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KR101249132B1 - 페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치 - Google Patents

페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인리스강 출강 시 흡질방지 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 정련로로부터 래들(laddle)로 출강되는 용강에 대기중 질소가 흡인되는 것을 방지하는 장치에 있어서, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강 출강시 흡질방지 장치는 가스 공급부 및 분사수단을 포함한다. 가스 공급부는 아르곤(Ar)가스를 공급한다. 분사수단은 적어도 둘 이상 구비되고, 상기 가스 공급부로부터 가스 파이프를 통하여 아르곤 가스를 공급받아 상기 출강되는 용강을 향하여 분사한다. 이 때 상기 분사수단은 분사 플레이트와 분사 노즐을 포함한다. 상기 분사 플레이트는 분사 수단의 단부에 구비되고, 상기 분사 노즐은 상기 분사 플레이트에 복수개 구비되고, 원형의 영역 내에 집중 배치된다.
본 발명에 의한 흡질방지 장치는 페라이트계 스테인리스강 출강 시 흡질을 효율적으로 억제하는 효과가 있고, 이러한 흡질 억제효과로 인하여 제품 가공성 및 생산성을 향상시킨다.

Description

페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치{Apparatus for preventing absorption of nitrogen stainless steel}
본 발명은 페라이트계스테인리스강 출강 시 흡질방지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효율적으로 아르곤을 퍼징함으로써 페라이트계 스테인리스강의 출강 시 흡질을 방지하는 장치에 관한 것이다.
스테인리스 페라이트계 강종은 가공성 향상을 위하여 용강 중 탄소(C)와 질소(N)를 낮게 관리해 줘야 한다. 예를 들면 409L강을 기준으로 탄소는 80ppm 이하, 질소는 90ppm 이하로 관리를 해주게 된다. 이중에서도 특히 질소는 출강 시 대기중으로부터 많은 양의 질소를 흡수하게 된다. 이후의 공정인 래들 정련(LT:Ladle Treatment) 및 연속주조 공정에서도 흡질은 일어나지만 출강 시의 흡질량이 가장 높아 관리가 필요하다.
출강시 용강은 대기중에 노출된 상태에서 주조래들에 채워지게 되며, 이 과정중 상당량의 대기중 질소가 용강으로 흡질된다. 이와 같이 흡질된 질소가 목표성분 상한을 초과하거나 초과가 예상되는 경우에는 성분격외 및 후공정 가공성 열위로 이어지고, 래들 정련 공정에서 추가 탈질 작업저리가 필요하다.
그 결과 래들 정련 공정의 소요 시간이 길어지고 전체적인 생산부하가 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
본 발명의 과제는 페라이트계페라이트계 스테인리스강의 출강 시 흡질을 최대한 효율적으로 억제할 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 과제는 적은 양의 아르곤으로도 출강 중인 용강의 주위에 보다 효율적인 아르곤 분위기를 형성할 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.
정련로로부터 래들(laddle)로 출강되는 용강에 대기중 질소가 흡인되는 것을 방지하는 장치에 있어서, 본 발명에 따른 페라이트계페라이트계 스테인리스강 출강시 흡질방지 장치는 가스 공급부 및 분사수단을 포함한다.
가스 공급부는 아르곤(Ar)가스를 공급한다.
분사수단은 적어도 둘 이상 구비되고, 상기 가스 공급부로부터 가스 파이프를 통하여 아르곤 가스를 공급받아 상기 출강되는 용강을 향하여 분사한다. 이 때 상기 분사수단은 분사 플레이트와 분사 노즐을 포함한다. 상기 분사 플레이트는 분사 수단의 단부에 구비되고, 상기 분사 노즐은 상기 분사 플레이트에 복수개 구비되고, 원형의 영역 내에 집중 배치된다.
또한 상기 분사수단은 상기 가스 파이프와 상기 분사 플레이트 사이에 상기 가스 파이프의 직경보다 큰 직경을 갖는 버퍼부를 포함할 수 있다.
또한 상기 분사 노즐은 아래로 기울어진 방향으로 아르곤 가스를 분사할 수 있다. 나아가 상기 분사노즐의 분사각은 하향 5도 내지 30도의 범위에서 형성될 수 있다. 또한 상기 분사노즐은 정련로로부터 출강되는 용강의 최상단을 향하여 아르곤을 분사할 수 있다.
또한 상기 각각의 분사수단은 분사방향으로 연장한 가상의 연장선이 서로 어긋나도록 아르곤을 분사할 수 있다.
본 발명에 의한 흡질방지 장치는 페라이트계 스테인리스강 출강 시 흡질을 효율적으로 억제하는 효과가 있고, 보다 적은 양의 아르곤으로도 출강 중인 아르곤의 주위에 보다 효율적인 아르곤 분위기를 형성하는 효과가 있다.
결론적으로 이러한 흡질 억제효과로 인하여 제품 가공성 및 생산성을 향상시킨다.
도 1a는 일 실시예에 따른 흡질 방지 장치의 개략적인 모습을 나타내는 정면도이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 흡질 방지 장치의 개략적인 모습을 나타내는 측면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 분사 수단의 모습을 나타내는 정단면도이다.
도 2b는 도 2a의 분사 플레이트의 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
도 3a는 다른 실시예에 따른 분사 수단의 일부 모습을 나타내는 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 분사 플레이트 및 노즐의 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 분사 수단의 분사 방향을 나타내는 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
본 발명은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 정련로(10)로부터 래들(20; laddle)로 출강되는 용강(15)에 대기중 질소가 흡인되는 것을 방지하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 흡질방지 장치는 분사수단(100)을 주요 구성으로 한다. 이하 각 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하여 일 실시예에 따른 정련로(10), 래들(20) 및 용강(15)을 포함한 제강공정을 설명한다. 도 1a는 일 실시예에 따른 흡질 방지 장치의 개략적인 모습을 나타내는 정면도이고, 도 1b는 일 실시예에 따른 출강 중의 흡질 방지 장치의 개략적인 모습을 나타내는 측면도이다.
제강공정은 정련 공정(AOD, Argon Oxygen Decarburization) - 성분조정 공정(LT, Ladle Treatment) - 연속주조 공정(C/C, Continuous Casting)을 통하여 이루어 지거나, 정련공정(AOD) 이후에 진공탈탄(VOD, Vaccum Oxygen Decarburizatin) 공정을 추가로 포함할 수 있다. 정련 공정(AOD) 이후 성분조정 공정(LT)을 위하여 정련로(10)로부터 래들(20)로 출강이 이루어 진다. 출강시 정련로(10)는 지지체(50)에 고정된 회전축(30)을 중심으로 회전한다. 정련로(10)가 기울어지면 도 1b에 도시된 바와 같이 정련로(10) 내의 용강이 래들(20) 내로 수용된다.
한편, 스테인리스 페라이트계 강종은 가공성 향상을 위하여 용강(15) 중 탄소(C)와 질소(N)를 낮게 관리해 줘야 한다. 이중에서도 특히 질소(N)의 경우에는 출강 시 대기중으로부터 많은 양의 흡질이 이루어 진다. 이후의 공정인 성분조정 공정(LT:Ladle Treatment) 및 연속주조 공정에서도 흡질은 일어나지만 출강 시의 흡질량이 가장 높아 관리가 필요하다. 페라이트계 스테인리스강의 경우 성분조정 단계에서 합금철 투입 후 흡질이 증가하여 용강 중 산소도 증가한다. 결과적으로 용강의 산화물과 같은 불순물의 증가로 인한 연연주비의 저하 및 품질의 편차 발생 가능성이 크다. 이러한 이유로 도 1b와 같이 출강 시에 출강되는 용강(15)의 주위에 아르곤(Ar) 분위기를 형성함으로써 흡질을 방지할 필요성이 대두된다.
도 1a 내지 도 2b를 참조하여 분사수단(100)에 대하여 설명한다. 도 2a는 일 실시예에 따른 분사 수단의 모습을 나타내는 정단면도이고, 도 2b는 도 2a의 분사 플레이트의 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
분사수단(100)은 출강되는 용강(15)의 주위에 적어도 둘 이상 구비된다. 분사수단(100)은 정련로(10)를 지지하는 지지체(50)에 고정될 수도 있으며, 별도의 지지수단에 의하여 지지될 수도 있다. 분사수단(100)은 가스 공급부(미도시)로부터 가스 파이프(40)를 통하여 아르곤 가스를 공급받아 출강되는 용강(15)을 향하여 분사한다. 가스 공급부(미도시)는 아르곤 가스를 공급하기 위한 구성으로서, 가스 압축기 등의 일반적인 가스 공급장치를 이용할 수 있다. 가스 공급부에 대한 상세한 설명을 생략한다.
분사수단(100)은 버퍼부(110), 분사 플레이트(120)를 포함할 수 있다. 버퍼부(110)는 가스 파이프(40)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성된다. 또한 버퍼부(110)는 도 2a에 도시된 바와 같이 가스 파이프(40)에 연결되고, 가스 파이프(40)를 통하여 공급되는 아르곤 가스를 일시 저장하는 기능을 한다. 버퍼부(110)에 아르곤을 일시 저장함으로써 아르곤을 보다 균일하고 안정적으로 분사할 수 있게 된다.
분사 플레이트(120)는 분사 수단(100)의 단부에 구비된다. 분사 플레이트(120)에는 단순히 원형으로 관통된 형태의 분사노즐(125)이 형성될 수 있다. 분사노즐(125)을 통하여 버퍼부(110)에 임시 저장되어 있던 아르곤 가스가 외부로 배출된다. 분사노즐(125)은 분사 플레이트(120) 상에서 원형으로 집중적으로 배치되어, 아르곤 가스의 배출 시에 원형으로 분사가 되도록 한다. 다수의 분사노즐(125)로부터 원형으로 배출되는 아르곤 가스는 상호 작용에 의하여 용이하게 와류를 형성함으로써 적은 양의 아르곤 가스로도 용강의 주위에 보다 효율적인 흡질 방지가 가능한 분위기를 형성하게 된다.
또한 분사수단(100)은 출강되는 최상단의 용강을 향하여 아르곤을 분사할 수 있다. 공기의 비중을 1이라 할 때 아르곤의 비중은 1.38의 비중을 갖는다. 따라서 아르곤을 공기중에 분사하였을 때 비중의 차이에 의하여 점차 아래로 가라앉게 된다. 따라서 아르곤을 출강 중인 용강의 최상단에 분사하여 줌으로써 용강의 주위에 고른 아르곤 분위기를 형성시킬 수 있게 된다.
한편, 도 2a에 도시된 바와 같이 버퍼부(110)를 배출방향에 대하여 하향 경사가 형성되도록 형성함으로써 아르곤 가스가 아래로 치우치도록 분사를 할 수 있다. 더 나아가서는 아르곤의 분사각은 수평방향에 대하여 하향 5도 내지 30도의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 양 측의 분사 수단(100)이 분사하는 아르곤이 일직선상에서 합류하지 않고, 일정한 각을 이루면서 합류하게 됨으로써 용강의 주위에서 와류 등을 형성하여 고른 아르곤 분위기를 형성하게 된다. 즉, 약 5도 미만의 분사각으로 아르곤이 분사되는 경우에는 양측에서 분사되는 아르곤의 혼합 효과가 떨어지며, 30도 이상으로 분사되는 경우에는 아르곤의 하강 속도가 지나치게 빨라져 흡질방지 효과가 저하되는 문제가 있다.
도 3a 내지 도 4를 참조하여 다른 실시예에 따른 분사 수단(100a)를 설명한다. 도 3a는 다른 실시예에 따른 분사 수단의 일부 모습을 나타내는 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 분사 플레이트 및 노즐의 모습을 나타내는 부분 확대도이며, 도 4는 또 다른 실시예에 따른 분사 수단의 분사 방향을 나타내는 평면도이다.
본 실시예에 따른 분사 수단(100a)에는 앞서 설명한 도 2b의 실시예에서의 분사노즐(125)과 다른 형태의 제2 분사노즐(130)을 더 구비한다. 제2 분사노즐(130)은 또한 원형으로 집중 배치된다. 제2 분사노즐(130)은 아르곤 가스의 안정적인 분사를 위하여 도 3a에 도시된 바와 같이 배출방향으로 직경이 점차 확대되는 형상으로 형성될 수 있다. 이외의 구성은 앞서 설명한 실시예와 동일하다.
한편, 본 실시예에서는 버퍼부(110)의 방향과 관계없이 단순히 분사노즐(130)의 방향만을 틀어 줌으로써 아르곤의 분사 방향을 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한 각각의 분사수단(100)은 도 4의 평면도에 도시된 바와 같이 분사방향으로 연장한 가상의 연장선(D1, D2)이 서로 어긋나도록 아르곤을 분사할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 분사된 각각의 아르곤(D1, D2)는 상호 작용에 의하여 분사된 타측 아르곤의 분사방향으로 회전함으로써 와류를 형성하게 된다. 이러한 와류에 의하여 아르곤이 출강되는 용강의 주위에 보다 균일하고 오래 머무르면서 적은 아르곤으로도 효율적인 흡질방지가 가능하게 한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 페라이트계 스테인리스강 출강 시 흡질방지 장치로 구현될 수 있다.
10: 정련로 20: 래들
40: 가스 파이프 50: 지지체
100: 분사수단 110: 버퍼부
120: 분사 플레이트 125, 130: 분사 노즐

Claims (6)

  1. 정련로로부터 래들(laddle)로 출강되는 용강에 대기중 질소가 흡인되는 것을 방지하는 장치에 있어서,
    아르곤(Ar)가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    적어도 둘 이상 구비되고, 상기 가스 공급부로부터 가스 파이프를 통하여 아르곤 가스를 공급받아 상기 출강되는 용강을 향하여 분사하는 분사수단;을 포함하고,
    상기 분사수단은,
    상기 분사수단의 단부에 구비되는 분사 플레이트와,
    상기 분사 플레이트에 복수개 구비되고, 원형의 영역 내에 집중 배치되는 분사 노즐을 구비하며,
    상기 각각의 분사수단은 분사방향으로 연장한 가상의 연장선이 서로 어긋나도록 아르곤을 분사하는 페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 파이프와 상기 분사수단 사이에 개재되고, 상기 가스 파이프의 직경보다 큰 직경을 갖는 버퍼부를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 아래로 기울어진 방향으로 아르곤 가스를 분사하는 페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분사노즐의 분사각은 하향 5도 내지 30도의 범위에서 형성되는 페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분사노즐은 정련로로부터 출강되는 용강의 최상단을 향하여 아르곤을 분사하는 페라이트계 스테인리스강 흡질방지 장치.
  6. 삭제
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