철강의 탈산

철강의 탈산

  제강 공정은 산화 분위기에서 수행되는 뜨거운 금속을 강으로 정련하는 것으로 구성됩니다. 정제 과정에서 산소는 강철에 용해됩니다. 다음은 강철의 주요 산소 공급원입니다.

• 산소 분사
• 제강 공정 중 산화 슬래그 및 철광석 사용
• 티밍 작업 중 액강에 의한 대기 중 산소 채취
• 안감의 산화 내화물
• 녹슬고 젖은 스크랩.

탈산은 제강의 마지막 단계입니다. 제강 중 태핑 시의 강욕은 400~800ppm의 활성산소를 함유하고 있다. 태핑하는 동안 적절한 양의 철 합금 또는 기타 특수 탈산제를 가득 찬 국자에 첨가하여 탈산을 수행합니다. 타격이 끝날 때 강철의 탄소 함량이 사양보다 낮으면 액체 강철도 가득찬 국자에서 재탄화됩니다. 그러나 가득찬 국자에 많은 양을 추가하면 액강의 온도에 부정적인 영향을 미칩니다.

강철에서 산소의 용해도는 무시할 수 있을 정도로 작습니다. 용강이 응고되는 동안 과잉 산소는 응고강에 의해 거부됩니다. 액강에서 산소의 용해도는 1700℃에서 0.23%입니다. 냉각 과정에서 감소한 다음 액강이 응고되는 동안 급격히 감소하여 고체강에서 0.003%에 도달합니다.

고용체에서 유리된 과잉 산소는 C, Fe 및 합금 원소와 같은 강철 성분을 산화시켜 주강 구조 내에 갇힌 블로우홀 및 비금속 개재물을 생성합니다. 블로우홀과 개재물은 모두 기계적 특성에 상당한 영향을 미치고 강철 품질에 부정적인 영향을 미칩니다.

응고 중 강철 성분의 산화를 방지하기 위해 액체 강철의 산소 함량을 줄여야 합니다. 이는 철강제조기술작업인 철강을 탈산하여 용강에 용해된 산소의 농도(활성)를 필요한 수준으로 낮추는 것입니다. 블로우홀을 제거하고 비금속 개재물을 최소화하여 건전한 강재를 생산할 뿐만 아니라, 강재의 인성을 향상시키기 위해 입도 제어를 위해 탈산도 사용됩니다.

강철의 탈산을 위해 여러 전략이 개발되었습니다. 이것은 두드리기 전이나 후에 액체 강철에 금속성 탈산제를 첨가하거나 강철에 용해된 탄소가 탈산제인 진공 처리에 의해 달성될 수 있습니다. 금속 탈산제에 의한 탈산과 진공에 의한 탈산 외에 확산 탈산이라는 또 다른 탈산 방법이 때때로 사용됩니다.

탈산의 정도에 따라 완전 탈산에서 약간 탈산까지의 4 가지 탈산이 있습니다. 다양한 유형 중 어느 것도 다른 유형보다 낫지 않지만 각각은 그 자체로 유용합니다. 탄소강은 탈산 정도에 따라 네 그룹으로 나눌 수 있습니다.

• 리밍 강철 - 이 강철은 응고 중에 충분한 양의 일산화탄소를 발생시키는 부분적으로 탈산되거나 탈산되지 않은 저탄소강입니다. 테두리가 있는 강철의 잉곳은 우수한 표면 품질과 상당한 양의 블로홀이 특징입니다. 테두리가 있는 강철은 일반적으로 용광로의 강철에 탈산제를 추가하지 않거나 가득 찬 국자에 있는 액체 강철에 소량만 추가하여 두드림으로써 금형에서 탄소와 반응하여 원하는 가스 발생을 제공하기에 충분한 산소를 갖습니다. . 정확한 절차는 강철의 탄소 함량이 더 높은 범위(C=0.12% ~ 0.15%) 또는 더 낮은 범위(C =0.10% max)에 있는지 여부에 따라 다릅니다. 잉곳 몰드의 액체 강철이 응고되기 시작하면 일산화탄소(CO) 가스가 활발하게 발생하여 탄소 및 기타 용질이 적은 비교적 깨끗한 강철의 외부 잉곳 스킨이 생성됩니다. 이러한 잉곳은 전극봉 및 강판 제조에 가장 적합합니다.
• Capped steels – Capped steel 실습은 rimming steel practice의 변형입니다. 리밍 작업은 정상적으로 시작하도록 허용되지만 주철 캡으로 금형을 밀봉하여 1분 이상 후에 종료됩니다. 이 방법은 일반적으로 탄소 함량이 0.15%보다 큰 강철에 적용됩니다. 캡이 있는 잉곳 관행은 일반적으로 시트, 스트립, 와이어 및 바 생산에 적용됩니다.
• 반킬드강 – 이 강은 일정량의 과량의 산소를 함유한 불완전 탈산강으로, 탄소와 반응하여 응고 수축의 균형을 맞추기 위해 액체강의 응고 중에 충분한 양의 일산화탄소를 형성합니다. 이 강철은 일반적으로 0.15% ~ 0.30% 범위의 탄소 함량을 가지며 구조적 형태에 광범위하게 적용됩니다.
• Killed 강재 - 이 강재는 응고 중에 일산화탄소의 형성 및 발생이 없을 정도로 탈산됩니다. 킬드강의 잉곳 및 주물은 균질한 구조를 가지며 가스 다공성(블로홀)이 없습니다. 알루미늄은 망간 및 규소의 철 합금과 함께 탈산에 사용됩니다. 어떤 경우에는 칼슘 실리사이드 또는 기타 특수 강력한 탈산제가 사용됩니다. 배관을 최소화하기 위해 거의 모든 킬드 스틸은 핫 탑 업 몰드에서 주조됩니다. 연속주조의 경우에는 무결점 주조를 위하여 액강을 완전히 킬링하여야 한다. 킬드강은 일반적으로 완성된 강재에 균일한 구조가 요구될 때 사용됩니다. 합금강, 단조강 및 침탄용강은 품질이 건전함을 기본으로 하는 경우에 이러한 유형입니다. 특정 추가 딥 드로잉 강을 생산할 때 저탄소(C=0.12% 최대) 강이 죽고 보통 상당한 양의 알루미늄이 국자, 주형 또는 둘 다에 추가됩니다. 알루미늄에 의한 철강의 탈산은 응고 중 일산화탄소의 형성을 억제하여 블로우 홀을 억제하지만, 철강의 알루미늄 킬링이 바람직하지 않은 철강 가공 작업이 많이 있습니다.

철강의 철강 탈산에는 주로 세 가지 요소가 사용됩니다. 이들은 망간(Mn), 규소(Si) 및 알루미늄(Al)입니다. 망간 및 규소는 고탄소 또는 저탄소 철 합금 형태 또는 규소-망간(Si-Mn) 합금 형태로 첨가됩니다. 탈산을 위해 첨가되는 알루미늄의 순도는 약 98%입니다. 때로는 칼슘(Ca)도 탈산에 사용됩니다.

칼슘은 가장 효율적인 탈산제이고 Si는 Ca에 비해 그다지 효율적이지 않습니다. Al은 또한 Si와 비교할 때 강력한 탈산 원소입니다. Ca와 Al은 매우 효율적인 탈산제이지만 산화 속도가 매우 빠르고 밀도가 강철보다 훨씬 낮습니다. 또한 Ca의 끓는점은 1485℃이며 이는 Ca가 제강 온도에서 기상 상태임을 의미합니다. Ca를 사용한 탈산에는 적절한 주입 방법 또는 추가 방법이 필요합니다.

탈산은 Si, Al, Mn 등과 같은 단일 원소 또는 Si + Mn, Ca-Si-Al 등과 같은 원소의 혼합물에 의해 수행될 수 있습니다. 단일 원소에 의한 탈산은 단순 탈산으로 알려져 있습니다.

원소의 혼합물에 의한 탈산은 복합 탈산으로 알려져 있습니다. 단순 탈산과 복합 탈산 모두에서 산화물이 형성됩니다. 따라서 침전 탈산이라고도 합니다. 탈산은 또한 진공 상태에서 탄소에 의해 수행됩니다. 이를 진공 탈산이라고 합니다. 원소는 합금철 Fe-Si, Fe-Mn 또는 Fe-Si + Fe-Mn 등의 형태로 추가됩니다. Si + Mn, Ca + Si, Ca + Si + Al의 혼합물이 사용되는 복합 탈산에서 다음 단순한 것에 비해 이점이 보고됩니다.

• 용존 산소가 더 낮습니다.
• 액체 탈산 생성물의 형성으로 인해 생성물의 덩어리를 큰 크기로 쉽게 얻을 수 있고 쉽게 뜨게 할 수 있습니다.

Fe-Mn을 사용한 탈산

강철이 Mn으로 부분적으로 탈산되면 철도 반응에 참여하여 탈산 생성물로 액체 또는 고체 Mn(Fe) O를 형성합니다.

[Mn] + [O] =MnO

[Fe] + [O] =FeO

강철과 탈산 생성물 Mn(Fe)O의 평형 상태는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 FeO – MnO 액체 또는 고용체와 평형을 이루는 철의 망간 및 산소 함량

  Si 및 Mn을 사용한 탈산

Si에 의한 탈산은 Mn에 의한 탈산보다 훨씬 더 완전하고 이 두 원소에 의한 동시 탈산은 감소된 Si 활성으로 인해 용액에서 훨씬 더 낮은 잔류 산소를 제공합니다. 티밍 래들에서 강철에 첨가된 Si 및 Mn의 농도에 따라 탈산 생성물은 용융 규산 망간(MnO·SiO2) 또는 고체 실리카(SiO2)가 됩니다.

[Si] + 2[O] =SiO2        (1)

[Mn] + [O] =MnO      (2)

슬래그-금속 반응 평형에 대한 초기 선구자 연구 중 하나는 Korber와 Oelsen이 SiO2로 포화된 액체 철과 MnO-FeO-SiO2 슬래그 사이의 Mn과 Si의 평형 분포를 측정한 결과입니다. 1600 ± 10 deg C에서의 실험 결과는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 SiO2와 평형을 이루는 액체 철의 Mn, Si 및 O 농도. 포화 망간 규산염은 1600 ± 10 deg C에서 녹습니다.

Si, Mn 및 Al을 사용한 탈산

잔류 용존 산소량이 40~23ppm인 반 킬드 강은 소량의 알루미늄과 규소-망간 또는 페로실리콘과 페로망간의 조합을 첨가하여 가득찬 국자에서 강철을 탈산시켜 만듭니다. 이 경우, 탈산 생성물은 3MnO.Al2O3.SiO2와 유사한 조성을 갖는 액체 망간-알루미노-실리케이트이다. 알루미늄을 소량 첨가하여 예를 들어 Si/Mn과 함께 100t 열에 대해 약 15kg이 Si 및 Mn과의 결합된 탈산에서 거의 모든 알루미늄이 소모됩니다. 강철에 남아 있는 용해된 알루미늄은 10ppm 미만입니다. Al2O3로 포화된 탈산 생성물에 대한 Al, Si 및 Mn과 비교한 Si 및 Mn의 탈산 평형은 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 Al2O3로 포화된 탈산 생성물에 대한 Al, Si 및 Mn과 비교한 Si 및 Mn의 탈산 평형

  Al을 사용한 탈산

알루미늄은 대부분의 제강 작업에 사용되는 매우 효과적인 탈산제입니다. 일반적으로 알루미늄 탈산은 티밍 래들에서 수행됩니다. 어떤 경우에는 잉곳 또는 연속 주조 중에 주형에서 Al을 첨가하기도 합니다. 탈산 생성물의 겉보기 평형 관계:순수한 Al2O3와 CaO/Al2O3 비율이 1인 용융 알루민산 칼슘이 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 Al2O3와 평형을 이루는 Al 또는 CaO/Al2O3가 1인 액체 알루민산 칼슘을 사용한 탈산

Al 킬드강을 Ca-Si로 처리하면 알루미나 개재물이 용융 칼슘 알루미네이트로 전환됩니다. CaO/Al2O3의 비율이 1인 경우 Al2O3의 활성은 1500~1700℃ 범위의 온도에서 순수한 Al2O3에 대해 0.064입니다.