KR100325102B1 - 수소가스취입에의한용철및용강중질소저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용철 또는 용강중의 질소를 보다 효율적으로 탈질하여 제품의 품질을 높힐 수 있는 용철 및 용강중 질소 저감방법의 제공에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 질소를 함유하는 용철 및 용강중에 강환원성 가스인 수소가스를 적정의 유량으로 적정시간 취입함으로써 용탕중의 표면활성 원소인 산소농도를 저감시켜 탈질 반응을 촉진하고, 또한 용탕중에 용해된 수소와 질소의 반응에 의한 암모니아 가스의 생성과 반응 계면적의 중가 효과에 의해 제거가 어려운 용철 또는 용탕중의 질소를 대폭 저감시켜 제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

수소가스 취입에 의한 용철 및 용강중 질소 저감방법

본 발명은 수소 가스 취입에 의해 용철 및 용강중의 질소를 저감시키는 방법에 관한 것이다.

용강중의 질소는 응고시 가스 방출로 인한 기공 생성의 주원인이 되며, 또한 합금 원소들과 질화물을 형성 석출하여 강의기계적 성질에 악영향을 미친다. 그러나, 대부분의 제강공정이 대기중에서 수행되므로 강으로의 질소 혼입이 용이하며 질소의 확산계수가 낮아 제거가 대단히 어려운 것으로 알려져 있다. 진공 탈가스장치를 이용한 레이들 정련에서도 H,C ,O등의 원소는 비교적 간단히 제거되지만 질소의 경우는 최적의 진공조건에서도 20% 정도의 탈질만이 가능하여 효율적인 탈질을 기대할 수 없는 실정이다. 특히 전기로에서 2500℃에 달하는 아아크로 인해 공기중의 질소가 분해되어 원자상의 질소가스를 생성하며 이 원자상의 질소가스는 큰 활성으로 용강중에 빠른 속도로 흡수되므로 용강중 질소농도는 상당히 높게 나타난다. 또한 일단 용강중에 흡수된 질소의 탈질 속도는 흡질 속도에 비해 상대적으로 느리게 진행되기 때문에 적극적인 탈질을 위한 공정이 추가되지 않는 한 제품강의 질소농도가 높아지는 것은 불가피하다.

본 발명은 고온의 용철 및 용강중에 수소가스를 취입시켜 이들 용탕중에 용해된 수소와 질소의 급격한 화학반응 및 기체/액체 반응 계면적의 증가를 이용하여 제거하기 어려운 용철 및 용강중의 질소를 효율적으로 제거하기 위해 연구발명된 것이다.

용철 또는 용강중의 질소 저감을 위한 기존의 방법으로서는 플럭스에 의한 질소 제거와 진공을 이용한 질소 제거방법 등이 있다. 플럭스를 이용한 방법으로는 예컨대 용강 톤당 약 10kg 의 15%BaO-25%CaO-40%Al2O3-20%TiO2 플럭스를 사용하여 탈질하는 방법이 있으며, 이 방법으로는 강중 질소농도를 약 300ppm에서 210ppm 까지 저감시킬 수 있어 약 26% 의 탈질율만을 나타낸다.

2500℃ 의 온도에 달하는 아아크에 의해 용강질소 농도가 상당히 높게 나타나는 전기로 공정에서는 질소 제거 및 흡질 방지를 위해 코크스 및 환원철 등을 사용하고 있다. 이러한 방법은 다량의 탄소를 함유한 코크스 및 환원철로부터 용강중에용해된 탄소와 용존산소의 반응에 의해 생성된 CO 기포가 슬래그 포밍을 촉진시켜 흡질을 방지하는 동시에 탈질이 진행되도록 하는 것이나 만족할 만한 정도의 질소저감은 어렵다. 또한 VTD(Vacuum Tank Degassing)에 의해 질소를 제거하는 방법도 있으나 이 역시 탈질율이 낮아 효율적인 질소제거는 이루어지지 않고 있다.

전술한 바와 같이 용강의 탈질은 질소의 흡수에 비해 상당히 느리게 진행되며 또한 효율적인 제거방안이 없기 때문에 현재는 전로 취련 말기에 산화철을 투입하여 슬래그 포밍을 촉진시켜 흡질을 방지하기도 하며, Ar 가스에 의해 용강을 대기로부터 보호하여 흡질을 방지하는 단순한 방법에 의존하고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안하여 연구발명된 것으로, 그 목적은 용철 및 용강중에 수소가스를 취입하여 이들 용탕중에 용해된 수소가 용탕내에서 다시 기포로 발생하여 기체/액체 반응 계면적의 증가에 의한 탈질 반응의 촉진효과와, 용해된 수소와 질소의 반응에 의한 암모니아 가스상으로 질소를 제거함으로써 제품강의 질소 함유정도를 효율적으로 저감시킬 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1 은 수소 가스 취입유량에 따른 용철중 질소농도의 변화 그래프,

도 2 는 수소 가스 취입시간에 따른 용강중 질소농도의 변화 그래프.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서, 본발명은 질소를 함유하는 고온의 용철 또는 용강중에 소정유량의 수소가스를 소정시간 취입시키는 것을 특징으로 하는 수소가스 취입에 의한 용철 및 용강중 질소 저감방법을 제공한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1

수소 가스 취입에 의한 용철의 탈질을 행하고 그탈질효과를 측정하기 위하여 0.0074 중량 퍼센트의 질소를 함유한 탄소포화 용철 200g 을 내경 35mm , 높이 50mm 크기의 탄소 도가니에 장입한 후 약 1450℃ 의 분위기로에서 유량 0.3-1.8ℓ/min 의 수소 가스를 반경 5mm 의 알루미나 렌스를 통하여 용철속에 약60 분간 취입하였다.

반응후 대기로부터의 질소 흡입을 방지하기 위하여 Ar 가스 기류중에서 급냉시켰으며, 용융시료를 채취하여 성분분석한 후 용철중 질소의 농도변화를 관찰하여 그 결과를 표 1 및 도 1 에 함께 나타내었다. 표1 및 도 1로부터 알 수 있듯이, 수소가스 취입에 의해 용철중 질소 농도는 현저히 감소하였다. 취입된 수소가스의 유량이 증가할수록 탈질율도 증가하였으며, 용철 또는 용강 200g 에 대해 분당 약 1.4- 1.6 리터의 수소가스를 취입했을 때 가장 높은 66.2% 의 탈질율을나타내었다. 그러나 그 이상의 취입량에서는 오히려 탈질율이 감소하는 경향을 보였는데, 이는 가스취입 유량이 너무 커지면 용철중에 수소가스가 충분히 용해되지 못하고 용존질소와 반응하기 전에 가스상태로 반응관 외부로 배출되기 때문이다. 즉, 초기 질소농도 0.0070 중량 퍼센트를 함유한 200g 의 용철중에 분당 1.4-1.6 리터의 수소가스를 취입하는 것에 의해 용철중 질소농도는 0.0025 중량퍼센트 수준으로 감소하여 약 66.2% 높은 탈질율을 나타내었다.

[표 1]

실시예 2

상기 결과를 확인하고 현장 시료에의 적용 가능성을 검토하기 위해 표 2 에 나타낸 바와 같이 0.00320 중량퍼센트의 질소및 0.120 중량 퍼센트의 산소와 0.0030 중량퍼센트의 탄소를 함유하고 있는 전기로 공정의 시료를 대상으로 상기 실시예1 에서와 같은 방법으로 실험을 행하였다. 200g 의 용철을 내경 30mm, 높이 60mm 의 알루미나 도가니에 넣고, 이를 1600℃ 의 분위기로에 장입한 후 실시예 1의 결과로부터 최대 탈질율을 나타내는 분당 1.4 리터의 수소 가스를 10-70 분간 용강속에 취입하였다. 그 결과를 표 2 및 도 2 에 함께 나타내었다. 용강중 질소는 수소 가스 취입시간증가에 따라 감소하며, 취입후 약 30 분까지 급격히 감소하다가 이후 완만한 감소를 나타내었다.

초기농도 0.00320 중량퍼센트의 질소가 70 분간의 수소 가스 취입에 의해 0.0033 중량퍼센트로 감소되어 89.7% 의 높은 탈질율을 나타내었다. 또한 표 3 의결과로부터 용강중 산소농도도 상당량 감소되었음을 알 수 있다. 이는 강환원성 가스인 수소에 의해 탈산이 진행된 것이며, 기체/용강의 계면에서 표면활성 원소인 산소가 감소됨으로 인해 용강의 탈질반응을 더욱 더 촉진시킨 것이다. 이러한 결과로부터, 수소가스의 취입은 용철 또는 용강의 탈산 및 탈질에 상당히 유효한것으로 판명된다.

이와 같은 수소 가스취입에 의한 용탕중 질소의 감소원인으로는 수소 가스의 취입에 의해 용탕중에 용해된 수소가 다시기포로 발생하여 기체/액체 반응 계면적의 증가가 탈질반응을 촉진시키는 때문인 것으로 보이며, 또한 활성이 강한 수소와 용존 질소의 급격한 반응에 의하여 암모니아 가스상으로 탈질이 진행되었기 때문이다.

상기 실시예 1 과 2 로부터 초기 질소농도가 높을수록 탈질율은 높게 나타나고 질소농도가 낮아질수록 탈질율은 저하되는 바, 탈질율은 초기 질소농도에 따라 달라짐도 알 수 있다.

[표 2]

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같이 수소 가스를 용철 또는 용강중에 취입하는 것에 의해 제거하기 어려운 용철 또는 용강중의 질소를 효율적으로 탈질하여 제품의 품질을 더욱 높힐 수 있게 된 신규유용한 효과를 제공하는 것이다.

Claims (1)

1. 질소를 함유하는 용철 또는 용강 200g에 대해 분당 1.4-1.6 리터의 수소 가스를 30분 이상 취입하여 탈질을 행하는 것을 특징으로 하는 수소 가스 취입에 의한 용철 및 용강중 질소 저감방법.

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