KR100979014B1

KR100979014B1 - Ｃｄｑ 더스트를 이용한 슬래그 포밍 방법

Info

Publication number: KR100979014B1
Application number: KR20080046102A
Authority: KR
Inventors: 정태현; 김종균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2010-08-30
Also published as: KR20090120189A

Abstract

본 발명은, 전기로 내의 고철 용해시 발생하는 슬래그를 포밍(foaming)시키는 공정에 있어서, CDQ 더스트를 포밍재로 전기로에 투입시키는 과정을 포함하는 슬래그 포밍 방법을 제공한다. 이 경우, 상기 CDQ 더스트는 상기 전기로의 측면부에 위치하는 벽체버너를 통해 횡방향으로 투입될 수 있다. 상기 CDQ 더스트는 80% 이상의 카본(C)를 포함하는 것이 바람직하며, 잔부 재, 황, 수분 및 기타 불가피한 불순물로 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 코크스 공정에서 부산물로 발생하는 CDQ 더스트를 이용하므로 단가가 낮아지며, 또한 별도의 포밍재 형성 시간이 불필요하므로 생산성도 향상될 수 있어 원가절감 향상에 의한 기업경쟁력 향상은 물론 친환경 조업기술을 확립할 수 있게 된다.

CDQ 더스트, 코크스, 포밍, 전기로, 슬래그

Description

ＣＤＱ 더스트를 이용한 슬래그 포밍 방법{Slag Foaming Method Using CDQ Dust}

본 발명은 전기로 조업시 용강표면 슬래그를 거품화함으로써 아크(arc)열을 용강측으로 유도하여 전력효율을 상승시키고 노체를 보호하는 슬래그 포밍 조성기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기로 조업 시 슬래그 포밍을 조성하기 위하여 투입되는 포밍재를 코크스 공정에서 발생되는 분진을 포집한 미세한 입자의 분말상의 카본(Coke Dryer Quenching, 이하 "CDQ 더스트")을 활용함으로써 포밍재 대체재를 이용한 슬래그 포밍 기술과 원가절감 향상에 관한 것이다.

전기로 공정(도 1 참고)은 용선과 스크랩을 원료로 사용하여 용강을 제조하는 것으로, 고철을 전기로에 장입한 후 전극봉을 이용하여 아크(arc)를 발생시켜 고철을 용해하고, 이후 매니플레이터(manipulator)를 진입시켜 산소를 취입함으로써 고철을 용해시키며 용해된 용강을 적정한 온도 및 성분으로 조성하기 위하여 산소와 탄소원( C + O₂)을 각각 슬래그(slag) 중에 취입시켜 공급된 탄소(C)원을 산화 반응시키고, 이 때 발생하는 산화반응열을 이용하여 용강을 목표온도(1600±10℃)까지 승온하고 용강중의 불순성분을 산화정련한 후 출강을 하게 된다.

특히, 최근에는 분체 카본을 슬래그중에 투입함으로써 슬래그 포밍(거품현상)을 조성하여 전력사용량 절감과 전극에 의해서 발생되는 아크(arc)에 의한 전기로 벽체 파손과 매니플레이터 취입시 발생하는 스플래쉬(splash)에 의한 전기로 벽체 용손을 방지하고 있다.

슬래그 포밍 방법은 전기로 정련시 고철 및 용선을 장입하여 용해시킨 후, 용강 표면에 포밍재를 분사할 수 있는 란스(lance) 장치로 포밍재를 48° 이하의 각도로 분사하는 것으로, 아크를 사용할 때 열방산 손실을 억제하거나 강욕으로 열전도율을 향상시키기 위하여 필요한 것이다. 특히, 포밍(foaming)을 통하여 전류 및 전압 편차를 줄일 수 있으며, 아크 발생에 따른 소음을 흡수하고 나아가 대기 중으로부터 흡질량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

포밍을 일으키기 위한 방법으로 종래에는 전기로 노전에 설치되어 있는 매니플레이터를 이용하는 투입 방법과 벽체버너 투입설비를 이용하여 탄소(carbon)을 취입하는 방법이 주로 이용되어 왔다. 상기 탄소의 취입은 강의 탈산 및 FeO의 환원효율을 향상시켜 아크로의 열효율도 향상시켜 유가금속의 회수를 위하여서도 사용되었다.

또한, 산소를 수송가스(carrier gas)로 하여 탄소 분체를 용강표면의 슬래그층으로 취입하여 폼(foam)을 유발하는 방법이 있다. 이러한 폼은 열 방산 손실을 막는 역할을 하여 전극봉의 아크에 의한 노체 측벽의 손상을 방지할 수 있게 된다.

하지만, 전기로 조업에서 노체, 설비보호 및 비용의 절감을 위해서는 슬래그 포밍 조업이 핵심으로 포밍재의 투입이 중요시 되지만 포밍재의 단가가 비싸 원가상승의 한 요인이 되고 있다. 특히 종래의 조업에서 사용하는 포밍재는 원료의 단가 상승에 따른 전기로 제조용강의 원가상승의 문제가 존재하여, 포밍재의 대체 원료 사용 방안이 요구된다.

원료의 변화에 따른 잦은 가격 변동은 경쟁력 약화의 요인이 될 수 있는데, 전기로 용강제조는 특히 원가비중이 60~70%로 매우 높기 때문에 원가절감을 위한 부원료 대체재 발굴이 절실한 상황이다.

이러한 상황에 부합하여 최근에는 코크스 공정에서 발생하는 CDQ 더스트를 형상화(briquette)하여 전기로 고철조업에서 괴코크스 대용으로 사용함으로써 원가절감을 도모하는 기술이 나타난 바 있다. 하지만, 상기 기술은 CDQ 더스트를 이용하여 야금용 괴코크스를 제조하는 기술에 관한 것이며, 본 발명과 같이 슬래그 포밍재로 사용하는 것은 아니다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고 아울러 카본 대체재 도입 시 최대한의 원가절감 효과를 얻기 위하여 제철소의 생산공정에서 발생하는 카본 성분 더스트(dust) 중 카본성분이 일정 수준 이상인 분말을 포집하여 벽체버너로 전기로에 투입함으로써 포밍재로 이용할 수 있는, 생산 효율과 경제성이 우수한 슬래그 포밍 기술을 제공하고자 한다.

본 발명은 이를 위하여, 전기로 내의 고철 용해시 발생하는 슬래그를 포밍(foaming)시키는 공정에 있어서, CDQ 더스트를 포밍재로 전기로에 투입시키는 과정을 포함하는 슬래그 포밍 방법을 제공한다. 이 경우, 상기 CDQ 더스트는 상기 전기로의 측면부에 위치하는 벽체버너를 통해 횡방향으로 투입될 수 있다. 상기 CDQ 더스트는 80% 이상의 카본(C)를 포함하는 것이 바람직하며, 잔부 재, 황, 수분 및 기타 불가피한 불순물로 구성될 수 있다.

또한, 상기 CDQ 더스트를 투입시키는 과정에서 투입속도는 50~60Kg/min이며, 투입량은 20~24kg/ton으로 수행하며, 공기압은 500~600kPa로 한다.

일반적으로 코크스(coke)는 제선 단계에서 쇳물을 제조할 때 열원제, 환원제, 통기성 유지제 등으로 사용하기에 적합한 다공질의 회백색 고체원료를 의미하며, 이는 석탄을 외부와 차단된 밀폐된 용기에 고온으로 건류시키면 석탄 중의 휘발분은 제거되고 남는 물질이다.

코크스 공정에서 발생하는 CDQ 더스트는 적열상태의 코크스를 건식소화설비에서 불활성인 질소(N₂) 가스를 이용하여 공냉할 때 발생되는 코크스 분진이다(도 3 참고). 본 발명에서 이용되는 CDQ 더스트는, 1차로 초기 더스트 캐쳐(primary dust catcher)(14)에서 포집되어 수냉파이프(15)에서 냉각되고, 플로우 콘베어(18)를 거쳐 더스트 빈(dust bin)(19)에 저장된 것과, 2차로 멀티 사이클론(multi cyclon)(17)에서 포집되어 플로우 콘베어(18)를 거쳐 더스트 빈(19)에 저장된 것으로, 여러 사용공정으로 이송되어 사용된다. 본 발명에서 전기로에 사용되는 CDQ 더스트 역시 상기 더스트 빈(19)에 저장된 것을 사용한다.

상기 CDQ 더스트는 슬래그 공정에서 포밍재로 사용될 수 있는데, 종래에 사용되던 포밍재와 CDQ 더스트를 구성하는 각 화학성분을 하기 표 1에서 비교하였다.

구 분		화학성분 (%)				입도 (%)			비 고
구 분		C 함량	ASH	S	수분	＜0.15mm	≤3mm	>3mm	비 고
포밍재	규격	≥ 80	≤ 3.0	≤ 0.6	≤ 1.0	규격없음	≥ 95	≤ 5
포밍재	표본	86	-	0.5	0.15	-	95	-	침전기코크스
CDQ 더스트	M/C	85	14	0.83	0.15	28	28	0.2	CDQ 증설시 발생량 증가
	D/C	85	14	0.70	0.4	5	60	10
	ECS	83	16	0.91	0.3	80	4	0.05

(단, M/C:멀티싸이크론(싸이크론포집), D/C:더스트캐쳐(중력침강식포집), ECS:EMISSION CONTROL SYSTEM(Bag실 포집)을 의미함)

상기 표 1에서 나타난 것처럼, 카본 함유 성분을 80% 이상, 바람직하게는 86% 이상 포함하는 경우에는 전기로 조업 중 취입되는 산소에 의해 용이하게 기화가 가능하다는 특징이 있다. 또한, CDQ 더스트는 입도에 있어서도 종래의 포밍재보다 미세하다는 특징이 있어 벽체버너를 이용하여 슬래그 중에 취입시 막힘이 발생하지 않아 포밍재 대체재로 사용할 경우 장점이 존재한다.

이하 본 발명을 이루는 구성에 관하여 상세히 설명한다.

CDQ 생산 플로우는 코크스(coke) 공정에서 발생하는 더스트를 운송하여 카본원료로 대체 사용하는 시스템으로, 운송된 CDQ 더스트는 전기로 카본원료 저장 호퍼에 수송되어 전기로 슬래그 포밍 조업시 벽체버너(5)을 통하여 취입된다(도 3 참고).

카본공급 라인(도 2)에서 종래의 매니플레이터용 카본저장 호퍼(6)는 노전의 매니플레이터(4)를 통하여 카본을 취입하고 벽체버너용 저장호퍼(9)에는 코크스 공정에서 발생된 CDQ 더스트를 수송하여 이를 벽체버너(5)를 통해 취입한다.

포밍재의 투입은 도 2에 도시되어 있듯이, #1,2 디스펜서(7,8,10,11)를 번갈아 사용하여 A 전기로 및 B 전기로로 카본을 공급하여 이루어진다. 전기로 조업 전 상기 #1,2 디스펜서(7,8,10,11)내에는 로드셀과 평량밸브의 작동에 의해 3톤 정도의 카본이 저장되어 대기하게 되는데, #1 디스펜서(10)에서 공급되는 포밍재가 A 전기로에 공급되면 #2 디스펜서(11)는 B전기로로 CDQ 더스트를 공급하는 것이다.

(실시예)

이하 본 발명이 전기로 조업에 실제 적용되는 방법을 실시예를 근거로 보다 상세히 설명한다.

포밍재는 상기 A, B 전기로를 번갈아 가며 투입되는데, 이하에서는 B 전기로에 포밍재를 투입하는 것을 기준으로 설명한다.

전기로에 고철이 장입되면 상부전극봉(2)이 하강하여 아킹(arcing)을 실시하여 고철의 용해가 개시된다. 이어 전기로 벽체의 벽체버너(5) 및 매니플레이터(4)의 산소란스에 산소가 공급되어 고철을 용해하며, 용해가 진행되어 배재구 측에 용융물이 형성되면 디스펜서(8)내의 분체 카본을 매니플레이터(4)의 카본 란스로 공급한다.

카본의 투입은 매니플레이터(4)를 통한 투입과 벽체버너(5)를 통한 투입이 가능하다, 매니플레이터(4)를 통한 카본 취입은 전력량 30,000~35,000Kwh/Hr 정도 투입되는 2차용해 시점에 진행되며, 전극의 아크에 의한 전기로 벽체 수냉판넬의 온도 또는 작업자마다 그 기준이 다르지만 통상적으로 산소란스를 통하여 고철을 컷팅하여 배재구측으로 적당량의 용융물이 형성될 때 이루어진다. 반면, 벽체버너(5)를 통한 카본투입은 배재구측보다 늦은 벽체버너(5) 주변의 고철이 용해되어 적당량의 용융물이 형성되는 2차 용해시점에서 이루어진다.

이는 투입되는 카본이 용융물에 투입되어 산소와의 반응으로 거품을 형성하는 것이 슬래그 포밍 과정인데, 고철이 미처 용융되지 않은 상태에서 카본을 투입하면 고철 표면에 코팅되는 효과만 나타날 뿐 슬래그 포밍이 발생하지 않기 때문이다.

일단 전극의 아크 열과 산소 커팅으로 고철이 용해되어 용융물이 생성되면 본 발명에서는 벽체버너(5)를 통하여 CDQ 더스트를 취입하게 된다. 상기 벽체버너(5)의 취입각도는 로 중앙의 용강온도를 높여 로 벽측으로 전열될 수 있도록 설정하고, 미세한 입자물질인 CDQ 더스트가 집진설비로 빠져나가는 것을 고려하여 로 중앙의 용강중 또는 슬래그층으로 횡방향으로 취입된다. 또한, CDQ 더스트의 투입속도는 2차 용해시 벽체버너(5) 주위의 고철이 용해되는 시점부터 50~60Kg/min 범위로 한정한다. 그리고 그 양은 슬래그 포밍 조성상태에 따라 다르지만 통상적으로 고철 1톤당 20~24kg 정도로 투입한다. 투입 속도 및 투입량은 CDQ 더스트의 투입 효과를 얻기 위한 것이며, 만일 투입 속도가 너무 낮거나 투입량이 적으면 CDQ 더스트로 발생하는 거품이 적어져 그 효과가 부족하며, 반면 속도가 너무 높거나 투입량이 너무 많다면 거품 형성이 많아져 전기로 외부로 넘칠 수가 있으므로 그 범위를 조절할 필요가 있다.

상기 CDQ 더스트의 투입 과정에서 필요한 공기(air) 압력은 500~600kPa(5~6Bar)로 유지한다. 공기는 더스트의 원활한 투입을 위하여 500kPa 이상 투입하지만, 공기압이 지나치게 높으면 공기 내에 함유된 질소(N) 성분이 용강 중에 잔존할 수 있어 질소 격외 현상이 발생하여 용강품질이 저하될 수 있기 때문에 600kPa 이하의 수준으로 한정한다.

상기의 조건으로 CDQ 더스트가 전기로에 취입되면 벽체버너(5)에 의해 고철 용해시 생성된 슬래그 층에서 분사되어 집진설비로 빨려나가지 않고 용강 중으로 투입될 수 있다. 따라서 카본 실수율이 향상되고 매니플레이터(4)와 벽체버너(5)에서 취입되는 산소와 반응하여 C+O₂ → CO₂의 이산화탄소 형성 반응에 의해 왕성한 슬래그 포밍이 이루어진다.

상기 슬래그 포밍 반응에 의해 용강 탕면에 거품이 생성되면 생성된 거품은 보호막 역할을 하여 아크열이 로 외부로 빠져나가지 않고 용강측으로 유도되므로 그 만큼 전력효율은 상승되고, 아크에 의한 로 벽체로의 충격을 흡수하여 내화물을 보호할 수 있다. 나아가 슬래그중 Fe를 용강으로 환원하여 용강실수율 및 용강품질을 확보할 수 있는 효과를 얻게 된다. 이러한 슬래그 포밍에 의한 효과를 하기 표 2에 개시하였다.

구분	CDQ 더스트	CH수	용선량	전력 원단위	산소 원단위	카본 원단위(Kg/T)
구분	CDQ 더스트	CH수	용선량	전력 원단위	산소 원단위	랜스카본	벽체버너	계
용선 조업	기존 포밍재	155	55톤	235kwh/T	43Nm³/T	8.5	1.4	9.9
용선 조업	CDQ 더스트용	353	56톤	233kwh/T	40Nm³/T	8.9	1.5	10.4
고철 조업	기존 포밍재	146	-	385kwh/T	40Nm³/T	12.3	8.2	20.5
고철 조업	CDQ 더스트	216	-	390kwh/T	38Nm³/T	12.7	8.7	21.4

(* CH:1회 전기로 조업(charge), T:ton)

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 전기로 조업 패턴별 실조업 데이타에 의한 CDQ 더스트 포밍재를 사용한 경우 및 사용하지 않은 경우(즉, 기존에 사용되는 고가의 포밍재를 사용한 경우)의 현상치를 비교하면 다음과 같다. 전기로 포밍재로 CDQ 더스트를 사용시, 카본 함유 성분이 80% 이상이고 미분에 따른 투입 효율로 슬래그 포밍 조성도 양호하고 전력 원단위, 산소 원단위 등에 있어서도 기존의 포밍재를 사용한 경우에 비해 큰 차이가 없어 경제성 및 자원 재활용 차원에서 장점을 가진다. 또한, 조업 중 막힘 현상이 감소할 수 있어 노체 관리에도 효율적이며 생산성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.

도 1은 일반적인 전기로 설비의 구조를 나타내는 개략도.

도 2는 전기로 카본 투입라인을 나타내는 개략도.

도 3은 코크스 공정에서 발생하는 CDQ 더스트 배출상태를 나타내는 플로우.

Claims

전기로 내의 고철 용해시 발생하는 슬래그를 포밍(foaming)시키는 공정에 있어서,

상기 공정은 CDQ 더스트를 포밍재로서 투입속도를 50~60Kg/min, 투입량을 고철 중량을 기준으로 20~24kg/ton으로 전기로에 투입시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 CDQ 더스트를 이용한 슬래그 포밍 방법.
제1항에 있어서, 상기 CDQ 더스트는 상기 전기로의 측면부에 위치하는 벽체버너를 통해 횡방향으로 투입되는 것임을 특징으로 하는 CDQ 더스트를 이용한 슬래그 포밍 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 CDQ 더스트는 카본(C)를 80% 이상 포함하며, 잔부 재, 황, 수분 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 CDQ 더스트를 이용한 슬래그 포밍 방법.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 CDQ 더스트 투입시 공기압은 500~600kPa임을 특징으로 하는 CDQ 더스트를 이용한 슬래그 포밍 방법.