KR100213326B1 - 고청정 극저탄소강의 용강정련용 알 에이치 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법 - Google Patents

고청정 극저탄소강의 용강정련용 알 에이치 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제강공정에서 고청정극저탄소강의 용강을 정련하는 RH 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법에 관한 것으로써, 종래의 RH 진공 탈가스 장치의 하강 환류관에 가스취입노즐을 구비하여 이를 통해 불활성 가스를 취입하므로써, 용제(flux)를 사용하지 않고서도 정련 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 환류시간을 단축시킬 수 있는 고청정 극저 탄소강의 용량정련용 RH 진공탈가스장치 및 이를 이용한 정련방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 상승환류관(11), 진공조(12) 및 하강환류관(13)을 포함하여 구성되는 RH 진공탈가스 장치에 있어서, 상기 하강환류관(13)에 원주방향으로 8-16개의 가스취입노즐(23a)이 형성되고, 그리고 상기 노즐(23a)의 직경이 1-3mm인 고청정 극저탄소강의 용강정련용 RH 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법을 그 요지로 한다.

Description

고청정 극저탄소강의 용강정련용 알 에이치(RH) 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법
제1도는 종래의 RH 진공탈가스 장치를 개략적으로 나타내는 단면 개략도.
제2도는 종래의 RH 진공탈가스 처리시 용강의 환류 시간에 따른 용강의 청정도(총산소량) 변화를 나타내는 그래프.
제3도는 본 발명에 부합되는 RH 진공탈가스 장치를 개략적으로 나타내는 단면 개략도.
제4도는 제3도의 A-A선 확대 단면도.
제5도는 본 발명에 따라 정련할 시 개재물의 부상분리 매카니즘을 설명하기 위한 모식도.
제6도는 본 발명 및 종래방법에 따라 정련할 시 환류시간에 따른 청정도 변화를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 20 : RH 진공탈가스 장치 11, 21 : 상승 환류관
12, 22 : 진공조 13, 23 : 하강 환류관
23a : 가스취입노즐
본 발명은 제강공정에서 고청정 극저탄소강의 용강을 정련하기 위한 RH 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 하강 환류관에 가스취입노즐을 구비시킨 고청정 극저탄소강의 용강 정련용 RH 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법에 관한 것이다.
통상, 전로 출강시 전로에서 유출되는 슬래그에는 15-20중량%의 저급산화물이 포함되며, 이러한 저급산화물은 용강의 청정성을 악화시키는 원인이 되기 때문에 전로 출강시 레이들에 슬래그개질제(flux)를 첨가시켜 저급화합물의 함량을 5중량% 이하로 저감시키는 슬래그탈산 처리를 행한다.
상기한 저급산화물은 슬래그 중 (FeO)와 (MnO)을 의미한다.
상기와 같이 슬래그 탈산처리를 행한 용강을 RH 진공탈가스 장치에서 진공탈가스 처리를 행하게 되는데, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 제1도에 나타난 바와 같이, 개질 슬래그(1) 및 용강(2)을 담은 타밍레이들(3)을 상승 환류관(11), 진공조(12) 및 하강 환류관(13)을 포함하는 RH 진공탈가스 장치(10)로 이송한 후, RH 진공탈가스 장치(10)의 진공조(12)의 내부압력을 1 내지 수토르(torr) 범위까지 낮추면서 상승환류관(11)에 형성된 취입노즐(11a)을 통하여 아르곤(Ar)이나 질소가스 등을 불어 넣어 용강의 탈탄반응을 촉진시킨다.
이러한 방법으로 용강의 탈탄반응을 계속 진행시킨 후, 용강 중 탄소함량이 목표탄소함량 이하에 도달한 것을 확인하고 용강탈산제를 첨가하여 용강의 탈산을 행하여, 이어서 용강의 합금성분을 미세조정할 목적으로 합금철을 첨가한다.
한편, 용강의 탈산처리시부터 용강내부에는 다량의 미세한 탈산생성물(4)이 생성되며, 이러한 탈산생성물(4)을 제거하기 위한 용제(flux)를 첨가한다.
용제첨가 후, 탈산생성물의 부상분리를 도울 목적으로 상승환류관(11)에 아르곤 또는 질소가스를 불어 넣으면서, 10-15분동안 용강을 환류시킨 후 정련을 종료하게 된다.
제1도에서 미설명부호 5는 상승류를, 6은 하강류를, 그리고 7은 기포를 나타낸다.
이때, 용강의 환류시간에 따른 용강의 청정도(총산소량) 변화는 제2도와 같은 거동을 나타낸다.
상기한 고청정극탄소강의 용량을 RH 진공탈가스 장치를 사용하여 정련하고 종래 방법을 요약하면 다음과 같다.
즉, 종래의 정련방법은 탈탄→탈산→합금철첨가→용제첨가→용강환류→정련종료로 이루어진다.
상기한 종래의 고청정 극저탄소강의 용강정련방법에서는 탈산생성물을 제거하기 위하여 가격이 비싼 용제를 첨가해야 하므로, 용강의 제조원가를 증가시키며, 용강의 온도를 2~3℃ 냉각시키는 원인도 된다.
그리고, 용제 첨가후 탈산생성물의 부상분리를 도울 목적으로 용강을 단순히 10-15분동안 환류시키는 것은 탈산생성물의 부상분리 측면에서 정련효율이 낮을 뿐만 아니라 환류시간이 지나치게 길어 용강온도를 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
이에 본 발명자들은 상기한 종래 정련방법의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 종래의 RH 진공탈가스 장치의 하강 환류관에 가스취입노즐을 구비하여 이를 통해 불활성 가스를 취입하므로써, 용제를 사용하지 않고서도 정련효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 환류시간도 단축시킬 수 있는 RH 진공탈가스 장치 및 이를 이용한 정련방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 상승환류관, 진공조 및 하강 환류관을 포함하여 구성되는 RH 진공탈가스 장치에 있어서, 상기 하강 환류관에 원주방향으로 8-16개의 가스취입 노즐이 형성되고, 그리고 상기 노즐의 직경이 1-3mm인 RH 진공탈가스 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 RH 진공탈가스 장치를 사용하여 고청정 극저탄소강의 용강을 정련하는 방법에 있어서, 직경이 1-3mm인 가스취입 노즐 8-16개가 하강환류관에 원주방향으로 구비되어 있는 RH 진공탈가스 장치를 사용하여 정련시 상기 가스취입노즐을 통해 불활성가스를 0.5-0.8Kgf/cm2의 공급 압력 및 5-10Nl/min의 공급유량으로 취입하여 용강을 정련하는 고청정 극저탄소강의 용강 정련방법에 관한 것이다.
이하, 도면을 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
제3도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 RH 진공탈가스 장치(20)는 상승환류관(21), 진공조(22) 및 하강 환류관(23)을 포함하여 구성되며, 상기 상승환류관(21)에는 환류가스 공급원(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있는 환류가스 취입노즐(21a)이 구비되고, 상기 하강 환류관(23)에는 원주 방향으로 8-16개의 가스 취입노즐(23a)이 구비되어 있다.
상기한 가스취입 노즐(23a)은 불활성 가스공급원(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있으며, 그 직경은 1-3mm로 선정하는 것이 바람직하다.
제2도에서, 미설명부호 7a는 가스 취입 노즐(23a)을 통해 취입된 불활성 가스에 의해 형성된 기포를 의미한다.
상기한 가스 취입노즐(23a)의 갯수가 8개 이하인 경우에는 취입가스의 유량이 감소되어 가스기포에 의한 비금소개재물의 포집효과가 상대적으로 떨어져 청정도 향상 효과를 얻기 어렵고, 16개 이상인 경우에는 다량 취입함으로써, 청정도 향상효과를 기대할 수는 있지만 하강 환류관에서의 용강흐름, 즉, 직하 방향의 용강흐름을 직상방향으로 바뀌게 함으로써, 용강의 환류속도를 저감시키기 때문에 용강정련 기능을 방해하며, 또한 노즐간의 간격이 짧아져 하강 환류관의 수명을 단축시킬 수 있으므로 상기한 가스 취입 노즐(23a)의 수는 8-16개로 제한하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 취입가스 노즐의 직경이 1mm 미만인 경우에는 노즐이 작아서 분당 5-10표준리터의 불활성 가스를 취입하기 곤란하고, 노즐 직경이 3mm 이상인 경우에는 불활성 가스의 공급압력을 0.5kg/cm2이하로 낮추어야 한다.
실제로 제어하기가 곤란하며, 공급압력을 낮추지 못하는 경우에는 10표준리터 이상의 불활성 가스가 취입됨으로써, 하강환류관에서의 용강흐름 즉, 직하방향의 용강흐름을 직상방향으로 바뀌게 함으로써, 용강의 환류속도를 저감시키기 때문에 용강정련을 방해할 수 있으므로, 상기 취입가스노즐의 직경은 1-3mm로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 가스취입 노즐을 통해 가스를 취입하는 경우 노즐을 둘러싸고 있는 내화물에서는 침식이 일어나며, 가스취입시간이 길어질수록 침식부위는 노즐을 중심으로 등간격으로 더욱 확장된다.
따라서, 노즐간의 간격이 등간격을 유지하지 못하는 경우에는 노즐간의 간격이 좁은 곳에서의 내화물 침식으로 인하여 하강 환류관의 수명이 단축된다.
따라서, 상기한 가스취입노즐은 제4도에서와 같이, 일정한 간격을 두고 형성시키는 것이 바람직하다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 RH 진공탈가스 장치를 이용하여 고청정 극저탄소강의 용강을 정련하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따라 고청정 극저탄소강의 용강을 정련하기 위해서는 본 발명의 RH 진공탈가스 장치에서 용강정련시 가스 취입노즐을 통해 불활성가스를 취입하여야 한다. 상기 불활성 가스 취입은 공급압력은 0.5-0.8kgf/cm2으로 선정하고, 그 공급유량은 분당 5-10표준리터(Nl)로 선정하는 것이 바람직하다.
상기 불활성가스로는 Ar가스가 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 아르곤가스는 통상적으로 공급되는 상온의 아르곤가스를 그대로 사용할 수 있는데, 이러한 경우에는 별도의 장치가 필요없는 장점이 있는 반면에, 취입가스가 배출될 때에는 용강의 온도와 거의 동일한 온도로 가열되기 때문에 가스에 의한 용강의 온도손실이 발생되는 단점이 있다.
따라서, 아르곤가스를 가열해서 취입시키는 경우에는 취입가스에 의한 용강의 온도손실을 저감시킬 수 있다.
상기한 Ar가스의 온도가 150℃ 이하인 경우에는 Ar가스가 용강의 정련능력에는 별도 영향을 미치지 않으나 Ar가스를 가열시키는 장치의 효율이 상대적으로 낮아지며, Ar가스에 의한 용강의 온도저감효과가 미흡하다.
한편, Ar가스온도가 200℃ 이상인 경우에는 취급에 위험성이 수반되며, 동일한 양을 취입시키기 위해서는 노즐의 직경이 3mm보다 커져야 하므로 노즐을 둘러싸고 있는 내화물의 침식을 촉진하고, 또한 아르곤가스의 공급압력을 제어하기가 곤란하게 된다.
상기한 불활성 가스공급압력을 0.5kg/cm2미만으로 하는 경우에는 불활성 가스를 분당 5표준 리터 이상 취입할 수 없게 되고, 불활성 가스 공급압력이 0.8kg/cm2를 초과하는 경우에는 가스 공급유량이 10표준리터를 초과하게 되기 때문에 하강 환류관에서의 용강흐름을 방해하게 된다.
따라서, 불활성가스 공급압력은 0.5-0.8kg/cm2으로 선정하는 것이 바람직하다.
한편, 불활성 가스 공급유량이 5표준리터 미만인 경우에는 가스기포에 의한 비금속 개재물의 포집효과가 매우 저하되어 청정도 향상효과를 얻기 어렵고, 불활성 가스 공급유량이 10표준리터 이상인 경우에는 불활성 가스에 의한 용강의 청정성 향상효과를 기대할 수는 있으나, 하강 환류관에서의 용강흐름을 방해하기 때문에 용강의 환류속도가 작아지며 RH 진공탈가스 장치의 본래의 용강 정련기능 즉, 탈가스기능을 저하시키게 된다.
따라서, 상기 불활성 가스 공급유량은 5-10표준리터로 제한하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 따라 불활성 가스를 가스 취입노즐을 통해 취입하는 경우 용강이 정련되는 메카니즘에 대하여 설명하면 다음과 같다.
용강 중 개재물의 부상분리는 용강과 탈산생성물의 비중차에 의한 개재물의 부상분리, 즉 Stockes 법칙으로 설명할 수 있다. 용강 중에서 개재물의 부상속도는 하기 식(1)과 같이 표기할 수 있으며, 여기서 V는 비금속개재물의 부상속도, g는 중력가속도(=9.8m/sec2), r은 개재물 반경(m), ρFe와 ρinclu는 각각 용량 및 개재물의 밀도(kg/m 3), η는 용강의 점성계수(=0.005kg/m-sec)를 의미한다. 하기 식(1)으로부터 개재물의 입자가 클수록, 개재물의 밀도가 작을수록 부상속도가 빠르다는 것을 알 수 있다.
한편, RH 진공탈가스 장치에서 고청정 극저탄소강의 용강 환류시, 하강류의 속도는 초당 1.1 내지 1.6미(m) 정도의 빠른 유속을 가지며, 하강 환류관에 형성된 가스취입노즐을 통해 불활성 가스를 취입하는 경우, 제5도에 나타난 바와 같이, 하강류의 속도와 교반등력에너지의 작용으로 불활성가스는 미세기포(7a)로 쪼개지고, 이들 미세기포(7a)는 티밍레이들내 용강의 매우 깊은 위치에 도달한 후, 레이들슬래그(1)층으로 부상하게 된다. 이러한 미세기포(7a)가 부상하면서 탈산생성물(4)과 충돌하여 결합하게 되며, 미세기포(7a)와 결합된 탈산생성물(4)의 부상속도는 미세기포의 부상속도와 유사한 값을 갖게 된다.
즉, 미세기포와 결합된 탈산생성물의 부피는 크게 증가하고, 밀도는 크게 감소하게 되므로 상기의 식(1)에 따라 탈산생성물의 부상속도는 매우 크게 증가한다. 따라서, 본 발명에서는 이상과 같은 수단을 채택하여, 탈산생성물들의 부상속도를 크게 증가시킴으로써, 고청정 극저탄소강 정련시 고가의 용제를 첨가하지 않고서는 탈산생성물을 효과적으로 제거하며, 또한, 용강탈산후 환류시간을 크게 단축시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
250ton RH 진공탈가스 장치의 환류 하강관에 SUS304파이프를 사용하여, 직경 2mm의 가스취입노즐 8개를 제4도와 같이 형성시켰다. 본 실험에서는 하기 표 1과 같은 조업조건을 유지시키면서, 탄소함량 40ppm 이하의 극저탄소강을 대상으로 하여, 먼저, 용강탈산제로 알루미늄을 300-350kg을 RH 진공조 내부에 첨가하였으며, 용강탈산후 2분경에 합금철 Fe-Ti를 첨가하였다. 용강탈산시 용강 중 산소량은 250 내지 350ppm이었다. 그리고, 발명재(본 발명)의 경우, 탈탄초기부터 가스취입노즐을 통해 상온 또는 150-200℃의 아르곤 가스를 취입하였으며, 아르곤가스의 압력을 0.5 내지 0.8kgf/cm2, 유량을 5 내지 10N1/min범위로 제어하였다. 한편 비교재(종래방법)의 경우, 용강탈산후, 하기 표 1과 같은 조건하에서 용강을 환류시키는 경우 및 탈산직후 플럭스를 첨가하고 용강을 환류시켰다. 본 실험에서는 용강의 청정로 변화를 조사하기 위해서, 탈산후(0분), 3분 간격으로 용강의 침지시료를 채취하여, 각 시료의 청정도를 분석하고, 그 결과를 제6도에 나타내었다.
제6도는 실험조건별 분석값의 평균치를 산정하고, 초기값을 100으로 하였을 때 상대적인 값을 환류시간에 따라 나타낸 것이다.
제6도에서, 발명재(1)의 경우에는 상온의 아르곤가스를 취입한 경우이고, 발명재(2)의 경우에는 150-200℃의 아르곤가스를 취입한 경우이고, 비교재(a)의 경우에는 용강탈산 후 환류만을 시킨 경우이고, 그리고 비교재(b)의 경우에는 탈산 후 용재를 첨가하고 용강을 환류시킨 경우를 나타낸다.
제6도에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 용강을 정련한 경우 [발명재 (1) 및 (2)]가 종래방법에 의해 정련한 경우 [비교재 (a) 및 (b)]보다 우수한 청정도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 청정도 10%에 도달되는 시간을 3분 이상 단축할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 고가의 용제를 사용하지 않고도 고청정 극저탄소강을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 환류시간을 단축할 수 있으므로 RH 진공탈가스 장치의 내화물의 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 상승환류관, 진공조 및 하강환류관을 포함하여 구성되는 RH 진공탈가스 장치에 있어서, 상기 하강 환류관에 원주 방향으로 8-16개의 가스취입노즐(23a)이 형성되고, 그리고 상기 노즐(23a)의 직경이 1-3mm인 것을 특징으로 하는 고청정 극저탄소강의 용강정련용 RH 진공탈가스 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 취입노즐(23a)이 일정한 간격을 갖고 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고청정 극저탄소강의 용강정련용 RH 진공탈가스 장치.
  3. RH 진공탈가스 장치를 사용하여 고청정 극저탄소강의 용강을 정련하는 방법에 있어서, 직경이 1-3mm인 가스취입 노즐 8-16개가 하강 환류관에 원주방향으로 구비되어 있는 RH 탈가스 장치를 사용하여 정련시 상기 가스취입노즐을 통해 불활성가스를 0.5-0.8Kgf/cm2의 공급 압력 및 5-10Nl/min의 공급유량으로 취입하는 것을 특징으로 하는 고청정 극저탄소강의 용강 정련방법.
  4. 제3항에 있어서, 불활성 가스가 상온 또는 150-200℃의 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 고청정 극저탄소강의 용강 정련방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 가스 취입 노즐이 일정한 간격을 갖고 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고청정 극저탄소강의 용강 정련방법.
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