KR101751288B1

KR101751288B1 - 전로 조업 방법

Info

Publication number: KR101751288B1
Application number: KR1020150143488A
Authority: KR
Inventors: 김영화; 심태섭; 안경수; 백창기
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-06-27
Also published as: KR20170043868A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 방법은 전로로부터 전(前) 조업공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 과정과, 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 슬래그의 일부를 배재시키는 과정, 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 전로 내에 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절하는 과정, 전로에 용선을 장입하는 과정 및 용선을 취련하는 과정을 포함함으로써 용선 중 인을 용이하게 제어할 수 있다.
즉, 전(前) 공정의 종점 산소 농도에 따라서, 현(現) 공정에 잔류하는 슬래그의 염기도를 용이하게 제어함으로써, 슬래그 내 Fe의 농도가 증가된다. 이에, 슬래그 내 Fe₂O₃의 생성량이 증가하여, 용선 중 인(P)과 Fe₂O₃의 반응의 증가로 탈린율을 증가시킬 수 있다.

Description

전로 조업 방법 {The converter operation method}

본 발명은 전로 조업 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전(前) 공정에서 일부 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절하여 용선 중 인을 용이하게 제어할 수 있는 전로 조업 방법을 제공한다.

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, 취련 작업은 랜스를 이용하여 전로 내에 산소 가스를 불면서 용선 중 불순원소(예컨대, 인, 황, 탄소 및 티타늄 등)를 슬래그 측으로 제거하는데, 불순 원소의 안정적 제거를 위해서는 슬래그가 요구되고, 이에 취련 중 투입되는 부원료에 의해 불순원소의 제거하여 원하는 강종을 제조할 수 있는 용강을 얻을 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 제조되는 용강 중 저린강은 통상 용강 내 인의 함량이 약 0.02%이하로 낮은 함량을 갖고, 이의 제조를 위해서는 전로 정련 시 용선 중 인을 안정적으로 제거하는 것이 중요하다. 특히, 저린강의 경우에는 슬래그의 재화를 통하여 슬래그 중 인 화합물(P₂O₅)을 안정적으로 유지시키는 것이 중요하다.

이에, 종래에는 용선 중 인의 제어를 위해, 슬래그 배재시 일정량의 슬래그를 잔류시키고, 부원료를 투입하여 용선 중 인을 제어하였다. 그러나, 이는 슬래그의 잔류량 오차와 슬래그의 온도 하락으로 투입된 부원료인 CaO, 경소 돌로마이트를 적기에 재화시키지 못하는 문제를 야기한다. 이에, 용선 중 인의 불안정에 의해 용강 중 T.Fe를 상승시키고, 노체에 악영향을 미친다.

또한, 종래와 같은 더블 슬래그 조업과 탈린 조업을 실시하는 과정에서 저린재인 저질소강 생산시, 질소(N)의 격외가 발생한다. 이때, 질소의 발생을 억제 및 방지하기 위해서 용선 내에 CaO를 다량 투입하는 과정이 요구되고, 이는 CaO 다량 투입으로 인한 재화불량 발생과 CaO원에 소모되는 비용이 상승하는 요인을 초래하고 있다.

KR

2000-0042501

A

JP

2001-0192720

A2

KR

0834085

B1

본 발명은 전(前) 공정의 종점 산소에 따라 현 공정에 잔류하는 슬래그의 염기도를 용이하게 조절하여, 처리하는 용선 중 인을 용이하게 제어할 수 있는 전로 조업 방법을 제공한다.

본 발명은 코팅재 및 부원료의 과다 사용을 억제할 수 있는 전로 조업 방법을 제공한다.

본 발명은 제조되는 강의 품질을 향상시킬 수 있는 전로 조업 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 방법은 전로로부터 전(前) 조업공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 과정과, 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 상기 슬래그의 일부를 배재시키는 과정. 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 상기 전로 내에 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절하는 과정, 상기 전로에 용선을 장입하는 과정 및 상기 용선을 취련하는 과정;을 포함한다.

상기 전로 내에 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절하는 과정은 상기 전로 내에 투입되는 코팅재의 투입량, 취련전 상기 전로 내에 투입되는 부원료의 투입량 및 공취조건 중 적어도 어느 하나를 조절할 수 있다.

상기 슬래그의 염기도를 조절하는 과정은 상기 염기도를 4.5 내지 5.5 범위로 조절할 수 있다.

상기 슬래그의 일부를 배재시키는 과정은 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 상기 슬래그를 배재시키기 위한 상기 전로의 경동 각도를 조절하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 경동 각도를 조절하는 과정은 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도가 증가할수록 상기 경동각도를 증가시키며 조절할 수 있다.

상기 코팅재의 투입량은 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도가 증가할수록 50 내지 1100㎏ 범위 내에서 비례될 수 있다.

상기 코팅재는 돌로마이트 및 석탄을 포함할 수 있다.

상기 부원료의 투입량은 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도가 증가할수록 반비례될 수 있다.

상기 부원료는 석회 CP 및 Fe를 함유하는 원료를 포함하며, 상기 전(前) 공정에서의 종점 산소 농도가 증가할수록 상기 석회 CP의 투입량은 2.5 내지 4.5톤 범위 내에서 비례되고, 상기 Fe를 함유하는 원료의 투입량은 0.5 내지 3.4톤 범위 내에서 반비례될 수 있다.

상기 공취조건은 랜스 높이 및 송산유량을 포함하며, 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도가 증가할수록 상기 랜스 높이는 16 내지 20m 범위 내에서 비례되고, 상기 송산유량은 700 내지 3300N㎥/hr 범위 내에서 반비례될 수 있다.

상기 용선을 취련하는 과정은 1차 취련과정 및 2차 취련과정을 포함하며, 상기 1차 취련과정 이후에 상기 1차 취련과정에 의해 생성된 슬래그를 배재하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 전로 조업 방법에 의하면, 전(前) 공정에서의 종점 산소 농도에 따라서, 현(現) 공정에 잔류하도록 하는 슬래그의 염기도를 제어하기 위한 조업공정 조건을 조절한다. 이에, 전로에 수용되는 용선 중의 인(P)을 용이하게 제거할 수 있다.

즉, 전(前) 공정이 완료된 전로에 수용된 슬래그를 전(前) 공정의 종점 산소 농도에 따라 전로 경동 각도를 조절하여 배재한다. 그리고, 전(前) 공정의 종점 산소 농도에 따라 전로 내벽 코팅을 위한 코팅재 및 부원료의 투입량과, 공취조건을 조절한다.

이처럼, 전(前) 공정의 종점 산소 농도에 따라서, 현(現) 공정에 잔류하는 슬래그의 염기도를 용이하게 제어함으로써, 슬래그 내 Fe의 농도가 증가된다. 이에, 슬래그 내 Fe₂O₃의 생성량이 증가하여, 용선 중 인(P)과 Fe₂O₃의 반응의 증가로 탈린율을 증가시킬 수 있다.

그리고, 전로에서 발생하는 폐기물인 CaO 가루와 압연공정에서 발생되는 압연설을 포집하여 부원료로 사용함으로써, 슬래그 염기도를 조절하기 위해 사용되는 원료들의 비용 증가를 억제할 수 있다.

또한, 취련 전에 슬래그 염기도 조절에 의한 공정 환경을 제어하여 전체 공정을 안정적으로 진행할 수 있고, 최종적으로 생산되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 방법을 순차적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 전로 조업 방법을 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 3A 내지 도 3C는 본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 조건 조절방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일반적인 전로 정련 설비 및 L/L0에 따른 전로 취련 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5A는 본 발명의 실시 예에 따른 1차 취련 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 5B는 본 발명의 실시 예에 따른 2차 취련 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 1차 취련과정 중 용강 온도별 인의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공정별 인의 농도를 나타내는 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.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 방법을 설명하기로 한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 방법을 순차적으로 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1의 전로 조업 방법을 개략적으로 나타내는 공정도이다. 그리고, 도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 선배재 과정, 코팅재 투입 과정 및 부원료 투입 및 공취 과정을 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명에서 사용되는 전로(100) 및 랜스(200)는 제강 공정에서 통상적으로 사용하는 것이므로 간단하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 전로(100)는 용선 및 고철이 수용되는 내부공간을 가지는 용기로서, 상측은 개방되어 있고(노구), 측부에는 용강이 배출되는 출강구(110)가 마련된다. 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. 전로(100)는 사용되는 크기에 따라 용선 및 고철이 수용되는 총 량(ton)이 상이하지만, 일반적으로 제강 공정에서 사용되는 전로(100)는 최대 320톤(ton)을 수용할 수 있으며, 여기서, 제강 공정을 진행할 때는 전로(100) 최대 수용 값의 80% 정도인 300톤(ton)을 수용하여 진행할 수 있다. 따라서, 이하에서는 전로(100) 내 용선 및 고철의 장입량이 300톤(ton)일 때의 조업 방법에 대해서 서술하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 방법은 전(前) 조업 공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 과정과(S100), 전(前) 조업 공정에서의 종점 산소 농도에 따라, 전(前) 조업 공정에서 발생한 슬래그의 일부를 배재시키는 과정(S200), 전(前) 조업 공정에서의 종점 산소 농도에 따라, 전로 내에 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절하는 과정(S300), 전로에 본 조업공정에 이용할 용선을 장입하는 과정(S400) 및 용선을 취련하는 과정을 포함한다. 그리고, 상기와 같은 일련의 단계들은 반복적으로 복수 실시된다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 전로 조업 방법은 저린강을 제조하기 위해 용선 중 인(P)을 용이하게 낮추기 위한 조업 방법을 제공하며, 특히, 전로(100)의 조업과정 중 현재 공정에 사용되는 전(前) 공정의 슬래그의 염기도를 용이하게 조절할 수 있도록 전(前) 공정에서의 종점 산소 농도(f(o))에 따라서 슬래그의 염기도를 조절하기 위한 조건들을 제공한다.

이하, 전로(100) 내 슬래그의 염기도를 조절하는 조건들로 전로(100)의 경동 각도를 조절하거나, 코팅재의 투입량을 조절하는 것, 부원료의 투입량을 조절하는 것 및 공취조건을 조절하는 것에 대해 자세하게 설명한다. 이때, 상기 조건들의 조절을 설명할 때에 '비례되는'것은 '증가되는'을 포함할 수 있으며, '반비례되는'은 '감소되는'을 포함할 수 있다.

우선, 출강 완료 단계(S100)는 전(前) 조업 공정 중 생산된 용강을 출강하여 상기 용강의 출강이 완료되는 단계로, 용강의 출강이 완료되는 시점에서 전로(100) 내의 잔류 슬래그의 양은 슬래그 배재를 위한 전로(100)의 경동 각도에 의해 상이하나, 보통 20 내지 25톤(ton)이다. 여기서, 전로(100)의 경동 각도는 전로(100)가 정립된 상태에서 노구에서의 상부연장선과 출강구(110)가 형성된 쪽으로 전로(100)의 노구가 기울어 졌을때 노구에서의 상부연장선 간의 각도를 의미한다. 출강이 완료되고, 전로(100)에 새 용선이 장입되기 전에 고로(미도시)에서 출선된 용선은 예비 정련하는 공정이 수행될 수 있다. 즉, 용선을 예비 정련하여 용선 내 S를 제거한다. 이때, 용선에는 CaO나 CaC2와 같은 탈황제를 투입하여 탈류를 진행한다. 또한, 자세하게 설명하지는 않으나 상기 예비 탈류 뿐 아니라, 예비 탈규소, 탈린 조업을 실시할 수도 있다.

전로(100)에 장입되는 용선의 예비정련이 진행되는 동안 또는 예비 정련이 종료되면, 전(前) 공정에서 발생한 슬래그를 전(前) 공정에서의 슬래그 중 종점 산소 농도에 따라서 일부를 잔류시키고 일부를 배재한다(S200). 즉, 이는 슬래그 중 산소 농도가 증가할수록 슬래그의 점성이 감소하기 때문에, 전(前) 공정에서 발생한 슬래그의 산소 농도가 증가된 값을 가짐에 따라 하기의 표 1에 나타낸 것처럼 전로 경동 각도를 증가시킴으로써, 전(前) 공정에서 발생한 슬래그 중 일부 잔류시키는 슬래그의 양이 유사하도록 하기 위함이다. 이때, 전(前) 공정에서 발생한 슬래그의 종점 산소 농도에 따른 경동 각도의 오차는 ±1°의 값을 가질 수 있다.

종점 산소 농도	~ 500ppm	~ 600ppm	~ 700ppm	~ 800ppm
전로 경동각도	81°	84°	88°	90°
경동각도 오차	±1°

전(前) 조업 공정에서 발생한 슬래그를 배재시킨 후, 전(前) 조업 공정에서의 슬래그 중 산소 농도에 따라서 전로(100) 내에 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절하는 과정이 수행된다(S300). 이때, 슬래그의 염기도를 조절하는 과정은 전로(100) 내에 투입되는 코팅재의 투입량을 조절하거나(S300A), 취련전 전로(100) 내에 투입되는 부원료 투입량 및 공취조건을 조절하는 것(S300B) 중 적어도 어느 하나를 조절하여 슬래그의 염기도를 조절할 수 있다.

종점 산소 농도		~ 500ppm	~ 600ppm	~ 700ppm	~ 800ppm
전로 코팅재 투입량	돌로마이트	-	200㎏	300㎏	500㎏
전로 코팅재 투입량	석탄	100㎏	200㎏	300㎏	500㎏
투입량 오차		±50㎏

즉, 상기의 표 2를 참조하면, 전(前) 조업 공정에서의 슬래그 중 산소 농도가 증가함에 따라 전로 코팅재의 투입량(㎏)을 증가시킬 수 있다. 이때, 전로 코팅재는 돌로마이트(dolomite)와 석탄(coal)을 포함할 수 있으며, 상기 투입재들을 전로(100) 내 슬래그에 투입시킨 후 질소를 불어넣고, 전로를 경동시키면서 전로(100) 내벽을 코팅한다.

전(前) 조업 공정에서의 슬래그 중 산소 농도가 증가함에 따라 전로 코팅재의 투입량(㎏)이 증가되는 이유로는, 코팅재로 투입되는 돌로마이트 및 석탄은 슬래그 내 T.Fe를 진정시키는 역할을 수행하기 때문에, 전(前) 조업 공정에서의 슬래그 중 산소 농도가 증가할수록 T.Fe를 진정시키기 위한 투입재의 투입량이 증가하게 되는 것이다.

여기서, 전로(100) 내에 잔류하는 전(前) 조업 공정에서 발생한 슬래그 중 산소 농도의 상한값을 800ppm까지 제시하는 이유로는, 일반적인 전로 조업 공정에서 발생하는 슬래그 내 최대 산소 농도가 800ppm을 초과하는 것이 거의 불가능 하기 때문이다.

이처럼, 전로(100) 내에 잔류하는 전(前) 조업 공정에서 발생한 슬래그 중 산소 농도가 500ppm 이하일 때는 석탄을 100㎏ 투입하고, 슬래그 중 산소 농도가 501 ~ 600ppm 일 때는 석탄 200㎏ 및 돌로마이트 200㎏을, 슬래그 중 산소 농도가 601 ~ 700ppm 일 때는 석탄 300㎏ 및 돌로마이트 300㎏을, 슬래그 중 산소 농도가 701 ~ 800ppm 일 때는 석탄 500㎏ 및 돌로마이트 500㎏을 투입한다. 즉, 본 발명에서는 전(前) 조업 공정에서 발생한 슬래그 중 산소 농도에 따라서 전로 코팅재를 100㎏ 내지 1000㎏ 범위 내에서 산소 농도의 증가에 따라 투입량을 증가시키는 것이다. 이때, 전로 코팅재는 ±50㎏의 오차 투입량을 가질 수 있다.

전로 내벽 코팅을 완료한 뒤, 전(前) 조업 공정에서 발생한 슬래그 중 산소 농도에 따라 슬래그의 염기도에 가장 영향을 미치는 부원료의 투입량 및 공취조건을 조절하여 투입 및 공취한다(S300B).

종점 산소 농도			~ 500ppm	~ 600ppm	~ 700ppm	~ 800ppm
부원료 투입량		석회 CP	3톤	3톤	3.5톤	4톤
		MSB	3톤	2톤	1.5톤	1톤
투입량 오차			±0.5톤
공취조건	랜스높이		19m		17m
	송산유량		1000N㎥/hr	1500N㎥/hr	2200N㎥/hr	3000N㎥/hr
랜스높이 오차			±0.5m
송산유량 오차			±300N㎥/hr

즉, 전로(100) 내에 잔류하는 전(前) 조업 공정에서 발생한 슬래그 중 산소 농도에 따라서, 슬래그의 염기도를 4.5 내지 5.5로 제어하기 위해 슬래그에 투입되는 부원료의 투입량 및 공취 조건을 조절할 수 있다. 이는, 인을 용이하게 슬래그에 포집하여 제거하기 위해서는 슬래그의 염기도는 4.5 내지 5.5인 것이 바람직하기 때문이다. 이때, 슬래그의 염기도가 4.5 이하인 경우에는 염기도가 낮아 탈린율이 감소하는 문제점이 있고, 슬래그의 염기도가 5.5 이상일 때는 슬래그의 점섬이 높아지게 되어 유동성이 감소하여 결과적으로 탈린율을 감소시키게 된다.

본 발명에서 부원료는 생석회가 50%이상 포함된 석회 CP 및 MSB(압연공정에서 발생하는 압연설)을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 부원료는 제철소 조업에서 발생하는 폐기물로 이루어진 원료이다. 이때, 석회 CP는 제강공정에서 발생하는 생석회의 가루와 고형재인 시멘트와의 결합에 의해 형성되는 원료로써, 원료배합은 석회석 슬러지를 기반으로 백운석 더스트를 약 2 내지 3%, 시멘트를 6%로 구성된다. 즉, 석회 CP는 생석회의 소성 과정 중 발생하는 폐기물로서, 본 발명에서는 슬래그 내에 석회 CP를 투입함으로써 슬래그의 T.Fe를 증가시켜 탈린율을 증가시키기 위해 투입된다. 그리고, MSB(압연설)은 압연 공정에서 발생하는 것으로서 강의 스케일로 구성된 것이며, Fe를 포함한다. 이와 같이, 본 발명의 부원료는 제철 공정에서 발생하는 폐기물을 이용할 수 있어, 부원료에 소모되는 비용의 증가를 억제 및 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 전로(100) 내에 잔류하는 전(前) 조업 공정의 슬래그 중 산소 농도가 증가함에 따라서 부원료가 5 내지 6톤 범위내에서 투입량이 감소될 수 있다. 더욱 자세하게는, 전로(100) 내에 잔류하는 전(前) 조업 공정의 슬래그 중 산소 농도가 증가함에 따라서 석회 CP의 투입량은 비례하고, 압연설의 투입량은 반비례하여 석회CP와 압연설의 투입량을 합한 투입량은 전(前) 조업 공정의 슬래그 중 산소 농도와 반비례하도록 조절될 수 있다.

또한, 공취 조건은 랜스 높이(m) 및 전로(100) 내로 취입되는 산소의 송산 유량(N㎥/hr)을 전로(100) 내에 잔류하는 전(前) 조업 공정의 슬래그 중 산소 농도가 증가 랜스 높이를 증가시키고, 송산유량은 감소시킨다. 즉, 전로(100) 내에 잔류하는 전(前) 조업 공정의 슬래그 중 산소 농도가 증가함에 따라 산소 농도가 낮을때에는 하드 블로잉을 실시하고, 산소 농도가 높을 때에는 소프트 블로잉을 실시할 수 있다.

상기와 같은 부원료 투입 및 공취 과정에서 석회CP 및 압연설의 반응은 하기와 같다.

[압연설의 환원]

FeO(l) = Fe(l) + 0.5 O₂(g)

△G⁰ = 256000 - 53.68T(J/mol)

[석회 CP 분해로 인한 인의 분배]

P₂O₅(l) = P₂(g) + 2.5 O₂(g)

2P = P₂(g)

이와 같은 인의 기화탈린 반응식을 하기와 같이 나타낼 수 있다.

1/2O₂+ 2e = O^2-

[P]+4O₂-=(PO^3- ₄)+5e

[P]+5/4O₂+3/2O^2-=(PO^3- ₄)

전술한 바와 같이, 전로(100) 내 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절한 후에, 본 조업공정(즉, 전(前) 조업 공정 이후에 실시되는 후속 조업 공정)에 참여할 고철 및 용선을 장입한다(S500). 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 있기 때문에, 고철을 먼저 슬래그 상에 투입하여 슬래그를 액상에서 고상으로 만든 후, 용선을 투입하는 것이 바람직하다.

고철 및 용선의 장입이 완료되면(S500), 랜스(200)를 이용하여 산소를 취입하여 용선의 취련을 실시한다. 이때, 용선을 취련하는 과정은 1차 취련(S600) 및 2차 취련(S700)을 실시하며, 1차 취련과 2차 취련은 시간차를 두고 실시한다. 그리고, 도 5A 및 도 5B에 도시된 것처럼, 1차 취련과 2차 취련 시의 랜스 높이(mm) 및 산소 취입 유량(즉, 송산유량; Nm3/hr)을 상이하게 하여 화점을 조절함으로써, 용선의 정련효율을 향상시킨다.

여기서, 도 4는 일반적인 전로 설비 및 L/L0에 따른 전로 취련 특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5A는 본 발명의 실시 예에 따른 1차 취련 패턴을 나타내는 그래프이며, 도 5B는 본 발명의 실시 예에 따른 2차 취련 패턴을 나타내는 그래프이다.

먼저, 전로(100)에 랜스(200)를 통한 상취 산소 분사에 의한 용탕 파임을 나타내는 도 4를 참조하여, 송산유량값에 따라 용선을 취련하는 형태에 대해 간략하게 살펴보고 본 발명의 취련 방법을 설명하기로 한다.

이때, 이하의 취련 과정을 설명하는 데에 있어, 1차 취련 및 2차 취련에 사용되는 제1 블로잉 및 제2 블로잉은 하기의 설명에 의해 취입되는 형태를 정의하는 것이며, 즉 이하에서는 제1 블로잉은 소프트 블로잉(soft blowing)일 수 있고, 제2 블로잉은 하드 블로잉(hard blowing)일 수 있다.

즉, 도 4에 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 취련 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 고정된 상태에서 산소 가스 공급 속도를 증가시키면 산소가 용탕 내부로 침투하는 깊이(L)가 커지게 되며, 동력 증대에 의한 교반력이 증가하여 반응속도가 발라진다. 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 취련 시 랜스(200)의 높이가 낮고 송산유량이 큰 값이 취입된다.

여기서 L은 전로(100) 내로 산소가 취입되었을 때의 송산유량과 랜스 높이에 의해서 용선이 파인 깊이를 나타내며, L0는 전로(100) 내 산소가 취입되지 않았을 때의 용탕 면에서 전로(100) 바닥(노저)까지의 거리를 나타낸다.

본 발명에서는 1차 취련 과정에서는 용선 내에 부원료를 투입하고, 소프트 블로잉을 하여 용선 내 부원료의 초기재화 및 상대적으로 저온에서 급격한 탈린반응을 일으킨다. 즉, 도 5A를 참조하면, 1차 취련 총 과정을 100%를 기준으로 10% 시점까지는 시간(hr)당 50430Nm3, 25%시점까지는 시간(hr) 당 49050 Nm3, 50% 시점까지는 45030 Nm3, 65% 시점부터는 40430 Nm3으로 100%까지 산소유량을 조절하여 산소를 취입하였다. 이때, 랜스높이는 취련 13% 시점까지는 1245mm, 30%시점부터는 1255mm, 48% 시점부터는 1235mm로 100%까지 랜스 높이를 조절하여 산소를 취입하였다.

이때, 1차 취련시에 투입되는 부원료는 취련 개시와 동시에 래들슬래그(LSA) 1톤과 석회CP 2.5톤을 투입한다. 그리고, 취련 15% 시점에 CaO를 500kg씩 2회 투입하고, MSB 투입이 완료되는 시점에 CaO 500kg씩 3회 분할 투입한다. 마지막으로 래들 슬래그를 취련 25% 시점에 500kg 투입한다.

이와 같이 1차 취련 과정에서 MSB와 석회 CP를 포함하는 부원료의 투입에 의해 하기의 반응식1 및 반응식 2와 같은 반응이 일어난다.

반응식 1) MSB 투입시 반응 : 2P + 5(FeO) = (P₂O₅) + 5Fe

반응식 2) 석회 CP 투입시 반응 : 3(CaO) +(P₂O₅) = (3CaO·P₂O₅)

즉, 용강 중 인은 슬래그 중 FeO와 반응하여 P₂O₅를 형성하고, CaO와 반응하여 비교적 안정한산화물인 3CaO·P₂O₅를 형성하며, 용강 중 인의 농도는 45~ 50ppm로 감소한다.

1차 취련 과정에서 인위적인 슬래그에 CaO 투입에 의한, 즉, 1차 취련 15% 시점과, MSB 투입 완료 시점부터 슬래그에 투입된 CaO에 의한 하기의 반응식 3을 보면,

반응식 3) 2[P] + 5[FeO] +3CaO = (3CaO·P₂O₅) + 5[Fe]

인위적으로 생성된 슬래그와의 반응은 슬래그와 용선이 교반이 실시될 경우에 Fe3+의 증가는 하기의 반응식 4와 같이 반응된다.

반응식 4) Fe²⁺ + 1/2[O] + 5/2(O^2-) = FeO₃ ^3-

그리고, P₂O₅는 하기의 반응식 5와 같이 반응하므로, 1차 취련 작업 완료시 용선 온도가 1400℃가 되어도 용강 중 인은 15ppm으로 낮아질 수 있다.

반응식 5) 8(FeO) + 2[P] = (3FeO·P₂O₅) + 5Fe

이후, 1차 취련이 완료되면, 전로(100)를 경동시켜 슬래그를 배재시킨다. 이는 1차 취련 중 생성된 슬래그로서, 슬래그의 배재에 의해 P가 전로(100)로 부터 제거되는 것이므로, 가능한 다량의 슬래그를 배재하는 것이 바람직하다. 그런데, 전로(100)의 사용 횟수에 따라 전로(100) 내부 용적이 커지므로, 하기의 표 4와 같이 전로(100)의 사용 횟수가 증가할수록 경동 각도를 증가시켜, 슬래그를 제거하는 것이 좋다.

전로 사용횟수 (회)	~ 500	~ 1000	~ 2000	~ 2500	2500 ~
경동 각도(°)	80	82	85	88	90
경동각도 오차	±1°

한편, 2차 취련 과정(S800)에서는 1차 취련 시에 비해 캐비티의 깊이가 깊게 형성되도록 하여, 취입되는 산소가 슬래그 층을 뚫고 그 하측에 위치한 용선으로 용이하게 도달할 수 있도록 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 2차 취련 단계에서, 1차 취련 시에 비해 랜스(200)의 높이를 낮게 조절하고, 산소 취입 유량을 증가시킨다. 이에, 내부 용선의 산소 증가로 종래에 비해 재화가 양호하게 일어나며, 인 제거 효율이 향상된다. 또한, 이와 같은 2차 취련 시에 용선 중에 C가 취입되는 산소와 반응하여, 탈탄이 진행된다.

즉, 1차 취련 후 용선 내 인이 0.45 ~0.50%로 조절된 용선을 2차 취련 개시 시점에 CaO 3톤, MSB 3톤 및 소듐(Na) 500㎏ 투입하여 Fe2O3-slag-CaO 반응 계면에서 소듐의 용해로 하기의 반응식 6 및 7과 같이 부원료를 재화시켜 용선 중 인을 제어한다.

반응식 6) 2Na + (Fe₂O₃) = (Na₂O) + (FeO) + (CO)(g)

반응식 7) 2[P] + 5(FeO) + 3(Na₂O) = 3Na₂O·P₂O₅

즉, 2차 취련과정은 취련 25% 시점에 CaO 1톤 투입하여 재화 촉진으로 인한 탈린조업을 하며, 소듐을 200㎏을 투입하여 고염기도에 의한 재화불량 및 랜스에의 지금 부착을 억제한다. 그리고, MSB를 0.5톤씩 2회분할 투입하여 저융점 고염기도 슬래그의 조기 형성으로 P₂O₅의 안정화 유지를 지속한다.

그리고, 취련 중간 단계인 취련 75% 시점까지는 CaO를 0.5톤씩 5회 분할투입하고, MSB를 100㎏씩 연통투입하고, 슬래그의 저온화 및 T.Fe의 감소로 인한 슬래그 유동성 악화요인으로 소듐은 40%, 60% 시점에 각각 150㎏씩 투입한다. 이에, 탈탄에 의한 복린을 방지할 수 있다.

이후, 2차 취련 말기(100%) 까지는 취련 중간 단계에서 분할 투입한 부원료 재화 촉진과 동시에 소듐 200㎏ 투입으로 화점면적 및 캐비티에서의 저온 확보로 Mn 융기에 의한 복린을 방지하면서 T.Fe를 낮춘다. 따라서, 취련 작업에서 부원료와 MSB등이 용해되며 발생되는 CO 가스가 외부 공기와 반응하여 CO₂ 가 슬래그 층으로 픽업(pick-up)될 수 있다. 이때, CO₂가 소량의 가스여도 슬래그 내에서 차지하는 부피가 크고, CO2의 생성열에 의한 슬래그 온도 하강 효과도 르샤트르법칙에 의해 슬래그 속으로 인이 혼입되어 탈린이 일어난다.

이와 같은 2차 취련 과정에서 송산유량에 따른 캐비티를 살펴보면, 석회 CP, MSB, 소듐을 투입하여 용선과 투입된 부원료의 반응으로 P₂O₅ 가 슬래그 중에서 안정화 시켜야한다. 이때, 슬래그의 염기도를 높이면 P₂O₅의 활동도 계수가 감소하여 인의 분배비가 증가한다. 이와 같은 반응을 슬래그의 분자론적인 측면에서 보면 다음의 반응식 8 내지 반응식 10과 같이 나타낼 수 있다.

반응식 8) 2P + 5(FeO) = (P₂O₅) + 5Fe

반응식 9) 3(CaO) + (P₂O₅) = (3CaO·P₂O₅)

반응식 10) 2[P] + 5(FeO) + 3(Na₂O) = 3Na₂O·P₂O₅

즉, 강 중 인은 슬래그 중 FeO와 반응하여 P₂O₅를 형성하고, CaO 와 반응하여 비교적 안정한 산화물인 3CaO·P₂O₅를 형성한다.

이로부터 인 분배비를 증가시키기 위해서는 온도를 낮추고, 슬래그의 산화도를 증가시키며, 슬래그의 염기도를 높여야 함을 도출할 수 있다. 이러한, 각 조업인자의 영향을 용강조건에서 정량적으로 도출한 식은 다음과 같다.

logLp = 4.26log[(wt% CaO)+0.3(wt% MgO)+0.1(wt%MnO)] + 10420/T-13.90+2.5log(wt%T.Fe)

이로부터, 인의 분배비가 제어 가능하게 되어 전로 공정에서의 탈린효율을 극대화시킬 수 있다. 이때, 본 발명에서는 전(前) 조업 공정의 슬래그의 종점 산소 농도에 따라서 전로 내에 잔류시키기 위한 슬래그의 배재 각도, 전로 코팅재 투입량 및 부원료 투입량과 공취조건을 조절함으로써 슬래그의 조재를 통하여 탈린효율을 증가시킬 수 있다.

여기서, 2차 취련 과정에서 용선과 산소의 반응시에 MSB와 CaO의 재화로 탈린 작업을 유리하게 하기 위하여 캐비티 설정을 하기의 표 5와 같이 하였다. 이때, 강욕깊이(L0)는 노령에 따른 계산치를 기준으로 기계산된 송산유량값으로 하기의 캐비티(L/L0) 값을 갖도록 계산하였다. (L= 산소의 강용 내의 침투깊이)

구분	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7	Q8	Q9
캐비티 (L/L0)	0.50	0.52	0.53	0.55	0.55	0.55	0.52	0.49	0.49
변경시점(%)	21	25	30	33	36	75	78	80	100

이때, 랜스높이(h) = -(Lh/0.78) * Ln(C1*L0/Lh)이며, -Lh = (63.0 * (1 * 송산유량(N㎥/hr)/(노즐 공수 * 노즐직경))^2/3이고, 노즐 공수는 6개, 노즐직경을 39.6mm로 가정한다.

즉, 이와 같이 2차 취련 실시 MSB에 의한 T.Fe 확보와 용철 인 제어를 위해 상기의 구간별 L/L0로 하면 2[P] + 5FeO = P₂O₅ + 5Fe 반응식이 되어 복린을 바아지하면서 출강 완료시 용강 중 인은 0.008% 이하로 작업된다.

도 6을 참조하면, 탈린을 용이하도록 전로 내 용선의 취입 전 잔류 슬래그의 염기도를 조절함으로써, 탈린 조건인 T.Fe의 증대와 고염기도 조업으로 용철 중 인이 제어되며, 취련 과정을 거치며 용선 중 인이 감소하는 것을 나타낸다.

2차 취련이 종료되면, 생산된 용강을 레이들로 출강한다(S900). 실시예에서는 출강 중에 슬래그의 유출을 방지하기 위하여 돌로마이트와 함께 진정재를 투입하한다. 여기서 진정재는 종이 펄프 재질의 재료일 수 있다. 이처럼 출강 중에 돌로마이트 및 진정재를 투입하면, 슬래그의 온도가 저하되어 슬래그가 끓어 넘치는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 출강 중 슬래그의 유출을 방지할 수 있다. 또한, 출강 시에는 전로(100)의 사용 횟수에 따라 개방되는 복수의 슬롯의 개수를 조절할 수 있다. 예컨대, 다트 헤드에 4개의 슬롯이 마련된다고 할 때, 전로(100)의 사용 횟수가 60회 이하에서는 4개의 슬롯을 사용하고, 61회 이상이면 3개의 슬롯을 사용함으로써, 유출되는 슬래그의 양을 저감한다.

이후, 다음 전로 공정에서는 상기 2차 취련시에 생성된 슬래그를 종점 산소 농도 값에 따라서, 슬래그의 염기도를 탈린하기 용이한 염기도(4.5~5.5)로 조절하여 상기 과정을 반복한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 전로의 조업 과정에서 전(前) 조업 공정에서 생산된 용강을 출강하고 남은 슬래그 중 산소 농도 값에 따라서, 전로로부터 슬래그를 배재하기 위한 경동 각도와, 전로 내벽 코팅을 위해 슬래그에 투입되는 코팅재 투입량 및 슬래그의 염기도를 조절하기 위해 투입되는 부원료의 투입량 및 공취조건을 조절한다. 이에, 본 발명은 전로 조업 횟수에 상관없이 전(前) 조업 공정의 슬래그 내 산소 농도에 따라서 현(晛) 조업 공정에서 용선 중 인을 기화시켜 용이하게 슬래그 내로 포집하기 용이한 슬래그 염기도로 조절할 수 있다. 따라서, 슬래그 내 산소 농도에 따라 적정량의 코팅재 및 부원료가 투입되고 공취조건이 정립됨으로써, 과도한 원료의 사용을 억제 및 방지할 수 있다. 그리고, 전 조업 공정의 슬래그 산소 농도가 조업마다 상이하더라도 일정수준의 염기도를 가질 수 있도록 조절함으로써, 용강의 성분 제어 미스 발생을 야기하는 공정 편차를 감소시킬 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100 : 전로 110 : 출강구
200 : 랜스

Claims

전로로부터 전(前) 조업공정에서 생산된 용강의 출강을 완료하는 과정;
상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 상기 슬래그의 일부를 배재시키는 과정;
상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 석회 CP 및 압연설을 포함하는 부원료의 투입량을 조절하여 상기 전로 내에 잔류하는 슬래그의 염기도를 조절하는 과정;
상기 전로에 용선을 장입하는 과정; 및
상기 용선을 취련하는 과정;을 포함하고,
상기 슬래그의 염기도를 조절하는 과정은, 상기 전(前) 공정에서의 종점 산소 농도가 증가할수록, 상기 석회 CP의 투입량은 비례하여 증가시키고, 상기 압연설의 투입량은 반비례하여 감소시켜, 상기 부원료 중 상기 석회 CP의 투입량 및 압연설의 투입량을 합한 투입량은 반비례하여 감소시키는 전로 조업 방법.
청구항 1 에 있어서,
상기 슬래그의 염기도를 조절하는 과정은,
상기 전로 내에 투입되는 코팅재의 투입량 및 공취조건 중 적어도 어느 하나를 더 조절하는 전로 조업 방법.
청구항 2 에 있어서,
상기 슬래그의 염기도를 조절하는 과정은 상기 염기도를 4.5 내지 5.5 범위로 조절하는 전로 조업 방법.
청구항 2 또는 청구항 3 에 있어서,
상기 슬래그의 일부를 배재시키는 과정은,
상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도에 따라, 상기 슬래그를 배재시키기 위한 상기 전로의 경동 각도를 조절하는 과정을 포함하는 전로 조업 방법.
청구항 4 에 있어서,
상기 경동 각도를 조절하는 과정은,
상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도가 증가할수록 상기 경동 각도를 증가시키며 조절하는 전로 조업 방법.
청구항 2 또는 청구항 3 에 있어서,
상기 코팅재의 투입량은 상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도가 증가할 때, 상기 용선 300톤 당 50 내지 1100㎏ 범위 내에서 상기 종점 산소 농도에 대해 비례되는 전로 조업 방법.
청구항 6 에 있어서,
상기 코팅재는 돌로마이트 및 석탄을 포함하는 전로 조업 방법.
삭제
청구항 1 에 있어서,
상기 슬래그의 염기도를 조절하는 과정은,
상기 용선 300톤을 기준으로 상기 석회 CP의 투입량은 2.5 내지 4.5톤 범위 내에서 조절되고, 상기 압연설의 투입량은 0.5 내지 3.4톤 범위 내에서 조절되는 전로 조업 방법.
청구항 2 에 있어서,
상기 공취조건은 랜스 높이 및 송산유량을 포함하며,
상기 전(前) 조업공정에서 발생된 슬래그의 종점 산소 농도가 증가할수록 상기 랜스 높이는 16 내지 20m 범위 내에서 비례되고, 상기 송산유량은 700 내지 3300N㎥/hr 범위 내에서 반비례되는 전로 조업 방법.
청구항 1 에 있어서,
상기 용선을 취련하는 과정은 1차 취련과정 및 2차 취련과정을 포함하며,
상기 1차 취련과정 이후에 상기 1차 취련과정에 의해 생성된 슬래그를 배재하는 과정;을 포함하는 전로 조업 방법.