KR20000041028A

KR20000041028A - 슬래그 탈산 및 버블링 방법

Info

Publication number: KR20000041028A
Application number: KR1019980056795A
Authority: KR
Inventors: 최수호; 정준양; 김웅래
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR100387931B1

Abstract

본 발명은 슬래그 탈산 및 버블링 방법에 관한 것으로서, 특히 제강의 이차정련공정(진공탈가스설비: RH 설비)에서의 슬래그 탈산 처리를 통한 슬래그 중, 저급산화물(FeO, MnO)의 저감 및 래들 하부 버블링(Ladle Bottom Bubbling: 사용가스 Ar) 실시를 통하여 용강 중의 미세개재물을 저감시킬 수 있는 0.01 중량% 이하의 탄소함유 용강의 정련방법이 가능한 슬래그 탈산 및 버블링 방법에 관한 것이다.

본 발명은 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소용강의 정련방법에서, 전로 출강후에 슬래그탈산을 실시하는 단계와, RH 처리 이후에 슬래그 탈산제를 래들 슬래그 상부에 투입하는 단계와, RH 처리시 도착저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물의 저감을 위해 RH 처리후 래들에서의 버블링을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬래그 탈산 및 버블링 방법을 요지로 한다.

본 발명에 의하여 이차정련공정에서 슬래그탈산을 효율적으로 실시하고, RH승온조업시 발생하는 개재물의 저감을 위해 일정시간 동안 래들에서 버블링을 실시하여 용강의 청정도를 개선하는 효과가 있다.

Description

슬래그 탈산 및 버블링 방법

일반적으로 제강공정은 전공정인 제선공정에서 용선을 수선하여 예비처리 공정에서 [S]와 [Si]를 정련하고, 전로에서 [C]와 [P]를 정련하는 조업으로 이루어지며, 전로조업에서 정련된 용강은 다음 단계로 이차정련공정인 진공탈가스설비(RH설비)나 분체취입설비 또는 버블링 설비를 이용하여 성분을 미세조정하거나 용강중개재물을 제거하는 일련의 공정을 거치게 된다. 이러한 제강공정에서 용강을 정련할 때, 필연적으로 전로공정에서 처리후 슬래그(slag)가 발생되며, 전로에서 발생된 슬래구중 FeO 또는 MnO와 같은 저급산화물은 통상 20∼25% 수준으로 전로 출강시 용강과 함께 레이들(ladle)로 유출하게 되며, 전로 이후 공정에서 용강상부에 지속적으로 잔류하게 된다.

도 1은 슬래그와 용강의 반응 및 RH설비에서 승온조업시 반응도를 나타낸 도면이고, 도 2은 RH 조업시 OB사용량에 따른 RH 도착 대비 RH 종료 시점의 슬래그 중 T.Fe+MnO 변화량을 나타낸 그래프도로서, 유출된 전로 슬래그 중 저급산화물(FeO, MnO)은 Al을 이용하여 용강을 탈산한 이후에 용강중에 잔류하고 있는 Al과 반응하여 Al₂O₃등과 같은 산화물을 형성하여 비금속 개재물화되어 용강중에 존재하게 되거나, RH 공정에서 저온재에 대한 승온조업시 다음 1)식과 같은 반응에 의거하여 개재물(Al₂O₃)을 형성하며, 이렇게 형성된 비금속 개재물들은 용강중에 존재하게 되고 최종 냉연소재에서 치명적인 결함(흠)으로 발생하게 된다.

3/2O₂+ 2Al = Al₂O₃(개재물) + Q(반응열에 의한 승온) .........(1)

이외에도 도 2는 △ 슬래그 산화도(RH 종료 T.Fe+MnO-RH 도착 T.Fe+MnO)는 RH 도착대비 RH종료시점의 슬래그 중 T.Fe+MnO변화량을 나타낸 것으로, 상기 그래프에서처럼 RH 조업조건 중 OB 사용량 증가에 따라 RH 처리중 슬래그 산화도가 증가하며, OB 사용량 증가는 용강의 재산화에 기여함을 알 수 있다.

따라서, 전로에서 출강중 용강과 함께 유출된 슬래그중의 저급산화물을 제거하기 위해 일반적으로 출강직후에 레이들 슬래그 상부에 슬래그 탈산제(CaCO₃-Al계)를 투입하여 슬래그중의 FeO, MnO을 환원시켜 제거하는 방법이 적용되고 있다. 그러나, 이러한 전로공정에서의 슬래그 탈산방법 적용으로 1차적인 저급산화물 저감효과는 있지만, RH 처리 특성상 도착저온시 OB 승온 조업을 실시하게 되며, 도 2에서 처럼 OB사용량 증가에 따라 RH처리중 슬래그 산화도가 증가하여 용강의 재산화에 의한 강의 오염도가 증가된다. 따라서, 연주공정 이전까지 용강의 재산화 억제를 위한 이차정련 공정(RH 처리후)에서 저급산화물의 추가저감을 위한 새로운 슬래그 탈산법 적용과, 또한 RH공정에서 승온작업시 발생하는 개재물(Al₂O₃)의 저감을 위한 래들(LADLE)에서의 새로운 조업방법이 필요하게 되었다.

종래의 슬래그 탈산 기술은 CaCO₃-Al계 슬래그탈산제를 이용하여, 전로공정에서 출강후에 레이들 슬래그 상부에 투입하는 방법이 일반적이다.

표 1은 본 발명에 이용된 슬래그탈산제(CaCO₃-Al계, Al chip)의 조성을 나타내었으며, 종래의 방법대로 슬래그 탈산 작업을 실시할 경우, 1차적인 저급산화물의 저감효과는 있지만, 전로출강조업 여건(유출슬래그량 편차)에 따라서 저급산화물 저감효과가 미흡한 실적을 나타내는 경우가 많다.

또한, 전로의 다음 공정인 이차정련공정(RH설비)에서 도착저온재에 대한 과도한 승온조업시 슬래그중 저급산화물(FeO+MnO)의 증가에 의한 용강의 재산화 및 Al₂O₃(개재물)의 증가로 용강의 오염정도가 심각해지며, 더구나 RH 처리공정이 이차정련의 최종공정으로서 연주공정으로 보내기 이전에 강의 품질을 개선시킬 수 있는 공정상의 방법은 현재로서는 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이차정련공정(RH처리 이후)에서 슬래그 탈산을 효율적으로 실시하고, RH 승온조업시 발생하는 개재물(Al₂O₃)의 저감을 위해 RH 처리 이후 일정시간(약 3분) 동안 래들에서의 하부 버블링을 실시하여 용강의 청정도를 개선하는 슬래그 탈산 및 버블링 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적은 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소용강의 정련방법에서, 전로 출강후에 슬래그탈산을 실시하는 단계와, RH 처리 이후에 슬래그 탈산제를 래들 슬래그 상부에 투입하는 단계와, RH 처리시 도착저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물의 저감을 위해 RH 처리후 래들에서의 버블링을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬래그 탈산 및 버블링 방법에 의하여 달성된다.

도 1은 슬래그와 용강의 반응 및 RH설비에서 승온조업시 반응도를 나타낸 도면.

도 2은 RH 조업시 OB사용량에 따른 RH 도착 대비 RH 종료 시점의 슬래그 중 T.Fe+MnO 변화량을 나타낸 그래프도.

도 3은 본 발명에서 사용되는 RH 공정에서 처리후 슬래그 탈산제의 투입방법과 래들 하부 버블링 실시방법을 나타낸 모식도.

도 4는 본 발명의 새로운 용강 정련방법의 시행 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 3은 본 발명에서 사용되는 RH 공정에서 처리후 슬래그 탈산제 (CaCO₃-Al계, Al chip)의 투입방법과 래들 하부 버블링 실시방법을 나타낸 모식도이고, 도 4는 본 발명의 새로운 용강 정련방법의 시행 흐름도이다.

본 발명은 이차정련공정(RH처리 이후)에서 용강을 정련시에 실시하는 슬래그 탈산조업을 대상으로 하며, 대상강종은 극저탄소강 ([C]≤0.01wt%)이며, 슬래그탄산을 위한 조재제는 표 1의 조성 및 규격과 같다. 또한, RH처리후 슬래그 탈산시의 투입량은 다음과 같은 가정하에서 이론적인 투입량을 계산할 수 있다.

*전제조건*

래들 슬래그량 : 3Ton

RH처리종료시 슬래그중 T.Fe함량 : 4%

T.Fe중 FeO의 양 :≒90% → T.Fe을 FeO으로 환산시 0.9 사용.

CaCO₃계 탈산제중 메탈 Al양 : 47%

Al 칩 중 메탈 Al양 : 95%

슬래그 탈산재 실수율 50%

슬래그 탈산후 목표 T.Fe : 1.5%

*탈산반응식*

3(FeO) + 2Al = 3Fe + (Al₂O₃) .........(2)

→ FeO와 반응하는 Al 몰 비는 214.5/54

슬래그 중의 FeO의 양 = 슬래그량 × T. Fe함량/100 × 0.9

= 3 ton × 4%/100 × 0.9 = 108Kg

탈산후 잔류되는 FeO의 양 = 슬래그 량 × T.Fe함량/100 × 0.9

= 3 ton × 1.5%/100 × 0.9 = 40.5Kg

슬래그 탈산시 제거될 FeO양 = 108 - 40.5 = 67.5Kg

FeO을 제거하기 위해 필요한 Al양 = 67.5 ×54/215.5 = 16.9Kg

실수율 고려시의 필요한 Al양 = 16.9Kg/0.5 = 33.8Kg

따라서, CaCO₃계 탈산제 투입량 설정은 하기와 같이 산출한다.

Al 실수율 고려시 필요한 CaCO₃계 탈산제의 양은 = 33.8Kg/0.47 = 71.9Kg

또한, Al 칩(CHIP) 탈산제 투입량 설정은 하기의 식에 의하여 산출한다.

Al 실수율 고려시 필요한 Al chip의 양은 = 33.8Kg/0.96 = 35/9Kg

이와같은 이론적인 계산에 의거하여 RH처리 이후 래들(LADLE) 슬래그 상부에 투입되는 슬래그 탈산제 투입량을 35∼70Kg/CH 선정하였다. 이와 병행하여, RH처리시 도착저온재에 대해 과다한 승온조업시 발생하는 개재물(Al₂O₃)의 저감을 위해 실시되는 RH처리후 래들에서의 최적의 하부 버블링 조건은 버블링 유량(Ar 가스 유량) 30∼50Nm³/Hr 및 버블링 시간은 3분으로 설정하였다.

그리고, 본 발명의 새로운 용강 정련방법은 도 4와 같다.

제강공정에서 발생하는 슬래그는 용강의 정련상 필수적인 요소이지만, 슬래그의 화학적 성분이 적정하지 못할 경우 오히려 용강을 오염시키는데, 대표적인 성분이 슬래그중의 FeO나 MnO와 같은 저급산화물이다. 이러한 저급산화물은 용강탈산 물질은 Al 대비 화학적으로 불안정하기 때문에 Al과 반응하여 Al₂O₃와 같은 비금속 개재물을 형성하며, 또한 제강의 이차정련공정인 RH조업시 도착저온재에 대한 승온조업 발생으로 (1)식에 의거 용강중 Al₂O₃(개재물)의 증가에 따른 용강의 오염정도가 심각해지는 문제가 생긴다.

본 발명에 부합되는 강종은 저급산화물의 영향이 크고 이차정련 공정인 RH설비를 필수적으로 거치는 탄소함량이 0.01 중량%이하인 극저탄소강을 대상으로 하며, 슬래그 탈산제로는 통상 표 1의 CaC_O3-Al계 탈산제를 용강톤당 1.85∼2.65Kg의 범위로 행하고 있으며, 상기 서술한바와 같이 슬래그 중 저급산화물을 줄이기 위해 종래에는 1차적으로 출강후에만 CaCO₃-Al계 탈산제를 이용 슬래그 탈산을 실시하고 있으나, RH처리이후에도 도 3에서 처럼 CaCO₃-Al계 탈산제와 Al chip을 이용 슬래그 탈산작업을 실시하여 지속적인 저급산화물 저감을 꾀하였다.

도 3에서 처럼 본 발명의 슬래그 탈산법을 실시할 경우, CaCO₃-Al계 슬래그 탈산제를 사용할 때는 3),4),5)의 반응으로 설명되며, Al chip을 사용할 경우 4), 5)의 반응으로 설명될 수 있다.

CaCO₃= Ca0 + CO₂(반응온도 900℃, Boiling action)......3)

3FeO + 2Al = Al₂O₃+ 3Fe...............4)

3MnO + 2Al = Al₂O₃+ 3Mn.................5)

본 발명에 사용된 슬래그 탈산제의 조성은 표 1에 나타내었으며, 슬래그 탈산제의 투입방법은 도 3에서처럼 적정포대(5Kg,7Kg)을 이용 적종투입량(CaCO₃0-Al계 0.2∼0.3Kg/T-S, Al chip 0.1∼0.2Kg/T-S)을 설정하여 래들 슬래그 상부에 수동투입을 실시한다.

이와 병행하여, RH처리시 도착저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물(Al₂O₃)의 저감을 위해 실시되는 RH처리후 래들에서의 최적의 버텀 버블링 조건은 버블링 유량(Ar가스 유량)30∼50Nm³/Hr 및 버블링 시간은 3분으로 설정하여 실시하였다.

본 발명에 의해 적용된 슬래그 탈산제의 투입기준과 종래의 방법 투입기준은 도 4에 나타내었으며, 각 방법에 따른 슬래그 탈산 작업후의 슬래그중 FeO + MnO 저감량은 이차정련공정(RH) 출발 직전시 분석한 슬래그 분석치로서 확인할 수 있었다.

상기 설명의 결과(효과)는 표 2에 나타내었으며, 본 발명의 새로운 슬래그 탈산법의 적용으로 저급산화물의 저감량의 개선 및 래들 버블링 적용(개재물의 부상분리 촉진)으로 연주 슬랩(SLAB)에서의 Tot.[O]가 감소(청정도 개선)함을 확인할 수 있었다.

구분	METAL Al	CaO	T.Fe	MOISTURE	Size
CaCO₃-Al	40∼55	10∼30	≤2.0	≤1.5	10∼30mm
Al chip	≥95	-	≤1.0	≤1.0	3∼10mm

단위: wt%)

구분	저급산화물 저감량	SLAB에서의 Tot.[0]. (ppm)
발명 실시예	22∼26%(평균:24%)	10∼14ppm(평균:12ppm)
종래 실시예	17∼23(평균:20%)	13∼17ppm(평균:15ppm)

Claims

탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소용강의 정련방법에서, 전로 출강후에 슬래그탈산을 실시하는 단계와, RH 처리 이후에 슬래그 탈산제를 래들 슬래그 상부에 투입하는 단계와, RH 처리시 도착저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물의 저감을 위해 RH 처리후 래들에서의 버블링을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬래그 탈산 및 버블링 방법.
제 1항에 있어서,

상기 버블링은 버블링량은 30∼50Nm³/Hr 으로 하고, 버블링 시간은 3분간 실시하는 것을 특징으로 하는 슬래그 탈산 및 버블링 방법.
제 1항에 있어서,

상기 슬래그 탈산제의 적정 투입량은 CaCO₃-Al계를 0.2∼0.3Kg/T-S 으로 하고, 알루미늄 칩을 0.1∼0.2Kg/T-S로 투입하는 것을 특징으로 하는 슬래그 탈산 및 버블링 방법.