KR101246206B1

KR101246206B1 - 용선의 열원확보를 위한 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법, 용선의 분진저감 방법

Info

Publication number: KR101246206B1
Application number: KR1020110017097A
Authority: KR
Inventors: 태순재; 변승용
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-03-21
Also published as: KR20120097716A

Abstract

본 발명은, 중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어지는 것으로, 탈린이 수행된 용선을 탈탄공정을 위해 출탕시키 전에, 탈탄공정에서 사용될 수 있는 열원을 추가할 수 있도록 투입되는 것을 특징으로 하는 용선의 열원확보를 위한 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법, 용선의 분진 저감 방법, 용선 내 열원 추가 방법에 관한 것이다.

Description

용선의 열원확보를 위한 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법, 용선의 분진저감 방법{HEAT SOURCE MEMBER FOR SECURE OF HEAT SOURCE IN MOLTEN IRON, METHOD OF DEPHOSPHORIZATION OF MOLTEN IRON AND METHOD FOR REDUCTION OF DUST OF MOLTEN IRON}

본 발명은 탈린 전로 등에서 수행되는 용선의 탈린 공정 중에 첨가되는 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법과 탈린된 용선을 출탕할 때 분진을 저감하는 방법 및 탈린 후속 공정인 탈탄 공정에서 사용될 수 있는 열원을 용선 내에 추가하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선과정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈린, 탈탄, 탈산 등의 공정을 순차적으로 수행하여 용선 내 불순물을 제거하는 1차정련 과정을 거쳐 용강을 제조하게 된다. 불순물이 제거된 용강은 2차정련 과정을 거쳐 용강 내의 미세 성분 조절까지 완료되면, 연속주조 공정으로 이동하게 된다. 이후 연속주조 공정을 거쳐 반제품을 성형하고, 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 반제품은 최종적으로 얻고자 하는 형태의 제품으로 제조된다.

용선은 1차 정련 즉 탈탄과 탈산 처리 전에 예비처리 과정을 거치게 되는데 용선 예비처리는 필요에 따라 용선 내 황이나 인 성분을 제거하는 탈황, 탈린 공정을 일컫는다. 용선 예비처리는 기계식교반기에서 이루어질 수도 있으며, 극저린강의 제조 시 탈린 전로에서 탈린 공정을 수행하기도 한다. 예비처리가 완료된 용선은 후속 공정인 1차정련을 위해 탈탄 및 탈산 공정으로 옮겨지게 된다.

본 발명의 목적은, 탈린 공정을 거쳐 용선을 출탕할 때 용선의 비산 및 분진 발생을 저감시키고, 탈린 공정 이후 후속 공정인 탈탄공정에서 열원으로 사용될 수 있도록 용선 중에 열원을 추가할 수 있도록 한 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법과 용선의 분진저감 방법, 용선 내 열원 추가 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용선의 열원확보를 위한 열원재는, 중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어지며, 탈린이 수행된 용선을 탈탄공정을 위해 출탕시키기 전, 탈탄공정에서 사용될 수 있는 열원을 추가할 수 있도록 투입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용선의 열원확보를 위한 열원재를 이용한 용선의 탈린 방법은, 탈린 전로에 용선을 장입하는 단계와, 상기 용선이 장입된 상기 탈린 전로에 가스 및 부원료를 취입하여 탈린을 수행하는 단계와, 출탕시키기 전에 상기 탈린이 수행된 용선에 규소를 포함한 열원재를 투입하는 단계와, 상기 규소를 포함한 열원재가 투입된 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 상기 열원재을 투입하는 단계는, 중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어진 열원재를 투입할 수 있다.

상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 단계는, 상기 용선 중량 대비 규소의 함량이 0.2~1.0중량%인 용선을 출탕할 수 있다.

상기 탈린을 수행하는 단계는, 상기 부원료로서 생석회를 투입할 수 있다.

상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 단계에서, 상기 출탕되는 용선내의 분진량은, 상기 열원재를 투입하지 않았을 때의 탈린 전로 내의 분진량을 100%으로 하였을 때, 30~50%인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용선의 열원확보를 위한 용선의 분진 저감 방법은, 탈린전로에 용선을 장입하고 상기 탈린전로에 가스 및 부원료를 취입하여 상기 용선의 탈린을 수행하여, 탈탄 공정을 위해 출탕하기 전에 상기 탈린이 수행된 상기 용선에 규소를 포함한 열원재를 투입한 후, 상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 열원재는 중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어진 열원재인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 출탕되는 용선내의 분진량은, 상기 열원재를 투입하지 않았을 때의 탈린 전로 내의 분진량을 100%으로 하였을 때, 30~50%인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용선의 열원확보를 위한 용선 내 열원 추가 방법은, 탈린전로에 용선을 장입하고 상기 탈린전로에 가스 및 부원료를 취입하여 상기 용선의 탈린을 수행하여, 탈탄 공정을 위해 출탕하기 전에 상기 탈린이 수행된 상기 용선에 규소를 포함한 열원재를 투입한 후, 상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕할 때 상기 열원재가 투입된 용선 중 규소의 함량이 0.2~1.0중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 용선의 열원확보를 위한 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법, 용선의 분진 저감 방법, 용선 내 열원 추가 방법에 의하면, 탈린 과정을 거쳐 용선을 출탕 할 때 용선에서 발생되는 비산 및 분진 발생을 저감시켜 작업 환경을 개선하고 재료 손실을 감소시키는 효과가 있다. 또한, 탈린 공정 이후 탈탄공정에서 사용될 수 있는 열원을 용선 내에 확보할 수 있어 이어지는 탈탄 공정에서 열원의 확보가 용이한 효과가 있다.

도 1은 제강 공정 중 탈린공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 이용한 용선의 탈린 방법을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 이용한 용선의 탈린 방법을 순서에 따라 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 사용하였을 때의 분진 저감 효과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 사용하였을 때의 분진 저감 효과를 설명하기 위한 SiO₂-CaO 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법, 용선의 분진 저감 방법, 용선 내 열원 추가 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 제강 공정 중 탈린공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.

도면을 참조하여 탈린 공정이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

극저린강 제조 등에 많이 사용되는 탈린 전로는 철광석이 용해된 형태의 용선을 받아 수용하여 탈린만을 수행하여 출탕하는 것이다. 출탕된 탈린 용선은 탈탄 전로로 이동하여 본 취련에 들어가게 된다.

탈린 전로에 용선이 장입되면 기울어져 있던 탈린 전로를 똑바로 세운 후 상부에서 가스를 취입할 수 있는 산소랜스를 탈린 전로 내부로 삽입하여 장입된 용선의 상부로 가스를 불어넣게 된다. 이때 탈린 전로의 하부에도 가스를 취입할 수 있는 저취 풍구가 설치될 수 있다. 즉, 탈린 전로의 상부에서는 산소랜스를 통해 산소가스를 용선의 상부에 불어넣고, 탈린 전로의 하부 즉 장입된 용선의 바닥에서는 가스 저취 풍구를 통해 아르곤 가스가 용선 내로 취입한다. 용선 내 가스 취입과 더불어 부원료를 투입하여 용선 내 탈탄 반응을 최대한 억제하면서, 탈린 반응을 촉진하도록 할 수 있다.

이와 같이 산소 및 아르곤 가스와 부원료의 투입으로 인해 탈린된 용선은 상부에 슬래그가 형성되고, 탈린이 완료된 후 탈린 전로에 형성된 출탕구를 통해 후속 탈탄 공정을 위해 출탕되어 옮겨지게 된다.

탈린 전로에서는 탈린 반응을 촉진하여 용선 내 P성분을 약 0.02wt%정도로 제어하고 있으나 탈린이 진행되는 동안 탈규 반응이 함께 일어나게 될 수 있다. 즉, 탈린이 완료된 후 용선 내 Si 성분이 거의 남아 있지 않게 된다.

용선 내 Si 성분은 후속 공정인 탈탄 공정에서 용선의 열원으로 작용하는 성분으로서, 열원으로 작용하는 이유는 탈탄 공정에서 전로 내로 취입되는 산소 가스와 결합하여 아래와 같은 발열 반응을 일으키기 때문이다.

반응식 1

Si + O₂ → SiO2 + Q(발열)

탈린이 완료된 용선을 탈탄 전로로 출탕하여 옮겼을 때 용선 내에 Si성분이 남아 있지 않으면 추가로 Fe-Si등의 고가의 합금 물질을 첨가해주어야 한다. 이는 용선 내 Si성분을 추가적으로 투입해 줌으로써, Si가 열원으로 작용하도록 하여 탈탄 전로에서 용선의 승온이 이루어지게 하기 위함이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 이용한 용선의 탈린 방법을 개략적으로 도시한 개념도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 이용한 용선의 탈린 방법을 순서에 따라 개략적으로 도시한 순서도이다.

본 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 이용한 용선의 탈린 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 탈린 전로에 용선을 장입한다(S10). 용선을 장입할 때 탈린 전로를 기울여 용선을 장입하고 용선의 장입이 완료되면 탈린 전로를 똑바로 세워 탈린을 준비한다.

똑바로 세워진 탈린 전로에 상부에서 산소랜스를 삽입하여 산소가스를 취입하고, 탈린 전로의 하부에서는 가스 저취 풍구를 통하여 아르곤 가스를 취입한다. 가스 취입과 더불어 탈린 전로 내부로 부원료를 투입하여 탈린을 수행한다(S20).

상기 부원료로는 생석회를 사용하는 것이 바람직하다.

생석회의 구성원소는 CaO로서 하기와 같은 반응식 2에 나타낸 반응에 의하여 용선 중 P성분과 결합하여 슬래그로 형성됨으로써, 용선 중 P성분의 함량을 감소시킬 수 있다.

반응식 2

4(CaO) + P₂O₅ = 4CaO·P₂O₅ (Slag)

이때, 전술한 바와 같이 부원료인 생석회(CaO)의 성분과 취입되는 산소와의 반응에 의하여 용선 중 Si성분역시 슬래그로 형성되어 감소되는데 그 반응은 아래 반응식 3과 같다.

반응식 3

2(CaO) + SiO₂ ₌2CaO·SiO₂ (Slag)

부원료와 가스에 의하여 탈린이 수행된 용선 중 P함유량은 0.01~0.04중량%일 수 있다. 극저린강의 경우 용선 중 상기 범위로 P의 함유량을 맞추도록 탈린하는 것이 바람직하다.

용선의 탈린이 수행된 후 용선의 온도는 1350~1450℃ 인 것이 바람직하다.

탈린이 수행된 용선을 후속 공정인 탈탄 공정으로 옮기기 위해 탈린 전로에서 출탕하기 전, 탈린 전로 내부의 용선 상부에 규소(Si 성분)를 포함한 열원재(H)를 투입한다(S30).

이와 같이 용선 상부에 투입되는 규소를 포함한 열원재(H)는, 중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어질 수 있다.

용선에 투입되는 열원재(H)의 성분 함량 제한 이유는 다음과 같다.

SiO₂: 87~95중량%

SiO₂는 출탕 시 용선의 비산 및 슬래그에서 발생되는 분진을 저감시키며, 탈린 공정 이후 후속공정인 탈탄 공정에서 용선 내 열원으로 작용하는 역할을 하는 것으로서, 87% 미만일 경우 분진 저감 효과가 떨어질 수 있고, 95%를 초과하는 경우 용선 내에 용해되는 Si의 양이 과다할 수 있으므로, 그 함량을 87~95중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

Al₂O₃: 3~10중량%

Al₂O₃는 열원재(H)의 점도에 영향을 미치며, 3중량% 미만인 경우 점도가 약해 열원재(H)가 투입될 때 비산될 수 있으며, 10중량%를 초과하는 경우 상대적으로 SiO₂의 함량이 낮아져 용선 내 열원 공급량이 줄어들 수 있으므로, 그 함량을 3~10중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

CaO: 1~5중량%

CaO는 열원재(H)의 점도와 비중을 조절하는 역할을 하는 것으로, 1중량% 미만일 경우 그 역할이 미미하여 첨가의 의미가 없으며, 5중량%를 초과하는 경우 점도와 비중이 과다하며 상대적으로 SiO₂의 함량이 낮아져 용선 내 열원 공급량이 줄어들 수 있으므로, 그 함량을 1~5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

이처럼 탈린 용선을 출탕하기 전에, 용선의 상부에 투입된 열원재(H)의 성분 중 SiO₂는 아래의 반응식 4와 같이 용선에서 분해된다.

반응식 4

SiO₂ = Si(용선 중으로 유입) + O₂↑

상기 반응식 4에 의하여 투입된 열원재(H)의 성분 중 SiO₂에 의하여 용선 내 규소(Si) 함량이 증가되고 이는 후속 공정인 탈탄 공정에 있어 용선 내 열원으로 사용될 수 있다.

이와 같은 공정을 거쳐 규소를 포함한 열원재(H)가 투입된 용선은 탈탄 공정을 위해 탈린 전로의 출강구를 통하여 출탕된다.

탈탄 공정으로 옮겨지기 위하여 출탕되는 용선 중에는 첨가된 열원재(H)에 의하여 규소의 함량이 0.2~1.0중량% 잔류하고 있을 수 있다.

이와 같이 투입된 열원재(H) 중 SiO₂는 전술한 바와 같이, 용선 내에서 분해되어 용선 내 Si함량을 증가시킬 뿐 아니라, 용선의 출탕 시 발생하는 슬래그 분진을 저감시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 사용하였을 때의 분진 저감 효과를 나타낸 그래프이다.

도면에 도시한 바와 같이, 탈린된 용선을 출탕하기 전 열원재로서 아무것도 투입하지 않은 미투입 상태의 분진량을 100%로 보았을 때, 코크스를 투입하였을 때는 120%로 분진이 오히려 증가하였고, 생석회를 투입하였을 때는 약 98%로 분진 저감 효과가 매우 미미하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 규소를 포함한 열원재(H)를 투입한 경우 분진량이 약 42%정도로 현저하게 감소한 것을 확인하였다.

이러한 분진 저감 효과가 나타나는 이유는 도 5를 이용하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 용선의 열원확보를 위한 열원재를 사용하였을 때의 분진 저감 효과를 설명하기 위한 SiO₂-CaO 상태도이다.

도면에 도시된 바와 같이, SiO₂와 CaO가 약 1:1로 반응할 경우 CaO·SiO₂ 화합물을 형성하게 되는데, 이는 융점이 1544℃이다. 이 CaO·SiO₂ 화합물의 융점은 CaO의 융점 2600℃ 이상이나, SiO₂의 융점 1725℃에 비하여 매우 낮은 수치이다. 그러므로, CaO성분이 많이 포함되어 있는 슬래그에 SiO₂ 성분이 주를 이루는 본 발명의 열원재(H)를 투입하여 주면 두 성분이 고온의 탈린 전로 내에서 결합하여 저융점의 화합물을 형성한다. 이러한 화합물은 융점이 CaO보다 낮기 때문에 탈린 전로 내에서 분진으로 떠다니지 않고 슬래그 층에 유착되는 등 슬래그층 가까이에 존재하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 열원재(H)를 투입한 후 출강구를 통해 출탕된 용선은 후속 공정인 탈탄 공정을 위해 옮겨지게 된다(S40).

그러므로 상술한 방법에 의해 탈린전로에 용선을 장입하고 상기 탈린전로에 가스 및 부원료를 취입하여 상기 용선의 탈린을 수행하여, 탈탄 공정을 위해 출탕하기 전에 상기 탈린이 수행된 상기 용선에 규소를 포함한 열원재(H)를 투입한 후, 상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하면, 후속 공정인 탈탄 공정에서 이용할 수 있도록 용선 내 열원을 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 방법에 의하면 탈린 전로에서 용선을 출탕할 때 분진을 저감할 수 있다.

상기와 같은 용선의 열원확보를 위한 열원재 및 이를 이용한 용선의 탈린 방법, 용선의 분진 저감 방법, 용선 내 열원 추가 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10 : 탈린 전로 11 : 출탕구
20 : 산소랜스 M : 용선
S : 슬래그 H : 열원재

Claims

중량%로,
SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어지며, 탈린이 수행된 용선을 탈탄공정을 위해 출탕시키기 전, 탈탄공정에서 사용될 수 있는 열원을 추가할 수 있도록 투입되는 것을 특징으로 하는, 용선의 열원확보를 위한 열원재.
탈린 전로에 용선을 장입하는 단계;
상기 용선이 장입된 상기 탈린 전로에 가스 및 부원료로 생석회를 취입하여 탈린을 수행하는 단계;
출탕시키기 전에 상기 탈린이 수행된 용선에 규소를 포함한 열원재를 투입하는 단계; 및
상기 규소를 포함한 열원재가 투입된 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 단계를 포함하는, 용선의 탈린 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 열원재을 투입하는 단계는,
중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어진 열원재를 투입하는, 용선의 탈린 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 단계는,
상기 용선 중량 대비 규소의 함량이 0.2~1.0중량%인 용선을 출탕하는, 용선의 탈린 방법.
삭제
청구항 2에 있어서,
상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 단계에서,
상기 출탕되는 용선내의 분진량은, 상기 열원재를 투입하지 않았을 때의 탈린 전로 내의 분진량을 100%으로 하였을 때, 30~50%인 것을 특징으로 하는, 용선의 탈린 방법.
탈린전로에 용선을 장입하고 상기 탈린전로에 가스 및 부원료를 취입하여 상기 용선의 탈린을 수행하여, 탈탄 공정을 위해 출탕하기 전에 상기 탈린이 수행된 상기 용선에 중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어진 열원재를 투입한 후, 상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 것을 특징으로 하는, 용선의 분진 저감 방법.
삭제
청구항 7에 있어서,
상기 출탕되는 용선내의 분진량은, 상기 열원재를 투입하지 않았을 때의 탈린 전로 내의 분진량을 100%으로 하였을 때, 30~50%인 것을 특징으로 하는, 용선의 분진 저감 방법.
탈린전로에 용선을 장입하고 상기 탈린전로에 가스 및 부원료를 취입하여 상기 용선의 탈린을 수행하여, 탈탄 공정을 위해 출탕하기 전에 상기 탈린이 수행된 상기 용선에 중량%로, SiO₂: 87~95%, Al₂O₃: 3~10%, CaO: 1~5%로 이루어진 열원재를 투입한 후, 상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕하는 것을 특징으로 하는, 용선 내 열원 추가 방법.
삭제
청구항 10에 있어서,
상기 용선을 탈탄 공정을 위해 출탕할 때 상기 열원재가 투입된 용선 중 규소의 함량이 0.2~1.0중량%인 것을 특징으로 하는, 용선 내 열원 추가 방법.