KR100349161B1 - 종점탄소 상향을 위한 전로정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종점탄소 상향을 위한 전로 정련방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 용선과 고철을 주원료로 하는 전로 조업에서 취련패턴 또는 부원료인 생석회, 경소백운석(CaO·MgO) 및 소결광의 투입시기 및 양을 적절히 조정하여 용강중 탄소 및 망간, 슬래그를 효과적으로 제어하므로서, 취련중 용철중 인을 안정적으로 슬래그측으로 이동시켜 제거하여 전로 종점에서 인함량을 0.025중량%이하가 되도록 하면서 탄소농도를 0.04중량퍼센트 이상으로 높게 유지하도록 하는 전로정련방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전회 조업의 슬래그를 20-35% 남긴 전로에 전장입량 1톤에 대하여 8-13kg의 생돌로 마이트(Green Dolomite, 주성분이 CaCO₃·MgCO₃)를 투입한 후, 노체를 3-4회 경동시켜 슬래그를 노벽에 코팅하고, 이어서 노체 보호용 생석회를 13-20kg을 투입한 다음 고철을 장입하며, 이후 용선을 장입한 다음, 송산에 의해 노내 용선이 착화되면 생석회와 소결광을 일괄투입하고, 전체 취련시간 30-70%에는 생석회, 경소백운석 및 소결광을 분할투입하며, 취련 80% 전후에는 생석회, 경소백운석을 소량투입하여 종점탄소를 상향하는 조업방법에 있어서, 상기 송산에 의해 착화되면 투입되는 생석회와 소결광은 전장입량 1톤에 대하여 25kg이하(상기 노체보호용 생석회 포함)의 생석회와 3-15kg의 소결광을 단독 또는 복합투입하고, 상기 전체취련 시간 30-70%시점에 투입되는 생석회, 경소백운석 및 소결광은 1종이상 선택적으로 투입되며, 전장입량 1톤에 대하여 생석회는 15kg이하, 경소백운석은 5-15kg을 분할 투입하고, 소결광은 30kg이하 연동투입하고, 전체 취련시간 80-85% 시점에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회, 경소백운석, 소결광을 1종 이상을 선택적으로 각각 1-4kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 종점 탄소 상향을 위한 전로 정련방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

종점탄소 상향을 위한 전로 정련방법

본 발명은 저린(P) 탄소강 제조시 전로 종점 탄소를 상향하는 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 용선과 고철을 주원료로 하는 전로 조업에서 취련패턴 또는 부원료인 생석회 및 경소백운석 또는 냉각재의 투입방법을 변경하므로서 취련중 용철중 인을 안정적으로 슬래그측으로 이동시켜 제거하여 전로 종점에서 인함량을 0.025중량%이하가 되도록 하면서 탄소농도를 0.04중량퍼센트 이상으로 높게 유지하도록 하는 전로정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로조업은 주원료인 용선(hot metal)과 고철(scrap)을 전로에 장입하여 송산과 동시에 노내 용선과 착화(취련개시와 동시에 노내용선과 순산소와 반응에 의해 불이 붙어 화염이 발생되는 현상을 착화라고 함)되면, 부원료인 생석회(주성분인 산화칼슘, CaO 임), 경소백운석(주성분이 산화칼슘 및 산화마그네슘, CaO·MgO 임) 및 소결광(주성분이 산화철임), 형석(주성분이 불화칼슘, CaF₂임)등을 투입하여 용선중 불순원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S), 티탄(Ti)등을 산화 정련에 의해 제거하는 일련의 작업을 통칭한다.

이와같은 전로조업을 통해 얻어지는 용강은 통상 인함량이 0.025중량% 이하가 요구된다. 종래에는 인함량 0.025중량% 이하의 용강을 얻기 위해 용철(용선 및 용강을 통칭하여 사용함)중 탄소를 4.5중량%에서 0.04중량% 이하(통상은 0.025-0.035중량% 임)까지 탈탄하여 왔다.

한편, 통상 전로종점(전로 송산작업이 완료되는 시점을 말함) 탄소가 0.04중량% 이상의 영역에서는 탄소농도가 높아질수록 망간과 인함량이 높아지는 것이 이론적으로 알려져 있고, 실제조업에서의 결과도 같은 경향을 나타낸다.

그러나, 전로 종점 탄소를 0.04중량% 이하로 취련하면, 다음과 같은 문제점이 있다.

용선중 유가금속인 철, 망간등이 지나치게 산화되어 산화물 형태로 슬래그중에 산화철과 산호망간이 증가하여 슬래그량이 증가한다. 그 결과 전로 내화물의 과다 용손과 더불어 용강중 용해산소가 상승한다. 또한 이렇게 하여 만들어진 전로내 용강은 출강시에 다시 수요가의 목표 용강조성을 맞추기 위해 산화제거된 만큼 재투입해야 하고, 또한 이때 각종 합금철의 실수율은 용강중 용해산소의 과다로 낮게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 합금철과 용강중 용해산소와 반응하여 생성하는 산화물(oixdes)은 개재물(inclusion)이 되어 용강의 품질열화를 초래하며, 후공정인 2차 정련 및 연속주조공정을 거치는 동안 각종 노즐막힘의 원인이 되어 생산성은 물론 작업성 악화를 초래하며, 제품에서도 각종 결함을 야기시키는 문제점이 상존하고 있다.

한편, 전로조업시 용철중 인함량을 0.025중량% 이하로 효율적으로 제거하기 위해서는 용철중 탄소, 규소, 망간등의 불순원소와 슬래그중의 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화규소(SiO₂), 산화망간(MnO), 산화철(FeO)등의 산화물농도의 안정적 제어가 필수적으로 해결되지 않으면 안된다.

예를들면, 중탄소강(목표탄소 0.08-0.30중량%의 강)을 제조해야 하는 철강재와 2차 정련공정에서 감압정련해야 하는 철강재는 전로종점탄소를 상향하는 것이 바람직한데, 이는 전로조업에 있어 종점산소가 낮아지고, 슬래그중 산화철함량이 감소하므로 슬래그 발생량이 감소된다. 물론, 출강중에는 탈산재, 가탄재 및 합금철등의 실수율이 높아지며, 개재물 발생량이 감소되어 품질이 향상되므로 원가절감 및 용강 품질 안정화가 크게 개선되는 등의 제강조업에 크게 기여할 수 있다. 또한 전로내화물은 수명이 늘어나고, 출강구 상태가 좋아져서 조업자체가 안정된다.

이것을 탈린(P)에 대한 화학반응식을 통해 살펴보면 다음과 같다.

4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaO·P₂O₅)

여기서, K는 상기 화학반응식의 평형상수로서 온도만에 의존하며, T는 절대온도, a_i는 용철중 i성분의 활동도를 의미한다. 상기 반응식(1) 및 수학식(1)로부터 용강중 인([P])을 제거하기 위해서는 취련시 용철중 인을 슬래그층으로 어떻게 효과적으로 반응시켜 이동시킬 것인가 하는 문제와, 또 취련중 한번 이동되어 슬래그층으로 들어간 인은 취련이 완료될 때까지 다시 용철속으로 들어가지 않도록 해야 하는 필연적 해결과제가 남게 되는데, 지금까지 알려진 전로정련 반응이론에 의하면 불가능한 것으로 되어 있다.

일반적으로 일반용선을 사용하여 전로조업한 경우, 종점탄소가 높으면 종점에서의 0.025중량% 이하의 용강을 안정적으로 제조할 수 없는 것으로 알려져 있다.

용철중 탄소가 높으면 취련시간이 짧아져서 생석회 재화가 미흡해져 충분한 탈린효과를 기대하기 어렵고, 또한 취련중 용철중 탄소와 인은 상반된 야금반응특성에 의해 진행되므로 0.025중량% 이하의 인농도를 만족하는 용강을 제조하기 위한 조업에는 많은 어려움이 내포되어 있다.

취련시 용철중 망간은 융기현상(취련중 탈탄 왕성기의 슬래그중 산화망간의 환원에 의해 용철중 망간농도가 상승하는 현상)을 일으키는 대표적인 원소로서 탄소(산화반응만에 의해 일어나며, 일산화탄소로 되어 노외로 배출됨)와는 달리 산화, 환원반응을 동시에 일으키는 원소이다.

따라서, 동일 취련패턴 조건하에서도 부원료 투입량이나 시기에 따라 망간의 성분거동을 적절히 제어하는 기술이 필수적으로 요구된다. 결론적으로, 용철중 인을 전술의 반응식(1)에 의해 안정적으로 슬래그측으로 존재되도록 하여야 한다. 여기에 착안하여, 취련전과정에서 슬래그 재화에 미치는 부원료 투입방법, 즉 취련중 부원료의 종류, 투입시기 및 양 등을 적절히 조정하면, 그 가능성이 있을 것이다.

이에 본 발명은 상기 가능성을 실현하기 위한 것으로, 그 목적하는 바는 용선과 고철을 주원료로 하는 전로 조업에서 취련패턴 또는 부원료인 생석회, 경소백운석(CaO·MgO) 및 소결광의 투입시기 및 양을 적절히 조정하여 용강중 탄소 및 망간, 슬래그를 효과적으로 제어하므로서, 취련중 용철중 인을 안정적으로 슬래그측으로 이동시켜 제거하여 전로 종점에서 인함량을 0.025중량%이하가 되도록 하면서 탄소농도를 0.04중량퍼센트 이상으로 높게 유지하도록 하는 전로정련방법을 제공하는데 있다.

도 1은 전로조업의 공정도

도 2는 발명예와 비교예의 전로 취련패턴과 부원료 투입 방법을 보이는 그래프

도 3은 발명예와 비교예의 취련중 용철의 성분 거동을 나타내는 그래프

도 4는 발명예와 비교예의 취련완료 시점에서의 용강중 탄소함량과 인함량의 상관관계를 나타낸 그래프

본 발명자는 상기 기존의 문제를 해결하기 위해 두가지 측면에서 해결의 실마리를 풀어가려고 한다. 우선은, 이론적인 측면의 다양한 응용과 실조업의 다양한 활용방법을 완벽히 이해해야 한다는 점과, 또 하나는 전로정련중 일어나는 야금반응에 대한 이해를 단순한 이론만으로는 불가능하므로 실제 조업시에 일어나는 다양한 현상과 각종 재료의 투입 방법 및 취련패턴의 적정화, 전후 처리강종에 대한 조업결과의 이해등의 다양한 응용을 통해 아이디어를 수렴하고자 하였다.

우선, 이론적 접근에 있어서, 상기 수학식(1)에서 a_P를 낮추는 방법 이외에는 없다. 즉, a_P를 낮추는 방법은 슬래그중 산화칼슘과 용철 용해산소의 활동도를 높여 주고, 반응온도(T)를 낮추는 것이다. 이것에 관해 구체적으로 검토해보면 다음과 같은 조건을 만족해야 한다는 사실을 알 수 있다.

첫째, 종점온도는 동일하게 유도하면서 취련중 슬래그의 온도를 어떻게 낮게 관리할 것인가.

둘째, 슬래그중 염기도((CaO 중량%)/(SiO₂중량%))를 어떻게 높일 것인가.

셋째, 슬래그중 철산화물 함량을 어떻게 높게 유지시켜 종점까지 유도할 것인가.

넷째, 취련증기(탈탄왕성기)에 슬래그중 산소 포텐샬(Oxygen Potential)을 어떻게 높게 유지시킬 것인가.

다섯째, 취련중 용철중 산소와의 친화력이 강한 망간을 어떻게 낮게 유지되도록 할 것인가.

단, 상기 조건을 만족시키기 위해 생석회를 다량 투입하여 염기도를 상승시키는 방법은 바람직하지 않으며, 오히려 적정염기도를 확보하여 생석회 투입량을 줄이면서 소기의 목적이 달성되도록 아이디어를 수렴하는 것으로 방향을 접근하였다.

그 이유는, 전로조업시 취련중 생석회 다량 투입은 여러 가지 문제가 생긴다. 예를들면, 생석회는 융점이 2570℃로서(통상 취련시 노내온도가 1200-1730℃ 범위임) 고융점 산화물이므로 취련중 조기 슬래그 재화(투입한 부원료가 슬래그화되는 현상)가 곤란하다. 이의 해결은 매용제인 형석을 다량 투입해야 한다. 그러나, 설령 고염기도 슬래그가 확보된다고 해도 슬래그량이 증가되어 출강중에는 슬래그 발생량 증가로 인해 노구로부터 슬래그가 넘쳐 복린의 원인이 되거나 노하에 흘러내려 화재 및 재해의 원인이 될 수 있다. 한편, 취련초기에 생석회 투입과다로 슬래그층의 재화시간이 늦어지면 스피팅(송산젯트에 의해 용철이 튀는 현상)으로 인해 랜스 및 노구 지금 부착으로 인해 작업성을 악화시키거나, 특히 취련 33% 또는 67% 시점전후에서 슬로핑(전로내 슬래그가 노구로 분출되는 현상)으로 인해 작업성 및 공해문제가 다발할 위험이 높다.

본 발명자는 이같은 사정을 고려하여 본 발명을 제안하게 되었는데, 본 발명은 상기 용강중 인을 제거하기 위한 a_P를 낮추는 다섯가지 조건을 응용하고, 또한 실제 전로조업에서의 순간순간의 격렬한 화학반응 현상을 효과적으로 활용한다는 점에 착안한 것이다.

이같은 착안에 의해 제안하게된 본 발명은 전회 조업의 슬래그를 20-35% 남긴 전로에 전장입량 1톤에 대하여 8-13kg의 생돌로 마이트(Green Dolomite, 주성분이 CaCO₃·MgCO₃)를 투입한 후, 노체를 3-4회 경동시켜 슬래그를 노벽에 코팅하고, 이어서 노체 보호용 생석회를 13-20kg을 투입한 다음 고철을 장입하며, 이후 용선을 장입한 다음, 송산에 의해 노내 용선이 착화되면 생석회와 소결광을 일괄투입하고, 전체 취련시간 30-70%에는 생석회, 경소백운석 및 소결광을 분할투입하며, 취련 80-85%에는 생석회, 경소백운석을 소량투입하여 종점탄소를 상향하는 조업방법에 있어서,

상기 송산에 의해 착화되면 투입되는 생석회와 소결광은 전장입량 1톤에 대하여 25kg이하(보호용 생석회포함)의 생석회와 3-15kg의 소결광을 단독 또는 복합투입하고, 상기 전체취련 시간 30-70%시점에 투입되는 생석회, 경소백운석 및 소결광은 1종이상 선택적으로 투입되며, 전장입량 1톤에 대하여 생석회는 15kg이하, 경소백운석은 5-15kg을 분할 투입하고, 소결광은 30kg이하 연동투입하고, 전체 취련시간 80-85% 시점에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회, 경소백운석, 소결광을 1종 이상을 선택적으로 각각 1-4kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 종점 탄소 상향을 위한 전로 정련방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

일반적으로, 전로조업은 (취련작업준비단계)→(주원료 장입단계)→(취련작업)→(출강단계)→(배재단계)의 순으로 구성된다. 이의 개략적인 작업 공정도를 도 1에 나타내었다. 전로조업은 매회 도 1과 같이 반복된 작업으로 이루어진다.

본 발명에서는 상기 취련작업 준비단계에서 전회 조업한 총 슬래그에 대하여 20-35중량%를 남기고, 전로내 슬래그의 냉각 및 내화물의 침식을 방지할 목적으로 생백운석(주성분인 CaCO₃·MgCO₃임)을 전량입량(용선과 고철을 합한 무게임)에 대하여 8-13kg 투입하여 노체(爐體)를 3-4회 반복 경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅(Coating)하고, 다음 단계의 주원료 장입시 노벽을 보호하기 위해 생석회를 전장입량 1톤에 대하여 13-20kg를 투입한다.

본 발명에 있어, 상기 전회 조업의 전로내 슬래그에 생백운석를 투입하는 것은 열분해시 흡열반응과 동시에 이산화탄소 발생에 의해 슬래그 혼합 및 냉각능이 우수하므로 단시간에 슬래그 코팅이 신속하게 되도록 하는 것이다. 즉, CaCO₃·MgCO₃→ CaO·MgO + CO₂(가스)의 화학반응이 일어난다.

또한, 본 발명에서는 주원료 장입단계에서 주원료인 고철을 노내에 장입하고 2회 정도 노체를 경동한 후 용선을 전로내에 장입한 다음, 송산용 랜스가 내려오면서 순산소를 불면 취련이 개시된다.

본 발명에서 노내 주원료를 장입한 후 취련작업 단계에서 송산을 개시하여 용선이 착화되면 생석회 또는/및 소결광을 일괄투입하며, 이때 각각의 투입량은 전장입량 1톤에 대하여 0-25kg 및 3-15kg 범위로 투입함이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

상기 생석회는 용선규소(Si)가 0.2중량% 이하일 때, 준비단계의 노벽슬래그 코팅을 위해 투입된 생백운석 및 보호용 생석회만으로 취련초기 슬래그 염기도가 2이상 확보되는데도 추가 투입하게 되면, 스피팅에 의한 랜스 지금 부착문제가 생기기 때문에 이런 경우에는 첨가하지 않을 수도 있고, 25kg 초과하여 투입하면 재화성 불량으로 슬로핑 문제가 생겨 작업성이 나빠진다. 그리고, 상기 소결광은 3kg 미만 투입하면 취련초기 슬래그중 산화철 농도가 부족하여 고산소 포텐샬의 저융점 슬래그를 유도하는데 불리하고, 15kg을 초과하여 투입하면 슬래그 냉각이 심하여 슬로핑 유발의 위험성이 내포되어 있다. 이같이 착화후 생석회 및 소결광을 적정범위로 투입하면 슬래그 저온화와 동시에 재화가 촉진되어 적정 슬래그 염기도가 확보됨에 따라 종래에 비해 탈망간 및 탈린이 촉진되어 안정적으로 용철중 인이 감소되어 탈린효과가 좋아진다.

또한, 본 발명에서는 취련중기(취련시간 30-70% 시점)에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회는 0-15kg, 경소백운석은 7-15kg을 분할투입하고, 소결광은 0-30kg 연동투입하는데 이 시기에 반드시 1종류 이상을 선택적으로 투입해야 하며, 각각의 설정된 범위로 투입함이 요구된다.

그 이유는 앞서 설명한 취련초기의 생석회 및 소결광 투입범위에서의 얻어진 용철중 인과 망간이 효과적으로 제거되어 슬래그내에 안정한 인화합물 및 산화망간으로 계속하여 존재되도록 하는데 이 시점에 이들 부원료를 투입하면 왕성한 탈탄반응에 의해 생성된 일산화탄소(CO)에 의해 슬래그층 산화철이 환원되지 않도록 취련중에 투입하면 송산젯트에 의해 생석회, 경소백운석 및 소결광 입자가 슬래그내에 혼입됨에 따라 고정시키거나 산소포텐샬을 공급함과 동시에 슬래그 저온화로 인해 산화철 및 산화망간의 환원이 억제되고, 인화합물은 안정한 화합물로 존재하게 된다. 상기 생석회, 경소백운석, 소결광이 전부 첨가되지 않거나, 하한치 미만으로 투입되면, 슬래그의 고온화로 인해 슬래그의 점도가 지나치게 낮아져 슬래그중 산화철 및 산화망간이 일산화탄소와 슬래그/용철간 계면에서의 반응(즉, FeO + CO = Fe + CO₂, MnO + CO = Mn + CO₂)에 의해 인화합물의 불안정 및 적정 산소포텐샬 부족으로 인한 복린 및 복망간현상이 일어나는 문제점을 안고 있다. 반면에 생석회, 경소백운석 및 소결광을 상기 상한치를 초과하여 투입하면 부원료가 과잉투입됨으로써 야기되는 슬래그 재화율 저하로 스피팅에 의해 랜스 지금 부착이 유발되어 작업성을 해치는 문제점이 있고, 소결광을 과잉 투입하면 열원부족으로 인해 취련 완료시점에 적정탄소를 확보하는데 문제점을 안고 있다.

한편, 상기의 취련 30-70% 시점에서 투입되는 생석회, 경소백운석 및 소결광은 그 투입방법이 중요하다. 즉, 상기 생석회 및 경소백운석은 전장입량 1톤에 대하여 1회당 2-3kg를, 소결광은 분당 3-7kg를 분할투입하는 것이 바람직하다. 그 이유는 생석회 및 경소백운석을 너무 느리게 투입하는 경우에 초기 슬래그중 생성된 인화합물 및 산화망간을 안정적으로 고정시켜 줄 수가 없고, 너무 빠르게 투입하면 슬래그의 온도가 너무 낮아 슬래그화에 불리하여 효과적인 탈린반응 유도가 곤란하다. 또한 소결광을 과잉 투입하게 되면 저온으로 인한 종점 온도 제어는 물론 슬래그중 산화철의 과잉 존재로 출강실수율이 저하는 문제점이 있다.

또한, 본 발명에서는 취련말기(취련시간 80-85% 시점)에는 생석회, 경소백운석 및 소결광중 1종류 이상을 선택적으로 투입하고, 그 투입량은 전장입량 1톤에 대하여 각각 1-4중량% 범위로 투입함이 바람직하다.

그 이유는 이 시점에 이들 부원료를 투입하지 않으면 취련 80-85% 이후 슬래그중에 산화철 및 산화망간이 생성되면서 반응식(1)에 의해 생성된 인화합물을 안정적으로 고정화시키지 못하여 종점 인함량의 재현성이 미흡하여 간혈적으로 격외 발생의 요인이 된다는 문제점이 있고, 과다 투입하게 되면 단시간내 재화가 되지 않아 야금반응특성에 기여하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 취련작업 단계에서는 송산에 의해 노내 용선이 착화되면, 바로 이어서 생석회, 소결광을 투입한다. 그리고, 취련시간 85-90% 시점에서 서브랜스(sublance)를 이용, 용강중 탄소함량을 예측하고, 온도를 측정하여 목표하는 종점온도를 조정해야 하므로 적정량의 냉각재를 추가로 투입함으로써 취련작업은 완료된다.

취련종료후에는 출강하여 용강조성 조정용 탈산재, 합금철 및 가탄재등을 투입하며, 출강이 완료되면 노내에 남아있는 슬래그의 65-80% 버리는 배재작업을 하면, 일련의 전로조업이 끝난다.

이상과 같은 취련 작업에 있어서는 취련 전과정을 통하여 적정한 투입시기에 적정한 부원료를 적정량 투입하여야 함이 매우 중요하다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명은 정련시 부원료 투입 방법에 특징이 있는데, 이러한 특징은 300톤 복합전로 조업에서 가장 잘 보이지만 여기에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

전회조업한 총 슬래그(40-45톤)중 20-35중량%를 남긴 전장입량(고철과 용선을 합한 무게) 300톤 복합 전로에 생백운석을 전장입량 1톤에 대하여 7-15kg을 투입하여 노체를 3-4회 반복 경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 다음, 생석회 13-14kg을 노내 투입하였다. 이어서 주원료인 고철을 전장입량의 15중량% 를 장입하고 노체를 2회 경동한 후, 하기표 1의 성분을 갖는 용선을 85중량% 를 장입하였다.

탄소	규소	망간	인	유황	티탄
4.4-4.6	0.15-0.67	0.23-0.52	0.075-0.125	0.003-0.025	0.035-0.083

그리고, 전로 상부로부터 랜스가 하강하면서 송산이 개시된다. 이때 송산에 의해 용선이 착화되면, 생석회는 전장입량 1톤에 대하여 0-15kg을, 소결광은 6-12kg을 일괄 투입하였다.

취련중기에는 생석회, 경소백운석 및 소결광을 적정량 분할 투입하였고, 80% 시점에는 생석회, 경소백운석 및 소결광을 각각 2-3kg을 노내 상황에 따라 적정량 선택하여 일괄 투입한다. 취련시간의 85-90% 시점에는 서브랜스(sublance)를 이용, 용철의 온도측정 및 탄소함량을 예측하고, 온도가 높을때에는 냉각재를 적정량 투입하고, 낮을때는 송산량을 늘여 온도를 맞췄다.

본 실시예에서 사용한 각종 부원료에 대한 조성 분석치는 하기표 2에 나타내었다.

구분	산화칼슘	산화마그네슘	철분	산화망간	산화규소	산화알미늄	산화티탄	불화칼슘	탄소	유황
생석회	92.50	2.20	0.39	-	0.92	0.30	-	-	-	-
생돌로마이트	30.73	20.99	-	-	0.58	0.17	-	-	-	-
갱소백운석	56.16	38.80	0.60	-	1.40	0.51	-	-	-	-
형석	-	-	-	-	13.54	-	-	83.86	-	-
소결광	8.42	1.24	48.294	0.42	4.54	1.56	0.17	-	2.60	0.034

상기표 2의 생석회 및 소결광 투입시 종래방법인 비교예의 경우에는 노내 용선이 착화되면, 즉시 용선의 규소함량에 관계없이 생석회를 전량 일괄 투입하고, 취련 30-70% 시점에는 소결광만을 연속 분할 투입하였다.

본 발명의 방법인 발명예의 경우에는 노내용선이 착화된 즉시 용선중 규소함량에 따라 투입해야 할 양은 전장입량 1톤에 대하여 생석회는 5kg으로 하고, 소결광은 착화와 더불어 3-15kg을 투입하였다. 경소백운석은 착화직후에는 투입하지 않고, 취련 30-70% 및 80% 시점에 적정량을 효과적으로 투입하였다.

도 2는 본 실시예의 취련시 송산유량, 랜스높이에 대한 취련패턴과 취련시간에 따른 본 발명과 비교예의 생석회, 경소백운석 및 소결광 투입시기 및 양을 나타낸 것이다.

상기한 바와같은 방법에 의해 정련하면서, 하기표 3은 부원료의 투입시기 및 투입양에 따른 용강의 성분변화을 측정하여, 그 결과를 하기표 3에 나타내었다. 하기표 3의 발명예는 비교예 3의 착화직후 생석회는 투입량과 시점이 동일하고, 소결광은 투입시기만 변경시켰을 때 인함량을 조사한 결과이다. 비교예는 종래 조업방법으로 취련초기에는 생석회를 전량 투입함과 동시에 생석회 투입량을 변경시켜, 취련중기에는 소결광만을 연동투입한 것이다.

구분	번호	부원료 투입시기 및 양(kg/톤)	용강성분(중량%)
		착화직후	취련 30-70%	취련 80%	취련 80%	취련종료
		생석회	소결광	소결광	소결광	탄소	인	탄소	인
비교예	1	0	-	20	-	0.35	0.036	0.031	0.016
	2	5	-	20	-	0.26	0.035	0.025	0.021
	3	10	-	20	-	0.39	0.038	0.033	0.016
	4	15	-	20	-	0.42	0.039	0.055	0.023
	5	20	-	20	-	0.29	0.032	0.037	0.015
	6	25	-	20	-	0.40	0.027	0.021	0.014
발명예	1-1	5	3	15	2	0.33	0.021	0.056	0.011
	1-2	5	6	13	2	0.52	0.015	0.067	0.013
	1-3	5	9	10	2	0.63	0.017	0.095	0.015
	1-4	5	12	7	3	0.35	0.025	0.053	0.009
	1-5	5	14	5	3	0.43	0.018	0.132	0.015
	1-6	5	15	3	3	0.58	0.021	0.083	0.014

상기표 3에서 알 수 있는 바와같이, 비교예의 결과를 보면 80% 시점에서 탄소 0.26-0.42중량%일 때 인이 0.027-0.039중량%로 높고, 종점에서는 탄소가 낮은 0.021-0.055중량%에서 인함량은 0.015-0.023중량%로 불안함을 알 수 있다. 이렇게 되면 출강중 전로슬래그에 의한 복린(통상 0.002-0.004중량%가 상승)을 감안한다면, 수요가의 요구강종의 인함량이 0.025중량% 이하인 경우에 안정적으로 생산하기 어렵다. 반면에 발명예의 결과는 취련시간 80%에서 탄소농도 범위가 0.33-0.63중량%로 비교예와 유사한데도 불구하고 인은 0.015-0.025중량% 로 안정되어 있고, 취련종점에서는 탄소 0.053-0.132중량% 영역에서도 인은 0.009-0.015중량%로 더욱 안정되어 있음을 확인할 수 있다. 이와같이 발명예는 취련시 안정적인 인함량을 제어함으로써 출강중 복린(통상 0.001-0.002중량% 상승)을 감안하더라도 안정적인 생산이 용이함을 확인할 수 있었다.

실시예 2

본 실시예는 상기 실시예 1의 전로 조업방법과 동일하고, 발명예의 실시예로서 취련시 동일한 소결광의 투입량과 투입시기가 동일한 경우, 생석회량만을 변경시켰을 때의 용강성분을 조사한 것이다. 그 결과는 하기표 4에 나타낸 바와같다.

구분	번호	부원료 투입시기 및 양(kg/톤)	용강성분(중량%)
		착화직후	취련 30-70%	취련 80%	취련 80%	취련종료
		생석회	소결광	생석회	소결광	소결광	탄소	인	탄소	인
발명예	2-1	25	10	5	10	3	0.35	0.023	0.082	0.008
	2-2	20		8		2	0.43	0.016	0.128	0.013
	2-3	15		8		2	0.33	0.013	0.057	0.009
	2-4	15		12		2	0.49	0.012	0.134	0.009
	2-5	10		13		2	0.45	0.014	0.159	0.011
	2-6	10		13		1	0.40	0.015	0.078	0.007
	2-7	5		15		1	0.38	0.015	0.095	0.012

상기표 4에서 알수 있는 바와같이 생석회 투입량을 변경시켰을 때, 즉 전장입량 1톤에 대하여 생석회를 착화직후에 0-25(kg)을 투입하고, 취련시간 30-70%에서 5-15kg을 투입하였을 때 취련시간 80%에서 탄소가 0.33-0.48중량% 인데도 불구하고 인은 0.012-0.016중량% 로 낮게 안정되어 있고, 취련종점에서는 탄소 0.057-0.159 중량% 영역에서도 인은 0.008-0.013중량% 로 매우 안정되어 있음을 확인할 수 있었다.

실시예 3

본 실시예는 상기 실시예 1의 전로 조업방법과 동일하고, 본 발명의 실시예로서 착화직후에는 생석회와 소결광의 투입방법은 동일하게 적용하고, 취련시간 30-70% 및 80% 에 경소백운석 및 소결광의 투입량을 변경하고, 취련시간 80% 에서는 경소백운석 투입량을 변경시켜 가면서 실시했을때의 용강성분을 조사한 것이다. 그 결과를 하기표 5에 정리하여 나타내었다.

구분	번호	부원료 투입시기 및 양(kg/톤)	용강성분(중량%)
		착화직후	취련 30-70%	취련 80%	취련 80%	취련종료
		생석회	소결광	경소백운석	소결광	경소백운석	탄소	인	탄소	인
발명예	3-1	10	10	5	15	1	0.52	0.020	0.162	0.016
	3-2			7	30	2	0.43	0.015	0.092	0.013
	3-3			10	8	4	0.32	0.012	0.075	0.011
	3-4			12	20	3	0.29	0.014	0.061	0.009
	3-5			13	25	2	0.45	0.020	0.055	0.010
	3-6			15	10	1	0.33	0.016	0.068	0.012
	3-7			18	5	3	0.55	0.017	0.077	0.015
	3-8			20	3	1	0.42	0.018	0.127	0.013

상기표 5에서 알 수 있는 바와같이 착화직후에 전장입량 1톤당 생석회와 소결광을 각각 10kg 씩 투입하였다. 취련시간 30-70% 에 경소백운석은 5-20kg을, 소결광을 3-30kg을 투입하였으며, 취련 80% 시점에는 경소백운석을 1-5kg을 투입하였다. 그 결과, 취련시간 80%에서 탄소가 0.29-0.55중량% 인데도 불구하고 인은 0.012-0.020중량%로 낮게 안정되었으며, 종점에서는 탄소 0.055-0.162중량% 영역에서 인은 0.009-0.016% 로 안정되어 있음을 확인할 수 있었다.

실시예 4

상기 실시예 1-3에서 조사한 결과, 착화직후 생석회 및 소결광 투입방법에 대한 효과가 확인되었고, 또한 취련시간 30-70% 시점 및 80% 시점에서의 생석회, 경소백운석 및 소결광을 연동투입 및 일광투입한 결과 취련 80% 시점 및 종점에서의 탄소농도별 인함량의 상관성을 살펴본 결과 비교예에 비교해서 우수한 탈린효과가 입증되었다.

따라서, 본 실시예에서는 앞서 행한 실시예와 전로 조업방법은 기본적으로 동일하게 하고, 취련시간 단계별로 생석회, 경소백운석 및 소결광 투입방법이 적정하다고 생각되는 양을 임의로 선정하여 적용하였을때의 용강성분을 조사하였다. 그 결과를 하기표 6에 정리한 바와 같다.

구분	번호	부원료 투입시기 및 양(kg/톤)	용강성분(중량%)
		착화직후	취련 30-70%	취련 80%	취련 80%	취련종료
		생석회	소결광	생석회	경소백운석	소결광	생석회	경소백운석	소결광	탄소	인	탄소	인
발명예	4-1	3	5	15	7	10	3	2	3	0.44	0.020	0.055	0.007
	4-2	5	8	12	7	5	2	2	2	0.39	0.015	0.078	0.013
	4-3	8	6	12	15	-	2	-	-	0.37	0.014	0.132	0.011
	4-4	12	8	9	13	-	3	-	2	0.52	0.017	0.214	0.012
	4-5	15	10	4	10	-	2	-	3	0.44	0.015	0.085	0.008
	4-6	3	12	3	8	-	3	-	-	0.39	0.014	0.065	0.007
	4-7	8	12	8	15	-	2	3	-	0.56	0.012	0.148	0.014
	4-8	12	15	-	10	25	1	-	1	0.45	0.013	0.129	0.010
	4-9	15	3	3	12	15	2	1	-	0.56	0.014	0.093	0.011
	4-10	20	8	-	10	30	-	-	2	0.49	0.015	0.152	0.013

상기표 6에서의 취련중 생석회, 경소백운석 및 소결광의 투입방법은 다음과 같다. 착화직후에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회 3-20kg 과 소결광 3-15kg을 투입하고, 취련시간 30-70% 에는 생석회 3-15kg, 경소백운석 7-15kg 및 소결광 0-30kg을 1종류 이상 선택적으로 분할 투입하였다. 그리고 취련 80시점에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회, 경소백운석 및 소결광을 각각 1-3kg을 1종류 이상 선택적으로 투입하였다.

상기표 6의 용강성분 분석결과를 보면, 취련시간 80% 시점에서의 탄소는 0.37-0.56중량%의 고탄소영역에서 인은 0.012-0.020중량%로 낮게 안정되어 있고, 취련종점에서는 탄소 0.055-0.214중량% 영역에서 인은 0.007-0.014% 로 매우 안정되어 있음을 확인할 수 있었다.

상기 실시예 1-4에 있어서 취련시간 30-70% 에 투입되는 생석회, 경소백운석 및 소결공의 투입방법에 대해 정리하면, 생석회 및 경소백운석은 전장입량 1톤에 대하여 1회에 1-4kg을, 소결광은 분당 3-7kg을 연동투입하는 것이 좋다. 단, 이때 생석회, 경소백운석 및 소결광은 반드시 1종류이상을 투입해야만 한다.

상기의 실시예 1-4로부터 입증되었듯이 발명예의 투입방법이 비교예에 비해 어떠한 경우이든 취련시간 80% 및 종점에서 탄소농도 범위에 관계없이 안정된 인의 거동과 재현성있는 종점 인을 확보할 수 있음이 확인되었다. 이로 인해 비교예 대비 종점탄소를 높게 취지하더라도 종점 인이 종래에 대해 낮게 얻어짐에 따라 전로 취련시 종점 탄소 상향이 가능함이 입증되었다.

전술한 실시예 1-4에서 취련을 행할시 서브랜스를 이용하여 취련시간에 따른 용철시료를 채취하였으며, 분석한 성분결과에 대한 비교예와 발명예의 취련시간에 따른 전형적인 용철성분 거동을 도 3에 도시하였다. 도 3(a)에 탄소농도를, 도3(b)에 망간농도를, 도 3(c)에 인농도를 나타내었다. 여기서 발명예와 비교예의 취련중 경시변화에 대한 각성분의 거동은 어떠한 경우이든 거의 동일한 경향인 도 3과 같이 나타났다.

탄소는 도 3(a)에 나타낸 바와같이 취련 70% 까지는 비교예가 높게 나타나다가 이후에는 발명예가 높으며, 망간은(도3b) 취련 75% 까지는 비교예가 높게 나타나다가 이후에는 발명예가 높게 나타났다. 한편 인은 (도 3c)발명예의 경우가 취련 전 과정에서 낮은 값을 나타내고 있다. 본 발명의 경우, 탄소 및 망간농도가 취련개시에서 취련 70-75% 시점까지 낮은 것은 취련초기 생석회가 비교예 대비 적은 양이 투입되어 슬래그화율이 높아지고, 산소원인 소결광을 취련초기에 일괄 투입함으로써 탈탄 및 탈망간 반응이 촉진된 결과이다. 즉, 발명예와 비교하여 비교예는 취련 20% 시점부터 복망간현상이 현저하며, 이 효과가 탈린반응에 유리하게 작용한다. 이와같이 본 발명의 경우는 취련시간 30% 이내 영여게서 인함량이 0.025% 이하로 제어가능하게 된다.

상기 도 3에서와 같이 발명예의 경우가 취련시 용철중의 인의 거동이 고탄소 영역에서도 복린현상이 거의 없이 제어가능함을 입증해주고 있는 반면 비교예는 취련 30%-70% 사이에 복린현상이 나타나므로 종점탄소를 높게 유지하면서 인을 낮게 제어하는 것은 불가능하다는 사실이 입증되었다. 이렇게 됨으로써 발명예의 경우는 취련중 탄소농도에 무관하게 0.025중량% 이하의 인함량의 용강을 안정적으로 제조할 수 있음을 제공해주고 있다.

이상으로부터 본 발명은 주어진 취련패턴하에서 취련중 부원료인 생석회, 경소백운석 및 소결광의 적절한 공급에 따라, 특히 취련개시-70% 까지 슬래그 온도를 보다 낮게 유지시키면서 슬래그의 산화철 함량 및 염기도를 높게 유지되도록 함에 따라 슬래그의 산소포텐샬이 상승하여 이미 생성된 인화합물을 슬래그중에 안정적으로 존재시켜 0.025중량% 이하의 인함량을 지속 유지시키면서 탄소함량 0.04중량% 이상의 용강을 안정적으로 제조할 수 있음을 입증해주었다.

도 4는 실시예 1-4에서 얻어진 취련 종점에서의 용강중 탄소함량과 인의 상관관계를 도시한 것으로 비교예의 경우에는 탄소함량이 높을수록 인이 상승하며, 동일 탄소함량에서도 인함량은 비교예에 비해 발명예의 경우가 현저히 낮다. 이는 취련초기 산소가스가 용철중 인과 반응하여 제거되어 생성된 인산화물이 투입된 생석회 및 소결광의 투입효과에 의해 취련시간과 더불어 안정하게 슬래그중에 존재하고, 투입한 생석회의 슬래그화율이 높아진 결과를 반영하고 있다. 또한 취련 30% 이후에도 초기에 생성되었던 인산화물 및 산화망간이 연속분할투입된 생석회, 경소백운석 및 소결광에 의해 슬래그층의 저온화, 적정 산소포텐샬의 유지와 더불어 적정 염기도를 확보해줌으로써 안정적으로 고정시킨 효과 때문에 발명예의 경우가 비교예에 비해 동일한 취련종점 탄소함량에서도 인함량을 현저히 낮출 수 있는 조건을 제공하고 있음을 입증하고 있다.

한편, 도 3에서와 같이 취련 30% 이후에 0.025중량% 이하의 안정된 인함량의 제어에 의해 얻어진 결과에 대해, 도 4에서 재확인할 수 있듯이 발명예의 경우는 0.04중량% 이상의 탄소영역에서도 0.025중량% 이하의 인함량을 갖는 용강을 안정적으로 제조할 수 있음을 입증하고 있다.

따라서 전로조업은 취련 전과정에서 생각할 수 있는 전로자체의 형상, 취련패턴(랜스높이 및 송산패턴), 전회조업여건 등을 활용하면, 용철중 인을 슬래그측으로 안정적으로 이동시킬 수 있고, 한번 이동된 인산화물은 종점까지 효과적으로 지속시킬 수 있음을 확인한 것이다. 특히 복합취련전로는 상취전로에 비해 취련중 용철의 교반력이 강력하여 용철중 탄소, 인, 망간의 거동은 물론 노내 슬래그중 산화철의 거동 특성이 상취 전로와 전혀 다르다.

상술한 바와같이 본 발명은 각 취련단계별로 생석회, 경소백운석 및 소결광의 적절한 투입시점, 양 및 방법을 도출하므로서 용철 및 슬래그의 산소포텐샬과 생석회, 경소백운석의 슬래그 재화율을 높게 유지할 수 있고, 취련중 슬래그의 온도를 낮게 제어할 수 있어 산화칼슘의 활동도를 높여주는 역할을 한 결과, 종점 탄소의 상향과 더불어 인의 함량이 0.025중량% 이하인 어떠한 탄소강도 안정적으로 제조하게 됨에 따라 종점산소가 낮아진다. 또한 종점탄소가 상향되면 종점산소가 낮아지고 슬래그중 산화철 농도가 감소되어 슬래그 발생량 저감, 출강실수율 향상, 전로내화물 수명향상, 출강중 투입하는 알미늄, 가탄제 및 합금철등의 사용량 절감, 용강의 고청정화 및 연연주비 증가에 따른 생산성 향상, 용강 품질향상과 같은 효과가 있다. 비교예의 종래조업에 비해 본 발명에 의해 조업하면 투입한 부원료의 재화율이 향상되므로 생석회, 경소백운석, 형성, 진정제 등의 투입량 절감효과는 물론 슬래그의 염기도 및 산화마그네슘 확보가 용이하므로 노체 내화물 수명이 연장되는 효과도 있다.

Claims (2)

1. 전회 조업의 슬래그를 20-35% 남긴 전로에 전장입량 1톤에 대하여 8-13kg의 생돌로 마이트를 투입한 후, 노체를 3-4회 경동시켜 슬래그를 노벽에 코팅하고, 이어서 노체 보호용 생석회를 13-20kg을 투입한 다음 고철을 장입하며, 이후 용선을 장입한 다음, 송산에 의해 노내 용선이 착화되면 생석회와 소결광을 일괄투입하고, 전체 취련시간 30-70%에는 생석회, 경소백운석 및 소결광을 분할투입하며, 취련 80% 전후에는 생석회, 경소백운석을 소량투입하여 종점탄소를 상향하는 조업방법에 있어서,

   상기 송산에 의해 착화되면 투입되는 생석회와 소결광은 전장입량 1톤에 대하여 25kg이하의 생석회(상기 노체보호용 생석회 포함)와 3-15kg의 소결광을 단독 또는 복합투입하고, 상기 전체취련 시간 30-70%시점에 투입되는 생석회, 경소백운석 및 소결광은 1종이상 선택적으로 투입되며, 전장입량 1톤에 대하여 생석회는 15kg이하, 경소백운석은 5-15kg을 분할 투입하고, 소결광은 30kg이하 연동투입하고, 전체 취련시간 80-85% 시점에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회, 경소백운석, 소결광을 1종 이상을 선택적으로 각각 1-4kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 종점탄소 상향을 위한 전로 정련방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 전체 취련시간 30-70% 시점에서의 생석회, 경소백운석은 전장입량 1톤에 대하여 1회당 2-3kg을 분할투입, 소결광은 전장입량 1톤에 대하여 분당 3-7kg 를 연동투입함을 특징으로 하는 종점탄소 상향을 위한 전로 정련방법