KR100354298B1 - 전로취련중 슬로핑 억제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로취련중 슬로핑억제방법에 관한 것으로, 특히 전로취련 4분까지 분출속도와 랜스높이(h)를 일정하게 유지하여 약교반을 유도하는 제1단계와; 전로취련 4분에서 5분까지 제1단계의 분출속도를 그대로 유지한 상태에서 랜스높이(h)를 낮추어 제1단계보다 높은 교반력을 유도하는 제2단계와; 전로취련 5분에서 9분까지 제2단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 제2단계의 분출속도를 감소시켜 제1단계보다 낮은 교반력을 유도하는 제3단계와; 전로취련 9분에서 10분까지 제3단계의 분출속도를 그대로 유지한 상태에서 랜스높이(h)를 낮추어 제3단계보다 높은 교반력을 유도하는 제4단계와; 전로취련 10분에서 15분까지 제4단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 분출속도를 증가시켜 제4단계보다 높은 교반력을 유도하는 제5단계와; 전로취련 15분부터 제5단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 제5단계의 분출속도를 감소시켜 제5단계보다 낮은 교반력을 유도하는 제6단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 전로취련중 슬로핑억제방법에 관한 것이다.

Description

전로취련중 슬로핑억제방법{A DEPRESSION METHOD OF SLOPPING DURING BLOWING PERIOD}

본 발명은 전로취련중 슬로핑억제방법에 관한 것으로, 특히 전로작업시 로내의 슬래그와 용철의 효율적인 반응을 유도하기 위한 취련중 랜스높이와 분출유량을 다단계로 제어함으로써 슬로핑현상을 억제하는 전로취련중 슬로핑억제방법에 관한것이다.

일반적으로, 전로조업에서는 주원료인 용선과 고철을 전로에 장입한 후, 산소를 불어넣어 용선중의 탄소, 규소, 망간, 인, 유황, 티탄 등의 불순원소를 산화제거하게 된다.

이때, 불순원소의 안정적 제거를 위하여 슬래그가 필요하며, 이는 취련중 투입하는 부원료(생석회, 형석, 백운석, 소결광등)에 의하여 소정의 용강을 제조한다.

그리고, 전로에 장입되는 용선은 일반적으로 탄소함량이 4.5중량%이나 산소를 불어 넣으면 탄소함량이 0.05중량% 전후의용강이 제조된다.

또한, 용선중에는 약0.4중량%의 규소와 함께 약0.1중량% 전후의 인을 함유하고 있으며, 분출과 더불어 우선적으로 규소가산화되고 뒤이어 망간, 인 등이 산화되고, 산화되어 생성된 인화합물은 불안정하기 때문에 투입된 생석회와 반응시켜 안정된 산화물의 형태로 슬래그화하여 제거한다.

따라서, 용선중 규소는 취련중 슬래그 생성량과 비례하며, 용선중 규소농도가 높을 경우에는 슬래그량 과다로 취련중 슬래그가 로구 밖으로 분출되는 현상이 발생된다.

한편, 전로에서의 취련작업은 고속의 산소가스가 랜스를 통하여 로내의 용철 및 슬래그에 고속으로 분사하는 것으로, 슬래그나 용철이 로구밖으로 튀어나오는 현상이 발생되는데, 이를 슬로핑(Slopping)이라 부른다.

이때, 슬로핑의 발생원인으로는 용철 내부에 분사된 산소와, 용철중의 탄소가 반응하여 발생한 일산화탄소 등 반응가스가용철상부의 슬래그층을 빠져나가지 못하고 거품과 같이 되어 슬래그층을 밀어올려서 결국에는 전로의 로구밖으로 분출되거나 슬래그량이 과다한 상태에서 과도한 교반이 일어날 경우에 발생한다.

여기서, 100톤 전로의 경우, 이러한 현상은 취련 약 5분경 또는 12분경에 주로 발생되며, 이러한 슬로핑 발생시 슬래그중의 철분이 손실될 뿐만 아니라 용철까지 분출되면서 출강 실수율이 저하된다.

이로 인하여, 전로 정련작업의 원래 목적을 달성하기 위하여 분출된 슬래그량을 보충해야만 하고, 이로써 원가적인 손해뿐만 아니라 고온의 슬래그가 로외로 비산하므로 작업상 매우 위험하며, 대기환경을 오염 시키게 된다.

종래에는 이러한 슬로핑을 방지하기 위하여 우선적으로, 슬로핑 발생을 예측하기 위한 여러가지 방법이 제안되어 사용되고 있는데, 슬로핑 예측방법에는 가스 분석법, 랜스 진동 감지법, 음파법 등이 있으나, 설치하는데 많은 비용이 소요될뿐만 아니라 고온의 열악한 환경에서 장치 유지보수가 힘들며, 무엇보다도 슬로핑은 순간적으로 일어나기 때문에 완전한억제는 불가능한 것으로 알려져 있다.

그리고, 슬로핑이 발생하였을 때의 종래 대처방법으로는 폐펄프 등을 원료로 하여 제조된 슬래그 진정제를 투입하고 있으나 슬로핑이 발생한 후에 투입되기 때문에 슬로핑을 일시적으로 감소시킬 뿐, 발생 그 자체는 방지하지 못하고 있다.

또 다른 방법으로는 슬로핑이 발생하면 랜스를 하강시켜 순간적으로 용강 교반력 강화시키고 있으나 이 역시 이미 슬로핑이 발생한 후이기 때문에 경우에 따라서는 오히려 슬로핑을 조장하는 결과를 초래하기도 한다.

본 발명은 전로작업시 로내의 슬래그와 용철의 효율적인 반응을 유도하기 위한 취련중 로내의 슬래그 재화상태(滓化狀態)(통상 플럭스를 재화(앙금화)하는 것으로 이를 슬래그 재화라 표현하고 있는 바, 이하 '슬래그화'라 한다)와 유동상황을 고려하여 랜스높이와 분출유량을 다단계로 제어함으로써 슬로핑현상을 억제하는 전로취련중 슬로핑억제방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 전로의 취련상태를 나타내는 측단면도

도2는 종래의 취련패턴를 나타내는 그래프,

도3는 본 발명에 따른 취련패턴의 실시예를 나타내는 그래프,

도4는 종래의 취련패턴 및 본 발명의 취련패턴을 적용한 경우의 슬로핑 발생율을 나타내는 그래프이다.

* 도면에 사용된 부호의 설명 *

1: 전로 2: 랜스

3: 서브랜스 4: 용철

5: 슬래그

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전로취련 4분까지는 산소랜스를 통한 산소의 분출속도와 랜스높이(h)를 각각 19000N㎥/H와 1900mm로 일정하게 유지하여 약교반을 유도하는 제1단계와; 전로취련 4분에서 5분까지는 상기 제1단계의 분출속도를 그대로 유지한 상태에서 랜스높이(h)를 1800mm로 낮추어 제1단계보다 높은 교반력을 유도하는 제2단계와; 전로취련 5분에서 9분까지는 상기 제2단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 제2단계의 분출속도를 17500N㎥/H로 감소시켜 제1단계보다낮은 교반력을 유도하는 제3단계와; 전로취련 9분에서 10분까지는 상기 제3단계의 분출속도를 그대로 유지한 상태에서 랜스높이(h)를 1700mm로 낮추어 제3단계보다 높은 교반력을 유도하는 제4단계와; 전로취련 10분에서 15분까지는 상기 제4단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 분출속도를 18500N㎥/H로 증가시켜 제4단계보다 높은 교반력을 유도하는 제5단계와; 전로취련 15분부터는 상기 제5단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 제5단계의 분출속도를 18000N㎥/H로 감소시켜 제5단계보다 낮은교반력을 유도하는 제6단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 전로취련중 슬로핑억제방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 랜스(2)의 높이(h)를 낮추면서 그 분출유량을 증가시키면 랜스로부터의 산소가스 젯트류에 의하여 용철표면에 형성되는 파임깊이(L)가 커지면서 교반이 심하게 되어 전로(1)에서의 탈탄속도가 빨라지게 된다.

그러나, 용철(4)의 탈탄속도가 너무 심하게 되면 랜스(2)에서 분사되는 산소가스의 힘이 전로(1)의 바닥까지 도달하여 내화물의 용손이 심하게 되고, 반대로 교반력이 너무 약하게 되면 용철중 철성분의 산화가 많아져서 슬래그 부피가 늘어나슬로핑이 일어나게 된다.

여기서, 로내의 용철에 가해지는 교반력의 척도는 랜스(2)의 산소가스에 의하여 욕면에 생성되는 파임(cavity)깊이(L)와 정지상태의 욕면 깊이, 즉 정지탕면의 높이(Lo)의 비인 L/Lo값을 이용하고 있다.

일반적으로, L/Lo가 0.9 이상이 되면 강교반으로 분류되어 전로(1) 바닥부의 내화물 용손이 심하게 되고, L/Lo가 0.7 이하가 되면 약교반력으로 분류되어 취련시간이 길어지고 용철중 철성분의 산화가 심하여 슬래그량이 증가한다.

그러나, 실제 전로(1)에서 파임의 깊이 L을 실측하는 것은 매우 곤란하기 때문에 대부분 식(1)을 이용하여 추정 사용하고있다.

L = L_hexp(-0.78h/L_h)

L_h= 63(kQ/nd)^2/3[1]

단, h는 도1에 나타낸 정지탕면에서 랜스선단부까지의 높이. k는 랜스노즐에 따른 상수로서 단공노즐의 경우 1, 3공노즐의 경우 1.3이며, Q는 산소가스 유량. n은 랜스노즐의 공(孔)수를 나타내며, d는 랜스노즐의 직경을 나타낸다.

한편, 정지탕면 높이 Lo는 취련 전에 서브랜스(3)를 이용하여 측정한 Ls에서 전로(1) 바닥부의 용선계수를 감안하여 다음식과 같이 구한다.

Lo = LS-Lb-Lr

Lr=a ×CH [2]

단, Ls는 서브랜스에서 측정한 탕면높이, Lb는 서브랜스 측정 기준점에서 로체바닥까지의 높이로 일정하며, Lr은 로체의철피바닥에서 로내부의 내화물 바닥까지의 높이로 로체수명(CH)증가에 따라 감소하며, a는 로체수명에 따른 내화물용손 계수를 나타낸다.

따라서, 식[1]과 [2]로부터 교반력의 척도가 되는 L/Lo를 구할 수 있으며, L/Lo는 랜스높이 h와 분출유량 Q에 좌우됨을알 수 있다.

한편, 전로취련은 탈탄 반응속도에 따라 3단계로 구분할 수 있는데, 제1단계는 용선중의 규소가 우선적으로 산화되는 도2에 도시한 바와 같이 취련6분까지의 시기로, 이때 망간 및 인도 일부 제거되고, 탈탄반응 속도는 서서히 증가해가게 된다.

여기서, 제1단계에서는 산화된 규소가 생석회등의 부원료와 반응하여 슬래그화되는 시기로 교반이 심하게 되면 슬래그화에 악영향을 미치게 되므로 일반적으로 약교반을 유지하게 된다.

그리고, 제2단계는 탈탄반응이 왕성하게 일어나는 취련 15분까지의 시기로, 이때 전로에 공급된 산소는 거의 대부분이탄소와 반응하게 되며, 산소 공급속도가 탈탄반응을 지배하게 된다.

또한, 취련 2단계의 초기에는 냉각제 및 고체산소로 공급되는 소결광에 의한 산소공급원을 고려하여 분출속도를 낮추었다가 취련 2단계의 중기 이후부터 다시 분출속도를 높이고 랜스를 낮추어 강교반을 유도하고 있다.

마지막으로, 취련 3단계에서는 탄소의 산화반응 속도는 감소하고 용철중 철분의 산화가 증가하는 시기로 교반이 반응속도를 좌우하는 단계이다.

한편, 슬로핑은 대부분이 취련 1단계에서 2단계로 천이되는 시점과 취련 2단계의 중기에서 말기 사이의 소결광 공급이 끝나고 분출량이 증가하면서 랜스높이가 낮아지는 시점에서 발생하고 있다.

따라서, 이러한 탈탄반응에 따른 전로내 가스발생 상황과 슬래그 물성을 면밀히 검토하면 교반력을 적절하게 제어하는 것에 의하여 탄소의 산화반응에 의하여 발생한 가스를 원활하게 배출시켜 슬로핑을 억제시킬 수 있다.

즉, 취련 제1단계에서 2단계로 천이되는 시점에서는 탄소의 산화반응에 의한 일산화탄소 등의 배가스 발생량이 급격하게 증가하면서 미처 슬래그화되지 못한 상태에서 점성이 높은 용철상부의 슬래그를 기포화시켜 로구 밖으로 밀어내게 된다.

이때, 본 발명에서는 도3에 도시한 바와 같이 취련 초기에 슬래그화를 위하여 약교반을 하고 슬래그화가 어느정도 진행되고 규소의 산화반응이 끝나 배가스 발생량이 급격하게 증가하기 약 1분전에 랜스높이만 낮추어 강교반을 하게 되면 용철에 가해진 교반력이 슬래그층에도 영향을 미쳐서 슬래그층을 균일하게 교반시키면서 슬래그층에 포집되어 있던 취련1단계에서 발생된 배가스를 원활하게 배출시키고, 동시에 탈탄 왕성기에 발생하는 다량의 배가스를 신속하게 배출할 수 있게 하여 슬로핑을 억제한다.

한편, 취련 2단계가 시작되면 도3에 도시한 바와 같이 냉각제 및 고체산소로서 소결광을 투입하므로 분출속도를 감소시켜교반력을 낮춘다.

그리고, 취련 2단계의 중반이후에는 투입된 소결광에 의한 고체산소가 소모되고, 슬래그화가 충분히 이루어져 있으므로 취련시간 단축을 위하여 분출속도를 증가시키고 랜스높이는 낮추어 다시 교반력을 증가시키게 된다.

그러나, 이 시점에서는 부원료의 투입이 완료되어 슬래그량 역시 증가하였기 때문에 분출속도의 증가 및 랜스하강에 따른 급격한 교반력 증대에 의하여 순간적으로 슬래그가 분출되어 로밖으로 튀어나오게 된다.

따라서, 냉각제로 투입되는 소결광에 의한 고체산소의 공급이 완료된 후, 분출속도를 증가시키기 약 1분전에 미리 랜스를 하강시켜 일정수준으로 교반력을 높인후 고체산소가 소비된 시점에 분출량을 증가시켜 단계적으로 교반력을 증가시키면순간적인 슬래그의 분출을 억제할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 종래의 3단계로 변하는 교반력을 로내의 상황에 맞추어 6단계의 다단계로 제어함으로써 슬로핑을 억제할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도2에 도시한 바와 같이 종래의 취련패턴은 분출속도와 랜스높이가 6분 및12분에 동시에 변동하게 되어 있다.

우선, 취련 1단계인 초기 6분간은 18500N㎥/H의 속도로 분출하여 용선중의 규소 등을 조기에 산화시키고 있으며, 취련 2단계의 중반까지의 6분-12분사이에는 냉각제로 공급되는 소결광에 의한 고체산소의 기여를 고려하여 분출속도를 16500N㎥/H로 감소시킨 후, 말기에는 다시 18500N㎥/H의 속도으로 분출하고 있다.

그리고, 랜스높이 h는 초기에는 1900mm를 유지시켜 슬래그화를 촉진하고 말기에도 분출량 증가와 동시에 1700mm로 200mm를 하강시켜 급격한 교반을 유도하고 있다.

이러한 취련시기별 L/Lo를 식[1] 및 식[2]로부터 계산하여 보면 도2에 나타낸 바와 같이 0.838 →0.766 →0.893으로 슬로핑이 다발하는 5분경에는 교반력의 변화가 없고 슬로핑이 발생한 후인 6분에는 충분한 슬래그화를 유도하기 위해 약교반을 유지하였으나 충분히 슬래그화된 시점인 취련 12분에는 급격한 교반력 상승으로 순간적인 슬래그의 분출이 발생하고 있다.

한편,. 본 발명의 취련패턴은 도3에 도시한 바와 같이 로내의 상황에 적합하게 랜스높이(h)와 분출속도를 조절하여 다단계 등의 산화반응이 우선적으로 일어나고 탄소의 산화반응속도는 상대적으로 낮기 때문에 분출속도를 19000N㎥/H 높여서취련시간을 단축할 수 있도록 하였다.

따라서, 분출속도 변동시점을 1분 앞당겨 취련개시 5분 후에 소결광에 의하여 발생하는 고체산소 공급분을 고려하여 분출속도를 17500N㎥/H로 낮추었다.

그리고, 고체산소의 공급이 끝난 10분에는 다시 탈탄을 더욱 왕성하게 진행시키기 위하여 18500N㎥/H로 분출속도를 증가시키고 탈탄반응이 거의 완료된 취련 15분부터는 용강의 과산화를 방지하기 위하여 18000N㎥/H으로 분출속도를 낮추었다.

이때, 랜스높이(h)는 초기의 1900mm에서 분출속도가 증가하기 1분 전인 취련 9분에 랜스를 다시 100mm하강시켜 1차적으로교반력을 증가시킨 후, 분출속도를 증가시켜 단계적으로 교반력을 증대시켰다.

따라서, 취련시기별 L/Lo는 0.862→0.889→0.816→0.843→0.893→0.868의 6단계로 변화시켜 초기 슬로핑이 발생하기 전에강교반으로 슬래층에 포집되어 있는 가스의 배출이 용이하도록 하였으며, 취련중기 슬로핑이 발생하는 시점에서는 교반력을 단계적으로 상승시켜 슬래그의 순간적인 분출을 방지하여 슬로핑을 억제할 수 있도록 하였다.

한편, 도4는 종래의 취련패턴과 본발명의 취련패턴을 1개월간 각각 약 2200회 적용한 경우의 슬로핑 발생비율을 비교한것이다.

여기서, 본 발명의 경우 대형 및 중형 슬로핑은 전혀 발생하지 않았고 소형의 경우에도 약 0.2% 정도 낮게 발생하였다.

따라서, 전체적인 슬로핑 발생비율은 종래의 취련패턴에서는 약 1.12%였으나 본 발명의 취련패턴을 적용한 경우 0.62%로약 45%가 감소하여 효과적인 슬로핑 억제가 가능함을 확인 하였다.

본 발명은 전로작업시 로내의 슬래그와 용철의 효율적인 반응을 유도하기 위한 취련중 로내의 슬래그화 상태와 유동상황을 고려하여 랜스높이와 분출유량을 다단계로 제어함으로써 슬로핑 발생율을 약 45% 감소시키고, 이로써 출강실수율 향상은 물론 대기환경 개선을 할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Claims (1)

1. 전로취련 4분까지는 산소랜스를 통한 산소의 분출속도와 랜스높이(h)를 각각 19000N㎥/H와 1900mm로 일정하게 유지하여 약교반을 유도하는 제1단계와;

   전로취련 4분에서 5분까지는 상기 제1단계의 분출속도를 그대로 유지한 상태에서 랜스높이(h)를 1800mm로 낮추어 제1단계보다 높은 교반력을 유도하는 제2단계와;

   전로취련 5분에서 9분까지는 상기 제2단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 제2단계의 분출속도를 17500N㎥/H로 감소시켜 제1단계보다낮은 교반력을 유도하는 제3단계와;

   전로취련 9분에서 10분까지는 상기 제3단계의 분출속도를 그대로 유지한 상태에서 랜스높이(h)를 1700mm로 낮추어 제3단계보다 높은 교반력을 유도하는 제4단계와;

   전로취련 10분에서 15분까지는 상기 제4단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 분출속도를 18500N㎥/H로 증가시켜 제4단계보다 높은 교반력을 유도하는 제5단계와;

   전로취련 15분부터는 상기 제5단계의 랜스높이(h)를 그대로 유지한 상태에서 제5단계의 분출속도를 18000N㎥/H로 감소시켜 제5단계보다 낮은교반력을 유도하는 제6단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 전로취련중 슬로핑억제방법.