KR20020051240A

KR20020051240A - 전로 취련중 용철의 탈황방법

Info

Publication number: KR20020051240A
Application number: KR1020000080834A
Authority: KR
Inventors: 김정식; 서성모
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-06-28
Also published as: KR100423452B1

Abstract

본 발명은 제강공정에서 전로 취련과정중 용철의 탈황방법에 관한 것이며; 그 목적은 전로조업과정에서 랜스높이 및 송산유황의 제어를 통하여 탈탄조업에 영향을 주지않으면서 효율적으로 용철중의 유황을 제거할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용선 및 고철을 전로에 장입한 다음 용해한 용선을 랜스를 통해 송산하여 취련하는 전로조업에 있어서, 상기 취련 40~60% 시점에서 용선 톤당 형석 0.5~2kg을 투입하고, 이전의 취련 시점에서보다 랜스높이를 100~200mm 하강시키고 송산유량을 5~10% 증가시키는 전로 취련중 용철의 탈황방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

전로 취련중 용철의 탈황방법{A METHOD FOR DESULFURIZING HOT METAL IN CONVERTER}

본 발명은 제강공정에서 전로 취련과정중 용철의 탈황방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4.0중량%이상의 탄소를 함유한 용선을 전로 정련하는 과정에서 유황을 효과적으로 제거하는 용철의 탈황방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강조업은 용선예비처리→전로정련→2차정련→연속주조공정으로이루어진다. 이러한 일련의 제강조업에서 용선중 유황의 거동을 살펴보면, 상기 용선 예비처리과정에서 용선중 유황은 각종 정련용 플럭스를 사용에 의해 상당량이 제거되지만, 처리후 용선 상부에 유황성분이 높은 잔류 슬래그가 남아 있게 되어 이 슬래그의 일부가 전로장입시에 용선과 더불어 혼입된다. 따라서, 전로 취련과정에서는 산화성 분위기로 인해 취련초기에 슬래그에서 다시 용철중으로 재용해되어 복황이 발생되며, 이로 인해 전로 취련종료시점에서 용선중 유황농도에 비해 높게 되는 현상이 많이 발생된다.

구체적으로 전로 조업에서 용선중 불순원소인 탄소 및 유황은 가스상태(CO, CO₂, SO₂)로 노외로 방출시켜 제거되며, 나머지 원소는 산화물 형태로 슬래그에 존재시켜 제거된다. 각각의 송산에 의해 제거되는 반응을 화학반응식으로 표현하면 반응식 1 내지 6과 같다.

[C] + 1/2O₂= CO(g)

CO(g) + 1/2O₂= CO₂(g)

[Si] + O₂= (SiO₂)

[Mn] + 1/2O₂= (MnO)

2[P] + 5/2O₂= (P₂O₅)

[S] + O₂= SO₂(g)

반응식 6과 같이, 용철중 유황은 전로정련중 기체 상태나 슬로핑으로 약 10%이하가 노외로 배출되고, 나머지는 슬래그중에서 탈황되는데, 전로에서의 탈황은 취련말기에 급격히 진행되는 것으로 알려져 있다(철야금반응공학 pp.148 참조, 저자:세가와 기요시).

그러나, 유황농도 0.005중량%이하의 저류강을 생산할 때에는 전로정련과정중에서는 탈황은 거의 진행되지 않고, 오히려 용선예비처리후 슬래그 일부가 전로내 혼입되어 전로 정련 취지시점에서는 유황농도가 장입전의 용선중 유황농도보다 높게 되는 복황의 경우가 간헐적으로 발생된다. 이는 전로 정련과 같이 산화성 분위기하에서는 그만큼 용철의 기체상태의 탈황에 의한 유황제거가 어렵다는 것을 시사하고 있다. 간혹 현장 전로조업에서 취련중 형석을 3.0kg/톤 이상 다량 투입하여 탈황을 행하는 방법이 있으나, 이 방법은 다량의 형석을 사용함에 따라 노체 내화물의 침식이 과다하고, 슬로핑이 다량 발생됨은 물론 슬래그중의 FeO가 상승되어 출강 실수율이 감소 등 많은 문제가 있다.

이와 같이, 용선예비처리시보다도 전로 정련과정에서는 탈황조업이 곤란할 뿐만 아니라 오히려 복황현상때문에 실제 현장에서는 2차정련공정에서 출강중에 다량의 생석회와 형석 및 Al, Si 등의 탈산제를 투입하여 유황농도를 제거하는 탈황작업을 실시하고 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 그 목적은 전로조업과정에서 랜스높이 및 송산유황의 제어를 통하여 탈탄조업에 영향을 주지않으면서 효율적으로 용철중의 유황을 제거할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명과 종래방법의 취련중기의 전로내 화점부근에서의 용철 및 슬래그의 움직임을 나타낸 개념도

도 2는 본 실시예에 적용된 전로 취련패턴 및 부원료 투입방법의 일례도.

도 3은 전로 취련중 용철중 유황농도의 거동을 나타낸 그래프.

도 4는 발명예와 비교예의 용선 및 취련종료시점에서의 유황농도의 상관관계를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 랜스 2: 용철3: 슬래그

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용선 및 고철을 전로에 장입한 다음 용해한 용선을 랜스를 통해 송산하여 취련하는 전로조업에 있어서,

상기 취련 40~60% 시점에서 용선 톤당 형석 0.5~2kg을 투입하고, 이전의 취련 시점에서보다 랜스높이를 100~200mm 하강시키고 송산유량을 5~10% 증가시키는 전로 취련중 용철의 탈황방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

전로 정련조업에서 효과적인 탈황을 위해서는 반응식6에서도 알 수 있듯이, 1) 용철중 유황농도가 높고, 2) 산소압력이 높을수록, 3) SO₂압력이 낮을수록, 그리고 4) 온도가 높을수록 유리함을 알 수 있다. 그러나, 실제 현장조업 여건하에서는 1)과 3) 조건은 임의로 변경할 수 없다. 따라서, 전로내에서 효과적인 탈황을 위해서 2)와 4)의 2가지 조건을 효율적으로 만족시킬 필요가 있다.

본 발명은 이러한 관점에 초점을 맞추어 전로 상부의 랜스높이를 통상적인 전로 취련조업의 경우에 비하여 상대적으로 낮추고 송산유량을 증가시키므로써, 랜스를 통해 순산소 분사될 때 용철과 접촉하는 면(이하, `화점')의 면적을 넓혀 주어진 취련시간 내에 탈황반응 속도를 빠르게 함에 특징이 있다.

구체적으로 본 발명의 전로 조업은 취련 40~60% 시점에서 용선 톤당 형석 0.5~2kg을 투입하고, 이전의 취련 시점에서보다 랜스높이를 100~200mm 하강시키고 송산유량을 5~10% 증가시키는 것이다.

본 발명에서 랜스높이를 100mm미만 낮추면 슬래그를 옆으로 밀어내는 효과가 적어 화점의 면적 및 욕면 압력을 증가시키는 효과가 적으며, 200mm초과하여 낮추면 송산젯트에 의해 철립이 뛰는 스피팅(spitting) 현상에 의한 랜스 지금부착의 위험이 있어 작업성이 나빠진다.

또한, 상기 송산유량을 5~10%의 범위에서 증량함이 바람직한데, 그 이유는 송산유량을 5% 미만으로 증량시 욕면 압력증가와 화점 면적 증가 효과가 미미하여 탈황효과가 없으며, 10% 초과 증량시에는 화점 면적, 온도 및 욕면에서의 산소압력, 온도의 상승효과는 크지만 슬로핑의 위험이 크다는 문제가 있다.

가장 바람직하게는 취련시점 40~ 55%시점에 랜스100~200mm 하강시킨 다음, 그리고 나서 취련시점 45~ 60%시점에 송산유량을 5~10% 증가시키는 것이다.

한편, 보다 효과적으로 화점면적, 기화탈황을 유도하기 위해서는 랜스높이 및 송량유량을 제어하기 직전에 형석을 용선톤당 0.5~2kg 정도 투입하면 효과적이다. 상기 형석의 투입은 화점과 슬래그 및 용철이 접하는 곳에 형석이 들어가면 슬래그의 융점이 저하하고 슬래그중 T.Fe가 상승하면서 유동성이 매우 좋아져서 욕면의 온도가 높아지고 화점면적이 커지면서 탈황속도가 빨라지는 효과가 크다. 그러나, 형석을 50kg 미만으로 투입하면 유동성의 차가 없어 탈황효과가 미미하며, 200kg 초과 투입하면 화점부근의 화점면적이 증가하여 욕면온도 상승에는 매우 효과적이지만 화점부근의 슬래그층의 유동성과 노벽측 부근의 슬래그층의 유동성의 차가 커지면서 슬로핑을 유발할 가능성이 높다는 문제점이 있다.

본 발명에서 형석의 투입은 탈황반응이 정체되는 시점인 취련중기에 행함이 바람직하다. 구체적으로는, 취련진행 40~60% 시점에서 행하는 것이 바람직한데, 형석의 투입 시점이 취련진행 40%이내에서 이루어지면 슬래그중의 T. Fe와 MnO가 환원되는 융기 현상이 심하여 슬래그의 점도가 상승하고 이에 따라 탈황에 매우 불리하다. 반면 취련진행 60%이후에 형석을 투입하게 되면, 탈탄이 거의 진행되어 슬래그중의 FeO 생성이 증가되어 슬래그 재화 정도가 향상되면서 기화탈황이 진행되지 않고 슬래그와 용철간 계면반응에 의한 탈황조업이 진행되므로 바람직하지 않다.

이러한 본 발명의 개념을 도식적으로 나타내면 도1과 같이 표현할 수 있다. 즉, 도1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 랜스높이와 송산유량 변경시점의 차이를 둔 것은 슬래그 운동을 고려하여 스피팅 현상 또는 슬로핑을 발생되지 않도록 하기 위함이다. 도1b는 랜스(1)로부터 산소를 분사했을 때 용철(2), 슬래그(3), 화점에 대한 거동을 개략적으로 나타낸 그림이다.

이와같은 본 발명에 의하면 전로 취련중 탈황반응이 정체되는 취련중기에 소량의 형석과 동시에 랜스높이 및 송산유량을 적절히 제어함으로써 종래 용선중 유황농도가 0.02중량% 이상에서 복황이 일어나던 것을 0.008중량% 이하에서도 복황을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

(발명예)

100톤급 전로에서 전회(前回) 조업한 슬래그를 일부 남기고, 경소백운석을 투입한 후 노체를 3~4회 반복 경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅하고, 코팅된 전로에 탄소 4.0~4.5중량%, 실리콘 0.25~0.45중량%, 망간 0.25~0.40중량%, 인 0.09~0.105중량%, 유황 0.003~0.028중량%인 용선 85%이상과 고철 15%이하를 장입하고, 도2a와 같은 취련패턴 및 부원료를 투입하여 정련을 행하였다. 이때, 정련조업에 사용된 각종 부원료 및 냉각재의 화학성분 조성을 정리하면 표1과 같다.

구분	화학조성(중량%)
구분	CaO	MgO	T. Fe	MnO	SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	CaF₂	C
생석회	92.5	2.20	0.39	-	0.92	0.30	-	-	-
경소백운석	56.16	38.80	0.60	-	1.40	0.51	-	-	-
형석	-	-	-	-	13.54	-	-	83.86	-
소결광	8.42	1.24	48.29	0.42	4.54	1.56	0.17	-	2.60

(비교예)

비교를 위하여 도2b와 같이 취련패턴과 부원료를 투입한 것을 제외하고는 발명예와 동일하게 전로 정련조업을 실시하였다.

이와같이 본 발명과 비교방법에 의해 전로취련과정에서 서브랜스(sub-lance)를 이용하여 연속적으로 시료채취하고, 채취된 시료로부터 유황함량을 분석하여 취련시간에 따른 용철중 유황성분의 거동을 도3에 나타내었다.

도3에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 경우에는 취련초기 유황농도가 증가하다가 취련 60%가 지나면서 낮아지는 경향을 보이고 있는 반면에 본 발명의 경우에는 취련 40% 이후에 급격하게 감소하는 경향이 보이고 있다. 그러나 유황이 감소되는 경향은 유사하였다. 이 결과를 정리해 보면, 취련중 유황 거동은 취련 40%까지는 두 방법이 같은 경향이고, 40~60%사이에는 본 발명에 의해 실시된 결과는 탈황이 진행되고 있는 반면에 비교예의 종래방법은 탈황반응이 정체되어 있음을 알수 있었다. 그리고, 60%이후에는 두 방법 모두 유황농도가 동일한 경향으로 감소되고 있다. 따라서, 본 발명과 같이 취련 40~60%시점에 형석을 소량 투입하면서 랜스높이 및 송산유량을 제어하여 용철, 슬래그 및 욕면의 계면에서 슬래그의 유동성 향상과 동시에 욕면에의 산소압력과 온도를 높이고 화점면적을 증대시켜줌으로써 기화탈황을 유도하는데 매우 효과적임을 확인하였다.

한편, 본 발명과 비교예의 방법에 의해 각각 30차지씩 실시하여 용선중 유황농도와 전로취련종료시점에서의 유황농도를 분석하여 그 결과를 도4에 나타내었다.

도4에 도시된 바와 같이, 어느 방법으로 실시하던 전로에 장입되는 용선중 유황농도가 낮을수록 탈황이 어렵다는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예의 경우 전로정련후 유황농도는 용선중 유황농도가 0.02중량% 이하에서는 오히려 복황의 경향을 보이고 있고, 0.02중량% 이상에서만 탈황이 일어났으며, 용선중 유황농도가 높을수록 탈황율은 높은 경향을 나타내었다. 그러나, 용선중 유황농도가 0.005%이하인 경우에는 거의 100%의 복황율을 나타내고 있다. 이는 전로내 용선 장입시 혼입되는 슬래그중 유황이 민감하게 작용하는 것을 의미한다고 볼 수 있다.

이에 반하여 본 발명의 경우에는 전로정련후 유황농도가 용선중 유황농도보다 높은 경향은 보이지 않으며, 용선중 유황농도 0.008%이하에서는 탈황이 거의 일어나지 않았으며, 그 이상에서는 효과적인 탈황이 유도되어 탈황율이 약 40%까지 달성되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전로 취련중 취련 40~60% 시점에 형석을 소량 투입하여 랜스높이와 송산유량을 제어함으로써, 용철중 함유 유황성분을 효과적으로 제거함으로써 전후 공정에서 탈황에 따른 부담을 경감할 수 있을 뿐만 아니라 저류강 생산에도 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

용선 및 고철을 전로에 장입한 다음 용해한 용선을 랜스를 통해 송산하여 취련하는 전로조업에 있어서,

상기 취련 40~60% 시점에서 용선 톤당 형석 0.5~2kg을 투입하고, 이전의 취련 시점에서보다 랜스높이를 100~200mm 하강시키고 송산유량을 5~10% 증가시킴을 특징으로 하는 전로 취련중 용철의 탈황방법.
제1항에 있어서,

상기 취련 40~60% 시점에서 이전의 취련 시점에서보다 랜스높이를 낮추고 송산유량을 증가시킬 때 취련시점 40~ 55%시점에 랜스100~200mm 하강시킨 후 취련시점 45~ 60%시점에 송산유량을 5~10% 증가시킴을 특징으로 하는 전로 취련중 용철의 탈황방법.