KR102396819B1 - 용선 탈린 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용선 탈린 방법에 관한 것으로서, 전로에 생석회 및 대체재를 투입하는 단계; 상기 전로에 스크랩을 투입하는 단계; 상기 전로에 용선을 장입하는 단계; 상기 용선이 장입된 전로에 부원료를 첨가하는 단계; 상기 전로에 산소를 취입하여 상기 용선을 취련하는 단계; 및 상기 취련이 완료된 상기 용선을 상기 전로로부터 출강하는 단계;를 포함하며, 상기 대체재는 박판 열연 산화 슬래그를 포함할 수 있다.

Description

용선 탈린 방법{Method for dephosphorizing of molten steel}

본 발명은 용선 탈린 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무형석 조업이 가능한 제강 전로 공정에 이용되는 용선 탈린 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제강 공정은 용선 예비처리 공정, 전로 정련 공정, 이차 정련 공정 및 연속 주조 공정 순으로 진행된다. 철광석을 녹여 만들어낸 쇳물(용선)에는 다량의 불순물(P)을 함유하고 있어, 고급 철강 제품을 생산하기 위해서는 불순물 제거 과정이 필요하다. 그 중에서, 용선 예비처리 공정은, 용광로에서 철광석을 녹여 제조된 용선으로부터 유황(S) 성분을 제거하는 공정이다. 전로 정련 공정은 용선을 전로에 장입하여 랜스를 통해 고순도의 산소 가스를 취입함으로써 용선 중 탄소와 기타 성분을 CO 가스 또는 슬래그 형태로 제거하는 공정이며, 이러한 공정을 통해 불순물이 제거된 용선을 용강이라 한다.

또한, 탈린 과정은 전로 공정에서 이뤄지는데, 인(P) 성분의 제어를 위해서 생석회와 산소를 공정에 투입하면, 상기 인이 산화되어 4CaOㆍP₂O₅ 형태로 슬래그에 흡수된다. 하지만, 생석회는 녹는점이 약 2600℃로 전로 공정의 제련 온도(약 1350℃ 내지 1600℃)에서는 생석회의 재화(滓化)속도가 느려 반응 효율이 느린 문제점이 있었다. 이를 극복하기 위해서, 제강 공정에서는 생석회의 융점을 낮춰주는 매용제로서, 형석(CaF₂)을 함께 투입하고 있으며, 형석은 생석회(슬래그)의 재화(滓化) 촉진, 슬래그의 유동성 향상 및 정련능 향상 등의 역할을 한다.

그러나, 형석을 사용한 제강 슬래그는 내 불소(F) 성분이 잔류하여 성토나 도로용 골재로 재활용했을 때, 불소 성분이 용출되어 환경오염을 야기하므로, 형석 사용량을 저감할 필요가 있다.

종래에는 이와 같이, 형석을 사용하여 생석회의 융점을 낮추는 방법을 이용했지만, 형석에 의해 환경오염을 야기하는 문제점이 있었다. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 형석을 사용하지 않고, 슬래그의 유동성 향상 및 정련능 향상이 가능한 용선 탈린 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용선 탈린 방법을 제공한다. 상기 용선 탈린 방법은 전로에 생석회 및 대체재를 투입하는 단계; 상기 전로에 스크랩을 투입하는 단계; 상기 전로에 용선을 장입하는 단계; 상기 용선이 장입된 전로에 부원료를 첨가하는 단계; 상기 전로에 산소를 취입하여 상기 용선을 취련하는 단계; 및 상기 취련이 완료된 상기 용선을 상기 전로로부터 출강하는 단계;를 포함하며, 상기 대체재는 박판 열연 산화 슬래그를 포함할 수 있다.

상기 용선 탈린 방법에 있어서, 상기 박판 열연 산화 슬래그는 35wt% 이상의 TㆍFe, 18.0wt% 이상의 CaO, 8.0wt% 이상의 SiO₂, 11.0wt% 이하의 Al₂O₃ 및 0.08 이하의 S를 포함할 수 있다.

상기 용선 탈린 방법에 있어서, 상기 박판 열연 산화 슬래그는 상기 생석회의 투입량 대비 8% 이상 첨가될 수 있다.

상기 용선 탈린 방법에 있어서, 상기 박판 열연 산화 슬래그는 상기 생석회의 투입량 대비 8% 내지 25% 첨가될 수 있다.

상기 용선 탈린 방법에 있어서, 상기 박판 열연 산화 슬래그는 상기 취련 초기 상기 용선의 액상률이 15% 내지 25%의 범위만큼 증가하는 물질을 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 형석을 사용하지 않고, 슬래그의 유동성 향상 및 정련능 향상이 가능한 용선 탈린 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용선 탈린 방법을 설명하기 위한 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 용선 탈린 방법을 설명하기 위한 공정순서도이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 용선 탈린 방법을 이용하여 탈린시 대체재의 종류에 따른 융점을 비교분석한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 용선 탈린 방법을 이용하여 탈린시 대체재의 종류에 따른 액상률을 비교분석한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 용선 탈린 방법을 이용하여 탈린시 대체재의 종류에 따른 점도를 비교분석한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용선 탈린 방법을 설명하기 위한 공정순서도이고, 도 2는 본 발명의 비교예에 따른 용선 탈린 방법을 설명하기 위한 공정순서도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용선 탈린 방법(S100)은 전로에 생석회 및 대체재를 투입하는 단계(S110), 전로에 스크랩을 투입하는 단계(S120), 전로에 용선을 장입하는 단계(S130), 용선이 장입된 전로에 부원료를 첨가하는 단계(S140), 전로에 산소를 취입하여 용선을 취련하는 단계(S150) 및 취련이 완료된 상기 용선을 상기 전로로부터 출강하는 단계(S160)를 포함한다.

구체적으로, 스크랩 및 용선 등에 의해 전로 내벽이 손상될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 전로 내벽을 보호할 수 있는 생석회가 선행적으로 투입된다. 여기서, 사용되는 생석회는 고체 생석회로서, 이는 용선 내 인(P)의 산화에 따른 산화인과 반응하여 (CaO)(P₂O₅)를 생성함으로써 용선 내에 함유된 인을 제거할 수 있다. 첨가된 생석회는 탈린 반응에 기여하게 된다. 이에 따라 탈린 취련 중 요구되는 생석회의 양이 크게 감소될 수 있기 때문에, 부원료를 첨가하는 단계에서 전로에 생석회 일부를 보충해준다.

인(P) 성분의 제어를 위해서 생석회와 산소를 공정에 투입하면, 상기 인이 산화되어 4CaOㆍP₂O₅ 형태로 슬래그에 흡수된다. 하지만, 생석회는 녹는점이 약 2600℃로 전로 공정의 제련 온도(약 1350℃ 내지 1600℃)에서는 생석회의 재화(滓化)속도가 느려 반응 효율이 느린 문제점이 있었다. 본 발명의 비교예에 따른 용선 탈린 방법(S200)에 대한 공정순서도(도 2)를 참조하면, 이를 극복하기 위해서, 일반적인 제강 공정에서는 생석회의 융점을 낮춰주는 매용제로서, 형석(CaF₂)을 함께 투입하고 있다. 여기서, 형석은 부원료를 투입하는 단계(S240)에서 전로에 투입되게 된다. 형석은 생석회(슬래그)의 재화(滓化) 촉진, 슬래그의 유동성 향상 및 정련능 향상 등의 역할을 한다.

형석은 슬래그의 재화 속도 향상을 위해서, 전로 취련 전 또는 취련 초기에 생석회와 함께 투입되며, 형석 사용시 슬래그의 융점은 1300℃ 내지 1350℃ 수준이 된다.

그러나, 형석을 사용한 제강 슬래그는 내 불소(F) 성분이 잔류하여 성토나 도로용 골재로 재활용했을 때, 불소 성분이 용출되어 환경오염을 야기하므로, 형석 사용량을 저감할 필요가 있다.

이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 부원료를 투입하는 단계(S140)에서 생석회만 추가적으로 보충할 뿐, 형석은 투입하지 않는다. 이때, 형석을 사용하지 않을 경우, 슬래그의 융점이 높아지기 때문에, 형석을 대체할 수 있는 재료(이하, 대체재)를 더 첨가해야만 한다. 대체재는 형석을 사용했을 때의 슬래그 융점과 유사한 온도범위에서 슬래그가 형성될 수 있는 재료 중 하나를 선택하여야 한다.

본 발명에서 대체재는 가장 먼저, 전로에 생석회를 투입할 때, 함께 투입된다. 즉, 부원료를 투입할 때, 대체재를 투입하는 것이 아니라, 용선이 투입되는 단계(S130) 이전인 S110 단계에서, 생석회 및 대체재가 함께 전로에 투입된다. 이후에 S120 단계에서 생석회 및 대체재가 투입된 전로에 스크랩을 투입할 수 있다. 생석회의 반응속도를 용이하게 조절하기 위해, 용선 투입 전에 생석회와 대체재를 함께 투입함으로써, 생석회와 대체재간 반응을 유도한다.

대체재는 예를 들어, 박판 열연 산화 슬래그를 포함할 수 있다. 상기 박판 열연 산화 슬래그는 35% 이상의 TㆍFe, 18.0wt% 이상의 CaO, 8.0wt% 이상의 SiO₂, 11.0wt% 이하의 Al₂O₃ 및 0.08 이하의 S를 포함하고, 상기 CaO/SiO₂는 2.0을 만족할 수 있다. 여기서, 상기 TㆍFe[%]는 가스분사 중에, 슬래그 속의 산소포텐셜을 의미한다.

한편, 대체재는 생석회의 투입량 대비 8% 이상 첨가되며, 바람직하게는 8% 내지 25% 첨가될 수 있다. 더 바람직하게는, 대체재는 생석회의 투입량 대비 8% 내지 15% 첨가될 수 있다. 여기서, 대체재는 8% 미만으로 첨가될 경우, 액상률 증가 효과가 크지 않아, 생석회의 융점을 낮출 수 없다. 반면, 25% 초과로 첨가될 경우, 생석회의 융점은 낮출 수 있다. 하지만, 생석회의 투입량 대비 대체재가 많아지게 되므로, 반응 후 대체재가 잔류할 가능성이 있으며, 필요 이상으로 대체재가 투입됨에 따라 경제적으로 비용 부담이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.

그러므로, 대체재는 생석회 투입량 대비 8% 이상 첨가되어야 하며, 이렇게 투입된 대체재는 취련 초기 용선의 액상률을 15% 내지 25%의 범위만큼 증가시킬 수 있다. 바람직하게는 용선의 액상률을 18% 내지 22%의 범위만큼 증가시킬 수 있다.

전로에 생석회 및 대체재를 투입하는 단계(S110) 이후에, 전로에 스크랩을 투입하는 단계(S120)를 수행할 수 있다. 전로에는 용선 이외에 스크랩이 장입될 수 있다. 스크랩은 생산량 증대를 목적으로 투입되며, 용선과 스크랩 간 비율은 생산되는 강종의 특성 등에 따라 변경될 수 있다.

스크랩을 투입한 이후에, 전로에 용선을 장입하는 단계(S130)를 수행하고, 용선이 장입된 전로에 부원료를 첨가하는 단계(S140)를 수행한다. 부원료는 상술한 바와 같이, 형석을 첨가하지 않으며, 부족한 생석회를 보충해주며, 기타 필요한 부원료를 더 첨가한다.

이후에 전로에 산소를 취입하여 상기 용선을 취련하는 단계(S150)를 수행한다. 용선 내의 탄소, 인 등의 불순물을 제거하기 위한 공정으로서, 이러한 취련 공정에 의해 탄소는 일산화탄소(CO)의 형태로 제거되고, 인은 산화되어 산화인(P₂O₅)이 형성된다. 이러한 산화인은 취련 공정 중 전로에 투입되는 생석회와 반응하여 제거된다.

한편, 용선의 취련 공정 중에는 소결광이 투입될 수 있다. 소결광은 냉각제로 기능하며, 상기 소결광의 투입량을 조절하여 취련 중 용선의 온도를 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다.

마지막으로, 취련이 완료된 용선을 전로로부터 출강하는 단계(S160)를 수행한다.상술한 공정들을 통해서, 탈린 취련 공정이 완료되면 용선은 전로로부터 래들로 출탕될 수 있다. 용선이 출탕된 이후에는 상기 래들을 이용하여 용선을 탈탄 전로에 장입하여 탈탄 취련을 수행할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 이해를 돕고, 최적의 대체재 및 함량을 찾기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다.

전로에 생석회와 함께 하기 표 1에 기재된 성분을 함유하는 박판 열연 산화 슬래그를 대체재로 첨가하였다. 이때, 박판 열연 산화 슬래그를 생석회의 투입량 대비 8% 첨가하였다. 이후에 열처리를 하면서 융점의 변화, 액상률 및 점도를 측정하였다. 이와 비교하기 위해서, 4%의 형석을 대체재로 투입했을 경우와 대체재를 넣지 않은 경우(이하, 무형석) 모두 테스트하였으며, 샘플별로 동일하게 융점의 변화, 액상률 및 점도를 각각 측정하였다.

구분	TㆍFe	CaO	SiO2	Al2O3	S	CaO/SiO2
박판 열연 산화 슬래그	≥35.0	≥18.0	≥8.0	≤11.0	≤0.08	2.0

도 3은 본 발명의 실험예에 따른 용선 탈린 방법을 이용하여 탈린시 대체재의 종류에 따른 융점을 비교분석한 도면이다.

도 3을 참조하면, 먼저, 형석을 투입하였을 경우, 슬래그의 융점은 1325℃로 측정되었으며, 형석을 투입하지 않았을 경우, 슬래그의 융점은 1366℃로 비교적 높은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 박판 열연 산화 슬래그를 투입하였을 경우, 1323℃로 형석을 사용했을 경우와 거의 유사한 융점을 나타났으므로, 형석을 대체할 수 있는 것으로 판단되었다. 여기서, 슬래그의 융점은 슬래그가 1/2 붕괴되는 지점의 온도를 의미한다.

도 4는 본 발명의 실험예에 따른 용선 탈린 방법을 이용하여 탈린시 대체재의 종류에 따른 액상률을 비교분석한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실험예에 따른 용선 탈린 방법을 이용하여 탈린시 대체재의 종류에 따른 점도를 비교분석한 그래프이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 1200℃ 온도에서 박판 열연 산화 슬래그를 투입하였을 경우가 형석을 투입했을 경우 혹은 형석을 투입하지 않았을 경우보다 액상률이 약 20% 정도 증가한 것으로 나타났다. 이후에 온도가 증가할수록 액상률의 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.

한편, 1200℃ 온도에서 박판 열연 산화 슬래그를 투입하였을 경우가 형석을 투입했을 경우보다 점도가 약 10P 정도 감소한 것으로 나타났으며, 형석을 투입하지 않았을 경우보다 점도가 약 30P 정도 감소한 것으로 나타났다. 이후에 온도가 증가할수록 점도의 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.

정리하면, 형석을 사용했을 경우보다, 형석 대신 박판 열연 산화 슬래그를 사용할 경우에 탈린 초기 액상률이 증가하고, 점도가 낮아져서 슬래그의 융점을 용이하게 제어할 수 있다.

그러므로, 박판 열연 산화 슬래그를 대체재로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 용선 탈린 방법으로 조업을 수행하여 실시예 샘플을 제조하였다. 이와 비교하기 위해서, 형석을 사용하여 비교예 샘플을 제조하였다. 이후에 각 샘플별 탈린율, 생석회 사용량, 회수율 등을 비교(하기 표 2 참조)하여, 박판 열연 산화 슬래그가 형석을 대체할 만한 재료로서 적합한지 확인하였다. 여기서, 생석회 사용량의 단위는 1회 조업시 생석회를 ton 단위로 얼마나 투입되는지 여부를 수치화 한 것이다.

구분	비교예 샘플	실시예 샘플	결과
탈린율(%)	88.41	88.61	+0.19
생석회사용량(ton/Ht.)	8.88	8.64	△0.24
회수율(%)	94.06	94.08	+0.02

표 2를 참조하면, 비교예 샘플과 실시예 샘플간 탈린율, 생석회 사용량 및 회수율은 거의 유사하게 측정되었다. 따라서, 형석을 대체할 수 있는 재료로서, 박판 열연 산화 슬래그가 적합하다고 판단되며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 탈린 초기에 액상률과 점도 측면에서 형석보다 유리기 때문에, 스크랩 투입하기 전에 박판 열연 산화 슬래그를 먼저 투입해야 한다. 여기서, 박판 열연 산화 슬래그의 양은 0.8ton/Ht. 내지 2.5ton/Ht.의 범위내에서 투입되어야 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 전로에 생석회 및 대체재를 함께 투입하는 단계;
   상기 전로에 스크랩을 투입하는 단계;
   상기 전로에 용선을 장입하는 단계;
   상기 용선이 장입된 전로에 부원료를 첨가하는 단계;
   상기 전로에 산소를 취입하여 상기 용선을 취련하는 단계; 및
   상기 취련이 완료된 상기 용선을 상기 전로로부터 출강하는 단계;를 포함하며,
   상기 대체재는 박판 열연 산화 슬래그를 포함하고,
   상기 박판 열연 산화 슬래그는 35wt% 이상의 TㆍFe, 18.0wt% 이상의 CaO, 8.0wt% 이상의 SiO₂, 11.0wt% 이하의 Al₂O₃ 및 0.08 이하의 S를 포함하며,
   상기 CaO/SiO₂는 2.0을 만족하고,
   상기 박판 열연 산화 슬래그는 상기 생석회의 투입량 대비 8% 내지 25% 첨가되는,
   용선 탈린 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 박판 열연 산화 슬래그는 상기 취련 초기 상기 용선의 액상률이 15% 내지 25%의 범위만큼 증가하는 물질을 사용하는,
   용선 탈린 방법.

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