철강 처리 및 생산

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1. 베세머 방법

19세기 중반에 영국 엔지니어 베세머가 개발한 산성 라이닝 전환기는 규소로 강화된 주철을 인의 양과 황의 양을 최소한으로 하여 녹이게 해줍니다. 베세머 전환기의 라이닝은 산성입니다 — 내화 벽돌로 되어 있습니다. 전환기 안에 주철(0.7−1.2%Si)을 1250−1300 °C의 온도로 붓고 공기로 불어냅니다. 그러면 규소, 탄소, 망간이 산화되고 산화물로부터 산성 슬래그가 형성됩니다. 이후 용입을 마칩니다. 강철은 동시에 탈산하면서 바구니에 붓습니다. 슬래그가 산성이기 때문에 용해 과정에서 황과 인은 제거되지 않습니다.

2. 토마스 방법

토마스 방법은 19세기 말 토마스에 의해 인이 강화된 주철을 가공하기 위해 제안되었습니다. 토마스 전환기의 내부 라이닝은 기본적인 (용결 돌로마이트)입니다. 전환기의 바디에 공기 상자가 부착되어 있습니다. 노즐을 통해 블로잉이 전환기 내부에 유입됩니다. 전환기에 기초 슬래그를 형성하는 석회가 적재됩니다. 그런 다음 주철(0.3−0.5%Si, 1.6−2.0%P; <0.08%S;)을 1250°C로 가열한 후 공기로 불어냅니다. 규소, 탄소, 망간이 산화되면 형성된 슬래그에서 황과 인이 제거됩니다. 금속에 있는 인의 양이 30배까지 감소될 때까지 용입을 마칩니다.

단점

이 두 방법 모두 공통 단점을 가지고 있습니다 — 용입할 때 공기에서 녹아드는 질소로 인해 강철이 강화됩니다. 그러므로 토마스 방법과 베세머 방법으로 만들어진 강철은 더 부서지기 쉬우며 노화에 취약합니다. 이러한 이유로 오늘날 이들 방법은 산소-전환 용해법으로 대체되었습니다. 이것은 상부 및 하부 공급을 통해 수행됩니다.

3. 산소 전환기

중심 라이닝과 물로 냉각된 노즐을 통한 산소 블로잉이 사용되는 전환기가 사용됩니다. 산소는 위에서 공급됩니다. 다음과 같은 원료가 사용됩니다:

  • 액체 주조 주철;
  • 금속 스크랩;
  • 슬래그 물질(석회, 장석, 철 광석, 보크사이트).

용해 전에 금속 스크랩이 전환기 바구니에 적재되고 주철은 1300−1400°C로 가열됩니다. 이후 물로 냉각된 노즐을 바구니에 넣고 이를 통해 산소를 공급합니다. 블로잉이 시작되면 석회, 보크사이트, 철 광석을 투입합니다. 산소는 금속과 슬래그의 순환과 혼합을 유도하며 망간, 규소, 탄소를 산화시킵니다. 격렬한 산화는 혼합물을 가열합니다. 인은 FeO와 CaO와 결합합니다. 인의 양이 0.15% 이상일 경우 이를 제거하기 위해 슬래그를 빼고 새것으로 교체합니다. 황이 슬래그로 이동하는 것은 전체 용해 과정에 걸쳐 진행됩니다. 금속의 탄소 함량이 원하는 수준에 도달하면 산소 공급은 종료됩니다. 이후 바구니에 탈산제와 합금 원소를 첨가합니다. 50−350톤 용량의 전환기에서의 용해 시간은 1시간 이내입니다.

4. 바닥 블로잉을 통한 전환기 용해

전환기 안에 강철 스크랩을 적재하고 액체 주철을 붓습니다. 주조 시 전환기는 거의 수평 위치에 있어야, 이는 액체 주철이 임펠러를 부유시키지 않도록 합니다. 이때 질소 또는 공기를 불어넣고 때로는 형탄의 분말을 첨가하기도 합니다. 이후 산소를 켜고 전환기를 수직 위치로 이동합니다. 블로잉은 규소, 탄소, 망간을 산화시킵니다. 형성된 슬래그로 인과 황이 이동합니다. 금속의 탄소 함량이 설정값에 도달하면 블로잉을 종료합니다. 탈탄화는 용광로의 혼합과 산소의 완전 흡수 때문에 더 격렬하게 진행됩니다.

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