주철 용탕 처리 - 탈가스처리, 탈산처리(Deoxidiser)

 

1. 개요

 

1) 탈가스 정의

 용탕 속 가스 (수소, 산소, 질소 등)의 함유량에 따라 주물에 품질이 크게 영향을 받음 
가스로 인해 주물에는 핀홀, 기포, 산화물 계통의 개재물,협잡물 혼입 등의 결함이 발생함 

 

2) 탈가스  목적

• 주물 결함 방지 (핀홀, 기포, 개재물 혼입 방지)
• 정련과정에서 유리한 역할
• 오스테나이트의 안정화 
• 흑연화 속도의 변화 

3) 용탕 내 가스의 종류와 근원 (유입 경로)

가스의 종류	가스의 근원 (유입 경로)
수소	용해 재료 중의 수분, 산화물, 유기물 노내 분위기 중의 수소, 수분 노내 첨가물에 부착 또는 함유하는 수소, 수분, 유기물 출탕시, 주탕시 분위기 중의 수분, 수소 (공기 중 수증기 등) 노, 레이들, 주형 중의 수분
산소	용해 원재료 중의 산화물 정련시 사용하는 산화제  노내 분위기 중의 산소 출탕, 주탕 분위기 중 산소, 수분 노, 레이들, 주형의 내화제
질소	용해 원재료 중 질소 노내 분위기 중 질소  출탕, 주탕시 분위기 중의 질소

• 산소나 수소는 용해재료에 녹이 많거나 수분이 부착되어있는 경우, 유기물계의 피복물이나 도료가 혼합되어있을때 많이 흡수됨 

 

2. 탈가스 방법 

 

1) 가스 흡수 방지 방법 (근본 원인 해결)

• 슬래그 형성 → 분위기와의 접촉 차단
• 불활성 분위기 or 진공 이용
• 가스의 흡수를 감소시키기 위한 저온 용해 (고온일수록 가스 흡수가 활발함)
• 용탕처리를 가급적 적게 함

근본적인 가스 흡수 방지는 굉장히 어려우므로 (특히 수소는 수증기의 형태로 항상 존재, 수소가 산화물과 반응하여 수증기 생성)
결국 탈가스가 필요함 

 

2) 탈가스법 (후조치) 

① 불활성가스 취입법
용탕 중 용해되어있는 가스의 양은 정해져 있음 (시버트의 법칙) 
용탕 속 가스가 빠져나갈때까지 불활성 가스 취입 (아르곤가스)

 

② 탈가스제 사용법

가스와 친화력이 강한 원소 첨가하여 석출 

생성물이 완전히 제거되지 않으면 개재물로서 잔존하여 품질 저하 

구리는 인동, 규소동, Mn, Mg등 사용

강은 Fe-Mn, Fe-Si, Al등을 사용

 

③ 진공탈가스법 (혹은 진공 용해)

대기압에서 용해한 용탕을 진공처리한다음 주조 

진공용해시, 대기와 용금 속 원소가 결합하는 것을 방지 (용금, 협잡물, 산화물, 질화물 생성 방지) 

용금 중 H2, N2, SO2 등의 가스의 용해를 방지하며 용금에서 용해된 가스를 제거 

 

④ 재용해법

냉각된 고체상태의 금속이 가스를 가장 적게 함유하고 있다는 점을 이용

용해, 응고 후 재용해를 하여 어느정도 가스 제거 (실제로 사용 안함)

 

3. 탈산, 탈산제 (deoxidiser)

 

1) 용탕 탈산제 (탈가스제 사용법에 해당)

• Ti (티타늄)
• Al (알루미늄) : 2Al + 3O → Al2O3 (강탈산제)
• Fe-Si (페로실리콘) : 규소 탈산 Fe-Si + 2O → Fe + SiO2 (잔괴탈산제)
• Fe-Mn (페로망간) : 망간 탈산 Fe-Mn + O → Fe + MnO 
• Si-Mn (실리콘 망간) : 규소와 망간의 복합 탈산 효과 
• Ca-Si (칼슘 실리케이트)

2) 탈산제 구비조건 

• 용강 중으로 용해속도가 빠를 것
• 산소와 친화력이 크며, 반응속도가 빠를 것 
• 미반응 탈산원소가 잔류해도 강질을 해치지 않을 것
• 염가이며, 소량만 사용할 것 
• 복합탈산이 단독탈산보다 탈산력이 우수함 (ex. Si-Mn)

3) 원소별 탈산의 정도 구분 

Ca > Mg > Zr > Al > Ti > C > Si > V > Cr > Mn

 

 

접종제, 구상흑연주철(노듈라 주철, 덕타일 주철, ductile cast iron), 구상화제 (Ca, Ce, Mg), 구상화처리

 

열처리 결함, 퀜칭균열, 산화, 탈탄현상

 

주조 결함 정리, 주물 결함, 주조 결함 검사 시험, 비파괴검사, 소착, 미스런, 주조 유동성, 용탕