제조공정
산업 제조
액체강을 위한 진공 탈기 공정
1차 제강 과정에서 산소(O2), 수소(H2) 및 질소(N2)와 같은 가스가 용강에 용해됩니다. 이러한 가스는 철강의 기계적 및 물리적 특성에 해로운 영향을 미칩니다. 액체강에서 용해된 O2는 분자 O2로 제거될 수 없으며 제거를 탈산이라고 합니다. 가스 제거라는 용어는 액강에서 H2 및 N2 가스를 제거하는 데 사용됩니다. 액강의 탈기 공정은 진공 상태에서 수행되기 때문에 액강의 진공 탈기라고도 합니다. 진공 탈기 공정은 강철이 많은 국자에서 수행됩니다.
액체 강철에서 H2 및 N2 가스를 제거해야 합니다. 이 두 가스는 모두 강철의 특성을 손상시키기 때문입니다. 강철에서 H2의 용해도는 주변 온도에서 낮습니다. 과량의 H2는 응고 중에 거부되어 핀홀이 형성되고 응고된 강철에 다공성이 생깁니다. 몇 ppm(백만분의 일)의 H2 가스는 팽창과 인장 연성의 손실을 일으킵니다. N2 가스의 경우 액체 철에서 N2의 최대 용해도는 450ppm이고 실온에서 10ppm 미만입니다. 응고 중에 과도한 N2는 거부되어 블로우 홀이나 질화물의 형성을 유발할 수 있습니다. 과도한 N2는 또한 강재 용접 시 열영향부의 취화를 유발하고 강재의 냉간 성형성을 손상시킵니다.
1950년대 초반에야 액체강을 가득 채운 국자에서 진공 처리하는 방법의 개발을 통해 가스 함량이 최소인 강철을 생산하는 문제가 해결되었습니다. 이 방법은 1940년 이전 소련의 과학자 AM Samarin과 LM Novik에 의해 제안되었습니다. 이 방법은 1952년 당시 소련의 Enakievskii 야금 공장에서 산업적으로 처음 시도되었습니다. 1954년 당시 독일 연방 공화국의 Bochumer Verein에서 금속 흐름의 가스를 제거하는 방법이 시도되었습니다. 진공 처리의 국자 방법의 산업적 도입은 1955년 당시 소련에서 처음 이루어졌습니다. 이는 철강의 진공 처리로 알려진 제강의 새로운 경향을 촉발했습니다.
레이들에서 액강의 진공 처리는 H2 제거를 위한 진공 탈기 공정에서 레이들에서 레이들 및 레이들에서 잉곳 몰드로 먼저 시작되었습니다. 원래 액강의 진공 탈기는 H2 함량을 2ppm 미만으로 줄이기 위한 목적으로 0.5~10mbar(1mbar=0.75mm Hg 또는 0.00102kg/sq cm) 범위의 압력에서 환원 조건에서 수행됩니다.
1950년대 후반 Dortmund Hoerder(DH) 및 Ruhrstahl-Heraeus(RH) 공정과 같은 보다 효율적인 진공 탈기 공정이 대중화되었습니다. 1960년대 중반에는 고크롬(Cr)강을 처리하기 위한 VAD(Vacuum Arc Degassing), ASEA-SKF 공정 및 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 공정과 같은 탈기 공정이 성공적으로 구현되었습니다.
초기에 진공 탈기의 개념은 주로 액강에서 H2 가스를 제거하는 데 사용되었지만 곧 청정강 생산을 위한 다른 많은 목적에도 사용되었습니다. 1980년 전후부터 탄소(C) 함량이 30ppm 이하인 초저탄소(ULC) 강의 생산을 위해 진공 탈기의 사용이 증가했습니다. 또한, C, N2 함량이 30ppm 이하인 IF(interstitial-free) 강의 개발로 진공하에서의 처리가 필수가 되었다. 현재 진공 탈기 처리는 고품질 철강을 생산하는 철강 용해 공장의 필수 설비가 되었습니다.
진공 탈기의 일반적인 특징은 다음과 같습니다.
현재 사용되는 진공 탈기 공정은 (i) 스트림 탈기 방식, (ii) 순환 탈기 방식, (iii) Ladle 또는 탱크 탈기 방식의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
스트림 탈기 연습
스트림 탈기에서는 액체 강철을 진공 상태의 다른 용기에 붓습니다. 진공에서 액체 스트림이 갑자기 노출되면 스트림이 액적으로 분해되어 생성된 표면적이 증가하여 매우 빠른 탈기가 발생합니다. 이 프로세스는 강철에 용해된 H2가 진공 펌프에 의해 배출되도록 돕습니다. 대부분의 탈기는 액체 흐름이 떨어지는 동안 발생합니다. 쏟아지는 물줄기의 높이는 중요한 설계 매개변수입니다. 스트림 탈기 기술에는 실제로 다음과 같은 변형이 있습니다.
일부 공장에서는 태핑 중에 탈기가 수행됩니다. 이 배열에서 1차 제강로의 액체강은 턴디쉬 또는 작은 국자로 두드려집니다. 작은 국자에서 액체 흐름이 배출되는 국자로 떨어지는 것이 허용됩니다. 국자는 배출구가 있는 특수 덮개로 위에서부터 닫힙니다. 25℃ ~ 30℃ 과열도가 있는 액체강을 국자로 두드립니다.
그림 1 국자에서 금형 탈기의 개략도
순환 탈기 연습\
재순환 탈기 실습에서 액체강은 특별한 배치에 의해 진공 챔버에서 연속적으로 순환할 수 있습니다. 이 과정에서 진공 챔버는 액체 강철 욕조에 담근 스노클 또는 스노클이 있는 국자 위에 위치합니다. 순환 탈기 공정에는 두 가지 유형(그림 2), 즉 (i) Ruhrstahl – Heraeus(RH) 탈기 과정과 (ii) Dortmund – Hörder(DH) 탈기 과정이 있습니다. RH 탈기 공정은 2개의 스노클을 국자에 담그고 DH 탈기 공정은 1개의 스노클을 사용하여 액강을 진공 챔버로 반복적으로 흡입한 다음 국자로 다시 방출하여 작동합니다. RH 탈기 과정은 링크 http://www.ispatguru.com/rh-vacuum-degassing-technology/에 제공된 별도의 기사에 설명되어 있습니다.
그림 2 순환 탈기 공정의 개략도
RH 탈기 과정에서 두 개의 다리가 있는 원통형 내화 라이닝 쉘(스노클이라고도 함)은 액체 강철이 한 다리에서 들어 올려지고 두 번째 다리를 통해 기체가 제거된 후 다시 국자로 떨어지도록 설계되었습니다. 원통형 쉘의 상단에는 배기 가스, 합금 추가, 관찰 및 제어 창이 제공됩니다. 원통형 쉘의 상부는 내화점토벽돌, 하부는 알루미나(Al2O3)벽돌로 라이닝하여 고온에 견디도록 하였다. 다리에는 Al2O3 내화물이 늘어서 있습니다. 리프터 가스인 아르곤(Ar)은 입구 스노클에 들어가는 액체강의 속도를 증가시키기 위해 입구 스노클에 주입됩니다.
RH 탈기기의 작동에는 다음이 포함됩니다.
RH 공정은 (i) 열 손실이 상대적으로 낮고, (ii) 합금 추가가 더 밀접하게 조정될 수 있고, (iii) 레이들 대 레이들에 비해 더 적은 부피를 비워야 하기 때문에 작은 진공 펌핑 용량이 적합합니다. 또는 스트림 탈기.
DH 탈기 공정에서는 한 번에 용강 전체 질량의 10%~15% 정도의 소량이 탈기됩니다. 필요한 수준의 탈기가 달성될 때까지 이 과정을 반복합니다. 용기와 국자의 배열은 (i) DH 탈기 공정에서 원통형 용기에 스노클 1개가 있고 (ii) 원통형 용기에 가열 설비가 있다는 점을 제외하고는 다소 유사합니다.
DH 챔버에는 가열 설비, 합금 첨가 장치 및 배기 시스템이 장착되어 있습니다. 원통형 용기의 바닥에는 액체 강철에 담글 수 있는 스노클이 있습니다. DH 챔버의 상부는 내화점토 벽돌로, 하부는 Al2O3 벽돌로 라이닝됩니다. 스노클링에는 고품질 Al2O3 벽돌이 늘어서 있습니다. 스노클의 길이는 스노클의 강철 상승에 대한 대기압의 영향을 인식하기에 충분히 큽니다. 다음은 DH 탈기 공정의 작동을 위한 중요한 단계입니다.
국자 또는 탱크 탈기 연습
여기에서 국자는 진공 탱크에 배치되고 탱크가 비워지는 동안 불활성 가스와 함께 교반됩니다. 대안으로, 국자는 진공 챔버를 형성하는 덮개가 장착되도록 둘레에 밀봉 장치를 가질 수 있습니다.
액강은 아크 재가열 없이 탱크 탈기 장치에서 처리할 수 있습니다. 이것은 두 가지 다른 교반 시스템, 즉 (i) 액체 강철 욕의 유도 교반 및 (ii) 국자 바닥에 있는 다공성 플러그를 통해 Ar을 버블링하여 욕 교반을 통해 수행할 수 있습니다.
탱크 탈기 실행은 (i) 액강 내 용존 가스 농도 감소, (ii) 액강 조성 및 수조 온도 균질화, (iii) 액강으로부터 산화물 함유 물질 제거, (iv) 사용됩니다. ) 탈황에 유리한 수단과 기술적 조건을 제공한다. 황(S)의 제거는 슬래그-금속 반응을 통해 이루어지며, 이는 진공 엔벨로프 내에서 강한 Ar 플러싱(버블링)에 의해 촉진됩니다. 탱크 탈기 공정에는 (i) 진공 탱크의 신속한 배출, (ii) 다량의 불활성 가스를 흡입하는 동시에 진공 유지, (ii) 즉각적인 가용성, (iv) 방진성, (v)가 필요합니다. ) 가혹한 조건에서 안전한 작동.
Ladle의 바닥에는 Ar 가스를 퍼지하기 위한 다공성 플러그가 있습니다. 국자는 진공 챔버에 배치됩니다. 진공 챔버에는 필요에 따라 요소를 추가할 수 있도록 호퍼가 장착되어 있습니다. 교반 가스는 물에 잠긴 내화 튜브에 의해 지붕을 통해 위에서부터 또는 국자의 바닥에 장착된 다공성 플러그를 통해 도입됩니다. 완전히 죽인 강철의 효과적인 가스 제거를 위해서는 국자 바닥을 통해 Ar을 퍼지하는 것이 좋습니다. 수조를 저어주면 가스 제거 속도가 향상됩니다. 가스를 격렬하게 제거하면 액체 강철이 튀기도 합니다. 따라서 국자는 완전히 채워지지 않고 높이의 약 25%가 액체 강철의 튀긴 방울을 수용하기 위해 건현으로 유지됩니다. 효과적인 탈기를 위해 압력은 1mmHg에서 10mmHg 사이로 유지됩니다. 탈기 중 탈산 및 합금을 위해 추가가 이루어집니다. 특정 경우에 국자는 탈기 중 열 손실을 보상하기 위해 가열됩니다. 탈기의 효율성을 위해서는 1차 제강로에서 발생하는 이월 슬래그가 가능한 한 낮아야 합니다. 이월 슬래그에는 FeO가 포함되어 있으며, 철강의 O2 함량은 슬래그의 FeO 함량과 평형을 이루므로 철강의 O2 함량이 증가합니다.
레이들 탈기 공정의 기본 요구 사항에는 (i) 진공 유도 슬래그 및 강철 비등을 포함할 수 있는 레이들 내의 충분한 건현, (ii) 교반, 개재물 분리 및 진공 탈기 성능 향상을 위해 강욕을 통해 침투하는 불활성 기체가 포함됩니다. , (iii) 스컬 형성을 피하기 위해 강철에 충분한 과열도, (iv) 국자가 진공 탱크 내부에 있는 동안 첨가제를 전달하는 수단.
레이들에 대한 Ar 연결은 레이들이 진공 탱크 내부에 설치될 때 설정됩니다. 진공 탱크는 진공 펌핑 시스템에 의해 필요한 작동 압력으로 배출됩니다. 배출물은 진공 펌핑 시스템을 통해 배출되고 펌프 이전에 수집되거나 둑 벽이 있는 콘크리트 뜨거운 우물에 포함된 물 아래로 배출됩니다. 응축기 간 배출수에 혼입된 가스를 포함한 공정 가스는 모터 구동 팬을 통해 뜨거운 우물에서 플레어 버너가 장착된 벤트 스택으로 배출됩니다. 온수 우물물은 접촉식 물 시스템의 냉각탑으로 펌핑됩니다.
중요한 레이들 탈기 공정의 개략도는 그림 3에 나와 있습니다.
그림 3 국자 탈기 공정의 개략도
진공 탈기(VD) 공정
이것은 합금 추가를 위한 규정이 있는 간단한 국자 탈기 장치입니다. 여기에서 진공은 진공 펌핑 시스템을 통해 생성됩니다. 0.5mmHg의 낮은 압력이 생성됩니다. 이 공정은 (i) 온도 및 조성 모두와 관련하여 액체 강조의 균질화, (ii) 화학의 미세 조정, (iii) 탈산화 및 H2, N2 및 O2 함량 감소를 개선할 수 있습니다. 탈황은 1차 제강로에서 VD 장치를 통해 직접 처리되는 열의 경우 큰 문제입니다. 그러나 문제는 VD 장치로 열을 보내기 전에 국자에서 슬래그를 줄임으로써 해결할 수 있으며 슬래그-금속 혼합으로 인해 탈황이 향상됩니다.
진공 아크 탈기(VAD) 공정
VAD(진공 아크 탈기) 공정은 액체 강철을 재가열하기 위해 전극을 추가한 탱크 탈기 공정입니다. 이것은 국자가 진공 탱크에 앉아 전극과 합금 첨가물을 통한 가열을 제공하는 바닥의 다공성 플러그를 통해 불활성 가스에 의해 교반되는 단일 단위 공정입니다. 국자에 있는 액강에 석회를 첨가한 후 온도를 높이고 석회를 융합하기 위해 250mmHg ~ 300mmHg의 압력에서 아크를 수행한 후 짧은 기간의 가스 제거, 화학 조정을 위한 추가 및 압력에 대한 깊은 가스 제거 최저 1mmHg. Ar 교반은 모든 작동 단계에서 계속되고 유량 조정은 VAD 공정 중에 수행되는 다양한 작업에 대해 수행됩니다. 가열 속도는 약 3 deg C/min ~ 4 deg C/min이며 가열하는 동안 Ar 흐름의 속도는 아래쪽으로 유지됩니다. 이 시스템에서 진공 상태에서 C-O2 반응과 고온 아크에서 C-Al2O3 반응은 고체 반응 생성물 없이 낮은 O2 함량을 달성하는 데 큰 도움이 됩니다. 1.5ppm의 낮은 H2 수준은 유리된 일산화탄소(CO)의 희석으로 인한 Ar과 낮은 H2 부분압에 의한 강한 물질 전달로 인해 달성됩니다. 이 공정의 주요 이점은 황 수준이 0.005%만큼 낮은 철강 생산을 위해 80%까지 탈황률이 높다는 것입니다. VAD는 현재 청정강 생산에 널리 사용되는 공정입니다.
ASEA – SKF 프로세스
일반적으로 별도의 슬래그 제거, 아크 가열 및 진공 처리 장치로 구성된 통합 처리 장치 그룹을 보유하는 프로세스입니다. 여기서, 재인산화를 방지하기 위해 재래들링을 통해 슬래그를 제거한 후 합금철을 첨가한다. 아크 가열은 합금 첨가물의 냉각 효과를 보상하기 위해 온도를 높이고 O2 함량을 줄이기 위해 진공 분위기에서 가스를 제거하고 1.5ppm만큼 낮은 H2 함량을 달성하기 위해 탈수소화합니다. 이 방법은 부유하는 개재물을 돕고 깨끗한 강철을 생산하는 데 도움이 되는 전자기 교반의 적용을 포함합니다. 현재 ASEA-SKF 장치는 탈황을 가능하게 하기 위해 기본 불활성 가스 교반을 통합했습니다.
진공 산소 탈탄(VOD) 공정
VOD 공정은 O2 블로잉 랜스가 추가로 장착된 탱크 탈기 장치입니다. 이 추가 O2 공급은 초저 C 스테인리스강 등급의 생산(강제 탈탄) 또는 Al/Si(실리콘) 추가와 함께 액체강의 화학적 가열(VD-OB 공정)에 사용할 수 있습니다. 이에 따라 진공 펌프는 증가된 배기 가스 부피에 대처하기 위해 더 높은 용량을 갖도록 설계되었습니다.
VOD 공정은 스테인리스 스틸 생산을 위한 중요한 진공 공정으로 간주됩니다. C, N2 및 H2 수준의 매우 낮은 값을 요구하는 특수 스테인리스강에 주로 적합합니다. 이 프로세스에서 국자는 진공 챔버에 배치되고 진공 밀폐 글랜드 및 합금 추가를 통한 O2 랜싱에 대한 규정이 있습니다. 기본적으로 이 공정에는 Cr보다 탄소가 우선적으로 산화되어 Cr의 손실이 최소화됩니다.
레이들에서 사용할 수 있는 감소된 건현 때문에 액체강의 초기 C 함량은 1%만큼 낮아야 합니다. 여기서 O2 주입은 100mmHg ~ 250mmHg에서 수행된다. Si는 산화된 후 C가 진행됩니다. 탈탄은 액상 강의 초기 온도 및 Si 함량에 의해 결정되는 co 버블링의 시작을 통해 발생합니다. O2 유량에 따라 일정한 탈탄율이 발생합니다. CO/CO2 비율이 모니터링되고 0.08%의 항온조 C 함량에서 빠르게 증가합니다. 이 제한적인 C 백분율을 넘어서면 탈탄 속도는 동시 Cr 산화와 함께 O2 유량과 무관하게 떨어집니다. O2 랜싱을 중단하고 용기 압력을 낮추고 Ar 교반을 추가로 수행하여 용해된 O2와 나머지 C 사이의 반응을 수행합니다. 격렬한 교반을 통해 C를 0.005% 및 총 C + 수준까지 감소시킬 수 있다고 보고되었습니다. 0.015% 미만의 N2가 달성되었습니다.
일반적으로 정제 순서는 O2 유량의 변화, 랜스 팁 - 수조 표면 거리, 진공 압력 제어 및 Ar 유량의 조합에 의해 제어됩니다. 충분한 양의 석회와 알루미늄을 첨가하면 액강의 우수한 탈황에 도움이 됩니다.
진공 펌프 시스템
진공 펌프 시스템은 액강의 진공 탈기 공정의 원동력입니다. 진공 생성을 위해 사용할 수 있는 세 가지 기본 유형의 진공 펌프 시스템이 있습니다. 각각의 장점과 단점이 있습니다. 이들은 (i) 필요한 응축 단계가 있는 스팀 이젝터, (ii) 워터 링 펌프와 결합된 스팀 이젝터 및 (iii) 건식 기계식 펌핑 시스템입니다. 스팀 제트는 일정한 질량 유량으로 작동하는 반면 워터 링 진공 펌프는 일정한 부피로 작동합니다. 함께 사용하면 경제적 손익분기점에 도달하여 각각의 최상의 특성을 활용할 수 있습니다. 스팀 이젝터 및 워터 링 펌프와 함께 스팀 이젝터가 있는 진공 펌핑 시스템은 그림 4에 나와 있습니다.
그림 4 일반적인 진공 펌핑 시스템
여러 요소가 진공 펌프 시스템을 선택하는 데 중요한 역할을 합니다. 아래에 나와 있습니다.
각 탈기 시스템은 진공 탈기 프로세스의 특정 요구 사항을 충족하도록 설계되어야 합니다.
제조공정
강철의 속성을 변경하고 강철을 더 쉽게 가공하기 위해 일반적으로 가공이 완료되기 전에 추가 처리 및 공정이 수행됩니다. 가공 전에 재료를 경화시키면 가공 시간이 증가하고 공구 마모가 증가하지만 가공 후 강철을 처리하여 완제품의 강도 또는 경도를 높일 수 있습니다. 다음은 철강의 일반적인 3가지 가공 기술입니다. 1. 열처리 열처리는 강철의 온도를 조작하여 재료 속성을 변경하는 여러 가지 공정을 말합니다. 소둔, 경도를 낮추고 연성을 높여 강철을 더 쉽게 가공하는 데 사용됩니다. 어닐링 공정은 일정 시간 동안 강철을 원하는 온도
맞춤형 금속 가공업체는 다양한 유형의 금속을 사용하는 다양한 응용 분야에서 여러 유형의 산업과 협력합니다. 강도, 전도성, 유연성 및 내식성은 모두 선호되는 특성입니다. 가공, 절단 및 용접의 다양한 제조 절차를 통해 이러한 일반적인 맞춤형 금속을 다양한 제품에 사용할 수 있습니다. 이 기사에서는 금속 가공에 사용되는 3가지 유형의 금속을 강조합니다. 탄소강 제작 탄소강은 금속 가공업자에게 가장 많이 사용되는 재료이며 산업용으로 우세한 금속입니다. 탄소강은 가장 다양한 옵션을 가지고 있으며 건축에서 기계에 이르기까지 어디에