KR100270119B1 - 전기로 정련조업용 플럭스 및 이를 이용한 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로 정련조업용 플럭스 및 이를 이용한 정련방법에 관한 것이며; 그 목적은 전기로 정련조업 효율 향상과 최종 강의 품질향상에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 50중량% 이상의 CaC₂와 나머지는 CaO로 조성되는 플럭스; 및 상기 플럭스를 전기로 승열단계에서 적절히 투입하여 슬래그 포밍을 일으키도록 하는 전기로 정련조업 방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

전기로 정련조업용 플럭스 및 이를 이용한 정련방법

본 발명은 전기로에서 효율적인 정련을 실시하기 위한 플럭스 및 이를 이용한 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기로 조업은 용해한 다음 승열을 실시한다. 상기 용해단계에서는 노내에 장입된 철원료에 전극봉으로 아아크를 발생시켜 발생열로서 철원료를 녹인 다음 승열단계에서는 용해된 용강을 목표온도까지 상승시키고 산소 및 부원료를 첨가하여 용강의 성분을 조정하게 된다.

제1도는 이러한 전기로 조업모형을 나타낸 것으로 제1a도에서와 같이 용해단계에서 전극봉(2)에서 발생된 아아크(3)열에 의해 철원료(4)가 용해되며, 이때는 아아크에 의하여 발생된 불꽃이 스크랩에 의해 감싸여져서 전열효율이 높다. 그러나, 제1b도에서와 같이 승열단계에서는 용강(4a)이 슬래그(9)에 덮혀 있기 때문에 아아크발생열이 용강에 전열되지 않고 오히려 수냉판넬(5)의 온도를 높혀 설비고장 원인이 된다. 따라서, 승열시에는 제1c도와 같이, 슬래그(9)를 부풀려서 아아크(3)를 감싸주므로서 전열효율을 상승시키는 것이 필요하다.

한편, 종래에는 슬래그를 포밍(foaming)시켜 아아크를 감싸주도록 하기 위해 승열 단계에서 탄소와 산소를 슬래그내로 취입시켜 이때 발생하는 C + O -＞ CO(g) 가스로서 슬래그를 포밍시켰다. 그러나, 슬래그 포밍높이가 높지 않고, 또한 산소를 취입시키기 때문에 승열완료후 용강중 산소 높도가 높아지는 문제가 발생하였다.

이러한 용강중 산소증가 방지를 위해서 승열후에 알루미늄 혹은 규소로서 탈산을 하였는데, 이 경우에는

와같은 상기 반응으로 알루미나(Al₂O₃), 실리카(SiO₂)등이 불가피하게 발생되어 강의 품질이 저하되는 문제점이 있었다. 따라서, 최근에 전기로 조업기술의 동향은 숭열단계에서 슬래그 포밍을 활발하게 실시하여 전열효율 증대를 통해 에너지 절감을 기하고 승열후에 용강중에 산소농도를 낮게 하여 강의 품질을 향상시키는 한편, 합금철, 부원료 사용량을 저감시키는 방향으로 진행되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 전기로에서 철원료를 노내에 장칩후 용해 및 정련을 실시할 때 슬래그 포밍을 촉진시켜 전력효율을 향상시키고 용강 및 슬래그중의 산소농도를 낮춤으로 강의 품질을 향상시키기 위한 플럭스를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기로 승열조업중에 상기 정련용 플럭스를 노내에 투입하여 슬래그를 충분히 포밍시키고 승열후에 강중의 산소농도를 낮출 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

제1도는 전기로 정련조업과정을 설명하기 위한 모식도.

제2도는 전기로 정련조업에 있어 용강과 슬래그간의 반응을 설명하기 위한 모식도.

제3도는 전기로 정련조업에 있어 본 발명의 플럭스 투입 방법을 나타내는 모식도.

제4도는 종래 및 본 발명에 의한 전기로 정련조업후 최종 제품의 청정도를 비교한 그래프.

상기 목적달성을 위한 본 발명은, 칼슘카바이드(CaC₂)가 50중량%이상이고 나머지는 생석회(CaO)로 이루어진 전기로 정련조업용 플럭스에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 고철의 용해 및 용강의 승열과정으로 이루어지는 전기로 정련조업에 있어서, 상기 용강의 승온단계에서, 용강톤당 3-8kg의 CaC₂가 첨가되도록 50중량% 이상의 칼슘카바이드(CaC₂)와 나머지 생석회(CaO)로 이루어지고 그 입도가 70mm이하인 플럭스를 용강에 투입하므로써 슬래그포밍을 일으킴을 특징으로 하는 전기로 정련 조업방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에서와 같은 전기로 정련조업에 부합되는 플럭스는 슬래그 포밍과 함께 산소농도를 낮게 유지하기 위해 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다. 즉, ① 약 1600℃이상에서 용강 및 슬래그와 자발적으로 반응하여 가스를 생성할 것, ② 산소와 반응후 안정한 탈산생성물을 만들 것, ③ 가능한 발열반응으로 노내에서 발생한 열을 빼앗지 말 것 등이다.

첫 번째 항목은 전기로내에 플럭스를 투입시 통상적인 용강온도 구간에서 스스로 반응이 진행될 수 있는 조건이며, 두 번째 항목은 승열후 2차 정련을 위하여 용강내 탈산재인 알루미늄, 망간, 규소 등을 투입시 용강중으로 환원되지 않도록 산소와 반응성이 좋아야 하며, 세 번째 항목은 플럭스가 슬래그 및 용강과 반응시 흡열반응인 경우 슬래그의 온도를 낮추어 슬래그를 고화시키거나 용강의 열을 빼앗아 열효율을 저하시킬 수 있기 때문이다.

상기 조건을 만족시키기 위한 본 발명의 플럭스는 50중량%이상의 칼슘카바이드(CaC₂)와 나머지는 생석회(CaO)로 이루어짐이 바람직하다.

본 발명에 있어서 용강중에 투입되는 칼슘카바이드는 칼슘(Ca)과 탄소(C)로서 분리된 다음, 탄소는 용강 및 슬래그중의 철산화물과 반응하여 일산화탄소(CO)가스를 생성하여 슬래그 포밍을 촉진시키고, 칼슘은 용강중의 산소원과 반응하여 산소농도를 낮추는 역할을 한다. 이를 반응식으로서 설명하면 다음과 같다.

Ca+2C=CaC₂ΔG°=-13700-6.80×T

2CaO=2Ca+O₂ΔG°=-130200-93.24×T

C+O=CO ΔG°=-26700-20.95×T

FeO=Fe+O ΔG°=55620-10.83×T

여기서, 용강온도 구간인 약 1600℃에서

CaC₂+3FeO=3Fe+CaC, ΔG°=-102217cal

가 된다.

즉, ΔG°=-102cal로서 CaC₂투입시 상기 반응은 스스로 진행됨을 알 수 있으며, 또한 ΔH°=-62940cal로서 발열반응이므로 본 발명에 의한 플럭스는 상기 반응이 지속적으로 진행될 수 있게 할 뿐 아니라 산화반응열을 용강중에 공급하게 된다.

본 발명의 플럭스는 칼슘카바이드((CaC₂)가 적어도 50중량%이상으로 구성되어 있음이 바람직한데, 이는 50중량%미만으로 조성된 플럭스를 용강에 투입할 경우 슬래그 포밍화 속도가 늦어지며, 아울러 이를 해소하기 위해 플럭스를 전체 투입량을 증가 시키면 투입시간증대에 따라 생산성의 저하를 초래하기 때문이다.

그리고 본 발명의 플럭스 조성성분중 생석회(CaO)는 일반적으로 전기로에 사용되는 플럭스의 성분으로서 용강정련에 해를 끼치지 않으면서 전체적인 함량 조절을 위하여 필요에 따라 소정량 고려되는 것이다.

한편, 일반적으로 슬래그 포밍이 발생하는 조건은 제2도에서 보는 바와같이, 용강(4a) 및 슬래그(9)중에 존재하는 탄소와 산소가 만나서 CO 가스를 슬래그 내부에서 발생시키고, 일단 발생된 가스는 슬래그내에 포집시켜 슬래그를 부풀린다. 따라서, 포밍을 위해서는 가능한 슬래그 표면으로 부터 깊은 곳에서 C + O -＞ CO 반응을 진행시켜야 포밍에 유리하다.

그러나, 종래방법에 의하면 전기로내에 탄소만을 취입시에는 탄소의 밀도가 작아 슬래그내에 깊숙히 들어가지 못하는 슬래그 상부표면에서 반응이 되므로 효율적인 포밍이 이루어지지 않는다. 따라서, 본 발명에서는 슬래그속에 충분히 담겨져서 반응이 이루어져 효율적인 포밍효과를 얻을 수 있도록 상기 플럭스의 투입량과 투입방법을 결정하였다.

먼저, 본 발명의 플럭스 투입량은 용강톤당 CaC₂를 3-8kg 정도의 범위가 첨가되도록 본 발명의 플럭스를 투입함이 바람직하다. 투입되는 플럭스중의 CaC₂양이 용강 톤당 3kg 미만으로 되면 탈산이 미흡할 뿐만 아니라 슬래그 포밍 높이가 낮으며, 8kg 이상 첨가하면 오히려 강환원성분위기가 되어 슬래그중의 [P]가 복린되는 현상이 일어나 바람직하지 않다.

이때, 본 발명의 플럭스는 정련과정중 승열단계에서 투입함은 물론이다.

그리고, 본 발명의 플럭스를 투입하는 경우 종전에 사용하던 알루미늄이나 규소보다 용강과의 반응시간이 길기 때문에 실제 산업상에서는 크기를 규제하여 그 입도가 70mm이하 크기를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 입도가 70mm이상일 경우 플럭스의 반응계면이 상대적으로 작아 반응효율이 늦을 뿐 아니라 출강이후에도 지속적으로 슬래그를 포밍시켜 2차 정련효율을 저하시킬 수 있기 때문이다. 이때, 플럭스의 입도가 10mm이하로 과도히 작은 경우는 전기로 상부에서 투입시 제3도와 같이 슬래그 상부에 부유되어 포밍효과가 작으므로 랜스(11)을 이용하여 슬래그중에 직접 투입시키는 방법이 효율적이다. 그리고, 플럭스의 입도가 10-70mm 정도이면 제3도와 같이 전기로 승열조업중에 저장호퍼(10)를 통해 전기로 상부로 부터 연속적으로 투입하여도 무방하다.

이렇게 본 발명의 플럭스를 사용하여 전기로 정련조업을 하면 슬래그 포밍의 높이가 약 1.5mm 정도로 형성되어 전극봉의 아아크발생열이 전부 용강에 전열되어 효율적인 조업이 가능하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

플럭스별 슬래그 포밍정도를 확인하기 위해 전기로 승열작업중에 하기표 1과 같은 플럭스(입도크기는 약 50mm 정도)를 전기로 상부에 연속적으로 투입하였다. 또한, 비교를 위하여 종래의 탄소를 랜스노즐을 통해 슬래그중에 투입시켰다.

상기 표 1에 나타난 바와같이, CaC₂50% 이상 함유된 플럭스는 전기로 슬래그에 투입시 종래에 포밍을 목적으로 전기로에 사용되었던 탄소와 비교시 훨씬 우수한 포밍효과를 얻을 수 있었다. 한편, 비교예의 경우 플럭스 투입후 5분되는 시점에 포밍높이를 측정하였으나, 이때까지 충분한 포밍이 이루어지지 않았다. 이는 CaC₂함유율이 낮아 반응속도가 지연되었기 때문이며, 따라서 전기로 포밍을 목적으로 투입시에는 플럭스중의 CaC₂함유율 50% 이상이 적정함을 알 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1과 같은 방법에 따른 강중 산소농도의 저감정도를 알아보기 위해 출강후 용강중의 산소농도 및 최종제품중의 전 산소, T.[0]를 측정하고 그 결과를 하기표 2 및 제4도에 나타내었다.

상기 표 2에 나타난 바와같이, 본 발명예(1-2)의 경우가 종래예 보다 전기로 작업완료후 용강중의 산소농도 뿐 아니라 슬래그중의 철산화물의 농도도 낮았다. 따라서, 본 발명의 플럭스를 사용함으로써 용강 및 슬래그의 탈산제의 사용량 저감과 강의 품질향상을 기할 수 있었다.

한편, 강의 청정도를 평가하는 T.[0] 실적을 나타낸 제4도에서 보는 바와같이, 본 발명의 플럭스를 사용한 경우가 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 전기로 정련조업시 슬래그 포밍을 촉진시켜 전열효과를 향상시키는 한편 용강과 슬래그중의 산소농도를 낮추므로서 강의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 칼슘카바이드(CaC₂)가 50중량%이상이고 나머지는 생석회(CaO)로 이루어진 전기로 정련조업용 플럭스.
2. 고철의 용해 및 용강의 승열과정으로 이루어지는 전기로 정련조업에 있어서, 상기 용강의 승온단계에서, 용강톤당 3-8kg의 CaC₂가 첨가되도록 50중량% 이상의 칼슘카바이드(CaC₂)와 나머지 생석회(CaO)로 이루어지고 그 입도가 70mm이하인 플럭스를 용강에 투입하므로써 슬래그포밍을 일으킴을 특징으로 하는 전기로 정련조업방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 정련용 플럭스는 그 입도가 10-70mm의 범위이고, 그 투입은 저장호퍼를 통해 전기로 상부에 투입함을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 정련용 플럭스는 그 입도는 10mm 이하이고, 그 투입은 취입랜스를 통해 전기로내 슬래그중에 투입함을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 상기 정련용 플럭스의 투입으로 발생되는 슬래그 포밍의 높이는 0.8-1.5m의 범위로 됨을 특징으로 하는 방법.