KR100758436B1

KR100758436B1 - 전로 콘부의 지금부착 방지방법

Info

Publication number: KR100758436B1
Application number: KR1020010036906A
Authority: KR
Inventors: 김영화
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2007-09-14
Also published as: KR20030000783A

Abstract

본 발명은 주 원료로서 용선을 장입하고 산소를 취입하여 산화반응에 의해 용강을 제조하는 전로취련(조업)방법에 관한 것으로서, 전로의 콘부에 산소공급랜스를 구비시켜 적절한 시점에서 산소를 취입하여 이 산소와 취련시 발생되는 가스중의 일산화탄소와의 반응에 의한 산화열을 이용하여 지금이 전로의 콘부에 부착되는 것을 방지할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 콘부를 갖는 전로에서 취련하여 용강을 제조하는 방법에 있어서,

상기 콘부에 산소공급노즐을 설치시키는 단계; 및 상기 산소공급노즐을 통해 취련초기부터 취련 20-30%시점까지 산소를 전로내로 공급하는 단계를 포함하여 구성되는 전로 콘부의 지금부착 방지방법을 그 요지로 한다.

전로, 산소, 지금, 일산화탄소, 콘부

Description

전로 콘부의 지금부착 방지방법{A Method For Preventing Adhesion Of Reclained Lump Steel In Cone Portion Of Converter}

도 1은 전로 취련중 콘부의 지금부착상태를 나타내는 개략도

도 2는 종래방법에 따라 전로 콘부의 지금을 제거하는 방법을 나타내는 개략도

도 3은 취련중 가스조성 및 배가스량 변화를 나타내는 그래프

도 4는 취련시간에 따른 일산화탄소(CO) 농도 변화를 나타내는 그래프

도 5는 본 발명에 따라 산소공급노즐이 설치되는 위치를 나타내는 개략도

도 6은 본 발명에 따라 산소공급노즐이 설치된 노즐 콘부의 개략도

도 7은 종래에 있어서 전로조업시 배가스흐름 및 배가스처리과정을 나타내는 순서도

도 8은 본 발명에 있어서 전로조업시 배가스흐름 및 배가스처리과정을 나타내는 순서도

도 9는 종래방법에 따른 전로조업시의 가스처리시스템의 일례를 나타내는 개략도

도 10은 본 발명에 따른 전로조업시의 가스처리시스템의 일례를 나타내는 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1, 101, 201 ... 전로 2... 산소취입랜스 4... 산소 5... 용강

6 ... 철립 7... 지금 11, 211 ... 콘부 20, 220 ... 산소공급노즐

221 ... 산소제어밸브 222 ... 아르곤(Ar)제어밸브

본 발명은 주 원료로서 용선을 장입하고 산소를 취입하여 산화반응에 의해 용강을 제조하는 전로취련(조업)방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전로취련 과정에서 전로의 콘(cone)부에 지금이 부착되는 것을 방지하는 방법에 관한 것이다.

전로조업은 주원료인 고철과 용선을 장입한 후 도 1에 나타난 바와 같이 산소취입랜스(2)를 노구(3)를 통해 전로(1)내부로 하강시켜 산소(4)를 취입하므로써 산화정련에 의해 용강(5)을 제조하는 것이다.

일반적으로 전로조업에서는 전회조업의 슬래그를 남긴 전로에 3톤 정도의 생 돌로마이트를 투입한 후 전로(1)를 경동시킨다.

이때 슬래그를 노벽에 코팅하고 이어서 노체보호용 생석회를 5-6톤 투입한 후 고철과 용선을 투입한 다음, 취련개시를 하면 산소취입랜스(2)로부터 산소(4)를 취입하면서 부원료인 생석회, 경소 돌로마이트, 소결광, 형석 등을 투입하게 되면 산화정련작업이 시작되며 이때 용선중에 함유된 불순원소인 탄소, 규소, 망간, 인, 황, 티타늄이 제거되고 고압의 산소에 의해 캐비티(CAVITY, 파임깊이)가 형성되면서 노내에서 산화반응을 일으킨다.

즉 산화반응에 의해 생성된 산화물은 슬래그로 옮겨가지만 상황에 따라 슬래그중의 일부 산화물은 환원되어 다시 용철 중으로 되돌아 가기도 하며 그 대표적인 원소로 는 철, 인, 망간 등이 있다.

이러한 반응은 슬래그/용철간의 계면에서 일어나기도 하며 슬래그중을 통과하여 상승하는 CO가스에 의해 일어난다.

슬래그중에는 투입된 생석회, 돌로마이트, 철광석중 부원료의 용해반응이 일어난다.

특히 철광석은 분해되어 고체산소로서 작용한다. 그리고 용철에서 옮겨온 산화물과 분해된 부원료가 반응하여 복합산화물을 형성하여 슬래그를 생성하게 된다.

상기한 바와 같이 산화반응에 의해서 발생된 산화물이 슬래그로 이동되지만, 슬래그의 현열이 너무 낮을 때에는 재화불량으로 인한 스피팅(spitting)현상이 일어나게 된다.

즉, 상기 스피팅은 슬래그 현열이 낮아 슬래그의 재화불량이 일어나고 이로 인하여 산소제트에 의해 용철이 비산하거나 또는 송산량과 탕면의 부적정으로 산소와 용철과의 직접반응으로 도 1에서와 같이 철립(6)이 비산되는 현상이다.

이러한 스피팅현상은 도 1에 나타난 바와 같이 전로의 콘부(11)에 지금(7)부착을 가져오게 된다.

전로의 콘부(11)에 지금(7)이 부착되는 경우에는 취련작업 완료시 불꽂판정의 실수에 의한 성분격외발생과 출강작업도중에 지금탈락으로 조업자의 재해가 발생되고 또한 용강의 유출로 인한 설비파손이 되면 조업중단사례가 발생되는 문제점이 있다.

상기한 전로의 콘부에 지금이 부착되는 것을 방지하기 위한 종래방법으로는 도 2에 서와 같이 출강완료후 슬래그를 배제하기 전에 산소취입랜스 대기 위치의 랜스(2)를 1.5M상승시키고 산소유량 45000Nm³및 송산량 3000-4000Nm³의 조건으로 산소(4)를 취입하여 전로 콘부(11)에 부착된 지금(7)을 용해하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 이 방법의 경우에는 공취후에 노구 지금제거 작업시 콘부에 부착된 지금이 탈락되면서 콘부의 내화물이 탈락하는 사례가 발생되어 일찍 전로를 휴지하게 되므로 노체가동율 저하 즉 노체수명이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명자는 상기한 종래방법의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 전로의 콘부에 산소공급랜스를 구비시켜 적절한 시점에서 산소를 취입하여 이 산소와 취련시 발생되는 가스중의 일산화탄소와의 반응에 의한 산화열을 이용하여 지금이 전로의 콘부에 부착되는 것을 방지할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

상기 콘부에 산소공급노즐을 설치시키는 단계; 및

상기 산소공급노즐을 통해 취련초기부터 취련 20-30%시점까지 산소를 전로내로 공급하는 단계를 포함하여 구성되는 전로 콘부의 지금부착 방지방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

전로 콘부에 부착된 지금은 취련초기에 용철의 미세한 철립이 산소제트에 의해 튀어 노외로 방출되지 못하고 콘부에 부착되는 것이다.

즉, 전로내에서의 산화반응시 용선과 슬래그가 반응하는 부위는 산소와 슬래그 현열, 용선의 현열로 주위온도가 2000℃이상이 되고 있으나 콘부 주위온도는 1150℃미만으로 낮아 슬래그의 재화불량에 의한 스피팅으로 용철이 노구밖으로 빠져나가지 못하고 노내에서 온도가 가장 낮은 콘부에 부착되어 지금을 형성하고 있다.

한편, 전로에서 취련시 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이 다량의 가스가 발생된다.

이 취련초기에 발생하는 다량의 폐가스는 LDG회수조건인 CO 30%이상, O₂1%이하, 및 가스량 80000Nm³가 되는 시점부터 회수되고 있는데, 이 회수시점은 통상 취련 20-30%가 되는 시점이다.

본 발명은 취련초기부터 취련 20-30%시점까지 전로내에서 발생되는 가스의 주성분이 일산화탄소라는 점에 착안하여 이 시점에서 산소를 배가스에 공급하므로써 전로 콘부의 온도를 높여 지금의 부착을 방지하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 콘부에서 소량의 산소를 취입하므로써 산소와 가스중의 일산화탄소가 반응하여 이산화탄소를 형성하면서 반응열을 생성하게 된다.

따라서, 반응시 콘부의 온도는 용철의 용해온도이상으로 증가하게 되어 콘부 지금용해와 지금부착을 방지할 수 있게 된다.

본 발명에서는 전로 콘부에서 산소를 취입하여 일산화탄소와 반응시키는 경우에는콘부 주위의 온도는 실질적으로 1550℃이상이 된다.

전로 콘부에서 산소를 공급하는 시점을 취련초기부터 취련 20-30%시점까지로 설정한 이유는 취련 20-30%시점이 지나면 전로 배가스를 회수할 조건에 도달되기 때문이다.

또한, 취련 20-30%시점이 지나서도 산소공급노즐을 통해 산소를 공급하는 경우에는 다음가 같은 문제점이 있다.

즉, 전로에서 발생하는 배가스를 비연소 그대로 냉각하는 것을 특징으로 하고 있으나 전로 배가스를 비연소 상태로 고 농도 CO가스를 취급하므로 90%정도의 CO를 함유하고 있다.

즉, CO가스가 함유되어 있는 곳에 외부공기의 침입으로 산소가 혼입되면 무공해연료인 LDG의 열량이 낮고, CO 13.5% 또는 O₂ 5.5%이상이 되면 큰 폭발이 발생되어 회수개시부터는 O₂공급을 중단하고 Ar을 소량공급한다.

이와 같이 본 발명에서는 취련 20-30%시점이 지나면 산소공급노즐을 통한 산소의 공급을 중단하고 Ar등과 같은 불활성가스를 소량 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 전로 콘부에 산소를 공급하여 지금부착을 방지하기 위해서는 산소공급노즐을 전로 콘부에 다수개 구비시키는 것이 필요하다.

상기 산소공급노즐은 전체높이 기준으로 바닥으로부터 82~95%가 되는 콘부위치에 설치하되, 1개의 지점 이상, 바람직하게는 1 ~ 4개의 지점에 설치하는 것이다.

즉, 상기 산소공급노즐은 전로의 높이방향으로 보아 1개의 지점 이상, 바람직하게는 1 ~ 4개의 지점에 설치된다.

상기 산소공급노즐을 전로높이방향으로 1개의 지점에 설치하는 경우에는 전체높이기준으로 89%지점에, 2개의 지점에 설치하는 경우에는 85% 및 91%지점에, 3개의 지점에 설치하는 경우에는 82%, 87% 및 95%지점에, 그리고 4개의 지점에 설치하는 경우에는 82%, 85%, 89%, 및 95%지점에 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 산소공급노즐을 전로의 높이방향으로 보아 4개 이상의 지점에도 설치할 수 있지만, 1 ~ 4개의 지점에 설치하는 것이 바람직한데, 그 이유는 4개 지점을 초과하여 설치하면 노체 축조후 노령이 3000차지(Caharge)까지는 문제는 없으나 그 이상의 노령인 경우 내화물 벽체의 두께가 얇아져서 축조직후의 내화물 두께의 70%가 소모되어 내화물이 탈락할 위험의 가능성이 있기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 전로콘부의 둘레방향으로 산소공급노즐을 1 개 이상 설치하여야 한다.

바람직하게는 전로콘부의 둘레방향으로 산소공급노즐을 3~8개를 설치하는 것이다

상기와 같이 산소공급노즐을 3~8개를 설치하는 것이 바람직한 이유는 3개 미만 설치할 경우, 노즐과 노즐사이에 간격이 넓어서 부착된 지금이 탈락이 되지 않거나 간헐적으로 대형지금으로 성장하는 경우가 있으며, 8개를 초과하여 설치하는 경우에는 지금부착방지 효과는 우수하지만 축조시 작업이 번잡스럽고, 노체관리 측면에서 문제가 있기 때문이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 상기 산소공급노즐(20)은 출강측과 배재측에는 설치될 필요가 없는데, 그 이유는 이 부분에는 지금이 부착되지 않기 때문이다.

즉, 출강측과 배제측에는 취련과정에서 지금이 다소 부착된다하더라도 해당 챠지(charge)의 취련완료후 출강 및 배제중에 용강과 슬래그의 접촉과 흐름에 의해 제거되는 워싱(washing)현상이 생기므로 전혀 문제가 되지 않기 때문이다.

상기 산소공급노즐이 전로의 상하방향으로 보아 3개의 지점에 설치하는 경우에는 각각의 높이에서 둘레방향으로 3~8개를 설치하되 출강측과 배재측을 제외한 부분에 균등하게 설치하는 것이 바람직하다.

상기 산소공급노즐이 전로높이방향으로 다수 지점에 설치되는 경우에는 이들 노즐이 둘레방향으로 같은 지점에 설치될 필요는 없다.

상기 산소공급노즐을 경사지게 설치하는 경우에는 축조시 일일이 내화벽돌을 별도로 가공해야 하기 때문에 이러한 점을 고려하여 적절히 설치된다..

또한, 본 발명에 있어서 산소공급노즐의 분사각도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 도 6에 나타난 바와 같이, 산소공급노즐(20) 선단부의 분사각도를 수평으로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 분사각도를 수평으로 하게 되면 설치가 간편하기 때문이다.

또한, 노내 배가스가 통과할때 송산된 가스가 고온의 CO가스와 만나 CO₂가 생성될 때 발생하는 열량을 이용하는 것을 본 발명의 특징으로 하기 때문에 분사각도와 관계없이 반응효율 100% 활용이 가능하기 때문이다.

본 발명에 있어서 상기 산소공급노즐을 통해 공급되는 산소의 양은 취련중 발생되는 배가스량 및 그 배가스중의 CO가스 함유율에 따라 선정되는 것이다.

예를 들면, 취련중 배가스 유량은 시간당 30000~60000Nm³/hr이고, 이중 CO가스는 20~30%(6000~18000Nm³/hr)를 차지하고 있다면, 50~100Nm³/분으로 설정하는 것이 바람직하다.

화학반응식 : CO(g) + 1/2 O₂(g) = CO₂ (g)

취련중 배가스 유량은 시간당 30000~60000Nm³/hr이고, 이중 CO가스는 20~30%(6000~18000Nm³/hr)를 차지하고 있다.

이를 분당 발생되는 CO가스로 환산하면 60~300Nm³/분이다.

이 CO가스량에 상당하는 필요산소량은 30~150Nm³/분에 상당한다.

따라서, 취련초기 산소가스 취입량은 분당 30~150Nm³/분이 필요하게 된다.

본 발명에서는 노즐을 통해 불어넣는 산소량을 30~150Nm³/분으로 설정할 수도 있지만, 50~100Nm³/분으로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 50 Nm³/분 미만 송산하면 배가스중 함유되어 있는 CO가스의 2차연소에 의해 발생되는 열량이 적어 취련중 지금부착의 가능성이 있고, 100 Nm³/분 초과하여 취입하면 과잉의 산소가스로 인해 노상부의 배가스 설비중 철강재의 산화(Fe+1/2O₂=FeO)로 설비의 열화를 초래할 가능성이 있기 때문이다.

도 7 및 도 8에는 전로조업시 가스흐름 및 처리과정을 나타내는 순서도의 일례가 나타나 있는데, 도 7은 종래의 것을 나타내고, 도 8은 본 발명의 것을 나타낸다.

도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명에는 순서도상으로는 종래의 방법에 산소공급노즐에 산소를 공급하기 위하여 산소제어밸브를 오픈하는 공정과 산소를 차단하기 위하여 산소제어밸브를 클로즈하는 공정과 아르곤을 공급하여 노즐막힘을 방지하기 위하여 아르곤 제어밸브를 오픈하는 공정이 추가되어 있다.

또한, 도 9및 도 10에는 종래방법 및 본 발명에 따른 전로조업시의 가스처리시스템의 일례를 나타내는 개략도로서, 도 9는 종래방법을 나타내고, 도 10은 본 발명을 나타낸다.

도 9 및 도 10에서, 부호 101 및 201은 전로를, 102 및 202는 유인 송풍기를, 103 및 203은 성분분석계를, 104 및 204는 회수변을, 105 및 205는 담파를, 106 및 206은 홀더를, 107 및 207은 연돌을, 211은 콘부를, 212는 연와를, 220은 산소공급노즐을, 221은 산소제어밸브를, 그리고 222는 아르곤제어밸브를 나타낸다.

도 9 및 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일례의 경우에는 종래 방법에 의해 분석된 배가스유량 및 배가스성분등을 이용하여 산소제어밸브(221)의 오픈 또는 클로즈를 결정하여 콘부(211)에 설치되어 있는 산소공급노즐(220)을 통해 적절한 시점까지 산소를 전로(201)에 공급하므로써 전로(201)의 콘부(211)에 지금이 부착되는 것이 방지된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

300톤급 전로의 콘부에서 지금부착율이 높은 연와 70단부터 61단 사이에 연와 1개당 노즐 직경 1.0mmφ스텐레스 파이프로 구멍(일명 노즐)을 6개씩 설치하고 외부공 기와 접촉이 쉬운 연와 70단에는 노즐을 수평으로 설치하였으며, 이렇게 수평으로 설치한 것은 산소와 외부공가와의 접촉을 최대한으로 적게하여 폭발을 방지하기 위함이다.

또한, 67단 및 61단은 노즐을 하향으로 노즐경사각도를 45도로 하였다.

상기와 같이 산소공급노즐을 설치한 다음, 이 노즐을 통해 취련초기부터 취련 25%시점까지 산소를 전로내로 공급한 후, 콘부에 지금부착여부를 조사한 바, 콘부에 지금이 거의 부착되지 않음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전로취련의 초기단계에서 적정량의 산소를 전로콘부내로 공급하여 취련초기에 발생되는 폐가스중의 일산화탄소와 반응시켜 그 반응열에 의해 콘부 지금 부착을 방지하므로써 연와 마모율 저하 방지로 인한 전로의 노체수명 연정과 생산성 향상, 재해방지등을 가져올 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 본 발명은 폐가스인 일산화탄소를 재활용하므로써 대기오염을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

콘부를 갖는 전로에서 취련하여 용강을 제조하는 방법에 있어서,

상기 콘부에 산소공급노즐을 설치시키는 단계; 및

상기 산소공급노즐을 통해 취련초기부터 취련 20-30%시점까지 산소를 전로내로 공급하는 단계를 포함하여 구성되는 전로콘부의 지금부착 방지방법
제1항에 있어서, 상기 산소공급노즐이 높이방향으로 전체높이 기준으로 바닥으로부터 82~95%가 되는 콘부위치의 1개 이상의 지점에, 그리고 콘부 둘레 방향으로 다수의 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 전로콘부의 지금부착 방지방법.
제2항에 있어서, 상기 산소공급노즐이 높이방향으로 1-4개의 지점에, 그리고 상기 각 지점의 높이에서 콘부 둘레방향으로 3-8개의 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 전로콘부의 지금부착 방지방법.
제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 산소공급노즐을 통해 공급되는 산소량은 50~100Nm³/분인 것을 특징으로 하는 전로콘부의 지금부착 방지방법