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KR930009387B1 - 용융금속의 비금속 함유물 제거방법 및 장치 - Google Patents

용융금속의 비금속 함유물 제거방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

용융금속의 비금속 함유물 제거방법 및 장치
제 1 도 및 제 2 도는 본 발명에 따른 비금속 함유물을 분리 및 제거하기 위한 장치의 한 구체적 실시예의 개략 도시도.
제 3a 도 및 제 3b 도는 회전자장 발생장치 및 유도 가열장치가 번갈아 배치된 장치의 평면도 및 측면도.
제 4 도는 제 1 실시예에서의 제품의 결함 발생율 지수를 도시하는 특성 선도.
제 5 도는 교반 에너지와 탈산속도상수 사이의 상관관계를 도시하는 선도이고,
제 6 도는 전체 산소량과 시간사이의 상관관계를 도시하는 선도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용융금속 2 : 용기
3 : 회전자장 발생장치 4 : 유도가열장치
5 : 드로스(dross)배출 파이프 6 : 밸브
7 : 노즐
본 발명은 용융금속으로부터 비금속 함유물과 금속간 화합물을 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래에 용융금속중에 있는 비금속 함유물과 금속간 화합물(이하, "함유물"이라 칭함)은 금속으로 제조된 최종 제품의 결함을 야기시키는 것으로 공지되어 있다. 따라서, 여러가지 연구가 그러한 함유물의 효과적인 제거를 가능하게 하는 기술을 개발하기 위하여 수행되어 왔다. 예를들어, 일본국 특허공개 공보 제 55-107743호 및 제 58-22317호에는 비금속 함유물이 원심 분리 효과에 의해 중심 지역으로 집중되도록 용융금속에 수평 회전흐름을 부여하는 방법이 개시되어 있다. 일본국 특허공개 공보 제 63-219536호에는 용융아연조 내의 부유드로스(dross)가 원심 분자중에 소정의 유동성을 제공하는 일정 온도에서 유지되도록 된 방법이 개시되어 있다.
비록 이러한 공지 방법들을 비금속 함유물 및 불순물중 비교적 대형의 입자들을 효과적으로 분리할 수 있을 지라도, 이들 공지방법은 단지 원심분리와 같은 기계적 분리법에 의전하기 때문에 소형의 입자들을 효과적으로 분리할 수 없게 된다.
일본국 특허 공개 공보 제 61-103654호에 기술된 방법은 비금속 함유물의 생성방지와 소형의 비금속 함유물 제거에 효과적일 지라도, 이 방법이 단지 용융금속의 가열에 의존하기 때문에 비금속 함유물중 대형입자들을 제거하는데 큰 효과를 기대할 수 없으며, 특히 비정상 상태의 공정에서 생성되는 슬래그의 혼입방지에 대하여 큰 효과를 기대할 수가 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 용융금속으로부터 여러가지 입자크기의 비금속 함유물 및 금속간 화합물을 효과적으로 분리하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적으로, 본 발명의 한 측면에 따르면, 용융금속의 수평회전과 유도가열에 의한 용융금속의 가열을 동시에 작용시키는 것으로 이루어진 용융금속으로부터 비금속 합유물을 제거하는 방법이 제공되게 된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 용융금속을 수용하는 용기 ; 상기 용기외측의 회전 자장 발생장치 ; 및 상기 용기 외측의 유도가열 장치로 이루어진 용융금속의 비금속 함유물 제거장치가 제공되게 된다.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점들이 하기의 바람직한 구체적 실시예와 첨부도면으로부터 명백하게 될 것이다.
제 1 도를 참조할때, 본 발명에 따르면, 용금속 보다 작은 비중값을 가지는 비금속 함유물 및 금속간 화합물과 같은 비교적 대형 입자들은 중심지역으로 집중되게 되며, 반면에 더 큰 비중간을 가지는 대형 입자들은 회전흐름의 주변 지역으로 분리되게 되도록 회전 자장발생 장치와 같은 수단에 의해 비금속 함유물 제거용 장치의 용기(2)내에 수용된 용융금속(1)에 수평회전이 부여되게 된다. 다음에 금속간 화합물의 용해도가 증가되도록 용음금속의 온도가 가열기(4)에 의해 상승되므로써, 낮은 온도에서 석출되었던 비교적 소형입자들까지 용해시키게 된다.
대부분의 경우에, 소형의 비금속 함유물과 금속간 화합물의 분리율이 입자간의 합체 및 응집으로 인한 입자의 조대화율에 의해 조절되게 되는데, 교반력이 크게되면 클수록 조대화가 촉진되어 진다. 수평 회전 자장 및 고주파 가열이 동일한 용기에 동시에 작용될때, 매우 큰 교반력을 제공하기 위하여 수평회전 및 수직교반이 동시에 발생되므로써 분리가 현저하게 촉진된다. 특히, 슬래그가 용융금속 상면위에 부유될때, 단지 수평회전만에 의해서는 용융금속과 슬래그 사이의 접촉을 촉진하는 것이 불가능하게 되므로, 비금속 함유물의 흡수효율이 매우 낮아지게 된다.
본 발명에 따르면, 수평회전과 유도가열이 동시에 작용되기 때문에, 용융금속 상면위에 부유되는 경향이 있는 슬래그와 용융금속이 충분히 혼합되므로써 높은 정련능력이 얻어질 수 있게 된다.
본 발명의 이와같은 현저한 특징에 대한 이론적 지지를 부여하기 위하여, 본 발명자는 에너지 밀도 소산 속도로 언급되는 교반에너지
Figure kpo00001
를 계산하기 위하여 유동해석을 도입하였다. 교반에너지가 함유물의 분리 및 부유에 중대한 영향을 미치는 요소라는 것이 발견되었다. 그러므로 더 높은 함유물 분리효율을 얻기 위한 키이는 교반 에너지 값을 증가시키는 것이다. 회전이나 가열이 모두 적용되지 않을때의 교반 에너지
Figure kpo00002
는 평균 0.001m2/S3으로 계산되며, 80rpm의 회전흐름이 부여될때 교반에너지
Figure kpo00003
는 0.3m2/S3이다.
이에 반하여, 60rpm의 회전흐름과 800KVA의 유도가열이 모두 적용될때의 교반에너지
Figure kpo00004
20m2/S3이다. 그리하여 하부 블로우 컨버터를 이용하는 것과 적절히 비교되는 회전 및 유도가열을 동시에 이용하는 것에 의해 교반 동력을 얻는 것이 가능하게 된다. 교반에너지와 탈산 속도 상수 K와의 상관관계를 도시하는 제 5 도로부터 뿐만 아니라 상기에 도시된 계산 결과로부터, 본 발명의 방법은 매우 큰 탈산 효과를 제공하게 된다는 것을 알 수 있다. 제 5 도에서, 빗금친 부위는 각 값의 변동범위를 도시하는 것이다.
본 발명에 따르면, 수평회전흐름 및 유도 가열을 동시에 적용시킨후에 수평회전흐름을 유지시키는 동안 유도가열을 중시시키는 것이 가능한데, 이러한 경우에 함유물의 입자간 합체에 의해 야기되는 조대화로 인하여 입자의 크기는 점차적으로 더 커지게 되므로써, 함유물의 효과적인 제거가 가능하게 된다. 본 발명의 방법은 탈황 및 탈인산등의 정련 공정에도 이용될 수 있는 것이다.
본 발명의 방법에서, 높은 에너지를 입력할 수 있는 교반 및 가열이 동시에 작용되게 되어서, 필요한 합금성분에 높은 항복점을 부가하는 것이 가능하게 된다.
제 1 도는 수평회전과 유도가열을 동시에 부여할 수 있는 장치를 도시하고 있는데, 이 장치는 용기(2)의 외측에 배치된 회전자장 발생장치(3)와 유도가열장치(4)를 가지고 있다.
이들 장치의 배열은 제 2 도에 도시된 바와같이 유도 가열장치(4)가 회전 자장 발생장치(3) 윗쪽에 위치된 배열이 될 수도 있으며, 또한 회전자장 발생장치(3)를 유도 가열장치(4) 윗쪽에 배치시키는 것도 가능하다.
높은 교반효과를 얻기 위하여는, 제 3a 도에 도시된 바와같이 회전자장 발생장치(3) 및 유도 가열장치(4)가 단편들로 분할되어 회전자장 발생장치(3)의 단편들과 유도 가열장치(4)의 단편들이 용기(2)의 외측에 교대로 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
참조번호 "5"는 드로스 배출 파이프를 나타내며, 참조번호 "6"은 밸브를 나타내며, 참조번호 "7"은 노즐을 나타내는 것이다.
[실시예 1]
아연 도금조로부터 Fe-Al 금속간 화합물을 분리하는데 적용되는 본 발명 방법의 한 실시예가 하기에서 기술될 것이다.
강판을 연속적으로 도금하기 위한 연속 핫-딥 도금장치의 포트로부터 용융아연이 연속적으로 회수되었다. 추출된 아연이 제 3 도에 도시된 불순물의 분리 및 제거장치를 통과하게 되어져서, 청정화된 용융아연이 용기의 바닥부에 설치된 노즐로부터 유출 되었다. 다음에, 청정화된 용융아연이 포트로 되돌려져서 연속 핫-딥도금을 위하여 사용되었으며, 도금 결합 발생율의 조사가 수행되었다.
아연 포트의 용량은 약 50톤이며, 제 3 도에 도시된 장치는 2톤/분의 처리 속도로 운전되며, 용융아연의 수평회전 속도는 70-80rpm이며, 고주파 가열장치(40KVA)에 의해 가열이 수행되었다. 상기 장치는 분리된 드로스를 배출 파이프를 통하여 배출시키기 위하여 매 10분간 운전후에 운전이 중지되는 것과 같이 주기적으로 운전되었다.
제 4 도는 아연이 본 발명에 따라 처리될 때의 드로스의 존재에 의해 야기된 도금 결합 발생율을 본 발명의 방법이 이용되지 않을때의 도금 결함 발생율과 비교하여 도시하고 있다. 용융아연이 본 발명이 이용되지 않는 경우보다 본 발명의 방법에 의해 처리되는 경우가 제품의 도금 결함발생율이 훨씬 더 작게된다는 것을 알 수 있다. 이것은 본 발명의 방법에 의해서 도금 결함 발생율이 중대하게 감소되게 되기 때문에 드로스의 제거율이 현저하게 향상된다는 것을 명백하게 나타내고 있다.
[실시예 2]
5톤의 알루미늄 킬드강이 상부 유도 가열장치와 하부 회전자장 발생장치를 가지는 제 2 도에 도시된 형식의 장치의 용기안으로 유입되었다. 회전자장(중심자속 : 350Gauss) 및 유도가열(30KVA)이 동시에 5분 동안 알루미늄 킬드강에 적용되었다. 다음에, 유도가열이 중지되며, 조대화된 함유물을 분리시키기 위하여 추가로 3분동안 수평회전이 계속되었다. 또한, 비교의 목적으로, 10분간의 회전자장 교반과 10분간의 유도 가열이 따로따로 적용된 경우에 시험이 수행되었다.
이들 시험이 수행된 강들에 대한 전체 산소 함유량에서의 변화량이 조사되었으며, 조사 결과가 제 6 도에 도시되었다. 본 발명의 방법에 의해 전체 산소량이 3ppm 또는 더 작은 값으로 감소될 수 있다는 것이 명백해진다. 따라서, 본 발명에 의하면 높은 청정도를 가지고 용융금속을 처리하는 것이 가능하게 된다.
전술한 바로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면 용융금속으로부터 여러가지 입자크기의 비금속 함유물 및 금속간 화합물을 효과적으로 분리 및 제거하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도금조내의 금속간 화합물 즉 드로스의 존재로 인한 도금 결함발생을 뿐만 아니라 비금속 함유물의 존재에 의해 야기된 박강판에서의 결함 발생율이 현저하게 감소될 수 있어서, 생산된 제품의 높은 품질이 보증되게 된다.

Claims (3)

  1. 정련용 용기내에 수용된 용융금속에, 상기 정련용 용기의 외부둘레부에 설치된 회전자장 발생장치에 의해 수평회전흐름을 부여하면서, 동시에 상기 정련용 용기의 외부둘레부에 설치된 저주파 또는 고주파전자(電磁)유도 가열장치에 의해 용융금속을 전자유도 가열하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 비금속 함유물 제거방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자유도 가열을 중지시키고 용융금속에 상기 수평회전 흐름을 부여하므로써 비금속 함유물의 분리를 촉진하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 비금속 함유물 제거방법.
  3. 용융금속을 수용하는 정련용 용기의 외측원주를 다수의 단편들로 분할하여, 그 분할부에 상기 정련용 용기내에 수용된 용융금속에 수평회전 흐름을 부여하는 회전자장 발생장치와 ; 상기 용융금속을 전자유도 가열하는 저주파 또는 고주파 전자유도 가열장치를 번갈아 설치한 것을 특징으로 하는 용융금속의 비금속 함유물 제거장치.
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