KR20120104399A - 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법 - Google Patents

Abstract

크롬을 함유한 용철을 대상으로 한 경우의 기계 교반에 있어서, 교반 날개와 축봉이 일체가 된 ‘회전체’의 수명을 현저히 향상시키는 조업 방법을 제공한다.
정련 용기에 수용된 크롬 함유 용철을 연직 방향의 회전축을 갖는 교반 날개에 의해 기계 교반할 때에, 정련 용기는 내벽면의 수평 단면이 연직 방향의 용기 중심축의 주위에 원형인 것을 사용하고, 교반 날개는 내화물로 피복된 축봉과 일체가 되어 축봉의 중심축을 회전축으로 하여 회전하는 것을 사용하는 정련 공정에 있어서, 교반 날개의 회전축을 용기 중심축과 일치시켜서 교반하는 ‘중심 교반 모드’와, 교반 날개의 회전축을 용기 중심축으로부터 어긋나게 교반하는 ‘편심 교반 모드’를, 교반 챠지마다 선택하여 규칙적 또는 불규칙적으로 전환하는 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법.

Description

크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법{OPERATION METHOD FOR MECHANICALLY STIRRING CHROME-CONTAINING MOLTEN IRON}

본 발명은, 크롬을 함유한 용철(용선 또는 용강)을 교반 날개(임펠러)로 기계 교반하는 정련 공정에 있어서, 교반 날개와 일체로 회전하는 축봉 부분의 용손을 경감하는 조업법에 관한 것이다.

용철을 교반 날개로 기계 교반하는 정련 공정은, 지금까지 주로 고로(高爐)에 유래하는 용선의 탈류 처리에 적용되어 왔다(예를 들어 특허문헌 1 내지 4). 그 때, 교반 효율을 향상시키기 위하여, 교반 날개의 회전축을 정련 용기의 중심축으로부터 편심시킨 상태로 교반하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 3). 이에 따라, 일정한 탈류 효율을 얻는 경우의 회전수를 저감시킬 수 있고, 교반 날개 등의 수명이 향상된다고 한다.

한편, 스텐레스강의 용제에 있어서는 전기로를 이용하여 용선이나 용강을 얻는 프로세스가 주류이다. 그 경우, 전기로의 슬러그로서 CaF₂(형석)을 배합한 것을 적용하거나, 탈탄 공정의 슬러그에 CaF₂(형석)을 배합한 것을 적용함으로써, 비교적 효율적으로 탈류를 행할 수 있고, 용선이나 용강의 기계 교반을 행하는 공정은 특별히 필요로 하지 않았다.

그러나, 근년에 들어, 제강 슬러그를 지반?로반 재료로서 이용할 때에 불소 성분의 함유가 규제되도록 되면서, CaF₂를 배합하지 않은 슬러그를 적용하는 경우가 많아졌다. 이 경우, 슬러그의 탈류 능력이 저하되기 때문에, S 함유량이 에를 들어 0.005질량% 이하와 같은 극저 S 스텐레스강을 용제할 경우에는, 기존의 제강 공정에서의 탈류 부하를 경감하기 위해서도, 전기로 용선이나 용강에 대하여 별도 탈류 처리를 행할 필요가 생겼다.

그 탈류 처리로서, 고로용선에 대하여 행해지고 있는 것과 동일한 기계 교반에 의한 방법이 스텐레스강용의 크롬 함유 용선이나 용강에 대해서도 유효한 것이 확인되고 있다. 예를 들어 탈류제로서 CaO를 사용하는 경우, 크롬 함유 용선이나 용강을 탈류제(CaO 주체의 슬러그)와 함께 기계 교반하면 하기 (1)식의 탈류 반응이 진행된다. 발생한 산소는 용철 중의 탈산 성분(예를 들어 Si)과 하기 (2)식과 같이 반응한다.

(CaO)+[S]=(CaS)+[O] …(1)

[Si]+2[O]=(SiO₂) …(2)

일본국 특개2004-248975호 공보 일본국 특개2001-248976호 공보 일본국 특개2001-262212호 공보 일본국 특개2003-166010호 공보

상술한 바와 같이, 용선이나 용강을 기계 교반할 때에는, 교반 날개의 회전축을 정련 용기의 중심축으로부터 편심시킨 상태에서의 교반(편심 교반)을 행하면 교반 효율이 향상하기 때문에, 동일한 탈류 효과를 얻기 위해서는 회전수를 저감하는 것이 가능해진다. 그러나, 발명자들의 검토에 따르면, 크롬 함유 용선이나 용강의 경우, 고로용선의 경우와는 달리, 편심 교반에 의한 조업을 행하면, 교반 날개와 일체가 되어 회전하는 축봉의 내화물이 아주 용손되기 쉽다는 문제가 생겼다(후술하는 도 5 참조). 그 결과, 교반 날개 자체의 수명은 연장되어도 축봉 부분의 수명이 조기에 다하기 때문에, 교반 날개와 축봉이 일체가 된 ‘회전체’로서의 교환 시기는 빨라진다.

본 발명은 이러한 실정을 감안하여, 크롬 함유 용선이나 용강을 대상으로 한 경우의 기계 교반에 있어서, 교반 날개와 축봉이 일체가 된‘회전체’의 수명을 현저하게 향상시킨 조업 방법을 제공하려고 하는 것이다.

발명자들은 상세하게 검토한 결과, 크롬 함유 용선이나 용강의 기계 교반에서는, 교반 날개의 회전축을 정련 용기의 중심축과 일치시킨 상태에서 교반하는 경우(중심 교반 모드)와, 편심시킨 상태에서 교반하는 경우(편심 교반 모드)에서는, 교반 날개와 일체가 되어 회전하는 축봉 부분의 파손 마모 상태에 현저한 차이가 나타남을 알게 되었다. 즉, 편심 교반 모드의 경우에는 상술한 바와 같이 축봉의 용손이 아주 커진다. 이에 대하여 중심 교반 모드의 경우에는 축봉에 슬러그나 용선이나 용강의 비산물이 부착되기 쉬워진다. 게다가, 그 부착물은 경질이며, 용이하게 박리되지 않고 축봉의 내화물을 강고하게 보호하는 작용을 갖는 것이다. 즉, 중심 교반 모드에 의한 교반 조업중에, 축봉 내화물의 표면에 강고한 보호층이 자연스럽게 형성되므로, 본 명세서에서는, 이 현상을 ‘자기 보수’라고 부르는 경우가 있다.

편심 교반 모드에서의 교반에 의해 소모된 축봉 내화물은, 그 후에 행할 교반 챠지(charge)를 중심 교반 모드로 함으로써 자기 보수하는 것이 가능해진다. 그리고, 편심 교반 모드와 중심 교반 모드를 반복함으로써 축봉으로의 슬러그나 비산물의 부착량을 제어할 수 있고, 결과적으로 축봉 내화물의 수명을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다. 본 발명은 이러한 지견을 바탕으로 완성된 것이다.

즉, 본 발명에서는, 정련 용기에 수용된 크롬 함유 용철을 연직 방향의 회전축을 갖는 교반 날개에 의해 기계 교반할 때에, 정련 용기는 내벽면의 수평 단면이 연직 방향의 용기 중심축의 주위에 원형인 것을 사용하고, 교반 날개는 내화물로 피복된 축봉과 일체가 되어 축봉의 중심축을 회전축으로 하여 회전하는 것을 사용하는 정련 공정에 있어서, 교반 날개의 회전축을 용기 중심축과 일치시켜서 교반하는 ‘중심 교반 모드’와, 교반 날개의 회전축을 용기 중심축으로부터 어긋나게 교반하는 ‘편심 교반 모드’를, 교반 챠지마다 선택하여 규칙적 또는 불규칙적으로 전환하는 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법이 제공된다.

상기의 규칙적으로 모드를 전환하는 형태로서, 중심 교반 모드와 편심 교반 모드를 교반 1챠지마다 교대로 전환하는 수법이 적합하게 채용될 수 있다.

크롬 함유 용철의 대상으로서 Cr 함유량(각 교반 챠지의 교반 개시시의 값)이 8 내지 35질량%의 용선 또는 용강을 적용하는 것이 보다 효과적이다. 대표적인 대상으로서는, 후공정의 정련 및 주조에 의해 스텐레스강으로 하기 위한 용선이나 용강을 들 수 있다. 여기서 ‘스텐레스강’은 JIS G0203:2009의 번호3801에 규정되어 있고, 구체적인 강종으로서는 JISG4305:2005의 표 2에 규정된 오스테나이트계 강종, 동 표 3에 규정된 오스테나이트?페라이트계 강종, 동 표 4에 규정된 페라이트계 강종, 동 표 5에 규정된 말텐사이트계 강종, 동 표 6에 규정된 석출 경화계 강종 등을 들 수 있고 그외에, JIS에는 해당하지 않는 다양한 개발 강종도 대상이 된다. 또한, 그들 성분계를 베이스로 한 극저 S(예를 들어 S 함유량 0.005질량% 이하)의 강종이 특히 적합한 대상이 된다.

특히, 회전 개시 전에 융체물의 탕면 아래에 묻히는 축봉 부분의 초기 상태에서의 내화물 직경을 초기 축봉 직경D(mm)로 할 때, 편심 교반 모드에서, 교반 날개의 회전축을 용기 중심축으로부터 0.20D 이상 0.45D 이하의 범위로 어긋나게 교반하는 것이 보다 적합하다. 또한, 교반중의 융체물의 평균 탕면 높이 위치에서의 정련 용기 내경을 D₀(mm)로 할 때, 초기 축봉 직경D는 예를 들어 D₀의 10 내지 30%의 범위로 할 수 있다.

여기서, ‘융체물’이란, 정련 용기속에서 용융 상태에 있는 물질이며, 구체적으로는 크롬 함유 용철(용선 또는 용강), 및 그것과 함께 교반되는 정련용 플럭스나 슬러그 등이다. ‘교반 중의 융체물의 평균 탕면 높이 위치’는, 당해 교반을 정지하고 탕면을 정지시킨 상태를 상정했을 때의 융체물의 평균 탕명 높이 위치에 상당한다. 교반 도중에 플럭스 등을 투입하는 경우 등, 평균 탕면 높이가 변동하는 경우에는, 그 가장 높은 위치를 채용한다.

본 발명에 따르면, 크롬 함유 용철(용선 또는 용강)을 기계 교반할 때에, 교반 날개와 축봉이 일체가 된 회전체의 교환 시기를 대폭 연장하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명은, 스텐레스강을 비롯한 크롬 함유강의 용제 프로세스에 있어서, 탈류 처리, 혹은 슬러그중의 크롬 환원 회수 처리 등, 기계 교반에 의해 반응을 촉진시키는 공정에서의 작업성 향상 및 비용 저감에 기여하는 것이다.

도 1은, 회전체의 초기 상태에서의 형상을 모식적으로 예시한 도면.
도 2는, 크롬 함유 용철을 중심 교반 모드로 기계 교반하고 있는 정련 용기중의 각 부의 구성을 모식적으로 나타낸 부분 단면도.
도 3은, 크롬 함유 용철의 기계 교반을 중심 교반 모드로 연속해서 행하여 교환해야할 상태가 된 회전체의 외관을 모식적으로 예시한 도면.
도 4는, 크롬 함유 용철을 편심 교반 모드로 기계 교반하고 있는 정련 용기중의 각 부의 구성을 모식적으로 나타낸 부분 단면도.
도 5는, 크롬 함유 용철의 기계 교반을 편심 교반 모드로 연속해서 행하여 교환해야할 상태가 된 회전체의 외관을 모식적으로 예시한 도면.
도 6은, 크롬 함유 용철의 기계 교반을 중심 교반 모드와 편심 교반 모드를 1챠지마다 교대로 전환하여 연속해서 행하는 경우의, 아직 사용 가능하다고 판단되는 상태의 회전체의 외관을 모식적으로 예시한다.

도 1에, 본 발명의 기계 교반에 적용하는 회전체의 초기 상태(사용 전)에서의 형태를 모식적으로 예시하였다. 강재 등으로 이루어진 축심(1)의 최하부에 교반 날개(2)가 부착되어 있다. 교반 날개(2)의 내부에는 통상적으로 축심(1)과 접합된 강재로 이루어진 심재(도시 안함)가 있고, 교반 날개(2)는 그 심재를 베이스로 하여 내화물을 삥 둘러침으로써 구축되어 있다. 축심(1)의 주위에는 내화물층(3)이 형성되고, 강재 등으로 이루어진 축심(1)이 직접 용탕에 노출되지 않도록 되어 있다. 축심(1)과 그 주위의 내화물층(3)에 의해 축봉(10)이 구성되어 있다. 교반 날개(2)와 축봉(10)은 일체가 되어 회전한다. 이 일체화된 것을 회전체(20)라고 부른다.

도 2에, 크롬 함유 용철을 중심 교반 모드로 기계 교반하고 있는 정련 용기중의 각 부의 구성을 모식적으로 나타내었다. 용기 중심축(40) 및 회전축(41)을 포함한 단면을 도시하고 있는데, 회전체(20)에 대해서는 측면도를 도시하고 있다(후술하는 도 4에서도 동일).

정련 용기(30)는 내벽면(33)의 수평 단면이 연직 방향의 용기 중심축(40)의 주위에 원형인 것을 사용한다. ‘수평 단면’이란 연직 방향의 용기 중심축(40)에 수직인 단면이다. ‘원형’에는, 내벽면(33)을 내화물에 의해 구축할 때에 생기는 통상적인 요철(진원(眞圓)으로부터의 어긋남)이 허용된다. 정련 용기(30)의 내경은 높이 방향으로 동일하여도 상관 없고, 동일하지 않아도 상관 없다. 예를 들어 바닥부로부터 상방을 향하여 내경이 확대해가는 형상의 정련 용기를 사용할 수도 있다.

회전체(20)는, 축봉(10)의 상부가, 모터의 구동력에 의해 회전하는 회전 부재에 고정되고, 그 회전 부재의 위치를 바꿈으로써, 회전체(20)의 높이 위치 및 수평 위치를 소정 위치로 설정할 수 있도록 되어 있다. 중심 교반 모드에서는 회전축(41)과 용기 중심축(40)이 일치하고 있으므로, 회전체(20)에 의한 교반을 개시하면, 크롬 함유 용철(31)과 정련용 플럭스나 슬러그(32)에 의해 구성되는 유체의 와심(渦心)(50)이 정련 용기(30)의 중앙 위치에 형성된다. 그것에 따라, 탕면 높이는 와심(50)의 위치에서 낮아지고, 주변부에서 높아진다. 도 2에서는 이 탕면 높이의 변동량을 과장하여 묘사하고 있다(후술하는 도 4에서 동일). 또한, 회전에 따라 크롬 함유 용철(31)과 정련용 플럭스나 슬러그(32)의 계면은 복잡해지는데, 도 2에서는 계면을 간략화해서 묘사하고 있다(후술하는 도 4에서 동일). 회전체(20)의 높이 위치는, 교반 날개(2)의 상단이 와심(50)의 탕면 높이보다도 아래가 되도록 설정된다. 정련 용기(30)의 상단 개구부는, 축봉(10)의 근방을 제외한 대부분이 덮개(34)에 의해 가려진다.

중심 교반 모드로 교반하면, 축봉(10)의 회전중에서의 탕면 근방 부분 및 탕면으로부터 상부에 위치하는 부분에, 슬러그나 용선 또는 용강에 기인하는 부착물의 층이 형성된다. 이 부착물의 부착량은, 고로선철의 교반시에 비하여 상당이 많아지는 경향이 있다. 게다가 부착물은 경질이 된다. 발명자들은 크롬 함유 용선이나 용강의 교반시 부착물을 분석한 바, 크롬 산화물 성분을 함유하고 있음을 알 수 있었다. 부착물의 이러한 특이한 조성이 후술하는 바와 같이 축봉 내화물 용손 부분의 자기 보수에 기여하고 있는 것이라고 추측된다.

도 3에, 크롬 함유 용선이나 용강의 기계 교반을 중심 교반 모드로 연속해서 약 50챠지 행한 후의 회전체의 외관을 모식적으로 예시하였다. 축봉(10)을 구성하는 내화물층(3)의 표면은 경질의 부착물(4)에 의해 두껍게 덮여 있다. 이러한 상태가 되면, 해머 그 밖의 도구를 사용하여 부착물(4)을 제거하는 것은 극히 곤란하다. 또한, 부착물(4)에 의해 축봉(10)의 외관 직경이 굵어질수록, 회전중에 비산하는 슬러그나 용융 금속의 양이 많아지고, 부착물(4)의 부착 속도는 점점 증대한다. 따라서, 크롬 함유 용철의 기계 교반을 중심 교반 모드만으로 실시하는 경우에는, 회전체를 빈번하게 교환해야만 한다.

도 4에, 크롬 함유 용선이나 용강을 편심 교반 모드로 기계 교반하고 있는 정련 용기중의 각 부의 구성을 모식적으로 도시하였다. 회전체(20)는, 용기 중심축(40)에 대하여 회전축(41)이 편심량δ만큼 편심한 상태로 회전하고 있다. 이 경우, 와심(50)은, 용기 중심축(40)에 대하여, 회전축(41)과 반대측에 시프트한다. 그 와심(50)의 용기 중심 위치로부터의 시프트량은 편심량δ과 대체로 동등해진다. 편심 교반 모드에서도, 회전체(20)의 높이 위치는, 교반 날개(2)의 상단이 와심(50)의 탕면 높이보다도 아래가 되도록 설정된다.

편심 교반 모드에서 교반한 경우에도, 탕면으로부터는 슬러그나 용융 금속의 비산이 발생한다. 그러나, 중심 교반 모드에서는 상기의 비산에 기인하는 부착물이 매우 부착되기 쉬움에도 불구하고, 편심 교반 모드에서는 탕면의 변동에 의해 씻겨지는 축봉(10)의 부분에는 부착물이 아주 부착되기 어려워진다. 더구나, 그 부분의 내화물층(3)은 아주 용손되기 쉬운 것으로 밝혀졌다.

도 5에, 크롬 함유 용선이나 용강의 기계 교반을 편심 교반 모드로 연속해서 약 150챠지 행한 후의 회전체의 외관을 모식적으로 예시하였다. 축봉(10)을 구성하는 내화물층(3)의 표면에는 부착물(4)의 부착도 보이는데, 탕면에 의해 씻겨지는 부분의 내화물층(3)은 심하게 침식되어, 초기의 내화물층(3)의 직경보다도 가늘어지는 내화물 용손 부분(5)이 생긴다. 내화물 용손 부분(5)의 직경이 축심(1)의 직경에 가까워지면, 더 사용하는 것은 피해야할 상태가 되고, 회전체(20)를 교환할 수밖에 없다. 이러한 상태가 될 때까지의 챠지 수는 조건에 따라 다르지만, 지금까지의 조업에서는 대체로 80 내지 180챠지 사이에서 수명이 다하는 경우가 많았다. 고로용선의 경우에는, 편심 교반 모드를 계속해도 이러한 현저한 용손이 문제가 되는 경우는 거의 없다. 오히려, 교반 날개(2)의 소모가 회전체(20)의 수명 결정 요인이 되는 경우가 많았다. 크롬 함유 용철의 경우에 상기와 같은 심한 용손이 생기는 이유에 대해서는 현시점에서 반드시 명확하게 밝혀지지 않았지만, 산화하기 쉬운 원소인 Cr이 용선이나 용강중에 다량 함유되어 있는 것이 내화물을 침식하기 쉽게 하는 요인이 된다고 생각된다. 또한, 교반 처리에 제공하는 용선이나 용강의 온도가 비교적 높은 것도 요인의 하나라고 생각된다.

[본 발명의 조업법]

본 발명에서는, 하나의 회전체(20)를 교환하지 않고 계속 사용하는 동안에, 중심 교반 모드와, 편심 교반 모드를, 교반 챠지마다 선택하여 규칙적 또는 불규칙적으로 전환하는 조업을 행한다. 편심 교반 모드로 교반하는 챠지에서는 상술한 바와 같이 축봉(10)의 용손이 진행된다. 그 후의 챠지에서 중심 교반 모드에서의 교반을 행하면 축봉(10)의 용손 부분은 경질의 부착물에 의해 코팅되고, 상술한 ‘자기 보수’작용이 발휘된다. 이와 같이, 편심 교반 모드에서의 ‘용손’과, 중심 교반 모드에서의 ‘자기 보수’를 세세하게 반복함으로써, 축봉(10)으로의 부착물의 부착량을 제어할 수 있고, 축봉(10)을 구성하는 내화물층(3)의 용손을 대폭 경감할 수 있다. 중심 교반 모드로 형성된 부착물의 층은, 그 후에 행할 편심 교반 모드로의 교반 챠지에서 대부분이 용실되므로, 도 3에 도시한 바와 같이 축봉(10)이 과잉의 부착물(4)로 덮여지는 상태가 되는 것을 피할 수 있다.

중심 교반 모드와, 편심 교반 모드를, 교반 챠지마다 규칙적으로 선택하는 경우의 패턴으로서는, 예를 들어 양쪽 모드를 교반 1챠지마다 교대로 전환하는 패턴을 들 수 있다. 그 외에, (ⅰ)장치 조건, (ⅱ)교반 대상이 되는 크롬 함유 용선이나 용강의 조성, 슬러그의 조성, 그들의 온도 조건, (ⅲ)교반 조건, 등에 따라, 미리 예비 실험이나 과거의 조업 데이터를 바탕으로 회전체(20)의 수명 향상에 적합한 패턴을 정할 수도 있다. 예를 들어 ‘편심 교반 모드×2회→중심 교반 모드×1회’의 사이클을 반복하는 패턴을 생각할 수 있다. 회전체의 사용 회수에 따라서 모드 전환 패턴을 변화시키는 ‘가변 패턴’을 채용할 수도 있다.

상기 양쪽 모드를 교반 챠지마다 불규칙적으로 선택하는 방법으로서는, 1챠지 종료마다, 혹은 일정 챠지 간격마다 내화물층(3)의 용손량 또는 부착물(4)의 부착량을 조사하고, 다음 조사를 행할 때까지 챠지에서의 교반 모드를 결정하는 방법을 들 수 있다.

편심 교반 모드에서의 편심량δ(용기 중심축(40)과 회전축(41)의 거리)은, 축봉(10)의 직경에 따라 설정하는 것이 효과적이다. 이 경우의 축봉(10)의 직경으로서는, 그 회전체(20)를 1챠지번째에 사용하기 전의 직경(미사용 상태의 직경)을 기준으로 하면 좋다. 당해 직경을 본 명세서에서는 ‘초기 축봉 직경’이라고 부르고, 기호D로 나타낸다. 초기 축봉 직경D(mm)는 회전 개시 전(즉 탕면 높이가 용기내에서 균등할 경우)에 융체물 탕면 아래에 묻히는 축봉 부분의 초기 상태에서의 내화물 직경이다. 그 축봉 부분의 직경이 부위에 따라서 변화하는 경우(예를 들어 높이 방향으로 축봉(10)의 굵기가 변화하는 경우)에는, 상기 축봉 부분 중에서 가장 직경이 가는 부분의 직경을 초기 축봉 직경D로 하면 좋다. 초기 축봉 직경D가 정련 용기 내경D₀(전술함)의 15 내지 30%인 회전체(20)를 적용하는 것이 특히 효과적이다.

여러가지로 검토한 결과, 편심 교반 모드에서는 편심량δ을 0.20D 이상으로 하는 것이 효과적이다. 그것보다 편심량δ이 작아지면 ‘내화물층(3)의 용손’과 ‘부착물(4)의 부착’의 우위성이 불안정해지기 쉽고, 용손이 우위가 되는 교반을 안정적으로 실현하는 것이 어려워지는 경우가 있다. 편심량δ의 상한은 교반 날개(2)나 정련 용기(30)의 사이즈 등에 의해 물리적으로 제약을 받으므로, 특별히 정할 필요는 없지만, δ가 클수록 효과적이라고는 할 수 없으므로, 과대한 δ는 비용 증대의 요인이 될 수 있다. 또한, 과대한 δ로 하면 회전중의 교반 날개의 진동이 커져 장치 고장의 원인이 될 수 있다. 통상, 편심량δ은 0.20D 이상 0.45D 이하의 범위로 하면 양호한 결과를 얻을 수 있다. 0.20D 이상 0.40D 이하의 범위, 혹은 0.20D 이상 0.35D 이하의 범위로 관리해도 좋다.

한편, 중심 교반 모드에서는, 설비적으로 불가피한 요인에 의해, 회전축(41)이 소정 위치에서 다소 어긋나는 경우가 있다. 여러가지로 검토한 결과, 그 어긋나는 양은 0.10D의 크기까지 허용할 수 있다. 어긋나는 양이 0.10D를 초과하면 ‘내화물층(3)의 용손’과 ‘부착물(4)의 부착’의 우위성이 불안정해지기 쉽고, 부착이 우위가 되는 교반을 안정적으로 실현하는 것이 어려워지는 경우가 있다. 상기 어긋나는 양은 0.05D 이하로 억제하는 것이 보다 바람직하다.

정련 용기의 사이즈는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 전술한 내경 D₀이 1000 내지 4500mm 정도의 것으로 적용하면 좋다.

도 6에, 크롬 함유 용선이나 용강의 기계 교반을 중심 교반 모드와 편심 교반 모드를 1챠지마다 교대로 전환하여 연속해서 약 150챠지 행한 후의 회전체의 외관을 모식적으로 예시하였다. 이 회전체는, 양쪽 모드의 전환을 실시한 것 이외에는 전술한 도 4의 것과 동일한 조건에서 사용한 것이지만, 상기 ‘자기 보수’의 효과에 의해, 내화물 용손 부분(5)의 용손량은 작고, 또 계속해서 사용할 수 있다.

실시예

스텐레스강 용제 프로세스에서의 전기로 용선을 회전체에 의해 기계 교반하는 방법으로 탈류 처리를 행하였다. 그 때, 하나의 회전체를 수명(교환해야할 상태)이 다될 때까지 연속해서 사용하여, 그 사용 회수(처리한 교반 챠지 수)에 의해 당해 회전체를 사용한 기계 교반 조업(표 1에 나타낸 각 예)의 우열을 평가하였다.

정련 용기로서, 내벽면이 원통 형상인 내경D₀=2760mm의 레이들(ladle)을 사용하였다.

회전체로서, 도 1에 도시한 것과 같은 초기 형상의 것을 사용하였다. 내화물층(3)의 직경은 높이 방향으로 균등하다. 따라서 도 1중에 d로 표시한 치수가 초기 축봉 직경D와 일치한다. 각 예에서의 D의 값은 표 1중에 나타내었다. 교반 날개(2)의 치수는 도 1에서 w=1200mm, h=700mm이고, 날개 두께a는 초기 축봉 직경D과 거의 같다. 회전체의 침지 깊이는, 회전체를 정지한 상태의 탕면 높이를 기준으로 하여, 탕면으로부터 교반 날개의 상단까지의 깊이가 500mm가 되도록 하였다. 1챠지 당 교반 시간은 600sec, 회전체의 회전 수는 80 내지 120rpm의 범위로 하였다.

1챠지 당 교반 처리하는 크롬 함유 용선의 양은 80Ton이다. 처리에 제공된 용철의 종류는, 회전체의 수명이 다할 때까지의 전 교반 챠지에 있어서, 오스테나이트계 스텐레스강용의 Fe-Cr-Ni계 용철이 차지하는 비율이 약 40 내지 60%의 범위이고, 나머지 교반 챠지는 페라이트계 스텐레스강용의 Fe-Cr계 용철이었다. 교반 개시시의 크롬 함유 용철 온도는 1390 내지 1450℃의 범위였다.

각 챠지 종료 후에 ‘축봉 부분의 외경 ’ 및 ‘교반 날개의 파손 마모’를 조사하여, 그 중 어느것이 기준에 도달한 시점에서 당해 회전체의 수명으로 판단하였다. 축봉 부분의 외경 기준은, 가장 용손이 큰 부분의 직경이 [초기 축봉 직경D-100mm]를 초과한 시점, 또는 부착물의 부착에 의해 축봉의 외견 외경이 굵어지고, 더 사용하는 것은 슬러그나 용선의 비산량 증대나 회전 불안정에 따른 트러블을 초래할 우려가 있다고 판단된 시점으로 하였다. 교반 날개의 파손 마모 기준은, 회전 수를 130rpm 이상으로 상승시키지 않으면 소정 시간(600sec) 이내에 목적하는 탈류 또는 크롬 환원 회수를 달성할 수 없다고 판단된 시점으로 하였다.

각 예의 조업 조건 및 결과를 표 1에 나타냈다. 여기서, 모드 전환 패턴에 ‘규칙적’으로 표시한 예에서는, 각 교반 1챠지마다 중심 교반 모드와 편심 교반 모드를 교대로 전환하였다. ‘불규칙적’이라고 표시한 예에서는, 1챠지 종료마다 내화물층(3)의 용손량 또는 부착물(4)의 부착량을 조사하고, 다음번 챠지에서 부착물에 의한 자기 보수를 해야한다고 판단된 경우에 중심 교반 모드를 선택하고, 그 이외의 경우에 편심 교반 모드를 선택하는 방법으로 적절히 양쪽 모드를 전환하였다. 단, 동일한 교반 모드가 3회를 초과하여 연속되지 않도록 하였다. 슬러그의 란에 ‘CaO-Al₂O₃’로 표시한 예는 전체 챠지가 탈류 처리이다.

[표 1]

표 1에서 알 수 있듯이, 편심 교반 모드만, 또는 중심 교반 모드만으로 전체 챠지를 행한 비교예에 비하여, 양쪽 모드를 적절히 전환한 실시예에서는, 회전체의 수명이 현저히 향상되었다.

1 축심
2 교반 날개
3 내화물층
4 부착물
5 내화물 용손 부분
10 축봉
20 회전체
30 정련 용기
31 크롬 함유 용철
32 정련용 플럭스나 슬러그
33 내벽면
34 덮개
40 용기 중심축
41 회전축
50 와심

Claims (6)

1. 정련 용기에 수용된 크롬 함유 용철을 연직 방향의 회전축을 갖는 교반 날개에 의해 기계 교반할 때에, 정련 용기는 내벽면의 수평 단면이 연직 방향의 용기 중심축의 주위에 원형인 것을 사용하고, 교반 날개는 내화물로 피복된 축봉과 일체가 되어 축봉의 중심축을 회전축으로 하여 회전하는 것을 사용하는 정련 공정에 있어서,
   교반 날개의 회전축을 용기 중심축과 일치시켜서 교반하는 ‘중심 교반 모드’와, 교반 날개의 회전축을 용기 중심축으로부터 어긋나게 교반하는 ‘편심 교반 모드’를, 교반 챠지마다 선택하여 규칙적 또는 불규칙적으로 전환하는 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법.
2. 제1항에 있어서, 중심 교반 모드와 편심 교반 모드를 교반 1챠지마다 교대로 전환하는 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 크롬 함유 용철은, 후공정의 정련 및 주조에 의해 스텐레스강으로 하기 위한 용선 또는 용강인 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 하나에 있어서, 크롬 함유 용철은, Cr 함유량이 8 내지 35질량%의 용선인 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법.
5. 제1항 내지 제4항의 어느 하나에 있어서, 회전 개시 전에 융체물의 탕면 아래에 묻히는 축봉 부분의 초기 상태에서의 내화물 직경을 초기 축봉 직경D(mm)로 할 때, 편심 교반 모드에 있어서, 교반 날개의 회전축을 용기　중심축으로부터　0.20D 이상 0.45D 이하의 범위로 어긋나게 교반하는 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법.
6. 제1항 내지 제5항의 어느 하나에 있어서, 교반중의 융체물의 평균 탕면 높이 위치에서의 정련 용기 내경을 D₀(mm)으로 할 때, 초기 축봉 직경D가 D₀의 10 내지 30%인 크롬 함유 용철의 기계 교반 조업법.
   

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