KR100865452B1 - 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법 - Google Patents

미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 관한 것으로, 전기로의 용강을 래들 내에 출강 시 미탈산으로 출강하고, 후공정인 LF(Ladle Furnace)에서 슬래그(Slag) 합탕 후 탈산 조업을 실시함으로써 합금철인 알루미늄(Al)의 원단위를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 래들 내의 슬래그 중에 함유된 알루미늄의 재사용이 가능하여 재료비용 등의 원가를 절감할 수 있으며, 이로 인해 전기로 종점산소 하향화가 가능하여 노체 보호 및 용강 성분 이상을 방지할 수 있는 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 미니밀 전기로서 출강되는 용강의 탈산 방법에 있어서, 전기로에서 수강 래들 내에 용강 출강 시 미탈산으로 출강하는 단계; 상기 수강 래들 내로 출강된 용강에 주조 완료된 래들 내의 재활용 슬래그를 합탕하는 단계; 후공정인 LF에서 상기 슬래그가 합탕된 수강 래들에 알루미늄을 투입하여 탈산처리하는 단계; 및 탈산처리된 용강을 주조하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
미니밀 전기로, 슬래그, 합금철, 미탈산, 후공정 LF

Description

미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법{Deoxidation method of pouring molten metal by minimill electric furnace}
본 발명은 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기로의 용강을 래들 내에 출강 시 미탈산으로 출강하고, 후공정인 LF(Ladle Furnace)에서 슬래그(Slag) 합탕 후 탈산 조업을 실시함으로써 합금철인 알루미늄(Al)의 원단위를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 래들 내의 슬래그 중에 함유된 알루미늄의 재사용이 가능하고, 전기로 종점산소 하향화가 가능하여 노체 보호 및 용강 성분 이상을 방지할 수 있는 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 미니밀 전기로 공정은 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 고철을 전기로에 장입한 후 전기로의 상, 하부에 위치하는 상부 전극(112)과 하부 전극(113)에 전력을 공급하고, 전력 공급에 따라 발생되는 아크(Arc)열을 이용하여 고철을 용해시킨 다음, 승열 및 정련 과정을 거쳐 수강 래들(115)로 출강시킨다.
이러한 미니밀 전기로 공정의 전기로 조업에 있어서, 합금철은 용강 출강 시 수강 래들에 필수적으로 투입하고 있으며, 이는 용강 출강 시 수강 래들(115)에 투입되는 합금철이 용강 내에 잔존하고 있는 산소를 제거하고, 강의 특성 조정이 가능하기 때문에 용강 성분을 미세 조정하고자 투입된다.
여기서, 출강 중 투입되는 합금철은 탈산제인 알루미늄(Al) 400~500Kg 정도와 생석회를 함께 평량하여 투입하고 있으며, 합금철의 수강 래들(115)로의 투입 시기는 전기로의 경동이 진행되어 전기로(111)와 합금철 투입슈트(110)가 간섭되기 전까지 이루어져야 하며, 이를 위하여 상기 합금철은 수강 래들(115)에 10~20톤 정도 출강되었을 때 투입된다.
이때, 전기로의 경동 시간을 지연시키는 방법을 적용할 경우, 노체 경동 시간이 지연되면 용강 표면의 슬래그가 용강에 혼입되어 용강의 품질에 영향을 초래한다. 즉, 노체를 출강측으로 경동시켜 출강 시 출강구(114) 상부측에 일정량의 용강만이 잔존 상태에서 출강될 수 있도록 해야 하지만, 노체 경동이 늦을 경우, 탕면에 부상하는 슬래그가 출강구로 유입되어 수강 래들(115) 내로 혼입되기 때문에 용강의 품질에 영향을 끼치는 문제점이 있었다.
한편, 전기로 본체와 합금철 투입슈트(110)의 충돌을 방지하기 위하여 인터 록(Inter Lock)이 설정되며, 이로 인해 합금철 투입슈트(110)가 합금철 투입 위치에 위치할 경우, 노체 경동이 불가능하게 된다. 즉, 전기로 설비 구조가 전로와는 달리 출강구는 노체 일측면 하부에 위치하고 합금철 투입슈트(110)는 출강측 전방 대기 위치에서 투입 위치로 선회 시 경동되는 노체와의 간섭이 불필요하기 때문에 합급철 투입슈트(110)가 합금철 투입 위치에 위치하면 노체 경동이 불가능하게 된다.
상술한 바와 같은 수강 래들(115)내의 합금철 사전 투입 작업은 괴상의 합금철이 래들 내에 투입되면서 내화물에 추돌되어 내화물이 소손되고, 이로 인해 수강 래들(115)의 용강 출강구(114)에 막힘 현상이 발생되어 연속 주조 공정의 주조 작업 시 래들 개공 불량 사례가 빈번하게 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자, 수강 래들(115) 배출 노즐 막힘 현상을 방지하기 위하여 래들에 5~10톤 정도의 일정량을 갖는 용강을 사전 출강한 후 합금철을 투입하는 방법이 적용되었으나, 노체를 경동시키지 않은 상태에서의 출강 작업 시 슬래그가 다량 배출되어 래들 표면 부분에 부상되는 슬래그가 과반응하여 넘치는 오버 플로우(Over Flow) 현상이 발생되고, 이로 인해 설비 안전 사고를 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 후공정에서 품질에 결함이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 합금철 투입 조건 상 출강 초기 투입으로 실수율 저하 및 출강 중 자영적으로 유입되는 슬래그 및 게재물 탄산으로 인해 후공정에서 용강 탈산을 위하여 추가로 알루미늄(Al)을 투입하여야 하는 등 비용이 상승되는 등의 원단위가 증가하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기로의 용강을 래들 내에 출강 시 미탈산으로 출강하고, 후공정인 LF(Ladle Furnace)에서 슬래그(Slag) 합탕 후 탈산 조업을 실시함으로써 합금철인 알루미늄(Al)의 원단위를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 래들 내의 슬래그 중에 함유된 알루미늄의 재사용이 가능하여 재료비용 등의 원가를 절감할 수 있으며, 이로 인해 전기로 종점산소 하향화가 가능하여 노체 보호 및 용강 성분 이상을 방지할 수 있는 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 미니밀 전기로서 출강되는 용강의 탈산 방법에 있어서, 전기로에서 수강 래들 내에 용강 출강 시 미탈산으로 출강하는 단계; 상기 수강 래들 내로 출강된 용강에 주조 완료된 래들 내의 재활용 슬래그를 합탕하는 단계; 후공정인 LF에서 상기 슬래그가 합탕된 수강 래들에 알루미늄을 투입하여 탈산처리하는 단계; 및 탈산처리된 용강을 주조하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전기로에서 수강 래들 내에 용강 출강 시 고탄소 망간만을 투입하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기로의 용강을 래들 내에 출강 시 미탈산으로 출강하되, 고탄소 망간만을 투입하고, 후공정인 LF(Ladle Furnace)에서 슬래그(Slag) 합탕 후 탈산 조업을 실시함으로써 합금철인 알루미늄(Al)의 원단위를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 탈산 작업 중 투입되는 알루미늄을 절감함으로서 실수율이 향상되고, 래들 내의 슬래그 중에 함유된 알루미늄의 재사용이 가능하여 재료비용 등의 원가를 절감할 수 있으며, 이로 인해 전기로 종점산소 하향화가 가능하여 노체 보호 및 용강 성분 이상을 방지할 수 있으며, 전기로 출강 용강 성분에 있어 탄소(C)의 투입으로 인하여 성분 이상에 의한 공정간 품질 향상에 기여하는 등의 효과를 거둘 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 2는 본 발명에 의한 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 개략적으로 나타내는 공정도이고, 도 3은 본 발명에 의한 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 나타내는 흐름도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법은 고철을 전기로(1)에 장입하고, 전기로(1)의 상, 하부에 설치되는 상부 전극(2)과 하부 전극(3)에 전력을 각각 공급하고, 이로 인해 상기 상, 하부 전극(2, 3)에서 발생되는 아크(Arc)열을 이용하여 전기로(1) 내부에 공급된 고철을 용해시킨 후 승련 및 정련 과정을 거쳐 출강을 하게 된다.
이때, 상기 전기로(1)에서 출강되는 용강의 목표 출강 온도는 1600±10℃ 와 종점 산소 600~700PPM을 기준으로 조업을 수행하고, 종점산소 800PPM 이상 시에는 노내 슬래그 탈산 후 출강하게 된다.
상기한 바와 같이, 상기 전기로(1)에 공급되는 고철을 장입 용해, 승열기를 거쳐 해당 강종 범위의 온도 및 산소 도달 후 상기 전기로(1)에서 수강 래들(5)로 용강 출강을 하며, 이때 전기로(1)에서 수강 래들(5) 내로 용강의 출강 시 출강구(4)를 통하여 미탈산으로 출강한다(S10).
여기서, 상기 전기로(1)에서 수강 래들(5) 내에 용강 출강 시 고탄소 망간만을 투입한다(S11). 즉, 상기 전기로(1)에서 수강 래들(5) 내에 용강의 출강 시 미탈산으로 경처리 출강 조업을 수행하되, 탄소(C) 성분이 6.5% 함유되어 있는 저가의 고탄소 망간만을 투입한다.
그리고, 상기 수강 래들(5) 내로 출강된 용강에 주조 완료된 수강 래들(5) 내의 재활용 슬래그를 합탕한다(S20). 즉, 상기 수강 래들(5) 내로 출강된 용강에 주조 완료된 수강 래들(5) 내의 슬래그를 미탈산 용강에 합탕하여 슬래그 중의 알루미늄을 재활용한다.
여기서, 주조 완료된 수강 래들(5) 내의 용융 슬래그는 생석회가 주 성분이며, 알루미늄(Al)이 포함되어 있어서 후술하는 탈산 작업 시 투입되는 알루미늄의 투입량을 절감할 수 있다.
또한, 상기 전기로(1)에서 투입된 생석회의 풀림을 매우 빠르게 하여 고청정강도 쉽게 제조가 되며, 버블링(Bubbling) 공정에서도 별도의 생석회 등 부원료나 에너지를 추가로 투입하지 않고도 용강 2차 정련에 요구되는 슬래그를 용이하게 조제할 수 있다.
이렇게 주조 완료된 래들 내의 슬래그가 합탕된 수강 래들(5)은 후공정인 LF 공정으로 이동되고, 후공정인 LF에서 상기 슬래그가 합탕된 수강 래들(5)에 알루미늄을 투입하여 탈산처리한다(S30).
상기한 바와 같이, 상기 전기로(1)에서 수강 래들(5)로 출강 시 알루미늄을 후공정인 LF에서 투입함으로써 전기로 미탈산 출강(LF 경처리)에 의한 알루미늄(Al)의 사용량은 [표 1]에서 도시하고 있는 바와 같이, 전기로(1)에서 합금철을 투입하여 탈산하는 중처리 조업보다 알루미늄 사용량의 절감이 가능하다.
[표 1]
구분 저탄강 중처리 저탄강 경처리 냉연재 중탄강 비고
합탕후 탈산 경처리 3LF 경유 탈산 경처리
Al사용량(kg/Ch) 571 411 495 439 519
　 종점산소(ppm) 835 690 795 707 718
마지막으로, 후공정인 LF에서 상기 슬래그가 합탕된 수강 래들(5)에 알루미늄을 투입하여 탈산처리된 용강을 주조한다(S40).
상기한 바와 같이, 강의 탈산, 강의 강도 및 화학 성분 제어 목적으로 출강 시 하부슈트를 이용하여 수강 래들(5)에 합금철을 투입하는 대신 후공정인 LF에서 알루미늄을 투입함으로써 종래 조업 시 원단위가 4.4kg/ts였던 알루미늄의 원단위를 3.5kg/ts 정도로 낮출 수 있으며, 이로 인해 전기로 종점산소 하향화로 노체 보호 및 용강 성분 이상을 방지할 수 있다.
이렇게 본 발명에 의한 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 따라 슬래그 합탕 후 알루미늄을 후공정인 LF에서 투입하여 탈산할 경우, [표 2]에서 도시하고 있는 바와 같이, 기존의 수강 래들(115, 도 1 참조) 출강 시 합금철을 투입할 경우의 경제성보다 원단위 및 원단가가 저렴함을 알 수 있다.
[표 2]
항목 LF중처리(저탄강) LF경처리 비고
3LF탈산 후 합탕 합탕 후 탈산
원단위 원단가 원단위 원단가 원단위 원단가
전기로 전력원단위 413kwh 20,650원 436kwh 21,800원 441kwh 22,050원 kwh:54원
산소원단위 29Nm3 841원 25Nm3 725원 23Nm3 667원 Nm3:29원
슬래그내T.Fe (종점산소) 32% 865ppm 6,652원 35% 733ppm 6,188원 34% 733ppm 6,188원 Fe:25만원 슬래그:10톤
정련 LF전력원단위 46.8kwh 2,527원 61.4 3,316원 48.8 2,635원 kwh:54원
생석회 원단위 14.3kg 1,164원 11.5kg 936원 10.9kg 887원 Lime:81원
Total Al 원단위 4.4kg 10,340원 3.8 8,930원 3.2 7,520원 Al:2,350원
[C]격외(정성적) 격외발생빈도 높음 저탄강 소강 카본 적중률 100%
냉각설비 및 노체 불리 유리
비용누계 원단가 42,174원 41,895원 39,947원
중처리 대비차이 - 279원/톤 절감 2,227원/톤 절감
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또한, 본 발명에 의한 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 따라 슬래그 합탕 후 알루미늄을 후공정인 LF에서 투입하여 탈산할 경우, 출강 중 알루미늄의 투입량의 계산 기준은,
알루미늄(Al) 투입량(kg/ts) = 용강탈산용 알루미늄(Al) + 슬래그(Slag) 탈 산용 알루미늄(Al) + LF도착 (S.Al)조정용 알루미늄(Al) = 알루미늄(Al) 이론소요량 ÷ 알루미늄(Al) 품위(%) ÷ 알루미늄(Al) 실수율(%)
이며,
이때, 실수율을 고려하고, 출강량 130톤, Al품위 98%, 래들(Ladle) 단면적 10.2㎡, 슬래그(Slag) 비중 2.4, (T.Fe) 30%, (MnO) 5%일 경우, 알루미늄 투입량의 이론적 계산방법은, [표 3]에서 도시하고 있는 바와 같다.
[표 3]
용도구분 계산식 간이 계산기준
용강 탈산 (27*2)/(16*3)*[O]ppm*1000kg_s*출강량÷Al품위 = 0.113kg/ts*출강량 [O] 100ppm당 15kg/ch
Slag 탈산 Ladle단면적(㎡)*유출Slag두께(㎜)*Slag비중* {(T.Fe)%*0.43+(MnO)%*0.3}*1.125kg/ch÷Al품위 슬래그두께 10mm당 40kg/ch
(S.Al) 조정 0.010%*출강량÷Al품위 (S.Al)0.010%당 13kg/ch
이로 인해, 출강 중 알루미늄의 투입 기준은 [표 4]에서 도시하고 있는 바와 같다.
[표 4]
구분 저탄소강(T/D [C]≤0.07%) 중탄소강 (T/D [C]≥0.13%)
중처리재 경처리재 LF 경처리재
Secondary.Al만 사용시 400~700 kg ≤100kg 미투입 300~400
AL80 혼용시 Al80 (품위 80% 전제) 100 ~ 200 kg **(≤125 kg ) 미투입 100 ~ 200 kg
Al 300 ~ 400 kg **(≤100 kg ) 미투입 200 ~ 300 kg
가탄재 0 0 ~ 100Kg 0~30 kg 0~80 kg
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 개략적으로 나타내는 공정도,
도 2는 본 발명에 의한 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 개략적으로 나타내는 공정도,
도 3은 본 발명에 의한 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 나타내는 흐름도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 전기로, 2 : 상부 전극,
3 : 하부 전극, 4 : 출강구,
5 : 수강 래들.

Claims (2)

  1. 미니밀 전기로서 출강되는 용강의 탈산 방법에 있어서,
    전기로에서 수강 래들 내에 용강 출강 시 미탈산으로 출강하는 단계;
    상기 수강 래들 내로 출강된 용강에 주조 완료된 래들 내의 재활용 슬래그를 합탕하는 단계;
    후공정인 LF에서 상기 슬래그가 합탕된 수강 래들에 알루미늄을 투입하여 탈산처리하는 단계; 및
    탈산처리된 용강을 주조하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미니밀 전기로 출강 용강의 탈산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기로에서 수강 래들 내에 용강 출강 시 고탄소 망간만을 투입하는 단계;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미니밀 전기로 출강 용강의탈산 방법.
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