KR20120071714A - Furnace operation method for reducing high temperature scale - Google Patents

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KR20120071714A KR1020100133367A KR20100133367A KR20120071714A KR 20120071714 A KR20120071714 A KR 20120071714A KR 1020100133367 A KR1020100133367 A KR 1020100133367A KR 20100133367 A KR20100133367 A KR 20100133367A KR 20120071714 A KR20120071714 A KR 20120071714A
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류근수
서건석
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Abstract

PURPOSE: An operating method of a heating furnace for reducing scales formed at high temperatures is provided to reduce fuel consumption of a heating furnace by properly controlling H2/H2O and CO/CO2 to maintain a weak reducing atmosphere. CONSTITUTION: An operating method of a heating furnace for reducing scales formed at high temperatures is as follows. The volume ratio of fuel and air after combustion of a soaking zone in a heating furnace is controlled to maintain H2/H2O of 0.02-0.4. The ratio of CO/CO2 is maintained at 0.05-1.05 to reduce the production of scales. The total H2O after combustion is 30vol.% or less.

Description

고온 스케일 저감을 위한 가열로 조업방법{FURNACE OPERATION METHOD FOR REDUCING HIGH TEMPERATURE SCALE}FURNACE OPERATION METHOD FOR REDUCING HIGH TEMPERATURE SCALE}

본 발명은 강 중의 크롬 탄화물 등을 확산시키거나 고온 압연성 개선을 위해 가열로에서 고온으로 장시간 가열하는 베어링강 또는 쾌삭강 등의 가열로 조업방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고온의 가열로 온도에서 장시간 작업할 때 스케일 발생를 경제적으로 저감하기 위한 가열로 조업방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method of operating a furnace such as bearing steel or free cutting steel, which is used to diffuse chromium carbide or the like in steel or improve the high temperature rolling property for a long time at a high temperature in a furnace. It is a method for operating a furnace to economically reduce scale generation when working for a long time.

베어링강이나 쾌삭강에서 강 중의 크롬 탄화물 등을 확산시키거나 고온 압연성을 개선하기 위하여, 또는 편석이나 거대 탄화물을 제거하기 위해서는 가열로에서 고온으로 장시간 가열하는 것이 필요하다.
In order to diffuse chromium carbide, etc. in steel or improve high temperature rolling property, or to remove segregation and a large carbide from bearing steel and free cutting steel, it is necessary to heat at high temperature in a heating furnace for a long time.

그런데 일반적으로 온도가 높고 노출 시간이 길어질수록 스케일은 증가하게 되기 때문에, 상기와 같이 고온에서 장시간 가열하는 경우에는 스케일의 두께가 증가하게 된다.
However, in general, since the scale increases as the temperature is increased and the exposure time is longer, when the heating is performed at a high temperature for a long time as described above, the thickness of the scale increases.

또한, 스케일은 온도 및 노출 시간을 낮추거나 산소의 비율을 낮추거나 환원성 분위기를 유지하면 감소하는 것으로 알려져 있다. 가열로 내부를 환원성 분위기로 하는 것은 전통적인 스케일 저감 방법이긴 하지만 산소함량이 충분하지 않게 공급되기 때문에 연료 소모가 많은 문제점이 있다.
In addition, the scale is known to decrease when the temperature and exposure time are lowered, the oxygen ratio is lowered, or a reducing atmosphere is maintained. Reducing the inside of the furnace to a reducing atmosphere is a traditional scale reduction method, but there is a problem in that fuel consumption is high because oxygen is insufficiently supplied.

이에 대한 개선 방법으로 일본공개특허공보 JP2001-247913 및 JP1997-020919에서는 가열로의 밀폐분위기를 유지하면서 외부에서 수소 등을 공급해 산소의 분율을 낮추고 환원반응을 유도하는 등의 방법을 이용하였다. 하지만, 입/출구부에 차폐장치를 만들고 환원성 가스를 공급하는 상기 특허들은 기존 가열로에서는 사용이 불가능하고 장치를 개선해야 한다는 문제가 있으며, 추가로 환원성 가스를 공급하는 형태로 되어 있어, 추가 가스공급 장치 및 라인 설비가 필요하다는 문제점이 있다.
As a method for improving this, Japanese Patent Laid-Open Publications JP2001-247913 and JP1997-020919 used methods such as supplying hydrogen from the outside while lowering the fraction of oxygen and inducing a reduction reaction while maintaining the closed atmosphere of the heating furnace. However, the above patents for making a shielding device at the inlet / outlet and supplying a reducing gas have a problem that it cannot be used in an existing furnace and the device needs to be improved. There is a problem that a supply device and a line facility are required.

최근에는 베어링강의 경우에 가열로에서 확산 처리하는 기술이 대중화되어 가고 있어 스케일 발생이 실수율 향상에 중요하게 작용하고 있는 실정이며, 쾌삭강의 경우에는 쾌삭성 향상을 위해 첨가하는 Pb, Sn, Bi 등이 고온 압연성을 떨어뜨리게 되어 가열로 온도를 상승시켜 조압연 온도를 높이는 것이 하나의 방안으로 제시되고 있다. 이에 따라 고온의 조업조건을 요구하게 되고 따라서 스케일 발생이 베어링강이나 쾌삭강의 실수율에 큰 영향을 미치게 되었으며, 이런 현상으로 인하여 고온에서의 스케일 발생을 종래에 비해 줄이는 기술의 개발이 더욱 중요하게 되고 있는 실정이다.In recent years, in the case of bearing steel, diffusion technology has been popularized in the heating furnace, and scale generation has played an important role in improving the error rate, and in the case of free cutting steel, Pb, Sn, Bi, etc., added to improve free machinability, It is suggested to increase the rough rolling temperature by increasing the temperature of the heating furnace by reducing the high temperature rolling property as one way. As a result, operation conditions of high temperature are required, and scale generation has a great influence on the error rate of bearing steel and free cutting steel. Therefore, the development of technology to reduce scale generation at high temperature is more important than before. It is true.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가열로 내 균열대의 연소 반응 후 연료/공기의 부피비를 제어하여 H2/H2O비와 CO/CO2비를 제어함으로써, 기존 가열로의 큰 개조나 수리 없이 스케일 발생을 줄이고 연료 손실을 최소화한 선재 가열로 조업방법을 제공한다.The present invention is to solve the problems of the prior art, by controlling the volume ratio of fuel / air after the combustion reaction of the cracking zone in the furnace by controlling the H 2 / H 2 O ratio and CO / CO 2 ratio, It provides a method of operating a wire furnace that reduces scale and minimizes fuel loss without major modifications or repairs.

이를 실현하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 고온 스케일 저감을 위한 선재 가열로 조업방법은,As a means for realizing this, the wire furnace operation method for reducing the high temperature scale according to the present invention,

가열로 내 균열대의 연소 반응 후 연료/공기의 부피비를 제어하여 H2/H2O의 비를 0.02~0.4로 유지하고, CO/CO2의 비를 0.05~1.05로 유지함으로써 스케일 발생을 저감하는 방법이다.
By controlling the volume ratio of fuel / air after the combustion reaction of the cracks in the heating furnace, the ratio of H 2 / H 2 O is maintained at 0.02 to 0.4 and the ratio of CO / CO 2 is maintained at 0.05 to 1.05 to reduce scale generation. Way.

또한, 상기 연소 반응 후 전체H2O는 30부피% 이하인 것이 바람직하다.
In addition, the total H 2 O after the combustion reaction is preferably 30% by volume or less.

또한, 상기 연소 반응 후 수소+CO농도는 20부피% 이하인 것이 바람직하다.In addition, the hydrogen + CO concentration after the combustion reaction is preferably 20% by volume or less.

본 발명의 가열로 조업방법에 의하면, 강의 조성의 제한 없이 기존 가열로의 큰 개조나 변경 없이도 스케일 발생량을 산화 분위기 스케일 발생량의 최대 60%까지 줄이는 것이 가능하며, 이에 따라, 스케일 발생을 20~80%까지 줄이는 것이 가능한 효과가 있다. 또한, H2/H2O비와 CO/CO2비를 적절히 제어하여 비교적 약한 환원성분위기를 유지하여 연료소모를 줄임으로써 보다 경제적인 효과가 있다.According to the heating furnace operating method of the present invention, it is possible to reduce the scale generation amount up to 60% of the oxidizing atmosphere scale generation amount without large modification or change of the existing heating furnace without limiting the composition of the steel, and thus, scale generation 20 ~ 80 A reduction of up to% is possible. In addition, the H 2 / H 2 O ratio and CO / CO 2 ratio is properly controlled to maintain a relatively weak reducing component crisis to reduce the fuel consumption has a more economic effect.

본 발명은 연소 가스 농도비를 조절함으로써, 연료 손실을 최소화하는 동시에 스케일의 발생을 최대한 줄일 수 있도록 하였다.
The present invention adjusts the combustion gas concentration ratio, thereby minimizing fuel loss and at the same time reducing generation of scale.

이하, 상기 발명이 구성 및 그 작용효과에 대해 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with respect to the configuration and its effects.

스케일이 생성되는 과정은 강이 고온에서 금속표면에 고온산화 생성물(Wustite-FeO, Magnetite- Fe3O4, Hematite- Fe2O3)층이 형성되는 과정으로서 다음의 반응에 의해 형성된다.
The process of generating scale is a process in which steel forms high temperature oxidation products (Wustite-FeO, Magnetite-Fe 3 O 4 , Hematite-Fe 2 O 3 ) on the metal surface at high temperature.

O2 + 2Fe = 2FeO ......(1)O 2 + 2Fe = 2FeO ...... (1)

FeO + Fe2O3 = Fe3O4 ......(2)FeO + Fe 2 O 3 = Fe 3 O 4 ...... (2)

O2 + 4Fe = 2Fe2O3 ......(3)
O 2 + 4Fe = 2Fe 2 O 3 ...... (3)

스케일이 생성되는 과정은 금속 표면에 철이 산화막을 형성하면서 시작되며 철/철산화물 경계면으로 산소가 확산해감에 따라 진행되며 이 확산과정은 온도와 시간의 함수로 이루어진다.
The process of generating scale begins with iron forming an oxide film on the metal surface and proceeds as oxygen diffuses to the iron / iron oxide interface, which is a function of temperature and time.

철의 산화 시, 철 주변의 가스분위기는 산화성 가스인 산소, 수증기, 이산화탄소와 환원성 가스인 일산화탄소, 수소의 두 개의 그룹으로 나누어진다.
In the oxidation of iron, the gas atmosphere around iron is divided into two groups: oxidizing gas, oxygen, water vapor, carbon dioxide, and reducing gas, carbon monoxide and hydrogen.

상기 가스 분위기에 의한 산화/환원과정은 가역 반응이며, 다음의 공식으로 묘사된다.
The oxidation / reduction process by the gas atmosphere is a reversible reaction and is described by the following formula.

O2 + 2Fe = 2FeO ......(1)O 2 + 2Fe = 2FeO ...... (1)

CO2 + Fe = FeO + CO ......(4)
CO 2 + Fe = FeO + CO ... (4)

상기와 같은 스케일이 생성되는 과정을 억제하기 위하여 종래에는 산소의 비율을 낮추거나 환원성 분위기를 유지하거나 또는 외부에서 수소 등을 공급하는 방법들을 사용하였다. 이에 본 발명자들은 가열로 내 연소 가스들에 대해 연구하던 중 가열로 내 연소 가스들에 대해 H2/H2O비와 CO/CO2비가 상기와 같은 산화환원과정에 영향을 미침을 발견하게 되었으며, 하기와 같이 가스비를 제어하는 경우 스케일 발생을 줄일 수 있음을 알게 되었다.
In order to suppress the process of generating such a scale, conventionally, methods of lowering the ratio of oxygen, maintaining a reducing atmosphere, or supplying hydrogen or the like from the outside have been used. Therefore, the present inventors have found that H 2 / H 2 O ratio and CO / CO 2 ratio affects the redox process for the combustion gases in the furnace while studying the combustion gases in the furnace. In addition, it has been found that the generation of scale can be reduced by controlling the gas ratio as follows.

이하에서는 상기 가스비들의 제어에 대해 상세히 설명한다.
Hereinafter, the control of the gas ratios will be described in detail.

H2/H2O의 비는 0.02~0.4로 하는 것이 바람직하다. The ratio of H 2 / H 2 O is preferably 0.02 ~ 0.4.

H2/H2O의 비가 0.02 미만인 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 스케일 발생 감소효과를 얻을 수 없으며, 0.4를 초과하는 경우에는 연료소모가 많이 큰 비용이 들게 되므로 H2/H2O비는 0.02~0.4로 하는 것이 바람직하다.
When the ratio of H 2 / H 2 O is less than 0.02, the reduction effect of scale generation aimed at in the present invention cannot be obtained. When the ratio of H 2 / H 2 O is exceeded, since the fuel consumption is very high, the H 2 / H 2 O ratio is It is preferable to set it as 0.02-0.4.

CO/CO2비는 상기 식 (4)의 산화/환원반응과 관련하여 FeO가 생성되는 산화과정이 진행되지 않도록 억제해준다. 이러한 CO/CO2비가 0.05 미만인 경우에는 스케일 발생 감소효과가 미미하며, 1.05를 초과하는 경우에는 연료소모가 많아 스케일 발생 감소효과에 비해 큰 비용이 들게 되므로 CO/CO2비는 0.05~1.05로 제한하는 것이 바람직하다.
The CO / CO 2 ratio suppresses the progress of the oxidation process in which FeO is generated in relation to the oxidation / reduction reaction of Equation (4). If the CO / CO 2 ratio is less than 0.05, the effect of reducing scale generation is insignificant, and if it exceeds 1.05, the CO / CO 2 ratio is limited to 0.05 ~ 1.05 because it consumes a lot of fuel due to high fuel consumption. It is desirable to.

CO와 H2가 생성된다는 것은 O2가 부족하기 때문에 불완전 연소가 일어난다는 의미이며, CO와 H2가 없다는 것은 O2가 남아 있어 산화성 분위기로 되어있어 과잉 연소가 되고 있다는 의미이다. 즉, 가열로 내 연소 반응 후에는 CO/CO2, H2/H2O의 비가 달라지는 것을 알 수 있으며, 이 비를 조절함으로써 스케일 생성량의 조절이 가능하다. 따라서 H2/H2O비와 CO/CO2비를 상기와 같이 제어하였다.The generation of CO and H 2 means that incomplete combustion occurs because of the lack of O 2 , and the absence of CO and H 2 means that O 2 remains and is in an oxidizing atmosphere, resulting in excessive combustion. That is, it can be seen that the ratio of CO / CO 2 and H 2 / H 2 O is changed after the combustion reaction in the furnace, and by adjusting this ratio, the scale generation amount can be adjusted. Therefore, the H 2 / H 2 O ratio and CO / CO 2 ratio was controlled as described above.

상기와 같이 H2/H2O비와 CO/CO2비를 제어하는 경우에는 연소 후 잉여 산소의 량이 최소화되어 산화과정이 진행되는 양이 줄어들고 스케일의 두께가 얇아지게 된다.
In the case of controlling the H 2 / H 2 O ratio and the CO / CO 2 ratio as described above, the amount of excess oxygen after combustion is minimized, the amount of oxidation proceeds is reduced and the thickness of the scale becomes thin.

상기 수식들 중 (1), (3)를 참고하면 스케일이 생성되는 과정에는 산소가 관여하고 있으며, 스케일이 형성되는데 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 따라서, 스케일 형성을 억제하기 위해서는 산소함량이 가능한 적게 유지되도록 하는 것이 필요하다.
Referring to (1) and (3) of the above equations, it can be seen that oxygen is involved in the process of generating the scale and has the greatest influence on the formation of the scale. Therefore, in order to suppress scale formation, it is necessary to keep the oxygen content as low as possible.

그런데 이런 산소함량을 제외하면 H2O가 수소가 발생하면서 산소를 발생시킬 수 있기 때문에 가장 강력한 산소공급원으로 작용하며, 스케일 발생에 산소 다음으로 가장 큰 영향을 미치게 된다.
By the way, with the exception of this oxygen content, H 2 O acts as the most powerful source of oxygen because hydrogen can generate oxygen, and has the largest impact on the scale after oxygen.

이러한 기상의 H2O의 함량은 전체 기체에 대해 30부피% 이상이 되는 경우에는 수분에 의한 스케일 생성반응이 일어나는 문제점이 있으므로 30% 이하로 하는 것이 바람직하다.
When the content of H 2 O in the gas phase is 30 vol% or more with respect to the entire gas, there is a problem that a scale generation reaction occurs due to moisture.

수소+CO의 농도는 전체 기체에 대해 20부피% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 수소+CO의 농도가 높아지면 가열로 내의 분위기가 환원성 분위기가 되어 연료의 효율이 떨어지므로, 스케일 발생 감소량에 비해 필요한 연료의 양이 크게 증가하여 전체적으로 생산성과 경제성이 저하된다. 또한, 과도한 수소함량은 폭발위험이 있으므로, 수소 + CO의 농도는 20부피% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
The concentration of hydrogen + CO is preferably limited to 20% by volume or less based on the total gas. When the concentration of hydrogen + CO is increased, the atmosphere in the furnace becomes a reducing atmosphere and the efficiency of the fuel is lowered. Therefore, the amount of fuel required is greatly increased compared to the reduction in scale generation, and the productivity and economic efficiency are lowered as a whole. In addition, since excessive hydrogen content is at risk of explosion, it is preferable that the concentration of hydrogen + CO be 20 vol% or less.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리 범위가 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention in more detail, but the scope of the present invention is not limited.

[실시예] [Example]

시험강재로는 베어링강으로 주로 사용되고 있는 SUJ2를 사용하였으며, 가열온도는 1200℃ 이상 가열시간을 5hr로 하여 하기의 표 1과 같이 연소 가스 농도비를 설정한 후 스케일 두께와 연료소모량을 측정하였다.
As test steel, SUJ2, which is mainly used as a bearing steel, was used. The heating temperature was set at a heating time of 1200 ° C. or more at 5 hr, and the combustion gas concentration ratio was set as shown in Table 1 below.

구분division H2/H2OH 2 / H 2 O CO/CO2 CO / CO 2 스케일 두께Scale thickness 연료소모량Fuel consumption 비고Remarks 비교예 1Comparative Example 1 00 00 3.35mm3.35mm 100%100% 산화성Oxidative 발명예 1Inventory 1 0.020.02 0.050.05 2.45mm2.45mm 105%105% 약환원성Drug reduction 발명예 2Inventory 2 0.0920.092 0.220.22 2.05mm2.05mm 110%110% 환원성Reducing 발명예 3Inventory 3 0.270.27 0.660.66 1.8mm1.8mm 120%120% 환원성Reducing 발명예 4Honorable 4 0.40.4 1.051.05 1.5mm1.5mm 130%130% 환원성Reducing

표 1에서 보는 바와 같이 H2/H2O비와 CO/CO2비가 증가함에 따라 스케일 두께는 점차 감소함을 알 수 있다. 하지만 발명예를 벗어나 H2/H2O비와 CO/CO2비가 큰 경우에는 연료소모량이 많아 전체 생산성이 낮아지게 되므로 본 발명에서는 H2/H2O비를 0.02~0.4로 CO/CO2비를 0.05~1.05로 제어하였다.As shown in Table 1, it can be seen that the scale thickness gradually decreases as the H 2 / H 2 O ratio and the CO / CO 2 ratio increase. However, if the H 2 / H 2 O ratio and CO / CO 2 ratio is large, the overall productivity is lowered in the present invention because the H 2 / H 2 O ratio and CO / CO 2 ratio is large, so in the present invention H 2 / H 2 O ratio to 0.02 ~ 0.4 CO / CO 2 The ratio was controlled to 0.05 to 1.05.

Claims (3)

가열로 내 균열대의 연소 반응 후 연료/공기의 부피비를 제어하여 H2/H2O의 비를 0.02~0.4로 유지하고, CO/CO2의 비를 0.05~1.05로 유지함으로써 스케일 발생을 저감하는 고온 스케일 저감을 위한 가열로 조업방법.
By controlling the volume ratio of fuel / air after the combustion reaction of the cracks in the heating furnace, the ratio of H 2 / H 2 O is maintained at 0.02 to 0.4 and the ratio of CO / CO 2 is maintained at 0.05 to 1.05 to reduce scale generation. Furnace operation method for high temperature scale reduction.
청구항 1에 있어서,
상기 연소 반응 후 전체H2O가 30부피%이하인 고온 스케일 저감을 위한 가열로 조업방법.
The method according to claim 1,
Furnace operation method for reducing the high-temperature scale is less than 30% by volume of the total H 2 O after the combustion reaction.
청구항 1에 있어서,
상기 연소 반응 후 수소+CO농도가 20부피%이하인 고온 스케일 저감을 위한 가열로 조업방법.
The method according to claim 1,
Furnace operation method for reducing the high-temperature scale of the hydrogen + CO concentration is 20% by volume or less after the combustion reaction.
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