KR20060012266A - 강철의 직접 합금 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 강철의 직접 합금 방법은 철 및 강철 산업에 관한 것이고 직접 합금 방법에 의한 강철 생산에 사용될 수 있다. 상기 강철의 직접 합금 방법은 강철 제조 용기 내에서 강철을 제조하는 단계, 망간 옥사이드 함유 물질 및 환원제를 공급하는 동안에 옥사이드로부터 환원된 망간으로 상기 생산된 강철을 합금하는 단계 및 그들의 상호반응 단계로 구성된다. 상기 망간 환원은 비금속 화합물을 함유하고 상기 용융 금속 표면에 공급되는 물질로부터 다른 합금 원소의 환원과 함께 수행된다. 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 공급된 물질의 층 높이가 총 층 높이의 0.1~0.15에 도달하는 경우 상기 환원제를 첨가한다. 환원 온도는 상기 공급된 물질의 유동 온도 수준에서 유지되고, 상기 환원 원소의 용융부 및 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 상기 공급된 물질의 용융부 사이에 영구적 접촉이 또한 유지된다. 상기 환원 원소는 상기 공급 물질 및 환원제 혼합물의 필요한 열 특성을 보장하는 양으로 공급된다. 상기 방법은 금속에 의한 합금 원소의 높은 회수도를 보장하고, 비금속 불순물에 의한 강철 오염을 감소시키고 그의 품질을 개선시킨다.
Description
본 발명은 일반적으로 철 야금학에 관한 것이고 직접 합금 기술을 이용한 강철의 제조에 적합하다.
현재 강철 품질의 개선을 위한, 특히, 저함량 및 초저함량의 탄소, 가스 및 불순물을 함유하는 강철의 생산을 위한 추세가 세계적으로 중요한 문제가 되고 있고, 현재의 용융 방법에 있어서, 주로 노(furnace) 외부의 처리에 있어서, 상기 강철을 주조 전에 원하는 파라미터로 유도하기 위해 변화되고 있다. 이와 관련하여, 동시에 좁혀진 범위의 각 원소들을 갖는 강철의 예정된 조성물에 도달하도록 필수조건들이 엄격해지고 있다. 이 때문에, 강철에 의한 첨가제의 합금 및 변형의 제어된 정도의 회수를 보장하는 방법 및 공정 단계가 매우 중요하게 여겨지고 있다.
강철을 제조하는 통상적인 방법은 생성될 강철의 등급에 관계없이 강철 제조 용기 내에서 저탄소 산물을 용융시키는 단계 및 이어서 상기 산물을 강철 정련 시스템에서 원하는 파라미터로 유도하는 단계로 구성되는 사실을 고려하면, 합금 전에 저탄소 산물을 탈산화 시킬 필요성이 대두 된다. 이 경우에 있어서, 상기 금속은 필연적으로 비금속 불순물 및 탈산화 반응의 옥사이드로 포화 되고, 상기 옥사이드 산물을 변형 또는 제거하기 위하여 추가적인 측정이 고려되는데 이는 에너지 및 물질 비용을 필요로 한다. 노 외부 처리의 다음 단계, 강철의 합금은 일부 량의 비금속 불순물의 형성을 또한 수반한다. 강철의 예비 탈산화를 위하여 비금속 불순물을 형성하지 않는 물질들, 코크스 또는 석탄의 사용은 배출 이전에 탄화수소 반-산물을 재가열함에 의해 보충되어야 하는 다량의 열 손실을 수반하고, 이는 추가의 비용을 발생시키고 강철의 품질을 손상시킨다.
강철을 망간으로 합금하는 통상적인 방법은 강철 제조 용기 내에서 강철을 용융하고, 레이들(ladle)에 상기 강철을 태핑(tapping)하고, 합금 물질들을 투입하고, 불활성 가스를 주입하고, 상기에서, 상기 금속을 태핑한 이후에 철합금 산업의 저-인, 망간-함유 슬래그, 환원제 및 석회를 상기 레이들에 2.0~3.5의 범위의 슬래그 염기도를 제공하는 양으로 투입하고, 다음으로 상기 용융된 배쓰(bath) 표면 상에 3~30초 동안 산소를 주입하는 것을 포함한다(SU 1 044 641, Int. Cl. C21C 7/00, 1983).
하지만, 상기 통상적인 방법은 고품질의 강철의 제조에는 적합하지 않은데, 이는 강철 주조 용기로부터 태핑한 다음에 합금제를 함유하는 산화 물질, 망간, 환원제 및 석회를 탄화수소 반-산물 표면상의 상기 주조 레이들에 동시에 전달하는 것, 및 이후 산소를 주입하는 것이 망간을 이용한 강철 합금 공정의 제어를 어렵게 하고, 그에 의해 강철에 의한 높은 망간 회수율 및 높은 탈황산화율의 달성을 방해하기 때문이다.
강철 내의 황 함량의 환원은 금속의 심층 예비-탈산화 이후에 탈황 물질로 처리됨으로써 제공되고, 이는 예컨대 격렬한 교반에 의한 상기 탈황 물질 및 상기 금속 같에 최대의 접촉을 필요로 한다.
통상적인 방법에 있어서, 강철을 망간으로 직접 합금한 후에 형성되는 고염기성 슬래그는 특정의 설파이드 용량을 나타내지만, 격렬한 교반이 없기 때문에 심층 강철 탈황을 제공하지 못한다.
따라서, 상기 방법은 강철 내에 낮은 황 함량을 달성하는데 적합하지 않다.
상기 금속 표면에 산소 주입은 상기 강철을 망간으로 직접 합금하는 경우 금속 내의 산소 함량을 증가시키고, 이는 환원제 소비를 증가시키고, 용융 금속에 의한 망간 회수를 감소시키고, 탈황 조건을 악화시키고, 옥사이드 및 설파이드 비금속 불순물에 의한 강철의 오염을 증가시키고, 즉 강철의 품질을 손상시킨다.
탄화수소 반-산물을 태핑한 후에 상기 주조 레이들로 물질들을 공동 운반하면 합금 원소, 망간의 회수를 감소시키고, 상기 사실 및 상기 합금 공정 속도의 제어가 불가능하다는 사실의 조합은 강철 품질을 손상시킨다.
통상적인 방법에 따라 강철을 제조하는 경우, 탄화수소 반-산물을 태핑한 다음 모든 물질들이 캐스팅 레이들로 투입되기 때문에 강철 제조 용기의 효율은 강철을 철합금으로 합금하는 방법의 그것과 비교하여 감소 되고, 상기 투입된 물질들을 용융시키는데 추가적인 시간이 소요되기 때문에 상기 합금 공정을 보다 길게 만든다.
철 금속 생산의 저-인 망간-함유 슬래그 내의 망간은 화학적으로 강한 화합물의 형태인, MnSiO3이다. 석회가 2.0~3.5의 슬래그 염기도를 제공하는 양으로 소 비되고, 망간 환원의 개시 이전에 저-인 망간-함유 슬래그와 함께 주조 레이들 내로 전달되는 경우, 고융점(1400℃ 이상)을 갖는 강한 화합물이 규산화칼슘 및 유리 석회와 함께 슬래그 내에 형성된다. 석회이 존재가 규산화칼슘이 실리콘으로 환원되는 경우 규산화칼슘 내의 화학 결합의 분해에 기여한다고 할지라도, 그럼에도 불구 하고 용해하기 어려운 규산화칼슘 Ca2SiO4 및 Ca3SiO5가 슬래그 내에 형성되고 슬래그의 높은 융해 온도를 야기하는데, 상기 인자는 슬래그의 점도를 증가시키고, 망간 회수도를 감소시키고, 비금속 불순물의 함량을 증가시키고 강철의 품질을 손상시킨다.
게다가, 통상적인 방법에서 사용되는 합금 물질로서 망간을 함유하는 옥사이드은 비싸고 그의 생산을 위해 많은 양의 전력이 소비되기 때문에 전력 집약적이다.
강철을 제조하는 다른 통상적인 방법은 강철 제조 용기 내에서 강철을 용해시키고, 탈산화시키고, 합금하고, 환원제로서 실리콘 및 알루미늄을 함유하는 융해 금속을 제공하고, 상기 용융된 금속에 망간 및 칼슘 옥사이드을 함유하는 옥사이드 혼합물을 CaO/MnxOy=0.6~1.2의 비율로 첨가하고, 주조 레이들 내에서 망간이 상기 금속 내에 용해된 시리콘 및 알루미늄으로 환원되는 경우 형성된 슬래그로 상기 용융 금속을 처리하고, 상기 처리는 CaO/SiO2=0.7~1.8의 염기도를 갖는 슬래그 하에서 상기 용융 금속을 유지시킴으로써 수행되고, 상기 옥사이드 혼합물과 함께 실리콘 함유 환원제를 상기 용융 금속에 추가로 첨가한다(RU No.2096491 C1, Int.Cl.C21C 7/00, 1997).
상기 방법에 있어서 상기 금속의 예비-탈산화 및 합금은 강철 제조 용기 내에서 산화 슬래그의 존재 하에서 및 고도로 산화된 금속과 함께 수행된다. 이는 슬래그 내의 산화철과 반응하는 산화제 및 합금제의 과도한 소비를 야기할 뿐만 아니라, 극도로 제거하기 힘든 비금속 봉입체, 예컨대, 망간 및 철의 실리케이트, 알루미네이트, 설파이드에 의한 금속의 오염을 증가시킨다. 상기 방법에 있어서, 다음으로 망간 옥사이드로부터 망간을 환원시킴으로써 상기 금속은 주조 레이들 내에서 처리되고 실리콘-함유 환원제, 페로실리콘이 상기 레이들 내에 첨가된다. 상기 망간 환원 방법은 확산 체제에서 수행되고, 이는 불가피하게 그의 수행을 위해 추가 시간을 필요로 한다. 또한, 이전에 상기 강철 제조 용기 내에서 형성된 실리케이트, 알루미네이트 및 설파이드의 양은 망간 환원에서 새로 형성된 실리케이트의 첨가 때문에 증가한다. 상기 봉입체의 구형화 수단의 부재 하에서 및 상기 금속 표면에 형성된 고-실리카 슬래그의 존재 하에서, 상기 방법은 상기 금속체로부터 슬래그로 비금속 봉입체의 제거를 제공하지 못하고, 이는 금속의 옥사이드 및 설파이드 봉입체에 의한 오염을 증가시키고 금속의 품질을 손상시킨다.
상기 방법은 망간 환원에 대한 바람직하지 않은 조건을 야기하고 상기 용융 금속에 옥사이드 혼합물의 첨가, 즉 상기 안정제 첨가물(CaO)을 총 혼합물 양의 1/2 내지 2/3로 첨가하는 것은 용융 조건을 악화시키고, 시간 및 그의 용융을 위해 소비되는 열을 증가시키는데, 이는 환원제 혼합물과 함께 투입된 환원제가 알루미늄에 비해 낮은 활성을 갖는 물질(실리콘)인 경우 매우 중요하다. 실리콘 함유 환 원제의 사용은 환원제로 상기 혼합물의 국소적인 과다가열의 가능성과 관련이 있고, 따라서, 용융 슬래그 표면상의 부유 및 대기 산소와의 과도한 반응과 관련이 있다. 실리콘 함유 환원제가 가스상으로 손실되는 사실을 무시할 수 있다고 할지라도, 망간 환원 반응에서 형성된 실리콘 옥사이드는 망간 환원의 열역학적 조건을 악화시키고, 이는 칼슘 함유 옥사이드(석회)의 소비 증가 및 상기 옥사이드 혼합물의 가열을 위한 에너지 소비를 증가시킨다. 상기 옥사이드 혼합물, 또는 상기 용융 금속에 주로 첨가되는 알루미늄 및 실리콘과의 혼합물의 열적 특성은 자발적인 환원 공정을 제공하지 못하고, 화학적 열을 보상하기 위해 제공하는 실리콘 함유 환원제의 추가적인 소비는 슬래그 내의 SiO2 부분의 증가 때문에 망간 환원 성능에 손상을 준다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 제조 공정을 최적화함으로써 개선된 강철의 직접 합금 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 동시에 투입된 물질들을 융해하고 환원을 수행하기 위한 바람직한 물리적, 화학적 및 온도 조건을 보장하고, 이는 금속에 의한 원소의 합금 회수를 개선 시키고, 비금속 봉입체에 의한 강철의 오염을 감소시키고, 강철의 품질을 개선 시킨다.
상기 본 발명의 목적은 강철 제조 용기 내에서 강철을 용융시키는 단계; 및 산화 망간을 함유하는 물질 및 환원제를 첨가하고 상기 물질 및 환원제 간의 반응 동안에 옥사이드로부터 환원된 망간과 상기 강철을 합금시키는 단계를 포함하고, 상기 망간 환원은 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하고 상기 용융된 금속 표면에 투입된 물질로부터 다른 합금 원소들의 환원과 함께 수행되고; 상기 투입된 물질의 층 높이가 전체 층 높이의 0.1 내지 0.15인 경우 상기 환원제의 첨가를 개시하고; 상기 환원 온도는 상기 투입된 물질 및 상기 환원제의 용융 온도 수준에서 유지되고; 상기 환원제의 용융부 및 상기 합금 원소의 비금속 화합물들을 함유하는 투입된 물질의 용융부 간에 일정한 접촉이 제공되고, 상기 환원제는 상기 투입된 물질 및 상기 환원제의 혼합물의 필요한 열적 특성을 보장하는 양으로 전달되는 것을 특징으로 하는 강철의 직접 합금 방법으로 달성된다.
바람직하게, 상기 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질은 합금 원소들의 옥사이드 또는 카보네이트(carbonate), 또는 그들의 혼합물일 수 있다.
바람직하게, 상기 환원제는 알루미늄 함유 물질, 실리콘 함유 물질, 탄소 함유 물질, 알칼리 토금속을 포함하는 물질, 또는 그들의 혼합물일 수 있다.
바람직하게, 상기 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질의 투입은 연속적으로 또는 배치(batch) 내에서 수행되고, 상기 배치는 총 소비의 0.1 미만일 수 있다.
바람직하게, 강철 제조 용기 내에서 수행되는 강철의 직접 합금 공정에 있어서, 상기 용융된 금속이 표현식 Δt=33[Mn] (상기 Δt는 태핑 온도의 초과 수치이고(℃), [Mn]은 환원된 망간의 양이고(중량%), 33은 실험 계수이다.)로부터 결정되는 수치에 의한 태핑(tapping) 온도를 초과하는 경우, 환원제로서 슬래그 형성 물질 및 탄소 함유 물질을 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질 : 상기 슬래그 형성 물질 : 상기 탄소 함유 물질의 1 : 0.18~0.20 : 0.10~0.12의 비율로 선택되는 양으로 상기 용기에 추가로 투입하고; 상기 산화 슬래그를 상기 강철 제조 용기로부터 회수하는 것일 수 있다.
강철 제조 용기 내에서 강철을 합금하는 경우, 바람직하게, 상기 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질, 상기 슬래그 형성 물질 및 탄소 함유 물질을 배치 내에 투입하고, 상기 각 배치는 상기 용융된 금속 중량의 0.01~0.02의 중량을 갖는 모든 투입된 물질들로 구성되는 것일 수 있다.
강철의 직접 합금 공정이 주조 레이들(ladle)에서 수행되는 경우, 바람직하게, 상기 레이들에 탄소 함유 물질을 추가로 첨가하고; 상기 투입된 환원제는 알루미늄이고; 상기 합금 공정에 있어서 슬래그 형성제로서 석회를 추가로 첨가하고; 상기 첨가 비율은 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질 56~65 중량%, 알루미늄 12~16 중량%, 탄소 함유 물질 5~7 중량%, 석회 나머지 함량일 수 있다.
주조 레이들에서 강철을 크롬으로 합금하는 경우, 바람직하게, 상기 다른 원소들의 비금속 화합물들은 상기 용융 금속의 태핑 동안에 상기 레이들에 첨가되는 산화 크롬이고; 최종 강철에 있어서 망간 및 크롬 함량을 각각 0.1%씩 증가시키기 위해 상기 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질에 있어서 1.1 내지 1.2의 망간-크롬 비율로부터 선택되는 양으로 산화 크롬을 투입하고, 환원제로서 첨가된 알루미늄은 탄화칼슘과 함께 1:(2.9~3.2)의 비율로 투입 될 수 있다.
주조 레이들에서 강철을 크롬으로 합금하는 경우, 바람직하게, 상기 산화크롬을 함유하는 물질은 중탄소(medium-carbon) 페로크롬 산물의 전로(converter) 슬래그일 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 그에 따르면 상기 반응 구역 내의 온도 감소가 반응 평형 상수를 증가시키고, 따라서, 반응 종결을 증가시키는 원리를 실행하는 아이디어에 기인한다; 이를 위해 본 발명에 따른 방법은 다음 조건을 보장한다:
1. 환원 반응 옥사이드 산물 - 환원제 내에 포함된 활성 원소들의 옥사이드에 대하여 형성 슬래그의 최소 점도 및 높은 슬래그 수착 용량에서 합금 원소 환원 반응 구역 내의 직접 합금 공정의 최소 온도.
2. 출발 반응 성분들: 망간 옥사이드 및 다른 금속 원소들의 비금속 화합물을 함유하는 물질, 및/또는 다른 비금속 망간 화합물 및 환원제를 함유하는 물질의 환원 공정을 통한 반응 구역 내의 영구적 존재.
3. 반응 산물, 환원된 합금 원소로부터 금속체로의, 및 환원제 활성 원소들의 반응 구역으로부터, 및 환원제 활성 원소들의 형성된 옥사이드로부터 슬래그 상으로의 효과적인 회수.
합금 원소들이 용융 철에 용해되고, 예컨대 망간은 용융 철에 무한적으로 용해되기 때문에, 환원된 망간 마이크로입자들은 용융 금속에 의해 즉시 흡수되고, 대류 유동하고, 항상 용융 금속체 내에 존재하고, 환원된 원소가 풍부한 층을 상기 용융 금속체로 운반하고, 그에 의해 합금 원소, 망간에 대해 조성물을 평균한다. 환원은 액상 조건 하에서 일어나기 때문에 상기 환원된 망간 마이크로입자의 존재 하에서 다른 환원가능한 합금 원소도 또한 상기 금속체에 강력하게 용해되고, 따라서 상기 용융 금속 내에 그들을 용해시키는데는 아무런 장해가 없다.
상기 환원제는 망간 옥사이드, 다른 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하고/하거나, 다른 비금속 망간 화합물들, 및 환원제를 함유하는 투입된 혼합물의 원하는 열을 제공하는 양으로 첨가된다.
옥사이드 및 카보네이트로부터 원소들의 자발적인 환원 반응을 위하여, 합금 원소들의 비금속 화합물들 및 환원제를 포함하는 특정 물질 혼합물의 잠재 열의 특정 자원이 요구되고, 상기 자원은 출발 물질을 용융시키고 합금 원소들을 환원시킬 뿐만 아니라, 형성되는 금속 및 슬래그 상의 효과적인 분리를 제공할 것이다. 합금 원소들의 옥사이드 및 카보네이트 형태의 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질들을 이용하는 직접 강철 합금에 있어서, 발열성 환원 반응 열과 함께 용융 금속, 강철 제조 용기의 내면 등에 의해 제공되는 추가적인 열원이 제공되기 때문에, 환원 공정의 바람직한 열 조건이 생성된다. 상기 경우에 있어서, 반응 구역으로 공급되는 명확한 열의 양과 함께, 고도로 활성인 원자들, 환원제의 점화, 및 가스상으로 그들의 제거를 방지하는 조건들이 제공된다. 따라서, 각 특정 혼합물의 열 조건은 환원제의 최소 손실로 자발적인 환원 반응을 제공하도록 실험적으로 선택된다.
부가적으로, 상기 환원제는 처음에 슬래그 및 금속에 의해 표면 상에 도포된다. 하지만, 상기 화원제 용융점은 금속 및 슬래그의 용융점 보다 낮기 때문에, 상기 환원제는 용융하고 상기 공정은 부착된 크러스트의 파괴가 수반되고, 따라서 상기 형성된 환원제의 용융부 및 상기 용융된 합금 물질들의 균질 성분 사이에 영구적인 접촉이 제공되고, 상기 접촉은 환원 원소 환원의 발열 반응의 열에 의해 일정하게 유지된다. 이는 투입된 물질의 용융 및 합금 원소들의 환원의 동시 공정을 제공한다.
발명의 상세한 설명
강철의 직접 합금 방법은 다음의 방법으로 수행된다.
용융 철을 강철 제조 용기, 예컨대 산소 전로(converter), 샤프트 아크 노(shaft arc furnace) 등에 투입하고, 다음으로 슬래그 형성 물질(석회, 돌로마이트, 스파)를 첨가하고, 산소를 상기 용융물에 주입한다. 산화 슬래그를 제거한 후에, 망간 옥사이드, 다른 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질, 및/또는 다른 비금속 망간 화합물들을 함유하는 물질을 상기 용융 금속 표면에 투입한다. 상기 비금속 화합물들을 함유하는 물질들은 망간 광석(ore), 정광(concentrate), 소결물(sinter), 철합금 산물의 슬래그 등일 수 있다. 상기 다른 합금 원소들의 비금속 화합물들은 합금 원소, 예컨대 니오븀(niobium), 티타늄, 몰리브덴, 크롬 등의 옥사이드를 함유하는 화합물, 또는 합금 원소들의 카보네이트, 예컨대 티타늄 옥시카보니트라이드, 니오븀 카보네이트, 아칼리 토금속 족, 또는 그들의 혼합물일 수 있다. 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질의 전달은 연속적으로 또는 배치로 수행되고, 각 배치는 강철의 예정된 조성에 따라, 총 소비의 0.1 이하이다. 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질의 배치 공급은 공급된 물질의 용융 및 그들로부터 합금 원소들의 환원의 동시 발생을 제공해야 하는 필요성에 의해 도입된다. 총 소비의 0.1 이하의 상기 투입된 물질 배치의 환원은 상기 용융 공정을 방해할 것이다. 이는 상기 물질들이 슬래그화 되고 이는 용융 시간을 증가시키고, 상기 환원제의 비효율적인 사용을 유발하고 합금 원소의 화합물을 함유하는 물질로부터 환원된 원소의 용융 금속에 의한 회수를 감소시키기 때문이다.
상기 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 공급된 물질의 층 높이는 총 층 높이의 0.1~0.15에 달하기 때문에, 환원제의 첨가는 개시되고 상기 물질의 추가적인 투입의 과정으로 계속된다.
상기 환원제는 알루미늄 함유, 또는 실리콘 함유, 또는 탄소 함유 물질이거나, 알칼리 토금속 족이거나, 그들의 혼합물이다. 선택되는 환원제에 따라, 그의 분획 조성은 1.0~3.0 mm 내지 20~50 mm 또는 그 이상으로 변화할 것이다. 상기 환원제는 상기 투입된 물질 및 환원제의 혼합물의 원하는 열 특성을 제공하는 양으로 첨가될 것이다.
망간 옥사이드, 다른 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하고/하거나, 다른 비금속 망간 화합물을 함유하는 물질의 첨가는 상기 물질의 용융 온도를 용융 물질 온도 이하로 제공해야 하는 필요성에 의해 도입된다.
용융 물질의 균질 성분이 형성되고 상기 환원제가 적절한 시점에 첨가되는 경우, 상기 수치는 환원 공정의 격렬한 개시, 및 공급된 물질의 용융 및 합금 원소의 환원의 동시 공정을 보장하고, 이는 금속에 의한 합금 원소들의 회수를 개선하고, 비금속 봉입체에 의한 금속 오염을 감소시키고, 강철의 품질을 개선시킨다. 환원제의 효과적인 사용은 합금 원소들의 비금속 화합물을 함유하는 물질의 및 상기 환원제의 자발적인 용융에 의해 제공된다. 이는 합금 원소들의 액상 환원 반응의 격렬한 실행을 촉진한다.
합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질을 투입하는 공정에 있어서 상기 환원제의 첨가는 상기 환원 공정의 이른 출발, 환원제의 용융부 및 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 용융 물질의 형성된 균질 성분 간의 영구적 접촉, 및 공급된 물질의 용융 및 환원의 동시 공정을 제공하고, 그에 의해 환원 공정이 환원 공정의 낮은 속도 및 완성도, 환원제의 증가된 소비, 비금속 봉입체에 의한 금속 오염 및 강철 품질의 저하를 동반하는 확산 체제로 전이되는 것을 방지한다.
바람직하게 상기 투입된 합금 물질의 층 높이가 총 층 높이의 0.1~0.15에 도달하는 경우 상기 환원제의 첨가가 개시되는데, 이는 상기 환원제 용융점이 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질의 용융점 보다 낮기 때문이다. 상기 물질의 층 높이가 총 층 높이의 0.1에 도달하기 이전에 상기 환원제가 첨가되는 경우, 상기 물질은 용융 및 균질상을 형성하는데 충분한 시간을 갖지 못할 것이고, 따라서 상기 용융 환원제는 환원 반응에 참여하지 못하고, 이는 그의 비효과적인 사용을 야기한다. 투입된 합금 물질의 균질상의 격렬한 형성이 합금 물질의 용융 및 환원 공정의 동시 방법을 방해할 것이고, 이는 용융 금속에 의한 합금 원소의 회수의 감소, 비금속 봉입체를 이용한 금속의 오염 및 손상된 강철 품질을 야기하기 때문에, 합금 원소의 화합물을 함유하는 물질의 층 높이가 총 층 높이의 0.15 이상인 경우 상기 환원제의 첨가는 또한 비바람직하다.
합금 원소의 환원은 망간 옥사이드, 다른 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하고/하거나, 다른 비금속 망간 화합물을 함유하는 물질의 용융 온도에서 수행된다.
이는 합금 물질 및 환원제의 용융부의 균질 성분의 존재 하에서 환원 종결이 증가하고 온도가 최소화되는 사실에 의해 도입되는데, 상기 사실은 금속에 의한 합금 원소의 회수에 기여하고, 비금속 봉입체에 의한 강철의 오염을 감소시키고 강철의 품질을 개선시킨다. 본 발명의 방법에 따른 물질의 용융 온도 이상의 온도 증가는 전혀 일어나지 않는데, 이는 상기 투입된 물질의 용융이 종결되는 경우 상기 환원 공정이 실질적으로 종결되기 때문이다.
본 발명에 따른 환원제의 용융부 및 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 용융 물질의 균질 성분 간의 영구적 접촉의 제공은 환원 공정의 높은 속도 및 종결성을 유지하기 위해 필요하다.
정련 도입 공정의 종결 및 태핑 온도를 초과하는 용융 금속 온도에 도달 이후에 강철의 직접 합금 공정이 강철 제조 용기, 예컨대 전로 내에서 수행되는 경우, 산화 슬래그는 회수된다. 용융 금속의 추가적인 가열은 태핑 이전에 산화 슬래그 점도를 감소시키고 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질로부터 합금 원소의 탄소열(carbothermic) 환원의 흡열 반응으로부터 생성되는 열 손실을 보상해야하는 필요성에 의해 도입된다. 용융 금속 온도가 각 특정 강철 등급에 대해 부여되는 태핑 온도를 초과해야 하는 수치는 표현식 Δt=33[Mn]으로부터 결정된다: 상기 Δt는 태핑 온도의 초과 수치이고(℃), [Mn]은 환원된 망간의 양이고(중량%), 33은 실험 계수이다. 용융 금속을 필요한 온도 수치로 가열한 이후에, 산화 슬래그를 제거하고, 강철 제조 용기 내의 금속의 재황화(resulfurization) 및 재인화(rephosphorization) 공정은 다음의 처리 과정으로 최소화 된다. 다음으로 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질, 및 석회와 같은 슬래그 형성 물질, 및 황원제로 사용되는 탄소 함유 물질을 배치 내의 강철 제조 용기에 투입하고, 상기 각 배치의 중량은 용융 금속 중량의 0.01 내지 0.02이다. 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질은 바람직하게 20~50 mm의 분획 조성을 갖는 괴상 광석(lump ore), 정광(concentrate), 집괴암(agglomerate)이고, 슬래그 형성 물질은 새로 연소된 석회이고, 환원제로 첨가되는 탄소 함유 물질은 코크스, 석탄, 실리콘 카바이드, 칼슘 카바이드, 또는 그들의 혼합물이다. 상기 탄소 함유 물질은 투입된 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질 : 상기 슬래그 형성 물질 : 상기 탄소 함유 물질의 1 : 0.18~0.20 : 0.10~0.12의 비율로 선택되는 양으로 첨가된다. 상기 비율은 직접 강철 합금의 연속 공정을 제공해야 하는 필요성에 의해 도입된다. 슬래그 형성 및 탄소 함유 물질의 소비의 증가는 강철 제조 용기에 투입된 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질의 양을 감소시키고, 용융 금속에 의한 합금 원소의 회수를 감소시키고, 슬래그 불균질성을 증가시키고, 열 및 질량 교환 공정을 악화시키는데, 이들은 모두 증가된 비금속 봉입체 함량 때문에 강철 품질 특성에 손상을 준다. 1 : 0.18~0.20 : 0.10~0.12 이하의 투입된 물질 비율의 감소는 CaO 옥사이드의 강철 제조 용기로의 첨가를 감소시키고, 환원 공정의 물리적 및 화학적 조건을 악화시키고, 용융 금속에 의한 환원된 합금 원소의 회수도를 감소시키고, 강철의 품질에 손상을 준다.
용융 금속 표면에 제공되는 합금 원소, 예컨대 망간의 비금속 화합물을 함유하는 물질, 및 석회가 용융되고, 환원제로서의 탄소 및 슬래그-금속 2상 시스템의 산소 사이에 화학 반응이 발생한다, 예컨대,
(FeO) + C = [Re] + CO (1),
(MnO) + C = [Mn] + CO (2),
[O] + C = CO (3).
상기 세 반응 모두의 가스 산물은 일산화탄소이고 이는 슬래그에 거품을 형성하고 그의 정련 능력 및 상부 금속층을 강화시키고, 그에 의해 주성분 금속에 의한 환원된 원소의 급격한 흡수에 기여한다.
상기 금속은 환원 원소, 예컨대 망간의 원하는 양에 따라, 직접 합금 공정의 개시 이전에 태핑 온도 이상의 온도로 예열되기 때문에 금속 및 슬래그에 함유된 탄소 및 산소 사이의 반응의 흡열 성질은 반응을 나타내지 않는다.
용융 금속 중량의 0.01~0.02과 동일한 각 투입된 물질 배치의 중량은 일정한 환원 공정의 제공해야 하는 필요성에 의해 도입된다. 용융 금속 중량의 0.01 이하의 배치 중량의 감소는 용융 금속의 탈산화 및 슬래그와 용융 금속 표면 층에 거품을 제공하는 탄소에 의한 합금 원소의 환원 공정에서 형성되는 일산화탄소 가스의 감소된 양 때문에 환원 공정 열 조건을 악화시킬 것이고, 따라서, 질량 교환 공정을 악화시킬 것이고, 이는 합금 원소 환원의 종결에 손상을 주고, 비금속 봉입체의 증가된 함량 때문에 완성 금속 품질이 악화될 것이다.
또한, 용융 금속 중량의 0.02 이상의 배치 중량 증가는 열 교환 공정을 교란시키고 투입된 물질내에 함유된 슬래그 형성 물질의 과량 첨가 때문에 슬래그 형성 공정의 악화를 야기하기 때문에 바람직하지 않고, 이는 슬래그를 두텁게 하고, 슬래그 비균질성을 증가시키고, 합금 원소의 회수를 감소시키고, 정련 공정을 악화시키고, 따라서, 상기 금속은 증가된 비금속 봉입체 양을 갖고 강철의 품질은 손상될 것이다.
직접 합금 공정을 수행한 이후에, 저산화 금속을 강철 제조 용기로부터 회수한다. 따라서, 금속을 예정된 조성으로 만드는 공정은 금속 내 용해된 예측되는 소량의 산소 때문에 조절될 수 있다. 이는 원소의 합금 또는 변형 중 어느 하나를 위한 좁은 함량 범위를 관찰하기 위한 반복 횟수를 현저히 감소시킨다.
주조 레이들 내에서 상기 직접 합금 공정을 수행하는 경우, 먼저 용융 금속을 강철 제조 용기로부터 태핑하는 초기에 탄소 함유 물질을 주조 레이들에 투입한 다음, 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질, 알루미늄과 같은 환원제, 및 석회오 ㅏ같은 슬래그 형성 물질을 다음 비율로 투입한다: 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질 56~65 중량%, 알루미늄 12~16 중량%; 탄소 물질 5~7 중량%; 석회-나머지 함량.
레이들 내로 투입되는 물질의 총 소비의 5~7 중량% 양의 코크스 또는 석탄과 같은 탄소 함유 물질의 주조 레이들 내로의 운반은 금속으 산화도를 최종 강철 내의 산소 함량의 원하는 수치로 제공한다.
게다가, 탈산화 및 합금 공정 및 금속의 주조 레이들 내로의 태핑 공정과 조합하면 합금 시간을 감소시키고, 그에 의해 용융 주기를 감소시킨다. 레이들 내에 투입된 물질 내의 탄소 함유 물질 함량의 감소는 원하는 탈산화 수준을 유도하지 않지만, 그의 함량을 7% 이상으로 증가시키면 레이들 내의 금속을 냉각시키는데, 이는 발열 반응에 의해 생성되는 열이 금속의 탄소 및 산소 사이의 흡열 반응에 의해 생성되는 열 손실을 보상하기에 충분하지 않기 때문이다.
합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질을 56~65 중량%의 양으로 첨가하면 강철 내의 합금 원소의 예정된 농도를 보장한다. 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질의 56 중량% 이하의 첨가는 환원제, 알루미늄의 소비를 증가시키고, 거의 제거하기 어려운 비금속 알루미네이트 봉입체의 형성을 수반하는 추가적인 금속 탈산화를 위한 그의 소비를 증가시키고, 이는 강철 주조 공정을 악화시키고 강철의 품질에 손상을 준다. 65 중량% 이상의 물질 소비 증가는 그로부터 합금 원소의 회수도를 저하시킨다.
12~16 중량%의 알루미늄 소비는 합금 물질의 높은 회수도를 제공하지만, 금속의 온도에 비해 반응 구열 내의 감소된 온도는 대기를 오염시키는 AlO 및 Al2O3 반응 가스 산물의 형성을 실질적으로 제외한다. 상기 알루미늄 옥사이드 반응에서 생성된 Al2O3는 CaO와 결합하여 용이하게 제거가능한 화합물을 형성한다.
크롬으로 강철을 직접 합금하는 공정은 다음의 방식으로 수행된다. 크롬 옥사이드 형태의 다른 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질을 강철 제조 용기로부터 용융 금속을 태핑하면서 망간 옥사이드 및 다른 비금속 망간 화합물과 함께 주조 레이들 내로 투입한다.
크롬 옥사이드는 높은 용융점을 갖기 때문에, 투입된 물질 내에 망간 옥사이드 및 다른 비금속 망간 화합물의 존재는 투입된 물질의 낮아진 용융 돈도 때문에 열 평형 및 합금 원소 환원의 물리적 및 화학적 조건을 개선시킨다. 금속을 태핑하면서 주조 레이들 내로 성분들의 혼합 첨가는 크롬 옥사이드를 함유하는 용해하기 어려운 성분의 용융을 가속화 시켜야 하는 필요성에 의해 도입되는데, 이는 슬래그 상 균질화 및 합금 원소 환원 공정을 개선시킨다.
망간 및 크롬의 비금속 화합물을 함유하는 투입된 물질 내에서 1.1 내지 1.2의 망간-크롬 비율로부터 선택되는, 최종 강철에 있어서 각각 0.1 중량%의 망간 및 크롬 함량 증가를 위한 옥사이드 소비는 금속 내의 합금 원소, 크롬 및 망간의 최적 회수 (약 90%)를 제공하고, 그에 의해 강철의 화학적 균질성을 개선시키고, 금속 산화 수준을 저하시키고, 비금속 봉입체의 양을 감소시키고, 강철 품질을 개선시킨다. 1.1 이하의 투입된 물질 내의 망간-크롬 비율의 감소는 액상 옥사이드 물질의 용융 및 형성된 슬래그의 높은 균질성으로부터 생성되는 증가된 점도에 의해 야기되는 환원 공정 동역학 조건의 악화 때문에 크롬 및 망간 환원의 공정 파라미터를 악화시킨다. 이는 옥사이드로부터 합금 원소 회수의 수행에 손상을 주고, 비금속 봉입체에 대한 슬래그 흡수 용량을 감소시키고, 비금속 봉입체에 의한 금속 오염을 야기한다. 1.2 이상의 투입된 물질 내의 망간 대 크롬 비율의 증가는 크롬 옥사이드를 함유하는 물질에 의한 슬래그의 희석을 야기하고, 비금속 망간 화합물을 함유하는 물질의 절대량을 감소시키고, 따라서 금속에 의한 망간 및 크롬의 회수를 저하시키고, 이는 금속체 내의 합금 원소, 망간 및 크롬의 화학적 균질성을 저하시키고 강철의 품질을 저하시킨다.
환원제로서 알루미늄은 칼슘 카바이드와 함께 1 : (2.9~3.2)의 비율로 주조 레이들내로 첨가된다. 상기 물질들의 선택된 비율은 상이한 융점을 갖는 각 물질들로부터 합금 원소, 크롬 및 망간의 환원의 열적 동역학적 조건을 최적화 해야 하는 필요성에 의해 도입된다. 이는 칼슘 카바이드의 탄소 및 용융 물질의 산소 사이의 흡열 반응, 및 상기 물질의 알루미늄 및 산소 및 상기 금속에 용해된 산소 사이의 발열 반응의 동시 발생에서 양의 열 평형을 제공하는 것에 기인하여 투입된 물질로부터 합금 원소의 용융 금속에 의한 회수를 개선시킨다. 또한, 상기 발열 반응은 칼슘 카이드에 함유된 칼슘 및 금속 내에 용해된 산소 및 황 사이에서 발생하여 각각 CoO 및 CaS를 형성시킨다. 또한, 이는 환원 공정에 있어서 열 평형 안정화에 기여한다. 칼슘 카바이드의 탄소 및 산소 사이의 반응은 일산화탄소 거품의 형성에 의해 수행되고, 이는 용융 슬래그에 거품을 제공하고 비금속 봉입체에 대한 슬래그 회수력을 개선시키고, 그에 의해 금속 내의 그들의 함량을 감소시키고 강철의 품질을 개선시킨다.
칼슘 카바이드 내에 함유된 칼슘은 효과적인 탈산화제 및 탈황산제일 뿐만 아니라, 그들의 옥사이드로부터 합금 원소의 환원 공정과 함께 알루미늄에 의한 금속 탈산화의 결과로서 금속 표면층 내에 형성되는 알루미네이트의 구형화를 촉진한다. 상기 구형화된 알루미네이트는 표면 슬래그로부터 활성적으로 회수되고, 이는 비금속 봉입체의 감소 및 강철 품질의 개선에 기여한다. 금속 내에 형성되는 설파이드, 일반적으로 MnS 및 FeS와 반응하는 레이들 내에 첨가되는 칼슘부는 그들의 조직을 변형시키고 단순 설파이드 (CaS) 및 복합 칼슘-패시베이트된 망간 및 실리콘 설파이드를 형성하고, 그에 의해 금속 내의 비금속 설파이드 봉입체 및 황 함량의 양을 저하시키고 강철의 품질을 개선시킨다. 3.2 이상의 칼슘 카바이드 부의 증가는 악화된 열 조건 때문에 황으로부터 금속의 환원 및 정련의 공정 특성에 손상을 주고, 슬래그의 비균질성을 증가시키고, 비금속 봉입체에 대한 수착 용량을 감소시키고, 합금 원소, 크롬 및 망간에 대한 금속의 화학적 비균일성을 증가시키고, 강철 품질에 손상을 준다. 2.9 이하의 카바이드 칼슘 부의 감소는 환원 공정 구역의 온도를 증가시키고 용융 슬래그 표면 상의 용융 알루미늄의 부유, 불완전한 AlO 및 Al2O의 알루미늄 산화 및 그들의 산화 후 가스 상 때문에 가스 옥사이드의 형성을 갖는 대기 산소와 알루미늄의 반응을 수반할 것이다. 이는 열 평형을 변화시키고, 그들의 옥사이드로부터 합금 원소의 환원 및 칼슘에 의한 황으로부터의 금속 정련의 공정 특성을 악화시키고, 공장 대기에 손상을 준다. 본 발명에 따른 환원제 성분의 비율 변화는 슬래그의 비균질성의 증가 및 일산화탄소 거품에 의한 슬래그 교반 강도의 감소 때문에 화원 및 금속 정련 공정의 열역학적 조건을 악화시킬 것이고, 이는 비금속 봉입체에 대한 슬래그 회수력에 손상을 주고 비금속 봉입체에 의한 금속 오염을 증가시킨다. 상기 모든 인자들은 합금 원소 함량에 대하여 강철의 화학적 균일성에 손상을 주고, 탈황산화를 악화시키고, 금속 내 비금속 봉입체의 함량을 증가시키고 강철의 품질을 손상시킨다.
상기 본 발명에 따른 구체예들은 특허청구범위 이내의 다른 구체예들을 제외하지 않고 용융 금속을 갖는 임의의 용기 내에서, 예컨대 개화로 노(open-hearth furnace), 주로 레이들, 레이들 노 등 내에서 수행될 수 있다.
실시예 1
망간 및 크롬으로 강철을 직접 합금하는 방법은 250 t의 용량을 갖는 전로(converter)에서 수행하였다. C - 4.42 중량%; Si - 0.82 중량%; S - 0.020 중량%; P - 0.095 중량%; 및 철 - 나머지 함량을 포함하는 용융 철을 CaO - 92.0 중량%; MgO - 6.5 중량%; 다른 부 불순물 (OSI) - 나머지 함량을 포함하는 슬래그 형성 물질, 석회와 함께 상기 전로에 투입하였다.
망간 옥사이드 및 망간의 다른 비금속 화합물을 함유하는 물질은 순 원소로서, 44.6 중량%의 망간의 총 함량을 갖는 물질이다. 다른 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질은 70.81 중량%의 Cr2O3을 함유하는 크롬옥사이드였다. 환원제는 알루미늄 함유 및 탄소 함유 물질이었다. 상기 알루미늄 함유 물질은 Al금속 - 44.8 중량%; 휘발성 물질 - 나머지 함량을 포함하는 알루미늄 산물의 소형 슬래그이고; 상기 탄소 함유 물질은 C - 85.9 중량%; S - 0.47 중량%; 휘발성 물질 - 나머지 함량을 포함하는 석탄이었다. 용융 주괴 철 및 슬래그 형성 물질을 전로에 투입한 다음, 940 N m3/분의 유속으로 8분 동안 금속에 산소를 주입하였고, 산화 슬래그를 제거하였다. 다음으로 각각 10~20 mm의 분획을 갖는, 14.0 kg/t (3500 kg) 의 공급 속도로 운반되는 망간 옥사이드 및 다른 비금속 망간 화합물을 함유하는 물질, 및 12 kg/t (3000 kg)의 공급 속도로 운반되는 크롬 옥사이드를 함유하는 물질을 연속해서 용융 금속 표면 상의 전로에 투입하였다. 공급된 물질들의 층 높이가 그들의 총 높이의 0.1~0.15인 경우, 1785 kg의 환원제, 20~30 mm 분획을 갖는 알루미늄 산물의 소형화 슬래그, 및 10~20 mm 분획을 갖는 465 kg의 석탄을 첨가하여 혼합된 투입 물질들의 원하는 열 특성을 제공하였다. 합금 원소의 환원은 환원 공정을 통해 환원제의 용융부 및 사기 충진 물질들의 용융부 사이의 영구적 접촉에서 혼합된 투입 물질의 용융 온도에서 수행되었다. 원하는 조성을 갖는 강철을 생산하기 위하여, 필요한 합금 첨가물 (구리 및 니켈)을 상기 전로에 투입하였고, 상기 레이들 내로 탈산화제, 페로실리콘을 첨가하였다.
최종 강철은 12.5 t 잉곳(ingots)으로 주조되었고 이를 10~20 mm 두께의 박판으로 제조하였고 금속학적 분석을 수행하였다.
최종 강철은 다음의 조성을 가졌다: C - 0.11 중량%; Si - 0.24 중량%; Mn - 0.57 중량%; S - 0.010 중량%; P - 0.007 중량%; Al - 0.025 중량%; Cr - 0.60 중량%; Ni - 0.70 중량%; Cu - 0.46 중량%; Fe - 나머지 함량.
용융 금속에 의한 망간의 회수는 92.7%였고 크롬은 89.8%였다. 비금속 봉입체에 의한 강철의 오염은 (포인트로) 다음과 같았다: 옥사이드 1.4; 설파이드 1.2; 실리케이트 1.3.
실시예
2
(가장 가까운 선행 기술, (RU 2096491)에 따른 비교를 위해 수행됨)
250 t 전로에서 용융과 탈산화 및 금속의 합금을 수행하였다. 1690℃에서 슬래그 업이 상기 전로로부터 태핑된 금속은 알루미늄 및 실리콘을 포함하였다. 태핑 동안에 CaO:MnxOy = 1:1의 비율로 망간 광석(Mn - 48.0%; SiO2 - 3.5%; Fe - 3.4%; CaO - 1.5%; Al2O3 - 2.5%; P - 0.05%) 및 석회(CaO - 90%)의 혼합물; ΦX-650(FeCr 650) 등급의 탄소 페로크롬 및 ΦC-65(FeSi 65) 등급의 페로실리콘을 상기 레이들에 동시에 첨가하였다. 필요한 조성을 갖는 강철을 생산하기 위하여, 본 발명에 따른 방법에서와 같이, 니켈 및 구리를 상기 전로에 첨가하였다. 10분 동안 CaO/SiO2 = 1.3의 생성된 슬래그 염기도에서 유지시킨 이후에, 최종 강철은 다음의 조성을 가졌다: C - 0.15 중량%; Mn - 0.51 중량%; Si - 0.27 중량%; Al - 0.003 중량%; Cr - 0.54 중량%; Ni - 0.72 중량%; Cu - 0.55 중량%; S - 0.017 중량%; P - 0.015 중량%; Fe - 나머지 함량.
용융 그속은 71.2%의 망간, 67.8%의 크롬을 회수하였고, 비금속 봉입체에 의한 강철 오염은 (포인트로) 옥사이드 3.5; 설파이드 2.8; 실리케이트 2.0이었다.
본 발명에 따른 방법의 사용은 합금 원소의 높은 회수도 및 비금속 봉입체에 의한 강철의 낮은 오염도를 제공하였다.
실시예 3
강철을 160 t 전로에 용융시켰다. 상세한 필요 조건은 다음과 같았다: 1630℃의 용융 태핑 온도; 0.03~0.05%의 탄소 함량, 및 0.055%의 망간 함량. 주괴 철을 146 t의 양으로 상기 전로에 투입하였다. 상기 투입된 주괴 철은 1410℃의 온 도를 가졌고 다음으로 구성되었다: C - 4.2 중량%; Si - 0.85 중량%; Mn - 0.57 중량%; S - 0.016 중량%; P - 0.021 중량%. 상기 용융 온도가 표현식 Δt=33[Mn] (상기 Δt는 태핑 온도의 초과 수치이고(℃), [Mn]은 환원된 망간의 양이고(중량%), 33은 실험 계수이다.)로부터 결정되는 수치에 의한 상세서에 따른 태핑(tapping) 온도를 초과할 때까지 용융 금속에 22분 동안 120 Nm3/분의 유속으로 산소를 주입하였다. 상기 표현식 Δt=33[Mn] 내의 [Mn] 수치는 용융 상세서에 기초하여 결정되었다. 본 실시예에 있어서 태핑 이전의 망간 함량은 0.03~0.05%의 탄소 함량에서 0.55%이어야 한다. 상기 산소 주입의 종결 단계에서 상기 탄소 함량에서 상기 망간 함량은 일반적으로 0.05~0.07%(0.05%로 선택됨). 다음으로 상기 [Mn] 수치는 0.55-0.05=0.05%로 결정되었다. 상기 표현식 Δt=33[Mn]로부터의 Δt 수치는 16.5%로 결정되었다. 이 때문에, 상기 용융 온도가 1647℃일 때까지 상기 산소 주입을 수행하였다. 다음으로 산화 슬래그를 상기 전로로부터 제거하고, 망간 옥사이드를 포함하는 혼합물, 다른 비금속 봉입체를 함유하는 물질, 석회 및 탄소 함유 환원제로서 코크스를 각각 1 : (0.18~0.20) : (0.10~0.12)의 비율로부터 선택된 양으로 첨가하였고, 상기 모든 공급 물질을 포함하는 각 배치의 중량은 상기 용융 금속 중량의 0.01~0.02이었다. 상기 태핑 이전에 직접 합금 공정의 종결 후 용융 금속 온도는 1630℃였다. 태핑 이전에 상기 금속은 C - 0.05 중량%; Mn - 0.54 중량%; P - 0.006 중량%; S - 0.005 중량%를 포함하였다.
표 1은 공정 특성 및 상기 방법의 결과를 나타낸다.
주조 레이들 내로 태핑된 용융 금속은 낮은 산화 인자 및 낮은 황 및 인 함량을 나타내었고, 이는 비금속 봉입체에 의한 강철의 낮은 오염을 야기하였고 최종 금속 품질 개선에 기여하였다. 상기 용융 금속에 의한 망간 회수는 81.7%였다.
표 1
| 용융물 번호 | 소비, kg/t | 비율 | 중량, kg | 원소 함량, 중량% | 비금속 봉입체, 포인트 | ||||||
| MnxOy | CaO | C | 산소 | 황 | 인 | 옥사이드 | 설파이드 | 실리케이트 | |||
| 1 | 10.0 | 1.8 | 1.0 | 1:0.18:0.10 | 150 | 0.004 | 0.004 | 0.005 | 1.0 | 0.5 | 0.5 |
| 2 | 10.0 | 1.9 | 1.1 | 1:0.19:0.11 | 220 | 0.004 | 0.004 | 0.005 | 1.0 | 0.5 | 0.5 |
| 3 | 10.0 | 2.0 | 1.2 | 1:0.20:0.12 | 300 | 0.005 | 0.005 | 0.006 | 1.0 | 1.0 | 0.5 |
실시예 4
강철을 다음의 조성으로 용융시켰다: C - 0.09~0.12 중량%; Mn - 0.40~0.65 중량%; Si - 0.17~0.34 중량%; S - 0.20 중량%; P - 0.20 중량%. 강철 제조 용기 내에서 생산된 용융 금속을 5 t의 용량을 갖는 주조 레이들 내로 비산화 형태로 태핑하였다. 탄소 함유 물질; 코크스; 총 망간 함량을 순수 원소로서 44 중량%의 망간 옥사이드를 함유하는 물질, 및 다른 비금속 망간 화합물을 함유하는 물질; 환원제로서 알루미늄 및 석회를 상기 용융 금속을 태핑 하는 동아네 주조 레이들 내로 투입하고; 상기 물질들을 본 발명에 따른 비율로 상기 레이들 내로 공급하였다. 상기 금속을 1 t의 잉곳(ingots)으로 주조하였다. 상기 레이들 내로 물질을 첨가하기 이전 및 이후에 화학적 분석을 위하여 금속 샘플을 채취하였다. 또한 비금 속 봉이베체의 포인트를 결정하기 위하여 상기 잉곳으로부터 생산된 롤링된 산물로부터 샘플을 채취하였다.
본 발명에 따른 직접 합금 방법에 의해 생산된 강철은 금속에 의한 합금 원소, 망간의 높은 회수율(95.4%), 및 비금속 봉입체에 의한 낮은 오염도를 나타내었다.
실시예 5
본 발명에 따른 크롬을 이용한 강철의 직접 합금 방법을 이용하여 용융을 100 t 전기 강철 제조 노에서 수행하였다.
상기 용융 금속을 1650℃의 온도에서 상기 노로부터 주조 레이들로 태핑하였고, 상기 태핑 동안에 1200 kg의 양으로 순수 원소로서 48.99 중량%의 크롬 함량을 갖는 합금 원소, 크롬의 비금속 화합물을 함유하는 물질, 및 1400 kg의 양으로 순수 원소로서 44 중량%의 총 망간 함량을 갖는 망간 옥사이드 및 다른 비금속 망간 화합물을 함유하는 물질을 중탄소(medium-carbon) 페로크롬 생산의 전로 슬래그의 형태로 첨가하였다. 또한 370 kg의 AB-86 등급의 이차 알루미늄 및 1100 kg의 칼슘 카바이드를 1:3의 비율로 상기 주조 레이들에 첨가하였다.
최종 강철을 12.5 t 잉곳(ingots)으로 주조하였고 이를 10~20 mm 두께의 시트로 롤링하였고 금속학적 분석을 수행하였다.
최종 강철은 다음과 같은 조성을 가졌다: C - 0.11 중량%; Si - 0.17 중량%; Mn - 0.54 중량%; S - 0.006 중량%; P - 0.007 중량%; Al - 0.023 중량%; Cr - 0.61 중량%; Ni - 0.70 중량%; Cu - 0.53 중량%; Fe - 나머지 함량.
레이들에 첨가된 물질들의 조성 및 상기 생산된 강철을 시험한 결과를 표 2에 나타내었다.
표 2
| 용융물 번호 | 1 | 2 | 3 |
| 물질 조성, 중량%: 합금 원소의 비금속 화합물을 함유하는 물질 | 56.0 | 60.0 | 65.0 |
| 코크스 | 5.0 | 6.0 | 7.0 |
| 알루미늄 | 12.0 | 14.0 | 12.0 |
| 석회 | 27.0 | 20.0 | 12.0 |
| 망간 회수율, % | 96.8 | 97.0 | 98.0 |
| 탈황도, % | 64.2 | 58.4 | 61.0 |
| 비금속 봉입체의 최대 포인트: 봉합체 라인 형태의 옥사이드 | 1.9 | 1.8 | 1.8 |
| 스폿티드(spotted) 옥사이드 | 1.4 | 1.6 | 1.5 |
| 설파이드 | 2.3 | 2.5 | 2.4 |
본 실시예에 있어서, 용융 금속에 의한 회수율은 크롬의 경우 91.2%이고 망간의 경우 93.2%였다.
본 발명에 따른 크롬 옥사이드 소모에서 직접 합금 방법의 이용은 주요 합금 원소에 대한 강철의 높은 화학적 균질도, 높은 탈황도 및 비금속 봉입체에 의한 강철의 낮은 오염도를 제공하였다.
Claims (9)
- 강철 제조 용기 내에서 강철을 용융시키는 단계; 및 산화 망간을 함유하는 물질 및 환원제를 첨가하고 상기 물질 및 환원제 간의 반응 동안에 옥사이드로부터 환원된 망간과 상기 강철을 합금시키는 단계를 포함하고,상기 망간 환원은 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하고 상기 용융된 금속 표면에 투입된 물질로부터 다른 합금 원소들의 환원과 함께 수행되고; 상기 투입된 물질의 층 높이가 전체 층 높이의 0.1 내지 0.15인 경우 상기 환원제의 첨가를 개시하고; 상기 환원 온도는 상기 투입된 물질 및 상기 환원제의 용융 온도 수준에서 유지되고; 상기 환원제의 용융부 및 상기 합금 원소의 비금속 화합물들을 함유하는 투입된 물질의 용융부 간에 일정한 접촉이 제공되고, 상기 환원제는 상기 투입된 물질 및 상기 환원제의 혼합물의 필요한 열적 특성을 보장하는 양으로 전달되는 것을 특징으로 하는 강철의 직접 합금 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질은 합금 원소들의 옥사이드 또는 카보네이트, 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 환원제는 알루미늄 함유 물질, 실리콘 함유 물질, 탄소 함유 물질, 알칼리 토금속을 포함하는 물질, 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으 로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질의 투입은 연속적으로 또는 배치(batch) 내에서 수행되고, 상기 배치는 총 소비의 0.1 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 강철 제조 용기 내에서 수행되는 강철의 직접 합금 공정에 있어서, 상기 용융된 금속이 표현식 Δt=33[Mn] (상기 Δt는 태핑 온도의 초과 수치이고(℃), [Mn]은 환원된 망간의 양이고(중량%), 33은 실험 계수이다.)로부터 결정되는 수치에 의한 태핑(tapping) 온도를 초과하는 경우, 환원제로서 슬래그 형성 물질 및 탄소 함유 물질을 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질 : 상기 슬래그 형성 물질 : 상기 탄소 함유 물질의 1 : 0.18~0.20 : 0.10~0.12의 비율로 선택되는 양으로 상기 용기에 추가로 투입하고; 상기 산화 슬래그를 상기 강철 제조 용기로부터 회수하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질, 상기 슬래그 형성 물질 및 탄소 함유 물질을 배치 내에 투입하고, 상기 각 배치는 상기 용융된 금속 중량의 0.01~0.02의 중량을 갖는 모든 투입된 물질들로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 주조 레이들(ladle)에서 수행되는 강철의 직접 합금 공정에 있어서, 상기 레이들에 탄소 함유 물질을 추가로 첨가하고; 상기 투입된 환원제는 알루미늄이고; 상기 합금 공정에 있어서 슬래그 형성제로서 석회를 추가로 첨가하고; 상기 첨가 비율은 합금 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질 56~65 중량%, 알루미늄 12~16 중량%, 탄소 함유 물질 5~7 중량%, 석회 나머지 함량인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 주조 레이들에서 강철을 크롬으로 합금하는 경우에 있어서, 상기 다른 원소들의 비금속 화합물들은 상기 용융 금속의 태핑 동안에 상기 레이들에 첨가되는 산화 크롬이고; 최종 강철에 있어서 망간 및 크롬 함량을 각각 0.1%씩 증가시키기 위해 상기 원소들의 비금속 화합물들을 함유하는 물질에 있어서 1.1 내지 1.2의 망간-크롬 비율로부터 선택되는 양으로 산화 크롬을 투입하고, 환원제로서 첨가된 알루미늄은 탄화칼슘과 함께 1:(2.9~3.2)의 비율로 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 산화크롬을 함유하는 물질은 중탄소(medium-carbon) 페로크롬 산물의 전로(converter) 슬래그인 것을 특징으로 하는 방법.
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