KR101009895B1 - 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기로, 2차정련(LF), 진공정련(VD-OB)설비를 사용하여 용강을 정련하되, 전기로의 용강을 레들로 출강시 상기 레들에 생석회(CaO)와 돌로마이트(MgO)를 투입하여 승온 조업하는 제1단계와; 상기 제1단계 실시 후, 상기 레들을 진공정련설비로 이동하여 진공감압하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 저진공 도달시 상기 레들에 생석회를 투입하여 탈황 탈가스 공정을 수행하는 제3단계;를 포함한다. 본 발명에 의하면, 진공정련공정에서 슬래그 오버플로우 발생빈도가 감소됨에 따라 슬래그 넘침이 방지되고, 탈황, 탈가스의 정련율이 향상되며, 생산성도 향상되는 이점이 있다.

진공정련공정, 생석회, 돌로마이트, 오버플로우

Description

진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법{Method for preventing slag over flow of vacuum refining process}

본 발명은 전기로, 2차정련(LF), 진공정련설비를 이용하는 제강공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 설비사고를 방지하고 정련율을 향상시킬 수 있도록 한 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법에 관한 것이다.

진공정련공정은 진공 분위기에서 용강 및 슬래그를 교반시켜 용강과 슬래그 반응을 통한 탈황, 탈탄, 탈수소, 탈질소와 비금속 개재물 제거 등을 수행하는 공정이다.

진공정련공정에서는 레들을 진공조 베슬(vessel) 내에 장입하고 이 베슬을 진공 상태로 만든 후 하부버블링(bottom bubbling)을 통해 용강 및 슬래그를 교반시켜 가스 및 비금속 개재물을 제거한다.

이러한 진공정련공정에서는 환류 진공 탈가스 방식과는 다르게 진공 중에서 슬래그와 용강 간의 강력한 교반 반응이 일어나고, 슬래그와 용강이 공존함에 의해 슬래그 오버플로우(slag over flow)가 발생하기 쉽다.

슬래그 오버플로우는 슬래그와 금속의 계면에서 화학반응에 의해 질소, 수 소, 일산화탄소의 기체와 취입된 가스가 슬래그의 점탄성적인 특성에 의해 대기로 바로 방출되지 못하고 슬래그 내에 포집됨에 의해 용융 슬래그의 부피가 팽창하는 현상이다. 용융 슬래그의 팽창은 슬래그 넘침으로 이어져 설비사고를 유발시킨다.

이에 따라 조업 중 순간적인 오버플로우가 발생하면 강제적으로 외부의 공기를 유입시켜 진공을 파기함에 의해 슬래그 넘침을 방지하고 있다. 하지만 잦은 외부 공기의 유입은 진공정련공정의 최종 저진공(deep vacuum) 도달시간을 길게 하여 조업시간의 지연을 초래한다. 최종 저진공은 진공도 0.1mbar 이상 1mbar이하이다.

이러한 조업시간의 지연은 작업시간을 늘리고, 또 연주 연결시간의 부족을 초래하여 최종 저진공에 도달하지 않은 상태로 진공정련공정을 종료하는 상황을 발생시킨다. 특히, 후자의 경우에는 진공정련공정 본연의 기능인 탈가스 처리를 시간 부족으로 수행하지 못함에 의해 최종 용강 성분이 목표치에 도달하지 못하는 경우가 발생한다.

그리고, 슬래그 오버플로우가 슬래그 넘침으로 이어질 경우에는 레들로 부터 넘친 슬래그가 베슬 바닥에 쌓이게 된다. 베슬 바닥에 쌓인 슬래그는 고온이므로 아르곤(Ar) 저취 라인(line)이나 슬래그 디텍터 장치 등에 악영향을 미치게 된다.

이에 따라 슬래그 오버플로우가 발생하더라도 레들 밖으로 슬래그가 넘치지 않도록 레들 프리보드(Free board, 여유치)를 확보하는 방법이 시도되고 있다. 하지만 이는 레들에 수강되는 용강의 양을 줄이므로 결국 생산량을 저하시키는 원인이 된다.

상술한 이유로 진공정련공정 조업시 슬래그 오버플로우는 반드시 저감되어야 한다. 지금까지 슬래그 오버플로우 현상에 대한 기구와 이에 영향을 미치는 여러 요인들은 최근 여러 기초연구를 통해서 밝혀졌다. 하지만 실조업에 있어서의 슬래그 오버플로우의 제어는 슬래그 조성 및 온도의 불균일성 등 여러 변수로 인하여 현재까지도 조업자의 경험에 주로 의존하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 슬래그 오버플로우가 활발하게 발생하는 시점에서의 절대적 슬래그 양을 줄이도록 슬래그 조제재의 투입량 및 투입시기를 조절하는 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 전기로, 2차정련(LF), 진공정련(VD-OB)설비를 사용하여 용강을 정련하되, 전기로의 용강을 레들로 출강시 상기 레들에 생석회와 돌로마이트를 투입하여 승온 조업하는 제1단계와; 상기 제1단계 실시 후, 상기 레들을 진공정련설비로 이동하여 진공감압하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 저진공 도달시 상기 레들에 생석회를 추가로 투입하여 탈황 탈가스 공정을 수행하는 제3단계;를 포함한다.

상기 제1단계에서 상기 생석회는 용강 1톤당 1.3~2kg을 투입한다.

상기 제1단계에서 상기 돌로마이트는 용강 1톤당 1~1.3kg을 투입한다.

상기 제2단계에서 상기 진공감압은 160~180mbar/분의 속도로 실시한다.

상기 제3단계에서 상기 생석회는 용강 1톤당 10~13kg을 투입한다.

본 발명에 의하면, 생석회와 돌로마이트의 투입량 및 투입시기를 조절하여 진공정련공정에서 슬래그 오버플로우(Slag over flow) 발생 빈도를 감소시킨다. 따 라서 기존 작업 대비 레들에 수강되는 용강의 양을 최적 상태로 유지할 수 있으므로 생산성이 향상되는 효과가 있다.

또한 본 발명에서는 슬래그 오버플로우 발생 빈도가 감소함에 따라 슬래그의 넘침현상이 방지된다. 따라서 설비사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에서는 슬래그 오버플로우 방지에 의해 진공처리작업 시간이 단축된다. 따라서 저진공 처리시간을 충분히 확보하므로 탈황, 탈가스의 정련율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

슬래그 오버플로우(Over flow)는 슬래그의 물리 화학적인 성질(점도와 표면장력)에 영향을 받지만 레들 프리보드(Free Board)에도 큰 영향을 받는다. 즉, 용강 상면에서부터 레들 상단부까지의 여유공간이 많을수록 오버플로우의 위험성은 감소한다.

이에 따라 일정한 높이의 레들에서 프리보드를 많이 확보하기 위해 오버플로우가 활발하게 발생하는 시점에서의 절대적 슬래그의 양을 줄이는 조업방법이 적용된다. 하지만 슬래그는 진공정련공정에서 탈황 개재물흡수 등의 고유의 야금학적 기능을 가지므로 슬래그의 양을 임의로 줄이는 것은 어렵다. 예를 들어, 용강의 양을 줄이거나 축조되는 내화물의 두께 등을 줄이는 방법은 생산성의 저하 및 용강유출 사고의 위험성을 갖는다.

이에 따라 본 발명에서는 진공정련공정 조업시 슬래그 오버플로우가 활발한 시점까지는 슬래그 양을 최소화하고 슬래그 오버플로우가 진정된 시점에서 추가 슬래그 조제를 실시하여 슬래그 오버플로우 현상을 줄이게 된다.

진공정련공정에서 슬래그 오버플로우가 활발한 시점은 진공도 30~200mbar인 범위로 이 범위에서 용강 중의 슬래그양을 최소화기 위해서는 진공정련공정 전 공정인 2차정련(LF)에서 슬래그의 양을 저감시켜야 한다. 그리고 2차정련 단계에서 주로 수행되는 공정은 진공정련공정 조업에 적합한 용강의 온도를 확보하기 위한 승온작업이다.

따라서 2차정련 단계에서 슬래그 조제재의 양을 줄이면서도 기존의 승온효율을 얻을 수 있도록 조건을 도출하고, 슬래그 오버플로우가 진정되는 저진공에서 슬래그 조제재를 추가투입하여 종래와 동일한 정련능을 확보하도록 하는 것이다.

슬래그 조제재로는 생석회와 돌로마이트 등의 부원료를 사용한다.

상술한 내용에 기초하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명은 전기로용해 단계, 2차(LF)정련 단계, 진공정련(VD-OB)공정 단계 순으로 이루어지는 제강공정에서 전기로 출강 시 레들에 생석회(CaO)와 돌로마이트(MgO)를 투입하고, 다음으로 진공정련공정에서 저진공 도달 후 레들에 생석회를 투입하여 탈황 및 탈가스 공정을 수행한다.

전기로 출강시 레들에 투입되는 생석회의 적정투입량은 1.3~2kg/ton 범위이다. 생석회는 부원료로 진공정련(VD-OB)공정 전 공정인 2차(LF)정련에서 슬래그 양을 최소화하고 기존대비 동일한 승온 효율을 확보하기 위해 투입된다.

슬래그는 전극봉에서 발생된 아크의 대기 노출을 방지하여 용강으로의 아크열의 전달효율을 증가시키고, 외부의 대기가 용강과 접촉하는 것을 방지하여 용강의 질소흡수를 방지하는 기능을 갖는다. 따라서 승온효율을 확보하기 위해서는 전극을 보호할 수 있는 최소한의 슬래그가 필요하다.

생석회는 투입량이 용강 1톤당 1.3kg 미만이면 2차정련 단계에서 승온 효율을 확보하기 어렵고, 용강 1톤당 2kg을 초과하면 승온효율은 좋으나 진공정련공정에서 슬래그 총량을 증가시켜 슬래그 오버플로우 발생을 쉽게 한다.

전기로 출강시 레들에 투입되는 돌로마이트의 적정투입량은 1~1.3kg/ton 범위이다. 돌로마이트는 후공정인 진공정련(VD-OB)공정 단계에서의 진공도달 시간을 줄이기 위해 투입된다.

돌로마이트는 용강 1톤당 1kg 미만 범위로 투입되면 진공도달 속도가 느리고 외부공기를 강제로 유입하는 밸브의 사용횟수를 증가시킨다. 그리고 돌로마이트는 용강 1톤당 1.3kg를 초과하여 투입하면 진공도달 속도는 빠르나 생산원가를 상승시키는 문제점이 있다.

상술한 생석회와 돌로마이트의 투입량은 아래에서 설명될 실험 결과에 의한 값으로 상기와 같은 함량비로 투입될 때 승온효율 및 저진공도달 시간 단축 효과가 가장 크게 나타난다.

이는 진공정련 공정시 160~180mbar/분의 저진공 도달 속도로 작업이 가능하게 한다.

저진공 도달 후 레들에 생석회가 추가로 투입된다. 생석회는 탈황 및 탈가스 공정을 위해 투입되는 것으로 그 함량은 10~13kg/ton 범위이다. 생석회는 진공정련 초기 감소시켰던 슬래그를 양을 증가시켜 정련능을 확보한다. 생석회는 10kg/ton 미만으로 투입되면 탈황율이 저조하고 13kg/ton을 초과하여 투입되면 오버플로우가 발생한다.

이에 따라 본 발명은 전기로 출강시 레들에 1.3~2kg/ton 범위의 생석회와 1~1.3kg/ton 범위의 돌로마이트를 각각 투입하여 승온조업하는 단계와, 상기 레들을 진공정련공정에서 160~180mbar/분으로 진공 감압하는 단계와, 저진공 도달 후 10~13kg/ton 의 생석회를 추가로 투입하여 탈황 및 탈가스 공정을 수행하는 단계가 수행된다.

이하, 본 발명에 따른 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법을 발명예와 비교예를 통해 종래의 방법과 비교하여 상세하게 설명하기로 한다. 발명의 이해를 돕고자 본 발명과 종래의 발명에 의한 데이터값을 표로서 나타낸다.

이하 표 1은 생석회 투입량에 따른 2차정련 단계에서 승온 효율을 실험한 결과를 나타낸 것이다.

구분	CaO투입량 (kg/ton)	LF승온시간 (분)	LF 승온온도 (℃)	투입전력(Mwh)	시간당 온도변화 (℃/분)	온도당 전력변화 (Mwh/℃)	구분
1	0	10	11	5	1.1	0.45	비교예
2	0.67	4	5	1.6	1.25	0.3	비교예
3	1.33	22	63	5.5	2.8	0.087	발명예
4	2	10	27	2.5	2.7	0.092	발명예
5	3.33	10	28	2.6	2.8	0.093	비교예
6	5.33	20	54	5.4	2.7	0.1	종래기술

표 1에서 확인할 수 있듯이, 생석회의 투입량을 감소시키면서 레들 승온온도, 레들 승온시간, 투입전력 등을 비교해보면, 생석회를 1.3~2kg/ton의 범위로 투입한 경우 종래와 동등 수준의 승온효율을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

이하 표 2는 돌로마이트의 투입량에 따른 저진공 도달시간 및 외부공기 유입밸브(Flooding V/V)의 사용횟수를 실험한 결과를 나타낸 것이다.

구분	MgO투입량 (kg/ton)	(%MgO)	저진공 도달시간(분)	진공도달 속도(mbar/분)	Flooding v/v 사용횟수	구분
1	0	4.6	11	91	5	종래기술
2	0.33	4.7	8	125	2	비교예
3	0.67	5.5	8	125	3	비교예
4	1	8.7	5.5	181	0	본발명
5	1.33	8.5	6	167	1	본발명

표 2에서 확인할 수 있듯이, 돌로마이트의 투입량을 증가시키면서 저진공 도달시간, 진공도달속도 등을 비교해보면, 돌로마이트를 1~1.3kg/ton의 범위로 투입할 경우 슬래그내 돌로마이트의 함량이 8%이상이 되어 저 진공 도달 시간이 5.5~6분으로 종래에 비해 약 5분 정도 단축됨을 알 수 있다.

또한, 돌로마이트의 투입량이 1~1.3kg/ton의 범위를 만족하는 경우 외부공기 유입 밸브의 사용횟수도 저감된 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 진공정련공정시 160~180mbar/분의 저진공 도달속도로 작업이 가능하다.

이하, 표 3은 진공정련 공정에서 저진공 도달 후 생석회의 투입량에 따른 오버플로우(Over flow) 발생/미발생된 결과를 나타낸 것이다.

구분	CaO투입량 (kg/ton)	탈황율(%)	탈질소율(%)	Over Flow발생/ 미발생
1	8	77	27	미발생
2	9	87	39	미발생
3	10	91	39	미발생
4	11	92	43	미발생
5	12	93	41	미발생
6	13	95	50	미발생
7	14	96	38	발생
8	15	96	35	발생

표 3에서 확인할 수 있듯이, 저진공에 도달한 후에 생석회를 투입할 시 13kg/ton까지는 슬래그 오버플로우가 발생하지 않지만 그 이상에서는 절대적인 슬래그 총량의 증가로 슬래그 오버플로우가 발생함을 알 수 있다. 그리고 10kg/ton 미만의 생석회 투입시에는 슬래그 오버플로우 발생은 없으나 탈황율이 감소하므로 진공정련공정에서 생석회의 투입량은 10~13kg/ton이 바람직함을 알 수 있다.

즉, 표 1 내지 표 3의 실험결과를 통해, 2차정련 단계에서 1.3~2kg/ton 범위의 생석회를 레들에 투입하는 것이 종래대비 동등 수준의 승온효율을 확보하면서도 생석회 투입량의 저감으로 슬래그 양을 줄일 수 있음을 알 수 있다,

그리고, 2차정련 단계에서 1~1.3kg/ton 범위의 돌로마이트를 투입하는 것이 저진공 도달시간을 종래에 대비하여 단축할 수 있음을 알 수 있다.

그리고, 진공정련 단계에서 10~13kg/ton 범위의 생석회를 추가로 투입하는 것에 의해 탈황, 탈질소율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 슬래그 오버플로우를 저감하면서도 탈황 및 탈가스 공정을 정련능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

본 실시예에서는 상술한 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법을 전기로용해 단계, 2차(LF)정련 단계, 진공정련(VD-OB)공정 단계 순으로 이루어지는 제강공정을 예로 들어 설명하였지만 반드시 그러한 것은 아니고, 전기로용해 단계- 진공정련(VD-OB)공정 단계, 2차(LF)정련 단계 순으로 작업이 이루어지게 적용할 수도 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (5)

1. 전기로, 2차정련(LF), 진공정련(VD-OB)설비를 사용하여 용강을 정련하되, 전기로의 용강을 레들로 출강시 상기 레들에 생석회와 돌로마이트를 투입하여 승온 조업하는 제1단계와;

   상기 제1단계 실시 후, 상기 레들을 진공정련설비로 이동하여 진공감압하는 제2단계와;

   상기 제2단계에서 저진공 도달시 상기 레들에 생석회를 추가로 투입하여 탈황 탈가스 공정을 수행하는 제3단계;를 포함하고,

   상기 제1단계에서, 상기 생석회는 용강 1톤당 1.3~2kg을 투입하고 상기 돌로마이트는 용강 1톤당 1~1.3kg을 투입하며,

   상기 제3단계에서, 상기 생석회는 용강 1톤당 10~13kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제2단계에서

   상기 진공감압은 160~180mbar/분의 속도로 실시하는 것을 특징으로 하는 진공정련공정의 슬래그 오버플로우 저감 조업방법.
5. 삭제