전로 공정 랜스를 통한 초음속 산소 가스의 거동

초록

최근 세계적으로 철강 제품 경쟁력 향상을 위해 전로조업 동향이 급변하고 있는 추세이다. 그 중 탈인 효율 향상 및 취련 시간 단축이 중요시 되고 있으며, 이를 위해 상취 랜스 노즐에 대한 연구가 다수 진행되어 왔다. 기존의 랜스 노즐은 산소 jet의 에너지 손실을 최소화하기 위해 설계된 normal expansion type을 사용하였고, soft blowing 패턴을 적용하여 탈린 효율을 증대시켰다. 그러나, 산소 jet의 blowing soft화는 취련 시간을 증가시켜 전로 내 슬래그 양 증가 및 내화물 수명 저하의 문제점을 발생시킨다. 따라서 현재 조업에서 soft blowing 패턴을 유지하며, 산소 공급 속도를 증대시킬 수 있는 상취 랜스 노즐의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 산소 공급 속도 증가 및 soft blowing이 가능한 abnormal expansion type 노즐에 대한 설계 및 기초 해석을 진행하였다. 해석에는 상용 유동 해석 프로그램인 ANSYS FLUENT를 사용하였으며, 이를 통해 초음속 jet의 유동 특성을 확인하였다. 노즐은 exit/throat 직경비에 따라 설계하였으며, 공급되는 산소량에 의한 영향을 비교하기 위해 inlet 유량 변화에 따른 해석을 진행하였다. Oxygen jet의 속도는 normal expansion type 노즐에서 가장 빠른 경향을 보였으며, abnormal expansion type 노즐에 근접할수록 jet 속도는 감소하였다. 또한, 산소 유량이 증가할수록 jet의 속도는 증가하는 경향이 나타내었다.