KR20120007432A - 처리 레이들 및 용융 금속 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

대체로 관형의 레이들 라이너를 수용하는 레이들 셀을 포함하며, 수평방향 위치와 수직방향 위치 사이에서 선회가능한 처리 레이들(treatment ladle)에 있어서, 상기 레이들은 제 1 단부와 제 2 단부를 가지며, 그 사이에 연속적인 측벽을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 단부와 상기 연속적인 측벽 사이에는 내측 공간이 형성되고, 상기 레이들은 처리제를 보유하는 포켓; 및 상기 레이들이 상기 수평방향 및 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 바닥부보다 상부에 근접하게 위치된 용융 금속을 수용하여 타설하기 위한 스파우트(spout)를 더 포함하며, 상기 포켓은 상기 제 1 단부에 인접하게 위치되고 상기 내측 공간과 유체 연통하고, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 바닥부보다 상부에 근접하고 상기 레이들이 상기 수직방향위치에 있을 때 상기 내측 공간의 상부보다 바닥부에 근접하게 위치되고, 상기 수평방향 위치에서, 상기 내측 공간의 상부와 바닥부 사이와, 상기 제 1 및 제 2 단부 중간의 수직방향 평면과 상기 제 1 단부 사이의 중간에 있는 평면 아래에 형성된 상기 내측 공간의 하측 용적은 상기 중간의 평면 위에 그리고 상기 제 1 단부와 상기 수직방향 평면 사이에 형성된 상기 내측 공간의 상부 용적보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

처리 레이들 및 용융 금속 처리 방법{TREATMENT LADLE}
본 발명은 증발성 첨가제로 용융 금속을 처리하는 레이들에 관한 것으로서, 상세하게는 마그네슘(Mg)으로 철을 처리하여 연성철을 형성하는 레이들에 관한 것이다.
구상흑연주철(spheroidal graphite iron) 또는 노듈라주철(nodular cast iron)로 알려진 연성철(ductile iron)은, 주조 전에, 소위 구상화제(nodulariser)로 액체 선철을 처리함으로써 제조된다. 구상화제는 별개의 단괴 형태인 그라파이트의 석출을 촉진시킨다. 실제로, 구상화제는 일반적으로 순수 마그네슘으로서의 마그네슘, 또는 마그네슘-페로실리콘(MgFeSi 합금) 또는 니켈-마그네슘(NiMg 합금) 등의 합금(희토류금속을 함유할 수 있음)을 함유할 것이다. 일반적인 공정에서, 마그네슘은 약 0.4%의 잔여 마그네슘 함량을 제공하도록 액체 선철에 첨가되고, 철이 불어넣어져 주조된다. 마그네슘은 비교적 저온(1090℃)에서 비등하기 때문에 철에 마그네슘을 첨가하는 것이 어려우므로, 액상 선철의 격렬한 교반 및 증기 형태의 마그네슘의 상당한 손실이 있다.
연성철을 마련하기 위해 개발되어 있는 각종 방법에서는,
샌드위치 레이들(Sandwich ladle) - 레이들의 바닥부 내의 리세스에 처리 합금이 수용되어 스틸 스크랩으로 덮인다. 레이들은 예컨대 턴디시 커버(tundish cover)로 덮일 수 있다. 그 다음, 철은 레이들 내로 타설되고, 처리 합금과의 반응은 스틸 스크랩 배리어(steel scrap barrier)에 의해 늦춰진다. 이러한 방법은 단순하고 널리 사용되지만, Mg 회수율이 일정하지 않다. 더욱이, 요구된 처리 레벨을 성공적으로 성취하기 위해 보다 많은 구상화제를 사용하는 것이 필요하다.
플런저(Plunger) - 처리 합금은 내화성 플런저 벨을 이용하여 레이들 내에 낙하된다. 이러한 방법은 다량의 금속을 위해서만 실용적이다.
컨버터(Converter) - 구상화제는 원통형 레이들의 베이스 내의 포켓에 위치된다. 레이들은 수평방향 배향에 있는 동안에 액체 선철로 충진, 밀봉되어 수직방향 위치로 회전됨으로써, 마그네슘이 철 아래로 잠긴다.
코어드 와이어 처리(Cored wire treatment) - 구상화제(예컨대, MgFeSi 합금)를 함유한 와이어는 특수 목적의 스테이션을 이용하여 철 내에 기계적으로 공급된다.
인몰드 처리(Inmould treatment) - 구상화제(예컨대, MgFeSi 합금)는 러닝 시스템(running system) 내로 성형되는 챔버 내에 위치되어, 철이 합금 위로 흐름에 따라 철을 연속적으로 처리한다.
본 발명의 일 목적은 증발성 첨가제로 금속을 처리하기 위한 레이들을 마련하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 증발성 첨가제로 용융 금속을 처리하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 대체로 관형의 레이들 라이너를 수용하는 레이들 셀을 포함하며, 수평방향 위치와 수직방향 위치 사이에서 선회가능한 처리 레이들(treatment ladle)로서, 상기 레이들은 제 1 단부와 제 2 단부를 가지며, 그 사이에 연속적인 측벽을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 단부와 상기 연속적인 측벽 사이에는 내측 공간이 형성되고, 상기 레이들은 처리제를 보유하는 포켓; 및 상기 레이들이 상기 수평방향 및 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 바닥부보다 상부에 근접하게 위치된 용융 금속을 수용하여 타설하기 위한 스파우트(spout)를 더 포함하며, 상기 포켓은 상기 제 1 단부에 인접하게 위치되고 상기 내측 공간과 유체 연통하고, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 바닥부보다 상부에 근접하고 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 상부보다 바닥부에 근접하게 위치되고, 상기 수평방향 위치에서, 상기 내측 공간의 상부와 바닥부 사이와, 상기 제 1 및 제 2 단부 중간의 수직방향 평면과 상기 제 1 단부 사이의 중간에 있는 평면 아래에 형성된 상기 내측 공간의 하측 용적은 상기 중간의 평면 위에 그리고 상기 제 1 단부와 상기 수직방향 평면 사이에 형성된 상기 내측 공간의 상부 용적보다 큰 것을 특징으로 하는 처리 레이들이 제공된다.
상기 수직방향 위치에서, 상기 레이들 라이너의 제 1 단부는 상기 내측 공간의 하부 크기를 구성하는 것이 전술한 바로부터 이해될 것이다.
사용시에, 상기 포켓 내에는 처리제가 위치되고, 상기 레이들은 상기 수평방향 위치에 있을 때 용융 금속으로 충진될 것이다. 일반적으로, 상기 레이들은 상기 용융 금속이 상기 중간 평면에 대응하는 높이로 충진되도록 반 정도 충진될 것이다. 그 다음, 상기 레이들은 상기 금속이 상기 처리제를 수용하는 상기 포켓 내로 흐르도록 상기 수직방향 위치로 90°선회된다. 상기 처리제는 상기 용융 금속과의 접촉에 대해 증발하여, 금속 헤드를 통해 상기 포켓 위로 기포 형성된다. 그 후, 상기 레이들은 상기 스파우트를 통해 상기 처리된 용융 금속을 분배하기 위해 다시 선회된다. 특정 실시예에서, 상기 레이들은 상기 수직방향 위치를 거쳐 상기 수평방향 위치로부터 상기 처리된 용융 금속이 분배되는 제 3 위치(분배 위치)로 90°이상으로 선회된다.
본 발명의 레이들은, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 공기에 노출되는 상기 금속의 표면적을 최소화하기 때문에 유용하다. 표면적의 감소는 상기 금속으로부터의 열손실의 감소와 관련한다. 열손실이 감소되면, 저온에서 상기 레이들 내로 금속이 타설되어 내화성 라이닝 및 다른 주조 장치에 대한 마모를 감소시킬 수 있다. 또는, 상기 레이들 내로 타설하는 저온은 (마그네슘과 고온 금속 사이의) 반응의 격렬함을 감소시키는 보다 낮은 마그네슘 증기 팽창에 적합할 것이다. 보다 많은 마그네슘 증기가 액체 선철 내에 효과적으로 유지되기 때문에 마그네슘 회수를 개선하는 것으로 고려되고, 보다 낮은 반응의 격렬함은 금속이 보다 차가운 환경과 덜 접촉함을 의미하기 때문에 처리 후의 온도 손실을 감소시킨다.
본 발명의 레이들의 다른 이점은, 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 처리제 위의 금속 헤드를 최대화하는 점이다. 증가된 금속 헤드는 상기 금속과 상기 처리제 사이의 반응 격렬함에서의 감소와 관련되고, 마그네슘 함유한 처리제의 경우에, 개선되고 보다 일관성 있는 마그네슘 회수와 관련된다.
본 발명의 이점은 상기 레이들 라이너의 형상, 특히 상기 레이들이 충진되는 경우(수평방향 위치)와, 상기 용융 금속이 처리되는 경우(수직방향 위치)에 상기 용융 금속과 접촉하는 상기 레이들 라이너 부품의 형상으로 인해 얻어진다. (상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 라이더의 제 1 및 제 2 단부 중간의) 수직방향 평면은 상기 레이들 라이너의 형상을 평가하기 위해 선택된다. 상기 수직방향 평면은 상기 레이들 라이너의 일반적인 단면을 나타내도록 선택되어야 한다. 상기 연속적인 측벽의 단면이 그 길이를 따라 일정하도록 상기 레이들 라이너가 규칙적인 형상을 갖는 경우, 상기 수직방향 평면은 제 1 및 제 2 단부 사이의 임의 지점에서 선택될 수 있다. 편리하게, 상기 수직방향 평면은 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 라이너의 제 1 및 제 2 단부에서 등거리에 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 포켓은 상기 레이들 라이너의 제 1 단부로부터 상기 내측 공간에서 멀어지게 연장된다(즉, 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 제 1 단부 아래로 연장됨). 이는 용융 금속이 상기 포켓을 충진할 수 있기 때문에 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 처리제 위의 금속 헤드 내에서 추가적인 증가를 제공한다. 상술한 바와 같이, 증가된 금속 헤드는 상기 금속과 상기 처리제 사이의 반응 격렬함의 감소, 및 마그네슘 함유한 처리제의 경우에 개선되고 보다 일정한 회수와 관련된다. 상기 포켓이 상기 제 1 단부로부터 연장되는 실시예에서, 상기 포켓의 길이는 50 내지 1200mm, 200 내지 1000mm 또는 400 내지 600mm일 수 있다.
변형 실시예에서, 상기 포켓은 상기 내측 공간 내에 위치된다. 임의 경우에, 상기 포켓은 상기 내측 공간과 유체 연통하거나 또는 상기 금속과의 접촉 시에 유체 연통할 수 있다. 예를 들면, 상기 포켓은 용융 금속을 통과하게 하는 동안에 상기 처리제를 보유하기에 충분히 작은 개구를 갖는 메쉬 또는 그릴에 의해 형성될 수 있거나, 또는 용융되는 재료(예컨대, 금속)로 이루어져서 상기 포켓의 내용물에 접근할 수 있다. 상기 포켓의 용적은 상기 내측 공간의 용적에 대해 대체로 작을 수 있다. 상기 포켓의 형상은 특히 한정되지 않지만, 편리하게 상기 포켓은 상기 처리제의 보유를 보장하도록 길게 형성될 것이다. 이는 원형 또는 삼각형 단면을 가질 수 있다.
상기 하측 용적과 상기 상측 용적의 비율은 1.5 이상: 1, 2 이상: 1, 또는 3 이상: 1일 수 있다.
상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때, 상기 내측 공간의 높이(상기 연속적인 측벽의 내부에 의해 형성된 바와 같이 상기 내측 공간의 바닥부와 상기 상부 사이의 거리)는 200mm 내지 1500mm, 400mm 내지 1000mm, 또는 600 내지 800mm일 수 있다.
상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때, 상기 내측 공간의 높이(상기 내측 공간의 바닥부와 상기 상부 사이의 거리)는 400mm 내지 3000mm, 800mm 내지 2000mm, 또는 1000mm 내지 1500mm일 수 있다.
상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이의 비율은 1 이상: 1, 2 이상: 1, 3 이상: 1 또는 5 이상: 1일 수 있다. 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이의 비율은 6 이상:1, 4 이하: 1, 또는 3 이하: 1일 수 있다.
상기 포켓이 상기 제 1 단부로부터 상기 내측 공간에서 멀어지게 연장되는 실시예에서, 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 상기 포켓의 길이의 비율은 1.5 이상: 1, 2 이상: 1, 2.5 이상: 1, 또는 3 이상: 1일 수 있다.
상기 연속적인 측벽은 동일하거나 상이한 형상을 가질 수 있는 내부면 및 외부면을 갖는다. 편리하게, 상기 연속적인 측벽은 상기 내부면과 외부면이 동일한 형상을 갖도록 균일한 두께를 가질 것이다. 상기 연속적인 측벽의 내부면은 상기 내측 공간의 형상을 형성하고, 상기 연속적인 측벽의 단면은 상기 연속적인 측벽의 내부면의 단면을 지칭한다.
상기 연속적인 측벽은, 상기 연속적인 측벽의 단면이 실질적으로 다각형이 되도록 3개 이상의 벽부에 의해 형성될 수 있다. 상기 연속적인 측벽이 3개 벽부에 의해 형성되는 실시예에서, 상기 연속적인 측벽의 단면은 실질적으로 삼각형이다. 상기 연속적인 측벽이 동일한 길이의 3개 벽부에 의해 형성되는 실시예에서, 상기 연속적인 측벽의 단면은 정삼각형의 형상을 갖는다. 상기 단면이 다각형에 근거하는 실시예 중 어느 것에 있어서, 상기 코너는 반경 형성/만곡될 수 있고, 그리고/또는 상기 측부는 외측으로 굽어질 수 있다. 편리하게, 상기 측벽의 단면은 상기 제 1 및 제 2 단부 중간의 수직방향 평면에서 측정될 수 있다.
상기 연속적인 측벽이 3개의 측벽부에 의해 형성되는 실시예에서, 상기 연속적인 측벽의 단면이 실질적으로 삼각형이 되도록, 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 측벽부의 길이의 비율은 1 이상: 1, 1.5 이상: 1, 또는 2 이상: 1일 수 있다.
상기 연속적인 측벽이 3개 측벽부에 의해 형성되는 실시예에서, 상기 연속적인 측벽의 단면이 실질적으로 삼각형이 되도록, 상기 삼각형의 단면은 내접원, 즉 상기 삼각형 내에 수용될 수 있는 최대원을 형성할 것이다. 이 경우, 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 상기 삼각형의 단면에 의해 내접하는 원의 반경의 비율은 1.5 이상: 1, 2 이상: 1, 2.5 이상: 1, 또는 3 이상: 1일 수 있다.
상기 레이들은 처리 후에 상기 용융 금속을 초기에 수용한 다음 분배하는 스파우트를 포함한다. 이는 리레이들링 작업(re-ladling operations)을 필요로 하지 않고서, 금속이 상기 레이들로부터 상기 주조 몰드 내로 직접 타설되게 하기 때문에 특히 유리하다. 이는 온도 손실을 저감하고, 주조 공정 내의 단계를 제거함으로써 주조 생산성을 개선하는 이중의 이점을 갖는다.
적절한 내화성 재료는 EP0675862B1호에 개시되어 있으며, 특히 페놀 수지 등의 유기 재료에 의해 접착되는 실리카, 알루미나 및 마그네사이트로 이루어진 내화성 라이닝인 KALTEK (RTM)이 있다. 특정 실시예에서, 상기 연속적인 측벽은 단일 구성을 갖는다.
상기 레이들은 상기 레이들을 선회시키기 위해 크레인, 포크리프트 또는 다른 기계류 상에 장착될 수 있다.
상기 레이들 셀은 상기 레이들 라이너의 형상에 적합한 종래의 원통형 셀 또는 변형된 셀일 수 있다. 종래의 원통형 셀이 채용되면, 상기 연속적인 측벽의 내부면과 외부면은 상이한 형상을 가지는 것이 필요한데, 즉 상기 내화성 라이너는 균일한 두께를 가지지 않을 것이다. 비원형통 셀이 채용되면, 상기 연속적인 측벽의 내부면과 외부면은 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 레이들 라이너가 삼각형의 단면을 갖는 측벽을 포함하는 경우, 상기 셀은 삼각형의 단면을 가질 수 있는데, 즉 삼각형 프리즘일 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 레이들 셀 및 상기 레이들 라이너는 실질적으로 동일한 형상을 가진다. 이는 내화성 재료의 최대량이 채용될 수 있는 이점을 갖는다. 변형례로서, 상기 레이들은 종래의 원통형 레이들 셀을 포함할 수 있다. 이는 종래의 원통형 셀을 재사용하는 경우에 편리할 수 있다. 상기 레이들 라이너의 효율은 상기 레이들 라이너를 상기 셀 내에 끼워 맞추는데 필요한 추가적인 내화성 재료의 경비를 적어도 부분적으로 상쇄할 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 처리제를 포켓 내에 배치함으로써, 제 1 실시예에 따른 레이들을 반입하는 단계; 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있는 동안에 상기 레이들을 용융 금속으로 상기 포켓 아래의 레벨까지 충진하는 단계; 및 상기 포켓 내의 상기 처리제 상에서 용융 금속이 흐르도록 상기 레이들을 상기 수직방향 위치로 선회시키는 단계;를 포함하는 용융 금속을 처리하는 방법이 제공된다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 상기 수직방향 위치를 거쳐 상기 수평방향 위치로부터 상기 스파우트를 통해 처리된 용융 금속이 분배되는 분배 위치로 90°이상으로 상기 레이들을 선회시키는 것을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 방법은 상기 수직방향 위치를 거쳐 상기 수평방향 위치로부터 상기 처리된 금속이 분배되는 분배 위치로 상기 레이들을 대략 180°선회시키는 것을 포함한다.
특정 실시예에서, 상기 레이들은, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 바닥부와 상기 상부 사이의 중간의 평면에 대응하는 레벨로 충진된다.
본 발명의 방법은 연성철의 마련을 위해 특히 적합하며, 이 경우 상기 처리제는 구상화제이고, 상기 용융 금속은 철이다.
일 실시예에서, 상기 처리제는 마그네슘 함유한 구상화제이다. 적절한 구상화제로는, 순수 마그네슘, 마그네슘-페로실리콘 합금(MgFeSi 합금), 니켈-마그네슘 합금 (NiMg 합금) 및 마그네슘-철 연탄이 있다.
본 발명의 레이들 및 방법은 연성철(구상흑연주철) 및 V-주철(CGI: compacted graphite iron)의 제조에 사용될 수 있다.
상기 방법은 상기 처리제(예컨대, 구상화제)와의 반응 후에 상기 용융 금속의 주입을 포함할 수 있다. 주입제(inoculants)는 공정상 흑연 핵형성을 유도하도록 소량으로 첨가된 합금이다. 적절한 주입제로는, 페로실리콘 및 규화칼슘에 기초한 것이 있다.
상기 방법은 상기 처리제와의 반응 전에 상기 용융 금속의 초기화를 포함할 수 있다. 초기화제(initialiser)는 후속 처리가 보다 성공적일 수 있도록 상기 용융 금속의 산소 활성을 비활성화하도록 고려된다. 적절한 초기화제는 WO2008/012492호에 개시된 것이 있다.
본 발명의 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 단지 예로서만 기술될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이들의 사시도,
도 1b는 사시도, 도 1c는 조립 동안에 도 1a에 도시한 레이들의 단면도,
도 1d 및 도 1e는 도 1a에 도시한 레이들의 조립체 사용되는 포머(former)의 단면도,
도 1f는 도 1a에 도시한 레이들의 단면도,
도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시한 레이들의 개략도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이들의 도면,
도 4a 내지 도 4c는 비교를 위한 종래의 레이들의 도면,
도 5a 내지 도 5d는 MAGMASOFT (RTM) 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션을 도시한 도면.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이들(10)을 도시한다. 레이들(10)은 대체로 관형의 스틸 셀(12)과, 상기 셀(12) 내의 대체로 관형의 내화성 라이너(14)(부분적으로 보임)를 포함한다. 레이들(10)은 상단부에 개구(16)와, 하단부에 돌출부(18)를 갖는다. 셀(12)의 형상은 내화성 라이너(14)의 외부 형상에 상보적이므로, 돌출부(18)는 처리제를 보유하기 위한 포켓(도시하지 않음)의 형상에 대응한다. 또한, 레이들은 폐쇄가능한 덮개(20)를 포함하며, 그 내부면은 내화성 라이너(14)의 제 2 단부를 형성한다. 셀(12)과 내화성 라이너(14)는 스파우트(17)를 형성하도록 개구(16)에 인접하게 상단부를 향해 벌어진다. 레이들(10)은 스파우트가 레이들의 상부에 있고 포켓이 레이들의 바닥부에 있도록 수직방향 위치로 도시된다. 본 구성에서, 처리제는 개구(16)를 거쳐 포켓 내에 쉽게 반입될 수 있다.
레이들(10)은 도 1b 및 도 1c에 도시한 바와 같이 2개 부품으로 제조된다. 레이들(10a)의 메인 바디는 포머(22a)를 셀(12) 내에 위치시키고, 셀(12)과 포머(22a) 사이의 갭을 내화성 재료(KALTEK (RTM))로 충진함으로써 제조된다. 내화성 재료가 고화되면, 포머(22a)는 제거된다. 마찬가지로, 레이들(10b)의 돌출부는 돌출부(18)에 대응하는 셀 내의 또 다른 포머(22b)를 위치시키고, 포머(22b)와 돌출부(18) 사이의 갭을 내화성 재료로 충진함으로써 제조된다. 포머(22a, 22b)의 외부면은 내화성 레이들 라이너(14)의 내부 형상에 대응한다. 그 다음, 2개의 부품(10a, b)이 서로 부착된다.
도 1c는 포머(22a, 22b)가 제거되기 전의 레이들(10)을 덮개(20) 없이 도시한 단면도이다. 내화성 라이너(14)는 측벽(24), 하단부(26)(제 1 단부)를 포함하며, 덮개(20)가 끼워져 있지 않기 때문에, 레이들은 상단부에서 전체적으로 개방된다. 연속적인 측벽의 최상부는 덮개(20)가 끼워 맞춰지는 위치(제 2 단부)를 형성한다. 레이들 라이너(14)는 처리제를 보유하기 위한 포켓(30)을 포함한다. 포켓(30)은 제 1 단부(26)로부터 멀어지게 연장된다. 이는 처리제 위에 보다 큰 금속 헤드가 있다는 이점을 제공한다. 포켓(30)의 벽은 연속적인 벽(24)보다 두껍다. 보다 두꺼운 벽은 처리제의 증발을 위해 추가적인 단열을 제공한다.
레이들이 수직방향 위치에 있을 때 내측 공간의 높이는 x로 표시한다. 레이들이 수평방향 위치에 있도록 선회될 때 내측 공간의 높이는 y로 표시한다. 포켓의 깊이는 z로 표시한다. 본 실시예에서, x, y 및 z의 근사값은 각각 1380mm, 640mm 및 480mm이다. 이에 따라, x:y의 비는 대략 2.2:1이고, x:z의 비는 대략 2.9:1이다.
도 1d는 포머(22a)의 단면도를 도시한다. 포머(22a)의 외부면은 연속적인 측벽(24)의 내부면 및 이에 따라 내측 공간의 단면을 형성한다. 포머(22a)의 단면은 코너가 만곡되어 있고 측부가 외측으로 굽어 있는 정삼각형에 기초한다.
도 1e는 포머(22b)의 단면도를 도시한다. 포머(22b)의 외부면은 포켓(30)의 벽을 형성한다. 본 실시예에서, 포머(22b)의 단면은 포머(22a)의 단면(점선으로 도시함)에 관한 것이다. 포머(22b)의 단면은 대략 삼각형이다. 포켓(30)은 상이한 단면, 예컨대 원형 단면을 가질 수 있다. 그러나, 삼각형 단면이 유리한데, 그 이유는 레이들이 수직방향 위치로부터 수평방향 위치로 선회될 때 처리제를 포켓(30) 내에 보유하는데 도움을 주기 때문이다.
도 1f는 셀(12) 및 연속적인 내화성 측벽(24)을 포함하는 레이들(10a)의 주요부에 대한 단면을 도시한다. 측벽(24)는 각각의 코너가 측벽(24)과 접촉하는 정삼각형(점선을 도시함)에 기초한다. 본 실시예에서, 상기 삼각형 각각의 측부에 대한 길이는, 레이들이 수직방향 위치에 있을 때(도 1c에 x로 표시) 내측 공간의 높이와, 측벽부의 길이의 비율이 대략 1.8:1이 되도록 대략 740mm이다. 상기 삼각형은 내접원(점선으로 도시함)을 포함한다. 본 실시예에서, 내접원은, 레이들이 수직방향 위치에 있을 때(도 1c에 x로 표시) 내측 공간의 높이와, 원 직경의 길이의 비율이 대략 3.2:1이 되도록 대략 427mm의 직경을 갖는다.
도 1a 내지 도 1f에 도시한 레이들의 비율은 처리제에 의해 금속을 처리하는데 특히 유익하므로, 양호한 열 보유와 효과적인 처리를 조합하는 것으로 고려된다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시한 레이들(10)이 수평방향 위치에 있는 개략도이다. 레이들(10)은, 전술한 바와 같이, 제 1 단부(26), 제 2 단부(28) 및 연속적인 측벽(24)을 포함한다. 이와 같은 수평방향 구성에서, 측벽의 상부는 내측 공간의 상부(40)를 형성하고, 측벽의 하부는 내측 공간의 바닥부(42)를 형성한다. 제 1 및 제 2 단부 중간의 수직방향 평면(44)이 도시된다. 수직방향 평면은 연속적인 측벽(24)이 규칙적인 형상을 갖는 위치에 대응하기 때문에 제 2 단부(28)보다 제 1 단부(26)에 근접하게 선택된다. 내측 공간의 상부(40)와 바닥부(42) 사이의 중간의 수평방향 평면(46)이 도시된다. 내측 공간(42)의 바닥부, 제 1 단부(26), 중간 평면(46) 및 수직방향 평면(44) 사이에 형성된 내측 공간의 용적(하측 용적)은 I로 표시된다. 내측 공간(42)의 상부, 제 1 단부926), 중간 평면(46) 및 수직방향 평면(44) 사이에 형성된 내측 공간의 용적(상측 용적)은 II로 표시된다. 도 1a를 참조하면, 용적(I, II)은 동일한 것으로 나타내지만, 연속적인 측벽(24)의 단면 형상으로 인해 용적(I)이 용적(II)보다 큰 것임이 도 2b에서 명백하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이들의 삼각형의 프리즘 형상은, 레이들이 수평방향 위치에 있을 때 금속으로부터 열손실, 및 레이들이 수직방향 위치에 있을 때(제 2 위치) 처리제 위의 증가된 금속 헤드의 견지에서 원통형 레이들에 비해 유리하다. 도 2b의 개략도에서 명백한 바와 같이, 레이들이 중간 정도 충진되면, 공기에 노출되는 금속의 표면은 비교대상인 원통형 레이들보다 작을 것이다. 마찬가지로, 레이들이 수평방향 위치로부터 수직방향 위치로 선회될 때, 금속 높이는 비교대상인 원통형 레이들보다 클 것이다.
예 1 및 비교예 1 : 시뮬레이션
본 발명의 일 실시예(예 1)에 따른 레이들에 대한 열손실율을 공정하게 평가하기 위해, 본 발명자는 2개의 레이들, (본 발명의 일 실시예에 따른) 예 1, 및 비교를 위한 또 다른 레이들(비교예 1)을 설계하였고, MAGMASOFT 시뮬레이션 툴을 이용하여 시뮬레이션을 돌렸다. MAGMASOFT는 주조의 몰드 충진 및 고형화를 모델링하기 위한 MAGMA Gieβereitechnologie GmbH에 의해 공급되는 선두적인 시뮬레이션 툴이다. 일반적으로, 경비 및 비용 소모적인 주조 공장에서의 시도를 회피하기 위해 사용된다.
예 1의 레이들은 도 3a(수직방향 위치)와, 도 3b 및 도 3c(수평방향 위치)로 도시된다. 내측 공간은 실질적으로 삼각형의 단면을 갖는다. 비교예 1은 도 4a(수직방향 위치)와, 도 4b 및 도 4c(수평방향 위치)로 도시된다. 내측 공간은 원형의 단면을 갖는다. 각각의 도면에 도시된 점선은 레이들이 작업 성능으로 충진되는 경우에 용융 금속의 레벨을 예시한다. 2개의 레이들의 특정 비교는 하기의 표에 나타낸다.
예 1 비교예 1
작업 성능(kg) 3000 3000
금속 용적의 총 표면적(mm2) 3719746 3892335
상부 표면적( mm 2 ) 1028446 1354917
금속 높이-수평방향(mm) 417.7 427
금속 높이-수직방향( mm ) 897 747
기하학적 계수(용적/표면적)(cm) 11.5 11
알 수 있는 바와 같이, 양자의 레이들이 동일한 양의 금속을 보유하더라도, 그들의 상이한 형상으로 인해 상이한 레벨로 충진된다. 수평방향 위치에서, 금속은 양자의 경우에 유사한 높이로 충진되지만, 레이들이 수직방향 위치로 회전될 때, 금속 높이는 비교예 1보다 예 1에서 훨씬 높다. 증발가능한 처리제 위의 보다 높은 금속 높이는 보다 많은 금속을 통해 이동해야 하므로, 용융 금속 내에 보다 쉽게 유지되므로, 보다 양호한 회수율을 초래한다.
또한, (공기 또는 레이들의 벽과 접촉하는) 금속의 총 표면적, 및 (공기와 접촉하는) 금속의 상부 표면적은 비교예 1에서보다 예 1에서 작다. 이는 비교예 1보다 예 1에 대해 보다 큰 기하학적 계수에 대응한다. 따라서, 예 1의 레이들 내의 용융 금속은 비교예 1의 레이들에서의 용융 금속보다 훨씬 늦게 냉각할 것이다.
시뮬레이션에서, 레이들은 용융 금속을 수용하며 KALTEK (RTM) 재료와 같은 단열 특성을 갖는 내화성 라이딩을 구비하는 것으로 모델링하였다. 모델은 금속 위의 경계 재료가 공기인 것으로 고려된다. 시뮬레이션은 내화성 라이닝을 위한 2개의 상이한 시작 온도(1400℃ 및 1580℃)로 작동하였다. 240초 후의 결과는 도 5a 내지 도 5d에 도시된다. 시뮬레이션 출력은 금속의 음영 윤곽 다이아그램이며, 음영의 어둡기는 액체 금속의 온도에 반비례하는, 즉 음영이 어두울수록 금속은 더 차며 - 시뮬레이션에서 실제값이 온도 키(temperature key)에 의해 나타내어진다.
도 5a 및 도 5b는 내화성 라이닝이 예 1 및 비교예 1 각각을 위해 1400℃의 시작 온도를 가질 때 금속의 표면 온도를 도시한다. 금속의 표면 온도는, 양자의 레이들이 동일한 양의 금속을 함유하고 동일한 시작 온도를 가지더라도 본 발명의 레이들이 비교예보다고 높다. 이는 도 5a에 비해 도 5b에서의 금속 표면 상에서 보다 어두운 윤곽(음영)의 보다 높은 비율에 의해 도시되는데, 그 이유는 음영이 보다 어두울수록 금속이 보다 차기 때문이다.
도 5c 및 도 5d는 내화성 라이닝이 예 1 및 비교예 1 각각을 위해 15800℃의 시작 온도를 가질 때 금속의 표면 온도를 도시한다. 다시, 금속의 표면 온도는 도 5d에 비해 도 5c에서의 보다 밝은 음영에 의해 도시한 바와 같이 비교예보다 본 발명의 레이들에 대해 보다 높다. 이는 본 발명의 레이들이 금속을 보다 길게 뜨겁게 유지하게 하는 것을 예시한다.
예 2 및 비교예 2 - 연성철의 마련
본 발명의 일 실시예에 따른 레이들(예 2) 및 스탠다드 턴디시 레이들(비교예 2)을 이용하여 연성철을 마련하였다. 각각의 경우에, 마그네슘 페로실리콘 합금(FeSiMg)으로 용융 철을 처리하였다. 4와 9/10 분 후에 마그네슘 회수를 측정하였다. 하기의 수학식을 이용하여 마그네슘 회수를 연산하였다.
Mg 회수 % = (0.76 x (비금속의 S% - 나머지 S%) + 나머지 Mg%) x 100 / 첨가된 Mg%
예 2
도 1a에 도시한 레이들(10)을 최하측 지점에서 포켓(18)과의 수직방향 위치에 배치하였다. 그 다음, 개구 내에 배치된 긴 목 형상의 깔때기를 이용하여 포켓 내에 20.8kg의 마그네슘 페로실리콘 합금(5.38 Mg)을 반입하였다. 처리제를 반입한 후에, 레이들을 수평방향에 90°로 회전하였다. 그 다음, 레이들에 1480℃의 온도에서 1600kg의 용융 철로 충진하였다. 그 다음, 용융 철이 포켓 내로 흐르도록 레이들을 수직방향 위치로 다시 회전시켰다. 용융 철이 마그네슘 합금과 반응했기 때문에 흰색의 밝은 점으로 도시하였다. 레이들을 경사지게 하여 스파우트(17) 외부로 타설함으로써 금속을 레이들 외부로 타설하였다. 그 결과는 하기와 같다.
비교예 2
스탠다드 턴시디 레이들 내의 리세스에 14.4kg 마그네슘 페로실리콘 합금(5.38% Mg)을 배치하였고, 1500℃의 온도(스탠다드 실시)에서의 800kg의 용융 금속을 레이들 내로 타설하였다. 그 결과는 하기와 같다.
예 2 비교예 2
4분 10분 4분 9분
Mg 나머지(%) 0.0550 0.0474 0.0450 0.0350
처리 전의 S(%) 0.0140 0.0140 0.0070 0.0070
처리 후의 S(%) 0.0110 0.0104 0.0046 0.0040
첨가된 Mg(%) 0.06994 0.06994 0.09684 0.09684
Mg 회수(%) 82 72 48 38
마그네슘 회수는 비교예 2보다 예 2에서 상당히 높다. 따라서, 본 발명의 일 실시에에 따른 레이들은 스탠다드 턴디시 레이들보다 양호한 회수율을 제공하는 것으로 나타난다.

Claims (15)

  1. 대체로 관형의 레이들 라이너를 수용하는 레이들 셀을 포함하며, 수평방향 위치와 수직방향 위치 사이에서 선회가능한 처리 레이들(treatment ladle)에 있어서,
    상기 레이들은 제 1 단부와 제 2 단부를 가지며, 그 사이에 연속적인 측벽을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 단부와 상기 연속적인 측벽 사이에는 내측 공간이 형성되고,
    상기 레이들은 처리제를 보유하는 포켓; 및 상기 레이들이 상기 수평방향 및 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 바닥부보다 상부에 근접하게 위치된 용융 금속을 수용하여 타설하기 위한 스파우트(spout)를 더 포함하며,
    상기 포켓은 상기 제 1 단부에 인접하게 위치되고 상기 내측 공간과 유체 연통하고, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 바닥부보다 상부에 근접하고 상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 상부보다 바닥부에 근접하게 위치되고,
    상기 수평방향 위치에서, 상기 내측 공간의 상부와 바닥부 사이와, 상기 제 1 및 제 2 단부 중간의 수직방향 평면과 상기 제 1 단부 사이의 중간에 있는 평면 아래에 형성된 상기 내측 공간의 하측 용적은 상기 중간의 평면 위에 그리고 상기 제 1 단부와 상기 수직방향 평면 사이에 형성된 상기 내측 공간의 상부 용적보다 큰 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포켓은 상기 레이들 라이너의 제 1 단부로부터 상기 내측 공간에서 멀어지게 연장되는 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하측 용적과 상기 상측 용적의 비율은 1.5 이상: 1인 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이의 비율은 1.2 이상:1인 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이의 비율은 6 이하: 1인 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포켓은 상기 레이들 라이너의 제 1 단부로부터 상기 내측 공간에서 멀어지게 연장되고,
    상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 대 상기 내측 공간의 높이와, 상기 포켓의 길이의 비는 2 이상: 1인 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속적인 측벽은, 상기 연속적인 측벽의 단면이 실질적으로 다각형이 되도록 3개 이상의 벽부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연속적인 측벽은, 상기 연속적인 측벽의 단면이 실질적으로 삼각형이 되도록 3개 벽부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 다각형의 코너는 만곡되는 것, 및 상기 다각형의 측부는 외측으로 굽어지는 것 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속적인 측벽은, 상기 연속적인 측벽의 단면이 실질적으로 삼각형이 되도록 3개의 측벽부에 의해 형성되고,
    상기 레이들이 상기 수직방향 위치에 있을 때 상기 내측 공간의 높이와, 상기 측벽부 중 하나 이상의 길이에 대한 비는 1.5 이상: 1인 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속적인 측벽은 단일 구성(unitary construction)을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이들 셀과 상기 레이들 라이너는 실질적으로 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 레이들.
  13. 용융 금속을 처리하는 방법에 있어서,
    처리제를 포켓 내에 배치함으로써, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 레이들을 반입하는 단계;
    상기 레이들이 상기 수평방향 위치에 있는 동안에 상기 레이들을 용융 금속으로 상기 포켓 아래의 레벨까지 충진하는 단계; 및
    상기 포켓 내의 상기 처리제 상에서 용융 금속이 흐르도록 상기 레이들을 상기 수직방향 위치로 선회시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이들은 상기 수직방향 위치를 거쳐 상기 수평방향 위치로부터 상기 스파우트를 통해 처리된 용융 금속이 분배되는 분배 위치로 90°이상으로 선회되는 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 처리제는 구상화제(nodulariser)인 것을 특징으로 하는 용융 금속 처리 방법.
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