KR100377273B1 - 레이들 슬래그 조제방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소정량의 칼슘, 마그네슘, 아연 등을 첨가함으로써 슬래그의 조제시간을 단축하고 투입된 물질의 슬래그화율을 향상시킬 수 있는 레이들 슬래그 조제방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전로 또는 전기로에서 1차로 조정련된 용강을 레이들에 출강한 뒤 생석회 등 고체상의 슬래그 조제재를 투입하여 2차정련을 실시하는 레이들 슬래그 조제방법에 있어서, 전로 또는 전기로에서 출강전, 출강중, 출강후 또는 2차정련 공정에 도착한 시점에서 생석회, 알루미늄 등의 조제재와 탈산제를 투입한 뒤, 용강으로부터 휘발하는 성질이 큰 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn)을 용강 톤당 0.05∼0.2kg을 레이들내 용강에 투입하여 레이들 슬래그를 형성한다. 또한, 본 발명은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn)에 CaO, Al2O3, CaF2, MgO를 부가적으로 혼합하여 용강 톤당 0.05∼0.2kg을 레이들내 용강에 투입하여 레이들 슬래그를 형성한다.
Description
본 발명은 레이들(Ladle) 슬래그 조제방법에 관한 것이며, 특히, 전로 또는 전기로에서 1차로 조정련된 용강을 레이들에 출강한 뒤 생석회 등의 고체상의 슬래그 조제재를 투입하여 2차정련을 실시하는 데에 있어서, 슬래그의 조제 시간을 단축하고 조제재의 슬래그화를 향상시켜 조제재의 반응효율을 향상시키는 레이들 슬래그 조제방법에 관한 것이다.
현재 대량 생산 체제하에서의 강재의 제조는 일단 용융상태의 용강을 제조한 다음 일정 형상으로 주조하여 응고시킨 뒤 압연 등의 가공공정을 거쳐 제조하고 있다. 이런 용융상태의 용강을 제조하는 방법에는 크게 용광로-전로법과 전기로법으로 대별된다. 용광로-전로법은 1차로 용광로 내에서 철광석을 원료로 하여 선철을 제조한 뒤 전로에서 2차 처리하여 용강을 제조하는 방법이고, 전기로법은 고철을 용해하여 용강을 제조하는 것이다.
용융상태의 용강은 원료에 따라, 인(P), 유황(S) 등의 불순물이 포함되어 있으며, 후속되는 탈산과정에서 비금속 개재물이 형성된다. 이들 불순물과 개재물은 강의 품질을 저하시키고 기계적 성질을 떨어뜨리기 때문에 일정 수준이하로 제거해야만 한다. 이런 불순물은 용강을 슬래그와 접촉시켜 제거하게 되는데, 각각의 불순물이 제거되는데 유리한 슬래그의 조건은 불순물의 종류에 따라서 달라진다.
예를 들어, 인은 Fe 산화물 함량이 많은 산화성 슬래그에 의해 제거가 용이한 반면, 유황 및 비금속개재물은 Fe 산화물 함량이 작은 환원성 슬래그에서 제거가 용이하다. 따라서, 하나의 반응용기내에서 각종 불순물을 한꺼번에 제거하기는 사실상 불가능하다. 그리고, 어떤 슬래그에 의해 제거가 용이한 불순물이라 할지라도 사용되는 슬래그의 양, 시간 등에 따라 제거할 수 있는 한계가 존재하며, 실제 현장조건에서는 생산성, 경제성, 시간 등을 고려하여 제거목표를 설정하게 된다. 따라서, 통상의 전로 또는 전기로 조건에서 제조할 수 있는 수준이하의 불순물 함량이 요구되는 경우에는 레이들이라는 용강 보관용기에 출탕하기 전, 중 또는 후에 목적에 맞는 슬래그 조제재를 투입한 뒤 용강을 교반하여 슬래그를 조제하여 추가 처리를 실시하는 것이 일반적이다.
즉, 슬래그 조제를 효율적으로 달성하기 위해서는 투입된 슬래그 조제재를어떻게 혼합하느냐가 관건이다. 이런 슬래그 조제재의 혼합을 위해서는 버블링(bubbling)이 가장 효과적인 것으로 알려져 있다. 여기에서, 버블링이란 용강 중에 침적된 내화물제 관(랜스) 또는 레이들 바닥에 설치된 포러스플러그(Porous plug)를 통하여 아르곤, 질소 등의 가스를 불어넣어 용강과 슬래그를 교반하는 방법이다.
그러나, 이러한 방법에서는 용강 중에 투입된 가스가 용강 상부에 있는 슬래그층을 통과할 때, 슬래그 및 슬래그 조제재를 혼합하도록 희망하고 있지만 슬래그는 용강과 물리적 성질이 대단히 상이하기 때문에 비록 가스가 슬래그층을 통과하더라도 기대했던 것만큼 빠르게 슬래그 조제재를 섞어주지를 못한다.
그리고, 슬래그 조제에 소요되는 시간은 투입되는 가스유량에 따라 달라지는데 용강 톤당 0.1∼0.6 Nm3/hr의 유량이 주로 사용되는데, 0.6 Nm3/hr의 유량으로도 10∼15분 정도의 시간이 필요하다. 또한, 슬래그 조제재가 투입되어 일단 슬래그화가 된 물질이 미처 슬래그화가 되지 못한 물질의 표면을 도포하게 되어 내부의 물질이 슬래그화되는 것을 방해하게 되어 겉보기 반응이 완료된 시점에서도 미슬래그화 물질이 많아 투입된 슬래그 조제재의 효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소정량의 칼슘, 마그네슘, 아연 등을 첨가함으로써 슬래그의 조제시간을 단축하고 투입된 물질의 슬래그화율을 향상시킬 수 있는 레이들슬래그 조제방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 시간경과에 따른 슬래그중 CaO 농도변화를 비교한 그래프이고,
도 2는 시간경과에 따른 강중 S 농도변화를 비교한 그래프이고,
도 3은 Ca 투입량에 따른 슬래그중 CaO 농도변화를 비교한 그래프이고,
도 4는 Ca 투입량에 따른 강중 P 농도변화를 비교한 그래프이며,
도 5는 Ca 단독 및 산화물 혼합사용시 슬래그중 CaO 농도변화를 비교한 그래프.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전로 또는 전기로에서 1차로 조정련된 용강을 레이들에 출강한 뒤 생석회 등 고체상의 슬래그 조제재를 투입하여 2차정련을 실시하는 레이들 슬래그 조제방법에 있어서, 전로 또는 전기로에서 출강전, 출강중, 출강후 또는 2차정련 공정에 도착한 시점에서 생석회, 알루미늄 등의 조제재와 탈산제를 투입한 뒤, 용강으로부터 휘발하는 성질이 큰 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn)을 용강 톤당 0.05∼0.2kg을 레이들내 용강에 투입하여 레이들 슬래그를 형성한다.
또한, 본 발명은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn)에 CaO, Al2O3, CaF2, MgO를 부가적으로 혼합하여 용강 톤당 0.05∼0.2kg을 레이들내 용강에 투입하여 레이들 슬래그를 형성한다.
아래에서, 본 발명에 따른 레이들 슬래그 조제방법을 상세히 설명하겠다.
먼저, 제강공정에서 칼슘, 마그네슘, 아연 등의 이용현황을 살펴보자. 칼슘은 탈황, 비금속개재물 제어 및 노즐 막힘방지 등을 목적으로 널리 사용되고 있다. 그러나, 칼슘은 대단히 비싸며(톤당 일천만원 이상) 반응성이 커서 용강 중에 혼입되기 전에 손실량이 많으므로 손실량을 줄이기 위해 많은 노력을 하고 있다. 이런 칼슘이 손실되는 이유 중의 하나로는 칼슘이 용강에 투입된 후 급속히 기화되기 때문인 것으로 생각된다. 따라서, 실제 공정에서는 버블링을 이용한 슬래그 조제, 용강정련, 온도성분 조정 등 용강에 필요한 모든 처리를 완료한 뒤에 칼슘을 최소량만 사용하는 것으로 대처하고 있다.
그리고, 마그네슘의 경우에도 용선의 탈황에 일부 사용되고 있으나, 칼슘과 같이 값이 대단히 비싸며 손실량이 많다. 그리고, 아연의 경우에는 제강공정에서 사용되는 예가 없다.
본 발명의 조제방법은 종래방법과는 달리 전로 또는 전기로 정련 직후, 레이들에서 용강처리가 시작되기 전 단계에서, 칼슘 등을 투입하여 슬래그 조제재의 혼합 및 슬래그화를 촉진하기 위한 것으로서, 종래방법에서의 Ca 등의 손실량을 줄이고자 노력하는 방법을 역으로 이용하여 착안한 것이다.
아래에서는 본 발명의 조제방법에 대해 좀더 구체적으로 설명하겠다.
통상적인 공정에서는 전로 또는 전기로에서 출강전, 출강중, 출강후 또는 2차정련 공정에 도착한 시점에서 생석회, 알루미늄 등 조제재와 탈산제를 투입하고 있다. 이들 조제재가 투입된 뒤 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등을 용강 중에 투입하면, 이들은 용강 중 용해도에 상당하는 양만큼 일부가 용강 중에 용해되고 나머지는 용강층에서 기화된다. 이 때, 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 등은 통상적인 와이어 피딩법(wire feeding)으로 용강속에 투입된다. 즉 칼슘 등을 철피에 싸서 와이어 형상으로 만든 뒤 용강속에 투입하는 것이다. 또한, 이들 물질의 용강 중 용해도는 용강의 깊이가 낮아질수록 작아지기 때문에 용강 저부에서 용해되었던 양의 일부가 상부로 이동하는 경우 다시 기체화된다. 이런 과정에서 생기는 기체는 통상 슬래그 조제에 사용되는 버블링시 발생하는 기포에 비하여 다음과 같은 특징이 있는 것으로 본 발명자들에 의해 관찰되었다. 즉, 크기가 미세하고, 슬래그의 면 전체에서 발생한다. 그러나, 종래기술의 버블링시에는 랜스 또는 포러스플러그 직상부의 슬래그층에서 기포가 발생하므로 이 부위에서 떨어진 슬래그는 혼합이 잘 되지 않는다.
상기의 두 가지 요인에 의해 본 발명에서 제공하는 방법은 종래방법인 버블링법보다 슬래그 조제재의 슬래그화를 촉진시킬 수 있다.
아래에서는 실험을 통하여 본 발명의 효과와 청구범위에 대한 근거를 제시하겠다.
<실험예 1>
전로 또는 전기로에서 출탕된 용강 및 슬래그 조제재 투입을 모사하기 위하여 고주파대기유도 용해로를 이용하여 1600℃에서 실험을 실시한다. 먼저, 용강 30kg을 용해한 뒤 0.15kg의 알루미늄으로 용강을 탈산하고 슬래그 조제재를 투입한다. 이 때, 슬래그 조제재로는 먼저 CaO와 Al2O3을 중량비로 40% : 60%인 슬래그 조제재 500g을 넣고 이들이 완전히 용융된 것을 확인한후 추가로 CaO 2kg을 투입하고, 다음에 설명하는 교반법에 따라 후에 투입한 CaO가 용해되는 거동과 용강 중의 유황(S)성분의 거동을 조사한다.
즉, 슬래그 조제재를 투입한 직후, 종래방법으로서 직경 3mm인 랜스를 통하여 Ar가스를 18Nl/hr(현장 조건과 유사한 용강 톤당 0.6 Nm3상당) 취입하고, 본 발명으로서 Ca, Mg, Zn 중의 어느 하나의 재료 3g(용강 톤당 0.1 kg)을 0.5g씩 6회에걸쳐 1분간 투입한다. 이 때, 칼슘 등을 투입할 때에는 0.2mm 두께의 철판으로 싼 뒤 용강 깊숙이 투입한다. 이런 실험 도중에 용강 및 슬래그 시료를 채취하여 분석한다.
도 1은 시간경과에 따른 슬래그중 CaO 농도변화를 비교한 그래프이고, 도 2는 시간경과에 따른 강중 S 농도변화를 비교한 그래프이다.
도 1에서 알 수 있듯이 본 발명의 발명예에서는 종래방법의 종래예에 비하여 추가로 투입된 CaO가 슬래그화되는 속도가 빠르며, 도 2에서는 그 결과로 용강으로부터 아래 반응식1과 같이 슬래그에 의해 탈황(S)이 일어나는 속도 및 최종 유황농도가 낮다는 것을 알 수 있다.
[반응식 1]
(CaO)(슬래그) + [S](용강) ->CaS(슬래그)
또한, 도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이, Ca, Mg, Zn 등의 효과는 서로 유사하다는 것을 확인할 수 있다.
<실험예2>
이 실험예2에서는 실험예1과 같은 방법으로 실험을 실시한다. 다만, 슬래그 조제재로서 먼저 CaO와 Fe2O3을 중량비로 40% : 60% 비율로 500g을 넣고 이들이 완전히 용융된 것을 확인한 후 추가로 CaO 2kg을 투입한다.
그리고, 슬래그 조제재를 투입한 직후, 종래방법으로서 직경 3mm인 랜스를 통하여 Ar가스를 18Nl/hr(현장 조건과 유사한 용강 톤당 0.6Nm3상당) 취입하고, 본발명으로서 Ca, Mg, Zn 중의 어느 하나의 재료 1∼9g(용강 톤당 0.03∼0.3 kg)을 0.5g씩 분할하여 10초 간격으로 투입한다.
도 3은 Ca 투입량에 따른 슬래그중 CaO 농도변화를 비교한 그래프이고, 도 4는 Ca 투입량에 따른 강중 P 농도변화를 변화를 비교한 그래프이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 발명예에서는 종래방법의 종래예에 비하여 추가로 투입된 CaO가 슬래그화되는 속도가 빠르지만 1.5g 이하에서는 효과가 적으며 6g 이상에서는 CaO 재화속도 증가가 뚜렷하지 않다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4에서 알 수 있듯이, 아래의 반응식 2와 같이 슬래그에 의해 탈린(P)이 일어나는 속도가 CaO 농도가 증가할수록 높게 나타나는 것과 최종 인의 농도가 낮다는 것을 알 수 있다.
[반응식 2]
2[P] + 5(FeO) + 3(CaO) ->3(CaOP2O5) + 5Fe
이 실험예2에서와 같이 슬래그화를 촉진하기 위한 Ca의 투입량은 1.5g(용강 톤당 0.05kg) 이상이 되어야 하며, 6g(용강 톤당 0.2kg) 이상에서도 투입량이 증가할수록 슬래그화 속도가 증가되지만 투입된 Ca양에 비해 슬래그화를 촉진시키는 효과가 작아진다. 그리고, 투입속도를 일정하게 할 경우에 투입량이 많아지면 투입시간이 길어지는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 Ca, Mg, Zn 등의 투입량을 용강 톤당 0.05∼0.2kg으로 한정한다.
<실험예3>
이 실험예3에서는 실험예1과 유사한 방법으로 실험을 실시한다. 다만, 슬래그화 촉진제로서 Ca와 함께 60%CaO-30%Al2O3-5%CaF2-5%MgO를 중량비로 20% : 80%로 혼합한다. 먼저, 용강 30kg을 용해한 뒤 0.15kg의 알루미늄으로 용강을 탈산하고 슬래그 조제재를 투입한다. 이 때, 슬래그 조제재로는 먼저 CaO와 Al2O3을 중량비로 40% : 60%인 슬래그 조제재 500g을 넣고 이들이 완전히 용융된 것을 확인한 후 추가로 CaO 2kg을 투입하고, 다음에 설명하는 교반법에 따라 추후에 투입한 CaO가 용해되는 거동과 용강 중의 유황(S)성분 거동을 조사한다.
즉, 슬래그 조제재를 투입한 직후, 종래방법으로서 직경 3mm인 랜스를 통하여 Ar가스를 18Nl/hr(현장 조건과 유사한 용강 톤당 0.6 Nm3/hr 상당) 취입하고, 본 발명으로서 3g Ca + 12g 60%CaO-30%Al2O3-5%CaF2-5%MgO를 2.5g씩 6회에 걸쳐 1분간 투입한다.
도 5는 Ca 단독 및 산화물 혼합사용시 슬래그중 CaO 농도변화 비교한 그래프로서, 도 1에서 나타내었던 Ca 단독으로 3g 투입한 경우와 비교하여 나타내었다. 도 5에서 알 수 있듯이, Ca와 함께 60%CaO-30%Al2O3-5%CaF2-5%MgO를 혼합하여 사용하면 Ca 단독에 비하여 슬래그화 촉진 효과가 동등 또는 약간 상승하는 것으로 알 수 있다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 레이들 슬래그 조제방법은 전로 또는 전기로에서 1차로 조정련된 용강에 대하여 2차장련을 실시함으로써 탈황, 비금속 개재물 제거, 탈린 등을 목적으로 투입하는 슬래그 조제재의 양을 절감하고 조제시간을 단축하는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 레이들 슬래그 조제방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
Claims (1)
- 전로 또는 전기로에서 1차로 조정련된 용강을 레이들에 출강한 뒤 생석회 등 고체상의 슬래그 조제재를 투입하여 2차정련을 실시하는 레이들 슬래그 조제방법에 있어서,전로 또는 전기로에서 출강전, 출강중, 출강후 또는 2차정련 공정에 도착한 시점에서 생석회, 알루미늄 등의 조제재와 탈산제를 투입한 뒤, 용강으로부터 휘발하는 성질이 큰 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn) 중의 어느 하나를 용강 톤당 0.05∼0.2kg을 레이들내 용강에 투입하여 레이들 슬래그를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이들 슬래그 조제방법.
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