KR910009963B1 - 측벽분사 금속 정련용기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

측벽분사 금속 정련용기

제1도는 본 발명에 따른 측벽분사 금속 정련용기의 바람직한 실시예를 나타낸 개략적인 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 측벽분사 금속 정련용기의 가스분사 지점위에 있는 내화물 라이닝 단면의 바람직한 실시예를 나타낸 상세 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 금속 정련용기 2 : 용기셋

3 : 측벽 4 : 용기축

5 : 하부벽 6 : 경사부

7 : 내화물라이닝 8 : 소모성 내화물 라이닝

9 : 노상 10 : 송풍구

12, 14 : 저온면 13, 15 : 고온면

본 발명은 가스가 용기의 측벽을 통해서 용기내에 있는 금속용융물내로 분사되는 금속 정련용기에 관한 것이다.

효율적인 가스-액체 반응을 위해 바람직한 가스-액체 계면적 및 가스잔류 시간을 얻기 위해서는 욕에 전달되는 혼합에너지가 높아야 하므로, 측벽분사 금속 정련용기는 비교적 최근에 개발되었지만 제강산업과 같은 분야에 널리 사용되고 있다. 더구나, 측벽분사는 공정이 행해지지 않는 동안에 송풍구를 욕으로부터 올려질 수 있게해서 공정가스를 보호한다. 측벽분사는 가스를 금속용융물내로 분사시키는 단일 수단이거나, 또는 상부 랜스와 같이 가스를 용융물로 유입하는 또하나의 수단과 결합하여 사용된다.

가스가 용융면 하부로부터 용융물내로 분사되는 제강 공정과 같은 금속 정련공정에서의 주요 비용은 분사지점 근처에서 난류액체 금속 반응에 의한 부식과 산화반응의 고열로 인한 가스분사점 근처지역에서의 내화물 소비이다. 측벽분사 금속 정련 공정의 경우에 내화물 소비문제는 분사점 부근지역에서 금속 정련용기의 측벽에 가장 현저하게 나타난다.

이 분야 기술자들은 분사지점 부근 지역에 내화 라이닝의 두께를 증가시킴으로써 이 문제를 해결할려고 했다. 그래서 하부 분사용기에서 용기 하부의 내화물이 용기 측벽의 내화물보다 훨씬 더 두껍다. 내화물의 마모율이 국부적으로 높은 이 문제는 측벽분사 용기를 사용함으로써 성공적으로 해결된다.

금속 정련용기 라이닝의 어떠한 부분도 다른 부분에 앞서 심하게 마모되지 않도록 금속 정련용기의 라이닝이 마모되는 것이 바람직하다. 측벽분사 제강용기 라이닝에서는 뜻밖에는 측벽 분사지점위의 지역은 마모되지만 라이닝의 다른 부분은 아직 상당한 두께를 유지하는 경향이 있음을 발견하였다. 분사지점위 부근의 라이닝은 조기에 파손되기 때문에, 소모되지 않은 라이닝을 버려야하고 용기를 재라이닝해야 하므로, 이것은 바람직하지 못하고 비용이 많이든다. 더 높은 마모율이 가스분사지점 근처의 측면에서 발생하고 가스분사지점위의 측면지역에서는 일어나지 않을 것으로 예상하였기 때문에 이 파손방식은 뜻밖이었다.

이 문제점을 해결하는 것은 어렵지않은 것처럼 보인다. 종래의 수단에 의해, 즉 마모율이 높은 지역의 두께를 증가시킴으로써 이 문제를 성공적으로 해결하였다. 하지만, 이 해결책에는 두가지 단점이 있다. 첫째, 그것은 사용되는 내화물 라이닝의 양을 증가시켜 금속 정련의 비용을 증가시킨다. 둘째, 그것은 용융금속을 담을 수 있는 용기내의 용적을 감소시키고, 따라서 가스분사 동안에 욕 표면의 레벨이 필연적으로 높아지므로, 열량당 저 적은 양의 금속을 정련해야하고, 가스를 용융물내로 더 천천히 분사하거나, 또는 과도흐름 또는 슬로핑의 위험이 증가된 상태에서 금속을 정련해야 한다는 점이다.

그러므로, 분사지점 부근보다 분사지점위를 더 두껍게 라이닝할 필요없이, 분사지점 근처의 측면에서와 같이 분사지점위의 측면이 조기에 심하게 마모되지않는 측벽분사 금속 정련용기를 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 목적은 개선된 측벽분사 금속 정련용기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 내화물 라이닝이 종래의 측벽분사 금속 정련용기에서 보다도 더 경제적으로 사용될 수 있는 개선된 측벽분사 금속 정련용기를 제공함에 있다.

이 분야에 통상의 지식을 가진자라면 상기 목적과 다른 목적이 본 발명의 상세한 설명에 의해 이루어진다는 것을 쉽게 알 수 있다.

금속 정련용기는 하부벽, 하부벽과 접하고 소모성 내화물의 라이닝을 가지는 경사부, 및 하부벽 근처의 라이닝된 경사부를 통과하여 정련 동안에 가스가 금속용융물내로 측방향 분사할 수 있게 하는 송풍구를 포함하며; 소모성 내화물 라이닝의 저온면이 하부벽에서 멀어지는 방향으로 송풍구에서 한 지점까지의 어느 거리만큼 소모성 내화물 라이닝의 고온면의 축각보다 더 작은 축각을 가져서, 송풍구에서의 라이닝 두께는 상기 지점에서의 라이닝 두께 보다 적어도 10% 더 크다. 따라서, 소모성 내화물 라이닝의 두께는 송풍구에서부터 상기 지점까지의 거리 전체에 걸쳐서 일정하게 감소한다.

본 명세서에서 사용된 용어 “용기축”은 금속 정련용기의 대략적인 기하학적 중심을 통과해서 길이방향으로 뻗어있는 가상선을 의미한다. 용어“측벽분사”는 금속 정련용기내에서 정련가스 또는 가스들을 용기축에 수직인 각도로 또는 용기축의 수직에 대해서 45° 이내의 각도로 분사하는 것을 의미한다. 용어 “축각”은 용기축으로부터의 각도를 의미한다. 용어 “소모성 내화물 라이닝”을 정련 동안에 욕에 의해서 소모되고 때때로 모두 대체되는 라이닝의 일부를 의미한다. 그래서, 소모성 내화물 라이닝은 전체 내화물 라이닝이지만, 통상적으로는 내화물 라이닝의 최내부만을 차지한다. 용어 “고온면”은 정련 동안에 용융금속과 접촉하고나 접하게되는 소모성 내화물 라이닝을 의미한다. 용어 “저온면”은 용기셀에 가장 가까운 소모성 내화물 라이닝을 의미한다. 용어 “송풍구”는 가스가 전달되어 용융금속내로 분사되게 하는 장치를 의미한다. 송풍구는 파이프, 채널, 다공성 요소 또는 이 목적에 유용한 어느 다른 구멍의 형태일 수 있다. 용어 “라이닝 두께”는 용기축에 수직인 고온면의 표면과 저온면의 표면 사이의 거리를 의미한다.

이하에서는 본 발명의 금속 정련용기를 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

제1도를 참조하면, 금속 정련용기(1)는 상당히 얇고 강과 같은 금속으로 제조된 용기셀(2)로 구성된다. 이 분야에 통상의 기술이 있는 자는 제1도의 용기가 AOD 또는 아르곤 산소 탈탄 제강용기임을 알 수 있다. 그러나 본 발명은 이 종류의 제강용기에만 한정되지 않고 강 이외의 구리와 같은 금속용 금속 정련용기를 포함한다.

용기(1)는 용기축(4)에 평행한 측벽(3), 용기축에 수직한 하부면(5), 및 측벽(3)과 하부벽(5) 사이에 있고 단부에서 측벽(3)과 하부벽(5)에 접하는 경사부(6)를 포함한다.

측벽, 하부벽 및 경사부는 각각 소모성 내화물 라이닝(8)을 가지고 용기의 상부는 내화물 라이닝(7)으로 내장된다. 소모성 내화물 라이닝은 통상적으로 마스네사이트-크로마이트 또는 백운석 내화물이지만, 어떤 효율적인 내화물을 사용해도 된다. 소모성 내화물 라이닝은 용기 전체에 걸쳐서 동일하거나 용기의 여러지점에서 다른 종류 및 품질의 내화물을 사용해도 된다.

내화물로 내장된 측벽, 하부벽 및 경사부는 조합하여 노상(9)을 만들고, 이 노상의 용적내에서 용융금속이 정련된다. 용융금속은 가스 또는 가스들을 하부벽(5) 근처의 내장된 경사부(6)를 통과하는 송풍구(10)를 통해서 용융금속으로 분사함으로써 정련된다. 제1도에 제시되지 않았지만, 송풍구(10)는 산소 및/또는 불활성 가스와 같은 가스 또는 가스들의 공급원에 연결되고, 이 가스 또는 가스들은 노상(9)내의 용융금속 안으로 분사된다. 제1도에 도시된 바와 같이, 송풍구(10)는 내장된 하부면 부근의 경사부(6)의 하부에 놓이는 것이 바람직하다. 본 발명의 금속 정련용기에서 송풍구의 수는 1개 이상이지만 7개는 초과하지 않는다. 금속을 정련한 후에 금속이 용기(1)로부터 용기마우스(11)를 통해서 부어지고나서 용기는 또다른 용융량의 정련준비를 한다.

송풍구(10) 지역에 있는 경사부(6)의 소모성 내화물의 저온면(12)은 용기축에 대해서 어떤 각을 이루며 배향된다. 저온면의 축각은 45° 미만이 바람직하고, 가장 바람직하게는 10 내지 25°의 범위에 있다. 제1도는 용기셀(2)의 축각과 같은 축각을 가지는 저온면을 나타내며, 이것은 변하는 두께를 가진 중간정도의 비소모성 내화물 라이닝 또는 대체용 내화물 라이닝이 셀과 소모성 내화물 사이에 사용되는 경우에 반드시 적용되지는 않는다.

저온면(12)의 맞은편에 있는 소모성 내화물의 고온면(13)을 용기축에 대해서 어떤 각을 이루며 배향된다. 고온면(13)의 축각은 저온면(12)의 축각보다 더 크거나 저온면(12)의 축각이 고온면(13)의 축각보다 더 작다. 고온면(13)의 축각은 바람직하게는 30°보다 더 크고, 가장 바람직하게는 33 내지 45°의 범위에 있다.

저온면(12)과 고온면(13)을 용이하게 나타내기 위해 평탄하게 표시하였다. 이 분야의 기술자는, 벽돌이 용기를 내장하기 위해 사용되는 때와 같이 저온면 및 고온면에 층계가 나 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 경우에 제1도의 평탄한 선들은 대략적인 것이다.

형성된 저온면과 고온면의 배향은 하부벽으로부터 멀어지는 방향으로 송풍구에서 한 지점까지의 거리에 적용되어서, 송풍구에서의 라이닝 두께는 상기 지점에서의 라이닝 두께보다 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 20%, 가장 바람직하게는 적어도 40% 더 크다. 그래서, 소모성 내화물 라이닝의 두께는 송풍구에서 상기 지점까지의 전체 거리에 걸쳐서 일정하게 감소한다.

제1도에서 라이닝 두께는 하부면에서부터 측벽까지 변한다는 것을 나타낸다. 그러나 라이닝 두께는 송풍구에서부터 정해진 지점까지에서만 감소될 필요가 있다. 이 지점은 경사부가 측벽과 만나는 지점보다 짧거나, 만나는 지점과 같거나 만나는 지점보다 길 수 있다. 바람직하게는 송풍구에서 정해진 지점까지의 수직거리는 15.2 내지 76.2cm의 범위이고, 가장 바람직하게는 38.1 내지 63.5cm의 범위이다. 수직거리란 본질적으로 용기축에 평행한 선을 따르는 거리를 의미한다.

제2도는 본 발명에 따른 금속 정련용기의 저온면과 고온면의 배향을 나타내는 상세도이다. 제1도의 참조번호는 공통요소에 대해서 제1도의 번호와 동일하다.

제2도를 참조하면, 내화물(8)은 저온면(12)과 고온면(13)을 가지며 두께 X를 가지는 점에서부터 두께 XX를 가지는 송풍구(10)까지 뻗어있고, 두께 XX는 두께 X 보다 적어도 10%, 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 적어도 40% 더 크다. 선(M, N)은 용기축에 평행한 가상선이다. 고온면(13)은 바람직하게는 30°를 초과하고 가장 바람직하게는 33° 내지 45°의 범위에 있는 축각 a로 기울어져 있다. 형성된 저온면 및 고온면의 배향은 송풍구의 어느 한 측면에서 측방향으로 12.7cm, 가장 바람직하게는 25.4cm 뻗어있다.

쉽게 알 수 있듯이, 제1도는 형성된 고온면과 저온면의 배향을 가지는 내화물 라이닝에 의해 경사부의 일부만이 덮혀있는 본 발명의 한 실시예를 나타낸다. 형성된 내화물 라이닝은 송풍구 지역에서만 필요하며, 하나의 송풍구만 있다면, 형성된 내화물 라이닝의 배향은 경사부의 한 지역에서만 필요하고 다른 지역에서는 필요하지 않다. 용기셀과 비소모성 라이닝이 대칭일 때, 이것은 제1도에 도시된 바와 같이 비대칭 노상이 된다. 비대칭 노상 설계는 경사부의 지역들이 송풍구 근처의 지역으로부터 축방향으로 비교적 멀리 제거되는 용기에서 바람직하고, 또한 이 비대칭 노상설계는 송풍구위에 있는 욕의 높이 및 송풍구에서 맞은편 매화물까지의 거리가 최대가 될 수 있으므로, 소형 정련용기에서 특히 바람직하다. 이러한 비대칭 설계의 용기에서 송풍구가 없는 경사부를 덮는 내화물 라이닝은 종래와 같은 서로 평행한 저온면(14)과 고온면(15)을 가지며, 측벽에서 하부벽까지의 거리 전체를 걸쳐서 비교적 일정한 두께를 가진다.

선택적으로 금속 정련용기의 경사부는 용기의 전체 주위에 걸쳐서 형성된 고온면과 저온면의 배향을 가지는 내화물 라이닝으로 덮혀 있다. 용기셀과 비소모성 라이닝이 대칭일 때, 이것은 대칭 노상을 가지는 용기가 된다. 본 발명의 금속 정련용기를 다음의 실시예로서 설명되는데, 이 실시예는 예시 목적으로서 본 발명을 제한할 목적은 아니다.

5톤의 정련 용량을 가지는 제1도에 도시된 제강용 용기와 같은 용기에 일련의 정련 공정을 행한다. 평균 용융량은 강 5톤이고 1시간 동안 계속된다. 행해지는 정련 공정은 아르곤-산소 탈탄 공정 또는 AOD 공정이다. 용기는 2개의 송풍구를 가지고 송풍구 지역내 경사부의 내화물 라이닝은 33°의 고온면 축각과 20°의 고온면 축각을 가진다. 이 내화물 라이닝은 경사부와 측벽의 연결점에서 측벽을 덮는 라이닝의 두께와 동일한 두께를 가지고, 라이닝 두께는 이 지점에서부터 일정한 거리를 지나서 송풍구까지 증가하며, 송풍구에서 라이닝 두께가 경사부-측벽 연결점에서의 두께를 100% 초과한다. 사용된 내화물 라이닝은 크로마이트-마그네사이트로 이루어지고 파괴되기전에 70회의 용융작업에 견딜 수 있다.

비교 목적으로 동일한 용기가 종래의 라이닝을 사용하여 강을 정련하는데 사용된다. 내화물, 평균크기 및 정련작업의 시간의 정련 공정은 사용된 실시예에서와 동일하다. 송풍구 지역에서의 경사부의 내화물 라이닝은 측벽의 라이닝 두께보다 33% 더 두껍다. 하지만, 내화물부의 고온면 축각과 저온면 축각은 20°로서 동일하다. 종래의 설계된 라이닝은 파괴전에 48회의 용융작업에 견딘다.

설명된 실시예에서 종래와 같이 설계된 용기를 사용해서 생산된 강의 양보다 본 발명의 용기를 사용해서 생산된 강의 양이 내화물당 43% 더 많다.

따라서, 본 발명의 금속 정련용기의 성능이 종래의 금속 정련용기의 성능보다 현저히 개선되었다는 것이 밝혀졌다. 이것은, 설명된 실시예와 비교실시예에서, 소모성 내화물 라이닝이 통상 먼저 파괴되는 지역, 즉 경사부의 상부지역에서 종래의 라이닝이 본 발명 용기의 라이닝보다 더 두껍다는 것을 고려하면 더욱더 확실해진다. 종래의 실시예에 의하면, 라이닝의 수명 증가는 경사부의 상부지역에서의 두께 증가와 관련이 있다는 것을 예상할 수 있다. 실시예와 비교실시예에 보여진대로, 본 발명은 송풍구위의 주요지역에서의 라이닝 두께를 감소시키지 않으면서 라이닝 수명을 증가시킴으로써 본 발명의 신규성을 나타낸다.

어느 이론에 제한되고 싶지 않지만, 본 발명에 따른 유리한 결과는 다음과 같이 설명된다. 지금까지는 송풍구로부터의 측방 분사가스는 용기축 방향으로 어떤 거리만큼 용융물을 관통하여 용융물을 뚫고 수직방향으로 거품이 발생한다고 통상적으로 여겨왔다. 본 출원인은 두가지 점에서 종래의 생각이 잘못되었다고 생각한다. 첫째는, 용기축 방향으로의 측벽분사가스의 침투는 종래의 생각보다 훨씬 더 적다. 둘째는, 가스가 수직방향으로 용융물을 뚫고 올라가는 것이 아니라, 액체 금속의 측방향의 스위핑 효과 때문에 가스가 분사될 때 통과하는 측방향으로 다시 어떤 각도로 용융물을 뚫고 올라간다. 형성된 내화물 라이닝의 배향을 가지는 본 발명의 금속 정련용기는 이러한 두가지의 특수한 정을 해결한다.

첫째, 가스침투가 종래 생각보다 실제는 훨씬 더 적기 때문에, 분사지점지역에서의 산화반응이 종래에 예상했던 것보다 이 분사지점에 더 심하게 국부적이된다. 본 발명에서는 더 심한 반응이 열적효과 또는 부식효과에 대응하기 위해서, 이 분사지점에 여분의 두꺼운 라이닝을 한다. 둘째는, 가스가 종래의 생각보다 용기측벽에 더 가깝게 용융물을 뚫고 올라가기 때문에, 송풍구위의 라이닝상의 산화반응 및 난류에 의한 손실은 종래 예상보다 더 심하다. 이것이 종래의 측벽분사용기에 발생한, 지금까지도 놀라운 이 지역에서의 라이닝 파괴를 설명한다고 여겨진다. 본 발명은 두께를 증가시키는 것이 아니라 라이닝을 송풍구위에 급하게 기울임으로써 이루어진다. 이 방법에 의해 라이닝이 송풍구위에 종래 라이닝 보다 상승가스로부터 더 먼 거리에 떨어짐으로써 손실의 증가에 더 잘 견딘다. 본 발명은 정련에 비용을 부가시키고 용기의 용량을 감소시키는, 지역의 라이닝 두께를 증가시키지 않는, 유리한 결과를 얻는다.

Claims (17)

1. 하부벽, 상기 하부벽과 접하고 소모성 내화물의 라이닝을 가지는 경사부, 및 하부벽 근처의 라이닝된 경사부를 통과하여 정련 동안에 가스가 금속용융물내로 측방향 분사할 수 있게 하는 송풍구를 포함하며; 상기 소모성 내화물 라이닝의 저온면이 하부벽에서 멀어지는 방향으로 상기 송풍구에서 한 지점까지의 어느 거리만큼 상기 소모성 내화물의 고온면의 축각보다 더 작은 축각을 가져서, 송풍구에서의 라이닝 두께가 상기 지점에서의 라이닝 두께보다 적어도 10% 두꺼우므로, 상기 소모성 내화물 라이닝의 두께가 송풍구에서 상기 지점까지의 거리 전체에 걸쳐서 일정하게 감소함을 특징으로 하는 금속 정련용기.
2. 제1항에 있어서, 상기 고온면의 축각이 30°보다 더 큼을 특징으로 하는 금속 정련용기.
3. 제1항에 있어서, 상기 고온면의 축각이 33 내지 45°의 범위에 있음을 특징으로 하는 금속 정련용기.
4. 제1항에 있어서, 상기 저온면의 축각이 45° 미만임을 특징으로 하는 금속 정련용기.
5. 제1항에 있어서, 상기 저온면의 축각이 10 내지 25°의 범위에 있음을 특징으로 하는 금속 정련용기.
6. 제1항에 있어서, 상기 송풍구에서의 라이닝 두께가 상기 지점에서의 라이닝 두께보다 적어도 20%보다 더 두꺼움을 특징으로 하는 금속 정련용기.
7. 제1항에 있어서, 상기 송풍구에서의 라이닝 두께가 상기 지점에서의 라이닝 두께보다 적어도 40%보다 더 두꺼움을 특징으로 하는 금속 정련용기.
8. 제1항에 있어서, 상기 경사부가 용기의 경사부의 전체 주위에 걸쳐서 형성된 고온면과 저온면의 배향을 가지는 라이닝을 가져서 대칭인 노상을 만듬을 특징으로 하는 금속 정련용기.
9. 제1항에 있어서, 상기 경사부가 용기의 경사부의 전체 주위보다 적은 부분에 걸쳐서 형성된 고온면과 저온면의 배향을 가지는 라이닝을 가져서 대칭인 노상을 만듬을 특징으로 하는 금속 정련용기.
10. 제1항에 있어서, 상기 내화재가 마그네사이트-크로마이트 또는 백운석형 내화물임을 특징으로 하는 금속 정련용기.
11. 제1항에 있어서, 일정하게 증가하는 두께로 형성되는 라이닝이 송풍구의 어느 한 측면에 최대 12.7cm까지 뻗어있음을 특징으로 하는 금속 정련용기.
12. 제1항에 있어서, 상기 용기가 하나 또는 그 이상의 송풍구를 포함함을 특징으로 하는 금속 정련용기.
13. 제1항에 있어서, 하부벽과 접하는 반대편 단부에서 경사부와 접하며, 용기축에 평행한 측벽을 포함함을 특징으로 하는 금속 정련용기.
14. 제13항에 있어서, 상기 지점이 경사부와 측벽의 연결점에 있음을 특징으로 하는 금속 정련용기.
15. 제13항에 있어서, 상기 지점이 경사부와 측벽의 연결점보다 짧음을 특징으로 하는 금속 정련용기.
16. 제1항에 있어서, 상기 용기가 제강용 용기임을 특징으로 하는 금속 정련용기.
17. 제1항에 있어서, 상기 송풍구에서 상기 지점까지의 수직거리가 15.2 내지 76.2cm 범위에 있음을 특징으로 하는 금속 정련용기.

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