KR20030053582A - 브이오디에서의 크롬산화물 환원 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스강을 제조할 때 탈탄반응 후에 생성되는 크롬 산화물의 환원 반응 촉진 방법에 관한 것으로,

상기 진공 상태에서 래들 바닥에서 아르곤 가스를 불어 넣어 줌과 동시에, 상취 산소 랜스를 이용하여 아르곤 가스를 슬래그 상면에 불어 넣어 줌으로써 용강 슬래그간의 혼합을 촉진시켜 환원반응 속도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 브이오디에서의 크롬산화물 환원 방법을 요지로 한다.

또한, 상기 상취 랜스는 회전 시키거나 이동 시키면서 아르곤가스를 취입하여 슬래그/용강의 혼합의 취약 부분을 보상해주는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아르곤 가스는 취입유속을 초음속 이상이 되도록 하여 가스가 슬래그 상면에 도달 했을 때, 충분한 운동 에너지를 가지고 슬래그와 용강계면에 부딪치도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

브이오디에서의 크롬산화물 환원 방법{Reduction of chromium oxide in Vacuum Oxygen decarburization process}

본 발명은 스테인레스강을 제조할 때 탈탄반응 후에 생성되는 크롬 산화물의 환원 반응 촉진 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VOD(Vacuum Oxygen decarburization) 공정에서 실리콘 또는 알루미늄에 의한 슬래그중의 산화물을 환원시키는 방법에 있어서, 환원 반응 시간을 단축하고, 크롬 실수율을 향상시키기 위한 스테인레스강의 진공 환원 방법에 관한 것이다.

일반적으로 진공 정련 설비인 VOD(Vacuum Oxygen decarburization)를 이용하여 스테인레스강을 제조할 때, 탈탄 반응을 위해 공급하는 산소는 용강중 크롬 및 철 등과 반응하여 슬래그를 만들며, 탈탄 반응 종료 후 이들 크롬, 철등의 산화물들은 Al, Si 또는 Ti등과 같은 환원제를 첨가하여 크롬, 철 등의 유가 금속을 회수하게 된다.

그러나 VOD 종료 후에 생성된 슬래그는 크롬 산화물 및 생석회 등의 혼합물 형태로 융점이 매우 높아서 보통의 조업 온도에서는 고체상태로 존재하기 때문에 환원 속도가 매우 느리다.

환원 속도를 촉진시키기 위해 래들(ladle) 바닥에 부착한 포러스 프러그(porous plug)를 이용하여 아르곤(Ar)가스를 대량으로 취입하게 된다. 그러나 포러스 프러그로 취입하는 가스 유량에는 한계가 있게 되어 환원에 많은 시간이 소요되기 때문에 정련공정시간이 길어지는 것은 물론이고, 온도 강하에 따른 연속주조 공정의 불안, 래들 내화물에 대한 소모량 증가 등의 문제점을 갖고 있다.

특히 래들의 특정한 부위로 몰려 있는 고체 슬래그의 환원이 불안정하기 때문에 탈산제 성분 농도를 맞출 수 없는 경우가 발생 되고, 이에 따라 후속 공정인 탈황반응이 진행되지 못하는 경우도 발생하게 된다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기한 종래 방법의 문제점을 개선하기 위해 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 VOD와 같은 진공상태에서 스테인레스강을 제조할 때 슬래그중 유가 금속 산화물의 효과적인 환원 방법을 제공하고자 한 것이다. VOD 산소 취입 종료후의 금속산화물 환원 공정에서 금속 산화물의 환원속도는 슬래그 내에서의 물질 이동에 의해율속되고, 물질 이동 속도는 슬래그/용강의 혼합을 촉진함으로써 향상될 수 있게 된다. 본 발명의 발명자들은 진공 환원 단계에서 탈탄 과정에 사용되는 산소 랜스(lance)를 통해 Ar가스를 슬래그에 불어 넣어 줌으로써 슬래그가 용강 중으로 용이하게 혼합되어 반응 속도를 촉진시킬 수 있다는 것에 착안하여 진공 단계에서의 금속산화물 환원 효율 향상방법을 창안한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 VOD에서의 탈탄 반응 종료후의 금속 산화물 환원 속도 및 효율을 향상시키기 위해 제안된 것으로, 용강 교반 방법을 개선함으로써 금속 산화물이 완전히 환원되도록 하여, 환원 반응후의 탈황반응이 용이하도록 하며, 유가 금속의 실수율을 높이고, VOD처리시간을 단축시켜 생산성을 향상시키고, 래들 내화물의 소모를 감소시킬 수 있는 금속 산화물 환원 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래법과 본 발명의 슬래그/용강 혼합 특성 비교을 나타낸 래들의 정면도.

도 2는 종래법과 본 발명의 슬래그/용강 혼합 특성 비교을 나타낸 래들의 위에서 본 평면도.

VOD를 이용하여 스테인레스강을 제조할 때, 진공상태에서 실리콘 또는 알루미늄을 투입하여 슬래그중의 크롬, 철 등의 금속 산화물을 환원시키는 방법에 있어서,

상기 진공 상태에서 래들 바닥에서 아르곤 가스를 불어 넣어 줌과 동시에, 상취 산소 랜스를 이용하여 아르곤 가스를 슬래그 상면에 불어 넣어 줌으로써 용강 슬래그간의 혼합을 촉진시켜 환원반응 속도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 브이오디에서의 크롬산화물 환원 방법.

또한, 상기 상취 랜스는 회전 시키거나 이동 시키면서 아르곤가스를 취입하여 슬래그/용강의 혼합의 취약 부분을 보상해주는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아르곤 가스는 취입유속을 초음속 이상이 되도록 하여 가스가 슬래그 상면에 도달 했을 때, 충분한 운동 에너지를 가지고 슬래그와 용강계면에 부딪치도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명에서 산소 랜스를 이용하여 아르곤가스를 상부에서 불어 넣어 주는 것은 저취 가스 취입에 의해 생기는 슬래그/용강의 교반력 부족을 보상해 주고, 저취 아르곤 가스 교반이 미치지 못하는 데드 존(dead zone)을 감소시키기 위한 것이다. 본 발명의 상취 아르곤 취입에 있어서 아르곤 가스 유속은 초음속 이상이 되도록 하여 가스가 슬래그 상면에 도달 했을 때, 충분한 운동 에너지를 가지고 부딪치도록 함으로써 금속 산화물이 완전히 환원되도록 하여, 환원 반응후의 탈황반응이 용이하도록 하며, 유가 금속의 실수율을 높이고, 특히 VOD처리시간을 단축시켜 생산성을 향상시키고, 래들 내화물의 소모를 감소시킬 수 있는 크롬산화물을 환원시키는 데 특징이 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예는 실제 VOD 설비의 1/5 규모로 만들어진 수모델 실험장치를 이용하여 실시하였다. 실제 조업의 슬래그 대용으로 5mm 크기의 구형의 플라스틱(plastic)을 사용하였으며, 두께는 20mm로 하였다. 실험은 래들 바닥에서 포러스 프러그만을 사용하여 교반을 실시한 경우와 본 발명의 상, 저취 복합 가스 취입의 경우에서의 슬래그 혼합 거동을 비교하였다. 상술한 바 같이 슬래그중 크롬 산화물의 환원은 크롬 산화물이 슬래그/용강 계면으로 이동하는 속도가 전체 반응 속도를 지배하기 때문에 용강/슬래그간의 혼합 특성을 개선함으로써 전체 환원 속도를 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 사진 1은 종래법(래들 하면으로부터 가스 취입)과 본 발명(래들 하면과 상취 랜스 동시 이용)의 슬래그/용강 교반 현상을 래들 정면에서 촬영한 것을 비교한 것이다. 종래법에 비해 본 발명의 경우가 물속에 혼재되어 떠다니는 플라스틱의 양이 많고, 물 속 깊이 침투한 것을 보여주고 있다. 사진 2는 래들 상면에서의 슬래그/용강의 혼합 특성을 나타낸 것이다. 종래법의 경우는 가스가 취입되는 직상부에서만 슬래그가 밀려나고, 이 부분에서 슬래그/용강 혼합이 잘 이루어지게 되며, 가스 기포가 영향을 미치지 못하는 부분에서의 슬래그는 용강과 혼합이 잘 이루어 지지 못하고 있음을 볼 수 있다. 그러나 본 발명의 경우에서는 상취 랜스로부터 공급되는 가스가 종래법에서 취약한 부분으로 생각되는 소위 데드 존(dead zone)에서의 교반을 활발하게 이루어지는 것을 볼 수 있으며, 이 효과는 상취 랜스를 회전 시키거나 이동 시키면서 사용할 경우 더욱 효과가 있을 것으로 예상 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 산소 랜스를 이용하여 아르곤가스를 용강 상부에서 초음속 이상으로 취입으로 저취 가스 취입에 의해 생기는 슬래그/용강의 교반력 부족을 보상해 주고, 교반력이 미치지 못하는 데드 존(dead zone)을 감소시켜줌으로써 금속 산화물이 완전히 환원되도록 하여, 환원 반응후의 탈황반응이 용이하도록 하며, 유가 금속의 실수율을 높이고, 특히 VOD처리시간을 단축시켜 생산성을 향상시키고, 래들 내화물의 소모를 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.

Claims (3)

1. VOD를 이용하여 스테인레스강을 제조할 때, 진공상태에서 실리콘 또는 알루미늄을 투입하여 슬래그중의 크롬, 철 등의 금속 산화물을 환원시키는 방법에 있어서,

   상기 진공 상태에서 래들 바닥에서 아르곤 가스를 불어 넣어 줌과 동시에, 상취 산소 랜스를 이용하여 아르곤 가스를 슬래그 상면에 불어 넣어 줌으로써 용강 슬래그간의 혼합을 촉진시켜 환원반응 속도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 브이오디에서의 크롬산화물 환원 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상취 랜스는 회전 시키거나 이동 시키면서 아르곤가스를 취입하여 슬래그/용강의 혼합의 취약 부분을 보상해주는 것을 특징으로 하는 브이오디에서의 크롬산화물 환원 방법.
3. 제1항에 있어서

   상기 아르곤 가스는 취입유속을 초음속 이상이 되도록 하여 가스가 슬래그 상면에 도달 했을 때, 충분한 운동 에너지를 가지고 슬래그와 용강계면에 부딪치도록 하는 브이오디에서의 크롬산화물 환원 방법.