KR19980013619A - 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강정련시 용강중의 질소를 제거하는 방법에 관한 것으로써, 진공탱크를 이용하여 질소를 제거하는 방법에 있어서 래들내 용강의 교반력과 용강성분을 조정하므로써 보다 경제적이고 보다 높은 효율로 용강중의 질소를 제거하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 용강이 수강된 래들을 진공탱크내에 위치시켜 용강중의 질소를 제거하는 방법에 있어서, 진공탱크내에 래들을 위치시킨 후 래들 슬래그의 SiO₂함량 및 Ca이SiO₂값이 각각 20% 이하 및 1-2.5가 되고, 래들에 수강된 용강중의 So1.A1의 함량이 0.06-0.08% 가 되도록 생석회 및 A1 공급원을 래들내에 투입하거나 또는 상기와 같이 생석회 및 A1 공급원을 투입한 후 진공탱크내에 상기 래들을 위치시키는 단계;및 상기 진공탱크내의 진공도를 높여가면서, 나탕부위의 직경이 래들 직경의 25% 이상이 되는 유량으로 교반가스를 래들 하부에서 취입하여 5-10분동안 강버블링하여 용강중의 황(S) 농도가 0.01% 이하가 되도록 탈황처리하는 단계; 및 상기 탈황처리후 상기 나탕부위의 직경이 상기 래들 직경의 20% 이상이 되는 유량으로 교반가스를 래들하부에서 취입하여 용강중의 질소를 제거하는 단계를 포함하어 구성되는 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거방법을 그 요지로 한다.

Description

진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거방법

제1도는 진공을 이용한 종래의 용강탈가스 방법을 나타내는 모식도

제2도는 본 발명에 따라 용강중의 질소를 제거하는 방법을 나타내는 모식도

제3도는 본 발명에 따라 용강중의 질소를 제거하는 다른 방법을 나타내는 모식도

제4도는 용강중의 황 및 산소 농도에 따른 겉보기 탈질속도정수의 변화를 나타내는 그래프

제5도는 본 발명법, RH 법 및 종래방법에 따라 탈질처리시 초기질소 함량에 따른 탈질율 변화를 나타내는 그래프

제6도는 본 발명에 따르는 탈질처리전의 탈황처리시 탈황처리시간에 따른 용강중의 황농도 변학를 나타내는 그래프

제7도는 본 발명에 따라 탈질처리시 탈질처리시간에 따른 탈질량 변화를 나타내는 그래프

* 도면의 주요 부분에 대하 부호의 설명 *

1 ..... 진공탱크,2 ......래들, 3 ..... 용강, 6 ..... 투기성 블록

7.....교반가스,8.....스플래쉬 9....랜스

본 발명은 용강정련시 용강중의 질소를 제거하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 진공탱크를 이용하여 용강중의 질소를 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 진공을 이용하여 용강중의 질소를 제거하는 대표적인 방법으로는 진공 탱크내에 용강을 흘러 보내어 질소를 제거하는 방법, 래들내 용강을 진공베셀내로 끌어올려 용강을 환류시켜 질소를 제거하는 방법 및 용강이 수강된 래들을 진공탱크내에 위치시켜 질소를 제거하는 방법 등을 들 수 있다.

상기한 진공탱크내에 용강을 흘러보내어 질소를 제거하는 방법이 제1도(a)에 나타나 있는데, 이 방법은 진공탱크(1)내에 위치되어 있는 래들(2)에 용강(3)을 흘러보냄으로써 짧은 시간내에 질소를 제거해야 하므로 질소제거 효율이 낮고 추가로 래들이 있어야 하므로 현재는 산업상 거의 적용되지 않고 있다.

제1도(a)에서, 부호 4 는 슬래그를 나타낸다.

래들내 용강을 진공베셀내로 끌어올려 용강을 환류시켜 질소를 제거하는 방법이 제1도(b)에 나타나 있는데, 이 방법은 래들(2)내 용강(3)을 진공베셀(5)내로 끌어올려 용강을 환류시켜 진공하에서 질소의 용해도차에 의하여 용강중 질소를 제거하는 방법으로서 질소제거에는 가장 효과적이지만, 진공베셀을 운용하기 위해서는 설비투자비가 높고 운전비용으로서 내화물 보수비용이 높은 단점이 있다.

한편, 용강이 수강된 래들을 진공탱크내에 위치시켜 질소를 제거하는 방법이 제1도(c)에 개략적으로 나타나 있는데, 이 방법은 진공탱크(1)내에 용강(3)이 수강된 래들(2)을 위치시켜 하부에서 교반가스를 취입하여 용강을 교반하는 방법으로서 설비 투자비도 낮고, 운전비용도 낮지만, 래들상부의 슬래그로 인해 용강을 진공하에 노출시키기가 곤란하여 질소제거 효과가 낮은 단점이 있다.

본 발명자들은 상기한 종래방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 진공탱크를 이용하여 질소를 제거하는 방법에 있어서, 래들내 용강의 교반력과 용강성분을 조정하므로써 보다 경제적이고 보다 높은 효율로 용강중의 질소를 제거하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 용강이 수강된 래들을 진공탱크내에 위치시켜 용강중의 질소를 제거하는 방법에 있어서, 진공탱크내에 래들을 위치시킨 후 래들 슬래그의 SiO₂함량 및 Ca이 SiO₂값이 각각 20% 이하 및 1-2.5 가 되고, 래들에 수강된 용강중의 So1.Al의 함량이 0.06-0.08% 가 되도록 생석회 및 A1 공급원을 래들내에 투입하거나 또는 상기와 같이 생석회 및 A1 공급원을 투입한 후 진공탱크내에 상기 래들을 위치시키는 단계;및 상기 진공탱크내의 진공도를 높여가면서, 나탕부위의 직경이 래들직경의 25% 이상이 되는 유량으로 교반가스를 래들 하부에서 취입하여 5-10분 동안 강버블링하여 용강중의 황(S)농도가 O.01% 이하가 되도록 탈황처리하는 단계; 및 상기 탈황처리후 상기 나탕부위의 직경이 상기 래들 직경의 20% 이상이 되는 유량으로 교반가스를 래들하부에서 취입하여 용강중의 질소를 제거하는 단계를 포함하여 구성되는 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 알려져 있는 질소용해도 및 질소제거기구는 다음과 같다.

질소용해도

%N:용강중의 질소농도

T : 용강의 온도(。K)

P_N2:질소분압

질소제거기구

K' : 겉보기 탈질반웅 속도정수(cm/%·sec)

A :반응계면적

V :용강의 체적

[%N]:용강중 질소농도

본 발명은 용강이 진공상태에 노출되도록 하여 용해도차이에 의한 질소제거와 함께 용강중의 황 및 산소의 함량을 저하시켜 겉보기 탈질반응 속도정수의 감소를 억제하여 탈질효율올 보다 향상시키는 방법이다.

본 발명에 따라 용강중의 질소를 제거하기 위해서는 전로 및 전기로에서 래들에 출강시 유출되는 슬래그량을 적절한 두께로 억제해야 하며, 슬래그 유출량이 많은 경우 스키머를 이용하여 슬래그를 배재한 후 제2도에서와 같이 래들(2)을 진공탱크(1) 내에 정치시킨다.

상기 슬래그 두께는 30㎜ 이상인 경우에는 나탕발생이 잘 안되므로, 출강시 래들에 유출되는 슬래그량은 두께 30㎜ 이하로 억제시키는 것이 바람직하다.

다음에, 용강(3)의 성분을 확인하고 용강중 용존 Al(Sol.Al)농도가 0.06% 이상이 되고, 래들 슬래그(4) 조성이 SiO₂:2O% 이하, CaO/Al₂O₃:1-2.5 가 되도록 Al 공급원 및 CaO 를 투입한다.

상기 Sol.Al 의 함량이 0.06% 이하인 경우에는 탈황효율이 낮아지므로, Sol.Al 의 함량은 0.06% 이상으로 선정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 함량은 0.06-0.08% 인데, 그 이유는 Sol.Al 의 함량이 0.08% 이상인 경우에는 함유 효과가 포화되기 때문이다.

상기 래들 슬래그중의 SiO₂의 함량이 20% 이상인 경우에는 슬래그의 산화도가 증가하여 탈황효율이 떨어지므로, SiO₂의 함량은 20% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 CaO/Al₂O₃값이 1.0 이하인 경우에는 A1₂O₃의 함량이 많아 황의 분배비가 떨어져 탈황효율이 저하되고,2.5 이상인 경우에는 CaO 량이 많아 슬래그의 융점이 높아져 슬래그의 유동성이 떨어지므로, 슬래그의 반응성이 저하되어 탈황효율 이 떨어지게 되므로 상기 CaO/A12O3 값은 1.O-2.5 로 제한하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기 진공탱크(1)내의 진공도를 증가시키면서, 래들(2) 바닥에 형성된 투기성 블록(6)등을 통해 Ar 과 같은 교반가스(7)를 춰입하여 용강중의 황(S)의 농도가 0.01% 이가 되도록 한다.

상기 탈황처리시 진공탱크내의 진공도는 2torr 이하가 바람직하다.

이때, 교반가스의 유량은 용강상부의 나탕부위의 직경(d)이 래들직경(D)의 25% 이상이 되도록 선정하는 것이 바람직하다.

래들의 직경이 3500mm 인 경우, 나탕부위의 직경은 1000㎜ 이상이 바람직하고, 교반가스의 유량은 700ℓ/min 이상이 바람직하다.

또한, 교반가스 유량의 상한은 스프래쉬(Splash)(8)가 래들 프리보드(Free Board)를 넘치 않도록 선정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 스프래쉬가 래들 프리보드를 초과하는 경우에는 과잉 스프래쉬에 의한 설비손상이 일어나기 때문이다.

상기 교반가스의 취입에 의한 용강의 버블링시간은 5-10분 정도가 바람직한데, 버블링 시간이 5분 이내이면 버블링 효과가 거의 없고, 10분 이상이면 버블링 효과의 상승정도가 미약하기 때문이다.

상기 황(S)의 농도가 0.01% 이상인 경우에는 제4도에 나타난 바와같이 탈질속도 정수값의 감소가 크기 때문에 탈질효율이 저하되므로, S의 농도는 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

한편, 교반가스 취입에 의한 탈황처리후의 용강중의 산소농도는 0.00035 이하가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 산소농도가 0.0003% 이상인 경우에는 제4도에 나타난 바와같이, 탈질속도 정수값의 감소정도가 크기 때문이다.

다음에, 교반가스의 유량을 감소 또는 증가시켜 용강중의 질소를 목적하는 농도까지 제거한다.

이때, 교반가스의 유량은 나탕부위의 직경이 래들직경의 20% 이상이 되도록 선정하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 30% 이상으로 선정하는 것이다.

래들의 직경이 3500㎜ 인 경우, 나탕부위의 직경은 700㎜ 이상이 바람직하고, 이때의 교반가스의 유량은 600ℓ/min 이상이고, 보다 바람직한 나탕부위의 직경은 1200㎜ 이상이고, 이때의 유량은 800ℓ/min이다.

그리고, 교반가스 유량의 상한은 스프래쉬가 래들 프리보드를 넘지 않도록 선정하는 것이 바람직하다.

목표로 하는 질소농도에 따라 진공시간을 유지한 후 아르곤으로 복압하여 처리를 끝낸다.

이때, 목표질소농도가 30ppm 이하로 낮은 경우에는 제3도에 나타난 바와같이, 상부에 설치된 랜스(9) 등을 통해 Ar 과 같은 캐리어개스와 함께 용강(1)내에 적정조성의 질소제거플럭스(10)를 취입하여 탈질하므로써 목표농도치를 맞출 수 있다.

상기한 바와같이, 본 발명은 용강중의 질소제거는 진공분위기와 용강간의 반응계면적이 중요한 요소임에 착안하여 계면활성화 원소인 황 및 산소를 질소제거처리전에

0.01% 이하까지 충분히 낮추고 탈질시 나탕부위 직경을 적정크기 이상이 되도록 교반가스를 하부에서 취입하여 스플래쉬를 발생시킴으로서 유효반응 계면적을 극대화하여 RH법과 동등한 질소제거 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제3도에서와 같이, 탈질도중 용강의 교반력을 확보할 목적으로 상부 랜스(top lance)를 이용한 버블링과 슬래그의 질소용해도를 높일 수 있는 염기성 분체 플럭스를 취입시킬 경우 보다 양호한 탈질능이 확보될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

전로에서 직경이 3500㎜ 이고 용강이 220ton 인 래들에 용강을 출강하고, 슬래그의 두께를 30mm 가 되도록 한 후, 진공탱크내에 정치시켰다. 이때, 용강중의 질소의 농도(초기 질소농도)는 제5도에 표시된 것과 같았다.

다음에, 용강중의 Sol.Al 농도가 0.07% 가 되고, 슬래그중의 SiO₂의 함량 및 CaO/Al₂O₃값이 각각 3.0% 및 1.36 이 되도록 Al 및 CaO 를 각각 2.0kg/용강-톤 및 2.5㎏/용강-톤을 투입하였다.

다음에, 진공탱크내의 진공도를 0.5Torr 까지 증가시키면서 래들 바닥에 형성된 투기성 블럭을 통해 교반가스를 10분간 취입하여 버블링을 통해 용강중의 S 및 0 의 함량이 각각 0.008% 및 1.5ppm 이 되도록 탈황 및 탈산처리하였다.

이때, 교반가스의 유량은 700ℓ/min 이였으며, 나탕부위의 직경은 100㎜이었다.

다음에, 교반가스의 유량을 상승시켜 20분 동안 버블링하여 탈질처리를 행한 후, Ar 으로 760Torr 까지 복압하였다.

이때 교반가스의 유량은 800ℓ/min 이였으며, 나탕부위의 직경은 1200㎜이었다.

상기와 같이 탈질처리한 후, 용강중의 질소농도를 측정하여 탈질율을 구한 후, 그 결과를 RH법 및 종래법의 탈질율과 함께 제5도에 나타내었다.

종래방법의 경우에는 슬래그 두께를 확보할 목적으로 작업전에 합금철 및 부원료를 투입하지 않고, 처리중 스플래쉬 방지를 위하여 버블링 유량을 200-300㎖/min 으로 유지하여 실시한 것이다.

제5도에 나타난 바와같이 본 발명법은 RH법과 동등한 질소제거효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또한, 제5도에서와 같이 본 발명법의 경우 달질율 추정식을 도출할 수 있다.

실시예 2

용강중의 S 의 농도가 제6도에 표시된 것과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기실시예 1과 동일한 방법으로 탈황처리한 후, 용강중의 S 의 함량을 측정하고, 그 결과를 제6도에 나타내었다.

제6도에 나타난 바와같이 본 발명에 따라 S 의 함량이 0.012-0.021% 인 용강을 탈황처리하는 경우에는 용강중의 S 의 량을 0.004-0.006% 까지 저하시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 3

용강의 초기 질소의 함량을 130ppm 으로 하고, S 의 함량이 50ppm 이 되도록 탈황처리하고, 제7도에서와 같이 교반가스의 유량을 400-1000ℓ/min 및 처리시간을 변화시키면서 탈질처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탈질처리를 행하였다.

제7도에서 교반가스의 유량이 400ℓ/min,600ℓ/min,800ℓ/min 및 1000ℓ/min 일 때, 나탕부위의 직경은 각각 500㎜,700㎜,1200㎜ 및 1500㎜이었다.

제7도에 나타난 바와같이, 나탕부위의 직경이 700㎜ 이상인 경우 탈질량이 보다 많음을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 계면활성화 원소인 황 및 산소의 함량을 충분히 낮춘후 교반가스에 의해 나탕부위를 형성하고 스플래쉬를 발생시킴으로써 유효반응계

면적을 극대화하므로써, 적은 투자비와 운전비용으로 질소를 효율적으로 제거할 수있을 뿐만 아니라 탈질율 추정식을 활용하여 정련시 필요한 질소농도에 따라 질소제거 처리시간을 도출하여 운용함으로써 경제적인 조업을 실현할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 용강이 수강된 래들을 진공탱크내에 위치시켜 용강중의 질소를 제거하는 방법에 있어서, 진공탱크내에 용강이 수강된 래들을 위치시킨 후 래들 슬래그의 SiO₂함량 및 CaO/SiO₂값이 각각 20% 이하 및 1-2.5 가 되고, 래들에 수강된 용강중의 Sol.Al 의 함량이 0.06-0.08% 가 되도록 생석회 및 A1 공급원을 래들내에 투입하는 단계;

   상기 진공탱크내의 진공도를 높여가면서, 나탕부위의 직경이 래들 직경의 25% 이상이 되는 유량으로 교반가스를 래들 하부에서 취입하여 5-10분 동안 강버블링하여 용강중의 황(S)농도가 0.01% 이하가 되도록 탈황처리하는 단계; 및 상기 탈황처리 후 상기 나탕부위의 직경이 상기 래들 직경의 20% 이상이 되는 유량으로 교반가스를 래들 하부에서 취입하여 용강중의 질소를 제거하는 단계를 포함하여 구성되는 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거 방법
2. 제1항에 있어서, 용강이 수강된 래들에 생석회 및 A1 긍급원을 투입한 후 래들을 진공탱크내에 위치시키는 것을 특징으로 하는 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 래들의 직경이 350㎜ 이고, 탈황처리시 교반가스가나탕부위의 직경이 1000㎜ 이상이 되는 유량으로 취입되고, 그리고 탈질처리시 교반가스가 나탕부위의 직경이 700㎜ 이상이 되는 유량으로 취입되는 것을 특징으로 하는 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거방법
4. 제3항에 있어서, 탈황처리시 교반가스의 유량이 700ℓ/min 이상이고, 탈질처리시 교반가스의 유량이 600ℓ/min 이상인 것을 특징으로 하는 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거방법
5. 제3항에 있어서, 탈질처리시 교반가스가 나탕부위의 직경이 1200㎜ 이상이 되는 유량으로 취입되는 것을 특징으로 하는 진공탱크를 이용한 용강중의 질소제거방법