KR100887132B1 - 전로출강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 제강공정에서 정련된 용강을 전로의 출강구로부터 수강 레이들로 출강하는 전로출강방법에 관한 것으로서, 슬래그 산화도 저감재를 와류가 발생되는 출탕구 주변에 투입하여 출탕구 주변 슬래그만을 개질하여 수강레이들내의 슬래그의 산화도를 저감시킴으로써 적은 양의 산화도 저감재를 사용하고 보다 짧은 시간으로 보다 효과적으로 수강레이들내의 슬래그의 산화도를 저감시킬 수 있는 전로출강방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 전로제강공정에서 정련(취련)된 용강을 전로의 출강구로부터 수강 레이들로 출강하는 전로출강방법에 있어서,

총출강시간의 20-80%범위의 시점사이에서 산화도 저감재를 출강구 주위에 투입하여 출강구 주위의 슬래그의 산화도가 10이하가 되도록 하여 레이들내의 슬래그의 산화도를 2.5이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전로출강방법을 그 요지로 한다.

전로, 취련(정련), 슬래그, 출강구, 산화도, 산화도 저감재

Description

전로출강방법{Method for Tapping Molten Steel in Converter}

도 1은 종래의 슬래그 다트를 나타내는 것으로서, 도 1의 (a)는 슬래그 다트의 평면도를 나타내고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 A-A단면도를 나타냄

도 2는 본 발명에 부합되는 산화도 저감재 투입장치가 슬래그 다트에 설치되어 있는 상태를 나타내는 것으로서, 도 2의 (a)는 평면도를 나타내고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 A-A단면도를 나타냄

도 3은 본 발명에 부합되는 산화도 저감재 투입장치가 슬래그 다트에 설치되어 있는 상태로 전로에 투입되어 있는 상태를 나타내는 사용상태도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 . . . 슬래그 다트 1 . . . 다트 헤드 2 . . . 로드

3 . . . 슬리브 20 . . . 산화도 저감재 투입장치 21 . . . 봉

22 . . . 고정구 23 . . . 산화도 저감재 용기

본 발명은 전로 제강공정에서 정련된 용강을 전로의 출강구로부터 수강 레이들로 출강하는 전로출강방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강을 전로에서 수강 레이들로 출강하는 중에 출강구 주위의 슬래그에 산화도 저감재를 투입하고 레이들 슬래그의 산화도를 2.5%이하로 제어하여 강의 청정도를 개선시키고 노즐막힘을 방지할 수 있는 전로 제강공정에서의 출강방법에 관한 것이다.

전로제강공정은 고로에서 출선된 용선을 탈황 및 탈린등의 용선예비처리 단계를 거쳐 전로에 장입하고, 부원료로서 생석회, 백운석등을 투입하고 그리고 산소랜스를 통해 산소를 취입하므로써 용선중에 함유된 실리콘, 카본, 망간, 인등을 산화반응에 의해서 제거시켜 용강을 제조하는 공정이다.

상기 제강공정에서는 용강과 함께 용강보다 비중이 작은 슬래그가 형성되어 용강상부에 위치하게 된다.

한편, 상기와 같이 정련과정을 거친 용강은 최종품질의 규격을 만족시키도록 하기 위하여 2차정련과정을 거치게 되는데, 이때 전로에서 2차정련을 실시하기 위한 운반 및 정련용기인 수강레이들로 출강하게 된다.

한편, 유체가 임의의 용기에서 출구를 통하여 하부방향으로 출탕하는 과정에서, 각 운동량 보존 법칙에 의해서 출구의 상부지점에서 유체의 회전속도가 가장 크게 되며, 이는 베루누이 정리에 의해서 유체의 회전속도가 가장 큰 부분에서 유체의 높이가 감소하게 되는 이른바 볼텍스 현상이 발생하게 된다.

이때 상부에 또다른 가벼운 비중의 유체가 존재하게 되면, 상부의 가벼운 비중의 유체는 볼텍스에 의해서 무거운 비중의 유체와 함께 깔대기 모양으로 출구를 통하여 유출현상이 발생하게 된다.

상기한 바와 같이, 출강중에는 지구의 자전에 의해서 필수 불가결하게 용강의 와류(이하, "볼텍스"라 칭함)현상이 발생하며, 이러한 볼텍스 현상에 의해 용강 상부에 위치되어 있는 제강 슬래그가 출탕구를 통하여 수강 레이들로 유출하게 된다.

상기 제강 슬래그는 통상 Fe_tO, CaO, SiO₂, MnO등을 주성분으로 하고 있으며, FetO가 보통 22~25%정도 함유되어 있다.

상기 슬래그 성분중 특히 Fe_tO성분은 MnO 성분과 함께 슬래그의 산화도를 높이는 성분으로서 후속되는 용강의 정련과정에서 재산화하거나 또는 용강중의 Al과 반응하여 하기 화학식 (1)과 같이 알루미나(Al₂O₃)를 형성하게 된다.

3FeO +2Al = 3Fe + Al₂O₃

상기 식(1)에 의하여 생성된 알루미나는 연속주조 조업시 노즐 막힘등을 유발하게 된다.

또한, 상기 식(1)에서와 같이 환원된 Fe는 하기 화학식(2)와 같이 대기중의 산소와 반응하여 산화물을 형성한 후, 다시 상기 식(1)과 같은 반응을 일으키기 때문에 결과적으로 슬래그 중의 Fe_tO성분은 대기중의 산소를 용강에 옮기는 산소공급원으로서의 역할을 하게 된다.

Fe + 1/2O₂ =FeO

상기한 바와 같이, 전로에서 수강 레이들로 유출되는 제강 슬래그는 FetO가 보통 22~25%정도 함유되어 있으므로 통상적인 레이들내 생석회 투입량인 용강 톤당 5Kg의 생석회를 수강레이들에 투입할 시 산화도는 3%대에 이르러 재산화 및 주조중 반응으로 생성된 반응 생성물에 의해 강의 청정도가 나빠지고 노즐 막힘이 발생하는 등의 문제를 가져오게 된다.

상기와 같은 청정도 저하 및 노즐 막힘의 문제점을 해결하기 위한 방법으로서, 슬래그 유출을 최소화하고자 하는 것 및/또는 수강 레이들의 슬래그 산화도를 저하시키는 것을 들수 있다.

상기한 전자의 방법 즉, 수강 레이들로의 슬래그 유출을 최소화하는 방법으로는 슬래그 다트를 사용하는 방법을 들수 있다.

상기 슬래그 다트는 통상적으로 내화물과 강재로드로 구성되어 있고, 그 비중은 용강과 슬래그의 중간 비중값인 4~6정도 이다.

상기 슬래그 다트는 전로 출강중기에 투입되어 용강과 슬래그사이에 부유하고 있다가, 출강말기에 용강이 거의 다 출강된 시점에서 비중차에 의하여 전로 출강구를 폐쇄함으로써, 수강레이들로 용강만 출강되고, 슬래그는 유출이 못 되도록 하는 역할을 한다.

그러나, 상기와 같이 전로 출강시 다트등을 이용하여 적절한 시점에 출강구를 폐쇄하여 슬래그의 유출을 막는 물리적인 방법으로는 수강 레이들등으로의 제강 슬래그의 유출을 완전히 차단할 수는 없으므로, 청정도 저하 및 노즐 막힘의 문제를 가지고 있다.

상기와 같이 다트를 이용하여 전로 출강시 슬래그의 유출을 방지하는 개선된 방법 으로서 대한민국 공개특허공보 제2001-112356호에 개시되어 있는 방법을 들 수 있다.

상기 방법에서는 다트 또는 출강구주위에 기포발생 또는 와류를 형성하도록 다트의 헤드 또는 스템에 탄소를 함유하는 재료 또는 알루미늄과 같은 반응성 물질 또는 이들 재료의 혼합물을 위치시켜 슬래그 유출을 최소화하는 방법이다.

그러나, 이 방법의 경우도 전로출강시 수강 레이들등으로의 제강 슬래그의 유출을 완전히 차단할 수는 없으므로, 여전히 청정도 저하 및 노즐 막힘의 문제를 가지고 있다.

한편, 상기 후자의 방법 즉, 수강 레이들내의 슬래그의 산화도를 저감시키는 방법에서는 슬래그를 조성하고 있는 성분들중에서 산화도를 높이는 성분들(Fe_tO, MnO)이 제거되도록 슬래그를 개질시키는 것이 필요하다.

상기와 같이, 슬래그중의 산화도 성분을 저감시키기 위한 방법으로서, 대한민국 특허공보 제 2000-35397호를 들수 있는데, 이 방법은 용강을 전로 정련후 레이들에 출강하기 직전에 무연탄을 슬래그 톤당 12~16Kg투입하고 최종적으로 레이들 슬래그의 산화도를 저감시키는 방법이다.

그러나, 상기 방법은 전체 슬래그를 개질함으로써 많은 무연탄이 소요될 뿐만 아니라 긴 반응시간이 필요함으로써 바로 출강하지 못하여 생산장애를 일으키는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 슬래그 산화도 저감재를 와류가 발생되는 출탕구 주변에 투입하여 출탕구 주변 슬래그만을 개질하여 수강레이들내의 슬래그의 산화도를 저감시킴으로써 적은 양의 산화도 저감재를 사용하고 보다 짧은 시간으로 보다 효과적으로 수강레이들내의 슬래그의 산화도를 저감시킬 수 있는 전로출강방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 전로제강공정에서 정련(취련)된 용강을 전로의 출강구로부터 수강 레이들로 출강하는 전로출강방법에 있어서,

총출강시간의 20-80%범위의 시점사이에서 산화도 저감재를 출강구 주위에 투입하여 출강구 주위의 전로 슬래그의 산화도가 10이하가 되도록 하여 레이들내의 슬래그의 산화도를 2.5이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전로출강방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 산화도 저감재를 전로 출강구 주위에 저절한 양을 적절한 시기에 투입하여 전로 출강구 주위의 전로 슬래그 및 수강 레이들 슬래그의 산화도를 제어하여 청정도를 개선시키고 연속주조시 노즐 막힘을 방지할 수 있는 전로출강방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 산화도 저감재를 투입하여야 한다.

산화도 저감재로는 Fe_tO 및 MnO 보다 산화 친화력이 우수한 물질을 사용하며, 알루미늄 함유물질, 실리콘 함유물질 및 탄소분말등을 들 수 있다.

상기 알루미늄 함유물질로는 알루미늄 드로스 및 알루미늄 조제제등을 들수 있다.

상기 산화도 저감재가 알루미늄 함유물질(알루미늄 드로스 및 알루미늄 조제제)인 경우에는 슬래그 톤당 1 - 2kg을 투입하는 것이 바람직하고, 실리콘 함유물질인 경우에는 슬래그 톤당 2 - 4kg을 투입하는 것이 바람직하고, 그리고 탄소분말인 경우에는 슬래그 톤당 3 - 6kg을 투입하는 것이 바람직하다.

또한, 알루미늄 탈산강인 경우에는 산화도 저감재로서 알루미늄 함유물질을 사용하고, 실리콘 탈산강의 경우에는 산화도 저감재로서 실리콘 함유물질을 사용하고, 그리고 탄소 탈산강의 경우에는 산화도 저감재로서 탄소 산화도 저감재를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 산화도 저감재의 투입량이 너무 적은 경우에는 투입 효과가 없고, 너무 많은 경우에는 비용이 증가하고, 또한, 전로 노체 침식이 가중된다.

상기 산화도 저감재는 총출강시간의 20-80%범위의 시점사이에서 투입되는 것이 바람직한데, 그 이유는 20%미만의 시점에서는 볼텍스가 발생하지 않으므로, 산화도 저감재를 투입하더라도 투입효과가 없고, 80%를 초과하는 시점에서 첨가되는 경우에는 반응시간이 부족하여 충분한 첨가효과를 얻을 수 없기 때문이다.

본 발명에서는 산화도 저감재를 출강구 주위에 투입하여 출강구 주위의 슬래그의 산화도가 10이하가 되도록 하여야 하는데, 그 이유는 출강구 주위의 슬래그의 산화 도가 10을 초과하는 경우에는 수강 레이들 슬래그의 산화도를 2.5이하로 제어할 수 없기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 레이들내의 슬래그의 산화도를 2.5이하가 되도록 하여야 하는데, 그 이유는 레이들내의 슬래그의 산화도가 2.5를 초과하는 경우에는 알루미나 (Al₂O₃)와 같은 미세한 산화물등을 형성하여 주조시 노즐막힘이 발생할 우려가 있고, 또한 강의 청정도를 해칠우려가 있기 때문이다.

본 발명에서는 산화도 저감재를 출강구 주위에 투입하여야 하는데, 바람직한 방법으로는 후술하는 통상적인 다트를 이용하는 방법을 들수 있다.

즉, 전로에서 용강을 정련한 후, 정련된 용강을 레이들에 출탕하는 과정에서 출탕 중기이후 투입되는 다트에 산화도 저감재 투입장치를 설치하여 산화도 저감재를 출강구 주위에 투입하는 것이 바람직하다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 산화도 저감재 투입장치는 통상적인 슬래그 다트에 설치되는 것이다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 슬래그 다트(10)는 도 1의 (a) 및 (b)에 나타난 바와 같이, 용강을 츄출시키는 역할을 하는 다수개의 슬롯(5)이 형성되어 있는 다트헤드(1), 이 다트헤드(1)의 중앙을 가로질러 확장되는 로드(2), 및 상기 다트헤드의 하부 로드(2)의 외부를 에워싸는 슬리브(3)을 포함하여 구성된다.

도 1의 (a) 및 (b)에서 부호 4는 와셔를 나타낸다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 산화도 저감재 투입장치(20)는 상기 도 2의 (a) 및 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 슬래그 다트(10)의 다트헤드(1)에 설치된다.

상기 산화도 저감재 투입장치(20)는 양 단부가 용기걸이용 후크형태를 갖는 후크부(211)로 이루어지는 하나 또는 다수개의 봉(21), 이 봉(21)을 슬래그 다트의 로드(2)에 고정시켜주는 고정구(22), 및 상기 후크부(211)에 걸리도록 이루어지는 걸이부(231)를 구비하고 산화도 저감재를 수용하도록 구성되는 다수개의 산화도 저감재 용기(23)를 포함하여 구성된다.

상기한 슬래그 다트에 설치된 산화도 저감재 투입장치를 이용한 산화도 저감재의 투입은 도 3에 나타난 바와 같이 동일한 양의 산화도 저감재를 산화도 저감재 용기(23)에 담은 후 걸이부(231)을 봉(21)의 후크부(211)에 메달아 용강 출탕시 출탕 중기이후 산화도 저감재 투입장치가 설치된 슬래그 다트를 투입시킴으로써, 산화도 저감재가 슬래그 고온에 의해 후크부 및 걸이부가 용해하므로써 다트에서 분리되고, 분리된 산화도 저감재가 와류 발생 주변에 원형을 이루면서 확산,퍼짐으로 인하여 출탕구 주변 슬래그내 Fe_tO를 반응시켜 슬래그 중에서 제거해줌으로써 출탕구 주변 슬래그의 산화도를 10이하로 제어하고, 나아가 레이들 슬래그중 산화도를 2.5이하로 저감시킬 수 있다.

상기와 같이 슬래그 다트를 이용하여 산화도 저감재를 투입함에 있어서 산화도 저감재 용기에 산화도 저감재를 담는 경우 양쪽의 용기에 같은 양의 저감재를 평량 하여 매달아 놓아야 균형이 맞아서 슬래그 다트가 넘어지지 않고 바로 출탕구를 막 아줄수 있다. 만약 어느 한쪽에 많은 양의 산화도 저감재를 매달경우에는 무거운쪽으로 다트가 기울어 다트가 출탕구 밖으로 넘어지게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

중량%로, C: 0.08%, Si: 0.04%, Mn: 0.3%, P: 0.0025%, S: 0.0025%를 포함한 용강 을 100톤 전로에서 취련하여 정련한 후 래들에 출강하면서 슬래그 다트의 투입시 슬래그 다트를 이용하여 총 출강시간의 60% 시점에서 알루미늄 드로스를 하기 표 1의 투입량으로 출강구 주위에 투입하였으며, 투입즉시 전로 출강구 주위의 슬래그의 산화도를 분석하고, 또한 출강중 레이들내 생석회를 5Kg투입한 레이들내 슬래그의 산화도를 분석하고, 그 결과를 하기 표 1에 각각 나타내었다.

또한, 주조시 노즐막힘 정도 및 강의 청정도를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 No.	알루미늄 드로스 투입량 (kg/슬래그 Ton)	산화도		노즐막힘정도	청정도 (ppm)
		전로 슬래그	레이들 슬래그
종래예	0	22.5	2.9	막힘 대(大)	15.5
비교예 1	0.6	10.5	2.7	막힘 소(少)	12.4
발명예 1	1	9.6	2.4	막힘 무(無)	10.0
발명예 2	1.6	9.2	2.2	막힘 무(無)	9.2
발명예 3	2.0	8.7	2.1	막힘 무(無)	8.5
비교예 2	2.6	8.3	1.9	막힘 무(無)	7.2

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 알루미늄 드로스의 투입량, 전로 슬래그의 산화도 및 레이들 슬래그의 산화도를 제어한 경우(발명예 1-3)에는 노즐 막힘 현상이 발생하지 않고 청정도도 우수함을 알 수 있다.

한편, 알루미늄 드로스를 첨가하지 않거나(종래예) 알루미늄 드로스를 본 발명 범위보다 적게 투입하고 전로슬래그의 산화도 및 레이들 슬래그의 산화도가 본 발명 범위보다 높은 경우(비교예 1)에는 노즐막힘이 발생하고, 용강의 청정도가 떨어짐을 알 수 있다.

또한, 알루미늄 드로스를 본 발명 범위보다 많이 투입한 경우(비교예2)에는 노즐 막힘 현상이 발생하지 않고 청정도는 우수하지만, 전로내 슬래그중 알루미나 발생량이 너무많아 노체 침식이 관찰되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 산화도 저감물질을 보다 적게 사용하여 레이들 슬래그 산화도를 보다 효율적으로 감소시킴으로써, 합금철 및 탈산제 실수율을 향상시키고, 용강중의 개재물 감소등과 같은 품질향상을 가져올 뿐만 아니라 원가 절감 및 연속주조의 주조성을 크게 향상 시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 전로제강공정에서 정련(취련)된 용강을 전로의 출강구로부터 수강 레이들로 출강하는 전로출강방법에 있어서,

   총출강시간의 20-80%범위의 시점사이에서 산화도 저감재를 출강구 주위에 투입하여 출강구 주위의 전로 슬래그의 산화도가 10이하가 되도록 하여 레이들내의 슬래그의 산화도를 2.5이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전로출강방법
2. 제1항에 있어서, 산화도 저감재가 알루미늄 함유 물질이고, 그리고 그 투입량이 슬래그 톤당 1 - 2kg인 것을 특징으로 하는 전로출강방법
3. 제2항에 있어서, 알루미늄 함유 물질이 알루미늄 드로스 또는 알루미늄 조제제인 것을 특징으로 하는 전로출강방법
4. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 산화도 저감재의 투입은 양 단부가 용기걸이용 후크형태를 갖는 후크부로 이루어지는 하나 또는 다수개의 봉, 이 봉을 슬래그 다트의 로드에 고정시켜주는 고정구, 및 상기 후크부에 걸리도록 이루어지는 걸이부를 구비하고 산화도 저감재를 수용하도록 구성되는 다수개의 산화도 저감재 용기를 포함하여 구성되는 산화도 저감재 투입장치를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전로출강방법

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