KR101091957B1 - 무형석의 전로 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 무형석의 전로 정련방법은 용선 중 Si 함량이 0.2% 이하일 경우에 투입하는 형석을 사용하지 않고, 규석광을 투입하여 용선 내 Si 성분의 함량을 0.2% 정도로 유지하고 취련 패턴을 변경하여 슬래그의 재화를 촉진하며, 출강 작업시 슬래그의 점도가 높은 경우에 공취 작업으로 노구 지금의 철분 성분을 활용하여 슬래그의 유동성을 향상시킨다.

또한 환경 오염을 야기하는 형석의 투입을 없앰으로써 슬래그 중의 불소 함량을 낮추어 토질 오염 및 수질 오염 뿐만 아니라 대기 오염을 방지하며 또한 품질을 확보할 수 있는 장점이 있다.

전로, 정련, 형석, 규석광, 슬래그

Description

무형석의 전로 정련방법 {Fluorite-less refining Methed In Converter}

도 1은 본 발명의 작업 진행을 나타낸 공정 순서도.

도 2는 CaO-SiO₂의 이원상태도.

도 3은 CaO-SiO₂-FeO의 삼원상태도.

도 4는 본 발명에 의한 취련 패턴을 도시한 개략도.

본 발명은 전로 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로 정련작업시 슬래그 조제를 용이하게 하기 위해 투입되는 형석을 사용하지 않는 전로 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로 정련작업은 다음과 같은 공정 순서로 진행된다.

전로에 고철과 용선을 장입하고 고압의 산소 가스를 취입하여 고온에서 취련 작업을 한다. 취련 작업을 마친 전로를 경동하여 용강을 래들(ladle)로 내보내는 출강 작업을 실시하고, 직립된 전로에 잔류한 슬래그와 코팅제를 이용하여 질소 분사 코팅을 한다. 그 후 질소 코팅이 끝나고 남은 슬래그는 전로를 180도까지 경동 하여 슬래그 팬(slag pan)이라는 용기에 처리하는 배제 작업을 실시한다.

상기와 같이 전로 정련작업을 진행할 때 작업자는 우선적으로 주원료 조건을 확인하게 된다. 즉 용선 배합비, 고철량, 용선 중의 실리콘(Si), 황(S), 인(P) 및 티타늄(Ti) 등의 성분과 용선 온도를 확인한다. 이 때 용선 중의 Si 성분이 0.2% 이하가 되면 작업자들은 열정산 작업시 형석의 투입량을 결정하게 된다. 열정산이 완료되면 고철 및 용선을 장입하고 불순물을 제거하기 위한 취련 작업을 개시한다. 취련 작업이 진행되는 동안에 조제제, 매용제, 냉각제 등의 각종 부원료가 투입되는데 이들은 열정산에 의해서 계산된 양이 투입되며 여기에는 상기 형석도 포함된다. 전로 정련작업이 80% 정도 진행되면 용강 중의 온도와 탄소를 측정하고 이 때 측정된 온도와 탄소를 이용하여 최종 산소량을 결정한다. 이러한 전로 정련작업이 완료되면 다시 온도와 산소를 측정한 후 출강 작업을 개시한다. 출강 작업이 완료되면 전로 내의 슬래그의 일정량을 슬래그 팬에 1차로 배제한 후 경소돌로마이트나 생돌로마이트 등의 코팅제를 일정량 투입한다. 그리고 고압의 질소 가스를 분사하며 남은 잔류 슬래그를 이용하여 잔류 슬래그 코팅을 실시한다. 상기와 같은 잔류 슬래그 코팅을 하고 2차 슬래그 배제가 완료되면 다시 취련 작업의 개시를 위해 주원료 조건을 확인하는 일련의 작업을 진행하게 된다.

상기 전로의 취련 작업시 용선 내 불순원소는 취입되는 순 산소 가스와 하기 반응식 1 내지 5 와 같은 산화 반응이 일어난다.

[C] + 1/2 O₂ = CO_(g)

[Si] + O₂ = SiO₂

[Mn] + 1/2 O₂ = MnO

[Fe] + 1/2 O₂ = FeO

2[P] + 5/2 O₂ = P₂O₅

상기 반응식 1에 의하여 탄소는 일산화탄소(CO)로 산화되어 가스 상으로 제거되고, 반응식 2 내지 5는 전로 조업시 투입하는 부원료들이 재화되면서 슬래그 층에 존재하는 것이다.

이와 같이 용선 중의 불순물을 제거하기 위해서 생석회를 투입하는데, 생석회는 2500℃ 이상의 고온에서 용융된다. 그러나 고철 및 용선을 장입한 전로 내의 온도는 1100 내지 1300℃ 정도를 유지하기 때문에 저융점의 슬래그를 만들기 위해 각종 부원료를 투입해야 한다. 특히 용선 중 Si 성분이 0.2% 이하일 경우에는 생석회의 재화가 어렵기 때문에 형석을 투입한다. 형석을 투입하면 저융점의 슬래그의 조제가 용이해지므로 작업의 편리성으로 인해 주로 형석을 사용하여 초기 노내 슬 래그를 생성하고, 이렇게 형성된 슬래그는 저취 가스(N2, Ar)와 순 산소의 충돌 에너지에 의해 교반 작용으로 용선과 활발히 반응하여 용선 내 불순원소들을 제거할 수 있다.

그러나 형석을 투입하면 슬래그 중 포함되는 3800 내지 7300mg/Kg의 불소로 인해 토양 오염 및 수질 오염이 야기된다. 뿐만 아니라 대기 환경 오염의 원인이 되는데 예를 들어 전로 정련작업 중 형석을 350kg 투입하게 되면 4 내지 5 ppm의 불소가 대기 중에 방출되어 대기 환경 오염을 유발한다.

또한 형석을 투입하면 슬래그의 유동성을 증가시켜 노체 연와의 침식을 빨리 진행시키며 노체의 마모 속도를 빠르게 하여 수명을 저하시키고 용강의 제조원가가 상승하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전로 정련작업시 투입되는 형석을 사용하지 않음으로써 형석 중에 포함된 불소 성분이 슬래그 및 대기 중으로 발산되지 않도록 하여 환경 오염을 방지하는 무형석의 전로 정련방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무형석의 전로 정련방법은, 용선 중 Si 성분 함유량을 확인하는 단계, 상기 확인한 Si 성분 함유량에 따라 전로에 규석광을 추가 투입하고 고철과 용선을 장입하는 단계, 산소 가스를 취입하여 취련 작업을 하는 단계, 출강 작업을 하는 단계, 슬래그 점도를 확인하여 점도가 소정의 값 이상의 경우에 산소 가스를 취입하는 공취 작업을 실시하는 단계 및 슬래그를 배제하는 단계를 포함한다.

상기 확인한 Si 성분 함유량에 따라 전로에 규석광을 추가 투입하는 단계는, 상기 Si 성분 함유량이 0.2% 이하일 경우에 용선량에 따라 용선 중 Si 성분의 함유량이 0.2%로 유지되도록 규석광을 추가 투입하는 것을 특징으로 한다.

상기 취련 작업을 하는 단계는, 취련 시점 0 내지 5%에 생석회와 용선 중의 SiO₂ 비가 1 내지 1.5가 되도록 하는 양의 생석회를 투입하는 것을 특징으로 하며, 취련 초기 5%까지는 랜스 높이를 탕면 대비 0.7 내지 0.8로 유지하다가 취련 시점 5 내지 20% 에서 랜스 높이를 탕면 대비 0.8 내지 1.0으로 유지하도록 취련 패턴을 변경하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 공취 작업을 실시하는 단계는, 랜스 높이를 하기 식 Y= (L/2-i)/tan x과 같이 유지하며, 여기서 Y는 랜스 높이, L은 노구직경, i는 랜스의 노즐구와 노즐구 사이의 거리, tan x는 노즐분사각과 경사각인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 무형석의 전로 정련방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

전로 정련작업은 장입 작업, 취련 작업, 출강 작업 및 배제 작업 순으로 진행되며, 도 1은 본 발명에 의한 무형석의 전로 정련방법의 공정 진행도를 나타낸 것이다.

먼저 용선 중의 Si 성분의 함량을 확인하고 그 함량에 따라 규석광을 투입한 다. 도 2의 CaO와 SiO₂의 이원상태도에서 볼 수 있듯이 Si 성분의 함량이 0.2% 이하일 때 전로 슬래그의 조성구역이 2000℃ 이상이기 때문에 용선 중의 Si 성분의 함량을 증가시켜야 한다. 따라서 하기 표 1과 같이 규석광을 투입하여 용선 중의 Si 성분의 함량을 0.2%로 유지하고 슬래그의 조제를 촉진하도록 한다. 상기 규석광은 Si 성분 97%와 기타 성분으로 구성된다.

상기 표 1과 같이 용선 중 Si 성분의 함량에 따른 규석광을 투입한 후 취련 시점 0 내지 5%에서 생석회를 투입하는데 도 2의 CaO와 SiO₂의 이원상태도에서 볼 수 있듯이 초기 슬래그를 저융점에서 조제하기 위하여 염기도(CaO/SiO₂) 즉 생석회와 용선 중의 SiO₂ 비를 1 내지 1.5로 투입하도록 한다.

CaO와 SiO₂의 비, 즉 염기도가 1.5 이상일 때는 도 2의 CaO와 SiO₂의 이원상태도에서 볼 수 있듯이 융점이 1800℃ 이상으로 유지되기 때문에 초기 저융점 슬래그의 재화를 촉진할 수 없고 반면 염기도가 1 이하일 때는 초기에 투입되는 생석회의 양이 너무 적어 나중에 투입되는 생석회를 재화시킬 때 재화시킬 수 있는 투입량이 적어지므로 적절하지 않다.

또한 여기서 생석회를 취련 시점 0 내지 5% 에서 투입하는 것은 초기에 투입되는 규석광과 동시에 생석회가 반응해야 하는데, 5% 이상 취련이 진행되면 규석광은 이미 산소와 반응이 완료된 상태이므로 이 때 생석회를 투입하면 도 2에 나타낸 이원상태도를 만들기 어려우므로 생석회는 취련 초기 5% 이전에 투입되어야 한다.

또한 Si 성분의 함량이 0.2% 이하로 낮을 경우에 도 4와 같이 취련 패턴을 변경한다. 즉 취련 초기 5% 까지는 랜스 높이를 탕면 대비 0.7 내지 0.8로 유지하다가 취련 시점 5 내지 20% 에서는 랜스 높이를 탕면 대비 0.8 내지 1.0으로 유지하도록 한다. 여기서 탕면 대비 수치는 랜스 높이/탕면 높이로써, 탕면 높이란 전로 철피의 내측 하부로부터 용강이나 용선의 표면까지의 높이를 말한다.

전로의 상기 취련 작업이 개시되면 0 내지 5% 시점에서 생석회 및 규석광의 투입이 완료되고, 그 때부터 취입되는 산소와 규소, 규석광 등이 반응하면서 슬래 그의 조제가 시작된다. 여기서 랜스 높이를 탕면 대비 0.8 이하로 설정하는 경우에는 탕면과 랜스 높이가 너무 가깝기 때문에 탈탄 반응이 쉽게 일어나며 슬래그의 재화를 어렵게 하고, 반면 랜스 높이를 탕면 대비 1.0 이상으로 설정하는 경우에는 랜스 높이가 너무 높아서 산소가 슬래그 층 상부에서 반응하기 때문에 반응 속도가 너무 늦어 슬래그 재화를 어렵게 하여 이 역시 적절하지 못하다. 따라서 취련 시점 5 내지 20% 에서는 랜스 높이를 탕면 대비 0.8 내지 1.0으로 적정하게 유지하고 소프트화하여 취련 작업을 진행하는 것이 바람직하다.

상기 취련 작업이 완료되면 래들 내에 용강을 이송시키는 단계, 즉 출강 작업을 진행하는데 노내의 슬래그 점도를 확인하면 슬래그의 점도가 높고 뻑뻑하며 유동성이 없는 경우가 있다. 이는 슬래그 중의 T.Fe가 부족하기 때문이며 유동성을 향상시키기 위해서는 T.Fe가 필요하다. 이러한 T.Fe는 전로 노구에 부착된 지금을 상부의 랜스를 이용하여 산소를 공급해서 노구의 철분 성분의 지금을 활용할 수 있다. 이와 같이 노구 지금에 산소를 취입하는 작업을 공취 작업이라고 한다. 공취 작업시 하기와 같은 반응이 일어난다.

2 Fe + 3/2 O₂ = Fe₂O₃

Fe + 1/2 O₂ = FeO

상기 반응식 6 및 7과 같은 반응에 의해 노구의 지금을 활용하여 슬래그 중 의 T.Fe를 증가시키고, 노구의 지금을 제거하면서 유가원소로 이용할 수 있도록 한다. 상기와 같은 공취 작업을 진행할 때 랜스의 높이는 다음 식에 의해서 결정된다.

Y= (L/2-i)/tan x

Y = 산소랜스 높이

L = 노구직경

i = 랜스의 노즐구와 노즐구 사이의 거리

tan x = 노즐분사각과 경사각

상기 식에 의해서 노구에 붙어있는 유가원소인 철분을 산소 가스와 반응시켜 유동성이 좋은 잔류 슬래그를 만들면서 도 3에 도시한 삼원상태도와 같이 T.Fe를 상승시켜 초기의 저융점 슬래그를 만들 수 있다.

이하, 본 발명에 대한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

실시예1 내지 실시예7에서는 용선 중 Si 성분이 0.2% 이하일 때 종래와 같이 형석을 투입하지 않고 Si 성분의 함량에 따라 규석광을 투입하고, 취련 초기 5% 까지는 랜스 높이를 탕면 대비 0.7 내지 0.8로 유지하다가 취련 시점 5 내지 20% 에서는 랜스 높이를 탕면 대비 0.8 내지 1.0으로 유지하도록 한다. 또한 출강 작업시 슬래그의 점도가 높은 경우에는 노구 지금에 산소를 취입하는 공취 작업을 실시한다.

상기와 같이 종래의 비교예1 내지 비교예7에서는 용선 중 Si 성분이 0.2% 이하일 경우에 형석을 투입하여도 품질 이상이 발생하였으나, 본 발명에 따른 무형석의 전로 정련방법은 실시예1 내지 실시예7에서 볼 수 있듯이 형석을 투입하지 않고 규석광을 투입하여 초기 슬래그 조제를 돕고 취련 패턴을 변경하여 품질 이상이 없도록 하였다. 또한 실시예8 내지 실시예10에서와 같이 Si 성분이 0.2% 이상이 되더라도 점도가 높을 경우에 공취 작업을 실시하여 품질 이상이 없도록 하였다.

또한 슬래그 중 불소 함량도 공장 내 토질 오염 기준 이하로 측정되었으며, 대기 중에 방출되는 HF의 양도 1ppm이내로 양호한 실적을 볼 수 있었다.

본 발명에 의한 무형석의 전로 정련방법은 용선 중 Si 함량이 0.2% 이하일 경우에 투입하는 형석을 사용하지 않고, 규석광을 투입하여 용선 내 Si 성분의 함량을 0.2% 정도로 유지하고 취련 패턴을 변경하여 슬래그의 재화를 촉진하며, 출강 작업시 슬래그의 점도가 높은 경우에 공취 작업으로 노구 지금의 철분 성분을 활용하여 슬래그의 유동성을 향상시킨다.

또한 환경 오염을 야기하는 형석의 투입을 없앰으로써 슬래그 중의 불소 함량을 낮추어 토질 오염 및 수질 오염 뿐만 아니라 대기 오염을 방지하며 또한 품질을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 무형석의 전로 정련방법으로서,

   용선 중 Si 성분 함유량을 확인하는 단계;

   상기 확인한 Si 성분 함유량에 따라 전로에 규석광을 추가 투입하고 고철과 용선을 장입하는 단계;

   산소 가스를 취입하여 취련 작업을 하되, 취련 시점 0 내지 5%에 생석회와 용선 중의 SiO₂ 비가 1 내지 1.5가 되도록 하는 양의 생석회를 투입하여 취련 작업을 하는 단계;

   출강 작업을 하는 단계;

   상기 출강 작업을 진행하면서 슬래그 점도를 확인하여, 슬래그의 점도가 높고 뻑뻑하며 유동성이 없는 경우에 산소 가스를 취입하는 공취 작업을 실시하는 단계; 및,

   슬래그를 배제하는 단계를 포함하는 무형석의 전로 정련방법.
2. 무형석의 전로 정련방법으로서,

   용선 중 Si 성분 함유량을 확인하는 단계;

   상기 확인한 Si 성분 함유량에 따라 전로에 규석광을 추가 투입하고 고철과 용선을 장입하는 단계;

   산소 가스를 취입하여 취련 작업을 하되, 취련 초기 5%까지는 랜스 높이를 탕면 대비 0.7 내지 0.8로 유지하다가 취련 시점 5 내지 20% 에서 랜스 높이를 탕면 대비 0.8 내지 1.0으로 유지하도록 취련 패턴을 변경하는 단계;

   출강 작업을 하는 단계;

   상기 출강 작업을 진행하면서 슬래그 점도를 확인하여, 슬래그의 점도가 높고 뻑뻑하며 유동성이 없는 경우에 산소 가스를 취입하는 공취 작업을 실시하는 단계; 및,

   슬래그를 배제하는 단계를 포함하는 무형석의 전로 정련방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 확인한 Si 성분 함유량에 따라 전로에 규석광을 추가 투입하는 단계는,

   상기 Si 성분 함유량이 0.2% 이하일 경우에 용선량에 따라 용선 중 Si 성분의 함유량이 0.2%로 유지되도록 규석광을 추가 투입하는 것을 특징으로 하는 무형석의 전로 정련방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 취련 작업을 하는 단계는,

   취련 초기 5%까지는 랜스 높이를 탕면 대비 0.7 내지 0.8로 유지하다가 취련 시점 5 내지 20% 에서 랜스 높이를 탕면 대비 0.8 내지 1.0으로 유지하도록 취련 패턴을 변경하는 것을 특징으로 하는 무형석의 전로 정련방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 공취 작업을 실시하는 단계는,

   랜스 높이를 하기 식 Y= (L/2-i)/tan x과 같이 유지하며, 여기서 Y는 랜스 높이, L은 노구직경, i는 랜스의 노즐구와 노즐구 사이의 거리, tan x는 노즐분사각과 경사각인 것을 특징으로 하는 무형석의 전로 정련방법.

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