KR101400052B1 - 전로 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 정련 중 목표 온도에 도달하기 위하여 다이나믹 산소량을 예측하여 전로 정련을 수행하는 방법에 관한 것으로, 전로 정련 종점에서 용강의 목표 온도를 설정하는 단계와, 상기 전로 정련 종점까지 취입해야 하는 전체 산소량의 70~80% 취입 시점(다이나믹 측정 시점)에서 상기 전로 내 다이나믹 온도 및 상기 전로 내 용강의 탄소 농도를 측정하는 단계와, 상기에서 측정된 상기 다이나믹 온도 및 탄소 농도와 추가적으로 설정된 변수들에 의하여, 상기 다이나믹 측정 시점부터 상기 정련 종점에서 목표 온도 도달시까지 취입해야 하는 다이나믹 산소량을 산출하는 단계 및 상기에서 산출된 다이나믹 산소량에 맞추어 상기 전로 내로 산소를 취입하여 전로 정련을 실시하는 단계를 포함하는 전로 정련 방법을 제공한다.

Description

전로 정련 방법{REFINING METHOD FOR MOLTEN STEEL IN CONVERTER}

본 발명은 전로 정련 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전로 정련 중 목표 온도에 도달하기 위하여 다이나믹 산소량을 예측하여 전로 정련을 수행하는 방법에 관한 것이다.

철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈황 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다. 이와 같이 제조된 용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정과 1차 정련된 용강 내 성분을 다시 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거쳐 성분 조정이 완료된다. 2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일, 후판 등 목표하는 최종 제품으로 제조된다.

전로 정련은 용강을 수용한 전로의 상단에 위치한 랜스를 통하여 고압의 산소 가스가 취입되고, 산소 가스가 용강 내의 성분과 반응하여 탈탄 등의 성분 조정을 실시하게 된다. 이와 같은 정련 과정을 통하여 용강의 상단에는 슬래그가 형성되는데 슬래그를 구성하는 주요 성분은 SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅, FeO 등이다. 1차 정련이 완료되면 전로에 형성된 출강구를 통해 용강을 래들로 출강한다.

이때 전로 정련 시 전체 취입 산소량의 70~80%가 취입된 시점서의 용강온도 및 탄소농도를 각각 다이나믹 온도 및 다이나믹 탄소농도라고 한다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제1008072호(등록일: 2011. 1. 6. 발명의 명칭:전로정련방법)가 있다.

본 발명은 전로 정련 시 다이나믹 산소량을 정확하게 산출하여, 정련 목표 온도에 효과적으로 도달할 수 있는 전로 정련 방법 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전로 정련 방법은, 전로 정련 종점에서 용강의 목표 온도를 설정하는 단계와, 상기 전로 정련 시 취입해야 하는 전체 산소량의 70~80% 취입 시점(다이나믹 측정 시점)에서 상기 전로 내 다이나믹 온도 및 상기 전로 내 용강의 탄소 농도를 측정하는 단계와, 상기에서 측정된 상기 다이나믹 온도 및 탄소 농도와 추가적으로 설정된 변수들에 의하여, 상기 다이나믹 측정 시점부터 상기 용강의 목표 온도 도달시까지 취입해야 하는 다이나믹 산소량을 산출하는 단계 및 상기에서 산출된 다이나믹 산소량에 맞추어 상기 전로 내로 산소를 취입하여 전로 정련을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 산출하는 단계에서, 상기 설정된 변수는, 전로 내 용선비와, 상기 전로 내 용선량과 스크랩양의 합인 전장입량과, 전로의 수명과, 용선 내 규소함량과, 상기 다이나믹 측정 시점에서 측정된 취입 산소량과, 정련 시 용강의 목표 온도와, 전체 정련 중 발생 예상되는 슬래그량 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 산출하는 단계에서, 상기 다니아믹 산소량은, 상기 다이나믹 온도 및 탄소 농도와 상기 설정된 변수들의 합에 의하여 산출될 수 있다.

상기 다이나믹 산소량은, 하기 관계식에 의하여 산출될 수 있다.

관계식

다이나믹 산소량 (Nm³) = -X1 + (-X2 × 용선비(%)) + (X3 × 전장입량(kg)) + (X4 × 전로 수명) + (-X5 × 용선 내 규소함량(중량%)) +(X6 × 다이나믹 탄소 함량(중량%)) + (-X7 × 다이나믹 온도(℃)) + (-X8 × 다이나믹 측정 시점에서의 취입 산소량) + (X9 × 정련기 용강의 목표 온도(℃)) + (X10 × 전체 정련 중 발생 예상되는 슬래그량(kg))

(상기 X1 내지 X10은 회귀분석에 의해 도출된 상수로서, X1=5184, X2=13.6, X3=0.0131, X4=0.103, X5=224, X6=824, X7=9.63, X8=0.204, X9=13.2, X10=0.0129임)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다이나믹 산소량을 정확하게 산출하여, 이에 따른 정확한 양의 산소 취입을 가능케 하여 정련 목표 온도에 효과적으로 도달함으로써 전로 정련을 용이하고 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전로 정련 방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전로 정련 방법을 설명하기 위한 전로 정련 시 다이나믹 시점을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전로 정련 방법의 효과를 설명하기 위한 실시예의 전로 정련 목표 온도 도달 결과를 비교예와 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다. 도면을 참조하면, 일반적으로 전로(10)는 철광석이 용해된 형태의 용선(M)을 받아 수용하여 용선 내의 일정 원소의 함량을 조절하는 작업을 수행하여 출탕하기 위해 사용되는 것으로, 정련이 완료된 상태의 용강(M)은 출강구(11)를 통해 래들로 출탕한다.

전로(10) 정련은 먼저 전로(10)에 용선(M)이 장입되면 기울어져 있던 전로(10)를 똑바로 세운 후, 상부에서 가스를 취입할 수 있는 랜스(20)를 전로(10) 내부로 삽입하여 장입된 용선(M)의 상부로 고압의 가스를 불어넣게 된다. 이때 전로(10)의 하부에도 가스를 취입할 수 있는 저취 풍구가 설치될 수 있다. 즉, 전로(10)의 상부에서는 랜스(20)를 통해 가스를 용선의 상부에 불어넣고, 전로(10)의 하부 즉 장입된 용선(M)의 바닥에서는 가스 저취 풍구를 통해 아르곤 가스가 용선 내로 취입한다.

이때 용선(M) 내 저취풍구를 통해 불활성 가스 취입을 통해 용선을 교반하면서 상부에서 부원료를 투입하고 상부랜스를 통해 고압의 산소를 취입하여 용선(M) 내 정련 반응을 최대한 촉진할 수 있다. 이와 같이 산소 및 아르곤 가스와 부원료의 투입으로 인해 정련된 상태의 용강(M)의 상부에는 슬래그가 형성되며, 이 슬래그를 배제한 후 후속 공정을 위해 용강(M)을 출강구(11)로 출탕하고 후속 공정으로 이송시키게 된다.

일반적으로, 전로 정련 조업 시 종료점에서 용강의 목표온도가 정해지게 되는데, 이처럼 용강이 목표 온도에 도달할 수 있도록 하기 위하여 정련 70~80%도달 시점에 용강 내로 서브랜스를 장입하여 용강 샘플링 및 온도 측정을 통해 이 시점에서의 용강 온도 및 용강 내 탄소농도를 측정한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전로 정련 방법을 순서에 따라 도시한 순서도로서, 이를 참조하면 먼저 전로 정련 시 용강의 목표온도를 설정한다(S10). 이때의 목표온도는 정련 종점에서의 용강이 도달해야하는 온도를 의미하는 것으로서 후속 공정을 거쳐 연속주조 공정에 도달할 때까지 용강이 적정 온도를 유지할 수 있도록 목표온도를 설정해야 한다. 전로 정련 종점에서 용강의 목표온도는 일반적으로 1600℃~1700℃ 부근이며 목표 온도를 도달 한 후 전로에서 래들로 용강을 출탕하게 된다.

이처럼 전로 종점에서의 용강 목표온도를 설정한 후 전로 정련 조업을 수행하다가, 도 3에 도시한 바와 같이, 전로 정련이 70~80% 수행된 시점, 구체적으로 전로 정련 시 취입해야 하는 총 산소량의 70~80%가 취입된 시점(이하, '다이나믹 시점'이라 함)에서 전로 내 용강 온도(이하, '다이나믹 온도'라 함)와 용강 내 탄소 농도(이하, '다이나믹 탄소 함량'이라 함)를 측정한다. 다이나믹 시점에서 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소 함량의 측정을 용강 내 서브랜스를 장입하여 이루어지게 된다.

이와 같이 서브랜스를 이용하여 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소함량을 측정하는 이유는 다이나믹 시점부터 전로 정련 종료시까지 취입해야하는 나머지 산소량(이하, '다이나믹 산소량'이라 함)을 계산하여 이를 전로 정련 종료시까지 정확히 취입하여 목표온도에 효과적으로 도달하게 하기 위함이다.

본 발명에서 다이나믹 시점에 측정된 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소 함량과 추가적으로 전로 정련 조업 중 실측 가능한 변수들에 의하여 다이나믹 시점부터 정련 종점에서의 용강 목표온도 도달시까지 취입해야하는 산소량인 다이나믹 산소량을 산출한다(S20).

일반적으로 다이나믹 시점에 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소 함량을 측정하여 이를 변수로 하여 정련 종점에서의 용강 목표 온도시 까지 취입해야하는 다이나믹 산소량을 계산하고 있으나, 전로 조업 시 발생할 수 있는 다양한 조업 변수들이 반영되지 않기 때문에 계산에 의해 산출된 다이나믹 산소량 값의 오류가 커서 실제 조업시에 사용되는 경우 오류가 발생하였다. 때문에 전로 정련 종점에서 정련 작업결과를 재차 확인해 가면서 용강 온도를 다시 맞추고 출강 작업을 수행해야하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 최소화하기 위하여 본 발명에서는 다이나믹 시점에 측정된 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소함량 이외에 추가적으로 조업 변수들을 다양하게 반영하여 다이나믹 산소량을 산출하는 것이다.

본 발명에서 추가적으로 설정되는 변수는, 전로 내 용선비(%)와, 상기 전로 내 용선량과 스크랩양의 합인 전장입량(kg)과, 전로의 수명과, 용선 내 규소함량(중량%)과, 상기 다이나믹 측정 시점에서 측정된 취입 산소량(Nm³)과, 정련 목표 온도(℃)와, 전체 정련 중 발생 예상되는 슬래그량(kg) 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.

구체적으로, 전로 내 용선비는 전로 내에 장입되는 용선과 스크랩의 총량인 전장입량 중에서 용선이 차지하는 비율(%)로 정의한다.

이러한 추가 변수들은 전로 정련 조업 중 다이나믹 산소량에 영향을 주는 것으로서 여러차례의 조업을 통해 데이터를 산출하고 이를 다중 선형 회귀분석하여 각각의 변수들에 대한 정량적인 값을 산출한 것이다.

또한, 본 발명에서는 다이나믹 시점에서 측정된 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소함량과 상술한 변수들의 합에 의해 다이나믹 산소량을 산출한다. 구체적으로, 본 발명에서 다이나믹 산소량은 하기 관계식에 의해 산출되는 것이 바람직하다.

관계식

다이나믹 산소량 (Nm³) = -X1 + (-X2 × 용선비(%)) + (X3 × 전장입량(kg)) + (X4 × 전로 수명) + (-X5 × 용선 내 규소함량(중량%)) +(X6 × 다이나믹 탄소 함량(중량%)) + (-X7 × 다이나믹 온도(℃)) + (-X8 × 다이나믹 측정 시점에서의 취입 산소량) + (X9 × 정련기 용강의 목표 온도(℃)) + (X10 × 전체 정련 중 발생 예상되는 슬래그량(kg))

이는 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소함량 및 조업 변수들을 통해 다중 선형 회귀분석을 실시하여 얻은 정량적 관계식으로서, 이때 상기 X1 내지 X10은 회귀분석에 의해 도출된 상수이다. 상기 X1 내지 X10의 실제 산출 값은 하기 표 1과 같다.

다이나믹 산소량(Nm3)
상수 구분	설정값
X1	5184
X2	13.6
X3	0.0131
X4	0.103
X5	224
X6	824
X7	9.63
X8	0.204
X9	13.2
X10	0.0129

상기 관계식에 의하여 다이나믹 온도, 다이나믹 탄소함량 및 실제 정련 조업 변수들을 반영하여 다이나믹 산소량을 산출한 후, 산출된 다이나믹 산소량에 맞추어 전로 내로 정련 종점 시까지 산출된 산소량만큼의 산소를 취입하여 정련을 실시한다(S40).

본 발명에서는 실제 조업시 발생하는 변수들에 대한 영향을 모두 반영하여 다이나믹 산소량을 산출하기 때문에 산출되는 다이나믹 산소량의 오차가 적어 다이나믹 시점부터 정련 종점까지 취입되는 산소량이 정확하고 이에 따라 효율적인 전로 정련 작업을 실시할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의하여 산출된 다이나믹 산소량을 취입하여 실제 정련을 실시한 결과와 다이나믹 온도와 다이나믹 탄소함량만을 변수로하여 실제 정련을 실시한 비교예의 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.

정련 종점에서의 용강 목표 온도가 1640~1710℃사이 일때, 실제 측정된 온도의 실시예에서는 1640~1710℃로 측정되어 용강 목표 온도와 거의 일치하여 편차가 매우 적은 편이나, 비교예에서는 1620~1730℃로 측정되어 용강 목표 온도에서 벗어나는 경우가 많이 발생하며 큰 편차를 보이는 것을 확인할 수 있다.

이처럼 본 발명은 실제 정련 시 발생하는 조업 변수까지 반영하는 다이나믹 산소량을 산출함으로써, 그 산출값이 정확하고 이에 따라 정확한 양의 산소 취입을 가능케 하므로, 정련 종점에서 용강의 목표 온도에 효과적으로 도달할 수 있도록 하여 전로 정련을 용이하고 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.

이와 같은 전로 정련 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: 전로 11: 출강구
20: 랜스 M: 용선(정련 후 용강)

Claims (4)

1. 전로 정련 종점에서 용강의 목표 온도를 설정하는 단계;
   상기 전로 정련 시 취입해야 하는 전체 산소량의 70~80% 취입 시점(다이나믹 측정 시점)에서 상기 전로 내 다이나믹 온도 및 상기 전로 내 용강의 탄소 농도를 측정하는 단계;
   상기에서 측정된 상기 다이나믹 온도 및 탄소 농도와 추가적으로 설정된 변수들에 의하여, 상기 다이나믹 측정 시점부터 상기 용강의 목표 온도 도달시까지 취입해야 하는 다이나믹 산소량을 산출하는 단계; 및
   상기에서 산출된 다이나믹 산소량에 맞추어 상기 목표 온도 도달 시까지 상기 전로 내로 산소를 취입하여 전로 정련을 실시하는 단계;를 포함하고,
   상기 다이나믹 산소량은, 하기 관계식에 의하여 산출되는 전로 정련 방법.
   관계식
   다이나믹 산소량 (Nm³) = -X1 + (-X2 × 용선비(%)) + (X3 × 전장입량(kg)) + (X4 × 전로 수명) + (-X5 × 용선 내 규소함량(중량%)) +(X6 × 다이나믹 탄소 함량(중량%)) + (-X7 × 다이나믹 온도(℃)) + (-X8 × 다이나믹 측정 시점에서의 취입 산소량) + (X9 × 정련기 용강의 목표 온도(℃)) + (X10 × 전체 정련 중 발생 예상되는 슬래그량(kg))
   (상기 X1 내지 X10은 회귀분석에 의해 도출된 상수로서, X1=5184, X2=13.6, X3=0.0131, X4=0.103, X5=224, X6=824, X7=9.63, X8=0.204, X9=13.2, X10=0.0129임)
   
   
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