KR20040049621A

KR20040049621A - 진공 탈가스 장치의 진공조 내부 가열방법

Info

Publication number: KR20040049621A
Application number: KR1020020077453A
Authority: KR
Inventors: 임종명; 박종화; 김재열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-06-12

Abstract

본 발명은 전로정련된 용강등을 진공하에서 정련하는 진공 탈가스 장치의 내부를 가열하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 진공탈가스장치에서 진공조 내부 압력을 200 torr이하로 유지하여 극저탄소강의 용강을 정련할 시 진공조내 가스중의 CO가스 구성비가 30~60%인 시점에 진공조 천정에 설치된 산소 랜스를 통하여 진공조내에 O₂가스를 10 ~ 40 Nm³/분의 유량으로 취입하여 CO가스와 O₂가스의 반응열에 의해 진공조 내부 온도를 상승시키는 진공탈가스장치의 진공조 내부 가열방법이 제공된다.

본 발명은 RH장치에서 용강 정련을 수행하는 과정에서 발생하는 CO가스를 이용하여 진공조를 가열함으로써, 진공조 가열을 위한 별도의 설비나 추가공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 분진의 발생없이 진공조내를 가열할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

진공 탈가스 장치의 진공조 내부 가열방법{Method for Heating Inner Portion of RH Degasser}

본 발명은 전로정련된 용강등을 진공하에서 정련하는 진공 탈가스 장치(이하 "RH 장치"라고도 함)의 내부를 가열하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극저탄소강(용강중에 탄소성분이 50ppm이하)의 용강 정련을 수행하는 과정에서 발생하는 CO가스를 이용하여 RH 장치의 내부를 가열하는 방법에 관한 것이다.

용광로에서 철광석을 녹여 제조한 용선에는 탄소함량이 매우 높기 때문에, 도 1에 나타난 바와 같이, 용광로에서 제조된 용선을 제강공정(전로정련공정)으로 이송하여 전로에 장입하고 순산소를 취입함으로써 일정 함량(약 0.04%)까지 용선내 탄소를 제거한 후, 래이들등으로 출강하게 된다.

이렇게 탄소가 일정 함량까지 제거된 용선을 용강이라고 한다.

전로정련공정을 마친 용강을 RH장치로 이송하여 진공상태에서 격렬하게 교반(攪拌) 시켜 용강의 성분과 온도를 균일하게 하고, 용강내 잔존하는 가스성분을 제거한 후, 연주공정으로 이송한다.

진공 탈가스 장치인 RH 장치는 도 2에 나타난 바와 같이 고온, 고압의 스팀을 구동력으로 진공조(1)내의 압력을 낮추어서 레이들(4)에 담겨 있는 용강(5)을 진공조(1)로 흡상시킨 후, 하나의 침지관(3)에 설치되어 있는 노즐을 통해 불활성 가스를 취입하여 용강의 겉보기 비중을 감소시킴으로써, 진공조 내의 용강 높이 차이를 야기시켜, 용강을 환류시키는 장치이다.

도 2에서 부호 2는 "산소랜스"를 나타낸다.

상기 진공조(1)내에서 용강(5)이 환류하는 과정에서 발생되는 비산 용융물은 진공조(1) 내벽에 부착되고, 시간이 경과함에 따라 응고되어 고체상태(지금(地金):응고되어 진공조 벽면에 부착된 용강 조각)로 남게되는데, 이러한 지금은 그 후에 용강을 처리하는 동안 용강의 강한 복사열에 의해 용해되어 그 용강을 오염시키고, 용강의 온도를 떨어뜨린다.

용강 정련을 수행하는 과정에서 용강온도가 떨어지면 진공조 상부에 설치된 산소 랜스(2)를 진공조 중앙부 높이까지 내린 후, 용강에 산소를 초음속으로 불어넣고 용강중으로 알루미늄(Al)을 투입하여 하기 반응식(1)과 같은 반응을 일어나도록 하여 용강온도를 상승시켜 주고 있는데, 이때에 하기 반응식 식(2)와 같은 반응과 함께 Al₂O₃개재물이 형성되어 용강의 청정도를 나쁘게 한다.

Al(s) →Al, O₂(g) → 2O

2Al+ 3O→ Al₂O₃(s) + Q (발열반응)

따라서, 진공조 벽체의 지금을 제거하기 위해 진공조 내부를 가열하는 방법이 다음과 같이 행해져 왔다.

종래의 진공조 내부 가열방법으로는 도 3에 나타난 바와 같이 진공조(1)내부에 흑연 전극봉(GRAPHITE ROD)(21)을 설치하고 약 3300볼트의 교류전원을 정류장치를 통하여 직류전원으로 공급하여, 흑연전극(21)으로 부터 발생하는 저항열로 진공조 내부를 가열하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 이러한 흑연 전극봉(21)에 의한 진공조 가열 방법은 용강을 처리하는 중간에 진공조 상부로 부터 투입되는 합금철 및 용해되어 낙하되는 지금(地金)(6)에 의해 절단되어, 용강(5)안으로 낙하되고 그로 인해 용강에 탄소([C])성분을 상승시킴으로써 생산을 불가능하게 하는 문제점을 갖고 있다.

다른 방법으로는 도 4에 나타난 바와 같이 RH 장치에서 용강 정련을 수행하지 않는 시간을 이용하여 진공조 벽면에 부착된 지금(6)을 진공조 상부에 설치된 산소 랜스(2)를 진공조 중앙부 높이까지 내린 후, 산소(O₂)가스를 지금이 부착된 부위에 취입하여 하기 반응식(3)와 같은 반응을 일으켜, 그 산화반응열을 이용하여 용해시키는 방법이 있다.

2 Fe(s) + O₂(g) → Fe₂O₃(s) + Q (발열반응)

그러나, 이러한 방법은 진공조 내화물에 침식을 촉진시켜 내화물 수명을 단축시킬 뿐 아니라, 진공조 내부 지금 용해시 발생하는 고열의 분진(粉塵)이 대기로 방출됨으로써 환경을 오염시키며, 설비 비가동시 실시해야 하기 때문에 생산성을 저하시키는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, RH장치에서 용강 정련을 수행하는 과정에서 발생하는 CO가스를 이용하여 진공조내부를 가열함으로써, 별도의 설비없이 생산에 지장을 주지 않고 분진을 발생시키지 않으면서 진공조 내부 온도를 상승시킬 수 있는 RH장치의 진공조 내부 가열방법을 제공하고자하는데, 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 통상적인 극저탄소강의 용강정련공정을 모식적으로 나타내는 공정도

도 2는 통상적인 진공탈가스장치(RH 장치)의 모식도

도 3은 종래방법에 따라 흑연 전극봉이 설치된 RH 장치의 모식도

도 4는 종래의 방법에 따라 산소랜스를 통해 진공조 내부를 용해제거하는 방법을 나타내는 모식도

도 5는 RH장치에서 극저탄소강의 용강을 정련할 때 정련시간에 따른 CO가스 발생량 추이의 일례를 나타내는 그래프

도 6은 본 발명에 따라 산소를 취입하는 과정을 모식적으로 나타내는 RH 장치의 모식도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 진공조 2 . . . 산소 랜스 3 . . . 침지관 5 . . . 용강

21 . . . 흑연 전극봉 6 . . . 지금(地金)

본 발명은 진공탈가스장치에서 진공조 내부 압력을 200 torr이하로 유지하여 극저탄소강의 용강을 정련할 시 진공조내 가스중의 CO가스 구성비가 30~60%인 시점에 진공조 천정에 설치된 산소 랜스를 통하여 진공조내에 O₂가스를 10 ~ 40 Nm³/분의 유량으로 취입하여 CO가스와 O₂가스의 반응열에 의해 진공조 내부 온도를 상승시키는 진공탈가스장치의 진공조 내부 가열방법에 관한 것이다.

일반적으로 RH장치로 이송된 용강에는 탄소성분이 150~400ppm, 산소성분이 150~450ppm 존재하게 된다.

용강이 담긴 레이들은 승강장치에 의해 진공조 침지관에 담궈지고 진공조 내부를 감압시키게 된다. 감압에 따라 레이들내 용강은 진공조내로 흡상되고 두 개의 환류관중 한쪽에서 불활성 가스인 Ar가스를 취입하게 되면, Ar가스가 들어가는 쪽의 용강 겉보기 비중이 Ar가스가 없는 쪽보다 작으므로 RH 진공조 내에서 환류하게 된다.

진공조 내부로 빨려 올라간 용강 내부로부터 하기 반응식(4)의 반응에 의해 발생된 CO가스가 빨려나오며, 용강 환류를 위해 취입된 Ar 가스도 이와 함께 나오게 된다.

[C] + [O] = CO(g)

상기 반응식(4)의 반응이 계속 일어나고 용강의 탄소성분이 50ppm이하가 되면 알루미늄을 투입하여 남아있는 산소성분을 모두 제거한다.[알루미늄에 의한 탈산(脫酸)반응; 반응식(2)]

탈산작업이 완료된 후에는 요구사항에 따라 티타늄 등 합금철을 투입한 후 일정시간 레이들내 용강을 환류시켜 균질화하고, 용강온도 및 성분을 측정한 후 정련작업을 종료하여 용강 레이들은 연주공정으로 이송시킨다.

상기한 바와 같이 극저탄소강을 제조하기 위해서는 RH 장치에서 용강을 진공하에 두는데 이때 용강내부에 잔류하고 있는 탄소와 산소가 상기 반응식(4)과 같은 반응을 일으켜서 일산화탄소(CO)가스를 발생시키고 이를 제거함으로써 용강중의 탄소를 제거한다.

RH장치에서 극저탄소강의 용강을 정련하는 경우 극저탄소강 정련처리시간에 따르는 CO 가스 발생량 변화의 일례가 도 5에 나타나 있다.

도 5도에 나타난 바와 같이 CO 가스 발생량은 정련과정이 시작되면 약 5분까지 급속하게 증가하다가 용강으로 부터 탄소성분이 제거됨에 따라 그 발생량이 감소한다.

본 발명에서는 상기와 같이 RH장치에서 진공조 내부 압력을 200 torr이하로 유지하여 극저탄소강의 용강을 정련할 때 진공조내부를 가열하기 위하여 진공조내 가스중의 CO가스 구성비가 30~60%인 시점에 진공조 천정에 설치된 산소 랜스를 통하여 진공조내에 O₂가스를 10 ~ 40 Nm³/분의 유량으로 취입한다,

상기와 같이, CO가스 발생시 진공조 천정에 설치된 산소 랜스를 통하여 O₂가스를 취입하면 하기 반응식(5)에 의하여 열을 발생시키게 되며, 이렇게 발생된 열에 의하여 진공조 내부 온도를 상승시키므로써 진공탈가스장치의 진공조 내부을 가열하게 되는 것이다.

CO(g) + ½O₂(g) = CO₂(g) + Q(발열반응)

진공조내에 산소를 취입함에 있어서 진공조내 가스중의 CO가스의 구성비가 30%미만인 시점에서 산소를 취입하는 경우에는 산소를 취입하여 상기 반응식(5)의 반응을 일으켜도 그 발열량 자체가 진공조 내부 내화물의 온도를 올리기에 부족하고,

CO가스의 구성비가 60%를 초과하는 시점에서 산소를 취입하는 경우에는 CO가스이외의 기타 가스성분인 Ar가스의 양이 적다는 것을 의미하는 것으로, RH장치에서 용강을 환류시키기 위해 취입되는 Ar가스 양이 적으면 용강의 환류량이 적어서 상기 반응식(4)의 반응이 잘 일어나지 않기 때문에 역시 CO가스 발생량이 적어 발열량이 작다.

따라서, 진공조내에 산소를 취입하는 시점은 진공조내 가스중의 CO가스 구성비가 30~60%인 시점으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 취입되는 산소의 유량은 10~40 N㎥/분이 바람직한데, 그 이유는 취입되는 산소의 유량이 10N㎥/분 미만인 경우에는 취입되는 산소의 유량이 너무 적어 RH장치 내부 감압에 의해 빨려나가 CO가스와 반응하기에 충분치 않고, 산소의 유량이 40N㎥/분을 초과하는 경우에는 용강과 반응하여 산소를 증가시키게 되어 용강청정도를 나쁘게 하기 때문이다.

진공조내로의 산소의 취입은 도 6에 나타난 바와 같이 진공조의 천정부근에서 행하는 것이 바람직한데, 그 이유는 취입되는 산소가 진공조 하부에서 환류되는 용강과 반응하여 용강중의 산소를 증가시킴을 방지하고 탈탄반응중 발생되어 진공조 상부측으로 배기되는 CO가스와 반응을 극대화하며, 진공조를 하부에서 상부까지 고르게 가열시키기 위함이다.

상기와 같이 취입되는 산소와 발생되는 CO가스의 반응에 의하여 발생된 열은 RH장치의 진공조 내부 온도와 벽면의 내화물 온도를 증가시킴으로써, 벽면에 비산되어 부착된 용강이 응고되지 않고 흘러내리게 함으로써 지금이 형성되는 것을 방지한다.

지금은 용강을 처리하는 동안 용강의 강한 복사열에 의해 용해되어 그 용강을 오염시키고, 용강의 온도를 떨어뜨리게 되며, 용강온도가 떨어지면 용강에 산소를 초음속으로 불어넣고 용강중으로 알루미늄(Al)을 투입하여 용강온도를 상승시켜 주어야 하는데, 이때에 반응과 함께 Al₂O₃개재물이 형성되기 때문에, RH장치의 진공조 내부온도를 증가시켜 지금 부착을 방지함으로써 용강의 청정도가 나빠지는 것을 방지할 수 있다.

또한, RH장치의 진공조 내부를 가열하여 고온으로 유지함으로써, 고온의 용강이 RH장치에서 처리되는 동안에 자연적으로 하강하게 되는 온도 강하량을 감소시킨다.상기한 바와 같이, 용강의 온도가 떨어지면 용강의 청정도를 나쁘게 만든다.

본 발명의 수행시 중요한 것은 취입한 O₂가스에 의해서 용강중에 산소가 증가되지 않아야 한다.

왜냐하면, 용강중에 용해되어 있는 산소는 상기 반응식(4)의 반응이 완료되어 요구하는 탄소성분에 도달하게 되면 제거되어야만 하는데, 이때 알루미늄을 투입하기 때문에 하기 반응식(2)의 반응에 의해서 알루미나 개재물이 발생하게 되어 용강의 청정도를 나쁘게 하기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

250~280ton의 용강을 처리할 수 있는 RH장치에서 하기 표 1의 조성을 갖는 극저탄소강을 제조하는 동안에 하기 표 2와 같이 산소 취입시점과 취입산소의 유량에 따르는 조건으로 진공조내부를 가열하고, 진공조의 내화물온도 및 용강산소증가량을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

산소취입은 RH장치의 진공조의 천정부분에 설치되어 있는 산소랜스를 통하여 이루어졌으며, 내화물 온도는 진공조 중앙부의 내화물 내측에 설치되어 있는 온도계에 의하여 측정된 것이다.

구분	[C]	[Mn]	[Si]	[P]	[S]	[Sol.Al]	[Ti]
함량(wt%)	≤ 0.005	0.01~0.15	≤ 0.02	≤ 0.015	≤ 0.015	0.020~0.050	0.040~0.060

CO 함량(wt%)	산소유량(Nm³/분)	내화물 온도(℃)	용강산소증가량(ppm)
20	0	1270	0
	10	1272	0
	30	1271	0
	40	1273	0
	50	1274	25
	60	1274	30
30	0	1270	0
	10	1285	0
	30	1350	0
	40	1412	0
	50	1459	20
	60	1473	28
50	0	1270	0
	10	1293	0
	30	1374	0
	40	1456	0
	50	1462	18
	60	1475	25
60	0	1270	0
	10	1298	0
	30	1386	0
	40	1468	0
	50	1470	15
	60	1478	23
70	0	1270	0
	10	1269	0
	30	1272	0
	40	1271	0
	50	1270	13
	60	1273	21

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 산소취입시기는 RH장치에서 정련작업 수행중 CO가스의 구성비가 30%~60%의 범위일 때 산소를 취입하는 것이 진공조 내부 가열효과가우수함을 알 수 있다.

또한, 취입산소유량이 40 Nm³/분을 초과하는 경우에는 용강산소증가량이 큰 것을 알 수 있는데, 이는 결국 용강의 청정도를 나쁘게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 RH장치에서 용강 정련을 수행하는 과정에서 발생하는 CO가스를 이용하여 진공조를 가열함으로써, 진공조 가열을 위한 별도의 설비나 추가공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 분진의 발생없이 진공조내를 가열할 수 있는 효과가 있는 것이다.

더욱이, 본 발명은 상기와 같이 RH 진공조 내부를 가열함으로써 진공조 벽면에 용강이 부착되어 응고되는 것을 방지하고, 지금에 의해서 용강의 온도가 떨어지는 것을 억제하여, 용강의 온도를 재차 올릴 때 필연적으로 발생하는 Al₂O₃개재물의 발생을 방지함으로써 고청정강을 제조함과 동시에 용강을 올리는데 필요한 알루미늄 합금철이 필요없기 때문에 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

진공탈가스장치에서 진공조 내부 압력을 200 torr이하로 유지하여 극저탄소강의 용강을 정련할 시 진공조내 가스중의 CO가스 구성비가 30~60%인 시점에 진공조 천정에 설치된 산소 랜스를 통하여 진공조내에 O₂가스를 10 ~ 40 Nm³/분의 유량으로 취입하여 CO가스와 O₂가스의 반응열에 의해 진공조 내부 온도를 상승시키는 진공탈가스장치의 진공조 내부 가열방법