KR100424811B1 - 저망간 용선의 전로 조업 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정중 전로공정에서 저망간 함유 용선을 이용하여 취련 및 용강제조 작업을 실시할 때, 용철의 노구밖으로의 튐현상(이하 스피팅이라 칭함)을 억제하고 처리종료(이하 종점)시점에서의 Mn 농도를 종래와 동등이상으로 유지하기 위한 전로 조업방법에 관한 것이다.

본 발명은 취련 초기(취련 시작에서 6분까지) L/Lo를 0.63~0.70로 유지함과 동시에 FeO원료인 소결광을 3~5kg/T-S을 투입하며, 취련중기(7~14분)는 L/Lo를 0.75~0.80로 유지하되 스피팅 발생영역인 10~12분경 바로 앞 시점인 9분경에 소결광 3~5kg/T-S을 재차 투입하고, L/Lo를 0.68로 유지하며, 취련말기(15분이후)에는 L/Lo를 0.85이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 저Mn 용선의 전로 조업방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 용선 Mn농도가 0.23%이하가 되는 저Mn용선을 사용할 때 초기 슬래그의 재화불량 및 중기 슬래그의 점도상승에 따른 스피팅 발생현상을 억제함과 동시에 종래의 일반용선 사용시 전로 종점에서의 Mn농도인 0.007%수준을 유지할 수 있었다.

Description

저망간 용선의 전로 조업 방법{Operating method of converter using low manganese hot metal}

본 발명은 제강공정중 전로공정에서 저망간 함유 용선을 이용하여 취련 및 용강제조 작업을 실시할 때, 용철의 노구밖으로의 튐현상(이하 스피팅이라 칭함)을 억제하고 처리종료(이하 종점)시점에서의 Mn 농도를 종래와 동등이상으로 유지하기 위한 전로 조업방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로(Blast Furnace)에서 출탕된 용선은 용선을 담는 용기(Open Ladle, 이하 용선레이들이라 칭함)에 장입한 후 용선예비처리를 실시한다. 용선예비처리는 크게 두가지로 분류하는데, 그 하나는 용선탈린처리이며, 또 하나는 용선탈류처리이다. 이후 용선 예비처리 단계를 거친 용선은 고철과 함께 용선을 용강으로 제조하는 전로에 장입하게 된다. 전로에서는 이들 주원료와 함께 생석회, 경소돌로마이트, 형석등의 부원료를 투입하면서 노내에 산소를 취입하는 취련을 실시하게 된다. 전로에서의 주목적은 탈탄, 탈린이며 특히 노내에 투입된 부원료등이 산소취입과정에서 발생되는 여러가지 산화물(SiO2, FeO, MnO, P2O5)과 적정한 재화(slagmaking)상태를 유지하여야만 효과적인 탈린반응을 일으킬 수가 있다. 즉 생성된 인산화물 자체는 상당히 불안정하기때문에 부원료인 생석회를 투입함에 의해 다음식과 같은 안정한 화합물로써 존재하게 되고, 이를 통하여 다시 용강중으로 인성분이 들어가는 복린현상을 억제할 수 있다.

4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaO·P2O5) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (1)

한편, 투입된 생석회는 단독으로 융점이 2600℃부근으로써, 탈린을 위한 빠른 재화를 위해서는 초기에 FeO, MnO등을 형성시켜 줌으로써 저융점의 슬래그를 형성시켜 주어야만 가장 안정적으로 탈린을 이끌 수가 있는 것이다. 만일 적정한 슬래그의 재화를 유도하지 못하게 되면 고속의 산소제트기류가 용탕과 충돌하면서 발생하는 철입자(droplet)들이 슬래그 층으로 흡수되지 못하고 노구밖으로 분출되는 스피팅 현상이 발생하게 되어 작업성이 열위하게 되며, 또한 슬래그의 재화를 초기부터 무리하게 유도하기 위해 FeO성분을 인위적으로 과도하게 투입하면 노내 슬래그의 온도가 너무 낮아져 산소와 용강중 탄소의 반응에 의해 발생된 CO가스가 슬래그 층을 통과하지 못하고 슬래그를 노밖으로 분출시키는 슬로핑이 발생하게 되므로 전로 조업에서는 이의 제어를 위한 취련패턴 및 소결광 투입기준이 적정하게 갖추어 져야 한다

상기와 같이, 전로 조업에서는 투입되는 부원료 및 용강중 원소의 산화반응에 의한 산화물간의 재화가 매우 중요함을 알 수 있다.

일반적으로 용선의 원소는 C가 4%이상, Si가 0.3~0.5%, P이 0.1%수준, Mn이 0.3~0.4%의 범위로 되어 있으며, Mn농도가 낮으면 상기한 대로 전로에서 스피팅 현상이 발생하기 때문에 소결공정에서는 Mn광석을 인위적으로 첨가하여 상기한 용선의 조성에 맞추어서 전로공정으로 보내게 된다. 따라서, 소결공정에서 Mn광석을 첨가하지 않은 저Mn(0.23%이하) 용선을 전로공정에서 스피팅 없이 제어할 수 있다면, 원가절감이 예상되며, 더우기 저Mn 용선을 사용하더라도 전로 종점에서의 Mn 농도를 일반용선과 동등한 수준으로 유도할 수 있으면 또다른 원가절감 및 Mn 실수율 향상을 유도하게 되어 저Mn용선의 전로조업 방법을 구축할 수가 있게 된다.

따라서 본 발명자들은 저Mn 용선을 사용할 때 문제가 되는 스피팅을 억제하고 Mn 사용량 절감을 위한 전로 조업방법을 연구와 시험을 거듭한 결과 본 발명을 안출하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로써, 용선과 고철을 주원료로 하고 생석회, 경소돌로마이트등을 부원료로 하여 산소취련과 동시에 용선을 용강으로 제조하는 전로조업에서 용선 Mn농도가 0.23%이하가 되는 저Mn용선을 사용할 때 초기 슬래그의 재화불량 및 중기 슬래그의 점도상승에 따른 스피팅 발생현상을 억제함과 동시에 종래의 일반용선 사용시 전로 종점에서의 Mn농도인 0.007%수준을 유지할 수 있는 전로 조업방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 방법에 의한 전로 조업 패턴을 나타낸 도면.

도2는 본 발명에 의한 전로 조업 패턴을 나타낸 도면.

도3은 본 발명과 종래 방법에 의한 스피팅 발생을 비교한 그래프도.

도4는 본 발명과 종래 방법에 의한 전로 종점 Mn 농도를 비교한 그래프도.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 취련 초기(취련 시작에서 6분까지) L/Lo를 0.63~0.70로 유지함과 동시에 FeO원료인 소결광을 3~5kg/T-S을 투입하며, 취련중기(7~14분)는 L/Lo를 0.75~0.80로 유지하되 스피팅 발생영역인 10~12분경 바로 앞 시점인 9분경에 소결광 3~5kg/T-S을 재차 투입하고, L/Lo를 0.68로 유지하며, 취련말기(15분이후)에는 L/Lo를 0.85이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 저Mn 용선의 전로 조업방법을 제공한다.

여기서 Lo는 강욕깊이를 나타내는 것으로써, 용선이 전로에 장입된후 전로 바닥에서 용선높이까지의 깊이를 나타내며, L은 산소취련에 의한 제트기류의 용강 파임깊이를 나타내는 것으로써, L/Lo는 결국 교반력의 척도를 나타내는 것이다. 이를 식으로 표기하면 다음과 같다.

L = Lhexp(-0.78h/Lh)

Lh = 63.0(kQ/nd)2/3

여기서, k : 랜스노즐에 따른 상수, Q : 유량,

n : 랜스노즐의 공(孔)수, d : 랜스노즐 직경

h : 용선탕면에서 랜스선단부까지의 높이를 각각 나타낸다.

통상적인 전로조업에서 L/Lo가 0.7이하면 산소가스 취입에 의한 교반력이 약하여, 탈탄반응이 진행되기 보다는 철의 산화에 기여하는 부분이 크게 되며, 이에 따라 슬래그 재화를 촉진하며, L/Lo가 0.85이상이면, 교반력이 강하여, 철의 산화보다는 용강의 탈탄에 기여하는 부분이 크게 되어 빠른 탈탄을 유도할 수 있게 된다. 이와 같은 조업 패턴의 단점으로는 L/Lo가 낮게되면, FeO증대에 따른 노체침식 및 슬래그 발생량이 증가하게 되며, L/Lo가 높으면 용철이 노밖으로 비산되는 스피팅이 발생하게 된다.

도1에 상기와같은 종래의 전로 조업방법을 살펴보았다. 도1과 같이 취련 초기, 중기, 말기로 나누어 초기에는 플라트(flat)내지는 다소 하드(hard), 중기에는 플라트, 말기에는 하드한 형태로 구성되어 있다.

여기서, L/Lo가 0.8이하이면 소프트(soft), L/Lo가 0.8∼0.9이면 프라트,

L/Lo가 0.9이상이면 하드함을 의미한다.

이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 우선 전로에서 슬래그의 재화과정을 보면, 취련 초기에는 투입된 생석회의 재화과정이 이루어지는데 이는 주로 CaO-FeO계가 주류를 이루며, 여기에 MnO 발생에 의한 점도 및 융점강하에 의해 더욱 더 양호한 재화상태를 얻을 수 있게 된다. 취련 중기에는 탈탄 전성기구간으로써, 투입되는 산소원이 모두 탈탄에 기여하므로, 이 시기에는 FeO마저도 환원되어 슬래그의 융점 및 점도를 상승시키며, 또한 노내 온도가 상승함에 따라 고융점의 2CaO·SiO2가 생성되어 스피팅 현상이 발생하게 된다. 따라서 종래의 조업방법으로 저Mn 용선의 조업을 실시하게 되면, 초기 MnO 발생량 저하에 따른 슬래그의 재화불량이 일어나며, 중기에도 마찬가지로 MnO농도 부족에 의한 스피팅현상이 발생하게 된다.

그러나 본 발명은 종래의 스피팅 발생 문제를 적극 억제하기 위하여, 도2에 본 발명에 의한 전로 조업 패턴을 나타낸 것으로써, 취련 초기 L/Lo값을 soft하게 0.63~0.70의 범위로 낮추고 동시에 FeO 원료인 소결광을 3~5kg/T-S을 투입하여 FeO 농도를 종래 대비 상대적으로 증가시킴에 따라 부족한 MnO를 보상하도록 하였으며, 취련 중기에는 L/Lo값을 0.75~0.80로 유지하되 (플라트한 패턴으로 가되), 스피팅의 최고 발생구간인 10~12분경 바로 앞 지점인 취련 9분경에 부분적인 소프트상태를 유지함과 동시에 강제적으로 소결광을 재차 3~5kg/T-S투입함으로써, MnO농도 저하에 따른 스피팅 발생현상을 FeO농도 증대로써 해결하고자 하였다. 또한 취련 말기에는 L/Lo값을 0.85이상으로 최대한 올림으로써, 강욕 교반력을 증대시켜 탈탄 진행 및 FeO 생성억제에 따른 노체보호, 그리고, FeO + Mn = Fe + MnO 반응에 의해 FeO 생성억제에 따른 전로 종점 Mn 상승을 이끌도록 전로 조업 패턴을 설정하였다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

본 발명의 효과를 확인하기 위하여, 100톤 전로에서 실조업으로 종래 조업패턴과 본 발명에 의한 조업패턴을 사용하여 비교하였다.

먼저 스피팅 발생율 관찰 시험에서는 종래조업 및 저Mn 조업시 동일하게 Si: 0.35%, Mn: 0.23%이하, P: 0.1%의 용선을 사용하여 스피팅 현상을 육안 관찰 하였으며, 종점 Mn 농도 비교시험에서는 일반용선의 용선조건은 평균적으로 Si: 0.35%, Mn: 0.31%, P: 0.1%의 것을 사용하였으며, 저 Mn 용선의 경우는 다른 성분은 유사하되 Mn 농도만을 0.23%이하로 유지하여 실험을 실시하였다.

장입용선량은 동일하게 105톤이며, 고철은 7~8톤을 사용하였으며, 기타 부원료 투입조건도 모두 동일한 상태에서 실험을 실시하였다.

도3은 본 발명과 종래의 방법에 의한 조업에서의 스피팅 발생결과를 나타낸 것이다. 스피팅의 관찰은 육안관찰을 실시하였으며, 그 관찰시점은 취련 10~15분경을 주 대상으로 하였다. 도3에서 보는 바와 같이 종래 저Mn 용선 사용시 스피팅 발생율이 70%수준에 달하는 반면, 본 발명에 의한 조업패턴 실험결과 스피팅 발생율이 10%수준대에 머물러 본 발명에 의한 스피팅 발생이 현저히 감소함을 파악할 수 있었다.

또한 도4는 본 발명과 종래의 조업에서의 전로 종점 Mn을 비교한 그래프로써, 도에서 보듯이 용선 Mn 농도가 약 0.08%정도 차이가 남에도 불구하고 전로 종점 Mn 농도는 거의 유사함을 알 수 있었다.

이를 Mn 실수율로 계산하면, 종래의 조업패턴을 사용하는 경우 Mn 실수율이 23%수준임에 반해, 저Mn 용선을 사용하여 본 발명에 의한 조업패턴을 사용하는 경우 30%수준을 넘은 것을 확인할 수가 있어, 본 발명에 의해 스피팅 억제 뿐만 아니라 종점 Mn 실수율을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기의 발명을 실시하는 경우, 첫째, 저Mn 용선을 이용한 전로 조업시 스피팅 발생 현상을 적극 억제할 수 있으며, 둘째, 용선 Mn 농도가 일반 용선 대비 낮은 저Mn 용선을 사용함에도 불구하고, 종점에서의 Mn 농도는 종래와 동등하도록 하여 Mn 실수율 향상이 가능하다.

Claims (1)

1. 저Mn 용선을 사용하여 스피팅 현상을 억제하는 전로 조업방법에 있어서,

   취련 초기에 L/Lo를 0.63~0.70로 유지함과 동시에 FeO원료인 소결광을 3~5kg/T-S을 투입하며, 취련중기는 L/Lo를 0.75~0.80로 유지하되 스피팅 발생영역인 10~12분경 바로 앞 시점인 9분경에 소결광 3~5kg/T-S을 재차 투입하고, L/Lo를 0.68로 유지하며, 취련말기에는 L/Lo를 0.85이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 저Mn 용선의 전로 조업방법.