KR20010013178A - 용탕으로의 탈질 용제 도입 방법 및 탈질 용제 제품 - Google Patents

용탕으로의 탈질 용제 도입 방법 및 탈질 용제 제품 Download PDF

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Abstract

탈질 용제 금속(26)을 용탕(22)으로 도입하기 위한 방법 및 물품은 용제 재료(26)의 내부 코어 및 용재 재료(26)의 내부 코어를 함유하는 데 사용되는 외층(24)을 갖는 와이어형 벡터(14)를 제공하는 단계와, 와이어형 벡터(14)를 용탕(22)으로 도입하는 단계를 포함한다. 또한 분말형 탈질 용제(40)를 용탕(32)으로 도입하는 방법은 랜스(42)를 사용한다.

Description

용탕으로의 탈질 용제 도입 방법 및 탈질 용제 제품{METHOD AND ARTICLE FOR INTRODUCING DENITROGENIZING FLUX INTO MOLTEN METAL}
강과 같은 금속 제조 공정에서는, 액상 금속과 하나 이상의 용제를 반응시킴으로써 액상 금속에서 원하지 않는 미량 원소를 제거하는 것이 때로 바람직하다.
예컨대, 질소는 일반적으로 강에서 불원 원소로 생각되고 있다. 질소는 강을 제조하는 재활용 재료 또는 원석에 침투 가능한 오일 등의 오염물질 및 공기로부터 액상의 강으로 들어간다. 질소는 강의 기계적 성질을 변환시켜서, 강을 경하게 하거나 연성을 떨어뜨린다. 또한, 질소는 Al 또는 다른 원소와 화학적으로 결합되어서 개재물을 형성함으로써, 제품의 질에 영향을 미칠 수 있다. 결합된 화합물은 또한 강의 미세 조직 내의 입계 영역으로 이동될 수 있어서, 강을 고온에서 약화시키고 입계간 크랙(crack)의 발생을 촉진시킨다.
강을 용융시키기 위해 일반적으로 전기 아크로를 사용하는 소위 "미니-밀(mini-mill)"에 의해 제조되고 또한 원재(source material)로서 비교적 높은 수준의 금속 스크랩을 사용하는 강에서는 질소 수준이 문제가 된다. 이런 설비에서 제조된 강은 일반적으로 약 60 ppm 내지 120 ppm의 범위 내의 질소 함량을 갖는다. 한편, 염기성 산소로를 갖는 밀에서 제조된 강은 공통적으로 약 30 ppm 내지 50 ppm 범위 내의 질소를 갖는다. 그러나, 체체용 등의 몇몇 특별한 제품은 20 ppm과 같은 낮은 질소 수준을 요구한다. 몇몇 설비는 강을 탈탄시키기 위해 액상의 강을 사실상 진공 조건에 가깝게 노출시키는 진공 탈가스 장치를 사용한다. 질소를 소정 수준으로 제거하는 것은 이 공정의 제품에서도 얻어질 수 있다. 불행하게도, 이 공정은 고가이며 알루미늄과 같이 이미 다른 원소와 화학적으로 결합된 질소를 추출할 수 없다.
최근에는, 래들 내의 용탕의 상부 표면에 적절한 조성의 합성 래들 슬래그를 첨가해서 용탕으로부터 질소를 제거하기 위해 용제를 사용하는 것이 제안되어 왔다. 강의 탈황에도 공통적인 실무 작업인 슬래그 얹기 공정은 보다 긴 시간동안 래들 내의 강을 가열하고 강을 선회시킴으로써, 시간 내내 모든 용탕을 액상 금속-슬래그 반응 계면에 노출시킨다. 비록 상부 래들 슬래그를 사용한 탈질이 질소를 다른 공정에 의해 얻을 수 없는 수준까지 감소시킨다는 점에서 유망하기는 하지만, 몇가지 실질적인 제약이 따르기 때문에 널리 사용되고 있지는 않다. 상부 래들 슬래그 탈질 처리는 래들로부터 노 위로 운반된 슬래그의 제거 및 액상 강의 상부 상에 특별한 조성의 합성 탈질 래들 용제의 도입을 필요로 한다. 이미 다른 슬래그를 함유하고 있는 래들에 이런 용제를 첨가하는 것은 다른 슬래그에 의해 희석 효과로 인해 바람직한 것은 아니며 비효율적이다. 이렇게 함으로써 질소를 제거하는 효과는 희석된 래들 슬래그의 가변성으로 인해 의문시된다. 특수 탈황 공정에서와 같이 몇몇 작업에서 일반적인 제거 작업은 시간 소모적이고 에너지 비효율성이 있다. 슬래그로 도포되지 않은 래들 내의 강의 온도 강하는 작업의 종류에 따라 37.8 내지 65.6 ℃(100 내지 150 ℉)까지 될 수 있다. 고체 슬래그 용제 혼합물을 첨가하려면 혼합물을 용융시켜 용해물로 되도록 확장된 가열을 필요로 한다. 이는 많은 시간 및 에너지를 필요로 하며, 전체 제조 비용면에서 고비용의 요인이 돈다.
용제를 사용하는 탈질 공정은 몇몇 대학에서 실험적 규모로 연구되고 있다. 강으로부터 질소를 제거하는 것은 산성 및 염기성 용제 모두에서 발생할 수 있다. 용제의 질소 용량은 광학 염기도에 대한 V-형 의존도를 갖는다. 질소 용량은 저 광학 염기도에서 높으며, 광학 염기도는 증가되기 때문에 최소점에 도달한 후 증가하기 시작한다. 이런 행동은 솜머빌(Sommerville) 등에 의해 구조적 효과에 관계되는 것으로 설명되었는데, 이에 따르면 네트워크에서 산소를 대체한 질소는 염기도에 역관계를 보이는 반면 "자유" 산소를 교체하는 질소는 염기도에 직접 관계된다는 것이다. 용제를 사용한 탈질에 대한 지식이 발전되고는 있지만, 이들 연구에 사용된 기술은 실험실 규모이며 상부 슬래그법을 사용하고 있다. 상술한 바와 같이 이 기술은 보통의 기술적 사용에 있어서는 몇몇 실무적인 한계를 갖는다.
상세한 내용이 본 명세서에서 합체된 용제 탈질을 다룬 논문은 다음과 같다. [1992년 4월 5일-8일, 캐나다 온타리오 토론토, 철강학회 제75차 제강 회의-요약] 제이. 피. 페레이라(J. P. Ferreira) 등의 "강에서 질소 제거를 위한 슬래그 연구" 제216면 및 제217면. [1992년 4월 5일-8일, 캐나다 온타리오 토론토, 철강학회 제75차 제강 회의-요약] 엘. 비. 맥피터스(L. B. McFeaters) 등의 "BaO-TiO2슬래그를 사용한 플라즈마 유도 반응로에서 강의 질소에 대한 연구" 제218면 및 제219면. [1992년 4월 5일-8일, 캐나다 온타리오 토론토, 철강학회 제75차 제강 회의-요약] 엠. 다까하시(M. Takahashi) 등의 "플라즈마 개선 정련중의 질소의 행동" 제220면 및 제221면. [1992년 5월, 철강 제조자] 제이. 피. 페레이라, 아이. 디. 솜머빌 및 맥클린(Mclean)의 "질소 제거용 합성 슬래그" 제43면 내지 제49면. [1997년 회의, 용탕 슬래그, 용제 및 염에 대한 국제 회의] 아이. 디. 솜머빌 및 맥클린 및 와이. 디. 영(Y. D. Young)의 "슬래그 용량 사용 및 손실" 제375면 내지 제383면. [1997년, 용탕 슬래그, 용제 및 염에 대한 국제 회의] 에이치. 에스. 송(H. S. Song), 디. 에스. 김(D. S. Kim), 디. 제이. 민(D. J. Min) 및 피. 시. 리(P. C. Rhee)의 "CaO-SoO2-CaF2슬래그 시스템에서의 질소의 용해도" 제583면 내지 제587면. [1992년, 센다이, 용탕 슬래그 및 용제에 대한 제4차 국제 회의] 에이치. 스이또(H. Suito), 케이. 도미오까(K. Tomioka), 제이. 다나베(J. Tanabe)의 "슬래그의 질소 용량" 제161면 내지 제166면.
종래의 용제 첨가 및 혼합 방법보다도 시간 소모를 줄이면서 에너지를 덜 소모하는 방식으로 강과 같은 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입하기 위한 개선된 시스템 및 공정에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 일반적으로 야금 공정에 대한 것으로, 특히 액상의 강과 같은 용탕에 용제(flux)와 같은 재료를 첨가하는 공정에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 작업에서 도시된 종래의 와이어 공급 기계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 도1의 2-2 선을 따라 취한 단면도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 시스템의 개략도이다.
도4는 개략적 제어 다이아그램도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 용제 첨가 및 혼합 방법보다 시간 소모를 줄이면서 에너지를 덜 소모하는 방식으로 강과 같은 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입하기 위한 개선된 시스템 및 공정을 제공하는 것이다. 이들 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르는 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입하는 방법에서 본 발명의 제1 태양에 따르면, (a) 액상 금속 융점과 비교해서 저융점을 갖는 금속성 재료의 외층으로 탈질 용제를 싸는 단계와, (b) 이렇게 싸인 용제를 용탕에 도입해서 상기 외층이 용해됨으로써 상기 용제가 용탕으로 도입되는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입시키기 위한 물품은 다량의 용탕의 기대 온도보다 낮은 온도의 융점을 갖는 금속성 재료의 외층 및 용탕 내에서 둘러싸인 탈질 용제를 포함함으로써, 물품이 소정의 시간동안 용탕으로 도입된 후 외층이 용해되어, 용탕의 상부 표면 아래의 깊이에서 탈질 용제를 용탕으로 도입하도록 한다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 다량의 용탕을 탈질시키는 방법은, (a) 다량의 용탕을 제공하는 단계와, (b) 용제가 사실상 용탕의 상부 표면 아래의 깊이에 있는 위치로 탈질 용제를 도입해서 용제가 용탕에 보다 효율적으로 혼합되도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입하는 방법은, (a) 용탕에 잠겨지는 구조로 배열된 노즐을 포함하는 형태의 랜스 조립체에 다량의 탈질 용제를 공급하는 단계와, (b) 용제를 용탕에 도입하기 위해 랜스 조립체를 사용하는 단계를 포함한다.
이들 및 다양한 다른 장점들과 본 발명을 특징짓는 신규성 특징은 특히 본 명세서에 첨부되어 그 일부를 형성하는 특허청구범위에서 지적될 것이다. 그러나, 본 발명과 그 사용에 의해 얻어지는 목적 및 장점들을 보다 이해하기 위해서, 본 발명의 양호한 실시예를 설명하고 있는 첨부된 상세한 설명 및 도면에는 인용부호가 부기되어 있다.
도면에서 동일한 인용부호는 도면 전체에 걸쳐 대응하는 구조를 나타내고 있다. 도1에서, 저질소 함량의 강을 제조하기 위한 개선된 시스템(10)은 강과 같은 용탕에 탈질 용제를 도입하는 구조로 배열된 와이어 벡터(14)의 공급원(12)을 포함한다. 시스템(10)은 와이어 벡터(14)가 소정 속도 및 방향으로 용탕(22)으로 통과하도록 제어된 속도로 안내 슈트(18)에 와이어 벡터를 공급하기 위한 공급 구조물(16)을 포함하는 형태의 종래의 와이어 공급 기계를 사용한다.
도2에서 도시된 바와 같이, 와이어 벡터(14)는 용탕(22) 온도 이하의 융점을 갖는 강과 같은 재료로 된 외층(24)을 포함한다. 양호하게는, 외층(24)은 액상 금속 융점 이하의 융점을 갖는 재료인 강으로부터 제조되며, 양호하게는, 외층은 강 또는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 따라서, 외층(24)은 용탕(22)으로 도입된 후 용해되도록 설계된 금속성 재료로 된 길다란 튜브형 중공 클래딩 내에서 비금속성 물체를 둘러싼다.
와이어 벡터(14)는 알칼리 및 알칼리 토류 금속의 산화물, 규화물, 탄산염과 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바륨(Ba) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속의 산화물, 규화물, 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물과 산화칼슘(CaO)을 포함하는 분말형 탈질 용제 재료(26)로 된 내부 본체를 포함한다. 가장 양호한 용제 재료는 CaO-BaO-TiO2-(Al2O3), CaO-TiO2-(Al2O3) 및 칼슘-붕소 산화물 보유 용제이다. 대안으로서, 소정의 탈질를 달성할 수 있는 다른 용제로 대체될 수 있었다.
본 발명의 한 실시예에 따르는 공정은 금속성 재료(24)의 외층으로 탈질 용제(26)를 둘러싸는 단계와, 이렇게 둘러싸인 용제(26)를 용탕(22)에 도입해서 외층이 용해됨으로써 용제를 용탕에 도입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예가 도3 및 도4에 도시되어 있다. 도3에서, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 제조된 다량의 용탕(32)에 탈질 용제(20)를 도입하기 위한 시스템(30)은 액화된 강과 같은 다량의 용탕(32)을 유지하기 위한 래들과 같은 용기(34)를 포함한다. 시스템(30)은 또한 양호하게는 탈질 용제(40)의 공급을 위한 용기 또는 호퍼(38)와 용탕(32)에 용제(40)를 도입하기 위한 랜스(40)를 포함하는 랜스 조립체(36)를 포함한다.
양호하게는, 용제 재료(40)는 알칼리 및 알칼리 토류 금속의 산화물, 규화물, 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물과 칼슘, 실리콘, 마그네슘, 붕소, 티타늄, 바륨 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속의 산화물, 규화물, 탄산염과 산화칼슘을 포함하는 분말형 탈질 용제 재료이다. 가장 양호한 용제 재료는 CaO-BaO-TiO2-(Al2O3), CaO-TiO2-(Al2O3) 및 칼슘-붕소 산화물 보유 용제이다. 대안으로서, 소정의 탈질를 달성할 수 있는 다른 용제로 대체될 수 있었다.
양호하게는 아르곤인 불활성 가스의 압력원(44)이 랜스(42)의 제1 단부에 연통되며, 랜스(42)를 통과하는 불활성 가스의 유동을 제어하기 위해 제어 밸브(46)가 압력원(44)과 랜스(42) 사이에 개재된다. 랜스(42)의 제2 단부가 노즐(48)에서 종단되며, 노즐(48)은 시스템(30)의 작업 동안 용탕(32)에 잠긴다. 작업 동안 용탕(32)에 잠기게 되는 랜스(42) 부분은 도3에 도시된 바와 같이 보호 내화성 슬리브(54)에 둘러싸이게 된다.
모터(52)에 의해 동력을 받는 컨베이어(50)는 밸브(46)와 노즐(48) 사이의 위치에서 호퍼(38)로부터 랜스(42)로 용제 금속을 제공하도록 위치된다. 도4에서 도시된 바와 같이, 시스템(30)은 모터(52) 및 밸브(56)의 작업을 제어하는 CPU(56)를 갖는 제어 시스템을 포함한다.
작업에서, 시스템(30)은 컨베이어(50)가 용제를 랜스(42)쪽으로 이동시키도록 모터(52)를 지시하는 CPU(56)와, 밸브(46)의 개방에 의해 용탕(32)으로 탈질 용제(40)를 도입하도록 작동되어서, 용제(40)가 압력원(44)에 의해 제공된 불활성 가스의 유동에 포획되도록 한다. 그 후, 용제는 용제(40)를 용탕(32)에 빠르고 효율적으로 혼합시키도록 선택된 소정의 깊이 및 속도로 용탕(32)으로 주입된다. 따라서, 본 발명은 종래의 용제 첨가 및 혼합 방법보다도 시간 소모를 줄이면서 에너지를 덜 소모하는 방식으로 탈질 용제를 첨가한다.
그러나, 비록 본 발명의 많은 특징 및 장점들이 상술한 바와 같이 설정되었지만, 본 발명의 상세한 구조 및 기능과 함께 이 논의는 단지 설명적일 뿐이며, 상세한 부분, 특히 부분의 형상, 크기 및 배열에 대해서는 첨부된 특허청구범위에 표현된 용어의 대체적인 의미에 의해 지시된 전체 범위에 대한 본 발명의 원리 내에서 변경이 가능하다.

Claims (11)

  1. 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 다량의 용탕의 온도보다 낮은 온도의 융점을 갖는 금속성 재료의 외층으로 탈질 용제를 둘러싸는 단계와,
    (b) 이렇게 둘러싸인 용제를 용탕에 도입해서 상기 외층이 용해됨으로써 상기 용제를 용탕으로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는 금속성 재료로 된 길다란 튜브형 중공 클래딩 내에 용제를 둘러싸서, 와이어형 벡터를 형성함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 (b) 단계는 종래의 와이어 공급 기계를 사용해서 상기 와이어형 벡터를 용탕에 도입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탈질 용제는 알칼리 및 알칼리 토류 금속의 산화물, 규화물, 탄산염과 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바륨(Ba) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속의 산화물, 규화물, 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물과 산화칼슘(CaO)을 포함하는 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입시키기 위한 물품에 있어서,
    상기 물품은 다량의 용탕의 기대 온도보다 낮은 온도의 융점을 갖는 금속성 재료의 외층 및 용탕 내에서 둘러싸인 탈질 용제를 포함하며,
    이에 의해 상기 물품이 소정의 시간동안 용탕으로 도입된 후 상기 물품의 외층이 용해되어, 용탕의 상부 표면 아래의 깊이에서 탈질 용제를 용탕으로 도입하도록 하는 것을 특징으로 하는 물품.
  6. 제5항에 있어서, 상기 외층은 금속성 재료로 된 길다란 튜브형 중공 클래딩 내에 용제를 둘러싸서, 와이어형 벡터를 형성하는 것을 특징으로 하는 물품.
  7. 제5항에 있어서, 상기 탈질 용제는 알칼리 및 알칼리 토류 금속의 산화물, 규화물, 탄산염과 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바륨(Ba) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속의 산화물, 규화물, 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물과 산화칼슘(CaO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  8. 다량의 용탕을 탈질시키는 방법에 있어서,
    (a) 다량의 용탕을 제공하는 단계와,
    (b) 용제가 사실상 용탕의 상부 표면 아래의 깊이에 있는 위치에서 용탕에 노출되게 되어 용제가 용탕에 보다 효율적으로 혼합되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 탈질 용제는 알칼리 및 알칼리 토류 금속의 산화물, 규화물, 탄산염과 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바륨(Ba) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속의 산화물, 규화물, 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물과 산화칼슘(CaO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 다량의 용탕에 탈질 용제를 도입하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 용탕에 담겨지는 구조로 배열된 노즐을 포함하는 형태의 랜스 조립체에 다량의 탈질 용제를 공급하는 단계와,
    (b) 상기 용제를 용탕에 도입하기 위해 랜스 조립체를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 탈질 용제는 알칼리 및 알칼리 토류 금속의 산화물, 규화물, 탄산염과 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바륨(Ba) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속의 산화물, 규화물, 탄산염으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 화합물과 산화칼슘(CaO)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR19997011163A 1997-05-30 1998-05-29 용탕으로의 탈질 용제 도입 방법 및 탈질 용제 제품 KR20010013178A (ko)

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