KR101431795B1

KR101431795B1 - 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법

Info

Publication number: KR101431795B1
Application number: KR1020120153880A
Authority: KR
Inventors: 유정민; 기응수; 김동식
Original assignee: 동국제강주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-08-20
Also published as: KR20140092432A

Abstract

본 발명의 일실시예는 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법으로서, 전기로의 용강을 레이들(ladle)로 출강하는 단계; 및 출강 완료된 레이들 상부의 슬래그층에 알루미늄계 슬래그 탈산제와 생석회를 혼합 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법을 제공한다.

Description

전기로 제강시 슬래그 탈산 방법{SLAG DEOXIDATION FOR ELECTRIC FURNACE OPERATION}

본 발명은 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 전기로 제강 공정에서 슬래그 중 산화철(FeO)이나 산화망간(MnO)과 같은 저급산화물을 환원제거하는 슬래그 탈산 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기로 조업을 마친 용강은 레이들(ladle)로 출강되어 레이들 로(ladle furnace) 조업을 거치게 된다. 구체적으로는, 레이들로의 출강시 용강 탈산 및 합금성분 조절을 실시하고, 슬래그 형성을 위한 부원료를 투입한다. 이 과정에서 전기로의 특성상 일부의 전기로 슬래그가 출강시 레이들 내에 유입된다. 이 전기로 슬래그 내에는 산화철이 20 내지 45중량%, 산화망간이 4 내지 7중량% 함유되어 있다.

따라서, 출강의 완료 이후에 용강과 슬래그간 산소 비평형 상태에 놓이게 된다. 이로 인해 레이들로 조업중 중 재산화반응이 일어나 용강오염이 발생할 수 있고, 또한 합금성분의 회수율이 저하될 수 있다.

따라서 재산화반응을 피하기 위하여 출강 완료 후 레이들 상부 슬래그층에 산소와의 친화도가 높은 알루미늄(Al)계 합금철을 이용한 슬래그 탈산을 실시하기도 한다. 이러한 슬래그 탈산의 반응효율을 높이기 위해서, 산화철과 산화망간의 환원반응 생성물인 Al₂O₃(알루미나)의 확산을 증가시킬 수 있는 브리켓(briquette)형 탈산제를 투입하기도 한다. 브리켓형 탈산제는 CaO나 CaCO₃의 분말과 알루미늄 드로스(Al dross) 등을 혼합하여 성형한 것이다.

그런데, 이와 같은 브리켓형 탈산제를 이용하기 위해서는 부원료를 추가 제조해야 하기에 비용이 증가하게 되는 문제가 있다. 따라서, 보다 경제적인 방법으로 출강 완료후에 슬래그 탈산을 효율적으로 실시하는 기술이 요구된다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전기로 제강시 슬래그 중의 저급산화물을 효율적으로 환원제거할 수 있는 슬래그 탈산 방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 보다 경제적인 방법으로 시행할 수 있는 슬래그 탈산 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예는 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법으로서, 전기로의 용강을 레이들(ladle)로 출강하는 단계; 및 출강 완료된 레이들 상부의 슬래그층에 알루미늄계 슬래그 탈산제와 생석회를 혼합 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 알루미늄계 슬래그 탈산제는 알루미늄계 합금철일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 혼합 투입 단계 이후에, 레이들로(ladle furnace) 처리를 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 레이들 출강 단계에서, 출강 중인 용강에 용강 탈산제 및 슬래그 형성제를 투입할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 용강 탈산제는 알루미늄계 합금철이며, 상기 슬래그 형성제는 생석회 플럭스(flux)일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 슬래그 탈산시 슬래그 탈산제와 생석회를 혼합 투입함으로써 슬래그 탈산 효율을 높일 수 있다. 즉, FeO나 MnO와 같은 저급산화물을 효과적으로 제거하면서, Si 및 Mn합금철의 회수율을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 종래에 비해 경제적인 방법으로 슬래그 탈산을 시행하면서도 용강 품질은 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기로 제강 공정을 나타낸 개략적인 공정흐름도이다.
도 2는 슬래그 탈산 반응을 나타낸 도면이다.
도 3은 CaO-Al₂O₃ 2원계 상태도이다.
도 4는 Al₂O₃-CaO-SiO₂ 상태도에서 슬래그 탈산 후의 상태변화를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법에 관한 것으로, 전기로의 용강을 레이들(ladle)로 출강하는 단계와, 출강 완료된 레이들 상부의 슬래그층에 알루미늄계 슬래그 탈산제와 생석회를 혼합 투입하는 단계를 포함한다. 여기서, 알루미늄계 슬래그 탈산제는 알루미늄계 합금철, 예컨대 Al65(Al함량이 65중량%인 합금철)일 수 있다.

슬래그 탈산제와 생석회의 혼합 투입 단계 이후에는, 레이들로(ladle furnace) 처리를 하는 단계를 시행할 수 있다.

한편, 레이들로의 용강 출강시에 있어서, 출강 중인 용강에 용강 탈산제 및 슬래그 형성제를 투입할 수 있다. 여기서, 용강 탈산제는 알루미늄계 합금철일 수 있으며, 슬래그 형성제는 생석회 플럭스일 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 전기로 조업 완료 이후 후공정인 레이들 로 처리 이전에, 출강이 완료된 레이들 슬래그 상에 슬래그 탈산제와 생석회를 함께 투입하는 데에 주요한 특징이 있다. 구체적인 작용기전은 다음과 같다.

먼저, 슬래그 탈산시에는 반응생성물로서 Al₂O₃가 생성되는데, 슬래그 탈산제(Al계 합금철) 내부에 있는 Al이 추가적으로 슬래그 탈산을 하기 위해서는 Al₂O₃가 슬래그 중으로 확산되어야 한다. 따라서, 슬래그 탈산제와 함께 생석회를 혼합 투입함으로써, 생석회의 주성분인 CaO와 Al₂O₃에 의한 저융점의 Al₂O₃-CaO 혼합물이 슬래그 중으로 빠르게 확산되도록 한다.

이로 인해, 슬래그 탈산제의 대기 중 산화와 용강 탈산으로 인한 슬래그 탈산 효율 감소가 억제되며, 아래의 반응식과 같은 슬래그 내 탈산 반응이 효율적으로 진행된다.

[반응식]

3(FeO) + 2[Al] → Al₂O₃ + 3[Fe]

3(MnO) + 2[Al] → Al₂O₃ + 3[Mn]

위와 같은 슬래그 탈산 반응으로 인해 철 및 망간의 회수율이 높아지는 등, 슬래그 탈산 효율이 증대하게 된다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 전기로 제강 공정을 나타낸 개략적인 공정흐름도이다.

도시된 바와 같이, 먼저 전기로 조업을 진행한다. 본 발명에 있어서 전기로는 아크로, 전기아크로 등을 통칭하는 의미이다.

다음으로, 전기로 출강 중 1차 부원료를 투입한다. 예컨대, 전기로 출강시 용강 탈산제와 슬래그 형성제를 투입할 수 있는데, 여기서 용강 탈산제는 Al65와 같은 알루미늄계 합금철일 수 있으며, 슬래그 형성제는 생석회 플럭스일 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 전기로의 특성상 불가피하게 일부 전기로 슬래그가 레이들 내에 유입될 수 있다. 통상 1 내지 1.5ton의 슬래그가 이월된다.

이와 같이, 출강이 완료되면, 출강 완료된 용강에 있어서 레이들 상부 슬래그층에 2차 부원료를 투입하게 된다. 여기서 2차 부원료가 알루미늄계 슬래그 탈산제와 생석회이며, 이들을 동시 투입하게 된다.

2차 부원료에 의한 슬래그 탈산 반응이 진행되고, 이후 레이들 로 조업이 시행된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 실제 시험에 대해 설명하기로 한다. 실험예는 본 발명에 따른 시험을 나타내고, 비교예는 그 대조를 위한 시험을 나타낸다.

이 시험을 위하여 140T 전기로에서 제강 공정을 진행하였으며, 슬래그 탈산제로는 Al65를 사용하였다. 효과 비교를 위하여, 출강 완료후 Al65를 단독 투입하는 경우와, 출강 완료후 Al65를 단독 투입하되 출강시 생석회를 추가 투입하는 경우를 상정하였다. 본 발명에 따른 실험예와 비교예의 구체적인 부원료 투입 조건은 다음과 같다.

구분	출강시	출강 완료후 (슬래그 탈산시)
A (비교예1)	생석회 200 kg/heat	Al65 200 kg/heat
B (비교예2)	생석회 250 kg/heat	Al65 200 kg/heat
C (실험예)	생석회 200 kg/heat	Al65 200 kg/heat + 생석회 50 kg/heat

여기서, 비교예1의 슬래그 탈산후 슬래그의 염기도는 1이며, 비교예2에서는 실험예와 슬래그 염기도가 동일하게 되도록 출강시의 생석회를 추가투입하는 조건을 설정하였다. 비교예2와 실험예에 있어서 슬래그 탈산후 슬래그의 염기도는 1.5이다.

도 2는 슬래그 탈산 반응을 나타낸 도면이며, 도 3은 CaO-Al₂O₃ 2원계 상태도이다. 이 도면에서, 본 실험예에 있어서 생석회와 Al65를 혼합 투입했을 시에 슬래그 탈산 반응생성물에 의한 액상(liquid) Al₂O₃-CaO 혼합물의 저융점 효과를 확인할 수 있다.

실험예 및 비교예에 의한 시험결과는 다음과 같다. 이하 결과는 슬래그 탈산 완료 후 레이들 로 도착시 슬래그와 용강을 샘플링하여 성분을 분석한 것이다. 즉, 슬래그와 용강의 성분은 슬래그 탈산 후 레이들 로 이동간 반응으로 형성된 성분이다.

(단위:중량%)

구분	Al₂O₃	CaO	MgO	SiO₂	MnO+FeO	C/S
A (비교예1)	21.5	25.8	13.4	27.5	5.0	0.94
B (비교예2)	20.1	26.0	12.5	26.9	7.6	0.97
C (실험예)	27.4	29.2	12.9	21.8	3.4	1.45

위 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예1 및 비교예2에서는 저급산화물인 FeO와 MnO의 함유율이 각각 5.0, 및 7.6중량%인데 반하여, 실험예에서는 3.4중량%로 현격히 낮아진 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 비교적 저렴한 생석회와 알루미늄계 슬래그 탈산제의 혼합 투입만으로도 종래의 브리켓형 슬래그 탈산제와 동일 또는 그 이상의 효과를 얻을 수 있다.

위 실험결과를 Al₂O₃-CaO-SiO₂ 상태도에 나타내면 도 4와 같다. 도 4는 Al₂O₃-CaO-SiO₂ 상태도(MgO 10중량%)에서 슬래그 탈산 후의 상태변화를 나타낸 도면이다. 도 4 및 표2를 통하여, 비교예1 및 비교예2에 비하여 실험예에서 Al₂O₃와 CaO의 함량은 늘어나고, SiO₂의 함량은 줄어든 것을 확인할 수 있다.

한편, 실험예 및 비교예에 의한 시험결과로서 용강 성분 중 Si 및 Mn함량을 조사한 결과는 다음과 같다.

(단위:중량%)

구분	Si	Mn
A (비교예1)	0.26	0.63
B (비교예2)	0.23	0.64
C (실험예)	0.28	0.67

이상의 결과들에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실험예는 비교예에 비해 (FeO+MnO) 함량 제어에 효과적이면서도, 용강 성분 중 (Si+Mn) 함량 증가로 합금철 회수율이 증가하게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 슬래그 탈산 효율이 증대하면서도 제강 생산 원단위를 줄일 수 있게 된다. 즉, 경제성과 품질 증대를 동시에 만족시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

전기로 제강시 슬래그 탈산 방법으로서,
출강중인 전기로의 용강에 1차 부원료인 생석회 플러스와 알루미늄계 합금철을 투입하여 레이들(ladle)로 출강하는 단계; 및
출강 완료된 레이들 상부의 슬래그층에 2차 부원료인 알루미늄계 슬래그 탈산제와 생석회를 혼합 투입하는 단계를 포함하되, 140T 전기로를 기준으로 1차 부원료인 상기 생석회 플러스는 200kg/heat로 투입되고, 2차 부원료인 상기 생석회는 50kg/heat으로 투입되고 상기 알루미늄계 슬래그 탈산제는 200kg/heat로 투입되어, 슬래그 탈산시 반응 생성물로 생성되는 Al₂O₃과 CaO(생석회)의 저융점 혼합물이 슬래그 중으로 확산되어 슬래그의 탈산 효율을 높이도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄계 슬래그 탈산제는 알루미늄계 합금철인 것을 특징으로 하는 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법.
제1항에 있어서,
상기 혼합 투입 단계 이후에, 레이들로(ladle furnace) 처리를 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기로 제강시 슬래그 탈산 방법.
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