KR100476808B1 - 슬로핑이 방지되는 전로조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로조업에 관한 것이며; 그 목적은 슬로핑(slopping)이 발생되지 않는 안정적인 전로 조업방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 전로(1) 취련중 산소유량의 속도와 비례하는 슬래그의 폼(foam) 높이와 전로 수명(이하, 단지 `노령'이라고도 함)의 증가에 의한 전로 내용적과의 상관관계를 도출하여 취련조업에 적합한 송산유량과 랜스(2)의 높이(h)를 계산하므로써, 전로 취련중 급격한 탈탄속도의 변화에 따라 슬래그 폼이 크게 발생하는 것을 방지하여 슬로핑 현상이 방지되는 안정적인 전로조업방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

슬로핑이 방지되는 전로조업방법{A METHOD OF OPERATING CONVERTER WITHOUT SLOPPING}

본 발명은 전로 조업에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로에서 슬래그 포밍이 방지될 수 있는 전로 조업방법에 관한 것이다.

전로에서 상취랜스를 통해 순산소를 취련하여 용선을 정련하는 동안 순산소에 따른 산화반응에 의해 부산물인 슬래그(slag)가 다량 발생하게 된다. 이러한 슬래그의 발생은 투입된 부원료가 녹아 생기기도 한다. 이 용융 슬래그는 전로내에 발생된 가스에 의해 거품처럼 부피가 성장 또는 축소하는 슬래그 포밍(slag foaming) 현상을 일으키게 된다. 나아가, 전로 취련중 용융 슬래그는 일시적으로 포밍이 급격하게 성장하면 노구를 통해 용융 슬래그가 분출하는 슬로핑(slopping) 현상을 야기된다.

이 슬로핑 발생은 대체로 다음과 같은 메카니즘으로 발생된다고 알려져 있다. 즉, 1) 전로의 성분제어를 위해 부원료 투입량이 증가할수록 슬래그의 양이 많아지는데, 슬래그의 양이 많을수록 슬로핑 발생이 심하다. 즉, 용선중에 Si 등의 산화물의 양이 많을수록 슬로핑 발생이 심하다.

2) 일시에 많은 가스 발생이 가능한 부원료(철광석)을 전로에 투입할 때 가스의 생성속도가 과다하게 발생하는데, 이 가스의 급격한 발생으로 슬로핑이 심화된다.

3) 일시에 투입된 부원료에 의해 슬래그의 온도가 하락하면 슬래그의 점도가 높아지는데, 슬래그의 점도가 높을수록 슬로핑이 유발되기 쉽다.

이러한 원인에 의해 발생되는 전로 슬로핑 현상은 여러 가지 환경오염을 일으키게 되며, 특히 전로조업에서 산소취련 진행 70%전, 즉 약 18분에 발생하는 슬로핑은 황갈색 가시분진이 발생하여 환경문제를 더욱 심각하게 한다.

한편, 이러한 전로조업에서의 슬로핑 현상을 방지하기 위해 종래에는 전로 취련시 송산 유량의 크기를 전로 수명 증가에 따라 경험에 의해 송산유량을 설정하였다. 그러나, 종래에는 전로 취련시 송산속도 증가에 슬래그의 폼 높이를 고려하지 않아 전로 내용적과의 송산유량의 크기가 불적절하고, 취련 진행시간에 따라 탈탄속도의 증감의 변화가 매우 크게 설계되므로써, 슬래그의 점성에 따라 CO가스가 원활하게 노구 밖으로 빠져 나가기 곤란하여 슬로핑 발생 확률이 높은 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 전로 조업시 노체의 수명에 따라 변화되는 내용적과 그에 따른 슬래그 적정 폼 높이를 고려하여 적절한 산소 취련량을 설정하므로써, 슬로핑이 발생되지 않는 안정적인 전로 조업방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 상취랜스를 승하강하여 그 랜스로부터 산소를 용선중에 취입하여 전로 조업하는 방법에 있어서,

임의의 산소 유량에 대하여 슬래그 폼의 높이를 구하고, 각 유량에 따른 폼 높이가 가장 적은 때의 값을 기준으로 하여 각 유량에 따른 각각의 폼 높이를 지수화하는 단계;

상기 폼 높이가 가장 적은 때의 값에 대응하는 노령에 대한 전로의 내용적을 1로 두고 각각의 노령에 따른 전로의 내용적을 지수화하는 단계;

사용할 전로의 노령을 조사하고, 그 노령에 대응하는 전로 내용적의 지수값과 동일한 지수값을 갖는 폼 높이에 대한 목표 산소유량을 정하는 단계;

랜스를 탕면에 위치시킨 상태에서 산소를 취입했을 때 초기 강욕의 깊이(L_h)를 먼저 구하는 단계;

특정 전로의 노체 사용횟수에 따른 전체 장입량에 대한 경시 강욕깊이(L_o)의 상관관계를 구하는 단계;

상기에서 구한 초기 강욕깊이(L_h)와 경시 강욕깊이(L_o)를 통해 탕면과 랜스 사이의 임의의 높이(h)에 따라 산소를 취입했을 때의 이론 강욕깊이(L)를 설정하는 단계;

상기 강욕깊이비(L/L_o)가 일정하게 유지되도록 하기 위한 탕면으로부터의 특정 랜스 높이를 구하는 단계; 및

상기에서 구한 특정 랜스높이 만큼 랜스를 위치시키고, 랜스로부터 목표산소유량을 취입하면서 취련하는 단계;를 포함하는 전로조업방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전로 취련중 산소유량의 속도와 비례하는 슬래그의 폼 높이와 전로 수명(이하, 단지 `노령'이라고도 함)의 증가에 의한 전로 내용적과의 상관관계를 도출하여 취련조업에 적합한 송산유량과 랜스높이를 계산하므로써, 전로 취련중 급격한 탈탄속도의 변화에 따라 슬래그 폼이 크게 발생하는 것을 방지하여 슬로핑 현상을 방지함에 특징이 있다.

우선, 본 발명에서 전로의 내용적과 노령에 따른 적정 목표 송산유량은 다음과 같이 설정될 수 있다.

일반적인 전로 취련조업을 살펴보면, 초기 탈탄 변경시점인 취련 약 25%시점에서 탈탄속도가 최고점에 이르고, 2차 탈탄 천이점인 취련 70% 시점에서 슬로핑이 발생되고 있다. 2차 탈탄 천이점 부근에 탈탄 최고점이 발생하는 경우는 취련 송산량이 과다하게 설정되어 정체되었던 가스가 일시에 발생되거나 취련 초기 가스 발생 부원료를 일시에 투입한 경우에 발생된다. 따라서, 취련패턴에 따라 탈탄속도의 변동이 최소화되도록 적정한 취련 산소 유량을 설정할 필요가 있다.

도1은 일반 전로 취련시 용강의 강욕깊이에 대한 모식도로서, 도1과 같이, 전로(1)의 상취 랜스(2)가 용강(3)에 근접하게 되어 용강의 교반력이 커지면 탈탄속도(dc/dt)가 빨라지게 된다. 이때, 송산유량이 증가할수록 슬래그 폼의 높이도 증가하게 된다. 구체적으로 본 발명자의 실험결과에 의하면, 통상적인 전로조업시 슬래그중의 FeO함량이 약 15~20%일 때, 취련 초기와 중기에서 용강중에 취입되는 임의의 산소 유량[Fo₂(N㎥/hr.)]에 대하여 발생되는 슬래그 폼의 높이(hf)는 수학식1과 같이 표현될 수 있다.

그러나, 노체의 수명이 증가하면 수학식2와 같이, 전로의 내용적이 변화되므로 노체의 내용적 변동량(ΔV)에 따라 슬래그의 폼 높이를 흡수할 수 있는 시점이 변화된다. 도2와 도3은 각각 전로의 노체 사용횟수에 따른 노체 반경과 내용적 변화량 및 강욕 깊이와의 관계에 대한 일례를 보이고 있다.

ΔV=(π×r₂ ²×H)-(π×r₁ ²×H)=π×Δr²×H=a×π×r₁ ²×H

(단, r₁, r₂는 노체 변동 전후의 노반경, H는 노체의 높이, a는 상수)

본 발명은 이러한 점을 충분히 고려하여 노령에 따라 변화되는 슬래그 폼 높이에 적합한 송산 유량을 설정한다. 이를 위해 우선, 본 발명은 각 송산유량에 따른 슬래그 폼 높이를 수학식1에 의해 구하고, 그 슬래그 폼 높이가 가장 적은 때의 값을 기준으로 하여 각 송산유량에 따른 각각의 폼 높이를 지수화한다.

그 다음, 상기 슬래그 폼 높이가 가장 적은 때의 값에 대응하는 노령에 대한 전로의 내용적을 1로 두고 각각의 노령에 따른 전로의 내용적을 지수화한다. 예를들어, 기존의 어떠한 전로 조업패턴을 조사한 결과, 각각의 송산유량에 따른 슬래그 폼 높이 가운데 슬래그 폼 높이가 가장 적은 때 그 전로의 노령이 1000회이고, 그 때의 송산유량이 62000N㎥/hr이었다면 노령 1000회 때의 전로의 내용적을 "1"로 두고, 각각의 노령에 따른 전로의 내용적을 1000회 때의 전로 내용적으로 나누어 지수화한다.

그 다음, 사용할 전로의 노령이 2000회이라면, 그 노령 2000회에 대응하는 전로 내용적의 지수값과 동일한 지수값을 갖는 슬래그 폼 높이에 대한 산소유량을 목표 산소유량을 정한다.

상기와 같이 목표 산소유량이 정해지면, 그 다음에는 랜스의 높이를 설정한다. 설정하고자 하는 랜스의 높이를 구하기 위해서 본 발명에서는, 먼저 도1에 도시된 바와 같이 랜스(2)를 용강(3)의 탕면에 위치시킨 상태(h=0)에서 산소를 취입했을 때 초기 강욕의 깊이(L_h)를 구한다. 초기 강욕 깊이는 수학식 3과 같이 표시될 수 있다.

[여기서 h: 탕면으로부터 랜스의 높이(mm), L_h: 랜스가 탕면에 위치한 상태(h=0)에서 산소를 취입했을 때 초기 강욕깊이, Fo₂: 산소유량(N㎥/hr.), n: 노즐 공수, d: 노즐 직경(mm), k: 노즐경의 각도와 노즐수에 따른 상수]

이렇게 구한 초기 강욕깊이(L_h)를 통해 탕면과 랜스 사이의 임의의 높이(h)에 따라 산소를 취입했을 때의 이론 강욕깊이(L)를 수학식4와 같이 설정할 수 있다.

그 다음, 사용할 특정 전로의 노체 사용횟수에 따른 전체 장입량에 대한 경시 강욕깊이(L_o)의 상관관계를 구한다. 수학식5는 본 발명자가 구한 실험식의 일례를 보이고 있다.

[여기서, L_o: 노체 수명에 따른 산소 취입시의 강욕 깊이, N: 노체 사용횟수, W: 전체 장입량(t), r_i: 새로운 전로의 노복부 반경(mm)]

상기에서 구한 이론 강욕깊이(L)와 경시 강욕깊이(L_o)로부터 강욕깊이비(cavity, L/L_o)를 수학식 6과 같이 구할 수 있다. 상기 강욕깊이비는 취련속도의 강도를 표시하는 지수로서, 크게 할수록 용강의 교반력이 커지며 탈탄속도가 빨라지게 됨을 의미한다.

본 발명의 경우 전로 취련조업시 슬로핑을 방지하기 위해서 상기 강욕깊이비를 일정하게 유지할 필요가 있다. 바람직하게는 전로취련시점 70%까지 상기 강욕깊이비를 약 0.4~0.6의 범위에서 일정하게 유지하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 기존에 전로 취련시 부원료를 일괄 투입하던 방식과는 달리, 전로 취련시점 70%전까지는 부원료를 분할 투입함이 보다 바람직하다.

강욕깊이비를 위와같이 일정하게 유지되도록 하도록 C₁값이 설정되면 그때의 탕면으로부터의 특정 랜스 높이는 수학식4, 6으로부터 수학식7과 같이 표현될 수 있다.

이와같이 구한 특정 랜스높이 만큼 랜스(2)를 위치시키고, 랜스로부터 목표산소유량을 취입하면서 전로 취련하면 슬래그 폼이 최소화되어 조업이 안정될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

노령이 2000회인 300톤급 전로[노즐공수(n): 6개, 노즐직경(d): 39.6mm]에서 전체 장입량이 약 345톤인 용선을 본 발명에 따라 취련조업하여 정련하였다. 이때, 용선과 슬래그의 비인 HMR은 83% 정도이었으며, 용선중의 Si 함량은 0.32~0.34% 정도였다. 본 발명의 경우 강욕높이비(L/L_o)는 0.49~0.60의 범위에서 유지하면서 적정한 송산유량과 랜스높이를 표1과 같이 설정하였다.

취련진행율(%)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
송산유량(N㎥/hr)	62000	62000	58000	58000	54000	54000	54000	59000	59000	62000	62000
랜스높이(mm)	2600	2600	2400	2400	2100	2100	2100	2000	2100	2100	2100
L/Lo	0.50	0.50	0.49	0.49	0.50	0.50	0.50	0.57	0.60	0.60	0.60

또한, 표1과 같은 취련패턴으로 취련하는 동안 부원료는 표2와 같은 방식으로 분할 투입하였다.

부원료종류	취련진행율(%)
	착화	15	30	45	50	60	70	75	85
생석회	40			20		20	20
burnt-돌로마이트					35		35	30
형석	100
석회석	취련20%까지 연동 투입
철광석	취련 25~80%까지 연동 투입
HBI	취련 50%부터 분할 투입(1톤/분)

한편, 본 발명과 비교하기 위해 종래의 경우 동일 용선에 대하여 취련 초기 5분이내 80%이상의 부원료를 일괄 투입하여 전로 정련을 행하였다.

이러한 각각의 취련패턴에 따른 취련진행에 대한 탈탄속도의 변화를 도4에 나타내었다.

도4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 취련패턴에 의해 전로조업하는 경우 기존보다도 탈탄속도가 거의 일정함을 보이고 있다.

또한, 본 발명에 따른 전로조업시 슬로핑 발생을 조사한 결과 약 0.03% 정도로서 기존 0.21%에 비하여 거의 슬로핑 현상이 나타나지 않아 매우 안정적인 전로조업이 가능하였다. 이는 본 발명의 경우 취련초기 슬래그의 초기온도가 약 50~75℃ 상승되어 슬래그의 점도가 낮아져 취련중 발생된 CO가스가 원활하게 빠져 나갈 수 있어 취련 초기에 발생되었던 슬로핑이 크게 감소된 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전로 취련중 슬로핑 발생율이 거의 "0" 수준으로 향상되어 안정적인 전로조업이 가능할 뿐만 아니라 슬래그 폼에 의한 가시분진이 크게 억제되어 환경오염 방지에도 커다란 효과가 있다.

도1은 일반적인 전로취련조업시의 용강의 변화를 보이는 모식도.

도2는 전로의 노체 수명에 따른 노체 내용적의 변화를 보이는 그래프.

도3은 전로의 노체 수명에 따른 노체 반경과 강욕깊이 변화를 보이는 그래프.

도4는 종래 및 본 발명에 따른 전로취련진행에 따른 탈탄속도의 변화를 보이는 그래프.

Claims (7)

1. 상취랜스를 승하강하여 그 랜스로부터 산소를 용선중에 취입하여 전로 조업하는 방법에 있어서,

   임의의 산소 유량에 대하여 슬래그 폼의 높이를 구하고, 각 유량에 따른 폼 높이가 가장 적은 때의 값을 기준으로 하여 각 유량에 따른 각각의 폼 높이를 지수화하는 단계;

   상기 폼 높이가 가장 적은 때의 값에 대응하는 노령에 대한 전로의 내용적을 1로 두고 각각의 노령에 따른 전로의 내용적을 지수화하는 단계;

   사용할 전로의 노령을 조사하고, 그 노령에 대응하는 전로 내용적의 지수값과 동일한 지수값을 갖는 폼 높이에 대한 목표 산소유량을 정하는 단계;

   랜스를 탕면에 위치시킨 상태에서 산소를 취입했을 때 초기 강욕의 깊이(L_h)를 먼저 구하는 단계;

   특정 전로의 노체 사용횟수에 따른 전체 장입량에 대한 경시 강욕깊이(L_o)의 상관관계를 구하는 단계;

   상기에서 구한 초기 강욕깊이(L_h)를 통해 탕면과 랜스 사이의 임의의 높이(h)에 따라 산소를 취입했을 때의 이론 강욕깊이(L)를 설정하는 단계;

   상기 이론 강욕깊이(L)와 경시 강욕깊이(L_o)의 비인 강욕깊이비(L/L_o)를 일정한 값으로 유지한 후, 그 값에 대응하는 탕면으로부터의 특정 랜스 높이를 구하는 단계; 및

   상기에서 구한 특정 랜스높이 만큼 랜스를 위치시키고, 랜스로부터 목표산소유량을 취입하면서 취련하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 슬로핑이 방지되는 전로조업방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 산소 유량(Fo₂)에 따른 슬래그 폼 높이(hf)는

   (단, dc/dt는 탈탄속도)로 표현됨을 특징으로 하는 슬로핑이 방지되는 전로조업방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 초기 강욕의 깊이(L_h)는[단, Fo₂: 산소유량(N㎥/hr.), n: 노즐 공수, d: 노즐 직경(mm), k: 노즐경의 각도와 노즐수에 따른 상수] 로 표현됨을 특징으로 하는 슬로핑이 방지되는 전로조업방법.
4. 제1항에 있어서, 상기경시 강욕깊이(L_o)에 대한 상관관계식은

   [단, N: 노체 사용횟수, W: 전체 장입량(t), r_i: 새로운 전로의 노복부 반경(mm)]로 표현됨을 특징으로 하는 슬로핑이 방지되는 전로조업방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 이론 강욕깊이(L)는 [단, L_h: 강욕깊이, h: 탕면으로부터의 랜스높이]로 구해짐을 특징으로 하는 슬로핑이 방지되는 전로조업방법.
6. 제1항에 있어서, 취련 진행 70%까지는 상기 강욕깊이비(L/L_o)는 0.4~0.6의 범위에서 유지함을 특징으로 하는 슬로핑이 방지되는 전로조업방법.
7. 제6항에 있어서, 취련 진행 70%까지는 전로에 부원료를 분할 투입함을 특징으로 하는 슬로핑이 방지되는 전로조업방법.