KR100424810B1 - 전기로 제강공정에서 용융슬래그중의 유황 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로 제강공정에서 연속주조가 끝난 다음 레이들에 남아있는 용융상태의 슬래그중에 함유된 유황을 제거하는 방법에 관한 것으로, 연속주조가 끝난 레이들에 랜스를 인입하고, 랜스선단을 슬래그층에 침지시켜 산소를 분사하여 슬래그중의 유황을 제거하는 방법을 제공한다.

또한 상기 랜스의 침지깊이는 (슬래그층에 잠긴 깊이/슬래그층 두께)의 비를 0.3∼0.7로 하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 연속주조후 래이들에 남아 있는 용융슬래그중에 함유된 유황을 산소분사에 의해 제거하여 LF에서 탈황슬래그로 재활용함으로써 탈황과정에서 투입되는 생석회를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 생석회를 용융시키는데 필요한 전력원단위를 절감하고, 이로 인하여 LF에서 처리시간을 단축하고 생상성을 높일 수 있다.

Description

전기로 제강공정에서 용융슬래그중의 유황 제거방법{Sulfur reduction method of molten slag in electric arc furnace steelmaking process}

본 발명은 전기로 제강공정에서 연속주조가 끝난 다음 레이들에 남아있는 용융상태의 슬래그중에 함유된 유황을 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기로를 이용하여 용강을 생산하는 과정은 다음과 같다.

전기로에 고철을 장입하여 용융시킨 다음 레이들에 용강을 출강시키고, 이 과정에서 용강중에 포함된 산소를 알루미늄으로 탈산시킨다. 탈산된 용강중에는 불순원소로 유황이 0.01~0.02중량% 포함되어 있으며 이를 제거하기 위해 용강이 담겨져 있는 레이들을 LF(Ladle Furnace)로 이동시킨다. LF에서는 용강중에 함유된 유황을 제거하기위하여 생석회를 용강톤당 5~10kg 투입하고, 전극봉을 이용하여 투입된 생석회를 용융시키면서 레이들 바닥으로부터 아르곤 가스를 취입하여 교반시킨다.

투입된 생석회는 다음 반응에 의해 유황을 제거하며, 유황은 슬래그로 포집된다.

[S] + (CaO) -> (CaS) + [O]

상기 식에서 [ ]는 용강중에 있는 것을 표시하며, ( )는 슬래그중에 있는 것을 표시한다. LF처리가 완료되면 용강중에는 유황이 0.003~0.006중량% 정도로 존재하고, 슬래그중에는 용강으로부터 제거된 유황이 1~1.5중량% 함유되어 있다. LF처리가 완료된 레이들은 연주공정으로 이동되고 연속주조에 의해 슬래브 상태로 생산된다. 연속주조가 완료된 레이들에는 슬래그와 용강이 일부 잔류(이를 잔탕이라고 함)하게 되며, 이들 남아있는 슬래그와 잔탕을 슬래그 포트(slag pot)에 부어서 폐기하거나 회수하기 위하여 전기로에서 새로 출강된 레이들에 상기 남아있는 슬래그와 잔탕을 합치게 되는데 이를 합탕이라고 한다. 이와같은 합탕공정을 도1에 나타내었다. 새로운 레이들에 합탕된 용강은 다시 LF로 이동하여 생석회를 투입하여 탈황처리를 하고 연주기로 이동하여 연속주조를 계속하게 된다.

즉, 종래에는 연속주조후 래이들에 남아 있는 슬래그와 잔탕을 폐기처분하거나 LF에 재장입하여 탈황처리를 해야하는 번거로움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 전기로 제강공정에서 연속주조가 끝난 다음 레이들에 남아있는 용융상태의 슬래그중에 함유된 유황을 산소분사에 의해 기체상태로 제거한 다음, 전기로에서 출강한 새로운 레이들에 합탕함으로써, LF에서 유황을 제거하기 위해 투입되는 생석회의 양을 절감하고, 처리시간을 단축하여 생산성을 증가시킴과 동시에 생석회를 용융시키는데 필요한 전력 원단위를 줄임으로써 용강제조원가를 절감하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로 제강공정에서 슬래그합탕 과정을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 산소 분사에 의한 합탕용 슬래그중의 유황제거 방법을 나타낸 개략도.

도 3은 본 발명의 산소 분사조건에 따른 탈황율의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 연속주조가 끝난 레이들에 랜스를 인입하고, 랜스선단을 슬래그층에 침지시켜 산소를 분사하여 슬래그중의 유황을 제거하는 방법을 제공한다.

또한 상기 랜스의 침지깊이는 (슬래그층에 잠긴 깊이/슬래그층 두께)의 비를 0.3∼0.7로 하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다

연속주조가 완료된 후 레이들에 남아있는 슬래그는 이미 LF에서 탈황을 한후 남아 있는 슬래그이기 때문에 슬래그 조성이 최적화된 상태이다. 다만 유황의 함량이 1~1.5중량%로 높다는데 있다. 그러므로 상기의 레이들에 남아있는 슬래그에서 유황만 제거시켜 전기로에서 출강한 새로운 레이들에 합탕을 하면 LF공정에서 탈황처리할 때 또다시 탈황을 위해 생석회를 투입할 필요가 없게된다. 즉 본 발명은 연속주조가 끝난 레이들에 랜스를 인입하고, 랜스선단을 슬래그층에 침지시켜 산소를 분사하여 슬래그중의 유황을 기체상태인 이산화황 또는 삼산화황 즉 SOx 상태로 제거하는 것이다. 슬래그중에 산소가 취입되면 다음 반응식과 같이 슬래그중에 CaS 상태로 있는 유황이 기체상태로 제거된다.

(CaS) + 3/2O₂(g) -> (CaO) + SO₂(g)

상기의 산소분사 랜스는 슬래그층에 침지시켜야 되기 때문에 내화물로 피복을 해야하며, 랜스 선단부분의 노즐은 산소가 슬래그층에 균일하게 분사되어야 하므로 2공 보다는 4공쪽이 유리하다. 랜스의 침지깊이는 슬래그의 교반측면에서 중요하다. 즉 침지깊이가 너무 깊으면 교반효율은 우수하나 취입된 산소가 용강과 직접 부딪히게 되어 용강을 산화시킴으로써 산화철(FeO)의 생성을 초래한다. 산화철은 슬래그의 산소포텐샬을 증가시키기 때문에 LF공정에서 탈황효율을 떨어 뜨리는 불리한 인자로 작용한다. 또 랜스의 침지깊이가 너무 얕거나 슬래그 층 상부에서 산소를 분사하게 되면 교반효율이 떨어져 산소의 기화탈황 효율을 감소시킨다. 그러므로 랜스의 침지깊이를 적정하게 제어하여 용강을 산화시키지 않고, 슬래그에만 산소가 접촉하도록 해야되며 또한 슬래그가 충분히 교반되도록 해야한다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

산소분사에 의한 합탕용 슬래그중의 탈황시험은 알루미나 도가니에 합탕용 슬래그 40g과 용강 500g을 넣고 1600℃로 온도를 올려 용해시켰다. 이때 실험에 사용된 합탕용 슬래그와 용강중의 유황농도는 각각 1.12중량%, 0.006중량%였다. 슬래그와 용강이 완전히 용해된 것을 확인한 다음, 내경 5mm인 알루미나 재질의 관을 하강시키고 표 1과 같은 조건으로 상기 합탕용 슬래그중에 침지시켜 산소를 분사하였다. 이때 산소 유량은 2l/min로, 5분간 분사하였으며, 산소분사가 종료된 후 슬래그와 용강을 회수하여 각각 유황성분을 분석하여 탈황거동을 조사하였다.

	B/A	산소분사후 합탕슬래그중 S농도	용강(잔탕)중 S농도
비교제 1	0.1	0.9중량%	0.006중량%
발명제 1	0.3	0.3중량%	0.007중량%
발명제 2	0.5	0.1중량%	0.009중량%
발명제 3	0.7	0.08중량%	0.02중량%
비교제 2	0.8	0.07중량%	0.08중량%

상기 표1에서 B/A는 도2에 도시된 바와 같이 슬래그중에 침지된 랜스의 침지깊이를 나타내는 것으로 B는 랜스가 슬래그층에 잠긴깊이를 나타내고, A는 슬래그층의 두께를 나타내는 데 B/A가 클수록 산소분사 랜스의 침지깊이가 깊다는 것을 의미한다. 산소분사에 의한 합탕 슬래그중의 탈황율은 다음의 식에 의해 계산되고 그 탈황율을 도 3에 나타내었다.

도3에서 보면 산소분사 랜스의 침지깊이가 깊을수록, 즉 B/A가 클수록 산소분사에 의한 슬래그층의 교반효과가 크고, 산소 침투가 용이하기 때문에 탈황율은 증가하는 경향이 있다. 비교제 1의 경우 B/A가 0.1로 산소분사 랜스를 얕게 침지시킨 경우에 해당하는 것으로 탈황율은 20% 정도 밖에 되지않으나 발명제1,2,3과 비교제 2와 같은 경우 B/A가 0.3∼0.8로서 70% 이상의 탈황율을 확보할 수 있다.

그러나 산소분사랜스를 너무 깊게 침지시키면 즉, 비교제 2와 같이 B/A가 0.8 이상이 되면 탈황율은 우수하나 표 1에서 보는 바와 같이 오히려 용강, 즉 잔탕중으로 유황이 들어가 잔탕중의 유황농도를 높이는 결과를 초래한다.

다시말하면 슬래그중의 유황이 산소와 반응하여 SOx로 된 다음 일부는 레이들 밖으로 배출되지만 일부는 잔탕중으로 들어가 잔탕의 유황농도를 높이게 됨으로 오히려 역효과를 가져온다.

표1의 결과에 따르면 비교제 2의 경우 잔탕중의 유황 상승량은 산소를 분사하기전에 0.006중량% 이하에서 0.08중량%로 증가하여 결과적으로 0.074중량%의 유황이 상승하였다. 따라서 산소분사 랜스의 침지깊이를 적절하게 조정해야만 탈황율을 높임과 동시에 잔탕중의 유황 증가를 억제할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 연속주조후 래이들에 남아 있는 용융슬래그중에 함유된 유황을 산소분사에 의해 제거하여 LF에서 탈황슬래그로 재활용함으로써탈황과정에서 투입되는 생석회를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 생석회를 용융시키는데 필요한 전력원단위를 절감하고, 이로 인하여 LF에서 처리시간을 단축하고 생상성을 높일 수 있다.

Claims (2)

1. 연속주조가 완료된 후 레이들에 남아있는 슬래그중의 유황을 제거하는 방법에 있어서,

   연속주조가 끝난 레이들에 랜스를 인입하고, 랜스선단을 슬래그층에 침지시켜 산소를 분사하여 슬래그중의 유황을 제거하는 것을 특징으로 하는 전기로 제강공정에서 용융슬래그중의 유황 제거방법.
2. 제1항에 있어서,

   또한 상기 랜스의 침지깊이는 (슬래그층에 잠긴 깊이/슬래그층 두께)의 비를 0.3∼0.7로 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기로 제강공정에서 용융슬래그중의 유황 제거방법.