WO2013168983A1 - 청정강 제조 장치 및 이를 이용한 정련 방법 - Google Patents

청정강 제조 장치 및 이를 이용한 정련 방법 Download PDF

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WO2013168983A1
WO2013168983A1 PCT/KR2013/003986 KR2013003986W WO2013168983A1 WO 2013168983 A1 WO2013168983 A1 WO 2013168983A1 KR 2013003986 W KR2013003986 W KR 2013003986W WO 2013168983 A1 WO2013168983 A1 WO 2013168983A1
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mold
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siphon
supplied
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PCT/KR2013/003986
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조중욱
이해건
김상준
강윤배
박인범
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포항공과대학교 산학협력단
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    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
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    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/116—Refining the metal
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing clean steel, and more particularly, to effectively remove nonmetallic inclusions in molten metal and to prevent turbulence formed when transferring molten metal to a mold through droplet metalization and bubble cleaner technology.
  • the present invention relates to a clean steel manufacturing apparatus using a siphon tundish technology and a refining method using the same.
  • the continuous casting method of steel has been widely used all over the world since the 1960s, and has many advantages over the previous ingot method, so in Korea and other major steel manufacturing countries, more than 90% of steel products are manufactured using the continuous casting method. have.
  • Continuous casting equipment for steel is arranged in order of ladle, tundish, mold, and strand, and molten steel is used between the ladle, tundish, and tundish and mold by using the nozzle of immersion type. Move it.
  • the main role of the tundish in the continuous casting process is a buffer for smoothly supplying the molten steel contained in the ladle into the mold, and the refining function of the tundish remains at a degree that promotes the separation of nonmetallic inclusions in the molten steel. .
  • the capacity of the tundish is limited to less than 100 tons of molten metal.
  • Secondary refining is carried out by laminating molten steel in ladle, and it is divided into three methods of vacuum treatment, slag treatment and gas blowing according to the refining method.
  • Vacuum treatment is a method of removing impurities in molten steel by exposing the molten steel to a vacuum atmosphere by placing the entire ladle in a vacuum vessel or placing a vacuum vessel on top of the ladle and then immersing the nozzle to circulate the molten steel.
  • the slag treatment is a method of absorbing impurities in molten steel into slag by putting synthetic slag of composition having excellent impurity absorption capability into the molten steel surface or inside the steel.
  • Gas blowing is a method of removing a large number of porous refractory plugs at the bottom of a ladle to blow inert gas bubbles such as argon (Ar) to attach inclusions in the molten steel to the rising bubbles.
  • inert gas bubbles such as argon (Ar)
  • reaction interface As a result of closely examining the efficiency of the conventional steelmaking refining process as described above, the inventors have found the following problems in terms of reaction interface.
  • RH which is a secondary vacuum refining reactor of a typical vacuum treatment method
  • the flow rate of molten metal in the mold is extremely unstable as the molten metal flows into the mold in a state where the flow rate of the molten metal is largely different in a general player.
  • the fluctuation of the mold surface or the free surface of the mold is increased, drift occurs, and the liquid or solid mold powder in the mold surface is mixed into the mold, and various non-metallic inclusions contained in the molten metal are injured on the surface of the mold.
  • the product is mixed inside the mold to cause a defect of the product.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, molten metal droplet device for removing the non-metallic inclusions of molten metal by dropletizing the molten metal supplied from the ladle and passing it through the slag layer. And a bubble cleaner device positioned at a lower end of the molten metal droplet forming apparatus and generating a micro bubble in the molten metal to be mixed with the molten metal so as to remove nonmetallic inclusions of the molten metal, and located at the lower end of the bubble cleaner device.
  • a siphon tundish device for stabilizing the molten metal of the molten metal supplied to the mold, and a deposition nozzle unit for supplying the molten metal passed through the siphon tundish device to the mold; provides a clean steel manufacturing apparatus comprising a Its purpose is to.
  • the object of the present invention is to enable rapid and economical refining of molten metal using the clean steel manufacturing apparatus.
  • a molten metal droplet device for dropleting the molten metal supplied from the ladle and passing it through the slag layer to remove the non-metallic inclusions of the molten metal;
  • a bubble cleaner device positioned at a lower end of the molten metal droplet forming apparatus and generating fine bubbles in the molten metal to be mixed with the molten metal so as to remove non-metallic inclusions of the molten metal;
  • an immersion nozzle unit for supplying a molten metal that has passed through the bubble cleaner device to a mold.
  • molten metal droplets apparatus for dropleting the molten metal supplied from the ladle and passing it through the slag layer to remove the non-metallic inclusions of the molten metal;
  • a siphon tundish device positioned at a lower end of the molten metal droplet forming apparatus and configured to stabilize a hot water surface of the molten metal supplied to a mold;
  • a deposition nozzle unit for supplying a molten metal that has passed through the siphon tundish device to a mold.
  • molten metal droplets apparatus for dropleting the molten metal supplied from the ladle and passing it through the slag layer to remove the non-metallic inclusions of the molten metal;
  • a bubble cleaner device positioned at a lower end of the molten metal droplet forming apparatus and generating fine bubbles in the molten metal to be mixed with the molten metal so as to remove non-metallic inclusions of the molten metal;
  • a siphon tundish device positioned at a lower end of the bubble cleaner device and stabilizing a molten metal of molten metal supplied to a mold;
  • a deposition nozzle unit for supplying a molten metal that has passed through the siphon tundish device to a mold.
  • the molten metal droplet dropping device is a container body, a nozzle for introducing the molten metal of the ladle into the container body, a pole and pad for dropleting the molten metal flowing from the nozzle, the atmosphere of the container body in a vacuum state And a slag layer for removing nonmetallic inclusions of the molten metal that has been dropleted.
  • the bubble cleaner device is a sliding gate nozzle, a gas supply unit disposed at the lower end of the sliding gate nozzle, a deposition nozzle disposed at the lower end of the gas supply unit, the deposition nozzle is designed to be immersed in the lower tap container during operation, the gas The gas supplied from the supply unit is mixed with the molten metal in the deposition nozzle and flows, and a tundish for allowing the gas to collide / attach with the non-metallic inclusions in the molten metal to rise.
  • the siphon tundish device receives and stores molten metal supplied from the deposition nozzle, the tundish is installed on the side of the mold higher than the level of the molten metal of the molten metal accommodated in the mold, the tundish A siphon conduit for supplying the molten metal of the tundish to the mold by the difference between the level of the molten metal of the tundish and the level of the molten metal of the mold, and when the siphon conduit is filled with molten metal, the molten metal into the mold It characterized in that it comprises a sliding gate valve to adjust to supply.
  • Molten metal can be dropleted in an extremely simple way, and it can be easily applied by adding refractory poles and pads to tundish used in existing processes.
  • the size and distribution of the droplets can be easily controlled by adjusting the shape of the pad, the rate of molten steel falling at the point of impact with the pad, and the diameter of the nozzle. After the impact, some of the molten metal's kinetic energy remains in the droplets, causing vigorous flow of the molten metal in the droplets. Then, during the free fall, the molten metal droplets continuously move, shrink, expand and separate. As a result, the interface between the droplets and the atmosphere gas or between the droplets and the slag becomes wider and more active than in the conventional process.
  • dissolved gas (N, H, O, etc.) components are quickly removed when the molten metal droplets are scattered freely in a vacuum or inert atmosphere. This is because not only the interface between molten steel and the atmosphere is significantly increased as compared to the conventional refining reactor, but also because the interface moves actively in the process of droplets scattering and falling, impurity components can be easily exposed to the interface and removed. to be.
  • the non-metallic inclusions are easily exposed to the surface of the droplet during the falling of the molten metal droplets.
  • the internal inclusions must move relatively long in order to separate and float and be exposed to the interface. Therefore, if the inclusions are minute, the apparent density difference with the molten steel is not large, or the molten steel flow is activated in the opposite direction to the interface. This requires a long time even if the inclusions become difficult or reach the interface.
  • the inclusions are used to reduce the interfacial energy between the molten metal and the inclusions. It is quickly exposed to the surface.
  • the dropletized molten metal can remove impurities such as sulfur (S) remaining in the molten metal and nonmetallic inclusions exposed on the surface by a rapid interfacial reaction when passing through the slag layer.
  • impurities such as sulfur (S) remaining in the molten metal and nonmetallic inclusions exposed on the surface by a rapid interfacial reaction when passing through the slag layer.
  • the nonmetallic inclusions are rapidly dissolved into the slag layer to achieve chemical equilibrium, or transferred to the slag layer to reduce the interfacial energy, thereby easily removing the nonmetallic inclusions in the molten metal.
  • the refinement of the molten metal in the droplet state when applying the present invention Since the reaction is completed, the collected molten metal can be quickly moved to the mold, thereby simplifying the structure of the tundish and reducing the temperature loss by shortening the moving path of the molten metal.
  • the siphon tundish device it is possible to control the molten metal flow rate by controlling the height difference of the molten metal, thereby eliminating the need for a separate device such as a stopper rod, and in terms of operation and quality caused by the strong turbulence generated in the mold.
  • the side effects can be eliminated at the source and the mass transfer of molten metal is possible, thereby increasing the production capacity.
  • Figure 1 shows the main components of the molten metal droplet device according to the present invention.
  • Figure 2 shows the main components of the bubble cleaner device according to the present invention.
  • Figure 3 shows the main components of the siphon tundish device according to the present invention.
  • FIGS. 1 to 3 show the main components of the clean steel manufacturing apparatus according to the present invention
  • Figure 1 is a view showing the major components of the molten metal droplet device
  • Figure 2 shows the major components of the bubble cleaner device 3 is a view showing the main components of the siphon tundish device. The following will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the molten metal droplet apparatus 200 shown in FIG. 1 includes a container body 240 capable of controlling the atmosphere of receiving molten metal from the ladle 100 and supplying the molten metal to the mold, and the molten metal of the ladle 100.
  • a nozzle 210 for flowing into the main body 240 and a pawl 230 and a pad 220 for dropleting the molten metal flowing from the nozzle 210 are provided.
  • Slag layer 250 for removing is characterized in that it is provided.
  • the molten metal ejected through the nozzle 210 impinges on the pad 220 at a specific speed, which may be considered as the velocity at the nozzle 220 outlet (calculated by Bernoulli's theorem) and the acceleration during free fall. .
  • Molten metal of the ladle 100 is introduced through the nozzle 210, the molten metal is changed into a molten metal in the form of film or molten metal droplets as the introduced molten metal collides with the pad 220.
  • the molten metal After the molten metal collides with the pad 220 and leaves the surface of the pad 220, the molten metal exhibits a film shape or a droplet shape.
  • the molten metal gradually transitions from the film shape to the droplet shape.
  • most of the film-like molten metal is transferred to the molten metal shape in which the molten metal collides with the slag layer 250.
  • the shape and distribution of the dropletized molten metal may be controlled according to the shape of the pad 220, and may be controlled by the amount of molten metal introduced from the nozzle 210 and the potential energy of the molten metal.
  • the shape of the molten metal after the impact on the pad 220 is determined according to the physical properties of the molten metal (density, interfacial tension, viscosity, etc.) and operating conditions (kinetic energy of the molten metal when colliding with the pad).
  • a lower portion of the molten metal droplet forming apparatus 200 may further include a support device for moving up and down, and the melt flows from the nozzle 210 by moving the support device up and down.
  • the potential energy of the metal can be controlled.
  • the nozzle changer may be attached to the lower end of the ladle 100, through which the amount and the distribution of the molten metal droplets can be controlled by adjusting the amount of molten metal flowing from the nozzle 210.
  • the molten metal that is dropleted is scattered while falling freely, whereby dissolved gases (N, H, O, etc.) and inclusions can be removed.
  • various gas components such as N, H, and O are dissolved as impurities.
  • the equilibrium concentrations (solubility) of these components are determined by pressure and temperature, but the operating temperature cannot be changed unintentionally, so the concentration can be adjusted by changing the pressure.
  • the solubility of biatomic molecular gases such as N, H, O, etc. is proportional to the square root of the partial pressure of the gas at a given temperature. Therefore, if the atmosphere is changed to inert (Ar, etc.) or vacuum, theoretically, most gas components can be removed from the molten metal.
  • the molten metal droplet apparatus 200 is characterized in that the atmosphere can be controlled, the cover portion 260 is provided on the upper portion of the container body 240, the cover portion 260 in the vacuum of the atmosphere of the container body It is provided with a pump unit to be made, the cooling unit for cooling the cover portion 260 may be further provided. Due to such a vibration atmosphere, the above-described dissolved gas removal can be efficiently performed.
  • the slag layer 250 is characterized by having a refining ability, the composition of which is well known to those skilled in the art may be used.
  • Falling dropletized molten metal is passed through the slag layer 250, while non-metallic inclusions in the molten metal dropletized during the drop are exposed to the outside (gas / molten metal interface), the molten molten metal is slag
  • Nonmetallic inclusions are transferred to the slag layer 250 between the layers 250. This is because the direction of reducing the free energy of the system (System). That is, rather than forming only an interface with the molten metal in the molten metal in which the non-metallic inclusions are droplets, it is much lower in energy to form an interface with the gas or slag by exposing to the surface or moving to the slag. Melting at) lowers the energy even more.
  • S sulfur
  • the pad 220 may have various shapes, such as a horizontal shape, a shape in which the surface in contact with the molten metal is convex downward, a shape in which the surface in contact with the molten metal is convex upward, and the like. It may be a variety of shapes, such as the shape introduced.
  • the pole 230 and the pad 220 are made of a refractory material to suppress physical (thermal shock, erosion) / chemical (reaction, wetting) damage caused by molten metal.
  • the bubble cleaner device 300 shown in FIG. 2 is largely provided with a sliding gate 310 for controlling the flow of molten metal passing through the molten metal droplet forming apparatus 200 and a gas supply unit disposed at a lower end of the sliding gate 310.
  • a gas supply unit disposed at a lower end of the sliding gate 310.
  • 320, the deposition nozzle 330 disposed at the lower end of the gas supply unit 320 and the gas supplied from the gas supply unit 320 are mixed with the molten metal in the deposition nozzle 330, and the gas flows in the molten metal.
  • It consists of a tundish 340 to be able to collide / attach with non-metallic inclusions to rise.
  • the bubble cleaner device 300 is a technique for generating microbubbles in an existing process and mixing them vigorously with molten metal to efficiently attach nonmetallic inclusions in the molten metal to the microbubbles.
  • the gas supply unit 320 is provided at the place where the intense molten metal turbulence is formed, and when inert gas (arcon, nitrogen, etc.) is introduced therein, the microbubbles can be formed in the molten metal due to the turbulent energy of the molten metal.
  • the position of the gas supply unit 320 may be near the sliding gate 310, but the optimal position is a point where intense molten metal turbulence is formed.
  • the generated micro-bubbles are mixed vigorously with the molten metal in the deposition nozzle 330 flows to the tundish 340.
  • the nonmetallic inclusions in the molten metal collide with the bubbles, and the probability of nonmetallic inclusions being attached to the microbubbles after the collision is very high.
  • the fine bubbles attached to the non-metallic inclusions are floated while flowing to the tundish 340, by using this principle it is possible to effectively remove the non-metallic inclusions.
  • the bubble cleaner device 300 can generate and mix microbubbles in the molten metal in an extremely simple manner, it may be easily inserted into an existing process. In addition, the collision probability of the nonmetallic inclusion and the microbubbles is very high, it is possible to efficiently remove the nonmetallic inclusion.
  • the bubble cleaner device 300 was tested in several models, and the removal efficiency of the nonmetallic inclusion was found to be 60% or more.
  • the siphon tundish device 400 shown in FIG. 3 largely accommodates and stores molten metal supplied from the deposition nozzle 330, and the molten metal level of the received molten metal is higher than that of the molten metal of the mold 500.
  • the molten metal of the tundish 340 and the molten metal accommodated in the tundish 340 are formed by the difference between the level of the hot water surface of the tundish 340 and the hot water surface of the mold 500.
  • the siphon tundish device 400 transfers molten metal from the tundish 340 to the mold 500 using the siphon principle, thereby eliminating side effects caused by casting process and cast quality caused by turbulence in the mold. Technology.
  • the tundish 340 and the mold 500 are connected to the siphon conduit 410, and the tundish 340 and the mold 500 adjust the height difference of the molten metal surface to transfer the molten metal.
  • the molten metal transfer is possible even with a small difference in the water surface height, thereby providing a very stable molten metal flow.
  • the stopper rod is unnecessary, and it is possible to fundamentally eliminate operational and quality side effects caused by strong turbulence in the mold 500.
  • the mass transport of molten metal is possible without the turbulence problem in the mold 500, it is possible to increase the production capacity.
  • the nozzle In order to supply the molten metal into the mold 500, the nozzle should be in the form of an immersion nozzle in the form of a nozzle, and the deposition nozzle part 510 is shown in FIG.
  • FIGS. 4 to 6 show the main configuration of the clean steel manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The following will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
  • Embodiment 1 is a clean steel manufacturing apparatus composed of a molten metal droplet device 100, bubble cleaner 200, immersion nozzle 510.
  • the molten metal droplet forming apparatus 100 operates in the following order. Molten metal is supplied through the nozzle 210 of the ladle 100. The supplied molten metal falls on the pad 220 to induce the molten metal to be dropletized or filmed by the collision energy. After colliding with the pad 220, dissolved gas is removed while dropletized or filmed molten metal is scattered. At this time, the effect is increased when the atmosphere of the container body 240 is in a vacuum state. The molten metal in which the dissolved gas is removed is subjected to the process of removing the non-metallic inclusions exposed to the surface of the molten metal while passing through the slag layer 250 again.
  • the bubble cleaner device 200 is located at the bottom of the molten metal droplet device 100 and acts in the following order.
  • Molten metal having passed through the molten metal droplet forming apparatus 200 forms intense molten metal turbulence directly under the sliding gate 310 of the deposition nozzle 330.
  • the gas supply unit 320 is disposed, and when inert gas is introduced, microbubbles can be formed in the molten metal due to the turbulent energy of the molten metal.
  • the generated micro-bubbles are mixed vigorously with the molten metal in the deposition nozzle 330 and flows to the tundish 340.
  • the microbubbles attached with the non-metallic inclusions are removed as they float while flowing to the tundish 340.
  • the molten metal is provided to the mold 500 through the immersion nozzle unit 510.
  • Embodiment 2 is a clean steel manufacturing apparatus composed of a molten metal droplet device 100, siphon tundish device 300, immersion nozzle 510.
  • the molten metal droplet forming apparatus 100 operates in the following order. Molten metal is supplied through the nozzle 210 of the ladle 100. The supplied molten metal falls on the pad 220 to induce the molten metal to be dropletized or filmed by the collision energy. After colliding with the pad 220, dissolved gas is removed while dropletized or filmed molten metal is scattered. At this time, the effect is increased when the atmosphere of the container body 240 is in a vacuum state. The molten metal in which the dissolved gas is removed is subjected to the process of removing the non-metallic inclusions exposed to the surface of the molten metal while passing through the slag layer 250 again.
  • the siphon tundish device 300 is located at the bottom of the molten metal droplet device 100 and acts in the following order.
  • the tundish 340 and the mold 500 are connected to the siphon conduit 410, and the molten metal is transferred from the tundish 340 and the mold 500 by adjusting the height difference of the molten metal. Since the molten metal transfer is possible, a very stable molten metal flow can be provided.
  • the molten metal is provided to the mold 500 through the immersion nozzle unit 510.
  • Example 3 is a clean steel manufacturing apparatus composed of a molten metal droplet device 100, bubble cleaner 200, siphon tundish device 300, immersion nozzle 510.
  • the molten metal droplet forming apparatus 100 operates in the following order. Molten metal is supplied through the nozzle 210 of the ladle 100. The supplied molten metal falls on the pad 220 to induce the molten metal to be dropletized or filmed by the collision energy. After colliding with the pad 220, dissolved gas is removed while dropletized or filmed molten metal is scattered. At this time, the effect is increased when the atmosphere of the container body 240 is in a vacuum state. The molten metal in which the dissolved gas is removed is subjected to the process of removing the non-metallic inclusions exposed to the surface of the molten metal while passing through the slag layer 250 again.
  • the bubble cleaner device 200 is located at the bottom of the molten metal droplet device 100 and acts in the following order.
  • Molten metal having passed through the molten metal droplet forming apparatus 200 forms intense molten metal turbulence directly under the sliding gate 310 of the deposition nozzle 330.
  • the gas supply unit 320 is disposed, and when inert gas is introduced, microbubbles can be formed in the molten metal due to the turbulent energy of the molten metal.
  • the generated micro-bubbles are mixed vigorously with the molten metal in the deposition nozzle 330 and flows to the tundish 340.
  • the microbubbles attached with the non-metallic inclusions are removed as they float while flowing to the tundish 340.
  • the siphon tundish device 300 is located at the bottom of the bubble cleaner device 200 and functions in the following order.
  • the siphon principle to transfer the molten metal from the tundish 340 to the mold 500, it is possible to eliminate the side effects caused by the casting process and cast quality caused by turbulence in the mold.
  • the tundish 340 and the mold 500 are connected to the siphon conduit 410, and the molten metal is transferred from the tundish 340 and the mold 500 by adjusting the height difference of the molten metal. Since the molten metal transfer is possible, a very stable molten metal flow can be provided.
  • the molten metal is provided to the mold 500 through the immersion nozzle unit 510.

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Abstract

본 발명은 청정강 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속의 액적화 기술 및 버블 클리너 기술을 통해서 용융금속 내 비금속개재물을 효과적으로 제거하고, 용융금속을 주형으로 이송할 때 형성되는 난류를 방지하는 사이펀 턴디쉬 기술을 적용하는 청정강 제조 장치 및 이을 이용한 정련방법에 관한 것이다. 본 발명은 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치; 상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 용융금속 내에 미세기포를 생성하여 용융금속과 격렬히 혼합되도록 하여 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 버블 클리너 장치; 상기 버블 클리너 장치의 하단부에 위치하고, 주형으로 공급되는 용융금속의 탕면을 안정화 시키는 사이펀 턴디쉬 장치; 및 상기 사이펀 턴디쉬 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치를 제공한다.

Description

청정강 제조 장치 및 이를 이용한 정련 방법
본 발명은 청정강 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속의 액적화 기술 및 버블 클리너 기술을 통해서 용융금속 내 비금속개재물을 효과적으로 제거하고, 용융금속을 주형으로 이송할 때 형성되는 난류를 방지하는 사이펀 턴디쉬 기술을 적용하는 청정강 제조 장치 및 이를 이용한 정련방법에 관한 것이다.
일반적으로 강의 연속주조법은 1960년대 이후 전 세계적으로 널리 보급된 기술로서, 이전의 조괴법에 비하여 많은 장점이 있기 때문에 한국을 비롯한 주요 철강 제조국에서는 철강제품의 90% 이상을 연속주조법을 이용하여 제조하고 있다. 강의 연속주조 설비는 레이들(Ladle)과 턴디쉬(Tundish), 주형(Mold) 및 스트랜드(Strand) 순서로 배치되어 있으며 레이들과 턴디쉬 및 턴디쉬와 주형 간에는 침적형의 노즐을 이용하여 용강을 이동시킨다.
연속주조 공정에서 턴디쉬의 주된 역할은 레이들에 담긴 용강을 주형으로 원활히 공급하기 위한 버퍼(buffer)이며, 턴디쉬의 정련 기능은 용강 내에 존재하는 비금속개재물의 부상분리를 촉진하는 정도에 머무르고 있다. 대체적으로, 턴디쉬가 대형화 될수록 비금속개재물의 부상분리가 쉬워지나 턴디쉬 제작 및 가동에 비용이 많이 드는 문제점이 생겨나므로 턴디쉬의 용량은 용융금속 기준 100톤 이하로 제한된다. 턴디쉬 내 용강유동을 성공적으로 제어하여도 용융금속 내 비금속 개재물의 상당한 분량은 용강유동을 따라서 주형 내로 침투하게 되며, 용강 중의 불순물 성분원소를 별도로 턴디쉬에서 저감하는 방안은 존재하지 않는다.
*이에 따라, 통상적인 철강 제조 공정에서는 연속주조 이전의 제강 (steelmaking) 공정에서 용강을 정련(refining)하여 탄소(C), 질소(N), 수소(H), 산소(O), 황(S), 인(P)과 같은 불순물을 적정한 수준으로 낮춘 다음 레이들(Ladle)에 담아서 연속주조 공정으로 가져온다. 제강공정은 일반적으로 예비처리, 전로 및 2차정련의 3가지 단계로 나누어 진행된다. 특히 2차정련은 최종적인 강의 성분을 결정하는 가장 중요한 정련단계(refining process)이다.
2차정련은 용강을 레이들에 담아서 수행하는데, 정련방법에 따라 진공처리와 슬래그처리, 가스 블로잉(Gas blowing)의 3가지 방식으로 구분 되며, 강종 별로 이 중 일부 혹은 전부를 적용하여 정련작업을 수행한다. 진공처리는 레이들 전체를 진공용기에 집어넣거나 레이들 상부에 진공용기를 올려놓은 다음 노즐을 침적하여 용강을 선회(circulation)시키는 방식으로 용강을 진공분위기에 노출시켜서 용강 내 불순물을 제거하는 방법이다. 슬래그처리는 레이들 내 용강 탕면 혹은 용강 내부에 불순물 흡수능이 뛰어난 조성의 합성 슬래그를 넣어서 용강 중의 불순물을 슬래그 중으로 흡수하는 방법이다. 가스 블로잉은 주로 레이들 바닥에 여러 개의 다공질의 내화물 플러그를 설치하여 주로 아르곤(Ar)과 같은 불활성의 가스 기포를 불어 넣어 부상하는 기포에 용강 내의 개재물이 부착되도록 하여 제거하는 방법이다.
발명인 들은 이상과 같은 종래의 제강 정련 프로세스의 효율성을 면밀히 고찰한 결과, 반응계면 측면에서 다음과 같은 문제점이 있음을 발견하였다. 첫째, 용강 정련이 일어나는 장소인 계면(interface) 면적이 제한되어 있다. 둘째, 제한된 계면을 황(S)이나 산소(O)와 같은 계면활성원소가 차지하기 쉬우므로 여타 불순물들이 제거되기가 쉽지 않다. 셋째, 계면이 안정한 상태로 유지되기 쉬우므로 계면 부근에서의 물질이동이 지연되어 반응속도를 떨어뜨리기 쉽다. 예를 들어 대표적인 진공처리 방식의 2차 정련 반응기인 RH를 이용한 정련조업을 실시하여도 기대한 만큼의 질소(N)의 제거가 거의 일어나지 않으며, 대표적인 슬래그처리 방식의 정련 반응기인 레이들 퍼니스(ladle furnace)에서 이론적으로 필요한 양보다 훨씬 많은 슬래그를 투입하여도 용강 중의 황 (S)제거량은 기대에 미치지 못한다.
종래 용강 정련반응이 화학평형에 훨씬 못 미치는 이유는 위와 같이 반응계면이 제한되고 안정되기 때문이다. 따라서 반응계면적을 대폭적으로 늘리고, 반응계면을 활성화 시킬 경우 짧은 시간 내에 화학평형에 가까운 수준으로 정련반응이 일어나게 되므로 용강 정련 프로세스의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 턴디쉬와 주형사이의 침지노즐에서 아르곤 가스를 다량 불어 넣는 방법을 취하게 되면, 불어 넣은 아르곤 가스가 고르고 미세하게 분포하지 않게 되는 경우가 많고, 비금속개재물의 분리부상효과가 적으며, 응고된 쉘에 달라 붙어 제품의 결함이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 일반적인 연주기에서 용융금속의 유동속도가 큰 차이가 나는 상태로 용융금속이 주형의 내부로 유입됨에 따라 주형의 내부에서의 용융금속의 유동은 극히 불안정한 상태로 된다. 이로 인해 주형의 탕면 또는 자유표면의 요동이 심해지고, 편류가 발생하며, 탕면에서의 액상 또는 고상의 주형파우더가 주형의 내부로 혼입되어 용융금속의 내부에 포함되어 있던 각종 비금속개재물들이 탕면위로 부상하지 못하고 주형내부로 혼입되어 제품의 결함을 초래하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치와, 상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 용융금속 내에 미세기포를 생성하여 용융금속과 격렬히 혼합되도록 하여 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 버블 클리너 장치와, 상기 버블 클리너 장치의 하단부에 위치하고, 주형으로 공급되는 용융금속의 탕면을 안정화 시키는 사이펀 턴디쉬 장치와, 상기 사이펀 턴디쉬 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 청정강 제조 장치를 이용하여 신속하고 경제적인 용융금속 정련이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치; 상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 용융금속 내에 미세기포를 생성하여 용융금속과 격렬히 혼합되도록 하여 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 버블 클리너 장치; 및 상기 버블 클리너 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치; 상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 주형으로 공급되는 용융금속의 탕면을 안정화 시키는 사이펀 턴디쉬 장치; 및 상기 사이펀 턴디쉬 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치; 상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 용융금속 내에 미세기포를 생성하여 용융금속과 격렬히 혼합되도록 하여 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 버블 클리너 장치; 상기 버블 클리너 장치의 하단부에 위치하고, 주형으로 공급되는 용융금속의 탕면을 안정화 시키는 사이펀 턴디쉬 장치; 및 상기 사이펀 턴디쉬 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 상기 용융금속 액적화 장치는 용기 본체, 레이들의 용융금속을 상기 용기 본체로 유입하기 위한 노즐, 상기 노즐로부터 유입되는 용융금속을 액적화 시키기 위한 폴과 패드, 상기 용기 본체의 분위기를 진공상태로 유지시키기 위한 덮개부, 액적화된 용융금속의 비금속개재물을 제거하기 위한 슬래그층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 버블 클리너 장치는 슬라이딩 게이트 노즐, 상기 슬라이딩 게이트 노즐의 하단에 배치되는 가스공급부, 상기 가스공급부의 하단에 배치되는 침적 노즐, 상기 침적 노즐은 조업 중 하부 수강 용기 내에 잠기도록 설계되며, 상기 가스공급부로부터 공급된 가스는 상기 침적 노즐에서 용융금속과 혼합되어 흐르게 되고, 상기 가스가 용융금속중의 비금속개재물과 충돌/부착하여 부상할 수 있도록 하는 턴디쉬를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이펀 턴디쉬 장치는 침적 노즐로부터 공급되는 용융금속을 수용하여 저장하며, 수용된 용융금속의 탕면의 레벨이 주형의 탕면의 모듈보다 높게 상기 주형의 측방에 설치되는 턴디쉬, 상기 턴디쉬에 수용된 용융금속을 상기 턴디쉬의 탕면의 레벨과 상기 주형의 탕면의 레벨차이에 의해 상기 턴디쉬의 용융금속을 상기 주형으로 공급하기 위한 사이펀 도관, 상기 사이펀 도관에 용융금속이 채워지면 주형내로 용융금속을 공급하도록 조절하는 슬라이딩 게이트 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 청정강 제조 장치를 이용하여 용융금속을 정련하는 청정강 정련 방법을 제공하는 것이다.
극히 간단한 방법으로 용융금속을 액적화 할 수 있으며, 기존 공정에 사용되는 턴디쉬에 내화물 폴 및 패드의 추가만으로 손쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다. 액적의 크기와 분포는 패드의 형상 및 패드와 충돌하는 시점의 용강 낙하 속도, 노즐의 직경을 조절함으로써 손쉽게 제어할 수 있다. 충돌 후 용융금속의 운동에너지의 일부는 액적 내에 잔류하여 액적 내 용융금속을 격렬하게 유동시키며, 이후 자유낙하 과정에서 용융금속 액적은 끊임없이 움직이며 수축, 팽창, 분리된다. 이에 따라 액적과 분위기 가스 또는 액적과 슬래그 간의 계면은 종래 프로세스와는 비교할 수 없을 정도로 넓어지고 활성화된다.
또한, 액적화된 용융금속이 진공 혹은 불활성 분위기 상에서 자유낙하하면서 비산될 때, 용존기체(N, H, O 등) 성분이 신속하게 제거되는 장점이 있다. 이는 종래의 정련 반응기에 비교할 때 용강과 분위기와의 계면이 획기적으로 증가하는 것 뿐 아니라, 액적이 비산하고 낙하하는 과정에서 계면이 활발하게 움직이므로 불순물 성분이 쉽게 계면으로 노출되고 제거될 수 있기 때문이다.
또한, 용융금속이 액적화되어 낙하하는 과정에서 비금속개재물이 액적 표면으로 쉽게 노출된다는 장점이 있다. 종래 프로세스에서는 내부의 개재물이 분리 부상하여 계면으로 노출되기 위해서는 상대적으로 긴 거리를 이동해야만 하므로 만약 개재물이 미소하거나, 용강과의 겉보기 밀도차이가 크지 않거나, 계면과의 반대방향으로 용강유동이 활성화되는 경우 개재물이 계면에 도달하기가 어려워지거나 도달한다 하더라도 긴 시간을 필요로 한다. 반면 본 발명에서와 같이 용융금속이 액적화되어 낙하하는 경우 종래 프로세스와 비교할 수 없을 정도로 표면과 개재물간의 거리가 가까워지고 또한 계면이 활발하게 움직이므로, 용융금속과 개재물간의 계면에너지를 줄이기 위하여 개재물은 신속하게 표면으로 노출된다.
또한, 액적화된 용융금속이 슬래그층 통과시 신속한 계면반응으로 아직 용융금속 중에 남아 있는 황(S)을 비롯한 불순원소와 표면에 노출된 비금속개재물을 제거 할 수 있는 장점이 있다. 이는 앞서 용융금속과 분위기 가스간의 정련반응과 유사하게, 용융금속과 슬래그 간의 계면 면적이 종래 프로세스 대비 획기적으로 늘어날 뿐 아니라 계면에서의 물질이동이 획기적으로 촉진되기 때문이다. 비금속개재물은 상기 액적화 및 낙화과정에서 표면으로 노출되게 되므로 용융금속/비금속개재물/슬래그는 복합적인 계면을 이루게 된다. 이에 따라 슬래그 층을 통과하는 동안 비금속개재물은 화학평형을 이루기 위하여 슬래그 층으로 신속하게 용해되거나, 계면에너지를 줄이기 위하여 슬래그 층으로 옮아가게 되므로 용이하게 용융금속 중의 비금속 개재물을 제거할 수 있게 된다.
또한, 종래 조업에서의 턴디쉬 내에는 비금속개재물을 부상제거 시키기 위하여 턴디쉬 내 용융금속 유동을 강제적으로 상향시키기 위하여 댐 이나 위어 등을 설치하였으나, 본 발명을 적용할 경우 액적 상태에서 용융금속의 정련반응이 완료되므로 이후 포집된 용융금속은 신속하게 주형으로 이동시켜도 무방하므로 턴디쉬의 구조가 단순해 지며, 용융금속의 이동경로가 짧아져서 온도 손실도 줄어들게 된다.
또한, 버블 클리너 장치를 통해서 손쉽게 용융금속 내 미세기포를 생성 혼합할 수 있으며, 기존 공정에 손쉽게 적용할 수 있는 장점이 있으며, 미세기포와 비금속개재물의 충돌확률이 매우 높아 효율적으로 비금속재재물을 제거할 수 있다.
또한, 사이펀 턴디쉬 장치를 통해서, 용융금속의 탕면높이 차이 제어로 용융금속유량제어가 가능함으로써, 스토퍼 로드와 같은 별도의 장치가 불필요하고, 주형내에 발생하는 강한 난류로 인해 야기되는 조업상 및 품질상 부작용을 원천적으로 제거할 수 있으며, 용융금속의 대량이송이 가능하게 함으로써, 생산능력의 증가가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 용융금속 액적화 장치의 주요구성부위를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 버블 클리너 장치의 주요구성부위를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 사이펀 턴디쉬 장치의 주요구성부위를 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 청정강 제조장치의 주요 구성을 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 청정강 제조 장치의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 청정강 제조 장치의 주요 구성부를 나타낸 것으로, 도 1에서는 용융금속 액적화 장치의 주요구성부위를 나타낸 도면이고, 도 2는 버블 클리너 장치의 주요구성부위를 나타낸 도면이며, 도 3은 사이펀 턴디쉬 장치의 주요구성부위를 나타낸 도면이다. 이하는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 용융금속 액적화 장치(200)는 레이들(100)에서 용융금속을 공급받아 주형으로 공급하는 분위기 조절이 가능한 용기 본체(240)와, 레이들(100)의 용융금속을 용기 본체(240)로 유입하기 위한 노즐(210)과, 노즐(210)로부터 유입되는 용융금속을 액적화 시키기 위한 폴(230)과 패드(220)가 구비되고, 액적화된 용융금속의 비금속개재물을 제거하기 위한 슬래그층(250)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
노즐(210)을 통하여 분출된 용융금속은 특정 속도로 패드(220)에 부딪히게 되는데, 이 속도는 노즐(220) 출구에서의 속도 (베르누이 정리로 계산)와 자유 낙하 중 가속이 고려될 수 있다.
레이들(100)의 용융금속이 노즐(210)을 통해 유입되고, 유입된 용융금속이 패드(220)와 충돌하면서 용융금속이 필름형태의 용융금속 또는 액적화된 용융금속으로 변하게 된다. 용융금속이 패드(220)에 충돌한 후 패드(220)의 표면을 벗어나면 용융금속은 필름형상 또는 액적형상을 나타내게 되는데, 패드(220)에서 멀어지면서 점차 필름형상에서 액적형상으로 전이하게 된다. 그리고, 필름형상의 용융금속은 대부분이 슬래그층(250)과 충돌시 액적화된 용융금속 형상으로 전이하게 된다. 액적화된 용융금속의 형태와 분포는 패드(220)의 모양에 따라서 제어할 수 있으며, 노즐(210)에서 유입되는 용융금속의 양 및 용융금속의 위치에너지에 의해서 제어 할 수 있다. 또한, 패드(220)에 충돌한 후의 용융금속의 형상은 용융금속의 물성(밀도, 계면장력, 점도 등)과 조업조건(패드와 충돌할 때의 용융금속의 운동에너지 등)에 따라 정해진다.
용융금속의 위치에너지 제어를 위해서 용융금속 액적화 장치(200)의 하부에는 상하로 이동할 수 있도록 하는 지지장치를 더 구비할 수도 있으며, 상기 지지장치를 상하로 이동하여 노즐(210)에서 유입되는 용융금속의 위치에너지 조절이 가능하게 된다.
또한, 레이들(100)의 하단에 노즐변경장치를 부착할 수도 있으며, 이를 통해서 노즐(210)에서 유입되는 용융금속의 양을 조절하여 액적화된 용융금속의 형태와 분포를 제어할 수도 있다.
패드(220)와 충돌한 후 액적화된 용융금속은 자유낙하하면서 비산되는데, 이때 용존기체(N, H, O 등) 및 개재물 제거가 가능하다. 용융금속 중에는 N, H, O 등과 같은 여러가지 기체 성분들이 불순물로 녹아있다. 이 성분들의 평형농도(용해도)는 압력과 온도에 의하여 정해지는데 조업 온도는 함부로 바꿀 수 없으므로, 압력을 바꾸어서 농도를 조절할 수 있다. N, H, O 등과 같은 2원자 분자 기체들의 용해도는 일정 온도에서 해당 기체의 분압(partial pressure)의 제곱근에 비례하게 된다. 따라서 분위기를 불활성(Ar 등)이나 진공으로 바꾸면 이론적으로는 기체성분을 용융금속에서 대부분 제거할 수 있게 된다.
용융금속 액적화 장치(200)는 분위기 조절이 가능한 것을 특징으로 하는데, 용기 본체(240)의 상부에 덮개부(260)가 구비되어 있으며, 상기 덮개부(260)에는 용기 본체의 분위기를 진공상태로 만들 수 있도록 하는 펌프부가 구비되어 있고, 덮개부(260)를 냉각시켜주는 냉각장치가 더 구비될 수도 있다. 이와 같은 진동분위기로 처리로 인해서, 상기 설명한 용존 기체 제거가 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
슬래그층(250)은 정련능을 가지는 것을 특징으로 하며, 그 조성은 당업자에게 널리 알려진 조성이 이용될 수도 있다.
낙하하는 액적화된 용융금속은 슬래그층(250)을 통과하게 되는데, 낙하하는 도중에 액적화된 용융금속 내의 비금속개재물은 바깥 쪽(가스/용융금속계면)으로 노출되며, 액적화된 용융금속이 슬래그층(250)을 통과하는 사이에 비금속개재물이 슬래그층(250)으로 옮아가게 된다. 이는 계(System)의 자유에너지(free energy)를 줄이는 방향이기 때문이다. 즉, 비금속개재물이 액적화된 용융금속 내부에서 용융금속과의 계면만을 형성하는 것보다는 표면에 노출되거나 슬래그로 옮아가서 가스나 슬래그와의 계면을 형성하는 편이 에너지를 훨씬 낮추게 되며, 슬래그층(250)에서 녹아버리게 되면 더더욱 에너지를 낮추게 되기 때문이다. 슬래그층(250)을 통과할 때에는 비금속개재물 뿐만 아니라 황(S)등의 불순물도 같이 제거될 수도 있다.
패드(220)의 형상은 여러 가지가 있는데, 수평한 형상, 용융금속과 닿는 표면이 아래로 볼록한 형상, 용융금속과 닿은 표면이 위로 볼록한 형상 등이 대표적이며, 수평한 형태와 상기 볼록한 형상을 복합적으로 도입한 형상 등 다양한 형상이 될 수도 있다. 상기 폴(230)과 패드(220)는 용융금속에 의한 물리적(열충격, erosion)/ 화학적(reaction, wetting)손상을 억제하기 위해 내화물 재질로 이루어져 있다.
도 2에 도시된 버블 클리너 장치(300)는 크게, 용융금속 액적화 장치(200)를 통과한 용융금속의 흐름을 조절하는 슬라이딩 게이트(310), 슬라이딩 게이트(310)의 하단에 배치되는 가스공급부(320), 가스공급부(320)의 하단에 배치되는 침적 노즐(330), 가스공급부(320)로부터 공급된 가스가 침적 노즐(330)에서 용융금속과 혼합되어 흐르게 되고, 가스가 용융금속중의 비금속개재물과 충돌/부착하여 부상할 수 있도록 하는 턴디쉬(340)로 구성된다.
버블 클리너 장치(300)는 기존공정 내에서 미세기포를 생성시키고, 용융금속과 격렬히 혼합되도록 하여, 용융금속 내의 비금속개재물을 효율적으로 미세기포에 부착되도록 하는 기술이다.
용융금속 액적화 장치(200)를 통과한 용융금속은 침적 노즐(330)의 슬라이딩 게이트(310) 직하에서 격렬한 용융금속 난류가 형성된다. 따라서 격렬한 용융금속 난류가 형성되는 곳에 가스공급부(320)를 두고, 이곳에서 불활성 가스(아르콘, 질소 등)를 유입하면 용융금속의 난류에너지로 인해서 용융금속 내에 미세기포를 형성할 수 있게 된다. 가스공급부(320)의 위치는 슬라이딩 게이트(310)의 근처가 될 수도 있으나, 최적의 위치는 격렬한 용융금속 난류가 형성되는 지점이다.
이때 생성된 미세기포는 침적 노즐(330)내에서 용융금속과 격렬히 혼합하게 되어 턴디쉬(340)로 흐르게 된다. 용융금속중의 비금속개재물은 기포와 충돌하고, 충돌한 후 미세기포에 비금속개재물이 부착될 확률이 매우 높아진다. 비금속개재물을 부착한 미세기포는 턴디쉬(340)로 흐르게 되면서 부상하게 되는데, 이와 같은 원리를 이용하여 비금속개재물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
버블 클리너 장치(300)는 극히 간단한 방법으로 용융금속 내에 미세기포를 생성 혼합할 수 있으므로, 기존공정에 쉽게 삽입할 수도 있다. 또한, 비금속개재물과 미세기포의 충돌확률이 매우 높아 효율적으로 비금속개재물의 제거가 가능하다. 버블 클리너 장치(300)를 수모델에서 실험한 결과 비금속개재물의 제거 효율이 60% 이상인 것으로 나타났다.
도 3에 도시된 사이펀 턴디쉬 장치(400)는 크게, 침적 노즐(330)로부터 공급되는 용융금속을 수용하여 저장하며, 수용된 용융금속의 탕면 레벨이 주형(500)의 탕면의 모듈보다 높게 주형의 측방에 설치되는 턴디쉬(340), 턴디쉬(340)에 수용된 용융금속을 턴디쉬(340)의 탕면의 레벨과 주형(500)의 탕면의 레벨차이에 의해 턴디쉬(340)의 용융금속을 주형(500)으로 공급하기 위한 사이펀 도관(410), 사이펀 도관(410)에 용융금속이 채워지면 주형내로 용융금속을 공급하도록 조절하는 슬라이딩 게이트 밸브(420)로 구성된다.
사이펀 턴디쉬 장치(400)는 사이펀 원리를 이용하여 용융금속을 턴디쉬(340)에서 주형(500)으로 이송함으로써, 주형 내 난류형성으로 인해 야기되는 주조공정 및 주편품질에 야기되는 부작용을 제거하는 기술이다.
턴디쉬(340)와 주형(500)을 사이펀 도관(410)으로 연결하고, 턴디쉬(340)와 주형(500)에서 용융금속탕면 높이 차이를 조절하여 용융금속을 이송하게 하는 원리이다. 작은 탕면높이차이로도 용융금속이송이 가능함으로써, 매우 안정된 용융금속흐름을 기할 수 있다.
또한, 주형 내에서의 용융금속난류를 극소화시키는 것이 가능하며, 적정 단면적의 사이펀도관(410)을 채택함으로써, 대유량의 용융금속을 주형(500)내로 난류의 문제없이 이송이 가능하다.
탕면높이 차이의 제어로 용융금속 유량제어가 가능함으로써, 스토퍼 로드가 불필요하며, 주형(500)내 강한 난류로 인해 야기되는 조업상 및 품질상 부작용을 원천적으로 제거할 수도 있다. 또한, 주형(500)내 난류문제 없이 용융금속의 대량이송이 가능함으로써, 생산능력의 증가가 가능하다.
주형(500)내로 용융금속을 공급하기 위해서는 노즐의 형태로 침지노즐형태가 되어야 하며, 도 3에서 침적노즐부(510)가 도시되어 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 청정강 제조장치의 주요 구성을 나타낸 것이다. 이하는 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한다.
[실시예1]
실시예1은 용융금속 액적화 장치(100), 버블 클리너 장치(200), 침지노즐(510)로 구성된 청정강 제조장치이다.
용융금속 액적화 장치(100)는 다음과 같은 순서로 작용한다. 레이들(100)의 노즐(210)을 통해서 용융금속이 공급된다. 공급되는 용융금속이 패드(220)에 떨어지도록 하여 충돌에너지에 의해 용융금속이 액적화 또는 필름화 되도록 유도한다. 패드(220)와 충돌한 후 액적화 또는 필름화된 용융금속이 비산하면서 용존 기체가 제거 되는데, 이때, 용기 본체(240)의 분위기가 진공상태이면 그 효과가 증대된다. 용존 기체가 제거된 액적화 또는 필름화된 용융금속은 다시 슬래그층(250)을 통과하면서 용융금속의 표면으로 노출된 비금속개재물을 제거하는 과정을 거치게 된다.
다음으로 버블 클리너 장치(200)는 용융금속 액적화 장치(100)의 하단에 위치하며 다음과 같은 순서로 작용한다. 용융금속 액적화 장치(200)를 통과한 용융금속은 침적 노즐(330)의 슬라이딩 게이트(310) 직하에서 격렬한 용융금속 난류가 형성된다. 이곳에서 가스공급부(320)를 배치하고, 불활성 가스를 유입하면 용융금속의 난류에너지로 인해서 용융금속 내에 미세기포를 형성할 수 있게 된다. 생성된 미세기포는 침적 노즐(330)내에서 용융금속과 격렬히 혼합하게 되어 턴디쉬(340)로 흐르게 된다. 용융금속중의 비금속개재물은 기포와 충돌하고, 충돌한 후 미세기포에 비금속개재물이 부착될 확률이 매우 높아진다. 비금속개재물을 부착한 미세기포는 턴디쉬(340)로 흐르게 되면서 부상하게 되면서 제거된다.
다음으로, 침적노즐부(510)를 통해서 주형(500)으로 용융금속을 제공하게 된다.
상기와 같은 과정을 거치게 되면 용융금속 내에 존재하는 비금속개재물 및 기타 불순물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
[실시예2]
실시예2는 용융금속 액적화 장치(100), 사이펀 턴디쉬 장치(300), 침지노즐(510)로 구성된 청정강 제조장치이다.
용융금속 액적화 장치(100)는 다음과 같은 순서로 작용한다. 레이들(100)의 노즐(210)을 통해서 용융금속이 공급된다. 공급되는 용융금속이 패드(220)에 떨어지도록 하여 충돌에너지에 의해 용융금속이 액적화 또는 필름화 되도록 유도한다. 패드(220)와 충돌한 후 액적화 또는 필름화된 용융금속이 비산하면서 용존 기체가 제거 되는데, 이때, 용기 본체(240)의 분위기가 진공상태이면 그 효과가 증대된다. 용존 기체가 제거된 액적화 또는 필름화된 용융금속은 다시 슬래그층(250)을 통과하면서 용융금속의 표면으로 노출된 비금속개재물을 제거하는 과정을 거치게 된다.
다음으로 사이펀 턴디쉬 장치(300)는 용융금속 액적화 장치(100)의 하단에 위치하며 다음과 같은 순서로 작용한다. 사이펀 원리를 이용하여 용융금속을 턴디쉬(340)에서 주형(500)으로 이송함으로써, 주형 내 난류형성으로 인해 야기되는 주조공정 및 주편품질에 야기되는 부작용을 제거하는 할 수 있다. 턴디쉬(340)와 주형(500)을 사이펀 도관(410)으로 연결하고, 턴디쉬(340)와 주형(500)에서 용융금속탕면 높이 차이를 조절하여 용융금속을 이송하는데, 작은 탕면높이차이로도 용융금속이송이 가능함으로써, 매우 안정된 용융금속흐름을 기할 수 있다.
다음으로, 침적노즐부(510)를 통해서 주형(500)으로 용융금속을 제공하게 된다.
상기와 같은 과정을 거치게 되면 용융금속 내에 존재하는 비금속개재물 및 기타 불순물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
[실시예3]
실시예3은 용융금속 액적화 장치(100), 버블 클리너 장치(200), 사이펀 턴디쉬 장치(300), 침지노즐(510)로 구성된 청정강 제조장치이다.
용융금속 액적화 장치(100)는 다음과 같은 순서로 작용한다. 레이들(100)의 노즐(210)을 통해서 용융금속이 공급된다. 공급되는 용융금속이 패드(220)에 떨어지도록 하여 충돌에너지에 의해 용융금속이 액적화 또는 필름화 되도록 유도한다. 패드(220)와 충돌한 후 액적화 또는 필름화된 용융금속이 비산하면서 용존 기체가 제거 되는데, 이때, 용기 본체(240)의 분위기가 진공상태이면 그 효과가 증대된다. 용존 기체가 제거된 액적화 또는 필름화된 용융금속은 다시 슬래그층(250)을 통과하면서 용융금속의 표면으로 노출된 비금속개재물을 제거하는 과정을 거치게 된다.
다음으로 버블 클리너 장치(200)는 용융금속 액적화 장치(100)의 하단에 위치하며 다음과 같은 순서로 작용한다. 용융금속 액적화 장치(200)를 통과한 용융금속은 침적 노즐(330)의 슬라이딩 게이트(310) 직하에서 격렬한 용융금속 난류가 형성된다. 이곳에서 가스공급부(320)를 배치하고, 불활성 가스를 유입하면 용융금속의 난류에너지로 인해서 용융금속 내에 미세기포를 형성할 수 있게 된다. 생성된 미세기포는 침적 노즐(330)내에서 용융금속과 격렬히 혼합하게 되어 턴디쉬(340)로 흐르게 된다. 용융금속중의 비금속개재물은 기포와 충돌하고, 충돌한 후 미세기포에 비금속개재물이 부착될 확률이 매우 높아진다. 비금속개재물을 부착한 미세기포는 턴디쉬(340)로 흐르게 되면서 부상하게 되면서 제거된다.
다음으로 사이펀 턴디쉬 장치(300)는 버블 클리너 장치(200)의 하단에 위치하며 다음과 같은 순서로 작용한다. 사이펀 원리를 이용하여 용융금속을 턴디쉬(340)에서 주형(500)으로 이송함으로써, 주형 내 난류형성으로 인해 야기되는 주조공정 및 주편품질에 야기되는 부작용을 제거하는 할 수 있다. 턴디쉬(340)와 주형(500)을 사이펀 도관(410)으로 연결하고, 턴디쉬(340)와 주형(500)에서 용융금속탕면 높이 차이를 조절하여 용융금속을 이송하는데, 작은 탕면높이차이로도 용융금속이송이 가능함으로써, 매우 안정된 용융금속흐름을 기할 수 있다.
다음으로, 침적노즐부(510)를 통해서 주형(500)으로 용융금속을 제공하게 된다.
상기와 같은 과정을 거치게 되면 용융금속 내에 존재하는 비금속개재물 및 기타 불순물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 예를 들어 본 발명은 용융금속의 정련 뿐 아니라 다양한 비철금속의 정련에도 손쉽게 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치;
    상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 용융금속 내에 미세기포를 생성하여 용융금속과 격렬히 혼합되도록 하여 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 버블 클리너 장치; 및
    상기 버블 클리너 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치.
  2. 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치;
    상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 주형으로 공급되는 용융금속의 탕면을 안정화 시키는 사이펀 턴디쉬 장치; 및
    상기 사이펀 턴디쉬 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치.
  3. 레이들에서 공급되는 용융금속을 액적화 시키고 이를 슬래그층에 통과시켜 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 용융금속 액적화 장치;
    상기 용융금속 액적화 장치의 하단부에 위치하고, 용융금속 내에 미세기포를 생성하여 용융금속과 격렬히 혼합되도록 하여 용융금속의 비금속개재물을 제거하는 버블 클리너 장치;
    상기 버블 클리너 장치의 하단부에 위치하고, 주형으로 공급되는 용융금속의 탕면을 안정화 시키는 사이펀 턴디쉬 장치; 및
    상기 사이폰 턴디쉬 장치를 통과한 용융금속을 주형으로 공급하기 위한 침적노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 용융금속 액적화 장치는 용기 본체,
    레이들의 용융금속을 상기 용기 본체로 유입하기 위한 노즐,
    상기 노즐로부터 유입되는 용융금속을 액적화 시키기 위한 폴과 패드,
    상기 용기 본체의 분위기를 진공상태로 유지시키기 위한 덮개부,
    액적화된 용융금속의 비금속개재물을 제거하기 위한 슬래그층을 구비하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    버블 클리너 장치는 슬라이딩 게이트,
    상기 슬라이딩 게이트의 하단에 배치되는 가스공급부,
    상기 가스공급부의 하단에 배치되는 침적 노즐,
    상기 침적 노즐은 조업 중 하부 수강 용기 내에 잠기도록 설계되며, 상기 가스공급부로부터 공급된 가스는 상기 침적 노즐에서 용융금속과 혼합되어 흐르게 되고, 상기 가스가 용융금속중의 비금속개재물과 충돌/부착하여 부상할 수 있도록 하는 턴디쉬를 구비하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 사이펀 턴디쉬 장치는 침적 노즐로부터 공급되는 용융금속을 수용하여 저장하며, 수용된 용융금속의 탕면의 레벨이 주형의 탕면의 모듈보다 높게 상기 주형의 측방에 설치되는 턴디쉬,
    상기 턴디쉬에 수용된 용융금속을 상기 턴디쉬의 탕면의 레벨과 상기 주형의 탕면의 레벨차이에 의해 상기 턴디쉬의 용융금속을 상기 주형으로 공급하기 위한 사이펀 도관,
    상기 사이펀 도관에 용융금속이 채워지면 주형내로 용융금속을 공급하도록 조절하는 슬라이딩 게이트 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있는 청정강 제조 장치를 이용하여 용융금속을 정련하는 것을 특징으로 하는, 청정강 정련 방법.
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