KR100328035B1 - 진공순환탈가스설비의용강승온방법및그장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정의 진공순환 탈가스처리를 위한 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그 장치에 관한 것으로,

레이들내 용강을 상승관과 하강관을 통해 진공조로 유입시켜 용강의 정련을 실시하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그 장치에 있어서, 상기 상승관(7)과 하강관(8)내에 내화물(9)에 의해 감싸지는 유도코일(5)(6)을 각각 설치하여 유도전류를 가함으로써 용강을 승온시킴을 특징으로 하여,

용강의 청정도를 저하시키지 않으면서 용강의 승온이 가능할 뿐만 아니라, 환류속도 및 용강교반을 증대시켜 탈탄반응 및 개재물의 응집부상을 촉진시킬 수 있는 효과를 가진다.

Description

진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그 장치{A Heating Method of Melten Steel for RH Degasser and the Apparatus thereof}

본 발명은 제강공정의 진공순환 탈가스처리를 위한 용강승온방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강의 청정도를 저하시키지 않으면서 용강의 승온이 가능할 뿐만 아니라, 환류속도 및 용강교반을 증대시켜 탈탄반응 및 개재물의 응집부상을 촉진시킬 수 있도록 된 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전로방식의 제강공정에서는 전로에서 탈탄을 실시한 후, 극저탄소강의 제조, 용강 탈가스, 용강중 개재물제거 및 성분균일화를 목적으로 진공 탈가스처리를 거쳐 주조작업을 행하게 된다.

그런데, 이와 같은 진공 탈가스 설비로서는 DH, RH, Tank Degasser등 여러가지 설비가 개발되어 있으나, 대표적인 설비로서 진공순환식 탈가스 장치(이하, "RH"로 칭함)가 일반적으로 활용되고 있으며, 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 클뿐만 아니라 슬래그중 산화철 농도가 높아져 전로 내화물의 용손이 크게 된다.

따라서, 탄소의 농도를 100ppm 이하의 극저탄소농도로 낮추기 위해서는 RH 처리가 효과적인데, RH에서의 탈탄반응은 하기 아래의 화학식 1에서와 같이 용강중 [C]와 [O]의 화학반응으로 진행한다.

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

즉, 용강중의 탄소는 상기 화학식 1의 화학반응에 의하여 용강중의 산소 또는 철광석, 산소가스 등의 각종 산소원으로부터 공급된 산소와 반응하여 생성된 CO가스에 의하여 제거된다.

한편, 탈탄반응속도는 일반적으로 아래의 수학식 1로 나타낸다.

여기에서, C는 임의의 시간에서의 탄소농도(%), Co는 초기탄소농도(%), Kc는 겉보기 탈탄반응 속도상수(1/분), 그리고 t는 시간(분)을 나타내고, 상기 겉보기 탈탄반응 속도상수 Kc값이 클수록 용강중 탄소농도의 제거속도가 빠르다.

또한, 상기 겉보기 탈탄반응 속도상수 Kc는 RH에서의 용강환류속도(톤/분) 및 탈탄반응 용량계수 ak(㎥/초)에 대하여 아래의 수학식 2와 같은 관계를 가진다.

여기에서, W는 용강량(톤)을 나타내며, 용강환류속도 Q가 클수록 Kc값이 크게 되어 탈탄속도가 크게 된다.

한편, RH에서의 탈가스처리중에 용강온도는 용강과 접촉하는 레이들내화물 및 진공조 내화물로의 열이동뿐만 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 원할히 수행될 수 없다.

따라서, 일부 RH설비에서는 공정의 원할한 흐름과 전로에서의 온도부하경감을 위하여 용강중으로의 산소취입장치와 승온기능을 갖추고 있다.

RH에서 용강의 승온처리는 도 1에 나타낸 바와같이 Al의 산화열을 이용하여 실시한다. 즉 Al을 용강중에 첨가한 후 진공조(3)의 측벽에 설치한 노즐(5)로부터 용강중으로 산소가스를 취입함으로써 아래의 화학식 2와 같은 강중의 Al을 산화시켜 승온처리를 행하게 되는 것이다.

2[Al] + 3[O] = Al₂O₃(s)

ΔH°= 74,148 ㎉/㎏ - Al

또한, 용강중으로 취입된 산소는 상기 화학식 2의 Al의 산화뿐만 아니라, 강중의 실리콘이나 망간과 같이 산화되기 쉬운 원소들도 일부 산화시키면서 열을 발생시킨다. 그러나 승온처리시에 진행되는 상기한 반응들에 의해 알루미나와 기타 산화물들이 대량으로 발생하게 된다.

이러한 산화물들은 RH처리중에 용강과의 비중차에 의하여 많은 양이 용강 상부로 부상되어 슬래그중으로 이동하지만, 용강중에 잔류하는 미세한 산화물들은 주조과정중에서도 계속적으로 남아있어 제품의 품질에 치명적인 영향을 미친다.

따라서, 산화물 개재물등이 생성되지 않고 RH 처리중에 빠져나가는 열을 보상시킨다든지, 혹은 온도의 상승을 가져온다면 용강의 청정도를 개선할 수 있고,나아가서는 제품의 고급화를 유도할 수 있게 된다.

한편, 상기한 내용들의 일부 개선을 위해 개시된 종래의 기술로서 "전자기력을 이용한 진공 탈개스장치의 용강가속 환류방법"은 통상의 RH용기에 있어서 상승관의 외주면에 코일을 설치함으로써 전자기력 발생장치를 장착하여 상기한 수학식 2에 의거한 용강의 환류속도 증가로부터 탈탄반응을 촉진시키고, 가스제거속도를 향상시키는 것이지만, 이는 환류속도증가를 위한 목적과 구성을 갖추는 것에 불과하고 용강의 승온을 위한 목적 및 구성은 종래와 같이 Al 산화열을 이용하는 것으로 승온을 위해 투입되는 알루미늄과 산소취입에 의해 발생되는 알루미나 개재물 및 기타 산화물성 개재물의 근원을 근본적으로 없앨 수가 없어 용강의 청정성 및 제품품질의 열화의 문제가 여전히 남아있게 된다.

더욱이, 종래의 이러한 기술은 전자기력 발생장치 자체를 단순히 상승관의 외부에 설치함으로써 실제로 상승관의 외부를 둘러싸고 있는 철피부분이 저항열에 의해 용해되어 버리거나 철피부분의 열화를 초래하고, 그 장치 바깥쪽에 자속의 누출을 방지하고 동시에 라이닝의 팽창에 대해서 코일의 배후에서 받쳐주는 역할을 하는 계철을 배치하지 않아 자속의 누출 및 코일의 붕괴를 유발하기 때문에 상용화 및 실조업에 적용시키기가 곤란한 문제점이 있었다.

즉, RH에서의 종래의 승온처리는 알루미늄의 산화열을 이용하므로, 장치 및 승온처리가 비교적 간단한 이점이 있는 반면에, 고가의 알루미늄을 다량 사용하므로 처리비용이 증가하는 단점이 있으며, 더욱이 대량으로 생성되는 알루미나 개재물로 인하여 용강의 청정도가 저화되어 제품의 품질에 치명적인 영향을 미치며, 연주조업에서 노즐막힘의 원인을 제공하기도 하여 생산성 및 조업성 측면에서 악영향을 미치는 문제점을 가지고 있었다.

즉, 본 발명자등은 알루미늄의 투입에 의하여 용강을 승온시키는 종래의 방법과는 다른 방법 내지 장치를 이용하여 RH 용기내의 온도를 상승시키는 경우, 알루미늄의 투입 및 산소의 취입에 의해 발생되는 산화물성개재물들이 근본적으로 존재하지 않게 되며, 이로인해 용강의 청정도 및 제품의 품질고급화를 유도하게 되며 동시에 알루미늄의 투입 및 산소의 취입이 실시되지 않아 실조업상에서의 경제적 효과를 얻을 수 있으며 또한 연주조업에서의 노즐막힘문제를 해결하여 고청정화에 기여할 수 있다는 결과를 오랜 연구와 시험에 의하여 도출하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술에 대한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 진공순환식 탈가스장치인 RH 설비에서 환류관 주위에 유도코일을 설치하여 고주파 또는 저주파 유도가열에 의한 용강승온을 실시함으로써, 알루미늄의 투입에 의해 용강을 승온하던 종래 방법에서 발생하던 다량의 알루미나 개재물의 생성에 의한 청정도 열화의 우려가 없으며, 동시에 용강의 환류를 촉진하여 탈탄반응 및 개재물의 응집부상을 촉진시킬 수 있도록 한 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 진공순환 탈가스설비에서의 종래의 용강승온장치를 개략적으로 도시한 단면구성도

도 2는 본 발명에 따른 진공순환 탈가스설비의 용강승온장치를 개략적으로 도시한 단면구성도

도 3은 본 발명의 방법과 종래의 방법에 의하여 진공순환 탈가스설비에서의 용강승온시 전산소량을 비교한 그래프도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1.... 용강 3.... 진공조

4.... 레이들5,6.... 유도코일

7.... 상승관8.... 하강관

9.... 내화물11.... 내화물 분말

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 레이들내 용강을 상승관과 하강관을 통해 진공조로 유입 순환시키어 용강의 정련을 실시하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법에 있어서, 상기 상승관과 하강관을 이루는 내화물의 내부에 형성된 폐쇄공간내에 유도코일을 각각 설치하고, 상기 유도코일에 500∼700 ㎐의 범위의 주파수를 갖는 교류전류를 인가하여 각각의 유도코일에 1500∼3000 ㎾ 범위의 전력이 가해지도록 하여, 상기 각각의 유도코일에 교류전류가 인가될 때 유도코일의 내측에서 발생되는 유도자장을 통하여 상승관과 하강관을 통과하는 용강을 승온시키는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법을 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은 다른 기술적인 수단으로서, 레이들내 용강을 상승관과 하강관을 통해 진공조로 유입 순환시키어 용강의 정련을 실시하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온장치에 있어서, 상기 상승관과 하강관의 내화물 내부에는 중공원통형의 폐쇄된 공간이 내화물의 상하방향으로 일체로 형성되고, 상기 상승관의 내화물 공간내에는 상승관을 통과하는 용강의 상승방향으로 유도자장이 발생하도록 유도전류가 인가되어 용강을 승온시키는 유도코일이 설치되고, 상기 하강관의 내화물 공간에는 하강관을 통과하는 용강의 하강방향으로 유도자장이 발생하도록 유도전류가 인가되어 용강을 승온시키는 유도코일이 설치된 진공순환 탈가스설비의 용강승온장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 진공 순환식 탈가스 장치인 RH설비가 용강을 담은 레이들 상부에 설치되고, 이러한 RH설비를 이루는 감압 진공조의 하부에 레이들에 담긴 용강의 환류를 위한 환류관을 설치하여 레이들의 용강내에 침지한 후, 상기 환류관의 일측노즐로부터 환류가스를 불어넣으면서 진공조내를 감압하여 레이들내 용강을 진공조에 유입시켜 용강의 탈가스정련을 실시하는 대략의 구성에서, 환류관을 이루는 상승관과 하강관 주위의 내화물 내부에 유도코일을 각각 설치하여 RH 전처리시간에 걸쳐 고주파 또는 저주파 유도가열에 의하여 용강의 승온이 이루어질 수 있도록 하는 구성을 가진다.

이는 알루미늄의 투입없이 고주파 또는 저주파 유도가열에만 의존하여 용강의 승온이 이루어지므로 알루미나 산화물에 의한 용강 청정도의 열화없이 용강승온이 행하여짐과 동시에, 상승관에서는 유도자장을 용강이 상승하는 방향으로 발생시켜 용강의 상승속도를 촉진함으로써 진공조내에 용강이 보다 빠른 속도로 공급되어 탈탄반응이 활발하게 일어나도록 유도하며, 하강관에서는 상승관과 반대방향으로 유도자장을 부가하여 용강의 하강유속을 증대시켜 레이들 내에서 용강의 교반이 강하게 일어나게 함으로써 개재물의 응집부상이 촉진되도록 한다.

여기에서, 유도가열은 고주파방식과 저주파방식 모두 적용 가능하나, 저주파 방식의 유도교반은 강렬한 교반에 의해 내화물의 용손을 발생시키므로 본 발명의 근본목적인 승온을 위해서는 고주파 방식이 보다 바람직하며, 이때 용강의 부피에 대한 전류의 침투깊이를 고려하면, 주파수가 높아질수록 용강으로의 전류의 침투깊이가 작아져 표면만을 승온시키는 효과를 가져오므로 고주파중에서도 다소 낮은 500∼700㎐ 정도의 주파수가 적당하며, 전력은 1500㎾∼3000㎾로 함이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 용강승온장치가 갖추어진 진공순환 탈가스설비의 모식도와, 요부인 유도가열 장치의 확대도를 나타낸다. (3)으로 가르키는 부분은 진공순환형 RH진공조, (4)는 상기 RH 진공조(3)의 하부에 위치하면서 내부에 용강(1)을 수용한 레이들, (7)과 (8)은 상기 RH진공조(3)의 하부에 설치되어 레이들(4)의 용강이 각각 상승하고 하강하도록 된 침지관, (9), (10) 및 (11)은 각각 상승관(7)과 하강관(8)을 이루는 내화물, 외벽철피, 내화물 분말을 나타내고, (5)와 (6)은 상승관(7)과 하강관(8)에 각각 갖추어진 유도코일을 나타낸다.

여기에서, 상기 유도코일(5)(6)은 상승관(7)과 하강관(8)에 상하로 적정길이 형성된 중공원통형의 공간(12)내에 장착되고, 상기 공간(12)내에는 알루미나계 또는 마그네시아계로 된 내화물 분말(11)이 충진되어 상기 유도코일(5)(6)을 감쌀 수 있도록 하며, 또한 상기 내화물 분말(11)은 상승관(7)과 하강관(8)을 이루는 내화물(9)에 의하여 감싸질 수 있도록 하여, 유도코일(5)(6)을 고정시키며 보호한다.

따라서, 용강을 승온하고자 할 때에는 유도코일(5)(6)에 각각 교류전류를 흐르게 하면 그 내측에 유도자장이 발생하여, 주울의 법칙에 의하여 용강에 열이 발생한다.

이때, 상기 상승관(7)측 유도코일(5)에는 용강을 상승시키는 방향으로 유도자장을 가하여 용강상승류의 유속을 상승시킴으로써 진공조(3)내로의 용강 유입량을 증가시켜 탈탄반응을 촉진시키고, 하강관(8)측 유도코일(6)에는 상승관(7)측 유도코일(5)의 전류와 반대방향의 교류전류를 가하면 하강류의 유속이 상승하여 레이들(4)로의 용강 유입속도가 증대되고 따라서 레이들(4)에서의 용강교반이 강하게되어 레이들(4)내에서 용강을 균일하게 혼합시키는 시간의 단축 및 개재물의 응집을 촉진하여 청정강 제조에 매우 유리하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

(실시예)

본 발명에 따라 용강을 승온시키기 위한 유도가열용 유도코일(5)(6)을 300톤 용량의 RH 설비에 설치한 후 진공순환탈가스 처리중에 유도코일(5)(6)에 의한 승온을 실시하였다. 유도승온시 500㎐의 주파수를 사용하였고, 1500∼1800㎾의 전력을 가하였을 때 탈탄처리를 실시한 용강에 대하여는 분당 약 1.5。C의 승온효과를 얻었으며, 극저탄소강의 탈탄반응중에는 분당 약 1.0。C의 승온효과를 얻을 수 있었다.

그리고, 도 3은 Al-Si 탄산 용강에서 본 발명에 따른 유도 승온방법에 의해 승온처리를 실시하였을때의 RH처리후 강중의 전산소량과, 종래의 승온방법 즉 Al과 산소의 취입에 의한 승온방법으로 승온처리를 실시하였을때의 RH처리후 강중의 전산소량을 처리시간의 변화에 따라 비교한 것이다.

즉, 도 3에서 알 수 있듯이, 종래의 방법에서는 3∼11분 사이에 산소취입에 의한 승온결과, 강중 산소량의 증가를 보인후에 감소하는 경향을 보여 RH 처리후에는 RH 설비에 도착시보다 다소 높은 산소량을 보이는 반면, 본 발명에 의한 유도승온의 경우에는 산소성분이 RH 진공조내로 취입되지 못하여 강중 산소량이 지속적으로 감소하고, 따라서 RH처리후에는 RH설비로 도착시의 산소량보다 낮은 수준의 산소량을 보임을 알 수 있다. 그러므로 본 발명에 의한 승온처리방법이 종래의 방법보다 현격히 낮은 전산소값을 가지는 것을 확인할 수 있는 것이다.

상술한 바와같이 본 발명에 따른 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법 및 그 장치에 의하면, 진공 순환식 탈가스 장치인 RH설비에서 레이들내 용강을 진공조에 유입시켜 용강의 탈가스 정련을 실시할 때, 상승관과 하강관 주위의 내화물안에 설치한 유도코일을 이용하여 고주파 또는 저주파 유도가열에 의한 용강승온을 실시함으로써 통상적인 산소취입 승온시 발생되는 다량의 알루미나 개재물이 존재하지 않아 용강의 산화도를 열화시키지 않고 승온이 이루어질 수 있는 것은 물론, 유도자장에 의하여 용강의 환류가 왕성하게 이루어지도록 함으로써 탈탄반응을 촉진시키고, 교반력을 증대시킴으로써 개재물의 응집부상을 촉진시킬 수 있다.

또한, 종래에는 알루미늄의 투입에 의하여 RH 처리시간중 탈탄하는 동안에는 알루미늄과 탄소와의 산화경쟁반응으로 탈탄반응을 지연시키는 문제 때문에 사실상 승온이 이루어지지 않고 RH 전처리시간중 탈탄시간을 제외한 시간중에서만 승온처리가 이루어지는 것이고, 이러한 탈탄반응은 흡열반응으로서 온도가 떨어짐에 따라 르샤틀리에의 법칙에 따라 탈탄효율이 감소하기 때문에 종래에는 RH 탈탄중에 지속적인 열을 공급할 수 없어 정상적인 탈탄반응이 이루어지지 않게 되는반면, 본 발명에 의한 유도가열방법에 의하면 탈탄반응이 진행되는 동안에도 유도가열을 계속적으로 실시할 수 있어 RH 전처리시간에 걸쳐 폭넓은 승온이 이루어져 온도에 대한 부하가 줄며, 따라서 흡열반응인 탈탄반응에 있어서도 열을 지속적으로 노내에 공급하여 탈탄이 보다 효과적으로 이루어지는 우수한 효과를 가진다.

Claims (4)

1. 레이들내 용강을 상승관(7)과 하강관(8)을 통해 진공조로 유입 순환시키어 용강의 정련을 실시하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법에 있어서,

   상기 상승관(7)과 하강관(8)을 이루는 내화물(9)의 내부에 형성된 폐쇄공간(12)내에 유도코일(5)(6)을 각각 설치하고,

   상기 유도코일(5)(6)에 500∼700 ㎐의 범위의 주파수를 갖는 교류전류를 인가하여 각각의 유도코일(5)(6)에 1500∼3000 ㎾ 범위의 전력이 가해지도록 하여,

   상기 각각의 유도코일(5)(6)에 교류전류가 인가될 때 유도코일(5)(6)의 내측에서 발생되는 유도자장을 통하여 상승관(7)과 하강관(8)을 통과하는 용강을 승온시키는 것을 특징으로 하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상승관(7)측 유도코일(5)에는 용강을 상승시키는 방향으로 유도자장을 발생시키도록 유도전류를 인가하고,

   상기 하강관(8)측 유도코일(6)에는 용강을 하강시키는 방향으로 유도자장을 발생시키도록 유도전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온방법.
3. 레이들내 용강을 상승관(7)과 하강관(8)을 통해 진공조로 유입 순환시키어 용강의 정련을 실시하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온장치에 있어서,

   상기 상승관(7)과 하강관(8)의 내화물(9) 내부에는 중공원통형의 폐쇄된 공간(12)이 내화물(9)의 상하방향으로 일체로 형성되고,

   상기 상승관(7)의 내화물 공간(12)내에는 상승관(7)을 통과하는 용강의 상승방향으로 유도자장이 발생하도록 유도전류가 인가되어 용강을 승온시키는 유도코일(5)이 설치되고,

   상기 하강관(8)의 내화물 공간(12)에는 하강관(8)을 통과하는 용강의 하강방향으로 유도자장이 발생하도록 유도전류가 인가되어 용강을 승온시키는 유도코일(6)이 설치된 것을 특징으로 하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온장치.
4. 제 5항에 있어서, 상기 상승관(7)과 하강관(8)의 내화물(9)내에 형성되고 각각의 유도코일(5)(6)이 설치된 상기 폐쇄공간(12)내에는 유도코일을 고정 및 보호토록 하는 내화물분말(11)이 충진된 것을 특징으로 하는 진공순환 탈가스설비의 용강승온장치.

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