KR101641348B1

KR101641348B1 - 전기로 안의 금속의 재용해 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101641348B1
Application number: KR1020117030195A
Authority: KR
Inventors: 울리히 비에브리체르; 마이클 프로트즈만; 게르하르트 브룩크만
Original assignee: 에이엘디 배큐움 테크놀로지스 게엠베하
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2016-07-20
Also published as: JP2012529369A; US8662142B2; WO2010142791A1; US20120132385A1; JP5579261B2; EP2440347A1; KR20120037405A; CN102802841B; EP2440347B1; CN102802841A; SI2440347T1

Abstract

본 발명은 전기로 안의 금속을 재용해시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 재료 전극들이 슬래그 배스(slag bath)의 형성에 의해 용융되고 재료 전극들의 용융 금속이 냉각의 결과로서 도가니 장치(10)에서 잉곳 형태로 굳어짐으로써 점진적인 응결 공정때문에 잉곳 베이스(26)로부터 잉곳 성장이 형성되며, 냉각 공정에 영향을 미치기 위해 잉곳 베이스가 가열되며, 잉곳 베이스에 에너지를 직접 인가하여 잉곳 베이스가 가열된다.

Description

전기로 안의 금속의 재용해 방법 및 장치{method and device for remelting metal in an electric furnace}

본 발명은 전기로 내부의 금속을 재용해하는 방법에 관한 것으로서, 점진적인 응결 공정으로 인한 잉곳 베이스로부터 잉곳 성장이 형성되는 것과 같은 방식으로 냉각의 결과로서 재료 전극들은 슬래그 배스(slag bath)의 형성에 의해 용해되고 재료 전극들의 용해된 금속은 도가니 장치에서 잉곳 형태로 굳어지며, 잉곳 베이스는 냉각 공정에 영향을 주기 위해 가열된다. 또한, 본 발명은 전기로에서 금속이 용해되는 동안 잉곳 베이스를 가열하기 위한 장치에 관한 것이다.

일렉트로슬래그 재용해 공정들에 있어서, 재료 전극들은 재료 잉곳들을 생성하기 위해 재용해되고, 재료 잉곳들은 예를 들어, 가장 엄격한 신뢰도 요구조건을 만족해야만 하는 발전소에 사용되는 단조품들과 같이 고품질을 가진 구성요소들의 제조를 위한 반제품으로서 사용된다. 사용되는 시스템 또는 방법들에 대해서, 제1의 어느 하나의 시스템이 굳어진 전극들을 용해에 의해 잉곳이 생성되는 도가니 장치 즉, 소위 슬라이딩 도가니 또는 잉곳 후퇴 시스템인 2개의 시스템들 중에서 하나의 현저한 것은, 연속 슬래브(slab) 형태로 잉곳을 효과적으로 제조하기 위해 도가니 벽과 독립적으로 또는 협력하여 이동될 수 있는 도가니 바닥이 제공된다. 소위, 정지 도가니 시스템에 있어서, 재료 전극들은 그 선형 치수에 대해 구획된 잉곳으로 재용해되고, 이 경우에 사용되는 도가니 장치는 고정된 도가니 바닥을 가진다.

잉곳의 재료 품질에 필수적인 냉각 공정의 과정 특히, 잉곳의 하단에 의해 형성되는 잉곳 베이스의 영역을 제어하기 위해, 정지 도가니 시스템에 가열 가능한 방식으로 사용되는 도가니 장치의 도가니 바닥이 알려져 있다. 이 경우, 잉곳과 접촉하는 도가니 바닥의 바닥 플레이트는 간접적으로 담금질된다. 예를 들어, 물 또는 기름과 같은 열전달 매체는 담금질 공정을 위해 사용된다. 결과적으로, 잉곳 베이스로의 열전달이 도가니 바닥의 바닥 플레이트를 통해 실현되기 전에 열전달 매체가 초기에 적절한 에너지 캐리어에 의해 필요한 온도로 가열될 필요가 있기 때문에, 도가니 내부의 잉곳 덩어리는 간접적으로 담금질 된다. 따라서, 알려진 가열 방법은 상대적으로 취약하기 때문에 잉곳 베이스의 가열 동안 필요한 온도 프로파일을 얻기가 거의 불가능하다. 또한, 잉곳 베이스의 표면 영역에서 잉곳 베이스의 수축이 발생하기 때문에 잉곳 베이스는 종종 그 전체 표면적에 걸쳐 바닥 플레이트와 직접 접촉하지 않는다.

또한, 특이한 문제는 바닥 플레이트가 적정한 열전달을 얻기 위해 구리 또는 구리 합금으로 구성된다는 사실 때문에, 바닥 플레이트의 온도는 그 재료 때문에 대략 200℃로 한정된다는 것이다. 따라서, 종래의 잉곳 베이스 가열 공정은 한편으로는 약간의 온도 구배를 얻을 수 있고 다른 한편으로는 잉곳 베이스의 상대적으로 작은 온도 증가를 얻을 수 있을 뿐이다.

본 발명의 목적은 보다 높은 온도 구배를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 잉곳 베이스를 최대로 가열시킬 수 있는 잉곳 베이스 가열 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 방법은 청구항 1의 특징들에 따라 수행된다. 유용한 변형들은 종속항들의 목적을 형성한다.

본 발명에 따른 전기로 내부의 금속의 재용해 방법에서, 재료 전극들은 슬래그 배스를 형성하기 위해 용해되고 재료 전극들의 용해된 금속은 점진적인 응결 공정에 따라 잉곳 베이스로부터 잉곳 성장이 형성되는 것과 같은 방식으로 냉각의 결과로서 도가니 장치에서 잉곳 형태로 굳어지며, 에너지를 이용하여 잉곳 베이스에 직접 작용하여 응결 공정에 영향을 주기 위해 잉곳 베이스는 가열된다.

그러한 직접적인 에너지의 부가는 잉곳 베이스의 가열 동안 보다 높은 온도 구배를 얻을 수 있는 한편 잉곳 베이스 온도를 가능한 최대로 증가시킬 수 있게 된다.

결과적으로, 본 발명의 방법은 잉곳 성장 동안 응결 공정의 진행에 영향을 미치게 되는 보다 더 효과적인 옵션을 제공한다. 이것은 고체/액체 계면의 이동에 따른 응결 공정에서 잉곳 베이스로부터 그 길이가 길어지는 것을 고려하면 더욱 더 명백해 질 것이다. 결과적으로, 잉곳 베이스의 영역에서의 온도 레벨 또는 온도 프로파일의 변화 역시 잉곳의 응결 동안 잉곳 베이스로부터의 보다 더 큰 간격에서 구조적 조성물에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 잉곳 베이스의 직접 가열은 실제의 잉곳 베이스로부터 상대적으로 더 멀리 놓여진 위치들에서 잉곳의 미세구조에 영향을 미칠 수 있다. 이것은 본 발명의 방법에 상당히 중요한 영향을 미친다.

또한, 본 발명은 잉곳 베이스의 영역에서 최소 표면 온도 또는 냉각 공정 동안 잉곳 표면의 불필요한 크랙의 형성을 방지하기 위한 네커티브(negative) 온도 구배를 제한할 수 있다.

본 발명은 정지 도가니 시스템뿐만 아니라 슬라이딩 도가니 또는 잉곳 후퇴 시스템, 특히 잉곳 베이스의 표면이 직접 작용되는 경우에 동일한 유용한 방식으로 이용될 수 있다.

본 발명의 방법의 특히 유용한 변형에 따르면, 잉곳 베이스는 예를 들어, 에너지 캐리어로서 가스 또는 기름을 사용하는 장치를 사용하여 잉곳에 작용함에 의해 가열될 수 있다. 그러한 가열 장치의 특이한 장점은 버너의 온도가 정확하게 조절될 수 있고 에너지 캐리어의 공급 또는 잉곳 베이스로부터 버너 장치의 간격을 간단히 규제함으로써 신속히 변화될 수 있는 점에서 찾을 수 있다.

대안적 변형에 따라, 전기 에너지가 잉곳에 작용하게 되면, 상응하는 가열 장치는 매우 콤팩트한 방식으로 구현이 가능하고 따라서 필요한 경우 도가니 바닥에 쉽게 통합될 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 잉곳 베이스의 표면에 접촉될 수 있는 유도 가열 접촉 플레이트를 사용할 수도 있다.

또한, 예를 들어, 가열된 유체 흐름 즉, 공기 또는 물이 잉곳 베이스를 직접 겨냥하는 것과 같은 방식의 열전달 매체의 흐름을 잉곳 베이스에 직접 작용시킬 수도 있다.

예를 들어, 잉곳 베이스의 내부 영역보다 더 빨리 냉각하는 잉곳 베이스의 외부 가장자리 영역은 각각의 조건에 근거한 보다 높거나 보다 낮은 온도를 작용시키는 것과 같이 잉곳 베이스의 단면에 걸쳐 한정된 온도 분포가 조절될 수 있는 것과 같이 잉곳 베이스를 가열할 수도 있다.

특히, 잉곳 베이스가 버너 장치에 의해 영향을 받을 때, 예를 들어, 잉곳 베이스의 가장자리 영역의 침탄, 표면 산화 또는 질화 반응을 방지하기 위해 감소된 분위기에서 잉곳 베이스의 가열을 수행하는 것이 바람직할 수도 있다.

전술한 바와 같은 잉곳 베이스의 냉각 또는 응결 후에, 초기에 닫혀진 도가니 바닥은 개구를 형성하고 결과적으로 표면을 직접 가열함에 따른 추가적 냉각을 제어하기 위해 개방될 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 장치는 청구항 10의 특징에 의해 달성된다. 유용한 실시예들은 종속항들의 목적을 형성한다.

용융 금속의 냉각의 결과로서 일렉트로슬래그 재용해 공정 동안 도가니 장치에서 굳어지는 잉곳의 잉곳 베이스를 가열하기 위한 본 발명의 장치에 있어서, 도가니 장치는, 케이싱 벽과 가열 장치에 의해 잉곳 베이스를 직접적으로 가열하기 위해 개구가 마련된 도가니 바닥을 구비하고, 그러한 방식으로 가열 장치에 의해 생성된 가열 에너지는 잉곳 베이스의 재료에 직접적으로 도입된다.

가열 장치는 버너 장치 또는 잉곳 베이스에 전류를 인가할 수 있는 접점(contact) 장치의 형태로 구현될 수 있다.

또한, 대안적으로, 가열 장치는 잉곳 베이스에 열을 무접점식 공급을 허용하기 위해 라디에이터 형태로 구현될 수도 있다.

만약, 가열 장치가 예를 들어, 잉곳 베이스의 분리되어 한정된 영역에서 가열된 유체 흐름을 겨냥하는 노즐을 가진 대류 히터로 구성되면, 일렉트로슬래그 재용해 공정 또는 그와 독립되어 가열 장치를 구현하기 위한 제강 공정의 플랜트 엔지니어링 섹션에서 다른 위치에서 방출되는 폐열을 이용할 수도 있다.

특히, 하나 및 동일한 도가니 장치에 가열 장치의 선택적 사용을 허용하기 위해, 가열 장치를 도가니 바닥과 독립적으로 구현하는 것이 바람직하다.

도가니 바닥에 인접하게 안착된 가열 챔버에 가열 장치를 정열시키면 가열 장치의 유용성이 커지고, 여기서, 프로세스 챔버 형태의 가열 챔버는 특히, 예를 들어, 가열 챔버 내부에서 감소된 분위가와 같은 한정된 공정 분위기를 조절할 수 있다.

만약, 도가니 장치가 도가니 바닥의 영역에 잉곳 베이스 절연부가 마련되면, 본 발명의 장치는 슬라이딩 도가니 시스템과 함께 특히 유용한 방식으로 이용될 수 있으며, 여기서, 잉곳 베이스는 일반적으로 보다 더 빨리 그리고, 슬래그 배스로부터 잉곳 베이스의 부분적으로 큰 간격 때문에 정지 도가니 시스템보다 더 극심하게 냉각된다.

본 발명의 잉곳 베이스 가열 장치 및 방법은 보다 높은 온도 구배를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 잉곳 베이스를 최대로 가열시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 방법의 바람직한 변형 및 본 발명의 장치의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 냉각 과정 동안 도가니 바닥에 배치된 변화 장치를 가진 정지 도가니 시스템을 위한 도가니 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 냉각 과정 동안 도 1에 따른 도가니 장치를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 도가니 장치의 입단면도이다.

도 1은 일렉트로슬래그(electroslag) 재용해 공정에서 정지(stationary) 도가니 시스템 형태의 전기로(미도시)에 사용되는 도가니 장치(10)를 나타낸다. 도 3은 특히, 케이싱 벽(12)을 가진 컵 모양의 도가니 포트(11) 및 도가니 바닥(13)을 구비하는 도가니 장치(10)를 나타낸다. 케이싱 벽(12)은 내부 포트 벽(14)과 외부 포트 벽(15)을 가진 이중 벽 형태로 구현되고, 두 개의 벽들(14)(15) 사이에는 예를 들어, 물 또는 기름과 같은 담금질 매체를 수용하는 기능을 가진 챔버(16)가 형성된다.

도가니 바닥(13)은 그 중앙에 개구(18)가 마련된 바닥 플레이트(17)를 구비한다. 교환 장치(35)의 상호 교환 가능한 캐리어(21)에 배열된 버너 장치 형태의 버너 헤드(22)를 가진 버너 장치(20)는 바닥 플레이트(17) 하부에 배치되고 도 3에 도시된 가열 구성에서 도가니 포트(11)의 중앙 세로 축(19)과 동심원적으로 정렬된다.

도 3에 도시된 가열 구성에서, 가열 장치(20)는 이 경우에 도가니 포트(11)의 부구조물 형태로 구현된 가열 챔버(23) 내부에 안착된다.

도 1은 특히, 레일 장비(24)에 정렬되어 도 1에 따른 냉각 위치로부터 도 3에 따른 가열 위치로 레일 장비(24)를 따라 이동할 수 있는 샤시 형태로 구현된 캐리어(21)를 도시한다. 여기서, 버너 헤드(22)는 개구(18)하부에 위치됨으로써, 도 3에서 단순히 표시된 잉곳 베이스(26) 또는 잉곳 베이스(26)의 표면(27)은 도 3의 화살표들로서 표시된 바와 같이 버너 가스(25)에 의해 직접 영향을 받을 수 있다.

도 3에 따른 설명과 반대로, 가열 챔버(23)는 가열 챔버(23) 내부의 주변들과 독립된 프로세스 분위기를 생성하기 위해 도어들이 마련될 수도 있다.

도 2는 도 1에 따른 냉각 공정 과정에서의 가열 장치(20) 대신에 교환 장치(35)의 상호 교환 가능한 캐리어(21) 위의 바닥 플레이트(17)의 개구(18)에 배열된 바닥 폐쇄 플레이트(29)를 도시한다. 이러한 바닥 폐쇄 플레이트(29)는 가열 공정 동안 도가니 장치(10) 외측에 배열된다. 도가니 바닥(13)의 개구(17)를 닫기 위해서, 냉각 과정 동안 냉각 공정을 촉진하기 위해 냉각 장치를 바람직하게 구비하는 바닥 폐쇄 플레이트(29)는 캐리어(21)에 배치된 리프팅 메커니즘(30)에 의해 개구(18)(도 3 참조) 속으로 삽입된다.

도 3에 따르면, 도가니 바닥(13)에는 냉각 장치(31)가 마련됨으로써, 바닥 플레이트(17)는 실질적으로 크기와 모양이 동일한 벽 플레이트(32)와 함께 개구(18) 주위의 환형의 냉각 또는 담금질 챔버(33)를 구획한다. 필요한 경우, 냉각 장치(31)는 잉곳 베이스(26)의 중앙 영역에 더 많이 열 공급을 집중시킬 수 있다.

10...도가니 장치 11...도가니 포트
12...케이싱 벽 13...도가니 바닥
14...내부 포트 벽 15...외부 포트 벽
16...챔버 17...바닥 플레이트
18...개구 19...중앙 세로 축
20...버너 장치 21...캐리어
22...버너 헤드 23...가열 챔버
24...레일 장비 25...버너 가스
26...잉곳 베이스 27...바닥 폐쇄 플레이트
30...리프팅 메커니즘 32...벽 플레이트
33...담금질 챔버

Claims

재료 전극들이 슬래그 배스(slag bath)의 형성에 의해 용융되고 상기 재료 전극들의 용융 금속이 냉각의 결과로서 도가니 장치(10)에서 잉곳 형태로 굳어짐으로써 점진적인 응결 공정때문에 잉곳 베이스(26)로부터 잉곳 성장이 형성되며, 냉각 공정에 영향을 미치기 위해 상기 잉곳 베이스가 가열되는, 전기로에서 금속을 재용해하는 방법에 있어서,
상기 잉곳 베이스에 에너지를 직접 인가하여 상기 잉곳 베이스가 가열되는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 잉곳 베이스(26)의 표면(27)에 상기 에너지가 가해지는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
버너 장치에 의해 상기 잉곳 베이스(26)에 상기 에너지가 가해지는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 잉곳 베이스(26)를 가열하기 위해 전기 에너지가 사용되는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 잉곳 베이스(26)에 열전달 매체의 흐름(stream)이 작용하는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 잉곳 베이스의 단면에 걸쳐 한정된 온도 분포가 조절될 수 있도록 상기 잉곳 베이스(26)가 가열되는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 잉곳 베이스(26)는 감소된 분위기에서 가열되는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 1에 있어서,
냉각 과정에서 상기 잉곳 베이스의 사전(previous) 냉각에 이어서 가열 과정에서 상기 잉곳 베이스(26)가 가열되는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
청구항 8에 있어서,
잉곳 베이스의 온도에 따라 상기 냉각 과정으로부터 상기 가열 과정으로의 변화가 발생되는 것을 특징으로 하는 금속 재용해 방법.
재료 전극의 용융 금속의 냉각의 결과로서 일렉트로슬래그 재용해 공정 동안, 케이싱 벽(12) 및 잉곳 베이스(26)를 가열하기 위한 가열 장치(20)(28)가 마련된 도가니 바닥(13)을 구비하는 도가니 장치(10)에서 굳어지는 잉곳의 잉곳 베이스(26)의 가열 장치에 있어서,
상기 도가니 바닥은 상기 잉곳 바닥에 직접적으로 작용시키기 위한 개구(18)가 마련됨으로써, 상기 가열 장치에 의해 생성된 가열 에너지가 상기 잉곳 베이스에 직접적으로 도입되는 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 가열 장치(20)는 버너 장치의 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 가열 장치는 접점(contact) 장치의 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 가열 장치는 라디에이터 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 가열 장치는 대류 히터 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 장치(20)(28)는 상기 도가니 바닥(13)에 독립적으로 구현된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 가열 장치(20)(28)는 상기 도가니 바닥에 인접하게 배치된 가열 챔버(23)에 정렬된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 가열 챔버는 공정 챔버 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 도가니 장치는 상기 도가니 바닥의 영역에 잉곳 베이스 절연부가 마련된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 가열 장치(20)와 상기 도가니 바닥(13)의 상기 개구(18)를 폐쇄하기 위한 바닥 폐쇄 플레이트(29)는 상기 바닥 폐쇄 플레이트와 상기 가열 장치는 상기 도가니 바닥 위에서 교대로 위치시킬 수 있는 교환 장치(35)에 배치된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 바닥 폐쇄 플레이트는 냉각 장치가 마련된 것을 특징으로 하는 잉곳 베이스 가열 장치.