KR100328028B1 - 전로정련시용강의승온방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강의 정련조업에 관한 것이며; 그 목적은 전로정련조업시 고가인 페로실리콘 대신 코크스를 사용하면서도 용선비가 낮은 경우에도 용강의 열원을 확보하여 출강목표온도유지를 용이하게 할 수 있는 용강의 승온방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 상취랜스를 통해 산소를 취입하는 취련공정을 포함하는 용강의 전로 정련방법에 있어서, 전체장입량에서 고철비를 뺀 값의 용강에 대한 용선비가 82%이하인 경우 상기 취련의 초기부터 취련 60% 시점에서 용강톤당 3~7Kg 범위의 코크스를 용강중에 투입하여 구성되는 전로정련시 용강의 승온방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

전로정련시 용강의 승온방법{A Method of Controlling Temperature of Melts in Steel Refining}

본 발명은 용강의 정련조업에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전로 정련조업시 기존의 페로실리콘(Fe-Si) 대신 코크스를 이용한 용강의 승온방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강공정은 고로에서 수선된 용선중에 탈류제 또는/및 탈린제를 일정량 취입하여 용선중의 [P],[S]를 낮춘 후, 일정 목표량으로 탈류 또는/및 탈린처리된 용선을 고철과 함께 전로에 장입하고, 전로내의 용선중의 불순물, 특히 [C],[Si]를 태워 제거하므로써 용강을 만드는 일련의 과정으로 이루어진다. 이때, 상기 전로취련조업은 전로의 상부로부터 랜스(lance)를 통해 용선중에 약 99.99%의 순수한 산소를 취입하는 한편 전로 하부를 통해서는 질소 또는 알곤 등의 불활성가스를 취입하여 용선중의 [C],[Si],[Mn] 등을 최종강의 기계적 성질에 맞도록 1차정련한다.

이후, 전로에서 1차정련된 용강은 강 성분의 미세조정 및 청정성을 확보하기 위해 감압정련, 버블링(bubbling)공정, 및 PI(powder injection) 등을 통해 2차 정련공정을 거친다. 2차정련을 거친 용강은 연속주조설비에 의해 반제품인 슬라브를 만든 다음, 열간압연 및 냉간압연을 거쳐 최종제품으로 제조된다.

상기 제강공정중 전로에서의 취련조업을 구체적으로 살펴보면, 전로내에 약 35~45톤의 고철을 장입장치인 슈트(chute)를 통해 먼저 장입후 장입레이들로부터 약 235~245톤의 용선을 장입하고, 장입이 완료되면 랜스를 통해 전로에 산소를 취입하면서 부원료호퍼를 통해 생석회(CaO), 경소백운석(burnt dolomite), 백운석(dolomite)를 투입하여 용선중 [Si],[C],[Mn],[P],[S]를 산화시켜 발생된 가스는 회수하고 산화성개재물은 슬래그 포집하여 정련하는 것이다. 이때 전로내에서 일어나는 주요반응은 다음과 같다.

C: [C]+ ½O₂(g)→CO(g)↑

Si: [Si]+O₂(g)→SiO₂(s)

Mn: [Mn]+ ½O₂(g)→MnO₂(s)

P: 2[P]+ 2½O₂(g)→P₂O₅→4CaO·P₂O₅(s)

S: [S]+CaO→CaS(s)+ ½O₂(g)

취련이 완료된 용강은 전로를 경동하여 수강레이들에 출강하게 된다. 이때, 전로 취련초기(약 20~60%진행시점)에 필요에 따라 냉각제로서 철광석(약 56~57%Fe함유)을 투입한다.

한편, 상기 정련과정을 거쳐 출강되는 1회 출강량은 대략 275±2톤 정도로장입량 290톤 기준시 실수율은 약 94.8%정도가 된다. 다시말해 취련과정에서 산화되어 가스로 배출되거나 슬래그로 포집되는 양은 약 15~17톤 정도가 되는데, 이러한 감모분을 보존하기 위해서는 고철량 및 용선량을 합한 전장입량은 약 290톤을 유지시키고 있다. 그래야만 통상의 제철소에서 목표로 하는 조강생산량을 항상 일정하게 유지할 수 있는 것이다. 그러나, 통상 제강공정에서는 여러가지 작업조건상 항상 일정한 용선이 공급되기는 곤란하다. 즉, 고로로부터 수선된 용선의 공급량은 변동이 있을 수 있으며, 이에 따라 일정한 생산량을 유지하기 위해 용선의 공급량이 부족한 경우에는 전장입량에서 고철비를 뺀 용선비(hot melts ratio;이하, 단지 `용선비')의 변동을 주고 있다.

통상 용선비가 높으면, 즉 전장입량에 대한 고철비가 적은 경우에는 전로의 열원확보에 큰 문제가 없지만, 용선비가 낮으면, 즉 전장입량에 대한 고철비가 높은 경우 전로조업시 열원확보에 어려움이 생겨 과다한 취련을 할 수 밖에 없고 이러한 과취로 인해 전로내에서는 극대한 산화반응으로 용강성분의 불균형이 발생되어 품질저하, 전로연와의 침식증가로 노체수명 단축 등 여러가지 불리한 요소들이 돌출된다. 종래에는 용선비가 낮은 경우 전로내의 열원확보를 위해 승열재로서 Fe-Si를 투입하는 방법을 사용하였다. 그러나, 상기 Fe-Si는 워낙 고가이기 때문에 용강의 열원확보로서는 부적절한 단점이 있다.

이에 본 발명은 전로정련조업시 고가인 페로실리콘 대신 코크스를 사용하면서도 용선비가 낮은 경우에도 용강의 열원을 확보하여 출강목표온도유지를 용이하게 할 수 있는 용강의 승온방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 상취랜스를 통해 산소를 취입하는 취련공정을 포함하는 용강의 전로 정련방법에 있어서,

전체장입량에서 고철비를 뺀 값의 용강에 대한 용선비가 82%이하인 경우 상기 취련의 초기부터 취련 60% 시점에서 용강톤당 3~7Kg 범위의 코크스를 용강중에 투입하여 구성되는 전로정련시 용강의 승온방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

통상의 전로정련조업시 용선의 공급량이 적은 경우 일정한 조강생산량을 유지하기 위해 보통은 고철장입량을 증가시키기 때문에 상대적으로 용선비가 적게 되고 다량의 고철투입으로 인해 취련중 용강의 온도는 크게 하강된다. 특히, 용선비가 82%이하로 되면 이러한 온도 저감현상은 심화되기 때문에 본 발명의 승온방법은 용선비가 82%이하인 용강의 전로조업에 적합하다. 바람직하게는 용선비가 80~82%인 용강의 전로조업에 더 적합하다. 그 이유는 다음과 같다.

통상 취련은 산소를 취입하여 용선중의 불순물을 태워 용강으로 만드는 목적과 용강을 적정 종점온도로 상승시킨후 출강시키는데 목적이 있다. 그런데, 용선비의 차이로 인해 동일한 양의 산소를 취입하는 경우 용강의 온도상승분에 있어 차이가 있다. 예를들면, 290톤의 용강을 장입하는 전로에서 취련시 용강의 온도를 10℃ 정도 상승시키기 위해 필요한 산소취입량은 표1과 같이, 용선비에 따라 차이가 있다.

용선비(%)	80	82	84	86	88	90
산소량(N㎥)	300	280	260	240	220	200

그러나, 산소취련을 하게 되면 필수적으로 용강중의 산소농도가 존재하게 되고. 더욱이, 과다한 취련은 오히려 용강중 산소농도를 크게 상승시켜 제품에 불합리한 요소가 되어 바람직하지 않다. 상기 표1의 경우를 보면 용선비가 80%미만인 용강의 산소취련시 용강온도 10℃상승을 위해서는 산소취입량을 300N㎥이상으로 해야하며, 이 경우 과취로 인한 용강의 종점산소 제어가 곤란함을 알 수 있다. 따라서, 용선비가 낮은 용선의 경우 온도상승을 위해서 그 만큼 취련시간을 길게하면 종점온도의 확보는 가능할지는 모르나 종점산소농도 등 부수적인 요소에 대한 제어가 곤란하게 된다. 일반적으로 용강의 종류에 따라 다르지만, 보통 일반 탄소강의 경우 용강중의 종점산소 농도는 800ppm이하로 관리되고 있다. 이러한 이유로 용선비가 낮은 경우 본 발명의 승온방법이 적합하지만, 다른 취련조건을 고려하여 용선비가 80~82%인 용강에 적용함이 더욱 바람직하다.

한편, 용선비 저하에 따른 용강의 저감온도를 보상하기 위해 본 발명에서는 기존의 Fe-Si승열재 대신 코크스를 이용하는데, 이때 본 발명에 부합되는 코크스는 통상 제철소에서 사용되는 것이면 무방하며, 대표적인 물성을 예로 들면 표2와 같다.

고정탄소	휘발분	전황(S)	회분	발열량	입도
97%이상	1%이하	0.5~0.6%	10%이하	7,000Kcal/Kg	25~100mm

여기서, 본 발명의 코크스 투입시점은 용강의 제취련조건에 변화를 주지 않고 용강의 온도를 적정범위로 상승시키도록 결정되어야 한다. 전로정련조업시 통상 노내 불순원소들이 거의 산화반응이 마무리되는 취련 80% 시점에서 서브랜스(sub-lance)를 가동하여 온도와 잔류탄소를 측정하게 된다. 즉, 용강의 출강 종점 목표온도 및 종점탄소를 정확히 관리하기 위해서 취련 80%시점에서의 온도와 잔류탄소량의 측정이 필요하기 때문이다. 만일 전로취련조업시 취련 80% 시점에서의 탄소농도가 많거나 또는 용강의 온도가 높으면 나머지 취련구간인 취련 80%부터 용강의 성분 및 온도를 정확히 목표종점탄소 및 출강목표온도로 제어하기 위해서 과다한 취련을 할 수 밖에 없게 된다. 따라서, 이러한 과취를 방지하고 또한 투입된 코크스가 전부 용해되어 전로의 열원으로 환원되는 시간을 감안해서 본 발명의 코크스 투입시점은 서브랜스 측정 80%시점 이전, 즉 전로취련개시부터 취련 60%에서 실시함이 바람직하다.

이때, 상기 코크스의 투입량은 용강톤당 3~7Kg 정도 바람직하다. 즉, 보통 용선비가 80~82% 범위인 용강의 승온정도는 약 20~40℃ 정도이면 충분하고, 이러한 열원확보를 위해서는 상기한 범위의 코크스양이면 충분하다.

상기 코크스는 전장입량이 290톤인 용강을 기준으로 용선비가 81%이상 82%이하인 경우 용강에 1톤을 투입하고, 용선비가 80%이상 81%미만인 경우에는 2톤을 투입하는 것이 보다 바람직하다.

상기한 본 발명의 코크스의 투입시기 및 투입량은 용강의 다른 취련조건에 나쁜 영향을 주지 않고 용강의 온도를 적정한 온도범위로 상승시키도록 선정된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

300톤급 전로를 이용하여 일정량의 용선을 5~6회 취련하였다. 이때, 용선은 소강목표탄소량이 0.04%, 소강목표망간량이 0.25%인 일반 열연재(포철산 HW04025E8강종)이었으며, 각각의 용선비는 모두 82%이하였다. 발명예의 경우 취련개시부터 60%시점에서 코크스를 1,430Kg(용강톤당 4.8Kg)정도 투입하였다. 또한, 상기 용강의 취련 80%시점에서 용강온도를 측정하고, 그 때부터 출강목표온도인 약 1630℃로 관리하기 위해 본 발명의 경우 약 3,000N㎥의 산소를, 그리고 비교예의 경우 약 3,900N㎥의 산소를 추가로 취입하였다. 이러한 1차 정련후의 강성분, 평균장입량, 및 용강온도는 하기 표3과 같았다.

실시예	발명예	비교예	비고
생산heat수	6	5
평균장입량(톤/heat)	294.9	294.7
용선비(%)	81.3	81.4
용선조건	P	0.086%	0.087%
	S	0.08%	0.08%
	Si	0.33%	0.34%
측정온도(℃)	취련80%	1534	1505	비교예는 약29℃열원부족
	종점	1634	1632
코크스투입량(Kg)	1430	-

상기 표3에 나타난 바와 같이, 본 발명예의 경우 코크스의 투입으로 인해 취련 80%시점에서의 용강온도가 비교예의 경우보다 약 29℃ 상승되었다. 이에 따라 본 발명예의 경우 최종 종점목표온도까지 100℃를 상승시키기 위해 약 3,000N㎥의 산소가 추가된 반면, 비교예의 경우 최종 종점목표온도까지 127℃를 상승시키기 위해 약 3,900N㎥의 산소가 추가되어 과도한 취련이 실시되었음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전로 정련조업시 전장입량에 대한 고철비가 높아 전로의 열원확보가 곤란한 경우 기존의 Fe-Si 대신 코크스를 적절히 투입하므로써 별도의 설비도입을 요하지 않고도 전로용강의 열원부족을 막고, 용강의 최종출강목표온도를 확보할 수 있어 기존의 품질을 유지하면서도 조강생산량을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상취랜스를 통해 산소를 취입하는 취련공정을 포함하는 용강의 전로 정련방법에 있어서,

   전체 용강장입량에서 고철비를 뺀 값의 용강에 대한 용선비가 82%이하인 경우 상기 취련의 초기부터 취련 60% 시점에서 용강톤당 3~7Kg 범위의 코크스를 용강중에 투입하여 구성됨을 특징으로 하는 전로정련시 용강의 승온방법
2. 제1항에 있어서, 상기 용강은 그 용선비가 80~82%의 범위임을 특징으로 하는 전로정련시 용강의 승온방법
3. 제1항에 있어서, 상기 코크스는 전장입량이 290톤인 용강을 기준으로 용선비가 81%이상 82%이하인 경우 용강에 1톤을 투입하고, 용선비가 80%이상 81%미만인 경우 용강에 2톤을 투입함을 특징으로 하는 전로정련시 용강의 승온방법