KR20000042053A - 전로취련시 슬로핑 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강의 정련방법에 관한 것으로, 그 목적은 전로정련조업시 전로슬래그의 포밍을 저감하여 슬로핑(Slopping) 현상을 방지하는 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 갖는 본 발명은, 전로취련 초기에 생석회펠레트를 연속투입하여 생석회분해반응(흡열반응)에 의해 생성되는 CO₂가스가 슬래그를 통해 배출되도록 하고 이에 따라 슬래그층의 배가스가 원활히 배출되도록 함으로써 슬래그 포밍을 억제하고, 나아가 분해반응에 따른 냉각능을 전로정련조업과정에서 유용하게 활용하고자 하는데, 그 기술적요지가 있다.

본 발명은 슬로핑발생율이 종래 550차지중 55차지 발생하던 것을 18차지로 감소하는 효과가 있다.

Description

전로취련시 슬로핑방지방법

본 발명은 용강의 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로정련조업시 전로슬래그의 포밍을 저감하여 슬로핑(Slopping) 현상을 방지하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로에서 취련시 용선중 규소는 산소와의 반응이 가장 먼저 일어나는 원소이며, 특히 산화반응의 열량은 취련중 용선의 승온에 중요한 열원으로 사용되는 것으로 알려져 있다. 보통 전로 취련 초기 3분 이내에 용선중 규소는 거의 전량 산화되며 이때 생성되는 SiO₂는 투입된 생석회를 재화시키고 슬래그를 형성한다.

또한, 통상의 전로정련 조업시 상취랜스를 통해 고속으로 취입되는 산소제트(Jet)는 용선표면에 캐비터(Cavity)를 형성하고 주변에는 많은 철립을 비산시키며 이에 따라 슬래그 내에는 많은 양의 철립이 혼입되어 슬래그와 반응하면서 강욕으로 되돌아간다. 이러한 슬래그 반응영역을 에멀젼(emulsion)이라 하며 300톤 전로의 경우 약 3톤 이상의 철립을 포함하고 있다.

상기 철입자와 슬래그중의 산화물이 반응하면서 CO기포가 발생하고 이 기포는 극히 미세하여 슬래그의 상층부로 이동하면서 폼(foam)을 형성한다. 취련중 폼의 높이는 에멀젼 내의 CO기포의 생성속도와 슬래그 표면에서의 기포의 소멸속도의 균형에 의하여 일정하게 유지되지만 그 균형이 깨지면 슬래그의 높이가 급격히 상승되어 전로의 노구로 넘쳐 흐르게 되는데, 이를 슬로핑(Slopping)이라 한다.

이러한 전로조업에서의 슬로핑 현상은 그 발생 경위에 따라 2가지로 분류될 수 있다. 하나는 약취(soft blowing)등으로 슬래그중의 FeO 농도가 높을 경우 슬래그내에서 급격한 탈탄 반응으로 과다한 포밍(foaming)이 발생하여 슬로핑이 일어나는 것이다. 또 다른 하나는 용선중 Si 성분이 다량 함유되어 취련중 슬래그의 부피를 증가시켜 급격히 노구로 넘치게 되어 일어난다. 실제, 전로 조업에서 슬로핑은 이 2가지 요인이 복합적으로 작용하여 발생하며, 특히 노체코팅을 위한 잔류 슬래그량이 많을 경우 취련초기부터 다량의 액상 슬래그와 배가스가 형성되어 배가스 배출이 용이하지 않을 경우 과다한 포밍이 발생하며 슬래그와 용강이 노구로 넘쳐 흘러 슬로핑이 발생한다. 취련중 슬로핑(Slopping)이 발생하면 환경공해 유발은 물론, 열균형에도 큰 영향을 주어 취련 적중율이 저하되고 분출에 의한 실수율 저하로 생산성 및 경제성이 떨어진다. 따라서, 지금까지는 취련조업시 슬로핑 발생을 방지하고자 슬래그 포밍 진정제를 250kg 씩 투입하는 방법을 주로 적용해왔다. 그러나, 슬래그 포밍 진정제는 고가이면서 투입하는 순간에만 슬래그진정효과가 있고 지속성이 없어 많은 양을 지속적으로 투입하여야 하므로 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 노체 코팅을 위한 잔류 슬래그의 취련초기 부상분리되어 다량의 액상 슬래그와 배가스에 의한 슬래그 포밍을 현저하게 줄일 수 있는 전로정련 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 취련시간대별 슬로핑발생율을 나타내는 그래프

도 2는 전로취련시간별 부원료 투입상황

도 2는 본 발명 및 종래방법에 따른 슬로핑 발생율을 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬로핑방지방법은, 전로의 용선에 상취랜스로 산소취입개시후 2분이내에 용선 톤당 0.0058-0.0092kg의 석회석펠레트를 연속투입하여 6분이내에 투입을 종료하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

전로 조업에서는 양질의 슬래그를 만드는 것이 무엇보다도 중요하다. 슬래그란 전로정련에서 회수하려는 유가금속 이외에 무가치한 물질 유황, 인, 기타 산화물을 말하며, 용선과 슬래그는 비중차이에 의해 분리된다. 이러한 슬래그의 구성요소는 유가금속의 용해도가 적고 비중과 용융점이 낮으며 점성이 낮아 유동성이 낮으며 불순물 포집능력이 크고 내화물 침식이 적어야 한다.

이러한 특성을 갖는 슬래그가 전로에서 취련중 포밍되는 것은 취련 패턴(Pattern)과 부원료 투입방법 등에 따라 달라진다. 부원료란 좋은 슬래그를 형성하기 위하여 공급하는 물질로 생석회, 형석, 백운석, 소결광 등이 있고 취련작업시 슬래그층의 배가스에 의한 포밍현상으로 상당한 높이로 진행되어 슬래그가 슬로핑되는 현상을 방지하기 위해 사용되는 진정제가 있다.

본 발명자들은 이와 같은 통상의 부원료를 이용하여 전로정련과정에서 슬로핑발생을 시간대별로 조사한 결과, 슬래그의 슬로핑은 취련개시 직후 약 1분-5분 사이(취련초기)에 가장 많이 발생하는 것을 알 수 있었다. 즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 취련초기 슬로핑 발생율이 75%, 중기 20%, 말기 5%로 취련초기의 슬로핑 발생율이 월등히 높음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명자는 슬로핑을 방지하기 위해 여러 가지 방안을 모색하던중, 석회석을 취련초기에 연속투입하면 그 해결이 가능하다는데 착안하고 본 발명을 완성하게 이르렀다. 즉, 석회석은 반응식1과 같이 용선에 투입되면 CO₂가스를 발생시키면 흡열반응하며, 그 화학성분은 아래 표 1과 같다.

CaCO3 → CaO + CO2↑ -42.500cal/Mol

구분	화학성분
	CaO	수분	회분	휘발분
진정재	-	≤5	50.68	46.66
석회석슬러지 펠레트	50.9	≤5		43.37

이러한 석회석펠레트를 연속투입하면 CO₂가스가 일정량씩 생기면서 슬래그층으로부터 배출가스를 배출할 수 있음에 따라 슬로핑이 방지되리라 예측할 수 있었다. 또한, 석회석의 분해반응이 흡열반응이므로 슬래그를 응고시킬 수 있어 기존의 냉각제의 투입량을 줄일 수 있는 부수적인 효과가 있을 것으로 판단되었다. 이러한 예측을 통해 본 발명자는 실제 석회석펠레트를 전로취련과정에서 투입하여 실험한 결과, 슬로핑이 저감되는 것을 확인할 수 있었고, 이 실험결과로부터 슬로핑을 방지하기 위해 가장 중요한 것은 석회석펠레트의 투입량과 투입시점 그리고, 연속투입이라는 조건을 도출할 수 있었다.

본 발명에 따라 전로취련중에 석회석펠레트의 투입은 전로취련개시후 2분이내에 투입을 개시하여 6분이내에 투입이 완료되도록 일정량씩 연속투입한다. 이는 취련초기에 슬로핑이 집중 발생하기 때문으로, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 취련 중기 이후에 석회석 펠레트를 투입하면 취련초기 급격한 슬래그 반응에 의한 슬로핑이 발생되는 것을 막을 수 없으며, 또한, 상온의 주부원료를 용해시켜 대략 1640℃에 도달할 때까지 필요한 열량을 고철을 기준으로 나타낸 냉각기는 고철 1.0, 철광석 2.6으로 석회석 펠레트는 1.3의 냉각능이 있어 취련중기 이후 투입시 용강의 온도를 냉각시켜 목표하고자 하는 종점온도를 떨어뜨려 종점온도 저온에 의한 후공정 처리에 영향을 주기 때문에 적어도 산소취입개시 후 6분이내에 투입을 완료하는 것이 필요하다. 또한 취련시의 오랜 판단에 의해 결정되어지는 용강취지온도, 취지[C], 용강산소(f_(O))등이 취련말기 불꽃 판정에 의해 좌우되는데 불꽃의 형태, 색깔, 길이 등 취련시 판단기준에 영향을 끼침으로 취련 2/3 시점 이후에는 되도록 아무것도 넣지 않고 취련하는 것이 가장 중요하다. 한편, 산소취입개시후 2분 이내에 석회석펠레트의 투입을 개시하는 것은 투입할 석회석의 총량을 연속적으로 투입하고 이를 6분이내에 완료하기 위해서는 적어도 취입개시후 2분이내에 투입을 개시하여야 한다.

또한, 석회석펠레트의 투입양은 1톤당 0.0058-0.0092kg으로 한다. 이는 이 정도의 양이 슬로핑저감에 가장 효과적이기 때문이다. 이러한 양의 석회석펠레트를 연속투입하는데, 이는 일괄투입하는 경우 노내산소와 반응하여 화염에 의한 가시분진이 방출되는 문제점이 대두되기 때문이다. 본 발명의 실시예에 의하면, 석회석펠레트를 연속투입하는 경우 300톤 전로의 경우 351-452kg/min, 250톤 전로의 경우 293-377kg/min, 100톤 전로의 경우 117-150kg/min의 속도로 투입할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따라 석회석펠레트를 취련초기에 투입하는 경우에 다른 부원료와의 투입상황의 일례를 도 2에 나타내었다. 도 2에 따라 석회석펠레트를 투입하면 취련초기의 슬로핑 발생율을 줄임으로써 전체 슬로핑 발생차지(charge)를 줄일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

300톤전로의 용강에 산소취입개시와 동시에 아래와 같은 양을 5분 동안 석회석펠레트를 투입하고 로의 상황을 확인하고 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.

실시예	투입속도1)(kg/min)	화염발생정도	슬로핑발생정도	가시분진발생정도	비고(특기사항)
종래예	취련개시전2톤을 일괄투입	대	중	대	대량화염발생
비교예1	150이하	없음	중	대	란스지금부착
비교예2	150-250	없음	소	중	란지금, 노구로넘침
비교예3	250-350	없음	소	소	슬포핑기미
발명예1	350-450	없음	없음	없음	-
발명예2	450-550	없음	없음	없음	가시분진 미량발생
비교예4	550-650	소	없음	소	투입중 화염 小
비교예5	650-760	중	소	소	투입중 후드압력제어불량
비교예6	750이상	중	소	소	투입중 후드압력제어불량
1)투입속도는 5분동안에 투입한 속도

표 2에 나타난 바와 같이, 일괄투입방법은 투입후 노내산소와 반응하여 화염에 의한 가시분진이 공장외로 방출되는 문제점이 대두되었다. 이에 반해, 350-550kg/min의 속도로 투입하는 경우 화염 및 슬로핑이 발생하지 않았고 가시분진도 거의 발생하지 않았다. 투입속도가 350kg/min 이하일 경우 슬로핑 진정효과가 반감되고 작은 슬로핑이 발생하였으며 투입시간 지체에 의한 취련시간 연장 산소취입관인 란스(Lance) 노즐 지금부착 현상 등이 발생되었고, 550kg/min 이상에서는 노내에 다량이 투입되어 일괄투입시 보다는 적지만 화염이 발생되었고 노구감시, 산소유량제어, 후드(HOOD) 압력제어 등에 어려움이 발생되었다.

도 3에는 본 발명의 효과를 그래프로 나타낸 것인데, 종전에는 취련초기에 많은 슬로핑이 발생하였고 이에 따른 상당량의 가시분진이 발생하였으며 조업에 많은 어려움을 주었다. 특히, 노구지금의 대량부착, 전로 가스회수율저하, 취련비상정지 등에 의한 취련적중율 저하등이 발생하였으나, 석회석 펠레트의 취련 초기 투입으로 슬로핑 발생율을 도 3과 같이 줄어듬을 알 수 있으며 조업의 안정성을 기할 수 있었다. 도 3에서는 슬로핑 발생이 55차지에서 18차지로 37차지 감소함을 알 수 있었는데, 이는 300톤 전로 500차지를 대상으로 구한 값이다. 따라서, 본 발명을 전로 조업에적용하면 슬로핑 및 가시분진의 발생을 크게 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전로취련작업중에 석회석펠레트를 연속투입함으로써, 슬로핑을 효과적으로 줄일 수 있다.

Claims (2)

1. 전로의 용선에 상취랜스로 산소를 취입하여 정련하는 방법에 있어서,

   상기 산소취입개시 2분이내에 용선 톤당 0.0058-0.0092kg의 석회석펠레트를 연속투입하여 6분이내에 투입을 종료하는 것을 포함하여 이루어지는 전로취련시 슬로핑방지방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 석회석펠레트는 용강이 300톤의 경우 351-452kg/min, 용강이 250톤의 경우 293-377kg/min, 용강이 100톤의 경우 117-150kg/min의 속도로 투입함을 특징으로 하는 방법.