KR101606255B1 - 용선의 정련 방법 - Google Patents

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Abstract

전로형 정련 용기에 용선과 냉철원을 장입하고, CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료를 산소원과 함께 공급하여, 해당 냉철원을 용해하는 동시에 용선의 탈규 처리를 실행하고, 다음에 중간 배재로서, 탈규 처리에 의해서 생성된 슬래그의 적어도 일부를 배재하고, 계속해서 상기 전로형 정련 용기내의 용선에 조재제와 산소원을 공급하여 탈린 처리를 실행하는 용선의 정련 방법에 있어서, 상기 탈규 처리시에, 상기 전로형 정련 용기에, 규소 함유 물질 혹은 규소 함유 물질과 탄재를 열원으로서 첨가하여, 탈규 처리 종료시의 슬래그의 염기도(mass%CaO/mass%SiO2)를 0.5이상, 1.5이하, 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1280℃ 이상, 1350℃ 이하로 하는 조건하에 탈규 처리를 실행하고, 다음에 상기 중간 배재에 있어서 상기 탈규 처리에서 생성한 슬래그의 30mass%이상의 슬래그를 상기 전로형 정련 용기로부터 배재한다.

Description

용선의 정련 방법{METHOD OF REFINING MOLTEN IRON}
본 발명은 1개의 전로형 정련 용기(전로형 정련로)를 이용해서 용선의 탈규 처리와 탈린 처리를, 도중의 배재(slag removal) 공정(중간 배재)을 사이에 두고 연속해서 실행하는 정련 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 철 스크랩이나 냉철 등의 냉철원의 용해를 효율적으로 실행할 수 있는 용선의 정련 방법에 관한 것이다.
온실 효과의 가스 배출량 삭감이 강하게 요구되는 근래, 철강업에 있어서는 전로에서 용선의 탈린 처리 및 탈탄 정련을 실행할 때에, 용선에 열적인 여유가 있는 경우에는 노내의 용선에 철 스크랩 등의 냉철원을 배합해서 철강 제품 생산에 요하는 에너지를 삭감하는 방법이 실행되고 있다. 이것은 고로에 장입되는 철광석과 같은 산화철과 달리, 금속철인 냉철원은 환원할 필요가 없고, 고로로부터 출선(tap)되는 선철을 정련해서 용강을 제조하는 것보다 적은 에너지 소비량 및 적은 온실 효과 가스 배출량으로 용강을 제조할 수 있기 때문이다. 또, 고로에서 제조된 용선에 냉철원을 더하여 용강을 용제함으로써, 고로에서 제조되는 용선량 이상의 용강을 제조할 수 있고, 용강의 생산량 증대도 가능하다.
또한, 근래, 비용면 및 품질면에서 유리하기 때문에, 전로에서의 탈탄 정련 전에 용선에 대해 예비 처리로서 탈린 처리(「예비 탈린 처리」라고도 함)를 실시하고, 미리 용선 중의 인을 제거하는 정련 방법이 실행되고 있다. 이것은 탈린 반응은 정련 온도가 낮을수록 열학학적으로 진행하기 쉽고, 즉, 용강 단계보다 용선 단계 쪽이 탈린 반응은 진행하기 쉽고, 적은 정련제로 탈린 정련을 실행할 수 있는 것에 의거하고 있다.
일반적으로, 용선의 예비 처리에서는 우선, 산화철 등의 고체 산소원을 용선에 첨가하여 탈규 처리를 실행하고, 이 탈규 처리에서 발생한 슬래그를 제거하고, 또한 필요에 따라 용선을 별도의 정련 용기에 옮겨 담은 후에 탈린 정련제(매용제)를 첨가하여 탈린 처리를 실시한다.
통상, 이 탈린 처리의 탈린 정련제로서는 생석회 등의 CaO계 매용제를 이용하고, 탈린제인 산소원으로서는 고체 산소원(산화철 등)이나 기체 산소원(산소 가스 등)을 이용하고 있다. 또, 예비 처리를 실행하는 정련 용기로서는 토피도카, 레이들(고로 레이들이나 장입 레이들), 전로형 정련로 등이 이용되고 있다.
상기의 방법으로 탈린 처리를 실행한 용선은 열원인 규소(Si)가 산화되어 거의 없어지고, 탄소(C)도 산화되어 탄소 농도도 출선시에 비해 1.5질량%(이하, 질량%를 「mass%」로 나타냄) 정도 저하하고, 철 스크랩 등의 냉철원을 용해하기 위한 열적인 여유가 없기 때문에, 탈린 처리가 실시된 용선의 전로에 있어서의 탈탄 정련 공정에서는 냉철원을 배합할 수 없다고 하는 문제가 생기고 있다. 이 때문에, 용강의 증산이 필요한 경우에는 예비 처리로서의 탈린 처리를 포기하여, 전로에서 탈린 정련과 탈탄 정련을 동시에 실행한다고 하는 종래의 전로 취련으로 되돌리는 조업을 실행하는 경우도 있다.
그러나, 탈린 처리를 실시함으로써, 비용 저감 및 강재의 품질 향상을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 슬래그 발생량을 저감할 수 있기 때문에, 이러한 조업 형태의 변경을 실행하지 않고, 전술한 바와 같이, 용선의 탈린 처리를 실행하고, 또한 전로에서는 탈탄 정련만을 실행하는 동시에 철 스크랩 등의 냉철원의 배합 비율을 증가시키고, 고로에서 제조된 단위 질량당 용선으로부터 더욱 많은 용강을 제조하는 것이 바람직하다.
전로에 있어서의 용선의 탈탄 정련에 있어서, 페로실리콘(Fe-Si), 금속 Al 또는 코크스와 석탄, 흑연 등의 탄재를 열원으로서 첨가하고, 공급하는 산소 가스로 이들 열원을 산화시키고, 산화열을 이용해서 탈탄 정련의 종점 온도를 확보하는 것은 종래부터 실행되고 있다. 이들 열원을 첨가함으로써, 냉철원의 배합 비율을 증가시키는 것은 가능하지만, 페로실리콘, 금속 Al은 다량의 전력을 사용해서 제조되는 것이기 때문에 고가이고, 이들 첨가에 의해, 냉철원의 증가 배합이 가능하게 된다고 하는 장점만으로는 공업적으로는 성립하지 않는다. 또, 페로실리콘이나 금속 Al을 사용하면, SiO2 혹은 Al2O3가 생성되어 정련을 저해하므로, 생성한 SiO2 혹은 Al2O3를 희석할 필요가 생기고, CaO계 매용제의 사용량이 증가하며, 이것도 제조 비용을 높이는 원인으로 된다.
또, 저렴한 열원으로서, 전로내에 존재하는 용융철 그 자체도 고려된다. 철(Fe)과 반응하는 산소의 1kg당 환산한 발열량은 페로실리콘의 발열량에 가깝고, 코크스나 흑연 등의 탄재에 비하면, 취입하는 산소 가스를 효율적으로 이용하는 것이 가능하다. 그러나, 철을 산화하는 경우, 용선 중의 탄소를 산소 가스의 공급에 의해서 제거하고 있는 탈탄 정련에서는 슬래그 중의 FeO 농도가 35mass%이상의 고농도로 되고, 내화물의 용손이 심하게 된다고 하는 문제가 있다. 또, 철의 산화가 많아지고, 공업적으로는 성립하지 않는다.
한편, 탄재는 저렴하기 때문에, 열원으로서 사용되는 경우가 많지만, 열원용의 탄재로서 사용되는 코크스와 무연탄은 단위 질량당 발열량이 페로실리콘이나 금속 Al에 비하면 적고, 동일한 열량을 보상하기 위해서는 다량의 탄재가 필요하며, 또한 이 탄재를 연소시키기 위한 다량의 산소 가스를 추가 공급할 필요가 있고, 전로 취련 시간의 연장으로 이어지며, 냉철원의 배합 비율은 증가했다고 해도, 오히려 전로의 생산성을 저하시켜 버릴 우려가 있다. 또한, 코크스나 무연탄에 함유되는 유황이 용선이나 용강에 혼입하는 것에 의해, 용선 및 용강의 유황 농도의 픽업이 생기고, 특히 저 황강(sulfur steel)을 용제하는 경우에는 전로로부터의 출탕 후에 탈황 처리가 필수로 되고, 이것도 제조 비용을 높이는 원인으로 된다.
또, 탈탄 정련시에 탈탄 반응에 의해서 발생한 CO 가스를 전로내에서 2차 연소시키고(2CO+O2→2CO2), 이 2차 연소에 의한 발열을 용강에 착열시켜 냉철원의 용해량을 증가시키는 방법도 실행되고 있다(예를 들면, 철과 강, vol.71(1985) No.15.p.1787-1794 참조). 그러나, 통상의 탈탄 정련에서는 용탕에의 착열 효율은 낮고, 전로의 내장 내화물을 가열하는 것만으로, 2차 연소열의 대부분은 로 밖으로 방출되어 버리고, 전로의 내장 내화물의 손상을 확대시킨다고 하는 문제도 있고, 이 방법에 의해 냉철원의 배합 비율을 높게 하는 것에는 한계가 있다.
2차 연소열의 착열 효율을 높이는 것에 의해, 적은 탄재의 사용량으로 다량의 냉철원을 용해하는 것을 목적으로 해서, 일본국 특허공개공보 평성8-260022호에는 노내의 용융철 1톤당 100kg이상 1000kg이하의 대량의 슬래그를 노내에 형성시키고, 이 슬래그 중에서 2차 연소시키는 방법이 제안되고 있다.
또, 일본국 특허공개공보 평성10-265820호에는 용융철 1톤당 100kg이상 400kg이하의 대량의 슬래그를 노내에 형성시키고, 이 슬래그 중에서 2차 연소시키는 동시에, 저취 풍구로부터 취입하는 교반용 가스에 의해서 슬래그를 강하게 교반하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 상기 공보에 개시된 방법에서는 노내의 슬래그량을 용융철 1톤당 100kg이상 확보한 후에, 그 슬래그 중에 탄재를 감아 넣지 않으면 안 되고, 이것은 노내 용적에 차지하는 포밍 슬래그의 존재 비율을 높게 하는 것을 의미하고 있으며, 취련 중의 전로 노구로부터의 슬래그 분출을 회피하기 위해서는 노내에 수용시키는 용융철의 양을 대폭 줄일 필요가 있고, 결과적으로 냉철원의 용해 능률은 저하해 버린다고 하는 문제가 있다.
한편, 일본국 특허공개공보 평성9-176717호에는 고로 출선 용선을 상저취 전로에 장입하여 탈규 처리하고, 생성한 탈규 슬래그를 배재하는 제 1 공정과, 동일 전로내에 남긴 탈규 처리한 용선을 탈린/탈황 처리하는 제 2 공정과, 탈린/탈황 처리한 용선을 전로로부터 용선 레이들에 출탕하여, 별도로 준비한 상저취 전로에 장입한 후, 동일 전로에서 탈탄 처리하는 제 3 공정으로 구성되는 전로에 의한 고로 용선의 제강 방법이 제안되고 있다.
상기 일본국 특허공개공보 평성9-176717호에 개시된 방법에 의하면, 탈규 처리에 있어서의 용선 중 규소의 산화 연소열을 이용함으로써 냉철원의 용해가 가능하다고 되어 있지만, 용선에 함유되는 규소의 연소열만으로 용해 가능한 냉철원의 양에는 한계가 있고, 냉철원의 배합 비율을 높이는 관점에서는 아직 개선의 여지가 있다.
또한, 종래, 용선 예비 처리의 일부로서 실행되어 온 탈규 처리에서는 용선 용기내에서의 슬래그 포밍에 의한 조업 지장을 회피하기 위해, 또한 단시간에 다량의 산소를 공급하기 위해, 산화철을 사용하는 것이 일반적이었다.
예를 들면, 용선 예비 처리 초기의 탈규 반응 시기에 있어서, 탈규용 산소원으로서 산화철을 캐리어 가스와 함께 용선 중에 취입해서 탈규 처리를 실행하는 방법이 있지만, 이 방법에서는 산화철이 환원 반응의 진행시에 분해 흡열하기 때문에, 용선 중의 규소 연소열을 효율적으로 스크랩 용해를 위한 열로서 전환할 수 없어, 탈규 반응 시기에 있어서의 용선 온도의 상승이 충분히 얻어지지 않는다.
상기와 같이, 용선의 예비 처리로서 탈규 처리, 탈린 처리를 실행하고, 또한 전로에서는 탈탄 정련만을 실행하는 동시에 철 스크랩 등의 냉철원의 배합 비율을 증가시키고, 고로에서 제조된 단위 질량당 용선으로부터, 더욱 많은 용강을 제조하는 것을 목적으로 해서 각종 제안이 이루어지고 있지만, 종래, 유효한 수단은 제안되고 있지 않은 것이 실정이다.
본 발명은 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로서, 그 목적은 대규모의 설비가 필요하지 않고, 단시간에 효율적으로 또한 저렴하게, 철 스크랩 등의 냉철원의 용해를 위한 열 보상을 실행할 수 있고, 용선이 갖는 에너지를 낭비없이 냉철원의 용해에 유효하게 활용하고 또한 비용면, 품질면을 고려하여 충분한 용선의 정련(탈규 처리, 탈린 처리)을 실행하는 것을 가능하게 하는 용선의 정련 방법을 제공하는 점에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 다음과 같다.
즉, 본 발명은 전로형 정련 용기에 용선과 냉철원을 장입하고, CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료를 산소원과 함께 공급하여, 해당 냉철원을 용해하는 동시에 용선의 탈규 처리를 실행하고, 다음에 중간 배재로서, 탈규 처리에 의해서 생성된 슬래그의 적어도 일부를 배재하고, 계속해서 상기 전로형 정련 용기내의 용선에 조재제와 산소원을 공급하여 탈린 처리를 실행하는 용선의 정련 방법에 있어서, 상기 탈규 처리시에, 상기 전로형 정련 용기에 규소 함유 물질 혹은 규소 함유 물질과 탄재를 열원으로서 첨가하여, 탈규 처리 종료시의 슬래그의 염기도(mass%CaO/mass%SiO2)를 0.5이상, 1.5이하, 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1280℃ 이상, 1350℃ 이하로 하는 조건하에 탈규 처리를 실행하고, 다음에, 상기 중간 배재에 있어서, 상기 탈규 처리에서 생성한 슬래그 30mass%이상의 슬래그를 상기 전로형 정련 용기로부터 배재하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법이다.
상기의 구성으로 이루어지는 용선의 정련 방법에 있어서는
1) 상기 CaO를 주성분으로 함유하는 부 원료, 규소 함유 물질 중의 적어도 1종의 첨가량을 조정하여 탈규 처리 종료시의 슬래그의 염기도(mass%CaO/mass%SiO2)를 0.5이상, 1.0이하의 범위내로 하는 것,
2) 상기 산소원의 공급량을 조정하여 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1320℃ 이상으로 조정하는 것,
3) 상기 전로형 정련 용기내에 장입 또는 탈규 처리 중에 첨가하는 규소 함유 물질의 비산화물 규소는 그 합계량으로, 해당 전로형 정련 용기에 장입한 용선과 냉철원의 합계 질량당 4∼10kg/t의 범위로 하는 것,
4) 상기 전로형 정련 용기에 장입하는 냉철원과 용선의 합계 질량당 냉철원 원단위 XS(kg/t)를, 하기 (1)식에 의해 산출되는 Y의 값으로서 220이상, 260이하로 되는 범위로 하고, 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1280℃ 이상 1320℃ 이하로 하는 것,
Y=(3+34.5[%Si]+0.21Ti)·(1000-XS)/1000…(1)
여기서, [%Si]: 장입 용선 중 규소 농도(mass%),
Ti: 장입 용선 온도(℃)
XS: 냉철원 원단위(kg/t)
5) 상기 중간 배재에 의해 전로형 정련 용기로부터 배재되는 슬래그 배재율은 상기 탈규 처리에서 생성한 슬래그의 60∼90mass%인 것,
6) 상기 중간 배재를 종료한 후의 상기 전로형 정련 용기내의 슬래그의 슬래그량을 4kg/t이상, 20kg/t이하로 하는 것,
7) 상기 탈규 처리시에, 규소의 산화에 소비되는 산소 이외에 용선에 공급하는 산소량을, 상기 전로형 정련 용기에 장입한 용선과 냉철원의 합계 질량당 원단위로 2Nm3/t이상으로 하는 것,
8) 상기 냉철원은 철 스크랩 또는 직접 환원철 및 냉철에서 선택되는 적어도 1종인 것,
9) 탈규 처리 종료시부터 탈규 슬래그를 배재하기까지 이르는 시간이 4분 이내인 것,
10) 상기 CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료가 전로재 및 레이들재의 실시시에 있어서 생성된 슬래그(레이들재)에서 선택되는 적어도 1종인 것,
11) 상기 규소 함유 물질로서, 탄화 규소를 주성분으로 하는 부 원료를 사용하는 것,
12) 상기 탄화 규소를 주성분으로 하는 부 원료가 SiC 브리켓 및/또는 SiC를 주성분으로 하는 SiC계 폐기 내화물인 것,
13) 상기 SiC 브리켓 및/또는 SiC계 폐기 내화물의 첨가량을 하기(2)식에서 산출시키는 첨가량 상한값 W이하로 하는 것,
W=(F-600)×0.3÷22.4×28÷XSi÷10…(2)
여기서 W: SiC 브리켓 및/또는 SiC계 폐기 내화물의 첨가량 상한값(ton),
F: 탈규 처리 중의 총 산소 전송량(Nm3),
XSi: SiC 브리켓 또는 SiC계 폐기 내화물에 SiC로서 함유되는 Si 함유량(mass%),
이 본 발명의 과제 해결을 위한 구체적인 수단으로서 바람직하다.
상기의 구성으로 이루어지는 본 발명의 용선의 정련 방법에 따르면, 철 스크랩 등의 냉철원의 용해를 위한 열 보상으로서, 탈규 처리시에 용선에 첨가한 규소 함유 물질(규소원) 중의 규소의 연소열을 적극적으로 이용하고, 동일 전로형 정련 용기에서 중간 배재를 사이에 두고, 탈규 처리와 탈린 처리를 연속적으로 실시하기 때문에, 단시간에 효율적으로 다량의 냉철원을 용해하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명의 용선의 정련 방법에 따르면, 전로형 정련 용기에서 탈규 처리를 실행하기 때문에, 해당 용기의 용적에 여유가 있고, 슬래그 포밍에 의한 조업 지장을 초래하지 않으며, 또한 산화철을 사용하지 않아도 다량의 기체 산소를 단시간에 용선에 공급하는 것이 가능하고, 규소의 연소열을 산화철의 분해열로서 소비되는 일 없이, 냉철원의 용해에 활용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 용선의 정련 방법에 따르면, 탈규 처리 후에 계속해서 탈린 처리를 실행하기 때문에, 용기를 옮겨 담을 때에 발생하는 대기, 내화물에의 방열분의 열량을 냉철원 용해를 위한 열로서 활용할 수 있다.
또, 탈규 처리와 탈린 처리의 사이에 실행하는 중간 배재에 의해, 탈규 처리에서 발생한 저 염기도(mass%CaO/mass%SiO2=0.5∼1.5)의 슬래그를 전로형 정련 용기 밖으로 배출하는 것에 의해, 해당 용기 내에 잔류하는 염기도가 낮은 슬래그의 양을 저감하고, 높은 염기도(=1.5∼3.0)로 실행할 필요가 있는 후반의 탈린 처리에서 충분한 탈린을 실행하기 위해 추가, 장입해야 할 CaO량(CaO계 조재제)의 사용량을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 용선의 정련에 이용해서 바람직한 전로형 정련 용기의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2의 (a)∼(e)는 본 발명에 의한 요청의 정련 요령을 공정순으로 나타낸 개략도이다.
도 3은 슬래그 염기도와 배재율 및 슬래그 점성의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 중간 배재시의 용선 온도와 배재율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 탈규 처리 종료 시점에 있어서의 미용해의 냉철원의 유무와 탈규 처리 종료시의 용선 온도와 배재율의 관계의 조사 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 중간 배재시의 용선 온도와 탈린 처리 후의 인 농도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 탈규 처리, 탈린 처리, 탈탄 정련의 3개의 공정에 있어서의 생석회의 원단위와 배재율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 중간 배재시의 용기내 슬래그량과 탈린 처리 후의 인 농도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9는 탈규 처리시에 있어서의 탈규 외 산소량과 배재율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 탈규 처리 종료로부터 배재 개시 시간과 배재율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 11은 탈규 처리에서 출탕에 이르기까지의 용선 중의 규소 농도, 탄소 농도, 인 농도 및 망간 농도의 추이의 일예를 나타낸 도면이다.
도 12는 탈규 처리에 있어서의 총 산소 전송량과 SiC 연소량 및 SiC 수율의 관계를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 용선의 정련에 이용해서 바람직한 전로형 정련 용기의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2의 (a)∼(e)는 본 발명에 의한 용선의 정련 요령을 공정순으로 나타낸 개략도이다. 또한, 도 1은 도 2의 (b)의 탈규 처리 공정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 용선의 정련 방법에서는 상기 도 1에 나타내는 바와 같은 상저취 가능한 전로형 정련 용기(전로)(1)를 이용할 수 있다.
상취는 전로형 정련 용기(1)의 내부를 승강 가능한 상취 랜스(2)를 통해, 해당 상취 랜스(2)의 선단으로부터 산소 가스(3)를 용선(4)을 향해 공급하는 것에 의해 실행한다. 여기서, 산소 가스(3)는 공업용 순 산소이다.
또, 저취는 전로형 정련 용기(1)의 저부에 마련된 저취 풍구(저취 노즐)(5)를 통해 실행한다.
저취용의 가스(6)는 용선(4)중에 취입하는 것에 의해 해당 용선(4)의 교반을 강화해서 냉철원의 용해를 촉진하는 기능을 갖는 것이며, 산소 가스를 포함하는 가스라도 좋고, 혹은 아르곤 가스나 질소 가스 등의 불활성 가스만이라도 좋다.
또, 저취용의 가스(6)로서는 캐리어 가스(반송 가스)와 함께 플럭스(조재제)를 용선 중에 취입하는 기능을 갖는 것이라도 좋다.
또한, 도 1에 있어서의 부호 '7'은 규소 함유 물질(이하, 「규소원」이라 함)(8)이 수용된 호퍼, '9'는 CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료(이하, 「CaO계 매용제」라고 함)(10)이 수용된 호퍼, '11'은 호퍼(7)에 수용된 규소원(8)을 전로형 용기(1)에 투입하기 위한 슈트, '12'는 호퍼(9)에 수용된 CaO계 매용제(10)를 전로형 용기(1)에 투입하기 위한 슈트, 그리고, '13'은 정련 후의 용선(4)을 전로형 정련 용기(1)로부터 출탕하기 위한 출탕구이다.
본 발명에 있어서의 용선(4)의 정련 방법에서는 상저취 가능한 상기의 구성으로 이루어지는 2기 이상의 전로형 정련 용기(1)를 사용하고, 그 중의 적어도 1기의 전로형 정련 용기(1)에서 용선(4)의 탈규 처리, 탈린 처리(예비 처리)를 실시하고, 나머지의 적어도 1기에서 예비 처리된 용선(4)의 탈탄 처리를 실시할 수 있다. 즉, 용선 예비 처리용의 전로형 정련 용기(1)에서는 용선(4)의 탈규, 탈린 처리를 실행하고, 다음에, 용선 예비 처리가 실시된 용선(4)을 탈탄 처리용의 전로형 용기(1)에 옮겨 담는 탈탄 처리를 실행한다.
용선(4)의 정련을 실행하기 위해서는 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 우선, 전로형 정련 용기(1)에 철 스크랩 등의 냉철원(14)을 장입하고, 다음에 장입 레이들(15)을 통해 용선(4)을 장입한다.
그리고, 다음에, 전로형 정련 용기(1)내의 용선(4)에, 호퍼(7)에 수용되는 규소원(8) 및 호퍼(9)에 수용되는 CaO계 매용제(10)를 각각 슈트(11) 및 슈트(12)를 통해 첨가한 후, 산소원으로서 산소 가스 혹은 산화철을 공급하여, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 탈규 처리를 실시한다.
용선(4)의 탈규 처리에 있어서는 규소원(8)에 함유되는 규소 및 용선(4)에 함유되는 규소와, 산소원 중의 산소가 반응(Si+2O→ SiO2)해서 산화열이 발생하고, 이 산화 열로 용선 온도가 상승하고, 용선 중의 냉철원(14)의 용해가 촉진된다.
여기서, 전로형 정련 용기(1)에 미리 장입하는 냉철원으로서는 일본 철원 협회의 「철 스크랩 검수 통일 규격」에 규정되어 있는 철 스크랩 이외에, 직접 환원철, 냉선 등의 철을 주 성분으로 하는 것이라도 좋다.
탈규 처리를 위한 산소원으로서는 상취 랜스(2)로부터 공급하는 산소 가스(3)만이라도 좋고, 또 산소 가스(3)에 산화철(도시하지 않음)을 병용해도 좋다.
단시간에 실행되는 탈규 처리 중에 목적으로 하는 염기도(mass%CaO/mass%SiO2)(이하, 단지 「염기도」로만 표시하는 경우도 있음)의 슬래그(16)를 형성시키기 위해서는 CaO계 매용제(10)의 재화(滓化)를 촉진시키는 기능을 갖는 산화철을 일부 사용하는 것이 효과적이라고 고려되지만, 본 발명의 목적인 다량의 냉철원(14)을 용해시키는 관점에서는 승열시 및 분해시에 흡열하는 산화철을 이용하는 것은 바람직하다고는 할 수 없고, 따라서 산소원으로서 산화철을 이용하지 않고 산소 가스(3)만을 이용하는 것이 바람직하다.
또, 정련 용기로서 전로형 정련 용기(1)를 사용하므로, 강한 교반이 가능하며, 산소 가스만을 이용해서 탈규 처리를 실행해도, 충분히 목적으로 하는 염기도의 슬래그(16)를 형성시킬 수 있는 것을 확인하고 있다.
또, 또한 CaO계 매용제(10)의 투입은 탈규 처리를 시작하고 나서도 좋지만, 단시간의 탈규 처리 중에 슬래그(16)를 충분히 재화시키기 위해서는 가능한 한 빠른 시기가 바람직하고, 따라서 CaO계 매용제(10)를 냉철원(14)과 동시에 전로형 정련 용기(1)에 미리 장입해 두는 것이 바람직하다.
탈규 처리에 있어서 CaO계 매용제(10)를 사용하는 목적은 생성하는 슬래그(16)의 염기도를 조정하기 위한 것이고, CaO계 매용제(10)로서는 생석회(CaO), 석회석(CaCO3), 소석회(Ca(OH)2), 경소 돌로마이트, 생 돌로마이트 등이 사용 가능하며, CaO분으로서는 30mass%이상 함유하는 것이 바람직하고, 또 60mass%이상 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 전로에서의 용선의 탈탄 정련시에 생성된 슬래그(전로재), 전로형 정련 용기(1)를 이용한 용선의 정련 실시시(탈탄)에 있어서 생성된 슬래그(전로재(converter slag)), 레이들 정련의 실시시에 있어서 생성된 슬래그(레이들재(ladle slag))를 사용할 수도 있다. 전로재, 레이들재는 염기도가 3∼5이며, 생성하는 슬래그(16)의 염기도 조정용으로서 충분히 기능한다.
또, 본 발명에서는 단시간에 다량의 냉철원(14)을 용해시키기 위해, 발열량이 큰 규소원(8)을 열원으로서 전로형 정련 용기(1)에 장입하지만, 이 규소원(8)으로서는 페로실리콘(Fe-Si)이나 금속 실리콘을 사용할 수 있다.
규소원(8)으로서는 탄화 규소를 주성분으로 하는 부 원료를 사용한다. 구체적으로는 더욱 저렴한 SiC를 주성분으로 하는 SiC 브리켓(성형탄)이나 SiC를 주성분으로 하는 SiC계 폐기 내화물 등을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 SiC계 폐기 내화물은 사용한 SiC계 내화물이나 SiC계 내화물 시공시에 잔재로서 발생한 것 등등, 지금까지 유효하게 활용되고 있지 않았던 SiC계 내화물을 말한다. 또한, 열원으로서 규소원(8)만을 사용할 필요는 없고, 탄재나 금속 Al 등의 다른 열원을 병용해도 좋다. 특히, 탄재는 저렴하기 때문에, 규소원(8) 이외에 탄재를 병용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 용선(4)의 정련 방법에서는 탈규 처리 후에 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 중간 배재를 실행하고, 탈규 처리에서 발생한 SiO2를 대량으로 포함하는 저 염기도의 슬래그(16)를 전로형 정련 용기(1)로부터 배출한다. 이 때, 배출하는 슬래그(16)의 염기도가 0.5∼1.5의 범위내로 되도록, 탈규 처리에서는 CaO계 매용제(10) 및 규소원(8) 중의 적어도 1종의 첨가량을 조정한다.
CaO계 매용제(10)의 사용량을 높이면 염기도가 상승하고. 반대로, 규소원(8)의 사용량을 높이면 염기도가 저하한다.
또, 배출하는 슬래그(16)의 온도를 1280℃ 이상으로 하기 위해, 탈규 처리에서는 탈규 처리 종료시의 용선 온도가 1280℃ 이상으로 되도록 규소원(8)의 공급량을 조정한다. 규소원(8)의 공급량을 높이면 용선 온도가 상승한다. 또한, 슬래그(16)의 온도는 용선(4)의 온도와 동등 또는 그 이상(규소원(8)은 슬래그 중에서 연소하는 경우가 많으며, 규소원(8)의 연소열은 슬래그(16)에 착열됨)이며, 슬래그(16)의 온도가 1280℃ 이상으로 되면 용선(4)의 온도는 1280℃ 이상으로 되는 것을 확인하고 있다.
본 발명에 있어서, 슬래그(16)의 염기도 및 용선(4)의 온도를 상기의 범위로 조정하는 이유는 슬래그(16)의 유동성을 확보하여, 양호한 배재성 및 배재율(배재율(mass%)=(배출 슬래그 질량)/(탈규 처리 공정에서 생성한 슬래그 질량)×100)을 얻기 위함이다.
도 3은 슬래그 염기도와 배재율 및 슬래그 점성의 관계를 나타낸 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 슬래그(16)의 염기도가 0.5미만이 되면 슬래그(16)의 점성이 높아지고, 양호한 배재율을 얻을 수 없다. 한편, 슬래그(16)의 염기도가 1.5를 넘으면, 고상 슬래그가 생겨 슬래그(16)의 유동성이 낮아지고, 배재율이 저하한다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는 슬래그의 염기도를 0.5이상, 1.5이하로 하는 것으로 하였다. 단, 이와 같이 슬래그(16)의 배재성 및 배재율을 확보하는 관점에서는 슬래그(16)의 염기도는 0.5∼1.5의 범위로 충분하지만, 탈규 처리에 있어서 CaO계 매용제(10)의 사용량을 삭감하는 관점에서는 슬래그(16)의 염기도를 0.5∼1.0의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.
또, 슬래그(16)의 온도가 1280℃를 하회하면, 마찬가지로 고상 슬래그에 의한 슬래그 점성 상승, 액상 슬래그의 점성 상승이 생기기 때문에, 슬래그(16)의 유동성이 낮아지고, 도 4에 나타내는 바와 같이 슬래그(16)의 배재율이 낮게 되어 버린다. 따라서, 사용하는 용선(4)의 초기 조건에 따라서는 예를 들면, 탈규 처리가 진행하여 용선중 규소 농도가 0.05mass%를 하회하는 바와 같은 단계에서도, 슬래그(16)의 온도가 1280℃를 하회하는 경우가 발생하지만, 이 경우에는 또한 탈규 반응을 진행시켜 1280℃ 이상의 용선 온도를 확보할 필요가 있다.
도 5는 탈규 처리 종료 시점에 있어서의 미용해의 냉철원(14)의 유무와 탈규 처리 종료시의 용선 온도와 배재율의 관계의 조사 결과를 나타내는 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이. 냉철원(14)의 용해를 촉진시키는 관점에서는 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 바람직하게는 1320℃ 이상으로 하는 것이 좋다.
한편, 중간 배재시의 용선(4)의 온도가 1350℃를 넘는 경우, 탈린 처리 후의 용선. 온도가 높아지고, 용선(4)의 인 농도가 0.030mass%이상으로 되어 탈탄 정련시에 요하는 CaO원이 증가하는 원인이 된다.
이것은 탈린 처리시에 부 원료(조재제)의 투입 시간이 최단이라고 해도 해당 부 원료를 용해하기 위해 산소를 공급하기 때문에, 탈린 처리 후의 용선(4)의 온도가 불가피하게 상승하는 것에 기인한다.
중간 배재시의 용선 온도와 탈린 처리 후의 용선(4)의 인 농도의 상관을 도 6에 나타낸다. 도 6으로부터, 탈린 반응을 진행시키기 위해 중간 배재시의 용선 온도를 1350℃ 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
중간 배재시의 용선 온도가 1350℃를 넘으면, 내장의 마그네시아 카본 벽돌의 마모를 방지하기 위해 슬래그 중의 마그네시아 농도나 염기도를 상승시키는 것도 필요하게 되어 비용의 증대를 초래하는 문제도 있다. 그 때문에, 본 발명에서는 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1350℃ 이하로 하였다.
탈규 처리시에 전로형 용기(1)내에 장입 또는 탈규 처리 중에 첨가되는 규소원(8)의 비 산화물 규소(산화물이 아닌 규소이며, 이하 단지 규소라 함)의 합계량은 전로형 정련 용기(1)에 장입하는 용선(4)과 냉철원(14)의 합계 질량당 4∼10kg/t의 범위로 하는 것이 바람직하다.
그 이유는 규소의 합계량이 10kg/t를 넘어 첨가되면, 탈규 처리에서의 규산의 생성량이 과대하게 되어, 이전 챠지의 탈린 슬래그를 전량 전로형 정련 용기(1)내에 남긴 채 탈규 처리를 실행해도, 또한 염기도 조절을 위한 산화 칼슘원(CaO계 매용제)을 대량으로 첨가할 필요가 있고, 전로형 정련 용기(1)의 슬래그량도 과대하게 되기 때문에, 정련 비용 등의 관점에서 바람직하지 않기 때문이다.
한편, 규소의 합계량이 4kg/t미만에서는 규소의 산화 반응에 의한 발열량이 작아 냉철원(14)을 용해하는데 효과적이지 않다. 규소의 합계량이 4∼10kg/t이면, 탈규 처리 후의 염기도를 조정함에 있어서도, 또 냉철원(14)을 용해를 위한 열원을 확보함에 있어서도 바람직한 범위라고 할 수 있다.
냉철원(14)을 용해하기 위해 필요한 열량은 규소원(8) 뿐만 아니라, 그 일부로서, 탄재와 페로실리콘, 금속 Al 등을 열원으로서 이용해도 좋다.
또, 탈규 처리 후의 탈린 처리에 있어서, 탈린을 효율적으로 실행하기 위해서는 용선(4)의 온도를 적당한 범위로 제어할 필요가 있지만, 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1320℃ 이하로 하는 것에 의해, 탈린 처리에 있어서 온도 조절을 위해 첨가하는 철광석 등의 냉각재를 대폭 삭감할 수 있다.
동일한 전로형 정련 용기(1)를 이용해서 탈규 처리와 탈린 처리를 계속해서 실행하는 경우, 탈린 처리 전에도 슈트를 이용해서 철 스크랩과 같은 냉철원(14)을 장입하는 것은 작업 시간상 곤란하다. 또, 처리 중에 노상으로부터 투입할 수 있는 냉철원(14)은 정립(整粒)된 고가의 것이거나, 제철소 내에서 발생하는 지금(地金) 등 양적으로 한정된 것이기 때문에, 정상(定常)적으로 대량으로 사용하는 것은 곤란하며, 실제로는 사용할 수 있는 부 원료의 종류 수의 제약으로부터, 냉철원(14)을 노상으로부터 노상 투입 장치에서 투입하지 않는 것도 일반적이다.
따라서, 탈린 처리에 있어서 공업적으로 대량으로 이용할 수 있는 냉철원(14)은 철광석 등의 산화철에 한정되어, 철 스크랩 등의 저렴한 냉철원(14)을 충분히 활용할 수 없는 것이 일반적이다.
한편, 탈규 처리에 있어서 저렴한 철 스크랩을 냉철원(14)으로서 대량으로 사용하는 것은 비교적 용이하고, 이것에 의해서 탈규 처리 후의 용선 온도를 1320℃ 이하로 하는 것에 의해, 탈린 처리에 있어서의 산화철의 사용량을 대폭 삭감할 수 있고, 산화철의 분해 흡열에 의한 반응열 분을 간접적으로 탈규 처리에서의 냉철원(14)의 용해에 활용할 수 있게 된다.
탈규 처리 후의 용선 온도가 저하하면 냉철원(14)이 용해되고 남는 것이 우려되지만, 용해되고 남은 냉철원(14)은 용선(4)과 함께 전로형 정련 용기(1)내에 유지되어, 다음의 탈린 처리 중에 용해가 진행하기 때문에, 탈린 처리 종료시에 냉철원(14)의 용해가 완료되어 있으면 조업상의 문제는 없다.
냉철원(14)의 사용량의 증대와 정련 비용의 억제를 도모하면서, 탈규 처리 후의 용선 온도를 1280∼1320℃의 범위로 하기 위해서는 냉철원(철 스크랩)(14)과 용선(4)의 합계 질량당 냉철원 원단위 XS(kg/t)를 하기 (1)식에 의해 산출되는 Y의 값으로서 220이상, 260이하로 되는 범위로 하는 것이 바람직하다.
Y=(3+34.5[%Si]+0.21Ti)·(1000-XS)/1000…(1)
여기서, [%Si]: 장입 용선 중 규소 농도(mass%),
Ti: 장입 용선 온도(℃)
XS: 냉철원 원단위(kg/t)
Y의 값이 220미만에서는 흙형상 흑연 등의 탄재를 열원으로서 첨가하여 정련 시간을 연장하거나, 페로실리콘 등의 고가의 열원을 대량으로 사용할 필요가 있고, 또한 슬래그 염기도를 조절하기 위해 CaO계 매용제(10)를 추가하는 것으로 되기 때문에, 정련 비용의 상승이나 생산성의 저하를 초래하게 되어 바람직하지 않다.
또, Y의 값이 260을 넘으면, 온도를 제어하기 위해 철광석 등의 냉각재를 사용하게 되며, 냉철원(14)의 사용량을 최대화하는 관점에서는 바람직하지 않다.
본 발명에 바람직한 탈규 처리에 있어서는 탈규 처리 후의 용선 온도를 적절한 범위로 제어하는 동시에, 규소를 열원으로서 이용하므로, 용선(4)과 냉철원(14)의 합계 중량당 100∼250kg/t라고 하는 다량의 냉철원(14)를 사용해도 생산성의 저하나 정련 비용의 상승을 초래하지 않고, 냉철원(14)의 용해와 용선(4)의 정련을 효율적으로 실행할 수 있다. 단, 냉철원 원단위가 250kg/t이상에서는 추가의 열원이 필요하게 되어 비용의 상승을 초래하거나, 정련 시간이 길어져 생산성이 저하하는 문제가 있다. 또, 냉철원의 장입 설비의 제약으로부터도 사용량을 더욱 늘리는 것은 효율적이지 않다.
또, 본 발명에 있어서는 중간 배재시에 전로형 정련 용기(1)로부터 배재되는 슬래그의 배재율은 탈규 처리에서 생성한 슬래그의 30mass%이상으로 한다.
그 이유는 도 7에 나타내는 바와 같이, 슬래그의 배재율이 30mass%를 하회하면, 그 후의 탈린 처리에 있어서 탈린 불량을 방지할 목적으로, 슬래그(탈린 처리에 있어서의 슬래그)의 염기도를 1.5∼3.0의 범위로 확보하기 위해, CaO계 매용제(10)의 사용량이 증대하여 슬래그 양이 많아지고, 탈린 처리 중의 슬래그 포밍을 억제할 수 없게 되어, 전로형 정련 용기(1)의 노구로부터의 슬래그 분출이 발생하고, 슬래그 분출에 의한 조업 지장이 생기기 때문이다.
상기 도 7은 탈규 처리, 탈린 처리, 탈탄 정련의 3개의 공정에 있어서의 생석회(CaO)의 원단위와 배재율의 관계를 나타낸 것으로서, 슬래그 분출의 유무를 아울러 표시하고 있다.
도 7 중의 횡방향의 파선(생석회 원단위≒26.7kg/t)은 종래의 용선의 탈규 처리, 탈린 처리(예비 처리)에서 전로 탈탄 정련까지의 평균적인 생석회의 원단위이고, 본 발명에 있어서 슬래그의 배재율을 60mass%이상으로 함으로써, 생석회의 원단위는 종래보다 적어지는 것을 알 수 있다.
비용 상승을 회피하면서, 탈린 처리 공정에서의 최소한 필요한 슬래그량을 확보하기 위해서는 슬래그의 배재율을 60∼90mass%로 하는 것이 바람직하다. 즉, 용선(4)의 탈규 처리, 탈린 처리에서 탈탄 정련까지 소비하는 CaO계 매용제(10)의 총 사용량을 억제하기 위해서는 배재율을 60mass%이상으로 높이는 것이 유효한 한편, 생성한 슬래그(16)의 배재율이 90mass%를 넘어 버리면, 다음 공정의 탈린 처리에 있어서 새로이 첨가하는 CaO계 매용제(10)의 재화가 손상되고, 탈린 반응이 저해될 우려가 있다. 이 때문에, 중간 배재에서의 슬래그의 배재율은 바람직하게는 90mass%이하로 한다.
또, 본 발명에 있어서는 중간 배재를 종료한 후의 전로형 정련 용기(1)에 대해, 해당 전로형 정련 용기(1)내에 잔류하는 슬래그(16)의 슬래그량은 4kg/t이상이고 또한 20kg/t이하로 규제하는 것이 바람직하다. 그 이유는 전로형 정련 용기(1)내에 잔류하는 슬래그의 슬래그량이 4kg/t미만에서는 다음의 탈린 처리에 있어서 석회계 매용제의 재화 촉진을 위해 산화철을 사용하는 것이 필요하게 되는 한편, 20kg/t를 넘으면 석회계 매용제의 사용량이 증대하거나, 탈린 조업이 저해되는 문제가 있기 때문이다.
도 8은 중간 배재 후에 전로형 정련 용기(1)내에 남은 슬래그(16)의 슬래그량과 탈린 처리 후의 용선 인 농도의 상관을 나타낸 도면이다. 도 8로부터 명확한 바와 같이, 전로형 정련 용기(1)내에 남는 슬래그(16)가 소량인 경우, 탈린 처리시에 부 원료의 용해에 불리하게 된다. 한편, 슬래그(16)가 많이 남는 경우에는 탈린 처리시에 사용하는 부 원료의 양이 증가하고 또한 탈린 처리 후의 용선의 인 농도도 증가 경향으로 된다.
탈린 처리에 있어서 형석이나 산화철을 사용하지 않고 석회계 매용제의 재화를 촉진하기 위해서는 전로형 용기(1)내에 적당한 양의 슬래그를 잔류시켜 용융 슬래그 중의 이산화규소나 산화철을 이용하여 재화를 촉진하는 것이 유효하다. 그 때문에, 중간 배재에 의해 전로형 용기(1)로부터 슬래그를 배출할 때에는 4∼20kg/t의 슬래그를 전로형 정련 용기(1)내에 잔류시키도록, 노체의 경전 각도(inclination angle)를 조절해서 배출한다.
이에 따라, 탈린 처리에 있어서 산화철을 사용하지 않아도 효율적으로 탈린 반응을 촉진시키는 것이 가능하게 되고, 산화철의 분해 흡열에 의한 반응열 분을 간접적으로 탈규 처리에서의 냉철원 용해를 위한 열로서 활용할 수 있다.
중간 배재에 있어서 슬래그의 배재성을 높이기 위해서는 해당 슬래그를 전로형 정련 용기(1)내에서 포밍시키는 것이 유효하다. 그를 위해서는 용선(4)에 포함되는 탄소와 산소의 반응에 의해 발생하는 CO 가스의 발생 속도를 높일 필요가 있다.
용선(4)을 유출시키지 않도록 전로형 정련 용기(1)의 경동(傾動) 각도를 조절하여 슬래그(16)를 유출시키면, 어느 정도의 슬래그(16)는 전로형 정련 용기(1)내에 잔류시킬 수 밖에 없지만, 포밍하고 있는 슬래그(16)의 실적률은 1/10 정도이며 부피비중이 진비중에 비해 현저히 저하하고 있기 때문에, 전로형 정련 용기(1)내에 잔류하는 슬래그(16)의 슬래그량을 낮게 제어할 수 있다. 여기서, 포밍하고 있지 않을 때의 슬래그 비중을 진비중으로 하고, 포밍시의 슬래그 비중을 부피비중으로 한 경우에, 실적률=(부피비중/진비중)으로 정의한다.
도 9는 용선(4) 중에 포함되는 규소를 산화하는데 필요한 산소 이외의 산소의 산소량과 슬래그의 배재율의 관계를 나타낸 도면이다. 또한, 도 9에 있어서 횡축에 표시한 탈규 처리시에 있어서의 「탈규 외 산소량」은 용선 Si, 승열재의 SiC 브리켓 및 비 산화성 규소량의 산화에 사용된 산소 이외의 산소량을 말하는 것으로 한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 탈규 처리시에 용선 중의 규소를 산화하는데 필요한 산소 이외에 용선(4)에 산소를 공급하면, 산소량에 따라 배재율이 변동하는 것을 알 수 있다. 목적으로 하는 배재율을 확보하기 위해서는 탈규 처리시에 용선 중의 규소를 산화하는데 필요한 산소 이외에 용선(4)에 공급하는 산소의 산소량을, 전로형 정련 용기(1)에 장입한 용선(4)과 냉철원(14)의 합계 질량당 원단위로 2Nm3/t이상, 더욱 바람직하게는 4Nm3/t이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 과잉의 탈탄을 방지하여, 후공정의 탈탄 처리에서의 열원으로 되는 용선중 탄소의 농도 저하를 억제한다는 관점에서 상기 산소량의 상한은 10Nm3/t 정도로 하는 것이 바람직하다.
또, 슬래그의 포밍이 침정(沈靜)화해 버린 경우, 슬래그의 배재율은 현저하게 저하하기 때문에, 도 10에 나타내는 바와 같이, 탈규 처리 종료부터 배재에 이르기까지의 시간을 4분 이내로 하는 것이 바람직하다.
중간 배재 후에는 전로형 정련로 내에 잔류시킨 용선(4)에 CaO계 매용제(10)및 산소원을 공급하여, 도 2의 (d)에 나타내는 바와 같이, 용선(4)을 탈린 처리한다. 이 탈린 처리에 있어서 사용하는 산소원은 상취 랜스(2)로부터의 산소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 다량의 냉철원(14)의 용해를 목적으로 하는 것이며, 승열시 및 분해시에 흡열하는 산화철을 산소원으로서 사용하는 것은 바람직하지 않다. 또한, 탈규 처리에서 생성되는 슬래그(16)의 염기도가 1.5이상이면, 탈린 반응은 진행하므로, 그 경우에는 탈린 처리 공정에서 새로이 CaO계 매용제(10)를 첨가할 필요는 없다.
용선 중의 인은 공급되는 산소원 중의 산소에 산화되어 인산화물(P2O5)로 되고, 이 인산화물이 CaO계 매용제(10)의 재화에 의해서 형성되고, 탈린 정련제로서 기능하는 슬래그 중에 3CaO·P2O5인 안정 형태의 화합물로서 도입되며, 용선(4)의 탈린 반응이 진행한다.
탈린 반응이 진행하고 용선중 인 농도가 소정의 값으로 저하하면, 탈린 처리를 종료하고, 도 2의 (e)에 나타내는 바와 같이, 전로형 정련 용기(1)를 출탕구(13)가 설치된 측으로 경전시켜 전로형 정련 용기(1)내의 용선(4)을 용선 유지 용기(도시하지 않음)에 출탕한다(출탕 공정).
이와 같이 해서 본 발명에 관한 용선의 정련이 실행된다.
도 11은 본 발명을 적용했을 때의, 탈규 처리 공정에서 출탕 공정에 이르기까지의 용선 중의 규소 농도, 탄소 농도, 인 농도 및 망간 농도의 추이의 일예를 나타낸 도면이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 철 스크랩 등의 냉철원의 용해를 위한 열 보상 방법으로서, 탈규 처리시에 용선에 첨가한 규소 함유 물질(규소원)에 함유되는 규소의 연소열을 적극적으로 이용하고, 전로형 정련 용기를 이용해서 도중의 배재 공정(중간 배재)을 사이에 두고, 용선에 대해 탈규 처리와 탈린 처리를 연속적으로 실시하므로, 단시간에 효율적으로 다량의 냉철원을 용해하는 것이 실현된다.
종래, 연속적이지 않은 용선 예비 처리로서 탈규 처리가 실행되어 왔지만, 용선 용기 내에서의 슬래그 포밍에 의한 조업 지장을 회피하는 것을 목적으로 해서, 또 동시에 단시간에 다량의 산소를 공급하는 것을 목적으로 해서, 종래의 탈규 처리에서는 산소원으로서 산화철이 공급되고 있었다. 즉, 예를 들면 특허문헌 3에 기재되는 용선 예비 처리 초기의 탈규 반응 시기에 있어서, 탈규용 산소원으로서 주로 산화철을 용선 중에 취입하는 방법에서는 탈규 반응 시기에 있어서의 용선 온도의 상승은 충분히 얻어지지 않는다.
이와 같이, 종래의 탈규 처리에서는 산화철은 분해 흡열하기 때문에, 용선 중의 규소의 연소열을 효율 좋게 냉철원 용해를 위한 열로서 전환할 수 없었지만, 본 발명에서는 전로형 정련 용기(1)에서 탈규 처리를 실행하므로, 용기 용적에 여유가 있고, 산화철을 사용하지 않아도 다량의 기체 산소를 단시간에 용선(4)에 공급하는 것이 가능하고, 규소의 연소열을 산화철의 분해열에 사용하지 않고, 냉철원(14)의 용해에 활용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에서는 탈규 처리 후에 연속적으로 탈린 처리를 실행하므로, 정련 용기의 옮겨 담음에 의한 방열분을 냉철원 용해를 위한 열로서 활용할 수 있다.
또, 탈규 처리 공정과 탈린 처리 공정의 사이에서, 탈규 처리 공정에서 생성한 염기도가 낮은 슬래그를 전로형 정련 용기(1) 밖으로 배출하므로, 높은 염기도(=1.5∼3.0)로 실행할 필요가 있는 탈린 처리에 있어서의 CaO형 조재제(10)의 사용량을 저감할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서는 통상, 고 염기도로 인해 노반재 등으로서 스크랩하는 것이 곤란한 전로재, 레이들재를 탈규 처리에 있어서의 슬래그의 염기도 조정용의 CaO계 매용제(10)로서 이용할 수 있고, 이 전로재, 레이들재는 탈규 처리 후에는 저 염기도의 슬래그로서 재생되기 때문에, 전로재, 레이들재의 스크랩이 가능하게 된다. 또, 전로재, 레이들재를 이용하는 것에 의해서, 단시간의 탈규 처리라도 충분히 재화를 촉진시키는 것이 가능하게 되고, 배재율을 높이는 것이 달성된다.
또한, 본 발명에서는 탈규 처리에서 노내에 장입하는 규소 함유 물질(규소원)로서, 탄화 규소를 주성분으로 하는 부 원료를 사용하는 경우, 구체적으로는 SiC를 주성분으로 하는 SiC 브리켓 및/또는 SiC를 주성분으로 하는 SiC계 폐기 내화물을 사용하는 경우에는 다대한 열량을 저렴하고 또한 효율적으로 보상할 수 있다. 규소 함유 물질의 탄화 규소분으로서는 30mass%이상 함유하는 것이 바람직하다.
이 때, SiC 브리켓 및 SiC계 폐기 내화물의 첨가량을 하기의 (2)식에서 산출되는 첨가량 상한값 W 이하로 하는 것이 바람직하다.
W=(F-600)×0.3÷22.4×28÷XSi÷10…(2)
여기서, W:SiC 브리켓 및/또는 SiC계 폐기 내화물의 첨가량 상한값(ton)
F: 탈규 처리 중의 총 산소 전송량(Nm3),
XSi: SiC 브리켓 또는 SiC계 폐기 내화물에 SiC로서 함유되는 Si 함유량(mass%),
또한, 첨가량 상한값 W는 SiC 브리켓 및 SiC계 폐기 내화물의 각각에 대해 계산한 합계값이다.
도 12는 탈규 처리에 있어서의 총 산소 전송량과 SiC 연소량 및 SiC 수율의 관계를 나타낸 도면이다. 도 12로부터 명백한 바와 같이, 탈규 처리에 있어서의 총 산소 전송량(탈규 처리에 있어서의 산소의 사용량)에 따라 열원으로서 작용하는 SiC량에는 상한이 있고, 미반응 SiC의 다량 발생으로 인한 열 부족이나 비용 증가를 회피함으로써, 더욱 효율적으로 안정된 열량 보상이 가능하게 된다.
[실시예]
실시예 1
상기 도 1에 나타내는 바와 같은 구조로 이루어지는 용량 250t의 전로형 정련 용기를 이용하여, 상기 도 2의 (a)∼(e)에 나타낸 요령으로 용선의 예비 처리를 실행하고, 그 때의 처리 상황에 대한 조사를 실행하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 이 실시예 1에서는 상취에 대해서는 상취 랜스(2)를 이용해서 산소 가스(3)를 용선(4)에 내뿜는 것에 의해 실행하고, 저취는 전로형 정련 용기(1)의 저부에 마련한 5개의 저취 풍구(5)를 이용하고, 질소 가스를 용선 중에 취입하는 것에 의해 실행하였다. 또, 용선(4)의 정련을 실행함에 있어서는 전로형 정련 용기(1)에 우선 냉철원(14)을 장입하고, 다음에 용선(4)을 장입하고, 그 후, 규소원 및 CaO계 매용제를 장입한 후에 탈규 처리를 개시하였다.
탈규 처리에 있어서의 열원인 규소원으로서는 SiC로서의 Si를 52.5mass% 함유하는 SiC 브리켓을 사용하고, 일부의 조업(본 발명예 2)에서는 SiC 브리켓 이외에 탄재를 병용하였다. 그리고, 탈규 처리 종료 후, 신속하게 배재 작업을 실행하고, 계속해서 탈린 처리를 실행하였다. 탈규 처리의 개시부터 탈린 처리 종료 후의 출탕 완료까지의 시간은 상기 도 11과 마찬가지로 30분간 정도이다. 냉철원으로서는 일본 철원 협회의 「철 스크랩 검수 통일 규격」에 규정되어 있는 철 스크랩을 사용하였다.
Figure 112013118895112-pct00016
표 1의 탈린 처리의 항목에 있어서 기재한 산소 전송량은 탈규 처리 및 탈린 처리에서의 합계량을 나타낸 것이다. 또, 본 발명예 1∼4는 탈규 처리 전에 SiC 브리켓만 혹은 SiC 브리켓을 탄재와 함께 투입하고, 탈규 처리 종료 후, 신속하게 배재 작업을 실행하고, 계속해서 탈린 처리를 실행한 것이다.
본 발명예 1은 중간 배재시의 용선 온도가 1327℃인 경우이고, 본 발명예 2는 중간 배재시의 용선 온도가 1320℃인 경우이다. 어느 예도 배재율은 70%정도로 높은 배재율을 얻고 있으며, 철 스크랩의 미용해도 발생하고 있지 않다.
본 발명예 3,4는 용선 온도(슬래그 온도)가 1295℃, 1280℃인 경우이며, 본 발명예 1,2에 비해 용선 온도가 낮고, 온도가 저하함에 따라 배재율이 저하하고 있지만, 본 발명예 4와 같이 염기도가 0.5인 슬래그라도 용선의 온도가 1280℃ 이상이면, 배재율 30%정도를 확보할 수 있는 것이 명백하다.
비교예 1은 발명예 1∼4와 마찬가지로 규소원을 첨가하고, 중간 배재를 실행하지 않은 채 탈린 처리를 실시한 것이지만, 비교예 1은 중간 배재를 실행하는 본 발명예 1∼4와는 달리, 소석탄 사용량이 증가 경향에 있는 것을 알 수 있다.
비교예 2는 스크랩 사용량을 조절하여 탈규 처리 종료시의 용선의 온도를 1396℃ 정도로 한 경우의 예이다. 비교예 2에 있어서는 탈린 처리에 있어서 온도 조절을 위해 대량의 철광석(20kg/t)을 사용할 수 밖에 없는 것이 명백하다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 따르는 용선의 정련 방법에 의하면, 정련에 드는 비용을 억제하면서 규소의 연소 발열을 스크랩의 용해를 위해 유효하게 이용할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2
실시예 1과 마찬가지의 전로형 정련 용기를 이용해서 본 발명에 의한 용선 예비 처리를 실시하였다. 상취 랜스(2)로부터 산소 가스를 용선에 내뿜는 동시에, 노체 저부에 마련한 7개의 저취 풍구(5)를 통해 교반용의 질소 가스를 용선 중에 취입하여 예비 처리를 실시하였다. 모든 조업에서, 전로형 정련 용기(1)에 우선, 냉철원을 장입하고, 다음에 용선을 장입하고, 그 후, 규소원 및 CaO계 매용제를 장입한 후에 탈규 처리를 시작하였다. 탈규 처리에 있어서의 열원인 규소원으로서는 SiC로서의 Si를 52.5mass% 함유하는 SiC 브리켓을 사용하고, 일부의 조업에서는 SiC 브리켓 이외에 탄재를 병용하였다. 탈규 처리 종료 후, 신속하게 배재 작업을 실행하고, 계속해서 탈린 처리를 실행하였다. 탈규 처리의 개시부터 탈린 처리 종료 후의 출탕 완료까지의 시간은 도 11과 마찬가지로 30분간 정도이다. 냉철원으로서는 일본 철원 협회의 「철 스크랩 검수 통일 규격」에 규정되어 있는 철 스크랩을 사용하였다.
표 2에 본 발명을 적용한 본 발명예 및 비교를 위해 실행한 비교예의 조업 조건 및 작업 결과를 나타낸다. 어느 조업도 탈규 처리에 있어서 산화철을 사용하고 있지 않지만, 탈규 처리 후의 배재 공정에 있어서 전로형 정련로부터 배출되는 슬래그의 염기도는 목적으로 하는 값으로 되어 있으며, 슬래그는 충분히 재화되어 있었다.
Figure 112013118895112-pct00017
본 발명예 5 및 본 발명예 6에서는 탈규 처리 종료시의 용선 온도가 1320℃ 이상이고, 환언하면, 중간 배재시의 슬래그 온도가 1320℃ 이상이며, 또한 슬래그 염기도가 1.0∼1.1로 슬래그의 점성이 낮고, 70mass%로 높은 배재율이 얻어졌다. 또, 본 발명예 5, 본 발명예 6, 본 발명예 9 및 본 발명예 10에서는 철 스크랩의 미용해는 발생하지 않았다.
본 발명예 7 및 본 발명예 8에서는 중간 배재시의 슬래그 온도의 저하에 수반해서 배재율이 저하하였지만, 본 발명예 8과 같이 염기도가 0.5의 슬래그에서도 탈규 처리 종료시의 용선 온도로서 1280℃ 이상을 확보할 수 있으면, 30mass%의 배재율을 확보할 수 있고, 후공정의 탈린 처리에 있어서는 탈린 처리 중의 노내 슬래그의 SiO2량은 최대 2.5kg/t에 달했지만, 노구로부터의 슬래그 분출은 발생하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
단, 본 발명예 7 및 본 발명예 8에서는 탈규 처리, 탈린 처리를 통해 용선의 온도 추이가 낮기 때문에, 철 스크랩의 미용해가 발생하였다. 즉, 탈규 처리 종료시의 용선 온도가 1280℃ 이상이면 30mass%이상의 배재율을 확보할 수 있지만, 탈규 처리 종료시의 용선 온도가 1320℃ 미만인 경우에는 철 스크랩의 미용해의 가능성이 높아지는 것을 알 수 있었다.
본 발명예 9에서는 탈규 처리 종료시의 용선 온도가 1330℃로 높음에도 불구하고, 슬래그의 염기도가 1.5로 높고, 슬래그 점성이 높으므로, 배재 작업이 곤란하게 되었지만, 30mass%의 배재율을 확보할 수 있었다.
본 발명예 10에서는 탈규 처리에 있어서의 총 산소 전송량에 대해 (2)식에서 산출되는 SiC 브리켓 및/또는 SiC계 폐기 내화물의 첨가량 상한값(W)보다 많은 SiC 브리켓을 첨가하고 있고, 과잉의 첨가분은 열원으로서 기능하고 있지 않고, 탈규 처리의 종점 온도가 약간 낮게 되거나, 중간 배재시의 용선 온도의 제어가 곤란하게 되고 또한 쓸데없는 비용 증가를 초래하는 결과가 되었다.
비교예 3에서는 슬래그의 염기도는 1.0이지만, 탈규 처리 종료시의 용선 온도가 1280℃를 하회하고 있고, 배재율은 20mass%에 머물고 있었다. 또, 비교예 3에서는 탈린 처리로의 이월 슬래그 양이 많아지고, 탈린 처리 중에 노구로부터의 슬래그 분출이 발생하였다. 이 점에서, 탈규 처리 종료시의 용선 온도는 특히 1280℃를 확보하는 것이 유효한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 표 2에서는 탈규 처리 중에 노내에 첨가한 SiC 브리켓량과 탈규 처리 후의 슬래그 중에 미반응으로 잔류하고 있던 SiC 브리켓량의 차분을 SiC 연소량으로 하고, 노내에 첨가한 SiC 브리켓량에 대한 SiC 연소량의 비를 SiC 수율로 하고 있다.
또, 표 3에, 본 발명예 6에서 탈규 처리7시에 사용한 전로재의 조성과, 본 발명예 6의 중간 배재에서 채취한 슬래그의 조성을 비교하여 나타낸다. 표 3에 나타내는 바와 같이, 전로재를 탈규 처리에 있어서의 슬래그 염기도의 조정재로서 사용함으로써, 염기도가 4정도인 전로재를 염기도가 1.0인 저 염기도의 슬래그로 개질할 수 있고, 본 발명에 의하면, 스크랩이 어려운 고 염기도의 전로재를 스크랩이 용이한 저 염기도의 슬래그로 개질할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
Figure 112013118879631-pct00003
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 철 스크랩 등의 냉철원의 배합률을 높게 유지하고, 또한 효율적으로 용선을 정련할 수 있는 정련 방법을 제공할 수 있다.
1 전로형 정련 용기
2 상취 랜스
3 산소 가스
4 용선
5 저취 풍구
6 저취 풍구용 가스
7 호퍼
8 규소 함유 물질(규소원)
9 호퍼
10 CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료(CaO계 매용제)
11 슈트
12 슈트
13 출탕구
14 냉철원
15 장입 레이들
16 슬래그

Claims (14)

  1. 전로형 정련 용기에 용선과 냉철원을 장입하고, CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료를 산소원과 함께 공급하여, 해당 냉철원을 용해하는 동시에 용선의 탈규 처리를 실행하고, 다음에, 중간 배재로서, 탈규 처리에 의해서 생성된 슬래그의 적어도 일부를 배재하고, 계속해서 상기 전로형 정련 용기내의 용선에 조재제와 산소원을 공급하여 탈린 처리를 실행하는 용선의 정련 방법에 있어서,
    상기 탈규 처리시에, 상기 전로형 정련 용기에 규소 함유 물질 혹은 규소 함유 물질과 탄재를 열원으로서 첨가하는 동시에, 규소의 산화에 소비되는 산소 이외의 산소량으로서, 상기 전로형 정련 용기에 장입한 용선과 냉철원의 합계 질량당 원단위로 2Nm3/t이상 공급하고, 탈규 처리 종료시의 슬래그의 염기도(mass%CaO/mass%SiO2)를 0.5이상, 1.5이하, 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1280℃ 이상, 1350℃ 이하로 하는 조건하에 탈규 처리를 실행하고, 다음에, 상기 중간 배재에 있어서, 상기 탈규 처리에서 생성한 슬래그 30mass%이상의 슬래그를 상기 전로형 정련 용기로부터 배재하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료, 규소 함유 물질 중의 적어도 1종의 첨가량을 조정하여 탈규 처리 종료시의 슬래그의 염기도(mass%CaO/mass%SiO2)를 0.5이상, 1.0이하의 범위내로 하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산소원의 공급량을 조정하여 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1320℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전로형 정련 용기내에 장입 또는 탈규 처리 중에 첨가하는 규소 함유 물질의 비산화물 규소는 그 합계량으로, 해당 전로형 정련 용기에 장입한 용선과 냉철원의 합계 질량당 4∼10kg/t의 범위인 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전로형 정련 용기에 장입하는 냉철원과 용선의 합계 질량당 냉철원 원단위 XS(kg/t)를 하기 (1)식에 의해 산출되는 Y의 값으로서 220이상, 260이하로 되는 범위로 하고, 탈규 처리 종료시의 용선 온도를 1280℃ 이상 1320℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
    Y=(3+34.5[%Si]+0.21Ti)·(1000-XS)/1000…(1)
    여기서, [%Si]: 장입 용선 중 규소 농도(mass%),
    Ti: 장입 용선 온도(℃)
    XS: 냉철원 원단위(kg/t)
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간 배재에 의해 전로형 정련 용기로부터 배재되는 슬래그의 배재율은 상기 탈규 처리에서 생성한 슬래그의 60∼90mass%인 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간 배재를 종료한 후의 상기 전로형 용기 내에 잔류하는 슬래그의 슬래그량을 4kg/t이상, 20kg/t이하로 하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉철원은 철 스크랩, 직접 환원철 및 냉철에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탈규 처리 종료시부터 슬래그를 배재하기까지에 이르는 시간이 4분 이내인 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탈규 처리에 있어서 공급하는 상기 CaO를 주성분으로서 함유하는 부 원료가 전로재 및 레이들재 중에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 규소 함유 물질로서, 탄화 규소를 주성분으로 하는 부 원료를 사용하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄화 규소를 주성분으로 하는 부 원료는 SiC 브리켓 및 SiC를 주성분으로 하는 SiC계 폐기 내화물 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 SiC 브리켓 및 SiC계 폐기 내화물 중 적어도 하나의 첨가량을 하기 (2)식에서 산출시키는 첨가량 상한값 W이하로 하는 것을 특징으로 하는 용선의 정련 방법.
    W=(F-600)×0.3÷22.4×28÷XSi÷ 10…(2)
    여기서, W: SiC 브리켓 및 SiC계 폐기 내화물 중 적어도 하나의 첨가량 상한값(ton)
    F: 탈규 처리 중의 총 산소 전송량(Nm3),
    XSi: SiC 브리켓 또는 SiC계 폐기 내화물에 SiC로서 함유되는 Si 함유량(mass%)
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