KR100568357B1 - 슬래그 포머 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 노외정련 공정의 엘에프(Ladle Furnace) 장치에서 용강의 승열(Melt Heating) 효율을 향상시키기 위하여 첨가되는 슬래그 포머(Former) 조성물에 관한 것으로써, 우수한 승열 효율을 가질 뿐만 아니라 슬래그 발생량을 감소킬 수 있는 LF에서의 용강 승열용 슬래그 포머 조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 주성분이 CaCO₃인 석회석: 10~80 중량% 및 나머지: 주성분이 MgCO₃및 CaCO₃인 백운석으로 조성되는 슬래그 포머(Slag Former)조성물을 그 요지로 한다.

슬래그, 포머, 석회석, 승열, 백운석, 노외정련, 엘에프(Ladle Furnace)

Description

슬래그 포머 조성물{Slag Forming Agent}

도 1은 본 발명 및 비교방법에 따르는 슬래그 포머 조성물 첨가에 따른 폼(Foam) 높이와 내화물 침식지수를 나타내는 그래프

도 2는 본 발명 및 비교방법에 따르는 슬래그 포머 조성물 첨가에 따른 엘에프(LF) 승열효율을 나타내는 그래프

본 발명은 제강 노외정련 공정의 엘에프(Ladle Furnace, 이하 LF라 함) 장치에서 용강의 승열(Melt Heating) 효율을 향상시키기 위하여 첨가되는 슬래그 포머(Former) 조성물에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 제강 노외정련 공정의 LF에서 전기 아크(Electric Arc)를 이용하여 용강을 승열할 때 첨가되는 우수한 승온 효율을 갖는 슬래그 포머 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정은 고로로부터 배출된 용선을 고철(Scrap) 과 더불어 전로나 전기로 등 제강로에 장입하고, 산소를 취입하여 탄소(C), 인(P) 등 불순물을 일차적으로 제거하고, 수강 레이들(Teeming Ladle)로 출강하고(Tapping), 노외정련공정에서는 출강된 용강의 온도와 성분을 목표범위 이내로 조정하고, 이어서 연속주조(Continuous casting)를 실시하는 등의 과정으로 구성된다.

상기 노외정련 공정에서 용강 온도를 조정하는 이유는 노외정련 이후에 실시하는 강의 연속주조 작업을 용이하게 행하기 위함이며, 연속주조 작업에서는 강의 합금성분과 그 함량에 따라 용강이 일정 범위의 온도를 유지하는 것이 요구된다.

일례로 탄소(C) 50ppm 이하, 실리콘(Si) 0.35~0.45중량%, 망간(Mn) 0.2~0.3중량%, 인(P) 0.05~0.07중량%를 함유하는 전기강판재의 경우, 1550~1565℃의 온도를 유지해야만 연속주조 작업을 용이하게 행할 수 있게 된다.

한편, 용강의 연속주조 작업에 요구되는 온도보다 높거나 낮은 경우에는 노외정련공정에서 용강의 온도를 조절해야 한다.

온도가 높은 경우에는 용강에 냉각제를 첨가하거나 교반가스를 취입하는 등 비교적 간단한 작업을 행함으로써, 용강 온도를 낮출 수 있는 반면에 온도가 낮은 경우에는 용강에 어떤 형태든지 열을 가하는 작업을 행해야 하고, 이를 일반적으로 승열(Heating)이라 부르며, 노외정련 공정에서 행해지는 대표적인 승열 기술로는 화학반응열을 이용하는 방법과, 전기에너지를 이용하는 방법으로 대별할 수 있다. 전기에너지를 이용하는 대표적인 설비로는 LF가 있으며, 이는 전기 Arc를 발생시켜 슬래그 층을 통해 용강에 열을 전달하는 장치이다.

종래 LF 조업에서는 승열작업에서 슬래그의 역할 즉, Arc 열을 용강으로 전달하는 매체로써의 역할과 용강의 열이 대기로 방산되는 것을 억제하는 역할 등을 중요하게 여겨 슬래그 두께를 120~140mm 확보함으로써, 승열 효과를 얻는 것이다.

그러나, 이 방법에서는 대기(Atmosphere)로 방산되는 열을 효과적으로 차단하기 어 려워 승열 효율(Efficiency)이 낮을 뿐 아니라, 슬래그 발생량이 증가되는 문제점을 지니고 있다.

일례로, 300톤 레이들에서 120~140mm의 슬래그 두께를 유지한다면, 용강 1톤당 슬래그 양이 12~14kg정도로써, 승열을 실시하지 않는 차지(Charge)보다 슬래그 발생량이 20~40% 증가하게 되는 것이다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 우수한 승열 효율을 가질 뿐만 아니라 슬래그 발생량을 감소킬 수 있는 LF에서의 용강 승열용 슬래그 포머 조성물을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 주성분이 CaCO₃인 석회석: 10~80 중량% 및 나머지: 주성분이 MgCO₃및 CaCO₃인 백운석으로 조성되는 슬래그 포머(Slag Former)조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

제강 노외정련 공정에서 슬래그는 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO 등으로 조성되며, LF 승열시 슬래그 층의 온도는 승열 진행정도에 따라 1200~2000℃에 달한다.

LF에서 승열이 진행되는 동안 발생된 Arc 열이 용강에 직접 전달되기도 하나, 일차적으로 슬래그에 열이 가해지고, 이어서 슬래그를 통해 용강에 열이 전달되기도 한 다.

이 과정에서 승열 효율, 즉 발생된 Arc 열량 중 용강으로 전달된 열량의 비율은 대기로 방산되는 열량에 따라 증가하거나 감소한다.

이는 대기로 방산되는 열량이 감소될수록 승열 효율이 증가됨을 의미하고, 따라서, 승열 효율, 즉 에너지 효율을 높이기 위해서는 대기로 방산되는 열량을 줄일수록 유리함을 의미한다.

본 발명자 등은 상기와 같은 사실에 착안하여, LF 승열과정에 슬래그 포밍을 일정 수준으로 유지하는 조성물을 개발하고자 연구와 실험을 행하였다. 이는 슬래그 포밍이 일정하게 유지된다면, 대기로 방산되는 열을 차단하는 효과를 나타낼 뿐 아니라, LF 승열 중 레이들 슬래그를 종래보다 적은 양으로 유지한다 하더라도 동등 이상의 승열효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되기 때문이다.

본 발명의 슬래그 포머 조성물은 주성분이 CaCO₃인 석회석과 주성분이 MgCO₃및 CaCO₃인 백운석으로 구성된다.

상기 슬래그 포머 조성물이 1200~2000℃의 슬래그에 첨가되는 경우, 조성물 중 CaCO₃와 MgCO₃는 각각 850℃ 및 450℃에서 하기 반응식(1) 및 식(2)의 반응으로 CaO와 MgO로 분해되며, 이산화탄소 CO₂를 방출하게 된다.

CaCO₃(s) = CaO + CO₂

MgCO₃(s) = MgO + CO₂

상기 반응식(1) 및 식(2)로 방출되는 CO₂는 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO 등으로 조성되는 레이들 슬래그에 미세한 기포(Foam)를 형성하여 슬래그를 부풀어 오르게, 즉 포밍(Foaming)을 일으키고 슬래그에 전달된 Arc 열이 대기로 방산되는 것을 억제하게 되는 것이다.

한편, 상기 반응식(1) 및 (2)로 생성되는 CaO와 MgO는 각각 슬래그 층으로 이동하며, CaO는 슬래그 염기도 증가에 기여하고, 특히 MgO는 레이들 슬래그와 접촉하는 내화물의 주성분과 동일하여 레이들 내화물이 슬래그 층으로 용출되는 것을 방지하는데 기여하게 된다.

한편, 슬래그 포밍을 일정하게 유지하고, 레이들 내화물 용출을 억제하기 위해서는 본 발명의 슬래그 포머 조성물의 성분이 매우 중요하다.

따라서, 본 발명에서는 조성물의 성분을 석회석 10~80 중량% 및 나머지 성분을 백운석으로 제한한다.

본 발명자 등의 실험결과에 의하면 조성물의 석회석 함량이 10중량% 미만일 때에는 상대적으로 백운석의 레이들 내화물 침식을 효과적으로 방지할 수 있는 반면에 슬래그 중 CaO 증가량이 적어 슬래그 염기도를 증가시키기 위한 방법으로 별도의 CaO 또는 CaCO₃를 첨가해야 하므로, 상기 석회석 함량은 10중량%이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 슬래그 포머 조성물에 있어서 석회석이 80중량%를 초과하는 경우에는 레 이들 내화물 침식을 억제하는 효과를 얻기 어려울 뿐 아니라, 슬래그 포밍이 지나치게 발생되어 승열 효율이 예상보다 낮기 때문에, 석회석의 함량은 80중량%이하로 설정하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보가 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

200kg 대기 용해로를 이용하여 먼저 용강 180kg을 1620℃에서 용해하고, 하기 표 1의 레이들 슬래그 3kg 을 용해한 후, 용해로의 온도를 1600℃로 제어하였다.

이어서 하기 표 2의 슬래그 포머 조성물을 슬래그 상부에 각각 500g 첨가하고 슬래그 층의 포밍이 발생되는 높이를 측정하고, 각각 조성물의 실험 종료 후, 내화물 침식깊이를 측정하고, 이를 최초 두께로 나누어 내화물 침식 지수를 산출하여 도 1에 나타내었다.

성분	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	MnO	TiO2	P2O5	T.Fe
함량(중량%)	51.37	9.56	30.38	5.21	0.68	0.54	0.03	1.92

구분	비교재 1	발명재 1	발명재 2	발명재 3	비교재 2
석회석	5	10	50	80	90
백운석	95	90	50	20	10

도 1에 나타난 바와 같이, 발명재(1-3) 및 비교재(1-2)에서 슬래그 포밍 높이가 30~90mm로 포밍이 비교적 잘 일어나고 있음을 알 수 있고, 석회석 5중량% 함유한 (비교재 1)의 경우에는 슬래그 염기도, 즉 CaO/SiO2 비율을 6.0~8.0 범위로 조정하기 위해서는 추가로 CaO 를 첨가해야 함을 알 수 있었다.

이러한 경우, 실제 공정의 경우 CaO를 추가로 투입함에 따라 온도가 감소되고, 정련시간이 늘어나는 단점이 있으므로 본발명에서는 (비교재 1)을 제외한다.

발명재(1-3)의 경우에는 슬래그 포밍 높이가 35~65mm 정도로 우수한 반면에, 석회석을 본 발명의 범위를 초과한 90중량%를 함유한 비교재(2)의 경우에는 포밍 높이가 90mm 정도로 매우 큼을 알 수 있다.

한편, 내화물 침식지수는 포밍 높이와 비례관계를 나타내고 있음을 알 수 있고, 비교재 (1) 및 발명재(1-3)의 경우에는 3.0% 이하로 비교적 작은 반면에, 비교재 (2)의 경우에는 4.3%에 달하여 발명재(3)의 침식지수보다 40% 이상 큼을 나타내었다. 이는 슬래그 포밍 효과가 우수함에도 불구하고 내화물 침식을 가중시킬 우려가 있기 때문에 실제 공정에서 채택하기 어렵다.

(실시예 2)

300톤 LF에서 Arc 승열이 시작된 직후, 상기 표 2의 슬래그 포머 조성물들을 각각 100kg 첨가하고, 승열을 행하여 용강의 승열 효율을 구하였다. 이때 레이들 슬래그 두께는 70~80mm이었으며, 이를 슬래그 중량으로 환산하는 경우, 용강 1톤당 7.0~8.0kg에 해당된다.

이 실험에서는 먼저 승열이 시작되기 전 용강 온도를 측정하고, 승열 종료 직후 재차 온도를 측정하여, 승열 온도를 산출하고, 여기에 용강 비열과 용강량을 곱하여 용강이 얻은 열량(이하, "승열량"이라 함)을 산출하였다.

또한, LF 승열에 소모된 전기량을 측정하고, 이를 열량으로 환산하였다(이하, "소모 열량"이라 함).

이어서, 승열량을 소모 열량으로 나누어 승열 효율을 퍼센트(%)로 환산하고 이를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 발명재(1-3) 및 비교재(1)의 경우에는 승열 효율이 48.0% 이상으로 종래 승열효율 45% 보다 3% 이상 증가됨을 알 수 있었다.

이는 슬래그 포머 조성물을 첨가함으로써, 슬래그의 포밍이 발생되어 나타나는 현상으로 판단된다.

한편, 비교재(2)의 경우에는 도 1에 나타난 바와 같이 슬래그 포밍 높이가 높음에도 불구하고, 승열 효율이 종래 슬래그 포머 조성물을 첨가하지 않는 조업의 승열효율 45%와 큰 차이를 나타내지 않음을 알수 있다.

이는 슬래그 포밍이 지나치게 조장됨으로써, Arc 열의 방산을 촉진하는 효과가 나타나기 때문으로 생각되고, 따라서 LF 승열효율을 증가시키기 위해서는 슬래그 포밍을 일정 범위로 제어하는 것이 중요하다는 것을 유추해 볼 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제강 노외정련 공정의 LF 정련장치에서 용강을 승열함에 있어서, 소기 조성의 슬래그 포머를 첨가함으로써, 승열 효율을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 슬래그 발생량을 용이하게 감소시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 석회석: 10~80 중량% 및 나머지: 백운석으로 조성되는 슬래그 포머(Slag Former)조성물

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