유도 용해에서 가장 큰 변동 비용은 투입 재료이며, 용해 속도, 에너지 소비량 및 금속 품질에 가장 직접적인 영향을 미치는 변수입니다. 신중하게 관리된 투입 프로그램은 사용 가능한 모든 스크랩을 투입하는 경우에 비해 에너지 소비량을 10~15% 절감하고 용해 속도를 비슷한 수준으로 향상시킬 수 있습니다.
몬테 인텔리전스는 유도 용광로 공급의 일환으로 장입 재료에 대한 권장 사항을 제공합니다. 이 글에서는 철강 유도 용해를 위한 장입 재료의 선택, 준비 및 관리 원칙에 대해 다룹니다.
유도 용해용 장입 재료는 여러 범주로 나뉩니다. 주조 공장에서 반환된 재료(주조 공장 자체 작업에서 발생하는 게이트, 라이저 및 스크랩 주물), 구매한 고철(고철 판매업자로부터 구입하며 일반적으로 등급별로 분류됨), 선철(고로 또는 직접 환원에서 얻은 순수 철), 그리고 합금 첨가제(페로합금, 침탄제 및 화학적 조성을 조정하기 위해 첨가되는 기타 재료)가 있습니다.
이상적인 장입 배합은 목표 화학 조성에 최소한의 오차만 발생시키면서 균일하게 용융되고, 용융 금속 톤당 비용이 가장 낮은 혼합물입니다. 이러한 이상적인 배합을 달성하려면 각 장입 성분의 야금학적 특성과 비용 사이의 균형을 맞춰야 합니다.
유도 가열로에서 용융 효율을 좌우하는 중요한 요소는 투입물의 크기 분포입니다. 유도 가열 메커니즘은 교류 자기장에 의해 발생하는 와전류를 이용하는데, 이 전류는 투입물 내부로 특정 깊이까지 침투합니다. 이 깊이는 기준 깊이라고 하며, 주파수와 투입물의 전기적 특성에 따라 달라집니다. 1000Hz에서 철의 기준 깊이는 약 7mm입니다. 가열은 주로 이 표면층에서 발생하며, 이후 열이 내부로 전달됩니다.
직경 200mm의 강철 펀칭 조각과 같이 크고 단단한 덩어리로 이루어진 장입물은 표면에서 7mm 이내의 깊이까지만 가열된 후 열이 중심부로 전달됩니다. 이 과정에서 표면은 녹지만 중심부는 여전히 차가운 상태가 될 수 있으며, 이로 인해 부분적으로 녹은 조각이 용광로를 가로질러 아치를 형성하여 나머지 장입물이 용융액 속으로 내려가는 것을 막는 브리징 현상이 발생할 수 있습니다. 반면, 10mm 크기의 파쇄된 스크랩부터 150mm 크기의 두꺼운 스크랩까지 다양한 크기의 조각으로 이루어진 장입물은 용광로 내에서 더욱 균일하게 분포되어 용융 효율이 높아집니다. 이는 작은 조각들이 큰 조각들 사이의 틈을 메워 표면적 대비 부피 비율을 높여주기 때문입니다.
용융물의 청결도는 금속 품질과 용광로 내화벽돌 수명에 매우 중요합니다. 녹(산화철)은 슬래그 발생량을 증가시키고, 에너지를 소모하며(산화철을 철로 환원하는 데 탄소와 에너지가 필요함), 실리카 내화벽돌을 부식시킵니다(산화철은 실리카 내화물의 용융제로 사용되어 내화벽돌 수명을 단축시킴). 용융물에 묻은 기름과 그리스는 용융 과정에서 연기를 발생시켜 작업장 환경과 배출가스 문제를 야기하고, 금속에 수소를 혼입시켜 주물의 기공을 유발할 수 있습니다. 용융물에 묻은 모래와 먼지는 슬래그 발생량만 증가시킬 뿐, 회수 가능한 금속에는 아무런 영향을 미치지 않습니다.
장입물 예열은 대형 유도 용광로(약 5톤 이상)에서 효율을 향상시키기 위해 사용되는 기술입니다. 장입물을 400~600°C로 예열하면 수분이 제거되어(습기가 용융액에 닿을 경우 발생할 수 있는 증기 폭발 위험 제거), 오일 및 유기 오염 물질이 연소되어(연기 및 수소 흡수 감소), 용광로에 필요한 전기 에너지 소비량이 감소합니다(예열기는 전기 대신 저렴한 천연가스를 사용). 장입물 예열기는 천연가스와 전기의 상대적 가격에 따라 총 용융 비용을 5~10% 절감할 수 있습니다.
장입 순서는 용융 속도와 안전성에 영향을 미칩니다. 차가운 용광로에 처음 장입할 때는 벽면에 잘 밀착되고 코일과 잘 접촉하는 작은 조각들을 넣어야 합니다. 이렇게 하면 가열 속도가 빨라지고 용광로 내벽을 균일하게 가열하는 데 도움이 됩니다. 액체 상태의 금속 덩어리가 형성되면, 주변의 액체 금속이 코일과의 접촉을 개선해 주기 때문에 더 큰 조각들을 추가할 수 있습니다. 마지막으로 장입할 때는 교반 작용과 합금 원소 첨가를 위해 충분한 여유 공간(용융 표면에서 도가니 상단까지의 거리)을 확보해야 합니다.
브리징 현상은 모든 유도 용해로에서 발생하는 문제입니다. 용융물 위쪽의 장입물이 용광로 직경을 가로질러 브리징 현상을 일으키면, 위쪽의 장입물이 용융물 속으로 내려가지 못하게 됩니다. 이로 인해 아래쪽의 용융물은 계속 가열되어 내화 라이닝을 손상시킬 정도로 과열될 수 있습니다. 브리징 현상을 방지하려면 적절한 장입물 크기 선정(용광로 직경의 약 3분의 1보다 큰 장입물은 사용하지 않음), 신중한 장입(큰 장입물을 한 번에 평평하게 투입하지 않음), 그리고 용해 과정 동안의 세심한 모니터링이 필요합니다.
여러 합금을 녹이는 주조 공장에서 합금 간 교차 오염은 품질 저하의 원인이 됩니다. 예를 들어, 마그네슘을 함유한 연성 주철을 녹인 용광로에 마그네슘이 전혀 없는 회주철 스크랩을 투입하면, 용광로 내벽에 이전 용융 과정에서 남은 마그네슘이 잔류하여 불량 주물이 생산될 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 각 합금 계열별로 전용 용광로를 사용하거나, 합금을 변경할 때마다 용광로를 철저히 세척하고, 내벽에 부착된 금속과 슬래그를 긁어내는 등의 작업을 수행해야 합니다.
몬테 인텔리전스는 스크랩 사양, 장입물 혼합 최적화 및 예열기 통합을 포함하여 유도 용광로 프로젝트의 일환으로 장입 재료 컨설팅을 제공합니다.
주조 공정에 적합한 장입재 추천을 받으시려면 helenxu@cnlymonte.com으로 문의하십시오.
