KR101412552B1

KR101412552B1 - 탈황 효율 향상을 위한 ｌｆ 정련방법

Info

Publication number: KR101412552B1
Application number: KR1020120083662A
Authority: KR
Inventors: 이재협; 김종덕; 김해곤
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-06-26
Also published as: KR20140017167A

Abstract

본 발명은 용강이 전기로로부터 이송되어 래들에 수강되는 동시에 상기 용강에 탈산부원료를 투입하여 용강 중 산소 함량을 감소시키는 단계, 상기 래들 내에 수강이 완료된 상기 용강에 용강 성분 조정 및 탈황을 동시에 실시하기 위하여, Ca-Si 탈황부원료를 투입하여 용강 중 황 함량을 감소시키는 단계, 및 상기 용강을 교반시키는 단계를 포함하는 형강 제조용 용강의 탈황방법에 관한 것이다.

Description

탈황 효율 향상을 위한 ＬＦ 정련방법{LF-REFINING METHOD FOR IMPROVING DESULFURIZATION EFFIENCY}

본 발명은 형강 제조를 위한 전기로 래들 정련 시, 용강 내 황 성분을 효과적으로 제거하기 위한 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법에 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.

전기로에서 스크랩의 용융과 일차 정련 작업이 이루어진 후, 출강되어 나온 용강 성분의 미세조정과 탈황작업을 하는 기구를 LF(Ladle Furnace)라고 한다. LF에서는 부원료를 첨가하고 Ar 버블링(bubbling) 한 후, 아크 가열하여 탈산, 탈황에 적당하도록 용강 성분을 조정하는 2차 정련이 이루어진다.

관련된 선행기술로는 한국등록특허 제1010800호(공개일; 2005.01.14, 명칭; 전기로 래들 정련시의 실리콘 저감을 위한 정련방법)가 있다.

본 발명은, 형강 제조를 위한 전기로 래들 정련 시, 용강에 Ca-Si 탈황부원료를 투입하여 용강 중 황 함량을 효과적으로 낮출 수 있고, 동시에 용강과 슬래그의 산소 함량을 낮출 수 있는 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법을 제공하기 위한 것이다.

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

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법은 용강이 전기로로부터 이송되어 래들에 수강되는 동시에 상기 용강에 탈산부원료를 투입하여 용강 중 산소 함량을 감소시키는 단계, 상기 래들 내에 수강이 완료된 상기 용강에 용강 성분 조정 및 탈황을 동시에 실시하기 위하여, Ca-Si 탈황부원료를 투입하여 용강 중 황 함량을 감소시키는 단계, 및 상기 용강을 교반시키는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 용강을 교반시키는 단계 이후에, 상기 용강의 성분 중 황의 함량을 분석하여, 상기 용강 중 황(S) 성분의 함량이 0.01 wt% 초과이면 상기 Ca-Si 탈황부원료를 더 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 탈산부원료는, Si-Mn 탈산제, 및 생석회(CaO)를 포함할 수 있다.

상기 Ca-Si 탈황부원료는, Ca 5 내지 10 wt%, Si 30 내지 50 wt%, Fe 40 내지 50 wt%를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법에 따르면, 형강 제조를 위한 전기로 래들 정련 시, 용강에 Ca-Si 탈황부원료를 투입하여, 용강 중 황 함량을 효과적으로 낮출 수 있고, 동시에 용강과 슬래그의 산소 함량을 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 전기로 래들 정련 공정을 순서에 따라 간략하게 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 전기로 래들 내부로 Ca-Si 탈황부원료 투입시, Ca-Si 탈황부원료와 용강 및 슬래그의 반응을 개념적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 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.

일반적으로 전기로 래들은 전기로로부터 철광석이 용해된 형태의 용강(M)을 받아 수용하여 용강 내의 일정 원소의 함량을 조절하는 2차 정련 작업을 수행한 후 출탕하기 위해 사용되는 것이다.

도 1은 본 발명과 관련된 전기로 래들(10) 정련 공정을 순서에 따라 간략하게 나타낸 순서도로서, 본 발명의 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법은 용강 중 산소 함량을 감소시키는 단계(S10), 용강 중 황 함량을 감소시키는 단계(S20), 및 용강을 교반시키는 단계(S30)를 포함할 수 있다.

우선, 전기로로부터 이송되어 래들(10)에 수강되는 용강에, 수강과 동시에 탈산부원료(200)를 투입하여 용강 중 산소 함량을 감소시킨다.(S10) 여기서, 탈산부원료(200)는 Si-Mn 탈산제, 및 생석회(CaO)를 포함할 수 있다. 이렇게 탈산부원료(200)가 투입되면, 아래 반응식과 같이, 탈산부원료(200)에 포함된 Mn 성분이 용강 중 산소(O)와 반응하여 MnO₂이 형성되어, 용강 중 산소 함량을 감소시키게 된다. 이때, 형성된 MnO₂는 용강보다 밀도가 낮으므로, 용강 상단으로 부유되어 슬래그층을 형성시킨다.

반응식

Mn + 2O ㅡ> MnO₂(gas)↑

또는, 탈산부원료(200)에 포함된 Mn 성분과 Ca 성분이 용강 중 산소(O)와 반응하여 Mn-Ca-O 복합산화물이 형성되어 용강 중 산소 함량을 감소시키게 된다. 이때, 형성된 Mn-Ca-O 복합산화물 또한 용강보다 밀도가 낮으므로, 용강 상단으로 부유되어 슬래그층을 형성시킨다.

이후, 전기로 래들(10) 내에 수강이 완료된 상기 용강에 용강 성분 조정 및 탈황을 동시에 실시하기 위하여, Ca-Si 탈황부원료(100)를 투입하여 용강 중 황 함량을 감소시킨다.(S20) 그리고, Ca-Si 탈황부원료(100)의 투입을 통한 용강 성분 조정 및 탈황 반응을 촉진하기 위하여 용강을 교반시키게 된다.(S30)

여기서, Ca-Si 탈황부원료(100)는 Ca, Si, 및 Fe 성분을 포함할 수 있다. 구체적으로, Ca-Si 탈황부원료(100)에 포함된 각 성분은 도 2에 도시된 바와 같이 용강 및 슬래그와 반응하게 된다. 더욱 구체적으로, Ca-Si 탈황부원료(100)의 Ca 성분은 용강에 포함된 황(S) 성분과 직접 반응하여 CaS를 형성시킴으로써 용강 중 황 함량을 감소시킬 뿐만 아니라, 용강 및 슬래그에 포함된 산소(O)와 반응하여 CaO를 형성시켜 용강 및 슬래그의 산소(O) 함량을 감소시킨다.

그리고, Ca-Si 탈황부원료(100)의 Si 성분은 탈황부원료(100)에 포함된 Ca의 증기압을 낮춰 Ca 실수율을 향상시킴과 동시에, 용강 내로 유입되어 용강 중 Si 함량을 증가시키게 된다. 이외, Ca-Si 탈황부원료(100)의 Fe 성분은 용강 및 슬래그로 유입되어, 용강 중 Fe 함량을 높이게 된다.

이때, Ca-Si 탈황부원료(100)의 조성은 Ca 5 내지 10 wt%, Si 30 내지 50 wt%, Fe 40 내지 50 wt%를 포함할 수 있다. 여기서, Ca 성분이 5 wt%미만이면 용강의 탈황반응 및 용강과 슬래그에서의 탈산 반응에 참여할 Ca 성분이 매우 적어, 탈황 및 탈산 효과가 미미할 수 있다. 또한, Ca 성분이 10 wt%초과이면 Ca 성분이 과도하게 많아, 용강의 탈황반응 및 용강과 슬래그에서의 탈산 반응에 참여하고 남은 Ca 성분이 전로 내에서 개재물로 형성될 수도 있다.

그리고, Si 성분이 30 wt%미만이면 탈황부원료(100)에 포함된 Ca의 증기압을 충분히 낮추지 못하여 Ca 성분의 손실을 야기할 수 있으며, Si 성분이 50 wt%초과이면 용강 내로 유입되는 Si 성분이 과도하게 많아 Si 성분을 저감시키고자 실시되는 탈규 공정이 과도하게 요구될 수 있다. 이외, Fe 성분은 용강의 주요 성분으로서 그 함량에 크게 영향을 받지 않으나, Ca-Si 탈황부원료(100)의 다른 성분들 간의 혼합비를 유지하게 위하여 적당 범위로 포함된다.

용강의 교반은 전기로 래들(10)에 용강(M)이 장입과 Ca-Si 탈황부원료(100)의 투입이 완료된 이후, 용강 및 슬래그로 가스를 취입시켜 이루어진다. 구체적으로, 이러한 교반은 아르곤 가스 또는 산소 가스 등을 적어도 하나 이상의 풍구(30)를 통하여 전기로 래들(10) 내부로 상부취련, 하부취련, 복합취련 등의 공정을 실시하여 이루어지게 된다.

즉, 용강(M) 내 아르곤 가스 또는 산소 가스를 취입시켜 용강을 교반하면서 투입된 Ca-Si 탈황부원료(100)와 용강(M)의 정련 반응을 최대한 촉진할 수 있게 되는 것이다. 더욱 구체적으로, 취입되는 아르곤 가스는 용강의 교반을 활성화시키게 되고, 산소 가스는 용강 내 산소를 공급하게 되는 것일 수 있다.

그리고, 용강을 교반시키는 단계 이후에, 용강의 성분 중 황의 함량을 분석하여, 그 분석 결과에 따라 Ca-Si 탈황부원료(100)를 더 투입할 수도 있다. 구체적으로, 분석 결과 용강 중 황(S) 성분의 함량이 0.01 wt% 초과인 경우에, 탈황능을 높이기 위하여 Ca-Si 탈황부원료(100)를 더 투입할 수 있다.

한편, 전기로 정련 공정 시 용강 내 투입시키는 탈황부원료로서, 기존의 Fe-Si 탈황부원료(비교예)와 본 발명의 Ca-Si 탈황부원료(실시예; 100)의 탈황효율을 비교하여 보면, 아래의 표와 같다.

	비교예(Fe-Si 탈황부원료)	실시예(Ca-Si 탈황부원료)
전로 수강 시 용강 중 황 함량(wt%)	0.05 ~ 0.06 (평균값 : 0.055)	0.05 ~ 0.06 (평균값 : 0.055)
전로공정 완료 시 용강 중 황 함량(wt%)	0.01 ~ 0.015 (평균값 : 0.013)	0.007 ~ 0.011 (평균값 : 0.009)
탈황률(%)	76	84

구체적으로 살펴보면, 탈황부원료로서 기존의 Fe-Si 탈황부원료(비교예) 투입 시 탈황률보다, 본 발명의 Ca-Si 탈황부원료(실시예; 100) 투입 시 탈황률이 높아, 전기로 정련 공정의 용강 탈황에 더욱 효과적임을 확인할 수 있다.

상기와 같은 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법은 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: 전기로 래들
30: 풍구
100: Ca-Si 탈황부원료
200: 탈산부원료

Claims

용강이 전기로로부터 이송되어 래들에 수강되는 동시에 상기 용강에 탈산부원료를 투입하여 용강 중 산소 함량을 감소시키는 단계;
상기 래들 내에 수강이 완료된 상기 용강에 용강 성분 조정 및 탈황을 동시에 실시하기 위하여, Ca-Si 탈황부원료를 투입하여 용강 중 황 함량을 감소시키는 단계; 및
상기 용강을 교반시키는 단계;를 포함하며,
상기 Ca-Si 탈황부원료는, Ca 5 내지 10 wt%, Si 30 내지 50 wt%, Fe 40 내지 50 wt%를 포함하는 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용강을 교반시키는 단계 이후에,
상기 용강의 성분 중 황의 함량을 분석하여, 상기 용강 중 황(S) 성분의 함량이 0.01 wt% 초과이면 상기 Ca-Si 탈황부원료를 더 투입하는 단계를 더 포함하는 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법.
청구항 1에 있어서,
상기 탈산부원료는, Si-Mn 탈산제, 및 생석회(CaO)를 포함하는 탈황 효율 향상을 위한 LF 정련방법.
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