KR20020051968A

KR20020051968A - 전로에서 출강중 용강의 탈산방법

Info

Publication number: KR20020051968A
Application number: KR1020000079947A
Authority: KR
Inventors: 박종민
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-07-02
Also published as: KR100423450B1

Abstract

본 발명은 제강공정에서 전로의 용강을 수강레이들로 출강하는 과정에서 탈산하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 전로슬래그가 수강레이들로 혼입되는 것을 방지하면서 저렴한 코크스 분체를 수송가스로 용강내에 취입하여 탈산함으로써 고가의 탈산제의 사용량을 줄일 수 있는 탈산방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전로 용강의 상부에 형성된 슬래그층에 불활성가스를 분사하여 출강구 상부탕면영역에 슬래그가 존재하지 않는 나탕을 형성하면서 용강을 수강레이들로 출강하는 방법에 있어서, 상기와 같이 출강중에 나탕을 형성한 후에 불활성가스로 1mm이하의 코크스분체를 출강되는 용강에 취입하는 것을 포함하여 이루어지는 전로에서 출강중 용강의 탈산방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

전로에서 출강중 용강의 탈산방법{Deoxidation method during tapping in BOF process}

본 발명은 제강공정에서 전로의 용강을 수강레이들로 출강하는 과정에서 탈산하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스분체를 불활성가스로 취입함으로써 빠른 탈산반응을 유도하여 고가의 탈산제를 절감할 수 있는 탈산방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로에서 출선된 용선은 전로에 장입하고 랜스를 통하여 산소가스를 불면서 용선중 불순원소를 슬래그쪽으로 이동시켜 제거한 다음에, 용강을 전로의 출강구를 통해 수강레이들로 출강한다. 전로의 용강을 수강레이들로 출강할 때 중요시 되는 것이 수강레이들로 슬래그의 혼입을 방지하는 기술과, 용강의 산소를 탈산하는 기술이다.

전로의 용강을 수강레이들로 출강할 때에는 전로출강구 부근에서 깔떼기 모양의 소용돌이 인 와류(vortex)가 용강중에 발생하며 이 와류에 의해 용강위에 떠있는 슬래그가 수강레이들로 혼입되어 용강의 품질을 나쁘게 하는 문제점이 있다. 이러한 와류에 의한 슬래그의 혼입을 방지하는 방법으로, 대한민국 공개특허공보 1994-586호에는 전로출강구의 상부탕면영역에 슬래그가 존재하지 않는 나탕을 형성하면서 용강을 수강레이들로 출강하는 방법이 제시되어 있다. 이 기술에 힘입어 수강레이들로 전로슬래그의 혼입을 효과적으로 방지하고 있다.

전로에서 출강중에 용강에는 산소가 200∼1200ppm 함유되어 있다. 산소는 강의 품질을 나쁘게 하기 때문에 출강중에 탈산제를 수강레이들내로 투입하여 일정한 수준의 산소함량까지 탈산하는 작업이 이루어진다. 이때 사용되는 탈산제는 강의 용도에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 알루미늄(Al)이나 페로실리콘(FeSi)을 첨가하여 2Al+3O=Al₂O₃반응이나 Si+2O=SiO₂반응에 의해 탈산하게 된다. 그러나, 이들 탈산제는 가격이 매우 비싸기 때문에 가능한 이들의 사용량을 적게 하기 위해서 탈산제의 일부를 값싼 탈산제로 대체하려고 노력하고 있다.

이와 같이 경제적으로 탈산하는 방법으로는,

출강초기에 수강레이들내의 용강에 과립의 코크스를 첨가하는 방법과

분체상태의 코크스를 수강레이들내의 용강에 첨가하는 방법이 알려져 있다.

(1) 과립의 코크스를 첨가하는 방법은, 반응속도가 느리기 때문에 2차적으로 용강중에 투입되는 알루미늄이나 페로실리콘에 의한 탈산반응이 우선적으로 일어나기 때문에 코크스에 의한 탈산효과가 미미할 뿐만 아니라 탈산반응에 미처 기여하지 못한 코크스는 용강중에 잔류하여 용강중 탈소함량을 증가시켜 목표로하는 성분조정을 어렵게 하는 문제점이 있다.

(2) 분코크스를 투입하여 탈산하는 방법은 약 3-5mm의 분코크스를 수강레이들로 투입하는데, 탈산반응시에 발생하는 강력한 일산화탄소 또는 이산화탄소 가스의 흐름에 의해 분코크스가 수강레이들의 외부로 비산되어 작업환경을 나쁘게 할 뿐만 아니라 코크스의 반응효율을 나쁘게 하는 문제점이 있다.

코크스는 저렴하여 탈산을 경제적으로 할 수 있다는 이점은 있으나, 과립이던 분체이던 간에 조업상에 문제가 있기 때문에 탈산제로 적극적으로 사용하는 데에는 문제가 있다.

본 발명에서는 전로슬래그가 수강레이들로 혼입되는 것을 방지하면서 저렴한 코크스 분체를 수송가스로 용강내에 취입하여 탈산함으로써 고가의 탈산제의 사용량을 줄일 수 있는 탈산방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 방법에 따른 전로출강 상황의 개략도

도 2는 본 발명의 방법에 따른 탈산제 분체 분사공정의 개략도

상기목적을 달성하기 위한 본 발명의 전로에서 출강중 용강의 탈산방법은, 전로 용강의 상부에 형성된 슬래그층에 불활성가스를 분사하여 출강구 상부탕면영역에 슬래그가 존재하지 않는 나탕을 형성하면서 용강을 수강레이들로 출강하는 방법에 있어서, 상기와 같이 출강중에 나탕을 형성한 후에 불활성가스로 1mm이하의 코크스분체를 출강되는 용강에 취입하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적으로 전로에서 취련이 완료되면 전로를 경동시킨 후에 출강할 때 수강레이들로 슬래그의 혼입을 방지하려면 전로 용강의 상부에 형성된 슬래그층에 불활성가스를 분사하여 출강구 상부탕면에 슬래그가 존재하지 않는 나탕영역을 형성하면서 출강하는 것이 효과적인 것으로 알려져 있다. 즉, 출강구의 직경보다 크고 그 깊이가 슬래그층의 두께 보다 큰 공동(cavicity)을 출강구의 탕면위에 형성시키면서 출강하는 것이다. 상기한 공동은, 도 1에 예시되어 있듯이, 선단에 분사노즐(5)이 구비되어 있는 가스분사장치(2)를 전로의 노구(2)를 통해 인입시켜 출강구(3)의 직상부 탕면위에 위치시킨 다음, 와류(6)가 형성되는 시점에서 질소 또는 아르곤 등의 불활성가스를 슬래그층에 취입하여 만든다.

도 1에서와 같이 용강상부의 슬래그에 가스를 분사하면 비중이 용강(7) 보다 가벼운 슬래그(8)는 와류형성지역 바깥쪽으로 밀리게 되며, 출강구(3) 직상부의 용강표면은 슬래그층이 덮고 있지 않은 나탕지역으로 존재하게 됨에 따라 와류에 의한 슬래그의 혼입을 막으면서 출강할 수 있다. 나탕형성을 위한 가스분사조건은 대한민국 공개특허공보 94-586호에서 노즐의 직경, 노즐의 위치, 가스유량으로 밝히고 있으며, 이들의 상관관계로서 가스분사조건을 제시하고 있다.

본 발명자는 선행기술에서와 같이 불활성가스를 분사하여 나탕영역을 형성하면서 용강을 출강할 때, 분체코크스를 취입하면 효과적으로 탈산을 유도할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다. 본 발명자들은 불활성가스를 수송가스로 하여 나탕을 형성한 다음에 노즐을 통해 와류형성지역에 탈산제를 취입한 결과, 슬래그의 혼입을 방지하면서 효과적으로 탈산하기 위해서는 체강류내에서 탈산반응을 완료하는 것이 무엇보다 중요하다는 것을 밝혀내었다.

본 발명에 따라 분체코크스를 불활성가스를 수송가스로 하여 와류형성지역에 취입하면 분체코크스는 출강류(10)의 중심에 위치되어 출강류(10)중의 산소와 탈산반응이 일어나게 되어 수강수강레이들에 도달하기 전에 반응이 종료하게 된다. 그런데, 나탕을 형성하기전의 출강초기에 이미 수강레이들(12)내에 알루미늄이나 페로실리콘을 첨가하기 때문에 수강수강레이들내 용강중에는 탄소보다 탈산력이 강한 알루미늄이나 실리콘이 함유되어 있다. 따라서, 출강류가 수강수강레이들에 도달하기 전에 코크스가 완전히 반응하지 않는 경우에는 코크스에 의한 반응이 더 이상 진행되지 못하기 때문에 목적하는 경제적인 탈산을 이루지 못하기 때문에 반드시 출강류내에서 코크스와 산소의 반응을 종료시켜야 하는 것이다.

본 발명에서는 출강류내에서 코크스와 산소의 반응을 종료시키기 위한 방안을 연구한 결과, 분체코크스의 입도에 주목하게 되었다. 보통 코크스는 95%이상의 C를 함유하는데, 이러한 성분을 갖는 코크스를 출강류내에서 빨리 반응시키기 위해서는 1mm이하의 입자크기를 갖는 코크스분체를 사용하는 것이 바람직하다. 코크스의 입자크기가 1mm보다 커지면 출강류내에서 완전히 반응하지 못한 상태에서 수강레이들내 용강중으로 혼입되기 때문에 알루미늄이나 실리콘에 의해 코크스에 의한 탈산반응이 억제되면서 강중으로 코크스가 용해되어 용강의 탄소함량이 증가한다.

또한, 코크스의 취입양은 출강용강톤당 0.2kg이하로 하는 것이 좋다. 취입량이 너무 많으면 분체 코크스 주변의 산소농도가 급격히 저하되어 탈산효율이 감소하면서 탄소함량이 증가하게 된다.

또한, 분체코크스를 수송하는 불활성가스의 압력을 18-21kg/cm²으로 하는 것이 바람직하다. 압력을 18 kg/cm²이하로 하면 슬래그의 유출을 효과적으로 방지할 수 없을 뿐만 아니라 분사된 코크스가 주위로 비산되어 작업환경을 나쁘게 하는 문제점이 있으며, 21 kg/cm²이상으로 하면 취입가스에 의한 용강의 비산이 심하게 발생하여 역시 작업성을 나쁘게 하는 문제점이 있기 때문에 불활성가스의 압력을 18-21kg/cm²으로 하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

용강중 산소농도는 600∼1000ppm, 탄소농도는 0.02∼0.04%, 출강중 용강온도는 1620∼1700℃, 용강량은 275∼285톤이었다. 출강 개시후 약 1∼1.5분에 알루미늄을 200∼400kg을 수강수강레이들내로 투입하였다. 분사노즐은 직경이 25mmΦ인 것을 사용하였고, 운반가스로는 질소를 사용하였으며, 이 때 가스압력은 18∼21kg/cm², 가스유량은 17∼19Nm³/분으로 하였다. 분코크스로는 탄소함량이 95%이상인 코크스를 사용하였으며, 코크스 사용량은 27kg(용강톤당 0.1kg)이고, 입자크기에 따른 탈산효율을 파악하기 위해서 표1과 같은 입자크기로 변화시켰다.

한편, 본 발명과 비교하기 위해서 기존의 코크스탈산방법(종래방법)으로도 시험을 행하였다. 이 방법은 가스분사조건은 본 발명과 동일하나, 노즐을 통해서는 질소가스만을 분사하면서, 3∼5mm의 입도를 갖는 코크스를 수강수강레이들로 출강개시 직후에 직접 투입하는 것이 본 발명과 차이가 있다. 이 때 사용되는 코크스의 품위 역시 본 발명의 시험에서 사용된 분체 코크스와 동일하다.

이상과 같은 시험의 결과를 비교하기 위해서 코크스 입자크기에 따른 탈산효율을 표1에 다시 나타내었다. 여기에서, 탈산효율은 (탈산된 총산소량, kg)÷(분체 코크스에 의해 첨가된 탄소양, kg)x12÷16x100으로 계산되며 그 값이 클수록 코크스의탈산기여도가 큰 것이다.

	분체코크스 입자크기(mm%)	탈산효율(%)
종래방법		32
본 발명방법 A	0.3미만	47
본 발명방법 B	0.3∼0.5	43
본 발명방법C	0.6∼1	40
비교방법 A	1.1∼1.5	30
비교방법 B	1.6∼2	31

표1과 같이, 분체 코크스의 입자크기가 1mm이하인 본 발명방법 A∼C이 종래방법보다 탈산효율이 향상되는 것을 알 수 있다. 한편, 코크스의 입자크기가 1mm이상인 비교방법 A, B는 오히려 종래방법보다도 낮은 탈산효율을 나타내고 있다. 따라서 분체 코크스의 입자크기는 1mm이하로 제한하는 것이 적절하다. 이와 같이 본 발명방법이 종래방법 및 비교방법보다 코크스의 반응속도를 개선하여 탈산효율을 향상시킴으로써 고가의 탈산제의 사용량을 감소시킬 수 있는 우수한 방법인 것이다.

[실시예 2]

본 실시예에서는 분체 코크스의 적정한 취입량 조건을 도출하기 위해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 하고, 분체 코크스의 입자크기를 0.3∼0.5mm로 하면서 표2와 같은 양의 분체 코크스를 취입할 때의 탈산효율을 표2에 다시 나타내었다.

	분체 코크스 취입량(용강1톤당 kg)	탈산효율(%)
본발명방법 D	0.05	45
본발명방법 B	0.1	43
본발명방법 E	0.15	39
본발명방법 F	0.2	35
비교방법 C	0.25	30
비교방법 D	0.3	28

표2에서와 같이, 분체 코크스 취입량이 증가함에 따라 탈산효율이 감소하여, 취입량이 용강톤당2kg이상이 되면(비교방법 C, D) 종래방법의 탈산효율보다도 작아진다. 따라서, 분체 코크스 취입량은 용강톤당 0.2Kg이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전로출강시에 와류에 의한 슬래그 유출을 방지할 뿐만 아니라 탈산효율을 향상시킴으로 인하여 용강의 품질향상에 의한 불량율 감소, 고가의 알루미늄 및 페로실리콘 원단위 감소, 출강량 증가 등의 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims

전로 용강의 상부에 형성된 슬래그층에 불활성가스를 분사하여 출강구 상부탕면영역에 슬래그가 존재하지 않는 나탕을 형성하면서 용강을 수강레이들로 출강하는 방법에 있어서, 상기와 같이 출강중에 나탕을 형성한 후에 상기 불활성가스로 1mm이하의 코크스분체를 출강되는 용강에 취입함을 특징으로 하는 전로에서 출강중 용강의 탈산방법.
제 1항에 있어서, 상기 코크스분체는 용강톤당 0.2kg이하로 취입함을 특징으로 하는 전로에서 출강중 용강의 탈산방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가스압력은 18-21kg/cm²임을 특징으로 하는 전로에서 출강중 용강의 탈산방법.