KR850000927B1 - 취련가스에 의한 정련시의 슬로핑방지법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

취련가스에 의한 정련시의 슬로핑방지법
도면은 종래기술과 본 발명에 따른 정련공정의 시간대 온도 곡선.
본 발명은 강철의 정련, 특히 슬로핑을 유발시키지 않고 원하는 출탕온도를 얻기 위하여 연료물질의 첨가를 필요로하는 강철의 가스정련에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용되고 있는 "가스정련"이라는 용어는 산소가스만으로 또는 아르곤, 질소, 암모니아, 수증기, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 메탄 또는 고탄화수소 가스중에 하나 또는 하나 이상의 기체들과 함께 피하주입시킴으로서 융체를 탈탄시키는 공정을 의미한다. 상기 기체들은 제조되는 강철의 등급 및 산소와 함께 사용되는 특정기체에 따라 여러가지 다양한 송풍프로그램에 의해 취입된다. 정련기간은 산화된 합금 원소를 환원하여 염기성슬래그를 형성키위한 석회 및/또는 합금의 첨가, 그리고 규정에 맞도록 융체의 조성을 조정하기 위한 합금원소의 첨가로 끝맺어지게 된다.
강철의 가스정련에 대한 종래기술로서는 미합중국 특허 제 3,252,790호, 제 3,867,135호, 제 3,706,549호 제 3,930,843호 및 제 3,844,768호에 각각 발표된 AOD, CLU, OBM, Q-BOP 및 LWS 공정이 있다.
가스정련의 탈탄단계에서 일어나는 발열산화반응에 의해 융체가 가열되며, 석회와 합급원소들의 첨가로서는 발열반응이 일어나지 않음은 물론 그 자체가 흡열이기 때문에 최종 마무리단계에서 융체는 급격히 냉각된다.
가스정련은 그와 관련된 분야에서는 보통 "취련"이라고 통칭되며 다음과 같은 한가지 또는 그 이상의 결과를 가져다 준다. 즉 탈탄, 탈산, 탈황, 탈인 및 탈가스작용등이 그것이다. 이와 같은 결과를 얻기 위해서는
(1) 탄소를 원하는 함량까지 연소시키기 위해 충분한 산소를 공급하고(탈탄)
(2) 충분한 양의 스퍼징가스(spargin gas)를 공급하여 탈산첨가물을 융체와 완벽하게 혼합시키고(탈산) 슬래그-금속간의 상호작용을 양호하게 하며(탈황), 유체에서 수소와 질소의 함량을 낮추도록 하여야한다(탈가스).
가스정련에는 두가지 상반되는 온도제약조건이 있다. 하나는 출탕을 위한 융체의 온도를 충분히 높게 유지시키면서 흡열단계가 수행될 수 있도록 발열반응에 의해 충분히 높은 온도가 얻어져야 한다는 것이고, 이와 상반되는 다른 하나는 정련용기 내의 최고온도가 내화라이닝의 손상을 야기시키는 온도이하로 유지되어야 한다는 것이다. 본 발명은 앞서 언급했던 모든 가스정련공정에 적용될 수 있지만 편의상 여기서는 아르곤-산소 탈탄공정(AOD공정0에 관련시켜 설명한다.
"아르곤-산소 탈탄공정"이란 융체에 잠긴 적어도 하나의 취관(tuyere)으로서 정련용기내에 들어있는 용융된 금속을 정련시키는 공정을 의미하는 것으로서, 이 공정에서는 (a)융체의 탈탄중에 형성된 가스기포내의 일산화탄소 분압을 감소 및/또는 총 주입된 가스유량을 크게 변화시키지 않고서도 융체에 공급되는 산소량을 변화시키는 희석가스가 90%까지 함유되어 있는 함산소가스를 취관을 통해 융체에 주입하며, 이어서(b) 탈가스, 탈산, 증발 또는 그 결과 슬래그에 포착 또는 슬래그와 반응한 불순물의 부유에 의해 융체로 부터 불순물을 제거시켜주는 스퍼징가스를 취관을 통해 융체에 주입시킨다. 상기 공정에서는 취관과 내화라이닝의 과잉마모를 방지하기 위해 환상의 보호유체흐름으로서 함산소가스를 둘러싸게 한다. 유용한 희석가스로서는 아르곤, 헬륨, 수소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소나 수증기 등이 있고, 스퍼징가스에는 아르곤, 헬륨, 질소 그리고 수증기가 있으나 두 경우 모두 아르곤이 바람직하다. 적절한 보호유체에는 아르곤, 헬륨 수소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기 또는 탄화수소가스 등이 있는데 역시 아르곤이 좋다.
정련하는 중에 융체의 온도는 열손실과 열이득을 구성하는 인자들에 의해 영향을 받는다. 열이 필요한 이유는,
(1) 융체의 온도를 장입온도로부터 그 출탕온도까지 상승시키고,
(2) 석회와 다른 슬래그의 구성성분들을 용해시키며,
(3) 정련중에 첨가된 합금이나 스크랩, 또는 다른 첨가제를 용해시키고,
(4) 정련하는 전기간중(즉, 불활성가스교반, 송풍, 환원 및 진정)에 용융물에서 외부로 손실되는 열을 보충해주기 위해서이다.
열은 정련중에 일어나는 발열반응에 의해서만 정련기간중에 공급된다. 이에는 탄소, 실리콘, 알루미늄 그리고 용융물내의 다른 금속구성물, 즉 철, 크롬, 망간같은 것들의 산화가 포함된다. 만일 정련후에 용탕온도가 원하는 출탕온도를 얻기에 불충분하다면 산소를 용탕에 재취입하여 융체내의 탄소와 금속원소들의 산화에 의해 열이 발생하도록 하는 것이 통례이다. 그러나 이러한 산소의 재송풍에는 시간이 부가적으로 요소되고, 여분의 산소와 실리콘, 석회가 필요하며, 융체내의 금속원소들의 원치않는 산화를 유발시킴으로서 전체정련조작이 비능률적으로 되고 금속의 성질에 나쁨 영향이 미치게 된다.
상기의 문제점들을 해결하기 위한 한가지 방법이 미합중국 특허 제 4,187,102호에 발표되어 있으며, 상기 특허에서는 정련산소의 주입을 시작하기전에 각각 알루미늄 및 실리콘과 같은 금속산화 및 느린 산화원소들을 융체에 첨가한다. 이들 원소의 산화에 의해 제공되는 열은정련이 끝날 때에 융체의 온도를 적어도 출탕온도와 같도록 유지시키기에 충분해야 하며, 내화물이 과도하게 손상되지 않도록 너무 높아서도 안된다. 상기 공정은 많은 경우 만족스럽기는 하지만 경에 따라 심각한 "슬로핑(slopping)"을 초래하기도 한다.
"슬로핑"은 금속의 가스정련에 공통되는 야금학적 현상으로서 정련되는 금속위에 형성된 슬래그-금속 에밀젼(emulsion)이 정련용기입구의 바깥으로 분출되는 것을 말한다. 슬로핑은 실수를에도 유해할 뿐만 아니라 용기가까이의 작업자들에게도 위험하다.
다음에 열거하는 요인들이 AOD정련중에 강철용탕의 슬로핑 경향을 가중시키는 것으로 밝혀졌다.
1. 일산화탄소의 고속분출
2. 높은 가스송풍속도(아르곤 및/또는 산소)
3. 정련용기내의 작은 견현부피
4. 슬래그-금속 에밀젼의 형성
본 발명의 목적은 탄소강, 저합금강 및 공구강과 같은 강철의 가스정련중에 발생하는 슬로핑현상을 방지하는 동시에 바람직한 출탕 온도를 얻기 위한 것으로서, 용탕의 재송풍은 필요로 하지않고 정련중에 내화물의 과도한 손상을 야기시킬만큼 온도가 상승하지 않는 가스 정련방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법은 추가연료가 요구되는 강철융체의 가스정련중에 발생하는 슬로핑현상을 방지하는 동시에 융체의 온도를 조절하기 위한 것으로서 정련이 끝날때에 즉 융체의 탄소함량이 규정량까지 탈탄되거나 또는 탄소함량이 0.50%이하로 떨어진후에 원하는 출탕온도를 얻기에 충분한 양의 산화성 연료재료를 융체에 첨가한다.
본 발명의 명세서와 청구범위에 사용되고 있는 "산화성 연료재료"란 제강온도에서 열역학적으로 탄소보다는 산화가 더 쉽게 일어나며 단위 산소당 높은 발열량, 즉 표준상태에서 1ft3산소당 100BTU(0℃, 1기압에서 산소 1m3당 9.6×106칼로리)이상의 열량을 가지고 증기압이 철의 증기압보다 크게 높지않은 재료를 말한다. 유용한 산화성연료재료로서 알루미늄, 실리콘 및 지르코늄이 있으나, 본 발명에 있어서 우선적인 재료는 알루미늄이며, 금속알루미늄이나 알루미늄합금으로서 첨가될 수도 있다.
본 발명은 용탕의 온도를 높이기 위해 장입물에 함유된 것 이상의 산화성연료재료의 첨가가 요구되는 어떠한 강철융체에서도 그 슬로핑을 억제시키는데 이용할 수 있다. 그러한 강철에는 탄소강, 저합금강, 그리고 공구강등이 포함된다.
높은 탄소함량에서 저합금강의 AOD정련에 있어서 탄소의 제거속도는 산소주입속도에 좌우된다. 산소주입속도가 증가할수록 탈탄은 물론 슬로핑경향도 역시 증가한다. 그러나 열손실을고려할 때 슬로핑이나 내화물의 손상없이 송풍속도를 가능한한 높게 유지시켜야 할 필요가 있다. 따라서 산소주입속도를 제한시켜서 슬로핑을 억제시키는 것은 적절한 방법이 되지 못한다.
부적당한 용기의 설계 및/또는 과량의 용탕으로 인하여 견현의 부피가 작게된다. 따라서 슬래그 에멀젼이 용기내에서 형성된 다음에 슬로핑이 일어나기 때문에 에멀전을 수용할 수 있도록 건현의 체적을 크게 할 필요가 있다.
앞서 언급한 바 있는 미합중국특허 제 4,187,102호의 방법에서는 온도조절은 효과적으로 이루어지지만 어떤 경우에는 알 수 없는 이유에 의해 슬로핑현상이 야기된다. 그러나 본 발명에서는 어떠한 경우에도 슬로핑이 억제된다.
본 발명에서는 탈탄중 슬래그-금속에멀젼의 존재와 함께 높은 탄소함량과 높은 온도의 조합이 야기되지 않음으로서 슬로핑현상이 억제되는 것으로 생각된다. 일산화탄소생성에 대한 구동력은 탈탄온도를 낮추면 저하되고 탈탄이 실질적으로 완결될 때까지 알루미늄이나 다른 발열산화성 재료를 첨가하지 않으면 탈탄온도가 낮아진다. 또한 상당한 탈탄과정이 진행될 때까지 발열재료 예를들어 알루미늄을 첨가하지 않음으로서 발포성에멀젼이 형성되는 경향이 비교적 낮은 슬래그가 유지된다. 약 0.50%정도의 충분히 낮은 탄소함량에서는 슬로핑의 위험이 사라지는 것으로 나타났다.
상기의 단계들에서 슬로핑현상이 억제되는 동시에 정련 및 출탕온도가 조절된다. 초기탈탄 중이나 그 이전에 융체내에 존재하는 규소와 금속물질의 산화에 의해 탈탄중에 융체온도가 유지되거나 상승한다. 상당한 탈탄이 진행된 후 충분한 알루미늄 또는 다른 산화성재료를 첨가하여 전체 정련과정의 환원 및 마무리 단계 이전에 필요한 융체온도를 유지 및 상승시킨다. 융체에 알루미늄이나 다른 산화성재료의 첨가량은 차후의 흡열정련 단계가 일어나기에 충분할만큼 융체의 온도가 상승하도록 조절되어야 한다. 어떤 경우에 있어서는 탈탄이 완결되기 전이나 또는 시작되기도 전에 첨가될 총량의 정도의 알루미늄을 첨가하는 것이 바람직하다. 이것은 이를테면 요구되는 탄소의 첨가에 앞서 고도로 산화된 융체를 탈산시키기 위해 바람직하다.
도면은 본 발명에 따라 정련된 탄소강용탕의 대표적인 온도분포와(곡선 A와 B), 미합중국특허 제4,187,102호에 발표된 종래기술에 의해 정련된 용탕에 대한 온도곡선(곡선 C)을 나타내주고 있다. 곡선(A)는 탈탄이 실질적으로 완결된 후에 산화성재료(알루미늄)가 첨가된 것이다. 상기 경우 마무리단계(점선부분)의 말기에 융체의 온도는 적어도 출탕온도가 되어야하기 때문에 원하는 출탕온도 이상으로 융체가 가열되도록 알루미늄을 첨가한다. 곡선(B)은 총알루미늄의 약 1/3이 탈탄이전에 공급된 것으로서 알루미늄은 융체의온도를 약 100°F(55.5℃)만큼 증가시키며, 탈탄이 완료되었을때 나머지 알루미늄을 첨가하여 마무리단게 말기에 원하는 출탕온도를 유지할 수 있는 정도로 융체의 온도를 상승시킨다. 곡선(C)은 미합중국특허 제4,187,102호의 방법에 관한 것으로서 실리콘이나 또는 다른 느린 산화원소들은 물론 모든 알루미늄이 탈탄전에 첨가된 것이다.
다음의 실시예에서 본 발명의 가장 적절한 사용형태를 살펴보고자 한다.
[실시예 1]
용량 23톤의 AOD정련용기내에 20000kg의 HY-80강욕을 다음과 같이 제조하였다. 장입물은 환원조건하의 아아크로에서 용융시켰으며, 620kg의 석회를 AOD용기내에 장입한 후 융체를 아아크로에서 AOD용기로 옮겨서 종래의 AOD정련방법에 따라 분당 10.5NM3(0℃, 1기압하에서 측정된 m3)의 산소와 분당 3.7NM3의 아르곤을 융체에 주입하여 융체를 탈탄 및 실리콘을 제거시켰다. AOD송풍 27분후에 상기 용기를 진정 시켰다. 이때 온도는 1680℃로 측정되었다. 합금원소로서 23kg의 니켈과 16kg의 몰리브덴을 첨가하였다. 열방생을 위해 52kg의 알루미늄을 첨가한 후 4분동안 AOD송풍을 더 계속하였다. 이 송풍이 끝날 때의 온도는 1710℃이었다. 다음에 합금첨가물로서 170kg의 75% FeSi을 첨가하고 아르곤만으로 용탕을 4분동안 교반시켰다. 융체의 화학시료를 채취하고 깨끗한 합금첨가물을 가한 다음에 아르곤으로 교반시켰다. 1610℃에서 융체를 출탕시켰다. 슬로핑은 일어나지 않았고 알루미늄의 첨가시에 탄소함량은 0.17%로서 규정량이었다.
[실시예 2]
용량 36톤의 AOD용기내에서 33600kg의 AISI1029강욕을 다음과 같이 제조하였다. 이를 아아크로에서 압연스케일과 충분한 석회 및 생석회로서 염기성탈인 슬래그를 형성하고 0.06%까지 탈탄시켰다. 상기로의 슬래그를 제거하고 출탕시켰다. 1160kg의 석회를 AOD용기에 미리장입하였다. 상기 아아크로에서의 강철과 45kg의 알루미늄을 AOD용기에 장입하고 아르곤과 함께 1분동안 교반하였다. 250kg의 표준망간철과 300kg의 흑연을 첨가하였다. 융체에 분당 32.8NM3의 산소와 분당 10.9NM3의 아르곤을 송풍시켜서 융체를 탈탄시키고 실리콘을 제거하였다. 아르곤-산소를 송풍(AOD송풍)시킨지 8분후 용기를 진정시켰다. 온도는 1565℃이었다. 317kg의 75% FeSi를 용기에 첨가시키고 아르곤만으로 4분동안 교반시킨 후 1640℃에서 용탕을 출탕시켰다. 그 동안에 슬로핑은 일어나지 않았고 알루미늄첨가시 탄소함량은 0.28%로서 규정량이었다.

Claims (1)

  1. AOD,CLU,OBM,Q-BOP 및 LWS 정련공정에 있어서 함산소가스를 사용하여 추가의 연료를 필요로 하는 용강의 정련중에 야기되는 슬로핑을 방지하는 동시에 융체의 온도를 조절하기 위한 것으로서, 융체가 규정탄소함량까지 탈탄되었을때, 또는 0.5%탄소함량까지 탈탄된 후, 정련말기의 바람직한 출탕온도를 얻기에 충분한 양의 알미루늄, 실리콘 및/또는 지르코늄과 같은 산화성연료재료를 용탕에 첨가한후 함산소가스로서 상기 산화성 연료재료를 산화시키는 것을 특징으로 하는 가스정령의 슬로핑방지법.
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