KR100988063B1

KR100988063B1 - 전로의 산소 랜스 지금 부착 방지용 도포재

Info

Publication number: KR100988063B1
Application number: KR1020030039009A
Authority: KR
Inventors: 송시명
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2010-10-18
Also published as: KR20040108433A

Abstract

본 발명은 전로의 용강 취련 과정에서 고순도, 고압, 대유량의 산소를 취입하기 위해 사용되는 산소 랜스(Oxygen Lance)에 지금(Skull)이 부착되는 것을 방지하는 도포재에 관한 것으로,

CO₃ ^2-이온이 포함되어 흡열시 CO₂가 발생되는 0.05mm 이하의 입도를 갖는 80~90중량%의 슬러지; 및 10~20중량％의 바인더가 균일하게 혼합되어 있되, 산소 랜스 표면에 2~3mm 두께로 도포되는 것을 특징으로 하여,

지금이 도포재 표면에 부착되면 도포재의 슬러지 성분의 소성반응으로 지금의 박리가 용이하게 되어, 취련 횟수 증가에 따른 산소 랜스의 교체 작업이 필요 없게 됨에 따라 생산성의 현저한 향상 효과가 있게 된다.

전로, 지금, 슬러지, 석회석, 백운석, 소성반응

Description

전로의 산소 랜스 지금 부착 방지용 도포재{COATING MATERIAL FOR PREVENTING SKULL FROM STICKING ON OXYGEN LANCE OF }

도 1은 전로의 산소 랜스를 이용한 취련 과정을 나타내는 개략도.

도 2는 취련 작업 후 지금이 부착된 산소 랜스의 종단면도.

도 3은 일반적인 산소 랜스의 횡단면도.

도 4는 본 발명에 의한 도포재가 도포된 상태에서 지금이 부착된 산소 랜스의 종단면 부분 확대도.

도 5는 본 발명에 의한 도포재의 고온 분위기에 시간 경과에 따른 반응 상태를 나타내는 모식도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 산소 랜스 2 : 랜스 돔

3 : 지금 4 : 용강

5 : 슬래그 6 : 전로 본체

9 : 도포재 10 : 냉각수

11 : 산소 통로 12 : 냉각수 통로

13 : 기공

본 발명은 L.D(Linze Donawitz) 전로의 용강 취련 과정에서 고순도, 고압, 대유량의 산소를 취입하기 위해 사용되는 산소 랜스(Oxygen Lance)에 지금(Skull)이 부착되는 것을 방지하는 도포재에 관한 것이다.

일반적으로 제선 공정을 거쳐 나온 선철은 탄소 함유량이 많고 상당량의 인(P), 유황(S), 규소(Si)와 같은 불순물이 함유되어 있어 경도가 높고 취약한 성질이 있다. 이러한 선철을 잘 늘어나면서 강인한 강으로 만들려면 다시 정련하여 탄소(C)의 양을 줄이고 유해한 불순물을 제거하지 않으면 안된다.

이러한 유해한 불순물을 제거하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 전로 본체(6) 상부에 위치하며 수냉식 파이프로 된 산소 랜스(1)를 전로 본체(6) 내부로 수직 하강하여 고 순도, 고압 대유량의 산소를 일정 시간 취입하는데 통상 용선 1톤당 40~50Nm³의 산소를 취입하게 된다.

이때 산소와 직접 접촉하는 부근의 용강(4) 온도는 1600℃ 내외로 상승하여 선철중의 탄소를 비롯한 불순물이 급격히 산화되며 산화물은 생석회(CaO)와 화합하여 슬래그(Slag : 5)가 되어 용강(4)의 상부로 부유하게 된다.

산소 랜스(1)는 고온 분위기에서 견디기 위하여 통상 도 3에 도시된 바와 같이, 3중 구조의 강관(Steel Pipe)으로 구성되어, 중앙의 산소통로(11)로 산소 가스가 공급되고 그 외곽의 냉각수통로(12)에는 냉각수가 흐르게 되어 있다.

이 같은 구조의 산소 랜스(1)를 통해 분사된 고압의 산소 젯트(Jet)는 용융물의 표면에 부딪힘으로써 다량의 지금(3)과 슬래그(5)를 비산하게 되고, 비산된 지금(3)이나 슬래그(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 산소 랜스(1) 표면에 부착된 후 응고되거나 흘러내리게 된다.

상기 슬래그(5)는 산소 랜스(1)에 부착되더라도 취련이 끝난 후 냉각 과정에서 박리됨으로써 산소 랜스(1)와의 분리가 용이하다. 그러나 지금(3)의 경우에는 산소 랜스(1) 표면에 일단 융착되면 분리가 어려울 뿐만 아니라 다음의 취련시 지금(3)이 더욱 용이하게 부착되며, 산소 랜스(1) 사용 횟수가 증가함에 따라 지금(3) 부착량은 증가하여 결국 산소 랜스(1)를 사용하지 못하게 되는 것이다.

따라서 산소 랜스(1)의 지금(3) 부착을 방지하기 위한 방법은, ⅰ) 지금(3)이나 슬래그(5)의 비산 현상 자체를 억제시키는 방법과, ⅱ) 산소 랜스(1) 표면의 온도를 감소시킴으로써 지금(3) 부착을 방지하는 방법 및 ⅲ)산소 랜스(1)의 표면 물성을 변화시키는 방법이 있다.

ⅰ)의 방법으로서 산소 유량, 노즐의 형상, 탕면과의 거리 등을 조절함으로써 어느 정도 소기의 성과를 걷을 수는 있으나, 산소를 분사하는 이상 비산 자체를 완전히 억제시키는 것은 사실상 불가능하다는 문제가 있다.

ⅱ)의 방법으로는, 산소 랜스(1)에 냉각능을 증대시키기 위하여 산소 랜스(1) 표면에 해당되는 외측 파이프의 두께를 줄임으로써 냉각수(10)의 열 전달 효과를 크게 하거나 냉각수 펌프(미도시)의 용량을 증대 시켜 냉각수(10) 유량 자체를 증가시키는 방법 등을 고려할 수 있으나 조업 적용상 한계가 있으며, 지금(3) 부착을 억제하는 효과 또한 만족스럽지 못하다.

ⅲ)의 방법으로는, 산소 랜스(1) 표면에 크롬 코팅 또는 세라믹 용사 코팅을 실시하는 방법이 있으나, 산소 랜스(1)의 길이가 20m 이상이므로 코팅 자체가 용이하지 않을 뿐만 아니라 특별 제작할 경우에도 원가 측면에서 상당히 불리한 문제점이 있었다.

이들 방법 외에도 도 1에 도시된 랜스 돔(Lance Dome : 2)상에 스크래퍼(Scraper, 미도시)를 설치하여 산소 랜스(1) 상승시 지금(3)을 스크래핑하는 장치도 있으나 일단 지금(3)이 산소 랜스(1) 표면에 융착된 경우는 거의 효과가 없으며, 단지 슬래그(5) 만을 용이하게 긁을 수 있는 것이다. 미설명된 도면 부호 7은 출강구, 8은 스커트를 나타낸다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전로의 산소 랜스 표면에 슬러리 상태의 도포재를 도포하여 취련 과정에서 발생되는 지금이 산소 랜스 표면이 아닌 도포재에 부착되도록 하고, 도포재는 고온의 분위기에서 이산화탄소를 발생시켜 지금이 발생된 층에 기공을 형성시킴으로써 지금이 산소 랜스 표면으로부터 용이하게 박리되도록 하는 전로의 산소 랜스의 지금 부착 방지용 도포재를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전로의 산소 랜스 지금 부착 방지용 도포재는, 전로 본체 내부로 산소를 취입하기 위한 산소 랜스 표면에 도포되어 지 금이 부착되는 것을 방지하는 도포재에 관한 것으로,

CO₃ ^2-이온이 포함되어 흡열시 CO₂가 발생되는 0.05mm 이하의 입도를 갖는 80~90중량%의 슬러지; 및 10~20중량％의 바인더가 균일하게 혼합되어 있되, 산소 랜스 표면에 2~3mm 두께로 도포되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 슬러지는, 10~15중량％의 수분을 함유하는 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지 중 어느 하나이다.

이하에서는 본 발명에 대하여 참고 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 도포재가 도포된 상태에서 지금이 부착된 산소 랜스의 종단면 부분 확대도이고, 도 5는 본 발명에 의한 도포재의 고온 분위기에 시간 경과에 따른 반응 상태를 나타내는 모식도이다.

본 발명에 의한 도포재(9)는 CO₃ ^2-이온이 포함되어 흡열시 CO₂가 발생되는 슬러지와, 일정량의 수분이 함유된 슬러지와 결합되어 산소 랜스(1) 표면에 도포될 수 있도록 하는 바인더로 구성된다.

상기 슬러지는 제철소의 부산물로 생성되는 석회석 또는 백운석 슬러지를 사용하는 것이 자원의 재활용 및 생산 원가의 절감 측면에서 바람직하다. 이때 슬러지에 함유된 수분은 슬러지 전체 중량에 대하여 10~15중량%의 범위 내이다.

이러한 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지는 CO₃ ^2-이온이 포함되어 지금(3)이 산소 랜스(1) 표면에 부착되는 경우 고온의 지금(3)에 의하여 소성(Calcining) 반응으로 체적 팽창되며, 이때 이산화탄소가 석회석 또는 백운석으로부터 분출되면서 지금(3)에 균열(Crack)을 유발시키는 작용을 하며 이산화탄소가 빠져나간 자리(13)에는 생석회(CaO) 또는 고토(MgO)가 형성되어 산소 랜스(1)의 냉각능에 의해 냉각될 때 생석회 또는 고토(MgO)가 분화(Dusting) 되어 산소 랜스(1) 표면에 부착된 지금(3)이 용이하게 박리된다.

상기 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지는 전로 취련 중 지금(3)이 비산되어 산소 랜스(1) 표면에 부착되는 순간은 고온에서 소성 반응성이 양호하도록 가능한 한 미분을 사용할 수록 좋다.

그러나 분쇄비용의 증대 및 일반 미분쇄기로 용이하게 얻을 수 있는 크기를 고려하는 동시에 단시간 내에 수분이 증발되고 석회석이 소성 반응을 일으킬 수 있도록 하기 위해서는 최소 0.05mm 이하 크기의 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지 사용이 바람직하다.

또한, 도포재(9) 중의 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지는 전체 중량에 대하여 80~90중량％로 제한함이 바람직하다. 슬러지가 80중량% 미만인 경우 산소 랜스(1) 표면에 도포된 도포재(9) 중의 석회석 또는 백운석의 분포가 불균일하여 부분적으로 지금(3)의 박리가 원활하게 이루어지지 않으며, 슬러지가 90중량% 초과인 경우 상대적으로 바인더의 함량이 적어져 지금(3)이 부착되기도 전에 박리될 수 있기 때문이다.

또한, 바인더는 통상의 시멘트가 사용되며, 도포재(9)의 전체 중량에 대하여 10~20중량%로 하는 것이 바람직하다. 만약, 바인더가 10중량％ 미만이면 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지의 산소 랜스(1) 표면과의 부착력이 저하되고, 반대로 20중량％ 초과인 경우 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지의 유동성이 저하되어 도포재(9)의 도포가 난이하기 때문이다.

이와 같이 조성된 도포재(9)는 슬러지와 바인더가 균일하게 혼합되어 슬러리 상태로 산소 랜스(1) 표면에 도포된 후, 산소 랜스(1)가 전로 본체(6) 내부로 진입되어 취련이 시작되면 도포재(9)에 함유된 수분이 건조되고, 전로 본체(6) 내부의 복사열에 의해 도포재(9)의 표면부는 대략 700℃까지 상승된다.

만일, 취련 중에 지금(3)이 비산되어 산소 랜스(1) 표면에 부착되면, 지금(3)의 온도가 1500℃ 이상의 고온이기 때문에 지금(3)과 접촉하는 도포재(9)의 온도는 순간적으로 상승하여 도포재(9) 중의 석회석 또는 백운석이 소성반응을 일으키게 된다.

이러한 소성반응 과정에 의한 도포재(9)의 변화 상태를 살펴보면, 지금(3)이 부착된 도포재(9)는 도 5의 (a)에서 도 5의 (b)와 같이 체적 팽창되면서 도 5의 (c)와 같이 이산화탄소가 분출되면서 도 5의 (d)와 같이 생석회 또는 고토가 형성된다.

이와 같이 형성된 생석회 또는 고토는 산소 랜스(1)의 냉각능에 의하여 700℃ 정도로 다시 냉각되면서 분화(Dusting)된다.

완전한 소성반응이 종료되면 도 5의 (d)와 같이 다량의 기공(Pore : 13)이 존재하는 분화된 생석회 또는 고토가 생성되어, 산소 랜스(1) 표면에 부착된 지금(3)의 자중에 의한 미끄러짐(Slip) 현상이 발생되어 지금(3)의 박리를 용이하 게 수행할 수 있게 된다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

실제 전로의 산소 랜스(1) 표면에 하기의 표 1과 같은 조성을 갖는 4 종류의 도포재(9)를 2~3mm 범위의 두께로 도포한 후 초기 도포 상태와 취련 작업을 실시하여 산소 랜스(1)의 지금(3) 부착 방지 효과를 비교 평가하고 그 결과를 표 2에 표시하였다.

도포재의 조성비

	수분	석회석 또는 백운석	바인더
비교예1	10	60	30
실시예1	10	70	20
실시예2	10	80	10
비교예2	10	90	0

도포재의 조성비에 따른 초기 도포 상태 및 지금 박리 상태

	초기 도포 상태	지금 박리 상태
비교예1	불량	보통
실시예1	양호	우수
실시예2	우수	우수
비교예2	불량	불량

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조건 범위를 만족하고 있는 도포재(실시예1, 2)의 경우 산소 랜스(1) 표면에 도포된 도포재(9)의 도포 상태와 부착된 지금의 박리 상태가 양호한 반면, 비교예 1, 2의 경우 그렇지 않음을 확인할 수 있었다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 도포재를 구성하고 있는 석회 석 슬러지 또는 백운석 슬러지의 소성반응으로 인하여 생성되는 생석회 또는 고토가 지금과 함께 용이하게 박리되므로 산소 랜스 표면에 부착된 지금 제거를 위한 별도의 작업이나, 취련 횟수 증가에 따라 지금의 부착량 증가로 인한 산소 랜스의 교체 작업이 필요 없게 됨에 따라 생산성의 현저한 향상 효과를 가져올 수 있다.

또한 도포재의 성분인 석회석 슬러지나 백운석 슬러지는 제철소의 여러 공정에서 부산물로 발생되는 것을 재활용할 수 있다는 점에서 생산 비용의 감소 효과를 가져온다.

Claims

전로 본체 내부로 산소를 취입하기 위한 산소 랜스 표면에 도포되어 지금이 부착되는 것을 방지하는 도포재에 관한 것으로,

CO₃ ^2-이온이 포함되어 흡열시 CO₂가 발생되는 0.05mm 이하의 입도를 갖는 80~90중량%의 슬러지로서 10~15중량％의 수분을 함유하는 석회석 슬러지 또는 백운석 슬러지 중 어느 하나인 것; 및 바인더로서 10~20중량％의 시멘트가 균일하게 혼합되어 있되, 산소 랜스 표면에 2~3mm 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는 전로의 산소 랜스 지금 부착 방지용 도포재.
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