KR20240008924A - 용강의 정련 방법 - Google Patents
용강의 정련 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240008924A KR20240008924A KR1020237043348A KR20237043348A KR20240008924A KR 20240008924 A KR20240008924 A KR 20240008924A KR 1020237043348 A KR1020237043348 A KR 1020237043348A KR 20237043348 A KR20237043348 A KR 20237043348A KR 20240008924 A KR20240008924 A KR 20240008924A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- molten steel
- plasma
- gas
- vacuum tank
- vacuum
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 205
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 205
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 87
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 85
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims abstract description 78
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 238000009849 vacuum degassing Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims abstract description 40
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 22
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 18
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 17
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 5
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 53
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 53
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 abstract description 5
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009847 ladle furnace Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/10—Handling in a vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/072—Treatment with gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
- C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
- C21C5/5205—Manufacture of steel in electric furnaces in a plasma heated furnace
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/0075—Treating in a ladle furnace, e.g. up-/reheating of molten steel within the ladle
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/06—Deoxidising, e.g. killing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/068—Decarburising
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
제강 공정의 RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 용강에 수소 플라즈마를 부여했을 때의 탈산, 탈질, 탈황 등의 정련 반응을 신속하게 진행시켜, 불순물이 적은 용강을 효율적으로 제조한다. 본 발명에 관련된 용강의 정련 방법은, 레이들 내에 수용된 용강 (3) 을, RH 진공 탈가스 장치 (1) 를 사용하여 정련하는 공정에 있어서, RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 하기의 (1) 식을 만족하는 조건에서 조사하는 플라즈마 처리를 실시하여, 용강 중에 포함되는 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소의 함유량을 저감시킨다. (1) 식에 있어서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적％), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다.
GP × (H2)/Q ≥ 0.1 ……(1)
GP × (H2)/Q ≥ 0.1 ……(1)
Description
본 발명은, 불순물 원소인 산소, 질소, 황의 함유량이 적은 용강을 제조하는 정련 방법에 관한 것으로, 상세하게는, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에서, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 용강에 조사하는 정련 방법에 관한 것이다.
철강 재료 중의 비금속 개재물은, 일반적으로, 재료 특성이나 품질에 악영향을 미치는 것이 알려져 있다. 또, 산화물계의 비금속 개재물은, 연속 주조에 있어서 침지 노즐의 폐색을 일으켜, 주조 속도의 감소에 의한 생산성 저하나, 최악의 경우에는 주조를 중단하지 않을 수 없게 된다. 비금속 개재물로는, 용강의 탈산시에 생성되는 산화물계의 탈산 생성물이나 강 중 합금 원소의 황화물, 질화물 등을 들 수 있다. 이들 비금속 개재물 (이하, 간단히「개재물」로도 기재한다) 의 양을 저감시키는 데에는, 용강 중의 산소, 질소 및 황을 최대한 저감시키는 것이 중요하며, 종래, 다양한 대처가 이루어져 왔다.
용강 중의 산소에 대해서는, 알루미늄 (Al) 이나 규소 (Si) 와 같은 탈산재를 첨가함으로써, 용강 중의 용존 산소를 Al2O3 이나 SiO2 로서 고정시키고 있다. 생성된 산화물계 개재물은, 용강과의 비중차를 이용하여, 용강의 가스 교반 처리나 RH 진공 탈가스 장치에서의 환류 처리 등에 의해 부상 제거가 도모되고 있다. 그러나, 현 상황에서는 모든 산화물계 개재물의 분리 제거는 불가능하며, 산화물계 개재물의 용강 중으로의 잔류는 피할 수 없다.
용강 중의 질소에 대해서는, 진공 탈가스 설비에 있어서의 진공 처리에 의해 저감이 도모된다. 그러나, 용강 중의 질소는, 계면 활성 원소인 산소나 황의 영향을 받는 것 외에, 진공계 외로부터의 대기 혼입에 의한 흡질을 피하는 것이 어려워, 안정적으로 저농도의 질소 레벨을 달성하지 못하고 있는 것이 현 상황이다.
용강 중의 황에 대해서는, CaO 계 플럭스나 CaO-Al2O3 계 플럭스의 첨가 (탈황제 첨가) 에 의해 저감이 도모되고 있다. 예를 들어, 레이들 정련로에 있어서의 레이들 정련에서는, 레이들 바닥으로부터 아르곤 가스를 용강 중에 취입하여 교반함으로써, 레이들 내의 용강과 CaO-Al2O3 계 플럭스의 반응을 촉진시키고, 플럭스측 (슬래그측) 으로 황을 이동시켜, 용강 중 황의 저감을 도모하고 있다. 그러나, 이와 같은 레이들 정련로에서의 처리에서는, 흑연 전극에 의한 아크 가열을 실시하는 점에서, 용강 중으로의 탄소의 용입이 발생하여, 극저탄소강과 같은 강종에는 적용하기 어렵다.
또, RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 진공조 내를 환류하는 용강에 CaO 계 플럭스 또는 CaO-Al2O3 계 플럭스를 첨가함으로써 탈황을 실시하는 방법이 있다. 또한, 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 반송용 가스로서 상취 랜스로부터 진공조 내를 환류하는 용강에 CaO 계 플럭스 또는 CaO-Al2O3 계 플럭스를 투사 (내뿜는다) 함으로써 탈황을 실시하는 방법도 있다. 그러나, 이들 방법에서는, 용강과 플럭스의 반응 시간이 충분하지 않아, 효율적으로 저위의 황 농도의 용강을 얻는 것은 어렵다.
그런데, 금속 중의 불순물을 저감시키는 정련 기술로서, 수소 플라즈마의 이용이 알려져 있다. 플라즈마 내의 온도는 수천 도 이상에나 달하기 때문에, 플라즈마 가스 중의 수소 가스가 원자 또는 이온 상태가 되어, 매우 활성인 상태가 된다. 이것을 용강 표면에 조사함으로써, 통상적인 수소 가스 조사만으로는 이룰 수 없는 우수한 정련 효과를 기대할 수 있다. 즉, 하기에 나타내는 (5) 식 내지 (7) 식의 반응에 의해, 용강 중의 산소, 질소, 황을 신속하게 제거할 수 있다.
2H ＋ [O] ＝ H2O ……(5)
xH ＋ [N] ＝ NHx ……(6)
yH ＋ [S] ＝ HyS ……(7)
여기서, [O] 는 용강 중의 산소, [N] 은 용강 중의 질소, [S] 는 용강 중의 황을 나타낸다.
용강 중의 산소, 질소 및 황을, H2O, NHx 및 HyS 로 하여, 각각 가스로서 계 외로 제거할 수 있는 것에 더하여, 산소 제거시 (탈산시) 에 개재물을 발생시키지 않으므로 청정성이 높은 강이 얻어진다.
이와 같은 수소 플라즈마를 이용한 고순도 금속의 정제 기술로서, 특허문헌 1 에는, 수소 플라즈마를 사용하여 금속의 용융을 실시할 때에, 금속 중의 산소, 질소 또는 탄소를 저감시키기 위한 플라즈마 가스 중의 수소 농도나 노 내 압력의 바람직한 범위가 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1 의 기술을 공업 규모의 제강 공정에 적용하는 데에는, 이하의 문제점이 있다.
특허문헌 1 에 기재된 실시예에서는, 수십 g 내지 수십 ㎏ 레벨의 금속을 플라즈마 용해로에서 처리한 경우의 정련 효과가 기재되어 있다. 그러나, 공업 규모의 제강 공정에서는 100 톤을 초과하는 용강을 처리할 필요가 있어, 플라즈마 가스를 용강 전체에 조사하는 것이 어렵다. 그 때문에, 특허문헌 1 의 개시 기술로는 신속한 불순물 제거 효과를 얻을 수 없을 것이 염려된다. 신속한 불순물 제거 효과를 얻기 위해서는, 플라즈마 조건뿐만 아니라, 용강측의 유동 조건을 적절하게 하여, 효율적으로 수소 플라즈마 처리를 실시하는 것이 중요하다.
또, 특허문헌 1 의 개시 기술에는, 수소 플라즈마를 부여하는 대상의 금속량이나, 금속량과 플라즈마 가스 유량의 관계가 규정되어 있지 않다. 그 때문에, 플라즈마 가스 조성이나 분위기 압력을 적절히 제어해도, 금속량에 대한 플라즈마 가스 유량이나 수소량이 부족하여, 충분한 불순물 저감 효과를 얻을 수 없는 케이스가 상정된다. 나아가서는, 특허문헌 1 은, 이미 용융되어 있는 철에 수소 플라즈마를 부여하는 기술이 아니라, 플라즈마에 의한 대상 금속의 가열 용융의 역할도 갖고 있다. 그 때문에, 제강 공정과 같이, 이미 용융되어 있는 강에 대해 개시되는 플라즈마 가스 조건을 적용해도, 동일한 기대 효과가 얻어지지 않을 가능성도 염려된다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 제강 공정의 RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 용강에 수소 플라즈마를 부여했을 때의 탈산, 탈질, 탈황의 정련 반응을 신속하게 진행시켜, 불순물이 적은 고순도 용강을 효율적으로 제조하는 정련 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 레이들 내에 수용된 용강을, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에 환류시켜 정련하는 공정에 있어서, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에, 상기 진공조 내에 설치된 플라즈마 발생 장치로부터, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 하기의 (1) 식을 만족하는 조건에서 조사하는 플라즈마 처리를 실시하여, 당해 플라즈마 처리에 의해 용강 중에 포함되는 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소의 함유량을 저감시키는, 용강의 정련 방법.
여기서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적％), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다.
[2] 상기 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량을 하기의 (2) 식을 사용하여 산출하는, 상기 [1] 에 기재된 용강의 정련 방법.
여기서, Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), GC 는, 환류용 가스의 유량 (Nm3/min), D 는, RH 진공 탈가스 장치의 침지관의 내경 (m), P0 은, 환류용 가스의 취입 위치에서의 압력 (torr), P 는, 진공조 내의 압력 (torr) 이다.
[3] 상기 플라즈마 가스가 조사되는, 상기 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속이, 하기의 (3) 식 및 (4) 식의 관계를 만족하는, 상기 [1] 또는 상기 [2] 에 기재된 용강의 정련 방법.
여기서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), π 는, 원주율, L 은, 상승측 침지관 및 하강측 침지관의 중심간의 거리 (m), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), ρ 는, 용강의 밀도 (㎏/㎥), H 는, 진공조 내의 용강 높이 (m), d 는, 진공조의 내경 (m) 이다.
[4] 레이들 내에 수용한 용강의 표면에 부유하는 슬래그는, 철 산화물의 농도와 망간 산화물의 농도의 합계가 5 질량％ 이하인, 상기 [1] 내지 상기 [3] 중 어느 하나에 기재된 용강의 정련 방법.
[5] 상기 플라즈마 처리에 의해, 용강에 포함되는 산소, 질소, 황의 3 원소의 함유량을 동시에 저감시키는, 상기 [1] 내지 상기 [4] 중 어느 하나에 기재된 용강의 정련 방법.
본 발명에 의하면, RH 진공 탈가스 장치에서 정련되고 있는 용강에, 수소 플라즈마 처리를 적절히 실시할 수 있고, 그 결과, 불순물이 적은 용강을 신속하게 용제할 수 있어, 공업상 유익한 효과를 가져온다.
도 1 은, RH 진공 탈가스 장치에 있어서 수소 플라즈마 처리를 실시하고 있는 형태의 일례를 나타내는, RH 진공 탈가스 장치의 개략 종단면도이다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명에 관련된 용강의 정련 방법은, 레이들 내에 수용된 용강을, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에 환류시켜 정련하는 공정에 있어서, RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내에 설치한 플라즈마 발생 장치로부터, 플라즈마화된 수소 가스, 또는, 플라즈마화된 수소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 플라즈마 가스로서 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에 조사하여, 이 플라즈마 가스의 조사에 의해 용강 중의 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 제거하여, 그 함유량을 저감시킨다. 본 명세서에서는, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 용강 표면에 조사하는 것을「플라즈마 처리」또는「수소 플라즈마 처리」라고 칭한다.
도 1 은, RH 진공 탈가스 장치에 있어서 플라즈마 처리를 실시하고 있는 형태의 일례를 나타내는, RH 진공 탈가스 장치의 개략 종단면도이다. 도 1 에 있어서, 부호 1 은 RH 진공 탈가스 장치, 2 는 레이들, 3 은 용강, 4 는 슬래그, 5 는 진공조, 6 은 상부조, 7 은 하부조, 8 은 상승측 침지관, 9 는 하강측 침지관, 10 은 환류용 가스 취입관, 11 은 덕트, 12 는 원료 투입구, 13 은 플라즈마 토치이다. 진공조 (5) 는, 상부조 (6) 와 하부조 (7) 로 구성되어 있다. 또, 플라즈마 토치 (13) 는, 플라즈마 발생 장치의 일부분을 구성하는 장치로서, 그 선단부로부터 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 표면에 플라즈마 가스를 조사하여 수소 플라즈마 처리를 실시하는 장치이다. 플라즈마 토치 (13) 는, 진공조 (5) 의 상부를 관통하여 설치되어 있고, 진공조 (5) 의 내부에서 상하 이동이 가능하게 되어 있다.
RH 진공 탈가스 장치 (1) 에서는, 용강 (3) 을 수용한 레이들 (2) 을 승강 장치 (도시 생략) 에 의해 상승시켜, 상승측 침지관 (8) 및 하강측 침지관 (9) 을 레이들 내의 용강 (3) 에 침지시킨다. 그리고, 진공조 (5) 의 내부를 덕트 (11) 에 연결되는 배기 장치 (도시 생략) 에 의해 배기하여 진공조 (5) 의 내부를 감압함과 함께, 환류용 가스 취입관 (10) 으로부터 상승측 침지관 (8) 의 내부에 환류용 가스를 취입한다. 진공조 (5) 의 내부가 감압되면, 레이들 내의 용강 (3) 은, 대기압과 진공조 내의 압력 (진공도) 의 차에 비례하여 상승하고, 진공조 내에 유입된다. 또, 레이들 내의 용강 (3) 은, 환류용 가스 취입관 (10) 으로부터 취입되는 환류용 가스에 의한 가스 리프트 효과에 의해, 환류용 가스와 함께 상승측 침지관 (8) 을 상승하여 진공조 (5) 의 내부에 유입된다. 환류용 가스로는, 일반적으로, 아르곤 가스가 사용된다.
압력차 및 가스 리프트 효과에 의해 진공조 (5) 의 내부에 유입된 용강 (3) 은, 하강측 침지관 (9) 을 경유하여 레이들 (2) 로 되돌아온다. 레이들 (2) 로부터 진공조 (5) 에 유입되고, 그 후, 진공조 (5) 로부터 레이들 (2) 로 되돌아오는 용강의 흐름을「환류」라고 부른다. 이와 같이, 용강 (3) 은 환류를 형성하여, 용강 (3) 에 RH 진공 탈가스 정련이 실시된다.
요컨대, 용강 (3) 은, 진공조 내에서 감압하의 분위기에 노출됨으로써, 용강 중의 수소나 질소 등의 가스 성분은, 대기와 접촉하고 있던 상태의 평형 관계로부터, 감압하의 분위기와 접촉하는 평형 관계로 이행된다. 이로써, 용강 (3) 으로부터 진공조 내의 분위기 중에 수소나 질소가 이동하여, 용강 (3) 에 대해 탈가스 처리 (탈수소 처리 및 탈질소 처리) 가 실시된다. 또, 용강 (3) 은 레이들 (2) 과 진공조 (5) 사이를 환류하므로, 즉, 용강 (3) 은 강교반되므로, 용강 (3) 이 알루미늄 등에 의해 탈산 처리되어 있는 경우에는, 용강 중에 현탁되어 있는, 탈산 처리에 의해 생성된 산화물계 개재물의 용강 (3) 으로부터 슬래그 (4) 로의 분리가 촉진된다.
본 실시형태에 관련된 용강의 정련 방법에서는, 레이들 내의 용강 (3) 이 진공조 (5) 로의 환류를 개시한 이후, 플라즈마 토치 (13) 로부터 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 표면에, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 조사한다. 플라즈마 내의 온도는 수천 도 이상에나 달하므로, 플라즈마 가스 중의 수소 가스가 원자 또는 이온 상태가 되어, 매우 활성인 상태가 된다. 원자 또는 이온 상태의 활성인 수소를 용강 표면에 조사함으로써, 하기에 나타내는 (5) 식, (6) 식, (7) 식의 반응이 형성되고, 용강 중의 산소, 질소, 황을 보다 한층 신속하게 제거할 수 있다.
2H ＋ [O] ＝ H2O ……(5)
xH ＋ [N] ＝ NHx ……(6)
yH ＋ [S] ＝ HyS ……(7)
(5) 식, (6) 식, (7) 식에 있어서, [O] 는 용강 중의 산소, [N] 은 용강 중의 질소, [S] 는 용강 중의 황을 나타낸다.
플라즈마를 발생시키는 데에는 다양한 방식이 있지만, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 토치 (13) 를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이 일반적이다. 플라즈마 토치 (13) 는, 주로 직류 전원을 사용하여, 기류나 수랭 노즐 등의 작용으로, 아크 플라즈마를 각종 용도에 적합한 형태로, 안정적으로 또한 양호한 제어성으로 발생시키는 장치 중 하나이다.
전술한 직류 전원을 사용한 플라즈마 토치에는 비이행형과 이행형이 있다. 비이행형의 플라즈마 토치에서는, 용강측에 전극을 형성할 필요가 없기 때문에, 설비 제약이 적고, 또, 설치 비용이 저렴하며, 이 관점에서, 직류 아크 방전에 의한 비이행형의 플라즈마 토치를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마 발생 장치는, RH 진공 탈가스 장치 (1) 의 진공조 내에 설치할 수 있고, 또한, 수소 플라즈마를 용강 (3) 에 안정적으로 공급 가능한 형태라면, 특별히 방식은 제한되지 않는다. 예를 들어, RH 진공 탈가스 장치 (1) 의 진공조 내에 교류 아크를 발생시키는 전극을 형성하고, 이 전극 사이에 수소 가스 또는 수소를 포함하는 불활성 가스를 공급하고, 수소 가스 또는 수소를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마화시키는 방식이어도 된다.
플라즈마 가스로는, 수소 가스, 또는, 수소 가스와 불활성 가스를 혼합한 혼합 가스를 사용한다. 수소 가스를 사용하는 이유는, 전술한 바와 같이, 수소 가스를 플라즈마화시킴으로써, 직접적으로 용강 중의 불순물을 제거할 수 있기 때문이다. 신속한 불순물 제거 효과를 얻기 위해서는, 플라즈마 가스 중에 수소 가스를 0.5 체적％ 이상 혼합하는 것이 바람직하다. 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도가 높을수록, 불순물 제거 효과가 상승하므로, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도의 상한은 특별히 두지 않는다. 불활성 가스로는, 아르곤 가스나 헬륨 가스를 사용할 수 있다.
용강 중의 산소, 질소 및 황과 같은 불순물을 신속하게 저감시키는 데에는, 플라즈마 가스의 유량, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도, 및, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량의 3 개의 요소를, 적절한 범위로 제어할 필요가 있다.
즉, 신속한 불순물 제거 효과를 얻기 위해서는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도를 높이는 것뿐만 아니라, RH 진공 탈가스 장치 (1) 의 진공조 (5) 에 이송되는 용강량에 대해 적절한 수소 가스량을 공급하는 것이 필요하다. 구체적으로는, 하기의 (1) 식에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 가스의 유량 (GP), 플라즈마 가스 중의 수소 농도 (H2), 및, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (Q) 의 3 개의 요소가, 하기의 (1) 식의 관계를 만족하는 조건인 것이 필요하다. 또, 바람직하게는 3 개의 요소의 관계 (GP × (H2)/Q) 를 0.5 이상으로 하는 것이고, 보다 바람직하게는 1.0 이상으로 하는 것이다. 한편, (GP × (H2)/Q) 가 20.0 보다 커지면, 플라즈마 가스 중의 수소를 해리 혹은 전리하기 위해 큰 출력을 요하게 된다. 또, 그것에 수반하는 플라즈마 토치 (13) 의 손모가 현저해지기 시작하기 때문에, (GP × (H2)/Q) 를 20.0 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(1) 식에 있어서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적％), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다. 또한, 플라즈마 가스의 유량의「Nm3/min」은, 플라즈마 가스의 체적 유량을 나타내는 단위이고,「Nm3」은, 표준 상태에 있어서의 플라즈마 가스의 체적을 의미한다. 본 명세서에서는, 플라즈마 가스의 표준 상태를 0 ℃, 1 atm (101325 Pa) 로 한다.
진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 환류량 (Q) 은, 환류용 가스의 유량, 진공조 내의 분위기 압력, 상승측 침지관의 단면적에 영향을 받는다. 그 때문에, 이들 조건마다, 균일 혼합 시간을 실기 (實機) 의 RH 진공 탈가스 장치 (1) 에 있어서 측정하고, 레이들 내의 수용 용강량을, 측정된 균일 혼합 시간으로부터 구해지는 용강 환류 시간으로 제산함으로써, 용강 (3) 의 환류량 (Q) 을 구할 수 있다. 여기서, 균일 혼합 시간은, 상승측 침지관의 바로 아래의 레이들 내의 용강 또는 진공조 내의 용강에, 트레이서 원소 (예를 들어, 구리, 니켈 등) 를 첨가하고, 레이들 내로부터 시계열로 채취한 성분 분석용 시료의 트레이서 원소 농도의 변동이 ±5 ％ 이내가 되는 데에 요하는 시간으로서 구할 수 있다. 이 때, 용강 환류 시간은 균일 혼합 시간의 약 1/3 이 되는 점에서, 얻어진 균일 혼합 시간의 1/3 이 되는 시간을 용강 환류 시간으로서 사용할 수 있다.
또, 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 환류량 (Q) 은, 하기의 (2) 식으로 나타내는, 경험적인 회귀식으로 구할 수 있는 것이 주지되어 있으며, 따라서, 하기의 (2) 식을 사용하여 진공조 내를 환류하는 용강 (3) 의 환류량 (Q) 을 구하는 것이 바람직하다.
(2) 식에 있어서, Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), GC 는, 환류용 가스의 유량 (Nm3/min), D 는, RH 진공 탈가스 장치의 침지관의 내경 (m), P0 은, 환류용 가스의 취입 위치에서의 압력 (torr), P 는, 진공조 내의 압력 (torr) 이다. 또한,「torr」는, 압력 단위이고, 1 torr 가 133.32 Pa 이 된다. 또한, 환류용 가스의 유량에 대해서도「Nm3」은, 표준 상태에 있어서의 환류용 가스의 체적을 의미하고, 0 ℃, 1 atm (101325 Pa) 를 표준 상태로 한다.
레이들 내에 수용되고 수소 플라즈마 처리를 실시하기 전의 용강 (3) 은, 전로 또는 전기로로부터 레이들 (2) 에 출강되고, RH 진공 탈가스 장치 (1) 에 반송된 것이어도 된다. 그 밖에, 전로 또는 전기로로부터 레이들에 출강되고, 가열 교반 처리 설비 (레이들 퍼니스라고 칭해지는 경우가 있다.) 등에서의 노 외 정련 처리를 거쳐 RH 진공 탈가스 장치 (1) 에 반송된 것이어도 된다.
수소 플라즈마 처리를 실시하기 전의 용강 (3) 은 미탈산 상태여도 되지만, 수소 플라즈마 처리를 실시하기 전에, 수소 가스나 프로판과 같은 환원 가스를 용강 (3) 에 공급하여, 용강 (3) 을 예비 탈산해도 된다. 플라즈마 처리 전의 환원 가스에 의한 예비 탈산에 의해, 용강 중 산소 농도가 어느 정도 저하된 상태로부터 플라즈마 처리를 개시할 수 있으므로, 상기의 (5) 식에 의한 반응의 부하가 경감되어, 플라즈마 처리 시간을 단시간화할 수 있다. 환원 가스에 의한 예비 탈산을 실시하는 시기는, RH 진공 탈가스 장치에서의 처리 전이어도, 또, RH 진공 탈가스 장치에서의 정련 중의 플라즈마 처리 전이어도, 어느 쪽이어도 상관없다.
또, 용강 중의 질소 및 황의 제거를 중점적으로 실시하는 경우에는, 플라즈마 처리 전에 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재를 첨가하여 용강 (3) 을 탈산하여, 용강 중 산소 농도를 미리 저감시켜도 된다. 이 경우에는, 용강 중 산소 농도가 이미 낮으므로, 플라즈마 처리에 의한 탈산 효과는 한정적이다. 용강 중 산소는 계면 활성 원소로서 기능하고 있으며, 용강 표면으로부터의 질소 가스, 질화수소, 황화수소의 기상 (진공조 내 분위기) 으로의 이탈을 저해할 수 있다. 그러나, 알루미늄이나 규소에 의한 탈산 처리에 의해 용강 중 산소 농도를 저위로 해 둠으로써, 신속하게 수소 플라즈마에 의한 용강 중의 산소, 질소, 황 등의 제거 효과를 얻을 수 있다.
플라즈마 출력 (E) 은 하기의 (9) 식을 만족하는 것이 보다 바람직하다. 수소 가스를 고비율로 원자 상태로 해리시키기 위해서는 일정 이상의 출력이 필요해지는데, 도입하는 플라즈마 가스의 유량 혹은 플라즈마 가스 중의 수소 농도에 따라 필요해지는 출력은 상이하다. 그들을 조사한 결과, 플라즈마 출력은 (9) 식의 관계를 만족하면 되는 것을 알 수 있었다. 출력을 증가시키면, 수소 원자로의 해리뿐만 아니라, 수소 이온으로의 전리 비율이 증가하기 때문에, 보다 불순물 제거 효과가 현저해진다. 한편으로, 출력 증가에 수반하여 전력 비용이 증가하기 때문에, 요구하는 품질과 비용의 밸런스에 따라 플라즈마 출력을 선택하면 된다.
E ≥ GP × (1.5 × (H2) ＋ 11.5) …(9)
(9) 식에 있어서, E 는, 플라즈마 출력 (kW) 이다.
또, 본 발명자들은, 수소 플라즈마 처리를 실시할 때에, 진공조 내의 용강 유동을 적절하게 함으로써, 더욱 효율적으로 용강 중의 불순물을 저감시킬 수 있는 것을 지견하였다.
본 발명자들은, RH 진공 탈가스 장치를 본뜬 수치 계산이나 물 모델 실험으로부터, 진공조 내의 강욕 유속은 균일하지 않고, 진공조 (5) 의 내벽을 따르는 흐름이 빠르고, 진공조 (5) 의 강욕 중앙부의 흐름은 벽면측보다 느린 것을 확인하였다. 한편, 수소 플라즈마의 조사 위치는 진공조 (5) 의 강욕 중앙부 부근인 점에서, 진공조 내의 용강 유동을 적절하게 하는 것이 수소 플라즈마 처리시의 불순물 제거 효율을 올리기 위해 중요하다고 생각하였다.
그래서, 플라즈마 조사 조건과 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속의 관계를 평가하였다. 그 결과, 용강 중 불순물을 신속하게 제거하기 위해서는, 진공조 내의 용강의 표면 유속 (V) 을 하기의 (3) 식을 만족하는 범위로 함으로써, 수소 플라즈마에 의한 불순물 제거가 효율적으로 진행되는 것을 알 수 있었다.
(3) 식에 있어서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), π 는, 원주율, L 은, 상승측 침지관 및 하강측 침지관의 중심간의 거리 (m) 이다.
즉, 진공조 (5) 의 내벽을 따르는 흐름보다 유속의 느린, 전술한 진공조 내 강욕 중앙부의 영역은, 대체로, 상승측 침지관 (8) 및 하강측 침지관 (9) 의 중심간의 거리를 사용하여 나타낼 수 있다. 진공층 내 강욕 중심부에 취입되는 플라즈마 가스의 선유속에 상당하는 지표에 대해, 진공조 내의 용강의 표면 유속 (V) 을 높게 함으로써, 강욕 중앙부의 수소 플라즈마 조사부에 항상 새로운 용강 (3) 을 공급할 수 있어, 신속하게 용강 중의 불순물을 제거할 수 있는 것으로 생각된다.
진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (V) 은, 하기의 (4) 식으로 구할 수 있다.
(4) 식에 있어서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), ρ 는, 용강의 밀도 (㎏/㎥), H 는, 진공조 내의 용강 높이 (m), d 는, 진공조의 내경 (m) 이다.
진공조 내의 용강의 표면 유속 (V) 이, (3) 식의 우변보다 작은 경우에는, 강욕 중앙부의 수소 플라즈마 조사부에 대한, 새로운 용강의 공급 및 혼합이 진행되지 않아, 수소 플라즈마에 의한 불순물 제거 효과는 작아진다.
이상으로부터, 진공조 내의 용강 유동, 즉 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (V) 은 (3) 식의 범위인 것이 바람직하다. 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (V) 을 (3) 식의 범위로 하기 위해서는, 하기의 (8) 식을 만족하도록, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (Q ; ton/min) 및 플라즈마 가스의 유량 (GP ; Nm3/min) 을 제어하면 된다. (8) 식은, (3) 식 및 (4) 식으로부터 얻어지는 식이고, 각 변수는 (3) 식 및 (4) 식과 동일하다.
레이들 내의 용강 (3) 의 표면에 부유하는 슬래그 (4) 의 성분 중, 특히, 슬래그 중의 철 산화물 및 망간 산화물은, 용강 (3) 에 대한 산소 공급원이 될 수 있다. 이 때문에, 슬래그 (4) 의 철 산화물의 농도와 망간 산화물의 농도의 합계를 5 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3 질량％ 이하, 보다 바람직하게는 1 질량％ 이하로 한다. 철 산화물 농도와 망간 산화물 농도의 합계 농도가 5 질량％ 보다 높은 경우에는, 플라즈마 처리 중에 슬래그 (4) 로부터 용강 (3) 으로의 산소 공급이 동시에 진행되어, 불순물 저감 효과를 충분히 얻을 수 없다.
슬래그 (4) 의 철 산화물이나 망간 산화물을 저감시키는 방법으로는, RH 진공 탈가스 장치 (1) 에서의 처리 개시 전에, 용강 상에 부유하는 슬래그 (4) 에 대해, 금속 알루미늄이나 알루미늄 드로스를 첨가하여, 알루미늄으로 철 산화물이나 망간 산화물의 환원을 실시하는 것이 유효하다. 또, 슬래그 (4) 를 레이들 (2) 로부터 제거하고, 그 후, 레이들 내에 조재제를 첨가하여, 철 산화물이나 망간 산화물이 적은 슬래그를 새롭게 만드는 것도 유효하다.
수소 플라즈마 처리 후, 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재의 용강 (3) 으로의 첨가 시기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 수소 플라즈마의 정지 후, 대기, 슬래그 (4) 또는 레이들 내화물로부터 산소가 용강 (3) 에 공급되고, 용강 중의 산소 농도가 상승한다. 이 때문에, 수소 플라즈마 처리 후, 용강 (3) 에, 신속하게 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재를 원료 투입구 (12) 로부터 첨가하여, 수소 플라즈마 처리에 의해 저감된 용강 중 산소 농도를 저위로 유지하는 것이 바람직하다. 알루미늄이나 규소와 같은 탈산재 이외에도 용강 성분을 조정할 필요가 있는 경우에는, 수소 플라즈마 처리 후, 소정의 합금철이나 순금속을 원료 투입구 (12) 로부터 환류하고 있는 진공조 내의 용강에 첨가한다.
또, 수소 플라즈마 처리에 의해 용강 중의 수소 농도는 수 질량ppm 이상으로 상승하므로, 수소 플라즈마 처리 후, 수소 플라즈마를 조사하지 않고, 진공조 내의 분위기 압력을 10 torr 이하로 한다. 그리고 10 torr 이하의 감압하에서 5 분간 이상 용강 (3) 의 진공조 (5) 로의 환류를 계속하여, 용강 중의 수소 농도를 저감시키는 것이 바람직하다.
이상과 같은 수소 플라즈마 처리를 사용한 정련 방법에 의해, 용강 중의 산소, 질소 및 황을 각각 20 질량ppm 이하까지 신속하게 저감시킬 수 있다.
실시예
1 차지의 용강량이 200 톤 이상 350 톤 이하인 규모의 실기에 있어서, 도 1 에 나타내는 RH 진공 탈가스 장치를 사용하여, 전로로부터 출강된 용강에 대해 수소 플라즈마 처리를 실시하는 시험을 실시하였다. RH 진공 탈가스 장치의 진공조의 상부에 설치한 직류 아크 방전에 의한 비이행형의 플라즈마 토치로부터, 플라즈마 가스 유량이나 플라즈마 가스 중의 수소 농도를 변화시켜 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에 수소 플라즈마를 조사하였다. 또한, RH 진공 탈가스 장치의 조업 조건이나 용강 조성 (산소 농도, 질소 농도, 황 농도 등) 을 변화시켰다.
RH 진공 탈가스 장치에 있어서, 수소 플라즈마 처리 전후에, 성분 분석용 시료를 레이들 내의 용강으로부터 채취하고, 용강 중 산소 농도, 질소 농도 및 황 농도의 분석을 실시하여, 플라즈마 처리 효과의 확인을 실시하였다. 플라즈마 처리 시간은, 대체로 15 분간으로 통일하였다. 또한, 전로 출강 후부터 플라즈마 처리까지의 동안, 알루미늄 등의 탈산재의 첨가는 실시하지 않았다. 또, 용강의 진공조로의 환류량 (Q) 은, (2) 식을 사용하여 산출하였다. 레이들 내 슬래그의 철 산화물 농도 및 망간 산화물 농도는, RH 진공 탈가스 장치에서의 처리 개시 전에, 레이들 내의 슬래그에 알루미늄 드로스를 첨가하여 조정하였다.
표 1 에 각 시험의 시험 조건을 나타내고, 표 2 에 평가 결과를 나타낸다.
본 발명예에 있어서는, 15 분간의 수소 플라즈마 처리를 실시함으로써, 용강 중의 산소 농도, 질소 농도 및 황 농도는, 동시에 또한 신속하게 20 질량ppm 이하까지 저감되었다. 플라즈마 처리의 개시 전부터 종료 후까지의 각각의 원소의 제거율은, 용강 중 산소가 95 ％ 이상, 용강 중 질소가 54 ％ 이상, 용강 중 황이 21 ％ 이상이었다.
한편, 본 발명의 조건을 만족하지 않는 비교예에 있어서는, 수소 플라즈마 처리 후에도 용강 중의 산소, 질소 및 황의 저감은 불충분하고, 수소 플라즈마 처리 후의 농도는, 어느 원소도 20 질량ppm 을 초과하는 결과였다. 플라즈마 처리의 개시 전부터 종료 후까지의 각각의 원소의 제거율은, 용강 중 산소가 91 ％ 이하, 용강 중 질소가 22 ％ 이하, 용강 중 황이 9 ％ 이하로 저위였다.
1 : RH 진공 탈가스 장치
2 : 레이들
3 : 용강
4 : 슬래그
5 : 진공조
6 : 상부조
7 : 하부조
8 : 상승측 침지관
9 : 하강측 침지관
10 : 환류용 가스 취입관
11 : 덕트
12 : 원료 투입구
13 : 플라즈마 토치
2 : 레이들
3 : 용강
4 : 슬래그
5 : 진공조
6 : 상부조
7 : 하부조
8 : 상승측 침지관
9 : 하강측 침지관
10 : 환류용 가스 취입관
11 : 덕트
12 : 원료 투입구
13 : 플라즈마 토치
Claims (5)
- 레이들 내에 수용된 용강을, RH 진공 탈가스 장치의 진공조에 환류시켜 정련하는 공정에 있어서, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내를 환류하는 용강의 표면에, 상기 진공조 내에 설치된 플라즈마 발생 장치로부터, 수소 가스 또는 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 플라즈마 가스로서 하기의 (1) 식을 만족하는 조건에서 조사하는 플라즈마 처리를 실시하여, 당해 플라즈마 처리에 의해 용강 중에 포함되는 산소, 질소, 황 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소의 함유량을 저감시키는, 용강의 정련 방법.
여기서, GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), (H2) 는, 플라즈마 가스 중의 수소 가스 농도 (체적％), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min) 이다. - 제 1 항에 있어서,
상기 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량을 하기의 (2) 식을 사용하여 산출하는, 용강의 정련 방법.
여기서, Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), GC 는, 환류용 가스의 유량 (Nm3/min), D 는, RH 진공 탈가스 장치의 침지관의 내경 (m), P0 은, 환류용 가스의 취입 위치에서의 압력 (torr), P 는, 진공조 내의 압력 (torr) 이다. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 플라즈마 가스가 조사되는, 상기 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속이, 하기의 (3) 식 및 (4) 식의 관계를 만족하는, 용강의 정련 방법.
여기서, V 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 표면 유속 (m/min), GP 는, 플라즈마 가스의 유량 (Nm3/min), π 는, 원주율, L 은, 상승측 침지관 및 하강측 침지관의 중심간의 거리 (m), Q 는, 진공조 내를 환류하는 용강의 환류량 (ton/min), ρ 는, 용강의 밀도 (㎏/㎥), H 는, 진공조 내의 용강 높이 (m), d 는, 진공조의 내경 (m) 이다. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
레이들 내에 수용한 용강의 표면에 부유하는 슬래그는, 철 산화물의 농도와 망간 산화물의 농도의 합계가 5 질량％ 이하인, 용강의 정련 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리에 의해, 용강에 포함되는 산소, 질소, 황의 3 원소의 함유량을 동시에 저감시키는, 용강의 정련 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021104029 | 2021-06-23 | ||
| JPJP-P-2021-104029 | 2021-06-23 | ||
| PCT/JP2022/021633 WO2022270225A1 (ja) | 2021-06-23 | 2022-05-26 | 溶鋼の精錬方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240008924A true KR20240008924A (ko) | 2024-01-19 |
Family
ID=84271357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237043348A KR20240008924A (ko) | 2021-06-23 | 2022-05-26 | 용강의 정련 방법 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4339303A1 (ko) |
| JP (1) | JP7180820B1 (ko) |
| KR (1) | KR20240008924A (ko) |
| CN (1) | CN117545861A (ko) |
| AU (1) | AU2022296120A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116356119B (zh) * | 2023-05-31 | 2023-08-08 | 北京科技大学 | 基于含氢等离子体喷吹的炼钢高效控氮方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1458936A1 (ko) * | 1965-07-01 | 1970-07-30 |
-
2022
- 2022-05-26 JP JP2022544245A patent/JP7180820B1/ja active Active
- 2022-05-26 EP EP22828144.0A patent/EP4339303A1/en active Pending
- 2022-05-26 AU AU2022296120A patent/AU2022296120A1/en active Pending
- 2022-05-26 CN CN202280042969.8A patent/CN117545861A/zh active Pending
- 2022-05-26 KR KR1020237043348A patent/KR20240008924A/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2022296120A1 (en) | 2023-12-07 |
| EP4339303A1 (en) | 2024-03-20 |
| CN117545861A (zh) | 2024-02-09 |
| JPWO2022270225A1 (ko) | 2022-12-29 |
| JP7180820B1 (ja) | 2022-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5904237B2 (ja) | 高窒素鋼の溶製方法 | |
| KR20240008924A (ko) | 용강의 정련 방법 | |
| KR20220008897A (ko) | 용강으로의 Ca 첨가 방법 | |
| JP2000129335A (ja) | 清浄性に優れた極低硫鋼の製造方法 | |
| JP2015178646A (ja) | 低硫鋼の溶製方法 | |
| TWI816422B (zh) | 鋼水的精煉方法 | |
| WO2022270225A1 (ja) | 溶鋼の精錬方法 | |
| KR20240008923A (ko) | 용강의 정련 방법 | |
| JP4686917B2 (ja) | 真空脱ガス設備における溶鋼の溶製方法 | |
| JPH05239534A (ja) | 無方向性電磁鋼板材の溶製方法 | |
| JP5292853B2 (ja) | 溶鋼の真空脱ガス処理装置及び真空脱ガス精錬方法 | |
| CN111172355A (zh) | 一种感应加热单嘴真空精炼炉及洁净钢冶炼工艺 | |
| KR20210109597A (ko) | Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법 | |
| TWI817507B (zh) | 鐵水的精煉方法 | |
| RU2754337C1 (ru) | Способ производства стали, легированной азотом в ковше | |
| JP6443192B2 (ja) | ＦｅＳｉ合金粒を用いたスラグの改質方法 | |
| JP7211454B2 (ja) | 溶鋼の脱窒方法、脱窒及び脱硫同時処理方法および鋼の製造方法 | |
| JPH11293329A (ja) | 清浄性に優れた極低炭素Ｓｉキルド鋼の製造方法 | |
| SU734293A1 (ru) | Способ выплавки сталей | |
| RU2254380C1 (ru) | Способ получения рельсовой стали | |
| JP2023003384A (ja) | 溶鋼の脱窒処理方法 | |
| KR20240004778A (ko) | 용강의 탈질 방법 및 강의 제조 방법 | |
| KR20240027049A (ko) | 용강의 탈산 정련 방법, 강재의 제조 방법 및 그 강재 | |
| SU692862A1 (ru) | Способ производства стали | |
| KR20230173189A (ko) | 용강의 처리 방법 및 강의 제조 방법 |