KR101665069B1 - 용선의 정련 방법 - Google Patents

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KR101665069B1 KR1020150131584A KR20150131584A KR101665069B1 KR 101665069 B1 KR101665069 B1 KR 101665069B1 KR 1020150131584 A KR1020150131584 A KR 1020150131584A KR 20150131584 A KR20150131584 A KR 20150131584A KR 101665069 B1 KR101665069 B1 KR 101665069B1
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Abstract

본 발명은 용선의 정련 방법으로서, 전로로부터 전(前) 조업 공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 과정, 전로에 산소를 취입하여, 상기 전로의 내화물에 부착되어 있는 슬래그에 함유된 황(S)을 용출시키는 공취 과정, 공취 과정에서 생성된 슬래그를 배제하는 과정, 전로에 용선 및 부원료를 장입하는 과정, 장입된 용선에 산소를 취입하여 용선을 취련하는 용선 취련 과정, 용선 취련 과정에서 발생된 슬래그를 배제하는 과정 및 전로로부터 용강을 출강하는 과정을 포함하고, 용선의 취련 과정에 있어서, 산소의 취입 시간 경과에 따라 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 단계적으로 가변시킨다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 따라서, 용선 및 투입되는 부원료 중 황(S)를 효과적으로 제어할 수 있어, S의 함량이 극저로 요구되는 용강의 제조에 용이하다.

Description

용선의 정련 방법 {Method of refining molten steel}
본 발명은 용선의 정련 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정련 효율을 향상시킬 수 있는 용선의 정련 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전로 조업은 주원료인 용선(hot metal)과 고철(Scrap)을 전로에 장입하고, 전로 내로 산소를 취입함과 동시에 부원료를 투입하여 용선 중 불순 원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S), 티탄(Ti) 등을 산화 정련에 의해 제거하는 일련의 작업을 통칭한다. 이때, 용선의 취련 작업은 랜스를 이용하여 전로 내에 산소 가스를 취입하면서 용선 중 불순원소(예컨대, 규소, 망간, 인, 황, 탄소 및 티타늄 등)를 슬래그 측으로 제거하는데, 불순 원소의 안정적 제거를 위해서는 슬래그가 요구되고, 이에 용선의 취련 중 투입되는 부원료에 의해 불순원소의 제거와 원하는 원하는 강종을 제조하기 위한 용강을 얻을 수 있다.
한편, 전로에 산소를 취입하는 과정에서는 산화 반응을 통한 조업을 하기 때문에, 황(S)를 제거하는데 한계가 있었다. 이에, 용선 예비 처리 공정에서 황(S)을 제거하는 정련 작업을 실시하며, 이때 전로에 CaO(생석회) 등의 부원료가 투입된다. 그런데 전로로 투입되는 각종 부원료에는 황(S)가 함유되어 있어, 투입된 부원료가 용선으로 침투됨에 따라, 황(S)의 제어에 한계가 있다.
이러한 황(S) 제어의 한계를 해결하기 위해, 이하에서 설명하는 방법이 적용되었다. 먼저, 전(前) 차지(Charge)의 용강을 출강한 후 전로를 정립하고, 랜스를 통해 공취하여 전로 내 슬래그를 과산화시켜, 용선 중 T. Fe(Total Fe)의 양을 증가시킨다. 그리고, 전로 내로 질소(N2) 등을 블로잉(blowing)하여, 전로 내벽으로 코팅하고, 돌로마이트를 투입한다. 이때, 전로에서는 슬래그와 돌로마이트 간의 반응에 의해 CO2 가스가 발생되고, 상기 CO2 가스가 노외로 배출될 때 황(S)아 제거된다. 그런데, 전로의 경동 및 냉각에 의해 슬래그의 점도가 소정 이상으로 상승하면, CO2 가스가 슬래그층으로 픽업되며, 이에 따라 슬래그의 점성이 급격하게 상승하며, 이는 황(S)의 제거를 방해하는 요인이 된다.
따라서, 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 용선의 정련방법이 요구되는 실정이다.
한국등록특허 KR0423452B1
본 발명은 용선의 정련 효율을 향상시킬 수 있는 용선의 정련 방법을 제공한다.
본 발명은 용선 중 황(S)을 효과적으로 제거할 수 있는 용선의 정련 방법을 제공한다.
본 발명은 용선의 정련 방법으로서, 전로로부터 전(前) 조업 공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 과정; 상기 전로에 산소를 취입하여, 상기 전로의 내화물에 부착되어 있는 슬래그에 함유된 황(S)을 용출시키는 공취 과정; 상기 공취 과정에서 생성된 슬래그를 배제하는 과정; 상기 전로에 용선 및 부원료를 장입하는 과정; 상기 장입된 용선에 산소를 취입하여 용선을 취련하는 용선 취련 과정; 상기 용선 취련 과정에서 발생된 슬래그를 배제하는 과정; 및 상기 전로로부터 용강을 출강하는 과정; 을 포함하고, 상기 용선의 취련 과정에 있어서, 상기 산소의 취입 시간 경과에 따라 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 단계적으로 가변시킨다.
상기 용선 취련 과정은 산소의 취입 시작 시점부터 일정 시점까지의 구간인 1차 취입 구간과, 상기 1차 취입에 비해 높은 송산 유량 및 낮은 랜스의 높이로 산소를 취입하는 2차 취입 구간으로 나누어지고, 상기 전로 내 용선 중 제거하고자 하는 황(S)의 목표 함량이 100%라 할 때, 제거하고자 하는 목표 황(S) 함량 중 60%가 제거되는 시점이, 1차 취입이 종료되고, 2차 취입이 시작되는 시점이다.
상기 용선 취련 과정은, 상기 용선으로 산소를 취입하여 제거하고자 목표 황(S) 함량 중 60%가 제거되는 시점까지 산소를 취입하는 1차 취입 과정; 상기 1차 취입을 종료하고, 1차 취입에 의해 생성된 슬래그를 배제하는 과정; 상기 1차 취입이 종료된 용선으로 산소를 2차 취입하는 과정; 및 상기 2차 취입에 의해 생성된 슬래그를 배제하는 과정;을 포함하고, 상기 1차 취입 과정에 있어서, 1차 취입 시간 경과에 따라 산소의 송산 유량을 단계적으로 증가시키고, 랜스의 높이를 단계적으로 감소시킨다.
상기 용선 취련 과정에 있어서, 산소의 최초 취입 시작 시점이 1차 취입 시작 시점이고, 2차 취입 종료 시점을 100%라 하고, 제거하고자 목표 황(S) 함량 중 60%가 제거되는 1차 취입 종료 시점이 산소 취입 32% 내지 38% 시점 중 어느 한 시점이며, 상기 공취 후에 실시되는 상기 산소 취입 과정 중, 산소 취입 시작 시점부터 22% 미만 시점까지 산소의 송산 유량을 16,000Nm3/Hr 이하의 제 1 송산 유량으로 조절하고, 산소 취입 시점 22% 이상에서부터, 1차 취입 종료 시점까지 산소 송산 유량을 제 1 송산 유량에 비해 크도록 16,000Nm3/Hr를 초과하는 제 2 송산 유량으로 조절하며, 상기 2차 취입 시작 시점에서 산소 송산 유량을 20,000Nm3/Hr 이상의 송산 유량으로 조절한다.
상기 용선 취련 과정 중, 산소 취입 시작 시점부터 22% 미만 시점까지 산소의 송산 유량을 14,000Nm3/Hr 이상, 16,000Nm3/Hr 이하의 제 1 송산 유량으로 하고, 산소 취입 시점 22% 이상에서부터 1차 취입 종료 시점까지 산소 송산 유량을 16,000Nm3/Hr 이상, 20,000Nm3/Hr 미만의 제 2 송산 유량으로 하며, 상기 2차 취입 시작 시점에서 산소 송산 유량을 20,000Nm3/Hr 이상, 30,000Nm3/Hr 이하의 제 3 송산 유량으로 한다.
상기 용선 취련 과정 중, 상기 산소 취입 시작 시점부터 25% 미만 시점까지 랜스의 높이를 16m 초과하는 제 1 높이로 조절하고, 상기 산소 취입 25% 이상에서부터 1차 취입 종료 시점까지 랜스의 높이를 15m를 초과하며, 상기 제 1 높이에 비해 낮은 제 2 높이로 조절하고, 상기 1차 취입 종료 후, 2차 취입 시작 후에는 랜스의 높이를 14m를 초과하며, 상기 제 2 높이에 비해 낮은 제 3 높이로 조절한다.
상기 용선 취련 과정 중, 상기 산소 취입 시작 시점부터 25% 미만 시점까지 랜스의 높이를 16m 내지 18m의 제 1 높이로 조절하고, 상기 산소 취입 25% 이상에서부터 1차 취입 종료 시점까지 랜스의 높이를 15m 내지 17m 미만이면서 상기 제 1 높이에 비해 낮은 제 2 높이로 하며, 상기 1차 취입 종료 후, 2차 취입 시작 후에는 랜스의 높이를 14m 이상, 16m 미만이면서 상기 제 2 높이에 비해 낮은 제 3 높이로 조절한다.
상기 용선 취련 과정 중, 상기 산소의 취입의 20% 내지 30% 중 어느 한 시점에 상기 전로로 Mn 광석을 투입한다.
상기 용선 취련 과정 중, 산소 취입 70% 내지 80% 중 어느 한 시점에 상기 전로로 자용광석(Self-fluxing Ore)을 투입한다.
상기 전로로 산소를 취입하는 공취 과정에 있어서, 전(前) 조업 공정에서 발생된 슬래그가 잔류하고 있는 상태에서 산소를 취입하며, 상기 산소의 송산 유량은 15,000Nm3/Hr 내지 25,000Nm3/Hr으로 하고, 상기 랜스의 높이는 14m 이상, 16m이하로 조절한다.
상기 출강 과정은, 상기 전로 내 용강을 래들로 출강하는 과정에서, 상기 래들로 CaO 및 래들 슬래그(LSA)를 투입하는 과정 및 상기 CaO 투입이 완료된 시점에 가탄재를 투입한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 용선 취련 과정 중, 산소의 1차 취입 과정 중에 취입 시점에 따라 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 적절하게 가변시킨다. 이에, 1차 취입 시에 화점 면적을 확대하고 캐비티의 높이를 축소함에 따라 탈황율을 향상시킬 수 있다. 또한, 1차 취입 중 일 시점에 Mn 광석을 투입하여, 용선 중 슬래그의 산소 이온의 활동도(활량)를 높임으로써, 탈황 반응이 촉진되는 효과가 있다. 또한, 2차 취입 중 일 시점에 자용광석(Self-fluxing Ore)을 투입하여 2차 취입 중의 산소 이온의 산소 이온의 활동도(활량)를 높임으로써, 탈황 반응이 촉진된다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 용선 및 투입되는 부원료 중 황(S)를 효과적으로 제어할 수 있어, S의 함량이 극저로 요구되는 용강의 제조에 용이하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용강의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 일반적인 전로 정련 설비를 나타내는 도면이다.
도 3은 L/L0에 따른 전로 취련 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 전로로 산소의 취입시에 각 층에서의 반응을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 취입 공정에 따른 산소의 송산 유량 및 랜스 높이의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 1차 취입 및 2차 취입에 의한 화점 면적 및 캐비티의 깊이를 도시한 도면이다.
도 7은 종래의 용선 중 황(S)의 농도(PPM), 본 발명의 실시예들에 따른 황(S)의 농도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에서 사용되는 전로 정련 설비는 제강 공정에서 통상적으로 사용되는 것이므로 간단하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용강의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 일반적인 전로 정련 설비를 나타내는 도면이다. 도 3은 L/L0에 따른 전로 취련 특성을 나타내는 도면이다. 도 4는 전로로 산소의 취입시에 각 층에서의 반응을 설명하는 도면이다. 도 5는 본 발명의 취입 공정에 따른 산소의 송산 유량 및 랜스 높이의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 1차 취입 및 2차 취입에 의한 화점 면적 및 캐비티의 깊이를 도시한 도면이다. 도 7은 종래의 용선 중 황(S)의 농도(PPM), 본 발명의 실시예들에 따른 황(S)의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 전로(100)는 용선 및 고철이 수용되는 내부공간을 가지는 용기로서, 상측은 개방되어 있고(노구), 측부에는 용강이 배출되는 출강구가 마련된다. 또한, 출강구에는 다트(미도시)가 마련되고, 다트는 도시되지는 않았으나 복수의 슬롯이 다수개 형성되어, 출강구를 폐쇄하도록 깔때기 형상으로 제조된 다트헤드와, 다트헤드의 하부에 연결되어 출강구에 삽입되는 돌출부로 이루어진다. 여기서, 전로(100)의 노구로는 랜스(200)가 삽입 설치되어, 용선의 정련을 위한 산소가 취입된다. 그리고, 전로(100)의 하부로는 용강의 교반을 위한 불활성 가스가 취입되는 노즐(미도시)이 삽입 설치된다.
이에, 전로(100)는 고로에서 만들어진 선철을 정련시키기 위해 구비되며, 고로에서 만들어진 용선을 주입받고, 주입된 용선에 산소 등의 산화성 가스를 불어넣어 용선에 포함되는 불순물을 단시간 내에 산화 제거함으로써 양질의 용강을 생산하는 설비이다.
그리고, 전로(100)에 수용된 용선과 용선의 상부에 생성된 슬래그로 랜스(200)에 의한 산소의 취입이 이루어질 때, 도 2에 도시된 것과 같이 랜스(200)에 의해 취입되는 산소에 의해 슬래그가 파여서 용선이 드러나는 면적을 화점면적(A)이라 칭하고, 캐비티의 깊이(B)를 나타낸다. 이때, 캐비티의 깊이는 후술하는 취입 과정에서 더욱 자세하게 설명하기로 한다.
이하에서는 전술한 전로 정련 설비를 이용한 본 발명의 실시 예에 따른 용선의 정련 방법에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 용강의 제조 방법 중, 용선 중 황(S)을 제거하는 용선의 정련 방법으로서, 보다 구체적인 예로, 전기 강판의 제조를 위한 용선 중 황(S)을 제어하는 정련 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용선의 정련 방법은, 전(前) 조업공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 단계(S100), 전로를 정립시키고 랜스를 하강시켜 공취하는 단계(S200), 공취에 의해 생성된 슬래그를 배제하는 과정(S300), 전로로 용선 및 고철 등의 주원료와, 부원료 등을 투입하는 단계(S400), 랜스를 통해 전로 내로 산소를 취입 하는 1차 취입 단계(S500), 1차 취입에 의해 발생된 슬래그를 배제하는 단계(S600), 1차 슬래그가 배제된 전로로 다시 산소를 취입하는 2차 취입 단계(S700), 2차 취입에 의해 발생된 슬래그를 배제하는 단계(S800), 2차 취입 종료 후 용강을 래들로 배출시키는 출강 단계(S900)을 포함한다. 그리고 이와 같은 일련의 단계들은 반복적으로 복수 반복되어 실시된다.
여기서, 1차 취입 과정, 1차 취입에 의한 슬래그를 배제하는 과정, 2차 취입 과정 및 2차 취입에 의한 슬래그를 배제하는 과정은 용선, 고철 및 부원료에 함유된 황(S)를 포함하는 불순물을 제거하는 용선 취련 과정이다. 이러한 용선 취련 과정은 상술한 바와 같이 1차 취입 과정과 2차 취입 과정으로 나누어지는데, 용선 중 제거하고자 하는 황(S)의 제거율에 따라 구분한다. 본 발명에서는 전로 내 용선 중 제거하고자 하는 S의 목표 함량이 100%라 할 때, 제거하고자 하는 목표 S 함량 중 60%가 제거되는 시점까지를 1차 취입 구간으로 하고, 그 이후의 산소 취입 구간을 2차 취입 구간으로 정의한다.
이하, 용선의 정련 방법의 각 단계에 대해 보다 상세히 설명한다.
출강 완료 단계(S100)는 전(前) 조업 공정 중 생산된 용강을 출강하여 상기 용강의 출강이 완료되는 단계로, 용강의 출강이 완료되는 시점까지 전로(100) 내의 잔류 슬래그의 양은 통상 25 내지 30톤(ton)이 전로(100) 내에 잔류한다.
공취 단계(S200)는 전로의 내화물에 부착되어 있는 슬래그에 함유된 황(S)이 용출되는 것을 방지하기 위해, 전로로 산소(O2)를 취입하는 과정이다. 보다 구체적으로 설명하면, 출강이 완료된 후, 출강 단계에서 경동되어 있던 전로를 정립시킨다. 그리고 전 차지의 슬래그가 잔류하고 있는 상태에서 전로 내로 산소를 취입하면, 취입되는 전로 내화물로부터 용출된 황(S)와 산소가 반응하여 슬래그로 이동하며, 이후 공취에 의해 생성된 된 슬래그를 모두 배제시키면(S300), 전로의 내화물로 인한 황(S)의 용출 요인이 모두 제거된다. 실시예에서는 공취 단계에서 랜스의 높이(탕면으로부터 랜스 하단의 높이)가 15m 내지 17m, 취입되는 산소의 취입 유량(즉, 송산 유량)이 15,000Nm3/Hr 내지 25,000Nm3/Hr으로 조절한다.
공취에 의한 슬래그가 배제되면, 전로로 본 조업공정에 참여할 용선 및 고철을 투입한다(S400). 이때, 전로(100)에는 고철이 먼저 투입되는 것이 바람직하다. 이는 상기 공정을 통해 제어된 액상 슬래그 상에 용선을 먼저 투입하는 경우, 반응에 의한 폭발이 발생하는 문제점이 있어, 고철을 먼저 슬래그 상에 투입하여 슬래그를 액상에서 고상으로 만둔 후, 용선을 투입하는 것이 바람직하다. 또한, 추가적으로 S(황)을 제거하기 위한 부원료, 예컨대, CaO(생석회)가 투입된다.
1차 취입 단계(S500)는 전로 내에 산소를 취입하는 단계로서, 용선 중 황(S)를 효과적으로 제거하여 그 농도를 낮추기 위한 목적을 갖는다. 즉, 취입 진행 경과에 따라 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 조절하여, 1차 취입 진행 중, 일정 시점까지 소프트 블로잉(Soft blowing)을 실시하고, 일정 시점부터 하드 블로잉(hard blowing)을 실시한다. 이때, 전 단계에서 투입된 CaO와 1차 취입 시에 취입되는 산소 간의 반응에 의해 슬래그가 다시 형성된다. 또한, 1차 취입 진행 중, 일 시점에서 Mn 광석을 투입시켜, 용선 중 황(S)를 효과적으로 제거한다.
먼저, 소프트 블로잉(soft blowing) 및 하드 블로잉(hard blowing)에 대해 설명한다.
도 3에 도시된 것처럼, 용선의 취련 시, 랜스(200)의 높이가 고정된 상태에서 산소 가스의 공급속도가 감소되거나, 산소 공급 속도를 고정한 상태에서 랜스 높이를 증가시키면, 산소 가스가 용탕 내부로 침투하는 깊이가 작아지며 교반력 및 반응 속도가 감소되는데, 이를 본 실시예의 1차 취입 과정에서 수행하는 소프트 블로잉(soft blowing)이라 한다. 즉, 소프트 블로잉은 L/L0 값이 후술하는 하드 블로잉(hard blowing)보다 상대적으로 작은 값을 가진다.
한편, 소프트 블로잉과 상대적으로 랜스(200)의 높이가 낮게 고정된 상태에서 산소 가스 공급 속도를 증가시키면 산소가 용탕 내부로 침투하는 깊이(L)가 커지게 되며, 동력 증대에 의한 교반력이 증가하여 반응속도가 빨라진다. 이는, 동일한 산소 공급 속도에서 랜스의 높이를 감소시킬 때와 같은 현상이 발생하는 것으로서 이를 하드 블로잉이라 한다. 즉, 하드 블로잉은 L/L0 값이 전술한 소트프 블로잉 보다 상대적으로 큰 값을 갖는 것으로, 이는 산소 취입 시 랜스(200)의 높이가 낮고 송산유량이 큰 값이 취입된다.
여기서 L은 전로(100) 내로 산소가 취입되었을 때의 송산 유량과 랜스 높이에 의해서 용선이 파인 깊이를 나타내며, L0는 전로(100) 내 산소가 취입되지 않았을 때의 용탕 면에서 전로(100) 바닥(노저)까지의 거리를 나타낸다.
상기와 같이 전로(100) 내로 용선 및 고철의 장입이 완료되면, 1차 취입을 실시한다(S400). 본 발명의 실시예에서는 산소의 취입 공정 중, 그 시간 경과에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 산소의 취입 유량 즉, 송산 유량과, 랜스의 높이를 조절한다. 여기서,
산소의 최초 취입 시작 시점이 1차 취입 시작 시점이고, 2차 취입 종료 시점을 100%라 한다. 그리고, 황(S)의 목표 제거량 중 60%가 제거되는 산소의 취입 시점이 예컨대, 32% 내지 38% 중 어느 한 시점이라고 할 때, 산소 취입 시작 시점부터 32% 내지 38% 중 어느 한 시점 까지를 1차 취입 시점이라 명명하고, 1차 취입 종료 시점부터 100% 시점까지 2차 취입 시점으로 정의한다. 물론, 1차 취입 구간 및 2차 취입 구간은 조업 환경에 따른 황(S)의 제거율에 따라 달라질 수 있다.
이하, 도 5a를 참조하여 1차 취입 과정에 대해 보다 상세히 설명한다. 이때, 산소 취입 중에, 황(S)의 목표 제거량 중 60%가 제거되는 시점 즉, 1차 취입 종료 시점을 35% 시점으로 예를 들어 설명한다.
전로에 주원료 및 CaO의 투입이 완료되면, 전로로 산소 취입을 실시한다. 이때, 실시예에서는 1차 취입 시에 3 단계로 나누어 산소 취입 유량을 다르게 조절한다.
즉, 산소 취입 시작 후 22% 미만까지 송산 유량을 16,000Nm3/Hr 이하로 하고, 취입 시점 22% 이상, 35% 이하까지 산소 송산 유량을 16,000Nm3/Hr 초과하도록 조절하며, 취입 35% 초과 시점에서부터 산소 송산 유량을 20,000Nm3/Hr 이상으로 상승시킨다.
보다 구체적인 예로 설명하면, 산소 취입 시작 후 22% 미만까지 송산 유량을 14,000m3/Hr 이상 16,000Nm3/Hr 이하로 유지하고, 취입 시점 22% 이상, 35%이하까지 산소 송산 유량을 16,000Nm3/Hr 이상 20,000Nm3/Hr 미만으로 하며, 35%를 초과하는 취입 시점에 산소 송산 유량을 20,000Nm3/Hr 이상, 30,000Nm3/Hr 이하로 상승시킨다.
보다 바람직하게는 도 5a에 도시된 바와 같이, 산소 취입 시작 후 22% 미만까지 송산 유량을 15,000Nm3/Hr로 유지하고, 취입 시점 22% 이상, 35%이하까지 산소 송산 유량을 18,000Nm3/Hr, 35%를 초과하는 취입 시점에 산소 송산 유량을 25,000Nm3/Hr로 상승시킨다. 이를 다른 말로 설명하면, 산소 취입 시작시에 산소 송산 유량을 15,0000Nm3/Hr으로 유지하다가, 산소 취입 22% 시점에서 18,000Nm3/Hr로 증가시키고, 18,000Nm3/Hr으로 송산 유량을 유지하다가 산소 취입 35% 시점을 초과하면, 산소 송산 유량을 25,000Nm3/Hr으로 증가시킨다. 이렇게 산소 취입 시점 35%까지 산소가 취입되면, 황(S) 목표 제거량 중, 60%가 제거되므로, 1차 취입을 종료한다.
이렇게 1차 취입시에 시점에 따라 산소 송산 유량을 변화시킬 때, 랜스의 높이를 조절한다. 본 발명에서는 취입 시작 시에 랜스의 높이(제 1 높이)를 16m 초과하도록 하고, 산소 취입 25% 이상 내지 35% 시점에서는 랜스의 높이(제 2 높이)를 15m를 초과하도록 하되, 취입 시작 시의 랜스의 높이인 제 1 높이에 비해 낮도록 한다. 그리고, 산소 취입 시점 35% 이상, 50% 미만의 취입 시점에서는 랜스의 높이를 14m를 초과하도록 하되, 산소 취입 25% 이상 내지 35% 시점에서의 랜스의 높이인 제 2 높이에 비해 낮도록 한다. 보다 구체적으로, 산소 취입 시작 후 25% 미만까지 랜스 높이(제 1 높이)를 16m 내지 18m로 유지하고, 산소 취입 25% 이상 내지 35% 시점에서는 랜스의 높이(제 2 높이)를 15m이상, 17m 미만으로 하되, 제 1 높이에 비해 낮도록 한다. 그리고, 산소 취입 시점 35% 이상, 50% 미만의 취입 시점에서는 랜스의 높이(제 3 높이)를 14m 이상, 16m 미만으로 하되, 제 2 높이에 비해 낮도록 한다. 보다 바람직하게는 도 5b에 도시된 바와 같이, 산소 취입 시작 후 25% 미만까지 랜스 높이(제 1 높이)를 17m로 유지하고, 산소 취입 25% 이상 내지 35% 시점에서는 랜스의 높이(제 2 높이)를 16m로 하고, 산소 취입 35% 시점에서 랜스의 높이를 제 3 높이인 15m로 조절한다. 이를 다른 말로 설명하면, 산소 취입 시작시에 랜스의 높이를 17m로 하며, 산소 취입 25% 시점에서 16m로 하강시키고, 산소 취입 시점 35%에서 15m로 하강시킨다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 1차 산소 취입 패턴에 의하면, 산소 취입 시작후 22% 미만, 보다 바람직하게는 25% 미만까지 소프트 블로잉으로 산소가 취입되고, 22% 이상, 보다 바람직하게는 25% 이상에서는 하드 블로잉으로 산소가 취입된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 같이 1차 취입 중에, 산소 취입 시점 20% 내지 30% 중 어느 한 시점에서 Mn 광석을 투입시킨다. Mn 광석의 투입은 1차 취입 시에 용선 중 슬래그의 산소 이온의 활동도(활량)를 높이기 위한 것으로, Mn 광석이 투입되면, 황(S)가 Mn과 결합하여 MnS가 되며, MnS는 탕면의 슬래그로 이동한다. 여기서 투입되는 Mn 광석은 염기성의 물질이기 때문에, 슬래그 중 산소 이온의 활동도가 증가되며, 증가된 산소 이온의 활동도에 의해 탈황 반응이 촉진된다.
이렇게 상술한 1차 취입 패턴으로 산소를 취입하고, Mn 광석을 투입하면 아래의 반응식 1 및 반응식 2와 같은 반응에 의해 용선 중, 황(S)의 농도가 제어된다(도 4 참조). 즉, 1차 취입 및 Mn 광석의 투입에 의해, 산소, 용선 중 Fe 및 황(S), Mn 간의 반응과(반응식), 산소, 용선 중 Fe 및 황(S), CaO 간의 반응이 일어난다(반응식 2). 반응식 1, 2에 의해 생성된 MnS 및 CaS는 슬래그로 이동하며, 슬래그 배제 과정에서 제거된다.
1차 취입에 의한 반응에 대해 보다 상세히 설명하면, 산소 취입 시작부터 22% 미만, 바람직하게는 25% 미만 시점까지(소프트 블로잉 구간) 주로 반응식 1과 같이 FeS-MnO 간 슬래그에 의한 반응에 의해 탈황 반응이 진행된다. 그리고 산소 취입 22% 이상, 보다 바람직하게는 25% 이상(하드 블로잉 구간)에서는 주로 반응식 2와 같이 CaS-FeO 간 슬래그에 의한 탈황 반응이 일어난다. 또한, 전로로 투입된 래들 슬래그와 같은 부원료 중 존재하는 황(S)도 슬래그로 이동한다.
반응식 1) FeS + MnO = FeO + MnS
반응식 2) CaO + FeS = CaS + FeO
상술한 바와 같은 1차 취입이 완료되면, 생성된 슬래그를 배제(S600) 시키며, 이때 용선 중 황(S)의 농도는 25 내지 26 ppm으로 저하된다.
이렇게 본 발명에서는 1차 취입의 시점에 따라 랜스의 높이 및 산소의 송산 유량을 조절하는데, 이는 L/L0에 따른 캐비티(Cavity)의 깊이를 조절을 통해, 용선-MnO-슬래그 간의 반응시에, 산소 취입에 의한 CO 가스와의 상관 관계에 따라 용선 중 황(S)를 슬래그층으로 효과적으로 이동시키기 위함이다. 이를 위해, 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 공취 후 슬래그를 완전히 배제하고, 전로내에 주원료와 함께 CaO를 투입하고, 1차 취입을 실시하여 슬래그를 다시 형성시킨다. 이때, 슬래그를 다시 형성하기 위해, 취입 시점에 따라 상술한 바와 같이 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 가변시키면, 후술되는 2차 취입시에 비해 화점 면적(A1)이 확대되고, 캐비티가 얕아지며(B1), 이에 용선 중 T.Fe가 증가하고, 탈황율이 증가되는 효과가 있다(도 6 참조).
2차 취입 단계(S700)에서는 1차 취입 단계 이후에 산소를 연속으로 취입하는 단계로서, 1차 취입 단계에 비해 산소의 송산 유량이 높고, 랜스의 높이가 낮다. 그리고 2차 취입 단계에서도 취입 진행 경과에 따라 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 조절하며, 2차 취입 중에 자용광석(Self-fluxing Ore)와 소결광을 투입한다.
2차 취입 시작 시점인 산소 취입 35% 이상에서부터 취입 종료 시점인 100%까지의 2차 취입 단계에서는 1차 취입 단계에 비해 높은 산소 유량으로 가변되도록 조절하며, 랜스의 높이는 1차 취입 단계에 비해 낮은 높이 예컨대, 15m 미만으로 조절한다.
먼저, 2차 산소 취입이 시작되는 35% 시점에서부터 예컨대 45% 미만 시점까지 25,000Nm3/Hr 이상의 유량으로 취입되며, 45% 시점에서 산소 송산 유량이 38,000Nm3/Hr 이상으로 상승된다. 그리고, 그 이후에 표 1 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 산소 취입 시점 59%, 63%, 80% 84%, 86%, 90%, 93%, 96%, 98% 시점에서 산소의 송산 유량을 가변시키는데, 이때 송산 유량은 38,000Nm3/Hr 이상, 43,000Nm3/Hr 이하에서 조절한다. 그리고, 랜스의 높이는 표 2 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 산소 취입 시점, 56% 58%, 60%, 80%, 82%, 84%, 91%, 93% 시점에서 랜스의 높이를 조절하는데, 이때 랜스의 높이를 12m 이상 14m 이하에서 조절한다.
산소
취입
시점(%)		 59% 63% 80% 84% 86% 90% 96% 96% 98%
산소 송산 유량
(Nm3/Hr)		 38,900 36,500 38,000 39,000 45,050 39,000 30,000 39,000 42,050
산소
취입
시점(%		 56 58 60 80 82 84 91 93
랜스
높이(m)		 12.8 12.9 13.0 12.8 12.5 12.4 12.8 13.0
2차 취입 중에, 산소 취입 시점 70% 이상 80% 이하 시점에 CaO를 포함하는 자용광석(Self-fluxing Ore)과 소결광을 투입한다. 여기서 투입되는 자용광석은 염기성의 물질이기 때문에, 슬래그 중 산소 이온의 활동도가 증가되며, 증가된 산소 이온의 활동도에 의해 탈황 반응이 촉진된다. 이때, 산소가 용선으로 충돌한 지점 즉, 화점에서는 온도가 높으며, 취입되는 산소에 의해 발생된 일부 산화철은 흄(Fume) 상태가 되어 전로 외로 배출된다. 이때, 흄 중에는 황(S) 가 포함되어 있어, SO2 가스 형태로 슬래그 표면으로 기화 탈황된다(반응식 3, 도 4 참조).
반응식 3) S + O2 = SO2
이렇게 2차 취입 시에 슬래그에 산소의 취입을 실시할 경우, 1차 취입시에 비해 화점 면적(A2)이 축소되고 캐비티의 깊이(B2)가 깊어지며, 이에 따라 자용광석, 내부 용선 중의 산소 증가로 인해, 재화가 양호하고 기화 탈황율이 증가되어 탈황능이 향상된다.
2차 취입 완료 후에 2차 취입 및 자용광석 투입에 의해 황(S)를 포함하는 반응 생성물이 슬래그로 이동하고, 생성된 슬래그를 배제(S800)하면, 용선 중 황(S)가 제거된다.
상기와 같은 2차 취입에 의한 슬래그 배제가 종료되면, 전로 내 용선을 래들로 출강을 실시한다(S900). 용선이 전로의 출강으로부터 출강될 때, 래들 내에 탈산재 및 CaO를 투입하고, 이후에 가탄재를 투입하면, 황(S) 농도가 감소되며(반응식 4, 5 참조), 복류가 방지된다.
반응식 4) CaO + FeS = CaS
반응식 5) C(가탄재) + FeS = Fe + CS(g)
즉, 출강 작업시 슬래그에 의한 탈황은 투입된 부원료인 CaO와 래들 슬래그(LSA)에 포함된 SiO2와 용강에 있는 S가 반응하여 CaO-SiO2-FeO 슬래그를 형성하여, 슬래그중으로 황(S)가 이동한다. 또한, 가탄재 투입은 강욕이 형성되면서 가탄재의 C와 강욕에 있는 S와 반응하여 기화탈황을 유도한다.
도 7은 종래, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 정련 방법에 따른 용선 중 황(S)의 농도를 나타낸 그래프이다.
종래에는 전(前) 차지의 용강을 출강한후, 전로로 공취를 실시하고, N2를 분사하여 전로를 코팅한다. 이후 슬래그를 배제하고, 고철 및 용선을 장입한 다음 1차 취입, 1차 슬래그 배제, 2차 취입, 2차 슬래그 배제, 출강 단계를 거친다. 즉, 종래의 정련 방법에서는 공취 후에 N2를 분사하여 노벽을 코팅하며, 용선 취련 단계에 이어서, 본 발명에서와 같이 산소의 송산량 및 랜스의 높이를 가변시키지 않는다. 1차 실시예에 따른 정련 방법에서는 전(前) 차지의 용강을 출강한후, 전로로 공취를 실시한 후, 공취에 의한 슬래그를 배제한다. 그리고 용선 및 고철 장입, 1차 취입, 1차 슬래그 배제, 2차 취입, 2차 슬래그 배제, 출강 단계를 거친다. 이때 1차 취입 및 2차 시에 도 5와 같은 취입 패턴으로 송산량 및 랜스의 높이를 조절하며, 취입 시점 20% 내지 30% 시점에서 Mn 광석을 투입하고, 취입 시점 70% 내지 80% 시점에 자용광석을 투입한다. 제 2 실시예에 따른 정련 방법에서는 제 1 실시예의 정련 방법 중, 출강 단계에서 래들로 CaO, 가탄재, 래들 슬래그(LSA) 등을 투입한다.
도 7을 참조하면, 종래의 정련 방법에 비해 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 정련 방법으로 정련하였을 때, 용선 중 황(S)의 농도가 낮음을 알 수 있다. 이로부터, 종래의 정련 방법에 비해 본 발명에 따른 정련 방법이 황(S)의 농도 제어에 보다 용이한 방법임을 확인할 수 있다.
이렇게 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 용선 취입 과정 중 1차 취입 과정 중에 취입 시점에 따라 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 적절하게 가변시킨다. 이에, 1차 취입 시에 화점 면적을 확대하고 캐비티의 높이를 축소함에 따라 탈황율을 향상시킬 수 있다. 또한, 1차 취입 중 일 시점에 Mn 광석을 투입하여, 용선 중 슬래그의 산소 이온의 활동도(활량)를 높임으로써, 탈황 반응이 촉진되는 효과가 있다. 또한, 2차 취입 중 일 시점에 자용광석(Self-fluxing Ore)을 투입하여 2차 취입 중의 산소 이온의 산소 이온의 활동도(활량)를 높임으로써, 탈황 반응이 촉진된다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 용선 및 투입되는 부원료 중 황(S)를 효과적으로 제어할 수 있어, 황(S)의 함량이 극저로 요구되는 용강의 제조에 용이하다.
100: 전로 200: 랜스

Claims (11)

  1. 용선의 정련 방법으로서,
    전로로부터 전(前) 조업 공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 과정;
    상기 전로에 산소를 취입하여, 상기 전로의 내화물에 부착되어 있는 슬래그에 함유된 황(S)을 용출시키는 공취 과정;
    상기 공취 과정에서 생성된 슬래그를 배제하는 과정;
    상기 전로에 용선 및 부원료를 장입하는 과정;
    상기 장입된 용선에 산소를 취입하여 용선을 취련하는 용선 취련 과정;
    상기 용선 취련 과정에서 발생된 슬래그를 배제하는 과정; 및
    상기 전로로부터 용강을 출강하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 용선의 취련 과정에 있어서, 상기 산소의 취입 시간 경과에 따라 산소의 송산 유량 및 랜스의 높이를 단계적으로 가변시키며,
    상기 전로 내 용선 중 제거하고자 하는 황(S)의 목표 함량이 100%라 할 때,
    상기 용선 취련 과정은,
    산소의 취입 시작 시점부터 제거하고자 하는 목표 황(S) 함량 중 60%가 제거되는 시점까지의 1차 취입 구간과, 상기 1차 취입 구간 종료 후에, 산소를 취입하는 구간으로서, 상기 1차 취입에 비해 높은 송산 유량 및 낮은 랜스의 높이로 산소를 취입하는 2차 취입 구간을 포함하고,
    상기 2차 취입 구간 중 상기 전로로 자용광석(Self-fluxing Ore)을 투입하여, 슬래그 중 산소 이온의 활동도를 증가시키는 용선의 정련 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 용선 취련 과정은,
    상기 1차 취입을 종료하고, 1차 취입에 의해 생성된 슬래그를 배제하는 과정;
    상기 1차 취입이 종료된 용선으로 산소를 2차 취입하는 과정; 및
    상기 2차 취입에 의해 생성된 슬래그를 배제하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 1차 취입 과정에 있어서, 1차 취입 시간 경과에 따라 산소의 송산 유량을 단계적으로 증가시키고, 랜스의 높이를 단계적으로 감소시키는 용선의 정련 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 용선 취련 과정에 있어서, 산소의 최초 취입 시작 시점이 1차 취입 시작 시점이고, 2차 취입 종료 시점을 100%라 하고, 제거하고자 목표 황(S) 함량 중 60%가 제거되는 1차 취입 종료 시점이 산소 취입 32% 내지 38% 시점 중 어느 한 시점이며,
    상기 공취 후에 실시되는 상기 산소 취입 과정 중,
    산소 취입 시작 시점부터 22% 미만 시점까지 산소의 송산 유량을 16,000Nm3/Hr 이하의 제 1 송산 유량으로 조절하고,
    산소 취입 시점 22% 이상에서부터, 1차 취입 종료 시점까지 산소 송산 유량을 제 1 송산 유량에 비해 크도록 16,000Nm3/Hr를 초과하는 제 2 송산 유량으로 조절하며,
    상기 2차 취입 시작 시점에서 산소 송산 유량을 20,000Nm3/Hr 이상의 송산 유량으로 조절하는 용선의 정련 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 용선 취련 과정 중,
    산소 취입 시작 시점부터 22% 미만 시점까지 산소의 송산 유량을 14,000Nm3/Hr 이상, 16,000Nm3/Hr 이하의 제 1 송산 유량으로 하고,
    산소 취입 시점 22% 이상에서부터 1차 취입 종료 시점까지 산소 송산 유량을 16,000Nm3/Hr 이상, 20,000Nm3/Hr 미만의 제 2 송산 유량으로 하며,
    상기 2차 취입 시작 시점에서 산소 송산 유량을 20,000Nm3/Hr 이상, 30,000Nm3/Hr 이하의 제 3 송산 유량으로 하는 용선의 정련 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 용선 취련 과정 중,
    상기 산소 취입 시작 시점부터 25% 미만 시점까지 랜스의 높이를 16m 초과하는 제 1 높이로 조절하고,
    상기 산소 취입 25% 이상에서부터 1차 취입 종료 시점까지 랜스의 높이를 15m를 초과하며, 상기 제 1 높이에 비해 낮은 제 2 높이로 조절하고,
    상기 1차 취입 종료 후, 2차 취입 시작 후에는 랜스의 높이를 14m를 초과하며, 상기 제 2 높이에 비해 낮은 제 3 높이로 조절하는 용선의 정련 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용선 취련 과정 중,
    상기 산소 취입 시작 시점부터 25% 미만 시점까지 랜스의 높이를 16m 내지 18m의 제 1 높이로 조절하고,
    상기 산소 취입 25% 이상에서부터 1차 취입 종료 시점까지 랜스의 높이를 15m 내지 17m 미만이면서 상기 제 1 높이에 비해 낮은 제 2 높이로 하며,
    상기 1차 취입 종료 후, 2차 취입 시작 후에는 랜스의 높이를 14m 이상, 16m 미만이면서 상기 제 2 높이에 비해 낮은 제 3 높이로 조절하는 용선의 정련 방법.
  8. 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용선 취련 과정 중, 상기 산소의 취입의 20% 내지 30% 중 어느 한 시점에 상기 전로로 Mn 광석을 투입하는 용선의 정련 방법.
  9. 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전로로 자용광석(Self-fluxing Ore)을 투입하는데 있어서,
    상기 용선 취련 과정 중, 산소 취입 70% 내지 80% 중 어느 한 시점에 상기 전로로 자용광석(Self-fluxing Ore)을 투입하는 용선의 정련 방법.
  10. 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전로로 산소를 취입하는 공취 과정에 있어서, 전(前) 조업 공정에서 발생된 슬래그가 잔류하고 있는 상태에서 산소를 취입하며,
    상기 산소의 송산 유량은 15,000Nm3/Hr 내지 25,000Nm3/Hr으로 하고, 상기 랜스의 높이는 14m 이상, 16m이하로 조절하는 용선의 정련 방법.
  11. 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출강 과정은, 상기 전로 내 용강을 래들로 출강하는 과정에서, 상기 래들로 CaO 및 래들 슬래그(LSA)를 투입하는 과정 및 상기 CaO 투입이 완료된 시점에 가탄재를 투입하는 용선의 정련 방법.
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