KR100227252B1

KR100227252B1 - 금속 용탕의 정련방법

Info

Publication number: KR100227252B1
Application number: KR1019960703890A
Authority: KR
Inventors: 다카시 무카이
Original assignee: 다나카 히사노리; 히다치 긴조쿠주식회사
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1999-11-01
Also published as: DE69430541T2; DE69430541D1; WO1996017093A1; US5851262A; EP0752478B1; EP0752478A4; EP0752478A1

Abstract

본 발명은 금속 용탕을 진공 또는 저산소분압 대기하에서 감압정련시킨 다음 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시키는 방법에 관한 것이다. 처리되는 금속은 스텐레스강, Ni계 합금, Fe-Ni계 합금, 전자기 강, 질소 함유량과 황 함유량이 낮은 중탄소 구조용 강, 및 탄소, 산소 및/또는 황 함유량이 엄격하게 제한되는 고탄소계 합금 공구 강이다. 재정련시, CaO와 CaF₂의 QOGKQANF CaO와 Al₂O₃의 배합물 및 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물인 용제를 사용한다. 예를 들면, 탄소 함유량이 0.01이고 황 함유량이 0.005

Description

금속 용탕의 정련방법

진공 또는 저산소분압 대기하에서 금속 용탕을 정련시키는 방법(이후, 감압정련법으로서 언급됨)은 매우 순수한 강을 쉽게 수득할 수 있기 때문에 폭넓게 사용되어 왔다. 당해 방법에는 진공 유도 가열 노("VIF"로서 언급됨)가 이용된다.

감압정련 공정에 있어서, 각종 불순물이 이들 자체로서 또는 이들의 산화물 형태의 화합물로 되어 증발, 비산(splattering) 또는 부유에 의해 금속 용탕으로부터 분리되도록 정련이 진행된다. 당해 경우에, 정련이 진행된 상태에서는 금속 용탕에 존재하는 불순물의 양이 매우 적다(본원에서 용어 "불순물"은 통상 불순 원소 또는 비금속 개재물의 원인이 되는 물질을 총칭한다).

감압정련시, 정련 노의 벽의 유리 보오드 부분에 증발 또는 비산된 성분의 일부가 응축되어 스컴(scum)상으로서 부착된다. 증발될 수 없는 드로스(dross) 상의 불순물 성분은 금속 용탕의 표면으로 부유되어 분리된다. 금속 용탕을 배출하기 위해 노를 기울이는 경우, 금속 용탕의 흐름에 의해 이들 부착물 및 부유물의 일부가 세척 분리되어 금속 용탕 속으로 재혼입된다. 더욱이, 금속 용탕을 수용하는 레이들(ladle) 또는 턴디쉬(tundish)의 라이닝 내화물(lining refractory) 또는 라이너(liner)를 금속 용탕을 수용하기 전에 충분히 가열하지 않을 경우, 라이너에 흡착된 활성 가스 성분에 의해 금속 용탕이 오염될 수도 있다. 금속 용탕 수용 용기의 라이너의 일부가 감압정련에 의해 활성화된 금속 용탕과 반응하거나 금속 용탕에 의해 침식된다. 이때의 반응 생성물이 활성 가스 또는 침식물에 의해 금속 용탕이 오염될 수 있다.

이러한 부착물 및 부유물의 혼입을 방지하기 위한 방법으로서, 정련 노의 하부로부터 금속 용탕을 배출하면서 부유 불순물의 혼입을 방지하기 위해 금속 용탕의 일부를 정련 노 내에 잔류시키는 방법 및 유도 스컬 노(induction scull furnace)를 사용하여 금속 용탕을 노벽과 접촉시키지 않으면서 정련시켜 배출시키는 방법 등이 제안되어 있다. 금속 용탕 수용 용기로부터 금속 용탕을 배출시킨 후에는, 금속 용탕 수용 용기인 레이들 또는 턴디쉬 내에서, 세라믹 필터를 이용하여 미소 비금속 개재물로 되어 수득될 수 있는 물질을 제거하는 방법이 제안되어 있다. 이들 방법중 일부는 실용화되고 있지만, 각종 제안 때문에 아직은 크게 이용되는 실정은 아니다. 또한, 이러한 방법은 재혼입물 또는 오염물 모두에 대해 효과적이지 않기 때문에, 상기된 각각의 재혼입물에 대해 효과적이기 위해서는 이들 방법을 병용시켜야만 한다. 그러나, 병용 방법의 수가 증가함에 따라 비용도 증가하는 문제가 있다.

진공 정련시킨 후, 흑연 전극 아크 가열 방식의 레이들 정련 노에 의해 또는 ASEA-SKF 노에 의해 재정련시켜 재혼입물을 제거하는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 이들 방법은 전극이 흑연질이고, 이러한 전극을 용강 표면, 상에 존재하는 슬래그(slag) 속에 침지시키기 때문에, 금속 용탕 속으로 탄소가 혼입되는 문제가 있다. JP-A 제4-318118호에는 진공 탈가스 처리에 의해 금속 용탕을 탈탄소화시킨 다음, 용존 알루미늄을 0.2중량이상 함유하는 상태로 플라즈마 가열하고 염기도가 8 이상인 슬래그의 존재하에 금속 용탕을 교반하여 탈황화시킴으로써 극저 탄소/황 강을 제조하는 방법이 제안되어 있다.

JP-A 제4-318118호에 기재된 방법에 있어서는, 플라즈마 정련 전에 생성된 슬래그를 플라즈마 정련 노에 도입하기 때문에 플라즈마 정련 동안의 용존 알루미늄의 양을 높혀야 하고 슬래그의 염기도도 8이상으로 상승시켜야만 하는 문제가 있다.

즉, 상기 방법은 다량의 슬래그가 플라즈마 정련 노에 도입되기 때문에, 슬래그를 개질시키기 위해서는 다량의 탈산소화제와 환원제가 필요하고 정련 효과도 떨어지는 단점이 있다.

Ni계 내열합금 또는, 예를 들면, Fe-Ni계 합금으로 이루어지는 전자기 재료와 같은 다수의 제품은 불순물 원소로서 질소 이외에 산소와 탄소 원소가 상기 합금에 혼입되는 경우 제품의 특성이 현저하게 떨어지기 때문에 이러한 불순물 원소의 혼입을 엄격하게 제한한다.

이러한 불순물을 감소시키기 위한 수단으로서, 저질소화 및 저탄소화에는, 예를 들면, 진공 용해 또는 환류식 진공 정련이 사용된다. 저탄소화를 위해서는, 산소원을 금속 용탕에 가하거나 취입하여 금속 용탕 중의 탄소와 산소원을 반응시켜 CO 또는 CO₂가스화시켜 금속 용탕 밖으로 배출시킨다.

탄화물을 다량 함유하는 고탄소계 고합금 공구 강 중에는 응고 과정에서 조대한 MC형 탄화물이 결정화되어 석출되기 쉬운 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 용강 내에 존재하는 질소를 감소시킴으로써 고액(liquidus and solidus) 공존 영역을 좁혀 탄화물을 미립자로서 분산시키는 방법은 공지되어 있다.

Fe-Ni계 합금과 같은 전자기 재료로서 언급되는 합금 제품 중에는, 요구되는 특성을 저해한다는 이유로 탄소와 황이 함께 엄격하게 제한되는 것도 있다.

금속 용탕 속으로의 탄소 및 황의 혼입의 대부분은 용해시의 고체 원료로부터의 혼입이다. 혼입된 황을 제거하여 저황화시키기 위해서는 주로 CaO로 이루어진 용제를 가하여 효율적으로 탈황 정련을 수행하는 것이 필요하다.

한편, 공지된 탈탄소화 방법중의 하나는 탄소를 산소와 반응시켜 이들을 연소시키는 방법인데, 감압 대기와 진공 대기를 조합하는 경우가 보다 효율적이다. 그러나, 어떠한 경우에도 반응 생성물은 산화물이며, 이것이 정련 노 속의 금속 용탕 표면과 노 벽에 부착됨으로써 금속 용탕의 거동에 따라서는 금속 용탕 속으로 재혼입되기 때문에 애써 정련시킨 금속 용탕을 오염시킬 위험성이 매우 크다.

탈황화는 선행 공정에서의 정련 방법 또는 금속 용탕의 이동시 취급 방법에 따라서는 선행 공정에서 생성된 슬래그가 존재하는 상태에서 수행될 수 있다. 따라서, 효율적인 탈황화를 방해하는 상기와 같은 슬래그를 개질시키는데 많은 노력이 요구된다.

그러나, 탈탄소화 처리 및 탈황화 처리를 피하고자 하면, 정련 노에 충전될 재료로서 저탄소 또는 저황의 고급 재료를 선택해야만 하는데, 이로 인해 용해시키기 위한 원료비가 현저히 상승되어 경제적인 대량 생산에 적합하지 않은 단점이 있다.

[발명의 요지]

본 발명의 목적은 재정련 노속에 투입되는 슬래그를 개질시킬 필요가 없고, 또한 탄소가 혼합되거나 혼입되지 않은 상태에서, 특정한 조성을 갖는 새로운 용제를 사용하여 재정련을 효과적으로 수행할 수 있는 금속 용탕의 정련 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 엄격히 제한되는 불순물 원소가 주로 질소인 제품을 대상으로 하는 금속 용탕의 정련 방법에 의해, 재정련 노 속에 도입된 슬래그를 개질시킬 필요없이 새로운 용제를 사용하여 재정련을 효과적으로 수행할 수 있는 금속 용탕의 정련 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제품의 탄소 함유량이 엄격하게 제한되는 스텐레스강, Ni계 합금 또는 Fe-Ni계 합금, 또는 제품의 황 함유량이 엄격하게 제한되는 상기한 바와 같은 스텐레스강 또는 합금과 중탄소계의 구조용 스텐레스강 또는 고탄소계 합금 공구 스텐레스강, 및 제품의 탄소 함유량과 황 함유량이 엄격하게 제한되는 스텐레스강과 합금 등의 정련시에, 상기한 바와 같은 탄소의 혼합 또는 혼입의 문제가 없고, 혼입된 슬래그를 개질시킬 필요가 없으며, 고도의 정련 등의 경우에도 유연하게 대응할 수 있는 합금 용탕의 정련 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 Ni를 30 내지 50중량이상으로 함유하고 Fe-Ni계 합금과 같은 전자기 재료로 불리는 제품용인 탄소 함유량과 황 함유량이 엄격히 제한되는 스텐레스강과 합금 등의 정련시에, 탄소 혼입의 문제가 없고 혼입된 슬래그를 개질시킬 필요가 없으며 고도의 정련 등의 경우에도 유연하게 대응할 수 있는 Fe-Ni계 합금 용탕의 정련 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 가열 수단이 장착된 용기를 이용하여 진공 또는 저산소분압 대기하에서 감압정련 공정을 수행함으로써, 감압정련으로부터 재정련으로 이동시에 슬래그의 이동에 의한 혼입이 없기 때문에 고도의 정련을 달성할 수 있다.

상기한 바와 같은 감압정련 하에서는 정련 노의 노벽 유리 보오드 부분에 스컴 상으로서 부착되는 불순물 또는 정련 노 중의 금속 용탕액 표면에 부유하는 드로스 상의 불순물 이외에, 금속 용탕 속에 부유되지 않은 상태로 존재하는 불순물이 있다. 이러한 불순물 중에는 정련 노의 노벽의 침식에 의한 SiO₂가 대부분을 차지한다.

본 발명에서는, 플라즈마 가열에 의한 재정련시에 선행 공정의 슬래그가 도입되지 않기 때문에 슬래그를 개질시킬 필요가 없다. 따라서, CaO 또는 SiO₂를 다량으로 첨가하여 염기도를 8 이상으로 조절하지 않아도 되고, 감압정련시에 금속 용탕 속에 혼입되는 불순물을 효과적으로 제거함으로써 고도의 정련을 달성할 수 있는 이점이 있다.

본 발명자들은 감압정련시에 발생하고 불순물의 일부로서 혼입되는 비교적 소량의 SiO₂를 이용하고, 후속 공정인 플라즈마 가열에 의한 재정련시에는 CaO를 필수로 하는 복합 조성으로 이루어진 새로운 용제를 가하며 기본적으로는 SiO₂를 가하지 않고서 염기도를 조절함으로써 불순물을 개질시킬 수 있고 고도의 정련을 수행할 수 있음을 밝혀냈다.

본 발명자들은 또한 금속 용탕을 가열 수단이 장착된 용기를 이용하여 진공 또는 저산소분압 대기 및 저질소 분압 대기하에서 감압정련하고, 소정의 질소 수준까지 탈질소화시킨 다음, 실질적으로 슬래그가 없는 상태에서 후속 재정련 공정으로 이동시키고 이때 새로운 용제를 가하여 플라즈마 가열하에 정련하면, 질소 수준이 매우 낮은 강이 수득될 수 있음을 밝혀냈다.

본 발명의 또 다른 정련 방법에 의하면, 스텐레스강, Ni계 합금 및 Fe-Ni계 합금에서 탄소 혼입이 엄격하게 제한되는 재료의 경우에는, 감압정련 전에 금속 용탕에 산소원을 공급함으로써 탈탄소화 정련을 수행하여 저탄소 수준으로 조정한다. 이것이 본 발명에서 말하는 1차 정련의 한 형태이다.

탄소 함유량의 조정 또는 저탄소 수준으로의 탈탄소화 정련을 종료한 금속 용탕은, 상기 개별 용기의 경우에는 레이들을 통해 탈산소화할 용기로 옮기거나, 탈산소화할 용기에서 용해시킨 금속 용탕은 동일 용기 속에서 탄소 함유량의 조정 또는 저탄소 수준으로 탈탄소화 정련을 수행한 후, 진공 또는 저산소분압 대기하에 감압정련하여 탈산소화를 완결한다.

본 발명의 제1 양태에 따라, 상기와 같은 1차 정련 및 감압정련에서 탈탄소화를 수행함으로써 후속 공정인 플라즈마 가열하에서의 재정련을 매우 청정한 금속 용탕 상태에서 실시하여 탈산소화 및 기타 재정련을 저렴하고 효율적으로 수행할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, Ni를 30 내지 50중량이상 함유하는 Fe-Ni계 합금의 금속 용탕을 가열 수단이 장착된 용기 속에서 진공 또는 저산소분압 대기하에 탈산소화.탈탄소화 정련한 후에, 개별 용기 또는 상기 탈산소화 정련을 수행한 용기와 동일한 용기 속에서 가스 플라즈마를 사용하여 재정련하는 조합 정련 방법이 제공된다. 따라서, 당해 방법의 내용은 종래의 방법과 매우 상이하다.

본 발명에서는, 저탄소 수준으로 탈탄소화 정련을 종료한 금속 용탕을 아크노 또는 전노와 같은 개별 용기의 경우에는 레이들을 통해 탈산소화시킬 용기로 이동시키거나, 탈산소화시킬 용기에서 용해시킨 금속 용탕을 동일 용기 속에서 저탄소 수준으로 탈탄소화 정련을 종료한 후 진공 또는 저산소분압 대기에서 감압정련하여 탈산소화를 완결한다.

본 발명의 큰 특징은, Ni를 30 내지 50중량함유하고 저탄소화가 요망되는 Fe-Ni계 합금을 가열 수단이 장착된 용기 속에서 진공 또는 저산소분압 대기하에서 정련하는 감압정련에 의해 탈탄소와 정련을 완전히 수행하고 실질적으로 슬래그가 없는 상태로 재정련 공정으로 이동시키고 감압정련시에는 저감화시키지 않은 불순물을 새로운 슬래그를 첨가하여 재정련을 수행함으로써 불순물의 수준을 현저하게 낮출수 있다는 것이다.

본 발명은 금속 용탕을 진공 또는 저산소분압 대기하에서 경련시킨 후에, 거의 대기압하에서 추가로 재정련시키는 금속 용탕의 정련방법에 관한 것이다.

제1도는 본 발명의 한 양태에서 사용되는 장치의 일례를 나타내는 도면이고,

제2도는 아크 노에서 1차 정련시킨 금속 용탕을 진공 유도 노 속에서 감압정련시킨 경우의 정련 경과 시간에 대한 정련의 진행도를 금속 용탕 중에 존재하는 산소의 농도로서 나타낸 그래프이며,

제3도는 감압정련(제2도) 후에 본 발명에 따른 CaO와 CaF₂로 이루어진 용제를 사용하여 금속 용탕을 플라즈마 재정련시킨 경우의 금속 용탕 중의 산소 농도를 나타내는 그래프이고,

제4도는 감압정련(제2도) 후에 본 발명에 따른 CaO와 Al₂O₃로 이루어진 용제를 사용하여 금속 용탕을 플라즈마 재정련시킨 경우의 금속 용탕 중의 산소 농도를 나타내는 그래피이며,

제5도는 감압정련(제2도) 후에 본 발명에 따른 CaO, CaF₂및 Al₂O₃로 이루어진 용제를 사용하여 금속 용탕을 플라즈마 재정련시킨 경우의 금속 용탕 중의 산소 농도를 나타내는 그래프이고,

제6도는 본 발명의 또 다른 양태에서 사용되는 장치의 일례를 나타내는 도면이고,

제7도는 고체 원료를 진공 유도 가열 정련 노에 공급하여 용해시킨 다음, 산소원을 가하거나 취입시키지 않고서 계속 진공을 유지시키는 경우의 경과 시간에 대한 감압정련의 진행도를, 금속 용탕 중의 산소, 질소 및 탄소 농도로서 측정한 결과를 나타내는 그래프이고,

제8도는 감압정련(제7도) 후에 금속 용탕을 다른 용기인 재정련 노에 부어넣고, 새로운 용제를 금속 용탕에 가한 후에 플라즈마 가열에 의해 재정련을 개시한 시점으로부터의 경과 시간에 따른 산소, 질소 및 탄소 농도의 변화를 나타내는 그래프이며,

제9도는 아크 노에서 1차 정련시킨 금속 용탕을 진공 유도 노에서 감암정련시킨 경우의 정련 경과 시간에 대한 정련 진행도를 금속 용탕에 존재한 산소, 탄소 및 황 농도로서 측정한 결과를 나타내는 그래프이고,

제10도는 감압정련(제9도) 후에 본 발명에 따른 CaO, CaF₂및 Al₂O₃로 이루어진 용제를 사용하여 금속 용탕을 플라즈마 재정련시킨 경우의 시간 경과에 따른 금속 용탕에 존재하는 산소, 탄소 및 황 농도의 변화를 나타내는 그래프이며,

제11도는 선행 기술에 따라 전공 정련한 후에 금속 용탕을 ASEA-SKF 노에서 재정련시킨 Fe-42Ni 합금의 시간 경과에 따른 산소, 탄소 및 황 농도의 변화를 나타내는 그래프이고,

제12도는 본 발명에 따른 또 다른 양태에서 사용된 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

본 발명의 제1 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속에서 금속 용탕을 감압정련하고, 실질적으로 슬래그가 없는 상기 금속 용탕에, 주로 CaO와 CaF₂의 배합물, CaO와 Al₂O의 배합물 또는 CaO, CeF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 새로운 용제를 첨가하고, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시키는 것이다.

본 발명의 제2 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속에서 금속 용탕을 감압정련하고, 실질적으로 슬래그가 없는 금속 용탕을 상기 용기와는 다른 용기에 옮긴 다음, 주로 CaO와 CaF₂의 배합물, CaO와 Al₂O₃의 배합물 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 새로운 용제를 가하고, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시키는 것이다.

본 발명의 제3 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속에서 금속 용탕을 진공 또는 저산소분압 대기 또는 저질소분압 대기하에 감압정련하여 질소 함유량을 0.01이하로 조절한 다음, 실질적으로 슬래그가 없는 상기 금속 용탕에 용제를 첨가하고, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시키는 것이다.

본 발명의 제4 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속에서 금속 용탕을 진공 또는 저산소분압 대기 또는 저질소분압 대기하에 감압정련하여 질소 함유량을 0.01이하로 조절한 다음, 실질적으로 슬래그가 없는 상기 금속 용탕을 상기 용기와는 다른 용기에 옮겨 용제를 가한 다음, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시키는 것이다.

또한, 스텐레스강, Ni계 합금 및 Fe-Ni계 합금에서 탄소의 혼입이 엄격하게 제한되는 재료의 경우에는, 금속 용탕에 산소원을 공급함으로써 탈탄소화 정련을 수행하여 저탄소 수준으로 조정하는 1차 정련을 수행하는 것이 바람직하다. 탄소 함유량의 조정 또는 저탄소 수준으로 탈탄소화 정련을 종료한 금속 용탕은, 상기 개별 용기의 경우에는 레이들을 통해 탈산소화시킬 용기로 옮겨 진공 또는 저산소분압 대기하에 감압정련에서 탈산소화를 완결시킨다. 또 다른 방법으로, 탄소 함유량의 조정 또는 저탄소 수준으로 탈탄소화 정련을 종료하는 1차 정련으로 처리한 금속 용탕을, 1차 정련 후에 금속 용탕을 다른 용기로 옮기지 않고 동일한 용기 속에서 진공 또는 저산소분압 대기하에 감압정련하여 탈산소화를 완결시킨다.

또 다른 양태로서, 본 발명자들은 상기한 바와 같은 1차 정련 및 감압정련을 행함으로써, 후속 공정인 플라즈마 가열하에서의 재정련을 매우 청정한 금속 용탕상태에서 실시하여 탈황화 및 다른 재정련을 저렴하게 효율적으로 수행할 수 있음을 밝혀냈다.

따라서, 본 발명의 제5 특징은, 미리 용해시킨 금속 용탕에 산소원 또는 산소원과 불활성 가스와의 혼합물을 가하거나 취입하여 탄소의 함유량을 0.01이하로 조절한 후에, 금속 용탕을 가열 수단이 장착된 용기에 부어넣은 다음, 금속 용탕을 감압정련시킨 후, 금속 용탕에 용제를 가하고, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제6 특징은, 미리 용해시킨 금속 용탕에 산소원 또는 산소원과 불활성 가스와의 혼합물을 가하거나 취입하여 탄소의 함유량을 0.01이하로 조절한 후에, 금속 용탕을 가열 수단이 장착된 용기에 부어넣은 다음, 금속 용탕을 감압정련시킨 후에 다른 용기에 옮기고, 금속 용탕에 용제를 가하고 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제7 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속의 금속 용탕에 산소원 또는 산소원과 불활성 가스와의 혼합물을 가하거나 취입하여 탄소 함유량을 0.01이하로 조절한 후에 감압정련한 다음에, 감압정련된 금속 용탕에 용제를 가하고 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제8 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속의 금속 용탕에 산소원 또는 산소원과 불활성 가스와의 혼합물을 가하거나 취입하여 탄소 함유량을 0.01이하로 조절한 후에 금속 용탕을 감압정련한 다음에 다른 용기로 옮기고, 감압정련된 금속 용탕에 용제를 가하고 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제9 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속에서 미리 감압정련시킨 금속 용탕에 주로 CaO와 CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 용제를 가한 후에 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 황 함유량을 0.005이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제10 특징은, 가열 수단이 장착된 용기 속에서 미리 전공 또는 저산소분압 대기하에 감압정련시킨 금속 용탕을 감압정련 용기와는 다른 용기로 옮긴 후, 주로 CaO와 CaF₂의 배합물, CaO와 Al₂O₃의 배합물 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 용제를 금속 용탕에 가하고, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 황 함유량을 0.005이하로 되게 하는 것이다.

본 발명은 금속 용탕의 화학적 조성에 제한받지 않고 각종 금속 용탕에 적용할 수 있고 Ni를 30 내지 50함유하는 Fe-Ni계 합금에 적용하는 경우에 특히 효과적이다.

따라서, 본 발명의 제11 특징은 Ni를 30 내지 50중량이상 함유하는 Fe-Ni계 합금의 금속 용량을 가열 수단이 장착된 용기에 부어넣고, 탄소 함유량이 0.01이하로 될 때까지 감압정련시킨 후, 주로 CaO와 CaF₂의 배합물, CaO와 Al₂O₃의 배합물 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 용제를 감압정련된 금속 용탕에 가하고, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로, 황 함유량을 0.005이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제12 특징은, 미리 용해시킨 Ni를 30 내지 50중량이상 함유하는 Fe-Ni계 합금의 금속 용탕을 가열 수단이 장착된 용기에 부어넣고, 탄소 함유량을 0.01이하로 될 때까지 감압정련시킨 후, 감압정련시의 슬래그를 실질적으로 혼입시키지 않으면서 감압정련 용기와는 다른 용기로 옮기고, 주로 CaO와 CaF₂의 배합물, CaO와 Al₂O₃의 배합물 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 용제를 감압정련된 금속 용탕에 가한 후에, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로, 황 함유량을 0.005이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제11 특징 및 제12 특징에 의하면, 두 경우 모두 감압정련 전에 Fe-Ni계 합금을 용해시키며, 감압정련 전에 1차 정련을 수행하는 것이 바람직하다. 제11 특징과 제12 특징의 차이는 제11 특징에서는 감압정련을 수행하는 노와 플라즈마 정련을 수행하는 노가 동일한 반면, 제12 특징에서는 감압정련과 플라즈마 정련을 각각 상이한 용기 속에서 수행한다는 점이다. 다시 말하면, 금속 용탕을 감압정련 공정이 수행된 제1 용기로부터 플라즈마 정련 공정이 수행될 제2 용기로 옮긴다.

본 발명의 제13 특징은, Ni를 30 내지 50중량이상 함유하는 Fe-Ni계 합금의 고체 재료를 가열 수단이 장착된 용기 속에서 용해시킨 후에, 탄소 함유량이 0.01이하로 될 때까지 감압정련시킨 후에, 주로 CaO와 CaF₂의 배합물, CaO와 Al₂O₃의 배합물 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 용제를 감압정련된 금속 용탕에 가하고 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로, 황 함유량을 0.005이하로 되게 하는 것이다.

본 발명의 제14 특징은, Ni를 30 내지 50중량이상 함유하는 Fe-Ni계 합금의 고체 원료를 가열 수단이 장착된 용기 속에서 용해시켜 탄소 함유량이 0.01이하로 될 때까지 감압정련한 다음, 감압정련된 금속 용탕을 다른 용기로 옮기고, 주로 CaO와 CaF₂의 배합물, CaO와 Al₂O₃의 배합물 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 용제를 금속 용탕에 가하고 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 재정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로, 황 함유량을 0.005이하로 되게 하는 것이다.

상기 제11 특징 내지 제14 특징에 따라, Ni를 30 내지 50중량함유하는 Fe-Ni계 합금의 금속 용탕이 플라즈마 정련을 개시하기 직전까지는 탄소 함유량이 0.01이하로 저하되고, 플라즈마 정련 과정에서는 탄소 함유량의 변화가 극히 작으며, 스컴과 같은 불순물의 제거와 탈황을 중심으로 한 정련이 수행된다.

따라서, 본 발명의 특징은 특징 조건하에서 Fe-Ni계 합금을 감압정련시키고, 계속해서 새로 첨가하는 특정 용제를 사용하여 가스 플라즈마에 의해 재정련시킨다는 점이다.

본 발명에서 사용되는 진공 또는 저산소분압 대기는 각각 대기압 미만의 대기 및 대기중의 산소 분압, 즉 213HPa(1013Hpa0.21) 미만의 산소분압 대기를 의미한다. 이들 조건을 충족시킬 수 있는 수단으로서는, 진공 펌프를 사용하여 배기시킴으로써 감압시키는 방법과 산소의 일부를 불활성 가스(Ar 또는 He)로 치환하고, 감압과 가스 치환을 조합하여, 수백 Torr 이하의 불활성 가스 대기로 되게 하는 방법이 있다.

이러한 감압 작동에 적합한 실용 노로서는, 진공 유도 노(VIF)와 VOD 노가 있지만, 선행 정련 후 재정련시키기 전에 슬래그의 제거 공정을 생략하기 위해서는, 감압정련시키는 동안 사실상 용제를 사용하지 않는 유도 노를 사용하는 것이 바람직하다.

용어 "감압정련 종료시부터 플라즈마 가열하에서 수행하는 재정련 전의 시점에서의 금속 용탕이 실질적으로 슬래그가 없는 것"은, 예를 들면, VOD에서 감압정련을 수행하는 경우에 용제를 가하여도, 감압정련이 종료되어 재정련으로 이행할 시에는 슬래그를 어떠한 수단으로든 제거한 후에 재정련으로 이행하는 것으로 의미한다.

본 발명에서는, 금속 용탕을 진공 유도 용해 노에서 감압정련시켜 재정련 공정으로 금속 용탕을 부어넣기 전인 감압정련 종료 직전 또는 직후에 금속 용탕에 용제를 가하여 재정련 노에 금속 용탕을 부어넣는 경우가 있다. 이것은 재정련의 개시를 즉시 행하는 것을 목적으로 하는 것이다. 따라서, 당해 경우도 본 발명에 포함된다.

본 발명의 바람직한 정련 방법에 따라, 금속 용탕은 정련하는 동안 교반된다. 교반 효과 측면에서, 교반은 금속 용탕을 함유하는 노의 저부에 장착된 다공성 플러그를 통해 불활성 가스를 금속 용탕에 취입시키는 것이 바람직하다. 용제가 개재물(inclusions)을 포착하도록 하기 위해 불활성 가스 취입시에 본 발명에서 사용하는 종류의 용제를 분말 형태로 취입시키는 것도 효과적이다. 전자 교반 장치는 단독으로 사용하거나 가스 취입 작동과 병행하여 사용할 수 있다.

본 발명의 정련 방법에서 감압정련이 가열 수단이 장착된 용기 속에서 수행되기 때문에, 각종 재질과 요구되는 정련 수준 뿐만 아니라 비교적 소량의 금속 용탕에 대해서도 요구되는 이러한 가열 수단을 사용함으로써 금속 용탕의 온도 하강을 저지해서 유연하게 대응하여 소정의 정련 수준의 금속 용탕을 얻을 수 있다. 감압정련 전의 용해 및 정련 노로서 아크 노의 사용에 의해 용해와 정련이 효율적으로 잘 수행되나, 감압정련 노에서 고체 원료의 용해를 개시할 수도 있다.

본 발명의 방법에 있어서, 재정련 노에서의 정련 효과를 향상시키고 감압정련 노에서의, 내화물과의 반응 생성물을 감소시키기 위해서는 내화물의 선택이 중요하다. 즉 감압정련은 기본적을 감압하에서 수행하기 때문에, 다량의 SiO₂를 함유하는 내화물은 부적합한 반면에, 고품질 알루미나 또는 마그네사이트계 염기성 브릭(brick) 또는 초고온에서 연소된 마그네타이트-크롬 다이렉트 보이드 브릭을 사용하는 것이 효과적이다. 또한, 감압정련 개시 전에 내화물의 온도를 유지시키는 것 또한 중요하다. 이들 사항을 배려하여 처음으로 스컴의 양이 감소되고, 재정련에서의 CaO를 필수로 하는 용제의 역할이 되살아난다.

본 발명의 제2 양태에 따라, 재정련이 감압정련에 사용된 용기와는 별도의 새로운 용기 속에서 수행되기 때문에, 금속 용탕에 용제를 가하여도 슬래그에 의해 거의 오염되지 않고, 고도로 졍련된 금속 용탕이 용이하게 효율적으로 수득된다.

본 발명에 있어서 재정련은, 선행 공정으로부터 생성된 슬래그의 혼입없이 수행되는데, 비휘발성 불순물과 스컴 상의 불순물에 대해 새로 가하는 용제를 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 가열함으로써 활성화시켜 효과적으로 흡스시켜 수행한다. 다시 말하면, 본 발명에 있어서, 용제는 불활성 가스 플라즈마 가열에 의해 충분히 가열되어 저점성화 및 활성화됨으로써 상기 부착물 및 부유물, 비금속성 개재물 등의 불순물인 재혼입 물질 및 내화물에 의해 생성된 오염물과 같은 오염물들을 효과적으로 포집할 수 있다. 우수한 정련 효과를 나타낼 수 있도록 용제를 후술하는 바와 같이 불활성 가스 취입에 의해 충분히 교반함으로써 금속 용탕과 충분히 접촉시켜 반응시키는 것이 바람직하다.

재정련시 사용되는 용제는, 탈산소화 및 탈황화 효과를 높이기 위해서는 CaO를 함유해야만 하고, 주로 유동성과 정련 효과를 향상시키기 위해서는 융점이 낮은 CaF₂를 가하고, 탈산소화 및 탈황화 효과를 향상시키기 위해서는 Al₂O₃를 가하는데, 이들 두 성분은 필요한 경우에만 사용된다.

이 경우, 염기도를 조절하기 위한 SiO₂를 가하지 않아도, 감압정련시에 불순물로서 혼입되는 SiO₂와 상기 새롭게 가한 CaO에 의해 염기도가 2 이상으로 조정된다. 염기도 3 내지 7이 바람직하다.

용제는 한꺼번에 금속 용탕에 투입하지만, 예를 들면, 상기한 Ar 가스를 용기의 하부으로부터 취입하여 금속 용량에 가할 수도 있다.

본 발명에 따른 용제의 하나인 37CaO-63CaF₂를 합성 용제로서 상부로부터 가하고 Ar를 사용하여 교반하는 실험에 의하면, 취입의 교반 효과로 인해 탈산 소화 속도가 크게 향상되고, 스텐레스강(JIS SUS 304)의 경우에 산소 농도가 10 내지 12ppm으로 감소되며, 황의 함유량도 0.02로부터 0.01이하로 감소됨을 확인할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 감압정련 노에서의 정련을 위해 사용된 슬래그가 재정련 공정에 사실상 도입되지 않는다는 점이다. 새롭게 가한 용제에 대해 사용된 용어 "주로"는 본 발명에 따른 새로운 용제가 대부분, 다시 말하면, 사용된 총용제의 95이상을 점유함을 의미하지만, 염기도 조정을 위한 극소량의 SiO₂의 첨가는 허용된다. 그러나, 본 발명의 방법에 따르면 통상은 SiO₂도 감압정련 노의 불순물로서 혼입되기 때문에 이를 첨가할 필요는 없다.

본 발명의 최종 정련 공정인 플라즈마 가열에 의한 재정련 방법에 있어서, 교반을 수행하는 것이 바람직하다. 교반 방법은 노 저부에 장착된 다공성 플러그로부터의 불활성 가스에 의한 것이 교반 효과면에서 바람직하다. 또한, 전자 교반 장치를 단독으로 사용하거나 불활성 가스와 병용할 수 있다.

불활성 가스 플라즈마 가열 장치는 상기 버너에서 처럼 CO₂, H₂O 또는 유리 O₂와 같은 산화성 가스를 발생시키지 않고 초고온에서 가열하기에 적합하기 때문에, 본 발명의 재정련시 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 용기를 바꾸고자 할 경우에는, 감압정련 계속 중에 다른 재정련 용기를 고청정 및 고온 상태로 되도록 예열할 수 있다.

또한, 재정련 용기로부터 금속 용탕을 또 다른 용기로 붓는 것은 용기 하부에 설치된 노즐을 사용하는 슬라이딩 노즐 방식에 의한 것이 경사 주입 방법 또는 스토퍼 방법보다 더욱 바람직한데, 그 이유는 전자의 방법이 슬래그의 혼입 도는 플라즈마 가열에 의한 스토퍼의 손상을 일으키지 않기 때문이다.

본 발명의 제3 특징 및 제4 특징에 따르면, 본 발명의 정련방법은 질소와 탄소 함유량이 매우 낮은 강 및 합금중에서, 질소 함유량이 특히 낮거나 탄소 함량이 낮은 Ni계 내열합금, 전자기 재료(예: Fe-Ni계 합금), 및 고탄소 고합금 공구 강을 정련하는데 적합하고, 금속 용탕 중에 잔존하는 산소와 질소를 진공 또는 저산소분압 대기 및 저질소분압 대기 속으로 방출함으로써 감압정련을 수행한다. 이 경우에, 탄소 수준이 낮은 경우에는 미리 산소원의 일례인 산소 가스를 주체로 하는 가스를 금속 용탕 속에 취입시켜 금속 용탕 중의 탄소를 산소와 충분히 반응시킴으로써 CO 가스를 생성시켜 용기 밖으로 배출시키는 반면, 탄소 수준이 높은 경우에는 감압정련이 종료되는 시점에서 탄소 함유량을 조절하는 것이 바람직하다. 그 결과, 슬래그의 발생이 비교적 적고, 금속 용탕 중의 탄소 함유량이 낮은 상태 또는 소정의 탄소를 함유하고 잔존하는 산소와 질소의 수준이 낮은 금속 용탕을, 후속의 중요한 공정인 플라즈마 가열에 의한 재정련 공정에서 새로 첨가하는 용제의 종류와 양을 적게 하여 효과적으로 재정련할 수 있다.

본 발명에서 감압정련 및 후속 재정련에 따른 이점은 용해시에 혼입된 산소와 질소를 감압정련시에 제거하고 슬래그가 발생하지 않기 때문에, 실질적으로 슬래그가 없고 비교적 청정한 상태에서 후속 플라즈마 재정련으로 이행될 수 있다는 점이다.

이것은 본 발명의 중요한 공정인 플라즈마 가열하의 재정련을, 감압정련 시의 스컴 및 드로스와 같은 불순물의 제거에 사용할 수 있고 플라즈마 가열시 사용되는 용제의 종류 및 양을 감소시키는 이점이다. 당해 이점을 응용하면, 탄소를 함유하는 강 및 합금의 경우에 있어서 질소 함유량도 저하시키고자 하는 경우에도, 미리 산소원을 공급하여 틸탄소화를 촉진시켜 탈질소 효과를 향상시키고, 후속 진공 또는 저산소분압 대기, 저질소분압 대기하에서의 감압정련을 종료하는 시점에서 탄소원을 가하여 탄소 함유량을 조절할 수 있다.

상기 감압정련 전 또는 감압정련 동안에 필요에 따라 실시되는 산소 가스를 주체로 하는 가스 취입은 탈탄소화 수단으로서 요망되는 방법이지만, 다른 방법으로서 산소 가스를 취입하면, 금속 용탕 성분 중의 주성분 또는 부성분으로 이루어진 산화물을 가하는 방법(예: Fe-Ni계 합금의 경우에는 니켈 산화물을 사용할 수 있다)과 금속 용탕 중의 탄소를 산화시키는 방법을 병용함으로써 금속 용탕에 존재하는 탄소를 보다 쉽게 제거할 수 있다. 당해 방법은 미리.산소를 주체로 하는 가스를 취입함으로써 1차 탈탄소와 반응이 종료되기 때문에, 상기 산화물의 첨가를 소량으로 할 수 있어 바람직한 방법이다. 당해 방법에 의하면, 산화물 첨가에 의해 슬래그 발생이 적고, 후속 감압정련에 의해 이러한 슬래그의 일부가 분해되어 가스상으로 되어 용기 밖으로 방출된다.

또한, 본 발명의 감압정련시의 산소 가스를 주체로 하는 가스를 취입시킴으로써 탈탄소화 정련을 수행하여, 평형 반응에서 동시에 탈질소화도 촉진시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 재정련은 감압정련 단계에서 일단 분리된 불순물 및 비금속성 개재물을 불활성 가스 플라즈마 가열하에 새로운 용제를 가함으로써 활성화된 당해 용제에 의해 효과적으로 흡수시킴으로써 수행된다. 즉, 본 발명에 있어서, 새로 첨가된 용제는 감압정련으로부터 혼입된 슬래그가 실질적으로 없기 때문에, 감압정련으로부터 혼입된 슬래그를 개질시키기 위한 여분의 용제를 필요로 하지 않기 때문에 슬래그의 염기도를 필요 이상으로 높힐 필요가 없고 용제도 단지 소량만 가해도 된다. 본 발명의 제3 특징 및 제4 특징에 따르는 경우에 있어서도, 주로 CaO로 이루어진 복합 용제를 이용하여 슬래그의 염기도를 2 이상으로 한다. 염기도는 3 내지 7로 조절하는 것이 바람직하다. 그 결과, 불활성 가스 플라즈마 가열에 의해 충분히 가열됨으로써 저점성화 및 활성화됨으로써, 상기 부착물 및 부유물 등의 재혼입물 및 비금속성 개재물 및 내화물에 기인하는 오염물들을 효과적으로 포집할 수 있다. 따라서, 바람직하게는 하기하는 바와 같은 불활성 가스 취입에 의한 충분한 교반에 의해, 금속 용탕과 충분히 접촉시키고 높은 정련 효과를 발생시킨다.

본 발명에 따른 재정련시의 가열은 불활성 가스 플라즈마 가열에 특징이 있다.

이러한 재정련을 행하는 불활성 가스 플라즈마 가열법은 상기한 바와 같이 CaO와 CaF₂, CaO와 Al₂O₃또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃로 이루어진 합성 용제를 효과적으로 가열하는 한편, 금속 용탕과 용제의 표면을 피복하여 금속 용탕의 산화 및 용제가 산화성으로 되는 것을 방지하고 금속 용탕을 승온시키거나 온도 하강을 보상하며, 흑연 전극 아크 가열법에서와 같은 탄소 혼입과 같은 재오염의 위험성이 없다. 이러한 효과는 엄격한 탄소 제어가 요구되는 스텐레스강 또는 Fe-Ni계 합금을 용해시키는데 적합하다. 물론, 본 발명은 하기 양태에서의 정련도보다 높은 수준으로 정련시킬 수 있다.

본 발명의 제11 특징 내지 제14 특징에 따르면, 감압정련 과정에서 본 발명에 의해 규정된 Fe-Ni계 합금의 금속 용탕의 탄소 함유량을 0.01이하로 조절하는 것이 중요하다. 이를 위한 수단으로서, 원료로서 탄소 함유량이 극히 적은 철원을 선택해야만 한다. 예를 들면, 탄소의 함유량이 0.01이하인 경우, 철원은 탄소를 0.03함유하는 것이 바람직하다.

보다 소량, 예를 들면, 0.005가 요구되는 경우, 철원은 탄소를 0.015 내지 0.02함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 탄소를 소량 함유하는 철원은 고가이기 때문에, 철광석 또는 산화물(예 : NiO)을 사용하는 탈탄소화 반응을 감압정련 공정과 병용할 수 있다. 제3의 수단으로서, 감압정련 공정과 함께 교반을 병용할 수 있다. 교반 방법으로서는 전자기 교반 또는 Ar 가스를 사용하는 교반을 사용할 수 있다. 이러한 수단을 겸비한 노로서 진공 유도 노(VIF)가 바람직하지만, 본 발명에 따른 감압정련은 AOD 또는 VOD 노를 사용하여 실시할 수도 있다.

본 발명의 제11 특징 내지 제14 특징에 따르면, Ni를 30 내지 50중량함유하고 탄소, 황 및 비금속성 개재물이 극히 소량으로 요구되는 Fe-Ni계 합금을 정련시키는 새로운 방법이 제안되고 이의 구성은 플라즈마 정련의 부하를 대폭 경감시키기 위한 특정 조건하의 감압정련과 플라즈마 정련을 조합시키는 것이 필수적이다. 본 발명은 또한 감압정련에서의 부하를 경감시키는 것을 주목적으로 하는 1차 정련과 병용시키는 것도 포함한다.

본 발명에서는 감압정련 과정에서의 탄소 함유량을 0.01이하로 저하시키거나, 또는 Fe-Ni계 합금의 에칭성을 향상시키는 것과 같은 필수 요구 조건이 있는 경우에는 0.005이하로 저하시키는 것이 바람직하다. 당해 조건을 충족시키는 경우, 후속 플라즈마 재정련 공정에서 탄소 함유량을 0.01이하, 바람직하게는 0.005이하로 유지시켜 최종 제품의 탄소 함유량이 적어도 0.01이하로 되도록 할 수 있다. 이는 재정련 과정에서 탈탄소화 공정을 거의 제거하거나, 극히 소량의 탈탄소화를 행해도 될 정도로 되어 전체 정련 시간을 단축시키고 플라즈마 재정련시에는 탈탄소화 공정 이외의 재정련을 주로 수행하여, 극히 소량의 불순물과 탄소를 함유하는 Fe-Ni계 합금을 수득할 수 있다.

본 발명의 정련 방법에서 감압정련은 가열 장치가 장착된 용기 속에서 수행되기 때문에, 이와 같이 요구되는 가열 장치의 사용에 의해, 각종 재료 및 요구되는 정련 수준 뿐만 아니라 비교적 소량의 금속 용량에 대해서도, 금속 용탕의 온도 하강이 방지됨으로써 유연하게 대응하여 소정의 정련 수준으로 정련된 금속 용탕을 수득할 수 있다. 본 발명의 제11 특징 및 제12 특징에 따르면, 감압정련 전에 용해 및 정련 노로서 아크 노를 사용하면 용해와 정련을 효율적으로 수행할 수 있고, 특히 탄소 함유량이 높은 철원을 사용한 Fe-Ni계 합금의 정련의 경우에는, 아크 노에서의 산소 취입을 병용할 수 있는 이점이 있다. 당해 방법은 감압정련 노에 대한 부하를 감소시키는 효과가 있다. 감압정련에 선행되는 용해 및 정련 노는 본 발명의 제1 내지 제10 특징에도 사용될 수 있다. 본 발명의 제11 및 제12 특징에 의하면, 감압정련 노에서 고체 원료의 용해로부터 실시되는 경우에는 당연히 1차 정련 노를 생략할 수 있고 진공 또는 감압하에서의 신속한 탈탄소화가 가능하다.

또한, 다른 용기 또는 별도의 용기는 감압정련시의 스플래쉬(splash) 또는 증기에 의해 오염되지 않도록 제조되어야 한다.

상기 작동에 적합한 감압정련 노와 재정련 노가 조합된 장치는 제12도에 도시되어 있다. 제12도에는 다른 용기 또는 별도의 용기는 격리 밸브(4)를 통해 제1 대기차단실(a)에 연결되는 제2 대기차단실(b)에 설치되어 있다.

다시 말하면, 감압정련은 진공 또는 저산소분압 대기하에 있는 제1 대기차단(a) 속에서 수행되기 때문에, 정련 용기(27)를 예열시킨 후, 격리 밸브(4)를 통해 연결되어 있는 진공실 또는 감압실인 제2 대기차단실(b)에 배치시킨다.

제1 대기차단실(a) 속에서 정련이 완결되면, 격리 밸브(4)를 개방하고 이의 개구부를 통해 재정련 용기(27)를 트랙과 대차(cart)(24)를 이용하여 제1 대기차단실(4) 속의 위치(27')로 이동시킨다.

당해 시점에서 제1 대기차단실(a)과 재정련 용기가 설치된 제2 대기차단실(b)을 연결시킨다. 그러나, 두 챔버는 진공 또는 감압하에 존재하기 때문에, 이들은 또한 동일한 압력을 갖고 진공 또는 저산소분압 대기를 유지한다. 이는 다른 용기가 감압정련 동안에 제1 대기차단실(a) 외부에 위치하기 때문에 스플래쉬 또는 증기에 의해 오염되는 것을 방지한다.

[실시예 1]

제12도에 도시한 장치를 사용하여 하기 순서로 작업한다.

아크 노 속에서 용해시킨 금속 용탕을 유도 가열 정련 노(5)에 붓고 제1 대기차단실(a) 속을 진공화시키고 탈산소화를 수행한다.

이와 병행해서 제1 대기차단실(a)의 외부에 미리 예열시킨 재정련 용기(27)를 설치한다. 이때, 감압정련은 진공 또는 저산소분압 대기하에 있는 제1 대기차단실(a) 속에서 수행되기 때문에, 재정련 용기(27)를 격리 밸브(4)를 통해 제1 대기차단실(a)에 연결된 진공실 또는 감압실(b) 속에 배치시킨다.

제1 대기차단실(a) 속에서 정련이 완결되면, 격리 밸브(4)를 개방하고 이의 개구부를 통해 재정련 용기(27)를 트랙과 대차(24)를 이용하여 제1 대기차단실(a)속의 위치(27')로 이동시킨다.

이때에 제1 대기차단실(a)과 재정련 용기가 설치된 감압 챔버(b)(제1 대기차단실)가 연통된다. 그러나, 두 챔버는 진공 또는 감압하에 존재하기 때문에, 동일한 압력을 갖고 진공 또는 저산소분압 대기를 유지한다.

유도 가열 정련 노(5)를 기울여 금속 용탕을 재정련 용기(27)에 붓는다. 이와 같이 금속 용탕을 부어넣는 과정은 커버(3)를 열고, 전체 정련 노(5)를 재정련 위치(27)로 이동시킨 다음, 재정련을 개시함으로써 수행할 수도 있다.

금속 용탕을 재정련 용기에 부어넣은 후, 주로 CaO와 CaF₂, CaO와 Al₂O₃, 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃로 이루어진 용제를 부원료 투입계(9)를 통하여 금속 용탕에 가한다. 필요한 경우, 추가의 합금 원료를 첨가한다. 당해 실험에서, 부원료 투입계(9)가 재정련 위치에 설치될지라도, 부원료를 제1 대기차단실(a) 속에 투입해도 좋다. 이후, 금속 용탕을 보유하고 있는 재정련 용기를 트랙과 대차(24)를 이용하여 재정련 위치(27)로 신속하게 이동시키고, 불활성 가스 플라즈마 가열 장치를 이용하여 가열함으로써 용제를 용해 및 가열시킨다. 또한, 불활성 가스 도입계(7b)를 통해 다공성 플러그(28)로부터 가스를 추입시켜 금속 용탕을 교반시킴으로써, 금속 용탕을 기울여 붓는 동안 재정련 용기(27) 속으로 금속 용탕과 함께 유입된 드로스 상 또는 스컴 상 부유물 또는 부착물, 또는 용기에 존재하는 내화물에 의해 생성된 오염물이 금속 용탕 내로 용해 및 확산되기 전에 새로운 활성 슬래그로서 흡수된다. 이러한 과정에서 재정련 효과가 최대로 된다.

재정련을 종료하고 소정의 금속 용탕 청정화를 수행한 후, 금속 용탕을 슬라이딩 노즐(29)을 통해 인고트 케이스(ingot case)(30)에 투입하여 주조한다.

이어서, 본 발명에 따른 방법의 효과를 각종 실시예를 언급하여 설명한다. 모든 실험에서 사용되는 금속 용탕은 Fe-42Ni계 합금이다.

제2도는 고체 원료를 아크 노에서 용해시킨 후에 진공 유도 가열 정련 노(5)에 부어넣고, 진공도를 높혀 감압정련을 수행한 경우의 시간 경과에 따르는 정련의 진행도를 금속 용탕 중의 산소 농도로서 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

제2도로부터 진공 정련의 시간이 경과함에 따라 정련이 신속하게 진행됨을 알 수 있다.

제3도는 상기 감압정련과 동일한 조건하에서 정련시킨 금속 용탕을, 미리 불활성 가스 플라즈마 가열 장치 속에 내장된 내화물을 가열한 재정련 용기로 상기한바와 동일한 조건하에 기울여 부어넣고, 이어서, CaO와 CaF₂로 이루어진 용제(비율 1:1)를 금속 용탕 1톤당 총 20의 양으로 가하고, 노 하부에 설치된 다공성 플러그에 의한 아르곤 가스를 이용하여 교반 및 금속 용탕 표면으로부터의 불활성 가스 플라즈마에 의한 가열을 수행하면서 본 발명에 따르는 재정련을 수행하는 경우의 가스 농도의 변화를 나타낸다. 재정련 후 수거된 슬래그의 염기도는 5이다. 제3도로부터, 본 발명에 따른 재정련에서 재혼입물의 재용해가 방지되고, 가스의 농도가 시간이 경과함에 따라 점진적으로 감소되며, 슬래그를 사용하는 플라즈마 가열하에서의 재정련에서의 감압정련도 이상으로 정련이 진행됨을 알 수 있다.

제4도는 CaO와 Al₂O₃로 이루어진 용제(비율 1:1)를 금속 용탕 1톤당 총 20의 양으로 가하는 경우의 정련 경과 시간에 대한 가스 농도의 변화를 나타낸다. 제5도는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃로 이루어진 용재(비율 2:1:1)를 금속 용탕 1톤당 총 20의 양으로 가하는 경우의 상기한 바와 같은 변화를 나타낸다. 재정련 후의 슬래그의 염기도는 제4도 및 제5도 둘다에서 4이다.

상기한 도면 설명으로부터 CaO, CaF₂및 Al₂O₃로 이루어진 용제를 가하면 최선의 탈산소화 효율을 나타내고 개재물의 부유 및 분리도 촉진됨을 알 수 있다.

[실시예 2]

제6도에 도시한 장치를 사용하여 하기 순서로 작업한다.

실시예 1에서와 동일한 Fe-42Ni계 합금을 아크 노에서 용해시킨 금속용탕을 용기(50)에 부어넣는다. 이어서 용기 진공 커버(53)를 설치하고, 진공 배기계(54)를 사용하여 용기(50)의 내부를 감압시키고, 유도 가열 코일(52)을 사용하여 용해를 개시한다. 란스(lance)(도시되지 않음)를 금속 용탕(51)에 삽입하고 란스를 통해 외부로부터 산소와 Ar의 가스 혼합물을 금속 용탕에 취입함으로써 탈탄소화 정련을 수행한다. 혼합 가스 취입이 종료되면, 계속해서 니켈 산화물 및 산화철(Fe2O3)을 투입장치(55)로부터 금속 용탕 1톤당 3의 양으로 가한다. 이어서, 진공 배기계(54)를 정지시키고, 아르곤 하부 취입 교반장치(58)로부터 아르곤 가스를 유입시켜 치환한다. 투입장치(55)로부터 CaO, CaF₂및 Al₂O₃로 이루어진 용제(비율 2:1:1)를 금속 용탕 1톤당 총 20의 양으로 가한다.

이어서, 용기 진공 커버(53)의 외부에 설치된 플라즈마 가열 토치(torch)(56)를 용기(50) 속에 삽입하여 플라즈마 가열을 개시하고(제6도는 가열 토치를 삽입하기 전의 상태를 도시한 것이다), 동시에 아르곤 취입 교반장치(58)로부터 아르곤 가스를 금속 용탕 속으로 취입하면서 금속 용탕을 교반시킴으로써 재정련을 수행한다.

재정련이 종료되면, 용기(50)를 들어올려 주조장으로 이동시키며, 슬라이딩 노즐(57)을 개방시켜 슬라이딩 노즐 아래에 위치한 인고트 케이스로 금속 용탕을 투입하여 주조시킨다.

상기 방법으로 수득된 주괴로부터 채취한 시료를 가스 분석하면, 실시예 1에서 사용된 혼합 가스와 니켈 산화물을 가하여 탈산소화시키고 플라즈마 가열 노 속에서 재정련시킨 Fe-42Ni계 합금에 존재하는 산소와 탄소 농도는 각각 21ppm 및 29ppm인데 반해, 상기 방법으로 처리된 Fe-42Ni계 합금에 존재하는 산소와 탄소 농도는 각각 24ppm 및 30ppm이다.

상기 실시예에 있어서, 감압정련의 예로서 진공 정련 방법을 이용한 예를 기술하였지만, 본 발명은 이러한 양태로 제한되지 않는다. 정련 대상인 금속 용탕이 함유하는 합금 성분 원소에 의하면, 이들 성분들의 증발에 의한 손실을 방지하기 위해, 통상 절대 압력이 약 200Torr 이하인 불활성 가스 대기가 선택된다. 다시말하면, 본 발명은 고진공이 아닌 경우에도 적용될 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 진공 정련용 금속 용탕은 다른 용해노에서 용해 및 1차 정련시킨 것을 사용하였으나 본 발명은 이러한 양태로 한정되지 않으며 고체 원료로부터 출발하여 용해와 감압정련을 해도 좋다.

이러한 본 발명의 금속 용탕의 정련 방법은, 실질적으로 슬래그가 없는 비교적 청정한 상태로 플라즈마에 의한 재정련으로 이행될 수 있는 이점이 있다. 그 결과, 재정련시에 첨가되는 용제는 혼입된 슬래그를 개질시킬 필요가 없기 때문에 재정련시 필요로 하는 용제의 첨가량은 극히 소량이고, 불활성 가스 플라즈마 가열에 의해 용제가 충분히 가열되어 저점성화 및 활성화됨으로써 효과적으로 효율적으로 재정련시킬 수 있다.

본 발명에 따르는 재정련에서 재혼입물의 재용해가 방지되고 이러한 슬래그를 사용하는 플라즈마 가열하의 재정련에서의 감압정련도 이상으로 정련이 진행된다.

특히, CaO, CaF₂및 Al₂O₃를 가하는 경우가 탈산소화 효율이 우수하고 개재물의 부유 및 분리도 상당히 촉진된다.

재정련시에 탄소를 도입할 필요가 없기 때문에, 본 발명은 탄소 혼입이 엄격히 제한된 합금에 적용할 때 효과적이다.

당해 방법에 의해, 재질, 요구되는 정련수준 및 노의 용량에 제한 받지않고, 유연하게 대응하여 고도로 정련되 금속 용탕이 수득되며, 건전한 주괴, 주조품을 수득할 수 있다.

[실시예 3]

제1도에 도시한 장치를 사용하여 하기 순서로 작업한다.

고체 재료를 유도 가열 정련 노(5)에 투입한 후, 커버(3)를 설치하고 진공배기계(6a)를 사용하여 제1 대기차단실(a) 내부의 압력을 감압시키고 유도 가열 노속에서 용해를 개시한다. 이어서, 란스(도시되지 않음)을 용해된 금속 용탕에 삽입하고 가스 혼합물을 제1 대기차단실(a)의 외부로부터 란스를 통해 산소와 Ar의 금속 용탕 속으로 취입시킨다. 혼합 가스의 취입을 종료시킨 후, 란스를 금속 용탕으로부터 들어올려 가스 공급을 중지시킨다. 이어서, 대기차단실을 1Torr 이상으로 진공도를 높히고 진공정련을 수행한다.

이원 병행하여, 제1 대기차단실 내부에, 미리 예열시킨 재정련 용기를 용기커버(27a)를 부착하여 설치한다. 이는 감압정련중의 스플래쉬를 방지하기 위한 것이다. 제1 대기차단실(a) 속에서 정련이 종료되면, 유도 가열 정련 노(5)를 기울여 금속 용탕을 재정련 용기(27')에 부어넣는다. 이어서, 격리 밸브(4)를 개방하고 이의 개구부를 통해 재정련 용기(27')를 트랙과 대차(24)를 이용하여 재정련 위치(27)로 이동시킨다.

이어서, 부원료 투입계(9)를 통해 용제를 가한 다음, 불활성 가스 플라즈마 가열 장치에 의해 가열하여 용제를 용해 및 가열시킨다. 또한 불활성 가스 도입계(7b)를 통해 다공성 플러그(28)로부터 Ar 가스를 금속 용탕 속으로 취입시킴으로써 금속 용탕을 교반하여 재정련을 수행한다.

재정련을 종료시키고, 소정의 방법으로 청정화한 후, 슬라이딩 노즐(29)을 통해 인고트 케이스(30)에 부어 주조한다. 당해 실시예에 있어서, 재정련 용기(27')는 제1 대기차단실(a) 속에 설치되어 있지만, 제12도에 도시한 장치를 사용할 수도 있다. 이 경우에 있어서, 재정련 용기는 충분히 예열될 수 있고 스플래쉬로 인한 오염을 방지하는 효과가 있다.

이어서, 본 발명의 방법의 효과를 각종 실시예를 언급하여 설명한다. 모든 실험에서 사용되는 금속 용탕은 Fe-42Ni계 합금이다.

제7도는 고체 원료를 진공 유도 가열 정련 노에 투입한 다음, 용해를 개시하고, 원료의 용해가 종료되면, 산소원을 가하거나 취입하지 않고서 계속 진공을 유지시키는 경우의 경과 시간에 대한 감압정련의 진행도를 금속 용탕에 존재하는 산소, 질소 및 탄소 농도로서 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

제7도로부터, 진공 정련에 의해 금속 용탕중의 산소 및 질소 농도가 급속히 저하되고, 이 경우에 산소를 탄소와 반응시켜 CO 가스를 생성시킨 후에 제1 대기차단실(a)의 외부로 배출시킨 결과, 탄소 농도도 동시에 감소됨을 알 수 있다.

제8도는 상기 감압정련과 동일한 조건에서 정련시킨 금속 용탕을 미리 불활성 가스 플라즈마 가열 장치에 내장된 내화물을 가열시킨 재정련 용기로 상기한 바와 동일한 조건으로 기울여 부어넣고, 용제를 첨가함과 동시에 노 하부의 다공성 플러그 아르곤 가스 교반 및 금속 용탕 표면으로부터의 불활성 가스 플라즈마 가열을 행하면서 재정련을 행하는 경우의 산소, 질소 및 탄소 농도의 변화를 나타낸다. 당해 도면으로부터, 본 발명에 따라 재정련시키면 재혼입물의 재용해가 방지되고 시간이 경과함에 따라 산소 농도는 서서히 저하된다. 질소 농도는 거의 변화하지 않음을 알 수 있다.

또한, 탄소 농도는 감압정련 후의 수준과 대략 유사하고 재정련에 의해 금속 용탕을 추가로 탈탄소화시킬 수 없다. 따라서, 본 발명의 주요 목적인 질소 함유량이 0.01이하인 금속 용탕을 수득하기 위해서는 감압정련시에 조절하는 것이 중요하다. 질소의 수준이 상기 수준으로 저하되면, 후속의 중요한 공정인 플라즈마 가열에 의한 재정련시에 새로 첨가하는 용제의 종류와 양을 감소시켜 효과적으로 재정련을 수행할 수 있다.

이어서, 상기 공정에서 처럼, 고체 재료를 유도 가열 노(5) 속에서 용해시키고, 원료의 용해가 종료되면 금속 용탕에 란스를 삽입한다. 이어서, 란스를 통해서 산소와 Ar의 혼합 가스를 금속 용탕에 취입시키고, 니켈 산화물을 금속 용탕 1톤당 3의 양으로 가하고 진공도를 높혀 감압정련을 수행한다. 감압정련이 종료된 후, 금속을 용탕을 채취하여 분석한 결과, 산고, 질소 및 탄소 농도가 각각 67ppm, 30ppm 및 11ppm이었다. 이어서, 금속 용탕을 플라즈마 정련 노로 옮기고 용제를 금속 용탕에 가한다. 이어서, 재정련 및 주조를 수행한다. 수득된 주괴를 분석한 결과, 산소, 질소 및 탄소 농도가 각각 22ppm, 29ppm 및 12ppm이었다. 따라서, 플라즈마 가열에 의한 재정련은 질소와 탄소 농도가 매우 조금 증가하는 상태에서 금속 용탕을 충분히 탈산소화시켜 불순물과 비금속성 개재물을 제거할 수 있다.

상기한 바와 같이, 질소 함유량이 낮고 특히 저탄소 함유량이 요구되는 합금을 정련하기 위해서는, 감압정련노에서 충분히 탈탄소화시킨 다음, 진공 정련에 의해 탈산소화시켜 청전한 금속 용탕을 수득하고, 이를 플라즈마 가열에 의해 재정련시켜 청정도가 매우 높은 합금을 수득할 수 있다.

상기 양태는 감압정련의 예로서 진공 정련 방법을 이용하는 예를 기술하였지만, 본 발명이 이의 양태로 한정되지는 않는다. 즉, 정련 대상인 금속 용탕이 함유하는 합금 성분 원소에 따라, 이 성분의 증발 등에 의한 손실을 방지 및 억제하기 위해, 통상 절대압력으로 200Torr 정도 이하의 불활성 가스 대기가 적절하게 선택된다. 다시 말하면, 본 발명은 고진공이 아닌 경우에도 적용될 수 있다.

상시 실시예에서 고체 원료를 감압정련 노 속에서 직접 용해시키는 것에 대해 설명하였으나, 진공 정련 전에, 예를 들면, 용해 및 산소원의 취입 또는 첨가를 다른 용기에서 행할 수도 있다.

[실시예 4]

제6도에 도시한 장치를 사용하여 하기 순서에 따라 작업한다.

아크 노에서 용해되고 고탄소, 고 V(바나듐) 및 고속 공구 강인 JIS 규격 SKH57을 용해시킨 금속 용탕을 용기(50)에 부어넣은 후, 용기 진공 커버(53)를 설치하고 진공배기계(54)를 사용하여 용기(50)의 내부를 진공으로 만든다. 이어서, 유도 가열 코일(52)을 사용하여 감압정련을 수행한다. 탈산소와 정련이 종료되면, 진공배기계(54)를 정지시키고, 금속 용탕 중의 성분의 양을 분석한다. 산소와 질소 농도는 각각 59ppm 및39ppm으로 밝혀졌다. 탈산소화 공과정 중에 탈탄소화로 인해 과도하게 제거된 탄소의 양은 감압정련이 종료된 후에 탄소원을 가하여 목표값이 1.25로 조절한다. 아르곤 가스 저부 취입 교반장치(58)로부터 아르곤 가스를 유입시켜 치환시키고 투입장치(55)로부터 용제를 금속 용탕에 가한다. 용기 커버(53)의외부에 설치된 플라즈마 가열 토치(56)를 용기(50)에 삽입하여 플라즈마 가열을 개시하고 아르곤 저부 취입 교반장치(58)로부터 아르곤 가스를 금속 용탕에 취입하여 교반시킴으로써 재정련을 수행한다. 재정련이 종료되면, 슬라이딩 노즈(57)을 개방하여 금속 용탕을 슬라이딩 노즐 아래에 위치한 인고트 케이스에 부어 넣어 주조한다.

수득된 주괴로부터 채취된 시료를 분석한 결과, 산소, 질소 및 탄소 농도가 각각 35ppm, 37ppm 및 1.26였다.

본 발명의 금속 용탕의 정련 방법은, 불순물 원소로서 질소의 함유량을 엄격하게 제한하는 강 및 합금에 적합한 금속 용탕의 정련방법이고, 저탄소 함유량이 요구되는 Ni계 초내열 합금, Fe-Ni계 합금인 전자기 재료 또는 고탄소계 고합금 공구 강에도 적용할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 방법에 따르면 감압정련시에 질소 함유량이 감소된 금속 용탕을 실질적으로 슬래그가 없는 비교적 청정한 금속 용탕의 상태로 후속 플라즈마 가열정련에 도입하기 때문에 정련 효율이 높고 청정도가 매우 높은 합금을 수득할 수 있다.

본 발명의 방법에서는, 감압정련시의 슬래그의 발생이 비교적 적고 금속 용탕 중의 질소 수준이 낮으며 산소의 잔류량이 소량인 금속 용탕을 수득할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 가열에서의 재정련시에 새로 첨가하는 용제의 종류 및 양을 감소시켜서 효과적으로 재정련을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 감압정련시에 주로 산소 가스로 이루어진 가스를 취입시켜 탈탄소화시키면 평형 반응에서 탈질소화도 동시에 촉진되는 이점이 있다.

본 발명은 또한 탈산소화 및 탈질소화를 행한 감압정련을 종료한 금속 용탕을 다른 용기로 바꿈으로써, 더욱 청정한 금속 용탕의 상태로 후속 플라즈마 가열에 의한 재정련을 효율적으로 수행할 수 있다.

[실시예 5]

제1도에서 도시한 장치를 사용하여 하기 순서에 따라 작업한다.

유도 가열 정련 노(5) 속에서 Fe-Ni계 합금의 스크랩, 철원 및 Ni원으로 이루어진 고체 원료를 용해시킨다.

목표하는 조성은, Fe-42Ni계 합금에서 탄소 함유량이 0.008이하이고 황 함유량이 0.005이하이다. 철원의 탄소 함유량은 0.034이고 합금 원료와 탈탄소화를 겸비한 고체 원료로서 NiO(니켈 산화물) 및 철 광석을 12/1톤의 양으로 사용한다. 진공배기계(6a)를 사용하여 제1 대기차단실(a)의 내부를 진공으로 만들고, 일부 NiO를 금속 용탕에 가하여 합금의 조성을 조절하면서 탈탄소화와 탈산소화를 반복해서 수행함으로써 감압정련을 수행한다.

당해 실시예는 감압정련 노 속에서 고체 원료를 사용하여 개시되지만, 고체 원료는 다른 용기 속에서 용해시킨 다음, 제1도에 도시한 감압정련노(5)로 레이들을 통해 커버(3)를 개방하여 금속 용탕을 이동시킬 수도 있다.

이와 병행하여, 제1 대기차단실(a) 속에 미리 예열시킨 재정련 용기를 용기 커버(27a)를 부착하여 설치한다. 이것은 감압정련 중의 스플래쉬를 방지하기 위한 것이다. 당해 실시예에서는, 재정련 용기(27')를 제1 대기차단실(a) 내부에 미리 설치하지만, 재정련 용기(27')는 격리 밸브(4)로 연결되어 있고 다른 대기차단실[도시되어 있지 않지만(b)로서 언급됨]을 설치함으로써 외부적으로 준비할 수 있다. 당해 경우에, 플라즈마 가열에 의한 재정련 위치(27)에서 플라즈마 예열을 이용하여 재정련 용기를 충분하게 예열시킬 수 있다. 이후, 감압정련이 종료되기 직전부터 제1 대기차단실(a)과 연통되는 제2 대기차단실(b)을 제1 대기차단실(a)과 동정도 이상의 감압 상태로 하여 격리 밸브(4)를 개방하여 재정련 용기(27')를 위치(27)로부터 위치(27')로 이동시킨다. 감압정련이 종료된 금속 용탕을 동일한 방식으로 다시 재정련 위치(27)로 이동시킨다.

당해 방법은 재정련 용기에 스플래쉬가 부착되는 것을 방지하고, 충분히 예열시키며 신속한 플라즈마 정련 효과를 발휘할 수 있다는 점이 특징이다. 제1 대기차단실(a) 속에서 정련이 종료된 후, 유도 가열 정련 노(5)를 기울여 금속 용탕을 재정련 용기(27')에 붓는다. 격리 밸브(4)를 개방하고 이의 개구부를 통해 재정련 용기(27')를 트랙과 대차(24)를 이용하여 재정련 위치(27)로 이동시킨다.

이어서, 부원료 투입계(9)에 의해 용제를 가하고 불활성 가스 플라즈마 가열장치에 의해 용제를 용해 및 가열시킨 다음, 불활성 가스 도입계(7b)를 통해 다공도 플러그(28)로부터 Ar 가스를 금속 용탕에 취입하여 용탕을 교반함으로써 재정련을 수행한다.

재정련이 종료되고, 소정의 청정화를 수행한 후, 금속 용탕을 슬라이딩 노즐(29)을 통해 인고트 케이스(30)에 부어 주조한다.

이어서, 본 발명의 방법의 효과를 각종 실험을 언급하여 설명한다. 모든 실험에서 사용되는 금속 용탕은 Fe-42Ni계 합금이다.

제9도는 합금을 아크 노에서 용해시키고, 특히 1차 탈탄소화 처리가 없는 상태로 진공 유도 가열 정련 노에 부은 후에, 계속해서 정련노를 진공 상태로 하여 감압정련을 수행한 경우의 경과 시간에 대한 정련 진행도를, 강 중의 산소, 탄소 및 황 농도로서 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

제9도로부터, 진공 정련시에 시간이 경과함에 따라 금속 용탕에 존재하는 산소가 기화할 때에 탄소와 반응하여 CO 가스가 생성된 다음, 정련노 밖으로 배출된 결과, 탈황화의 진행은 억제되는 반면, 탈산소화와 탈탄소화의 진행을 급속하게 진행시킴을 알 수 있다.

제10도는 아크 노에서 용해되는 진공 유도 노(VIF)에서 감압정련된 Fe-Ni계 합금의 금속 용탕을 다른 용기에 부은 다음, 미리 가스 플라즈마 가열 장치에서 내장된 내화물을 가열시켜 재정련 용기로 상기한 바와 동일한 조건하에 기울여 부어 넣고, 용제를 가하는 동시에 노 하부의 다공성 플러그에 의한 아르곤 가스 교반 및 금속 용탕 표면으로부터의 가스 플라즈마 가열을 행하는 동시에, 본 발명에 따르는 재정련을 행하는 경우의 산소, 황 및 탄소 농도의 변화를 나타낸다. 재정련시 가한 용제는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃(비율 2:1:1)로 이루어지며 금속 용탕 1톤당 총 20의 양으로 금속 용탕에 가한다. 제10도로부터, 본 발명에 따른 재정련에서 재혼입물의 재용해가 방지되고, 시간이 경과함에 따라 탈황화가 진행되며 산소 농도는 점점 저하됨을 알 수 있다.

이와 같이 정련하여 수득한 합금은 JIS 방법으로 비금속성 개재물을 평가한 결과 d60.400=0.004로 감소한 반면, 하기에 나타낸 종래의 ASEA-SKF 노에서 재정련 시킨 경우에는 d60-400=0.025인데, 이는 당해 방법이 비금속성 개재물을 감소시키는 효과가 우수함을 확인시켜 주는 것이다.

한편, 제11도는 상기 양태에서 사용된 것과 유사한 아크 노 및 진공 유도 노(VIF)를 이용하여 감압정련시킨 금속 용탕을 종래의 정련 장치인 ASEA-SKF 노에 부어 재정련을 수행할 때 경과 시간에 대한 산소, 황 및 탄소 농도의 변화를 나타낸다.

제11도는 종래의 ASEA-SKF 노를 사용하는 정련은, 탈산소화 및 탈황화에는 효과적이지만, 가열 전극이 흑연으로 제조되었기 때문에 탄소의 혼입으로 인해 탄소 농도가 급속히 증거되기 때문에 탄소 혼입을 엄격하게 제한하는 본 발명이 대상으로 하는 Fe-42Ni계 합금에는 적합하지 않음을 알 수 있다.

[실시예 6]

제6도에서 나타낸 장치를 사용하여 하기 순서대로 작업한다.

실시예 1에서 사용된 것과 동일한 Fe-42Ni계 합금의 고체 원료를 용기(50)에 투입한 후, 용기 진공 커버(53)를 부착하고, 진공배기계(54)를 사용하여 용기(50)의 내부 압력을 감압시킨 다음, 유도 가열 코일(52)을 사용하여 용해를 개시한다. 그런 다음, 용해시킨 금속 용탕(51)에 란스(도시되지 않음)를 삽입시킨 다음, 란스를 통해 산소와 Ar의 혼합 가스를 용기의 외부로부터 금속 용탕에 취입함으로써 탈탄소화 정련을 수행한다. 혼합 가스의 취입을 종료시킨 후, 니켈 산화물과 철 산화물(Fe2O3)을 투입장치(55)로부터 금속 용탕 1톤당 3의 양으로 가한다. 이어서, 진공배기계(54)의 용량을 높혀 탈탄소화를 수행한다. 탈산소화 정련을 종료하여 수득한 금속 용탕 샘플은 산소 농도가 66ppm이고 탄소 농도가 27ppm이며 황 농도가 83ppm이다. 이어서, 진공배기계(54)를 정지시키고 아르곤 하부 취입 교반장치(58)로부터 아르곤 가스를 유입시켜 치환시킨다.

CaO와 CaF₂로 이루어진 용제(비율 1:1)를 투입장치(55)로부터 금속 용탕 1톤당 총 20의 양으로 금속 용탕에 가한다. 이어서, 용기 진공 커버(53)의 외부에 설치된 플라즈마 가열 토치(56)를 용기(50)에 삽입하여 플라즈마 가열을 개시함과 동시에 아르곤 하부 취입 교반장치(58)로부터 아르곤 가스를 금속 용탕에 취입하여 금속 용탕을 교반함으로써 재정련을 수행한다. 재정련이 종료되면, 슬라이딩 노즐(57)을 개방하여 금속 용탕을 슬라이딩 노즐 아래에 위치한 인고트 케이스에 부어 주조한다.

이러한 방법으로 수득된 주괴로부터 채취한 시료를 분석한 결과, 상기 방법에 의해 수득된 합금에 존재한 산소, 탄소 및 황 농도는 각각 31ppm, 27ppm 및 32ppm인 반면, 실시예 1의 진공 정련에 의해 탈탄소화 밑 탈산소화되고 플라즈마 가열노에서 재정련된 합금에 존재하는 산소, 탄소 및 황 농도는 각각 36ppm, 54ppm 및 65ppm임이 밝혀졌다.

상기 실시예에 있어서, 감압정련의 예로서 진공 정련법을 사용한 예를 기술했으나, 본 발명은 이러한 양태로 한정되지는 않는다. 정련 대상인 합금 용탕이 함유하는 합금 성분 원소에 따라, 이 성분의 증발 등에 의한 손실을 방지 및 억제하기 위해, 통상 절대압력으로 200Torr 정도 이하의 불활성 가스 대기가 적절히 선택된다. 즉, 고진공이 아닌 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

제6도에서 도시한 장치를 사용하여 상기 실시예 6에서와 동일한 방법을 이용하여 Fe-42Ni계 합금을 용해시키고, 탈탄소 및 진공 처리에 의한 감압정련을 수행한 후, CaO와 Al₂O₃로 이루어진 용제(비율 1:2)를 금속 용탕 1톤당 총 5의 양으로 금속에 가함으로써 재정련을 수행한다. 수득된 주괴로부터 시료를 채취하여 분석한 결과, 산소, 탄소 및 황 농도는 각각 49ppm, 31ppm 및 51ppm으로 나타났다.

Ni를 30 내지 50중량함유하는 Fe-Ni계 합금에 대한 본 발명의 정련 방법은 감압정련 노에서 미리 탄소 농도를 0.01이하로 저하시키고 실질적으로 슬래그가 없는 비교적 청정한 상태로 저탄소 농도 상태로 재정련을 수행하여, 감압정련에 의해 극소량의 불순물을 함유하도록 할 수 있는 이점이 있다. 재정련시에 첨가되는 용제는, 혼입 슬래그를 개질시킬 필요가 없기 때문에 재정련 동안 첨가될 필요한 용제는 소량이고, 불활성 가스 플라즈마 가열에 의해 용제를 충분히 가열함으로써 저점성화 및 활성화에 의해 효과적으로 또한 효율적으로 탈황화 및 스컴 등의 불순물을 제거하는 재정련을 실시할 수 있다.

본 발명의 정련 방법에 따르면, 제품에 함유된 탄소 및 황의 양 뿐만 아니라 비금속성 개재물의 양도 엄격하게 제한되고 Ni를 30 내지 50중량이상으로 함유하는 Fe-Ni계 합금을 정련시킬 때, 탄소 혼입의 문제가 없고 투입 슬래그를 개질시킬 필요가 없고 높은 수준의 정련의 경우에도 유연하게 대응할 수 있는 금속 용탕의 정련이 가능하다.

또한, 감압정련의 전단계로서의 1차 정련을 조합하면 보다 효율이 우수한 정련이 가능하다.

본 발명은 탄소, 산소 및/또는 황 함유량이 엄격하게 제한되는 스텐레스강, Ni계 합금, Fe-Ni계 합금, 전자기 재료용 강, 및 질소, 산소 및 황 함유량이 낮은 중탄소계 구조용 강, 고탄소계 합금 공구 강 등을 정련시키는데 적합하다. 또한, 본 발명의 정련 방법에 의하면, 불순물 함유량이 극히 낮은 상기 합금 재료를 수득할 수 있다.

Claims

슬래그가 존재하지 않는 금속 용탕을 가열수단이 장착된 용기 속에서 진공 또는 저산소분압 대기하의 감압정련에 의해 정련시키고, CaO와 CaF의 배합물, CaO와 Al₂O₃의 배합물 또는 CaO, CaF₂및 Al₂O₃의 배합물로 이루어진 용제를 금속 용탕에 가한 다음, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 금속 용탕을 가열함으로써 재정련 시킴을 포함하는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항에 있어서, 재정련이, 감압정련이 수행된 용기와는 다른 별도의 용기속에서 수행되는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항에 있어서, 감압정련에 의해 질소 함유량이 0.01이하로 저하되는, 금속 용탕의 정련방법.
제3항에 있어서, 재정련이, 감압정련이 수행된 용기와는 다른 별도의 용기속에서 수행되는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항에 있어서, 감압정련 용기에 도입되기 전의 출발 물질로서의 금속 용탕에 산소원 또는 산소원과 불활성 가스와의 혼합물을 가하거나 취입하여 출발 물질로서의 금속 용탕의 탄소 함유량을 0.01이하로 저하시킨 후에, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 재정련시킴으로써, 처리된 금속 용탕이 최종적으로 탄소를 0.01이하로 포함하는, 금속 용탕의 정련방법.
제5항에 있어서, 재정련이, 감압정련이 수행된 용기와는 다른 별도의 용기속에서 수행되는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항에 있어서, 감압정련 전에 감압정련 용기 속에서 금속 용탕에 산소원 또는 산소원과 불활성 가스와의 혼합물을 가하거나 취입하여 금속 용탕의 탄소 함유량을 0.01이하로 조절한 후에, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 재정련시킴으로써, 처리된 금속 용탕이 최종적으로 탄소를 0.01이하로 포함하는, 금속 용탕의 정련방법.
제7항에 있어서, 재정련이, 감압정련이 수행된 용기와는 다른 별도의 용기 속에서 수행되는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항에 있어서, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 재정련시킴으로써 처리된 금속 용탕이 최종적으로 황을 0.005이하로 포함하는, 금속 용탕의 정련방법.
제9항에 있어서, 재정련이, 감압정련이 수행된 용기와는 다른 별도의 용기 속에서 수행되는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항에 있어서, Ni를 30 내지 50중량함유하는 Fe-Ni계 합금인 금속을 미리 용해시켜 감압정련 용기에 부어넣은 후에 감압정련시켜 탄소 함유량을 0.01이하로 저하시킨 다음에, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 재정련시킴으로써, 처리된 금속 용탕이 최종적으로 탄소 함유량이 0.01이하이고 황 함유량이 0.005이하인, 금속 용탕의 정련방법.
제11항에 있어서, 재정련이, 감압정련이 수행된 용기와는 다른 별도의 용기 속에서 수행되는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항에 있어서, 감압정련 전에 감압정련 용기 속에서 진공 또는 저산소분압 대기하에 Ni를 30 내지 50중량함유하는 Fe-Ni계 합금인 금속을 이의 고체 재료로부터 용해시키고, 감압정련에 의해 금속 용탕 중의 탄소 함유량을 0.01이하로 감소시킨 후에, 불활성 가스 플라즈마를 사용하여 재정련시킴으로써, 처리된 금속 용탕이 최종적으로 탄소 함유량이 0.01이하이고 황 함유량이 0.005이하인, 금속 용탕의 정련 방법.
제13항에 있어서, 재정련이, 감압정련이 수행된 용기와는 다른 별도의 용기 속에서 수행되는, 금속 용탕의 정련방법.
제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 가열수단이 유도 가열인 금속 용탕의 정련방법.