KR101484630B1 - 용강 처리 장치 및 그 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 용강이 수용되는 용기; 및 상기 용기 내부에 구비되어 상기 용강에 의해 부상하여 상하방향으로 이동하도록 구비되는 내화물 링;을 포함하여, 용강을 처리하는 과정에서 용기 내부에 지금이 부착하는 것을 억제함으로써 내화물의 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

용강 처리 장치 및 그 처리 방법{Apparatus for molten metal treatment and the method thereof}

본 발명은 용강 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강을 처리하는 과정에서 용기 내부에 지금이 부착하는 것을 억제하여 내화물의 수명을 향상시킬 수 있는 용강 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다.

베셀(vessel)은 용강을 수용하여 용강 내부의 가스와 불순물을 제거하여 용강 제품의 균일화 및 품질개선에 이용되는 장치이다. 일반적으로 용강의 탈 가스 작업 및 불순물 제거작업에 사용되는 베셀은 하부조에 마련된 환류관을 통하여 용강을 환류시키면서 용강 중의 불순물이나 가스를 제거한다. 이때 환류관은 진공펌프를 이용하여 래들 내의 용강을 환류시킨다.

이와 같이 용강의 품질개선을 위해서 사용되는 베셀의 구조가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 베셀(100)의 구조는 하부에 베셀 하부조(150)가 마련되어 있고, 베셀 하부조(150)의 하단 양측에는 환류관(160)이 마련되어 있다. 환류관(160)은 래들(110)의 용강(M)을 흡입하는 상승관(160b)과 흡입된 용강(M)을 다시 래들(110)로 내려 보내는 하강관(160a)이 쌍을 이루고 있다. 그리고, 상승관(160b)과 하강관(160a)으로 구분되는 환류관(160)의 하부에는 래들(110)의 용강(M)에 담겨지는 침적관(1170)이 설치되어 있다.

그리고 베셀 하부조(150)의 상부에는 베셀(100) 내부를 진공상태로 만들고, 용강의 처리 과정에서 발생하는 불순물이나 가스를 제거하고, 베셀(100) 내의 용강에 합금철 등을 투입하기 위한 장치들이 연결되는 베셀 상부조(130)가 구비된다. 베셀(100)은 베셀 하부조(150)의 내화물 교체 작업을 용이하게 하기 위하여 베셀 하부조(150)와 베셀 상부조(130)를 상하방향으로 배치한 상태로 그 연결 부위의 외부에서 플랜지(140)를 통해 상호 결합시킨다. 이때, 내화물 교체 작업을 용이하게 하기 위하여 플랜지(140)에는 냉각수를 순환시켜 플랜지(140)의 과열을 억제하고 있다.

그런데 냉각수를 이용하여 플랜지(140)의 온도를 낮추게 되면 베셀 하부조(150)와 베셀 상부조(130)의 연결부위(a)의 온도는 다른 부위에 비해 온도가 상대적으로 낮아지게 된다. 이에 용강을 처리하는 과정에서 발생하는 스플래쉬(S)가 온도가 상대적으로 낮은 베셀 하부조(150)와 베셀 상부조(130)의 연결부위(a)에 부착 및 응고되어 지금(B)을 형성하는 현상이 발생한다. 또한, 용강을 장시간 처리하는 경우, 스플래쉬(S)가 지금(B)에 지속적으로 부착되어 지금(B)의 크기가 증가하여 덩어리를 형성하게 된다. 이에 용강에 합금철, 가탄재 등의 부원료(P)를 투입하는 경우, 투입되는 부원료(P)가 지금(B) 상부에 떨어져 실수율이 저하될 수 있으며, 지금(B) 제거를 위한 용해 작업 시 지금(B)이 용해되어 침적관(170) 등에 융착되는 문제점이 있다. 또한, 베셀 하부조(150)의 내화물을 교체하기 위해 베셀 하부조(150)와 베셀 상부조(130)의 분리가 어려워지는 문제점이 있다.

KR 0812142 B KR 0270108 B

본 발명은 용강이 수용되는 용기에 지금이 형성되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있는 용강 처리 장치 및 그 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 용기 내에서 발생하는 지금을 자연 용해되도록 하여 공정 시간을 단축시킬 수 있는 용강 처리 장치 및 그 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 용강 처리 장치 및 그 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 장치는, 용강이 수용되는 용기; 및 상기 용기 내부에 구비되어 상기 용강에 의해 부상하여 상하방향으로 이동하도록 구비되는 내화물 링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 용기는, 상부가 개방되는 하부 용기와, 하부가 개방되고 상기 하부 용기 상부에 구비되는 상부 용기; 및 상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 연결하는 플랜지;를 포함할 수도 있다.

상기 내화물 링은 상기 용강에 의해 부상하여 상기 하부 용기와 상기 상부 용기의 연결부위에 배치될 수도 있다.

상기 내화물 링은 상기 하부 용기의 높이의 30 ~ 60%의 높이를 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 내화물 링은 부정형 내화물을 이용하여 제조될 수도 있다.

상기 내화물 링의 외경은 상기 하부 용기의 내경보다 작을 수도 있다.

상기 내화물 링의 외주면은 상부에서 하부쪽으로 갈수록 외경이 증가하도록 경사지게 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 방법은, 용기 내부에 내화물 링을 마련하는 과정과; 상기 용기 내부로 상기 용강을 환류시켜 처리하는 과정;을 포함하고, 상기 용강을 환류시켜 처리하는 과정에서 상기 용강을 환류시켜 발생하는 용강류에 의해 상기 내화물 링의 적어도 일부를 상기 용강 상부로 부상시켜 상기 내화물 링에 지금이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 용기는 하부 용기와 상기 하부 용기 상부에 구비되는 상부 용기를 포함하고, 상기 내화물 링의 상부는 상기 하부 용기와 상부 용기의 연결부위보다 높은 위치까지 부상할 수도 있다.

상기 내화물 링에 형성되는 지금 중 일부는 상기 용강을 환류시켜 처리하는 과정에서 상기 용강에 용해되어 제거될 수도 있다.

상기 용강을 환류시켜 처리하는 과정 이전에 상기 용기 내부로 유입되는 용강에 상기 내화물 링을 침지시켜 상기 내화물 링에 부착되는 지금을 용해시키는 과정을 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 장치 및 그 처리 방법에 의하면, 용강이 처리되는 용기에 지금이 부착되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 특히, 베셀과 같이 하부조 및 상부조가 연결되는 용기에서 하부조 및 상부조의 연결부위(a)에 지금이 부착되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

그리고 링에 부착된 지금은 용강을 처리하는 동안 용강에 자연 용해시킬 수 있다. 따라서 지금을 제거하기 위해 소요되는 시간을 단축시키고, 버너 사용에 따른 내화물의 용손에 의한 수명 저하를 억제할 수 있다. 또한, 불필요한 정비로 인한 생산지연을 방지하는 동시에, 장시간 조업도 가능하다. 또한, 지금을 제거하는 과정에서 발생하는 용융물에 의한 설비의 오염과, 안전사고 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 용강 처리 장치가 적용된 탈 가스 설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 장치가 적용된 탈 가스 설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 3은 내화물 링의 구조를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 장치를 이용하여 용강을 처리하는 상태를 보여주는 도면.
도 5는 내화물 링에 부착된 지금을 제거하는 상태를 보여주는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 장치가 적용된 탈 가스 설비의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 내화물 링의 구조를 보여주는 도면이다.

용강의 품질을 개선하기 위해서는 탈 가스 작업이 이루어지며, 도 2를 참조하면, 이러한 탈 가스 작업은 용강(M)이 저장되는 래들(210)과 래들(210)의 상부에 구비되는 베셀(200)을 이용하여 수행된다.

베셀(200)의 개략적인 구성에 대하여 설명한다. 베셀(200)은 래들(210) 내의 용강(M)에 포함된 불순물이나 가스를 제거하기 위한 장치로, 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)로 구성되며, 베셀 하부조(250)의 하단 양측에는 환류관(260)이 마련되어 있다. 환류관(260)은 한 쌍이 구비되며, 하나는 래들(210)의 용강을 흡입하는 상승관(260b)이고, 다른 하나는 상승관(260b)으로 흡입된 용강을 다시 래들(110)로 내려보내는 하강관(260a)이다. 이때, 베셀 상하부조(230, 250)의 내부에 진공을 형성하면, 상승관(260b)으로부터 용강(M)이 상승하고 하강관(260a)을 통해 용강(M)이 하강하여 순환을 이루며, 베셀 상하부조(230, 250)의 내부로 랜스 노즐 등을 이용하여 산소를 취입하여 용강(M) 중의 불순물을 제거한다. 베셀(200)은 공지의 구성요소로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

베셀 하부조(250)는 일반적으로 상부가 개방된 중공형 형상으로, 하부에는 전술하여 설명한 바와 같이 상승관(260b)과 하강관(260a)이 구비되어 있다.

베셀 하부조(250)는 고온의 용강에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위하여, 원통형의 철피(253)와 내화물을 구비하여 형성되며, 철피(253)에서 내측 방향으로 단열재(252), 영구장(254) 및 내장연와(251)로 이루어진 내화물층 구조가 형성된다. 내화물로는 다양한 내화 벽돌이 사용될 수 있으며, 예컨대 돌로마이트, 마그네시아 내화벽돌 등이 사용될 수 있다. 영구장(254)은 내부가 중공이고 일단이 개방된 원통 또는 다각형의 형상으로 구성될 수 있다. 내장 연와(251)는 용강을 수용할 수 있을 정도의 내열성을 갖춘 재질로 구성되며, 내열성이 큰 재질의 벽돌을 축조하여 만들어질 수 있다.

베셀 상부조(230)는 베셀 하부조(250) 상부에 배치되고, 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)는 베셀(200) 외주면에서 플랜지(240)를 이용하여 상호 연결된다. 여기에서 플랜지(240)는 과열을 억제 혹은 방지하기 위하여 그 내부에 냉각수가 공급된다. 이에 플랜지(240)가 설치된 위치, 즉 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 연결부위(a)는 다른 부분에 비하여 상대적으로 낮은 온도를 갖게 된다.

한편, 용강을 처리하는 과정에서 베셀(200) 내부에서 용강을 환류시키면 용강이 용탕 상부로 튀어 오르는 스플래쉬(S)가 발생하는데, 이렇게 발생한 스플래쉬(S)는 베셀(200)의 내벽, 즉 내장연와(251)에 부착하여 지금을 형성하게 된다. 특히, 스플래쉬(S)는 비교적 저온을 갖는 베셀 상부조(250)와 베셀 하부조(230)의 연결부위(a)에 쉽게 융착되어 지금을 형성한다. 공정이 진행되는 동안 지금에는 스플래쉬(S)가 지속적으로 융착되어 지금의 크기가 증가하게 되며, 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 연결부위(a)에서 가장 크게 형성된다. 이에 용강 처리를 위해 베셀(200) 내부에 합금철, 가탄재 등의 부원료(P)를 경우, 부원료(P)가 지금에 떨어져 실수율이 저하되는 문제점이 발생한다.

이에 본 발명의 실시 예에서는 베셀(200) 내부에 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 연결부위(a)에 스플래쉬(S)가 융착되어 지금을 형성하는 억제하기 위하여 내화물 링(300)을 삽입한다.

내화물 링(300)은 베셀(200) 내부에서 용강를 환류시키는 과정에서 발생하는 용강류에 의해 용강 상부로 부상하여 용강 처리 중 발생하는 스플래쉬(S)를 부착시켜 베셀(200)의 내벽, 예컨대 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 연결부위(a)에 지금이 형성되는 것을 억제한다.

내화물 링(300)은 부정형 내화물을 이용하여 주조 성형 등의 방법으로 형성될 수 있다. 이때, 부정형 내화물로는 캐스터블(castable), 드라이 래밍 매스(dry ramming mass), 스프레이 매스(spray mass) 등이 사용될 수 있다.

내화물 링(300)의 외경(W)은 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 내경보다 작게 형성될 수 있다. 이에 내화물 링(300)은 용강 처리 시 용강류에 의해 부상한 상태로 베셀(200) 내부에서 상하방향으로 이동할 수 있으며, 베셀(200)의 내벽과의 충돌을 억제할 수 있다. 또한, 내화물 링(300)은 외주면이 기울어지도록, 예컨대 외경(W)이 상부에서 하부로 갈수록 증가하도록 형성될 수도 있다. 이와 같은 구조를 통해 내화물 링(300)이 용강 상부에 부상하여 상하방향으로 이동할 때 베셀(200) 내벽과의 마찰이나 충돌을 최소화할 수 있으며, 용강류로 의한 유동으로 베셀(200) 내벽과의 마찰이나 충돌도 완화시킬 수 있다. 한편, 내화물 링(300)의 외경(W)이 상부에서 하부로 갈수록 감소하도록 형성하는 경우에는 내화물 링(300)의 하부 두께(T)가 감소하여 용강류에 의해 발생하는 부력이 감소하여 내화물 링(300)이 용강 상부로 부상하는데 어려움이 있다.

또한, 내화물 링(300)은 베셀 하부조(250)에 수용되는 용강의 높이보다 낮은 높이(H)를 갖도록 형성될 수 있다. 이는 베셀(200) 내부에 용강을 환류시키는 초기에는 내화물 링(300)을 용강에 접촉시켜 내화물 링(300)에 부착된 지금(B)을 용해시켜 제거하기 위함이다 즉, 용강을 환류시키는 초기에는 내화물 링(300)이 베셀(200) 바닥, 즉 베셀 하부조(250) 바닥에 가라앉은 상태로 있다가, 용강이 본격적으로 환류되면 용강류에 의해 내화물 링(300)이 용강 상부로 부상하게 된다. 용강을 환류시키는 초기, 다시 말해서 내화물 링(300)이 용강 상부로 부상하기 전에 내화물 링(300)의 표면을 용강에 접촉시켜 전 공정에서 내화물 링(300) 표면에 부착된 지금(B)을 용해시킬 수 있다. 따라서 내화물 링(300)에 부착된 지금(B)을 제거하기 위해 공정 대기 시간을 단축할 수 있고, 버너의 사용에 의한 내화물의 용손 등을 억제할 수 있다.

일반적으로 용강 처리 시 용강이 베셀 하부조(250) 높이(L)의 40 내지 70% 정도까지 상승하게 되므로, 내화물 링(300)의 높이(H)는 이보다 낮은 베셀 하부조(250) 높이(L)의 30 내지 60% 정도로 형성되는 것이 좋다. 또한, 내화물 링(300)은 용강의 환류에 의해 부력이 발생할 수 있도록 베셀 하부조(250) 내경의 2 내지 5% 정도의 두께(T)를 갖는 것이 좋다. 예컨대 베셀 하부조(250)가 2740㎜의 내경과, 2400㎜의 높이(L)를 갖도록 형성된 경우, 내화물 링(300)은 2500㎜의 외경(W)과, 1000㎜의 높이(H) 및 100㎜의 두께(T)를 갖도록 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 베셀(200) 내부에 내화물 링(300)을 구비하여 베셀(200) 내벽, 특히 상대적으로 온도가 낮은 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 연결부위(a)에 스플래쉬(S)가 부착되는 것을 차단하여 지금(B)이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

이하에서는 전술한 용강 처리 장치를 이용하여 용강을 처리하는 과정에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 장치를 이용하여 용강을 처리하는 상태를 보여주는 도면이고, 도 5는 내화물 링에 부착된 지금을 제거하는 상태를 보여주는 도면이다.

먼저, 베셀(200) 내부에 내화물 링(300)을 삽입하여 배치시킨다. 내화물 링(300)은 베셀(200) 내부로 용강이 유입되기 전에는 베셀(200) 하부, 즉 베셀 하부조(250)의 바닥에 배치된다.

이후, 베셀(200) 내부에 진공을 형성하면, 래들(210) 내에 수용된 용강이 상승관(260b)을 통해서 베셀(200) 내부로 유입되고, 하강관(260a)를 통해 래들(210)로 배출되면서 용강이 환류된다. 이때, 용강은 베셀(200) 내부에서 소정의 높이, 예컨대 베셀 하부조(250) 높이의 약 50% 정도까지 상승하게 된다.

용강이 환류되는 초기에는 용강류가 비교적 약하기 때문에 베셀(200) 내부의 내화물 링(300)은 베셀(200) 바닥에 가라앉아 있다가 용강의 환류가 본격적으로 이루어져 발생하는 용강류가 강해지면 내화물 링(300)이 용강 상부로 부상한다. 이와 같이 용강류가 비교적 약한 환류 초기에는 내화물 링(300)의 표면이 용강과 직접 접촉하게 되므로, 전 공정에서 내화물 링(300) 표면에 형성된 지금(B)이 고온의 용강에 용해되어 제거된다. 따라서 용강 처리 후 내화물 링(300)에 부착된 지금(B)을 별도로 제거할 필요가 없어지게 된다.

이후, 용강이 환류되면서 처리되는 동안 내화물 링(300)은 용강 상에 부상하여 용강류에 따라 베셀(200) 내부에서 상하방향으로 이동하게 된다. 이때, 내화물 링(300)은 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250) 사이, 바람직하게는 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 연결부위(a)에 배치된다.

이와 같이 용강을 처리하는 동안 용강류에 의해 발생하는 스플래쉬(S)는 내화물 링(300)의 표면에 부착되어 지금(B)을 형성하여, 베셀(200) 내벽, 특히 온도가 상대적으로 낮은 베셀 상부조(230)와 베셀 하부조(250)의 연결부위(a)에 지금(B)이 형성되는 것을 최소화할 수 있다.

여기에서 용기는 상부 및 하부로 분리되도록 형성되어 용강의 탈 가스 처리가 이루어지는 베셀에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며 용강을 수용하거나 용강의 처리가 이루어지는 다양한 형태의 용기에 적용될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100, 200: 베셀 110, 210: 래들
130, 230: 베셀 상부조 140, 240 : 플랜지
150, 250 : 베셀 하부조 160 : 환류관
170, 270 : 침적관 300 : 내화물 링

Claims (11)

1. 용강이 수용되는 용기; 및
   상기 용기 내부에 구비되어 상기 용강에 의해 부상하여 상하방향으로 이동하도록 구비되는 내화물 링;을 포함하고,
   상기 내화물 링의 외경은 상기 용기의 내경보다 작은 용강 처리 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용기는,
   상부가 개방되는 하부 용기와,
   하부가 개방되고 상기 하부 용기 상부에 구비되는 상부 용기; 및
   상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 연결하는 플랜지;를 포함하는 용강 처리 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 내화물 링은 상기 용강에 의해 부상하여 상기 하부 용기와 상기 상부 용기의 연결부위에 배치되는 용강 처리 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 내화물 링은 상기 하부 용기의 높이의 30 ~ 60%의 높이를 갖도록 형성되는 용강 처리 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 내화물 링은 부정형 내화물을 이용하여 제조되는 용강 처리 장치.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 내화물 링의 외주면은 상부에서 하부쪽으로 갈수록 외경이 증가하도록 경사지게 형성되는 용강 처리 장치.
8. 용기 내부에 내화물 링을 마련하는 과정과;
   상기 용기 내부로 용강을 환류시켜 처리하는 과정;을 포함하고,
   상기 용강을 환류시켜 처리하는 과정 이전에
   상기 용기 내부로 유입되는 용강에 상기 내화물 링을 침지시켜 상기 내화물 링에 부착되는 지금을 용해시키는 과정을 포함하고,
   상기 용강을 환류시켜 처리하는 과정에서
   상기 용강을 환류시켜 발생하는 용강류에 의해 상기 내화물 링의 적어도 일부를 상기 용강 상부로 부상시켜 상기 내화물 링에 지금이 형성되도록 하는 용강 처리 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 용기는 하부 용기와 상기 하부 용기 상부에 구비되는 상부 용기를 포함하고, 상기 내화물 링의 상부는 상기 하부 용기와 상부 용기의 연결부위보다 높은 위치까지 부상하는 용강 처리 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 내화물 링에 형성되는 지금 중 일부는 상기 용강을 환류시켜 처리하는 과정에서 상기 용강에 용해되어 제거되는 용강 처리 방법.
11. 삭제

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