2차 제강의 CAS-OB 공정

2차 제강의 CAS-OB 공정

CAS-OB 공정은 화학적 수단을 통해 강철을 가열하는 데 사용되는 2차 야금의 국자 처리 공정입니다. 약어 CAS-OB는 '봉인된 아르곤 버블링 - 산소 블로잉에 의한 조성 조정'을 나타냅니다. 이 공정은 1980년대 Nippon Steel Corporation에서 개발 및 특허를 받았습니다. CAS-OB 공정에서 가장 중요한 기능은 온도를 최적 수준으로 조정하고 합금 원소를 정확하게 추가하는 것입니다. 가열의 목적은 연속 주조기로 보낼 때 용강의 충분한 온도를 보장하는 것입니다. CAS-OB 공정은 대기압에서 작동하는 공정에 속합니다.

CAS-OB 공정은 강철의 구성과 온도의 균질화 및 제어를 위해 설계되었습니다. 액강의 가열 및 합금화를 위해 설계된 국자 처리 공정입니다. 이 공정은 진공 탈기 처리가 필요하지 않은 강종에 널리 사용됩니다. 최근에는 진공 탈기 처리의 적용이 확대되면서 CAS-OB 공정의 사용이 감소하고 있습니다.

CAS-OB 공정은 산소와 알루미늄 사이의 발열 반응을 사용하여 지속적으로 높은 합금 회수율과 강철의 재가열을 가능하게 합니다. 우수한 화학 조성 제어, 철강 균질성 및 재가열 기능을 통해 CAS-OB 공정은 제강의 2차 야금에서 이상적인 완충 스테이션이 됩니다. CAS-OB 공정의 목적은 강 성분과 온도를 균질화하고 제어하는 ​​것입니다. CAS-OB 공정은 더 나은 스케줄링, 개선된 온도 제어 및 더 높은 함유 순도를 가능하게 하는 것으로 보고되었습니다.

CAS-OB는 액강의 가열 및 합금화를 위해 설계된 국자 처리 공정입니다. 이 공정을 통해 불활성 아르곤 환경에서 합금을 추가할 수 있습니다. 상부 랜스를 통해 불어오는 알루미늄과 산소 가스를 동시에 추가할 수 있습니다. 이들은 반응하여 알루미나를 형성하고 반응의 발열 특성으로 인해 상당한 양의 열을 생성합니다. CAS-OB 공정은 결과적으로 액강을 화학적으로 가열합니다.

화학 가열 공정에서 강철은 산소 분사에 의한 용해된 원소의 발열 반응을 통해 가열됩니다. 알루미늄의 사용은 화학 가열을 위한 요소로 선호됩니다. 용강 내 용해된 알루미늄의 농도 0.1%는 산소 가스와 반응하여 +34℃의 온도 상승을 일으킬 수 있다고 보고되었습니다. 분명히 복사와 국자 벽을 통한 열 손실도 있습니다. CAS-OB 프로세스의 원리는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 CAS-OB 프로세스의 원리

공정 장비

액체강 처리는 슬라이드 게이트와 아르곤 분사용 다공성 플러그가 장착된 국자로 수행됩니다. 공정 장비는 이동식 브래킷에 고정된 스노클(벨이라고도 함)로 구성됩니다. 스노클의 상단에는 알루미늄과 합금철(필요한 경우)을 스노클에 공급하고 가스 청소 시스템으로 가스를 제거하는 역할을 하는 포트가 제공됩니다. 스노클의 디자인은 금속 분말, 탈황 화합물 및 칼슘 실리사이드(CaSi)를 주입하기 위한 랜스 뿐만 아니라 샘플링, 온도 측정 및 용존 산소 측정을 위한 산소 랜스 및 프로세스 및 계기 랜스를 낮추기 위한 조항이 있습니다. ) 와이어.

스노클링은 두 부분으로 구성됩니다. 윗부분은 안쪽에만 안감이 있고 아랫부분은 안쪽과 바깥쪽에 안감이 있습니다. 스노클의 라이닝은 일반적으로 2% 스테인리스 스틸 바늘로 강화된 고알루미나 캐스터블로 이루어집니다. 이 캐스터블은 또한 산소 랜스의 라이닝에 사용되며 아르곤을 액체강으로 불어넣는 잠수식 랜스로, 아르곤이 바닥 다공성 플러그를 통해 액체강에 공급될 수 없을 때 사용됩니다. 스노클 바닥의 라이닝에도 크롬 마그네사이트 벽돌이 사용되었습니다. 추가 아르곤 교반을 위한 특수 모양의 잠긴 랜스가 있습니다.

스노클 상단 라이닝의 서비스 수명은 일반적으로 400히트에서 600히트이며 스노클 바닥 라이닝 수명은 50히트에서 150히트입니다. 산소 랜스의 라이닝 수명은 일반적으로 최소 100 가열이고 아르곤 블로잉용 랜스의 라이닝 수명은 최소 150 가열입니다.

CAS-OB 프로세스

1차 제강 공정(기본 산소로 또는 전기로)의 액강을 처음에 국자에 붓습니다. 국자는 내부에 내화 벽돌 또는 캐스터블 층이 있는 강철 케이싱으로 구성됩니다. 내화 층은 절연을 제공하고 약 1600℃의 고온을 갖는 강욕의 부식 환경에 저항합니다. 처리 중에 강 성분은 추가된 산소와 반응하여 슬래그 상을 형성합니다. 산화물 형태의 첨가물도 슬래그 상으로 용해됩니다. 대표적인 슬래그 성분은 FeO, SiO2, MgO, Al2O3, CaO이다. CAS-OB-공정에서 슬래그 상은 반응에 참여하고 대기로부터 액강을 보호하고 절연층으로 작용합니다.

CAS-OB 공정은 강철 위에 불활성 분위기를 생성하여 대기 중 산소 또는 산화물 슬래그와 접촉하지 않고 합금을 추가할 수 있도록 설계되었습니다. 이것은 먼저 국자 바닥에 있는 다공성 플러그를 통해 강철에 아르곤을 도입하여 액체 강철 표면에 슬래그가 없는 영역(눈으로 알려짐)을 생성함으로써 달성됩니다. 강철 표면에 도달하는 아르곤 기포는 국자 위에 있는 슬래그 층을 옆으로 밀어내어 슬래그가 없는 영역을 만듭니다. 국자 위에 필요한 크기의 아이를 생성하는 데 필요한 아르곤 흐름의 양은 다공성 플러그의 상태, 국자 위에 있는 슬래그의 깊이 및 슬래그의 유동성에 따라 다릅니다. 눈이 생성되면 스노클을 슬래그가 없는 영역으로 낮출 수 있습니다.

공정의 작동은 (i) 아르곤의 불활성 분위기 또는 산소와 알루미늄 사이의 화학 반응을 포함하는 데 사용할 수 있는 국자 상단의 내화 스노클링, (ii) 공급 장치의 세 가지 항목을 사용하여 수행됩니다. 아르곤 가스 및 (iii) 수냉식 산소 랜스. 이러한 기능적 항목은 프로세스의 핵심입니다.

이 공정의 주요 특징은 욕조에 합금이 추가되는 내화 스노클입니다. 스노클은 강철 표면이 열려 있지만 여전히 주변 대기와의 접촉으로부터 보호되는 합금 재료를 추가하기 위한 보호 환경을 제공합니다. 이것은 또한 흡수된 질소의 양이 낮은 수준으로 유지될 수 있도록 합니다. 아르곤 버블링은 또한 강철의 균질화 온도와 구성을 위한 교반을 제공합니다.

강철 국자는 스노클이 다공성 교반 플러그 바로 위에 위치하도록 배치됩니다. 이렇게 하면 강철 수조의 동요된 표면이 스노클 아래 영역으로 제한됩니다. 추가 아르곤 교반은 필요한 경우 특수 모양의 잠긴 랜스를 통해 수행할 수 있습니다. 강철의 재가열은 알루미늄 첨가물과 함께 산소를 주입하여 수행됩니다.

하부 버블링 아르곤 가스는 슬래그 층에 '열린 눈'을 생성합니다. 스노클은 슬래그의 열린 눈 위로 액체 강철로 내려갑니다. 특히, 알루미늄을 동시에 첨가하는 동시에 탑 랜스를 통해 산소 가스를 불어넣을 수 있습니다. 생산된 알루미나는 깨끗한 강철을 생산하기 위해 떠야 합니다. 이 슬래그가 없는 영역에 철 합금을 추가하면 더 높은 수율을 얻을 수 있습니다.

공정의 주요 단계는 가열, 슬래그 감소 및 (가능한) 합금입니다. 가열 단계의 목적은 연속 주조 전에 액강의 온도를 목표 값으로 높이는 것입니다. 실제 가열이 시작되기 전에 액체강은 아르곤의 바닥 분사에 의해 교반되어 강조 표면에 슬래그가 없는 열린 눈 영역을 형성합니다. 결과적으로 내화 스노클은 액체 강철에 부분적으로 잠겨 있습니다.

가열 단계에서 고체 알루미늄 입자가 스노클 내부의 자유 강철 표면에 공급됩니다. 알루미늄은 초음속 창으로 산소를 불어 스노클 아래에서 산화되고 발열 반응은 강철 온도를 상승시킵니다. 가열 과정에서 생성된 산화알루미늄(알루미나)은 강재 표면의 상부에 있는 슬래그상으로 이동하여 일정량의 알루미늄이 강재에 용해됩니다. 알루미늄과 산소의 반응으로 발생하는 열로 인해 과도한 장비 마모 없이 액강 온도를 분당 최대 10℃까지 올릴 수 있습니다.

집중적인 랜스 블로잉으로 인해 알루미늄 외에도 강상의 다른 금속, 특히 망간, 규소 및 철의 일부가 슬래그로 산화됩니다. 이는 경제적인 측면에서 바람직하지 않으므로 가열 단계 후에 슬래그 환원을 수행하는 것이 일반적으로 필요합니다.

슬래그 상의 알루미나 함량을 증가시키는 것 외에도, 산소 분사는 슬래그에서 FeO, SiO2 및 MnO의 양을 증가시킵니다. 금속 성분의 과도한 손실을 피하기 위해 가열 후 슬래그의 환원이 수행됩니다. 환원 단계에서 스노클 구조가 들어 올려지고 국자 바닥의 다공성 플러그에서 불어오는 아르곤을 사용하여 강철이 휘저어집니다. 강력한 아르곤 교반은 국자에 있는 강철의 순환 운동을 초래합니다.

슬래그 감소 단계에서 강철상은 국자 바닥에서 일부 불활성 가스(일반적으로 아르곤)를 불어넣어 강하게 교반합니다. 가스 교반은 강철 상을 원형 운동으로 만듭니다. 강철과 슬래그의 경계면에서 흐르는 강철은 상단 슬래그 층에서 작은 방울을 분리합니다. 슬래그 방울과 강철은 상 사이에 큰 계면 영역이 발생하는 에멀젼을 형성합니다. 증가된 계면 영역은 강철과 슬래그 사이의 물질 전달을 가속화하므로 환원 반응에 바람직한 조건을 제공합니다.

강철의 회전 흐름이 상부 슬래그에 부과하는 전단 응력의 결과로, 작은 방울이 슬래그 층에서 분리되어 슬래그와 강철 사이의 계면 면적이 엄청나게 증가합니다. 이 넓은 계면 영역은 높은 감소율을 위한 유리한 조건을 제공합니다.

공정은 일반적으로 가열, 합금 및 슬래그 환원으로 구분됩니다. 가열 단계의 목적은 알루미늄 입자를 용융물에 공급하고 상부 랜스를 통한 동시 산소 분사를 사용하여 수행되는 화학 가열에 의해 강조의 온도를 높이는 것입니다. 실제로 화학 가열 속도는 열 전달 과정, 특히 복사 및 대류를 통해 벽 구조에 과도한 열 응력을 가하는 것을 방지하기 위해 제한됩니다.

CAS-OB 치료 절차는 스노클을 충분한 깊이로 담그기 위한 강철 욕조 수위를 정의하는 것으로 시작됩니다. 스노클을 내리기 전에 스노클이 잠기는 슬래그가 없는 영역, 즉 열린 눈이 형성되도록 아르곤 유량을 증가시킵니다. 스노클을 내린 후 바닥 블로잉이 감소하고 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 첨가에 의해 강철의 탈산이 수행됩니다. 온도 측정에 따라 탈산 과정 후에 강철이 가열됩니다. 가열 단계에서 고체 알루미늄 입자가 강철 표면에 공급되고 동시에 산소가 상단 랜스를 통해 불어옵니다. 가열 단계가 완료된 후 가능한 합금 단계가 뒤따릅니다. 강철 샘플은 가열 전과 합금 후 스노클을 들어올리기 직전에 채취합니다.

국자를 액강 처리 위치로 이송한 후 국자 바닥의 다공성 플러그를 통해 아르곤 분사를 시작하고 퍼징의 존재를 시각적으로 모니터링합니다. 동시에 자유판의 높이를 측정하고 벨의 움직임 값을 계산합니다. 벨의 하단은 적어도 200 mm까지 액체강에 잠겨야 합니다. 또한 용강의 온도와 용존산소의 활성도를 측정합니다.

스노클을 내리기 전에 아르곤 흐름이 증가하여 퍼지에 있는 액강의 표면이 '열린 눈'을 갖게 됩니다. '오픈 아이' 영역에서는 스노클을 내립니다. 액체강의 스노클을 원하는 깊이로 낮추면 아르곤의 흐름이 감소합니다. 스노클 내부의 슬래그에서 나온 액강의 자유 표면은 탈산을 위해 입상 알루미늄 및 기타 첨가제를 추가하는 장소입니다. 그 후, 4분 내지 5분 동안 액강을 균질화한다. 그런 다음 샘플을 채취하고 액강의 온도를 측정하기 위해 아르곤 흐름을 더 감소시킵니다. 온도 측정 결과는 화학 가열, 필요한 양의 알루미늄 금속 및 산소에 대해 계산됩니다. 그림 2는 CAS-OB 프로세스의 개략도를 보여줍니다.

그림 2 CAS-OB 설치의 개략도

CAS-OB 프로세스의 특징

CAS-OB 프로세스에는 몇 가지 특별한 기능이 있습니다. 이 과정에서 스노클은 강철로 내려가 '슬래그 아이'(거품 기둥이 옆으로 밀어낸 이후 슬래그가 없는 영역) 위에 비활성 영역을 생성합니다. 합금 추가 및 산소 및 알루미늄 주입에 의한 화학적 재가열은 스노클 아래에서 생성됩니다. 국자 야금로보다 더 많은 알루미나를 생산하며 깨끗한 강철을 얻기 위해 이 알루미나가 떠야 합니다.

스노클의 직경은 슬래그 층에서 슬래그가 없는 영역을 확보하는 데 중요합니다. 바닥 버블링 동안 열린 눈의 직경을 알고 결정해야 합니다. 열린 눈의 직경은 가스 유량에 따라 달라지는 버블링 플룸(플룸 콘)의 기하학을 사용하여 추정할 수 있습니다.

CAS-OB 공정에서는 열린 눈을 확보하기 위해 하단 버블링 플러그의 개방이 중요합니다. 버블링 플러그 개방 실패의 위험을 피하기 위해 스노클 위치 변경 시스템이 채택되었습니다. 이러한 배열로 스노클의 위치를 ​​버블링이 좋은 위치로 전환할 수 있습니다.

CAS-OB 공정의 총 산소 함량은 일반적으로 아르곤 버블링 공정 및 국자로와 유사하지만 Ruhrstahl-Heraeus(RH) 진공 탈기 공정보다 약간 열등합니다.

이 과정에서 두개골은 스노클의 상부에 부착되고 일부 산화물 물질은 스노클의 하부에 부착됩니다. 스노클 하부의 산화물 성장으로 가득찬 국자의 테두리와 충돌하여 벨이 고장납니다.

장점 및 단점

CAS-OB 공정은 (i) 약 15℃의 태핑 온도 감소, (ii) 기본 산소로에서 열의 더 적은 재분열, (iii) 빠르고 안정적인 합금 균질화를 포함하는 많은 이점이 있습니다. iv) 합금 재료의 높고 예측 가능한 수율, (v) 알루미늄의 낮은 소비, (vi) 연속 주조를 위한 보다 일관된 목표 온도 달성, (vii) 처리 후 낮은 총 산소 함량, (viii) 좁은 허용 오차로 합금 가능 , (ix) 합금 소비 및 비용 감소, (x) 중단된 열 감소, (xi) 기본 산소 용광로와 연속 주조기 사이의 완충으로 티밍 조건이 개선됩니다.

CAS-OB 공정의 단점은 (i) 국자를 스테이션으로 운송하기 전에 슬래그 형성제를 추가해야 하고 (ii) 공정과 함께 황 제거를 수행할 수 없다는 점입니다. CAS-OB 스테이션 설치에 대한 투자 비용은 CAS-OB 공정에서 가열 속도가 더 높지만 IR-UT(사출 정제 온도) 공정과 같은 일부 다른 가열 공정에 비해 높습니다. 또한, 슬래그는 벨 구조에 자주 달라붙어 벨의 무게와 부피를 증가시킵니다. 이는 CAS-OB 작업에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있습니다.