KR20220144626A - 배출기 - Google Patents

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KR20220144626A
KR20220144626A KR1020210051176A KR20210051176A KR20220144626A KR 20220144626 A KR20220144626 A KR 20220144626A KR 1020210051176 A KR1020210051176 A KR 1020210051176A KR 20210051176 A KR20210051176 A KR 20210051176A KR 20220144626 A KR20220144626 A KR 20220144626A
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이근배
김상현
권오빈
김종희
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 배출기에 관한 것으로서, 용기 몸체에 설치되어, 용기 몸체에 수용되는 유체를 배출시키기 위한 배출기로서, 일방향으로 연장되는 배출기 몸체; 상기 배출기 몸체가 연장되는 방향을 따라 연장되도록 상기 배출기 몸체를 관통하며 형성되는 내공부; 및 적어도 일부가 상기 내공부로 돌출되도록 상기 배출기 몸체에 설치되는 유동 제어 부재;를 포함하고, 용융 금속 등과 같은 유체를 배출할 때 용융물로 이물질이 혼합되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

Description

배출기{Sleeve for discharge}
본 발명은 배출기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체의 흐름을 제어하여 유체 중으로 이물질이 혼입되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있는 배출기에 관한 것이다.
일반적으로 전로 조업은 주원료인 용선(hot metal)과 고철(Scrap)을 전로에 장입하고, 전로 내로 산소를 취입함과 동시에 부원료를 투입하여 용선 중 불순 원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S), 티탄(Ti) 등을 산화 정련에 의해 제거하는 일련의 작업을 통칭한다. 여기에서 취련 작업은 랜스를 이용하여 전로 내에 산소 가스를 취입하면서 용선 중 불순원소(예컨대, 인, 황, 탄소 및 티타늄 등)를 슬래그로 제거한다. 그리고 전로 조업이 완료되어 용강이 제조되면, 용강을 수강 래들로 배출시키는 출강 작업을 수행한다.
한편, 출강 작업은 전로를 일정한 각도로 경동하면서 출강구를 통하여 용강을 수강 래들로 배출시킨다. 그런데 용강을 출강하는 과정에서 용강 상부에 부유하고 있는 슬래그 중 일부가 출강구를 통해 수강 래들로 배출된다. 슬래그는 출강 초기, 중기 및 말기에서 서로 다른 패턴을 가지며 배출된다. 출강 초기에는 전로가 경동하면 용강의 상부에 위치하고 있는 슬래그가 출강구로 먼저 유입되어 수강 래들로 배출되고, 출강 중기에는 출강구 주변에 와류가 형성되면서 용강으로 슬래그가 혼입되면서 수강 래들로 배출된다. 그리고 출강 말기에는 전로 내에 잔류하는 용강의 양이 적어 용강과 함께 슬래그가 수강 래들로 배출된다. 이렇게 수강 래들로 배출된 슬래그 중 대부분이 출강 중기에 출강구 주변에서 발생하는 와류에 의해 기인한 것이다. 따라서 출강 시 출강구 주변에서 와류가 발생하는 것을 억제하여, 슬래그의 배출량을 저감시킬 수 있는 방안이 요구된다.
KR 10-2003-0042141 A
본 발명은 유체의 흐름을 제어할 수 있는 배출기를 제공한다.
본 발명은 유체에 이물질의 혼입을 억제 혹은 방지하여 유체의 품질을 향상시킬 수 있는 배출기를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배출기는, 용기 몸체에 설치되어, 용기 몸체에 수용되는 유체를 배출시키기 위한 배출기로서, 일방향으로 연장되는 배출기 몸체; 상기 배출기 몸체가 연장되는 방향을 따라 연장되도록 상기 배출기 몸체를 관통하며 형성되는 내공부; 및 적어도 일부가 상기 내공부로 돌출되도록 상기 배출기 몸체에 설치되는 유동 제어 부재;를 포함할 수 있다.
상기 유동 제어 부재는 적어도 일부가 상기 내공부가 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
상기 내공부는 상기 유체가 유입되는 주입구와, 상기 유체가 배출되는 배출구를 포함하고, 상기 유동 제어 부재는 상기 내공부가 연장되는 방향으로 상기 배출구보다 상기 주입구에 더 가깝게 배치될 수 있다.
상기 내공부가 연장되는 방향으로 상기 내공부의 전체 길이를 1이라 할 때, 상기 유동 제어 부재는 상기 유체와 가장 먼저 접촉하는 주입구에서 상기 유체와 가장 마지막으로 접촉하는 배출구 쪽으로 0.1 내지 1 범위에 배치되며, 상기 주입구와 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 내공부가 연장되는 방향으로 상기 내공부의 전체 길이를 1이라 할 때, 상기 내공부의 연장 방향으로 배치되는 상기 유동 제어 부재의 길이는 0.01 내지 0.9일 수 있다.
상기 내공부의 직경을 1이라 할 때, 상기 내공부가 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 배치되는 상기 유동 제어 부재의 폭은 0.1 내지 1일 수 있다.
상기 내공부의 직경을 1이라 할 때, 상기 유동 제어 부재의 두께는 0.1 내지 0.3일 수 있다.
상기 유동 제어 부재는 복수개로 마련되고, 복수개의 유동 제어 부재는 상기 내공부의 둘레 방향으로 이격되도록 상기 배출기 몸체에 설치될 수 있다.
복수개의 유동 제어 부재는 상기 내공부가 연장되는 방향으로 이격되도록 상기 배출기 몸체에 설치될 수 있다.
상기 유동 제어 부재의 일부는 상기 배출기 몸체에 삽입되도록 형성될 수 있다.
상기 유동 제어 부재와 상기 배출기 몸체 사이에 내열성 접착부재가 형성될 수 있다.
상기 유동 제어 부재는 내화물을 포함할 수 있다.
상기 유동 제어 부재는 상기 배출기 몸체를 형성하는 물질보다 융점이 높은 물질을 포함할 수 있다.
상기 유체는 용융 금속을 포함하고, 용기는 전로를 포함하며, 상기 배출기 몸체는 상기 전로의 출강구에 설치 가능할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 정련 용기 내에서의 용융물의 흐름을 제어하여, 용융물 중에 이물질이 혼입되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 즉, 정련 용기에서 용융물을 배출시킬 때, 정련 용기에 형성되는 배출기에서 용융물의 흐름을 변경하여 정련 용기의 출강구 주변에 와류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 용융물이 배출되는 과정에서 용융물로 이물질의 혼입을 억제하여, 용융물의 청정도를 확보할 수 있다. 예컨대 전로 조업 후 용강을 출강할 때 용강으로 슬래그가 혼입되는 것을 억제함으로써 용강만 배출시킬 수 있다. 따라서 이물질의 혼입으로 발생할 수 있는 용융물을 성분 격외 현상을 예방하여 용융물 처리를 위한 추가 공정으로 인해 발생할 수 있는 업무 부담이나 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정련 용기의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배출기의 사시도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배출기를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 상태를 보여주는 도면.
도 4 및 도 5는 배출기의 다양한 변형 예를 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 정련 용기에서 용융물을 배출시키는 상태를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 조합하여 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시 예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정련 용기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배출기의 사시도 및 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배출기를 이용하여 유체의 유동을 제어하는 상태를 보여주는 도면이다. 여기에서는 유체를 용융물이라 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 정련 용기(100)는, 용융물이 수용되는 공간을 형성하는 포함하는 용기 몸체(110)와, 공간으로 가스를 취입하도록 용기 몸체(110)의 바닥에 형성되는 노즐(116) 및 용기 몸체(110) 내부에서 용융물의 흐름을 제어하면서 용융물을 외부로 배출시킬 수 있도록 용기 몸체(110)에 설치되는 배출기(120)를 포함할 수 있다. 정련 용기(100)는 전로, 래들 등을 포함할 수 있고, 용융물은 용선, 용강 등과 같은 용융 금속을 포함할 수 있다.
용기 몸체(110)는 고온의 용융물로부터 보호하기 위해 철피(110a)와, 철피(110a) 내측에 축조된 연와 등의 내화물(110b)을 포함할 수 있다. 용기 몸체(110)는 상부가 개방되고, 수평방향으로 연장되는 바닥부와, 바닥부의 가장자리에서 상하방향으로 연장되도록 형성되는 측벽부를 포함할 수 있다. 용기 몸체(110)의 상부에는 공간으로 용융물을 장입하고, 산소 함유 가스를 취입하기 위한 랜스(200)를 삽입하기 위한 노구(112)가 형성될 수 있다.
용기 몸체(110)에 장입되는 용융물, 예컨대 용선을 정련하여 용강을 제조한 다음, 용강을 출강할 수 있도록 용기 몸체(110)에는 용기 몸체(110)를 관통하는 출강구(114)가 형성될 수 있다. 용기 몸체(110)에 수용되는 용융물은 용기 몸체(110)를 기울여야 출강구(114)를 통해 배출되기 때문에, 용기 몸체(110)를 직립시킨 경우 출강구(114)는 용기 몸체(110)에 수용되는 용융물의 탕면 높이보다 높은 위치에 형성될 수 있다.
용기 몸체(110)의 바닥에는 공간으로 가스를 취입하기 위한 노즐(116)이 형성될 수 있다. 이때, 노즐(116)은 용기 몸체(110)를 관통하도록 형성되며, 복수개가 다양한 패턴을 갖도록 배치될 수 있다. 예컨대 복수개의 노즐(116)은 방사형으로 배치될 수도 있고, 격자 형태로 배치될 수도 있다. 노즐(116)은 가스공급장치(미도시)로부터 아르곤 등과 같은 불활성 가스를 공급받아 용기 몸체(110)에 수용되는 용융물 중으로 분사할 수 있다.
용기 몸체(110)의 외주면에는 용기 몸체(110)를 경동시키기 위한 트러니언(미도시)이 형성될 수 있다. 트러니언은 용기 몸체(110)의 둘레방향으로 출강구(114)과 직교하는 방향에 각각 하나씩 형성될 수 있다. 이러한 트러니언은 용기 몸체(110)에 돌출되도록 형성될 수 있고, 용기 몸체(110)는 트러니언을 회전축으로 이용하여 경동될 수 있다.
배출기(120)는 출강구(114)에 삽입되어 용기 몸체(110)의 외부로 돌출되도록 설치될 수 있다. 도 2를 참조하면, 배출기(120)는 일방향으로 연장되는 배출기 몸체(122)와, 배출기 몸체(122)가 연장되는 방향을 따라 연장되도록 배출기 몸체(122)를 관통하며 형성되는 내공부(124) 및 적어도 일부가 내공부(124)로 돌출되도록 배출기 몸체(122)에 설치되는 유동 제어 부재(126)를 포함할 수 있다.
배출기 몸체(122)는 용기 몸체(110)의 출강구(114)에 삽입되어, 출강구(114)로 빠져나오는 용융물이 일정한 형태의 흐름을 형성하며 수강 래들(300, 도 6 참조)에 배출될 수 있도록 안내하기 위한 구성이다. 배출기 몸체(122)는 용기 몸체(110)처럼 내화물과 내화물의 외측을 둘러싸도록 형성되는 철피를 포함할 수도 있고, 내화물만 포함할 수도 있다. 이러한 배출기 몸체(122)는 용기 몸체(110)의 외측으로 연장되어 돌출되도록 배치될 수 있다.
배출기 몸체(122)의 내부에는 용융물의 배출 통로를 형성하는 내공부(124)가 형성될 수 있다. 내공부(124)는 원기둥 형상을 갖도록 형성될 수 있고, 타원형 기둥 또는 다각형 기둥 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 여기에서는 내공부(124)가 원기둥 형상을 갖는 것으로 설명한다. 내공부(124)는 배출기 몸체(122)의 내부를 관통하며 배출기 몸체(122)가 연장되는 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 내공부(124)는 용기 몸체(110)에 연결되는 쪽에 형성되는 주입구(124a)와, 용융물을 외부로 배출되는 쪽에 형성되는 배출구(124b)를 포함할 수 있다. 이때, 내공부(124)의 직경(R)은 내공부(124)가 연장되는 방향으로 동일하게 형성될 수도 있고, 주입구(124a)쪽이 배출구(124b)쪽보다 크게 형성될 수 있다. 후자의 경우, 용융물이 수강 래들(300)로 배출될 때 용융물이 일정한 형태의 흐름을 유지할 수 있도록 하기 위함이다.
유동 제어 부재(126)는 적어도 일부가 내공부(124)로 돌출되도록 배출기 몸체(122)에 설치될 수 있다. 유동 제어 부재(126)는 폭(W), 두께(T) 및 길이(LM)를 가지는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 유동 제어 부재(126)의 폭(W)은 내공부(124)가 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 길이를 의미하고, 유동 제어 부재(126)의 길이(LM)는 내공부(124)가 연장되는 방향으로 길이를 의미한다. 그리고 유동 제어 부재(126)의 두께(T)는 내공부(124)의 둘레 방향으로 배치되는 쪽의 길이를 의미한다.
이러한 유동 제어 부재(126)는 용기 몸체(110) 내의 출강구(114) 주변에서 와류가 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 용기 몸체(110)에서 출강구(114)로 빠져나온 용융물은 배출기 몸체(122)의 내공부(124)로 유입된다. 이때, 내공부(124)로 유입되는 용융물 중 일부는 내공부(124)가 연장되는 방향을 따라 이동하고, 일부는 내공부(124)의 둘레 방향을 따라 이동하면서 내공부(124)가 연장되는 방향으로 이동하게 된다. 이처럼, 용융물이 내공부(124)의 둘레 방향을 따라 이동하면, 용기 몸체(110) 내부에서 출강구(114)에 와류가 발생하게 된다. 그러나 내공부(124)에 유동 제어 부재(126)를 설치하면, 도 3에 도시된 것처럼, 유동 제어 부재(126)에 의해 용융물의 흐름이 갈라지고, 용융물이 유동 제어 부재(126)에 접촉 또는 충돌하면서 내공부(124)의 표면에서 내공부(124)의 둘레 방향으로 이동하는 현상이 억제될 수 있다. 따라서 용융물이 내공부(124)에서 회전류를 형성하는 것이 억제되고, 이를 통해 용기 몸체(110) 내의 출강구(114) 주변에서 와류가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이 용기 몸체(110) 내의 출강구(114) 주변에서 와류가 발생하는 것이 억제되면, 용융물 상부에 부유하고 있는 슬래그가 용융물 중으로 혼입되는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.
이러한 유동 제어 부재(126)는 다음과 같은 조건을 갖도록 형성될 수 있다.
유동 제어 부재(126)는 내공부(124)가 연장되는 방향으로 배출구(124b)보다 출강구(114)에 인접한 주입구(124a)쪽에 가까운 영역에 형성될 수 있다. 즉, 내공부(124)에서 용융물의 흐름이 용기 몸체(110) 내부에 수용되는 용융물의 흐름에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 유동 제어 부재(126)는 용기 몸체(110) 또는 출강구(114)에 가까운 주입구(124a) 쪽에 형성하는 것이 좋다. 유동 제어 부재(126)가 용기 몸체(110) 또는 출강구(114), 다시 말해서 용융물과 가장 먼저 접촉하는 주입구(124a) 가깝게 형성되면 출강구(114) 주변에서 와류가 형성되는 것을 더욱 효율적으로 억제할 수 있다. 그런데 출강 말기에 용기 몸체(110)에서 내공부(124)로 다량의 슬래그가 빠져나오기 때문에 이를 방지하기 위해 주입구(124a)쪽에 슬래그 다트를 삽입한다. 따라서 유동 제어 부재(126)가 주입구(124a)가 형성되는 내공부(124)의 단부까지 형성되면, 주입구(124a) 쪽에 슬래그 다트를 삽입할 수 없다. 따라서 주입구(124a) 쪽에 슬래그 다트를 삽입하기 위한 공간을 확보하기 위해 내공부(124)에서 주입구(124a)가 형성되는 영역 일부에는 유동 제어 부재(126)를 형성하지 않는 것이 좋다. 즉, 유동 제어 부재(126)는 주입구(124a)와 이격되도록 형성되는 것이 바람직하다.
내공부(124)의 전체 길이(LH)는 주입구(124a)가 형성되는 내공부(124)의 한 쪽 끝에서 배출구(124b)가 형성되는 내공부(124)의 다른 쪽 끝까지의 거리, 또는 배출구(124b)가 형성되는 한 쪽 끝에서 주입구(124a)가 형성되는 다른 쪽 끝까지의 거리를 의미한다. 예컨대 내공부(124)의 전체 길이(LH)를 1이라 할 때, 용융물과 가장 나중에 접촉하는 배출구(124b)가 형성되는 한 쪽 끝을 0이라 하고, 용융물과 가장 먼저 접촉하는 주입구(124a)가 형성되는 한 쪽 끝을 0이라 하고, 용융물과 가장 나중에 접촉하는 배출구(124b)가 형성되는 한 쪽 끝을 1이라 하면, 유동 제어 부재(126)는 내공부(124)가 연장되는 방향으로 주입구(124a)에서 배출구(124b) 쪽으로 0.1 내지 1 범위에 위치 또는 배치될 수 있다. 이 경우, 유동 제어 부재(126)는 주입구(124a)와 이격되도록 위치하면서, 주입구(124a)에서 배출구(124b) 쪽으로 0.1 내지 0.5 범위 이내에 위치되는 것이 좋다
유동 제어 부재(126)의 길이(LM)는 내공부(124)의 전체 길이(LH)보다 짧게 형성될 수 있다. 이는 출강 말기에 주입구(124a) 쪽에 슬래그 다트를 삽입할 공간을 확보하기 위함이다. 유동 제어 부재(126)의 길이(LM)는 내공부(124)의 전체 길이(LH)를 1이라 할 때, 0.01 내지 0.9로 형성될 수 있다. 이때, 유동 제어 부재(126)의 길이(LM)가 0.01보다 짧으면 내공부(124)에서 용융물의 유동을 효율적으로 제어할 수 없다. 반면, 유동 제어 부재(126)의 길이(LM)가 0.9보다 길면 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)가 연장되는 방향으로 거의 대부분을 차지하기 때문에 슬래그 다트를 삽입할 공간을 확보할 수 없다. 또한, 유동 제어 부재(126)에 의해 실질적으로 용융물이 이동할 수 있는 공간이 좁아져서 내공부(124)가 막힐 우려가 있다. 따라서 용융물의 흐름을 효율적으로 제어할 수 있고, 내공부(124)의 막힘 현상을 억제할 수 있도록 유동 제어 부재(126)의 길이(LM)는 내공부(124)의 전체 길이(LH)를 1이라 할 때, 0.3 내지 0.5, 또는 0.1 내지 0.3으로 형성되는 것이 좋다.
유동 제어 부재(126)의 폭(W)은 내공부(124)의 직경(R)을 1이라 할 때, 0.1 내지 1 또는 0.3 내지 0.5로 형성될 수 있다. 유동 제어 부재(126)의 폭(W)이 0.1보다 작은 경우, 용융물의 유동을 충분하게 제어할 수 없다. 즉, 유동 제어 부재(126)의 폭(W)이 지나치게 짧으면, 용융물이 내공부(124)의 내면을 따라 이동하면서 회전류를 형성하는 것을 억제하지 못하기 때문에 용기 몸체(110)의 출강구(114) 주변에서 와류가 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 없다. 그리고 유동 제어 부재(126)의 폭(W)이 1미만인 경우에는 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)로 돌출된 돌기 형태로 형성되는 것을 의미하며, 유동 제어 부재(126)의 폭(W)이 1인 경우에는 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)의 전체를 가로지르도록 형성되는 것을 의미한다.
유동 제어 부재(126)의 두께(T)는 내공부(124)의 직경(R)을 1이라 할 때 0.1 내지 0.3 또는 0.15 내지 2로 형성될 수 있다. 유동 제어 부재(126)의 두께(T)가 지나치게 얇으면, 유동 제어 부재(126)가 용융물에 의해 용손되거나 마모되기 쉬워 사용 수명이 저감될 수 있다. 반면, 유동 제어 부재(126)의 두께(T)가 지나치게 두꺼우면, 내공부(124)가 좁아져 용기 몸체(110)에서 내공부(124)로 용융물이 쉽게 배출되지 못하고, 내공부(124)가 막히는 문제가 발생할 수 있다.
유동 제어 부재(126)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 내공부(124)에 한 개만 설치되어도 용기 몸체(110)의 출강구(114) 주변에서 와류가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 그러나 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)에 복수개로 설치되면, 출강구(114) 주변에서 와류가 형성되는 것을 더 효율적으로 억제할 수 있다.
도 4 및 도 5는 배출기의 다양한 변형 예를 보여주는 단면도이다.
도 4의 (a)는 복수의 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)에 돌기 형상을 갖도록 설치된 상태를 보여주는 배출기의 단면도이다. 도 4의 (b) 내지 도 4의 (e)는 도 4의 (a)에 도시된 선A-A'에 따른 형성되는 배출기의 단면도로서, 유동 제어 부재(126)의 다양한 배치 형태를 보여준다. 여기에서는 내공부(124)에 4개의 유동 제어 부재(126)가 설치된 예를 설명하지만, 유동 제어 부재(126)의 개수는 4개보다 적을 수도 있고, 4개보다 많을 수도 있다.
도 4의 (a)를 참조하면, 내공부(124)에 4개의 유동 제어 부재(126a~126d)가 설치될 수 있다. 이때, 4개의 유동 제어 부재(126a~126d)는 내공부(124)의 둘레 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 4개의 유동 제어 부재(126a~126d)는 서로 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수도 있고, 서로 다른 간격을 가지며 이격되어 배치될 수도 있다.
또한, 4개의 유동 제어 부재(126a~126d)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 내공부(124)가 연장되는 방향으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 또는, 4개의 유동 제어 부재(126a~126d)는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 일부의 유동 제어 부재(126a, 126c)와 일부의 유동 제어 부재(126b, 126d)는 내공부(124)가 연장되는 방향으로 서로 다른 위치에 배치될 수도 있다. 이 경우, 내공부(124)가 연장되는 방향으로 적어도 2개의 위치에서 회전류의 형성이 억제되어 용기 몸체(110) 내의 출강구(114) 주변에서 와류가 형성되는 것을 효율적으로 억제할 수 있다.
도 4의 (d)를 참조하면, 4개의 유동 제어 부재(126a~126d)는 내공부(124)가 연장되는 방향으로 길게 연장되도록 배치될 수도 있다. 이때, 4개의 유동 제어 부재(126a~126d)는 모두 동일한 길이를 갖도록 형성될 수도 있고, 4개의 유동 제어 부재(126a~126d) 중 하나의 길이가 다르게 형성될 수도 있다. 이처럼, 유동 제어 부재(126a~126d)를 내공부(124)가 연장되는 방향으로 길게 연장되도록 배치되면, 용융물이 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)에 비해 긴 영역에서 회전류의 형성이 억제되어 용기 몸체(110) 내의 출강구(114) 주변에서 와류가 형성되는 것을 더욱 효율적으로 억제할 수 있다.
도 4의 (e)를 참조하면, 유동 제어 부재(126a~126d)는 내공부(124)가 연장되는 방향으로 복수의 위치에 이격되도록 배치될 수도 있다. 이처럼, 내공부(124)가 연장되는 방향으로 복수의 위치에 유동 제어 부재(126a~126d)를 배치하면, 용융물이 내공부(124)를 따라 이동하면서 회전류를 형성하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 유동 제어 부재(126a~126d)를 통과한 용융물의 흐름이 유동 제어 부재(126a~126d)를 통과할 용융물의 흐름에 영향을 미치는 것을 감소시킬 수 있다.
도 5는 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)를 가로지르도록 설치된 상태를 보여주는 배출기의 단면도이다. 도 5에서는 내공부(124)에 한 개의 유동 제어 부재(126)가 설치된 것으로 보여지나, 한 개 이상의 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)가 연장되는 방향으로 서로 동일한 방향으로 설치된 것을 보여주고 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 유동 제어 부재(126)는 내공부(124)를 일방향으로 가로지르도록 배치될 수 있다. 이때, 유동 제어 부재(126)는 내공부(124)의 직경 방향으로 중심을 가로지르도록 배치될 수도 있고, 내공부(124)의 중심에서 일측으로 치우쳐지도록 배치될 수도 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 유동 제어 부재(126)는 내공부(124)를 적어도 2개의 방향으로 가로지르도록 배치될 수 있다. 이 경우, 유동 제어 부재(126)는 "+" 또는 "X" 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
이처럼, 유동 제어 부재(126)를 내공부(124)의 직경 방향으로 가로지르도록 설치하면, 내공부(124)로 주입되는 용융물의 흐름을 보다 효과적으로 갈라지게 할 수 있고, 용융물과 유동 제어 부재(126) 간의 접촉 면적을 증가시켜 내공부(124)에서 용융물이 회전류를 형성하는 것을 보다 효과적으로 억제 혹은 방지할 수 있다.
여기에서는 내공부(124)를 가로지르도록 형성되는 복수개의 유동 제어 부재(126)가 내공부(124)가 연장되는 방향으로 복수의 위치에 서로 동일한 방향으로 연장되도록 설치되는 것으로 설명하였으나, 복수개의 유동 제어 부재(126)는 서로 다른 방향으로 연장되도록 설치될 수도 있다.
이러한 유동 제어 부재(126)는 내화물을 포함할 수 있으며, 배출기 몸체(122)와 동일한 종류의 내화물을 포함할 수 있다. 또는, 유동 제어 부재(126)는 배출기 몸체(122)와 서로 다른 종류의 내화물을 포함할 수도 있다. 이 경우, 유동 제어 부재(126)는 배출기 몸체(122)를 형성하는 내화물보다 융점이 높거나 내마모성이 좋은 내화물을 포함할 수 있다. 이는 유동 제어 부재(126)가 용융물이 이동하는 내공부(124)에 돌출되도록 형성되고, 용융물과 접촉하여 용융물의 흐름을 제어하므로 용융물과의 접촉 저항에 의해 쉽게 마모 및 용손되기 때문이다.
유동 제어 부재(126)는 배출기 몸체(122)를 제작하는 과정에서 배출기 몸체(122)와 동시에 제작될 수도 있다. 이 경우, 배출기 몸체(122)와 유동 제어 부재(126)는 성형, 소성 등과 같은 과정을 통해 하나의 구조체를 이루도록 형성될 수 있다. 또는, 유동 제어 부재(126)는 배출기 몸체(122)와는 별도로 제작된 정형 내화물 또는 폐내화물을 가공하여 제작될 수도 있다. 이 경우, 제조된 유동 제어 부재(126)는 내열성 접착 부재(미도시)를 이용하여 배출기 몸체(122)에 부착될 수 있다. 이때, 배출기 몸체(122)에서 유동 제어 부재(126)가 부착되는 영역에 소정 깊이의 홈(미도시)을 형성하고, 유동 제어 부재(126)의 일부를 홈에 삽입시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 정련 용기를 이용하여 용융물을 배출시키는 방법에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 정련 용기에서 용융물을 배출시키는 상태를 보여주는 도면이다.
먼저, 정련 용기(100)에 용강과 슬래그를 마련할 수 있다. 용강과 슬래그를 마련하는 과정은 다음과 같이 수행될 수 있다.
고로(미도시)에서 출선된 용선은 장입 래들(미도시)에 수용된 후, 용선 예비 처리 등의 과정을 거친 다음, 정련 용기(100)의 노구(112)를 통해 장입될 수 있다. 용선 장입 시, 노구(112)가 장입 래들쪽을 향하도록 정련 용기(100)를 경동시킬 수 있다. 정련 용기(100)에 용선을 장입하기 이전에, 용강의 성분을 조정하기 위한 석회석 등과 같은 부원료가 정련 용기(100) 내에 미리 장입되어 있을 수 있다. 이는 용선이 정련 용기(100)로 장입될 때 형성된 용선류에 의해 용선과 부원료가 잘 혼합되도록 하기 위함이다. 또한, 정련 용기(100)에 용선을 장입하기 이전에, 예열된 스크랩 등과 같은 고체 철원이 미리 장입되어 있을 수 있다. 이는 비교적 저가의 고체 철원을 이용함으로써 용선의 사용량을 저감시키고, 정련 용기(100)에 용선을 장입한 이후 고체 철원을 장입하는 것에 의해 용선의 온도가 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
정련 용기(100)에 용선이 장입되면, 정련 용기(100)를 경동시켜 노구(112)가 상부를 향하도록 직립시킬 수 있다. 그리고 노구(112)를 통해 랜스(200)를 정련 용기(100) 내부로 삽입하고, 산소 함유 가스를 취입하는 취련 과정을 수행하여 용강(M)을 제조할 수 있다. 랜스(200)를 통해 산소 함유 가스를 취입하면서, 노즐(116)을 통해 용선 중으로 불활성 가스를 취입하여 용선을 교반할 수 있다. 이에 용선에 함유되는 탄소(C), 인(P) 등의 불순 원소가 제거되면서 용선 상부에 슬래그를 형성할 수 있다. 그리고 노즐(116)에서 취입되는 불활성 가스는 용선을 교반하며, 용선에 기포를 발생시키고, 미처 부상하지 못한 불순 원소들이 기포와 함께 부상하여 슬래그로 유입될 수 있다.
이처럼 용강과 슬래그가 마련되면, 용강을 출강시키기 위해 랜스(200)를 통해 공급되는 산소 함유 가스와, 노즐(116)을 통해 공급되는 불활성 가스를 차단하고, 랜스(200)를 상승시켜 정련 용기(100)로부터 인출시킬 수 있다. 그리고 정련 용기(100)의 일측 하부에 수강 래들(300)을 배치시킬 수 있다.
용강을 출강시키기 위해 정련 용기(100)를 경동시킬 수 있다. 이때, 정련 용기(100)는 출강구(114) 또는 배출기(120)가 수강 래들(300)쪽을 향하도록 경동될 수 있다. 정련 용기(100)를 경동시키면, 정련 용기(100)가 기울어지면서 출강구(114)의 위치가 슬래그가 위치하는 높이에 배치되면서 출강구(114)를 통해 슬래그가 먼저 배출되고, 정련 용기(100)를 더 기울이면 출강구(114)가 용강이 위치하는 높이에 배치되면서 용강이 출강구(114)를 통해 배출된다. 이처럼, 슬래그가 용강 상부에 부유하고 있기 때문에 용강의 출강 초기에는 슬래그가 출강구(114) 및 배출기(120)를 통해 배출될 수 밖에 없다.
그리고 정련 용기(100)의 기울기가 증가하면 정련 용기(100) 내부에 수용되어 있는 용강을 출강구(114) 및 배출기(120)를 통해 수강 래들(300)로 배출시킬 수 있다. 이때, 용강은 정련 용기(100)의 출강구(114)를 통해 배출기(120)의 내공부(124)로 유입될 수 있다. 용강은 내공부(124)로 유입되면서, 내공부(124)에 설치된 유동 제어 부재(126)에 접촉 및 충돌하면서 그 흐름이 갈라지게 된다. 그리고 내공부(124)로 유입된 용융물은 유동 제어 부재(126)에 의해 내공부(124)의 둘레 방향으로의 이동이 차단되어 내공부(124)에서 회전류를 형성하지 못하고, 내공부(124)가 연장되는 방향을 따라 이동하여 배출구(124b)를 통해 수강 래들(300)로 배출될 수 있다. 이렇게 내공부(124)에서 용융물이 회전류를 형성하는 것이 억제되면, 정련 용기(100) 내부의 출강구(114) 주변에서 와류가 형성되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 따라서 용강이 배출되는 동안 용강 상부의 슬래그가 용강 중으로 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
이후, 정련 용기(100) 내부에 수용되는 대부분의 용강이 배출되면, 정련 용기(100) 내부에 잔류하는 슬래그가 출강구(114) 및 배출기(120)를 통해 배출되는 것을 방지하기 위해 슬래그 다트를 이용하여 배출기(120)의 출강구(114)를 폐쇄할 수 있다. 그리고 정련 용기(100)를 경동시켜 직립시킨 다음, 용강을 배출시킬 때와는 반대 방향으로 정련 용기(100)를 경동시켜 정련 용기(100)의 노구(112)를 통해 슬래그를 배출시킬 수 있다. 이때, 정련 용기(100)를 경동시키기 이전에, 정련 용기(100)의 하부에 슬래그를 수용할 수 있는 슬래그 포트(미도시)를 배치할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 정련 용기 110: 용기 몸체
112: 노구 114: 출강구
116: 노즐 120: 배출기
122: 배출기 몸체 124: 내공부
126: 유동 제어 부재 200: 랜스
300: 수강 래들

Claims (14)

  1. 용기 몸체에 설치되어, 용기 몸체에 수용되는 유체를 배출시키기 위한 배출기로서,
    일방향으로 연장되는 배출기 몸체;
    상기 배출기 몸체가 연장되는 방향을 따라 연장되도록 상기 배출기 몸체를 관통하며 형성되는 내공부; 및
    적어도 일부가 상기 내공부로 돌출되도록 상기 배출기 몸체에 설치되는 유동 제어 부재;를 포함하는 배출기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동 제어 부재는 적어도 일부가 상기 내공부가 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 연장되도록 배치되는 배출기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 내공부는 상기 유체가 유입되는 주입구와, 상기 유체가 배출되는 배출구를 포함하고,
    상기 유동 제어 부재는 상기 내공부가 연장되는 방향으로 상기 배출구보다 상기 주입구에 더 가깝게 배치되는 배출기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 내공부가 연장되는 방향으로 상기 내공부의 전체 길이를 1이라 할 때, 상기 유동 제어 부재는 상기 유체와 가장 먼저 접촉하는 주입구에서 상기 유체와 가장 마지막으로 접촉하는 배출구 쪽으로 0.1 내지 1 범위에 배치되며, 상기 주입구와 이격되도록 배치되는 배출기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 내공부가 연장되는 방향으로 상기 내공부의 전체 길이를 1이라 할 때, 상기 내공부의 연장 방향으로 배치되는 상기 유동 제어 부재의 길이는 0.01 내지 0.9인 배출기.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 내공부의 직경을 1이라 할 때, 상기 내공부가 연장되는 방향에 교차하는 방향으로 배치되는 상기 유동 제어 부재의 폭은 0.1 내지 1인 배출기.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 내공부의 직경을 1이라 할 때, 상기 유동 제어 부재의 두께는 0.1 내지 0.3인 배출기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동 제어 부재는 복수개로 마련되고,
    복수개의 유동 제어 부재는 상기 내공부의 둘레 방향으로 이격되도록 상기 배출기 몸체에 설치되는 배출기.
  9. 청구항 1 또는 8에 있어서,
    복수개의 유동 제어 부재는 상기 내공부가 연장되는 방향으로 이격되도록 상기 배출기 몸체에 설치되는 배출기.
  10. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 제어 부재의 일부는 상기 배출기 몸체에 삽입되도록 형성되는 배출기.
  11. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 제어 부재와 상기 배출기 몸체 사이에 내열성 접착부재가 형성되는 배출기.
  12. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 제어 부재는 내화물을 포함하는 배출기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유동 제어 부재는 상기 배출기 몸체를 형성하는 물질보다 융점이 높은 물질을 포함하는 배출기.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체는 용융 금속을 포함하고, 용기는 전로를 포함하며,
    상기 배출기 몸체는 상기 전로의 출강구에 설치 가능한 배출기.

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