RH 진공 탈기 기술

RH 진공 탈기 기술

오늘날 2차 야금 장치는 1차 제강 공정과 액강의 연속 주조 공정 사이에 다목적으로 사용할 수 있는 연결을 나타냅니다. 진공 탈기는 중요한 2차 제강 공정입니다. 이 공정은 원래 액강에서 수소를 제거하는 데 사용되었지만 현재는 2차 정련에도 사용되며 2차 제강의 중요한 공정이 되었습니다. 낮은 수소 및 질소 함량, 초저탄소 함량, 초저 황 함량, 낮은 총 산소 함량 및 철강 청정도는 철강 용해 공장에 진공 처리 시설을 설치하는 이유입니다.

새로 건설된 제철소에서는 진공 탈기 설비가 고려되고 철강 생산 라인에 통합됩니다. 또한 기존 공장에는 진공 처리 설비를 설치하여 철강 공장이 철강 시장 상황에 유연하게 대응하고 제품 믹스를 확장할 수 있는 기회를 제공하는 추세이기도 합니다.

1950년대부터 탈기 목적으로 여러 진공 기술이 개발되었습니다. 이러한 기술에는 DH(Dormund Hoerder) 탈기, RH(Ruhrstahl Heraeus) 탈기, VTD(진공 탱크 탈기), VAD(진공 아크 탈기) 및 VIM(진공 유도 용해)이 포함됩니다. 현재 시나리오에서 RH 탈기 및 VTD 공정은 일반적으로 액강의 가스 및 탄소 함량을 줄이기 위해 철강의 대량 생산에 사용됩니다. RH 탈기 또는 VTD의 선택은 제철소에서 생산되는 강종에 따라 엄격하게 결정됩니다. 대부분의 경우 RH 탈기의 설치는 VTD에 비해 특히 큰 열 크기에 대해 더 지배적입니다. 이는 탁월한 혼합 성능과 탈탄 및 탈기를 위한 짧은 사이클 시간으로 인해 처리당 많은 수의 열처리가 발생하기 때문입니다. 낮. 사이클 시간이 짧기 때문에 RH 탈기 공정은 하루에 많은 수의 열을 처리할 수 있습니다. 또한, 공정 중 우수한 혼합 거동으로 인해 국자의 크기에 관계없이 이러한 짧은 처리 시간을 달성할 수 있습니다.

RH 탈기 기술은 1950년대 후반 독일에서 처음 도입되어 최초의 RH 탈기 설비가 개발 및 설치되었습니다. RH 탈기 공정은 이 공정이 처음 개발된 Ruhrstahl과 Heraeus의 이름을 따서 명명되었습니다. 그 이후로 RH 탈기 플랜트에서 많은 공정 개선이 이루어졌습니다. 이러한 개선 사항에는 산소 랜스 설치, 스노클 및 용기 직경 확대, 탈황을 위한 분말 주입 적용 등이 포함됩니다. Kuwabara는 진공 압력, 리프트 가스 유량, 용기 및 스노클 직경을 고려하여 RH 탈기 플랜트의 탈탄을 위한 종합 모델을 도입했습니다. 20ppm(백만분의 일) 미만의 탄소 함량을 달성하는 데 필요한 시간은 RH 탈기 설비에서 15분 이내에 완료될 수 있다고 보고되었습니다.

추가 탑랜스가 장착된 경우 RH 탈기를 RH-TOP 탈기라고 합니다. RH 탈기 및 RH-TOP 탈기 장치(그림 1)는 진공 재순환 공정의 원리를 사용하며 특히 경제적으로 유리한 조건에서 탄소 함량이 매우 낮은 강종 생산에 적용됩니다. RH 탈기 설비의 주요 기능은 수소 제거, 자연 및 강제 탈탄, 액강의 화학 가열 및 액강의 화학 분석 및 온도의 정확한 조정입니다. 이러한 활동은 진공 상태에서 수행됩니다. 낮은 수소 함량은 석유 및 가스 산업에서 사용하기 위한 고강도 강철 등급 및 등급을 생산하기 위한 주요 전제 조건입니다. RH 탈기 기술을 통해 짧은 진공 시간에 매우 낮은 수소 함량을 달성할 수 있습니다.

그림 1 RH 및 RH-TOP 탈기 장치의 절단 섹션

액강 2차 정련을 위한 도구인 RH 탈기 공정은 진공 탈기, 탈탄, 개재물 제거, 탈질소화 및 개재물 제거와 같은 여러 야금 기능으로 인해 폭넓게 적용됩니다. 초저탄소강, 베어링강, 파이프라인강, 스프링강, 규소강 등의 생산에 널리 사용됩니다.

RH 탈기 장치는 일반적으로 진공 펌프에 연결된 용기 바닥에 두 개의 내화 라이닝된 스노클이 장착된 내화 라이닝 ​​블록 유형 또는 분할 유형 용기로 구성됩니다. 추가 구성 요소로는 RH-TOP의 경우 유압식 또는 기계식 용기 또는 국자 리프팅 시스템, 다중 기능 탑 블로잉 랜스, 측정 및 샘플링 시스템이 있습니다. 진공 상태에서 재료 추가는 진공 호퍼 시스템을 통해 실행됩니다. 용기, 스노클 및 상단 부분의 내화 수리 및 예열은 별도의 스탠드에서 실행할 수 있습니다. 설계의 특징은 단일 용기 설치(용기 리프팅 시스템), 빠른 용기 교체(레이들 리프팅 시스템) 또는 가용성 증대를 위한 이중 용기 설치입니다.

RH 순환 탈기 공정은 최대 400톤의 열 크기를 다루는 짧은 탭 시간으로 작동하기 위해 전 세계의 많은 철강 용해 공장에서 광범위한 적합성을 입증했습니다. RH 탈기 플랜트의 진공 처리는 고품질 철강 요구 사항을 충족하는 철강을 생산합니다. 이를 달성하기 위해 액체 강철은 상당한 압력 강하로 인해 가장 작은 부품으로 분해되는 진공 챔버에서 순환할 수 있습니다. 표면적의 증가는 액강이 가능한 한 최대한 탈기되도록 합니다. 이 공정에는 먼지가 많은 대기와 고온의 매우 어려운 조건에서 매우 큰 유량을 빨아들일 수 있는 안정적인 진공 장치가 필요합니다.

RH 탈기 공정은 액강을 국자에서 2개의 스노클(업-레그 및 다운-레그)이 장착된 진공 챔버로 흡입하는 것에 달려 있습니다. 불활성 가스가 액강에 분사되면 진공 챔버와 국자 사이의 액강 순환 흐름이 강제됩니다. 탈기 공정은 주로 액체 내부, 진공 챔버 및 기포 표면의 튀는 금속에서 발생하며 복잡한 화학 반응 및 수송 현상을 포함합니다. 그림 2는 공정의 원리와 용기의 라이닝 및 공정의 다른 부분을 보여줍니다.

그림 2 RH 탈기 과정

프로세스 개발

RH 공정이 처음 도입되었을 때 주요 목표는 액강의 수소 함량을 줄이는 것이었습니다. 첫 번째 결과는 용기의 불충분한 진공으로 인해 예상만큼 성공적이지 않았습니다. 1960년대 초 증기 이젝터 진공 펌프의 적용으로 충분히 낮은 압력에 도달할 수 있었고, 이는 1ppm 미만의 수소 함량으로 이어졌습니다. 그 이후로 RH 탈기 공정은 진공 조건, 반응 용기 설계 및 형상(크기 및 모양), 스노클 단면 및 RH 탈기 장치의 용량과 관련하여 지속적으로 개발되고 있습니다.

탈탄을 위한 RH 탈기 공정의 적용은 1970년대 말에 처음 도입되었습니다. 오늘날 자동차 시트 생산에 필요한 이 공정을 사용하면 20ppm 미만의 극히 낮은 최종 탄소 함량을 얻을 수 있습니다. 탈기 중 합금 원소를 추가하면 합금철에 대해 더 높은 수율을 달성하고 공기가 없고 금속 슬래그 반응을 피하기 때문에 강철의 높은 화학 분석 정확도를 달성할 수 있는 이점이 있습니다.

추가 개발은 RHO, RH-OB, RH-KTB, RH-MESID 및 MFB 공정에서 RH 탈기 처리 동안 기체 산소를 사용하는 것이었습니다. MFB 공정에서 RH 탈기 장치에는 다기능 버너(MFB)가 장착되어 있습니다. MFB는 진공 챔버에 삽입된 단일 랜스에서 연료와 산소를 불어넣을 수 있는 장치입니다. 진공 처리 중 및 대기 중에 진공 챔버 내에서 열을 유지할 수 있습니다. 이것은 챔버 내 금속의 접착을 감소시키면서 공정 중 산소 분사를 통해 초저탄소강을 생산할 수 있게 합니다. 이러한 공정의 목적은 탈탄 반응을 가속화하고, 알루미노-열 반응에 의해 액강을 재가열하고, 두개골을 재용융하고, 탈탄 기간 동안 생성된 일산화탄소 가스를 이산화탄소 가스로 전환하여 용기를 고온으로 유지하는 것이었습니다. , 그리고 처리 사이에 내화 라이닝된 용기를 가열합니다. 최근에 일부 RH-TOP 랜스는 황 또는 탄소 함량을 최저 수준으로 줄이기 위해 분말을 액체강에 불어넣는 데 사용되었습니다. 오늘날 RH-OB를 제외한 이러한 모든 공정을 RH-TOP 탈기 공정이라고 합니다.

기본적으로 중요한 RH 탈기 및 RH-TOP 탈기 공정의 개발은 (i) 진공 펌프 개선, 스노클 설계, 용기 설계, 탈탄 조건 개선을 통한 더 빠른 탈탄 및 탈기, (ii) 철의 속도 증가입니다. 합금 추가, (iii) 이러한 활동을 위한 전용 스테이션을 설치하여 RH 처리에서 합금 또는 와이어 추가와 같은 활동의 분리 및 (iv) 레이들 운송 시간과 스노클 침지 시간의 영향을 줄이기 위해 최적화된 공장 레이아웃 주기 시간.

RH 탈기 플랜트 개념

RH 탈기 공정의 한 가지 독특한 특징은 철강 용해 공장의 특정 레이아웃, 필요한 사이클 시간 및 가용성 요구 사항의 충족에 맞게 합리적으로 구축할 수 있는 광범위한 플랜트 개념입니다. RH 탈기 설비에 대해 고려할 수 있는 일련의 설계 기준은 표 1에 나와 있습니다.

RH 탈기 설비에 대한 탭 1 설계 기준
선박 개념	단일 선박
	쌍둥이 선박
	이중 유형
국자 운송	1개의 국자차 또는 2개의 국자차(치료 중 국자차 교체 포함)
스노클 잠수	용기 하강(윈치 시스템, 로커 시스템 또는 유압 시스템 사용)
	래들 리프팅((유압 실린더 또는 윈치 시스템 사용)
스노클링 유지 관리	치료 위치
	대기 상태(쌍선 유형만 해당)

사이클 시간, 야금 기능 및 RH 탈기 장치에서 일상적으로 달성되는 고품질 생산은 (i) RH 탈기 설비의 개념, (ii) RH 탈기 장치를 철강 용해 공장의 공정 흐름에 내장, ( iii) RH 용기의 설계, (iv) RH 탈기 장치의 진공 시스템 및 기타 구성 요소의 성능, (v) 내화물의 정기 유지 관리, (vi) 슬래그 컨디셔닝 및 슬래그 야금, (vii) 전반적으로 안정적인 생산 조건 (viii) 자동화 시스템. 그림 3은 RH 탈기 플랜트의 일반적인 기본 개념과 주요 구성 요소를 보여줍니다.

그림 3 RH 탈기 설비의 일반적인 기본 개념 및 주요 구성요소

RH 탈기 플랜트에는 일반적으로 레벨 2 자동화 시스템이 장착되어 있습니다. 하드웨어, 시스템 소프트웨어 및 응용 소프트웨어를 포함하는 레벨 2 자동화 시스템은 야금 모델을 기반으로 구현됩니다. 레벨 2 응용 소프트웨어 및 모델 소프트웨어는 독립적으로 실행 가능한 프로그램으로 설계되었습니다. 해당 소프트웨어는 다양한 소스의 데이터를 모델에 제공하고 계산된 모델 데이터를 수신합니다. 애플리케이션 소프트웨어와 모델 소프트웨어 간의 통신은 모델에 입력 데이터를 제공하고 모델의 출력을 수신하는 데이터베이스 테이블을 통해 실현됩니다. 반면에 레벨 2는 전송 및 열 보고서 생성을 위한 모든 처리 데이터를 수집합니다. 레벨 2 자동화는 일반적으로 프로세스 관찰을 동반하고 레벨 1 자동화에서 실행될 설정값 데이터를 제공하도록 설계된 단일 대화에 의해 주로 작동됩니다. 레벨 2 자동화는 운영자의 작은 입력만 있으면 됩니다.

RH 탈기 공정 특성

이 공정은 주로 이 용기의 바닥에 부착된 두 개의 강관이 있는 내화 라이닝된 원통형 반응 용기로 구성됩니다. 반응 용기의 상부에는 내화 점토/알루미나 벽돌이, 하부에는 알루미나/마그네사이트 벽돌이 늘어서 있습니다. 두 개의 강관은 입구 스노클과 출구 스노클입니다. 둘 다 내부는 알루미나 내화물로 라이닝된 완전 내화물이지만 외부는 하부에만 내화물 코팅이 되어 있습니다. 인렛 스노클은 하부에 1~2단계로 배열되고 둘레에 균등하게 분포된 다수의 가스 주입 파이프가 장착되어 있습니다. 반응 용기는 액체 강철이 입구 스노클을 통해 들어 올려지고 출구 스노클을 통해 가스가 제거된 후 강철 국자로 다시 떨어지도록 설계되었습니다. 반응 용기의 상부에는 배기 장치, 철 합금 추가 설비, 관찰 및 제어 창이 있습니다.

RH 탈기 장치는 일반적으로 긴 연속 저탄소강 등급의 진공 처리 및 탈탄에 사용됩니다. RH 탈기 공정의 야금학적 및 작동적 특징에는 (i) 20ppm 미만까지의 빠른 탈탄, (ii) 수소 및 질소 제거, (iii) 저렴한 고탄소 철 합금 사용, (iv) 화학적 가열이 포함됩니다. 킬드 및 비킬드 히트, (v) 비금속 개재물의 관점에서 개선된 강철 청결도, (vi) 우수한 조성 제어.

탑 블로잉 랜스 시스템은 RH 탈기 용기 위에 설치되며 여러 기능을 결합합니다. 2,000N cum/시간 ~ 4,000N cum/시간의 산소 분사 속도와 2MW ~ 4MW의 설치된 버너 용량은 공정의 일반적인 설계 특징입니다. 공정 감독을 위해 랜스에 TV 카메라를 장착할 수 있습니다. 또한, 상부 블로잉 랜스에는 액강의 깊은 탈황을 수행하기 위해 분말 블로잉 기능이 장착될 수 있습니다. RH-TOP 탈기 공정 기능에는 (i) 강제 탈탄 및 화학 가열을 위한 산소 분사, (ii) 가스/산소 연소에 의한 RH 용기 내화물 가열, (iii) 탈황을 위한 분말 분사, (iv) 사용에 의한 빠른 스컬 제거가 포함됩니다. 산소 제트, (v) 외부 점화 시설에 의한 고급 점화.

RH 탈기 공정을 통해 가장 경제적으로 또는 고유하게 생산할 수 있는 광범위한 질량 강철 품질이 있습니다. 매우 낮은 탄소 및 수소 함량은 짧은 처리 시간에 달성됩니다. 최소한의 온도 손실만 있습니다. 특별한 슬래그 대책, 래들 프리보드 또는 다공성 플러그가 필요하지 않습니다. 화학 성분은 정확하게 조정될 수 있습니다. 확장된 제품 조합, 고품질 제품, 향상된 생산성, 최소화된 국자 유지 관리가 추가적인 이점입니다.

RH 진공 탈기 공정은 일반적으로 평형에 도달하지 않으며 수소, 탄소 및 질소 제거량은 동역학적 고려 사항에 의해 결정됩니다. 탈탄 메커니즘은 반응 역학이 순환 속도와 탈탄 속도 모두에 의존하기 때문에 상당히 복잡합니다. 수조 혼합은 탈탄에도 영향을 미칩니다.

RH 탈기 공정은 강철 래들과 RH 용기 사이의 액체 강철 교환을 기반으로 하기 때문에 강철 재순환 속도는 정의된 야금학적 목표를 가정할 때 야금 반응 속도와 공정 기간을 결정합니다. 액체강 순환은 스노클 직경, 장비 반경, 리프트 가스 송풍구의 위치 및 수와 같은 장비의 기하학적 구조에 따라 달라집니다. 1,600℃에서 가정한 설계에 대한 액체강 밀도는 입방미터당 6.94톤입니다. 국자 표면에 가해지는 대기압으로 인해 스노클의 강철은 깊은 진공 상태에서 약 1.45m의 기압 높이까지 상승합니다. RH 탈기 공정에서 액강의 진공 처리 메커니즘은 그림 3에 나와 있습니다.

<강한>

그림 3 RH 공정에서 액강의 진공 처리 메커니즘

자동차 및 기타 노출 시트와 전기 산업용 시트(예:변압기용)는 RH / RH-TOP 탈기 장치에서 처리된 액강에서 생산되는 전형적인 최종 제품입니다.

작업 단계

RH 탈기 공정의 다양한 단계가 아래에 설명되어 있습니다. 반응 용기는 먼저 플랜트 요구 사항에 따라 일반적으로 900°C ~ 1,500°C 범위에서 변하는 원하는 온도로 예열됩니다.

RH 탈기 공정은 액체강을 함유한 강철 국자를 레이들 카에 의해 처리 위치로 이동시키는 것으로 시작되며 반응 용기를 낮추거나 레이들을 원하는 수준으로 들어 올려 스노클이 강철에 잠기도록 합니다. 두 스노클이 액체 강철에 충분히 잠긴 후 탈기 프로세스가 시작됩니다. 스노클 침수 전에 불활성 가스(일반적으로 아르곤)의 주입이 흡입구 스노클의 가스 파이프에서 시작됩니다. 아르곤은 흡입구 스노클에 들어가는 액강 속도를 증가시키는 리프터 가스 역할을 합니다.

스노클의 필요한 담금 깊이에 도달한 후, 반응 용기는 배출 덕트(배기)를 통해 반응 용기에 연결된 진공 펌프 시스템을 통해 비워집니다. 진공(음압)이 생성되고 액강이 두 스노클 모두로 유입됩니다. 혼합물에 주입되는 아르곤 가스는 위쪽 다리 스노클의 압력을 증가시킵니다. 이 압력은 스노클을 통해 액체 강철의 순환을 생성합니다. 이제 탈기, 산소 분사, 화학 분석 및 온도 조정과 같은 야금 처리 단계를 수행할 수 있습니다. 합금 추가는 액강의 과열도에 따라 가스 제거가 끝날 때 만들어질 수 있습니다.

반응 용기의 액체 강철은 가스가 제거되고 출구 스노클을 통해 강철 국자로 다시 흐릅니다. 가스가 제거된 강철은 강철 국자에 있는 액체 강철보다 약간 차갑습니다. 밀도 차이(국자에 있는 뜨거운 액체 강철보다 더 차가운 탈기된 액체 강철의 밀도가 더 큼)에 의해 생성된 부력은 수조를 저어줍니다. 반응 용기에서 액체 강철의 순환 속도는 탈기를 제어합니다. 순환 속도는 리프터 아르곤 가스의 양과 진공도에 따라 다릅니다. 주기 시간은 일반적으로 20분에서 30분 범위입니다. 크기에 따라 RH 탈기 장치는 분당 85톤에서 분당 135톤의 액강을 순환할 수 있습니다.

액강의 화학적 성질이 결정되고 만족스러운 것으로 판명되면 액강에서 탈기장치 스노클을 제거하고 아르곤을 차단하며 주입 튜브가 얼어붙지 않도록 하기 위해 위쪽 다리 스노클에 질소를 도입합니다. 그러면 탈기 작업이 완료되고 강철 국자는 후처리 또는 인수 위치로 이동됩니다.

생산 중 작업자는 공정 자동화 시스템의 안내를 받습니다. 이 시스템은 다양한 수학적 모델을 사용하여 야금학적 매개변수를 예측하고 설정값을 생성합니다. 예를 들어, 다양한 수신 매개변수 및 처리 시간을 기반으로 주기적으로 계산되는 강 온도, 공정을 통해 수신된 강 샘플 및 추가 재료를 결정하여 화학적 조성을 계산합니다. . 초기 함량, 탈기 시간, 진공 압력 곡선, 리프트 가스 속도 등에 따른 수소 및 질소 제거와 같은 탈기 기능의 상태, 강철의 주기적 탄소 및 산소 함량을 결정하여 탈탄 상태에 대한 예측 및 설정값도 생성됩니다. 산소 분사, 진공 및 리프트 가스 패턴 등과 같은 다양한 기능에 대한 설정값

또한, Level-2 시스템은 모든 관련 데이터를 작업자에게 제공하기 위해 실험실은 물론 전후 단위의 생산 계획 및 공정 자동화와 연결됩니다. 데이터 추적은 다양한 열 및 생산 보고서를 생성하기 위해 레벨 1 시스템 및 프로세스 모델에서 모든 관련 데이터를 수집합니다. 이러한 모든 데이터는 데이터베이스에 저장되어 시스템이 향후 데이터 응용 프로그램에 대비할 수 있도록 합니다.

RH 탈기 장치 가용성

짧은 주기 시간 외에도 철강 용해 공장에서 생산 계획을 위한 RH 탈기 장치의 가용성을 고려해야 합니다. 가장 중요한 것은 스노클의 유지 관리에 필요한 시간입니다. 일련의 6가지 열처리를 처리한 후 스노클은 중간 유지 관리(스컬 제거 및 내화 총기)가 필요합니다. 특정 슬래그 및 처리 조건 및 사용 가능한 도구에 따라 유지 보수 작업은 20분에서 60분이 소요됩니다. 더 자주 유지 관리하면 스노클 수명이 늘어납니다. 60회에서 300회까지 열을 가한 후 처리 조건과 내화물의 품질 및 스노클의 디자인에 따라 스노클을 교체해야 합니다. 2~3번의 스노클링 캠페인마다 주로 바닥 지역에서 내화물 유지 관리가 더 필요합니다. 현재의 RH 탈기 설비에서는 설비의 가동 중지 시간을 줄이기 위해 스노클 교체 및 선박 유지 보수를 위해 선박을 교체하고 있습니다.