KR20000042528A

KR20000042528A - 저린강 제조를 위한 전로정련방법

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Publication number: KR20000042528A
Application number: KR1019980058748A
Authority: KR
Inventors: 김정식; 손호상; 김정일; 황성배
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-12-26
Filing date: 1998-12-26
Publication date: 2000-07-15

Abstract

본 발명은 저린강 제조를 위한 전로 정련 방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 전로정련시 취련방법의 개선을 통하여 용철중 인을 안정적으로 제거하기 위해 슬래그를 효과적으로 제어하고, 철저한 슬래그 재화를 통하여 종점탄소농도에 무관하게 화학적으로 불안정한 슬래그중 인화합물(P₂O₅)을 슬래그에 안정하게 유지되도록 하여 인함량이 0.020중량%이하인 용강을 용이하게 제조할 수 있는 전로정련방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전회조업한 총슬래그중 20~25%를 남긴 전장입량 1톤에 대하여 생돌로마이트 7~12㎏을 투입하여 노체를 3~4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12~20㎏을 노내 투입한 다음, 고철 및 용선을 장입하고, 순산소를 송산하여 취련시킴과 동시에 착화되면 생석회는 10㎏이하를, 소결광은 6~12㎏를 일괄투입하고, 취련 30~70%에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회 및 경소돌로마이트를 2~3중량%씩 분할투입하고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동투입하며, 취련 80-85%에는 생석회, 경소돌로마이트 및 소결광 중에서 선택된 1종이상을 각각 2~3㎏을 투입하는 것을 특징으로 하는 저린강 제조를 위한 전로 정련 방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

저린강 제조를 위한 전로 정련 방법

본 발명은 저린강 제조를 위한 전로 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용선과 고철을 주원료로 하는 전로조업에서 송산개시에서 부터 완료까지의 주어진 부원료인 생석회 및 경소백운석 및 소결광의 효과적 투입방법을 제안하고, 더 나아가 이같은 부원료 및 소결광의 투입방법하에서 취련방법을 적절히 조정하여 슬래그 조성의 안정적 제어를 실현함으로써 투입부원료의 재화를 조기에 촉진시켜 용철중 인을 효과적으로 제거할 수 있는 저린강 제조를 위한 전로 정련 방법에 관한 것이다.

전로조업은 주원료인 용선(hot metal)과 고철(scrap)을 전로에 장입하여 송산과 동시에 부원료인 생석회(주성분이 산화칼슘, CaO임), 경소백운석(주성분이 산화칼슘 및 산화마그네슘, CaO·MgO임) 및 소결광(주성분이 산화철임), 형석(주성분이 불화칼슘, CaF₂임) 등을 투입하여 용선중 불순원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn),인(P), 유황(S), 티탄(Ti) 등을 산화 정련에 의해 제거하는 일련의 작업을 통칭한다. 도 1에 전로조업의 개략도를 나타내었다. 전로에서의 취련작업은 랜스를 통하여 순산소 가스를 불면서 용선중 불순원소를 슬래그측으로 제거하는 작업이다. 이때 불순원소의 안정적 제거를 위해서는 슬래그가 필요하고, 이는 취련중 투입하는 부원료(생석회, 형석, 경소돌로마이트, 소결광 등)에 의해 목표하는 용강을 제조한다.

상기 용강을 제조할때의 전로조업은, 주어진 부원료 투입 조건하에서 송산작업 중 랜스높이와 송산량에 따라 취련(O₂gas blowing)중 슬래그 생성 거동이 달라지고, 이것에 따라 용철중 성분 거동이 바뀐다. 이때 랜스높이 및 송산량에 의해 산소가스가 용철표면에 접촉하는 세기(강도, mometum)가 달라진다.

취련패턴은 이 세기의 정도에 따라 크게 두가지로 분류되는데, 강하면 하드브로잉(hard blowing)이라고 하고, 약하면 소프트 브로잉(soft blowing)이라고 한다. 결국 송산작업은 이 두가지의 조합에 의해, 용철중 불순물을 정련한다.

한편, 용선중 규소함량은 취련중 슬래그 생산량에 지배적 인자로 작용하며, 그 농도가 높을수록 슬래그 발생량은 증가한다. 특히 용선중 규소함량이 높은 경우, 슬래그 발생량 과다로 취련중 노내 슬래그가 노구 밖으로 분출되는 현상(슬로핑)이 나타나며, 반대로 규소함량이 지나치게 낮으면 취련시 순산소에 의해 생성되는 슬래그량이 적어 용철면이 지나치게 강교반되어 철립(droplets)이 튀면서 랜스에 부착되는 현상이 생긴다. 여기서 취련작업시 산소가스가 랜스를 통해 노내 용철 및 슬래그에 고속으로 분사(산소의 젯트 현상이 일어남)될 때 주로 용철이 철립으로 되어 튀는 현상을 스피팅(spitting)이라고 하며, 슬래그를 노구 밖으로 분출시키는 현상을 슬로핑(slopping)이라고 한다.

이때, 슬로핑의 발생원인은 용철내부에 분사된 산소와, 용철중의 탄소가 반응하여 발생되는 일산화탄소 등의 반응가스가 용철상부의 슬래그층을 빠져나가지 못하고 거품(foam)과 같이 슬래그층을 부풀어올려 겉보기 부피가 급격히 늘어나면서 비중이 낮아지기 때문이다. 이로인해 슬래그가 노구 밖으로 분출되거나, 심한 경우에는 용선중 규소함량이 지나치게 높아 슬래그량이 과다한 상태에서 강한 교반이 동반될 경우에는 대형 슬로핑이 발생하며, 공장 밖으로 진한 황갈색의 분진이 되어 환경을 오염시키는 경우도 간혹 있다.

전로조업은 노체(爐體)의 형상이나 크기에 따라 취련중 반응특성이 달라진다. 특히 취련과정은 크게 초기, 중기, 말기로 구분된다. 각 과정에서 야금반응을 살펴보면 다음과 같다. 용선중 불순원소의 반응거동은 다르게 나타나지만, 망간과 인은 동일한 거동을 보이는 것으로 알려져 있다. 즉 취련 초기에는 착화(취련개시와 동시에 송산에 의해 노내 용선중 탄소와 산화반응에 의해 발생되는 일산화탄소가 불꽃의 형태로 노구에 관찰되므로 불이 붙는다는 의미로 착화라고 부른다.)와 동시에 용선중 규소가 가장 먼저 산화되고 거의 동시에 철분과 망간, 인 등의 산화반응이 일어나며, 생성된 산화물은 슬래그가 되어 용철 상부에 상존하게 된다. 이때 전로 상부로 부터 각종 부원료가 투입되며, 이 부원료가 산화반응에 의해 생성된 산화물을 슬래그 속에 어떻게 화학적으로 안정하게 존재되도록 하느냐에 따라 용철중 인을 안정적으로 제거할 수 있다. 또한 취련중기에는 초기에 생성되었던 인산화물(P₂O₅)과 산화망간(MnO)은 왕성한 탈탄에 의해 생성되는 일산화탄소에 의해 환원되어 취련초기에 산화제거 되었던 망간과 인이 용철중으로 되돌아 들어오는 소위 복망간, 복린현상이 일어나서 취련종점(송산작업이 완료되는 시점)에서의 용강중 망간 및 인농도의 재현성이 결여되고, 간혈적으로 목표 함량을 벗어나서 용강품질 저해 및 원가상승의 요인이 되고 있다. 특히 이러한 현상 때문에 취련말기에 탈린(용철중 인을 제거하는 것) 및 탈망간(용철중 망간을 제거하는 것)을 철저히 하여 안정적 종점 인농도를 확보하기 위해 탄소농도가 0.04% 이하로 지나치게 송산하는 경향이 많다.

특히, 용강중 청정도가 요구되는 탄소강을 제조해야 하는 철강재에 상기와 같은 방법으로 취련한다면, 다음과 같은 문제점이 있다.

취련이 종료되었을때의 용철중 유가금속인 철, 망간등이 지나치게 산화되므로서 이 산화물들이 슬래그중에 함유되게 되며, 그 결과 전로내에 슬래그량이 급격히 증가되어 노체 내화물의 용손과 더불어 용강중 용해산소가 급격히 상승한다.

또한 이렇게 하여 만들어진 전로내 용강을 출강중에 다시 수요가가 요구하는 목표 용강조성으로 맞추기 위해 산화제거된 만큼 재투입해야하고, 또한 이때 각종 합금철의 실수율은 용강중 용해산소의 과다로 낮게 되는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 상기 전로조업시 합금철과 용강중 용해산소가 반응하여 생성하는 산화물은 비금속 개재물이 되어 용강의 품질열화를 처래하며, 후공정인 2차정련 및 연속주조공정을 거치는 동안 각종 노즐막힘의 원인되어 생산성은 물론 작업성 악화를 초래하며, 제품에서도 각종 결함을 야기시키는 문제점이 상존하게 된다.

따라서 이러한 일련의 과정에서 취련중 효과적인 탈린거동을 유도하기 위해서 중요한 것은 취련초기에는 보다 안정적으로 탈린 및 탈망간을 촉진시키고, 중기에는 복망간 및 복린을 억제시키는 기술이 필요하다.

한편, 전로조업시 용철중 인을 효율적으로 제거하기 위해서는 용철중 탄소, 규소, 망간 등의 원소와 슬래그중 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화규소(

SiO₂

), 산화망간(MnO), 산화철(FeO) 등의 산화물 농도의 제어가 중요하다.

4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaO·P₂O₅)

여기서, K는 상기 반응식의 평형정수, T는 절대온도, ai는 용철중 i성분의 활동도를 의미하고, K는 온도만에 의존한다. 상기 반응식(1), 수학식(1)로 부터 용강중 인([P])을 제거하기 위해서는 a_p를 낮추어야 하는데, 그 방법으로는 다음과 같은 조건을 생각할 수 있다.

첫째, 취련초기 투입 생석회를 조기에 슬래그화하여 CaO의 활동도를 증가시킨다.

둘째, 취련초기 슬래그중 염기도((CaO중량%)/(SiO₂중량%)) 및 산화철의 농도를 높여준다.

셋째, 송산강도를 조정하여 화점 면적을 넓혀 용철 및 슬래그중 산소 포텐샬(Oxygen Potential)을 높이고, 슬래그 운동을 보다 다양하게 변화시킨다.

넷째, 랜스높이와 송산량의 적정한 제어를 통해 송산가스와 용철중 망간 및 탄소의 반응속도를 조정한다.

다섯째, 용철중 산소와의 친화력이 강한 원소를 가전에 슬래그측으로 이동되도록 랜스높이 및 송산량을 조정한다.

한편, 일반적으로 통상 전로정련시 주어진 부원료 투입방법하에서 전로종점 인농도를 0.02중량% 이하로 유도하는데는 탄소농도가 0.04중량% 이하이어야만 되는 것으로 알려져 있고, 이의 취련은 매우 중요한 기술이 선결되어야 한다. 즉, 용철 중 탄소가 높으면 생석회 재화가 미흡하여 충분한 탈린효과를 기대하기 어렵고, 또한 용철중 인을 반응에 의해 안정적으로 슬래그측으로 존재되도록 하여야 한다.

이를 달성하기 위해서는 취련개시부터 취련이 완료될때까지 전과정에서 용철중 인을 안정적으로 제어하여야 하며, 그렇지 않으면 종점 인농도는 재현성이 결여될 가능성이 있다는 것은 당업자들에게는 상식화되어 있다.

따라서 상기한 바와같이 전로 취련중 인의 안정적 유도에는 무엇보다도 용철중 인을 슬래그측으로 안정적으로 이동시켜야 한다.

이에 본 발명은 전로정련시 취련방법의 개선을 통하여 용철중 인을 안정적으로 제거하기 위해 슬래그를 효과적으로 제어하고, 철저한 슬래그 재화를 통하여 종점탄소농도에 무관하게 화학적으로 불안정한 슬래그중 인화합물(P₂O₅)을 슬래그에 안정하게 유지되도록 하여 인함량이 0.020중량%이하인 용강을 용이하게 제조할 수 있는 전로정련방법을 제공함에, 그 목적이 있다.

도 1은 전로조업의 공정도

도 2는 전로 취련 상태를 나타내는 단면도

도 3은 발명예와 비교예의 취련패턴 및 부원료 투입조건을 보이는 그래프

도 4는 발명예와 비교예의 취련시간에 따른 용철중 망간 및 인 거동을 보이는 그래프

도 5는 발명예와 비교예의 취련종점에서의 용강중 탄소함량과 인함량의 상관관계를 나타낸 그래프

도 6은 발명예와 비교예의 방법으로 조업했을 때 인성분 격외 발생율 비교를 보이는 그래프

도 7은 발명예와 비교예의 방법으로 조업했을 때 랜스 지금 부착율 비교를 보이는 그래프

도 8은 발명예와 비교예의 방법으로 조업했을 때 슬로핑 발생율 비교를 보이는 그래프

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1...전로 2...랜스 3...서브랜스

4...용철 5...슬래그 6...저취노즐

7...산소젯트류

먼저, 본 발명의 배경을 설명하면 다음과 같다.

도 2에 나타낸 바와 같이 효율적 취련을 하기 위해서는 슬래그/용철/산소가스와의 상관관계를 어떻게 조화를 시켜 용철중 인을 슬래그측으로 안정하게 이동되게끔 하고, 한번 슬래그측으로 이동된 인은 취련중기에도 복린이 되지 않도록 하여야 하며, 취련말기에도 보다 저농도의 인이 재현성 있게 얻어지도록 해야한다.

상기의 가능성을 실현하기 위한 방법으로는 다음과 같은 이론적 조건을 생각하였다. 전술한 반응식(1)과 수학식(1)로 부터 전로 취련초기, 중기, 말기의 각 단계별 야금특성을 면밀히 분석하여 탈린반응이 안정적 유도를 위하여 앞서 설명한 다섯가지 조건을 최대한 활용토록 방향을 설정하였다. 각 단계별로 살펴보면,

취련초기(취련개시-취련33%) : 투입한 생석회가 조기에 철저히 재화되도록 또 슬래그중 철산화물이 높게 유지되도록 하기 위해 착화 직후부터 취련 25%까지는 즉각 랜스높이를 상향하고, 송산량을 줄였다. 이후에는 탈망간을 촉진시키기 위해 랜스를 하향화하여 상대적으로 송산젯트가 용철면을 강하게 충돌하도록 하였다.

취련중기(취련33%-67%) : 이 시기는 탈탄이 왕성하여 일산화탄소가 다량 발생되는데, 이때 취련초기에 만들어 놓은 슬래그중 철산화물이 일산화탄소에 의해 환원되지 않도록 철저한 억제방법이 필요한데, 이는 랜스높이는 상향시키고 송산량은 줄여서 슬래그 재화를 철저히 유도하여 염기도 상승과 더불어 복린이 억제되도록 하였다.

취련말기(취련67%-완료) : 이 시기는 탈탄왕성시기가 거의 끝나고 서서히 탈탄속도가 줄면서 용철중 철분과 망간이 산화하기 시작하고 슬래그중에 산화철(FeO)과 산화망간(MnO)이 생성되면서 슬래그 및 용철중 산소포텐샬이 상승하여 탈린, 탈망간이 진행되는데 이때에도 보다 적극적으로 탈망간을 촉지시켜 슬래그중 인산화물이 보다 안정적으로 존재하도록 하기 위해 취련 70-75% 시점에 랜스높이를 낮추고 송산유량을 늘려 탈망간이 촉진되도록 하여 보다 안정적 인 거동이 유도되도록 하였다.

이상과 같은 본 발명의 사상을 종래 취련패턴(비교예)을 기준으로 하여 모식적으로 나타내면 도 3과 같이 정리된다.

취련중 용철중의 탄소와 인은 상반된 야금반응특성에 의해 진행되며, 특히 0.02중량% 이하의 인농도를 만족하는 탄소강을 제조하기 위한 조업은 많은 어려움이 있다. 취련중 용철중 망간은 융기현상(취련중 탈탄 왕성기의 슬래그중 산화망간의 환원에 의해 용철중 망간 농도가 상승하는 현상)을 일으키는 대표적인 원소로서 탄소(산화반응만에 의해 일어나며, 일산화탄소로 되어 노외로 배출됨)와는 달리 산화, 환원반응을 동시에 일으키는 원소이다. 따라서, 취련중 부원료 투입방법이 동일하더라도 인의 안정적 거동을 보다 적극적으로 유도하기 위해서는 슬래그의 철저한 재화와 용철중 망간의 거동을 유효 적절히 제어하는 기술이 필수적으로 요구된다.

이러한 요구를 만족하기 위한 본 발명은 전회조업한 총슬래그중 20~25%를 남긴 전장입량(고철과 용선을 합한 무게) 1톤에 대하여 생돌로마이트 7~12㎏을 투입하여 노체를 3~4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12~20㎏을 노내 투입한 다음, 고철 및 용선을 장입하고, 순산소를 송산하여 취련시킴과 동시에 착화되면 생석회는 10㎏이하를, 소결광은 6~12㎏를 일괄투입하고, 취련 30~70%에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회 및 경소돌로마이트를 2~3중량%씩 분할투입하고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동투입하며, 취련 80-85%에는 생석회, 경소돌로마이트 및 소결광 중에서 선택된 1종이상을 각각 2~3㎏을 투입하는 것을 특징으로 하는 저린강 제조를 위한 전로 정련 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 전회조업한 총슬래그중 20~25%를 남긴 전장입량(고철과 용선을 합한 무게) 1톤에 대하여 생돌로마이트 7~12㎏을 투입하여 노체를 3~4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한다.

상기 슬래그는 전로조업시 전회조업한 것 중에서 일부를 남기는데, 그 비율이 20%미만이면 초기 탈린거동이 불안해져서 안정적조업이 곤란하며, 25%를 초과하면 미재화 슬래그의 과다발생으로 출강중 슬래그 넘침현상(슬로핑)이 일어나 작업성이 저하될 뿐만아니라 화재의 위험이 있기 때문에, 20-25%범위로 하는 것이 바람직하다.

상기 생돌로마이트는 전장입량 1톤에 대하여, 7kg미만으로 투입되면 코팅효과가 미미하고, 12kg을 초과하여 투입되면 슬래그코팅성이 나빠지고 취련초기에 슬로핑이 과다 발생할 염려가 있다.

상기 생돌로마이트 투입후에는 노체를 3-4회 반복경동시키는데, 3회미만이면 코팅이 제대로 되지않을 염려가 있고, 4회를 초과하면 작업시간증가로 전후공정의 생산 밸런스가 깨질 염려가 있다.

또한, 본 발명에서는 생석회 12~20㎏을 노내 투입한 다음, 고철 및 용선을 장입하고, 순산소를 송산하여 취련시킴과 동시에 착화되면 생석회는 10㎏이하를, 소결광은 6~12㎏를 일괄투입한다.

상기 생석회는 12-20kg을 투입하는데, 12kg미만이면 스크랩이 노체를 때려 노체의 기계적 손상이 우려되고, 20kg을 초과하면 취련초기의 재화불량의 문제가 있다.

상기 고철 및 용선은 통상의 방법 및 양으로 장입한다.

상기 순산소를 송산하여 착화시키고, 착화되면 전장입량1톤당 생석회를 10kg이하, 소결광을 6-12kg을 일괄투입한다. 상기 생석회의 함량이 10kg을 초과하면 재화불량으로 슬로핑이나 스피팅을 유발하기 때문이다. 또한, 소결광의 함량이 6kg미만으로 투입하면 슬래그고온화로 탈린, 탈망간이 불량해질 염려가 있고, 12kg을 초과하면 온도가 지나치게 낮아져 스티핑을 유발하여 지금부착의 염려가 있기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 취련 30-70%에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회 및 경소돌로마이트를 2~3중량%씩 분할투입하고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동투입하며, 취련 80-85%에는 생석회, 경소돌로마이트 및 소결광 중에서 선택된 1종이상을 각각 2~3㎏을 투입한다.

상기 취련시간의 30-70% 정도에서는 생석회와 경소돌로마이트를 분할투입하는데, 투입되는 생석회와 결소돌로마이트의 각각의 함량이 2kg미만이면 복린억제효과가 떨어지고, 3kg을 초과하면 재화불량으로 슬로핑현상을 유발할 우려가 있다. 또한, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동투입하는 것이 바람직하다.

상기 취련시간의 80-85% 정도에서는 생석회, 경소돌로마이트 및 소결광 중에서 선택된 1종이상을 투입하는데, 그 함량은 각각 2~3㎏을 투입하는 것이 바람직하다.

상기한 바와같은 본 발명의 방법에 있어서, 종래의 취련패턴(비교예)를 기준으로 각 단계별로 랜스높이 및 송산량에 대해 바람직한 일례를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이, 랜스(2)의 높이를 낮추고, 송산량을 증가시키면, 즉 하드브로잉이 되며, 랜스로부터의 산소젯트류(3)에 의하여 용철(4)표면에 형성되는 캐비티(L, cavity, 파임깊이)가 커지면서 교반이 심하게 됨과 동시에 화점면적(火點, 송산가스와 용철면이 접촉하는 면적)이 좁아져서 투입한 부원료의 조재성(造滓性)이 나빠진다. 이때 노내 반응 측면에서는 탈탄은 빨라지지만 스피팅이 유발되어 랜스에 지금이 부착될 위험성이 있다. 반면에, 랜스(2)에서 분사되는 산소가스의 힘이 전로(1)의 바닥까지 도달하여 내화물 용손이 심하게 되고, 반대로 랜스(2)의 높이를 높이고, 송산량을 줄이면, 즉 소프트브로잉이 되면, 랜스로 부터의 산소젯트류(7)에 의하여 용철표면에 형성되는 캐비티가 작아지면서 교반이 약해지고, 화점면적이 넓어져서 투입한 부원료의 조재성(造滓性)은 양호해지고, 슬래그(5)중의 철산화물은 증가되지만, 심하면 슬래그 부피가 증가되어 슬로핑을 유발할 가능성이 있다. 이때, 노내 반응 측면에서는 탈린, 탈망간은 철산화물의 증가로 촉진된다.

여기서, 노내의 용철에 가해지는 교반력의 척도는 랜스(2)의 산소가스에 의해 용철면에 생성되는 캐비티(L)와 정지상태의 용철면 높이(L₀)의 비인 L/L₀의 값을 이용한다.

일반적으로 L/L₀가 0.9 이상이 되면 강교반으로 분류되며, 전로 바닥부의 내화물 용손이 심하게 된다. 또, L/L₀가 0.7 이하가 되면 약교반으로 분류되며, 취련시간이 길어지고 용철중 철성분의 손실이 커져 슬래그량이 증가한다.

한편, 실조업에서의 전로는 캐비티(L)을 측정하기는 어렵다. 그래서 대부분은 전로모형의 수모델에서 얻어진 식을 이용, 추정하여 사용한다.

L=L_h·exp(-0.78·h/L_h)

L_h=63·{-k·Q/(n·d)}^2/3

여기서, h는 도 2에 나타낸 정지탕면에서 랜스선단부까지의 높이(랜스높이), K는 랜스노즐에 따른 상수로서 0.83이며, Q는 송산량, n은 랜스노즐의 공(孔)수를 나타내며, d는 랜스노즐의 직경을 나타낸다.

따라서, 교반력의 척도가 되는 L/L_o는 상기식 (2), (3)로부터 구해지며, L/L_o는 랜스높이 (h)와 송산량(Q)에 의해 지배됨을 의미한다.

통상, 전로 취련작업은 탈탄반응속도를 기준으로 3단계로 구분한다. 1단계(취련개시 ~ 취련시간 33% 시점) 취련은 용선중 규소가 가장 먼저 반응되고, 이어서 망간, 철, 인이 투입한 부원료와 반응하여 제거되면서 서서히 탈탄속도가 증가되는 시기이고, 2단계(취련 33 ~ 67% 시점)는 탈탄왕성기로서 주반응이 탈탄이며, 이때 송산가스는 대부분이 탄소와 반응한다. 또, 3단계(취련 67%~완료)는 탈탄반응속도가 감소하는 시기로서, 시간 경과와 더불어 슬래그중 산화철과 산화망간이 상승한다.

본 발명의 방법의 주된 특징을 비교예의 종래방법과 비교하여 요약하면, 랜스높이는 취련 7~23%에 100~300mm 상승하여 투입한 생석회와 소결광이 효과적으로 재화가 촉진되도록 하고, 취련 23~60% 사이에는 200mm를 낮추어 탈탄 및 망간 촉진을 유도하면서 슬로핑이 억제되도록 하였으며, 취련 60~84% 사이에는 취련 60%까지에서 부원료 투입에 의해 생성된 슬래그중 인산화물 및 산화망간을 안정적으로 유도하면서 재화도의 지속적 유지와 슬로핑의 지속적 억제 및 용철중 망간, 인의 안정적 거동을 위해 200 ~ 450mm를 낮추었다. 그리고, 취련 84% 이후에도 취련말기의 용강중 인의 안정적 확보와 슬래그중 철산화물의 생성을 억제하기 위해 300mm 낮추었다.

또한, 송산량의 경우, 취련 2 ~ 15% 시점에서 상기 랜스높이와 L/L_o를 고려하여 0.3Nm³/톤·분, 0.15Nm³/톤·분을 줄여 투입한 부원료가 안정적으로 조재(造滓)되도록 하였고, 취련 48 ~ 70%에는 0.05 ~ 15Nm³/톤·분 증량하여 용철면과 접촉하는 송산세기를 강하게 하여 탈탄 및 탈망간 촉진과 슬래그와 부원료의 혼합상태가 균일하게 유도되도록 하고, 취련 75 ~ 80% 시점에는 오히려 0.05Nm³/톤·분 감량하여 슬로핑이 발생되지 않도록 하였다. 마지막으로 취련 75% 이후에는 0.15 ~ 0.40Nm³/톤·분 대폭 줄여서 슬래그층의 효과적인 교반을 유도하여 재화를 촉진토록 함으로써 탈린효과가 종래 취련방법보다 양호하도록 유도함으로써, 최종적으로는 종점에서의 용강중 인농도가 낮고 재현성 있는 저린용강을 안정적으로 제조되도록 하였다.

본 발명에서는 취련작업시 상기한 바와같은 사상의 적용에 있어, 랜스높이 및 송산량을 예를들어 10단계로 세분화하여 전로 취련중 저린용간이 제조되도록 하면서도 앞서 언급했던 제문제점을 효과적으로 개선할 수 있음을 보이고자 한다.

즉, 각 단계별로 랜스높이 및 송산량을 상기와 같은 범위로 설정하고, 그 이유에 대하여 기술하면 다음과 같다.

먼저, 랜스높이는 취련 7 ~ 23% 시점에 100mm 미만으로 상승하면 부원료의 재화도가 미흡하여 탈린거동이 비교예에 비해 크게 개선되지 않으며, 300mm를 초과하여 상승시키면 용철에 충돌하는 송산젯트의 힘이 약하여 슬래그 조재성과 용철의 교반력이 너무 약하여 교반기능이 급격히 떨어지고, 슬래그층의 교반이 너무 강해져서 내화물의 과잉 용손의 우려가 있다. 또 이 시기에 랜스상승 시간을 23%로 결정한 것은 작업중 관찰, 슬래그 채취 및 분석에 의하면 취련 23%에 슬래그 재화가 거의 완료됨에 따라 취련 23% 이후에는 노내 슬래그가 노구 밖으로 분출되어 작업환경을 악화시키는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해여 취련 23 ~ 60% 시점에 랜스를 200mm 하강시키면서 슬래그의 노구 분출을 방지함과 동시에 이 시기에 투입되는 부원료를 슬래그층에 골고루 분산시켜 용철중 인 및 망간의 거동을 안정적으로 유도하였다. 한편 200 mm 이상 하강시키면 스피팅이 발생하여 랜스에 용철이 붙거나, 노바닥부의 내화물이 침식되는 문제점이 있다. 그리고 취련 60% 이후에 랜스를 200 ~ 450mm 낮춘 것은 이 시기에 슬로핑 발생이 심한 영역이므로 슬래그층의 교반력을 약화시키고, 용철의 교반력을 강화하였다.

이같은 방법을 적용하게 되면 취련초기에는 슬래그 재화가 촉짐됨과 동시에 고산소 포텐샬의 저융점 슬래그 생성이 용이해져 탈린, 탈망간이 촉진된다. 취련중기에는 탈탄이 왕성한 시기로서 이산화탄소가 다량 발생되는데, 이때 취련초기에 만들어 놓은 슬래그중 철산화물이 일산화탄소에 의한 환원반응을 억제시켜 복린을 방지하고, 복망간이 억제되며, 분할 투입된 생석회의 재화를 지속적으로 유도하여 염기도 상승과 더불어 복린이 억제된다. 취련말기에는 탈탄왕성시가 거의 끝난고 서서히 탈탄속도가 줄면서 용철중 철분과 망간이 산화되면서 슬래그중에 산화철(FeO)과 산화망간(MnO)가 생성되므로 슬래그 및 용철중 산소포텐샬이 상승하면서 탈린, 탈망간이 진행되는데 이때에도 보다 적극적으로 탈망간을 촉진시켜 슬래그중 인산화물이 보다 안정하게, 또한 탈망간이 촉진되도록 하여 용철중 인의 보다 안정적 거동이 유도되도록 한다.

이같은 전로취련시 랜스높이 및 송산량 조정방법에 대한 취련시간별 L/L_o비의 계산값을 열거하면, 0.716→0.792→0.750→0.832→0.803→0.832→0.888→0.900→0.845의 10단계로 변화시켜 취련 전과정에서 슬래그의 효과적 제어와 스피팅 및 슬로핑 등의 문제점이 없도록 하는 것이다.

이같은 10단계를 보다 일반적으로 랜스높이 및 송산량에 적용하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

즉, 전로취련 18%까지 송산량과 랜스높이를 일정하게 유지하여 약교반을 유도하는 제 1단계와; 전로취련 18-20%까지 제 1단계의 송산량을 일정하게 유지한 상태에서 랜스높이를 낮추어 제 1단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 2단계와; 전로취련 20-23%까지 제 2단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 2단계 보다 송산량을 감소하여 제 2단계보다 약한 교반력을 유도하는 제 3단계와; 전로취련 23-30%까지 제 3단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제 3단계보다 랜스높이를 낮추어 제 3단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 4단계와; 전로취련 30-48%까지 제 4단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 4단계보다 송산량을 감소하여 제 4단계보다 약한 교반력을 유도하는 제 5단계와; 전로취련 48-53%까지 제 5단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 5단계보다 송산량을 증가하여 제 5단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 6단계와; 전로취련 53-60%까지 제 6단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 6단계보다 송산량을 증가하여 제 6단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 7단계와; 전로취련 60-70%까지 제 7단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제 7단계보다 랜스높이를 하강시켜 제 7단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 8단계와; 전로취련 70-84%까지 제 8단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 8단계보다 송산량을 증가하여 제 8단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 9단계와; 전로취련 84%부터 취련종료까지는 제 9단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제 9단계보다 랜스높이를 상승시켜 제 9단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 10단계로 구성되는 조업에 의해 본 발명의 효과를 보다 우수하게 얻을 수 있다.

상기 10단계의 취련방법은 본 발명에 있어 바람직한 일례이며, 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 이같은 사상을 적용하여 여러단계로 변형시킬 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

전회조업한 총슬래그(40 ~ 45톤)중 20 ~ 25%를 남긴 전장입량(고철과 용선을 합한 무게) 300톤 전로에 생돌로마이트 7 ~ 12kg을 투입하여 노체를 3 ~ 4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12 ~ 20kg을 노내 투입하고 이어서 주원료로 고철을 전장입량의 15중량%이하를, 그리고 하기표 1과 같은 성분을 함유하는 용선을 85중량%를 전로내에 장입하였다.

(단위: 중량%)
탄소	규소	망간	인	유황	티탄
4.4 ~ 4.6	0.3 ~ 0.4	0.25 ~ 0.40	0.085 ~ 0.125	0.003 ~ 0.010	0.035 ~ 0.062

고철장입 후에는 노체를 2회 경동한 후 랜스를 하강시키면서 취련이 개시된다. 취련이 개시되면 순산소는 용선과 반응하여 착화된다. 착화가 되면, 전장입량 1톤에 대하여 생석회 및 소결광은 각각 6㎏ 및 6~12㎏을, 형석은 0.5~1.0㎏을 일괄 투입하였고, 취련시간 30%이후에는 생석회 또는 경소돌로마이트를 2~3㎏톤씩 4회씩 분할투입하였다. 소결광은 열원이 허용하는 범위내에서 취련 30~70%에는 연동투입, 취련 80%시점에는 2~3㎏을 투입하였다. 취련시간 85~90% 시점에는 서브랜스(3)를 이용, 용강중 탄소함량 예측 및 온도를 측정하고, 온도가 높을 때에는 냉각재를 적정량 투입하고, 낮을 때는 송산량을 늘여 온도를 조정한 후 취련작업이 완료된다.

전술한 부원료 투입조건은 도 3에 송산량 및 랜스높이 패턴과 더불어 모식적으로 나타내었으며, 사용한 각종 부원료에 대한 성분 분석치는 하기표 2에 정리하였다.

(단위: 중량%)
구분	산화칼슘	산화마그네슘	철분	산화망간	산화규소
생석회	92.50	2.20	0.39	-	0.92
생돌로마이트	30.73	20.99	-	-	0.58
경소돌로마이트	56.16	38.80	0.60	-	1.40
형석	-	-	-	-	13.54
소결광	8.42	1.24	48.294	0.42	4.54
구분	산화알루미늄	산화티탄	불화칼슘	탄소	유황
생석회	0.30	-	-	-	-
생소돌로마이트	0.17	-	-	-	-
경소돌로마이트	0.51	-	-	-	-
형석	-	-	83.86	-	-
소결광	1.56	-	-	2.60	0.034

하기표 3은 도 3에 나타낸 부원료 투입조건하의 비교예와 발명예의 취련패턴으로 각각 구분하여 10회씩 실시하고, 취련 85 ~ 90% 시점과 종점에서 용강을 채취하여 분석한 결과를 정리한 것이다.

구분	번호	용강성분(중량%)
		취련85 ~ 90%	취련종료(종점)
		탄소	망간	인	탄소	망간	인
비교예	1	0.35	0.25	0.017	0.057	0.20	0.014
	2	0.28	0.23	0.025	0.083	0.15	0.018
	3	0.42	0.20	0.028	0.040	0.09	0.012
	4	0.43	0.18	0.019	0.130	0.13	0.023
	5	0.29	0.19	0.022	0.125	0.18	0.022
	6	0.37	0.23	0.026	0.068	0.20	0.014
	7	0.47	0.21	0.018	0.045	0.12	0.017
	8	0.43	0.23	0.019	0.080	0.08	0.013
	9	0.31	0.19	0.023	0.145	0.13	0.023
	10	0.53	0.25	0.027	0.120	0.12	0.019
발명예	1	0.45	0.16	0.017	0.105	0.10	0.013
	2	0.55	0.14	0.015	0.063	0.06	0.007
	3	0.47	0.18	0.013	0.080	0.08	0.008
	4	0.52	0.17	0.018	0.070	0.07	0.010
	5	0.38	0.12	0.013	0.110	0.11	0.011
	6	0.35	0.13	0.015	0.150	0.13	0.014
	7	0.38	0.12	0.014	0.065	0.06	0.010
	8	0.29	0.10	0.015	0.070	0.08	0.013
	9	0.44	0.20	0.016	0.078	0.12	0.012
	10	0.53	0.18	0.015	0.065	0.12	0.009

상기표 3에서 비교예는 종래의 취련방법으로, 취련 85 ~ 90% 시점에서 탄소는 0.28 ~ 0.53중량%, 망간은 0.18 ~ 0.25중량%, 인은 0.017 ~ 0.28중량%로 나타났고, 종점에서는 탄소가 0.04 ~ 0.145중량%, 망간이 0.08 ~ 0.20중량%, 인은 0.012 ~ 0.023중량%로 나타났다. 반면에 발명예는 취련 85 ~ 90% 시점에서 탄소는 0.29 ~ 0.55중량%이고, 망간은 0.10 ~ 0.20중량%, 인은 0.013 ~ 0.018중량%로 나타났고, 종점에서는 탄소가 0.063 ~ 0.150중량%, 망간이 0.06 ~ 0.13중량%, 인은 0.007 ~ 0.014중량%로 나타났다.

상기의 사실로부터 비교예와 발명예의 결과를 요약해보면,

취련 85 ~ 90% 시점에서 탄소농도가 비교예 0.28 ~ 0.53중량%, 발명예 0.29 ~ 0.55중량%로 유사한 범위임에도 불구하고, 망간은 비교예가 0.18 ~ 0.28중량%로 발명예의 0.08 ~ 0.20중량%에 비해 0.08 ~ 0.10중량%가 높게 나타나고, 인은 비교예가 0.017 ~ 0.028중량%로 발명예의 0.010 ~ 0.020중량%에 비해 0.007 ~ 0.008중량%가 높게 나타났다.

또한, 종점에 있어서도 탄소농도가 비교예 0.040 ~ 0.145중량%, 발명예 0.060 ~ 0.150중량%로 유사한 범위임에도 불구하고, 망간은 비교예가 0.08 ~ 0.20중량%로 발명예의 0.06 ~ 0.13중량%에 비해 0.02 ~ 0.07중량%가 높게 나타나고, 인은 비교예가 0.012 ~ 0.023중량%로 발명예의 0.007 ~ 0.014중량%에 비해 0.005 ~ 0.009중량%가 높게 나타났다.

그리고, 본 실시예에서 취련작업중 취련시간에 따른 용철시료채취는 서브랜스를 이용하였으며, 분석한 결과에 대한 비교예와 발명예의 취련시간에 따른 전형적인 용철성분의 거동은 도 4에 도시하였다. 도 4 (a)에 망간농도를, 도 4 (b)에 인농도를 도시하였다.

상기표 3의 결과와 도 4의 경시변화의 결과로부터 확실히 입증되는 것은 발명예의 경우가 비교예에 비해 취련중 망간 및 인의 거동을 안정적으로 유도시킨다는 사실이다. 이는 곧 종래의 취련패턴에 비해 발명예의 취련방법이 재현성있고, 인함량도 저린화되어 있음을 입증하고 있다.

도 5는 본 실시예에서 얻어진 비교예와 발명예의 취련 종점에서의 용강중 탄소함량과 인의 함량의 상관관계를 도시한 것으로 비교예의 경우에는 탄소함량이 증가할수록 인이 상승하는 경향을 보이는 반면에, 발명예의 경우는 탄소함량 증가에 따라 인함량이 거의 상승하지 않는다. 또한 동일 탄소함량에서는 발명예가 비교예에 비해 인함량이 낮게 안정되어 있음을 확인할 수 있다.

취련 전과정에 있어서 슬래그 재화도가 높고, 슬래그중 인산화물과 산화망간이 화학적으로 안정하게 존재함에 따라 얻어진 결과를 반영하고 있으며, 또한 취련방법의 적정화로 인해 산소포텐샬의 안정적 유지와 더불어 적정염기도를 확보해줌으로써 슬래그중 인산화물과 산화망간을 안정적으로 고정시킨 효과 때문에 발명예의 경우가 비교예에 비해 동일한 취련종점 탄소함량에서도 인함량을 현저히 낮출 수 있는 조건과 재현성 있는 결과를 제공하고 있음을 입증하고 있다.

한편, 도 6, 도 7 및 도 8은 종래의 방법과 본 발명의 방법을 1년간 8000회, 6000회 적용한 결과로 부터 인성분 격외율, 랜스지금부착율, 슬로핑 발생율을 비교한 것이다. 여기서, 본 발명의 경우, 인성분 격외율은 종래 0.4%에서 0.1%로, 랜스지금부착율은 종래 39.2%에서 22.2%로, 슬로핑 발생율은 0.90%에서 0.33%로 대폭 감소하였음을 입증하였다.

상술한 바와같이, 본 발명은 부원료 및 소결광 투입방법을 적절히 제어하여 목적하는 바를 얻고, 더나아가 이러한 부원료 및 소결광 투입방법하에서 취련중 적정 랜슬높이와 송산량을 도출하므로서, 용철 및 슬래그의 산소포텐샬과 생석회, 경소돌로마이트의 슬래그화율을 높게 유지할 수 있고, 취련중 용철중 인을 종래방법에 비해 낮게 제어할 수 있어 슬래그중 산화칼슘의 활동도 및 산화철의 농도를 높게 제어해주는 역할을 한 결과, 취련종점에서의 인의 함량이 0.020중량% 이하의 저린강을 안정적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 전로정련시 인성분격외율, 랜스 지금부착율 및 슬로핑 발생율을 대폭 감소시키는 효과가 있다.

Claims

전회조업한 총슬래그중 20~25%를 남긴 전장입량 1톤에 대하여 생돌로마이트 7~12㎏을 투입하여 노체를 3~4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12~20㎏을 노내 투입한 다음, 고철 및 용선을 장입하고, 순산소를 송산하여 취련시킴과 동시에 착화되면 생석회는 10㎏이하를, 소결광은 6~12㎏를 일괄투입하고, 취련 30~70%에는 전장입량 1톤에 대하여 생석회 및 경소돌로마이트를 2~3중량%씩 분할투입하고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동투입하며, 취련 80-85%에는 생석회, 경소돌로마이트 및 소결광 중에서 선택된 1종이상을 각각 2~3㎏을 투입하는 것을 특징으로 하는 저린강 제조를 위한 전로 정련 방법
제 1 항에 있어서,

상기 취련에서, 전로취련 18%까지 송산량과 랜스높이를 일정하게 유지하여 약교반을 유도하는 제 1단계와;

전로취련 18 ~ 20%까지 제 1단계의 송산량을 일정하게 유지한 상태에서 랜스높이를 낮추어 제 1단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 2단계와;

전로취련 20~23%까지 제 2단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 2단계보다 송산량을 감소하여 제2단계보다 약한 교반력을 유도하는 제 3단계와;

전로취련 23 ~ 30%까지 제 3단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제 3단계보다 랜스높이를 낮추어 제3단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 4단계와;

전로취련 30 ~ 48%까지 제 4단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 4단계보다 송산량을 감소하여 제 4단계보다 약한 교반력을 유도하는 제 5단계와;

전로취련 48 ~ 53%까지 제 5단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 5단계보다 송산량을 증가하여 제 5단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 6단계와;

전로취련 53 ~ 60%까지 제 6단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 6단계보다 송산량을 증가하여 제 6단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 7단계와:

전로취련 60 ~ 70%까지 제 7단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제 7단계보다 랜스높이를 하강시켜 제 7단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 8단계와;

전로취련 70 ~ 84%까지 제 8단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제 8단계보다 송산량을 증가하여 제 8단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 9단계와;

전로취련 84%부터 취련종료까지는 제 9단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제 9단계보다 랜스높이를 상승시켜 제 9단계보다 강한 교반력을 유도하는 제 10단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 저린강 제조를 위한 전로 정련 방법