KR101490189B1 - 용선의 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 용선의 처리 방법은 용선을 마련하여 래들에 수선하는 과정, 래들을 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비로 이송시켜, 임펠러를 용선으로 침지시키는 과정, 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비의 임펠러를 회전시켜, 상기 임펠러의 상부에 마련된 블레이드에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시키고, 상기 임펠러의 하부로부터 탈황제를 취입하여 상기 탈황제에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시켜, 용선 중 황을 제거하는 탈황 과정 및 용선을 전로에 장입하여, 상기 전로에서 용선을 정련하는 전로 정련 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면, 블레이드에 의해 발생되는 교반 흐름과 취입 노즐을 통해 용선으로 취입되는 탈황제에 의한 교반 흐름이 상호 일치하며, 상기 두 흐름이 합쳐져 전체 교반력이 향상된다. 따라서, 종래에 비해 임펠러에 의한 교반 효율이 향상되며, 이로 인해 용선과 탈황제 간의 반응 효율 및 탈황율이 향상된다.

Description

용선의 처리 방법{Method for treatment hot metal}
본 발명은 용선의 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탈황율을 향상시킬 수 있는 용선의 처리 방법에 관한 것이다.
고로에서 출선된 용선으로부터 황을 제거하는 탈황 조업은 일반적으로 예비처리 단계에서 실시하고 있으며, 임펠러를 통해 용선을 교반시키는 케이알(Kanvara Reactor; KR) 탈황법을 이용하고 있다. 여기서 일반적인 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비의 임펠러의 경우, 한국공개특허 2011-0065965에 개시된 바와 같이 교반봉의 하부에 복수의 블레이드가 설치된 구조이며, 상기 블레이드 내에 마련된 취입 노즐로부터 탈황제가 취입된다.
도 4를 참조하여, 임펠러(20)의 동작에 의한 교반 흐름을 간략히 설명하면, 하기와 같다. 블레이드(22)의 회전에 의해 발생하는 교반의 흐름은(실선의 화살표) 래들(10) 내벽 방향으로 발생하여 충돌한 후, 상기 래들(10) 내벽을 타고 상하 방향으로 분리되어 흐른다. 그런데, 취입 노즐(23)로부터 토출된 탈황제가 블레이드(22)와 임펠러 몸체(21)의 외주면을 타고 상승하는 흐름은 블레이드(22)의 회전에 의해 래들(10) 내벽과 충돌 후 상승되어 다시 하강하는 흐름과 충돌한다. 또한, 탈황제와 임펠러의 외주면을 타고 상승한 후, 다시 래들(10) 내벽을 타고 하강하는 흐름은 블레이드(22)의 회전에 의해 발생되어 상기 래들(10) 내벽을 타고 상승하는 교반 흐름과 충돌한다. 이러한 흐름의 충돌에 의해 교반력이 상쇄되며, 이는 용선과 탈린제 간의 반응율을 저감시켜, 탈린율을 감소시키는 요인이 된다.
따라서, 작업자가 원하는 낮은 농도로 황(S)을 제거하기가 용이하지 않으며, 목표한 값으로 황(S)을 제거하는데 장시간 소요되는 문제가 있다.
한국공개특허 2011-0065965
본 발명은 탈황율을 향상시킬 수 있는 용선의 처리 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 교반 효율을 향상시킬 수 있는 용선의 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 용선의 처리 방법은 용선을 마련하여 래들에 수선하는 과정;상기 래들을 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비로 이송시켜, 임펠러를 상기 용선으로 침지시키는 과정; 상기 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비의 임펠러를 회전시켜, 상기 임펠러의 상부에 마련된 블레이드에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시키고, 상기 임펠러의 하부로부터 탈황제를 취입하여 상기 탈황제에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시켜, 용선 중 황을 제거하는 탈황 과정; 및 상기 용선을 전로에 장입하여, 상기 전로에서 용선을 정련하는 전로 정련 과정;을 포함한다.
상기 전로 정련이 종료된 용선이 수용된 래들을 LF 설비로 이송시켜, 임펠러를 상기 용선으로 침지시키는 과정; 및 상기 LF 설비의 임펠러를 회전시켜, 상기 임펠러의 상부에 마련된 블레이드에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시키고, 상기 임펠러의 하부로부터 탈황제를 취입하여 상기 탈황제에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시켜, 용선 중 황을 제거하는 탈황 과정;을 포함한다.
상기 임펠러를 상기 용선으로 침지시키는 과정에 있어서, 기 래들 내에 수용되는 용선의 높이를 H라 할 때, 상기 블레이드는 상기 래들의 바닥면으로부터 (1/2)H 지점의 상측 영역에 위치하고, 상기 취입 노즐은 상기 용선의 바닥면으로부터 (1/2)H 지점의 하측 영역에 위치하도록 침지시키는 것이 바람직하다.
상기 임펠러의 블레이드에 의해 발생되는 용선의 교반 흐름 방향과 상기 용선으로 취입되는 재료에 의해 발생되는 용선의 교반 흐름 방향이 일치한다.
상기 블레이드에 의해 발생된 교반 흐름은 상하 방향으로 분리되어 흐르고,상기 블레이드의 하측 방향에서 용선의 교반 흐름 면적이 상기 블레이드의 상측 방향에서 용선의 교반 흐름 면적에 비해 넓다.
상기 블레이드의 하측에서의 교반 흐름 방향이 상기 용선으로 취입되는 재료에 의해 발생되는 용선의 교반 흐름 방향과 일치한다.
상기 용선이 수선된 래들을 케이알(Kanvara Reactor; KR)설비를 이용한 탈황 위치로 이송시킨 후, 상기 래들을 경동시켜, 고로에서 생성된 용선의 슬래그를 배재하는 전(前) 배재 과정; 전(前) 배재가 종료된 용선에 전(前) 차지 공정에서 발생된 후(候)배재 슬래그를 투입하는 후배재 슬래그 투입 과정; 및 상기 탈황 과정에서 발생된 슬래그를 배재하는 후배재 과정;을 포함한다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, KR 설비 및 LF 설비 각각에서 탈황을 실시한다. 그리고, KR 설비에서의 탈황 및 LF 설비에서의 탈황 각각에서 용선에 침지된 임펠러를 회전시켜, 임펠러의 상부에 마련된 블레이드에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시키고, 상기 임펠러의 하부로부터 탈황제를 취입하여 상기 탈황제에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시킨다. 이에, 블레이드에 의해 발생되는 교반 흐름과 취입 노즐을 통해 용선으로 취입되는 탈황제에 의한 교반 흐름이 상호 일치하며, 상기 두 흐름이 합쳐져 전체 교반력이 향상된다. 따라서, 종래에 비해 임펠러에 의한 교반 효율이 향상되며, 이로 인해 용선과 탈황제 간의 반응 효율 및 탈황율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용선의 처리 공정을 나타낸 공정도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 임펠러가 적용된 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러가 적용된 래들 퍼니스(Ladle Furnace; LF)를 나타낸 도면
도 4는 래들(Ladle)에 종래의 임펠러가 설치된 모습을 도시한 단면도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용선의 처리 공정을 나타낸 공정도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 임펠러가 적용된 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러가 적용된 래들 퍼니스(Ladle Furnace; LF)를 나타낸 도면이다.
여기서, KR 설비에 적용되는 임펠러와 LF 설비에 적용되는 임펠러는 동일한 구조 및 구성을 가진다. 이에, 설명의 편의를 위하여, 도 2에 도시된 KR 설비에 적용되는 임펠러와 도 3에 도시된 LF 설비에 적용되는 임펠러의 도면 부호를 200으로 한다. 그리고, 설명의 편의를 위하여 도 2에 도시된 KR 설비에서의 래들을 도면 부호 100, 도 3에 도시된 LF 설비에서의 래들을 도면 부호 300으로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용선의 처리 공정은 고로에서 출선된 용선을 래들에 수선시키는 과정, 래들에 수용된 용선으로부터 슬래그를 배재하는 전(前) 배재 과정, 전 차지(charge) 공정에서 발생된 후(後) 배재 슬래그를 용선에 투입하는 후 배재 슬래그 투입 과정, 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비에서 용선으로부터 황을 제거하는 1차 탈황 과정 및 1차 탈황 과정 중 발생된 슬래그를 배재하는 후 배재 과정, 전로에서 용선을 정련하는 전로 정련 과정 및 LF 설비에서 용선 중 황을 추가 제거하는 2차 탈황 과정을 포함한다. 또한 도시되지는 않았지만, 용선 중 산소를 제거하는 탈산 과정 및 2차 탈황 중 발생된 슬래그를 배재하는 과정을 포함한다. 여기서, 전로 정련 이전의 단계에서의 용선의 처리는 용선의 예비 처리 단계이다.
본 발명의 실시예에 따른 탈황 조업은 케이알(KR) 설비에서의 1차 탈황 과정과, LF(Ladle furnace) 설비에서의 2차 탈황 과정으로 이루어진다. 이때, 케이알(KR) 설비 및 LF 설비 각각의 임펠러(200)를 용선에 침지시켜 용선을 교반하는데, 본 발명에서는 임펠러(200)의 상부에 마련된 블레이드(220)를 통해 용선을 교반하고, 임펠러(200)의 하부로부터 탈황제를 취입하여 탈황을 진행한다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 임펠러(200)에 의하면 블레이드(220)에 의해 발생되는 교반 흐름과 취입 노즐(230)을 통해 용선으로 취입되는 탈황제로 인한 교반 흐름이 상호 일치하며, 상기 두 흐름이 합쳐져 전체 교반력이 향상되는 효과가 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 탈황 공정을 위해 KR 설비 적용된 본 발명의 실시예에 따른 임펠러를 설명한다. 여기서, 도 2의 KR 설비에 적용된 임펠러와 도 3에 도시된 LF 설비에 적용된 임펠러는 동일한 구조 및 구성을 가지므로, 이하에서는 도 2를 참조하여 KR 설비에 적용된 임펠러에 대해 구체적으로 설명하고, LF 설비에 적용된 임펠러에 대한 설명은 생략한다.
실시예에 따른 임펠러(200)는 상부에 위치하는 블레이드(220)를 이용하여 용선을 기계적으로 교반시켜 상기 블레이드(220)에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시키고, 임펠러(200)의 하부로부터 탈황제를 취입하여 상기 탈황제에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시킨다. 이러한 임펠러(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 연장 형성된 회전 몸체(210), 회전 몸체(210)의 하부에 마련되어 용선으로 탈황제를 취입하는 취입 노즐(230), 회전 몸체(210)의 상부에 설치된 블레이드(220), 블레이드(220)의 상측에서 회전 몸체(210)의 상단에 연결된 플랜지(250), 회전 몸체(210)의 내부를 상하 방향으로 관통하도록 마련되어, 취입 노즐(230)로 탈황제를 취입 또는 공급하는 취입관(240)을 포함한다. 이러한 임펠러(200)는 래들(100)의 외부에 설치되어, 회전력을 제공하는 별도의 구동부(미도시) 예컨대, 모터와 연결될 수 있다.
회전 몸체(210)는 임펠러(200)의 회전축 또는 주축으로서, 상하 방향으로 연장 형성되며, 래들(100) 내에 수선된 용선 내로 침지된다. 실시예에 따른 회전 몸체(210)는 그 횡단면이 원형인 봉 형상이나, 이에 한정되지 않고 회전이 용이한 다양한 횡단면을 가지는 봉 형상으로 변경 가능하다. 이러한 회전 몸체(210)는 상단이 슬래그의 상측으로 돌출되고, 하단이 용선의 하부 영역까지 연장되도록 설치되어, 회전 몸체(210)의 하부 끝단이 래들(100) 내부의 바닥면과 인접하도록 침지 되도록 설치된다. 그리고 회전 몸체(210)의 상부에는 상술한 바와 같이 플랜지(250)가 연결되며, 상기 플랜지(250)가 회전력을 제공하는 구동부와 연결된다.
취입 노즐(230)은 용선으로 탈황제를 투입하는 수단으로서, 회전 몸체(210)의 하부에 마련되는데, 실시예에 따른 취입 노즐(230)은 회전 몸체(210)의 내부를 가공하여 취입관을 중심으로 하여 좌우 방향으로 분기되는 홀(hole) 형상이다. 이러한 취입 노즐(230)은 상부에 설치되는 블레이드(220)와 최대한 멀리 이격되도록 설치되는 것이 효과적이다. 이에, 실시예에서는 상하 방향으로 연장 형성된 회전 몸체(210)의 영역 중, 상기 회전 몸체(210)의 하부 영역, 보다 상세하게는 래들(100) 내부의 바닥면과 인접한 영역에 취입 노즐(230)이 마련되고, 블레이드(220)는 용선의 탕면과 인접하도록 회전 몸체(210)의 상부에 설치된다. 이에, 취입 노즐(230)은 블레이드(220)와 개별적으로 분리 구성되며, 래들(100)에 수용된 용선의 하부 영역에 위치한다.
취입 노즐(230)은 회전 몸체(210)가 연장된 방향과 교차하는 방향으로 형성되는데, 실시예에 따른 취입 노즐(230)은 회전 몸체(210)의 좌우 방향(또는 폭 방향)으로 연장되도록 형성된다. 또한, 도시되지는 않았지만, 취입 노즐(230)이 일 방향으로 휘어지도록 제조할 수 있으며, 탈황제가 배출되는 취입 노즐(230)의 선단이 블레이드(220)의 회전 방향과 반대 방향으로 휘어지도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 취입 노즐(230)은 회전 몸체(210)의 내부의 중심부를 상하 방향으로 관통하도록 설치 또는 마련된 취입관(240)으로부터 복수의 방향으로 분기되도록 형성된다. 분기되는 취입 노즐(230)의 개수는 복수의 블레이드(220)의 개수와 대응하는 개수로 마련되거나, 블레이드(220)의 개수 이하 또는 이상으로 마련될 수 있다.
상기에서는 취입 노즐(230)이 회전 몸체(210)를 가공하여, 취입관(240)을 중심으로 좌우 방향으로 분기되는 홀 형상인 것을 예를 들어 설명하였다. 하지만 취입 노즐(230)은 이에 한정되지 않고, 내부 공간을 가지는 얇은 배관 또는 파이프가 회전 몸체(210)의 하부에 삽입된 구조일 수도 있다. 이때 탈황제가 배출되는 취입 노즐(230)의 선단이 블레이드(220)의 회전 방향과 반대 방향으로 휘어지도록 할 수 있다.
블레이드(220)는 래들(100)에 수용된 용선 및 상기 용선으로 투입되는 탈황제를 기계적으로 교반시키는 것으로, 회전 몸체의 상부에 설치된다. 즉, 블레이드(220)는 래들에 수용된 용선의 상부 영역에 침지되도록 회전 몸체(210)에 설치되며, 취입 노즐(230)과 분리 구성된다. 예컨대, 블레이드(220)의 상부면이 용선의 탕면과 인접하도록 설치될 수 있다. 이때 블레이드(220)가 회전 몸체(210)에 설치되는 위치는, 래들(100) 내의 용적 및 상기 래들(100) 내에 수용되는 용선의 높이에 따라 결정된다. 그러나, 일반적으로 소정의 용적을 가지는 래들(100)에 일정량의 용선이 장입되므로, 이를 기준으로 블레이드(220)의 설치 위치 또는 높이를 결정할 수 있다. 이러한 블레이드(220)는 복수개로 마련되어, 회전 몸체(210)의 외주면에서 등 간격으로 이격 설치된다. 그리고 복수의 블레이드(220)는 교반 효율을 극대화시키기 위해 회전 몸체(210)를 사이에 두고, 십자 형상으로 배치되며, 회전 몸체(210)를 중심으로 한 쌍씩 되도록 배치되는 것이 바람직하다.
취입관(240)은 회전 몸체(210)의 하부에 마련된 취입 노즐(230)에 탈황제를 공급하는 것으로, 플랜지(250) 및 회전 몸체(210) 내부를 상하 방향으로 관통하도록 형성된다. 실시예에 따른 취입관(240)은 탈황제가 통과할 수 있는 내부 공간을 가지며 관 또는 파이프 형상으로서, 플랜지(250) 및 회전 몸체(210) 내부를 상하 방향으로 관통하도록 설치된다. 그리고 취입관(240)의 하단은 회전 몸체(210)의 하부에 마련된 취입 노즐(230)과 연통된다.
여기서, 취입관(240)으로 공급되는 탈황제는 고체 상태의의 파우더 즉, 분체 형태이며, 이러한 탈황제의 취입을 위해 취입관(240)으로 탈황제를 이송시키는 불활성 가스 예컨대, 질소 가스가 주입된다.
본 발명의 실시예에 따른 취입 노즐(230) 및 블레이드(220)의 설치 위치를 구체적으로 설명하면 하기와 같다. 후술되는 취입 노즐(230) 및 블레이드(220)의 설치 위치에 대한 설명은 KR 설비에서의 래들(100) 및 상기 래들(100)에 수용된 용선을 기준으로 설명한다.
래들(100) 내부에 수용된 용선의 탕면을 기준으로 설명하면, 탕면을 기준으로 1/4 지점 이내의 영역(탕면과 인접한 방향)에 블레이드(220)가 위치하고, 3/4 지점을 초과하는 영역(래들(100) 바닥면과 인접한 방향)에 취입 노즐(230)이 위치한다. 이를 래들(100)을 기준으로 설명하면 하기와 같다. 먼저 설명의 편의를 위하여 래들(100)에 수용되는 용선의 높이를 H라 하고(래들(100) 내부의 바닥면으로부터 용선의 상부 표면(탕면)까지의 거리), 상기 용선의 높이 H를 4 등분한다. 이때, 취입 노즐(230)은 래들(100) 내부의 바닥면을 기준으로 용선의 높이 H 1/2 지점의 하측 영역에 위치하고, 블레이드(220)는 용선의 높이 H의 1/2 지점의 상측 영역에 위치하도록 설치한다. 보다 바람직하게, 취입 노즐(230)은 래들(100) 내부의 바닥면을 기준으로 용선의 높이 H의 1/4 지점의 하측 영역에 위치하고, 블레이드(220)는 용선의 높이 H의 3/4 지점의 상측 영역에 위치하도록 설치한다.
이와 같이 임펠러(200)의 취입 노즐(230)이 용선의 하부 영역에 위치하고, 블레이드(220)가 취입 노즐(230)의 상측에 위치함에 따라, 교반 효율을 종래에 비해 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 임펠러(200)의 블레이드(220)에 의해 발생되는 용선의 교반 흐름과 취입 노즐(230)로부터 취입된 탈황제 의한 용선의 교반 흐름을 설명한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 임펠러(200)에 의한 교반의 흐름은 KR 설비와 LF 설비에서 동일하게 일어나므로, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 임펠러(200)가 적용된 설비로 KR 설비에서 용선의 교반 흐름을 설명하고, LF 설비에서의 임펠러(2000에 의한 용선의 교반 흐름에 설명은 생략한다.
블레이드(220)의 회전에 의해 발생하는 교반의 흐름(실선의 화살표)은 상기 블레이드(220)로부터 래들(100) 내벽 방향으로 발생하여 충돌한 후, 상기 래들(100) 내벽을 타고 상하 방향으로 분리되어 흐른다. 이때, 블레이드(220)는 탕면과 인접하도록 위치하고 있기 때문에, 블레이드(220)의 상측 방향에서의 용선의 교반 흐름의 면적에 비해 상기 블레이드(220)의 하측 방향에서의 용선의 교반 흐름의 면적이 크다. 보다 상세히 설명하면, 래들(100) 내벽과 충돌 후, 일부는 래들(100) 내벽을 타고 상측 방향으로 이동하고, 이후 용선 탕면 상측의 슬래그를 거쳐 및 블레이드(220)의 외주면을 타고 하강하며, 다시 상승한다. 그리고 다른 일부는 래들(100) 내벽의 하측 방향으로 이동하여 상기 래들(100) 내부의 하단부까지 하강하고, 블레이드(220) 하측에 위치하는 회전 몸체(210)의 외주면을 타고 다시 상승한다. 또한, 취입 노즐(230)을 통해 토출되는 탈황제는 비중이 작기 때문에 회전 몸체(210)의 외주면을 타고 직 상승한 후, 상부에 위치하는 블레이드(220)의 회전에 의하여 용선의 상부 영역에서 래들(100) 내벽 방향으로 흐르면서 하강하고, 다시 회전 몸체(210)의 외주면을 타고 상승한다(점선 화살표). 그리고 이러한 탈황제의 교반 흐름에 의해 용선도 함께 교반되어 흐른다. 여기서, 탈황제에 의한 흐름과 상술한 블레이드(220)에 의한 흐름은 상호 일치하는 방향 또는 동일한 방향의 흐름이기 때문에, 상호 합쳐져 교반력을 향상시킨다.
한편, 종래의 임펠러(20) 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 몸체(21)의 하부에 블레이드(22)가 설치되며, 상기 블레이드(22)에 취입 노즐(23)이 마련된다. 즉, 종래의 임펠러(20)에서는 블레이드(22)와 취입 노즐(23)이 분리되어 있지 않다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 블레이드(22)의 회전에 의해 발생하는 용선의 교반의 흐름은(실선의 화살표) 래들(10) 내벽 방향으로 발생하여 충돌한 후, 상기 래들(10) 내벽을 타고 상하 방향으로 분리되어 흐른다. 보다 상세히 설명하면, 래들(10) 내벽과 충돌 후, 일부는 래들(10) 내벽의 상측 방향으로 이동하고 탕면 상측의 슬래그를 거쳐 회전 몸체(21) 및 블레이드(22)의 외주면을 타고 하강하고, 다시 상승한다. 다른 일부는 래들(10) 내벽의 하측 방향으로 이동하여 상기 래들(10) 내부의 하단부까지 하강하고, 다시 상승한다. 또한, 블레이드(22)에 마련된 취입 노즐(23)을 통해 취입되는 탈황제의 흐름, 상기 탈황제에 의한 용선의 흐름은 블레이드(22) 및 회전 몸체(21)의 외주면을 타고 직 상승한 후, 탕면 상측의 슬래그를 거쳐 래들(10) 내벽을 타고 하강한다(점선 화살표). 그런데, 취입 노즐(23)로부터 토출된 탈황제에 의해 발생되어, 블레이드(22)와 회전 몸체(21)의 외주면을 타고 상승하는 교반 흐름은 블레이드(22)의 회전에 의해 래들(10) 내벽과 충돌 후 상승되어 다시 하강하는 흐름과 충돌한다(도 4의 점선 원으로 표시된 부분). 또한, 탈황제에 의한 교반 흐름은 회전 몸체(21)의 외주면을 타고 상승한 후, 다시 래들(10) 내벽을 타고 하강하는 흐름은 블레이드의 회전에 의해 발생되어 상기 래들(10) 내벽을 타고 상승하는 교반 흐름과 충돌한다(도 4의 점선 원으로 표시된 부분). 그리고 도 4와 같이 블레이드(22)에 취입 노즐(23)이 마련되는 종래의 임펠러(20)에서는 상기와 같은 충돌이 블레이드(22)의 상측 또는 블레이드(22)와 대응하는 위치에서 발생 된다. 탈황제에 의한 교반 흐름과 블레이드(22)의 회전에 의한 교반 흐름이 충돌하면, 그 두 흐름이 상호 작용에 의해 상쇄되며, 결과적으로 전체적인 교반력이 저하된다. 이는 래들(10) 용선과 탈황제 간의 반응율 및 탈황율을 저감시키는 요인이 된다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 용선 처리 공정을 구체적으로 설명한다. 이때, 황의 농도가 낮은 예컨대 황(S)이 30ppm 이하인 극저류강의 제조를 위한 용선 처리 공정을 설명한다.
고로로부터 용선이 출선되면, 용강을 토페도 레들카(Topedo Ladle CAR; TLC)를 이용하여 이송시켜, 래들(Lade)에 장입 즉, 수선한다. 용선이 수선된 래들은 크레인과 같은 장비에 의해 용선 예비 처리를 위한 스테이션, 즉 탈황 공정을 위한 스테이션(station)으로 이송되며, 이후, 용선이 수선된 래들을 래들 이송 대차(Ladle Transfer Car; TLC)에 안착시킨다. 탈황 공정을 위한 스테이션으로 래들이 도착하면, 먼저 용선을 샘플링하여, 상기 용선 중에 포함된 황의 함량을 검출하고, 온도를 측정한다.
한편, 고로로부터 출선된 용선에는 슬래그가 포함되어 있으며, 고로 슬래그는 고로에서 철광석을 녹이기 위해 투입된 부원료들의 산화물 등으로 구성되어 있다. 또한, 고로 슬래그에는 다량의 황이 함유되어 있고, 상기 황은 본격적인 탈류 작업 시에 용선 중으로 재용해될 수 있다.
따라서, 본격적인 탈황 조업 전에 고로 슬래그를 배재할 필요가 있다. 이에, 샘플링이 종료되면, 래들을 경동시켜 래들 내에 잔류하고 있는 고로 슬래그를 배재하는 전(前) 배재를 실시한다. 이에 따라, 이후 실시되는 탈황 조업에서 황이 용선으로 재용해되는 것을 최소화시킬 수 있다.
전배재된 고로 슬래그는 슬래그 포트(Slag pot)에 저장된 후, 슬래그 포트 캐리어카(Slag Pot Carrier Car)에 의해 이송되어 매립용으로 사용된다.
전배재가 종료되면, 이전 차지(Charge) 공정에서 발생된 후(後) 배재 슬래그를 래들로 투입한다. 실시예에서는 후 배재 투입을 위해, 슬래그 포트 턴테이블(Slag Pot Turn Table)을 사용한다. 슬래그 포트 턴테이블은 회전 가능한 수단으로서, 한쪽에는 전배재 슬래그를 수용할 수 있는 포트, 반대쪽은 후배재 슬래그를 수용할 수 있는 포트가 설치되도록 구성된다. 이에, 전배재가 종료되면, 용선이 수선되어 있는 래들을 슬래그 포트 턴테이블이 위치한 방향으로 경동시키고, 상기 슬래그 포트 턴테이블을 회전시켜, 후배재 슬래그가 수용된 포트가 투입 위치로 이동되도록 하여, 경동되어 있는 래들에 후배재 슬래그를 투입한다. 이때, 슬래그 리사이클링(Slag Recycling) 설비를 이용하여, 후배재 슬래그를 래들로 투입시킬 수 있다. 또한, 후배재 슬래그는 일정량을 복수회에 걸쳐 분할 투입하며, 바람직하게는 300 내지 500 kg을 2회 내지 3회에 걸쳐 분할 투입한다.
이후, 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비에서 용선 중에 함유된 황을 제거하는 1차 탈황 조업을 실시한다. 이를 위해, 먼저 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비의 임펠러를 래들(100)에 수용된 용선 중으로 침지시킨다. 이때, 용선 내 상부 영역에 블레이드(220)가 위치하고, 용선 내 하부 영역에 취입 노즐(230)이 위치하도록 임펠러(200)를 침지시킨다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 용선의 상부 영역에 위치하여 그 상부면이 탕면과 인접하고, 취입 노즐(230)은 용선 하부 영역에 위치하여 래들(100) 내 바닥면과 인접하도록 침지시킨다. 보다 구체적으로 예를 들어 설명하면, 래들(100) 내부에 수용되는 용선의 탕면을 기준으로 1/4 지점 이내의 영역에 블레이드(220)가 위치하고, 3/4 지점을 초과하는 영역에 취입 노즐(230)이 위치하도록 침지시킨다.
용선으로 임펠러(200)가 침지되면, 구동부를 동작시켜 임펠러(200)를 회전시키고, 취입관(240)으로 분체 형태의 탈황제와 질소 가스를 공급한다. 이때 탈황제는 생석회(CaO), CaC2 이거나, 생석회(CaO)와 형석(CaF2)이 혼합된 혼합물일 수 있다. 구동부의 동작에 의해 회전 몸체(210)가 회전하면, 블레이드(220)도 함께 회전하며, 이에 따라 래들(100) 내부의 용선과 탈황제가 상호 교반 된다. 즉, 블레이드(220)의 회전에 의해 발생하는 교반의 흐름(실선의 화살표)은 블레이드(220)로부터 래들(100) 내벽 방향으로 발생하여 충돌한 후, 래들(100) 내벽을 타고 상하 방향으로 분리되어 흐른다. 또한, 취입 노즐(230)을 통해 토출되는 탈황제에 의한 교반 흐름은 회전 몸체(210)의 외주면을 타고 직 상승한 후, 블레이드(220)의 회전에 의하여 용선의 상부 영역에서 래들(100) 내벽 방향으로 흐르면서 하강하고, 다시 회전 몸체(210)의 외주면을 타고 상승한다(점선 화살표). 이러한 탈황제에 의한 교반 흐름은 블레이드(220)의 회전에 의해 발생된 흐름, 보다 상세하게는 래들(100) 내벽과 충돌한 후 하측으로 이동하는 흐름과 일치하는 방향의 흐름이다. 이에, 종래와 같이 취입 노즐(230)로부터 토출된 탈황제에 의한 교반 흐름과 블레이드(220)에 의한 교반 흐름이 충돌하지 않고, 상호 대응하는 방향으로 흘러 합쳐짐에 따라 교반력이 향상된다.
이러한 교반에 의해 용선과 탈황제가 상호 반응하며, 용선 중 황(S)이 슬래그층으로 이동한다. 이때, 상술한 바와 같이 1차 탈황 과정에서 KR 설비에서 본 발명의 실시예에 따른 임펠러(200)를 사용함으로써, 종래에 비해 용선의 교반력이 향상되며, 이에 따라 용선과 탈황제 간의 반응율이 향상되고, 황 제거율이 향상된다. 따라서, 극저류강의 제조를 위한 용선을 처리하는 과정에서, 탈황 조업이 종래에 비해 용이하며, 이에 따라 탈황 조업 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
1차 탈황 조업에서 미반응된 탈황제 예컨대, 생석회는 비중 차이에 의해 부양되어 슬래그 중에 포함된다. 이에, 탈황이 종료되는 시점에 슬래그를 배재하는 후배재를 실시하며, 후배재 슬래그는 슬래그 포트 턴테이블의 후 배재 슬래그 포트에 저장된다. 그리고 후 배재 슬래그 포트로 장입된 후 배재 슬래그는 이후 실시되는 차지의 탈황 조업에 재활용된다.
후배재 조업까지 종료되면, 래들은 래들 트랜스퍼카에 의해서 전로 정련 스테이션으로 이송되며, 이송되는 동안에 용선을 샘플링하여, 용선 중 함유된 황 또는 다른 조성물에 대한 함유량을 검출하는 샘플링 작업이 이루어질 수 있다.
후배재가 종료된 래들이 전로 정련 스테이션으로 이송되면, 래들 내의 용선을 전로로 장입시킨다. 이후, 전로에서 용선을 정련한다. 전로에서 정련 단계는 용선 중에 함유된 인(P) 및 탄소(C)를 제거하는 단계와, 제품에 요구되는 성분을 조절하는 성분 조정 단계를 포함한다. 먼저, 탈린을 위해 전로 내로 산소를 취련(1차 취련)한다. 이에, 용선 중 인(P)과 취입된 산소가 반응하여 P2O5가 생성되며, 탈린 처리한 슬래그를 배재하면, 용선 중 인(P)이 제거된다. 이후, 전로 내로 산소를 취련(2차 취련)하면, 용선 중 탄소(C)는 일산화탄소(CO)로 산화되어 가스상으로 제거된다. 이후, 제품에 요구되는 성분을 제어한다. 이를 위해 예컨대, Al(알루미늄), 규소(Si), 망간(Mn) 및 Ti(티탄) 각각이 함유된 합금을 투입하여, 제조하고자 하는 슬라브의 성분을 조절한다.
그리고, 전로 정련이 종료되면, 용선 중 산소를 제거하는 탈산을 진행한다. 탈산은 예컨대, 진공 탈가스 설비에서 실시될 수 있다.
이후, 전로 정련이 종료된 용선을 LF 설비로 이송시키고, 상기 LF 설비에서 용선을 승온시키고, 2차 탈황 조업을 실시한다. 용선의 승온을 위해서, LF 설비의 전극봉(500) 보다 구체적으로는 교류 3 상 전극봉을 사용하여 용강에 아크(arc)를 가하면, 용선의 온도가 상승한다. 그리고 LF 설비의 임펠러(200)를 래들(300)에 수용된 용선으로 침지시키고, 임펠러(200)를 회전시킨다. 이때 KR 설비에서의 임펠러(200)의 침지와 마찬가지로, 용선 내 상부 영역에 블레이드(220)가 위치하고, 용선 내 하부 영역에 취입 노즐(230)이 위치하도록 임펠러(200)를 침지시킨다. 용선으로 임펠러(200)가 침지되면, 구동부를 동작시켜 임펠러(200)를 회전시키고, 취입관(240)으로 분체 형태의 탈황제와 질소 가스를 공급한다. 이에, LF 설비의 블레이드(220)의 회전에 의해 발생된 교반 흐름은 블레이드(220)로부터 래들(300) 내벽 방향으로 발생하여 충돌한 후, 래들(300) 내벽을 타고 상하 방향으로 분리되어 흐른다. 또한, 취입 노즐(230)을 통해 토출되는 탈황제에 의한 교반 흐름은 회전 몸체(210)의 외주면을 타고 직 상승한 후, 블레이드(220)의 회전에 의하여 용선의 상부 영역에서 래들(300) 내벽 방향으로 흐르면서 하강하고, 다시 회전 몸체(210)의 외주면을 타고 상승한다. 여기서, 탈황제에 의한 교반 흐름은 블레이드(220)의 회전에 의해 발생된 흐름, 보다 상세하게는 래들(300) 내벽과 충돌한 후 하측으로 이동하는 흐름과 일치하는 방향의 흐름이다. 이에, 취입 노즐(230)로부터 토출된 탈황제에 의한 교반 흐름과 블레이드(220)에 의한 교반 흐름이 충돌하지 않고, 상호 대응하는 방향으로 흘러 합쳐짐에 따라 교반력이 향상된다. 이러한 교반에 의해 LF 설비에서의 래들(300) 내에서 용선과 탈황제가 상호 반응하며, 용선 중 황(S)이 슬래그층으로 이동하고, 이후 래들(300)을 경동시켜 황(S)이 함유된 슬래그를 배재시킨다.
이와 같이, 본 발명에서는 KR 설비에서 1차 탈황을 실시하고, LF 설비에서 추가적으로 2차로 탈황을 실시한다. 이러한 2차례에 걸친 탈황에 의해 용선 중 황을 낮게 예를 들어 30ppm 이하로 용이하게 조절 가능하며, 이에 따라 극저류강의 제조가 용이하다. 또한, KR 설비에서 1차 탈황 및 LF 설비에서 2차 탈황 각각에서, 본 발명의 실시예에 임펠러(200)를 이용하여 용선을 교반시킨다. 따라서, 종래에 비해 용선의 교반력이 향상되며, 이에 따라 용선과 탈황제 간의 반응율이 향상되고, 이로 인해 황 제거율이 향상된다. 따라서, 극저류강의 제조를 위한 용선을 처리하는 과정에서, 탈황 조업이 종래에 비해 용이하며, 이에 따라 탈황 조업 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
100, 300: 래들 200: 임펠러
220: 블레이드 230: 취입 노즐

Claims (7)

  1. 용선을 마련하여 래들에 수선하는 과정;
    상기 래들을 케이알(KR) 설비로 이송시켜, 임펠러를 상기 용선으로 침지시키는 과정;
    상기 케이알(KR) 설비의 임펠러를 회전시켜, 상기 임펠러의 상부에서, 상기 용선의 탕면과 인접하도록 마련된 블레이드에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시키고, 상기 임펠러의 하부에서, 상기 래들 내부의 바닥면과 인접한 영역에 마련된 취입 노즐로부터 탈황제를 취입하여 상기 탈황제에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시켜, 용선 중 황을 제거하는 탈황 과정; 및
    상기 용선을 전로에 장입하여, 상기 전로에서 용선을 정련하는 전로 정련 과정;
    을 포함하고,
    상기 임펠러를 침지시켜 상기 임펠러를 회전시킴으로써 상기 용선을 교반하는데 있어서,
    상기 래들 내에 수용되는 용선의 높이를 H라 할 때,
    상기 취입 노즐은 상기 래들의 바닥면으로부터 (1/4)H 지점의 하측 영역에 위치하고, 상기 블레이드는 상기 래들의 바닥면으로부터 (3/4)H 지점의 상측 영역에 위치하도록 침지시켜, 상기 블레이드에 의해 발생된 교반 흐름이 상하 방향으로 분리되어 흐르고, 상기 블레이드의 하측 방향에서 용선의 교반 흐름 면적이 상기 블레이드의 상측 방향에서 용선의 교반 흐름 면적에 비해 넓도록 교반하는 용선의 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전로 정련이 종료된 용선이 수용된 래들을 LF 설비로 이송시켜, 임펠러를 상기 용선으로 침지시키는 과정; 및
    상기 LF 설비의 임펠러를 회전시켜, 상기 임펠러의 상부에 마련된 블레이드에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시키고, 상기 임펠러의 하부로부터 탈황제를 취입하여 상기 탈황제에 의한 용선의 교반 흐름을 발생시켜, 용선 중 황을 제거하는 탈황 과정;
    을 포함하는 용선의 처리 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 임펠러의 블레이드에 의해 발생되는 용선의 교반 흐름 방향과 상기 용선으로 취입되는 재료에 의해 발생되는 용선의 교반 흐름 방향이 일치하는 용선의 처리 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 블레이드의 하측에서의 교반 흐름 방향이 상기 용선으로 취입되는 재료에 의해 발생되는 용선의 교반 흐름 방향과 일치하는 용선의 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 용선이 수선된 래들을 케이알(KR) 설비를 이용한 탈황 위치로 이송시킨 후, 상기 래들을 경동시켜, 고로에서 생성된 용선의 슬래그를 배재하는 전(前) 배재 과정;
    전(前) 배재가 종료된 용선에 전(前) 차지 공정에서 발생된 후(候)배재 슬래그를 투입하는 후배재 슬래그 투입 과정; 및
    상기 탈황 과정에서 발생된 슬래그를 배재하는 후배재 과정;
    을 포함하는 용선의 처리 방법.
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