KR200258802Y1

KR200258802Y1 - 전로 출강구 슬리브 연와

Info

Publication number: KR200258802Y1
Application number: KR2020010030633U
Authority: KR
Inventors: 조용호; 김용훈
Original assignee: 포항종합제철 주식회사
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2001-12-29

Abstract

전로 출강작업시 슬래그 유출을 방지하는 전로 출강구 슬리브 연와에 관한 것으로서, 전로 출강작업시 슬래그 유출을 방지하는 출강구 슬리브 연와에 있어서, 용강의 초기 회전속도 발생 및 증가를 억제하여 보르텍스 발생시점을 지연하고 성장을 막을 수 있도록 상기 출강구 슬리브 연와의 내주면을 따라 길이방향으로 다수의 요철이 형성되어 있다.

본 고안에 의하면, 출강구 슬리브 연와 내면의 요철구조에 의해 출강구에 형성되는 보르텍스가 억제됨으로써 래들로의 슬래그 유출이 방지되어 탈산제 등 부원료 절감, 용강 품질개선 등의 효과가 얻어진다.

Description

전로 출강구 슬리브 연와{A sleeve refractory brick of outlet of converter}

본 고안은 전로 출강작업시 슬래그 유출을 방지하는 출강구 슬리브 연와에 관한 것으로서, 특히 전로 출강구 슬리브 연와에 있어, 출강구 슬리브 연와의 내주면을 따라 길이방향으로 다수의 요철을 형성함으로써 용강의 초기 회전속도 발생 및 증가를 억제하여 보르텍스 발생시점을 지연하고 성장을 막을 수 있도록 한 것이다.

제강공정중 전로 조업은 용선을 용강으로 만드는 설비로써 용강을 만들기 위해서는 용선이나 고철이외에도 각종 부원료를 투입하여 용선중의 불순물을 정련하는 과정을 거치는데 일반적으로 전로 정련작업후 용강량의 약 10%정도의 슬래그(Slag)가 생성되며, 도 1과 같이 용강(3)을 전로(1)에서 래들(2)로 출강하는 시점에서 슬래그(Slag)(4)가 래들(2)로 동시에 혼입된다.

이러한 혼입기구는 도 2와 같이 출강부 직상부에서 계속적으로 깔대기 모양으로 회전하는 와류가 생기는데 이를 보르텍스(Vortex)라 칭하며, 그 중심으로 용강(3), 슬래그(4) 및 공기가 계속적으로 유입된다.

또한, 보르텍스(Vortex)의 회전효과는 지구 자전의 영향으로 반시계 방향으로 계속적으로 회전하면서 와류를 형성하고 이렇게 발생된 와류는 출강시 전로에서 나와 래들로 떨어지는 동시에 출강류의 흐트러짐을 유발하여 공기와의 접촉을 많이 발생시킴으로써 용강 재산화와 복린현상을 계속적으로 발생하게 하는 요건이 된다.

이렇게 전로 출강시 보르텍스(Vortex) 현상에 의하여 래들로 슬래그 및 공기가 유입되면 후속공정에서 합금철 및 탈산제의 실수율을 저하시키고 복린증가 및 강중 개재물 생성 등 품질저하의 원인이 되며, 개재물을 용강증에서 제거하기 위해서 공업적으로 많은 노력이 요구된다. 따라서, 전로에서 래들로 슬래그 유입을 막기위한 여러가지 방법이 고안되었다.

종래에는 출강구 슬리브 연와 전체를 포러스 타입(Porous type)의 다공성 내화물을 적용하여 출강시 불활성 가스(질소,아르곤)을 취입함으로써 출강구 주변에 생성되는 보르텍스(Vortex)를 억제하는 방법이 검토되었으나 포러스 타입 슬리브(Porous type Sleeve) 연와구조는 미세한 원형입자에 소결되어 그 내부에 다량의 연결 기공층(통상 지름 0.2∼0.6mm)을 함유함으로써 연와자체의 강도가 저하되고 용강의 마찰에 대단히 취약함으로 출강구 슬리브(Sleeve) 연와 자체의 수명이 종전수명 대비 40∼50% 수준으로 저하되는 것으로 보고되고 있다.

또한, 포러스 타입 슬리브(Porous type Sleeve) 연와의 구조는 미세한 연결 기공층을 통하여(통상 지름 0.2∼0.6mm) 가스(gas)가 용강으로 인입됨으로 바블(bobble)의 지름이 적어지게 되고 부상정도가 상대적으로 적어져 용강 출강류에 혼입될 수 있는 확률이 높아지는 문제점이 있다.

기타 출강구 벽체연와 가스 취입법, 용강면 상부 가스분사법 및 출강구 슬라이딩 게이트(Sliding gate)법이 제안되었으나 본 고안은 출강구 슬리브(Sleeve) 연와의 구조를 변경하여 출강중 슬래그(SLAG) 유입을 방지하는 것으로서 상기 제안과는 직접적인 관계가 없음으로 생략한다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전로 출강구 슬리브 연와의 내주면을 따라 길이방향으로 다수의 요철을 형성함으로써 용강의 초기 회전속도 발생 및 증가를 억제하여 보르텍스 발생시점을 지연하고 성장을 막을 수 있도록 한 전로 출강구 슬리브 연와를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 전로에서 용강을 출강할 때 보르텍스 발생하는 것을 나타낸 개략도이다.

도 2는 전로의 출강구 단면을 나타낸 개략 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 종래의 출강구 슬리브 연와를 나타낸 개략 단면도이다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 고안에 의한 출강구 슬리브 연와의 요철구조를 나타낸 개략 단면도이다.

도 5a는 본 고안에 의한 출강구 슬리브 연와의 일실시예를 나타낸 절단도이다.

도 5b는 본 고안에 의한 출강구 슬리브 연와의 다른 실시예를 나타낸 절단도 이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 전로 2: 래들 3: 용강

4: 슬래그 5: 출강구 11: 출강구 세트 연와

12: 출강구 슬리브 연와 13: 내부 스프레이 보수재 14: 벽체연와

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 기술적 구성으로서, 전로 출강작업시 슬래그 유출을 방지하는 출강구 슬리브 연와에 있어서,

용강의 초기 회전속도 발생 및 증가를 억제하여 보르텍스 발생시점을 지연하고 성장을 막을 수 있도록 상기 출강구 슬리브 연와의 내주면을 따라 길이방향으로 다수의 요철이 형성되는 고안이 제시된다.

이하 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

전로 출강구 구조는 통상적으로 도 3과 같이 출강구 세트(set) 연와(11), 출강구 슬리브(Sleeve) 연와(12), 내부 스프레이(spray) 보수재(13) 및 벽체 연와(14)로 구성된다.

이때, 상기 출강구 슬리브(Sleeve) 연와(12)는 적정수명(약 150∼300회)이 되면 반드시 새로운 출강구 연와로 교환하게 된다.

그 이유는 사용중 슬리브(Sleeve) 연와 내경이 용강의 마모에 의하여 확장되므로 점차 출강시간이 짧아져 출강작업시 래들로 부원료 투입작업이 곤란하게 되거나, 사용중 내용증가로 인한 용강류의 흐뜨러짐을 유발하여 용강과 공기의 접촉면이 많아짐으로써 용강재산재 발생 및 슬래그(slag) 중의 [P]성분이 용강으로 흡수되는 현상(이하, 복[P]라 칭함)으로 용강품질에 나쁜영향을 미치기 때문이다.

따라서, 전로공정에서는 출강구 슬리브(Sleeve) 연와의 상태와 상관없이 출강시간이 적정기준(통상 최소 약 4∼4.5분) 이하로 떨어지면 출강구 슬리브(Sleeve) 연와를 교환하게 된다.

본 고안에서 제시하는 요철 내장형 출강구 슬리브(Sleeve) 연와를 이용한 슬래그 유출 방지법의 구성은 출강구 슬리브(Sleeve) 연와 내부에 다수의 요철구조를 형성하고, 이러한 요철구조가 용강 흐름시 댐(DAM) 역할을 하여 와류발생 속도를 저하시키는 것을 기본으로 한다.

이때, 요철의 형태는 도 4a와 같이 기어현상이나 도 4b와 같이 완만한 파도 형상 등 용강의 흐름을 막을 수 있는 형상이면 충분하며, 도 4c는 출강구 평면도로서 요철면은 요철 최대내경(21)과 요철 최소내경(22)를 각각 구성한다. 이때, 요철형상은 동일한 간격으로 배치되어 있고, 요철두께(23)는 출강구 슬래그(Sleeve) 연와두께(24)의 3/4을 넘지 않는 것이 바람직하다.

이는 출강구 슬리브(Sleeve) 연와 두께에 비해 요철두께가 너무 크면 출강시 용강의 과다침식에 쉽게 노출될 우려가 있기 때문이다.

일반적으로 종래의 용강과 접촉하는 출강구 슬리브(Sleeve) 연와 내부 단면은 도 3a와 같이 직선형이거나 도 3b와 같이 일부 직선구간 및 일부 경사구간을 가지는데 본 고안은 어떠한 형태의 출강구에도 적용할 수 있다.

도 5a는 용강과 접촉하는 출강구(Sleeve) 연와 내부 단면이 직선인 것을 기준으로 한 것으로써 취련중 용강과 직접적으로 접하는 면(41)의 요철 최소내경(24) 및 요철 최대내경(25)과 출강시 용강이 나가는 면(42)의 요철 최소내경(24) 및 요철 최대내경(25)이 각각 동일하여 슬리브(Sleeve) 연와의 모든 내면부위에 동일한 두께의 요철(43)을 가지고 있다.

도 5b는 용강과 접촉하는 출강구 슬리브(Sleeve) 연와 내부 단면이 일부 직선구간 및 일부 경사구간을 기준으로 한 것으로써 취련중 용강과 직접적으로 접하는 면(41)의 요철두께(23)가 처음에는 비교적 큰 두께지만, 용강의 흐름방향으로 갈수록 요철두께(23)가 점점 작아지게 되어 결국 출강부 직선부위(32)에 다다르는 지점부터는 요 철두께(23)가 없게 된다.

따라서, 출강부 직선부위(32) 구간에서는 요철이 없는 도너츠 형상을 하게 된다. 즉, 출강구 깔대기 형상 부위(31)에서만 단계적으로 요철이 형성되고 출강구 직선부위(32)에서는 요철이 없는 구조로 되어 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 고안의 작용을 첨부한 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

용강 와류발생의 원리는 각운동량 보존법칙과 베르누이의 방정식(Bernoulli's equation)에 의해 해석된다.

즉, 일정한 용기내에서 출구가 열리고 유체가 흐를 경우에 임의의 지점에의 각 운동량은 보존되는 특성을 가지며 이것은 식 (1)과 같이 표현된다.

Q = M * R_X* V = 일정량 ---------------------(1)

여기서, Q: 각운동량, M: 유체질량, R_X: 용기 출구중심에서의 수평방향거리, V: 회전속도를 나타낸다.

식 (1)은 운동량 보존법칙에 의해서 식 2)와 같이 표현될 수 있다.(R1>R2)

Q = M * R1 * V1 = M * R2 * V2 -----------------(2)

즉, 용기내 출구중심에서의 수평방향거리 R1에서 R2로 거리가 감소할수록 회전체의 속도는 V1에서 V2로 증가하게 되어 출구중심에서 가장 속도가 빠르다.(R1>R2 →V2>V1)

이때, 용강과 슬래그를 매체로 베르누이 방정식을 적용하면 식3과 같다.

P_O＋ B_S* g * Hs ＋ Bi * g * Hi ＋1/2 Bi * V²= 일정량 --------(3)

여기서, P_O: 대기압, B_S: 슬래그 비중, Bi: 용강비중, Hs: 슬래그 높이, V: 용강 회전속도를 각기 나타낸다.

즉, 식 3)에 의하면 유체를 배출시킬 때 대기압 및 슬래그 높이는 일정하므로 회전속도 V가 증가하게 되면 용강의 높이 Hi는 감소하여야 하며, 회전속도 V가 감소하게 되면 용강의 높이 Hi는 증가하여야 한다.

이러한 이유로 전로 출강시 보르텍스(Vortex) 현상은 회전속도가 큰 중앙부위가 움폭 들어간 깔대기 모양을 나타내게 되며, 결과적으로 전로 출강중 슬래그 혼입을 막으려면 보르텍스(Vortex)를 제거해야하고, 보르텍스(Vortex)를 제거하려면 용강 회전속도를 줄여야 한다.

따라서, 본 고안은 도 3a 및 도 3b과 같은 현재 쓰이고 있는 출강구 슬리브 연와의 두가지 타입 내주면 모양에 모두 적용할 수 있도록 도 5a 및 도 5b와 같이 주기적으로 교체하는 출강구 슬리브(Sleeve) 연와의 내주면에 두가지 타입의 요철구조를 형성하고 있다.

이와같은 요철구조는 용강의 회전속도를 떨어뜨리는 댐(DAM) 역할을 하게 되어 출강구 슬리브(Sleeve) 연와 내면에서 계속적으로 생성되는 용강 회전속도를 줄일 수 있게 된다. 즉, 전로 출강중 발생되는 보르텍스(Vortex)를 효과적으로 방지하게 된다.

참고적으로, 출강 슬리브(Sleeve) 연와는 출강시간을 기준으로 지속적으로 교환하게 됨으로 본 고안에서 제안한 요철 내장형 출강구 슬리브(Sleeve) 연와는 전로 사용 초기부터 말기까지 계속적으로 사용이 가능하여 전로 화지시까지 출강중 슬래그 유출방지가 가능하다.

특히, 도 5b와 같이 출강구 슬리브 연와(12)의 내주면에는 길이방향으로 다수의 요철(43)이 형성되는데, 상기 요철(43)은 취련중 용강과 직접적으로 접하는 면의 요철두께가 용강의 흐름방향으로 갈수록 점차 작아지는 형상을 갖는다.

이와같이 출강구 슬리브(Sleeve) 연와의 일정 부분에만 요철(43)을 형성하고, 출강구 직선부위(32)에서는 요철을 형성하지 않은 이유는 최종적으로 출강류가 로체밖으로 빠져나갈 때 연와(12) 내주면을 따라 요철형상이 있으면 용강류와의 접촉 면적이 많아져 바람직하지 않으므로 접촉면을 최소화하기 위하여 요철형상이 없는 원형형태로 출강구 내면을 구성한 것이다. 이에 따라 슬래그의 유입방지뿐 아니라 용강의 재산화도 효과적으로 방지하게 된다.

실시예)

300통 전로의 1/13로 축소하여 수모델 시험을 하였는데 노체의 재질은 아크릴을 사용하였으며 용강의 모사는 물로, 슬래그의 모사는 오일(비중 0.52∼0.62g/cm²)로 선정하였고 수동 경동장치를 만들어 출강 모사 실험을 실시하였다.

실험시 물 취입량은 23리터를 넣었고, 보르텍스(Vortex) 여부 및 슬래그 유출정도를 판단하기 위하여 오일을 2리터 채워서 출강모사 실험을 실시하였다. 출강구 내경의 면적은 종래제와 본 고안제 1(전체요철구조) 및 본 고안제 2(부분요철구조)가 동일하도록 하였다.

출강완료후 오일의 배출량, 보르텍스(Vortex) 최초 발생시각 및 발생시간을 측정하였다. 보르텍스(Vortex) 발생시 발생정도는 육안으로 관찰하였으며 각 3회씩 시험하였다.

시험결과 표1)과 같이 종래안은 통상적인 출강구 슬리브(Sleeve) 연와를 적용한 것으로써 출강후 480∼510ml의 오일이 배출되었으나, 본 고안안 1)은 170∼210ml의 오일을 배출하고 , 본 고안안 2)는 185∼235ml의 오일을 배출함으로써 종래방법과 비교하여 약 33%∼49% 수준의 오일밖에 배출되지 않았음을 확인할 수 있었다.

또한, 보르텍스(Vortex) 최초 발생시각도 종래방법은 출강개시후 약 30초부터 50초간 지속적으로 발생하였으나, 본 고안제는 약간의 시각차이는 있으나 출강개시후 약 50초부터 최대 10초간 간헐적으로 일부 발생하는 것을 확인하였다.

즉, 본 고안에 의한 요철구조가 용강의 초기 회전속도의 생성 및 성장을 적극적으로 억제함으로써, 보르텍스 발생현상 시점을 지연시키고 보르텍스 성장을 막아서 오일의 유출을 현저히 감소시킨 것이 확인되었다.

(표 1)출강구 내면 요철구조 적용에 따른 오일 유출량 비교

구분	종래	본 고안 1안)	본 고안 2안)
오일배출량(ml)	480∼510	170∼210	185∼235
보르텍스 최초발생시각(초)	약 30∼35초 경과후	약 50초 경과후	약 50초 경과후
보르텍스 발생시간(초)	약 45∼50초	약 5∼10초	약 5∼10초
보르텍스 발생정도	깊게 형성오일유출 다량관찰	낮고, 일부 형성오일유출 간혹 관찰	일부 형성오일유출 일부관찰

상기와 같은 본 고안에 의하면, 출강구 슬리브(Sleeve) 연와 내면의 요철구조가 용강의 초기 회전속도의 생성 및 성장을 적극적으로 억제함으로써 보르텍스 발생현상 시점을 지연시키고 보르텍스 성장을 막아서 전로 출강시 슬래그 유입을 적극적으로 막을 수 있다.

또한, 이로 인하여 슬래그 조성제어를 목적으로 투입되는 탈산제 및 생석회 등의 부원료 투입량이 저감될 뿐아니라, 슬래그 탈산시 발생되는 복P 현상을 저감할 수 있음으로 용강의 고청정화 및 작업부하 경감효과를 얻을 수 있다.

Claims

전로 출강작업시 슬래그 유출을 방지하는 전로 출강구 슬리브 연와에 있어서,

용강의 초기 회전속도 발생 및 증가를 억제하여 보르텍스 발생시점을 지연하고 성장을 막을 수 있도록 상기 출강구 슬리브 연와(12)의 내주면을 따라 길이방향으로 다수의 요철(43)이 형성되는 것을 특징으로 하는 전로 출강구 슬리브 연와.
청구항 1에 있어서, 상기 요철(43)은 취련중 용강과 직접적으로 접하는 면의 요철두께가 용강의 흐름방향으로 갈수록 점차 작아지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전로 출강구 슬리브 연와.
청구항 1에 있어서, 상기 요철(43)은 취련중 용강과 직접적으로 접하는 면의 요철두께가 처음부터 끝까지 같은 두께를 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 전로 출강구 슬리브 연와.