KR101182997B1 - 전기로 출강 용강의 탈산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기로 출강 용강의 탈산 방법은 전기로 작업이 완료된 용강을 수강 래들로 출강하기 전 상기 수강 래들의 바닥에 수강량 92±2 ton을 기준으로 50 내지 70 kg의 괴탄을 투입하는 단계, 상기 괴탄 투입 완료 후 상기 수강 래들에 상기 용강을 출강하는 단계, 그리고, 상기 용강의 출강 중 또는 직후 상기 수강 래들에 합금철을 투입하는 단계를 포함한다. 이에 의해 전기로 공정이 완료된 용강의 출강 시 용강 내 잔존하는 용존 산소의 제거 및 탄소강의 성분 조성을 조절하기 위해 별도의 설비 추가 없이도 값싼 가탄제 및 적은 양의 합금철을 효율적으로 투입할 수 있어 전기로 하부에 심각한 열적 손상 및 수강 래들에서의 용강 넘침 현상(overflow)을 방지하며, 슬래그층에 존재하는 합금철의 회수율을 높여 LF 정련 공정에서의 합금철 투입량을 감소시켜 제조되는 탄소강 제품의 제조 원가를 낮출 수 있다.

Description

전기로 출강 용강의 탈산 방법{DEOXIDATION METHOD OF POURING MOLTEN METAL BY ELECTRIC ARC FURNACE}

본 발명은 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 전기로 작업이 완료된 용강을 출강함에 있어 용강 내에 존재하는 용존 산소를 제거하고 용강 중의 탄소 성분을 일정하게 유지하여 용강의 품질과 안정성 향상을 도모하고 용강의 성분을 최종적으로 조절하는 LF(ladle furnace) 정련 공정에서의 합금철 투입량을 감소시켜 제조되는 탄소강 제품의 제조 원가를 저감할 수 있는 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기로 공정은 먼저 고철을 전기로에 장입함과 동시에 전극에 전력을 공급하여 발생한 아크(arc)열을 이용하여 용해시켜 용강을 만든다. 그런 다음 용해된 용강이 원하는 온도 및 성분 조성이 되도록 로전 낸스 및 로전 버너 등을 이용하여 탄소와 산소원(C + O₂)을 포밍을 목적으로 각각 용강 중의 불순 성분인 슬래그(Slag)층에 취입시켜 공급된 탄소(C)원을 산화 반응시킨다. 이 산화 반응시 발생하는 산화 반응열을 이용하여 용강을 목표온도(1600±10 ℃)까지 승온시키며 용강 중의 불순 성분을 산화 정련한 후 다음 공정인 LF 정련 작업을 위해 수강 래들에 출강을 행하게 된다.

전기로 공정이 완료된 용강을 수강 래들로 출강할 때에는 출강 직전 또는 직후나 동시에 용강 내 잔존하는 용존 산소의 탈산 및 탄소강의 성분 조성을 조절하기 위해 합금철 및 가탄제를 전기로 부대 설비인 부자재 투입 슈트를 이용하여 용강에 투입하게 된다. 이때 합금철 및 가탄제를 동시에 투입하게 되면 급격한 화학 반응에 의해 화염 및 고열의 발생으로 전기로 하부에 심각한 열적 손상을 줄 수 있으며, 때로는 슬라그의 유입에 의한 수강 래들에서의 용강 넘침 현상(overflow) 발생으로 설비 손상에 의한 공정 진행이 중단되는 사고로 이어질 수 있으며, 용존 산소가 저가의 가탄제보다 고가의 합금철과 먼저 반응함에 따라 합금철 회수율이 낮아져 결국 제조되는 탄소강 제품의 제조 원가의 상승으로 이어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 등록특허 제10-0917471(전기로의 용강 탈산을 위한 카본 공급방법)이 개발되었다. 등록특허 제10-0917371은 합금철 투입 이전에 전기로 내의 용강에 에어 인젝션(injection) 방식인 카본 인젝션을 이용하여 가탄제인 미세한 분탄을 먼저 공급한 후 출강되는 수강 래들에 합금철을 공급하여 상기의 문제점을 해결하고자 하였다.

그런데 이러한 종래의 등록특허 제10-0917471은 전기로 하부의 열적 손상이나 용강 넘침 현상을 개선할 수는 있으나, 분탄 공급을 위해 카본 인젝션을 별도로 전기로에 설치를 하여야 하며 카본 인젝션의 특성상 공급되는 가탄제가 미세한 분탄이기 때문에 입구가 자주 막히는 현상의 수반 및 비산 등에 의한 소실률이 높으며 합금철 투입 후 슬래그층에 존재하는 산화물 형태의 합금철 성분을 별도로 재회수하지 못하므로 LF 정련 공정에서 최종적으로 원하는 성분 조성을 갖는 탄소강을 제조하기 위해 합금철의 투입량을 증대시켜야 하기 때문에 제조되는 탄소강 제품의 제조 원가가 높고 제조 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하여 전기로 공정이 완료된 용강의 출강 시 용강 내 잔존하는 용존 산소의 제거 및 탄소강의 성분 조성을 조절하기 위해 별도의 설비 추가 없이도 가탄제 및 합금철을 효율적으로 투입함으로써 전기로 하부에 심각한 열적 손상 및 수강 래들에서의 용강 넘침 현상(overflow)을 방지하며, 슬래그층에 존재하는 합금철의 회수율을 높여 LF 정련 공정에서의 합금철 투입량을 감소시켜 제조되는 탄소강 제품의 제조 원가를 낮출 수 있는 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 제공하는데 있다.

상기의 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 전기로 출강 용강의 탈산 방법은 전기로 작업이 완료된 용강을 수강 래들로 출강하기 전 상기 수강 래들의 바닥에 수강량 92±2 ton을 기준으로 50 내지 70 kg의 괴탄을 투입하는 단계, 상기 괴탄 투입 완료 후 상기 수강 래들에 상기 용강을 출강하는 단계, 그리고, 상기 용강의 출강 중 또는 직후 상기 수강 래들에 합금철을 투입하는 단계를 포함한다.

상기 용강 출강 및 상기 합금철 투입 완료 후 상기 수강 래들에 30 kg 이하의 괴탄을 추가 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 괴탄의 추가 투입 단계는 출강된 상기 용강의 온도가 1570 ℃ 이상인 상태에서 투입되는 것이 바람직하다.

상기 괴탄은 고정 탄소가 76.8% 이상이며, 입도는 30 내지 50 mm 인 것이 바람직하다.

상기 괴탄의 투입 또는 추가 투입은 상기 전기로의 인근에 설치된 괴탄 투입기를 통해 수행되며, 상기 괴탄 투입기의 투입 슈트의 설치 각도는 수평과 40 내지 50°를 이루며, 상기 괴탄 투입 슈트의 끝단과 상기 수강 래들의 상부 사이의 거리는 0.8 내지 1.2 m인 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 의하면, 전기로 공정이 완료된 용강의 출강 시 용강 내 잔존하는 용존 산소의 제거 및 탄소강의 성분 조성을 조절하기 위해 별도의 설비 추가 없이도 값싼 가탄제 및 적은 양의 합금철을 효율적으로 투입할 수 있어 전기로 하부에 심각한 열적 손상 및 수강 래들에서의 용강 넘침 현상(overflow)을 방지하며, 슬래그층에 존재하는 합금철의 회수율을 높여 LF 정련 공정에서의 합금철 투입량을 감소시켜 제조되는 탄소강 제품의 제조 원가를 낮출 수 있는 유리한 효과가 있다.

도 1 내지 도 4는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 순차적으로 도시한 정면도들로서,
도 1은 전기로 용강 출강 전 수강 래들에 1차로 괴탄을 투입하는 공정을 나타낸 정면도,
도 2는 1차 괴탄 투입이 완료된 수강 래들을 전기로 하부로 이동하여 출강을 대기하는 공정을 나타낸 정면도,
도 3은 전기로 하부로 이동된 수강 래들에 용강을 출강하는 공정을 나타낸 정면도, 그리고,
도 4는 용강 출강 후 수강 래들을 1차 괴탄 투입 위치로 이동시킨 후 2차로 괴탄을 투입하는 공정을 나타낸 정면도이다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예는 본 발명의 이상적인 정면도를 참고하여 설명될 것이다.

이하, 전기로(1)의 일반적인 작업과 전기로(1)의 용강의 수강 래들(5)의 출강 작업은 종래와 마찬가지로 동일함으로 그에 대한 설명은 생략하고, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 전기로 출강 용강의 탈산 방법을 중심으로 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 전기로 용강 출강 전 수강 래들에 1차로 괴탄을 투입하는 공정을 나타낸 정면도, 도 2는 1차 괴탄 투입이 완료된 수강 래들을 전기로 하부로 이동하여 출강을 대기하는 공정을 나타낸 정면도, 도 3은 전기로 하부로 이동된 수강 래들에 용강을 출강하는 공정을 나타낸 정면도, 그리고, 도 4는 용강 출강 후 수강 래들을 1차 괴탄 투입 위치로 이동시킨 후 2차로 괴탄을 투입하는 공정을 나타낸 정면도이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전기로 출강 용강의 탈산 방법은 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 전기로(1) 작업이 완료된 용강(20, 도 3참조)을 수강 래들(5)로 출강하기 전 수강 래들(5) 바닥에 수강량 92±2 ton을 기준으로 50 내지 70 kg의 괴탄(10)을 1 차로 투입한다.

괴탄(10)은 용강의 탈산 작업을 촉진하기 위해 사용되는 가탄제 즉 탈산제로서 고정 탄소가 76.8% 이상이며 분탄에 비해 덩어리 타입이므로 분산에 의한 소실의 염려가 적은 입도는 30 내지 50 mm 로 구성되며, 용강의 출강 준비 시간 중 수강 래들(5) 바닥부에 괴탄 투입기(2)를 이용하여 직접 투입한다.

괴탄(10) 투입을 위해 본 실시예에서 사용되는 괴탄 투입기(2)는 래들 카본 투입기(Ladle Carbon Feeder)로서, 전기로(1)의 출강구 인근에 설치되어 있다. 괴탄 투입기(2)의 튜입 슈트(2a)의 설치 각도는 수평과 40 내지 50 °인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 44° 이다. 한편, 투입 슈트(2a)의 끝단과 수강 래들(5)의 상부와의 거리는 0.8 내지 1.2m 인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1m 이다. 투입 슈트(2a)의 설치 각도가 40°보다 작거나 수강 래들(5) 상부와 투입 슈트(2a) 끝단 사이의 거리가 0.8m 보다 짧으면 괴탄(10)의 투입 속도가 떨어져 투입 시간 증가 및 작업 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 반대로 설치 각도가 50°를 초과하거나 수강 래들(5) 상부와 투입 슈트(2a) 끝단 사이의 거리가 1.2m 보다 길면 괴탄(10)의 투입 속도가 과도하게 빨라져 괴탄 투입 시 슬래그층의 비산 발생이나 용강 내 직접 투입됨으로써 슬래그층과의 반응이 이루어지지 않아 슬래그층의 합금철 회수라는 목적을 달성할 수 없는 문제점이 발생하기 때문이다.

한편, 괴탄(10) 투입 시점은 수강 래들(5)이 출강 대차에 실려 EBT eccentric bottom tapping) Position에 진입하는 시기에 괴탄 투입기(2)의 투입 슈트(2a)와 수강 래들(5)이 일치된 시점에 투입하는 것이 바람직하다.

또한, 괴탄(10)의 투입량은 전기로(1)의 용강(20)의 출강량 즉 수강 래들(5)의 수강량인 92ton±2ton을 기준으로 50 내지 70 kg인 것이 바람직한데, 그 이유는 전기로 출강 용강의 카본 성분은 0.14±0.03% 이므로 괴탄 50kg 투입 시 카본 증가분은 대략 0.042%이며, 70kg 투입시 카본 증가분은 대략 0.058%이므로 2차 정련 공정에 도착 전 용강의 카본 성분 조성을 요구되는 성분 조성인 0.18 내지 0.20%가 되게 할 수 있기 때문이다.

그러나 이러한 괴탄의 투입량의 수치 한정은 전기로(1) 조업의 현황과 목적강종의 성분에 따라 적절히 가감할 수 있음은 물론이다.

1차로 괴탄 투입이 완료되면 도 2에 도시된 바와 같이 용강의 출강을 위해 수강 래들(5)이 화살표 방향인 전기로(1) 하부로 이동하여 용강 출강을 대기한다.

출강 대기가 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이 전기로(1)를 경동시켜 출강구를 통해 수강 래들(5)로 용강(20)을 출강한다.

아울러, 도면에는 도시되지 않았으나 용강(20)의 출강 중 또는 직후에 수강 래들(5)에 합금철을 함께 투입한다. 본 실시예에서 합금철은 실리망간(Si-Mn) 및 규소철(Fe-Si)이 사용되며, 투입량은 대략 실리망간이 400 내지 450 kg, 규소철이 100 내지 140 kg 이다.

이처럼 가탄제인 괴탄과 합금철을 완전히 분리하여 시간차를 두고 용강에 공급함으로써 가탄제와 합금철의 동시 공급시 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. 뿐만 아니라 분탄 사용시의 문제점인 소실 발생 및 설비 유지비용이 많이 들고 투입 유무를 확인하기 어려운 점을 괴탄을 가탄제로 사용함으로써 전기로(1)에 별도의 추가 설비를 요하지 않고 간이한 방법으로 탈산 작업을 용이하고 정밀하게 수행할 수 있는 유리한 효과가 있다.

용강 출강과 합금철 투입이 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이 수강 래들(5)이 대차에 의해 화살표 방향으로 다시 이동하여 다음 공정을 위한 LF 정련 공정 설비로 옮겨 가게 된다. 이 때 슬래그층에 포함된 값비싼 합금철 산화물을 용강 중으로 재환원시켜 회수하기 위해 도 1과 같은 지점에 수강 래들(5)이 위치할 때에 수강 래들(5) 내의 슬래그층 상부에 30 kg 이하의 괴탄(10)을 괴탄 투입기(2)를 이용해 추가 투입한다.

이때 추가 투입되는 괴탄(10)의 투입량이 과도하면 카본과 산소의 급격한 화학 반응으로 용강 넘침 현상이 발생할 수 있으므로 투입량은 30 kg을 초과하지 않도록 상한이 정해진다.

한편, 괴탄의 추가 투입은 용강(20)의 온도가 1570 ℃ 이상 인 상태에서 수행 되어야 한다. 그 이유는 용강(20)의 온도가 1570 ℃ 아래로 떨어지면 괴탄을 추가 투입하더라도 슬래그층이 고형화되어 합금철 산화물의 재환원 반응이 감소하여 합금철의 회수율이 급격히 저하되기 때문이다.

그러므로 용강 출강 시 용강의 온도는 1600±10 ℃이므로, 상온에서 용강의 온도가 1570℃ 아래로 떨어지는데 대략 60초가 소요되는 점을 고려하여 용강 출강 및 합금철 투입 완료 후 괴탄 투입 위치로의 수강 래들(5)의 이동 시간은 괴탄의 추가 투입 시간까지 고려하여 상기 시간보다 더 빠르도록 수강 래들(5)의 이동 속도가 정해져야 한다.

용강 출강 및 합금철 투입 완료 후 다시 괴탄을 추가 투입함으로써 합금철과 가탄제의 동시 투입에 따른 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 슬래그층에 포함된 합금철을 용강으로 재회수할 수 있는 유리한 효과가 있다.

이처럼 본 발명에 따른 전기로 출강 용강의 탈산 방법에 의하면, 용강 출강 전 수강 래들(5) 바닥에 괴탄(10)을 1차로 투입한 후 출강을 통해 용강의 산소와 괴탄의 카본이 먼저 반응하여 탈산이 1차적으로 이루어지며, 뒤이어 그 출강되는 수강 래들(5)에 탄소강 성분 조정을 위한 합금철을 투입하여 가탄제와 합금철의 동시 투입에 따른 종래 기술의 문제점을 해결하고, 다시 산화된 합금철을 2차 괴탄 투입을 통해 회수함으로써, LF 정련 공정에서의 합금철 및 가탄제의 투입량을 저감하여 탄소강의 제조 원가를 저감할 수 있는 유리한 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태의 공정 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 전기로2 : 괴탄 투입기
2a : 투입 슈트5 : 수강 래들
10 : 괴탄20: 용강

Claims (5)

1. 전기로 작업이 완료된 용강을 수강 래들로 출강하기 전 상기 수강 래들의 바닥에 수강량 92±2 ton을 기준으로 50 내지 70 kg의 괴탄을 투입하는 단계,
   상기 괴탄 투입 완료 후 상기 수강 래들에 상기 용강을 출강하는 단계, 그리고,
   상기 용강의 출강 중 또는 직후 상기 수강 래들에 합금철을 투입하는 단
   를 포함하며,
   상기 괴탄은 고정 탄소가 76.8% 이상이며, 입도는 30 내지 50 mm 인
   전기로 출강 용강의 탈산 방법.
2. 제1항에서,
   상기 용강 출강 및 상기 합금철 투입 완료 후 상기 수강 래들에 30 kg 이하의 괴탄을 추가 투입하는 단계를 더 포함하는
   전기로 출강 용강의 탈산 방법.
3. 제2항에서,
   상기 괴탄의 추가 투입 단계는
   출강된 상기 용강의 온도가 1570 ℃ 이상인 상태에서 투입되는
   전기로 출강 용강의 탈산 방법.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 괴탄의 투입 또는 추가 투입은 상기 전기로의 인근에 설치된 괴탄 투입기를 통해 수행되며,
   상기 괴탄 투입기의 투입 슈트의 설치 각도는 수평과 40 내지 50 °를 이루며, 상기 괴탄 투입 슈트의 끝단과 상기 수강 래들의 상부 사이의 거리는 0.8 내지 1.2 m인
   전기로 출강 용강의 탈산 방법.

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