KR100221788B1 - 용강의 진공 정련 공정 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정련 용제가 사용되는 용강을 진공 정련하는 공정에 관한 것으로서, 상기 공정은 연료 기체와 산소 기체를 진공 정련 장치의 상취 랜스의 유출구로 분출시켜, 상취 랜스 아래에서 버너 불꽃을 형성시킴과 동시에, 캐리어 기체로서의 산소 기체에 의해 정련 용제를 상취 랜스내로 주입한 후에, 버너 불꽃을 통과시킴으로써 열용융된 정련 용제가 용강의 표면에 다다르게 하는 것이다. 이 경우에, 진공 정련중 정련 용제 공급 속도와 용강의 순환 유속은 예정한 바의 관계가 되도록 조절되어, 진공 탱크의 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 용제의 소비 낮게 유지될 수 있도록 한다.

Description

[발명의 명칭]

용강의 진공 정련 공정 및 그 장치

[기술 분야]

본 발명은 RH 진공 탈가스 장치, DH 진공 탈가스 장치 등에서 용강을 진공 정련하는 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용강의 진공 정련 반응을 정련 용제에 의해 효율적으로 실시할 수 있는, 용강을 진공 정련하는 공정 및 장치를 제공하고자 한다.

최근에, 제품의 엄격한 품질 요건의 충족에 대한 요구가 날로 증대되면서, 불순물이 ppm 수준으로 제거되어야 한다고 요구되어져 왔다. 이러한 요구에 대처하기 위하여, 제강 공정에서는 용융철의 예비 처리 및 2차 정련을 더 확대하려고 시도해왔다.

예를 들면, 일본 특허 공개 공보(고까이) 제5-171253호, 제5-345910호, 제6-65625호 등에서는, RH 진공 탈가스 장치를 이용한 초저황강 제조용으로, 비활성 캐리어 기체와 함께 정련 용제(탈황제)를 상취 랜스(top-blown lance)를 통해 상취 랜스가 장착된 RH 진공 탈가스 장치의 탱크내를 순환하는 용강의 표면에 취입하여 용강내로 들어나게 됨으로써, 용강을 탈황시키는 정련 용제 사출 방법을 개시하였다.

반면에, 본 발명의 출원인은 일본 특허 공개 공보(고까이) 제7-41826호에서, 용강의 온도가 하강하는 것을 방지하고, 정련 용제의 용해를 촉진시킴으로써 탈황의 효율을 증대시키기 위하여, 진공 처리 장치에서 버너에 의해 용강을 가열하면서, 정련 용제를 용강에 사출하거나, 그 표면에 첨가하는 방법을 개시한 바 있다.

본 출원인은 상기 공보에서, 연료 기체, 이러한 연료 기체 연소용 산소 기체, 정련 용제(아르곤 기체와 같은 비활성 캐리어 기체에 의해) 등을 동시에 분사할 수 있는 상취 랜스, 보다 상세하게는, 산소 기체 분사용 라발 랜스(Laval lance) 하단부의 발산면에 제공되어 있는 연료 기체 공급공(孔), 산소 기체의 통로(축 중심)에 제공되어 있는 정련 용제 도입관, 발산면내로 개방되어 있는 정련 용제의 분출구 등으로 이루어진 상취 랜스가 진공 탈가스 탱크에, 현가된 상태에서 상하 이동이 가능하게 배치되어 있고, 정련 용제가 용강의 표면에 도달할 때까지, 연소(화염)의 열에 의해 정련 용제를 예비 가열함으로써, 용강에서의 정련 용제의 용융을 촉진하여 탈황 효율을 향상시키는, 연료 기체와 산소 기체에 의한 버너 화염 가열과 정련 용제의 사출이 행하여지는 기술을 개시하였다.

일본 특허 공개 공보 제5-195043호에서는 플라즈마 전극이 제공되어 있는 플라즈마 토치(plasma torch)의 몸체가 RH 탈가스 탱크내의 그 측벽에, 용강의 표면 위에 제공되어 있고, 정련 용제를 플라즈마 제트 내로 공급하기 위하여, 용제 주입관의 플라즈마 제트의 몸체상에 제공되어 있고, 용제가 용강의 표면에 도달한 후에 용강내로 도입될 때까지, 용제가 분출 과정중 플라즈마 제트에 의해 가열 또는 용융시키는 방법을 개시하였다.

상기한 바와 같이, 종래의 기술에 의해 진공 탈가스 장치내에서 정련 용제(탈황제)를 이용하여 용강을 진공 정련함에 있어서는, 정련 용제를 캐리어 기체로서의 비활성 기체에 의해 용강의 표면으로 유도하고, 용제가 가열된 경우에, 산소 기체와 연료 기체를 이용한 버너 연소 열처리 또는 플라즈마 제트에 의한 열처리가 행하여진다.

정련 용제(예 : 탈황제)를 용강내로 도입할 경우, 비활성 기체를 캐리어 기체로서 이용하는 이유는 다음과 같다.

일반적으로, 용강의 탈황 반응은 다음의 식으로 표현된다.

[S]+(CaO)=(CaS)+[O]

식 중, []은 []내의 성분이 용강에 들어있는 성분임을 나타내고, ()는 ()내의 성분이 슬랙에 들어있는 성분임을 나타낸다.

그러므로, 상기식의 좌측에서, 용강의 S 함량을 감소시키기 위해서는 1) 석회를 탈황제로서 첨가(CaO 증량)하고, 2) 용강내의 산소 농도를 저하시킬 필요가 있다. 용강의 산소 농도를 감소시키기 위해서는 알루미늄을 탈산제로서 용강에 첨가하고, 대기내의 산소가 용강과 접촉함으로써 생기는 용강의 산소 농도 증가를 방지하는 것이 필요하다. 이것이 탈황 반응을 환원 정련이라고 말하는 이유이다.

이러한 이유로, 종래의 탈황 공정에서는, 탈황 분말을 용강 표면 아래에 삽입된 노즐을 통해 분말을 용강의 표면 위에 배치된 랜스를 통해, 용강의 표면에 불어 보내는 것이 상례(常例)이다. 즉, 산소 기체를 분말을 운반하거나, 용강의 표면에 대해 불어 보내기 위한 기체로서 사용하는 것은 용강의 산소 농도를 증가시키고, 탈황 반응을 방해하기 때문에, 원칙적인 관점에서 비합리적이라고 보았다. 전술한 통상적인 기술적 지식에 의해, 정련 용제를 캐리어 기체로서의 비활성 기체에 의해 용강의 표면으로 도입하면, 이와 같이 도입된 비활성 기체 또는 분말 모양의 정련 용제로 인하여 용강의 온도가 내려 가게 되고, 이로 인하여 정련 용제의 야금학적 반응이 지연되거나, 버너 연소를 이용하여 가열하는 경우에는, 랜스의 하단부에 형성되는 버너 불꽃의 온도가 하강하면서, 용강의 표면에 도달한 정련 용제의 온도를 강하시켜서, 결국에는 용제의 반응 효율을 저하시킨다.

반면에, 정련 용제가 용강의 표면에 도달하기 전에, 정련 용제를 가열 또는 용융시키기 위해 플라즈마 토치를 이용하는 방법은 다음과 같은 단점이 있다.

1) 산소를 취입하여 탈황 작용을 촉진하거나, 기타 목적을 위해 정련 랜스가 추가로 필요하다.

2) 플라즈마용의 특정 전원 장치 및 제어 장치가 필요하다.

3) 일반적으로, 대기압이 강하되면 플라즈마의 도입력이 저하된다. 따라서, 칼로리량이 적어지고, 이는 이 방법을 다량의 분말을 용융시키는데 부적합하게 한다.

그외에도, 진공 정련 장치에서의 용제 정련, 특히 탈황제를 도입하는 용제 정련은, 진공 탱크를 구성하는 내화물이 새것인 상기 장치에서의 정련과 진공 탱크를 구성하는 내화물이 종래의 방법에 의한 탈가스용으로 반복 사용하여 상당히 용해 멸실된 상기 장치 내에서의 정련 사이에는, 두 경우에 있어서, 탈황전의 용강의 성분비, 레이들내의 슬랙의 조성물, 순환 기체 취입 조건, 정련 용제의 조성물, 입자의 크기, 취입 조건 및 기타 조건 등이 서로 동일한 경우에도, 정련의 결과에 차이가 생기는 것이 문제이다. 즉, 전자는 후자보자 더 낮은 탈황률을 제공하는데, 이는 전자에 있어서는 10ppm 이하의 예정 목표 값으로 탈황하는데 필요한 정련 용제 소비가 후자보다 더 많다는 것을 나타낸다.

본 기술 분야에서는, 용강을 진공 정련함에 있어서, 용제를 이용하여, 보다 효율적으로 수행할 수 있고, 이와 동시에 정련 기간 동안 항상 균질적이여서 단시간내에 수행할 수 있는 정련이 요망되어 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 효과적인 진공 정련 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단한 다목적 시스템 내에서, 용제를 사용하는 정련 과정중, 용강의 온도 강하를 보상하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 목적은 진공 탱크내에 용제를 사용하는 정련 공정으로서, 진공 탱크를 구성하는 내화물의 내용연수, 즉 내화물의 초기로부터 말기까지의 기간(이하 "단일 내화물 수명 기간"이라 한다)에 걸쳐 정련 용제의 단위 요건을 낮은 값으로 유지할 수 있는 정련 공정을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 캐리어 기체로서의 산소 기체에 의해 정련 용제를 이용하는 것을 특징으로 하는 정련 공정이 제공된다. 특히, 이러한 정련 공정에는 정련 용제(예 : 탈황제)를 캐리어 기체로서의 산소 기체를 이용하여 진공 탈가스 탱크의 상부내에 제공되어 있는 상취 랜스내의 산소 기체의 통로내로 취입하는 단계, 정련 용제를 산소 기체의 통로내로 공급된 산소 기체와 혼합하는 단계, 연료 기체를 상취 랜스를 통과하고, 상취 랜스의 분출공의 부근에서 개방되어 있는 연료 기체의 통로내로 공급하는 단계, 기체를 상취 랜스의 분출공 부근에서 연료 기체와 혼합하여 불꽃을 형성하는 단계, 정련 용제를 불꽃으로 열용융시킨 다음에, 용융된 용제를 용강내로 도입하는 단계 등으로 이루어져 있다.

환원 정련으로서의 탈황 반응에서도 산소 기체가 캐리어 기체로서 이용되는 이유는 진공내의 대기압을 강하시키면, 용강과 접촉하게 되는 산소 기체의 부분압을 강하시켜서, 캐리어 기체의 산소 농도를 낮출 수 있다는 새로운 조사 결과에 근거한 것이다.

그외에도, 본 발명에 의하면, 연료 기체가 캐리어 기체로서의 산소 기체를 이용하여 완전히 연소되기 때문에, 용강에 도달하여 용강을 오염시키는 오염된 기체의 양이 매우 적어진다. 더구나, 본 발명에서는 이하에서 설명하는 바와 같이, 정련 용제가 상기 연소에 의해 형성되는 불꽃속에서 열용융되기 때문에, 상취 랜스의 높이가 예정된 값으로 정하여진다. 랜스의 예정된 높이는 용강의 표면 부근에서의 연소 기체의 유량을 감소시켜서, 연소 기체가 용강 표면에 도달하는 것을 어렵게 한다.

오염된 기체가 용강의 표면으로 들어가더라도, 진공 탱크내의 용강은 난류 상태에서 다량으로 흐르기 때문에, 오염된 기체는 즉시 용강내에서 확산되어, 오염된 기체가 용제된 용제에 주는 영향을 피할 수 있다.

그외에도, 본 발명자들은 정련 용제가 용강의 표면에 도달하기 전에, 정련 용제를 버너 불꽃 내에서 열용융하는데 필요한 조건, 즉 분말당 공급되는 열량, 분말의 입자 크기, 분말의 융점, 랜스의 높이 등에 관한 연구를 실시하였고, 그 결과, 정련 용제를 본 발명에 의한 버너 불꽃으로 열용융할 수 있게 되었다.

상기한 기술에 의해, 정련 용제의 도입으로 인한 용강의 심한 온도 강하를 방지할 수 있었고, 이와 동시에 정련 용제의 소비도 감소시킬 수 있었다.

또한 본 발명에 의해, 진공 정련 처리중, 정련 용제의 공급 속도 F와 용강의 순환 유속 Q를 다음 요건을 충족시킬 수 있게 조절함으로써, 정련 용제의 소비를 진공 탱크를 구성하는 단일 내화 수명 기간에 걸쳐 낮게 유지할 수 있다.

0.5≤F/Q≤1.5

F 및 Q가 상기 범위 안에 유지되는 경우에는, 진공 탱크내의 용강은 만족스럽게 순환되고, 오염된 기체가 용강 내로 들어감으로써 생기는 유해한 영향을 제거할 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명을 실시하기 위한 RH 진공 탈가스 장치의 일실시예의 정면도 및 부분 단면도이며,

제2도는 제1도에 도시된 상취 랜스의 단면도이고,

제3도는 본 발명을 실시하기 위한 RH 진공 탈가스 장치의 또 다른 실시예를 도시한 정면도 및 부분 단면도이며,

제4도는 제3도에 도시된 상취 랜스의 단면도이고,

제5도는 RH 진공 탈가스 장치를 도시한 정면도 및 부분 단면도이며,

제6도는 제5도에 도시된 상취 랜스의 단면도이고,

제7도는 침지관의 내경과 제5도에 도시된 장치에서의 용강의 순환 유속 사이의 관계 및 단일 내화물 수명 기간과 상기 장치내의 순환 유속 사이의 관계를 도시한 도표이며,

제8도는 제5도에 도시된 장치에서의 용제 공급 속도와 탈황률 사이의 관계를 도시한 도표이고,

제9도는 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율과 제5도에 도시된 장치에서의 탈황률 사이의 관계를 도시한 도표이며,

제10도는 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율과 제1도에 도시된 장치에서의 탈황률 사이의 관계를 도시한 도표이고,

제11도는 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율과 제3도에 도시된 장치에서의 탈황률 사이의 관계를 도시한 도표이며,

제12a도는 용융 전의 용제 분말의 단면의 반사 전자 현미경 사진이고,

제12b도는 제12a도에 도시된 용제 분말을 구성하는 Ca의 원소 분포의 반사 전자 현미경 사진이고,

제13a도는 용융 후의 용제 분말의 단면의 반사 전자 현미경 사진이며,

제13b도는 제13a도에 도시된 용제 분말을 구성하는 Ca의 원소 분포의 반사 전자 현미경 사진이다.

[발명의 상세한 설명]

[본 발명을 실시하기 가장 좋은 유형]

본 발명은 이제까지 환원 정련에서 용제를 사용하는 정련에서는 사용할 수 없는 것으로 보았던 산소 기체가 용강의 온도 보정을 하고, 용제의 정련 반응을 증진시키기 위하여, 정련 용제의 캐리어 기체로서 이용되는 정련 공정에 있다. 산소 기체를 캐리어 기체로서 사용하는 아이디어는 다음과 같은 기술적 인식에 근거한 것이다.

특히, 대기중의 산소 기체를 감압 하에 사용하면, 용강과 접촉하게 되는 산소 기체의 부분압을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, RH 진공 탈가스 공정에서는, 대기압이 5 torr인 것은 대기가 산소 기체만으로 구성되어 있는 경우에도, 0.6％까지 감소된 대기압 하에서의 산소 농도에 해당하는 것이다. 용강과 접촉하게 되는 기체의 산소 농도가 낮으면 낮을수록, 결과는 그만큼 더 양호하다. 그러나, 본 발명자들이 실시한 조사에 의하면, RH 진공 탈가스 공정에 의한 처리중, 1％ 이하의 산소 농도는 산소에 의한 용강의 오염을 제거할 수 있다는 것을 알게 되었다.

상기한 바와 같이, 진공 정련 장치에 있는 진공 탈가스 탱크내의 대기압이 5torr 이하인 경우에는, 이 압력은 대기압 하에서의 0.6％ 이하의 산소 농도에 상당하며, 산소에 의한 용강의 오염을 방지한다. 본 발명은 탱크내의 대기압이 감소되면, 용강과 접촉하게 되는 산소의 부분압이 산소에 의한 용강의 오염 문제를 제기하지 아니할 정도로 감소될 수 있다는 기술적 인식에 근거한 것이다.

이러한 인식은 탈황 정련과 같은 환원 정련에 있어서, 기술적 상식에 상반되는 새로운 인식이며, 본 발명은 이러한 기술적 인식 없이는 이루어질 수 없었다.

용제를 사용하는 정련 공정에 있어서, 상기 기술적 인식에 근거하여, 진공 탈가스 탱크내의 진공도는 3 내지 200 torr로 한다. 진공도가 200 torr보다 낮은 경우에는, 용강을 탈가스 탱크내로 끌어들일 수 없고, 용강의 순환 흐름이 저지되며, 동시에 용강이 산소로 인하여 현저하게 오염된다. 반면에, 진공도가 3 torr와 같거나, 미만인 경우에는, 상취 랜스의 출구의 개구부로부터 방출되는 화염이 신속하게 길어져서, 화염이 용강과 접촉하는 시간이 길어진다. 이로 인하여, 용강이 탄소에 의해 빠르게 오염되어 버린다. 이러한 이유로, 탱크 내에서의 진공도는 상기 범위로 제한된다. 정련후의 용강이 산소나 탄소에 의한 오염이 완전히 방지되어야 하는 유형의 것인 경우 및 단시간내에 효율적인 정련을 하고자 하는 경우에는 탱크내의 진공도를 70 내지 150 torr로 한다. 철강의 유형에 따라 어느 정도의 오염이 허용될 수 있는 경우에는, 진공도는 3 torr 이상 70 torr 이하의 범위 안에서 선택할 수 있고, 철강의 유형에 따라서는 150 torr 이상 200 torr 이하로도 할 수 있다.

상취 랜스의 출구와 용강의 표면 사이의 거리(랜스의 높이)와 진공 정련 장치에서의 용강의 순환 유속은 오염을 확실히 방지할 수 있게 적절히 조절될 수 있다.

상기 인식에 근거한 본 발명에 의해, 상취 랜스의 출구 부근에 분출되는 연료 기체는 연소 기체(이산화탄소, 수증기 등과 같은)와의 산화로 인한 용강의 오염을 최소화하기 위하여, 캐리어 기체를 함유하는 산소 기체에 의해 완전히 연소된다.

정련 용제는 연소 기체내어서 열용융되어, 용제를 구성하는 원소들을 용제입자에 고르게 분포되게 하고, 이러한 상태에서 용강내로 도입되어, 용제를 구성하는 원소들이 용강에 고르게 분포될 수 있게 된다.

정련 용제를 연소 기체(불꽃)내에서 열용융하기 위한 조건을 설명하면 다음과 같다.

(1) 본 발명에서는, 용제를 불꽃 속에서 용융시키기 위해, 상취 랜스의 하단부의 개구부와 용강 사이의 거리 LH, 즉 랜스의 높이(작동 버너의 높이)를 용융 시간을 보장할 수 있도록 증가시켜야 한다. 이와 관련하여, 불꽃 속에서의 용제로의 열전달과 용제의 용융 조건에 관한 관찰 결과를 감안하여, 다음의 식을 설정하였다.

LH＞3500-6.18×D₂+(D₂/D₁)+1.13×F-11.58×P

상기 식에서, LH는 랜스의 높이(mm)를 나타내고; D₁는 랜스 좁은목(throat)의 직경(mm)을 나타내고; D₂는 랜스의 유출구의 직경(mm)을, F는 산소의 유속(Nm³/hr)을, P는 대기압(torr)을 각각 나타낸다.

상기 식에 근거하여, 산소 유속과 대기압(산소 또는 탄소에 의한 오염을 고려)은 원하는 LH 값을 구할 수 있게 조절된다.

(2) 용제당 공급되는 열량은 불꽃 속에서의 용제로의 열전달과 용제의 용융 조건에 관한 관찰 결과를 고려한 계산에 근거하여 설정된 다음의 식에 의해 계산하였다.

679kcal/kg-용제(LNG/kg-용제 : 0.067Nm³에 해당)

상기값보다 더 많은 열량을 불꽃 속으로 공급하여야 한다.

(3) 용제의 입자 크기에 관하여는, 각 용제 입자의 직경은 0.25mm, 바람직하게는 0.14mm 이상이 되지 않도록 조절된다. 이러한 입자 크기는 100mesh 이하에 해당한다. 이와 같은 입자 크기도, 불꽃 속에서의 용제로의 열전달과 용제의 용융 조건의 관찰 결과에 의한 계산에 근거하여 계산하였다.

(4) 용제의 융점은 조절된다. 특히, 본 발명의 실시예에서 사용된 용제(탈황제)는 CaO 80％ 및 CaF₂20％의 성분비를 가지고, 상평형도에 의한 융점은 약 2000℃가된다. 그러므로, 이 값 또는 그 이하의 융점을 가진 용제를 적용할 수 있다.

불꽃 속으로 도입되기 전의 용제 분말의 외형은 도 12a에 도시된 바와 같이 구형이 아니며, 그 표면은 매우 불규칙하다. 그 외에도, Ca의 입자내 분포도 도 12b도에 도시된 바와 같이 불균질적이다.

상기 조건 하에 있는 용제를 불꽃 속으로 도입하면, 용제 분말은 도 13a에 도시된 바와 같이 윤택있는 구형을 형성하고, 이러한 구형 내에서의 Ca의 분포가 균질화된다. 다른 성분(F,O)에 있어서도 동일한 분포가 달성될 수 있기 때문에, 용제의 성분들이 모두 균질화되었음을 확인할 수 있다.

그 결과, 용제는 용강으로 들어가는 하나의 구형 집괴가 되고, 즉시 확산 및 용융되어, 용강에서 매우 신속하고, 효과적인 탈황 반응이 일어난다.

이와 같이, 정련 용제를 캐리어 기체로서의 산소에 의해 버너 불꽃 속으로 도입하면, 버너 불꽃의 온도, 용제의 온도 및 용강의 온도가 상승하여, 정련 용제의 반응 효율을 증진시킨다. 그 외에도, 시스템에 관하여는, 진공 정련 장치의 상취 랜스는 추가로 제공되는 다른 장치 없이 이용될 수 있고, 이로 인해 시스템이 매우 간단하게 되고, 공정을 저비용으로 실시할 수 있게 하는 큰 장점을 제공한다.

본 발명을 첨부 도면에 의해 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의해 산소를 캐리어 기체로서 이용하는 것과 종래의 기술에 의해 아르곤 기체를 캐리어 기체로서 이용하는 것과의 차이를 확인하기 위하여, 도 3 및 도 4에 도시된 장치를 이용하여 다음과 같은 정련 시험을 실시하였다.

도 3은 진공 정련 장치와 정련 용제, 연료 기체 및 연료 기체를 연소시키기 위한 산소 기체를 공급하는 용제/기체 공급 시스템을 도시한 것이다.

진공 정련 장치 7에는 레이들 19에 들어있는 용강 20 속에 잠기는 침지관 8-1이 달린 진공 탱크 8과 진공 탱크 8의 상부 8-2에 상하 이동이 가능하게 제공되어 있는 상취 랜스 1이 포함되어 있다.

상취 랜스 1에는 도 4에 도시된 바와 같이, 축 중심에 제공된 산소 기체의 통로 4와 랜스의 벽의 내부에 제공된 연료 기체의 복수의 통로 3b로 이루어져 있고, 각각 연료 공급공 3a가 제공되어 있는 통로 3b가 랜스의 하단부에서 발산면 2내로 개방되어 있다. 그 외에도 정련 용제 도입관 5가 산소기체의 통로 4에 제공되어 있고, 그 분출구 6은 발산면 2에 의해 그 범위가 한정되는 공간(개구부) 1-1 내로 개방되어 있다.

산소 기체의 통로 4는 산소 기체 주입관 9에 연결되어 있고, 산소 기체는 밸브 10을 통해 공급된다. 연료 기체의 통로 3b는 연료 기체 주입관 11에 연결되어 있고, 연료 기체는 밸브 12를 통해 공급된다. 정련 용제 도입관 5는 캐리어 기체 주입관 13에 연결되어 있고, 캐리어 기체는 밸브 14를 통해 공급된다. 정련 용제 탱크 17은 밸브 18을 거쳐 상취 랜스 1과 밸브 14 사이에서 캐리어 기체 주입관 13에 연결되어 있고, 시스템은 캐리어 기체가 탱크 17에 연결된 캐리어 기체 주입관 15로부터, 정련 용제를 탱크 17로부터 캐리어 기체 주입관 13 내로 공급하기 위한 밸브 16을 거쳐 탱크 17내로 공급되도록 구성되어 있다.

상기 장치와 시스템에 있어서는, 예정된 양의 정련 용제가 캐리어 기체에 의해, 정련 용제 탱크 17로부터 캐리어 기체 주입관 13 내로 공급되고, 정련 용제는 캐리어 기체와 함께 상취 랜스에 제공된 정련 용제 도입관 5 내로 공급된다.

그 외에도, 연료 기체의 연소용 산소 기체는 산소 기체 주입관 9로부터 상취 랜스내의 산소 기체가 통로 5 내로 공급되고, 연료 기체는 연료 기체 주입관 11로부터 연료 기체의 통로 3b 내로 공급된다. 산소 기체, 연료 기체 및 정련 용제는 상취 랜스의 출구내의 개구부 1-1 내로 동시에 분출된다. 이에 의해, 상취 랜스 아래 및 용강의 표면 위에 버너 불꽃이 형성되고, 이와 동시에, 정련 용제는 버너 불꽃을 통과하게 되고, 여기에서 열용융된다. 용융된 상태의 정련 용제는 진공 탱크내의 용강 표면에 도달한다.

이와 관련하여, 2가지 정련 시험을 실시하였다. 그 중 하나는 상기 장치와 시스템을 사용하고, 주입관 13, 15를 통해 공급되는 아르곤 기체를 캐리어 기체로서 이용하였고, 정련 용제를 탈황제로서 이용하고, 캐리어 기체로서의 아르곤 기체를 이용하여 분출하였다. 또 다른 시험에서는, 주입관 13, 15를 통해 공급되는 산소 기체를 캐리어 기체로서 이용하고, 정련 용제는 캐리어 기체로서의 산소 기체를 이용하여 분출하였다. 이러한 시험에서는 용제의 동일한 단위 요건에 근거하여 탈황률을 조사하였다.

시험 대상 용강의 양은 108 ton이었고, 사용된 강은 알루미늄스틸강이었다. 사용된 정련 용제의 성분비는 석회 80％이고, 형석 20％이었다. 용제 분말의 크기는 100mesh 이하였다.

라발 구조를 가진 상취 랜스 1의 하단부로서, 전면 단부의 형상이 좁은목의 직경이 18mm이고, 유출구의 직경이 90mm로 되어있는 하단부는 고정 용강 표면에 근거하여 6m의 높이로 배치하였다. LNG를 연료 기체로서 이용하고, 이 기체는 상취 랜스 1내의 연료 기체 통로 내로, 200Nm³/hr의 유속으로 공급되고, 연료 기체 공급공 3a를 통해 분출하였다. 산소 기체는 연소 기체를 완전히 연소시키기에 충분하게 높은 460Nm³/hr 유속으로, 산소 기체 통로 4내로 공급하고, 랜스의 축 중심을 거쳐 분출하였다.

정련 용제 공급 속도는 30kg/min이고, 용제의 단위 요건은 2kg/ton이고, 용강 순환 유속은 40 ton/min이며, 정련 용제용 캐리어 기체의 유속(정련 용제 도입관 5를 통해 분출되는 캐리어 기체의 양)은 240Nm³/hr이었다.

정련 용제용 캐이러 기체는 산소이고, 산소의 통로 4를 통해 분출되는 산소의 유속을 캐리어 기체로서 분출되는 산소 기체 및 상취 랜스 1내의 산소 통로 4를 통해 분출되는 산소 기체의 총유속이 460 Nm³/hr가 되도록 조절하였다. 시험에서는, 레이들 19에 있는 슬랙내의 T. Fe의 함량은 3％ 이하이었다.

탈황률에 관한 조사 결과는 다음 표 1에 요약되어 있다. 이에 의해, 다음의 방정식에 의해 정의된 탈황률에 있어서, 아르곤 기체 캐리어에 비하여 산소 기체 캐리어가 더 높고, 더 효율적인 탈황 정련을 제공할 수 있음을 발견하였다.

탈황률=(처리전 용강의 S 함량-처리후 용강의 S 함량)÷(처리전 용강의 S 함량)×100

정련 용제용 캐리어 기체를 아르곤 기체에서 산소 기체로 변경함으로써, 용제의 소비는 동일한데도, 탈황율이 25％ 향상될 수 있었던 이유는, 연소에 불필요하고, 버너 불꽃의 온도를 낮추는 아르곤 기체의 제거에 의해, 랜스의 하단부 아래 및 용강 표면 위에 형성되는 버너 불꽃의 온도가 상승하고, 이에 의해 정련 용제가 용강의 표면에 도달한 당시 용제의 온도를 상승시켜서, 정련 용제의 반응 효율을 향상시켰기 때문인 것으로 본다.

상기한 바와 같이, 정련 용제를 캐리어 기체로서의 산소 기체를 이용하여, 정련 용제 도입관 5로 상취 랜스를 통해 운반하는 것은 종래의 기술에 의해 달성할 수 없는 정련 효과를 제공할 수 있으며, 그 외에도, 분말로 인하여 생기는 상취 랜스의 내벽의 마모를 쉽게 측정할 수 있다는 장점도 있다. 그러나, 구조가 복잡하고, 고온에 대한 노출로 인하여 생기는 도입관의 용해 멸실을 측정하여야 한다.

이러한 이유로, 본 발명에서는 도 2에 도시된 정련 용제 도입관 5를 제거하고, 정련 용제 공급 장치 및 시스템을, 캐리어 기체 주입관 13이 산소 기체의 통로 4의 상부에 연결되고, 이 상부내로 개방되게 함으로써, 정련 용제가 산소 기체의 통로 4내로 직접으로 공급될 수 있게 구성하였다. 이에 의해, 연료 기체의 연소용 산소 기체를 공급하기 위한 산소 기체 주입관 9를 사용할 필요를 배제하고, 정련 용제와 연료 기체의 연소용 산소 기체를 모두 캐리어 기체 주입관 13을 거쳐 산소 기체의 통로 4내로 공급한다.

상기 구성을 가진 진공 정련 장치에 의해, 산소 기체의 통로 4에서, 정련 용제는 산소 기체 내로 균질적으로 분산되고, 산소 기체와 혼합되는 동시에, 상취 랜스내의 유출구의 개구부 1-1에서 연료와 혼합된다. 그러므로, 상취 랜스의 유출구에서는 불연속 압력이 생기지 않게 되어, 안정된 불꽃이 형성되고, 정련 용제의 분산된 입자가 균질적으로 가열된다.

상기 구성을 가진 진공 정련 장치를 이용하여, 진공 정련 시험을 실시하였는 바, 여기에서는 상취 랜스의 좁은목 직경을 18mm로 하고, 유출구의 직경은 90mm로 하였으며, 랜스를 통해 분출되는, 정련 용제용 캐리어 기체로서의 산소를 함유한 산소 기체의 유속은 460Nm /hr으로 하고, 기타 조건은 상기한 바와 동일하게 하였다. 그 결과도 상기 표 1에 요약되어 있다.

상기 표 1에 주어진 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 용제 도입관 5가 합체된 상취 랜스 1을 거쳐 캐리어 기체로서의 산소 기체에 의해 정련 용제를 공급하는 것에 비하여, 연료 기체 연소용 캐리어 기체로서 산소 기체를 이용하여 정련 용제를 버너 랜스에 연결되어 있는 캐리어 기체 주입관 13내로 공급하는 것은 탈황률을 10％ 증대시켰으며, 이로 인해보다 효율적인 탈황 정련을 얻게 되었다.

이것은 상기한 바와 같이, 정련 용제가 버너 불꽃 속으로 균질적으로 분산됨으로써 열의 전달이 균질적으로 된 결과이다. 사실상, 정련 용제의 입자는 구상화되고, 용제의 성분(예 : 플루오린, Ca)은 균질적으로 입자에 분포되었다.

더 상세히 말하면, 본 발명의 상기 실시예에 의해, 용강의 표면에 도달할 때까지, 정련용 용제 입자 그룹의 평균 온도는 상승하고, 용제는 열에 의해 용융되기 때문에, 용제가 용강의 표면에 도달한 후, 정련의 표적 원소인 S의 용제 내로의 확산율이 증가되어, 용제내의 S의 농도가 높아지고, 이로 인해 정련 용제의 반응 효율이 향상되는 한편, 동일한 단위 요건에 근거하여 탈황율이 향상된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 진공 정련 장치에서는, 정련 용제를 가열 후 또는 열용융 후 용강의 표면에 도달하게 하는 것과 용강과 내화물을 버너 연소에 의해 가열하는 것 이외에, 산소 기체만을 불어 넣어서 탈황 작용을 촉진시키고, 알루미늄의 온도를 상승시키는 방법도 이용할 수 있다.

본 발명자들은 상기 RH 진공 탈가스 장치를 이용하여 용제 정련에 관한 시험을 실시한 결과, 다음과 같은 현상을 발견하였다. 특히, 진공 탱크를 구성하는 내화물이 새 것인 장치 내에서의 정련과 진공 탱크를 구성하는 내화물이 종래의 탈가스를 위한 반복적 사용으로 인하여 심하게 용해 멸실된 장치에서의 정련 사이에는, 어느 경우에 있어서나, 용제에 의한 정련 전의 용강의 성분비, 레이들내의 슬랙의 조성물, 순환 기체 취입 상태, 정련 용제의 성분비, 입자 크기, 취입 상태 및 기타 조건이 서로 동일한 경우에도, 정련 결과에는 차이가 생겼다. 즉, 전자의 용제 정련의 반응 효율은 후자의 용제 정련의 반응 효율보다 더 낮았다. 예를 들면, 전자에 있어서 10ppm 이하의 예정 목표 값까지 탈황 작용을 하는데 필요한 정련 용제소비가 후자의 경우보다 더 높았다.

본 발명의 또다른 국면은 상기 현상의 설명에 근거한 것이다. 특히, 상기 용제 정련 공정을 더한층 개선함으로써 달성되는 공정인 용강을 진공 정련하는 공정이 제공되며, 여기에서는 상기 용제 정련과 진공 탱크를 구성하는 내화물이 새것인 기간내의 정련에 있어서, 진공 탱크를 구성하는 내화물이 심하게 용해 멸실된 기간내의 정련에서와 비교할 수 있는 용제 정련 반응이 보장됨으로써, 후자의 기간 내에서와 비교할 수 있는 정련 용제 저소비의 정련이 가능하게 된다.

본 발명자들은 상기 현상에 관한 여러 가지의 연구를 실시한 결과, RH 진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명의 초기와 말기 사이에, RH 침지관의 상태에 차이가 있음을 알게 되었다. 특히, RH 진공 탱크를 구성하는 단일 내화 수명의 말기에서의 RH 침지관은 그 초기에서의 RH 침지관에 비하여, 용해 멸실로 인한 내경의 증가가 있었고, 이로 인하여 용강의 순환 유속도 증가하였다. 이러한 사실에 근거하여, 실험 직후, 침지관의 내경의 측정값에 의해 계산한 용강의 순환 유속, 용제에 의한 정련의 효율, 정련을 위한 용제의 단위 요건 등 사이의 관계에 관하여 조사 및 연구를 행하였다.

그 결과, 정련 용제를 캐리어 기체에 의해 상취 랜스를 거쳐 용강의 표면에 불어 보내는 용강의 진공 정련 공정에서, 용제의 공급 속도 F와 용강의 순환 유속 Q 를, 진공 정련 처리중 이러한 용제 공급 속도 F와 용강의 순환 유속 Q가 다음의 식에 의해 표시되는 요건을 충족시킬 수 있게 조절함으로써, 진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐, 용제에 의한 정련의 높은 효율을 안정되게 제공하고, 예를 들면, 10ppm이하의 황 함량을 가진 초저황 용강을 정련 용제 저소비로 생산할 수 있다는 것을 알게 되었다.

0.5≤ 용제공급 속도 F (kg/min) ÷용강의 순환 유속 Q(t/min) ≤ 1.5

단일 내화물 수명의 기간에 관련하여, RH 진공 탱크를 구성하기 위하여 새로운 내화물이 사용된 시간은 단일 내화물 수명 기간의 초기로서 정의되고, 마모된 내화물을 새로 구성하기 위하여 진공 탱크를 교체한 시간은 단일 내화물 수명 기간의 말기로서 정의된다.

단일 내화물 수명 기간내에, 용제에 의한 정련 중에서 관찰된 현상은 다음의 실험에 의해 확인되었다.

본 발명자들은 한 가지의 실험을 실시하였는데, 여기에서는 도 6에 도시된 라발 구조를 갖는 상취 랜스 31을 현가된 상태로 도 5에 도시된 바와 같은 생산 용량 100 ton의 RH 시스템의 진공 탱크 8에 배치하고, 탈황 용제 분말을 캐리어 기체로서의 아르곤 기체에 의해 랜스 31을 통과시켜서, 진공 탱크에 들어있는 용강 20의 표면에 대해 불어 보내고, 레이들 19에 들어있는 용강 20에 잠겨있는 침지관 8-1을 통해 순환시킴으로써 진공 탈황을 실시하였다.

도 5에서는, 캐리어 기체주입관 33이 밸브 34를 거쳐 상취 랜스 31내의 캐리어 기체 통로 32에 연결되어 있고, 용제 탱크 35는 밸브 36을 거쳐 주입관 33에 연결되어 있으며, 캐리어 기체 주입관 37은 밸브 38을 거쳐 탱크 35에 연결되어 있다.

사용된 용제의 성분비는 석회 60%, 형석(fluorspar) 40%이고, 용제 분말의 크기는 100 mesh 이하이었다. 랜스는 도 6에 도시된 것과 같고, 그 좁은목 직경은 18mm, 유출구 직경은 90mm 이었다. 캐리어 기체의 유속은 300N㎥/hr이었다. 랜스의 높이는 진공 탱크내의 용강 표면으로부터 2.3m 이 되었다.

레이들내의 슬랙의 성분비와 사용한 용제의 양은 슬랙내의 T.Fe +MnO의 함량이 5% 이하이고, 용제의 단위 요건이 약 2 kg/ton이고, 용제의 공급 속도가 70kg/min 이 되게 하였다. 사용된 용강은 다음 표 2에 명시된 성분비를 가지며, 약 1600℃의 온도로 처리하였다.

본 발명자들은 RH 진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 계속적으로 시험을 실시하였다. 그 결과, 내화물이 새것인 초기와 내화물이 심하게 용해 멸실된 후기에 있어서, 탈황 용제의 동일한 단위 요건 하에서의 처리 및 동일한 처리 조건에도 불구하고, 다음 표 3에서 보는 바와 같이, 후기의 탈황율이 초기의 탈황율보다 더 높았다.

반면에, 용제의 공급 속도가 70kg/min의 용제 공급 속도를 이용한 상기 시험과는 달리, 25내지 40kg/min으로 변경된 탈황 시험에서는, 진공 탱크를 구성하는 내화물이 말기와 초기에 있어서 탈황률이 모두 높았다.

잘 알려진 바와 같이, 퍼니스(furnace)의 단일 내화물 수명의 말기에 있어서, RH 침지과 8-1의 내경은, 새로운 퍼니스의 구성 당시의 RH침지관 8-1의 내경과 비교할 경우, 용해 멸실로 인하여 더 크다. 그 외에도, 일반적으로 RH 처리에서는, 순환 기체 유속이 RH 침지관의 용해 멸실과는 관계없이, 일정한 값으로 설정되고, 용강의 순환 유속은 침지관의 내경에 따라 달라진다. 도 7은 상기 탈황 시험에서 이용된 100ton의 생산 용량을 가진 RH 시스템(순환 기체 유속 : 500 N1/min(일정))내의 RH진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명내의 초기, 중기 및 말기에 있어서의 침지관의 내경과 용강이 순환 유속 사이의 관계를 도시한 것이다. 도 7에의해, 용강의 순환 유속이 단일 내화물 수명의 초기에서 말기에 이르기까지 점진적으로 증가한다는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 본 발명자들은 상기 탈황 시험의 결과를 용강의 동일한 순환 유속에 근거하여 계층화하였고, 용제 공급 속도와 탈황률 사이의 관계를 조사하였다. 그 결과는 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 용강의 순환 유속이 많은 경우에는, 탈황률은 용제의 공급 속도의 여하를 불문하고, 일정하며, 용강의 순환 유속이 적은 경우에는, 용제의 공급 속도가 증가하고, 이로 인해 탈황률이 낮아지고, 탈황 효율도 저하되었다.

이러한 현상은 용제의 공급과 용강의 흐름 사이에 최적의 관계가 있음을 시사한다. 그러므로, 용강의 순환 유속 Q(ton/min)에 대한 용제의 공급 속도 F(kg/min)의 비율과 탈황률 사이의 관계는 도 9에 도시한 바와 같이 된다. 이하의 설명에서, F는 용제의 공급 속도를 나타내고, Q는 용강의 순환 유속을 나타낸다.

용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율이 1.5 이하인 경우에는, 탈황률을 높은 수준으로 유지할 수 있다. 그러나, 이러한 비율이 1.5를 초과하는 경우에는, 탈황률이 저하된다.

이것은 아마도 용강의 흐름이 용제의 공급에 비하여 느려서, 용제의 분산을 저지하고, 이로 인하여 탈황 반응에 관련되는 계면적이 적어지기 때문이다.

본 발명자들은 상기 조사 결과에 근거하여, 도 5에 도시된 RH 시스템을 이용하여 한 가지의 실험을 실시하였는 바, 여기에서는 RH 진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐, 진공 처리를 개시하기 전에, RH 침지관의 내경을 측정하고, 용강의 추정 순환 유속을 계산하고, 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율이, 용강의 순환 유속에 따라 달라지는 진공 탈황중, 1.5 이하가 되도록 용제 공급 속도를 조절하면서, 진공 탈황을 실시하였다. 상기 실험에 있어서, 진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명 기간, 용강의 순환 유속, 용제 공급 속도, 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율 및 탈황률은 다음 표 4에 요약되어 있다.

그 외에, 용제 공급 속도 및 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율과 함께, 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 조절 없이, 일정한 용제 공급 속도를 이용하여 실시한 실험 결과를 보여주는 상기 표 3에 주어진 탈황률에 관한 데이터도 다음 표 4에 주어져 있다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 용제 공급 속도는 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율이 진공 탈황 중 1.5 이하가 되도록 조절되고, 탈황률은 RH진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 낮은 수준으로 안정되게 유지되는 용제의 단위 요건에 의해 높은 수준으로 안정되게 유지될 수 있다.

진공 탱크를 구성하는 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐, 각 진공 탈황 중, 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율을 1.5 이하로 조절하는 것은 용제 공급 속도를 조절함으로써 행하였다. 용제 공급 속도의 조절과 용강의 순환 유속의 조절을 병행하거나, 용강의 순환 유속만을 조절하여도, 동일한 효과를 달성할 수 있다.

용강의 순환 유속을 조절하기 위한 방법의 일례는 다음의 식을 이용하는 것이다. 용강의 순환 유속은 RH 진공 탱크와 레이들 사이를 순환하는 용강의 질량 유동율(ton/min)이다.

Q = 11.4 × G 1/4 × D 4/3 × { In(P1/P0)}

상기 식에서, Q : 용강의 순환 유속 (ton/min), G : 순환용 Ar기체의 유속(N1/min), D : 침지관의 내경 (m), P1 : 760(torr), P0 : 탱크내의 진공도(torr).

그러므로, 용강의 순환 유속은 순환용 Ar기체의 유속과 탱크내의 진공도를 조정함으로써 조절할 수 있다.

F/Q의 하한은 0.5이다. F/Q의 값이 0.5 보다 적은 경우에는, 용제의 유속이 너무 낮아져서 정련 용제에 의한 정련 시간이 길게 되어 내화물의 열부하가 증가되고, 이것이 내화물을 마멸시키는 원인이 된다. 그렇지 않는 경우에는, 용강의 순환 유속이 극단적으로 많아져서, 침지관의 내화물의 마멸을 가속시킨다.

그 다음에, 본 발명자들은 상기 시험 결과를 참조하면서, 도 3 및 도 4에 도시된 진공 정련 장치 및 시스템을 이용하여 다음과 같은 시험을 실시하였다.

용제에 대한 열전달이 연소 불꽃 내에서 증진되었기 때문에, 80% Cao -20% CaF의 성분비를 가진 용제 2kg/ton을 별로 용융되지 않는 용제로서 사용하였다.

버너 내의 산소 함유 기체의 유속은 순수한 산소로 환산하여 460 N㎥/hr이었고, LNG를 연료 기체로서 200 N㎥/hr의 유속으로 사용하였는데, 이는 사용된 산소에 의해 완전히 연소하기에 충분할만큼 높은 것이었다. 정련 용제용 캐리어 기체는 아르곤 기체 (유속 180 N㎥/hr), 산소 농축 공기 (유속 : 60%의 산소농축에서 180 N㎥/hr)또는 순수 산소 기체 (유속 캐리어 기체로서의 ): 180 N㎥/hr)이었고, 용강의 순환 유속은 35 ton/min 이었다. 산소 함유 기체 또는 순수 산소 기체를 캐리어 기체로서 사용한 경우에는, 랜스로부터 분출되는 순수 산소의 총유속은 460 N㎥/hr 로 조절하였다.

상기 랜스에서는, 버너 불꽃 부분이 랜스 아래에 제트 코어 부분에 이어 형성되기 때문에, 랜스 아래 및 용강 표면 위에서의 버너 불꽃의 총 길이는 용제를 가열한다는 관점에서 형성되는 것이 바람직하다. 그러므로, 랜스는 랜스의 높이가 거리 LH 보다 더 크게 되도록 6m의 높이에 위치하게 하였다.

그 결과는 도 11에 표시되어 있다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 용제가 거의 용융되지 아니하고, 반응성이 빈약한 성분비(20% CaF)를 가지고 있다는 사실에도 불구하고, 산소를 함유한 캐리어 기체의 사용은 40% CaF의 성분비를 가진 용제 ( 도 9 참조)를 아르곤 캐리어 기체와 함께 사용함으로서 제공되는 것과 비교될 수 있는 탈황률을 제공할 수 있으며, 1.5 이하의 F/Q값으로 높은 탈황률을 안정되게 유지할 수 있다. 그 외에도, 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 캐리어 기체에 관하여는 산소 농축 공기와 순수한 산소가 아르곤보다 더 높은 탈황률을 제공하였다. 가용성이 빈약한 용제를 사용하는 데도 불구하고, 높은 탈황률을 달성할 수 있는 이유는, 상기한 바와 같이, 산소 농축 공기를 캐리어 기체로서 사용하여, 용제가 용강내로 들어가기 전에, 용제의 온도가 상승함으로써, 용강에 들어있는 S가 용제가 용강내로 들어갈 경우 용제의 내부로 신속히 확산되어, 탈황 반응을 가속시키기 때문이다. 정련 용제용 캐리어 기체가 불활성 기체인 아르곤 기체로부터 산소 농축 기체 또는 순수 산소 기체로 변경됨으로써, 랜스의 하단부 아래 및 용강의 표면 위에서 생기는 버너 불꽃의 온도가 불활성 기체를 사용할 경우의 온도보다 더 높아진다. 이와 같이, 불꽃 온도가 높아짐으로써, 정련 용제가 용강의 표면에 도달하였을경우, 정련 용제의 온도가 상승하여, 용제의 내부로의 S의 확산율을 더 증대시킨다.

그 외에도, 본 발명자들은 도 1 및 도 2에 도시된 진공 정련 장치 및 시스템을 이용하여 동일한 시험(탈황제 : 80% CaO 20 % CaF, 2 kg/ton)을 실시하였다.

시험 결과는 도 10에 도시하였다. 도 11에 도시된 결과에서와 같이, 용제가 거의 용융되지 아니하고, 반응성도 빈약한 성분을 가지고 있다는 사실에도 불구하고, 산소 농축 공기(산소 농축도 : 60%)를 산소 함유 기체로서 사용함으로써, 아르곤 기체와 용해성이 양호한 용제(40% CaF)의 사용에 의해 제공되는 것에 비교될 수 있는 탈황률을 보장할 수 있으며, 1.5 이하의 F/Q값으로 높은 탈황률을 안정되게 확보할 수 있다. 또한 사용된 용제가 용융이 잘 되지 아니하고, 반응성도 빈약한 성분을 가지고 있다는 사실에도 불구하고, 순수한 산소를 산소 함유 기체로서 사용함으로써, 용해성이 양호한 용제(40% CaF)를 사용한 경우와 같거나, 그 이상의 탈황률을 보장할 수 있고, 1.5 이하의 F/Q 값으로 높은 탈황률을 안정되게 확보할 수 있다.

탈황 용제용 캐리어 기체로서의 순수 산소 기체와 함께, 연료 기체와 순수산소 기체를 동시에 방출하여, 랜스 아래 및 용강 표면 위에 버너 불꽃을 형성하는 상취 랜스의 사용이 동일한 성분비를 기준으로 최고의 탈황률을 제공할 수 있는 이유는, 생성되는 불꽃의 온도가 산소 농축 공기를 이용하여 생성되는 불꽃의 온도보다 더 높고, 상기 상취 랜스는 용제 도입관이 합체되어 있는 상취 랜스에 비하여, 용제 분말이 버너 불꽃 내에 더 균질적으로 분산됨으로서 더 균질적인 가열을 제공할 수 있기 때문이다.

상기한 바와 같이, 연료 기체, 산소 함유 기체 및 용제를 캐리어 기체에 의해 동시에 방출할 수 있는 상취 랜스를 이용하여, 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율을 0.5 내지 1.5 범위 안에 유지하면서, 연료 기체, 산소 함유기체 및 용제를 캐리어 기체에 의해, 랜스를 거쳐 동시에 방출하여, 용강 표면 위에 버너 불꽃을 형성하는 동시에, 버너 불꽃에 의해 용제를 가열한 다음에, 이와 같이 가열된 용제가 용강의 표면에 도달하게 하거나, 연료 기체와 산소함유기체를 동시에 방출하여, 용강 표면 위에 버너 불꽃을 형성할 수 있는 상취 랜스를 이용하여, 유제를 버너 불꽃으로 가열한 다음에, 가열된 용제가 용강의 표면에 도달하게 함으로써, 낮은 CaF함량을 가진 용제를 사용하더라도, 더 많은 CaF함량을 가진 용제를 캐리어 기체, 즉 아르곤 기체 또는 질소기체와 같은 비활성 기체에 의해 상취 랜스를 통과시키고, 가열 없이 용강의 표면에 도달할 수 있게 하는 방법에 의해 제공되는 것과 동등한 또는 그 이상의 탈황률을 보장할 수 있다.

그 외에도, 용제에 의한 정련에서와 같이, 상기 상취 랜스는 용강과 진공 탱크의 내화물의 버너 가열을 행하는 탈황 기간을 제외한 진공 처리 기간중, 버너로서 적절히 이용할 수 있고, 진공 탱크의 내화물의 버너 가열은 진공 처리 대기기간중 매트릭스 재료가 진공 탱크의 내화물 상에 증착되는 문제를 제거할 수 있다.

용제 공급 속도 F 와 용강의 순환 유속 Q 사이의 관계를 F/Q = 0.5 내지 1.5 가 되도록 유지하면서, 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 고도의 용제 정련 반응을 달성하는 기술은 정련 용제를 캐리어 기체로서의 비활성 기체에 의해 용강내로 불어넣는데 적용할 수 있다.

이상에서는 탈활 과정을 용제를 이용하는 정련 공정으로서 설명하였으나, 본 발명은 이것에만 한정되는 것이 아니고, 용강 정련 능력을 가진 보조 원료, 예를 들면, 산소와 인을 최저 수준으로 감소시키기 위한 용제 분말을 불어 넣는 것에도 이용할 수 있다.

진공 정련 장치에 관하여는, RH형 진공 탈가스 탱크 이외에도, DH 형, 직선 배럴형 및 기타유형의 진공 탈가스 탱크도 사용할 수 있다.

[실시예 1]

용강내의 S의 표적 함량 (10 ppm 이하)으로 진공 정련을 실시하기 위하여, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 RH진공 탈가스 장치 및 용제 기체 공급 시스템을 이용하였다.

장치의 용량은 10 ton이고, 다음 표 5에 명시된 성분비를 갖는 용강을 탈황시켰다. 탈황 조건 및 처리 결과는 다음 표 6 및 7에 요약되어 있다. 사용된 용제의 성분비는 석회 80%, 형석 20%이었고, 입자의 크기는 100mesh이하이었다. 상취랜스 1은 좁은목 직경이 18mm, 유출구 직경이 90mm의 라발 구조의 것이엇다. 용제 분말의 공급 속도는 30kg/min이었다. 슬랙의 T.Fe함량은 6% 이하이었다. 용강의 처리전 온도는 약 1590 ℃이었다.

도 3 및 도 4에 도시된 정련 용제 도입관 5가 합체되어 잇는 상취 랜스 1이 탱크의 상부에 상하로 움직일 수 있게 배치된 RH진공 탈가스 장치를 이용하여, 아르곤 기체를 정련 용제 캐리어 기체로서 이용한 것 이외에는, 상기한 바와 동일한 방법으로, 실험을 실시하였다.

다음 표 6에 나타낸 샘플 No.1 내지 No.5를 위하여, 버너 불꽃을 통과하는 분말을 회수하고, 이러한 분말이 도 13a에 도시된 바와 같은 윤택있는 구형 외관을 가지고 있음을 발견하였다. 분말의 단면을 관찰한 결과, 도 13b에 도시된 바와 같이, Ca 이외에 , F 및 O의 원소 분포가 균일하다는 것을 알게 되었고, 이에 의해 분말이 용융된 상태에 있음을 확인하였다.

다음 표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 샘플 No.1 내지 No.5 ( 본 발명의 실시예)에 있어서, 버너 불꽃의 온도 상승에 의한 정련 용제의 온도 상승으로, 정련 용제의 반응이 샘플 No. 6 및 No.7(비교예)보다 더 효율적으로 되고, 용제의 소비가 감소되고, 처리 시간이 단축되었다. 그 외에도, 샘플 No.1 내지 No.3에 비하여, 샘플 No.4 및 No.5는 용제의 소비가 더 적고 , 처리 시간이 더 짧았다. 샘플 No.4 및 No.5와 샘플 No.1 내지 No.3 사이의 효과상의 차이는 분말이 고온 불꽃 속으로 분산됨으로써, 정련 용제의 온도 및 용해가 증가한데 기인되는 것이다.

[실시예 2]

상기 표 2에 명시된 성분비를 갖는 용강을 도 2에 도시된 상취 렌스 1이 장착된 도 1에 도시된 100 ton RH 진공 탈가스 장치 내에서, 순수 산소 기체를 산소 함유 기체로서 이용하여 진공 탈황하였다. 진공 탈황 조건은 다음 표 8에 요약되어 있다.

사용된 용제의 성분비는 석회 60%, 형석 40%이고, 입자의 크기는 100 mesh 이하이었다. 상취 랜스의 좁은목 직경은 18mm, 유출구 직경은 90mm이었다. 순수 산소 기체의 유속은 460 N㎥/hr이고, LNG는 연료 공급공을 통해 200N㎥/hr의 유속으로 분출되었다. 탈황은 슬랙의 T. Fe + MnO의 함량이 5.0% 이하의 조건하에서 실시하였다. 처리후 용강의 [S]함량은 10 ppm 이하였다.

매처리가 시작될 때마다, 용강의 추정 순환 유속을 계산하기 위하여, RH 침지관의 내경을 측정하고, 용제 공급 속도(kg/min)는 용강의 순환 유속에 대한 용제 공급 속도의 비율(t/min)이 1.5가 되도록 조절하였다. 비교를 위하여, 하나의 실험을 실시하였는데, 여기에서는 RH 침지관의 내경을 측정하지 아니하고, 용제를 RH 진공 탱크의 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 항률(시스템 내의 용제 공급 속도에 있어서의 최대 용량)로 공급하였다.

본 발명의 실시예에 있어서, 용제의 단위 요건은 RH 진공 탱크의 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 항시 낮게 하였다. 그 외에도, 비교예와 비교할 경우, 처리시간을 단축시키는 효과가 특히, RH 진공 탱크가 단일 내화물 수명의 초기 및 중기에 현저하였다.

[산업상의 이용가능성]

상기한 바와 같이, 본 발명에 의해서는 정련 용제의 반응 효율을 종래의 버너 가열 정련 용제 사출 방법에 의한 경우보다 훨씬 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 정련 용제의 소비를 진공 탱크의 단일 내화물 수명 기간에 걸쳐 감소할 수 있고, 처리 시간의 단축 및 내화물의 용해 멸실의 감소와 같은 장점이 제공된다. 이와 같이, 본 발명은 공업적 응용 가능성이 크다.

Claims (12)

1. 진공 정련 장치의 진공 탈가스 탱크의 상부 내에서 상하 이동이 가능하게 장착된 상취 랜스의 중앙부에 산소 기체용 통로를 제공하고, 연료 기체 연소용 산소 기체를 캐리어 기체로서 이용하는 산수 기체용 통로에 정련 용제를 주입하는 단계, 연료 기체 연소용 산소 기체를 상취 랜스에 장착된 산소 기체 통로에서 상기 정련 용제와 혼합시키는 단계, 상취 랜스의 벽체 내에 장착된, 상취 랜스의 개구부로 개방된 연료 기체용 통로에 연료 기체를 주입하는 단계, 산소 기체와 연료 기체에 의해, 상취 랜스의 개구부와 용강 사이에 불꽃을 형성시키는 동시에, 상기 정련 용제를 이 불꽃에 통과시켜 이 정련 용제를 열용융시키는 단계, 및 열용융된 상기 정련 용제가 용강의 표면에 이르러 용강을 정련시키도록 하는 단계로 이루어진, 용강의 진공 정련 공정.
2. 제1항에 있어서, 캐리어 기체를 통해 정련 용제 탱크로부터 상취 랜스의 산소 기체 통로로 개방된 산소 기체 주입관에 상기 정련 용제를 공급한 후에, 산소캐리어 기체에 의해 산소 기체의 통로에 공급하는 공정.
3. 진공 정련 장치의 진공 탈가스 탱크 상부 내에서 상하 이동이 가능하도록 장착되어 있는 상취 랜스의 중앙부에 산소 기체용 통로를 제공하고, 정련 용제를 산소 캐리어 기체와 함께 산소 기체용 통로 내에 장착되어 있는 정련 용제 도입관내로 주입하는 단계, 연료 기체의 연소용 산소 기체를 상기 산소 기체용 통로 내로 주입하는 단계, 상취 랜스의 벽체 내에 장착되어 있고, 상취 랜스의 개구부 내로 개방되어 있는 연료 기체용 통로 내로 연료 기체를 주입하는 단계, 정련 용제, 산소 기체 및 연료 기체를 동시에 함께 혼합하여 불꽃을 형성시키는 동시에, 상기 정련 용제를 이러한 불꽃에 통과시켜서 이 정련 용제를 열용융시키는 단계, 및 상기 열용융된 정련 용제를 용강의 표면에 이르게 하여 이용강을 정련시키도록 하는 단계로 이루어진, 용강의 진공 정련 공정.
4. 제3항에 있어서, 상기 정련 용제 탱크로부터 정련 용제 도입관 쪽으로 개방된 산소 캐리어 기체 주입관에 상기 정련 용제를 주입한 후에, 산소 캐리어 기체에 의해 정련 용제 도입관내로 주입시키는 공정.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 진공 탈가스 탱크내의 공기가 3~200torr로 배기되는 공정.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 정련 용제를 가열할 경우에, 상기 정련용제 분말 1kg당 670kcal 이상의 열량이 불꽃에 공급되는 공정.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 정련 용제 분말의 입자 직경이 0.25 mm이하인 공정.
8. 제1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 상취 랜스의 하단의 개구부와 용강 표면사이의 거리 LH(mm)가 다음과 같은 식에 의해 얻어지는 값인 공정 :

   LH〉3500 - 6.18 × D₂+224 ×(D₂/D₁) + 1.13 × F - 11.58 × P (식 중, D₁은 랜스의 좁은목 직경(mm)을 나타내고, D₂는 랜스의 유출구 직경(mm)을 나타내며, F는 산소의 유속(N㎥/hr)을 나타내고, P 는 대기압(torr)을 나타냄).
9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 정련 용제가 2,000℃ 이하의 융점을 갖는 공정.
10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 정련 용제의 용강으로의 주입 속도와 상기 용강의 진공 정련 장치 내에서의 순환 유속이 다음과 같은 범위,

    0.5≤ 정련 용제의 주입 속도(kg/min)/용강의 순환 유속(ton/min) ≤1.5을 만족시킬 수 있도록 상기 정련이 실시되는 공정.
11. 그 하단부가 레이들내의 용강 속에 잠겨있는, 진공 탈가스 탱크의 상부에서 상하 이동이 가능하게 장착된 상취 랜스, 상기 상취 랜스의 중앙부에 제공되어 있고, 산소 캐리어 기체 주입관에 연결된 산소 기체용 통로, 정련 용제 탱크로부터 정련 용제가 산소 캐리어 기체 주입관으로 주입된 후에, 산소 기체의 통로에 주입될 수 있도록, 밸브를 통해서 산소 캐리어 기체 주입관에 연결된 정련 용제 탱크, 및 상기 상취 랜스의 벽체 내에 장착되어 있는 연료 기체용 통로 및 상취 랜스 개구부의 발산면으로 개방된 연료 기체의 분출구로 이루어진, 용강용 진공 정련 장치.
12. 제11항에 있어서, 산소 기체용 통로 내에 장착되어 있고, 산소 캐리어 기체 주입관과 통하는 정련 용제 도입관, 연료 기체의 분출구 부근에서 개방되어 있는 정련 용제 도입관의 분출구 및 산소용 통로에 연결되어 있는 연료 기체의 연소용 산소 기체 주입관이 추가로 구성되는 장치.

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