국자 야금

국자 야금

BOF, EAF 또는 EOF와 같은 1차 제강로에서 강을 태핑한 후 고품질 또는 특수 용도의 용강은 집합적으로 레이들 야금으로 알려진 여러 대체 공정에서 추가 정련을 받습니다. 레이들 야금술은 때때로 레이들 정련 또는 2차 제강이라고도 합니다. 국자 야금 공정은 일반적으로 국자에서 수행됩니다. 국자 야금의 엄격한 통제는 화학 및 일관성의 허용 오차가 좁은 고급 철강 생산과 관련이 있습니다. 국자 야금의 목적은 다음과 같습니다.

• 균질화 – 국자 내 용강의 화학 조성 및 온도 균질화
• 탈산 또는 사멸 – 산소 제거
• 과열도 조정 – 연속 주조에 적합한 온도로 액강을 가열
• 철합금 및 탄소 첨가 – 액강의 화학적 성질을 조정합니다.
• 진공 탈기 – 수소와 질소 제거
• 탈탄 – 특정 등급의 강철 요구 사항을 충족하기 위해 탄소를 제거합니다.
• 탈황 – 황 농도를 0.002%까지 감소
• 미세한 청정도 – 바람직하지 않은 비금속 요소 제거
• 개재물 형태 – 강철의 미세 조직을 개선하기 위해 잔류 불순물의 조성 변경
• 기계적 특성 – 인성, 연성 및 가로 특성 개선





필요한 강철 유형에 따라 다음 레이들 야금 공정 중 하나 이상이 사용됩니다. (i) 헹굼 또는 교반, (ii) 국자로, (iii) 국자 주입 (iv) 국자 정제, (v) 탈기 공정, (vi) AOD 공정 및 (vii) CAS-OB(밀봉에 의한 조성 조정) 산소를 불어넣는 아르곤 버블링) 과정. 일부 레이들 야금 공정은 그림 1에 나와 있습니다.



그림 1 국자 야금 공정의 일부

역사적 배경

  레이들에서 강철 처리는 수소 제거를 위한 최초의 레이들-레이들 및 레이들-잉곳 몰드 진공 탈기 공정이 등장한 약 45년 전에 시작되었습니다. 1950년대 후반 Dortmund Hoerder(DH) 및 Ruhrstahl-Heraeus(RH) 공정과 같은 보다 효율적인 진공 탈기기가 대중화되었습니다. 1960년대 중반에는 고크롬강을 처리하기 위한 VAD(vacuum arc degassing), ASEA-SKF 공정 및 VOD(vacuum oxygen decarburization) 공정과 같은 탈기 공정이 성공적으로 구현되었습니다. 아르곤 산소 탈탄(AOD) 공정과 같은 전로 공정은 1970년대 초에 도입되었습니다.

1970년대 초에 아르곤 교반과 결합된 액체강으로의 과립 플럭스 주입이 시작되었습니다. 이는 곧 조성 및 개재물 형태의 더 나은 제어를 위해 합금 원소의 코어드 와이어 공급의 적용으로 이어졌습니다.

헹굼 또는 저어주기

균일한 수조 온도와 조성을 달성하기 위해, 국자에 있는 강은 일반적으로 아르곤 가스 버블링을 통해 헹구어집니다. 적당한 가스 버블링 속도(예:0.6 N cum/min 미만)의 경우 다공성 내화 플러그가 사용되며 일반적으로 국자의 바닥에 장착됩니다. 다공성 플러그의 기능은 균질화를 촉진하기 위해 용융 금속의 가스 교반을 제공하는 것입니다. 일반적인 교반 작업은 다공성 플러그를 통해 아르곤 가스를 침투시켜 수행됩니다.

오늘날 대부분의 국자에는 아르곤 버블링을 위한 바닥 플러그가 장착되어 있습니다. 그러나 어떤 이유로 든 바닥 플러그가 작동하지 않을 때 백업으로 헹굼 요구 사항을 처리하기 위해 일반적으로 상단 랜스 메커니즘을 통한 헹굼 기능이 제공됩니다.

국자 용광로

  국자로는 많은 2차 정련 작업의 제강의 1차 공정을 완화하는 데 사용됩니다. 국자로의 주요 기능은 다음과 같습니다.

• 흑연 전극에 의해 수행되는 전력에 의한 액강 재가열
• 비활성 가스 세정을 통한 강철 온도 및 화학의 균질화
• 아크 손상으로부터 내화물을 보호하고, 열을 액체강으로 집중 및 전달하고, 개재물 및 금속 산화물을 포획하고, 탈황 수단을 제공하는 슬래그 층의 형성.
• 벌크 또는 트림 화학 제어를 제공하기 위한 철 합금 추가
• 트리밍 및 형태 제어를 위한 코어 와이어 추가
• 심각한 탈황 수단을 제공합니다.
• 탈인을 위한 수단을 제공합니다.
• 하류 장비 및 프로세스의 완충 역할을 합니다.

레이들 루프는 일반적으로 내화 센터 또는 델타 섹션이 있는 수냉식 설계이며 루프 커버가 작동(즉, 완전히 낮아진) 위치에 있을 때 레이들의 상단 부분을 완전히 덮도록 기존 레이들과 조정되도록 구성됩니다.

국자 주입

액강은 랜스를 통한 산소 주입을 통해 알루미늄 및/또는 규소를 산화시켜 재가열할 수 있습니다. 수중 산소 주입으로 국자에서 강철을 재가열하는 작업이 일부 제철소에서 실행되고 있습니다. RH-OB 공정에서 20% – 30%의 평균 열 효율이 달성되고 있습니다. 또한 RH-OB 작업의 경우 약 80%의 재가열 효율이 보고되었습니다. RH-KTB 공정에서 산소는 RH-OB에서처럼 잠긴 송풍구 대신 상단 랜스를 통해 공급됩니다. RH-KTB 공정의 열효율은 국자에 침지된 산소 주입의 경우와 유사한 것으로 보입니다.

산소로 재가열된 열과 재가열되지 않은 열에서 주강에서 측정된 총 산소 함량을 비교한 결과 두 값 세트 간에 큰 차이가 없었습니다.

국자 정제

  국자에서 강철의 정련은 탈산, 탈황, 탈인, 합금 원소의 제어된 추가 및 개재물 개질과 같은 작업으로 구성되는 것으로 여기에서 광범위하게 정의됩니다.

국자에서 철강을 정련하는 것은 일반적으로 철망간, 철규소, 규소망간 및 알루미늄으로 강철을 탈산하여 수행됩니다. 강철은 먼저 실리콘 망간, 페로망간 및/또는 페로실리콘으로 부분적으로 탈산된 후 알루미늄으로 최종 탈산됩니다. 이러한 관행은 질소 픽업의 최소화, 인 환원의 최소화 및 1차 제강 중 알루미늄 손실의 최소화를 포함하는 몇 가지 이점이 있습니다. 오늘날 레이들에 합성 슬래그를 사용하는 것은 레이들 야금의 필수적인 부분이 되었습니다. 칼슘-알루미노실리케이트로 구성된 합성 슬래그를 사용하여 탈산 활성을 돕는 탈산 생성물의 용해를 돕습니다. 부분적으로 탈산된 강철은 또한 코어드 와이어 형태로 국자에 주입되는 칼슘 실리사이드(Ca-Si)로 추가로 탈산될 수 있습니다. 알루미늄으로 탈산된 킬드강은 일반적으로 용존 산소량이 5ppm 미만입니다.

특정 강종에서는 매우 낮은 황 함량이 지정됩니다. 20ppm 이하. 이러한 낮은 황 함량은 강철이 완전히 죽일 때 칼슘 알루미네이트 슬래그가 있는 국자에서 강철 탈황에 의해서만 달성될 수 있습니다. 실제 시간 범위 내에서 필요한 정도의 탈황이 일어나기 위해서는 강과 슬래그의 적절한 혼합이 필수적입니다. 황이 제거될 수 있는 속도는 강철을 헹구는 동안의 가스 유량에 의해 강력히 권장됩니다. 매우 낮은 황 함량을 달성하는 또 다른 방법은 플럭스를 국자에 주입하는 것입니다. 탈황에 사용되는 일반적인 플럭스는 70% CaO와 30% CaF2를 포함합니다. 분말 주입을 통한 탈황은 가스 헹굼과 결합된 상부 슬래그만을 사용한 탈황보다 약 15% 더 빠릅니다. 국자에서 강철의 탈황은 강철 수조의 온도 감소를 동반하므로 재가열이 필요합니다.

1차 제강 시 투입되는 용선의 인 함량이 높을 경우 국자 탈린이 필요합니다. 국자에 있는 강철에서 인을 제거하려면 강철을 산화철을 포함하는 석회 기반 산화 슬래그로 처리합니다.

액체강의 칼슘 처리는 일반적으로 개재물의 형태를 수정하기 위해 채택됩니다. 칼슘 처리의 결과, 알루미나 및 실리카 함유물은 액체 알루민산 칼슘 또는 규산 칼슘으로 전환됩니다. 이러한 액체 개재물은 황 장력 효과로 인해 모양이 구형입니다. Inclusion 조성 및 모양의 이러한 변화는 일반적으로 Inclusion 형태 제어 또는 수정으로 알려져 있습니다. 칼슘의 끓는점이 1491℃이므로 칼슘은 제강 온도에서 증기입니다. 따라서 액체강에 칼슘을 첨가할 때 강조에서 칼슘이 적절히 회복되도록 특별한 조치를 취해야 합니다. 칼슘 또는 칼슘 합금은 칼슘이 증발하는 것을 방지하기 위해 ferrostatic head에서 증가된 압력을 이용하기 위해 가능한 가장 깊은 곳에서 액체 강조에 첨가됩니다. 칼슘 주입량이 증가함에 따라 칼슘 보유 빈도가 더 감소합니다. 주입되는 칼슘의 양은 강철의 청정도와 총 산소 함량에 따라 조정되어야 합니다.

액체강의 진공 탈기

진공 탈기는 중요한 2차 제강 공정입니다. 이 공정은 원래 액강에서 수소를 제거하는 데 사용되었지만 현재 2차 정련에도 사용되며 2차 제강의 점점 더 중요한 공정이 되었습니다. 압력 의존 반응은 이 공정에서 액강을 처리하는 이유입니다.

산소, 수소 및 질소와 같은 제강 가스는 철강에 용해됩니다. 탈기는 강철에서 질소와 수소를 제거하는 데 사용됩니다. 처음에는 진공 탈기가 주로 수소 제거에 사용되었습니다. 그러나 지난 20여 년 동안 탄소 함량이 30ppm 이하인 초저탄소(ULC) 강 생산을 위해 진공 탈기의 사용이 증가했습니다.

탈기는 용강이 담긴 국자를 진공 상태(비순환 시스템)에 두거나 진공 상태에서 용강을 재순환(재순환 시스템)하여 수행할 수 있습니다. 재순환 시스템의 예는 RH, RH-OB, RH-KTB 및 DH 등입니다. 비재순환 시스템의 예는 VAD(진공 아크 탈기) 및 VOD(진공 산소 탈탄)를 포함한 레이들 또는 탱크 탈기 장치 및 스트림입니다. 탈기기.

국자 탈기에서 탈기 효과는 용강조의 위에서 아래로 감소합니다. 강철의 바닥 층은 액체 강철 기둥으로 인한 강정압의 영향을 받기 때문에 진공의 영향을 훨씬 덜 받습니다. 따라서 수조 교반은 용강의 전체 내용물을 진공에 노출시키는 데 도움이 됩니다.

재순환 및 비순환 시스템 모두에서 아르곤은 리프팅 또는 교반 가스로 사용됩니다. 재순환 시스템에서 아르곤은 레이들에서 진공 용기로 들어 올려질 액강의 겉보기 밀도를 낮추기 위해 소위 리프팅 가스로 사용됩니다. 비순환 시스템에서 아르곤은 수소 및/또는 질소 제거를 촉진하고 수조를 균질화하기 위한 교반 가스로 사용됩니다.

수소나 질소를 제거할 수 있는 효율성 측면에서 재순환 시스템과 비순환 시스템 사이에는 큰 차이가 없습니다. 탈기기의 주요 기능이 수소와 때로는 질소를 제거하는 것이라면 시스템 선택은 주로 철강 용해 용기와 주조기 간의 원하는 조합과 자본 및 운영 비용에 대한 고려 사항에 따라 결정됩니다.

RH 또는 RH-OB(KTB) 탈기 장치에서 강철을 처리하는 목적 중 하나는 강철을 완전히 죽이기 위해 알루미늄을 추가하기 전에 탄소 탈산을 통해 강철의 용존 산소 함량을 낮추는 것입니다. 이러한 탄소 탈산 방식을 사용하면 알루미늄 사용량이 감소하여 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

강철이 완전히 제거되고 황 함량이 낮으면 진공 탈기 중 액체 강철에서 약간의 질소 제거가 가능합니다.

아르곤 산소 탈탄 공정

아르곤 산소 탈탄(AOD)은 크롬 및 알루미늄과 같은 산화 가능한 요소가 포함된 스테인리스강 및 기타 고급 합금 제조에 주로 사용되는 공정입니다. 초기 용융 후 금속은 AOD 용기로 옮겨져 (i) 탈탄, (ii) 환원 및 (iii) 탈황의 세 단계를 거쳐 정제됩니다. AOD는 1992년에 Praxair로 알려지게 된 Union Carbide Corporation의 Lindé 부서에서 1954년에 발명했습니다.

액체강은 AOD 용기에서 탈탄되고 탄소 0.05% 미만으로 정제됩니다. AOD 용기의 주요 특징은 탈탄용 산소가 아르곤 또는 질소 불활성 가스와 혼합되고 잠긴 송풍구를 통해 주입된다는 것입니다. 이 아르곤 희석은 크롬과 같은 특수강에 포함된 귀금속의 원치 않는 산화를 최소화합니다.

AOD는 스테인리스강 및 규소강, 공구강, 니켈계 합금 및 코발트계 합금과 같은 특수 합금의 생산에 널리 사용됩니다. 이 공정은 더 높은 금속 수율과 더 낮은 재료 비용을 결합하기 때문에 인기가 있습니다. 다른 이점으로는 0.01% 이하의 탄소 이하로 화학 제어의 정확성, 0.001% 이하로 빠른 탈황, 0.001% 이하로 납 제거가 있습니다. 최종 결과는 향상된 생산성과 결합된 깨끗한 강철입니다.

  CAS-OB 프로세스

  CAS-OB 공정은 산소 분사와 함께 밀봉된 아르곤 버블링에 의한 조성 조정으로 구성됩니다. Nippon Steel Corporation에서 개발했습니다. 이 공정을 통해 불활성 아르곤 환경에서 합금을 추가할 수 있습니다. 탑 랜스를 통해 불어오는 Al 및 O2 가스를 동시에 추가할 수 있습니다. 이들은 반응하여 Al2O3를 형성하고 반응의 발열 특성으로 인해 상당한 양의 열을 생성합니다. 따라서 CAS-OB 공정은 액체강을 화학적으로 가열합니다. 액강의 가열은 일반적으로 합금철 및 침탄제를 첨가하여 액강의 화학적 성질을 조정하는 것과 결합됩니다. 가열하는 동안, 벨에 산소를 주입함과 동시에 입상 알루미늄, 합금철 및 침탄제의 연속 공급이 수행됩니다. 금속의 실제 가열 속도는 첨가와 온도 측정 시간 사이의 시간 간격 동안의 열 손실로 인해 예상보다 약간 낮습니다.






아르곤 산소 탈탄 공정 제강용 CONARC 공정