기본 산소로에서 슬래그의 발포

기본 산소로에서 슬래그의 발포

BOF(Basic Oxygen Furnace) 제강에서는 초음속 산소(O2) 흐름이 뜨거운 금속 수조 표면에 주입됩니다. 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P)과 같은 욕 내의 불순물 원소는 CO(일산화탄소), CO2(탄소 다이옥사이드), SiO2(실리카), MnO(산화망간), P2O5(오산화인), 산화철은 주입된 O2에 의해 제거된다. 90% CO 및 10% CO2를 포함하는 기체 산화물은 소량의 산화철(FeO) 및 석회(CaO) 먼지와 함께 상부에서 용광로를 빠져 나옵니다. 다른 액체 산화물은 추가된 플럭스와 함께 용해되어 액체 슬래그를 형성하여 용액의 정제를 더욱 용이하게 합니다.

발포는 가스가 점성 액체를 통해 불어올 때 일반적으로 발생하는 중요한 현상입니다. 다양한 방식으로 정제 공정을 지원하므로 BOF 제강에 유리합니다. 정제 반응을 위한 증가된 표면적을 제공하고 대기의 직접적인 접촉으로부터 액체 금속 수조를 보호합니다. 이는 반응의 역학, 열 전달 및 공정의 에너지 효율을 향상시킵니다. 연소 후 열 전달을 위한 매개체를 형성합니다. 내화물을 보호하여 내화물 라이닝의 수명을 연장하여 극심한 연소 효과로부터 내화 라이닝을 보호합니다. 그것은 액체 배스에서 산화된 Mn, Si, P와 같은 불순물의 산화물에 대한 싱크 역할을 합니다. 또한, 슬래그 발포는 액체 배스의 산화를 방지하고 구성을 제어할 수 있습니다. 또한 온수 욕조와 주변 환경 사이의 단열재 역할을 하여 주요 에너지 손실을 방지합니다. 그러나 BOF 제강에서 슬래그의 발포는 이점을 얻기 위해서는 제한된 부피로 제어되어야 하는 현상으로 여겨진다.

슬래그의 발포에는 기본적으로 두 가지 요구 사항이 있습니다. 이것은 (i) 작은 기포를 생성하는 반응 또는 공정, (ii) 기포를 안정적인 기포로 유지하기 위한 적절한 슬래그 특성입니다. 일반적으로 화학 반응으로 인한 가스는 더 작은 거품으로 슬래그를 발포하는 경향이 있는 반면, O2 및 Ar(아르곤) 등과 같은 기상의 주입은 더 큰 거품과 덜 안정적인 거품을 초래합니다.

거품은 슬래그 층에 가스를 가두어 생성되는 BOF에서 흔히 발생합니다. 블로우가 진행됨에 따라 슬래그의 발생량과 가스 발생량이 증가하여 슬래그의 발포도 증가하게 된다. 슬래그 발포는 다량으로 형성될 경우 불리하고 위험할 수 있으며, 전로 입구에서 범람하는 것을 욕의 슬로핑(slopping)이라고 한다. 따라서 슬래그 발포는 지속적이고 효율적인 생산 공정을 위해 적절하게 제어되어야 합니다. 따라서 슬래그 발포를 최소화하여 공정을 최적화하기 위해서는 발포와 발포 공정에 대한 철저한 이해가 필요합니다.

슬래그는 제강 과정에서 산화 반응(SiO2, MnO, P2O5, FeO)과 용제(석회 및 소성 백운석)의 산물에서 생성되는 비금속 재료입니다. 슬래그는 또한 산화물 화합물, 용해된 가스, 용해된 내화 라이닝 ​​및 용해되지 않은 플럭스 또는 침전된 산화물/산화물 화합물의 고체 입자를 포함할 수 있습니다.

슬래그는 밀도가 낮아 액체 금속 위에 떠 있습니다. BOF 제강에서 슬래그의 주요 요구 사항은 산화 및 제거된 불순물의 산화물이 수집되는 풀 역할을 하는 것입니다. 또한, 이 슬래그 풀의 조성과 온도는 전로에서 정제 반응의 진행을 돕습니다. 작동 전로에 슬래그 층을 갖는 다른 장점은 주변 공기로부터 금속 수조를 차폐하고 전로의 내화 라이닝의 용해를 지연시키며 수조 온도를 제어하는 ​​것입니다.

슬래그 조성(일반적으로 CaO-MgO-SiO2-FeO-Al2O3 시스템에서)은 점도, 열전도도, 밀도 및 기타 특성에 직접적인 영향을 미치므로 슬래그가 액체 수조에서 불순물을 제거하는 능력에 영향을 미칩니다. 슬래그는 일반적으로 점도가 높고 밀도가 낮아서 슬래그가 벌크 금속 수조에 뜨게 합니다. 슬래그는 그 물리적 특성 때문에 화학반응과 주입된 O2에 의해 발생하는 기포를 가두어 슬래그 포말을 생성하는 능력이 있습니다.

슬래그 폼(그림 1)은 CO 가스가 생성되어 슬래그에 갇히면서 생성됩니다. 강의 탈탄은 발포체 생성의 원인입니다. O2 제트가 수조 표면에 부딪치면 높은 운동량으로 인해 금속 방울이 찢어지고 결국 거품에 들어가 슬래그, 가스 및 금속 방울의 에멀젼을 생성합니다. 에멀젼에서 슬래그는 반응할 금속 액적 표면이 많아 반응의 동역학을 향상시킵니다. 에멀젼이 없는 경우 공정이 상당히 길어질 것으로 예상됩니다. 에멀젼은 공정에서 매우 중요하며 너무 높거나 너무 낮은 거품 수준으로 거품을 제어할 수 있도록 적절한 슬래그 조성을 갖는 것이 중요합니다. 체류 시간은 슬래그와 에멀젼 상의 움직이는 액적 사이의 가능한 반응 시간을 결정합니다.

가스 발생률은 거품의 형성과 성장에 중요한 역할을 합니다. 가스는 탈탄 공정의 산물입니다. (i) 방정식 [C] + 1/2O2(g) =CO(g), (ii) 발포체에서 금속과 반응하는 산화철에 의해 간접적으로 핫스팟의 금속 표면에서 직접 산화에 의해 진행 방정식 [C] + (FeO) =CO(g) + {Fe}에 따른 액적 여기서 (FeO)는 방정식 {Fe} + 1/2 O2에 따라 순수한 O2에 의한 철(Fe) 산화의 산물입니다. (g) =(FeO) 및 (iii) 방정식 [C] + [O] =CO(g)에 따라 용해된 O2와 C 사이의 반응에 의해 용융물에서..

(i)의 반응에 따른 탈탄과 (ii)의 두 번째 반응에 따른 Fe의 산화는 즉시 시작되어 타격 내내 계속되지만 첫 번째 경우에는 금속 표면의 C 함량. Fe 산화 속도는 더 일정하지만 결과적으로 슬래그의 FeO 함량은 (ii)의 첫 번째 반응에 따른 소비 증가로 인해 결국 감소합니다. 취입 기간이 끝나면 슬래그의 FeO 함량은 용융물의 낮은 C 함량으로 인해 탈탄 공정에서 FeO의 참여가 감소함에 따라 다시 증가하기 시작합니다. 타격의 맨 끝에서 제어하는 ​​탈탄 반응은 (iii)의 반응에 따라 C와 용해된 O2 사이의 용융물에 있는 반응입니다. 따라서 취입 종료 시의 탈탄 속도는 용융물의 하부에서 상부로의 C 물질 이동 및 반대 방향의 용존 O2의 질량 전달에 의존합니다. BOF 전로에서 용융물의 탈탄과 관련된 주요 반응은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 BOF 변환기에서 용융물의 탈탄과 관련된 기본 반응

도 1의 우측과 같이 최대 탈탄률, 즉 최대 가스 발생률이 블로로 25~30%에 도달하고 1차 반응에 따라 발포체 내에서 상당 부분 진행된다. (ii)에서. 속도는 FeO의 가용성과 O2 충돌 영역에서 방출되는 금속 방울의 공급에 따라 수준에 따라 상당히 일정합니다. 블로우의 약 ​​80%에서는 용융물의 낮은 C 함량으로 인해 가스 발생률이 빠르게 떨어집니다.

슬래그 폼은 형성되는 넓은 표면적과 용융물이 대기와 직접 접촉하는 것을 방지한다는 점에서 제강 공정에 유리합니다. 일반적으로 슬래그의 물리적 특성은 블로우 동안 거품이 발생하는 방향으로 발전하고 화학 반응으로 인한 높은 가스 생산율과 동시에 슬래그 거품이 제어할 수 없게 되어 전로가 범람하여 슬로핑 발생률을 생성할 수 있습니다. 미끄러지는 것은 해로운 사건이며 그 결과에는 수확량 손실, 건강 및 안전 비용, 장비 손상 및 환경 오염이 포함됩니다.

BOF에서 발포에 영향을 미치는 공정 변수는 슬래그 조성, 표면 가스 속도, 수조 온도, 기포 크기, 슬래그 염기도, 슬래그 밀도, 슬래그 점도 및 슬래그 표면 장력입니다. 표면 가스 속도는 일반적으로 초당 미터(m/s)로 측정되며 실제 가스 속도에 가스의 부피 비율을 곱한 값입니다.

슬래그의 조성은 발포에 영향을 미치는 가장 중요한 공정 변수 중 하나이며, 이는 일반적으로 발포에 유리하게 타격을 통해 발전합니다. 이는 밀도, 점도, 표면 장력, 염기도와 같은 슬래그의 물리화학적 특성이 슬래그의 조성에 따라 다르기 때문입니다. BOF 제강(즉, 1 m/s 이상)에서 발생하는 높은 표면 가스 속도에서 거품이 발생하면 액체가 가스 흐름에 의해 유지됩니다. 이 상황에서 공극률(VF)은 표면 가스 속도에 크게 의존하는 반면 슬래그와 액체의 물리적 특성에는 약하게 의존한다고 주장됩니다. 또한, 이 가스 정체의 형성과 존재는 중력과 가스가 가하는 액체에 대한 항력의 영향을 받습니다.

슬래그 폼은 정제 반응에 의해 주입 및 생성된 가스가 공정 중 슬래그에 의해 갇히면서 형성됩니다. 슬래그 발포체의 경우, 슬래그에 의해 포획된 가스의 양은 VF 또는 가스 분율로 측정되며 VF는 일반적으로 0.7에서 0.9 범위에서 다양합니다. 그림 2는 VF에 따라 다른 발포층을 가진 일반적인 발포 기둥을 보여줍니다. 블로우 중 슬래그의 물리적 특성 변화의 결합된 효과는 거품 안정화에 유리하며, 블로우의 전반부에 높은 탈탄율과 일치하면 슬래그 거품의 부피가 급격히 증가합니다.

그림 2 레이어의 구조를 보여주는 일반적인 폼 기둥

거품 지수(FI)는 거품의 정도를 나타내는 것으로 거품 높이와 표면 가스 속도 사이의 비율입니다. 따라서 FI의 단위는 일반적으로 0.6초에서 1.3초 사이의 시간입니다. 따라서 FI는 공정 가스가 발포체를 수직으로 통과하는 데 걸리는 시간의 척도로 해석될 수 있습니다. 일정한 O2 공급 속도에서 가스 속도는 타격의 주요 탈탄 기간 동안 상당히 일정하다고 가정할 수 있습니다. 즉, 발포 높이는 FI에 정비례합니다.

FI와 관련하여 매우 중요한 특성은 에멀젼의 겉보기 점도입니다. 겉보기 점도가 높을수록 FI가 높아집니다. 명백한 결과는 증가된 겉보기 점도가 자동으로 증가된 거품 높이로 이어지고 충분히 높은 겉보기 점도로 인해 거품이 결국 변환기 위로 흐르기 시작한다는 것입니다. 즉, 슬로핑이 발생합니다. 겉보기 점도에 강하게 영향을 미치는 한 가지 매개변수는 고체 입자의 존재입니다. 연구에 따르면 고체 입자의 비율이 10%만 증가하면 겉보기 점도가 50% 증가하고 거품 높이가 최소한 동등한 수준으로 증가합니다.

발포에 대한 슬래그 조성의 영향은 1,250℃ ~ 1,400℃의 온도 범위에서 CaO-SiO2-FeO 슬래그를 사용하여 실험적 연구의 주제였습니다. 슬래그는 알루미나 도가니에 포함되었고 아르곤(Ar ) 가스를 주입하여 슬래그를 발포시켰다. 슬래그 발포에 대한 다양한 매개변수의 영향에 대한 관찰된 결과는 수성 시스템에 처음 사용된 FI를 사용하여 표현되었습니다. FI는 발포층을 통한 기체의 평균 이동시간을 의미하며, FI =delta h/delta Vg, Vg =Qg/A 등식으로 나타낼 수 있습니다. 여기서 delta h는 슬래그 높이의 변화, Vg는 표면 가스 속도, Qg는 가스 유량, A는 용기 단면적입니다. FI는 조성이 다른 야금 슬래그에 대해 0.3초에서 56초 사이에서 변화하는 것으로 관찰되었습니다. 위의 관계는 발포체의 VF가 발포체 높이와 무관할 때 유효한 것으로 간주되었습니다. 슬래그 발포 정도는 FI를 사용하여 자주 정의되었습니다.

FI를 계산하는 또 다른 방법은 '거품 부피의 변화율 =가스 발생 또는 주입 비율 - 기포 파열로 인한 부피 변화율'로 표현할 수 있습니다. 따라서 FI는 방정식 FI =1/k.e의 형태로 표현할 수도 있습니다. 여기서 'k'는 거품 붕괴에 대한 속도 상수이고 'e'는 평균 VF입니다. 그러나 이러한 FI의 정의는 거의 일정한 가스 유량과 화학 조성을 갖는 정상 상태 시스템에 대한 것입니다. 그러나 BOF 슬래그의 기포성을 설명하기 위해서는 가스 발생과 슬래그 조성의 동적 특성을 고려한 동적 FI가 필요하며 이는 FI(d) =f(r).FI로 표시됩니다. 여기서 f (r) =(가스 발생률 + 슬래그 부피 변화율)/슬래그 부피 변화율. FI는 타격 내내 시간에 따라 변하고 최대치를 통과하는 슬래그의 속성입니다.

다른 연구에서는 FI가 슬래그의 물리적 특성과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 이 관계는 FI가 슬래그 점도가 증가함에 따라 증가하고, 슬래그의 밀도 및 표면장력이 증가함에 따라 감소함을 보여준다.

슬래그 발포에 대한 표면 가스 속도의 영향

Ar 가스를 주입하여 발포체를 생성한 CaO-SiO2-FeO 슬래그의 발포에 대한 표면 가스 속도의 영향이 연구되었습니다. 거품 높이는 표면 기체 속도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 관찰되었습니다.

제련 환원 공정에서 변환기는 약 0.3m/s ~ 3.0m/s의 표면 가스 속도에서 작동합니다. 낮은 표면 기체 속도에서 관찰된 거품은 높은 기체 속도에서 관찰된 것과 다릅니다. 높은 표면 가스 속도(즉, 1m/s 이상)의 거품은 팽창된 슬래그이며, 여기에서 액체의 전체 부피는 난류 및 휘젓기 방법으로 균일하게 팽창됩니다. 이 팽창된 슬래그의 혼합물 높이와 VF는 표면 가스 속도가 증가함에 따라 증가하고 가스 흐름이 멈추면 즉시 붕괴됩니다. 반면에 낮은 표면 가스 속도(즉, 0.01m/s ~ 0.1m/s)에서 생성된 거품은 비누 거품과 같으며 이 거품은 가스 흐름이 멈추면서 점차적으로 붕괴됩니다. 이러한 관찰은 슬래그의 점도를 변경하는 용해되지 않은 산화물이 없을 때 제련 환원 공정에 전형적인 더 높은 표면 가스 속도에 유효한 것으로 밝혀졌습니다.

반면에 한 연구에서는 BOF 제강에서 발생하는 더 높은 표면 가스 속도(즉, 1m/s 이상)에서 거품이 발생하면 액체가 가스 흐름에 의해 유지된다고 제안되었습니다. 이 상황에서 VF는 표면 가스 속도에 크게 의존하는 반면 슬래그와 액체의 물리적 특성에는 약하게 의존한다고 주장됩니다. 또한, 이 가스 정체의 형성과 존재는 중력과 가스가 가하는 액체에 대한 항력의 영향을 받습니다.

슬래그 발포에 대한 슬래그 조성의 영향

슬래그의 구성은 발포에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나이며 일반적으로 발포에 유리하게 타격을 통해 발전합니다. 이는 밀도, 점도, 표면장력, 염기도와 같은 슬래그의 물리화학적 특성이 슬래그의 조성에 따라 다르기 때문입니다.

연구 중 하나에서 P2O5의 첨가는 FI를 약간 감소시키는 반면 S의 첨가는 FI를 약간 감소시키는 것으로 나타났습니다. FI는 CaF2(불화칼슘)의 첨가에 따라 현저히 감소하는 것으로 밝혀진 반면, MgO의 첨가에 따라 현저하게 증가하였다. 이러한 관찰은 Ar 가스 주입으로 거품이 생성된 1,400℃에서 CaO-SiO2-FeO 슬래그에 대한 연구에서 이루어졌습니다. 이 연구에서는 입자 농도가 증가함에 따라 FI도 증가하는 것으로 관찰되었습니다.

CaO-SiO2-FeO-MgO 슬래그의 FI에 대한 FeO 및 MgO의 추가 효과는 다른 연구의 주제였습니다. FI는 슬래그 내 FeO 질량의 약 20%까지 FeO 함량이 증가함에 따라 감소한 다음 슬래그에서 약 32% FeO 질량 농도까지 일정하게 유지되는 것으로 관찰되었습니다. MgO(산화마그네슘) 첨가는 35%CaO-35%SiO2-30%FeO 슬래그에 첨가하여 발포 지수를 감소시켜 FeO와 유사한 경향을 보였습니다.

슬래그의 조성으로 FI 진화를 분석할 때 FI에 대한 MnO 및 P2O5의 추가 효과도 고려할 가치가 있습니다. CaO-SiO2-30FeO-MgO포화 슬래그에 각각 MnO와 P2O5를 첨가하는 효과는 한 연구의 주제였습니다. FI는 슬래그의 MnO가 증가함에 따라 약간 감소하는 반면 P2O5를 3%까지 추가하면 FI가 증가하고 P2O5가 추가로 추가되면 감소하는 것으로 관찰되었습니다.

슬래그 발포에 대한 온도의 영향

슬래그의 온도를 증가시키면 1,400℃에서 1,550℃의 온도 범위에서 수행된 연구 동안 35%CaO-35%SiO2-30%FeO-10%MgO 슬래그의 거품 지수가 감소하는 것으로 관찰되었습니다. 이 관찰 표면 장력의 양의 온도 계수와 점도의 음의 온도 계수에 기인할 수 있습니다. 슬래그의 발포에 대한 표면 장력 및 점도의 영향은 표면 장력이 증가하면 거품이 불안정해지는 반면 점도가 증가하면 거품이 안정화됩니다. 따라서 위의 두 가지 특성의 결합된 효과는 온도가 증가함에 따라 FI를 감소시킵니다.

슬래그 발포에 대한 기포 크기의 영향

일반적인 관찰은 슬래그 발포가 기포의 크기에 반비례한다는 것입니다. 즉, 큰 기포로 구성된 기포는 작은 기포로 구성된 기포보다 일찍 붕괴됩니다. 이 관찰은 Ar 가스를 다중 오리피스 노즐을 통해 조 제련 유형 슬래그에 주입하는 연구에서 조사되었습니다. 계면 반응에서 발생하는 기포에 의한 동일한 슬래그의 발포가 연구되었다. 단일 오리피스 노즐에서 생성된 기포의 평균 기포 직경은 13.5mm인 반면 다중 오리피스 노즐에서 생성된 기포의 평균 기포 직경은 약 7.5mm입니다. 다중 오리피스 노즐을 통한 가스 주입 시 측정된 거품 높이는 단일 오리피스 노즐을 통한 가스 주입 시 측정된 것보다 약 70% 더 큰 것으로 관찰되었습니다. 단일 오리피스 노즐을 통해 Ar 가스를 주입하여 생성된 더 큰 기포는 다면체 모양이었습니다. 한편, 계면반응에 의해 생성된 CO로부터 기포가 생성된 경우, 기포는 미세한 구형의 기포로 관찰되었으며, 생성된 기포는 비교적 안정하였다. 그러나 두 경우 모두 기포의 크기는 FI에 반비례했습니다(그림 3).

그림 3 기포 직경이 FI에 미치는 영향

이 관찰은 기포 크기를 증가시키면 배수가 증가한다는 사실로 설명되었습니다. 그림 3과 같이 고원 경계의 횡단면적이 배수속도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 다시 말해서, 횡단 면적은 더 작은 기포에 비해 배수를 증가시키는 더 큰 기포에 대해 더 크다. FI에 대한 이러한 기포 직경의 ​​영향은 영향의 정도가 다름에도 불구하고 기포 크기와 FI 사이에 반비례성을 보여줍니다. 그러나 BOF 제강에서 슬래그 폼은 주로 슬래그 층에 CO 가스를 가두어 생성되며, 이 경우 CO 생성 속도 및 양, 난류 유체 흐름 및 표면 장력이 크기에 주요 영향을 미칩니다. 거품.

슬래그 발포에 대한 슬래그 염기도의 영향

발포에 영향을 미치는 인자를 조사하기 위해 CaO-SiO2-FeO 슬래그에 대해 수행된 연구에서, 발포에 대한 슬래그의 염기도 영향이 연구되었다. 연구에서 관찰된 바는 FI가 염기도가 증가함에 따라 최소값을 겪는다는 것입니다. FI에 부정적인 영향을 미치기 때문에 점도 감소 및 표면 장력 증가로 인해 염기도가 증가함에 따라 FI의 초기 감소가 있습니다. 최소 FI에서의 CaO 조성은 액상 조성의 조성을 말하며, 초과하면 침전된다. 따라서 액상 조성 후 CaO를 추가로 첨가하면 고체 2CaO.SiO2 입자로 침전되어 점도가 증가하여 거품이 안정화됩니다.

슬래그 발포에 대한 슬래그 밀도의 영향

밀도는 슬래그의 발포에 상당한 영향을 미치는 또 다른 중요한 물리적 특성입니다. 그림 4와 같이 슬래그의 밀도는 FeO, MnO, MgO와 같은 슬래그 성분의 축적에 따라 증가하고, SiO2 및 온도가 증가함에 따라 감소한다.

그림 4 슬래그의 밀도

따라서 FI는 FeO, MnO, MgO의 축적에 따라 감소하고, 슬래그의 SiO2 함량이 증가함에 따라 증가한다. 또한, FeO는 슬래그의 함량이 증가함에 따라 점도를 낮출 수 있는 것으로 간주됩니다. FI와 슬래그 밀도 사이의 이러한 반비례는 여러 연구에서 보여지며 다양한 연구에서 발견된 다양한 영향에도 불구하고 기포 지수는 슬래그 밀도가 증가함에 따라 감소하는 것이 분명합니다.

슬래그 발포에 대한 슬래그 점도의 영향

슬래그 점도와 블로우 동안의 변화도 슬래그 발포에 중요한 역할을 합니다. 슬래그의 점도는 주로 SiO2와 같은 망상 형성제의 지배를 받으며 FeO, MgO, MnO 및 CaO와 같은 금속 산화물의 첨가는 망상 구조를 파괴하고 슬래그 점도를 감소시킵니다.

BOF 제강 공정 중 블로우의 처음 몇 분 동안 슬로핑이 발생하는 것이 일반적인 관찰입니다. 이는 낮은 온도로 인해 슬래그 점도가 증가하고 공정 초기에 용해되지 않은 석회 입자가 존재하고 동시에 높은 탈탄 속도가 발생하기 때문입니다. 또한, 슬래그 경로가 슬래그의 액상선 온도 이하로 내려가면 2차상 입자가 석출된다. 이러한 2차 입자는 거품 거품에 비해 크기가 작아 거품을 안정화시키는 액체 슬래그의 점도를 증가시킵니다. 그러나 거품 부피는 임계 점도 값까지만 점도가 증가함에 따라 증가하고, 그 이후에는 거품 없이 슬래그를 통해 가스가 흐르기 시작합니다. 여러 연구에서 FI가 슬래그 점도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났습니다.

기본적으로, 점도의 영향은 거품에서 기포 필름의 배수 및 파열에 있습니다. 점도의 증가는 기포 유착을 지연시키기 위해 기포 필름의 두께를 증가시키고 고원 경계를 통해 필름에서 액체의 하향 흐름(즉, 액체 배수)을 감소시켜 거품을 안정화시킵니다.

슬래그 발포에 대한 슬래그 표면 장력의 영향

액체의 표면 장력은 액체의 다른 분자가 액체 표면의 분자에 가하는 응집력 때문에 존재합니다. 결과적으로 표면 장력은 액적을 형성하고 액체 분자가 액체에서 빠져나가는 것을 지연시킵니다. BOF 제강의 경우, 슬래그/금속 유제 및 거품의 형성은 슬래그 표면 장력의 영향을 받습니다. 또한, 슬래그와 금속 사이의 물질 전달도 슬래그 표면 장력에 의해 상당한 영향을 받습니다. 순수한 액체 철의 표면 장력은 1,550℃에서 약 1.8N/m로 물의 표면 장력의 약 25배입니다. 반대로 순수한 액체 산화물과 슬래그의 표면 장력은 0.20N/m에서 0.70N/m 사이로 매우 낮습니다.

슬래그의 표면 장력은 온도와 슬래그의 조성에 따라 변하는 경향이 있습니다. S, P, O2 및 N2(질소)와 같은 비금속은 액체 철에서 서로 다른 강도를 갖는 표면 활성입니다. 한편, SiO2, P2O5, MnO 등의 산화물은 슬래그의 표면장력을 감소시키는 반면, Al2O3(알루미나)는 표면장력을 약간 증가시킨다.

금속과 슬래그의 계면장력 역시 표면장력과 마찬가지로 BOF 제강공정에서 중요한 요소이다. 따라서 계면 장력은 표면 장력의 거동과 유사한 금속/슬래그 에멀젼의 형성 및 금속과 슬래그 사이의 물질 이동에 영향을 미칩니다. 슬래그/금속 계면의 계면 장력이 낮을 때 계면 물질 전달 및 거품/에멀젼 형성을 보조하여 정련 공정을 촉진하여 유리합니다. 그러나 낮은 계면 장력은 또한 액체 금속에 의한 슬래그 방울의 포획을 촉진할 수 있고 슬래그와 금속 사이의 강한 접착력으로 인해 태핑 단계에서 금속에서 슬래그의 물리적 분리가 더 어려워집니다.

액체 철에 첨가된 다양한 요소는 액체 금속과 슬래그 사이의 계면 장력에 다양한 수준의 영향을 미칩니다. 일반적으로 첨가된 거의 모든 원소는 액체 철의 계면 장력을 감소시킵니다. BOF 제강에서 O2와 S는 금속에서 가장 강한 계면활성 원소로 간주되어 계면장력을 현저히 감소시킨다. 또한 FeO 및 MnO는 금속과 슬래그 사이의 계면 장력을 감소시키는 슬래그의 표면 활성 산화물 성분으로 간주됩니다.

욕 제련 슬래그가 발포되기 위해서는 P2O5, CaF2, Fe2O3(산화철), V2O5(5산화바나듐) 및 Na2O(산화나트륨)와 같은 표면 활성 성분의 존재가 필수적입니다. 이와 같은 표면 활성 화합물은 점도를 낮추는 능력이 있으며 가장 중요한 것은 슬래그의 표면 장력을 줄여 슬래그가 가스를 가두어 거품을 생성할 수 있다는 것입니다.

표면/계면 장력의 영향의 한 측면은 슬래그/금속 계면에서 생성된 기포의 크기를 결정하는 능력입니다. 따라서 슬래그 표면 장력과 슬래그/금속 계면 장력이 증가하면 거품의 직경이 증가하여 거품이 불안정해집니다. 반면에 금속의 표면장력이 증가할 때 생성되는 작은 기포에 의해 거품이 안정화된다. 또한, 이미 생성된 거품의 기포는 표면 장력이 증가함에 따라 필름의 배수가 증가합니다. 이는 표면 장력이 증가함에 따라 기포 필름의 곡률이 증가함에 따라 고원 경계 쪽으로 필름의 액체 흡입이 증가하기 때문입니다.