KR100878663B1 - 고효율 용강 정련방법 - Google Patents

Abstract

고효율 용강 정련방법이 제공된다.

본 발명의 정련방법은, 용강이 수용된 래들을 진공조의 침적관에 침적시키는 단계; 상기 진공조를 감압한후 그 하부로부터 취입되는 환류가스를 이용하여 용강을 순환정련시키는 단계; 및 그 진공배기장치의 스팀 드레인밸브를 개방하면서 스팀 매인밸브는 차단한후, 질소복압밸브와 공기흡입밸브를 연속적으로 개방함으로써 상기 진공조의 진공도를 대기압으로 환원시키는 단계를 포함하여 구성된 진공탈가스 설비를 이용한 용강의 정련공정에 있어서,

상기 질소복압밸브를 상기 진공조의 진공도 650Torr에서 닫은후, 상기 공기흡입밸브를 개방함과 동시에 상기 래들을 하강시켜 상기 진공조내로 슬래그가 진공흡입될때, 상기 진공조내에 조제재를 투입함으로써 진공조내에서 슬래그를 탈산하는 것을 특징으로 한다.

용강슬래그, 탈산, 조제재, 진공잔압

Description

고효율 용강 정련방법{Method of refining the molten steel in an efficient manner}

도 1은 일반적인 진공 탈가스 설비를 나타내는 개략도이다.

도 2는 진공탈가스 설비를 이용한 진공정련 작업시 용강의 유동상태를 나타내는 개략도이다.

도 3은 종래의 진공정련공정에서 조제재 투입을 나타내는 사시도이다.

도 4는 진공도에 따른 용강높이 변화를 나타내는 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 진공정련공정에서 조제재 투입을 타타내는 사시도이다.

도 6은 본 발명의 조제재 투입에 따른 2차반응을 나타내는 개략도이다.

도 7은 본 발명의 조제재 투입과정을 나타내는 플로우 챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1.... 용강 래들(Ladle) 2....용강

3....슬래그 4....침적관

5....환류가스노즐 6....진공조

7....합금투입구 8....가스쿨러(Gas cooler)

9....진공밸브 10....로터리 피더

11....복압밸브 12....냉각수 펌프

13~15...이젝터 16~17...콘덴샤

18....공기 흡입밸브 19~20....부스터(Booster)

21....스팀 매인밸브 22~26....스팀작동밸브

27....스팀 드래인밸브 28....유압 리프팅

29....조제재 30....배기관

31....조제재 투입호퍼

본 발명은 진공탈가스 설비를 이용한 고효율 용강 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2차정련공정중 용강의 상부에 존재하여 2차 산화반응을 일으켜 강의 청정성에 치명적 악영향을 미칠 뿐만 아니라 주조중 발생되는 노즐막힘과 성분이상의 주요인이 되는 슬래그층을 효과적으로 탈산시킬 수 있는 고효율 용강 정련방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 진공 탈가스 설비를 나타내는 개략도이며, 도 2는 진공탈가스 설비를 이용한 진공정련 작업시 용강의 유동상태를 나타내는 개략도이다. 이러한 도 1~2의 진공탈가스 설비를 이용하여 용강을 정련하는 공정을 약술하면 다음과 같다.

즉, 용강이 수용된 래들(ladle)(1)을 유압리프팅(28)을 이용하여 진공조(6)의 일부분인 침적관(4)에 침적시킨다. 그리고 상기 진공조(6)를 완전 밀폐시킨 다음 스팀 장치, 즉, 진공배기장치(21~27)를 작동시켜 각 이젝터(ejector)(13~15)와 부스터(booster)(19~20)에 고압의 스팀을 분사함과 동시에 냉각수 펌프(12)에서 각 콘덴샤(condenser)(16~17)로 분사하면 흡입과 응축력의 작용으로 진공이 생성된다. 한편, 상기 진공배기장치는 스팀 매인밸브(21),스팀작동밸브(22~26) 및 스팀 드래인밸브(27)로 구성되어 있다.

이렇게 생성된 진공이 배기관(30)을 통하여 진공조(6)를 감압한 상태에서 침적관(4) 한부분에 설치된 환류가스노즐(5)을 통하여 환류가스를 취입하게되면, 도 2와 같이, 공기 양수펌프의 원리에 의해 용강이 기포와 혼합된 상태로 상승하여 진공조(6)안으로 올라가고 위치에너지의 원리에 따라 다시 한쪽으로 낙하하는 형태를 일정하게 반복하게 된다. 이와 같이, 환류가스에 의해 용강의 상승과 하강을 반복하면서 합금투입구로(7) 각종 합금철을 투입하여 원하는 강 특성에 부합하는 용강을 정련할 수 있는 것이다.

한편, 이러한 진공원리에 의해서 용강이 환류 되는 것과는 별도로 존재하는 영역이 슬래그(Slag)(3)이며,주요성분은 T.Fe, CaO, SiO₂, MnO, Al₂O₃로 구성되어 있다. 이러한 슬래그층은(3) 탈산되지 않고 산소함량이 높은 상태로 존재하다가 그 일부는 처리중에 용강에 흡수되지만 대부분 용강과 별도의 층을 이루고 있다. 그런 데 상기 슬래층(3)을 구성하는 약산화물인 FeO,MnO의 성분이 용강에 지속적으로 산소를 공급시켜 용강중 Al을 산화시켜 Al₂O₃형태의 산화물을 형성시키며, 이렇게 형성된 산화물이 용강내 존재할 경우, 연주노즐막힘 및 표면결함을 일으키거나 재품내에 존재하여 냉간압연시 제품결함을 발생시키는 작용을 한다.

따라서 이러한 작용을 유발하는 용강중 Al₂O₃ 산화물 발생을 억제하기 위하여, 슬래그(3)의 조성을 적절하게 제어하는 방법으로 일반적으로 Fe 및 Mn 대비 산소친화력이 높은 원소를 슬래그중에 투입하여 FeO 및 MnO를 환원시킨다. 예컨데, Al 40% 이상, CaO 20~30%, T.Fe 1.5%이하, 수분1.5%이하, Al₂O₃ 5%이하, SiO₂ 10.0%이하(대표성분 Al 48.5%, CaO 27%,수분 0.44%, Al₂O₃ 1.08%, SiO₂ 0.77%), 잔부 불순물로 이루어진 조제재를 슬래그중에 투입하므로서 하기 반응식 1에 의해 슬래그의 탈산을 기할수 있다.

2Al + 3FeO = Al₂O₃ + 3Fe

도 3은 종래의 진공정련공정에서 조제재 투입을 나타내는 사시도이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 종래에는 정련처리 완료후 래들 리프팅(Ladle)(28)에 의해 래들을 하강시켜 용강(2) 상부에 슬래그층(3)을 형성시킨다. 그리고 여기에 조제재 투입호퍼(31)의 슈터(chute)를 통하여 조제재(29)를 투입하여 슬래그를 탈산시켰 다.

그러나 이러한 종래방법에서는 래들(2)이 진공조(6)와 침적관(4)을 벗어난 상태에서 슬래그(3)층을 탈산하므로 슬래그와 조제재를 반응을 시킬려면 다른 물리적인 힘으로 굳어있는 슬래그층을 파쇄하고 혼합 시켜야하는 과정이 필요하였다. 따라서 종래에는 도3에서와 같이 래들 리프팅(28)에 의해 래들을 하강시킨후 용강(2)상부에 조제재 투입호퍼(31)의 슈터를 통하여 조제재를 슬래그층(3)에 투입시키고 하강되어진 래들을 다시 래들 리프팅에(28) 의해 상승시켜 슬래그층을(3) 침적관으로 침적을 여러번시켜 반응을 촉진시키는 방법을 사용하였다.

그러므로 이러한 방식은 아래의 점에서 비효율적이다. 첫째, 침적되는 부분에 국한되어 반응하므로 래들내에 총 4.1톤에 달하는 슬래그량중 1.5~2톤정도가 반응하지 못한 상태로 경화될 수 있으므로, 래들을 내리고 조제재를 투입하고 다시 래들을 올리는 일련의 과정들을 반복해야 함에 따라 많은 시간손실이 발생되어 조업의 불안을 야기할 수 있다. 둘째로, 래들내에서 반응시키므로 슬래그내의 산소와 조제재 성분중의 Al성분이 반응하면서 발생하는 화염과 분진 그리고 섬광은 환경오염의 원인으로 작용하는 문제점을 안고있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 곳으로, 진공탈가스 설비를 진공정련공정에서 그 진공정련완료후 진공조내의 진공도를 대기압으로 환원시키는 과정을 이용하여 래들내 용강을 진공조내로 흡입시킨후, 조제재를 투입함으로써 용강중 슬래그의 효과적인 탈산을 가능하게 하는 고효율의 용강 정련 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

용강이 수용된 래들을 진공조의 침적관에 침적시키는 단계; 상기 진공조를 감압한후 그 하부로부터 취입되는 환류가스를 이용하여 용강을 순환정련시키는 단계; 및 그 진공배기장치의 스팀 드레인밸브를 개방하면서 스팀 매인밸브는 차단한후, 질소복압밸브와 공기흡입밸브를 연속적으로 개방함으로써 상기 진공조의 진공도를 대기압으로 환원시키는 단계를 포함하여 구성된 진공탈가스 설비를 이용한 용강의 정련공정에 있어서,

상기 질소복압밸브를 상기 진공조의 진공도 650Torr에서 닫은후, 상기 공기흡입밸브를 개방함과 동시에 상기 래들을 하강시켜 상기 진공조내로 슬래그가 진공흡입될때, 상기 진공조내에 조제재를 투입함으로써 진공조내에서 슬래그를 탈산하는 것을 특징으로 하는 고효율의 용강 정련방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

전로에서 1차정련된 용강은 진공탈가스 설비에서 다시 2차정련되는데, 이러한 진공탈가스 설비를 이용한 용강의 구체적인 정련공정은 상술한 바와 같다.

이와 같은 정련과정은 1~30Torr의 진공도를 갖는 진공조를 통하여 일반적으로 수행되며, 상술한 도 2와 같이, 환류법으로 진공정련처리를 한후 용강의 성분과 온도가 균일해지고 탈가스작업이 목표치에 도달되면 그 처리를 종료하게 된다.

본 발명은 이와 같이 진공탈가스 설비를 이용하여 용강정련을 완료한후, 그 진공도를 대기압하로 환원시킬때 그 진공시퀀스를 최적으로 제어함으로써 진공탈가스 설비의 진공조내로 슬래그를 흡입하고, 이때 조제재를 투입하여 진공조내에서 슬래그를 탈산시킴을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 4는 진공도에 따른 용강높이 변화를 나타내는 개략도이며, 도 5는 본 발명에 따른 진공정련공정에서 조제재 투입을 나타내는 사시도이다.

도 4와 같이, 통상의 진공탈가스 설비를 이용한 정련공정에서 용강의 정련완료후, 진공조의 진공을 낮추어 용강높이를 침적관(4) 하부까지 내린 다음 대기압(760Torr)으로 진공도를 해제시키고, 래들(1)의 용강을 침적관(4)을 포함한 진공조(6)에서 분리시킨다.

이때, 진공조의 진공도에 따라 용강이 어느 정도의 높이로 순환되는 것이 결정되는데, 그 진공도에 따른 용강의 높이는 그 진동도가 높을수록 커지며, 일반적으로 하기 관계식 1과 같이 구할 수 있다.

[관계식 1]

H = (760-진공도)×13.6/7.0 - (A - 침적깊이)

여기에서, H는 진공조의 하부조 하단에서부터 용강표면까지의 높이를 말하며, A는 침적관 하단부터 진공조의 하부조 하단까지의 높이(1700mm)를 말하고 이값은 고정수치이다. 그리고 7.0은 용강비중을 나타내며, 13.6은 수은비중을 나타낸 다.

상기 관계식 1을 이용하여 그 침적깊이가 600mm일때 진공도 변화에 따른 용강표면의 높이(H)를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. 여기에서, 침적깊이는 용강을 침적관에 담그는 높이로 침적관(4) 높이가 총 800mm이므로 통상 600mm정도 침적시킨후에 처리작업을 하는데 절대값이 아니라 500mm, 400mm로 침적시키고도 작업 할수 있는데 침적깊이가 깊으면 관계식상으로 용강의 높이가 높아진다.

표 1에 나타난 바와 같이, 진공조의 진공도가 높을수록 용강표면의 높이가 높아짐을 알 수 있으며, 그 진공도가 낮은 경우(200Torr 미만)에서는 그 높이가 (하부조 바닥을 "0"로 설정했을경우)(-)값을 가짐을 알 수 있다. 한편, 표 1에서 600mm 침적시 용강높이는 하부조 바닥을 기준으로 하여 진공도에 따른 용강높이를 나타난 값이며, 용강표면의 높이는 침적된 높이를 제외한 나머지 부분을 가르킨다.

진공도(Torr)	600mm 침적시 용강높이(mm)	용강표면에서의 높이(mm)
700	-984	116
200	-12	1088
100	182	1282
50	279	1379
15	347	1447
5	366	1466
1	376	1476

상기와 같이 용강의 정련완료후, 진공조 진공도를 해제하는 구체적인 방법은 다음과 같다. 즉, 도 1에서의 스팀(steam)(21~26) 의 통입을 중단하면 진공발생의 근원인 흡입력과 응축력이 소멸되므로 진공이 서서히 깨지기 시작한다. 다시 말하 면, 진공탈가스 설비의 진공배기장치중 스팀 드레인밸브(27)를 개방하면서 스팀 매인밸브(21)를 차단하면 진공조의 진공이 서서히 무너지기 시작하며, 더욱이 강제로 급속히 대기압으로 가기위해 질소복압밸브(11)를 개방함으로써 진공조(6)내로 플러스압인 가스를 불어넣어 신속히 대기압으로 환원된다.

그런데 과잉복압현상(과다한 가스의 주입으로 진공조(6)의 압이 포화상태가 되어 용강이 외부로 비산되는 현상)을 방지하기 위하여, 상기 복압밸브(11)를 진공도 650Torr에서 닫으며, 그 잔압제거를 위해 공기흡입밸브(18)를 열어 나머지 압을 제거한다.

한편, 본 발명에서는 이러한 잔압을 이용하여 슬래그층(3)을 진공조(6)내부로 흡입한후, 조제재를 투입하여 슬래그를 탈산함을 특징으로 한다.

상세하게 설명하면, 상기 질소복압밸브(11)를 진공도 650Torr에서 닫은후, 상기 공기흡입밸브(18)를 개방함과 동시에 상기 래들(1)을 하강시키면(바람직하게는, 600mm의 침적깊이에서 분당 2.5m의 속도로 하강시키면) 그 진공도가 대략 700토르(Torr) 시점에서 도 5와 같이 슬래그층(3) 접점이 이루어진다. 그리고 진공조의 700Torr의 흡입력에 의해 순간적으로 슬래그(3)가 흡입되어 진공조(6)내부 즉 하부조 하부를 덮게된다. 이러한 진공도 700Torr에서는 상기 표 1과 같이 용강탕면에서의 높이가 116mm로 낮고 진공흡입이 미미하여 비중이 7.0인 용강의 흡입은 없고 비중이 2.4인 슬래그만 흡입된다.

본 발명에서는 이때, 조제재 로터리 피더(Rotary feeder)(10)를 기동시켜 조 제재(29)를 진공조(6)내 합금투입구(7)로 투입한다. 이렇게 투입된 조제재는 진공조(6) 내부의 고온-약1000C 이상-에 의해 용융상태로 변하면서 하부의 슬래그상으로 낙하됨으로 신속하게 슬래그(3) 탈산반응을 일어나게 하며, 아울러, 잔압이 완전히 제거되면서, 도 6과 같이, 위치에너지에 의해 용융된 조제재와 반응된 슬래그가 하부로 낙하하면서 래들상에서 다시 2차 탈산 반응을 일으켜 완전탈산을 기대할 수 있다.

본 발명은, Al 30~50%,CaO 40~60% 및 FeO 5%로 이루어지고 입자가 3~5mm의 원형으로 되어 있는 통상의 것을 조제재로 이용할 수 있으며, 조제재의 특정한 조성범위에 제한되는 것은 아니다.

도 7은 본 발명의 조제재 투입과정을 나타내는 플로우 챠트로써, 상술한 진공시퀸스를 최적으로 제어함으로써 진공탈가스 설비의 진공조내로 슬래그를 흡입하고, 이때 조제재를 투입하여 진공조내에서 슬래그를 탈산시키는 본원발명의 특징을 잘 제시하고 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

전로로 부터 정련된 용강 350톤을 RH 진공탈가스 장치에 장입하여 탈탄정련하여 동일한 강종의 극저탄소강 제조용 용강을 연속하여 제조하였다. 그리고 이러한 용강의 탈탄정련 완료후, 그 용강상부에 형성되는 슬래그층을 탈산시켰으며, 이 때 그 슬래그층을 탈산시키는 기구를 달리하였다.

즉, 탈탄정련 완료된 일부 용강 시료에 대해서는, 종래와 동일하게 그 진공탈탄설비의 진공조의 진공도를 대기압으로 환원시킨후, 조제재를 래들로 투입하여 슬래그층을 탈산시켰다. 그리고 나머지 일부 용강시료에 대해서는 본 발명과 동일하게 진공조의 진공도를 대기압으로 환원시키는 과정에서 그 진공잔압을 처리할때, 진공조내로 슬래그를 흡입하고, 이어 조제재를 진공조내에서 투입하여 진공조내에서 슬래그를 탈산처리하였다. 한편, 이때 각각 투입된 조제재량은 하기 표 2 및 표 3과 같이 RH설비 도착산소(ppm)와 산소취입량을 고려하여 투입하였다.

RH 도착산소(ppm)	500이하	501~550	551~600	601이상
조제재투입량(kg)	50	80	100	120

산소취입량(Nm)	1~50	51~100	101~150	151~200	201~250	251~
조제재투입량(kg)	50	80	120	150	200	250

이와 같이 슬래그층이 탈산처리된 용강 슬래그를 채취하여 그 성분을 분석하여 그 결과를 하기 표 4 및 표 5에 나타내었으며, 이러한 슬래그 성분에 기초한 산화도를 계산하여 또한 하기 표들에 나타내었다. 한편, 여기서 표 4은 종래의 방법으로 슬래그가 탈산된 경우의 결과치이며, 표 5는 본 발명법으로 슬래그를 탈산 경우의 결과치이다.

시료	슬래그 조성성분(중량%)					산화도	조제재 투입량(kg)
	T-Fe	CaO	SiO2	MnO	Al2O3
1	9.65	40.42	10.81	7.04	30.36	16.69	200
2	7.03	40.13	8.82	2.58	32.14	9.61	180
3	10.81	41.28	9.34	2.11	26.52	12.92	330
4	7.71	41.49	9.51	2.40	30.02	10.11	250
5	8.81	37.44	7.45	3.10	33.7	11.91	220
6	9.52	32.94	5.47	3.70	36.67	13.22	200
7	8.92	42.65	9.10	2.45	25.72	11.37	230
8	7.99	41.78	9.27	3.04	27.26	11.03	260

시료	슬래그 조성성분(중량%)					산화도	조제재 투입량(kg)
	T-Fe	CaO	SiO2	MnO	Al2O3
1	5.88	41.62	8.98	1.93	32.22	7.81	180
2	5.09	42.93	8.98	1.88	32.73	6.97	220
3	5.43	43.09	8.04	2.08	29.19	7.51	200
4	4.62	42.79	9.75	1.78	32.63	6.40	190
5	5.36	42.78	9.86	3.0	29.76	8.36	250
6	3.98	40.72	8.59	1.33	36.45	5.31	210
7	3.57	39.57	8.93	2.04	24.35	5.61	220
8	6.31	39.36	12.56	2.29	27.22	8.60	230

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 종래법으로 탈산층을 탈산하는 경우, 슬래그중 T-Fe+ MnO량이 상당히 높음을 알 수 있다. 또한, 그 산화도도 10% 이상임을 알 수 있다.

이에 대하여, 본 발명법으로 슬래그층을 탈산시킨 표 5의 경우 슬래그중 T-Fe+ MnO량이 낮을 뿐만 아니라 그 산화도도 9% 미만으로 모두 우수한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명법으로 용강 슬래그층을 탈산시킬 경우, 종래법에 대비 40~50%수준의 실수율 향상을 가져올 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 진공탈가스 설비를 이용하여 용강정련을 완료한후, 그 진공조의 진공도를 대기압하로 환원시킬때 그 진공시퀀스를 최적으로 제어함으로써 진공조내에서 용강 슬래그를 조제재로 탈산시킴으로써 품질이 우수한 용강을 제조할 수 있다. 또한 고비용의 조제재를 절감할 수 있으며, 진공조내의 반응으로 분진 및 화염을 차단할 수 있는 효과도 있다.

Claims (1)

1. 용강이 수용된 래들을 진공조의 침적관에 침적시키는 단계; 상기 진공조를 감압한후 그 하부로부터 취입되는 환류가스를 이용하여 용강을 순환정련시키는 단계; 및 그 진공배기장치의 스팀 드레인밸브를 개방하면서 스팀 매인밸브는 차단한후, 질소복압밸브와 공기흡입밸브를 연속적으로 개방함으로써 상기 진공조의 진공도를 대기압으로 환원시키는 단계를 포함하여 구성된 진공탈가스 설비를 이용한 용강의 정련공정에 있어서,

   상기 질소복압밸브를 상기 진공조의 진공도 650Torr에서 닫은후, 상기 공기흡입밸브를 개방함과 동시에 상기 래들을 하강시켜 상기 진공조내로 래들중 슬래그가 진공흡입될때, 상기 진공조내로 조제재를 투입함으로써 진공조내에서 슬래그를 탈산시키는 것을 특징으로 하는 고효율의 용강 정련방법

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