KR100743211B1 - 헬륨 분사에 의한 동시 교반을 이용한 용융 금속의 진공 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 형태의 주조 금속의 진공 처리 방법에 있어서, 상기 액체 형태의 주조 금속을 야금 레이들(ladle) 내에 도입하고, 0.4와 0.6m의 사이의 보호(guard) 높이 범위에 도달할 때까지 상기 레이들을 채우는 단계, 및 레이들의 상방의 분위기를 부분 진공으로 하고, 일부 처리 기간 또는 전 처리 기간 동안 상기 레이들의 베이스로 헬륨을 분사하여 상기 주조 금속을 동시에 교반함으로써 상기 금속을 처리하는 단계를 포함하는 진공 처리 방법에 관한 것이다.

Description

헬륨 분사에 의한 동시 교반을 이용한 용융 금속의 진공 처리 방법{VACUUM TREATMENT OF CAST METAL WITH SIMULTANEOUS HELIUM-INJECTION STIRRING}

본 발명은 예로서 강철 등 액체 형태의 용융 금속의 진공 처리 방법에 관한 것이다.

전환로(converter)에서 나올 때, 림드강(rimmed steel)은 일반적으로 진공 설비가 장착된 레이들(ladle) 내에서 수행되는 여러 가지 보충적 야금 조작을 받아야만 한다. 이러한 조작은 일반적으로 액체 금속의 탈산, 다음에는 이 금속이 연속적 주조 또는 주형(mold)으로의 주조에 의해 응고되기 전에 그 금속의 등급과 온도를 설정하는 것으로 구성된다. 낮은 함량의 용존 가스(수소 및 질소)를 요구하는 적용 분야에 있어서, 탈가스(degassing)라고 불리우는 처리가 수행되는데, 그 효과는 액체 금속과 접촉하는 대기의 압력을 감소시킴으로써 크게 개선된다.

예로서 탈탄(脫炭) 처리(decarburization treatment)를 위해, 강철(steel) 조성 및 욕(bath) 위의 압력을 위한 적절한 조건이 조합될 때, 산소가 금속 내에 용해된 탄소와 결합함으로써 강철의 탈탄이 이루어져 기체상의 일산화탄소를 형성한다. 이 탈탄은 액체 금속을 교반함으로써 향상되는데, 상기 교반은 예로서 불활성 기체, 통상적으로 아르곤을 레이들의 바닥으로부터 액체 강철 내로 분사(injecting)함으로써 수행된다.

효율적인 교반은 탈기체 등과 같은 탈탄이 올바르게 수행되기 위해서 필수적인데, 왜냐하면 욕 위에 형성된 부분 진공은 욕의 상부의 강철의 소규모 층에만 영향을 미치기 때문이다. 따라서, 모든 강의 탈탄을 보장하기 위해, 이러한 반응 영역 아래에 있는 강철이 계속적으로 공급되는 것이 필수적이다. 이것은 탈수소 또는 탈질소에도 적용된다.

그러나, 액체 강철을 교반하는 것은 일반적으로 슬래그(slag)가 덮인 강철의 표면 교반을 발생시킨다. 레이들이 진공 상태에 있을 때 더욱 악화되는 이러한 표면 교반은 액체 강철의 튐(splash)을 유발하고, 레이들의 벽, 덮개 또는 레이들이 안에 위치하는 용기에 접촉하여 슬래그를 형성시킬 수 있다. 액체 강철의 튐을 제한하고 액체 금속 표면에 뜨는 슬래그가 레이들 외부로 배출되는 것을 방지하기 위해, 조작자는 정지 상태의 액체 강철의 표면과 레이들의 상부 테두리와의 사이의 안전 거리(안전 높이라고 불리우는 거리)를 유지하여야만 한다. 따라서 이러한 안전 높이를 준수한다는 것은 야금용 레이들이 채워지는 레벨이 공칭값보다 낮은 값으로 제한되어야 한다는 것을 의미한다.

그렇지 않으면, 조작자는 표면 교반을 제한하기 위해서 교반 속도를 제한하거나 교반 자체를 생략하여야 하며, 이는 얻어지는 강철의 품질 저하를 초래할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 대량의 액체 금속을 레이들 내에서 진공 처리하는 방법(in-ladle vacuum treatment)을 제공하는 것이며, 이러한 진공 처리 방법이 올바르게 수행되는 것을 보장하는 것이다.

이 목적을 위해서, 본 발명의 주제는 액체 형태인 용융 금속의 진공 처리 방법에 있어서,

액체 형태인 용융 금속을 야금용 레이들(ladle) 내에 도입하고, 0.4와 0.6m의 사이의 안전 높이에 도달할 때까지 상기 레이들을 채우는 단계, 및

레이들의 상방의 분위기를 부분 진공으로 하고, 일부 처리 기간 또는 전 처리 기간 동안 상기 레이들의 바닥으로 헬륨을 분사하여 상기 용융 금속을 동시에 교반함으로써 상기 금속을 처리하는 단계

를 포함하는 진공 처리 방법이다.

본 발명은 또한 다음의 특징을 갖는다.

- 상기 방법은 강철에 적용되는 탈탄 처리용 방법이고,

- 상기 강철은 탈탄된 후에 60 ppm 이하의 탄소 함량을 갖고,

- 상기 방법은 강철에 적용되는 탈수소 처리용 방법이고,

- 상기 방법은 강철에 적용되는 탈질소 처리용 방법이고,

- 상기 분사된 헬륨의 유속은 용융 금속의 톤당 1.875 Sl/분 이상이고,

- 상기 헬륨 분사는 액체 금속의 레벨 아래에 장착되는 가스 분사기가 구비된 레이들의 벽을 통해서 이루어지고,

- 상기 헬륨 분사는 상기 레이들의 바닥에 가스 분사기가 구비된 상기 레이들의 바닥을 통해서 이루어진다.

아래에서 이해할 수 있듯이, 본 발명은 교반 가스로서의 헬륨을 사용하고, 통상적으로 사용되는 높이보다 낮은 안전 높이를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명자들은, 교반 기체로서 아르곤 또는 질소 대신에 헬륨을 사용함으로써, 액체 강철의 표면 교반 현상이 상당히 감소되고, 따라서 안전 높이가 감소되고 결과적으로 레이들에 액체 금속이 채워지는 양이 증가되고, 따라서 생산성이 상당히 증가된다는 점을 알게 되었다.

진공 탱크 내에서의 액체 강철의 탈탄의 경우에 종래 방법과 본 발명이 어떻게 실시되는가 하는 예를 이제 설명한다.

종래 기술에서, 강철 등 용융 금속의 진공 처리 방법은 먼저 약 0.6과 1m 사이의 안전 높이를 달성할 때까지 야금용 레이들에 용융 금속을 채우고, 다음에 강철을 교반하기 위해서 아르곤 또는 질소가 동시에 분사되는 레이들 내에 진공을 발생시킴으로써 수행된다.

이 예에서 사용된 레이들은 형상이 대체로 원통형이며, 전체 높이는 약 4.4 미터이고, 최대 300톤의 강철이 채워지는 용량을 가진다. 안전 높이를 0.8m의 값으로 설정함으로써, 레이들당 약 240톤이 처리될 수 있다. 사용된 가스 분사기(injector)는 레이들의 바닥에 삽입된 3개의 다공성 플러그로 구성된다. 이러한 다공성 플러그는 각각 600 Sl/분(1 Sl = 표준 온도 및 압력 조건 하에서 측정된 1 리터)의 최대 가스 유속을 지원하도록 설계된다.

액체 강철을 포함하는 레이들이 부분 진공이 점진적으로 형성되는 챔버 내에 위치될 때, 금속 내에 용해된 탄소 및 산소의 활동도와 평형 상태에 있는 CO 압력에 대응하는 챔버 내의 압력 레벨을 가진 상태로, 레이들 내의 금속의 상부에서 CO가 방출된다. 부분 진공의 효과로 인해, 자연적 비등(boiling)에 의한 이러한 CO 방출의 속도는 비교적 높으며, 레이들 내의 금속의 레벨이 상승하게 되고, 금속의 튐이 형성되게 된다. 이러한 CO 방출로 인해서, 교반 속도는 각 다공성 플러그에 대해 통상적으로 50 내지 80 Sl/분으로 제한되어, 0.8m의 초기 안전 높이에 대해 분사된 불활성 가스의 전체 유속은 0.625 내지 1 Sl/t/분이 된다.

CO 방출의 속도가 금속의 탄소 함량의 감소의 결과로 떨어질 때, 교반 가스의 유속은 대체로 증가되는데, 이것은 소위 저압 단계 동안에 발생하고, 그 저압 단계를 위해서 레이들을 포함하는 챔버 내의 압력은 10 밀리바(mbar)보다 작으며 통상적으로 1 밀리바의 크기이다. 다공성 요소당 분사된 가스의 유속은 통상적으로 200 Sl/분이고, 즉 레이들 내로 분사된 아르곤 또는 질소의 전체 유속은 강철 톤당 2.5 Sl/분이다.

이러한 조건 하에서, CO 비등과 교반 가스의 결합된 효과로 인한 액체 강철 표면의 교반 속도와 강철 튀김의 속도는 처리 동안에 허용가능한 상태로 유지된다.

아르곤 또는 질소를 분사하는 동안에 안전 높이가 0.4와 0.6m 사이의 값으로 감소되어야 한다면, 분사 유속을 표준 안전 높이를 위해 지시된 유속보다 작은 유속으로 크게 감소시키는 것이 필수적이며, 그것은 동일한 진공 처리 시간에 대해 더욱 불량한 탈탄 성능을 발생시킬 것이다. 강철 탈탄의 경우에, 이것은 불충분하게 탈탄되고 따라서 의도된 용도에 적절하지 않은 강철을 발생시킬 것이다.

본 발명에 따른 방법은 전술한 것과 동일한 조건 하에서 헬륨을 분사하는 동안에, 전술한 종래기술의 레이들과 유사한 레이들 내에서 240톤의 액체 강철의 진공 처리를 위해 사용되었다. 분사된 헬륨 유속은 진공 발생 단계 동안에 각 다공성 플러그에 대해 약 150 Sl/분, 즉 전체 1.875 Sl/t/분이었다. 다음에 이 유속은 레이들이 1 밀리바 이하의 진공 하에 있을 때 각 플러그에 대해 200 Sl/분 즉 2.5 Sl/t/분의 전체 유속으로 증가되었다.

놀랍게도, 액체 강철 표면의 교반이 감소된 것이 발견되었다. 레이들의 벽에 대한 액체 강철의 튐(splash) 역시 결과적으로 감소되고, 따라서 레이들을 채워 안전 높이를 0.4와 0.6m 사이의 높이로 유지되게 한다. 추가적인 20 톤의 액체 강철이 아르곤 또는 질소 분사에서와 동일한 야금 성능 및 동일한 안전 조건에서 단일 조작으로 처리되어, 생산성을 약 10% 증가시킬 수 있었다.

더욱이, 이러한 처리 방법은 이용가능한 시간 동안에 완성될 수 있고, 따라서 의도된 특성에 일치하는 강철을 얻는 것을 가능하게 한다.

물론, 기체는 특히 레이들의 바닥에 삽입된 적어도 하나의 다공성 플러그 또는 액체 금속 내에 직접 잠긴 적어도 하나의 랜스(lance) 등 임의의 형태의 분사기에 의해 액체 금속 내로 분사될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 강철 상에 진공 탈탄 처리를 수행하기에 특히 적절한데, 진공 탈탄 처리를 위해서 60 ppm 미만의 최종 탄소 함량을 얻는 것이 바람직하지만, 본 발명에 따른 방법은 교란이 요구되고 안전 높이가 충족될 것을 필요로 하는 모든 진공 야금 방법에 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 액체 형태인 용융 금속의 진공 처리 방법에 있어서,

   액체 형태인 상기 용융 금속을 야금용 레이들(ladle) 내에 도입하여, 0.4 내지 0.6m의 사이의 안전 높이에 도달할 때까지 상기 용융 금속을 상기 레이들에 채우는 단계; 및

   상기 레이들의 상방의 분위기를 부분 진공으로 하고, 동시에 일시적으로 또는 지속적으로 상기 레이들의 바닥으로 헬륨을 분사하여 상기 용융 금속을 교반함으로써 상기 금속을 처리하는 단계;

   를 포함하는 진공 처리 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 진공 처리 방법은 강철에 적용되는 탈탄(脫炭) 처리(decarburization treatment)용인 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 강철은 탈탄 처리된 후에 60 ppm 미만의 탄소 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 진공 처리 방법은 강철에 적용되는 탈수소 처리용인 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 진공 처리 방법은 강철에 적용되는 탈질소 처리용인 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분사된 헬륨의 유속은 용융 금속 1톤당 1.875 Sl/분 이상인 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 헬륨의 분사는, 상기 용융 금속의 레벨 보다 낮게 가스 분사기가 구비되어 있는 상기 레이들의 벽을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 헬륨의 분사는, 가스 분사기가 구비되어 있는 상기 레이들의 바닥을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.