KR100879352B1

KR100879352B1 - 슬래그 개질을 위한 생석회 용해 촉진재 및 그 투입 방법

Info

Publication number: KR100879352B1
Application number: KR1020020058825A
Authority: KR
Inventors: 노창현; 유연섭; 유철종
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2009-01-19
Also published as: KR20040027088A

Abstract

본 발명은 슬래그 개질재로 투입되는 생석회를 조기에 용해시켜 레들 내의 탈인 효과를 극대화시키고 후공정인 슬래그 탈산작업이 효율적으로 이루어지도록 하는 생석회 용해 촉진재와 그 투입 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 위하여, 본 발명에 따른 생석회 용해 촉진재는, 중량％로, Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 이루어지며, 본 발명에 따른 생석회 용해 촉진재의 투입 방법은, 전로 취련 완료 후에 용강의 온도 및 용존 산소량을 측정하는 단계; 용존 산소량, 출강구 사용횟수, 생석회 상태가 설정된 기준에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 설정 기준치에 못 미치는 경우, 중량％로, Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 이루어진 생석회 용해 촉진재의 투입량을 계산하는 단계; 및, 출강작업시 용강의 미탈산 상태에서 슬래그 개질재와 함께 생석회 용해 촉진재를 상기 계산된 투입량만큼 레들 내로 투입하는 단계로 구성된다.

전로, 레들, 슬래그, 생석회,

Description

슬래그 개질을 위한 생석회 용해 촉진재 및 그 투입 방법{Melting accelerating material of quicklime for reforming slag and the input method thereof}

도1은 저탄소강의 출강 작업을 도시한 사시도.

도2는 슬래그 개질시 생석회가 용해되지 않은 상태를 도시한 도면.

도3은 도2에서 슬래그 탈산제를 투입한 상태를 도시한 도면.

도4는 생석회 용해 촉진재의 투입 방법을 나타낸 순서도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: LDS 전로 2: 합금철 투입 호퍼

3: 레들(ladle) 4: 출강구

10: 용강 11: 슬래그

12: 생석회 13: 슬래그 탈산제

본 발명은 슬래그 개질을 위한 생석회 용해 촉진재 및 그 투입 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강공정 중에서 전로에서의 취련작업이 완료된 후에 용강을 레들로 출강시키는 과정에서 슬래그의 개질재로서 투입되는 생석회를 조기에 용해시켜 슬래그 개질작업이 용이하게 이루어지도록 함으로써, 개질작업시에 이루어지는 탈인 효과를 극대화시키고 후속작업인 슬래그 탈산작업의 효율을 향상시켜 고품질의 강을 생산할 수 있도록 한 생석회 용해 촉진재 및 그 투입 방법에 관한 것이다.

고로에서 행해지는 제선공정을 거쳐 생산된 용선은 탄소(C)의 함량이 높고 인(P)이나 유황(S)과 같은 불순물이 많이 포함되어 있으므로 제강공정을 거쳐 불순물이 제거된 용강으로 만들어진다. 이러한 제강공정은 다음과 같은 작업 순으로 이루어진다. 즉, 용선과 고철을 일정량의 부원료와 함께 복합정련전로(Linz-Donawitz Stirring Converter, 이하 'LDS 전로'라 한다)에 장입한 후, 상부에서는 랜스를 통해 산소를 불어넣어 산화반응을 유도하고 하부에서는 불활성 가스를 불어넣어 용선을 교반시킴으로써 산화반응을 촉진시켜 불필요한 불순물을 슬래그로 제거하는 취련작업과 취련된 용강을 레들내로 출강하는 과정에서 슬래그 개질재로서 생석회(CaO)와 형석(CaF₂)을 투입하여 레들 슬래그를 제조하여 후공정 처리작업시에 발생되는 비금속개재물 및 불순물의 포집이 용이하도록 해주는 출강작업과 출강이 완료된 후 레들에 슬래그 탈산제를 투입하여 레들 슬래그에 존재하는 저급산화물을 제거하는 슬래그 탈산작업 및 그 후속 작업으로 이루어진다.

본 발명은 상기한 일련의 작업 중에서 출강작업 시에 투입되는 슬래그 개질재인 생석회(CaO)의 용해를 촉진시켜 슬래그의 개질 효과를 높이고 그 후속 작업인 슬래그 탈산작업이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 것이므로, 도1을 참조하여 일반적인 저탄소강의 출강작업을 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이, LDS 전로(1)의 내부에서 취련작업이 완료된 후에 LDS 전로(1)를 기우려 하부에 형성된 출강구(4)를 통해 용강을 레들(3) 내로 출강시킨다. 이때 합금철 투입 호퍼(2)를 통해 필요한 원소가 첨가되며, 슬래그 개질재인 생석회 및 형석 등이 투입된다. 이 때, 생석회는 2570℃의 높은 용융점을 가지므로 잘 용해되지 않으나, 용강이 상기 LDS 전로(1)의 출강구(4)를 통해 낙하하면서 그 출강류(5)의 낙하력에 의해 생석회와 교반되고, 이 과정에서 용강 내의 산소가 생석회와 화학반응을 하여 용융점이 1500∼1700℃인 저융점 슬래그 CaO·FeO를 만들어 기존의 슬래그 내로 녹아 들어감으로써 LDS 전로 내에서 생성된 슬래그를 개질시켜 후공정 작업시에 발생되는 비금속 개재물이나 불순물의 포집이 용이한 레들 슬래그를 형성하게 된다. 또한, 생석회는 같이 투입되는 형석과의 화학반응을 통해 용융점이 1600∼1800℃로 낮아져 슬래그 내로 녹아 들어간다.

따라서, 용강 내의 산소가 많을수록 더 많은 생석회와 화학반응을 하여 저융점 슬래그인 CaO·FeO를 만들고, 출강구를 통한 출강류의 양이 많을수록 생석회와 용강과의 교반이 더 잘 일어나며, 생석회의 수화율이 높을수록 상기 화학반응에 관여하는 양이 많아지므로 생석회는 더 잘 용해된다. 그러므로, 슬래그 개질작업시에 용강 내의 용존 산소량이 작거나, 출강구를 통한 출강류의 낙하력이 약하거나, 생석회의 상태가 불량한 경우에는 도2에서 보는 바와 같이 용강(10)층 위에 형성된 레들 슬래그(11)층에 생석회(12)가 녹아 들어가지 못하고 레들 슬래그(11)층 위에 생석회(12)층을 형성하게 된다. 이와 같이, 생석회(12)가 완전히 용해되지 아니하면 표1에서 보는 바와 같이 레들 내에서 탈인 작업이 제대로 이루어지지 아니한다.

공 정	인(P) 함유량(상한:0.015％, 하한:0％)
	탈인작업 양호한 경우	탈인작업 불량한 경우
전로	0.018	0.018
BAP	0.008	0.015
RH 1차	0.012	0.017
RH 2차	0.013	0.018
소강 1차	0.013	0.018

표1에서 보는 바와 같이, 슬래그 개질재인 생석회가 완전히 용해되는 경우에는 슬래그 개질시 레들 내의 탈인 반응이 양호하게 이루어져 전로 내에서 0.018％이던 인 함유량이 BAP(Bubbling And Powder Injection) 및 RH(Ruhrstahl Hereaus) 1,2차 및 소강 1차 과정을 거치면서 상한값인 0.015％ 이하인 0.013％로 낮아지나, 생석회가 완전히 용해되지 아니하는 경우에는 레들 내의 탈인 반응이 불량하게 이루어져 상기한 후속 작업 후에도 용강 내에 여전히 0.018％의 인이 포함되게 된다.

생석회가 완전히 용해되지 못해 발생하는 또 다른 문제점으로서 도4에서 보는 바와 같이 출강작업 후 레들 슬래그에 존재하는 저급 산화물을 제거하기 위해 투입되는 슬래그 산화제(13)가 레들 슬래그(11)층 위에 형성된 생석회(12)층에 의해 레들 슬래그(11)층과 혼합되지 못하게 됨으로써 레들 슬래그(13)의 탈산이 제대로 이루어지지 못해 최종 제품의 품질을 떨어지게 된다.

생석회가 완전히 용해되지 못해 발생하는 상기한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 출강작업이 완료된 후 BAP 장에서 Top Bubbling 작업을 실시하였다. 그러나, Top Bubbling 작업에 의해 탈인 및 슬래그 탈산 효과가 증가되기는 하나 용강 의 온도 강하가 매우 커서 후공정에서 승온작업을 하여야 하며, 이러한 승온작업에 의해 알루미나 개재물이 많이 생성되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 슬래그 개질재로 투입되는 생석회를 조기에 용해시켜 레들 내의 탈인 효과를 극대화시키고 후공정인 슬래그 탈산작업이 효율적으로 이루어지도록 하는 생석회 용해 촉진재를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전로에서의 취련작업 완료 후 용강의 온도, 용강 내의 용존산소량, 출강구 사용횟수, 생석회 상태, 투입되는 슬래그 개질재의 양 등을 고려하여 상기 생석회 용해 촉진재를 적절히 투입함으로써 생석회를 조기에 용해시킬 수 있는 생석회 용해 촉진재의 투입 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생석회 용해 촉진재는, 전로 취련 완료 후 용강을 레들로 출강할 때에 투입되는 슬래그 개질재인 생석회의 용해를 촉진하기 위해 투입되는 것으로서, 중량％로, Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 생석회 용해 촉진재의 투입 방법은, 전로 취련 완료 후에 용강의 온도 및 용존 산소량을 측정하는 단계; 용존 산소량, 출강구 사용횟수, 생석회 상태가 설정된 기준에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 설정 기 준치에 못 미치는 경우, 중량％로, Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 이루어진 생석회 용해 촉진재의 투입량을 계산하는 단계; 및, 출강작업시 용강의 미탈산 상태에서 슬래그 개질재와 함께 생석회 용해 촉진재를 상기 계산된 투입량만큼 레들 내로 투입하는 단계로 구성된다.

바람직하게는, 상기 용존 산소량, 출강구 사용횟수, 생석회 상태를 판단하는 단계는 각각이 하기한 기준에 해당하는지 여부를 판단하는 단계이며,

용존 산소량 ≥500ppm,

출강구 사용횟수 ≥15회,

생석회 상태 ≥ 80％ (수화율 기준),

상기 생석회 용해 촉진재의 투입량을 계산하는 단계는, 상기 용존 산소량, 출강구 사용횟수 및 생석회 상태에 대한 판단 결과 하나 이상의 기준을 충족시키지 못하는 경우에, 하기한 기준에 따라 생석회 용해 촉진재의 투입량을 계산하는 단계이다.

용해 촉진재 투입량 = 0.15 ＊ 슬래그 개질재 투입량

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 슬래그 개질재인 생석회 용해 촉진재는, 중량％로, Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 구성되는데, 이 용해 촉진재는 출강작업 중에 슬래그 개질재와 함께 투입되어 상기 CaCO₃는 CaCO₃ ---> CaO + CO₂(g)로 반응하면서 슬래그의 활동도를 증가시키고, 상기 Al 및 CaF₂는 출강류의 낙하력에 의해 생석회와 교반되면서 CaO:70∼80％, CaF₂:5∼15％, Al₂O₃:5∼15％의 화합물을 생성한다. 이 화합물은 용융점이 1400∼1800℃로 2570℃인 생석회보다 쉽게 용해된다. 즉, 상기 생석회 용해 촉진재는 단일 성분보다 여러 성분이 혼합되는 경우 용융점이 더 낮아질 수 있다는 원리를 이용하여 고융점의 생석회(CaO)를 3상 화합물(CaO-CaF₂-Al₂O₃)로 변환시켜 용융점을 낮춤으로써 결과적으로 생석회가 쉽게 용해되도록 해준다.

생석회 용해 촉진재의 성분 함량을 상기한 바와 같이 한정한 이유를 구체적으로 살펴본다. CaCO₃는 그 함량이 50∼60％인 경우에 슬래그가 원하는 화학 반응을 일으키는데 적합한 활동도를 가지도록 해주며, Al와 CaF₂는 각각 20∼30％, 10∼20％인 경우에 용강 탈산을 일으키지 않으면서 용융점 1400∼1800℃ 영역인 5∼15％인 Al₂O₃와 5∼15％의 CaF₂를 각각 생성시키므로 상기 함량 범위의 용해 촉진재를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 생석회 용해 촉진재를 이용하여 슬래그 개질재인 생석회의 용해를 촉진하는 방법을 도4를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 전로에서의 취련을 완료한 후에 용강의 온도 및 용강 내의 용존 산소량을 측정한다. 용강의 온도를 측정하는 목적은 전로에서 레들로의 출강작업을 할 수 있는 적정온도인가를 알기 위해서이고, 용강 내의 용존 산소량을 측정하는 것은 생석회 용해에 필요한 일정량 이상의 산소가 용강 내에 포함되어 있는지를 알아보 기 위함이다. 용강 내의 산소는 생석회와 화학반응을 하여 용융점이 1500∼1700℃인 저융점 슬래그 CaO·FeO를 만들어 LDS 전로 내에서 생성된 기존의 슬래그 내로 녹아 들어가 이를 개질시켜 후공정 작업시에 발생되는 비금속 개재물이나 불순물의 포집이 용이한 레들 슬래그를 형성하기 때문에 용강 내의 산소는 생석회의 용해에 중요한 역할을 한다.

상기한 측정단계가 완료되면, 측정된 용존 산소량, 출강구 사용횟수 및 생석회 상태를 점검하여 생석회가 용이하게 용해될 수 있는 상태인가 여부를 판단한다. 먼저, 용존 산소량은 상기한 바와 같이 생석회의 용해에 중요한 역할을 하는데 이 용존 산소량은 적어도 500ppm 이상이 되어야 한다.

또한, 출강구의 사용횟수도 생석회의 용해에 영향을 미친다. 출강구의 사용횟수가 증가할수록 이를 통해 낙하되는 출강류의 양이 많아져 그 낙하력이 증가하게 된다. 왜냐하면, 출강구를 구성하는 MgO계 내화물이 출강되는 용강에 의해 물리적으로 침식되거나 용강과 화학적으로 반응하여 녹아 떨어짐으로써 출강구의 사용횟수가 증가할수록 출강구의 내부 직경이 증가하기 때문이다. 따라서, 출강구의 사용횟수가 증가할수록 출강류의 낙하력이 증가하여 용강과 생석회가 더 완전히 교반되는데, 이에 의해 용강 내의 산소와 생석회의 화학반응이 더 잘 일어나 생석회의 용해가 용이하게 일어난다. 발명자는 경험칙에 의해 출강구의 사용횟수가 15회 이상이 되어야 용강과 생석회가 완전히 교반될 수 있는 출강류의 낙하력을 얻을 수 있음을 발견하였다.

또한, 석회공장에서 들어오는 정보에 의해 생석회의 상태도 점검한다. 즉, 생석회의 상태가 수화율을 기준으로 80％이하인 경우에는 출강작업 시에 투입된 생석회의 용해 상태가 불량하게 되므로 상기 용해 촉진재를 함께 투입하여야 한다.

상기한 바를 종합해보면, 취련 완료 후 용강 내의 용존 산소량이 500ppm 이상, 출강구의 사용횟수가 15회 이상, 생석회의 상태가 80％이상인 3가지 기준 중에서 하나 이상을 충족시키지 못하는 경우에는 출강작업 시에 슬래그 개질재로 투입되는 생석회의 용해 상태가 불량하게 되므로, 상기한 생석회 용해 촉진재를 함께 투입하여야 한다.

이와 같이, 상기한 3가지 기준 중에서 하나 이상을 만족시키지 못하는 경우에는 생석회의 용해를 양호하게 만들기 위해 생석회 용해 촉진재를 투입하게 되는데 그 투입량은 하기한 기준에 따라 계산된다.

x = 0.15 ＊ t

x: 생석회 용해 촉진재의 투입량

0.15: 상수값

t: 슬래그 개질재의 투입량

상기한 상수값 0.15는 Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 구성된 생석회 용해 촉진재가 출강류의 낙하력에 의해 생석회와 교반되면서 화학적으로 반응하여 CaO-CaF₂-Al₂O₃의 3상 상태도에서 용융점이 1400∼1800℃ 영역인 CaO:70∼80％, CaF₂:5∼15％, Al₂O₃:5∼15％의 화합물을 생성시킬 수 있는 Al 및 CaF ₂의 양을 구할 수 있는 값이다.

이와 같이 계산된 생석회 용해 촉진재는 출강작업 시에 용강이 미탈산된 상태에서 슬래그 개질재와 함께 투입되어 생석회가 조기에 용해되도록 해줌으로써 슬래그 개질시의 일어나는 탈인 효과를 높이고, 출강이 완료된 후의 슬래그 탈산작업이 효율적으로 이루어지도록 해준다.

용강 내의 용존 산소량, 출강구의 사용횟수, 생석회 상태에 따라서 본 발명에 따른 생석회 용해 촉진재를 사용한 여러 실시예에 의해 얻어지는 효과를 종래와 비교하여 살펴보면 표2와 같다.

구 분	투입원료	용존산소 량(ppm)	출강구 사용횟수	생석회 상태(％)	투입량 (Kg)	생석회 용해상태	탈인상태 (％)
비교예1	Top Bubbling	485	8	78	2-3분	양호	0.007-0.010
비교예2	CaF₂	497	3	65	100-200	불량	0.002-0.005
비교예3	CaF₂	412	7	68	200-300	약간 양호	0.004-0.006
비교예4	가탄제	409	9	85	20-30	불량	0.002-0.005
비교예5	가탄제	453	12	81	30-40	양호	0.002-0.005
실시예1	생석회 용해 촉진재	552	2	85	200	양호	0.008
실시예2	생석회 용해 촉진재	543	3	80	200	양호	0.009
실시예3	생석회 용해 촉진재	512	5	78	200	양호	0.008
실시예4	생석회 용해 촉진재	513	6	68	200	양호	0.007
실시예5	생석회 용해 촉진재	598	7	82	200	양호	0.010
실시예6	생석회 용해 촉진재	478	3	83	200	양호	0.008
실시예7	생석회 용해 촉진재	452	4	90	200	양호	0.008
실시예8	생석회 용해 촉진재	485	5	85	200	양호	0.007
실시예9	생석회 용해 촉진재	412	6	83	200	양호	0.008
실시예10	생석회 용해 촉진재	409	7	82	200	양호	0.009

비교예1에서 보는 바와 같이, 슬래그 개질재로서 투입된 생석회가 용해되지 않을 경우에 Top Bubbling을 실시하면 생석회 용해 상태 및 탈인 효과는 향상되나 10∼20℃ 정도의 온도 강하가 일어나, 후공정에서 승온을 실시하는 경우 알루미나 개재물이 많이 발생하는 단점이 있다. 또한, 비교예2,3과 같이 CaF₂를 투입하면 생석회의 용해 상태가 약간 향상되기는 하나 슬래그의 활동도를 높일 수 있는 원소가 없기 때문에 그리 효과가 크지 못하다. 또한, 비교예4,5과 같이 가탄제를 투입하게 되면 슬래그 중의 산소와 카본이 반응하여 CO(g)를 발생시키면서 슬래그를 부풀리게 함으로써 겉보기에는 생석회가 용해된 것처럼 보이나 실제는 CaO의 용융점을 떨어뜨릴 성분이 없기 때문에 생석회가 용해되지 않았다. 그러나, 실시예1∼10에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 생석회 용해 촉진재를 투입하면 용강 내의 용존 산소량, 출강구의 사용횟수, 생석회 상태에 관계없이 양호한 생석회 용해 상태를 나타내며, 슬래그 개질시의 탈인 효과도 있다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 생석회 용해 촉진재 및 그 투입 방법에 의하면, 출강작업 시에 슬래그의 개질재로서 투입되는 생석회를 조기에 용해시켜 슬래그 개질작업이 용이하게 이루어져 개질작업시에 이루어지는 탈인 효과를 극대화시키고 후속작업인 슬래그 탈산작업의 효율을 향상시켜 고품질의 강을 생산할 수 있도록 해준다.

Claims

전로 취련 완료 후 용강을 레들로 출강할 때에 투입되는 생석회 용해 촉진재로서, 중량％로, Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬래그 개질을 위한 생석회 용해 촉진재.
전로 취련 완료 후에 용강의 온도 및 용존 산소량을 측정하는 단계;

용존 산소량, 출강구 사용횟수, 생석회 상태가 설정된 기준에 해당하는지 여부를 판단하는 단계;

상기 설정 기준치에 못 미치는 경우, 중량％로, Al:20∼30％, CaCO₃:50∼60％, CaF₂:10∼20％로 이루어진 생석회 용해 촉진재의 투입량을 계산하는 단계;

출강작업시 용강의 미탈산 상태에서 슬래그 개질재와 함께 생석회 용해 촉진재를 상기 계산된 투입량만큼 레들 내로 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그 개질을 위한 생석회 용해 촉진재의 투입 방법.
제2항에 있어서,

상기 용존 산소량, 출강구 사용횟수, 생석회 상태의 설정된 기준은 용존 산소량 ≥500ppm, 출강구 사용횟수 ≥15회, 생석회 상태 ≥ 80％ (수화율 기준)인 것을 특징으로 하는 슬래그 개질을 위한 생석회 용해 촉진재의 투입 방법.
제3항에 있어서,

상기 생석회 용해 촉진재의 투입량은 상기 용존 산소량, 출강구 사용횟수 및 생석회 상태에 대한 판단 결과 하나 이상의 기준을 충족시키지 못하는 경우에, "생석회 용해 촉진재 투입량 = 0.15 ＊ 슬래그 개질재 투입량" 에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 슬래그 개질을 위한 생석회 용해 촉진재의 투입 방법.