KR900002572B1 - 아크 가공에 의한 용강(溶鋼)의 정련(精鍊)방법 - Google Patents

아크 가공에 의한 용강(溶鋼)의 정련(精鍊)방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

아크 가공에 의한 용강(溶鋼)의 정련(精鍊)방법
제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예를 실시하는 장치의 예시 단면도.
제 2 도는 본 발명의 제 2 실시예를 실시하는 장치의 예시 단면도.
제 3 도는 제 2 의 전극의 일부 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 레이들 4 : 파이프
6 : 용강 8 : 슬래그
10,20 : 전극 12,14 : 렌스
22 : 가스통로 24 : 가스 토출공
본 발명은 용강을 전로(轉爐)등의 제강로에서 레이들(ladle)로 출강하고, 용강 위의 슬래그(Slag)에 전극을 침지하여, 용강과 전극과의 사이에 아크를 형성하여 용강을 아크 가열하는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법에 관한 것이며, 특히 합금철 대신 광석을 첨가하여 용강의 성분을 조종하는 방법에 관한 것이다.
종래에는 용강의 니오븀(N6), 바나듐(V)또는 크롬(Cr)등의 성분 농도를 조정하기 위하여, 용강을 전로 또는 전기로등의 제강로에서 레이들에 출강한후 용강에 이들 성분을 함유한 합금철을 투입 하였다. 그러나 이 합금철은 전기로등에서 그 성분을 함유한 광석을 정련함으로서 제조 되었으므로 생산 단가가 높아진다는 결점이 있었다.
본 발명의 목적은 고가의 합금철에 대신하여 광석을 사용하는 것이 가능한 정련 단가를 저하시킬수 있는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 아크가공에 의한 용강 정련 방법은 용강을 제강로에서 레이들에 출강하는 공정과, 용강이 수용된 레이들에 뚜껑을 하여 불활성 가스 공급원에 접속된 도입 파이프를 통하여 레이들내로 불활성 가스를 도입하여 레이들내를 불활성 가스 분위기 하로 하는 공정과, 용강에 첨가할 성분을 함유한 광석을 레이들내의 용강에 첨가하는 공정과, 광석의 환원제를 레이들의 뚜껑에 형성된 투입구를 통하여 불활성 가스 분위기하의 용강에 첨가하는 공정과, 용강 위의 슬래그에 전극을 침지하는 공정과, 전극과 용강과의 사이에 아크를 형성하여 용강을 가열하는 공정과, 용강중에 가스를 도입하여 아크 가열후의 용강을 교반하는 공정으로 구성된다.
광석으로서는 Nb 광석, V 광석 또는 Cr 광석등 용강에 첨가할 성분을 함유한 광석이 사용된다. 또한, 환원제로서는, Al, Si 또는 C 등의 단체, 또는 이들의 성분을 가지는 합금이 사용된다.
본 발명에 의하면, 용강을 아크 가열함으로써 투입한 광석이 용해되고 환원제와의 사이에서 반응하여 광석이 환원된다. 그리고 아크 가열후에, 용강을 교반하여 특히 비교적 강 교반함으로서 광석과 용강이 혼합되어 환원 반응이 촉진 된다. 이 경우에 아크 가열중에 있어서도 전극과 용강과의 사이의 아크가열에 지장이 없을 정도로 용강을 약 교반함으로써 아크 가열중에 광석의 환원을 촉진할 수가 있다.
본 발명에 의하면 레이들 내부가 불활성 가스 분위기이므로, 환원제를 용강내에 투입해도 환원제는 산화 소모되지 않는다. 따라서 용강의 성분 조정을 위해 합금철 대신 염가의 광석을 사용해도 환원제에 의하여 이 광석을 환원할 수가 있다.
또한 이 광석은 아크 가열에 의하여 용해되므로 환원제와 충분히 반응시킬 수가 있으며 아크 가열후에 용강을 강 교반하므로 광석과 환원제를 교반 혼합하여 환원 반응을 한층 촉진시킬 수가 있다. 따라서 본 발명에 있어서는 광석의 환원을, 나아가서는 생산비율이 극히 높다.
또한, 본 발명에 따른 아크 가공에 의한 용강 정련 방법은 용강을 제강로에서 레이들에 출강하는 공정과, 봉상의 본체와 이 본체의 하단에 형성된 가스 토출공과 본체내에 형성된 가스 토출공에 가스를 공급하는 가스 통로를 가지는 실질적으로 탄소로 제조된 전극을 용강상의 슬레그에 침지하는 공정과, 전극과 용강과의 사이에 아크를 형성하여 용강을 가열하는 공정과, 용강을 아크 가열하고 있는 동안의 적절한 시간 동안 이 가스 통로를 통하여 용강에 첨가할 성분을 함유한 광석의 분말 또는 입상물을 가스로 운반하여 가스 토출공에서 분출시키는 공정을 가지는 구성으로 하는 것도 가능하다.
이 경우에, 용강과 전극과의 사이의 아크 영역은 약 3000℃의 고온으로 되어 있다. 그러므로, 전극 하단의 가스 토출공에서 분출된 분말 또는 입상의 광석은, 이 아크 영역을 통과하여 가열되며 광석과 전극과의 사이에서, 전극의 탄소에 의한 광석의 환원 반응이 발생한다. 이 환원 반응에 의하여 Co가 생성하게 되나, 이 Co는 가스로 되어 비산된다. 한편 환원 반응에 의하여 발생된 광석중의 금속 성분은 용강에 첨가된다.
이러한 구성에 있어서도 용강의 성분 조정을 위하여 합금철 대신 염가의 광석을 사용해도 고온의 아크 영역을 통과하는 사이에 광석과 탄소 전극이 반응하여, 탄소에 의하여 광석이 환원되어 바라는 성분이 용강에 첨가된다. 더욱이 광석은 전극의 탄소에 의하여 환원되므로, 이 환원반응을 위해 특별한 환원제를 첨가함이 없이 광석을 환원시킬 수가 있다. 그렇지만 종래의 아크가공에 있어서는, 탄소 전극의 탄소가 아크 열에 의하여 승화하여 소모되기 쉽다는 결점이 있었다. 이 승화된 탄소는 용강중에 용입되어 용강의 탄소 농도를 증가 시킨다. 그러나, 본 발명에 있어서는 환원 반응에 소비되는 탄소는 종래 승화된 것의 일부이므로, 용강의 탄소 용입도 경감된다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다. 용강을 레이들에 출강하고, 이 출강시에 용강에 첨가할 성분의 원소를 포함한 광석을 소정량 레이들내에 투입한다. 그리고 이 레이들을 아크 가공을 하는 시설에 반입한다. 제 1 도는 용강을 아크 가공에 의하여 정련하고 있는 상태의 단면도이다. 아크 가공(이하 AP라 한다)에 있어서는 레이들(2)에 뚜껑을 하고 Ar가스등의 불활성 가스 공급원(도시 되지 않음)에 접속된 도입 파이프(4)를 통하여 레이들내에 불활성 가스를 도입하고, 레이들(2)내를 Ar가스등의 불활성 가스 분위기하로 한다. 이 상태에서 용강(6)위의 슬래그(8)에 전극(10)을 침지한다. 이 레이들(2)내에 약 교반용렌스(Lance)(12)를 경사시켜서 삽입하고, 그 하부 부분을 용강(6)안에 침지시킨다. 렌스(12)는 그 하단의 가스 토출공이 레이들(2)의 중앙에서 약 900mm, 레이들(2)의 하단에서 800mm상부측 위치에 위치하도록, 예컨대 수직선 방향에 대하여 8.8도 경사하여 설치된다. 그리고 레이들(2)의 뚜껑에 형성된 투입구(도시 되지 않음)를 통하여 Al, Si, C등의 단체 또는 합금을 용강안에 투입한다. 이 경우에, 레이들(2)내부는 불활성 가스 분위기하에 있으므로, Al등의 환원제를 레이들내에 투입해도 환원제는 산화되지 않는다. 따라서 환원제는 광석을 환원 하기전에 소비되지는 않으며 광석의 환원에 유효하게 사용된다. 다음에 렌스(12)를 통하여 용강안에 불활성 가스, 예컨대 Ar가스를 도입하여 용강을 약 교반함과 동시에, 전극(10)에 통전함으로써 용강(6)과 전극(10)과의 사이에서 아크를 형성하여 용강을 가열한다. 이것에 의해 용강(6)에 첨가된 광석 및 환원제는 용해되고 예컨대 광석이 V광석이며 환원제는 Al인 경우는, 아래 반응식에 따라 광석과 환원제가 혼합되어 반응하고 광석은 환원된다.
V2O5+Al→Al2O3+V
이 V는 용강중에 첨가되며 Al2O3는 용강상의 슬래그로 이행한다. 이와같이 하여 아크 가열 및 약 교반을 약 10분-20분 계속한후 아크 가열을 정지한다.
그후 강 교반용의 렌스(14)를 용강(6)안에 침지시켜 비교적 고유량의 Ar가스를 용강중에 도입하여 용강을 강 교반한다. 이 강 교반용 렌스(14)는 전극(10) 및 렌스(12)를 레이들(2)내에서 제거한후, 그 하단의 토출공이 형성된 부분을 레이들(2)의 중앙에 있는 레이들 저부에서 800mm상부측의 위치에 위치시켜서 예를들어 약 16도 경사시켜 설치한다. 이 렌스(14)를 통하여 용강안에 Ar가스를 1000-2000Nl/분의 고유량으로 도입하여 용강(6)을 강 교반한다. 따라서 용강중의 V2O5등의 광석과 Al등의 환원제가 다시 혼합되고 광석의 환원 반응이 촉진되어서 환원율이 향상된다.
또한 광석을 용강에 투입하는 시점은 상술한 바와같이 용강을 전로에서 레이들에 출강하는 때에 한정하지는 않는다. 이 광석은 AP에 있어서 용강의 아크 가열이 개시될 때까지 용강에 투입하면 된다.
또한 광석 및 환원제의 투입 방법은 종래 실시된 것과 같은 첨가물의 투입 방법을 사용하면 된다. 또한 AP에 있어서, 레이들(2)내에 전극(10) 및 렌스(12)를 설치한 후에, 광석 및 합금을 용강에 투입하는 경우는, 용강위의 슬래그에 접촉시키지 않고 합금을 용강에 첨가하기 위하여 렌스(12)를 통하여 600-800ℓ/분의 유량으로 Ar가스를 용강중에 도입하는 것이 바람직하다. 따라서 용강탕면에 1-1.8m의 노출 영역이 출현하며 이 영역을 통하여 합금을 용강에 투입할 수 있다.
다음에 본 발명의 실시예를 설명한다. 이 실시예는 Nb 농도가 0.010-0.020%인 용강을 정련할 경우의 것이다. 250톤의 용강을 전로에서 레이들에 출강하고, 이 출강시에 실리콘(Si)-망간(Mn)합금을 용강 1톤 당 9㎏ 첨가하고 다시 Nb 광석을 용강중에 90㎏(용강 1톤당 0.36㎏)투입 하였다. 이 Nb광석의 조성을 아래 표1과 같다.
[표 1]
Figure kpo00001
각 수치의 단위는 %이며, 그후에는 AP에 있어서 Al를 용강 1톤당 1kg투입하고 아크 가열과 Ar가스에 의한 약교반을 실시했다. 이 아크 가열을 정지한후에 용강을 강 교반하였다. 이 경우의 용강의 조성의 변화를 아래 표2에 나타낸다.
[표 2]
Figure kpo00002
단, 각 수치의 단위는, X10-2%이다. 또 I 은 전로 종점시, II는 V광석 및 Al투입후, III는 아크 가열후, IV는 강 교반후, V는 AP종료후, 그리고 VI는 용강을 연속 주조하고 있는 소강(素鋼)단계에서의 용강의 조성이다. 이 표2에서 명백한 바와같이 용강중의 Nb의 농도는, 광석 투입후, AP의 진행과 동시에 상승하고 있다. 그리고 AP에 있어서 강 교반이 종료한후 용강의 Nb농도는 바라는 농도 범위에 들아가며, 소강 단계에서는 Nb농도는 0.0152% 이었다. 이 실시예에 있어서의 Nb광석의 환원율은 91.5% 이었다.
다음에 본 발명의 제 2 실시예를 제 2 도 및 3 도에 따라 설명한다. 제 1 도와 동일 부분에는 동일 부호를 사용하며 설명은 생략한다.
전극(20)은 탄소 재료로 되며 제 2 도에 도시한 바와같이 봉상으로 된다.
전극(20)에는 그 횡단면 중앙에 긴쪽 방향으로 연장하는 가스 통로(22)가 형성되어 있으며, 이 가스 통로(22)는 전극(20)의 하단으로 개구하여 가스 토출공(24)을 형성하고 있다. 가스 통로(22)는 전극(20)의 상부의 파이프등의 연결 수단을 통하여 Ar가스의 공급원에 접속되어 있으며, 이 연결수단에는 연결 수단을 통류하는 Ar가스에 광석의 분말 또는 입상물을 첨가할 수 있는 수단(도시 되지 않음)이 설치되어 있다. 따라서 탄소전극(20)에 형성된 가스 통로(20)를 통하여 광석의 분말 또는 입상물을 운반하는 Ar가스를 토출공(24)에서 분출시킬 수가 있다 .
또한 이 광석은 용강(6)에 가할 성분을 함유한 광석이며, 예컨대 Nb2O5,V2O5또는 Cr2O3등이다. 또한 Ar가스의 유량은 500-4000Nl/분, 통상 2000Nl/분이며, 가스 토출공(24)에서의 토출 압력은 4-25kg/cm2이며, 통상은 8kg/cm2이다.
한편 이 레이들(2)내에 약 교반용의 렌스(12)를 경사시켜 삽입하고 그 하부 부분을 용강(6)중에 침지시킨다. 렌스(12)는 그 하단의 가스 토출공이 레이들(2)의 중앙에서 약 900mm, 레이들(2)의 하단에서 800mm상부의 위치에 위치하도록, 예를들어 수직 방향에 대하여 8.8도 경사되게 설치한다. 다음에 렌스(12)를 통하여 용강중에 불활성 가스 예를들면 Ar가스를 도입하여 용강을 약 교반함과 동시에, 전극(20)에 통전함으로써, 용강(6)과 전극(20)의 하단 사이에서 아크를 형성하여 용강을 가열한다. 이 아크 영역은 약 3000℃의 고온으로 되어있으며, 탄소 전극(20)의 하단 부근도 고온으로 가열된다. 그리고 이 아크 가열중의 적절한 시간 동안 가스 토출공(24)에서 광석의 분말 또는 입상물을 Ar가스로 운반하여 용강(6)을 향하여 토출 시킨다. 이와같이 하면 이 광석의 분말 또는 입상물은 극히 높은 온도를 갖는 전극 하단 부근 및 아크 영역을 통과하는 중에 광석이 가열되며 광석과 전극(20)과의 사이에서 전극(20)의 탄소에 의한 광석의 환원 반응이 발생한다. 이 환원 반응은 예컨대 Cr광석의 경우는 아래의 화학식으로 표시된다.
Cr2O3+3C→3Co+2Cr
이 Co는 가스로 되어 비산하며, Cr는 용강중에 첨가된다. 이와같이 하여 아크 가열 및 약 교반을 약 10분-20분 계속시킨후 아크 가열을 정지한다. 또한 전극과 광석과의 반응으로 전극이 산화 소모 된다. 그러나 전극에서 광석을 분출시키지 않는 종래의 AP에 있어서도 아크형성으로 전극이 고온이 되므로 그 탄소가 승화하여 1회의 처리에 있어서 용강 1톤당 약 0.28kg의 탄소가 소비된다. 그리고 이 승화한 탄소의 일부는 용강중에 침입하여 용강의 탄소 농도를 상승시키게 되는데, 이 실시예에 의하면, 전극의 탄소가 Co가스로 되어 비산하므로 용강의 탄소용입은 경감된다. 또한 이 실시예에 있어서 산화로 소비되는 탄소의 일부는 종래 승화로 손실되었던 것이므로 탄소 전극의 소비량은 종래에 비하여 별로 많지 않다.
이후 강 교반용 렌스(14)를 용강(6)중에 침지시켜 비교적 고유량의 Ar가스를 용강중에 도입하여 용강을 강 교반한다. 이 강 교반용 렌스(14)는 전극(20) 및 렌스(12)를 레이들(2)내에서 제거한후, 그 하단의 토출공이 형성된 부분을 레이들(2)의 중앙의 레이들 저부에서 800mm 상부의 위치에 위치시켜서 예컨대 16도 경사시켜 설치한다. 이 렌스(14)를 통하여 용강중에 Ar가스를 1000 내지 2000Ni분 이상의 고유량으로 도입하여 용강(6)을 강 교반한다. 따라서 용강안의 성분 및 용강 온도는 균일화 된다. 다음에 필요에 따라 용강을 재차 아크 가열하여 용강 온도를 상승시켜 다시 필요하면 전극(20)의 가스 토출공(24)에서 Ar가스로 운반하여 광석을 재차 분출시켜 탄소 전극과 광석의 반응으로 광석을 환원하여 용강의 성분을 조정한다. 또한 광석의 첨가는 모든 탄소 전극을 통하여 수행해도 좋으며, 1개의 탄소 전극으로만 수행해도 된다. 또한 운반하는 가스는 Ar가스에 한정하지 않으며, 다른 불활성 가스 또는 용강의 질소용입이 문제가 되지 않은 경우에는 질소가스를 사용해도 된다.

Claims (9)

  1. 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법에 있어서, 용강을 제강로에서 레이들(2)로 출강하는 공정과, 용강(6)이 수용된 레이들(2)에 뚜껑을 하여 불활성 가스 공급원에 접속된 도입 파이프(4)를 통하여 레이들(2)내로 불활성 가스를 도입하여 레이들(2)내를 불활성 가스 분위기로 하는 공정과, 용강(6)에 첨가할 성분을 함유한 광석을 레이들(2)내의 용강(6)에 첨가하는 공정과, 광석의 환원제를 레이들(2)의 뚜껑에 형성된 투입구를 통하여 불활성 가스 분위기하의 용강(6)에 첨가하는 공정과, 용강(6)위의 슬래그(8)에 전극(10)의 하단을 침지하는 공정과, 전극(10)을 통전함으로써 전극(10)과 용강(6)과의 사이에 고온의 아크를 형성하여 용강(6)을 일정시간 가열하는 공정과, 용강(6)에 불활성 가스를 고유량으로 도입하여 아크 가열후의 용강(6)을 교반하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가공에 의한 용강의 정련 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 아크 가열중에 적절한 시간 동안 용강(6)에 불활성 가스를 도입하여 용강(6)을 교반하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 불활성 가스는 용강(6)에 렌스(12,14)를 침지하여 이 렌스(12,14)를 통하여 용강(6)에 도입되는 것을 특징으로 하는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 광석은Nb2O5,V2O5또는 Cr2O3인 것을 특징으로 하는 아크가공에 의한 용강의 정면 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 환원제는 Al, Si 또는 C인 것을 특징으로 하는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법.
  6. 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법에 있어서, 용강을 제강로에서 레이들(2)로 출강하는 공정과 용강(6)이 수용된 레이들(2)에 뚜껑을 하여 불활성 가스 공급원에 접속된 도입 파이프(4)를 통하여 레이들(2)내로 불활성 가스를 도입하여 레이들(2)내를 불활성 가스 분위기로 하는 공정과, 봉상의 본체와 이 본체의 하단에 형성된 가스 토출공(24)과 본체내에 형성되며 가스 토출공(24)에 불활성 가스를 공급하는 가스 통로(22)를 가지며 실질적으로 탄소로 만들어진 전극(20)을 용강(6)위의 슬래그(8)에 침지하는 공정과, 전극(20)을 통전함으로서 전극(20)과 용강(6)과의 사이에 고온의 아크를 형성하여 일정시간 가열하는 공정과, 용강(6)을 아크 가열하고 있는 중에 적절한 시간 동안 파이프등의 연결 수단을 통하여 가스 통로(22)에 접속된 첨가수단으로 용강(6)에 첨가할 성분을 함유한 광석의 분말 또는 입상물을 불활성 가스에 첨가하여 가스통로(22)를 통하여 가스 토출공(24)에서 분출시키는 공정과, 아크 가열중에 적절한 시간 동안 용강(6)에 불활성 가스를 도입하여 용강(6)을 교반하는 공정과, 용강(6)에 불활성 가스를 고유량으로 도입하여 아크 가열후의 용강(6)을 교반하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 가스 토출공(24)에서 분출시키는 가스의 유량은 500-4000Nl/분이며, 그 토출 압력은 4-25kg/cm2인 것을 특징으로 하는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 가스 통로(22)는 본체와 동축적으로 형성된 것을 특징으로 하는 아크 가공에 의한 용강의 정련 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 광석은 Nb2O5, V2O5또는 Cn2O3인 것을 특징으로 하는 아크 가공에 의한 용강의 정련방법.
KR1019850007458A 1984-10-12 1985-10-10 아크 가공에 의한 용강(溶鋼)의 정련(精鍊)방법 KR900002572B1 (ko)

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