KR100311799B1 - 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공순환식 탈가스 설비인 RH설비에서 종래의 용강 승온방법과는 달리 플라즈마에 의한 가열을 행하므로써, 다량의 알루미나 개재물의 생성으로 인한 강의 청정도 열화와 진공조내의 지금부착을 방지하면서도 용강의 온도를 적절히 승온방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 용강 승온방법은 레이들내의 용강을 진공순환식 탈가스설비의 진공조에 유입하여 용강을 탈가스처리하는 용강의 정련방법에 있어서, 상기 진공조의 상부 또는 측벽에 플라즈마 토치를 설치하여 탈가스처리중에 용강을 가열함을 그 특징으로 하고 있으며; 또한,

그 장치는 레이들의 용강에 침적된 상승관으로 용강을 유입시켜 진공조내에서 진공탈가스처리한 후 처리된 용강을 하강관으로 환류시키는 진공순환식 탈가스설비에서 상기 진공조의 상부 또는 측벽부에 토치실내에 내설된 플라즈마 토치와 상기 플라즈마 토치를 상하로 이동하는 구동수단을 포함하여 구성된다.

Description

진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그 장치

본 발명은 용강을 진공탈가스 정련하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강을 진공순환식 탈가스 설비에서 정련하는 과정에서 용강의 청정성을 확보하는 동시에 진공조내의 지금부착을 방지하면서 용강의 온도하락방지를 위한 용강의 승온방법 및 그 승온에 이용되는 장치에 관한 것이다.

통상적으로 전로방식의 제강공정에서는 전로에서 탈탄을 실시한 후, 극저탄소강의 제조, 용강탈가스, 용강중 개재물 제거 및 성분 균일화를 목적으로 진공탈가스처리를 거쳐 주조작업을 행하고 있다.

이러한, 진공탈가스 설비로서는 DH, RH, Tank Degasser등 여러 가지 설비가 개발되어 있으나, 대표적인 설비로서 도1과 같은 진공순환식 탈가스 장치(이하, 'RH'로 칭함)가 일반적으로 활용되고 있다. 이 RH의 가장 중요한 기능중의 하나는 미탈산용강에 대한 탈탄기능이다.

전로에서의 탈탄한계는 약 200~300ppm이며, 이보다 더 낮은 농도로 취련하게 되면 화점부에서 철의 증발이 크며, 또한 급격한 산화로 철의 손실이 클 뿐만 아니라 슬래그중 산화철 농도가 높아져 전로내화물의 용손이 크게 된다. 따라서 탄소의 농도를 100ppm이하의 극저탄소 농도로 낮추기 위해서는 RH처리가 효과적이다.

RH에서의 탈탄반응은 반응식 1과 같이 용강중 [C]와 [O]의 화학반응으로 진행한다.

[C] + [O] = CO(g)

즉, 용강중의 탄소는 반응식 1의 화학반응에 의하여 용강중의 산소 또는 철광석, 산소가스 등의 각종 산소원으로 부터 공급된 산소와 반응하여 생성된 CO가스에 의하여 제거된다.

용강에 대한 RH처리의 또 다른 중요한 기능은 레이들(2)내의 용강(1)을 상승관(4a)에 유입시킨 다음, 하강관(4b)로 환류시키는 동안 진공조(3)에서 수소, 질소등과 같은 가스성분을 제거함과 함께 용강내에 존재하는 개재물의 상호 충돌, 응집을 유도하여 용강상부로 부상시킴으로써, 청정강을 제조하기 위함이다.

한편, 상기 RH에서의 탈가스처리 중에 용강온도는 용강과 접촉하는 래들내화물 및 진공조 내화물로의 열이동 뿐만 아니라, 진공조로 배출되는 가스에 의해 많은 열을 빼앗겨 크게 강하한다. 특히, 탈탄처리시에는 탈탄반응에 의해 발생되는 대량의 CO가스에 의해 온도강하량이 매우 크다. 만약, 용강의 온도가 후공정, 즉 연주공정에서 요구되는 온도보다 낮을 경우에는 연주작업이 원활히 수행될 수 없다. 따라서 일부 RH 설비에서는 공정의 원활한 흐름과 전로에서의 온도 부하경감을 위하여 용강중으로의 산소취입장치와 승온기능을 갖추고 있는 경우가 있다.

일반적으로, RH에서 용강의 승온처리는 도1에 나타낸 바와같이, Al의 산화열을 이용하여 실시한다. 즉 Al을 용강중에 첨가한 후 진공조(103)의 측벽에 설치한 노즐(5,15)로부터 용강중으로 산소가스를 취입함으로써 반응식 2와 같이 강중의 Al을 산화시켜 이때 발생되는 열을 이용하여 승온처리를 한다.

2[Al] + 3[O] = Al₂O₃(s)

ΔH^o= 74,148 kcal/kg-Al

또한, 용강중으로 취입된 산소는 반응식 2의 Al의 산화뿐만 아니라, 강중의 실리콘이나 망간과 같이 산화되기 쉬운 원소들을 일부 산화시키면서 열을 발생시킨다. 따라서, RH에서의 승온처리시에는 알루미나등과 같은 산화물이 대량으로 발생한다. 이러한 산화물들은 RH처리중에 용강과의 비중차에 의하여 상당량이 용강상부로 부상되어 슬래그중으로 이동하나, 일부 용강중에 잔류한 산화물들은 제품의 품질에 치명적인 영향을 미친다. 따라서, 이러한 산화물성 개재물이 생성되지 않고 RH 처리중에 빠져나가는 열을 보상시킨다든지, 혹은 온도의 상승을 가져온다면 용강의 청정도를 개선할 수 있고, 나아가서는 제품의 고급화를 유도할 수 있게 된다.

전술한 바와같이 RH 에서 종래의 승온처리는 알루미늄의 산화열을 이용하므로, 장치 및 승온처리가 비교적 간단한 이점이 있다. 그러나, 고가의 알루미늄을 다량사용하므로 처리비용이 증가하는 단점이 있다. 더욱 중요한 것은 대량으로 생성되는 알루미나 개재물로 인하여 용강의 청정도가 열화되어 제품의 품질에 치명적인 영향을 미치며, 연주조업에서 노즐막힘의 원인을 제공하기도 하여 생산성 및 조업성 측면에서 악영향을 미칠수 있다.

또한, RH 처리시 진공조 내부에 지금이 부착 성장하여 탈가스 처리중 가스의 배출을 방해하여 정련효율을 떨어뜨리고, 극저탄소강 제조시의 탄소와 같은 불순원소 혼입의 원인이 되기도 한다. 그러므로, 이러한 지금이 어느정도 성장하면 부착된 지금을 제거하여야 하며 이는 RH 설비의 생산성을 저하시키고, 적업부하를 증대시켜 생산효율을 저해하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 지금이 진공조 내부에 부착성장하는 것을 방지한다면 내화물을 청결하게 유지할 수 있어 내화물 수명을 향상시킬 수 있으며, 지금 제거작업을 저감시킬 수 있어 원가절감을 피할 수 있다.

따라서, 본 발명은 진공순환식 탈가스 설비인 RH설비에서 종래의 용강 승온방법과는 달리 플라즈마에 의한 가열을 행하므로써, 다량의 알루미나 개재물의 생성으로 인한 강의 청정도 열화와 진공조내의 지금부착을 방지하면서도 용강의 온도를 적절히 승온할 수 있는 방법 및 이에 이용되는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반 진공순환식 탈가스설비의 단면 구성도

도2는 본 발명의 승온장치가 부착된 진공순환식 탈가스설비의 단면 구성도

도3은 본 발명의 다른 승온장치가 부착된 진공순환식 탈가스설비의 단면 구성도

도4는 본 발명에 의한 용강승온시 처리시간에 따른 용강온도추이를 보이는 그래프

도5는 종래와 본 발명에 의한 용강승온시 처리시간에 따른 용강의 전산소량 변화를 보이는 그래프

* 도면의 간단한 설명 *

1 ..... 용강 2 ...... 레이들 3 ...... 진공조

4a ..... 상승관 4b ..... 하강관 5 ..... 노즐

6, 7 ...... 플라즈마 토치 8 ...... 구동수단

9 ...... 토치실

상기 목적달성을 위한 본 발명은 레이들내의 용강을 진공순환식 탈가스설비의 진공조에 유입하여 용강을 탈가스처리하는 용강의 정련방법에 있어서,

상기 진공조의 상부 또는 측벽에 플라즈마 토치를 설치하여 탈가스처리중에 용강을 가열하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 레이들의 용강에 침적된 상승관으로 용강을 유입시켜 진공조내에서 진공탈가스처리한 후 처리된 용강을 하강관으로 환류시키는 진공순환식 탈가스설비에 있어서,

상기 진공조의 상부 또는 측벽부에 토치실내에 내설된 플라즈마 토치와 상기 플라즈마 토치를 상하로 이동하는 구동수단으로 구성되는 진공탈가스설비의 용강승온장치에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 용강 승온장치를 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명의 용강 승온장치는 도2와 같이, 레이들(2)의 용강(1)에 침적된 상승관(4a)로 용강을 유입시켜 진공조(3)내에서 진공탈가스처리한 후 처리된 용강을 하강관(4b)로 환류시키는 진공순환식 탈가스설비이면 어떤 설비에도 적용 가능하다. 도2는 플라즈마 토치(6)가 진공조(3)의 상부에 부착된 경우를 보이고 있다.

또한, 상기 플라즈마 토치는 진공조(3)의 측벽부에 설치할 수도 있는데, 도3은 진공조(3)의 측벽부에 설치된 플라즈마 토치(7)가 구비된 용강 승온장치를 보이고 있다.

상기 플라즈마 토치(6)(7)은 수냉식이 적당하며, 상부에 설치할 경우 장치가 단순한 것이 유리하므로 직류형의 트랜스퍼 방식이 바람직하다. 또 진공조의 측벽에 설치할 경우에는 직류형의 트랜스퍼 방식이나 3상 교류방식을 사용하여도 무방하다. 도3의 경우 높은 출력을 발생시키는 3상교류 플라즈마 토치가 보다 바람직하다.

진공조의 측벽부에 설치할 경우 플라즈마 토치를 약 120도 간격으로 설치하여 용강을 향해 하향설치한다.

본 발명의 플라즈마 토치는 토치실(9)내에서 구동수단(8)에 의해 승온처리를 실시하지 않을 경우 상부로 이동시키고 승온이 필요한 경우 하강하여 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 플라즈마 에너지는 설비용량에 따라 다르나 본 발명의 경우 1~10MW 정도가 적당하다.

이하, 상기 승온장치를 이용한 본 발명의 용강 승온방법에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 전로정련이 완료되어 레이들에 수강된 용강에 상기 승온장치가 부착된 진공순환식 탈가스설비인 RH설비를 침적한다. 본 발명의 승온방법을 적용함에 있어 그 대상강종은 특별히 한정되지는 않으며, 고청정성이 요구되는 강에 적용되면 보다

바람직하다.

탈가스 처리가 시작되면 알곤과 같은 불활성가스를 분사하면서 각각의 플라즈마 토치(6)(7)에 전류를 흐르게 하여 착화하여 용강을 승온한다. 승온과정에서 토치의 가열정도와 가열시간은 대상강종, 용강의 온도하락 정도를 보아 결정될 수 있다.

본 발명에 의하면 플라즈마 아크열이 직접 용강에 전달되어 용강을 가열하여 용강의 청정도를 열화시키지 않고 청정강의 제조에 매우 유리하게 된다. 또한, 플라즈마 아크의 복사열에 의하여 진공조내의 측벽을 고온으로 유지시켜 줌으로써 지금의 부착과 그 성장을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

300톤 용량의 진공순환식 탈가스설비의 진공조측부에 3상 교류방식의 플라즈마 토치를 설치한 RH설비에서 탈가스처리중에 플라즈마 에너지를 이용하여 처리개시 5분부터 승온을 실시하였다. 이때 대상용강은 Al탈산 극저탄소강이었으며, 플라즈마 출력은 5.5MW였다. 승온처리를 하지 않은 경우와 용강온도를 비교하여 그 결과를 도4에 나타내었다.

도4에 나타난 바와 같이, 승온처리를 실시하지 않은 경우 용강의 온도는 감소하는 반면 플라즈마 승온처리한 경우는 용강온도가 점차 상승하는 것을 알 수 있었다. 상기 극저탄소강의 탈탄반응 중에는 분당 약 0.5℃, 또 환류처리중에는 약 0.8~1.0℃의 승온효과를 얻을 수 있었다.

[실시예2]

대상강종을 Al-Si탈산용강으로 한 것을 제외하고는 실시예1과 같이 용강의 승온처리를 실시하고, 용강중의 전산소량에 대한 처리시간에 따른 추이를 도5에 나타내었다. 도5는 상기 용강에서 플라즈마 승온처리한 경우와 Al과 산소취입에 의해 승온처리한 경우를 비교한 것이다.

도5에 나타난 바와 같이, 종래방법과 같이 Al 산소취입을 한 경우는 3~11분 사이에 용강중 산소량이 크게 증대된 후 감소하는 경향을 보이고 있다. 즉, RH처리후에는 RH설비에 도착시보다 다소 높은 산소량을 보이고 있었다.

반면 본 발명에 의한 플라즈마 승온의 경우는 산소성분의 공급이 전혀 없으므로 강중 산소량이 지속적으로 감소하고, 따라서 RH처리후에는 RH 설비 도착시의 전산소량보다 낮은 수준의 산소를 함유하고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 진공순환식 탈가스설비인 RH설비에 레이들내 용강을 진공조에 유입하여 용강의 탈가스 정련을 실시할 때, 진공조 상부 또는 측벽부에 플라즈마 토치를 설치하여 탈가스 처리중에 플라즈마 에너지를 이용하여 용강승온을 실시하므로써 통상적인 산소취입에 의한 승온과정에서 발생되는 다량의 알루미나 개재물의 발생없이, 즉 용강의 청정도를 열화시키지 않고 승온이 가능하며, 이러한 본 발명은 청정강 제조에 매우 유리할 뿐만아니라 플라즈마 아크의 복사열에 의하여 진공조내 측벽을 고온으로 유지시켜 줌으로써 지금의 부착을 방지하여 원가절감뿐만아니라 작업성 개선에도 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 레이들내의 용강을 진공순환식 탈가스설비의 진공조에 유입하여 용강을 탈가스처리하는 용강의 정련방법에 있어서,

   상기 진공조의 상부 또는 측벽에 플라즈마 토치를 설치하여 탈가스처리중에 용강을 가열함을 특징으로 하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법
2. 레이들의 용강에 침적된 상승관으로 용강을 유입시켜 진공조내에서 진공탈가스처리한 후 처리된 용강을 하강관으로 환류시키는 진공순환식 탈가스설비에 있어서,

   상기 진공조의 상부 또는 측벽부의 토치실에 내설된 플라즈마 토치와 상기 플라즈마 토치를 상하로 이동하는 구동수단으로 구성됨을 특징으로 하는 진공탈가스설비의 용강승온장치

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