[논문]주강용 가탄재로서 목탄의 이용

마네브 타요시; 도이 야사노리; 사쿠에 미츠히로

doi:10.7777/jkfs.2011.31.5.255

주강용 가탄재로서 목탄의 이용
Use of Charcoal to Recarburizer for Cast Steel 원문보기

마네브 타요시 (고지현공업기술센타) , 도이 야사노리 ((주)특수제강소) , 사쿠에 미츠히로 (고지공과대학)

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문제 정의

통상의 주강은 철스크랩을 전기로 등으로 용해한다. 이 과정에서 코크스인 가탄재를 첨가하는데 1600℃ 정도의 고온에서 처리되므로 가탄되기 전에 목탄이 먼저 연소하는 것은 아닐까 생각되었지만 소형 고주파로에서의 실험에 의해 충분히 가탄이 되었다고 판단되었으므로 보고한다.
이 때문에 부가가치 높은 탄을 제조할 필요가 있다. 저자들은 탄소화 과정에서 발생하는 가스 중에 수소나 메탄, 일산화탄소 등의 가연가스가 포함되어 있다는 점에 착안하여 이들 가스를 열원으로 하는 탄소화로를 개발하였다. 이 탄소화로를 사용함으로서 값싸게 탄을 제조할 수 있게 되었다.

제안 방법

가탄재, 철판, 생석회의 충전 후 고주파유도로에 의해 용해를 행하였다. 용해로 기동 시점부터 시간을 계측하여 60분에서 용해가 종료되도록 출력을 조정하였다.
또 탄소가 철에 가탄되어 가는 반응을 보다 명확히 하기 위해 가탄재를 500 g으로 한 실험도 행하였다. 이 실험에서는 용해, 승온 후 1600℃의 온도를 유지한 채 탈산재 첨가 시각을 0분으로하여 2, 5, 9분후에 샘플링하여 탄소함유율을 측정하였다.
용탕과 가탄재의 가탄반응을 조사하기 위해 코크스, 목탄계 가탄재를 1.14~4 mm의 입상으로 하고 원료로 철판, 생석회만을 사용하고 탈산처리한 1600℃의 주강용탕과의 접촉시간별로 탄소함유율을 조사하였다. 접촉시간은 가탄재 투입시간을 0초로 하고 그 후 20초 간격을 120초까지 샘플링하였다.
가탄재, 철판, 생석회의 충전 후 고주파유도로에 의해 용해를 행하였다. 용해로 기동 시점부터 시간을 계측하여 60분에서 용해가 종료되도록 출력을 조정하였다. 용해온도는 1600℃로 하고 온도의 측정은 R형 소모형 열전대를 이용하였다.
또 탄소가 철에 가탄되어 가는 반응을 보다 명확히 하기 위해 가탄재를 500 g으로 한 실험도 행하였다. 이 실험에서는 용해, 승온 후 1600℃의 온도를 유지한 채 탈산재 첨가 시각을 0분으로하여 2, 5, 9분후에 샘플링하여 탄소함유율을 측정하였다.
14~4 mm의 입상으로 하고 원료로 철판, 생석회만을 사용하고 탈산처리한 1600℃의 주강용탕과의 접촉시간별로 탄소함유율을 조사하였다. 접촉시간은 가탄재 투입시간을 0초로 하고 그 후 20초 간격을 120초까지 샘플링하였다.
출탕전에 CaSi 50 g, Al 50 g을 각각 투입하여 탈산처리를 행하고 다시 1600℃까지 승온시킨 후 출탕하였다.

대상 데이터

4에 보인다. 내용적은 약 5000 cm³이다.
사용한 가탄재는 실제 사용되고 있는 코크스, 필자들이 개발한 탄화로에서 나무부스러기로 제조한 고밀도목탄, 간벌재 등으로 제조한 폐기목재탄의 3 종류를 사용하였다.
실험장치는 고주파유도로를 사용하였다. 장치의 개요를 Fig.
용해로 기동 시점부터 시간을 계측하여 60분에서 용해가 종료되도록 출력을 조정하였다. 용해온도는 1600℃로 하고 온도의 측정은 R형 소모형 열전대를 이용하였다.

성능/효과

가탄은 2분 이전에 일어날 가능성이 있다는 것으로 보인다. 또 이 실험에서는 목탄계의 가탄재는 코크스 보다도 탄소의 가탄효과가 높다는 것이 판명되었다.
목탄계 가탄재는 가탄반응이 빨리 일어나서 약 60초에 완료하는 것이 확인되었다.
실험결과로부터, 가탄재를 목탄으로 하였을 때 이 실험과 같은 조건이라면 코크스와 목탄은 물성이 크게 다르지만 동등 또는 그 이상의 가탄효과가 얻어지는 것이 판명되었다. 또 고밀도 목탄, 폐기목재탄에서는 양자에 가탄효과의 큰 차이는 없었다.
코크스, 고밀도목탄 및 폐기목재탄을 가탄재로 사용한 결과 제조된 주물 중의 탄소량은 각각 0.53%, 0.67%, 0.65%였다. 목탄에 의한 가탄은 코크스와 동등, 또는 상회하는 결과를 보였다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

코크스 가탄재의 밀도와 비표면적은 어떠한가?

코크스 가탄재는 겉보기 밀도가 높고 비표면적이 적다. 또 회분량이 18.

고주파 유도로에서의 주강에 대한 가탄결과에서 가탄재 종류에 따른 제조된 주물 중의 탄소량은 어떠한가?

코크스, 고밀도목탄 및 폐기목재탄을 가탄재로 사용한 결과 제조된 주물 중의 탄소량은 각각 0.53%, 0.67%, 0.65%였다. 목탄에 의한 가탄은 코크스와 동등, 또는 상회하는 결과를 보였다. 또 목탄계의 가탄재 사이의 차는 거의 없었다.

금회란?

금회는 탄을 주물용에 사용되는 가탄재로서의 이용을 염두에 두고 그 중에서도 연구협력기업이 제조하는 주강에의 적용을 시도하였다. 현재 가탄재로서는 석탄으로부터 만들어진 코크스가 주로 이용되고 있다.

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