KR20000013808U - Hydrogen gas blowing device in molten steel - Google Patents
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Abstract
본 고안은 전로 혹은 전기로에서 정련 종료후, 용강을 레들등의 이송용기로 출강시키는 과정에서 용강중 질소를 제거하고자 수소가스를 취입하는 장치에 관한 것으로, 목적은 전로 또는 전기로의 출강구에 다수개의 기체취입노즐을 설치하고, 상기 노즐을 통해 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강에 취입하여 질소를 효과적으로 저감시킬 뿐 아니라 강의 품질을 향상시킴에 있다.The present invention relates to a device that blows hydrogen gas to remove nitrogen from molten steel in the process of tapping molten steel into a transfer container such as a ladle after finishing refining in a converter or electric furnace. By installing a blow nozzle and blowing the mixed gas of argon and hydrogen into the molten steel during tapping through the nozzle to effectively reduce the nitrogen as well as to improve the quality of the steel.
이와같은 목적을 갖는 본 고안은 전로 혹은 전기로의 출강구 원주방향으로 다수개의 기체 취입노즐을 등간격으로 다수개 설치하고, 상기 각각의 노즐 후단에는 플렉시블 파이프를 연결하며, 상기 플렉시블 파이프에는 혼합가스 공급헤드가 연결되어 출강작업시 상기 기체 취입노즐을 통한 아르곤과 수소의 혼합가스를 취입하도록 한 용강으로의 수소가스 취입 장치를 마련함을 요지로 한다.The present invention having such a purpose is provided with a plurality of gas blowing nozzles at equal intervals in the circumferential direction of the exit of the converter or electric furnace, connecting the flexible pipe to the rear end of each nozzle, supplying the mixed gas to the flexible pipe The head is connected to provide a hydrogen gas blowing device to the molten steel to blow the mixed gas of argon and hydrogen through the gas blowing nozzle during the tapping operation.
Description
본 고안은 전로 혹은 전기로에서 정련 종료후, 용강을 레들등의 이송용기로 출강시키는 과정에서 용강중 질소를 제거하고자 수소가스를 취입하는 장치에 관한 것으로, 특히 출강중인 용강에 수소가스를 안전하면서도 효과적으로 취입함으로써, 용강중 질소를 제거하고, 정련시간을 단축하도록 한 용강중의 수소가스 취입 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for injecting hydrogen gas to remove nitrogen from molten steel in the process of tapping molten steel into a transfer container such as a ladle after finishing refining in an electric furnace or an electric furnace. The present invention relates to a hydrogen gas blowing device in molten steel which removes nitrogen in molten steel and shortens the refining time.
일반적으로 제철소의 제강공정은 전로 - 노외정련 - 연속주조등의 단위공정으로 구성되고, 제강공정에서 정련을 실시하는 동안 대기로부터 용강으로 질소가 혼입되고, 이와같이 혼입된 질소는 용강중 질소의 확산계수가 낮기 때문에 제거하기가 대단히 어려운 것으로 알려져 있다.In general, the steelmaking process of steel mills consists of unit processes such as converters, external refining, and continuous casting, and nitrogen is mixed from the atmosphere into molten steel during the refining process in the steelmaking process. It is known to be very difficult to remove because it is low.
용강에 잔존하는 질소는 응고시 가스상태로 방출되어 주편에 기공을 형성시키고, 또한 응고후 합금원소와 질화물을 형성하여 강의 기계적 성질을 열화 시킨다.Nitrogen remaining in the molten steel is released as a gas during solidification to form pores in the cast steel, and also forms alloy elements and nitrides after solidification, thereby deteriorating the mechanical properties of the steel.
따라서 대부분의 강에서는 질소가 낮을수록 정련시간을 단축할 수 있고, 강의 기계적 성질이 우수하므로 용강중 질소 제거를 목적으로 여러 가지 방법들이 제시 되고 있다.Therefore, in most steels, the lower the nitrogen, the shorter the refining time, and because the mechanical properties of the steel are excellent, various methods have been proposed for the purpose of removing nitrogen from molten steel.
이러한 제안들중 수소가스를 취입하여 질소를 제거하는 방법은 선출원한 대한민국 특허출원 제97-34694호 에서 알려진 바와같이 매우 효과적인 것으로 알려져 있다.Among these proposals, the method of removing nitrogen by blowing hydrogen gas is known to be very effective, as known from Korean Patent Application No. 97-34694.
상기 방법은 실험실에서 내경 35mm의 소형 도가니에 반경 5mm의 알루미나 랜스를 침적시켜 수소가스를 취입하는 것이다. 한편 이 방법은 제강공정에 그대로 적용하는 것이 매우 어렵고, 단순하게 기하학적인 비율로 도가니와 랜스를 확대시켜 제강공정에 적용하는 경우에도 수소가스가 대기 혹은 슬래그 등의 수분이나 산소와 급격하게 반응하여 폭발하는 위험성을 가지고 있을 뿐 아니라 수소가스의 효율이 낮은 단점을 지니고 있다.The method involves injecting hydrogen gas by depositing an alumina lance with a radius of 5 mm in a small crucible with an internal diameter of 35 mm in a laboratory. On the other hand, this method is very difficult to apply to steel making process, and even when it is applied to steel making process by expanding crucible and lance with simple geometric ratio, hydrogen gas rapidly reacts with moisture or oxygen such as air or slag and explodes. In addition to the risks of hydrogen gas, the efficiency of hydrogen gas is low.
본 고안은 상기의 문제점을 해소하고자 고안한 것으로, 전로 또는 전기로의 출강구에 다수개의 기체취입노즐을 설치하고, 상기 노즐을 통해 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강에 취입하여 질소를 효과적으로 저감시킬 뿐 아니라 강의 품질을 향상시킴에 그 목적이 있다.The present invention is designed to solve the above problems, install a plurality of gas blowing nozzles in the outlet of the converter or electric furnace, and effectively reduce nitrogen by blowing the mixed gas of argon and hydrogen into the molten steel during tapping through the nozzle It is not only to improve the quality of the steel but also to improve the quality of the steel.
이와같은 목적을 갖는 본 고안은 전로 혹은 전기로의 출강구 원주방향으로 다수개의 기체 취입노즐을 등간격으로 다수개 설치하고, 상기 각각의 노즐 후단에는 플렉시블 파이프를 연결하며, 상기 플렉시블 파이프에는 혼합가스 공급헤드가 연결되어 출강작업시 상기 기체 취입노즐을 통한 아르곤과 수소의 혼합가스를 취입하도록 한 용강중의 수소가스 취입장치를 마련함에 의한다.The present invention having such a purpose is provided with a plurality of gas blowing nozzles at equal intervals in the circumferential direction of the exit of the converter or electric furnace, connecting the flexible pipe to the rear end of each nozzle, supplying the mixed gas to the flexible pipe The head is connected by providing a hydrogen gas blowing device in the molten steel to blow the mixed gas of argon and hydrogen through the gas blowing nozzle during the tapping operation.
도 1은 본 고안의 장치가 출강구에 장착된 상대의 개략도1 is a schematic view of an opponent equipped with a device of the present invention in the exit
도 2는 본 고안 도 1의 A-A선 단면 구성도Figure 2 is a cross-sectional view of the line A-A of the present invention Figure 1
도 3a.b는 본 고안 도 2의 B 부분 상세도Figure 3a.b is a detailed view of the portion B of the present invention Figure 2
도 4는 본 고안과 비교재의 질소 변화를 나타낸 그래프4 is a graph showing the nitrogen change of the present invention and the comparative material
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 전로 혹은 전기로 2 : 용강1: converter or electric furnace 2: molten steel
3 : 레들 10...출강구3: ladle 10 ... exit
20 : 기체취입노즐 30 : 플렉시블 관20: gas blowing nozzle 30: flexible tube
40 : 혼합가스헤드 50 : 유량조절밸브40: mixed gas head 50: flow control valve
본 고안은 용강(2)에 수소가스를 취입하기 위한 장치를 형성함에 있어서, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와같이 출강구(10)의 원주방향으로 다수개의 기체 취입노즐(20)을 등간격으로 설치하여 출강시에 상기 출강구(10)를 통한 용강(2)에 아르곤과 수소의 혼합가스를 공급하도록 구성하였다.The present invention in forming a device for blowing the hydrogen gas in the molten steel (2), as shown in Figure 1 and 2, the plurality of gas blowing nozzles 20 in the circumferential direction of the tapping hole 10 It was installed so as to supply a mixed gas of argon and hydrogen to the molten steel (2) through the tap hole 10 during tapping.
본 고안의 장치는 출강구(10)에 설치되는 노즐(20)이 강 혹은 파인세라믹 재질의 파이프 등으로 이루어지고, 노즐(20)의 후단은 전로 혹은 전기로(1)의 경동시 구부러짐을 보장하기 위하여 플렉시블 관(30)등으로 연결되어 출강중 일정량의 혼합기체를 연속적으로 취입하게 하였다.In the device of the present invention, the nozzle 20 installed at the tap hole 10 is made of steel or a fine ceramic pipe, and the rear end of the nozzle 20 is guaranteed to bend when the converter or the electric furnace 1 is tilted. In order to be connected to the flexible pipe 30 and the like to continuously blow a certain amount of mixed gas during tapping.
또한 상기 출강구(10)에는 각각의 직경이 4~5mm 정도인 8~12개의 노즐을 등간격으로 설치하여, 출강 작업중 상기 노즐(20)을 통해 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강(2)에 취입하고, 아르곤과 수소 가스는 각각의 공급장치에서 혼합헤드(40)로 공급되고, 상기 혼합헤드(40)에서는 유량조절밸브(50)를 통해 아르곤과 수소를 적정 비율로 혼합하여 상기 노즐(20)을 통해 출강구(10)에 공급하게 되는 것이다.In addition, the tap hole 10 is provided with 8 to 12 nozzles each having a diameter of about 4 to 5 mm at equal intervals, and the mixed gas of argon and hydrogen to the molten steel 2 through the nozzle 20 during tapping operation. Blown, argon and hydrogen gas is supplied to the mixing head 40 in each supply device, in the mixing head 40 through the flow control valve 50 to mix the argon and hydrogen in an appropriate ratio to the nozzle 20 Will be supplied to the tapping hole (10) through.
상기에서 노즐(20)을 강 혹은 파인세라믹 재질을 사용하는 것은 수소가 강 환원성 가스이고, 용강(2)의 온도가 1600~1750℃로 고온이므로 출강작업이 반복됨에 따라 노즐(20)이 파손되는 것을 방지하기 위함이다.In the above, the use of steel or fine ceramic material for the nozzle 20 is that hydrogen is a strongly reducing gas, and the temperature of the molten steel 2 is 1600 to 1750 ° C., so that the nozzle 20 is damaged as the tapping operation is repeated. To prevent this.
그리고 직경이 4~5mm 정도인 8~12 개의 노즐(20)을 등간격으로 설치하는 것은 분당 1.0~3.0 표준입방미터(Nm3) 유량으로 아르곤과 수소의 혼합가스를 원활하게 취입하기 위함이다.In addition, the 8 to 12 nozzles 20 having a diameter of about 4 to 5 mm are installed at equal intervals to smoothly inject a mixture of argon and hydrogen at a flow rate of 1.0 to 3.0 standard cubic meters (Nm 3 ) per minute.
직경 4mm 이하 노즐의 경우는 분당 1.0~3.0 표준입방미터를 취입하기 위하여 최소 13개 이상의 노즐(20)이 필요하나 출강구(10) 주변의 가스공급장치가 복잡해지고 출강구(10)의 수명이 짧아져 불리하고, 직경이 5mm 이하인 경우는 노즐(20)수를 7개미만으로 줄일 수는 있으나 혼합가스 취입 노즐(20)로 용강(2)이 침투될 수 있으므로 불리하여, 분당 1.0~3.0 표준입방미터(Nm3) 유량으로 아르곤과 수소의 혼합가스를 원활하게 취입하기 위해서는 직경 4~5mm의 노즐 8~12개를 설치하는 것이 바람직하다.In the case of nozzles with a diameter of 4 mm or less, at least 13 or more nozzles 20 are required to blow 1.0-3.0 standard cubic meters per minute, but the gas supply device around the tap hole 10 becomes complicated and the life of the tap hole 10 is reduced. If the diameter is 5 mm or less, the number of nozzles 20 can be reduced to less than seven, but the molten steel 2 can penetrate into the mixed gas blowing nozzle 20. Therefore, it is 1.0 to 3.0 standard cubic minutes. In order to smoothly blow in a mixed gas of argon and hydrogen at a meter (Nm 3 ) flow rate, it is preferable to provide 8 to 12 nozzles having a diameter of 4 to 5 mm.
한편 노즐을 등간격으로 배열하는 것은 기체를 고온의 용강(2)에 취입하는 경우 노즐선단에서 기체의 급격한 팽창으로 출강구(10)가 물리적인 침식을 받게 되며, 노즐을 등간격으로 설치함으로서 출강구(10)가 국부적으로 침식되는 것을 방지하기 위함이다.On the other hand, arranging the nozzles at equal intervals means that when the gas is blown into the molten steel 2 at high temperature, the tap 10 is subjected to physical erosion due to the rapid expansion of the gas at the nozzle tip, and the tap is installed at equal intervals. This is to prevent the sphere 10 from eroding locally.
또한 아르곤과 수소의 혼합가스를 공급하는 것은 전로 혹은 전기로(1)에서 정련을 종료한 용강(2)중 질소성분이 높은 경우에는 수소가스의 비율을 높이고, 질소 성분이 낮은 경우는 수소가스의 비율을 낮추기 위함이다.In addition, supplying a mixed gas of argon and hydrogen increases the proportion of hydrogen gas when the nitrogen content is high in the molten steel (2) which has been refined in the converter or electric furnace (1), and when the nitrogen content is low, This is to lower the ratio.
상기 전로나 전기로(1)에서는 용선(Hot Metal)과 고철의 장입비율에 따라 정련후 용강중 질소 함량이 크게 달라지고, 일 예로 100톤 전로에서 용선과 고철의 장입비가 80:20 일때는 전로 정련후 용강중 질소가 25~30ppm이고, 장입비가 90:10 일때는 질소가 20~25ppm 정도이며, 고철비가 100%인 100톤 전기로(1)는 정련후 용강의 질소가 80~120ppm에 달한다.In the converter or the electric furnace (1), the nitrogen content in the molten steel after refining is greatly changed according to the charging ratio of hot metal and scrap metal, for example, when the charging ratio of molten iron and scrap metal in a 100 ton converter is 80:20 After the molten steel is 25 ~ 30ppm, when the charging ratio is 90:10, the nitrogen is about 20 ~ 25ppm, the 100 ton electric furnace (1) of the scrap metal ratio of the molten steel reaches 80 ~ 120ppm after refining.
상기와 같이 용강중 질소성분이 크게 차이가 나는 경우는 수소가스 유량만을 조절하여 질소를 저감시키는 효과를 얻기가 어렵다.As described above, when the nitrogen component in the molten steel is significantly different, it is difficult to obtain an effect of reducing nitrogen by adjusting only the flow rate of hydrogen gas.
전술한 바와같이 출강중에 아르곤과 수소기체의 공급장치에서 혼합헤드(40)에서 가스가 공급되고, 혼합헤드(40)에서 적정의 비율로 혼합된 아르곤과 수소가스는 플렉시블 관(30)을 통해 가스취입 노즐(20)로 출강구(10)의 용강(1)에 공급되어진다.As described above, the gas is supplied from the mixing head 40 in the supply device of argon and hydrogen gas during tapping, and the argon and hydrogen gas mixed at an appropriate ratio in the mixing head 40 is gas through the flexible pipe 30. The blow nozzle 20 is supplied to the molten steel 1 of the tap hole 10.
상기 공급된 혼합가스중 수소가스는 용강에서 용해되고, 용강중 질소와 반응하여 암모니아 가스를 형성함으로서 용강중 질소를 제거할 수 있게 되는 것이다.Hydrogen gas in the supplied mixed gas is dissolved in molten steel and reacts with nitrogen in molten steel to form ammonia gas, thereby removing nitrogen in molten steel.
이하, 실시예를 통하여 본 고안을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
(실시예)(Example)
출강구(10)의 직경이 132mm인 100ton 전로에서 출강구(10)의 원주방향으로 직경 4mm의 노즐 8개를 설치하고, 전로출강중 상기 노즐을 통해 아르곤과 수소가스 비율이 70:30인 혼합가스를 분당 1.5 표준입방미터(Nm3) 유량으로 취입하였다.In the 100 ton converter having a diameter of 132 mm in the tapping hole 10, eight nozzles having a diameter of 4 mm are installed in the circumferential direction of the tapping hole 10, and the ratio of argon and hydrogen gas is 70:30 through the nozzles in the converter tapping. The gas was blown at a flow rate of 1.5 standard cubic meters (Nm 3 ) per minute.
이 실험에서 가스취입시간을 7분으로 하고, 전로에서 용선과 고철의 장입비율은 90:10으로 유지하였다. 그리고 이 실험에서는 출강전과 출강후에 각각 용강시료를 채취하여 물에서 급냉시킨후 칩(chip) 형태로 가공하여 산소/질소 동시분석기로 질소를 분석하였다.In this experiment, the gas blowing time was 7 minutes and the charging ratio of molten iron and scrap metal in the converter was maintained at 90:10. In this experiment, samples of molten steel were taken before and after tapping, quenched in water, processed into chips, and nitrogen was analyzed using an oxygen / nitrogen simultaneous analyzer.
또한 출강중 혼합가스를 취입하지 않은 것을 비교재로 하였다.In addition, the comparative material which did not blow in mixed gas during tapping was used.
도 4는 본 고안과 비교재의 출강전후 용강중 질소 함량변화를 도시한 것이고, 이때 본 고안과 비교재의 도 4에서 비교재의 경우는 질소가 21ppm에서 24ppm으로 증가되는 반면에 본 고안에서는 질소가 23ppm에서 15ppm으로 34.8% 정도 감소되는 것을 알 수 있었다.Figure 4 shows the change in nitrogen content in the molten steel before and after the tapping of the subject innovation and the comparative material, in this case the comparative material in Figure 4 of the subject innovation and the comparative material is increased from 21ppm to 24ppm while in the present design nitrogen from 23ppm to 15ppm As a result, it was found to decrease by 34.8%.
상기와 같은 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스 취입에 의한 용강내 질소의 강환원성 수소가 용강에 용해되어 용강중 질소와 급격한 반응을 일으켜 암모니아 가스상을 형성함으로서 탈질 반응이 진행되었기 때문이다.This is because the strong reducing hydrogen of nitrogen in the molten steel is dissolved in the molten steel by blowing the mixed gas of argon and hydrogen during tapping as described above, thereby rapidly reacting with the nitrogen in the molten steel to form an ammonia gas phase.
이상과 같은 본 고안은 전로 또는 전기로의 출강구에 다수개의 기체취입노즐을 설치하고, 상기 노즐을 통해 출강중 아르곤과 수소의 혼합가스를 용강에 취입함으로써, 질소를 효과적으로 저감시킬 뿐 아니라 강의 품질을 향상시키고 후공정에서 별도의 탈질 정련을 생략하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above, by installing a plurality of gas blowing nozzles in the exit of the converter or electric furnace, and by blowing the mixed gas of argon and hydrogen into the molten steel during tapping through the nozzle, not only effectively reduce the nitrogen but also improve the quality of the steel There is an effect to improve the productivity by eliminating the additional denitrification refining in the post-process.
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