KR100862803B1

KR100862803B1 - Ｋｒ 탈류작업 효율향상 방법

Info

Publication number: KR100862803B1
Application number: KR1020070081875A
Authority: KR
Inventors: 홍재근; 손익천; 박영관
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2008-10-13

Abstract

본 발명은 KR 탈류작업 효율을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탈류 작업시 임펠러(impeller) 하부에 탈류제가 군집하여 탈류작업성 및 탈류효율을 감소시키는 현상을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은, 임펠러를 회전시켜서 탈류를 하는 KR 탈류작업에 있어서, 탈류제 투입 이후에 가스 발생형 원료를 용선 상부에 투입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탈류제에 첨가되는 가스 발생형 원료의 역할로 인하여 용선내에서 탈류제가 균일하게 분산되어, 탈류 효율이 향상될 뿐만 아니라, 임펠러에 탈류제가 부착되는 등의 문제를 해결할 수 있어 탈류작업효율이 향상될 수 있다.

KR, 탈류, 용선, 임펠러, 가스발생형 원료

Description

ＫＲ 탈류작업 효율향상 방법{METHOD FOR IMPROVING EFFCIENCY OF DESULFURIZING OPERATION IN KR}

KR(Kanvara Reactor)는 도 1에 도시한 바와 같이 날개를 갖춘 회전하는 임펠러(3)의 교반력을 이용하여 레이들(1)에 저장된 용선(2)의 상부에 공급된 탈류제가 용선(2) 내부로 침입되도록 하여 용선과 탈류제(4)가 접촉하여 탈류반응을 일으키도록 하는 장치를 말한다.

KR 작업 방식을 간략히 설명하면 다음과 같다. 도 2에 도시한 바와 같이, KR 작업은 고로나 코렉스 또는 파이넥스와 같은 용선 생산 설비에서 생산된 용선을 수선한 레이들의 슬래그를 배재한 후, 상기 레이들 내에 임펠러를 침적시켜 교반시키면서 상부에 탈류제를 투입하여 투입된 탈류제가 임펠러에 의해 형성된 교반력에 의해 용선 내부로 침투하여 용선과 반응하도록 하는 과정에 의해 이루어진다. 반응된 탈류제는 임펠러의 회전력이 제거된 후에는 다시 용선 상부로 상승하여 슬래그 층에 존재하게 되는데, S 함량이 높은 탈류제가 슬래그 층에 잔존할 경우에는 전로에 상기 슬래그가 용선과 함께 장입되고, 그 결과 탈류제에 포함된 S이온이 산성분위기인 전로에서 산화되어 다시 용선(또는 용강) 중으로 복류되어 버리는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 탈류작업을 끝낸 슬래그는 배재(排滓)(slag skimming)되는 과정을 겪는다.

종래 KR 탈류작업시의 임펠러의 침적과 회전수 및 탈류제 투입시기를 제어하는 방법을 도 3에 도시하였다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 임펠러는 서서히 회전되면서 용선에 침적되기 시작하여 작업깊이까지 침적되면 그 회전수가 최대로 되면서, 탈류제가 용선에 침투하기 용이하도록 한다. 탈류제는 임펠러가 작업깊이까지 투입되기 직전 내지 직후에 투입된다. 투입된 탈류제가 용선과 반응하기에 충분한 시간이 경과된 후에는 임펠러의 회전수를 감소시키고 임펠러를 용선으로부터 상승시킨다.

상기와 같은 KR 작업에서, 탈류제로는 여러가지 형태의 것이 사용될 수 있으나, 제거대상인 S 성분과의 반응성이 뛰어나고 안정적인 Ca계 화합물, 그 중에서도 특히 생석회(CaO)가 많이 사용되며, 그 밖에 칼슘 카바이드(CaC₂) 등도 사용될 수 있다.

상기 생석회에 의한 탈류 반응은 하기 반응식 1에 기재한 바와 같다.

CaO + S = CaS + O

즉, 용선 내에 존재하는 S와 탈류제 중의 CaO가 반응하여 CaS와 O가 생성되는 반응인 것이다. 상기 반응식 1에서 반응이 정반응으로 진행되기 위해서는 용선중의 S 함량이 높아야 하며, CaS의 활동도가 낮아야 할 필요가 있다.

그런데, KR 작업시 회전하는 임펠러를 살펴보면 상기와 같은 용선 탈류 반응을 저해하는 요소가 내재하고 있다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 임펠러에 의해 공급되는 강력한 회전력에 의해 용선의 표면에는 강한 소용돌이(vortex)가 형성되고 그 결과 탈류제는 레이들 중심 아래쪽으로 향하는 힘을 받아 용선내부로 침투하게 된다. 임펠러에 의해 형성되는 소용돌이의 형상으로 인하여 침투한 탈류제 중의 대부분의 탈류제들이 역원뿔과 유사한 형상으로 군집되게 되며, 상기 군집된 상태로 용선과 반응하게 된다.

그런데, 이러한 탈류제의 군집현상은 탈류제의 탈류효율을 저하시키는 요인 이 된다. 즉, 탈류제가 군집되어 있으므로 군집된 부분에 존재하는 탈류제와 탈류제 사이의 평균 거리는 매우 좁은 편이며, 그 결과 탈류제들과 탈류제 사이의 용선의 S 함량은 전체 용선에 함유된 S 함량의 평균치 보다 훨씬 낮은 값을 가지게 된다. 또한, 탈류에 참여하여 생성된 CaS도 다른 부분에 비하여 다량 존재하게 된다. 그 결과 임펠러 하부에 탈류제가 역원뿔과 유사한 형상으로 군집된 영역에는 용선 중 S의 함량은 매우 낮은데 반하여, CaS의 활동도는 높아지게 되므로 상기 반응식 1을 예로써 표시한 탈류반응이 정반응쪽으로 진행되기 어렵게 되고, 그 결과 장시간 탈류작업을 진행하여도 높은 반응효율을 기대하기 어렵다.

그 뿐만 아니라, 역원뿔 형상으로 군집된 탈류제들은 용선과의 젖음성(wettability)이 적고 계면장력이 크기 때문에 자신들끼리 또는 유사한 세라믹 성분으로 이루어진 임펠러와 접촉하려는 경향이 강해진다. 그 결과, 탈류작업을 마치고 난 임펠러의 하부에는 다량의 탈류제가 불룩한 형상으로 부착되는 경우가 많아진다. 임펠러 하부에 탈류제가 부착될 경우에는 임펠러의 중량이 증가하여 설비부하가 야기될 우려가 있으며, 또한 임펠러 교환작업시 사용된 임펠러를 안탁대에 고정하는 작업이 불안하게 되어 교환시간이 증가하고 사고가 발생할 우려가 커지게 된다.

따라서, 임펠러 하부에 탈류제가 군집되지 않도록 분산시키는 것이 매우 중요하므로 종래부터 다양한 대책들이 제시되어 왔다. 종래부터 제시된 탈류제 분산 방법은 다음과 같다.

먼저, 임펠러의 회전속도를 임계속도를 임계속도이상으로 회전시켜 난류를 발생시키는 방법을 들 수 있다. 그러나 이러한 방법은 임펠러의 회전속도를 증가시키 위해 설비부담이 증가될 뿐만 아니라, 속도 증가에 한계가 있을 수 있으며, 강한 회전력에 의하여 임펠러의 소모 속도가 빨라지게 되어 교환주기의 단축을 초래할 우려가 있다.

다음으로, 비특허문헌인 철과 강(Tetsu-to-Hagane) Vol. 90(2004), No. 6에 기재된 바와 같이 방해판을 설치하여 탈류제를 분산시키는 방법을 들 수 있다. 즉, 레이들 벽에 방해판을 설치할 경우 임펠러의 회전에 의해 야기되는 회전류는 방해판에 의해 소산되며 그 결과 앞에서 언급한 경우보다 훨씬 낮은 임펠러 속도에서 탈류제의 군집을 방해할 수 있는 것이다. 그러나, 상기와 같이 레이들 내에 방해판을 설치할 경우 방해판의 내구성이 문제가 될 수 있어 방해판의 설치 및 유지 보수에 많은 노력이 투입되어야 한다는 문제가 발생할 우려가 있다.

마지막으로, 임펠러를 승하강 시키는 방법 등을 생각해 볼 수 있는데, 상기 임펠러의 승하강의 경우에는 시간에 따라 임펠러를 승하강 시키기 위한 별도의 부대 설비가 필요하거나 승하강 장치의 부하가 증가한다는 문제가 있을 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 일측면에 따르면 별도의 설비나 부대 장치 등을 필요로 하지 않으면서도 탈류제가 군집되어 발생하는 문제가 일어나지 않도록 탈류 작업 중 탈류제를 효과적으로 분산시켜 탈류 작업효율을 향상시킬 수 있는 방법이 제공된다.

상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방법은, 임펠러를 회전시켜서 탈류를 하는 KR 탈류작업에 있어서, 탈류제 투입 이후에 가스 발생형 원료를 용선 상부에 투입하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가스 발생형 원료는 수산화칼슘 또는 석회석인 것이 바람직하다.

또한, 상기 가스 발생형 원료는 투입되는 탈류제 중량 대비 1.5~6%인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가스 발생형 원료는 임펠러의 회전속도가 최대속도로 유지되는 전체 작업구간 중 60~80%의 구간에서 투입되는 것이 유리하다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 별도의 설비나 부대장치의 투입없이 탈류제를 분산시킬 수 있는 방법에 대하여 깊이 연구한 결과, 탈류제로서 투입되는 원료 중에 가스를 발생시킬 수 있는 가스 발생형 원료를 포함시킬 경우 상기 탈류제의 분산효과를 얻을 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

상기 가스 발생형 원료는 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 또는 석회석(CaCO3)와 같이 고온에서 가스를 방출시킬 수 있는 원료를 뜻하는데, 이들 원료가 용선중에 투입될 경우 고열에 의해 가스를 방출시키는 반응은 각각 하기 반응식 2 및 반응식 3에 의해 이해될 수 있다.

Ca(OH)₂ = CaO + H₂O

CaCO₃ = CaO + CO₂

상기 가스 발생형 원료는 대기중과 같은 상온에서는 수분 또는 이산화탄소와의 결합력이 강하여 가스성분을 방출하지 않는 반면, 용선내에서와 같은 고온에서는 상기 가스 성분과 고형분(예를 들면 CaO 등)이 유리하는데 필요한 에너지를 용선으로부터 충분히 공급받을 수 있으므로, 용선내부에서 가스를 발생하게 된다.

발생된 가스는 기포를 형성하고 형성된 기포의 부력으로 인하여 용선 위쪽으로 상승하게 되는데, 기포 상승시 기포의 선단에 위치한 용선을 밀어내는 작용을 하게 되므로 용선은 기포에 의해 교반되게 된다. 상기 교반력은 임펠러에 의해서 형성되는 소용돌이에 의한 교반력과는 그 방향과 작용점이 상이하므로 그에 의하여 임펠러 직하에 군집한 탈류제 입자들을 분산시키는 분산력을 제공할 수 있다.

상술하였지만, 가스 발생형 원료는 칼슘계 화합물인 것이 바람직하다. 그 중에서도 특히, 수산화칼슘 또는 생석회인 것이 보다 바람직하다. 가스 발생형 원료를 상기한 바와 같이 칼슘계 화합물로 할 경우에는, 상기 가스 발생형 원료 중에 서 가스성분이 배출되고 남은 고형분이 탈류제로 작용하게 되어 탈류효과를 보조할 수 있다는 장점이 있기 때문이다.

KR 탈류작업시의 탈류제의 투입량은 대상으로 하는 레이들의 형상, 내용적, 수선량, 작업시간 등과 같은 여러가지 작업여건에 따라서 상이하기 때문에, 이를 본 발명에서 일괄적으로 정의하기는 어렵다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 대상으로 하는 레이들과 작업조건에 따라서 용이하게 적절한 탈류제 투입량을 정할 수 있다. 다만, 그 예를 들자면 탈류제로서 생석회를 사용하는 경우에는 약 5~8kg/t-P(P는 pig iron을 뜻함) 정도를 투입할 수 있으며, 처리전 S 함량과 목표 S 함량에 따라 약 10~15분 정도 처리하는 것이 일반적이다.

이때, 작업효율을 높이기 위해서는 탈류제 분산을 위하여 투입되는 가스 발생형 원료의 함량은 탈류제와 가스 발생형 원료의 전체 중량 대비 1.5~6%인 것이 바람직하다. 가스발생형 원료의 함량이 1.5% 미만일 경우에는 가스 발생형 원료에 의한 탈류제 분산효과 크지 못하며, 반대로 가스 발생형 원료의 함량이 중량 6%를 초과할 경우에는 탈류제 중 가스 발생형 원료가 차지하는 비중이 높아지게 되고, 따라서 가스 발생형 원료로부터 분리되는 가스가 용선을 산화시켜 반응영역의 용선중 산소 활동도를 높이게 되는 결과를 초래한다. 용선중 산소 활동도가 높아지게 되면 상기 반응식 1에 따른 탈류반응이 저해되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 투입량이 많아지면 가스 발생량이 증가하여 가스 분출에 의한 용선의 비산도 발생할 우려가 있다.

탈류제는 앞에서도 설명하였듯이, 임펠러 침적 직전 내지 직후에 투입하나 상기 가스 발생형 원료는 도 5에 도시한 바와 같이 탈류제 투입 이후에 투입하는 것이 바람직하다. 즉, 반응 초기에는 탈류제가 임펠러 직하에 위치하더라도 탈류제가 S와 반응하지 않은 부분이 많이 존재하므로 탈류제의 탈류능이 충분한 편이며, 또한 가스 발생형 원료의 가스 발생 시간이 작업구간 동안 지속적으로 유지되는 것이 아니라 투입된 이후 비교적 단시간 내에 가스를 발생시키기 때문에 상기 가스 발생형 원료는 전체 작업시간(임펠러가 최대 회전수에 도달한 시간) 중 60~80%에 해당하는 구간에 투입되는 것이 바람직하다. 가스 발생형 원료의 투입시기가 너무 늦을 경우에는 분산된 탈류제가 용선내에서 탈류반응에 참여하는 시간이 충분하지 못하여 탈류 효율을 향상시키기 곤란하다.

또한, 상기 가스 발생형 원료는 한번에 일괄 투입될 수도 있을 뿐만 아니라, 상기한 가스 발생형 원료의 투입구간에 걸쳐서 분할 또는 연속 투입될 수도 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.

(실시예)

하기 표 1과 표 2에 나타낸 조건으로 KR 탈류작업을 실시하였다. 탈류작업시 탈류제는 임펠러가 최대속도로 회전하는 시점에 투입하였으며, 가스 발생형 원료인 석회석(CaCO3)는 전체 탈류작업 구간의 70% 시점에 일괄 투입하였다.

구분	용선량(ton)	석회석(kg)	CaO(kg)	원단위(kg/t-P)	탈류전 S(ppm)	탈류후 S(ppm)
발명예1	263.3	27	1550	5.89	191	15
발명예2	248.1	41	1475	5.95	213	20
발명예3	267.1	47	1268	4.75	151	15
발명예4	275.7	30	1540	5.59	184	27
발명예5	269.2	33	1045	3.88	121	21
발명예6	270.8	55	1566	5.78	211	29
발명예7	267.6	21	1037	3.88	131	47
발명예8	274.9	64	1668	6.07	260	11
발명예9	262.4	31	1547	5.90	237	20
발명예10	262.2	33	1274	4.86	124	25
발명예11	273.6	40	1360	4.97	197	21
발명예12	264.1	35	1069	4.05	149	29
발명예13	269.4	40	1062	3.94	169	37
발명예14	265.1	44	1161	4.38	123	13
발명예15	263.6	62	1090	4.14	139	15
발명예16	261.7	21	1364	5.21	151	20
발명예17	263.1	31	1354	5.15	255	47
발명예18	264.3	28	1347	5.10	179	16
발명예19	262.9	26	1453	5.53	194	23

구분	용선량(ton)	석회석(kg)	CaO(kg)	원단위(kg/t-P)	탈류전 S(ppm)	탈류후 S(ppm)
비교예1	265.2	0	1300	4.90	128	21
비교예2	266.6	0	1488	5.58	187	18
비교예3	260.1	0	1675	6.44	258	34
비교예4	261.9	0	1559	5.95	209	43
비교예5	267.6	0	1276	4.77	161	14
비교예6	251.8	0	1055	4.19	171	28
비교예7	264.1	0	1275	4.83	159	48
비교예8	230.8	0	1410	6.11	172	27
비교예9	267.5	0	1555	5.81	243	35
비교예10	255.6	0	866	3.39	159	55
비교예11	268.3	0	1263	4.71	150	19
비교예12	269.6	0	1516	5.62	203	34
비교예13	271.8	0	1526	5.61	150	11
비교예14	268.7	0	1876	6.98	159	33
비교예15	263.6	0	1069	4.06	125	50
비교예16	263.3	0	1351	5.13	170	35
비교예17	262.2	0	1367	5.21	170	28
비교예18	266.0	0	1530	5.75	218	28
비교예19	268.6	0	1042	3.88	166	27

상기 탈류 작업의 결과를 도 6에 그래프로 나타내었다. 도 6의 세로축에 기재된 ln(Si/Sf)는 탈류전 S 함량(Si)과 탈류후 S 함량(Sf)의 비를 자연대수로 나타낸 탈류 반응효율에 관한 것으로서, 이론적으로 동일한 탈류조건에서는 Si 또는 Sf에 관계없이 ln(Si/Sf)가 동일하므로 탈류 반응의 효율을 비교하기 위해서 널리 사용되는 관계식이다. 도면에서 직선은 각 경우의 추세를 확인하기 위하여 선형회귀분석한 결과를 나타낸다. 도 6으로부터 명확히 알 수 있듯이, 본 발명의 조건에 따라 탈류작업을 실시한 발명예의 경우가 비교예에 비하여 훨씬 향상된 반응효율을 나타내고 있음을 알 수 있다.

또한, 도 7에 탈류작업후의 임펠러의 형상을 발명예에 의해 조업한 경우(a)와 비교예에 의해 조업한 경우(b)로 나누어서 비교하였다. 도 7의 사진으로부터, 비교예에 의하여 탈류 조업한 경우에는 임펠러(1) 하단에 탈류제(2)가 부착된 형태를 가지고 있는 반면, 본 발명의 발명예에 의하여 탈류 조업한 경우에는 임펠러 하단에 탈류제가 거의 부착되어 있지 않은 것을 명확하게 구분할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 방법으로 KR 탈류조업할 경우에는 탈류 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 임펠러 하단에 탈류제가 군집하고 그 결과 고착하는 문제를 방지할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

도 1은 KR 설비를 나타낸 개략 단면도,

도 2는 KR 탈류작업의 작업흐름도,

도 3은 종래 KR 탈류작업시의 임펠러의 침적과 회전수 및 탈류제 투입시기를 제어하는 방법을 나타낸 그래프,

도 4는 KR 탈류작업시 탈류제가 임펠러 하단에 군집하는 현상을 설명하는 개략도,

도 5는 본 발명에 따라 가스 발생형 원료를 첨가하는 탈류 작업 패턴을 나타내는 그래프, 그리고

도 6은 발명예와 비교예에 따른 탈류작업결과를 비교한 그래프

도 7은 발명에 따른 임펠러 형상의 비교 사진이다.

Claims

임펠러를 회전시켜서 탈류를 하는 KR 탈류작업에 있어서,

탈류제 투입 이후에 가스 발생형 원료를 탈류제 중량 대비 1.5~6%로 하여 용선 상부에 투입하는 것을 특징으로 하는 KR 탈류작업 효율 향상방법.
제 1 항에 있어서, 상기 가스 발생형 원료는 수산화칼슘 또는 석회석인 것을 특징으로 하는 KR 탈류작업 효율 향상방법.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가스 발생형 원료는 임펠러의 회전속도가 최대속도로 유지되는 전체 작업구간 중 60~80%의 구간에서 투입되는 것을 특징으로 하는 KR 탈류작업 효율 향상방법.