KR930001010B1 - 저탄소 실리콘 망간의 제조법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저탄소 실리콘 망간의 제조법

제1도는 종래의 저탄소 실리콘 망간의 일실시예로서의 제조 공정도.

제2도는 역시 종래의 저탄소 실리콘 망간 또 다른 일실시예로서의 제조공정도.

제3도는 본 발명상의 저탄소 실리콘망간의 제조공정도.

제4도는 종래의 제조공정을 이용하는 래들(Ladle)의 개략구조의 일례를 나타내기 위한 개략 단면도.

제5도는 본 발명상의 세틀러(settler)의 개략구조를 나타낸 단면도.

제6도는 본 발명에 의해 얻어진 저탄소실리콘망간의 조직의 일례.

제7도는 본 발명상의 용탕을 세틀러에서 일정시간 보지(holding)시킬때의 탄소함유량과 시간과의 관계곡선도.

본 발명은 탄소가 과도하게 고용되어 있는 고탄소 실리콘망간의 용탕에서 탄소를 부상분리시켜서 저탄소 실리콘망간을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래의 실리콘망간 제조방법으로서는 망간광석, 규석, 코크스등을 전기로에 장입하여 망간광석과 규석을 탄소반응을 이용하여 환원정련 하므로써 실리콘 망간을 제조하기도 하고 고탄소 실리콘망간을 1차로 제조한 후 래들에서 산소취입에 의한 정련으로 저탄소실리콘망간을 제조하기도 하였다. 그러나 종래의 방법으로는 정련시간이 길 뿐 아니라 제대로 저탄소가 얻어지지 못하고 그 범위가 안정적으로 확보되지 못하는 결점이 있었다.

본 발명을 종래 기술과 비교하여 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

제1도 및 제2도는 각각 종래의 저탄소실리콘망간의 제조공정도의 일례를 도시한 것이다.

제1도에 의한 제조방법은 가장 단순한 공정에 의한 방법인데, 환원탄재에 의한 반응이 흡열반응이므로 환원정련에 엄청난 전기에너지가 필요하고, 고온조입인데다 정련시간이 길기 때문에 에너지를 요하는 관계상 생산성 및 에너지 차원에서 대단히 불리한 방법이다.

제1도에 의한 제조방법을 더욱 개량 발전시킨 것이 제2도에 의한 제조방법이며, 고탄소실리콘망간을 제4도의 정련래들(Refining Ladle)에 받은 후 상부의 수직 산소랜스(2)에서 일정압력과 유량으로 산소를 취련하면서 저부의 기포가스(Budding gas)로서 불활성 가스인 Ar 또는 N₂를 취련하여 용량의 기포생성(Budding)효과에 의한 교반으로 산소가 용탕중의 탄소와 쉽게 반응하도록 하여 탈탄정련하는 제조방법이다.

제2도에 의한 제조방법도 저탄소 훼로망간이나 저탄소 훼로크롬(Fe-Cr)에는 널리 실용화되어 사용되는 제조방법이지만, 저탄소실리콘 망간에는 실리콘의 산소에 의한 선택적산화로 인하여 이론적으로만 가능할 뿐 상업적으로는 실현 가능성이 없어 실용화 되지 않고 있는 제조방법이다.

그러므로 제1도와 제2도의 제조방법은 실정에도 맞지않고 합리성이 결여된 제조방법이다.

제3도는 본 출원인이 발명한 제조공정을 도시한 것으로서 상술한 전기에너지를 효과적으로 이용한 경제적인 방법이다.

본 발명상의 제3도의 제조공정은 C-Si 용해도의 상관관계에서 실리콘 성분이 탄소의 용해도를 낮춘다는 이론에 근거하여 고안된 방법이다. 실리콘망간의 주성분은 Si, Mn, Fe로써 3원 합금으로 이루어져 있으며 합금의 상태는(Mn,Fe)-Si라는 금속간 화합물로써 존재한다. 그러므로(Mn-Fe)-Si의 3원 금속에서 탄소의 고용량을 산출하면,

로 되고, 위 식에서 실리콘함량에 따른 탄소의 양을 계산하면 탄소의 적정 고용량은 0.10-0.30%의 범위내에 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 스텐레스 합금강, 극저탄소강도에 사용되는 저탄소실리콘망간의 제조에 있어 상술한 범위내에서 안정된 탄소고용량을 확보하면서도 아울러 실리콘과 망간의 적정함유율을 얻고, 또한 적정한 조업으로 로의 정련효과를 얻으므로써 소요전력량을 절감할 수 있도록 하는 제조법을 확보하는데 그 목적이 있다.

따라서 본 발명은 스텐레스강, 저탄소강등의 제조에 사용되는 저탄소실리콘망간의 제조를 위해 고탄소 Si-Mn 용융금속을 전기로등의 제강로에서 제조함에 있어서, 고탄소 Si-Mn 용융금속을 제강로로 부터 알루미나질등을 라이닝한 내화로서의 세틀러(settler)에 넣고, 일정시간 보지후 상기 금속의 용탕을 1차 탭핑(tapping)된 용탕의 계면에 슬라그역(slag zone)이 형성되도록 이 슬라그역위에 부드러운 규석등으로 덮어 유동도를 높이고 과냉에 의한 탄소의 고용한계가 상승효과를 방지하면서 응고점직상의 온도에까지 용탕을 서서히 냉각시켜 고용한계가 저하됨에 따라 과포화상태의 탄소가 비중차이에 의해 부상분리되도록 한 것을 특징으로 하는 저탄소실리콘 망간의 제조방법에 관한 것이다.

저탄소실리콘망간의 제조는 제1표에 보는 바와같이 C

0.5%로 할 경우 스텐레스제조시 투입재등 고급강종의 정련에 사용할 수 있으나, 고탄소실리콘망간의 제조와는 달리, 원료의 선정에서부터 부원료선정에 이르기까지 엄정한 관리를 하여야하고, 망간광석, 규석, 환원재등의 원부재료를 전기로에 장입한 후 고온에서 환원반응을 일으키도록 해야 하는데 다가 환원탄재에 의한 반응을 흡열반응이므로 다량의 에너지를 필요로한다.

즉, 종래에는 일반적으로 전기에너지등을 이용하여 로내에서 광석과 함께 공급된 플럭스(flux)를 고온에서 조업함에 따라 형성된 용재(molten slag)가 활성화되어 일어나는 (SiO₂)와 C의 반응에 의하여 탄소를 제거하는 방식을 취하여 왔다.

그런데, 상술한 바와 같이 엄선된 원료의 사용에 의해서 제조하더라도 Si-Mn은 은탄소를 1%내외로 함유하고 있으므로 본 발명은 더욱 탄소함량을 낮추기 위하여 비활성화상태로된 용융상태의 Si-Mn용탕을 래들(Ladle)형식의 세틀러(settler)라는 용기에 장입하여 일정시간 보지후 이 용탕을 1차 탭핑시켜서 슬라그역을 형성시키고 그 위에 규속등을 덮어 유동도를 높이므로써 용탕내부에 있는 다량의 유리탄소를 용탕의 표면으로 부상시켜서 부상된 유리탄소를 슬라그와 함께

[표 1]

스키밍(skimming)시키고 저탄소화된 Si-Mn은 주조하여 파쇄후 제품화 한다. 종래에는 보온효과가 열등한 일반 래들을 이용한 것으로 래들하부에서 직접 산소취입등을 행하는 가열방식이었다.

Si-Mn 제조에 있어 중요한 점은 C-Si 용해도의 상관관계에 있어 Si 성분이 C의 용해도를 낮추기 때문에 용융 고탄소 Si-Mn을 출탕한 후 적정용기에서 용탕의 유동성을 유지시키면 일정시간 경과후에는 고탄소 Si-Mn중의 유리탄소가 용탕의 표면으로 부상한다는 점이다.

따라서 본 발명은 탭팅시간(Tapping time)을 줄이고 1차 탭핑하였을때 표 2에서와 같이 탄소함량이 1.0-1.5%이고, (Mn, Fe)-Si 계합금철에서의 최소탄소고용량이 0.10-0.30%이므로 1차 탭핑된 용량은 유동도, 온도등 제반물리적 조건의 변화에 따라 다르지만 응고점 바로위 온도가지 서서히 냉각시키면 고용한계의 저하에 따라 과포화상태의 탄소 비중차이에 의해 석출하여 부상분리 될 수 있는 상태에 있다.

[표 2]

따라서, 본 발명은 제5도와 같은 세틀러(Settler)에 1차 태핑된 용탕을 장입하여 정지시키면 그 계면에 슬라그역(slag zone)이 형성되어 용탕금속과 공기와의 접촉에 의한 급속냉각과 산화를 방지하고 이 슬라그역 위에는 부드러운 규석으로 덮어 용탕의 과냉에 의한 탄소의 고용한계의 상승효과를방지하며 용탕의 온도하강 곡선이 급격할 때에는 톱밥이나 왕겨로 보온하기도 하고 세틀러의 카바(8)를 덮어 두고하여 온도냉각곡선을 제7도와 같이 완만하게 유지하면서 일정시간 세틀러에서 정치에 의해 탄소를 부상분리시킨 후 용탕상부의 슬라그역과 규석은 스키밍(skimming)시키고, 탭핑홀(5)을 뚫어서 저탄소실리콘 망간을 출탕하여 제조하는 것이다.

이때, 세틀러내에서는 용탕의 유동도 증가와 더불어 용탕내의 유리탄소는 망간광석과 반응하여 다음과 같이 일산호탄소의 활발한 부상을 일으킨다.

Mn₃O₄+C=3MnO+CO

MnO+C=Mn+CO

(Mn은 산화됨)

SiO₂+₂C=Si+2CO

(Si은 산화됨)

즉, 고온, 고실리콘조업에 의하여 용탕중의 탄소(C)를 CO 가스와 환원탄재인 C의 용탕에 대한 상대적인 부상분리로 제거하는 것으로 탄화물의 탄소를 고용도곡선의 온도특성을 이용하여 비중차이에 의해 부상분리시키도록 한 것이다.

[표 3]

실시예 저취전로 7500KVA 3상 전기로에서 다음의 원료조성으로 고탄소 실리콘망간 용탕을 제조한 후 표 3에 나타난 바와 같은 물질수지로 조업을 하여 실리콘 망간을 제조하고, 1600℃에서 1차 탭핑한 용탕을 세틀러(settler)에 받아 100분간 보지시킨 후 2차 탭핑을 행하였다. 그 결과 표 4에서와 같은 탄소분리량을 얻었다.

[표 4]

위 표 4에서 볼 수 있는 바와 같이 본원발명에 의하여 세틀러에서의 보지시간이 40분 경과하면서부터 탄소의 부상분리에 의한 탈탄이 급속도로 진행되어 2차-탭핑에 의한 출탕시에는 용탕내의 탄소함유량이 0.30%까지 저하하였으며, 용탕의 유동도의 획기적인 향상으로 용탕자체의 현열만으로도 탈탄이 진행되는 것임을 확인할 수 있었다.

Claims (1)

1. 스텐레스강, 저탄소강등의 제조에 사용되는 저탄소실리콘 망간의 제조를 위해 고탄소의 Si-Mn 용융금속을 전기로등의 제강로에서 제조함에 있어서, 고탄소 Si-Mn 용융금속을 제강로로 부터 알루미나질등을 라이닝한 내화로서의 세틀러(settler)에 넣고, 일정시간 보지후 상기 금속의 용탕을 1차 탭핑(tapping)된 용탕의 계면에 슬라그역(slag zone)이 형성되도록 이 슬라그역위에 부드러운 규석등으로 덮어 유동도를 높이고 과냉에 의한 탄소의 고용한계의 상승효과를 방지하면서 응고점적상의 온도에까지 용탕을 서서히 냉각시켜 고용한계가 저하됨에 따른 과포화상태의 탄소가 비중차이에 의해 부상분리되도록 한 것을 특징으로 하는 저탄소실리콘 망간의 제조방법.

Images