스테인리스강 생산을 위한 CLU 공정

스테인리스 강 생산을 위한 CLU 프로세스

스테인리스 강 생산 공정에는 탄소(C) 제거, 탈산 및 탈황과 같은 몇 가지 기본 기능이 있습니다. 생산 공정에서 이러한 작업은 일반적으로 질소(N2) 제어뿐만 아니라 고체 재료와의 일부 합금과 결합됩니다. 이러한 요구 사항은 스테인리스강 생산을 위해 배치되는 다양한 공정에서 다양한 방식으로 충족됩니다.

CLU 공정은 스테인리스강 제조를 위한 AOD(아르곤 산소 탈탄) 공정과 유사합니다. CLU는 스테인리스강 생산을 위한 Creusot-Loire Uddeholm 공정을 나타냅니다. 또한 전기로(EAF) 또는 기타 유사한 1차 제강로의 액체강을 사용합니다. CLU 공정 개발의 주요 동기는 AOD 공정에 사용되는 아르곤(Ar) 가스 대신 과열 증기를 희석 가스로 사용하는 아이디어였습니다. 과열 증기는 이 기술이 스웨덴의 Uddeholms Degerfors 철강 공장에서 개발된 1970년대 초부터 스테인리스 강 생산의 공정 가스로 사용되었습니다. 프랑스에서는 Creusot-Loire 그룹 내에서도 유사한 발전이 이루어졌습니다. 개발된 공정은 CLU(Creusot Loire Uddeholm) 공정으로 명명되었습니다.

CLU 공정에서 원래 사용된 변환기는 바텀 블로운 변환기였기 때문에 측면 블로운 AOD 변환기와 구별됩니다. 그러나 현재는 Side Blown Converter를 사용하는 CLU 공정도 가능합니다.

CLU 공정을 사용하는 최초의 상업용 공장은 Uddeholm에 의해 1973년에 건설되었습니다. 1973년과 2003년 사이에 Uddeholms Degerfors 철강 공장에서 과열 증기, Ar, N2, 산소(O2) 및 압축 공기가 공정 가스로 사용되는 80톤 변환기에서 스테인리스강이 생산되었습니다. Degerfors 철강 공장의 전로가 2003년에 해체되기 전까지 스테인리스 강 생산을 위한 CLU 공정으로 30년 동안 운영되었습니다. CLU 바닥 취입 전로의 단면은 그림 1에 나와 있습니다.

 그림 1 CLU 변환기의 단면도

수년에 걸쳐 기술은 완만한 확장을 보였습니다. 총 7개의 공장이 산업적으로 공정 가스로 과열 증기를 사용했습니다. 이 공정은 남아프리카의 Samancor Ferro 금속에서도 중탄소(C) 페로크롬(Fe-Cr) 생산에 사용됩니다. 남아프리카 미들버그에 있는 Acerinox Columbus Stainless는 이 프로세스를 두 가지 No.에 선택했습니다. 스테인리스 스틸 공장을 위한 110톤 변환기. 1995년과 2002년 사이에 Columbus Stainless는 정제 과정에서 전로에 과열 증기를 사용했습니다. 그러나 2002년 시장이 현지 수요를 충족하기에 충분한 Ar을 제공하고 동시에 원래의 보일러 장비 중 일부가 마모됨에 따라 증기 분사 용량을 제거하기로 결정했습니다. 전로에서 과열 증기 분사 방식은 2008년에 다시 도입되었으며 Columbus Stainless는 증기를 사용하여 두 개의 전로를 동시에 작동할 수 있게 되었습니다. Columbus Stainless 경영진에 따르면 변환기에 증기 분사 용량을 다시 설치한 주요 동기는 Ar 피크를 줄이고 전체 Ar 소비를 줄여 지역 시장의 Ar 공급과 더 나은 방식으로 맞추기 위함이었습니다.

CLU 프로세스

AOD 공정과 마찬가지로 CLU 공정도 희석 기법을 사용합니다. 이 공정은 강욕에서 탄소 크롬 평형이 동안 생성된 기포 내 CO 분압에 크게 의존하기 때문에 감소된 일산화탄소(CO) 부분압에서 탈탄이 발생해야 한다는 원리에 기반합니다. 탈탄. 두 가지 다른 온도와 압력에서의 탄소-크롬 평형은 그림 2에 나와 있습니다.

 그림 2 탄소 – 두 가지 다른 온도와 압력에서의 크롬 평형

불활성 가스를 사용하면 수조의 CO 분압이 낮아져 더 높은 크롬(Cr) 함량이 더 낮은 C 함량과 평형을 이룰 수 있습니다. CLU 기술을 개발하려는 초기 동기는 더 저렴한 불활성 가스로 퍼지를 지원하여 CO의 분압을 낮추고 비싸고 가용성도 희박한 다량의 Ar에 대한 필요성을 줄이고자 하는 열망이었습니다.

탈탄 기간은 산소-증기 혼합물 주입으로 구성됩니다. 전로에서 증기를 사용하는 근본적인 배경은 다음 식으로 표현되는 증기의 감소에 있습니다.

H2O(g) + 241.9 kJ/mol =H2(g) + 0.5 O2(g)

AOD 공정에서 Ar과 같은 방식으로 수소(H2)가 플러싱 가스(Flushing Gas)로 작용하고, O2가 정제 매질(refining medium)로 작용한다. 증기의 해리 과정은 흡열이며 강철 욕조에서 열을 가져옵니다. 이것은 강욕의 온도를 제어하는 ​​데 도움이 됩니다.

그 과정에서 Creusot-Loire는 순수한 O2의 분사와 탄소강 정제를 위한 현대 기술의 채택을 허용하는 연료 보호 기능이 있는 송풍구를 사용할 가능성도 조사했습니다. 따라서 매우 높은 초기 C 및 실리콘(Si) 함량에서 고속으로 정제할 수 있습니다.

1kg의 과열 증기를 사용하면 공정 가스 측면에서 1.25N Cum of Ar(또는 N2), 0.625N Cum O2, 냉각 용량 측면에서 10kg의 스크랩을 대체합니다. 과열 증기는 적용된 전략이 컨버터가 최대 용량에 가깝게 작동함을 의미하는 경우 전술 냉각수를 대체하는 데 주로 사용됩니다. 적절한 냉각수를 사용할 수 없거나 물류를 처리할 수 없는 경우 과열 증기를 냉각에 사용할 수도 있습니다.

증기의 수소(H2)는 N2와 유사한 방식으로 강철에 용해됩니다. 그러나 N2와 달리 제거는 스테인리스 스틸에서 중요한 수준 이하로 매우 빠릅니다. H2는 많은 유형의 강에서 문제가 될 수 있지만 스테인리스강의 경우 문제가 아니며 5~6ppm(백만분율) 수준의 H2는 CLU 또는 AOD 처리와 무관한 표준 스테인리스 강 등급 304의 변환기 태핑에서 정상입니다. 일반 스테인리스강의 주조는 최대 10ppm까지 잘 수행될 수 있습니다.

장점 및 기타 프로세스 특성

CLU 프로세스의 주요 이점은 AOD 프로세스의 작동 온도와 비교하여 변환기의 작동 온도가 낮다는 것입니다(50°C ~ 100°C 더 낮음). 이 공정이 수반할 수 있는 추가 크롬(Cr) 손실은 슬래그 감소를 위해 페로실리콘(Fe-Si)을 추가로 사용하여 상쇄될 수 있습니다. 이 프로세스의 다른 주요 이점은 다음과 같습니다.

• O2와 증기 사이의 관계를 변화시켜 탈탄(냉각 추가를 사용하지 않고) 동안 온도를 제어할 수 있습니다.
• 희석 가스 비용이 저렴합니다. 이는 스테인리스 스틸의 생산 비용에 상당한 영향을 미칩니다.
• 이 공정은 Si 및 C 함량이 높은 저가의 페로크롬(Fe-Cr)을 사용합니다.
• 작동 온도가 낮고 전로가 하부 취입 방식으로 되어 있어 라이닝 수명이 연장되고 내화물 비용이 절감됩니다.

탈황 조건은 ​​AOD 공정과 거의 동일하다. 탈황의 관점에서 보면, 높은 Si 함량은 아크로 작동에서 유리합니다. 그러나 용강의 더 높은 Si 함량은 최적의 슬래그 염기도를 유지하기 위해 추가 석회로 보상되어야 합니다.

정련 종료 시 강에 녹아 있는 H2를 제거하기 위해 강 1톤당 약 1.5Cum of Ar을 주입한다.

탈탄이 0.18% C 미만으로 계속될 때 Cr 산화는 AOD 공정보다 높습니다. 공정에서 Si 요구량이 증가하지만 여전히 고가의 Ar 소비의 더 적은 소비로 인해 비용 절감이 있습니다. 또한, 전체 기간 동안 증기를 사용하면 적절하게 제어하지 않으면 정제강에 바람직하지 않은 H2 함량이 발생할 수 있습니다. 따라서 다양한 양의 증기, Ar 및 N2를 사용하기 위한 공정에 적절한 관행이 발전하고 제어 메커니즘이 통합되어야 합니다.

일반 매개변수

CLU 공정에 대한 스테인리스강 등급 304 및 409의 일반적인 매개변수 및 조건은 표 1에 나와 있습니다.