KR101729191B1 - Manufacturing method for low-carbon manganese ferroalloy using complex top blowing of refining converter - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법은, 전로본체에 고탄소 망간계 합금철 용강을 장입하는 장입단계; 상기 용강의 상부면을 향해 산소로 이루어진 제1 상취가스를 상취하며, 상기 용강의 내부에서 횡방향으로 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제1 횡취가스를 횡취하는 제1 탈탄단계; 및 탄소 임계점으로부터 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 상취가스를 상기 용강의 상부면을 향해 상취하며, 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 횡취가스를 상기 용강의 내부에서 횡방향으로 횡취하는 제2 탈탄단계를 포함하되, 상기 탄소 임계점은 상기 용강 탈탄속도의 2차 미분값이 음수로 전환되는 지점이며, 상기 제2 탈탄단계에서는 하기의 식 1에 의해 산출되는 산소요구량(WO)에 따라 제2 상취가스 및 제2 횡취가스를 취입한다.The method for manufacturing low-carbon manganese-based alloyed iron using the composite iron scouring according to an embodiment of the present invention includes: charging a high-carbon manganese-based alloyed iron-containing steel into a converter body; A first decarburization step of taking up a first offgas gas made of oxygen toward the upper surface of the molten steel and transversely taking a first transversal gas composed of a mixed gas of oxygen and an inert gas laterally in the molten steel; And a second offgas gas composed of a mixed gas of oxygen and an inert gas from a carbon critical point toward the upper surface of the molten steel and a second entangled gas composed of a mixed gas of oxygen and an inert gas is introduced into the molten steel in a lateral direction Wherein the carbon critical point is a point at which a secondary differential value of the molten steel decarburization rate is converted to a negative value, and in the second decarburization step, an oxygen demand amount W O The second pickling gas and the second pickling gas are blown.
Description
본 발명은 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철의 제조방법에 관한 것이며, 상세하게는 고탄소 망간계 합금철로부터 복합상취 정련을 이용하여 효과적으로 저탄소 망간계 합금철을 제조할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing low-manganese-based alloyed iron using a composite iron scouring, and more particularly, to a method for producing a low-carbon manganese-based alloyed iron from a high carbon manganese- .
중저탄소 망간계 합금철을 제조하는 제조방법에는 실리사이드(siliside)법과 전로법이 있다. 실리사이드법은 망간광석, 규석, 조재제 및 환원제로서 탄재를 전기로에 장입하고 환원정련을 행하여 실리콘망간 합금 용탕을 제조한다. 제조된 실리콘망간 합금 용탕을 별도의 전기로로 옮긴 후 망간광석을 투입하며, 망간의 환원 및 실리콘의 재산화를 통해 중저탄소 망간계 합금철을 제조한다. 전로법은 용융된 고탄소 망간계 합금철에 산소를 불어넣어 용탕중의 탄소와 산소간의 탈탄반응을 통해 중저탄소 망간계 합금철을 제조한다. 전로법은 용탕의 상부에서 산소를 불어넣는 상부랜스 및 용탕의 하부측에서 산소를 불어넣는 튜이어를 이용하여 용탕을 유통시킴과 통시에 탈탄시킨다. A manufacturing method for producing a medium-low carbon manganese based alloy iron is a siliside method and a converter method. The silicide method is a method of charging silicon carbide as a manganese ore, a zircon, a conditioning agent, and a reducing agent into an electric furnace and performing a reduction refining to produce a silicon manganese alloy melt. The produced silicon manganese alloy molten metal is transferred to a separate electric furnace, and manganese ore is charged. The manganese reduction and the reoxidization of silicon are performed to produce a low carbon manganese based alloy iron. In the converter method, oxygen is blown into molten high carbon manganese-based alloyed iron to produce low-carbon manganese-based alloyed iron through decarburization reaction between carbon and oxygen in the molten metal. The converter method uses an upper lance that blows oxygen from the upper part of the molten metal and a tuyer that blows oxygen from the lower side of the molten metal to decantate the molten metal and decontaminate the molten metal.
본 발명은 고탄소 망간계 합금철로부터 복합상취 정련을 이용하여 효과적으로 저탄소 망간계 합금철을 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to provide a production method capable of effectively producing low-carbon manganese-based alloy iron from a high-carbon-manganese-based alloy steel using composite iron scouring.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and drawings.
본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법은, 전로본체에 고탄소 망간계 합금철 용강을 장입하는 장입단계; 상기 용강의 상부면을 향해 산소로 이루어진 제1 상취가스를 상취하며, 상기 용강의 내부에서 횡방향으로 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제1 횡취가스를 횡취하는 제1 탈탄단계; 및 탄소 임계점으로부터 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 상취가스를 상기 용강의 상부면을 향해 상취하며, 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 횡취가스를 상기 용강의 내부에서 횡방향으로 횡취하는 제2 탈탄단계를 포함하되, 상기 탄소 임계점은 상기 용강 탈탄속도의 미분값이 음수로 전환되는 지점이며, 상기 제2 탈탄단계에서는 하기의 식 1에 의해 산출되는 산소요구량(WO)에 따라 제2 상취가스 및 제2 횡취가스를 취입한다.The method for manufacturing low-carbon manganese-based alloyed iron using the composite iron scouring according to an embodiment of the present invention includes: charging a high-carbon manganese-based alloyed iron-containing steel into a converter body; A first decarburization step of taking up a first offgas gas made of oxygen toward the upper surface of the molten steel and transversely taking a first transversal gas composed of a mixed gas of oxygen and an inert gas laterally in the molten steel; And a second offgas gas composed of a mixed gas of oxygen and an inert gas from a carbon critical point toward the upper surface of the molten steel and a second entangled gas composed of a mixed gas of oxygen and an inert gas is introduced into the molten steel in the lateral direction Wherein the carbon critical point is a point at which the differential value of the molten steel decarburization rate is converted to a negative value, and in the second decarburization step, the oxygen demand W o calculated by the following
<식 1><
WO = {(WCT-WCC)/12}*16/EO W O = {(W CT -W CC ) / 12} * 16 / E O
식 1에서, WO는 산소요구량(g), WCT는 용탕 내에 포함된 총 탄소량(g), WCC는 탄소 임계점까지 제거된 탄소량(g), EO는 산소효율을 의미한다. In
상기 식 1의 산소효율(E0)은 0.75 ~ 0.85일 수 있다.The oxygen efficiency E 0 of the
상기 불활성 기체는 아르곤가스(Ar) 및 질소가스(N2)를 포함하는 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The inert gas may be any one selected from the group consisting of argon gas (Ar) and nitrogen gas (N 2 ).
상기 제2 상취가스는 산소와 불활성기체의 혼합 비율이 1: 0.05 ~ 1.5일 수 있다.The second offgas gas may have a mixing ratio of oxygen and an inert gas of 1: 0.05 to 1.5.
상기 제2 상취가스는 난류로 형성되어 상취될 수 있다.The second offgas gas may be formed into a turbulent flow.
상기 제2 상취가스는 레이놀드 넘버(Raynold Number)가 2100 이상일 수 있다.The second offgas gas may have a Raynold Number of 2100 or more.
상기 제2 탈탄단계는, 상기 제2 상취가스의 유량이 상기 제1 탈탄단계에서의 상기 제1 상취가스 유량을 유지하도록 상취할 수 있다.The second decarburization step may be performed so that the flow rate of the second offgas gas is maintained to maintain the first offgas gas flow rate in the first decarburization step.
상기 제1 및 제2 상취가스의 유량은 2000 ~ 2400 Nm3/hr일 수 있다.The flow rate of the first and second offgas may be 2000 to 2400 Nm 3 / hr.
상기 제2 탈탄단계에서의 전로본체 내의 CO 기체 분압은 0.550 ~ 0.778일 수 있다.The partial pressure of CO gas in the converter body in the second decarburization step may be 0.550 to 0.778.
본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철의 제조장치는, 용탕을 수용 가능한 공간이 내부에 형성된 전로본체; 상기 전로본체의 하부측 측벽에 배치되어 상기 공간에 수용된 용탕 내부에서 횡방향으로 횡취가스를 횡취가능한 튜이어유닛; 상기 공간에 수용된 용탕의 상부면을 향해 상취가스를 상취하되, 산소로 이루어지는 제1 상취가스 및 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 상취가스 중 선택적으로 상취가스를 상취하는 랜스유닛; 및 상기 랜스유닛에 전기적으로 연결되어 상기 랜스유닛을 제어하는 제어부를 포함한다.An apparatus for manufacturing low-carbon manganese-based alloy iron using a composite inductively refining method according to an embodiment of the present invention includes a converter body having a space capable of accommodating a molten metal therein; A tuyer unit disposed in a lower side wall of the converter main body and capable of transversely transversely injecting gas in a molten metal accommodated in the space; A lance unit for selectively introducing the off-gas into a second off-gas containing a first off-gas consisting of oxygen and a mixed gas of oxygen and an inert gas, the off-gas being directed toward the upper surface of the molten metal accommodated in the space; And a controller electrically connected to the lance unit to control the lance unit.
상기 랜스유닛은, 산소가 공급되는 산소공급관; 상기 산소공급관에 연결되어 상기 산소공급관에 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급관; 및 상기 불활성기체공급관의 선단에 연결되어 상기 산소공급관의 내부에 배치되며, 복수의 분사홀이 형성되어 상기 제2 상취가스를 난류로 형성하는 디퓨져부재를 포함할 수 있다.The lance unit includes an oxygen supply pipe to which oxygen is supplied; An inert gas supply pipe connected to the oxygen supply pipe to supply an inert gas to the oxygen supply pipe; And a diffuser member connected to a front end of the inert gas supply pipe and disposed in the oxygen supply pipe, wherein the plurality of injection holes are formed to form the second offgas gas in a turbulent flow.
상기 랜스유닛으로부터 상취되는 제2 상취가스는 레이놀드 넘버(Raynold Number)가 2100 이상일 수 있다.The second offgas from the lance unit may have a Raynold Number of 2100 or more.
상기 랜스유닛은, 상기 산소공급관 상에 배치되어 상기 상취가스의 산소량을 조절하는 산소밸브부재; 및 상기 불활성기체공급관 상에 배치되어 상기 상취가스의 불활성기체량을 조절하는 불활성기체밸브부재를 더 포함하고, 상기 튜이어유닛은, 상기 횡취가스의 공급량 및 횡취가스의 혼합비를 조절하는 횡취가스밸브부재를 포함하며, 상기 제어부는 상기 산소밸브부재, 상기 불활성기체밸브부재 및 상기 횡취가스밸브부재를 제어할 수 있다.Wherein the lance unit comprises: an oxygen valve member disposed on the oxygen supply pipe to adjust an amount of oxygen of the outgoing gas; And an inert gas valve member disposed on the inert gas supply pipe to adjust an inert gas amount of the offgas gas, wherein the tuner unit includes an intercepted gas valve for regulating a supply amount of the entrained gas and a mixing ratio of the entrained gas, And the control unit may control the oxygen valve member, the inert gas valve member, and the intercepted gas valve member.
상기 제어부는, 상기 제1 상취가스를 상취하는 상기 랜스유닛이 탄소 임계점으로부터 제2 상취가스를 상취하도록 상기 랜스유닛을 제어하되, 상기 탄소 임계점은 상기 용강 탈탄속도의 미분값이 음수로 전환되는 지점일 수 있다.Wherein the control unit controls the lance unit such that the lance unit superimposing the first offgas gas picks up the second offgas from the carbon critical point, wherein the carbon critical point is a point at which the differential value of the molten steel decarburization rate is converted to a negative value Lt; / RTI >
상기 제어부는, 상기 탄소 임계점으로부터 상기 전로본체 내에 공급되는 산소량이 하기 식 1의 산소요구량(WO)을 만족하도록 상기 랜스유닛 및 상기 튜이어유닛을 제어할 수 있다. The control unit may control the lance unit and the tuyer unit so that the oxygen amount supplied into the converter body from the carbon critical point satisfies the oxygen demand (W O ) in Equation (1).
<식 1><
WO = {(WCT-WCC)/12}*16/EO W O = {(W CT -W CC ) / 12} * 16 / E O
식 1에서, WO는 산소요구량(g), WCT는 용탕 내에 포함된 총 탄소량(g), WCC는 탄소 임계점까지 제거된 탄소량(g), EO는 산소효율을 의미한다. In
상기 식 1의 산소효율(EO)은 0.75 ~ 0.85일 수 있다.The oxygen efficiency (E 0 ) of the
상기 불활성기체는 아르곤가스(Ar) 및 질소가스(N2)를 포함하는 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The inert gas may be any one selected from the group consisting of argon gas (Ar) and nitrogen gas (N 2 ).
본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effect of the method for producing low-manganese-based alloyed iron using the composite iron scouring according to an embodiment of the present invention will be described as follows.
망간계 함금철의 정련과정에 있어서, 산소(O2) 및 산소(O2)와 불활성기체가 혼합된 상취가스를 단계적으로 취입함으로서 최종제품의 망간(Mn) 손실율을 최소화할 수 있다. 또한, 상취가스의 단계적 취입에 있어서 상취유속의 변화 없이 최대유속으로 취입하고, 상취가스를 난류로 형성하여 취입함으로서 탈탄효율을 극대화할 수 있다.The manganese (Mn) loss rate of the final product can be minimized by gradually introducing the offgas mixed with oxygen (O 2 ) and oxygen (O 2 ) and inert gas in the refining process of the manganese ferrofibers. Further, in the stepwise blowing of the offgas gas, it is possible to blow at the maximum flow rate without changing the flow rate of the offgas, and to form the offgas gas into the turbulent flow and blowing it, thereby maximizing the decarburization efficiency.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법은 고품질의 저탄소 망간계 합금철을 생산할 수 있으며, 제조 단가를 효과적으로 절감할 수 있다.Accordingly, the method for manufacturing low-carbon manganese-based alloyed iron using the composite iron scouring according to an embodiment of the present invention can produce high-quality low-carbon manganese-based alloyed iron and can effectively reduce the manufacturing cost.
도 1은 저탄소 망간계 합금철을 제조하는 전로의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법을 개략적으로 나타낸 플로우 차트이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치의 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 탈탄속도와 탈망간속도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 디퓨져부재를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view showing an example of a converter for producing low-carbon manganese-based alloy iron.
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for producing low-carbon manganese-based alloy iron using the composite iron scouring of the present invention.
FIG. 3 is a flow chart schematically illustrating a method of manufacturing low-carbon manganese-based alloyed iron using a composite iron scouring method according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are views schematically showing the operation of the apparatus for manufacturing low-carbon manganese-based alloy iron using the composite iron scouring of the present invention.
6 is a graph showing the decarburization rate and demagnetization rate.
7 is a view schematically showing a diffuser member.
본 발명은 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법에 관한 것으로, 이하에 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다. 또한, 이하에 언급되는 연결은 두 개의 구성요소가 직접적으로 연결되는 경우뿐만 아니라, 다른 매개체를 통해 간접적으로 연결되는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The present invention relates to a method for producing low-carbon manganese-based alloyed iron using a composite iron scouring method, and embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments are provided to explain the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, the shape of each element shown in the figures may be exaggerated to emphasize a clearer description. Also, the connection referred to below should be construed to include not only when two components are directly connected but also indirectly connected through another medium.
도 1은 저탄소 망간계 합금철을 제조하는 전로장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view showing an example of a converter apparatus for producing low-carbon manganese-based alloy iron.
도 1에 도시된 바와 같이 망간계 합금철의 정련작업을 수행하는 전로장치(1)는 내부에 공간(6)이 형성된 전로본체(2)를 구비하며, 전로본체(2)의 공간(6)에는 망간계 합금철 용탕(5)이 수용된다. 전로본체(2)의 하부측에는 용탕(5) 내부에서 횡방향으로 횡취가스를 횡취하는 튜이어(4)가 배치되며, 전로본체(2)의 상부측에는 용탕(5)의 상부면을 향해 상취가스를 상취하는 상부랜스(3)가 배치된다. 튜이어(4) 및 상부랜스(3)는 산소(O2)를 횡취 및 상취하며, 이에 따라 망간계 합금철 용탕(5)의 탈탄반응이 진행된다. As shown in FIG. 1, a
일반적으로, 상부랜스(3)를 통해서 산소(O2)가 공급되며, 튜이어(4)를 통해서는 산소(O2) 및 질소(N2)의 혼합가스 또는 산소(O2)와 아르곤(Ar)의 혼합가스가 공급된다. 상취 및 횡취작업에 의해 전로본체(2)에 수용된 망간계 합금철 용탕(5)은 적절히 유동하며, 공급된 산소에 의해 용탕(5) 내의 탄소(C)가 제거된다.Generally, oxygen (O 2 ) is supplied through the
위와 같은 전로장치(1)를 이용하여 저탄소 망간계 합금철을 제조하는 경우, 다음과 같은 기술적 난점이 존재한다. 상부랜스(3)는 산소(O2)를 지속적으로 공급하여 탈탄작업을 수행하므로, 정련 작업의 후반부에 과량의 산소(O2) 취입에 의한 망간(Mn)의 증발 손실이 발생한다. 또한, 상부랜스(3)에서 공급된 산소(O2)와 용탕(5) 상부면이 직접 맞닿는 부위에서는 산화반응에 의해 급격한 온도 상승이 발생한다. 용탕(5) 상부면의 급격한 온도 상승 따라 망간(Mn)의 증기압이 증가되며, 망간(Mn)의 증발이 촉발된다. 따라서, 정련된 망간계 합금철은 망간(Mn) 함량이 하락하고, 실수율이 저하되는 문제점이 발생한다. 정련 작업에서 망간(Mn)의 증발 손실이 필연적으로 발생하므로, 고품위의 망간광석의 수급이 불안정해 질 경우 일정한 함량 이상의 망간(Mn)을 포함하는 망간계 합금철의 생산이 어려워진다. 따라서, 고품위 망간광석의 수급 불안정시 수요자의 요구에 부응하기 어려워지는 난점이 존재한다. 또한, 정련과정에서의 망간(Mn) 손실을 최소화하기 위하여 상부랜스(3)에서 공급되는 산소(O2)의 유량을 감소시키는 경우, 용탕(5)의 교반력이 약화되어 탈탄효율이 하락하는 문제점이 존재한다.When the low-carbon manganese-based alloy iron is manufactured using the above-described
도 2는 본 발명의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법을 개략적으로 나타낸 플로우 차트이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치의 구동을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 디퓨져부재를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for manufacturing low-carbon manganese-based alloyed iron using the composite iron scouring of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view of a method for manufacturing low- Fig. FIGS. 4 and 5 are views schematically showing driving of a low carbon manganese-based alloy iron manufacturing apparatus using the composite iron scouring of the present invention. 7 is a view schematically showing the diffuser member of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치(10)는 공간(110)이 형성되어 용탕(5)을 수용 가능한 전로본체(100), 전로본체(100)의 측벽에 배치되어 공간(110)에 수용된 용탕(5)의 내부에서 횡방향으로 횡취가스를 횡취가능한 튜이어유닛(200), 용탕(5)의 상부면을 향해 상취가스를 상취가능한 랜스유닛(300), 랜스유닛(300)에 연결되어 상취가스의 혼합비 및 상취가스의 공급량을 제어하는 제어부(400)를 포함한다. 2, an
랜스유닛(300)은 산소(O2)가 공급되는 산소공급관(310) 및 산소공급관(310)에 불활성기체를 공급하는 불활성기체공급관(320)을 포함한다. 산소공급관(310) 및 불활성기체공급관(320) 상에는 각각 산소밸브부재(315) 및 불활성기체밸브부재(325)가 배치되며, 이들에 의해 상취가스의 산소(O2)량 및 불활성기체량이 조절된다. 튜이어유닛(200) 역시 산소(O2)가 공급되는 산소공급관(210) 및 불활성기체공급관(220)을 포함한다. 산소공급관(210) 및 불활성기체공급관(220) 상에는 각각 산소밸브부재(215) 및 불활성기체밸브부재(225)가 배치되며, 이들에 의해 횡취가스의 산소(O2)량 및 불활성기체량이 조절된다. 제어부(400)는 산소밸브부재(215, 315) 및 불활성기체밸브부재(225, 325)에 전기적으로 연결되어 이들을 제어한다. 상취가스 및 횡취가스로 공급되는 불활성기체는 아르곤가스(Ar) 또는 질소가스(N2)를 예로 들 수 있으나, 반드시 이들에 국한되는 것은 아니다. The
도 7에 도시된 바와 같이, 디퓨져부재(300)는 불활성기체공급관(320)의 선단에 연결되며, 산소공급관(310)의 내부에는 디퓨져부재(330)가 배치된다. 디퓨져부재(330)에는 복수의 분사홀(335)이 형성되어 있으며, 분사홀(335)을 통해 불활성기체가 산소공급관(310) 내부로 공급된다. 디퓨져부재(330)에 의해 불활성기체와 산소(O2)는 난류(turbulent flow)를 형성하며 혼합되고, 난류로 형성된 상취가스가 랜스유닛(300)을 통해 상취된다.7, the
상취가스는 산소(O2)로 이루어진 제1 상취가스 및 산소(O2)와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 상취가스로 구분된다. 제어부(400)는 전로본체(100)에 장입된 용탕(5)을 향해 제1 상취가스를 상취하는 랜스유닛(300)이, 탄소 임계점을 임계로 제2 상취가스를 상취하도록 제어한다. 이상에서 본 발명의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치(10)의 구성을 도면을 이용하여 설명하였으며, 이하의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법에서 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치의 구체적인 동작을 상세히 설명하도록 한다.Sangchwi gas is separated by the second gas sangchwi sangchwi consisting of a first gas and the oxygen (O 2) and a mixed gas of an inert gas consisting of oxygen (O 2). The
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 저탄소 망간계 합금철 제조방법은 장입단계(S10), 제1 탈탄단계(S20), 제2 탈탄단계(S30) 및 출탕단계(S40)를 포함한다.3, the method for manufacturing low-carbon manganese-based alloyed iron according to an embodiment of the present invention includes a loading step S10, a first decarburization step S20, a second decarburization step S30, and a tapping step S40 ).
장입단계(S10)에서는, 고탄소 망간계 합금철 용탕(5)이 전로본체(100)에 형성된 공간(110)에 장입된다. 제1 탈탄단계(S20)에서는, 랜스유닛(300)을 통해 용탕(5)의 상부면에 상취가스가 상취되며, 튜이어유닛(200)을 통해 용탕(5)의 하부측 내부에 횡방향으로 횡취가스가 횡취된다. 제1 탈탄단계(S20)에서 불활성기체밸브부재(325)는 폐쇄되고 산소밸브부재(315)가 개방된 상태를 유지하므로, 랜스유닛(300)은 산소(O2)로 이루어진 제1 상취가스를 용탕의 상부면에 상취한다. 튜이어유닛(200)은 제1 탈탄단계(S20)에서 산소(O2)와 불활성기체가 혼합된 제1 횡취가스를 횡취한다. 제1 탈탄단계(S20)의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치(10)의 동작은 도 4에 도시되어 있다. In the charging step S10, the
도 6은 탈탄속도(dWC/dt)와 탈망간속도(dWMn/dt)를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the decarburization rate (dW C / dt) and demagnetization rate (dW Mn / dt).
도 6에 도시된 바와 같이 망간계 합금철의 탈탄과정은 세 구간으로 구분될 수 있다. 탈탄 1기(initial period)는 탈탄반응에 필요한 온도까지 승온하는 과정이며, 탈탄 2기(second period)는 가장 탈탄반응이 활발하게 이루어지는 구간이다. 탈탄 2기에서는 산소(O2)의 송산속도를 최대로 하는 것이 탈탄효율을 증대시키는 주요한 인자이다. 탈탄반응이 진행됨에 따라 용탄(5)내의 탄소 함량이 감소하게 되며, 일정 수준의 탄소 함량에 도달하게 되면 산소(O2)의 송산속도를 최대로 하여도 탈탄속도가 감소하게 된다. 이를 탄소 임계점이라 하며, 이때의 탄소 함량을 탄소 임계 함량이라 한다. As shown in FIG. 6, the decarburization process of the manganese-based alloy iron can be divided into three sections. The initial period of decarburization is the process of raising the temperature to the temperature required for the decarburization reaction, and the second period of decarburization is the period where the decarburization reaction is active. In
탄소 임계점은 탈탄속도의 미분값을 이용하여 도출한다. 탈탄속도(VC)는 아래의 식 2과 같으며, 탈탄속도(VC)의 미분값은 아래의 식 3과 같다.The carbon critical point is derived using the derivative of the decarburization rate. The decarburization rate (V C ) is shown in the following equation (2), and the differential value of the decarburization rate (V C ) is shown in the following equation (3).
<식 2><
VC = d(Wc)/dtV C = d (Wc) / dt
상기 식 2에서 Wc는 용탕 내의 탄소 중량을 의미한다.In the
<식 3><
d(Vc)/dt = d2(Wc)/dt2 d (Vc) / dt = d 2 (Wc) /
도 6 및 식 3을 참고하면, 탄소 임계점은 탈탄속도의 미분값이 0에서 음수로 변화하는 지점을 의미하며, 이는 도 6에 C로 표시되어 있다.Referring to FIG. 6 and FIG. 3, the carbon critical point means a point at which the differential value of the decarburization rate changes from 0 to a negative value, which is indicated by C in FIG.
탄소 임계점으로부터 제2 탈탄단계(S30)가 진행되며, 제어부(400)는 불활성기체밸브부재(325)를 개방하도록 제어한다. 즉, 불활성기체밸브부재(325)가 개방됨에 따라 산소(O2)와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 상취가스가 상기 용탕(5)의 상부면을 향해 상취된다. 제2 탈탄단계(S20)의 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조장치(10)의 동작은 도 4에 도시되어 있다. The second decarburization step (S30) proceeds from the carbon critical point, and the control unit (400) controls to open the inert gas valve member (325). That is, as the inert
제어부(400)는 불활성기체밸브부재(325)를 개방하도록 제어함과 동시에 산소밸브부재(315)를 일부 폐쇄하도록 제어하여 제2 상취가스의 유량이 제1 상취가스의 유량을 유지하도록 한다. 제2 탈탄단계(S30)에서는 탄소 임계점 이후의 시점부터 용탕(5)의 잔여 탄소 탈탄에 필요한 산소(O2)량만을 취입하고, 줄어드는 산소(O2)량만큼 불활성기체를 혼합하여 취입하므로, 망간의 증기압을 낮추고 과잉 산소(O2) 공급을 억제하여 망간 증발 손실을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 상취 유속을 최대로 유지하여 용탕(5)의 교반력을 증대시키므로, 탈탄 효율을 효과적으로 증대시킬 수 있다. The
탈탄 효율 및 망간의 손실 방지를 위하여 상취 유량은 2000 ~ 2400 Nm3/hr인 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 상취 유량은 2200 Nm3/hr이다. 제 2 탈탄단계(S30)의 제2 횡취가스의 유량은 100 ~ 300 Nm3/hr 수준으로 유지됨이 용탕(5)의 교반력 측면에서 바람직하다.For the decarburization efficiency and prevention of the loss of manganese, the off-set flow rate is preferably 2000 to 2400 Nm 3 / hr, and more preferably 2200 Nm 3 / hr. A second flow rate of the gas hoengchwi the decarburization step (S30) is preferred in terms of the stirring force of molten metal (5) remains at 100 ~ 300 Nm 3 / hr level.
제2 탈탄단계(S30)에서 랜스유닛(300) 및 튜이어유닛(200)을 통해 전로본체(100)의 내부로 공급되는 산소(O2)량은 아래의 식 1에 의해 산출된다. The amount of oxygen (O 2 ) supplied to the interior of the
<식 1><
WO = {(WCT-WCC)/12}*16/EO W O = {(W CT -W CC ) / 12} * 16 / E O
식 1에서, WO는 산소요구량(g), WCT는 용탕 내에 포함된 총 탄소량(g), WCC는 탄소 임계점까지 제거된 탄소량(g), EO는 산소효율을 의미한다. 산소효율(EO)는 공정효율을 고려한 상수로서, 0.75 ~ 0.85의 범위에서 선택된 상수이다. In
제2 탈탄단계(S30)에서는 식 1에 의해 산출되는 산소요구량(WO)에 따라 제2 상취가스 및 제2 횡취가스가 공급된다. 즉, 제어부(400)는 제2 탈단단계(S30)에서 랜스유닛(300) 및 튜이어유닛(200)에 의해 공급되는 산소(O2)량이 상기 산소요구량(WO)을 충족하도록 산소밸브부재(215, 315) 및 불활성기체밸브부재(225, 325)를 제어한다.Second decarburization step (S30) in the second gas and the second sangchwi hoengchwi gas is supplied according to the oxygen demand (W O) to be calculated by the expression (1). That is, the
정련 작업중인 전로본제(100) 내의 CO 기체 분압은 아래의 식 4에 의해 도출할 수 있다.The partial pressure of CO gas in the burner
<식 4><Formula 4>
PCO = wt%CO / (wt%Ar + wt%CO)P CO = wt% CO / (wt% Ar + wt% CO)
제2 탈탄단계(S30)에서 산소(O2)와 아르곤가스(Ar)가 혼합된 제2 상취가스가 상취되므로, 산소(O2)만이 상취되는 경우에 비하여 낮은 CO 기체 분압을 나타내게 된다. 산소(O2)만을 상취하는 경우 PCO는 0.949 ~ 0.929 수준을 나타내나, 산소(O2)와 아르곤가스(Ar)를 혼합하여 상취하는 본 발명의 경우 PCO는 0.550~0.778의 수준을 나타낸다.Since the second offgas mixture in which oxygen (O 2 ) and argon (Ar) are mixed is introduced in the second decarburization step (S30), the partial pressure of CO gas is lower than that in the case where only oxygen (O 2 ) is taken up. In the case of superimposing only oxygen (O 2 ), P CO is in the range of 0.949 to 0.929, whereas in the present invention, in which oxygen (O 2 ) and argon (Ar) are mixed, P CO is in the range of 0.550 to 0.778 .
아래의 식 8은 식 5 내지 식 7에 의해 도출되며, 식 8을 이용하여 PCO에 따른 탈탄온도를 도출할 수 있다.Equation 8 below is derived from
<식 5>≪ EMI ID =
MnO = Mn + 1/2 O2 △G°(cal) = 97683 - 21.317TMnO = Mn + 1/2 O 2 ? G? (Cal) = 97683-21.317T
(+) C + 1/2 O(+) C + 1 / 2O 22 = CO = CO (+) △G°(cal) = -27108 - 20.576T(+)? G? (Cal) = -27108 - 20.576T
MnO + C = Mn + CO △G°(cal) = 70575 - 41.893T MnO + C = Mn + CO? G? (Cal) = 70575 - 41.893T
<식 6>≪ EMI ID =
K = (aMn * PCO) / (aMnO * aC)K = (a Mn * P CO ) / (a MnO * a C )
aMnO = 1 (MnO = pure)a MnO = 1 (MnO = pure)
∴ K = (aMn * PCO) / aC ∴ K = (a Mn * P CO ) / a C
<식 7>Equation (7)
△G°(cal) = - RTlnK, (R = 1.987 cal/K)? G? (Cal) = - RTlnK, (R = 1.987 cal / K)
lnK = - (△G°/ (1.987 * T))lnK = - (? G / (1.987 * T))
∴ K = exp(- (△G°/ (1.987 * T)))∴ K = exp (- (ΔG ° / (1.987 * T)))
<식 8><Formula 8>
(aMn * PCO) / aC = exp(- (△G°/ (1.987 * T)))(aMn * PCO) / aC = exp (- (?? G / (1.987 * T)))
산소(O2) 만을 이용하여 상취하는 경우 0.5wt%C 기준 약 1754 ~ 1806 ℃에서 탈탄반응이 일어나지만, 산소(O2)와 아르곤가스(Ar)을 혼합하여 상취하는 경우에는 동일한 0.5 wt%C 기준 약 1733 ~ 1749 ℃에서 탈탄반응이 일어난다. 따라서, 산소(O2)와 아르곤가스(Ar)를 혼합하여 상취하는 경우, 정련과정에서 PCO가 감소하여 탈탄온도가 하락하며, 그에 따라 망간 산화손실이 절감된다. In the case of superabsorbing using only oxygen (O 2 ), the decarburization reaction occurs at about 1754 to 1806 ° C. on the basis of 0.5 wt% C, but when the oxygen (O 2 ) and argon (Ar) C decarbonation occurs at about 1733-1749 ° C. Accordingly, when oxygen (O 2 ) and argon gas (Ar) are mixed to be superimposed on each other, P CO decreases in the refining process to lower the decarburization temperature, thereby reducing the oxidation loss of manganese.
제2 탈탄단계(S30)에서 제2 상취가스는 티퓨져부재(330)에 의해 난류(turbulent flow)로 형성되어 상취된다. 이는 산소(O2)와 불활성기체를 완전 혼합하여 상취하기 위함으로, 제2 상취가스의 레이놀드 넘버(Raynold number)는 2100 이상인 것이 바람직하다. 레이놀드 넘버가 2100 이상의 수준을 유지하는 경우, 용탕(5)의 탈탄효율이 최대화 된다. 레이놀드 넘버는 난류(turbulent flow) 아래의 식 9에 의해 산출할 수 있다.In the second decarburization step (S30), the second offgas gas is formed by turbulent flow by the diffuser member (330). This is because oxygen (O 2) and inert gas are completely mixed and superposed, and the Raynold number of the second offgas is preferably 2100 or more. When the Reynold's number is maintained at 2100 or more, the decarburization efficiency of the
<식 9>Equation (9)
Re = (D*υ*ρ)/ηRe = (D *? *?) /?
여기서, D는 특성길이(characteristic length), υ는 유체의 평균 속도(average velocity of the fluid), ρ는 유체의 밀도(density of the fluid), η은 유체의 점도(viscosity of the fluid)를 의미한다.Where D is the characteristic length, v is the average velocity of the fluid, ρ is the density of the fluid, and η is the viscosity of the fluid. do.
출탕단계(S40)에서는 탈탄이 완료된 저탄소 망간계 합금철 용탕(5)이 출탕되며, 그에 따라 본 발명의 일 실시예에 의한 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 함금철이 제조방법이 종료된다.In the tapping step S40, the decarbonized low-manganese-based alloy iron-containing
<실시예><Examples>
20 톤 용량의 전로본체(100)를 사용하여 본 발명의 일 실시예에 의한 저탄소 망간계 합금철을 생산하였다. 먼저 고탄소 망간계 합금철 용강(5)을 전로에 장입하였으며, 랜스유닛(300)으로 산소(O2)를 상취하고, 튜이어유닛(200)으로 산소(O2)와 아르곤(Ar)을 혼합하여 횡취하였다. 튜이어유닛(200)은 전로본체(100) 내부의 바닥으로부터 350 mm 높이에 위치하는 2중관 횡취 튜이어유닛(200)을 이용하였으며, 내관으로는 산소(O2)와 아르곤가스(Ar)를 외관으로는 아르곤가스(Ar)를 취입하여 실험을 실시하였다.The low carbon manganese based alloy iron according to one embodiment of the present invention was produced using the
랜스유닛(300)으로부터 상취되는 산소(O2)의 초기 유속은 최대로 유지하였으며, 랜스(300) 선단과 용탕(5)면과의 거리는 1000 ~ 1200 mm로 설정하였다. 탄소 임계점으로부터 잔여 탄소를 산화시키는데 필요한 산소(O2) 만을 취입하였으며, 감소하는 산소(O2) 유량만큼 아르곤가스(Ar)을 취입하여 상취 최대유속을 유지하도록 하였다. 본 시험예에서 상취가스는 산소(O2)와 아르곤가스(Ar)를 혼합하여 사용하였으나, 아르곤가스(Ar) 대신 질소가스(N2)를 이용하여도 무방하다. 제2 탈탄단계(S40)에서 상취가스는 산소(O2) : 아르곤가스(Ar)의 비율이 1 : 0.05 ~ 1 : 1.5가 되도록 혼합하였다. 탄소 임계점 전후로 상취유속은 2200 Nm3/hr을 유지하도록 상취하였으며, 횡취유속은 100 ~ 300 Nm3/hr을 유지하도록 횡취하였다. 아래의 표 1은 상취가스로 산소(O2) 만을 상취하여 고탄소 망간계 합금철로부터 저탄소 망간계 합금철을 제조한 비교예의 성분 함량과, 본 발명의 일 실시예에 따라 산소(O2)와 아르곤가스(Ar)를 난류로 혼합하여 고탄소 망간계 합금철로부터 저탄소 망간계 합금철을 상취한 실시예의 성분 함량을 비교한 표이며, 표 2는 비교예 및 실시예 각각의 경우, 저탄소 망간계 합금철 1 톤을 생산하기 위하여 필요한 고탄소 망간계 합금철의 양을 비교한 표이다.The initial flow rate of oxygen (O 2 ) from the
(wt%)Comparative Example
(wt%)
(wt%)Example
(wt%)
저탄소(kg)High carbon (kg) /
Low Carbon (kg)
표 2에 나타난 바와 같이, 비교예의 경우 저탄소 망간계 합금철 1 톤의 생산을 생산을 위해 필요한 고탄소 망간계 합금철은 1.407 톤이며, 실시예의 경우 저탄소 망간계 합금철 1 톤의 생산을 위해 필요한 고탄소 망간계 합금철은 1.338 톤임을 확인할 수 있다. 즉, 동일한 양의 저탄소 망간계 합금철을 생산하는데 있어서, 약 4.9 %의 원가 절감 효과가 발생함을 확인할 수 있다. 또한, Mn 함율에 있어서도 실시예는 비교예에 비해 약 3% 이상의 Mn 회수율을 나타내는바, 망간 손실율이 현저히 감소하였음을 확인할 수 있다. As shown in Table 2, in the comparative example, the high-carbon manganese-based alloy iron necessary for producing one ton of low-carbon manganese-based alloyed iron is 1.407 tons, and in the case of the embodiment, necessary for producing one ton of low- And the high carbon manganese-based alloy iron is 1.338 tons. In other words, it can be confirmed that the cost saving effect is about 4.9% in producing the same amount of low-carbon manganese-based alloy iron. In addition, the Mn recovery rate of the Examples is about 3% or more as compared with the Comparative Example, and it can be confirmed that the manganese loss rate is remarkably reduced.
실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail by way of examples, other forms of embodiments are possible. Therefore, the technical idea and scope of the claims set forth below are not limited to the embodiments.
1: 전로장치 2, 100: 전로본체
3: 상부랜스 4: 튜이어
5: 용탕 6, 110: 공간
10: 저탄소 망간계 합금철 제조장치 200: 튜이어유닛
300: 랜스유닛 310: 산소공급관
315: 산소밸브부재 320: 불활성기체공급관
325: 불활성기체밸브부재 330: 디퓨져부재
335: 분사홀 400: 제어부1:
3: upper lance 4:
5:
10: Low carbon manganese based alloy steel manufacturing apparatus 200: Tire unit
300: lance unit 310: oxygen supply pipe
315: oxygen valve member 320: inert gas supply pipe
325: inert gas valve member 330: diffuser member
335: injection hole 400: control unit
Claims (15)
상기 용강의 상부면을 향해 산소로 이루어진 제1 상취가스를 기 설정된 상취유량으로 상취하며, 상기 용강의 내부에서 횡방향으로 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제1 횡취가스를 횡취하는 제1 탈탄단계; 및
탄소 임계점으로부터 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 상취가스를 상기 용강의 상부면을 향해 상취하되, 상기 제2 상취가스는 상기 제1 상취가스의 기 설정된 상취 유량을 유지하여 상취되며, 산소와 불활성기체의 혼합가스로 이루어진 제2 횡취가스를 상기 용강의 내부에서 횡방향으로 횡취하는 제2 탈탄단계를 포함하되,
상기 탄소 임계점은 상기 용강 탈탄속도의 미분값이 음수로 전환되는 지점이며,
상기 제2 탈탄단계에서는 하기의 식 1에 의해 산출되는 산소요구량(WO)에 따라 제2 상취가스 및 제2 횡취가스를 취입하고,
상기 제2 탈탄단계의 탈탄온도는 1733 ~ 1749 ℃로 제어되는, 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법.
<식 1>
WO = {(WCT-WCC)/12}*16/EO
식 1에서, WO는 산소요구량(g), WCT는 용탕 내에 포함된 총 탄소량(g), WCC는 탄소 임계점까지 제거된 탄소량(g), EO는 산소효율을 의미한다.A charging step of charging the high carbon manganese based alloy steel molten steel into the converter body;
And a first decarburization gas containing a first transverse gas of a mixed gas of oxygen and an inert gas in a transverse direction inside the molten steel, step; And
A second offgas gas composed of a mixed gas of oxygen and an inert gas from a carbon critical point is directed toward the upper surface of the molten steel, the second offgas gas is maintained while maintaining a predetermined offgas flow rate of the first offgas, And a second decarburization step of horizontally transversely taking in a second intercepting gas composed of a mixed gas of inert gas and inert gas in the molten steel,
The carbon critical point is a point at which the differential value of the molten steel decarburization rate is converted to a negative value,
Wherein the second decarburization phase, blowing a second gas and the second sangchwi hoengchwi gas according to the oxygen demand (W O) to be calculated by the equation 1 below,
And the decarburization temperature of the second decarburization step is controlled to 1733 to 1749 ° C.
<Formula 1>
W O = {(W CT -W CC ) / 12} * 16 / E O
In Equation 1, W O is the oxygen demand (g), W CT is the total carbon content (g) contained in the molten metal, W CC is the amount of carbon removed to the carbon threshold (g), and E O is the oxygen efficiency.
상기 식 1의 산소효율(E0)은 0.75 ~ 0.85인, 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the oxygen efficiency E 0 of the formula 1 is 0.75-0.85.
상기 불활성 기체는 아르곤가스(Ar) 및 질소가스(N2)를 포함하는 군으로부터 선택된 어느 하나인, 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the inert gas is any one selected from the group consisting of argon gas (Ar) and nitrogen gas (N 2 ).
상기 제2 상취가스는 산소와 불활성기체의 혼합 비율이 1: 0.05 ~ 1.5인, 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법.The method according to claim 1 or 3,
Wherein the second offgas gas has a mixing ratio of oxygen to an inert gas of 1: 0.05 to 1.5.
상기 제2 상취가스는 난류로 형성되어 상취되는, 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법.The method according to claim 1 or 3,
Wherein the second offgas is formed as a turbulent flow, and the second offgas is formed as a turbulent flow.
상기 제1 및 제2 상취가스의 유량은 2000 ~ 2400 Nm3/hr인, 복합상취 정련을 이용한 저탄소 망간계 합금철 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the flow rate of the first and second offgas is 2000 to 2400 Nm 3 / hr.
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