌 등이 사용될 수 있다. 내장 연와는 용강을 수용할 수 있을 정도의 내열성을 갖춘 재질로 구성되며, 내열성이 큰 재질의 벽돌을 축조하여 만들어질 수 있다.

또한, 용기(30)는 용강이 처리되는 공간을 제공한다. 용기(30)는, 내부공간을 가지는 상부조(31), 및 내부공간을 가지며 상부조의 하부에 연결되는 하부조(32)를 포함할 수 있다.

상부조(31)는 원통 모양으로 형성될 수 있고, 하부가 개방된다. 상부조(31)의 상부면에는 랜스(20)가 관통할 수 있는 관통구(31b)가 형성되고, 측면에는 합금철을 투입할 수 있는 투입구(31a)가 형성된다. 랜스(20)를 이용하여 산소를 취입할 수 있고, 투입구(31a)를 통해 투입되는 합금철에 의해 제조하고자 하는 성질의 강에 부합하는 강을 제조할 수 있다.

하부조(32)는 원통 모양으로 형성될 수 있고, 상부가 개방될 수 있다. 하부조(32)는 상부조(31)의 하부와 연결되고, 상부조(31)의 내부와 하부조(32)의 내부가 연통된다. 그러나 용기(30)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

환류관(40)은 상하방향으로 연장 형성될 수 있고, 내부에 용강이 통과하는 경로를 형성한다. 환류관(40)은 한 쌍이 구비될 수 있다. 예를 들어, 하부조(32)의 하부에 연결되는 제1 환류관, 및 제1 환류관과 이격되어 하부조(32)의 하부에 연결되는 제2 환류관(40)이 구비될 수 있다. 따라서, 용강이 제1 환류관을 통해 하부조(32) 내부로 유입되고, 제2 환류관을 통해 하부조(32) 외부로 배출될 수 있다. 이때, 제1 환류관과 제2 환류관의 역할이 바뀔 수도 있다.

침지관은 상하방향으로 연장 형성될 수 있고, 내부에 용강이 이동하는 경로를 형성한다. 침지관은 한 쌍이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 환류관의 하부의 연결되는 제1 침지관, 및 제2 환류관의 하부에 연결되는 제2 침지관이 구비될 수 있다.

제1 침지관은 래들(10)에 침지되어 래들(10) 내 용강을 흡입하는 상승관일 수 있고, 제1 침지관에는 불활성 가스를 분사하는 공급관(150)이 구비될 수 있다. 제2 침지관은 래들(10)에 침지되어 하부조(32) 내 용강을 래들(10)로 배출하는 하강관일 수 있다. 이때, 제1 침지관과 제2 침지관의 역할이 바뀔 수도 있고, 제1 침지관과 제2 침지관의 역할이 바뀌는 경우 제2 침지관에 공급관(150)이 설치된다.

이러한 상부조(31)와 하부조(32)의 내부에 진공을 형성하고, 공급관(150)에서 불활성 가스를 공급하면, 제1 침지관을 통해 래들(10) 내 용강이 하부조(32) 내부로 상승하고, 하부조(32) 내부의 용강이 제2 침지관을 통해 래들(10)로 배출되는 환류가 이루어진다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치의 구조를 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 내화벽돌과 지지부의 연결구조를 나타내는 단면도이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치에 대해 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치(100)는, 용강을 이동시키도록 용강이 이동하는 경로를 형성하는 처리장치이다. 이때, 용강 처리장치(100)는, 진공조에 연결되어 래들에 수용되는 용강에 침지될 수 있는 침지관일 수 있다.

용강 처리장치(100)는, 내화벽돌(110), 철피(120), 지지부(130)를 포함한다. 또한, 용강 처리장치(100)는 내화물(140), 및 공급관(150)을 더 포함할 수 있다.

내화벽돌(110)은 육면체의 브릭 형태로 형성될 수 있다. 내화벽돌(110)은 복수개가 구비되어 용강이 이동하는 경로를 감싸도록 횡방향으로 배치된다. 이러한 내화벽돌은 하나의 층을 이루고, 층을 이루는 내화벽돌(110)들이 일방향(또는, 상하방향으로)으로 축조되어 복수개의 층이 구비될 수 있다. 따라서, 내화벽돌(110)들이 파이프 형태로 축조될 수 있고, 내부로 용강이 이동할 수 있다.

또한, 내화벽돌(110)의 재질은, MgO-C 또는 MgO-Cr2O3일 수 있다. 이러한 재질로 제작된 내화벽돌(110)은 용강의 열을 견딜 수 있고, 내마모성이 우수하여 이동하는 용강에 의해 파손되는 것이 억제될 수 있다. 그러나 내화벽돌(110)의 구조와 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

철피(120)는 상하방향으로 연장되는 파이프 형태로 형성될 수 있다. 철피(120)는 축조된 복수개의 내화벽돌(110)의 외측 둘레의 적어도 일부를 감싸도록 설치된다. 철피(120)의 내경은 내화벽돌(110)들의 외경보다 크게 형성된다. 이에, 철피(120)와 내화벽돌(110) 사이에 지지부(130)가 설치될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.

또한, 철피(120)의 하부에는 내화벽돌(110)을 향하여 돌출되는 돌출부재(125)가 구비될 수 있다. 돌출부재(125)는 돌출부재(125)는 지지부(130)의 바닥면 및 최하층 내화벽돌(111)의 하부면 일부와 접촉할 수 있다. 돌출부재(125)는 최하층 내화벽돌(111)을 지지해줄 수 있다. 즉, 내화벽돌(110)들은 축조될 때, 돌출부재(125)를 바닥으로 하여 돌출부재(125) 상에 축조될 수 있다. 돌출부재(125)는 최화측 내화벽돌(110)들의 위치가 변동되는 것을 억제할 수 있다. 그러나 철피(120)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

내화물(140)은 상하방향으로 연장되는 파이프 형태로 형성될 수 있다. 내화물(140)은 철피(120)의 외측 둘레, 및 철피(120)와 최하층 내화벽돌(111)의 하부면을 감싸도록 설치된다. 내화물(140)은 철피(120)의 적어도 일부가 외부로 노출되는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 용강 처리장치(100)가 래들에 수용된 용강에 침지될 때, 내화물(140)이 용강으로부터 철피(120)를 보호해줄 수 있다.

이때, 최하층 내화벽돌(111)에 단차가 형성될 수 있다. 예를 들어, 최하층 내화벽돌(111)에서 용강 이동경로의 중심부로부터 근접한 영역의 두께가, 원거리에 배치되는 영역의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 최하층 내화벽돌(111)에서 용강 이동경로의 중심부로부터 근접한 영역의 하부면 높이가, 원거리에 배치되는 영역의 하부면 높이보다 낮은 곳에 위치할 수 있다. 따라서, 최하층 내화벽돌(111)에서 용강 이동경로의 중심부로부터 근접한 영역의 하부면은 내화물과 접촉하고, 원거리에 배치되는 영역의 하부면은 철피(120)에 구비되는 돌출부재(125)와 접촉할 수 있다.

또한, 내화물(140)은 Al2O3계 비정형 내화물로 형성될 수 있다. 이에, 내화물(140)이 철피(120)를 감싸도록 시공하기가 용이해질 수 있다. 그러나 내화물(140)의 구조와 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

공급관(150)은 내화벽돌(110)들이 형성하는 공간으로 불활성 가스를 공급하는 역할을 한다. 즉, 용강으로 불활성 가스를 공급할 수 있다. 공급관(150)은 내부에 불활성 가스가 이동하는 경로를 형성한다. 공급관(150)은 내화물(140), 철피(120), 지지부(130), 및 내화벽돌(110)을 관통하여 설치될 수 있고, 분사구가 용강이 이동하는 경로를 향하거나, 경로에 위치할 수 있다. 이때, 공급관(150)은 최하층에 위치한 내화벽돌(111)을 관통하여 설치될 수 있다.

불활성 가스는 상측으로 이동하면서 용강을 상측으로 이동시킬 수 있다. 이에, 용강이 용강 처리장치(100)는 지나 하부조 내부로 이동할 수 있다. 불활성 가스로 아르곤(Ar) 가스가 사용될 수 있다. 그러나 사용되는 가스의 종류는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

지지부(130)는 내화벽돌(110)과 철피(120) 사이에 설치된다. 또한, 지지부(130)의 일부가 일방향(또는, 상하방향)과 교차하는 방향으로 돌출되어 내화벽돌(110)에 삽입될 수 있다. 이에, 지지부(130)의 돌출된 부분이 내화벽돌(110)을 지지해주어, 내화벽돌(110)이 기울어지거나 상하방향으로 위치가 변동되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 지지부(130)는 내화벽돌(110)보다 열전도율이 낮다. 이에, 용강의 열에너지가 내화벽돌(110)을 통해 철피(120)로 전달되는 것을 지지부(130)가 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 지지부(130)는 철피(120)를 보호해주어 철피(120)가 열변형되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

지지부(130)의 재질은 열전도율이 낮은 세라믹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지부(130)는 비정형 내화재로 제작될 수 있다. 이에, 철피(120)와 내화벽돌(110) 사이에 지지부(130)를 시공하기 용이해질 수 있다. 그러나 지지부(130)의 재질은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

지지부(130)는, 몸체부재(131), 및 지지부재(132)를 포함한다. 또한, 지지부(130)는 삽입부재(133), 및 고정부재(135)를 더 포함할 수 있다.

몸체부재(131)는 파이프 형태로 형성되어, 일방향(또는, 상하방향)으로 연장될 수 있다. 따라서, 몸체부재(131)는 복수개의 내화벽돌(110)의 외측 둘레를 감쌀 수 있다. 몸체부재(131)의 내측면은 내화벽돌(110)과 연결되고, 외측면은 철피(120)에 연결되어 지지될 수 있다. 이때, 몸체부재(131)와 철피(120)의 연결면, 및 몸체부재(131)와 내화벽돌(110)의 연결면에 요철이 형성될 수 있다. 몸체부재(131)와 철피(120)가 접촉하는 면적, 및 몸체부재(131)와 내화벽돌(110)의 접촉하는 면적이 증가하여, 몸체부재(131)가 철피(120)와 내화벽돌(110) 사이에 더 안정적으로 고정될 수 있다.

지지부재(132)는 몸체부재(131)의 내측면에서 내화벽돌(110)을 향하여 연장된다. 즉, 몸체부재(131)의 연장방향과 교차하는 방향으로 지지부재(132)가 연장될 수 있다. 지지부재(132)는 링 모양으로 형성될 수 있다. 이때, 내화벽돌(110)들 중 적어도 일부의 외측면에는 삽입홈이 형성되고, 지지부재(132)는 삽입홈에 삽입될 수 있다.

도 3의 (a)와 같이 지지부재(132)는 하나가 구비될 수 있다. 이에, 지지부재(132)는 내화벽돌(110) 중 위치가 쉽게 변할 수 있는 내화벽돌(110)만 지지해줄 수 있다. 따라서, 지지부재(132)가 삽입되는 내화벽돌(110)에만 삽입홈을 형성하기 때문에, 내화벽돌(110)들을 제작하고 축조하기가 용이해질 수 있다.

또는, 도 3의 (b)와 같이 지지부재(132)가 복수개 구비될 수도 있다. 복수개의 지지부재(132)는 각각 서로 다른 높이에 위치한 내화벽돌(110)들에 삽입될 수 있다. 이에, 지지부재(132)들이 각 내화벽돌(110)들을 지지해줄 수 있고, 내화벽돌(110)들의 위치가 변동되는 것을 효과적으로 억제하거나 방지할 수 있다.

예를 들어, 내화벽돌(110)이 상하방향을 따라 2단으로 축조되는 경우, 지지부재(132)는 내화벽돌(110) 중 최하층 내화벽돌(111)에 삽입되는 제1 지지부재(132a), 및 최하층 내화벽돌(111) 상부에 축조된 내화벽돌(110)에 삽입되는 제2 지지부재(132b)를 포함할 수 있다. 즉, 내화벽돌(110)이 축조된 층 수에 맞추어, 지지부재(132)가 복수개 구비될 수 있다.

제1 지지부재(132a) 및 제2 지지부재(132b)의 폭(D2)(좌우방향 또는 전후방향 길이)은, 내화벽돌(110)의 폭(D1) 대비 5% 이상 내지 30% 미만이다. 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)의 폭(D2)이, 내화벽돌(110)의 폭(D1) 대비 5% 미만으로 형성되면, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)가 내화벽돌(110)을 안정적으로 지지해주지 못할 수 있다. 이에, 내화벽돌(110)의 위치가 쉽게 변동될 수 있다. 따라서, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)가 내화벽돌(110)을 안정적으로 고정해줄 수 있도록, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)의 폭(D2)은, 내화벽돌(110)의 폭(D1) 대비 5% 이상으로 형성될 수 있다.

제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)의 폭(D2)이, 내화벽돌(110)의 폭(D1) 대비 30%를 초과하여 형성되면, 내화벽돌(110)의 수명이 저하되는 문제가 있다. 즉, 폭(D2)이 길어진 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)가 내화벽돌(110)에 삽입되기 위해서는, 삽입홈의 폭이 증가해야 한다. 이에, 삽입홈의 크기가 커지는 만큼 내화벽돌(110)의 일부분의 두께가 감소하기 때문에, 내화벽돌(110)의 수명이 저하될 수 있다. 따라서, 내화벽돌(110)의 수명이 저하되는 것을 억제하거나 최소화하기 위해 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)의 폭(D2)을 내화벽돌(110)의 폭(D1) 대비 30% 이하가 되도록 형성할 수 있다.

또한, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)의 두께(또는, 상하방향 길이)는, 내화벽돌(110)의 두께 대비 5% 이상 내지 40% 이하일 수 있다. 이때, 제1 지지부재(132a)의 두께(L3)는 최하층 내화벽돌(111)의 두께(L1)와 비교한 길이이고, 제2 지지부재(132b)의 두께(L4)는 최하층 내화벽돌(111) 상에 축조된 내화벽돌(110)의 두께(L2)와 비교한 길이일 수 있다.

제1 지지부재(132a)와 와 제2 지지부재(132b)의 두께가, 내화벽돌(110)의 두께 대비 5% 미만이면, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)가 내화벽돌(110)을 지지해주는 힘이 약해질 수 있다. 이에, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)가 위치가 변하려는 내화벽돌(110)에 의해 쉽게 파손되면서 내화벽돌(110)의 위치가 변동되는 것을 막지 못할 수 있다. 따라서, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)가 내화벽돌(110)로부터 가해지는 힘에 변형되거나 파손되지 않도록 두께를, 내화벽돌(110)의 두께 대비 5% 이상으로 형성할 수 있다.

제1 지지부재(132a)와 와 제2 지지부재(132b)의 두께가, 내화벽돌(110)의 두께 대비 40%를 초과하면, 내화벽돌(110)의 크기가 감소하여 내화벽돌(110)의 수명이 감소할 수 있다. 또한, 내화벽돌(110)에서 제1 지지부재(132a) 또는 제2 지지부재(132b)와 접촉하는 부분의 두께가 너무 얇아져 내화벽돌(110)이 쉽게 파손될 수 있다. 따라서, 내화벽돌(110)을 안정적으로 지지해주면서, 내화벽돌(110)이 손상되는 것을 최소화하기 위해, 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)의 두께는, 내화벽돌(110)의 두께 대비 40% 이하일 수 있다.

한편, 제1 지지부재(132a)는, 최하층 내화벽돌(111)의 두께(L1)의 50% 이상 내지 90% 미만 사이의 높이(하부에서부터 상측으로 이격된 길이)에 위치할 수 있다. 제1 지지부재(132a)의 상부면이 최하층 내화벽돌(111)의 두께(L1)의 50% 미만의 높이에 위치하면, 공급관(150)의 위치와 간섭이 발생할 수 있다. 이에, 제1 지지부재(132a)와 공급관(150)이 충돌하지 않도록 제1 지지부재(132a)는, 최하층 내화벽돌(111)의 두께에서 50% 이상의 높이에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 지지부재(132a)는 공급관(150)보다 상측에 위치할 수 있다. 공급관(150)이 제1 지지부재(132a)보다 하측에 위치해서 불활성 가스를 분사하기 때문에, 불활성 가스가 용강을 용강 처리장치(100)의 하부에서부터 상측으로 부상시킬 수 있다.

제1 지지부재(132a)의 하부면이 최하층 내화벽돌(111)의 두께(L1)의 90%를 초과하는 높이에 위치하면, 제1 지지부재(132a)가 최하층 내화벽돌(111)의 상측에 위치한 내화벽돌(110)과 간섭이 발생할 수 있고, 제1 지지부재(132a)가 최하층 내화벽돌(111)을 안정적으로 지지해주지 못할 수 있다. 따라서, 제1 지지부재(132a)가 최하층 내화벽돌(111)을 안정적으로 지지해줄 수 있도록, 제1 지지부재(132a)는, 최하층 내화벽돌(111)의 두께에서 90% 이하의 높이에 위치할 수 있다.

이때, 최하층 내화벽돌(111)의 상부는 제1 지지부재(132a)에 의해 지지되고, 하부는 돌출부재(125)에 의해 지지된다. 따라서, 최하층 내화벽돌(111)이 안정적으로 고정되어 위치가 변동되는 것이 효과적으로 억제되거나 방지될 수 있다.

제2 지지부재(132b)는, 최하층 내화벽돌(111)의 상측에 축조된 내화벽돌(110)의 두께(L2)의 0% 이상 내지 90% 미만 사이의 높이에 위치할 수 있다. 제2 지지부재(132b)가 내화벽돌(110)의 두께(L2)의 0% 높이에 위치하는 경우, 제2 지지부재(132b)는 최하층 내화벽돌(111)의 상측에 축조된 내화벽돌(110)의 바닥을 지지해줄 수 있다. 따라서, 내화벽돌(110)이 안정적으로 지지되어, 위치가 변동되는 것을 효과적으로 억제하거나 방지할 수 있다. 이때, 최하층 내화벽돌과, 최하층 내화벽돌 상부에 축조된 내화벽돌의 두께는 같거나 다를 수 있다.

제2 지지부재(132b)의 하부면이 최하층 내화벽돌(111)의 두께(L1)의 90% 초과의 높이에 위치하면, 내화벽돌(110)을 안정적으로 지지해주지 못할 수 있다. 즉, 제2 지지부재(132b)가 내화벽돌(110)이 상측으로 이동하는 것을 방지할 수 있지만, 제2 지지부재(132b)가 너무 상측에 위치하여 내화벽돌(110)이 하측으로 이동하는 것을 방지하기가 어려워질 수 있다. 이에, 내화벽돌(110)의 상하이동을 억제하거나 방지하기 위해 제2 지지부재(132b)는 내화벽돌(110)의 두께의 90% 미만 높이에 위치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용강 처리장치를 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 용강 처리장치를 나타내는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 삽입부재(133)는 내화벽돌(110)에 삽입되도록 지지부재(132)에 연결될 수 있다. 삽입부재(133)는 지지부재(132)의 연장방향과 교차하는 방향(또는, 상하방향)으로 연장(또는, 돌출)될 수 있다. 이때, 내화벽돌(110)에 형성되는 삽입홈은 지지부재(132)와 삽입부재(133)의 형상에 맞추어 형성될 수 있다.

삽입부재(133)는 지지부(130)와 내화벽돌(110)의 접촉면적을 증가시키고, 지지부(130)가 내화벽돌(110)에 더 안정적으로 끼워질 수 있게 해준다. 이에, 지지부(130)는 내화벽돌(110)이 상하좌우로 이동하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서, 내화벽돌(110)이 지지부(130)에 의해 안정적으로 고정될 수 있다.

예를 들어, 삽입부재(133)는 지지부재(132)의 상부면에서 상측으로 돌출된 모양으로 형성될 수 있다. 또는, 삽입부재(133)가 지지부재(132)의 하부면에서 하측으로 돌출된 모양으로 형성될 수도 있다. 이에, 삽입부재(133)의 구조가 단순해져, 내화벽돌(110)에 삽입홈을 형성하기가 용이해질 수 있다.

또는, 삽입부재(133)가 지지부재(132)의 상부면과 하부면 모두에 구비될 수도 있다. 이에, 삽입부재(133)가 내화벽돌(110)을 지지해주는 영역이 증가하고, 내화벽돌(110)이 더 안정적으로 고정될 수 있다. 그러나 삽입부재(133)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.

도 6을 참조하면, 고정부재(135)는 철피(120)에 삽입되도록 몸체부재(131)에 연결될 수 있다. 고정부재(135)는 지지부재(132)의 연장방향을 따라 연장될 수 있다. 즉, 고정부재(135)는 몸체부재(131)에서 철피(120)를 향하여 돌출될 수 있다. 이때, 철피(120)에는 고정부재(135)가 삽입될 수 있는 고정홈이 형성될 수 있다.

고정부재(135)는 하나 또는 복수개가 구비될 수 있다. 고정부재(135)는 철피(120)와 지지부(130)의 접촉면적을 증가시키고, 지지부(130)가 철피(120)에 끼움결합될 수 있게 해준다. 이에, 지지부(130)가 철피(120)에 더욱 안정적으로 고정될 수 있고, 지지부(130)가 내화벽돌(110)을 안정적으로 고정시켜줄 수 있다.

예를 들어, 고정부재(135)는 도 6의 (a)와 같이 지지부재(132)가 구비되는 개수만큼 구비되어 지지부재(132)와 연장방향으로 동일선상에 위치할 수 있다. 또는, 복수개의 고정부재(135)가 도 6의 (b)와 같이 지지부재(132)보다 더 많이 구비되어 지지부재(132)와 엇갈려 배치될 수도 있다. 고정부재(135)가 구비되는 개수가 증가하면, 고정부재(135)가 상하로 이동하는 것을 철피(120)가 억제하거나 방지할 수 있다. 이에, 지지부(130)가 내화벽돌(110)의 이동을 더 효과적으로 차단할 수 있다. 그러나 고정부재(135)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다. 이때, 실시 예들 간에 다양한 조합이 가능하다. 또한, 지지부재와 삽입부재 및 고정부재는 일체형으로 제작될 수 있다.

이처럼, 용강 처리장치(100)에 구비되는 내화벽돌(110)이 안정적으로 지지될 수 있기 때문에, 내화벽돌(110)의 위치가 변동되는 것을 최소화하거나 막을 수 있다. 이에, 내화벽돌(110)들 간에 틈새가 발생하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용강이 내화벽돌(110)들 사이의 틈새로 유입되어 장치를 손상시키는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 내화벽돌(110)들의 외측 둘레를 감싸는 철피(120)로, 용강의 열에너지가 전달되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 이에, 철피(120)가 열변형되면서 내화벽돌(110)의 위치를 변동시키는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 장치의 수명이 연장될 수 있고, 용강을 안정적으로 처리하여 용강 처리공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 내화벽돌(110)들의 위치가 변동되는 것이 억제되거나 방지되기 때문에, 내화벽돌(110)에 설치된 공급관(150)이 내화벽돌(110)에 의해 손상되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 이에, 공급관(150)이 용강으로 불활성 가스를 안정적으로 공급해줄 수 있기 때문에, 용강 처리공정이 중단되거나 용강이 이동하지 못하는 사고를 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치의 제작방법을 나타내는 플로우 차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치의 제작방법에 대해 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치의 제작방법은, 용강이 이동하는 경로의 외형을 형성하는 철피를 마련하는 과정(S110), 삽입홈이 구비된 내화벽돌을 마련하는 과정(S120), 삽입홈이 철피의 내벽을 마주보도록 내화벽돌을 축조하는 과정(S130), 철피와 내화벽돌 사이의 공간 및 삽입홈에 내화재를 채우는 과정(S140), 및 내화재를 경화시켜 지지부를 형성하는 과정(S150)을 포함한다. 이때, 용강 처리장치는 용강을 환류시켜 처리하는 설비에 구비되는 침지관일 수 있다.

우선, 용강이 이동하는 경로의 외형을 형성하는 철피를 마련할 수 있다. 철피는 일방향으로 연장되는 파이프 형태로 형성될 수 있다. 철피의 하부에는 내측을 향하여 돌출되는 돌출부재가 구비된다.

그 다음, 삽입홈이 구비된 내화벽돌을 마련할 수 있다. 삽입홈은 폭은, 내화벽돌의 폭 대비 5% 이상 내지 30% 미만이다. 삽입홈의 두께(또는, 상하방향 길이)는, 내화벽돌의 두께 대비 5% 이상 내지 40% 이하이다.

내화벽돌은 복수개가 구비되어 돌출부재 상에 축조된다. 내화벽돌과 철피의 내벽 사이가 서로 이격될 수 있다. 이때, 내화벽돌에 형성된 삽입홈이 철피의 내벽을 마주보도록 내화벽돌이 축조된다.

그 다음, 철피와 내화벽돌 사이의 공간 및 삽입홈에 내화재를 채운다. 내화재는, 세라믹 재질의 부정형 내화재일 수 있다. 내화재가 부정형이기 때문에, 철피와 내화벽돌 사이의 공간 및 삽입홈에 채워넣기 용이할 수 있다. 내화재는 철피의 상부에서 공급할 수 있다. 철피와 내화벽돌 사이에 채워지는 내화재는, 계속 공급되는 내화재에 밀려 삽입홈에도 채워질 수 있다.

내화재가 세라믹 재질이기 때문에, 열전도율이 낮다. 이에, 내화벽돌에서 철피로 전달되는 열을 내화재가 차단하여, 철피가 열변형되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 내화재의 재질은 이에 열전도율이 낮은 다양한 물질이 사용될 수 있다.

그 다음, 내화재를 경화시켜 지지부를 형성한다. 지지부는 철피와 내화벽돌에 부착될 수 있다. 또한, 지지부는 내화벽돌을 고정시켜줄 수 있는 강도를 가지게 된다. 이에, 지지부에서 삽입홈에 삽입된 부분이 내화벽돌을 안정적으로 지지해줄 수 있다.

한편, 철피를 마련할 때, 철피의 내벽에 내화재가 채워질 수 있는 고정홈을 형성할 수 있다. 이에, 내화재를 채워넣을 때, 철피와 내화벽돌 사이의 공간, 삽입홈, 및 고정홈 모두에 내화재가 채워질 수 있다. 따라서, 내화재가 경화되었을 때, 지지부와 철피의 결속력이 강해질 수 있고, 지지부가 내화벽돌을 더욱 안정적으로 고정시켜줄 수 있다.

그 다음, 철피의 외측을 감싸는 내화물을 시공할 수 있다. 용강 처리장치가 래들 내에 수용된 용강에 침지될 수 있기 때문에, 철피가 그대로 용강에 침지되면 쉽게 파손될 수 있다. 이에, 철피를 보호하기 위해 철피의 외측 둘레와 하부면을 감싸는 내화물을 시공할 수 있다. 따라서, 용강 처리장치가 용강에 침지되면, 내화물이 철피를 보호해줄 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예와 종래 예에 따른 용강 처리장치의 응력해석 결과를 비교한 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리장치와, 종래 예에 따른 용강 처리장치를 비교한 실험에 대해 설명하기로 한다.

종래 예에 따른 용강 처리장치는, 내화벽돌을 향하여 돌출되는 지지부가 구비되지 않은 용강 처리장치이다. 제1 실시 예에 따른 용강 처리장치는, 지지부가 하나의 지지부재를 구비하는 용강 처리장치이다. 제2 실시 예에 따른 용강 처리장치는, 지지부가 두 개의 지지부재를 구비하는 용강 처리장치이다.

우선, 종래 예, 제1 실시 예, 및 제2 실시 예에 따른 용강 처리장치들의 응력을 해석하였다. 도 8을 참조하면 종래 예의 경우, 용강 처리장치의 철피가 변형되어, 철피에 구비되는 돌출부재와, 내화물(철피와 내화벽돌 사이에 위치한 내화물) 사이에 틈새가 발생하였다. 이때, 틈새는 크기는 2.5mm이다.

한편, 제1 실시 예의 경우 돌출부재와 내화물(또는, 지지부) 사이의 틈새가 2.3mm로 측정되었고, 제2 실시 예의 경우 돌출부재와 내화물 사이의 틈새가 1.5mm로 측정되었다. 이에, 지지부재에 의해 철피의 변형량이 감소한 것을 확인할 수 있고, 지지부재가 구비되는 개수가 증가하여 지지되는 내화벽돌의 개수가 증가하면 철피의 변형량을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.

그 다음, 종래 예, 제1 실시 예, 및 제2 실시 예에 따른 용강 처리장치들의 공급관 파손 여부, 내화물 손상지수, 및 내화물로 용강이 침투되었는지 비교하였다. 아래의 표 1은 그 결과를 보여주는 표이다.

	종래예	제1 실시예	제2 실시예
공급관 막힘	막힘	막힘	막히지 않음
내화벽돌 손상지수	100	60	50
용강침투 유무	유	무	무

종래 예에서는 내화벽돌들의 위치가 변동되면서, 용강으로 불활성 가스를 공급관이 손상되어 막혔다. 또한, 내화벽돌 손상지수가 100으로 내화벽돌이 용강에 의해 마모된 정도가 높게 측정되었다. 이에, 용강이 침투하였다.

반면, 제1 실시 예에서는 내화벽돌의 손상지수가 60으로 감소하였고, 용강이 침투하지 못하였다. 제2 실시 예에서는 공급관의 막히지 않았고, 내화물의 손상지수가 50으로 감소하였고, 용강이 침투하지 못하였다. 즉, 실시 예들에서는 지지부재가 내화벽돌을 안정적으로 지지해주어, 내화벽돌들이 위치가 변동되지 않았기 때문에, 공급관이 손상되지 않을 수 있었고, 내화벽돌의 손상량을 감소시킬 수 있었다.

또한, 종래 예의 경우, 시간이 지나면서 공급관 변형에 의해 불활성 가스가 충분히 주입되지 않고 공급관이 막히면서, 용강 환류량이 저하되어 용강 처리시간이 지연되었다. 그러나 실시 예의 경우, 공급관의 변형이 방지되어, 시간이 지나더라도 용강 환류량이 감소되지 않기 때문에, 용강 처리시간이 지연되지 않았다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

30: 용기 32: 하부조
100: 용강 처리장치 110: 내화벽돌
120: 철피 125: 돌출부재
130: 지지부 131: 몸체부재
132: 지지부재 133: 삽입부재
135: 고정부재 140: 내화물
150: 공급관

Claims (16)

1. 용강을 이동시키도록 용강이 이동하는 경로를 형성하는 처리장치로서,
   상기 경로를 감싸도록 배치되고, 일방향으로 축조되는 복수개의 내화벽돌;
   상기 복수개의 내화벽돌의 외측 둘레를 감싸도록 설치되는 철피; 및
   상기 내화벽돌과 상기 철피 사이에 설치되고, 상기 내화벽돌보다 열전도율이 낮으며, 상기 내화벽돌을 지지해주도록 일부가 일방향과 교차하는 방향으로 돌출되어 복수개의 내화벽돌 중 적어도 일부에 형성되는 삽입홈에 삽입되는 지지부;를 포함하는 용강 처리장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지부는,
   상기 복수개의 내화벽돌의 외측 둘레를 감싸고, 일방향으로 연장되는 몸체부재;
   상기 내화벽돌에 삽입될 수 있도록, 상기 몸체부재에서 상기 내화벽돌을 향하여 연장되는 지지부재;를 포함하는 용강 처리장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지부재는 복수개가 구비되고, 각각 서로 다른 높이에 위치한 내화벽돌들에 삽입되는 용강 처리장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 지지부재는,
   상기 복수개의 내화벽돌 중 최하층 내화벽돌에 삽입되는 제1 지지부재; 및
   상기 최하층 내화벽돌 상부에 축조된 내화벽돌에 삽입되는 제2 지지부재;를 포함하는 용강 처리장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 지지부재 및 상기 제2 지지부재의 폭은, 상기 내화벽돌의 폭 대비 5% 이상 내지 30% 미만인 용강 처리장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 지지부재는, 상기 최하층 내화벽돌의 두께의 50% 이상 내지 90% 미만 사이의 높이에 위치하는 용강 처리장치.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2 지지부재는, 상기 최하층 내화벽돌의 상부에 축조된 내화벽돌의 두께의 0% 이상 내지 90% 미만 사이의 높이에 위치하는 용강 처리장치.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지부는,
   상기 내화벽돌에 삽입되도록 상기 지지부재에 연결되고, 지지부재의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장되는 삽입부재를 더 포함하는 용강 처리장치.
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지부는,
   상기 철피에 삽입될 수 있도록, 상기 몸체부재에서 상기 철피를 향하여 연장되는 고정부재를 더 포함하는 용강 처리장치.
10. 청구항 2에 있어서,
    상기 용강으로 불활성 가스를 공급하도록, 상기 내화벽돌을 관통하여 설치되는 공급관을 더 포함하고,
    상기 지지부재는 상기 공급관보다 상측에 위치하는 용강 처리장치.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리장치는, 진공조에 연결되어 래들에 수용되는 용강에 침지될 수 있는 침지관을 포함하는 용강 처리장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 철피의 외측 둘레를 감싸도록 설치되는 내화물을 더 포함하는 용강 처리장치.
13. 용강이 이동하는 경로의 외형을 형성하는 철피를 마련하는 과정;
    삽입홈이 구비된 내화벽돌을 마련하는 과정;
    상기 삽입홈이 상기 철피의 내벽을 마주보도록 상기 내화벽돌을 축조하는 과정;
    상기 철피와 상기 내화벽돌 사이의 공간 및 상기 삽입홈에 내화재를 채우는 과정; 및
    상기 내화재를 경화시켜 지지부를 형성하는 과정;을 포함하는 용강 처리장치의 제작방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 내화재는 세라믹 재질의 부정형 내화재를 포함하는 용강 처리장치의 제작방법.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 철피를 마련하는 과정은,
    상기 철피의 내벽에 상기 내화재가 채워질 수 있는 고정홈을 형성하는 과정을 포함하는 용강 처리장치의 제작방법.
16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부를 형성한 후,
    상기 철피의 외측을 감싸는 내화물을 시공하는 과정을 더 포함하는 용강 처리장치의 제작방법.

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