KR101259375B1

KR101259375B1 - 전기로 조업 방법

Info

Publication number: KR101259375B1
Application number: KR20110035784A
Authority: KR
Inventors: 박상채; 서성모; 고명국; 최주한
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2013-04-30
Also published as: KR20120118299A

Abstract

본 발명은 전로에서 진행되는 제강공정 중에 발생되는 슬래그를 이용하여 전기로에서 용강을 생산하는 전기로 조업 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일시형태에 따른 전기로 조업 방법은 전기로에서 용강을 생산하는 전기로 조업 방법으로서, 전로 슬래그를 준비하는 과정과; 전기로에 스크랩과 함께 상기 전로 슬래그를 장입하는 과정과; 상기 스크랩과 전로 슬래그를 함께 용융시키는 과정과; 상기 스크랩과 전로 슬래그가 용융되어 반응되는 과정 중에 발생되는 전기로 슬래그를 연속적으로 배제시키는 과정과; 상기 전기로에 생석회를 포함하는 부원료를 장입하는 과정과; 상기 전기로 내에서 용융된 용강과 부원료를 반응시키는 과정을 포함한다.

Description

전기로 조업 방법{Operating Method of Electric Arc Furnace}

본 발명은 전기로 조업 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전로에서 진행되는 제강공정 중에 발생되는 슬래그를 이용하여 전기로에서 용강을 생산하는 전기로 조업 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기로 조업은 스크랩을 전기 아크에 의해 용해시키는 것으로서, 주원료인 스크랩을 장입하고 전기 아크로 스크랩을 용해시키면서 생석회 등의 부원료를 장입하여 스크랩이 용해되어 생성되는 용강의 성분을 제어하게 된다.

한편, 전로에서는 고로에서 생산된 용선을 정련하는 조업이 이루어지는데, 이때 용선의 정련을 위하여 산소를 취입하면서 생석회 등의 부원료를 투입하여 용선의 탈탄, 탈류 및 탈린 등의 반응이 이루어진다.

특히 탈린반응은 용강 중으로 투입되는 산소와 부원료로 투입되는 생석회에 의해 이루어진다. 용강 중의 인은 투입된 산소와 반응하여 P₂O₅을 생성하고, 이렇게 생성된 P₂O₅는 생석회(CaO)에 의해 하기의 반응식에 따라 안정된 화합물로 형성된 다음 슬래그로 제거된다.

3(CaO) + 2[P] + 5[O] = (3CaOㆍP₂O₅)

4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaOㆍP₂O₅)

전로에서 탈탄, 탈류 및 탈린 등의 반응이 진행되는 동안 상기의 화합물을 포함하는 전로 슬래그가 발생되고, 전로 슬래그는 용강의 출강 전에 별도로 배제된다.

전로에서 배제된 전로 슬래그는 매립되어 폐기처리하거나 일부만이 건축 및 토목 자재로 재활용되고 있어 재사용률이 저조한 실정이다.

이와 같이 전로 슬래그에는 다량의 CaO 성분을 포함하고 있음에도 불구하고 폐기처리 및 골재로만 사용되기 때문에 자원의 재활용이 효율적으로 이루어지지 못하였다.

한편, 최근에는 전로 슬래그를 용강을 제조하는 공정에 재사용하는 연구가 진행되어 최근에는 미비하나마 전로 조업에 재사용하는 연구가 진행되고 있지만, 전로 슬래그를 전기로 조업에 이용하는 연구는 이루어지지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 전로의 정련 공정 중에 발생되는 전로 슬래그를 전기로 조업에 재사용하는 전기로 조업 방법을 제공한다.

특히, 전로 슬래그에 포함되어 있는 CaO를 활용하여 전기로 조업 중에 부원료로 투입되는 생석회를 일부 대체할 수 있는 전기로 조업 방법을 제공한다.

본 발명의 실시형태에 따른 전기로 조업 방법은 전기로에서 용강을 생산하는 전기로 조업 방법으로서, 전로 슬래그를 준비하는 과정과; 전기로에 스크랩과 함께 상기 전로 슬래그를 장입하는 과정과; 상기 스크랩과 전로 슬래그를 함께 용융시키는 과정과; 상기 스크랩과 전로 슬래그가 용융되어 반응되는 과정 중에 발생되는 전기로 슬래그를 연속적으로 배제시키는 과정과; 상기 전기로에 생석회를 포함하는 부원료를 장입하는 과정과; 상기 전기로 내에서 용융된 용강과 부원료를 반응시키는 과정을 포함한다.

상기 전로 슬래그의 염기도(CaO/SiO₂)는 2 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 전로 슬래그에는 P₂O₅가 전체 중량에 대하여 3wt% 이하로 함유된 것을 특징으로 한다.

상기 전기로에 장입되는 전로 슬래그의 양은 생석회 장입량의 10 ~ 65%인 것을 특징으로 한다.

상기 전기로에 장입되는 전로 슬래그의 양은 2 ~ 10 Kg/ton-steel 인 것을 특징으로 한다.

상기 전로 슬래그를 준비하는 과정은 전로에서 발생되는 전로 슬래그를 수집한 다음 야적장에 적치시키고, 물을 분사하여 냉각시킨 후, 건조 및 파쇄시키는 것을 특징으로 한다.

상기 파쇄된 전로 슬래그의 평균입도는 10 ~ 40mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전로 조업에서 발생된 전로 슬래그를 폐기처리하거나 골재로 사용하지 않고, 전기로 조업에 재활용함으로써 자원의 낭비를 방지할 수 있다.

또한, 전기로 조업에서 부원료로 사용되는 생석회의 일부를 전로 슬래그로 대체할 수 있어 생석회의 사용량을 절감시켜 전기로 조업의 제조 단가를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 조업 방법을 나타내는 순서도이고,
도 2는 실시예와 비교예의 생석회 비용을 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 조업 방법을 나타내는 순서도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 조업 방법은 크게 전로 슬래그를 준비하는 과정과; 준비된 전로 슬래그를 전기로 조업에 사용하는 과정으로 이루어진다.

먼저, 전로 슬래그를 준비하는 과정에 대하여 설명한다.

전로에서 진행되는 정련 공정 중에 전로에서 배제되는 슬래그를 수집한다. 수집된 전로 슬래그는 야적장에 적치시켜 냉각시킨다. 이때 전로 슬래그에 물을 분사하여 냉각시키는 것이 바람직하다. 전로 슬래그를 냉각시킨 다음에는 건조시키고, 파쇄하여 전기로에 부원료로 투입하기 위한 적정 입도로 파쇄시킨다.

바람직하게는 냉각 및 건조된 전로 슬래그를 파쇄설비, 예를 들어 구형 연마재가 들어 있는 원통형 파쇄설비인 볼 밀(ball mill) 설비에 장입하여 전로 부원료로 사용하기 적정한 입도, 예를 들어 10 ~ 40mm의 평균입도로 파쇄한다. 전로 슬래그의 평균입도가 제시된 범위보다 작을 경우에는 전로 슬래그가 너무 작아 취급이 어렵고, 비산되는 미세 분진이 너무 많아 작업자의 호흡기 장애 등을 유발할 수 있다. 또한, 전로 슬래그의 평균입도가 제시된 범위보다 클 경우에는 전기로에 투입된 후 용융되기까지 상당한 시간이 소요되거나 용융이 올바르게 이루어지지 않아 스크랩의 용융물(이하, "용강"이라 지칭함)과의 반응이 미비하기 때문이다.

한편, 전로 슬래그는 아래의 표 1과 같은 염기도(CaO/SiO₂)와 주요 성분을 함유한다.

CaO/SiO₂	T.Fe	CaO	SiO₂	MgO	P₂O₅	MnO	Al₂O₃
2.2	25wt%	31wt%	14wt%	6.9wt%	2.2wt%	3.8wt%	4.02wt%

상기 표 1와 같이 전로 슬래그는 염기도가 2 이상이고, CaO성분을 30wt% 이상 함유하는 것을 알 수 있다.

상기와 같이 전로 슬래그에는 CaO가 다량으로 함유되어 있는 것이 좋다. 예를 들어 상기 전로 슬래그의 염기도는 2 이상인 것이 바람직하다. 염기도가 2 미만이면 전로 슬래그에 포함된 CaO의 양이 너무 적어 생석회를 대체하는 기능을 바람직하게 수행할 수 없다. 그리고 염기도는 높으면 높을수록 CaO의 함유량이 많은 것을 의미한다. 이에 따라 염기도는 높으면 높을수록 생석회를 대체하는 효과가 상승하므로 염기도의 상한치는 한정하지 않는다.

한편, 전로 슬래그에는 미량의 P₂O₅가 함유되어 있는데, 전로 슬래그에 함유된 P₂O₅는 전기로에서 생산되는 용강의 인 함유량에 영향을 줄 수 있으므로 전로 슬래그에 포함된 P₂O₅의 함량을 제한할 필요가 있다. 이에 따라 본 발명에서는 P₂O₅의 함량을 전로 슬래그 전체 중량에 대하여 3wt% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그래서 전로 슬래그에 포함된 P₂O₅가 전기로에서 생산되는 용강의 인 함유량에 영향을 미치지 않도록 한다. 전로 슬래그에 미량 함유된 P₂O₅는 후술되는 전기로 조업 중에 슬래그 형태로 배제되기 때문에 전기로에서 생산되는 용강의 인 함유량에 영향을 미치지 않는다.

상기와 같이 전로 슬래그가 준비되었다면 다음으로 전기로에서 용강을 생산하는 과정을 설명한다.

먼저, 전기로에 스크랩과 함께 준비된 전로 슬래그를 장입한다.

이때 전로 슬래그의 장입은 후속공정으로 이루어지는 생석회의 장입을 일부 대체하는 것으로서, 생석회 투입량의 생석회 장입량의 10 ~ 65%인 것이 좋다. 예를 들어 전로 슬래그의 투입량은 2 ~ 10 Kg/ton-steel 인 것이 바람직하다.

상기와 같이 전로 슬래그의 투입량을 한정하는 이유를 설명하자면, 제시된 투입량보다 전로 슬래그의 투입량이 적을 경우에는 생석회를 대체하는 효과가 미비하고, 제시된 투입량보다 전로 슬래그의 투입량이 많을 경우에는 전로 슬래그에 포함된 불순 성분이 전로에서 생산되는 용강의 성분에 영향을 미치기 때문이다.

한편, 전로 슬래그는 전술한 바와 같이 스크랩과 함께 전기로에 장입되는 것이 바람직하다. 그 이유는 스크랩과 전로 슬래그가 장입된 상태에서 전기 아크를 발생하여 스크랩과 전로 슬래그를 용해시키고 적정 온도까지 승온시키게 되는데, 비교적 낮은 온도에서도 전로 슬래그 중의 CaO 성분에 의한 탈린 반응이 진행되는 반면에, 전로 슬래그 중에 함유된 P₂O₅는 용강 중으로 환원되지 않고, 슬래그 상태로 배제되기 때문이다. 전기로의 구조적인 특성상 전기로에서 용해가 이루어지는 동안 용강의 상면으로 부상되는 슬래그는 연속적으로 배제된다.

이렇게 스크랩과 전로 슬래그를 용해시키면서 반응시켜 용강의 탈린반응이 일부 진행되었다면 전기로에 생석회를 포함하는 부원료를 장입하여 탈린반응 등을 마무리한다.

생석회의 투입시점은 바람직하게는 스크랩이 완전히 용해된 상태일 때 투입하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되지 않고 전기로의 구조적 특징 및 조업자의 안전을 위하여 생석회의 투입시점은 적절히 조절될 수 있을 것이다.

전기로에서 용강의 생산이 완료되었다면 전기로의 용강의 레이들로 출강시킨다.

이하, 본 발명에 따른 실시를 실 공정에 적용한 결과를 통하여 본 발명에 따른 효과를 설명한다.

<실시예>

130ton급 전기로에 스크랩과 함께 전로 슬래그 1톤을 장입한 다음, 산소를 취입하면서 카본을 투입하여 스크랩과 전로 슬래그를 용해시키고, 스크랩이 거의 용해되는 시점에 생석회 약 2.1톤과 돌로마이트 약 1.5톤을 장입하여 용강과의 반응을 조장하였다.

그 결과를 아래의 표 2에 나타내었고, 특히 생산된 용강의 산소 함유량은 737ppm이었고, 인의 함유량은 137ppm이었다.

<비교예>

실시예와 마찬가지로 130ton급 전기로를 사용하였고, 전기로에 스크랩만을 장입한 상태에서 산소를 취입하면서 카본을 투입하여 스크랩을 용해시키고, 스크랩이 거의 용해되는 시점에 생석회 약 2.5톤과 돌로마이트 약 1.5톤을 장입하여 용강과의 반응을 조장하였다.

그 결과를 아래의 표 2에 나타내었고, 생산된 용강의 산소 함유량은 732ppm이었고, 인의 함유량은 116ppm이었다.

상기의 실시예와 비교예에 대하여 아래의 표 2를 참조하여 비교한다.

구분	전기로								LF
구분	C/S	전로 슬래그	생석회	돌로 마이트	P₂O₅	종점 산소	종점 온도	전력원단위	LF 도착 P
실시예	2.00	1000Kg	2084Kg	1450Kg	1.0%	737ppm	1.619℃	291 kwh/ts	137ppm
비교예	2.11	-	2470Kg	1434Kg	1.0%	732ppm	1.619℃	268 kwh/ts	116ppm

표 2와 같이 전로 슬래그를 사용한 실시예에 의해 생산된 용강(이하, "실시예 용강"이라 지칭함)과 비교예에 의해 생산된 용강(이하, "비교예 용강"이라 지칭함)은 종점 산소 함유량에 차이가 거의 없었다.

한편, LF 조업에 도착한 실시예 용강의 인 함유량은 137ppm인 반면에, 비교예 용강의 인 함유량은 116ppm이다. 결과에 따르면 실시예가 비교예에 비하여 인의 함유량이 다소 많게 함유하는 것으로 결과가 나왔지만 실시예에 따른 용강의 인 제어능력도 용강도 전기로에서 생산되는 용강의 출강목표 대비 안정한 수준인 것으로 확인되었다.

따라서, 전기로에 장입되는 생석회를 일부 대체하여 전로 슬래그를 사용하더라도 전기로에서 생산되는 용강의 출강목표 대비 준수한 용강의 품질을 유지할 수 있다는 것을 확인하였다.

한편, 실시예와 비교예 공정시 사용된 비용을 아래의 표 3 및 도 2와 같이 비교하여 본발명에 따른 실시예의 경제성 효과를 알아보았다.

구분	비교예(1ch당)	실시예(1ch당)	비고
생석회 비용	263천원	221천원	CaO단가 105천원/톤
수송비/지원비	-	1,248원/-1,474원	수송비:CaO단가 포함
합계	263천원	220천원	-

도 2는 실시예와 비교예의 생석회 비용을 비교한 그래프로서, 표 3 및 도 2에서 알 수 있듯이 실시예에 따르면 생석회의 비용만 계산하더라도 전기로 조업 1차지(ch)당 42,000원을 감소시켜 전기로 조업 비용을 절감할 수 있다.

또한, 생석회 비용과 더불어 기타비용까지 감안할 때 실시예에 따르면 전기로 조업 1차지(ch)당 약 43,000원을 절감할 수 있고, 이에 따라 연간 4.8억원의 비용 절감이 예상된다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims

전기로에서 용강을 생산하는 전기로 조업 방법으로서,
전로 슬래그를 준비하는 과정과;
전기로에 스크랩과 함께 상기 전로 슬래그를 장입하는 과정과;
상기 스크랩과 전로 슬래그를 함께 용융시키는 과정과;
상기 스크랩과 전로 슬래그가 용융되어 반응되는 과정 중에 발생되는 전기로 슬래그를 연속적으로 배제시키는 과정과;
상기 전기로에 생석회를 포함하는 부원료를 장입하는 과정과;
상기 전기로 내에서 용융된 용강과 부원료를 반응시키는 과정을 포함하고,
상기 전기로에 장입되는 전로 슬래그의 양은 생석회 장입량의 10 ~ 65%인것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전로 슬래그의 염기도(CaO/SiO₂)는 2 이상인 전기로 조업 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전로 슬래그에는 P₂O₅가 전체 중량에 대하여 3wt% 이하로 함유된 전기로 조업 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 전기로에 장입되는 전로 슬래그의 양은 2 ~ 10 Kg/ton-steel 인 전기로 조업 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전로 슬래그를 준비하는 과정은
전로에서 발생되는 전로 슬래그를 수집한 다음 야적장에 적치시키고, 물을 분사하여 냉각시킨 후, 건조 및 파쇄시키는 전기로 조업 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 파쇄된 전로 슬래그의 평균입도는 10 ~ 40mm인 전기로 조업 방법.