KR970009086B1 - 용강의 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용강의 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기

제1도는 본 발명에 따른 제강용 용기의 내부 사시도.

제2도는 제1도의 「A」부 상세도.

제3도는 본 발명에 부합되는 다른 제강용 용기의 유출구 부근을 확대 도시한 사시도.

제4도는 본 발명에 부합되는 또 다른 제강용 용기의 유출구 부근을 확대 도시한 사시도.

제5도는 본 발명에 부합되는 또 다른 제강용 용기의 유출구 부근을 확대 도시한 사시도.

제6도는 본 발명에 부합되는 또 다른 제강용 용기의 유출구 부근을 확대 도시한 사시도.

제7도는 종래 및 본 발명에 따른 제강용 용기에 적용된 수모델 실험 장치의 개략 구성도.

제8도는 (a)는 종래의 모형 레이들의 유출구로 부터 유출되는 과정에서 레이들내의 유체를 다중 노출 기법으로 촬영한 사진.

(b)는 본 발명에 다른 모형 레이들의 유출로 부터 유출되는 과정에서 레이들내의 유체를 다중 노출기법으로 촬영한 사진.

제9도는 종래의 모형레이들 내의 유체가 유출시 잔류 유체량의 경시 변화를 나타내는 그래프.

제10도는 본 발명에 따른 제강용 용기내의 유출시 잔류 유체량의 경시 변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 용강의 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기 저면에 형성되어 있는 유출구 부근에 댐을 설치하여 용강 출강시 와류 생성을 억제할 수 있는 제강용 용기에 관한 것이다.

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

이때, 용선 또는 용강(이하, 단지'용강'이라함)이 저면에 출강구가 구비되어 있는 전로 또는 레이들과 같은 용기로 부터 다른 용기로 출강되는 과정에서 소용돌이치는 와류(vortex)현상이 발생하게 된다.

일반적으로 용기로 부터 유체를 용기 내경에 비해 현저히 작게 뚫린 유출구로 방출시키는 대부분의 경우 유출구를 열기전에 이미 용기내의 유체가 각 운동량을 가지고 있는데, 특히 제강 공정중에서 레이들내용강의 경우는 전로로 부터 출강되어 온것이기 때문에 항상 상당한 정도의 각 운동량을 가지고 있다.

이 각 운동량이 와류현상의 근본적인 원인이다.

이 회전유동에 의해 용기 저면에 위치한 유출구 상단에서 발생되는 와류는 유체 계면이 점차 보조개처럼 음푹 패어 들어가게 한다.

시간이 경과하면서 회전이 강해지는데 이로인해 계면 중심부 형상 변화가 심화되며, 좁고 긴 깔대기 모양처럼 공기와핵(vortex air core)이 유출구를 향해 늘어나고 이것이 결국엔 유출구에 까지 이르게 된다.

이 현상이 제강공정 중에서는 다음 공정 단계로의 간헐적이거나 계속적인 슬래그 유입을 야기하게 되며, 이러한 슬래그의 유입은 제품의 질을 떨어뜨리고 작업성의 저하 및 실수율을 감소하는 등의 악 영향을 미치게 되는 것이다.

따라서, 이와 같은 각 운동량을 소산시켜 와류 생성을 억제하기 위해서는 출강된 용강을 아주 오랫동안 안정시켜야만 하는데, 실제 제강공정상 용강을 오랫동안 안정시킨다는 것은 불가능하므로 이렇게 용강의 각운동량을 완전히 소산시켜 와류 생성을 억제하는 것은 매우 곤란하다.

이에 상기 와류 형성에 의한 슬래그의 유입등으로 발생되는 제품의 품질 저하를 방지하고자 종래에는 여러 가지 방법이 시도되었다.

예를 들면, 용기내의 유출구의 크기를 변화시켜 보거나 유출구의 위치를 용기 중심이외의 장소로 이동시키는 방법, 가스취입을 이용하는 방법, 와류를 억제하는 방향으로 자기장을 부여하는 방법 및 슬래그 커트 볼(slag-cut ball) 투입을 이용하는 방법 등을 들 수 있다.

그러나, 상기 방법들은 실제 조업에 있어서는 와류 생성을 근본적으로 억제하지 못할 뿐만 아니라 여전히 와류에 의한 슬래그혼입이 계속되는 문제점이 있었다.

상기한 방법들 이외에도 종래의 슬래그 유출 방지를 위한 방법들이 국내 공개 특허 공보 제84-2455호, 제84-4171호, 제84-4786호, 제87-3210호, 제88-7751호 및 국내 특허 공고 제89-2028호 등에 제시되어 있다.

그 대표적인 예로서, 국내 특허 공고 제89-2028호에는 슬래그 유출방지 장치가 제시되어 있는데, 이장치는 출강용기의 출강구 직상부에 확개 형성된 웅덩이에 출강구 개폐 제어용 구동장치를 마련하고, 센서를 이용하여 슬래그의 유출을 감지한후 상기 개폐제어용 구동장치를 작동시켜 슬래그 유출을 방지하는 장치에 관한 것이다.

그러나, 상기 장치를 이용한 방법도 잔류 용강이 아직 많이 남아있는 상황임에도 불구하고 와류에 의해 용강과 슬래그의 계면이 일찍부터 깔대기 모양으로 형성되어 이것이 심화됨에 따라 출강구쪽으로 돌출한 깔대기 모양의 계면 끝부분이 출강구로 흡입되어 슬래그가 혼입되기 시작하였다.

또한, 이 시점에 출강구를 차단하므로 개폐장치의 조기차단에 의한 잔류 용강의 양이 커서 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 이외에도 슬래그 유출 시점 감지의 부정확성에 의해 근본적으로 용기내의 용강이 와류 생성을 억제하지 못하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 제강공정중 용강의 출강시 용기내의 와류 생성을 원천적으로 억제하여 슬래그의 유출을 방지하므로서 품질을 더욱 향상시키는 한편 용기내의 잔탕을 최소화하여 생산성을 높일 수 있는 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저면에 유출구를 구비하며 용강을 하부로 출강시키는 제강용 용기에 있어서, 상기 유출구의 원주방향을 따라 다수개의 댐이 설치되고, 상기 댐은 용기 내부 저면과 수직을 이루는 동시에 상기 유출구를 중심으로 하여 방사형으로 형성되어 구성되는 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명한다.

제1도 내지 제2도에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명은 저면에 유출구(1)를 구비한 통상의 제강용 용기(3)에 적용할 수 있는데, 통상적인 제강용 용기(3)의 유출구(1)는 용기(3)의 중심부로 부터 반경의 2/3 정도에 위치하여 용기(1)의 내부 저면부에 형성된다.

제강용 용기(3)내에 수강된 용강의 출강시 상기 유출구(1)에는 상당한 세기의 와류가 생성되게 되므로 상기 댐(2)은 유출구(1)를 중심으로 설치된다.

또한, 상기 댐(2)는 용강의 양과 용기(3) 및 유출구(1)의 크기에 따라 그 수를 달리하여 적절히 조정 설치되며, 그 높이 및 길이도 적절히 선택될 수 있는 것이다.

또한, 상기 댐(2)는 유출구(1)측으로부터 멀어질수록 그 높이가 낮아지는 형태로 할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 제2도에 나타난 바와같이, 종단면으로 보아 5각형의 형상을 이루고 있지만 다른 형태로 할 수도 있다.

즉, 본 발명에서 사용되는 댐(2)의 형태는 저면과 인접한 양측면은 저면과 수직하고, 상부면의 일부는 일정한 수평면(2a)를 이루면서 유출구(1)측으로부터 멀어질수록 그 높이가 낮아지는 테이퍼부(2b)로 이루어지는 5각형형태가 보다 바람직하다.

이러한 댐(2)은 보통 내화물로 이루어지지만 본 발명에서는 내화물 구조에만 한정되지 않고 고온에서 용강의 회전 유동의 발달을 방지할 수 있는 재료이면 충분하다.

제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제강용 용기의 유출구 부분에 설치된 댐의 모습을 확대한 사시도를 나타낸 것으로서 제2도의 경우와는 달리, 제3도에서는 각 댐(2)의 크기가 일정하지 않은 형태로 설치되어 있다.

다시 말하면, 본 발명의 댐(2)은 반드시 유출구(1)를 중심으로 하여 방사형을 이루며 용기(3)의 저면과 수직을 이루도록 설치되기만 하면 되며 상기 댐(2)의 크기는 일정한 필요가 없다.

제4도 및 제5도는 전술한 경우와는 달리 각 댐(2)이 유출구(1)를 중심으로 방사형을 이루는 동시에 서로 대향하여 설치되어 구성되는 보다 바람직한 예로서, 이 경우도 물론 각댐(2)의 크기는 일정할 필요가 없다.

즉, 유출구 주변의 환경 등을 고려하여 각댐의 크기를 설정할 수 있는 것이다.

제6도는 제2도 내지 제5도의 경우와는 달리 각댐(2)이 원주방향으로 일정한 간격으로 형성되지 않고 각댐(2)사이의 간격이 일정하지 않게 설치되어 구성되는 것으로서, 본 발명에서 제강용 용기(3)의 유출구(1)부근에 설치되는 댐(2)은 서로 일정한 간격을 유지할 필요가 없다.

즉, 유출구(1) 주변의 환경에 따라 각각의 간격을 달리할 수도 있는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 제7도와 같은 실험장치를 통하여 설명하면 다음과 같다.

제7도는 종래 및 본 발명에 따른 제강용 용기의 와류 생성 억제 효과를 실험하기 위한 장치의 개략도로서, 제7도에서와 같이, 제2도와 같은 댐이 형성되어 있지 않은 종래의 모형레이들(3a)을 3개의 와이어 로프(7)로 연결하고, 상기 로프(7)의 3중점이 상기 모형 레이들(3a)의 연장 축 선상에 위치하도록 하여 약 4m 높이로 설치된 크레인(4)에 상기 모형 레이들(3a)을 토션 엘레멘트(6)로 매달았다.

또한, 상기 토션엘레멘트(6)와 상기 크레인(4) 사이에는 P/C(9)에 데이타선이 연결되어 있는 유량 계측을 위한 로드셀(8)을 부착연결하고, 상기 로드셀(8)의 상단 및 하단에는 유니버셜 조인트(11)를 장착하며 상기 모형 레이들(3a)이 정확히 지구 중심을 향해 수직으로 매달리도록 하였다.

이와같이 수직을 맞춘 모형 레이들(3a)의 유출구에는 개폐 가능한 전자식 밸브(도시되어 있지 않음)를 설치하고, 상기 전자식 밸브는 적외선 원격 조정 시스템(도시되어 있지 않음)을 통하여 ON-OFF를 원격제어할 수 있도록 하였으며, 상기 모형 레이들(3a)의 유출구로 부터 유출되는 유체를 받을 수 잇는 저장탱크(5)를 상기 모형 레이들(3a)의 직하부에 마련하였다.

또한, 상기 모형 레이들(3a)의 앞쪽에 카메라(10)를 설치하여, 상기 모형레이듈(3a)의 내부내 유체의 계면현상을 촬영할 수 있도록 하였다.

이와 같이 구성된 실험장치를 통하여 유체가 유출되는 과정에서 모형 레이들(3a)의 유체를 다중노출기법으로 촬영하고, 그 결과를 제8도(a)도에 나타내었다.

또한, 유출후 잔류되는 유체의 양을 상기 로드셀(8)로부터 시간의 변화에 따라 계측하고, 그 결과를 제9도에 나타내었다.

한편, 제2도와 같은 댐이 형성되어 있는 본 발명의 모형 레이들에 대하여 상기 실험방법과 동일한 방법으로 실시하여, 유체가 유출되는 과정에서 모형 레이들내의 유체를 촬영하고, 또한 이때 시간에 따라 변화되는 잔류 유체량과의 관계를 각각 제8도(b) 및 제10도에 나타내었다.

제8도의 (a)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 댐이 형성되지 않은 종래의 모형 레이들의 경우에는 와류에 의해 수표면의 중심부가 유출구 쪽으로 깊이 패어들어 갔는데, (사진에서 세로로 밝은 부분), 이는 유출이 시작된 후 짧은 시간 이후 공기와 핵이 생성되었음을 알 수 있다.

이에 반하여, 제8도(b)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 댐이 형성되어 있는 모형 레이들의 경우에는 모형레이들의 유체가 거의 다 유출될때까지 계면이 패이지 않고 수평상태(사진에서 가로 줄무늬)를 유지함을 알 수 있다.

이러한 사실은 시간이 경과함에 따라 모형 레이들내의 잔류 유체량의 변화관계를 도시한 그래프인 제9도 및 제10도를 통하여 보다 정량적으로 잘 확인되고 있다.

제9도 및 제10도의 그래프에서 시간과 수표면의 높이는 무차원화된 것이고, 화살표는 와류에 의해 유출구 쪽으로 패여 들어간 수표면 중심부가 유출구를 통과하는 시점을 나타낸다.

제9도에 나타난 바와 같이, 종래의 모형 레이들의 경우에 있어서는 80% 이상의 유체가 아직 유출되지 않았음에도 불구하고 수표면의 중심부가 유출구를 통과할 정도로 깊이 패어 들어간것을 알 수 있는 반면에, 제10도에 나타나 바와 같이, 본 발명의 모형 레이들의 경우에는 96% 이상의 유체가 유출되는 4% 정도의 잔류 유체량이 있는 시점에 도달한 후 비로서 수표면의 중심부가 유출구를 통과해 나감을 알 수 있다.

또한, 제9도 및 제10도를 통해서 알 수 있는 바와같이, 유출이 완료되는 시점을 비교할 때 본 발명에 따른 모형 레이들을 사용한 경우가 종래의 모형 레이들을 사용한 경우보다 유출이 더 일찍 완료됨을 알 수 있다.

이러한 사실로 미루어 볼 때, 본 발명의 제강용 용기를 사용하면 출강 조기에 종료할 수 있을 뿐만 아니라 슬래그 층이 출강구에 도달하기 전가지 계속해서 출강작업이 가능해지므로 잔탕의 큰 감소를 이룰 수 있는 잇점이 있다.

이와 같이 본 발명의 제강용 용기를 수모델 실험을 통하여 얻은 효과를 실제 제강공정의 출강 작업에 적용하여 확인한 결과, 슬래그의 혼입을 사전에 방지할 수 있었으며, 또한 조기 출강 및 최정잔탕량도 크게 감소하였다.

상술한 바와같이, 본 발명의 제강용 용기에 의하면, 제강공정중 출강 작업시 용강의 와류 생성을 방지하므로서, 용강내 부유하고 있는 슬래그의 혼입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 출강속도를 증가시킬 수 있으며 또한 출강후 잔류 용강량이 크게 감소되어 생산성 향상에도 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 저면에 유출구(1)를 구비하여 용강을 하부로 출강시키는 제강용 용기(3)에 있어서, 상기 유출구(1)의 원주 방향을 따라 다수개의 댐(2)이 설치되고, 상기 댐(2)은 용기(3)의 내부 저면과 수직을 이루는 동시에 상기 유출구(1)를 중심으로 하여 방사형으로 형성됨을 특징으로 하는 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기.
2. 제1항에 있어서, 상기댐(2)은 유출구(1)측으로부터 멀어질수록 그 높이가 낮아짐을 특징으로 하는 와류생성억제가 가능한 제강용 용기.
3. 제2항에 있어서, 상기 댐(2)은 저면과 인접한 양측면은 저면과 수직하고 상부면의 일부는 일정한 수평면(2a)을 이루면서 유출구(1)측으로 부터 멀어질수록 그 높이가 낮아지는 테이퍼부(2b)로 이루어지는 5각형형태임을 특징으로 하는 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기.
4. 제2항에 있어서, 상기 댐(2)은 그 크기가 다름을 특징으로 하는 와류 생성억제가 가능한 제강용 용기.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 상기 댐(2)은 설치간격이 불치간격이 불균일 함을 특징으로 하는 와류생성억제가 가능한 제강용 용기.