KR101326051B1 - 미탈산강 정련 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

미탈산강 정련 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미탈산강의 정련 장치 및 정련 방법에 관한 것으로서, 미탈산강에서 인(P)을 제어하고 동시에 온도를 제어하는 장치 및 방법이다. 본 발명의 실시 형태는 미탈산강에 산소(O2) 및 알루미늄(Al)을 투입하여 미탈산강의 온도를 높이는 승온 과정과, 원하는 미탈산강의 온도에 도달하면, 산소(O2) 및 알루미늄(Al) 투입을 중지하는 승온 중지 과정과, 탈인(P) 첨가제를 미탈산강에 투입하여 미탈산강으로부터 인(P)을 제거하는 탈인 과정을 포함한다. 또한 본 발명의 실시 형태는 미탈산강이 담기는 레이들과, 상부면 및 하부면이 개방되어 하부면이 미탈산강의 상부에 접하는 기둥체로서, 화합물이 유입되는 유입관이 기둥체의 측벽을 관통하여 내부와 연결된 스노클과, 상기 스노클의 상부면에 삽입 가능하여 미탈산강의 내부로 산소를 불어넣는 산소 파이프를 포함한다.

Description

미탈산강 정련 장치 및 그 동작 방법{Apparatus for refining molten steel and method for operating the same}
본 발명은 미탈산강의 정련 장치 및 정련 방법에 관한 것으로서, 미탈산강에서 인(P)을 제어하고 동시에 온도를 제어하는 장치 및 방법이다.
일반적으로 제강 조업은 도 1에 나타난 바와 같이 용선예비처리→전로정련→2차정련→연속주조공정으로 이루어진다. 용광로에서 철광석을 녹여 제조한 용선은 용선예비처리공정에서 유황(S)과 인(P) 성분을 제거한다. 이러한 용선에는 탄소(C) 함량이 매우 높기 때문에, 탄소(C) 제거를 위해서 용선을 전로에 담고 순산소를 취입함(이하, "취련"이라 함)으로써 일정 함량(0.04중량%)까지 용선 내 탄소를 제거하는데, 이렇게 탄소가 제거된 용융철을 용강이라고 한다. 전로 공정을 마친 용강을 레이들(LADLE)이라고 하는 용기에 담아 2차 정련 설비인 BAP(Bubbling And Powdering) 설비, RH(Rheinstahl Huttenwerke & Heraus) 설비, CAS-OB(Composition Adjustment by argon Sealed bubbling-Oxygen Blowing) 설비로 이송하여, 용강 성분과 온도를 균일(BAP 설비)하게 하거나, 용강내 잔존하는 가스 성분을 제거(RH 설비)하거나, 혹은 용강의 온도를 상승(CAS-OB 설비)시키는 등의 정련을 거친 후에, 연속 주조 공정에서 응고시킴으로써 제강단계의 최종 제품인 주편을 생산한다.
특히, 2차 정련 공정에서 CAS-OB(Composition Adjustment by argon Sealed bubbling-Oxygen Blowing) 설비는, 전로에서 출강한 탈산강 중에서 저온 발생재나 연주까지 연결시간이 많이 남아서 고온으로 출강해야 하는 경우, 온도 부하를 감소시키기 위해 만든 공정으로서 승온을 하는 2차 정련 공정을 수행하는 설비이다. 도 2는 CAS-OB 설비를 도시한 그림으로서, CAS-OB 설비는 용강을 담은 레이들(Ladle)에 부착된 하부 버블링(bottom bubbling) 장치, 용강 부분을 덮는 스노클(snorkel), 그리고 산소 취입을 하는 산소 파이프, BAP 공정과 같이 버블링(Bubbling)을 할 수 있는 상부 버블링 파이프로 구성되어 있다.
한편, 제강 강종 중에서 냉연재는 박판으로 만들기 때문에 품질이 매우 우수해야 하며 성분 제어를 위해 전로에서 용강에 산소가 존재해 있는 미탈산 상태로 출강하여 BAP 공정에서 샘플링만 한 후 RH 공정으로 이동하여 알루미늄(Al)으로 탈산과 성분 조정을 한다. 냉연재 성분 중 인(P) 성분은 강의 5대 불순물로 강종별로 상한 범위가 정해져 있으며 낮으면 낮을수록 좋다.
전로에서 출강한 냉연재가 BAP 샘플링 분석시 인(P) 성분이 범위 안에 적중하면 예정대로 RH 공정으로 이동한다. 그런데 전로에서 출강한 냉연재의 인(P) 성분이 범위 안에 있지 않을 경우 문제시된다. 즉, 전로에서 출강한 냉연재가 인(P) 성분이 높을 경우 인(P) 성분 제어를 위해 다시 전로로 이동한다. 전로에서 다시 생석회를 투입이 이루어지고 나서 2차 정련의 BAP 공정에서 버블링(bubbling)이 수행된다. 따라서 인(P) 성분이 범위 안에 있지 않는 냉연재의 경우 전로를 다시 거친 후 BAP 공정이 이루어지기 때문에 온도가 많이 하락한 상태에서 후속 공정인 RH 공정이 이루어진다. 따라서 RH 공정에서는 온도 하락을 보상하기 위한 많은 승온 공정을 필요로 하게 된다. 그런데 RH 공정에서 승온을 많이 하게 되면 내화물이 손상되고 작업시간이 길어지며 이물질이 증가하여 냉연 품질에 악영향을 미치게 된다. 또한 전로를 다시 거쳐 인(P) 제어 후에 승온이 이루어져야 하기 때문에 공정이 추가되어 납기가 지연되는 문제가 있다.
한편, 기존의 CAS-OB 공정을 통해 승온을 거친 후 RH 공정을 진행할 수 있지만, 기존의 CAS-OB 공정은 탈산강만을 대상으로 승온 공정이 이루어지기 때문에 미탈산강에 대해서 승온 공정을 적용할 수 없는 문제가 있다. 또한 기존의 CAS-OB 공정은 미탈산강의 인(P) 제어를 수행하지 않기 때문에 기존의 CAS-OB 공정으로는 해결책이 될 수 없다.
한국등록특허 832,527
본 발명의 기술적 과제는 CAS-OB 설비에서 탈산강뿐만 아니라 미탈산강을 처리하도록 하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 전로에서 출강된 미탈산강의 인(P)이 범위를 초과하더라도 다시 전로로 보내지 않고 인을 제어하는 방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 미탈산강에서 효율적으로 인(P)을 제어하고 동시에 온도를 제어하는 방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 미탈산강의 품질을 향상시키는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 미탈산강에 산소(O2) 및 알루미늄(Al)을 투입하여 미탈산강의 온도를 높이는 승온 과정과, 원하는 미탈산강의 온도에 도달하면, 산소(O2) 및 알루미늄(Al) 투입을 중지하는 승온 중지 과정과, 탈인(P) 첨가제를 미탈산강에 투입하여 미탈산강으로부터 인(P)을 제거하는 탈인 과정을 포함한다.
또한 상기 승온 과정은, 산소(O2) 및 알루미늄(Al)을 투입과 함께 미탈산강의 내부를 교반시키는 하부 버블링을 수행한다. 또한 승온 과정에서 투입되는 산소 투입량[Nm3/h]과 알루미늄 투입량[Kg]은 1:1 비례하여 투입된다.
또한 승온 과정에서 투입되는 산소 투입량 및 알루미늄 투입량은, 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 미리 설정한 산소 농도 기준값에 해당하는지 여부에 따라서 조절된다. 또한 상기 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 상기 산소 농도 기준값을 초과하는 경우, (미탈산강에 존재하는 산소 농도 - 산소 농도 기준값) ÷ 2의 크기[Kg]를 가지는 알루미늄량을 더 투입한다.
또한 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 상기 산소 농도 기준값 미만인 경우, (산소 농도 기준값 - 미탈산강에 존재하는 산소 농도) ÷ 2의 크기[Kg]를 가지는 산소량을 더 투입한다.
또한 본 발명의 실시 형태에 따른 미탈산강 정련 장치는 미탈산강이 담기는 레이들과, 상부면 및 하부면이 개방되어 하부면이 미탈산강의 상부에 접하는 기둥체로서, 화합물이 유입되는 유입관이 기둥체의 측벽을 관통하여 내부와 연결된 스노클과, 상기 스노클의 상부면에 삽입 가능하여 미탈산강의 내부로 산소를 불어넣는 산소 파이프를 포함한다.
또한 상기 미탈산강의 하부 내부로 불활성 가스를 불어넣어 버블링을 일으키는 하부 버블링 수단과, 상기 미탈산강의 상부 내부로 불활성 가스를 불어넣어 버블링을 일으키는 상부 버블링 파이프와, 상기 상부 버블링 파이프 또는 산소 파이프 중 어느 하나를 상기 스노클의 상부면에 삽입시키는 파이프 선택 수단을 포함한다.
또한 파이프 선택 수단은, 회전 가능한 중심축과, 중심축의 일단과 연결되는 플레이트판과, 상기 플레이트판의 대향되는 제1끝단에 구비되어 상기 산소 파이프를 상하 이동시킬 수 있는 산소 파이프 상하 이동 수단과, 상기 플레이트판의 대향되는 제2끝단에 구비되어 상기 상부 버블링 파이프를 상하 이동시킬 수 있는 상부 버블링 파이프 상하 이동 수단을 포함한다.
또한 미탈산강의 온도를 높이는 승온 모드로 동작할 경우에는 상기 유입관에 알루미늄이 투입되고 상기 파이프 선택 수단은 상기 산소 파이프를 상기 스노클의 상부면에 삽입시키며, 미탈산강의 인(P)을 제거하는 탈인 모드로 동작할 경우에는 상기 유입관에 탈인(P) 첨가제가 투입되고 상기 파이프 선택 수단은 상기 상부 버블링 파이프를 상기 스노클의 상부면에 삽입시킨다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 미탈산강에 대하여 승온 과정 및 탈인 과정을 거침으로서, 온도가 상승되고 인(P)이 제거된 미탈산강을 RH 설비에 제공할 수 있다. 따라서 RH 설비에서 요구하는 온도와 산소로 미탈산강을 공급해주기 때문에 RH 내화물 수명 향상과 작업시간 단축 효과가 있다. 또한 RH 설비에서 산소 취입을 하지 않기 때문에 미탈산강인 냉연재 품질 불량을 방지할 수 있다. 또한 하나의 설비에서 인(P) 제어 및 온도 상승을 이룰 수 있어 생산 능력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제강 조업 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미탈산강 정련 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파이프 선택 수단의 동작 모습을 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 미탈산강 정련 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 승온 과정을 진행하는 CAS-OB 설비의 동작 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 승온 과정을 진행할 때 하부 버블링을 하는 CAS-OB 설비의 동작 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탈인 과정을 진행하는 CAS-OB 설비의 동작 모습을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미탈산강 정련 장치의 단면도이다.
전로에서 출강되는 용강에 대해서는 탈질소가 곤란하기 때문에 전로에서 얻어진 용강(탈산강, 미탈산강)은, 통상, 형강, 철근봉강 등의 제조에 한정된다. 그로 인해, 전로에서 출강되는 탈산강이나 미탈산강과 같은 용강을 더욱 고순화하려면, 여러 종류의 정련용기, 예를 들면 BAP 설비, RH 설비, CAS-OB와 같은 2차 정련 설비 등이 이용된다.
상술하면, 전로에서 출강되는 미탈산강의 경우 전로 -> BAP 설비 -> RH 설비 -> 연주 공정을 거치며, 탈산강의 경우 전로 -> CAS-OB 설비 -> RH 설비 -> 연주 공정을 거치는 것이 일반적이다.
참고로, 미탈산강은 산소가 제거되지 않은 용강을 말하며, 탈산강은 산소가 제거된 용강을 말한다. 또한 BAP(Bubbling And Powdering) 공정은 용강 성분 및 온도를 균일하게 하는 공정의 설비를 말하며, RH(Rheinstahl Huttenwerke & Heraus) 설비는 가스 성분을 제거하는 공정의 설비를 말하며, CAS-OB(Composition Adjustment by argon Sealed bubbling-Oxygen Blowing) 설비는 용강의 온도를 상승시키는 공정의 설비를 말한다. 특히, 2차 정련 공정에서 CAS-OB(Composition Adjustment by argon Sealed bubbling-Oxygen Blowing) 설비는, 전로에서 출강한 탈산강 중에서 저온 발생재나 연주까지 연결시간이 많이 남아서 고온으로 출강해야 하는 경우, 온도 부하를 감소시키기 위해 만든 공정으로서 승온을 하는 2차 정련 공정을 수행하는 설비이다. 또한 2차 정련이란 용선(pig iron)을 용강(steel)으로 만드는 과정에서 전로(Basic Oxygen Furnace)에서 일차적으로 불순물 제거가 완료된 용강을 추가적으로 버블링(Bubbling), PI(Powder Injection), 탈가스(Degassing) 등의 작업을 수행함으로써 용강의 온도 및 성분을 미세 조정하고, 탈산 개재물(Inclusion)을 제거하여 청정도(Cleanliness)를 향상시키고 용강중에 잔류하는 가스를 제거하여 생산된 반제품(Slab)을 압연하고 가공 후 사용시에 제품의 결함을 줄이는 역할을 한다.
본 발명의 실시예는 미탈산강을 대상으로 하여 승온 공정 및 탈인(P) 공정을 수행하도록 하는 개선된 미탈산강 정련 장치로서, 특히 CAS-OB(Composition Adjustment by argon Sealed bubbling-Oxygen Blowing) 설비로서 제공한다. 즉, 기존의 CAS-OB 설비는 미탈산강이 아닌 탈산강을 대상으로 승온 제어를 하였으나, 본 발명의 실시예에 따라 개선된 CAS-OB 설비는 미탈산강을 대상으로 하여 승온 공정 및 탈인(P) 공정을 수행하도록 한다. 상기에서 탈(P) 공정이란 용강에서 인(P)를 제거하는 공정을 말하는 것으로서, 이하에서 탈인(P)이라 함은 인(P)의 성분이 제거되는 것을 말한다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 미탈산강 정련 장치를 CAS-OB 설비로서 예를 들어 적용하여 설명한다. 미탈산강을 대상으로 인(P)을 제거하고 승온할 수 있는 CAS-OB 설비는, 전로에서 출강된 미탈산강이 담기는 레이들(100;ladle), 레이들내의 미탈산강의 상부를 덮는 스노클(200;snorkel), 미탈산강의 상부 내부로 산소를 취입하는 산소 파이프(500)를 포함한다. 이밖에 레이들 내의 미탈산강의 교반을 위하여 하부에서 버블링을 일으키는 하부 버블링 수단(400) 및 상부에서 버블링을 일으키는 상부 버블링 파이프(300), 레이들 내의 미탈산강의 온도 및 산소 농도를 측정하는 탐지 프로브(450)를 포함한다.
레이들(100;ladle)은 전로에서 탄소가 제거된 미탈산강이 담기는 용기로서, 연속 주조 공정에서 몰드로 용강을 노즐 주입시킬 때 사용되는 용기이다. 상기에서 미탈산강은 산소가 제거되지 않은 용강을 말하는 것으로서, 전로에서 탄소만 제거되고 산소는 잔존한채 출강되는 용강을 말한다. 레이들은 미도시된 거취 수단에 의하여 지지된다.
산소 파이프(500)는 스노클(200)의 상부면에 삽입되는 경우 미탈산강의 내부로 산소를 불어넣는 기능을 수행한다. 산소 파이프(500)는 관통된 내부 통로를 통하여 산소가 흘러보내 미탈산강의 내부로 산소를 취입할 수 있다. 산소 파이프는 파이프 선택 수단(600)에 의하여 스노클(200)의 상부면에 삽입 또는 미삽입될 수 있다.
스노클(200;snorkel)은 미탈산강의 상부의 일부를 덮는 덮개로서, 상부면 및 하부면이 개방된 기둥체로서 하부면이 미탈산강의 상부에 접하여 미탈산강을 덮을 수 있게 된다. 스노클(200)의 상부면은 개방되어 있어 상부 버블링 파이프(300)나 산소 파이프(500)가 삽입될 수 있다. 스노클(200)의 상부면에 상부 버블링 파이프(300)가 삽입되는 경우 상부 버블링 파이프(300)를 통하여 미탈산강의 상측 내부에 아르곤가스(Ar)과 같은 불활성 가스를 주입하여 버블링을 공급한다. 스노클의 상부면에 산소 파이프(500)가 삽입되는 경우 산소 파이프를 통하여 미탈산강의 상측 내부에 산소를 주입할 수 있다.
스노클(200)의 측벽에는 화합물이 유입되는 유입관(210)이 구비되어, 유입관은 측벽을 관통하여 유입관 기둥체의 내부와 연결된다. 따라서 유입관으로 투입된 화합물은 유입관을 따라 스노클(200)의 내부로 떨어져서 개방된 하부면에 위치하는 용강 내부로 투입된다. 상기 화합물은 알루미늄 또는 탈인(P) 첨가제가 될 수 있다.
미탈산강의 온도를 높이는 승온 모드로 동작할 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이 유입관(210)을 통하여 알루미늄(Al)이 투입되며, 동시에 산소 파이프(500)를 통하여 미탈강 내부로 산소(O2)가 투입된다. 산소(O2)와 알루미늄(Al)의 화학 반응에 의하여 발열이 발생하며, 이러한 발열에 의하여 미탈산강의 온도가 올라가게 된다. 한편, 미탈산강의 인(P)을 제거하는 탈인(P) 모드로 동작할 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이 유입관을 통하여 탈인 첨가제가 투입된다. 탈인 첨가제는 미탈산강 내부의 인(P)을 제거하는 첨가제로서, Flux-B 첨가제를 사용할 수 있다. Flux-B 첨가제는 생석회(CaO) 성분 및 산화 알루미늄(Al2O3) 성분을 포함하고 있어 이들의 화합물 성분이 미탈산강 내부의 인(P)과 화합 결합함으로써, 미탈산강 내부의 인(P)을 제거할 수 있다. 바람직하게는 Flux-B 첨가제 중에서 생석회(CaO) 성분이 53% 포함되었을 경우 탈인 효과를 극대화할 수 있다. 탈인 첨가제 투입과 함께 상부 버블링을 일으켜 탈인 효과를 극대화할 수 있다. 이를 위하여 상부 버블링 파이프를 스노클의 상부면에 삽입하여, 미탈산강의 상측 내부에서 버블링이 발생되도록 한다.
상부 버블링 파이프(300)는 불활성 가스를 미탈산강의 상부 내부로 불어넣는 파이프로서, 파이프의 일단에 연결된 불활성가스 탱크(미도시)에서 공급되는 불활성 가스가 파이프 내부를 따라 흘러가 타단으로 배출된다. 상부 버블링 파이프(300)의 타단은 스노클의 상부면에 삽입되어 미탈산강에 잠기게 되어, 결국, 미탈산강 내부로 불활성 가스를 불어넣어 버블링(bubbling)을 일으킬 수 있다.
상부 버블링 파이프(300)와 산소 파이프(500)는 CAS-OB 설비의 동작 모드에 따라서 둘 중의 어느 하나가 스노쿨의 상부면에 삽입되어 미탈산강에 접할수 있다. 이를 위하여 파이프 선택 수단(600)이 구비되어, 상부 버블링 파이프(300)와 산소 파이프(500) 중에서 어느 파이프가 스노쿨의 상부면에 삽입하는지를 결정한다. 파이프 선택 수단(600)은 중심축(610), 플레이트판(620), 상부 버블링 파이프 상하 이동 수단(630), 산소 파이프 상하 이동 수단(640)을 구비한다. 중심축은 길이를 가지는 바 형태를 가지며, 외부 모터 힘에 의하여 중심축(610)을 중심으로 회전하게 되어 플레이트판(620)을 회전시킨다. 플레이트판(620)은 중심축의 일단과 직각으로 접하게 형성되는데, 원형판, 다각형판 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
산소 파이프 상하 이동 수단(640)은 산소 파이프(500)와 연결되어 산소 파이프(500)를 상하로 이동시켜 스노클의 상부면을 통하여 내부로 삽입시킬 수 있다. 예컨대, 산소 파이프 상하 이동 수단(640)은 플레이트판의 제1끝단에 연결된 실린더 형태로 되어 있어서 피스톤의 측벽에 산소 파이프(500)가 연결되어 실린더의 피스톤 운동에 의하여 산소 파이프(500)를 상하로 이동시켜 스노클(200)의 상부면에 삽입 또는 벗어나도록 할 수 있다. 또한 상부 버블링 파이프 상하 이동 수단(630)은 상부 버블링 파이프(300)와 연결되어 상부 버블링 파이프(300)를 상하로 이동시켜 스노클의 내부로 삽입시킬 수 있다. 상부 버블링 파이프 상하 이동 수단(630)은 플레이트판의 제1끝단에 대향되는 제2끝단에 위치하여, 산소 파이프를 상하로 이동시켜 스노클의 상부면에 삽입 또는 벗어나도록 할 수 있다.
따라서 승온 모드로 동작할 경우에는 도 3(a)에 도시한 바와 같이 파이프 선택 수단(600)은, 중심축(610)을 회전시킨 후 산소 파이프 상하 이동 수단(640)을 조작하여 산소 파이프(600)를 하강시켜 스노클의 상부면에 접하도록 할 수 있다. 반대로 탈인 모드로 동작할 경우에는 도 3(b)에 도시한 바와 같이 파이프 선택 수단(600)은, 산소 파이프를 들어온린 후 중심축(610)을 회전시켜, 상부 버블링 파이프 상하 이동 수단(630)을 조작하여 상부 버블링 파이프(300)를 하강시켜 스노클(200)의 상부면에 삽입할 수 있다.
한편, 레이들의 하부면에는 레이들에 담긴 미탈산강의 온도 및 산소 농도(ppm)을 측정하는 탐지 프로브(450)가 구비된다. 미탈산강의 온도 측정을 수행하여 승온 모드로 동작할지 여부가 결정되며, 미탈산강의 산소 농도 측정에 따라서 적정한 산소 농도가 유지되도록 하는 공정이 진행될 수 있다. 이러한 탐지 프로브의 측정값에 따른 동작 설명은 후술한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 미탈산강 정련 과정을 도시한 플로우차트이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 미탈산강의 인(P) 제거 및 승온 과정을 진행할 때의 CAS-OB 설비의 동작 모습을 도시한 도면이다.
우선, 전로에서 처리된 미탈산강이 레이들(ladle)에 담기어 CAS-OB 설비로 이송되어 오면, 레이들 내에 담긴 미탈산강의 온도를 측정한다(S41). 온도가 미리 설정된 기준 온도에 도달하지 않은 경우(S42)에는 미탈산강의 온도를 높이는 승온 과정을 진행한다(S43). 승온 과정은 미탈산강의 내부로 알루미늄(Al)과 산소(O2)를 투입하여, 이들 화합물의 화학 반응에 의하여 발열이 발생되는데, 이러한 발열로 인하여 미탈산강의 온도가 상승되는 원리를 이용한다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 파이프 선택 수단을 조작하여 산소 파이프를 스노클의 내부로 삽입하여 산소를 산소 파이프를 통하여 산소를 미탈산강으로 주입하고, 동시에 유입관을 통하여 스노클의 내부로 알루미늄을 투입하여 미탈산강으로 산소가 주입되도록 한다. 또한 화학 반응을 좋게 하여 승온 효과를 극대화하기 위하여 알루미늄과 산소 주입과 동시에 미탈산강을 교반시키는 버블링(bubbling)을 하부에서 발생시킨다. 하부 버블링은 도 6에 도시한 바와 같이 아르곤가스(Ar)와 불활성 가스를 레이들의 하부에서 발생시켜 미탈산강이 섞이도록 한다.
한편, 미탈산강의 승온을 위하여 주입되는 알루미늄과 산소의 투입량은 1:1 동일한 비율로서 주입된다. 즉, [Nm3/h] 단위를 가지는 산소 투입량과 [Kg] 단위를 가지는 알루미늄 투입량을 서로 동일한 값으로서 투입하는 것이다. 예를 들어, 알루미늄 투입량이 150[Nm3/h]인 경우 산소 투입량 역시 150[Kg]이 되도록 한다. 참고로, [Nm3/h] 단위는 원료 공기를 분리 정제시켜 분리기에서 발생되는 가스의 양을 나타내는 단위로서 시간당 Nm3(0℃, 1atm)으로 표시하는 표준 단위이며, [Kg]은 무게의 중력 하중을 나타내는 표준 단위이다.
알루미늄을 투입할 때 투입량 모두를 일시에 투입하지 않고 적정한 기본 투입량 단위로 분할하여 투입하는 것이 바람직하다. 너무 많은 양의 알루미늄을 주입할 경우에는 미탈산강 내부의 산소가 제거되는 탈산 현상이 나타날 수 있기 때문이다. 따라서 탈산 현상이 나타나지 않는 한도의 기본 투입량 단위로서 분할하여 알루미늄을 투입한다. 실험에 의하면 기본 투입량은 30Kg일 때 탈산 현상이 발생하지 않는 것으로 나타나, 30Kg씩 분할하여 투입하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 승온을 위하여 전체 150[Nm3/h]의 알루미늄을 투입할 필요가 있을 경우 30Kg씩 분할하여 총 5회에 걸쳐 투입하는 것이 바람직하다.
한편, 승온 및 탈인(P)된 미탈산강은 탈가스 공정을 수행하는 RH(Rheinstahl Huttenwerke & Heraus)로 이송되는데, RH 설비는 미탈산강 내의 산소 농도가 적정한 값을 유지하여야 설계된 탈가스 공정이 올바르게 이루어질 수 있다. 그런데 RH 설비 이전의 CAS-OB 설비에서 너무 많은 양의 알루미늄을 투입할 경우 미탈산강의 산소와 너무 많이 반응하여 미탈산강의 내부 산소 농도가 기준치(산소 농도 기준값)보다 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 반대로 CAS-OB 설비에서 너무 적은 양의 알루미늄을 투입할 경우 미탈산강의 산소가 반응되지 않아 미탈산강의 내부 산소 농도가 기준치(산소 농도 기준값)보다 올라가는 문제가 있을 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 알루미늄과 산소의 투입량은 1:1 동일한 비율로서 주입하지 않고 경우에 따라서 알루미늄 투입량을 더 많이 하거나 반대로 산소 투입량을 더 많이 하도록 조절할 수 있다. 즉, 승온 과정에서 투입되는 산소 투입량 및 알루미늄 투입량은, 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 미리 설정한 산소 농도 기준값에 해당하는지 여부에 따라서 조절될 수 있다. 예를 들어, 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 상기 산소 농도 기준값을 초과하는 경우, 산소 투입량[Nm3/h]보다 알루미늄 투입량[kg]을 더 투입하여 미탈산강 내의 산소 농도를 줄일 수 있다. 이때, 더 투입되는 알루미늄 투입량은, 산소 투입량[Nm3/h]과 알루미늄 투입량[kg]을 1:1 동일한 량으로서 투입하는 것 이외에, (미탈산강에 존재하는 산소 농도 - 산소 농도 기준값) ÷ 2의 크기[kg]를 가지는 알루미늄량을 더 투입하는 것이다. 실험을 통하여 알루미늄을 기준보다 1배 더 주입하게 되면 미탈산강의 산소 농도는 2배 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 미탈산강의 산소 농도를 줄이기 위해서는 미탈산강에 존재하는 산소 농도에서 산소 농도 기준값을 차감한 차이값의 1/2만 알루미늄을 투입하면 되기 때문이다.
반대로, 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 상기 산소 농도 기준값 미만인 경우, 알루미늄 투입량[kg]보다 산소 투입량[Nm3/h]을 더 투입하여 미탈산강 내의 산소 농도를 높일 수 있다. 이때도 더 투입되는 산소 투입량은, 산소 투입량[Nm3]과 알루미늄 투입량[kg]을 1:1 동일한 량으로서 투입하는 것 이외에, (산소 농도 기준값 - 미탈산강에 존재하는 산소 농도) ÷ 2의 크기[kg]를 가지는 산소량을 더 투입하여 이루어질 수 있다. 참고로 상기에서 산소 농도는 [ppm] 단위를 사용하며, RH 설비에서 요구되는 바람직한 산소 농도 기준값은 400ppm에 해당한다.
한편, 승온 과정을 진행하여 원하는 미탈산강의 온도에 도달하면, 산소 및 알루미늄 투입을 중지하며, 아울러 하부 버블링도 중지한다. 참고로, 미탈산강의 온도는 미탈산강의 하부에 위치하는 탐지 프로브에 의해 측정될 수 있다. 승온 과정이 완료된 미탈강에서 인(P)을 제거하는 탈인(P) 과정을 가진다(S44).
탈인 과정은 탈인 첨가제를 미탈산강에 투입하여 이루어지는데, 즉, 도 7에 도시한 바와 같이 유입관을 통하여 스노클의 내부로 탈인 첨가제를 투입하여 미탈산강으로 탈인 첨가제가 주입되도록 한다. 아울러 탈인 효과를 극대화하기 위하여 파이프 선택 수단을 조작하여 산소 파이프를 스노클의 내부에서 빼내고 대신하여 상부 버블링 파이프를 스노클의 내부에 삽입한 후, 상부 버블링 파이프를 통하여 아르곤가스와 같은 불활성 가스를 불어넣어 미탈산강을 교반시킨다. 이러한 버블링 교반을 통하여 탈인 효과를 촉진할 수 있다. 탈인 촉진을 위한 상부 버블링은, 버블링하는 불활성 가스의 유량을 200[Nm3/h], 버블링 시간을 3분 동안 유지함이 바람직하다.
상기의 탈인 첨가제는 돌가루와 같은 형태를 띤 화합물로서, 인을 제거하는 용도로 사용되는 첨가제이다. 본 발명의 실시예는 탈인 첨가제로서 Flux-B 첨가제를 사용한다. Flux-B 첨가제는 생석회(CaO) 성분 및 산화 알루미늄(Al2O3) 성분을 포함하고 있는데, 바람직하게는 생석회(CaO) 성분이 53% 포함되어 있음이 바람직하다.
상기와 같이 승온 과정 및 탈인 과정을 거침으로서, 온도가 상승되며 인(P)이 제거된 미탈산강을 RH 설비에 제공할 수 있게 된다(S45).
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.
100:레이들 200:스로클
210:유입관 300:상부 버블링 파이프
400:하부 버블링 수단 450:탐지 프로브
500:산소 파이프 600:파이프 선택 수단

Claims (10)

  1. 미탈산강에 산소(O2) 및 알루미늄(Al)을 투입하여 미탈산강의 온도를 높이는 승온 과정;
    원하는 미탈산강의 온도에 도달하면, 산소(O2) 및 알루미늄(Al) 투입을 중지하는 승온 중지 과정;
    탈인(P) 첨가제를 미탈산강에 투입하여 미탈산강으로부터 인(P)을 제거하는 탈인 과정;
    을 포함하며, 상기 승온 과정에서 투입되는 산소 투입량 및 알루미늄 투입량은, 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 미리 설정한 산소 농도 기준값에 해당하는지 여부에 따라서 조절되는 미탈산강 정련 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 승온 과정은, 산소(O2) 및 알루미늄(Al)을 투입과 함께 미탈산강의 내부를 교반시키는 하부 버블링을 수행하는 미탈산강 정련 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 승온 과정에서 투입되는 산소 투입량[Nm3/h]과 알루미늄 투입량[Kg]은 1:1 비례하여 투입되는 미탈산강 정련 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 승온 과정은, 상기 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 상기 산소 농도 기준값을 초과하는 경우, (미탈산강에 존재하는 산소 농도 - 산소 농도 기준값) ÷ 2의 크기[Kg]를 가지는 알루미늄량을 더 투입하는 미탈산강 정련 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 승온 과정은, 상기 미탈산강에 존재하는 산소 농도가 상기 산소 농도 기준값 미만인 경우, (산소 농도 기준값 - 미탈산강에 존재하는 산소 농도) ÷ 2의 크기[Kg]를 가지는 산소량을 더 투입하는 미탈산강 정련 방법
  7. 미탈산강이 담기는 레이들;
    상부면 및 하부면이 개방되어 하부면이 미탈산강의 상부에 접하는 기둥체로서, 화합물이 유입되는 유입관이 기둥체의 측벽을 관통하여 내부와 연결된 스노클;
    상기 스노클의 상부면에 삽입 가능하여 미탈산강의 내부로 산소를 불어넣는 산소 파이프;
    상기 미탈산강의 하부 내부로 불활성 가스를 불어넣어 버블링을 일으키는 하부 버블링 수단;
    상기 미탈산강의 상부 내부로 불활성 가스를 불어넣어 버블링을 일으키는 상부 버블링 파이프;
    상기 상부 버블링 파이프 또는 산소 파이프 중 어느 하나를 상기 스노클의 상부면에 삽입시키는 파이프 선택 수단;
    을 포함하며, 상기 파이프 선택 수단은,
    회전 가능한 중심축;
    중심축의 일단과 연결되는 플레이트판;
    상기 플레이트판의 대향되는 제1끝단에 구비되어 상기 산소 파이프를 상하 이동시킬 수 있는 산소 파이프 상하 이동 수단;
    상기 플레이트판의 대향되는 제2끝단에 구비되어 상기 상부 버블링 파이프를 상하 이동시킬 수 있는 상부 버블링 파이프 상하 이동 수단;
    을 포함하는 미탈산강 정련 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 7에 있어서, 미탈산강의 온도를 높이는 승온 모드로 동작할 경우에는 상기 유입관에 알루미늄이 투입되고 상기 파이프 선택 수단은 상기 산소 파이프를 상기 스노클의 상부면에 삽입시키며, 미탈산강의 인(P)을 제거하는 탈인 모드로 동작할 경우에는 상기 유입관에 탈인(P) 첨가제가 투입되고 상기 파이프 선택 수단은 상기 상부 버블링 파이프를 상기 스노클의 상부면에 삽입시키는 미탈산강 정련 장치.
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