KR20210055359A - 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내부에 용융물 수용 공간이 구비되고, 일측에 용융물 주입구가 배치되고, 일측으로부터 길이 방향으로 이격된 타측에 용융물 배출구가 형성되는 용기부, 용기부의 바닥으로부터 이격되며, 적어도 일부가 용기부의 양 측벽에 접촉하도록 설치되는 유동 제어부, 및 유동 제어부를 통하여 용기부 내부의 용융물 내에 하방으로 가스를 분사할 수 있도록, 유동 제어부에 설치되는 가스 공급부를 포함하는 용융물 처리 장치와, 이를 이용한 용융물 처리 방법으로서, 용융물로부터 개재물을 효과적으로 분리시킬 수 있는 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법이 제시된다.

Description

용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법{PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR MOLTEN MATERIAL}

본 발명은 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용융물로부터 개재물을 효과적으로 분리시킬 수 있는 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 턴디쉬는 용강을 수용하여 용강 중의 개재물을 부상 분리시키고, 용강의 온도를 보전하며, 용강을 주형으로 공급하는 용기를 말한다. 턴디쉬의 이러한 기능들 중 개재물을 부상 분리시키는 기능은 주형에서 주조된 주편의 품질을 좌우하므로 매우 중요하다.

개재물은 래들 필러, 재산화 성분, 슬래그 등을 포함한다. 개재물을 용강 중에서 부상 분리시켜 용강의 청정성을 확보하지 않으면, 개재물이 주형 내로 유입되어 주편 내에 잔류한다. 주편 내의 개재물은 주편의 압연 시 주편의 표면 결함으로 발전한다. 주편의 품질을 높이기 위해서는 용강이 주형으로 유입되기 전에 용강으로부터 개재물을 제거하여 용강의 청정성을 확보해야 한다. 따라서, 턴디쉬 내에서 용강 중의 개재물을 효과적으로 부상 분리시키는 구조 및 방식에 대하여 많은 연구개발이 이루어지고 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.

KR 20-0160684 Y1 KR 10-2003-0044589 A

본 발명은 용융물로부터 개재물을 효과적으로 분리시킬 수 있는 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 용융물 중에 주입하는 가스와 개재물의 접촉 효율 및 개재물의 부상 분리 효과를 높일 수 있는 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 용융물 중에 가스를 깊이 주입함으로써 용융물의 주요 흐름을 가스에 노출시킬 수 있는 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융물 처리 장치는, 내부에 용융물 수용 공간이 구비되고, 일측에 용융물 주입구가 배치되고, 상기 일측으로부터 길이 방향으로 이격된 타측에 용융물 배출구가 형성되는 용기부; 상기 용기부의 바닥으로부터 이격되며, 적어도 일부가 상기 용기부의 양 측벽에 접촉하도록 설치되는 유동 제어부; 및 상기 유동 제어부를 통하여 상기 용기부 내부의 용융물 내에 하방으로 가스를 분사할 수 있도록, 상기 유동 제어부에 설치되는 가스 공급부;를 포함한다.

상기 가스 공급부는 상기 유동 제어부를 상하 방향으로 관통하도록 설치될 수 있다.

상기 가스 공급부의 분사구는 상기 유동 제어부의 하단에 형성되고, 상기 용기부의 바닥을 마주볼 수 있다.

상기 가스 공급부는, 상기 유동 제어부의 상단으로부터 하단으로 상기 유동 제어부의 내부를 관통하고, 상하 방향으로 연장되는 가스 유로; 상기 가스 유로 내에 배치되는 다공체;를 포함할 수 있다.

상기 가스 유로는 상기 유동 제어부의 내부에 형성된 관통구이거나, 상기 유동 제어부를 관통하도록 장착된 배관일 수 있다.

상기 가스 유로는, 상기 유동 제어부의 상단에 형성된 주입구, 상기 유동 제어부의 하단에 형성된 분사구, 상기 주입구와 상기 분사구를 연결하는 통로를 포함하고, 상기 분사구에 상기 다공체가 배치될 수 있다.

상기 주입구 및 상기 통로는 내경이 동일하고, 상기 분사구의 내경은 상기 주입구 및 상기 통로의 내경보다 작으며, 상기 다공체는 상기 분사구에 끼움 결합될 수 있다.

상기 다공체의 상부는 상기 통로의 내부로 돌출되고, 상기 다공체의 하단은 상기 유동 제어부의 하단과 동일면상에 위치할 수 있다.

상기 가스 유로는 내부의 가스 흐름이 상호 독립되도록 복수개 구비되고, 상기 용기부의 길이 방향과 교차하는 폭 방향으로 나열되며, 상기 다공체는 복수개 구비되어 상기 가스 유로들에 일대일로 배치될 수 있다.

상기 유동 제어부의 상하 방향의 길이는 상기 유동 제어부의 하단과 상기 용기부의 바닥 사이의 이격된 공간의 상하 방향의 길이보다 크고, 상기 유동 제어부의 상단 높이는 상기 용기부 내부의 용융물의 탕면 높이보다 높을 수 있다.

상하 방향으로 연장되고, 상기 유동 제어부의 상단에서 상기 가스 공급부와 연결되는 가스 이송부; 상기 유동 제어부와 상기 용융물 배출구 사이에서, 상기 용기부의 바닥과 상기 용기부의 양 측벽에 접촉하도록 설치되는 상승류 유도부;를 포함할 수 있다.

상기 가스를 가열시킬 수 있도록 상기 가스 유로에 설치되는 가열부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융물 처리 방법은, 용기부의 내부에 용융물을 수용하는 과정; 상기 용기부의 내부로부터 상기 용융물을 배출하는 과정;을 포함하고, 상기 용융물을 배출하는 과정 중에, 용융물 수용 위치와 용융물 배출 위치 사이에 설치된 유동 제어부보다 높은 높이로부터 가스를 공급하고, 상기 유동 제어부의 하단과 상기 용기부의 바닥 사이의 공간을 흐르는 용융물 내에 상기 가스를 분사하는 과정;을 포함한다.

상기 가스를 분사하는 과정은, 상기 유동 제어부의 내부에서 하방으로 상기 가스를 흐르게 하여, 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보하는 과정; 상기 유동 제어부의 하단에 구비된 다공체를 통하여 상기 다공체의 하방으로 가스를 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보하는 과정은, 상기 유동 제어부의 내부에서 상기 가스가 상하 방향으로 흐른 거리가 상기 유동 제어부의 하단과 상기 용기부의 바닥 사이의 공간의 상하 방향의 길이보다 크도록 상기 가스를 직진 이동시킬 수 있다.

상기 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보하는 과정은, 상기 용기부의 길이 방향과 교차하는 폭 방향으로 이격된 복수의 위치에서, 상호 독립적으로 가스를 흐르게 할 수 있다.

상기 용융물을 배출하는 과정 중에, 상기 유동 제어부와 상기 용융물 배출 위치 사이에서, 상기 용기부의 하부로부터 상부로, 가스가 분사된 용융물의 상승류를 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 용기부 내에 설치된 유동 제어부를 통해, 용기부 내부의 용융물 내에 가스를 분사할 수 있다. 이때, 유동 제어부의 하단과 용기의 바닥 사이의 좁은 공간으로 가스를 분사함으로써, 가스와 개재물의 접촉 효율을 높일 수 있다. 또한, 유동 제어부의 하단과 용기부의 바닥 사이의 좁은 공간을 통과한 용융물의 상승 흐름을 이용하여 가스와 접촉한 개재물의 부상 분리 효과를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 유동 제어부 내부에서 가스를 상하 방향으로 충분히 가속시켜 가스 속도의 수직 방향 성분을 크게 할 수 있다. 이에, 유동 제어부의 하단부와 용기의 바닥 사이의 좁은 공간을 통과하는 용융물의 주요 흐름을 상하로 가로지르도록 가스를 용융물 중에 깊이 주입할 수 있고, 용융물의 주요 흐름을 가스에 충분히 노출시킬 수 있다.

따라서, 용융물로부터 개재물을 효과적으로 분리시킬 수 있고, 용융물의 청정도를 향상시킬 수 있다. 이에, 개재물과 관련된 제품 불량이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유동 제어부 및 가스 공급부를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 용융물 처리 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용융물 처리 장치의 개략도이다.

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.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치 및 용융물 처리 방법은 다양한 산업 분야의 각종 용융물 처리 공정에 적용될 수 있다. 이하, 제철 분야의 연속 주조 공정을 기준으로 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 보여주는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 보여주는 측면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치의 부분 확대도이다.

이하, 도 1 내지 도 3를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치는, 내부에 용융물 수용 공간이 구비되고, 일측에 용융물 주입구(10)가 배치되고, 일측으로부터 길이 방향(X)으로 이격된 타측에 용융물 배출구(140)가 형성되는 용기부(100), 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 이격되며, 적어도 일부가 용기부(100)의 양 측벽(110)에 접촉하도록 설치되는 유동 제어부(200), 및 유동 제어부(200)를 통하여 용기부(100) 내부의 용융물(M) 내에 하방으로 가스(g)를 분사할 수 있도록, 유동 제어부(200)에 설치되는 가스 공급부(400)를 포함한다.

또한, 용융물 처리 장치는, 유동 제어부(200)와 용융물 배출구(140) 사이에서, 용기부(100)의 바닥(130)과 용기부(100)의 양 측벽(110)에 접촉하도록 설치되는 상승류 유도부(300), 및 상하 방향(Y)으로 연장되고, 유동 제어부(200)의 상단에서 가스 공급부(400)와 연결되는 가스 이송부(500)를 포함할 수 있다.

용융물(M)은 용강일 수 있다. 용융물(M)은 운반 용기(미도시) 예컨대 래들에 담겨 용기부(100)의 상측으로 운반될 수 있다. 용융물(M)은 용강 외에도 다양할 수 있다.

용융물 주입구(10)는 예컨대 쉬라우드 노즐일 수 있다. 용융물 주입구(10)는 운반 용기의 하부에 연결될 수 있다. 용융물 주입구(10)는 용기부(100)의 일측에서 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 상방으로 이격되도록 용기부(100)의 상부에 배치될 수 있다. 용융물 주입구(10)는 상하 방향(Y)으로 연장되고, 중공형으로 형성될 수 있다. 용융물 주입구(10)를 통해 운반 용기의 내부의 용융물(M)이 용기부(100)의 내부로 주입될 수 있다.

용기부(100)는 예컨대 턴디쉬일 수 있다. 용기부(100)는 내부에 용융물(M)을 수용할 수 있는 용융물 수용 공간이 구비될 수 있다. 용기부(100)는 길이보다 폭이 더 좁을 수 있다. 용기부(100)는, 길이 방향(X)과 폭 방향(Z)으로 연장되고, 길이 방향(X)의 길이가 폭 방향(Z)의 길이보다 큰 장방형의 바닥(130), 바닥(130)의 단변 모서리들을 따라 폭 방향(Z)으로 연장되는 한 쌍의 벽체(120), 바닥(130)의 장변 모서리들을 따라 길이 방향(X)으로 연장되는 양 측벽(110), 용기부(100)의 일측과 길이 방향(X)으로 대향하는 타측에서, 바닥(130)을 상하 방향으로 관통하도록 형성되는 용융물 배출구(140)를 포함할 수 있다.

한 쌍의 벽체(120)는 길이 방향(X)으로 상호 대향할 수 있다. 이때, 한 쌍의 벽체(120)는 하단으로부터 상단으로 갈수록 서로 간의 이격 거리가 점차 증가할 수 있다. 한 쌍의 벽체(120)의 하단을 길이 방향(X)으로 연결하도록 바닥(130)이 장착될 수 있다.

양 측벽(110)은 폭 방향(Z)으로 상호 대향할 수 있다. 이때, 양 측벽(110)은 하단으로부터 상단으로 갈수록 서로 간의 이격 거리가 점차 증가할 수 있다. 양 측벽(110)의 하단에 바닥(130)이 폭 방향(Z)으로 장착될 수 있다.

용융물 배출구(140)는 용융물 주입구(10)로부터 길이 방향(X)으로 이격될 수 있다. 용융물 배출구(140)에는 용융물 배출부(20)가 연결될 수 있다. 용융물 주입구(10)로부터 용융물 배출구(140)를 향하도록 용융물(M)의 주요 흐름(f)이 형성될 수 있다.

용융물 배출부(20)는 예컨대 침지노즐일 수 있다. 용융물 배출부(20)는 용융물 배출구(140)로부터 하방으로 연장되고, 그 하부에 주형(미도시)이 배치될 수 있다. 용융물 배출부(20)를 통하여 용기부(100)로부터 주형으로 배출된 용융물(M)은 주편으로 연속 주조되며, 주형의 하방으로 길게 인발될 수 있다.

용기부(100)는 용융물(M) 중의 개재물을 부상 분리시키고, 용융물(M)을 보온하며, 용융물(M)을 주형으로 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 그중 용기부(100)가 개재물을 부상 분리시키는 기능을 잘 수행하기 위해서는 용융물(M)이 용기부(100)의 내부에 체류하는 시간을 증가시키는 것이 좋다. 이를 위해, 용기부(100)는 내부에 유동 제어부(200)가 설치될 수 있다.

유동 제어부(200)를 위어라고 지칭할 수도 있다. 유동 제어부(200)는 내화물로 제작될 수 있다. 유동 제어부(200)는 용기부(100)의 상부에 설치될 수 있다. 유동 제어부(200)는 용기부(100)의 좁은 폭 방향(Z)으로 설치될 수 있다. 유동 제어부(200)는 폭 방향(Z) 및 상하 방향(Y)으로 소정의 면적을 가지고, 길이 방향(X)으로 소정의 두께를 가질 수 있다.

유동 제어부(200)는 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 상방으로 소정 높이로 이격될 수 있다. 유동 제어부(200)는 용기부(100)의 양 측벽(110)을 연결시키도록 장착될 수 있다. 유동 제어부(200)는 용융물 배출구(140)보다 용융물 주입구(10)에 더 가깝도록 위치할 수 있다.

유동 제어부(200)는 용융물 주입구(10)와의 사이에 용융물(M)의 하강류를 형성할 수 있다. 용융물(M)은 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 이격된 공간(D)을 통과하여 용융물 주입구(10)로부터 용융물 배출구(140)로 흐를 수 있다.

유동 제어부(200)는 하부가 용융물(M)에 침지될 수 있다. 유동 제어부(200)의 하단 높이는 용융물(M)의 탕면(S)의 높이보다 낮을 수 있고, 유동 제어부(200)의 상단 높이는 용융물(M)의 탕면(S)의 높이보다 높을 수 있다. 또한, 용융물(M)의 탕면(S)의 높이는 용기부(100)의 상단 높이보다 낮을 수 있다. 상술한 높이는 용기부(100)의 바닥(130)으로부터의 높이를 의미한다.

이때, 용융물(M)의 탕면(S)의 높이는 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 용융물(M)의 탕면(S)까지의 상하 방향(Y)의 길이(H0)와 같고, 유동 제어부(200)의 상단 높이는 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 유동 제어부(200)의 상단까지의 상하 방향(Y)의 길이와 같고, 유동 제어부(200)의 하단 높이는 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 유동 제어부(200)의 하단까지의 공간(D)의 상하 방향(Y)의 길이(H1)와 같을 수 있다. 용기부(100)의 상단 높이는 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 상단까지의 상하 방향(Y)으로의 길이와 같을 수 있다.

용융물(M)의 탕면(S)의 높이는 정상 상태(steady state)에서, 용기부(100)의 내부에 일정한 높이로 형성된 용융물(M)의 높이를 의미한다. 용융물(M)의 탕면(S)의 높이를 탕면 레벨이라 지칭할 수 있다. 정상 상태는 용기부(100) 내부에서의 용융물(M) 흐름에 대한 정상 상태를 의미한다.

유동 제어부(200)의 상하 방향(Y)의 길이(H2)는 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(140) 사이의 공간(D)의 상하 방향(Y)의 길이(H1)보다 클 수 있다. 유동 제어부(200)의 상하 방향(Y)의 길이(H2)가 증가할수록 공간(D)의 상하 방향(Y)의 길이(H1)가 작아질 수 있고, 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 흐르는 용융물(M)의 유동 단면적이 작아질 수 있다.

유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)은 용기부(100)의 내부에서 용융물(M)의 유동 단면적이 가장 작은 공간일 수 있다. 즉, 상술한 공간(D)을 통과할 때, 용융물(M)의 유로가 가장 좁아질 수 있다. 용융물(M)은 상술한 공간(D)으로 유입되면서(혹은, 유입되기까지), 용융물 주입구(10)로부터 유동 제어부(200)를 향하는 방향으로 하강류를 강하게 형성할 수 있다.

유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 통과하는 용융물(M)의 하강류는 용기부(100)의 바닥(130)에 충돌하여 상승함으로써, 상승류를 형성할 수 있다. 이에, 용기부(100)의 내부에서 용융물(M)의 체류 시간이 길어질 수 있다.

상술한 상승류의 형성을 더욱 증가시키도록 용기부(100)의 내부에 상승류 유도부(300)가 설치될 수 있다.

상승류 유도부(300)를 댐이라고 지칭할 수도 있다. 상승류 유도부(300)는 상술한 하강류를 상승시키는 역할을 한다. 상승류 유도부(300)는 유동 제어부(200)와 용융물 배출구(140) 사이에 설치되는데, 용융물 배출구(140)보다 유동 제어부(200)와 더 가깝도록 설치될 수 있다. 상승류 유도부(300)는 용기부(100)의 바닥(130)과 용기부(100)의 양 측벽(110)에 접촉할 수 있다. 상승류 유도부(300)는 용기부(100)의 하부에 위치할 수 있다.

상승류 유도부(300)의 상단 높이 즉, 용기부(100)의 바닥(130)으로부터 상승류 유도부(300)의 상단까지의 상하 방향(Y)으로의 길이(H3)는 용융물(M)의 탕면(S)으로부터 상승류 유도부(300)의 상단까지의 상하 방향(Y)으로의 길이(H4)보다 작을 수 있다. 이를테면 상승류 유도부(300)는 용기부(100)의 하부에서 상대적으로 낮은 높이로 설치될 수 있다.

유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 통과한 용융물(M)은 용융물(M)의 탕면(S)과 상승류 유도부(300)의 상단 사이의 넓은 공간을 통과하면서 상승류를 넓은 면적으로 형성할 수 있다.

유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 좁은 공간(D)이라 하고, 용융물(M)의 탕면(S)과 상승류 유도부(300)의 상단 사이의 공간을 넓은 공간이라고 구분할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 도시한 정면도이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 유동 제어부 및 가스 공급부를 도시한 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 가스 공급부(400)는 유동 제어부(200)를 상하 방향(Y)으로 관통하도록 설치될 수 있다. 가스 공급부(400)는, 유동 제어부(200)의 상단으로부터 하단으로 유동 제어부(200)의 내부를 관통하고, 상하 방향(Y)으로 연장되는 가스 유로(410), 가스 유로(410) 내부에 배치되는 다공체(420)를 포함할 수 있다. 가스 유로(410)는 유동 제어부(200)의 내부에 형성된 관통구이거나, 유동 제어부(200)를 관통하도록 장착된 배관일 수 있다. 다공체(420)는 내화물 재질의 포러스 브릭(Porous Brick)일 수 있다.

가스 유로(410)는 유동 제어부(200)의 상단을 상하 방향(Y)으로 관통하고 그 하방으로 수직하게(또는, 연직하게) 연장되며, 유동 제어부(200)의 하단을 상하 방향(Y)으로 관통할 수 있다. 가스 공급부(400)의 분사구는 유동 제어부(200)의 하단에 형성되고, 용기부(100)의 바닥(130)을 상하로 마주볼 수 있다.

가스 유로(410)는, 유동 제어부(200)의 상단에 형성된 주입구(411), 유동 제어부(200)의 하단에 형성된 분사구(412), 주입구(411) 및 분사구(412)를 연결하도록 연장된 통로(413)를 포함할 수 있다. 분사구(413)에는 다공체(420)가 배치될 수 있다. 주입구(411)를 통하여 가스(g) 예컨대 아르곤 가스가 통로(413)로 유입되고, 통로(413)를 상하 방향(Y)으로 통과한 가스(g)는 다공체(420)를 통하여 용융물(M) 중에 안정적으로 분사될 수 있다.

가스 유로(410)가 유동 제어부(200)의 상단으로부터 하단으로 유동 제어부(200)의 내부를 관통하기 때문에, 가스(g)를 가스 유로(410)의 내부에서 상하 방향(Y)으로 충분히 흐르게 한 뒤에 용융물(M) 중에 분사함으로써, 가스 속도의 수직 방향 성분을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 가스(g)를 상하 방향(Y)으로 충분히 가속시켜서 용융물(M) 내로 분사할 수 있다. 이에, 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 좁은 공간(D)을 통과하는 용융물(M)의 주요 흐름(f)을 상하로 가로지르도록 가스(g)를 용융물(M) 중에 깊이 주입할 수 있고, 용융물(M)의 주요 흐름(f)을 가스(g)에 충분히 노출시킬 수 있다. 따라서, 가스(g)와 용융물(M) 중의 개재물의 접촉 효율을 향상시킬 수 있고, 용융물(M)로부터의 개재물 재거능을 높일 수 있다.

용기부(100)의 폭 방향(Z)으로, 용기부(100)의 하단 길이(W1)는 용기부(100)의 상단 길이(W2)보다 작을 수 있다. 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)의 폭이 용융물(M)의 탕면(S)과 상승류 유도부(300)의 상단 사이의 공간의 폭보다 상당히 좁기 때문에 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 통과하는 용융물(M)의 유동이 강하게 형성될 수 있다. 따라서, 가스 공급부(400)는 가스 유로(410)의 상하 길이를 길에 함으로써, 가스(g)를 충분히 상하로 흐르게 한 뒤에, 용융물(M)에 분사함으로써, 가스(g)가 용기부(130)의 바닥 부근까지 충분하게 분사될 수 있다.

개재물은 가스(g)의 기포와 용융물(M) 간의 계면에 포집되고, 가스(g)의 기포가 탕면(S)으로 부상함에 따라, 탕면(S)에 형성된 슬래그(미도시)로 포집되어 용융물(M)로부터 부상 분리될 수 있다.

주입구(411) 및 통로(412)는 내경이 동일할 수 있다. 분사구(413)의 내경은 주입구(411) 및 통로(412)의 내경보다 작을 수 있고, 다공체(420)는 분사구(413)에 끼움 결합될 수 있다. 이에, 다공체(420)를 통과하는 가스(g)의 압력을 높일 수 있다. 다공체(420)의 상부는 통로(412)의 내부로 돌출될 수 있다. 이에, 다공체(420)가 가스(g)에 노출되는 면적을 늘리고, 다공체(420로 가스(g)를 원활하게 통과시킬 수 있다. 다공체(420)의 하단은 유동 제어부(200)의 하단과 동일면상에 위치할 수 있다. 이에, 용융물(M)로부터 다공체(420)를 보호하여, 다공체(420)의 마모나 손상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

가스 유로(410)는 그 내부의 가스(g) 흐름이 상호 독립될 수 있도록 복수개 구비되고, 용기부(100)의 길이 방향(X)과 교차하는 폭 방향(Z)으로 나열될 수 있다. 다공체(420)는 복수개 구비되어 가스 유로(410)들에 일대일로 배치될 수 있다. 각각의 가스 유로(410)로 동일한 유량의 가스(g)를 공급할 수 있고, 유동 제어부(200)의 하단으로부터 하방으로 가스(g)를 분사할 때 폭 방향(Z)으로 균일하게 가스(g)를 분사할 수 있다.

도 5를 참조하면, 다공체(410)는 유동 제어부(200)의 하면을 따라 상호 이격되며, 이때, 다공체(420)의 평면 형상은 원형 및 사각형을 포함하여 다양한 형상일 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 가스 이송부(500)는 상하 방향(Y)으로 연장되고, 유동 제어부(200)의 상단에서 가스 공급부(400)와 연결되는 공급관(510), 공급관(510)에 장착되는 공급 밸브(520) 및 공급관(510)과 연결되는 가스 공급원(미도시)를 포함할 수 있다. 공급관(510)은 복수개 구비되고, 각각의 가스 유로(410)에 일대일로 장착될 수 있다. 가스 이송부(500)는 가스 유로(410)에 가스(g)를 공급하는 역할을 한다.

가스 유로(410)와 연결되는 공급관(510)의 일측은 유동 제어부(200)의 상측에서 상하 방향(Y)으로 연장되고, 이에, 가스(g)를 가스 유로(410)에 공급하기 전부터 가스(g)를 상하 방향(Y)으로 흐르게 하여, 가스(g)의 수직 방향 속도 성분을 증가시킬 수 있다. 공급관(510)의 타측은 가스 공급원에 연결될 수 있다. 가스 공급원은 내부에 가스(g)가 저장되는 각종 가스 탱크일 수 있다.

상술한 가스 이송부(500)의 구성은 다양하게 변경될 수 있다.

도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 용융물 처리 장치의 개략도이다.

본 발명의 변형 예에 따른 용융물 처리 장치는, 가스(g)를 가열시킬 수 있도록 가스 유로(410)에 설치되는 가열부(600)를 더 포함할 수 있다.

가열부(600)는 가스 유로(410)의 내부에 배치될 수 있다. 가열부(600)는 가스 유로(410)의 내부에 배치된 전열선(610) 및 전열선(610)과 연결되는 전원 공급기(620)를 포함할 수 있다. 가열부(600)는 상술한 전열 방식 외에도 다양한 방식으로 열을 생성하여 가스(g)를 가열할 수 있다.

가열선(610)이 가스 유로(410)의 내부에 위치함에 따라 유동 제어부(200)의 내화물 재질에 의해 가열선(610)에서 생성되는 열이 외부로 손실되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 가스(g)는 가열선(610)에 의해 소정의 온도로 가열된 후, 용융물(M)에 분사될 수 있다. 이에, 용융물(M)의 온도가 저하되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 또한, 가스 유로(410) 내부에서 가스(g)를 가열시킴으로써, 가스(g)의 부피를 증가시켜 가스(g)를 하방으로 더욱 가속시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용융물 처리 장치의 개략도이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 용기부(100)가 용융물 주입구(10)를 중심으로 하여 좌우 대칭하는 형태로 마련될 수 있다. 따라서, 유동 제어부(200), 상승류 유도부(300), 가스 공급부(400) 및 가스 이송부(500)는 용융물 주입구(10)를 중심으로 좌우 대칭하도록 복수개씩 마련될 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 장치를 이용한 용융물 처리 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 처리 방법은, 용기부(100)의 내부에 용융물(M)을 수용하는 과정, 용기부(100)의 내부로부터 용융물(M)을 배출하는 과정을 포함한다. 이때, 용융물(M)을 배출하는 과정 중에, 용융물 수용 위치와 용융물 배출 위치 사이에 설치된 유동 제어부(200)보다 높은 높이로부터 가스(g)를 공급하고, 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 흐르는 용융물(M) 내에 가스(g)를 분사하는 과정을 포함한다. 이때, 상술한 과정들은 함께, 혹은 동시에 수행될 수 있고, 순차적으로 수행될 수도 있다.

우선, 용기부(100)의 일측에 배치된 용융물 주입구(10)를 통해 용기부(100)의 내부에 용융물(M)을 수용한다. 용융물(M)은 용강일 수 있다. 용융물(M)은 래들에 담겨 용기부(100)의 상측으로 운반된다. 래들은 용융물 주입구(10)와 연결되고, 용융물 주입구(10)를 통하여 래들 내부의 용융물(M)이 용기부(100)의 내부로 주입될 수 있다.

이후, 용기부(100)의 일측으로부터 길이 방향(X)으로 이격되는 타측에 형성된 용융물 배출구(140)를 통하여 용기부(100)의 내부로부터 용융물(M)을 배출한다. 배출되는 용융물(M)은 용융물 배출구(140)와 연결된 용융물 배출부(20)를 통과하여 주형 내로 주입되어 냉각되면서, 주형의 하방으로 연속하여 인발될 수 있다. 이에, 주편이 주조될 수 있다.

여기서, 용융물(M)을 배출하는 과정 중에, 용융물 수용 위치와 용융물 배출 위치 사이에 설치된 유동 제어부(200)보다 높은 높이로부터 유동 제어부(200)의 내부로 가스(g)를 공급하고, 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 흐르는 용융물(M) 내에 유동 제어부(200)의 내부를 통과한 가스(g)를 분사한다. 이처럼 용융물 주입구(10)가 배치된 용융물 수용 위치와 용융물 배출구(140)가 형성된 용융물 배출 위치 사이에 설치된 유동 제어부(200)를 통하여, 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 공간(D)을 흐르는 용융물(M) 내에 가스(g)를 분사한다.

가스(g)를 분사하는 과정은, 유동 제어부(200)의 상단으로부터 하단으로 유동 제어부(200)의 내부에서 연장된 가스 유로(410)를 따라 하방으로 가스(g)를 흐르게 하여 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보하는 과정, 유동 제어부(200)의 하단에 구비되며 가스 유로(410)와 연통하는 다공체(420)를 통하여 다공체(420)의 하방으로 가스를 분사하는 과정을 포함한다.

이때, 도 2를 참조하면, 유동 제어부(200)의 내부에서 가스(g)가 상하 방향으로 흐른 거리가 유동 제어부(200)의 하단과 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 이격된 공간(D)의 상하 방향(Y)의 길이(H1)보다 크도록 가스(g)를 직진 이동시킬 수 있다. 이에, 가스 속도의 수직 방향 성분을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 상술한 공간(D)으로 가스(g)를 분사할 때, 가스(D)가 용융물(M)의 흐름 예컨대 상승류에 강하게 저항하여 하방으로 충분히 깊이 분사될 수 있고, 따라서, 가스(g)가 바닥(130)의 부근까지 안정적으로 분사되며, 용융물(M) 중의 개재물과 충분히 접촉할 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 용기부(100)의 폭 방향(Z)으로 이격된 복수의 위치에서, 유동 제어부(200)의 내부로 가스(g)를 독립적으로 흐르게 할 수 있다. 이에, 상술한 복수의 위치별로 가스(g)의 유량을 동일하게 조절할 수 있고, 용융물(M) 중에 가스(g)를 폭 방향(Z)으로 균일하게 분사할 수 있다.

용융물(M)을 배출하는 과정 중에, 유동 제어부(200)와 용융물 배출 위치 사이에서 용기부(100)의 하부로부터 상부로, 가스(g)가 분사된 용융물(M)의 상승류를 형성할 수 있다. 더욱 상세하게는, 유동 제어부(200)와 용융물 배출구(140) 사이에 설치된 상승류 유도부(300)의 상단으로 용융물(M)을 범람시켜 가스(g)가 분사된 용융물(M)의 상승류를 형성할 수 있다. 이에, 가스(g)의 기포 계면에 포집된 개재물이 가스(g)의 기포와 함께 용융물(M)의 탕면으로 부상하여 슬래그에 포집됨으로써 용융물(M)로부터 개재물이 제거될 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에서는 가스 공급부(400)를 이용하여 유동 제어부(200)와 용기부(100)의 바닥(130) 사이의 좁은 공간(D)으로 가스(g) 예컨대 아르곤 가스를 주입함으로써 가스(g)와 용융물(M) 중의 개재물과의 접촉 효율을 높일 수 있다. 즉, 용융물(M)의 주요 흐름(f)의 유동 면적이 가장 좁아지는 지점에서 용융물(M) 중에 가스(g)를 분사할 수 있다. 또한, 가스(g)를 분사하기 전에 유동 제어부(200)의 내부에서 상하 방향으로 가스(g)를 충분히 흐르게 하여 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보함으로써, 가스(g)를 용기부(100)의 바닥(130) 부근까지 충분히 도달시킬 수 있고, 이에, 가스(g)과 개재물이 만날 수 있는 기회를 크게 증가시킬 수 있다.

나아가, 상승류 유도부(300)를 이용하여 가스(g)가 주입된 용융물(M)을 즉시 상승시킴으로써 그 계면에 개재물을 포집한 가스(G)의 기포를 신속히 용융물(M)의 탕면으로 부상시킬 수 있고, 이에, 개재물의 분리부상능을 향상시킬 수 있다. 즉, 용융물(M)의 하향 유동에서 상향 유동으로 변경되는 지점에서 가스(g)를 분사함에 따라, 개재물이 포집된 가스(g)의 기포를 용융물(M)로부터 원활하게 부상 분리시킬 수 있다.

이에, 용기부(100) 내부에서 용융물(M) 중의 개재물 포집 효율을 높일 수 있고, 용융물(M)의 청정도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 용융물(M)을 처리하는 공정 예컨대 연속 주조 공정에서 용융물(M)로부터 주조되는 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10: 용융물 주입구
100: 용기부
110: 양 측벽
130: 바닥
140: 용융물 배출구
200: 유동 제어부
300: 상승류 유도부
400: 가스 공급부
410: 가스 유로
420: 다공체
500: 가스 이송부

Claims (17)

1. 내부에 용융물 수용 공간이 구비되고, 일측에 용융물 주입구가 배치되고, 상기 일측으로부터 길이 방향으로 이격된 타측에 용융물 배출구가 형성되는 용기부;
   상기 용기부의 바닥으로부터 이격되며, 적어도 일부가 상기 용기부의 양 측벽에 접촉하도록 설치되는 유동 제어부; 및
   상기 유동 제어부를 통하여 상기 용기부 내부의 용융물 내에 하방으로 가스를 분사할 수 있도록, 상기 유동 제어부에 설치되는 가스 공급부;를 포함하는 용융물 처리 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스 공급부는 상기 유동 제어부를 상하 방향으로 관통하도록 설치되는 용융물 처리 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 가스 공급부의 분사구는 상기 유동 제어부의 하단에 형성되고, 상기 용기부의 바닥을 마주보는 용융물 처리 장치.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 가스 공급부는,
   상기 유동 제어부의 상단으로부터 하단으로 상기 유동 제어부의 내부를 관통하고, 상하 방향으로 연장되는 가스 유로;
   상기 가스 유로 내에 배치되는 다공체;를 포함하는 용융물 처리 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 가스 유로는 상기 유동 제어부의 내부에 형성된 관통구이거나, 상기 유동 제어부를 관통하도록 장착된 배관인 용융물 처리 장치.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 가스 유로는, 상기 유동 제어부의 상단에 형성된 주입구, 상기 유동 제어부의 하단에 형성된 분사구, 상기 주입구와 상기 분사구를 연결하는 통로를 포함하고,
   상기 분사구에 상기 다공체가 배치되는 용융물 처리 장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 주입구 및 상기 통로는 내경이 동일하고,
   상기 분사구의 내경은 상기 주입구 및 상기 통로의 내경보다 작으며,
   상기 다공체는 상기 분사구에 끼움 결합되는 용융물 처리 장치.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 다공체의 상부는 상기 통로의 내부로 돌출되고,
   상기 다공체의 하단은 상기 유동 제어부의 하단과 동일면상에 위치하는 용융물 처리 장치.
   
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 가스 유로는 내부의 가스 흐름이 상호 독립되도록 복수개 구비되고, 상기 용기부의 길이 방향과 교차하는 폭 방향으로 나열되며,
   상기 다공체는 복수개 구비되어 상기 가스 유로들에 일대일로 배치되는 용융물 처리 장치.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유동 제어부의 상하 방향의 길이는 상기 유동 제어부의 하단과 상기 용기부의 바닥 사이의 이격된 공간의 상하 방향의 길이보다 크고,
    상기 유동 제어부의 상단 높이는 상기 용기부 내부의 용융물의 탕면 높이보다 높은 용융물 처리 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상하 방향으로 연장되고, 상기 유동 제어부의 상단에서 상기 가스 공급부와 연결되는 가스 이송부;
    상기 유동 제어부와 상기 용융물 배출구 사이에서, 상기 용기부의 바닥과 상기 용기부의 양 측벽에 접촉하도록 설치되는 상승류 유도부;를 포함하는 용융물 처리 장치.
    
12. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스를 가열시킬 수 있도록 상기 가스 유로에 설치되는 가열부;를 더 포함하는 용융물 처리 장치.
    
13. 용기부의 내부에 용융물을 수용하는 과정;
    상기 용기부의 내부로부터 상기 용융물을 배출하는 과정;을 포함하고,
    상기 용융물을 배출하는 과정 중에,
    용융물 수용 위치와 용융물 배출 위치 사이에 설치된 유동 제어부보다 높은 높이로부터 가스를 공급하고, 상기 유동 제어부의 하단과 상기 용기부의 바닥 사이의 공간을 흐르는 용융물 내에 상기 가스를 분사하는 과정;을 포함하는 용융물 처리 방법.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가스를 분사하는 과정은,
    상기 유동 제어부의 내부에서 하방으로 상기 가스를 흐르게 하여, 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보하는 과정;
    상기 유동 제어부의 하단에 구비된 다공체를 통하여 상기 다공체의 하방으로 가스를 분사하는 과정;을 포함하는 용융물 처리 방법.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보하는 과정은,
    상기 유동 제어부의 내부에서 상기 가스가 상하 방향으로 흐른 거리가 상기 유동 제어부의 하단과 상기 용기부의 바닥 사이의 공간의 상하 방향의 길이보다 크도록 상기 가스를 직진 이동시키는 용융물 처리 방법.
    
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 가스 속도의 수직 방향 성분을 확보하는 과정은,
    상기 용기부의 길이 방향과 교차하는 폭 방향으로 이격된 복수의 위치에서, 상호 독립적으로 가스를 흐르게 하는 용융물 처리 방법.
    
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 용융물을 배출하는 과정 중에,
    상기 유동 제어부와 상기 용융물 배출 위치 사이에서, 상기 용기부의 하부로부터 상부로, 가스가 분사된 용융물의 상승류를 형성하는 과정;을 포함하는 용융물 처리 방법.
    

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