KR101412560B1 - 전로정련시 황 상승량 예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 KR 공정과 전로 공정 사이에서 전로 공정을 통해 상승될 황 상승량의 상승량을 예측하는 전로정련시 황 상승량 예측방법에 관한 것으로, KR(Kanvara Reactor)공정에서 탈황을 마친 용선의 황(S) 함량을 측정하는 단계, 전로공정에 투입될 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입량을 입력받는 단계, 및 상기 용선의 황(S) 함량, 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입양으로 황의 상승량(△S)을 계산하는 단계를 제공한다.

Description

전로정련시 황 상승량 예측방법{METHOD FOR PREDICTING INCREASE VOLUME OF SULFUR IN CONVERTER REFINING}

본 발명은 황 상승량 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 KR 공정과 전로 공정 사이에서 전로 공정을 통해 상승될 황 상승량의 상승량을 예측하는 전로정련시 황 상승량 예측방법에 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.

용선은 1차 정련 즉 탈탄과 탈산 처리 전에 예비처리 과정을 거치게 되는데 용선 예비처리는 필요에 따라 용선의 황이나 인 성분을 제거하는 탈황, 탈린 공정을 일컫는다. 용선 예비처리는 기계식교반기에서 이루어질 수도 있으며, 예비처리가 완료된 용선은 후속 공정인 1차 정련을 위해 전로 공정으로 옮겨지게 된다.

이때, 전로에 장입된 용선에 스크랩 및 부원료들이 투입되어 1차 정련을 진행하고 전로 공정이 완료되어야 용강 중의 황의 함량을 알 수 있다.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제2012-0074367호(공개일:2012.07.06.,명칭: 저류강 제조방법)가 있다.

본 발명은 KR공정 종료 후의 황의 함량과 전로 공정 시 투입될 스크랩 및 부원료의 데이터에 따라 전로 공정 전에 상승될 황의 상승량을 예측하는 전로정련시 황 상승량 예측방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 예측한 황의 상승량을 이용하여 목표 강종에 적합한 황의 함량을 제어하기 위한 전로정련시 황 상승량 예측방법을 제공하기 위한 것이다.

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

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전로정련시 황 상승량 예측방법은, KR(Kanvara Reactor)공정에서 탈황을 마친 용선의 황(S) 함량을 측정하는 단계; 전로공정에 투입될 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입량을 입력받는 단계; 및 상기 용선의 황(S)함량, 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입양으로 황 상승량(△S)을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기에서 예측되는 황의 상승량(△S)은 하기의 관계식과 같이 계산될 수 있다.

관계식

이때, A는 KR 처리된 황 함량(ppm), B는 후배재시간(min), C1은 황 함량이 0.01wt%미만인 스크랩의 양(ton), C2는 황 함량이 0.01wt%이상인 스크랩의 양(ton), D1은 황 함량이 0.04wt% 미만인 부원료의 양(ton), D2는 황 함량이 0.04wt%이상인 부원료의 양(ton)를 나타냄.

또한, 상기에서 계산된 황의 상승량(△S)에 상기 용선의 황(S) 함량을 가산하여 전로 종점에서의 황 함량을 예측하고, 예측된 전로 황 함량과 임계값을 비교하여 전로 황 함량이 임계값보다 크면, 전로공정에서 투입될 스크랩 및 부원료의 배합량를 제어할 수 있다.

또한, 상기 임계값은 목표 강종에 따른 황(S)의 상한값 또는 평균값일 수 있다.

또한, 상기 황 상승량(△S)을 계산하는 단계는 전로공정이 개시되기 전에 수행될 있다.

이상에서 설명한 바와 같이,

본 발명은 KR 공정 및 전로공정 사이에서 황의 상승량을 예측할 수 있어 전로종점에서의 용강 내 황 함량 또한 예측할 수 있어 목표 강종에 해당하는 황 함량을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 필요이상의 스크랩 및 부원료의 사용을 막을 수 있는 효과가 있어 원료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전로종점에서의 용강 내 황 함량을 예측할 수 있어 황(S) 격외 우려시 전로 조업 조건을 변경하여 황(S) 격외율을 저감시키는 효과가 있다.

또한, 황 격외율을 저감시킴으로써 생산성 향상 및 원가 절감의 효과를가져올 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전로정련시 황 상승량 예측방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 KR 공정 및 전로 공정별 황 함량 측정 및 예측을 나타낸 도면이다.
도 4는 KR처리 후의 황 함량과 황 상승량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전로정련시 황 상승량 예측방법을 이용한 전로종점의 황 함량 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

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, 용선은 1차 정련 즉 탈탄과 탈산 처리 전에 예비처리 과정을 거치게 되는데 용선 예비처리는 필요에 따라 용선의 황이나 인 성분을 제거하는 탈황, 탈린 공정을 일컫는다. 용선 예비처리는 기계식 교반기(KR: Kanvara reactor)에서 이루어질 수도 있다.

일반적으로 전로(10)는 철광석이 용해된 형태의 용선(M)을 KR 공정에서 전달받아 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 저취 풍구를 통해 불활성 가스 취입을 통해 용선을 교반하면서 상부에서 부원료를 투입하고 상부 랜스를 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.

이러한 공정들에서, 슬라브의 생산성 향상 등을 목적으로 전로 종점에서의 용강 샘플은 채취하지 않고, 전로 이후 공정인 버블링 스테이션(B/S)공정에서 채취한 용강 샘플로 각종 성분 함량을 확인하기 때문에 전로 조업 시에는 황의 함량을 알지 못한다.

따라서, 전로 종점이전에 황 함량을 알지 못하므로, 황 상승량을 이용하여 전로 종점에서의 황 함량을 예측하고, 목표 강종에 따른 황 함량 이내의 용강으로 제어하려한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 황 상승량 예측방법을 나타낸 흐름도이다. 먼저, 황 상승량 예측방법을 설명하기에 앞서 측정된 하기의 황 함량에 대한 명칭을 정의한다.

용선의 황 함량은 KR 공정을 마친 황을 의미하고, 황 상승량(△S)은 전로종점의 황 함량과 용선 황 함량의 편차를 의미하며, 전로 황 함량은 예측된 황 상승량과 용선의 황 함량의 합으로 예측된 황을 의미한다.

또한, 전로 종점의 황 함량은 실제로 측정되는 전로 공정을 마칠 때의 황 함량을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 황 상승량 예측방법은 다음과 같다.

먼저, KR(Kanvara Reactor)공정에서 탈황을 마친 용선의 황(S) 함량을 측정한다(S110). 이는 도 3의 ①과 같이 KR 공정을 마친 용선으로 측정할 수 있다.

여기서, KR은 기계적 교반 공정을 의미하고, 이는 임펠러(교반기)를 용선 중에 일정깊이까지 침적시켜 일정한 속도로 회전시킴으로써, 기계적 교반력을 이끌어 내어 탈황 반응시킨다.

이렇게 탈황된 용선을 샘플링하여 용선의 황 함량을 측정하게 된다.

이어서, 전로공정에 투입될 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입량을 입력받는다(S120).

이때, 전로공정에 투입될 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입량은 KR공정을 진행하면서도 이미 준비되어 있어, 준비된 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입량을 미리 알 수 있다.

이렇게 미리 준비된 스크랩 및 부원료 중 스크랩은 황 함량 0.01wt%를 기준으로 이상이거나 미만인 종류로 분류하고, 부원료는 황 함량 0.04wt%를 기준으로 이상이거나 미만인 종류로 분류할 수 있다.

여기서, 스크랩은 다양한 분야에서 사용된 고철류라 일일이 정의하기보다 스크랩에 포함된 황 함량을 기준으로 구분하였으며, 부원료 또한 소결광등과 같이 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류가 다양하여 황 함량을 기준으로 구분한다.

마지막으로, 상기 용선의 황(S) 함량, 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입양으로 황의 상승량(△S)을 계산한다(S130). 이는 도 3의 ②와 같이 KR 공정을 마친 용선 및 후배재시간과 전로 공정에 투일될 스크랩 및 부원료로 전로 공정을 진행하기 전에 측정할 수 있다.

이때, 황의 상승량(△S)은 하기와 같은 관계식 1로 계산된다.

관계식 1

이때, A는 KR 처리된 황 함량(ppm), B는 후배재시간(min), C1은 황함량이 0.01wt%미만인 스크랩의 양(ton), C2는 황 함량이 0.01wt%이상인 스크랩의 양(ton), D1은 황 함량이 0.04wt% 미만인 부원료의 양(ton), D2는 황 함량이 0.04wt%이상인 부원료의 양(ton)을 나타낸다.

여기서, 후배재시간은 KR 공정에서 탈황을 진행하고, 용강으로부터 생성된 슬래그를 제거하는 시간을 의미한다.

도 4는 KR처리 후의 용선의 황 함량과 황 상승량(△S)의 관계를 나타낸 그래프로, KR 처리 후 용선의 황 함량, 전로에 유입되는 KR 슬래그 양, 전로에 투입되는 스크랩 및 부원료 등에 따라 황 상승되는 만큼의 편차를 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

상기와 같은 황 상승량(△S) 예측방법을 이용한 전로종점의 황 함량 제어방법은 도 5와 같다.

먼저, 황 상승량에 KR을 마친 용선의 황 함량을 가산하여 전로 황 함량을 예측한다. 이때, 도 3의 ③과 같이 이미 ①과 ②에서 측정하고 예측한 용선의 황 함량과 황 상승량으로 전로종점에서의 전로 황 함량을 예측할 수 있다.

즉, 전로 황 함량 = 용선의 황 함량(ppm) + 황 상승량(ppm)이 된다. 이는 전로종점에서의 황 함량이 예측된 것이지 전로종점의 황 함량은 아니다.

이어서, 예측된 전로 황 함량과 임계값을 비교한다. 이때, 임계값은 목표하는 강종에 함유될 수 있는 있는 황 함량의 상한값이거나 평균값이 될 수 있다.

이어서, 예측된 전로 황 함량이 임계값보다 크면 전로 공정에 투입될 스크랩 및 부원료의 배합량을 제어하여 전로 종점의 황 함량을 조절할 수 있다. 이때, 임계값의 차에 따라 스크랩과 부원료의 양을 조절할 수 있다. 즉, 전로 공정에 투입되기전에 스크랩과 부원료의 양을 사전에 조절하여 전로 공정을 마칠 수 있다.

따라서, 본 발명은 KR 공정 및 전로공정 사이에서 황의 상승량을 예측할 수 있어 전로종점에서의 용강 내 황 함량 또한 예측할 수 있어 목표 강종에 해당하는 황 함량을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 필요이상의 스크랩 및 부원료의 사용을 막을 수 있는 효과가 있어 원료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전로종점에서의 용강 내 황 함량을 예측할 수 있어 황(S) 격외 우려시 전로 조업 조건을 변경하여 황(S) 격외율을 저감시키는 효과가 있다.

또한, 황 격외율을 저감시킴으로써 생산성 향상 및 원가 절감의 효과를 가져올 수 있다.

여기서, 황 격외율이란 전체 생산되는 강종 중에 황이 범위를 벗어난 비율을 의미한다.

상기와 같은 황 상승량 예측방법은 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

Claims (5)

1. KR(Kanvara Reactor)공정에서 탈황을 마친 용선의 황(S) 함량을 측정하는 단계;
   전로공정에 투입될 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입량을 입력받는 단계; 및
   상기 용선의 황(S) 함량, 스크랩 및 부원료의 종류 및 투입양으로 황 상승량(△S)을 계산하는 단계;를 포함하며,
   상기에서 예측되는 황의 상승량(△S)은 하기의 관계식과 같이 계산되는 전로 정련시 황 상승량 예측방법.
   관계식
   

   

   
   이때, A는 KR 처리된 황 함량(ppm), B는 후배재시간(min), C1은 황함량이 0.01wt%미만인 스크랩의 양(ton), C2는 황 함량이 0.01wt%이상인 스크랩의 양(ton), D1은 황 함량이 0.04wt 미만인 부원료의 양(ton), D2는 황 함량이 0.04wt%이상인 부원료의 양(ton)를 나타냄
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기에서 계산된 황의 상승량(△S)에 상기 용선의 황(S) 함량을 가산하여 전로 종점에서의 황 함량을 예측하고, 예측된 전로 황 함량와 임계값을 비교하여 전로 황 함량이 임계값보다 크면, 전로공정에서 투입될 스크랩 및 부원료의 배합량를 제어하는 전로 정련시 황 상승량 예측방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 임계값은 목표 강종에 따른 황(S)의 상한값 또는 평균값인 전로 정련시 황 상승량 예측방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 황 상승량(△S)을 계산하는 단계는 전로공정이 개시되기 전에 수행되는 전로 정련시 황 상승량 예측방법.

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