KR940011416B1 - 전로출강시 출강류의 제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전로출강시 출강류의 제어방법

제 1 도는 스토퍼에 의한 슬래그 커팅법을 나타내는 개략도.

제 2 도는 본 발명을 구현하기 위한 개스 취입 수단이 설치되어 있는 전로 출강구의 종단단면도.

제 3 도는 제 2 도에 나타난 전로 출강구의 횡단면도.

제 4 도는 제 3 도의 일부를 확대하여 나타낸 전로 출강구의 일부 확대 단면도.

제 5 도는 본 발명을 구현하기 위한 수 모델장치의 개략도.

제 6 도는 취입개스의 압력 변화에 따른 스트림 반경 변화를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전로 2 : 래들

10 : 출강구 32 : 노즐

33 : 개스배관 34 : 개스공급관

40 : 개스죤 41 : 기포

100 : 개스취입수단 111 : 출강류

본 발명은 전로 또는 기타 용기내의 용탕을 다른 용기로 출탕할시 용탕류를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전로 정련 작업후 전로의 출강구를 통해 용강을 래들내로 출강할시 출강류를 제어하는 방법에 관한 것이다.

통상, 고로에서 제선된 용선은 전로에 수강되어 용강으로 정련된 다음, 래들로 출강되어 다음공정으로 이동되어 용도에 따라 처리된다.

전로에서 정련하는 주목적인 주원료중의 불순물을 산화반응에 의해 슬래그화 하여 제거하고자 하는데 있는 것으로서, 생선된 전로 슬래그는 용강보다 비중이 작으므로 용강위에 부유하게 되며, 그 주성분은(FeO), (CaO), (SiO₂), (MnO), (P₂O₅), (MgO)등의 산화물로 구성되어 있다.

전로 정력작업후 전로의 출강구를 통해 용강을 래들로 출강할 시 산화물을 주성분으로 하는 슬래그가 래들내에 유입되어 각종 합금철과의 반응에 의해 합금철의 실수율을 저하시킬 뿐만아니라 강재내의 산화성 개재물로 존재하여 강재의 품질을 저하시키는 원인이 되고 있다.

상기와 같이 전로 출강시 래들내로 전로슬래그가 유출되는 것을 방지하기 위하여 여러형태의 슬래그 커팅(slag cutting) 방법이 행하여지고 있는데, 그 대표적인 방법으로는 플러그(plug) 삽입법, 슬래그 체크볼(slag check ball) 투입법, 뉴매틱법(pneumatic method), 스토퍼(stopper)에 의한 슬래그 키팅법 및 대차 커팅법을 들 수 있다.

상기 플러그 삽입법은 전로출강구의 외부에 플러그를 삽입하여 출강초기의 슬래그 유출을 억제할 수 있는 방법인데, 이 방법의 경우에는 플러그가 1회용(소모성)이므로 비경제적이고 작업성이 나쁜 단점이 있다. 또한, 상기 슬래그 체크볼 투입법은 슬래그와 용강의 비중차이를 이용한 것으로서, 슬래그의 비중보다는 크고 용강의 비중보다는 작은 비중을 갖는 슬래그 체크볼을 출강중에 전로내에 투입하여 슬래그를 커팅하는 방법인데, 이 방법의 경우에는 볼텍스(Vortex)에 의한 슬래그의 유출이 많고, 성공률이 낮을 뿐만아니라 1회용 이므로 경제적이고 작업성이 나쁜 단점이 있다.

또한, 상기 뉴매틱법은 출강말기에 고압의 공기 또는 질소가스를 출강내로 취입하여 출강류를 차단하는 방법으로서 볼텍스에 의한 슬래그 유출이 많을 뿐만 아니라 출강류이 형상제어가 불가능한 단점이 있다. 또한, 상기 대차 커팅법은 슬래그 유출시점에 수강대차를 인출시켜 슬래그가 노하(爐下) 피트(Pit)에 떨어지게 하는 방법인데, 이 방법의 경우에는 노하피트 관리가 곤란할 뿐만아니라 설비오염이 큰 단점이 있다. 또한, 상기한 스토퍼에 의한 슬래그 커팅방법은, 제 1 도에 나타난 바와같이, 용강(11)을 전로(1)에서 래들(2)내로 출강할 시 어느 시점에 이르면, 슬래그 커팅머시인(3)에 의해 스토퍼(31)를 하강시켜 출강구(10)를 밀폐시킴으로서 슬래그(12)가 래들(2)내로 유출되는 것을 방지하는 방법이다.

제 1 도에서 미설명부호 "4"는 "슬래그 판정자"를 나타낸다. 상기 방법에서는 슬래그 커팅시점을 고도의 숙련된 슬래그 판정자(4)의 육안에 의하여 판정하였으나, 최근에는 전기 자장을 이용하여 슬래그를 감지할 수 있는 슬래그 유출감지 장치가 개발되어 실용화되고 있다. 그러나, 스토퍼에 의한 슬래그 커팅방법은 볼텍스에 의한 슬래그 유출이 가능하고, 출강중 스토퍼 아암이 로내에 인입되므로, 비상처치가 곤란할 뿐만 아니라 생산성이 저하되는 단점이 있다.

따라서, 실제조업에 있어서는 상기한 슬래그 커팅방법들을 단독으로 사용하기 보다는 2이상의 방법들을 조합하여 사용하고 있으나, 완벽한 슬래그 커팅은 불가능하여 래들내로의 슬래그 유출은 불가피하다고 할 수 있다. 한편, 출강구 내화물은 용강에 의하여 쉽게 용손되어 출강시간이 짧아지고 출강류의 형상이 불규칙하게 되므로 래들로의 슬래그 유출을 방지하기 위해서는 슬래그 커팅방법과 더불어 출강구의 적절한 관리가 요구되고 있다. 강의 품질 확보측면에서 출강류 상태 및 출강시간의 철저한 관리가 필요하며, 이러한 관리를 위해서는 출강구가 원상태로 유지되도록 적절한 출강구 보수작업을 행하여야 하며, 이러한 출강구 보수를 통하여 적정출강 시간 및 형상을 관리하므로서 합금철, 탈산제의 실수율 안정 및 강이 품질을 확보할 수 있게 된다.

상기한 출강구 보수 방법으로는 출강구 교환법, 출강구 스프레이(spray)법, 출강구 압입법 및 출강구 보강법등을 들 수 있다. 그러나, 출강구 보수시 열적인 충격과 용강류에 의한 용손을 억제하기 위하여 적절한 내화물 선정등 충분한 고려를 한다하더라도 강종의 고급화에 따라 출강온도는 지속적으로 상승하여 출강구 내화물의 침식속도는 가속화되고 보수작업의 빈도는 증가하여 생산성저하, 품질열하, 원가상승등의 요인이 되고 있다.

본발명은 상기한 종래의 슬래그 커팅방법들의 단점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서 개스취입수단을 통해 적절한 개스취입조건으로 개스를 취입하므로서, 출강류를 간단하게 제어할 수 있는 향상된 전로출강시 출강류의 제어방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본발명은 전로 정련후 전로의 출강구를 통해 용강을 전로에서 래들로 출강하는데 있어서, 상기 전로 출강구 둘레에 다수개의 노즐을 설치하고, 용강의 출강개시전에 상기 노즐을 통해 적절한 선속도(Vm), 압력(Pm) 및 유량(Q)이 개스 취입조건으로 개스를 취입하여 출강류를 제어하는 전로출강시 용강류의 제어방법에 관한 것이다.

이하, 본발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

제 2 도는 본 발명을 구현하기 위한 개스취입수단이 전로의 출강구 둘레에 설치되어 있는 상태를 나타내는 종단면도를, 제 3 도는 제 2 도에 나타난 전로출강구의 횡단면도를, 그리고 제 4 도는 제 3 도의 일부 확대단면도를 나타낸다. 제2도-제4도에 나타난 바와같이, 본발명을 구현하기 위한 개스취입수단(100)은 전로출강구(10) 둘레에 일정한 간격을 갖고 형성되어 있는 다수개의 노즐(32), 상기 노즐(32) 각각과 개스관통관계를 갖고 상기 노즐(32)의 외주에 형성되어 있는 개스배관(33), 및 상기 개스배관(33)과 개스관통관계를 갖도록 연결되어 개스공급원(도시되어 있지 않음)으로부터 취입개스를 개스배관(33)으로 공급하기 위한 개스공급관(34)을 포함하여 구성된다. 상기 노즐(32)은 라바노즐(Lava nozzle) 형태를 갖는 것이 바람직한데, 그 이유는 초음속을 형성할 수 있어 기포의 연속적인 죤(zone)의 확대적용이 가능하기 때문이다.

상기 노즐(32)은, 제 4 도에 나타난 바와같이, 출강구(10)의 내화물(101) 내부에 형성되는 것으로서, 개스인입부(321), 목부(322), 및 배출부(323)로 이루어지며, 본발명을 구현하기 위한 바람직한 노즐의 재질 및 규격과 노즐 주위의 내화물(101) 재질은 각각 하기표 1 및 표 2와 같다.

[표 1]

(노즐의 재질 및 규격)

[표 2]

(내화물 재질)

제2도-제4도에서, 미설명부호 "40 "은 개스죤, "41"은 기포(bubble) "111"은 출강류를 나타내며, 제 4 도에서, θ₁은 노즐경사각(convergence), θ₂는 노즐 디버전스(divergence)의 경사각, θ₃는 노즐목부(throat)에서 출강구 중심선과 수직관계에 있는 직선과 노즐의 중심선이 이루는 각을 나타낸다.

상기와 같이 구성되는 개스취입수단(100)에 의하여 본발명을 설명하면, 용강 출강개시전에 상기 개스취입수단(100)의 개스공급관(34)을 통해 공급된 취입개스를 개스배관(33)을 거쳐 노즐(32)을 통해 출강구(10)내로 일정 개스 취입조건으로 취입하면서 용강을 출강하므로서, 출강류(11)가 출강구(10)내의 내화물(101)과 접촉되지 않은 상태로 출강할 수 있고, 또한 출강류(111)의 형상을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 슬래그가 유입될 시점에는 출강류(111)이 흐름을 차단하게 된다.

본발명을 구현하기 위한 바람직한 개스취입 조건은 하기식(1)과 같이 표시되는 선속도(Vm) 이상, 하기식(2)와 같이 표시되는 압력(Pm) 이상, 그리고 하기식(3)과 같이 표시되는 유량(Q) 이하로 선정하는 것이다.

상기 식(1), (2) 및 (3)에서, X : 노즐의 목부에서 출강구 중심까지의 거리(제 4 도 참조), x : 노즐의 목부에서 출강류와 접촉하는 부위까지의 거리(제 4 도 참조), d : 노즐의 목부 내경, ρ_l: 용강의 밀도, ρ_g: 취입 개스의 밀도, H : 최하부 노즐로부터 탕면까지의 거리(제 2 도 참조), N : 노즐 수, g : 중력가속도, θ₃: 노즐목부에서 출강구 중심선과 수직관계에 있는 직선과 노즐의 중심선이 이루는 각(제 4 도 참조).

상기 식(1)에 의해 구한 선속도(Vm) 및 상기 식(2)에 의해 구한 압력(Pm)보다 작은 선속도 및 압력으로 개스를 취입하는 경우에는 용강이 노즐과 접촉하게 되므로 내화물 및 노즐이 용선되므로, 상기 식(1) 및 (2)에 의해서 각각 구한 값 이상의 선속도 및 압력으로 개스를 취입하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 식(3)에 의해서 구한 유량(Q)보다 많은 유량으로 개스를 취입하는 경우에는 상기 식(3)에 의해서 구한 유량이 출강류를 차단할 수 있는 최소 유량이므로 취입효과가 없게 되어 비경제적이므로, 본발명에 있어서 개스취입시에는 상기 식(3)에 의해서 구한 유량 이하로 취입하는 것이 바람직하다.

보다 바람직한 개스취입조건은 상기한 선속도(Vm)가 700m/sec 이하의 범위이고, 압력(Pm)이 30Kg/㎠ 이하의 범위이고, 개스유량(Q)이 1500N㎡/hr 이하로 하여 개스를 취입하는 것이다.

본발명에 있어서, 노즐을 통해 출강구내로 취입되는 개스로는 Ar, N₂, O₂, 공기 또는 이들의 혼합개스등을 들 수 있다.

본발명을 사용하여 용강을 출강하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 전로 정련후 출강하기 바로전에, 용강이 출강구 내화물과 접촉되지 않도록, 그리고 목적하는 출강류 형상을 얻도록 적절한 개스취입조건 즉, 선속도, 압력 및 유량으로 취입개스를 개스취입수단(100)의 노즐(32)을 통해 출강구(10)내로 취입하면서 용강을 래들내로 출강하며, 슬래그의 유입이 우려되는 시점에서는 최대 유량, 바람직하게는, 상기 식(3)으로 계산된 유량으로 취입하므로서 출강류의 흐름이 차단되게 된다.

상기와 같이 개스를 취입하므로서, 출강류의 형태가 제어되고, 출강류의 형상이 제어되므로서 연속적인 기포(41) 생성에 의해 노즐(32)과 출강류(111) 사이에 개스죤(40)이 존재하게 된다.

상기에서는 전로출강시 출강류를 제어하는 방법에 대해서만 기술하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 턴디쉬등과 같이 용탕을 받아 다른 용기로 출탕하는 모든 경우에도 적용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

제 5 도의 수모델(Water model)장치를 사용하여 본 발명을 구현하는 실험을 행하였다. 제 5 도에서, 부호, 301 : 래들, 302 : 노즐, 303 : 공기죤, 304 : 스트림(stream), 305 : 개스공급원을 나타낸다. 본 실험에서는 개스로는 N₂를 사용하고, 유체로는 물을 사용하였으며, 노즐의 수는 98개였다. 상기 N₂의 밀도(ρ_g)는 1.2057×10^-3/㎤이고, 노즐 내경(d)는 1.0㎜, 최하부 노즐부터 평면까지의 높이(H)는 550㎜, 노즐의 목부에서 스트림 중심까지의 거리(X)는 15㎜, 노즐목부에서 스트림과 접촉하는 부위까지의 노즐까지의 거리(x)는 3.4㎜, 노즐각도(θ₃)는 45°였다.

상기한 수모델장치 및 사용되는 개스 및 유체에 대한 데이타를 이용하여 선속도(Vm), 압력(Pm) 및 유량(Q)을 본 발명에 의해 선정된 상기 식(1)-(3)에 의해 계산한 결과, 압력(Pm)은 0.036Kg/㎠, 유량(Q)은 2.09㎥/hr, 선속도(Vm)은 23.91m/sec이였다.

본 실험에서는 선속도 23.91m/sec 이상, 유량 2.09㎥/hr 이하의 조건에서 압력을 0.05Kg/㎠까지 상승시키면서 스트림의 반경변화를 관찰하고, 그 결과를 제 6 도에 나타내었다.

제 6 도에 나타난 바와 같이, 압력이 증가함에 따라 스트림의 반경이 감소하고, 압력이 감소함에 따라 스트림의 반경이 증가됨을 알 수 있는데, 이는 본 발명에 따라 취입개스의 선속도, 유량, 및 압력을 적절히 제어함으로써 출강류를 제어할 수 있음을 의미하는 것이다.

상술한 바와같이, 본 발명은 노즐을 통해 일정한 개스 취입 조건으로 개스를 출강구내에 취입하므로서 출강류의 형성제어가 가능하여 출강류 형상의 불규칙에 의해 야기되는 슬래그 유입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 출강류의 현상이 제어되므로서 노즐과 출강류 사이에 개스죤이 존재하게 되어 출강류가 출강구의 내화물 및 노즐과 직접 접촉되지 않아 출강류에 의한 노즐 및 내화물의 마모나 변형 현상이 일어나지 않으므로 출강구를 교환하거나 보수할 필요가 없는 효과가 있는 것이다. 또한, 본발명은 기포의 연속적인 형성에 의해 와류현상에 의한 슬래그 유입을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 전로정련후 전로의 출강구를 통해 용강을 전로에서 래들로 출강하는데 있어서, 상기 전로출강구 둘레에 다수개의 노즐을 설치하고, 용강의 전로 출강 개시전에, 상기 노즐을 통해 하기식(1)과 같은 선속도(Vm) 이상, 하기식(2)와 같은 압력(Pm) 이상, 및 하기식(3)과 같은 유량(Q) 이하의 조건으로 개스를 취입하여

   출강류를 제어하는 것을 특징으로 하는 용강의 전로출강시 출강류의 제어방법.