KR20030054328A - Molten steel manufacturing method using aluminium dross - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기로를 이용한 용강 제조시, 알루미늄 제조공정에서 발생하는 부산물인 알루미늄 드로스를 취입하여 용강의 승온 및 철회수율을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 카본을 대신하여 분체 알루미늄 드로스를 단독 또는 산소와 함께 노내로 취입하여, 이들의 화학반응을 통해 용강을 승온시키고 슬래그중의 산화철을 환원시켜, 용강으로의 철회수율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of improving the temperature rise and recovery rate of molten steel by injecting aluminum dross, a by-product generated in the aluminum manufacturing process, in the manufacture of molten steel using an electric furnace. The present invention relates to a method of blowing dross alone or together with oxygen into a furnace to raise molten steel and reduce iron oxide in slag through these chemical reactions, thereby improving the yield of the withdrawal to molten steel.
일반적으로, 전기로(electrical arc furnace)는 고철 또는 이에 상응하는 원료를 버킷(bucket) 또는 호퍼(hopper)를 이용하여 노내에 투입한 후, 전기장치를 이용한 아크(arc) 발생열과 산소 등의 열원을 갖는 연료에 의한 화학적 반응열을 이용하여 용강을 제조하는데 사용된다.In general, an electric arc furnace is to put scrap metal or a corresponding raw material into a furnace using a bucket or a hopper, and then a heat source such as arc generation heat and oxygen using an electric device. It is used to manufacture molten steel using the heat of chemical reaction by fuel having a.
이러한 전기로는 도 1에 도시된 바와 같이, 노체상부에 위치하는지붕(roof)(4)의 중앙으로 전기양도체인 1개에서 3개의 상부전극(3)이 마련되고, 전기로 내부로 원료를 투입 후, 상부전극(3)과 원료사이에서 아크(arc)(11)를 발생시켜, 아크열로 원료를 용해하는 설비로서, 슬래그 도어(slag door)(6)를 통해 산소와 카본을 취입하여, 고철의 컷팅(cutting)(용해기)과 슬래그 포밍(foaming : 용강 상부에 존재하는 슬래그를 부풀리는 작업) 조업(승열기)을 할 수 있도록 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, one to three upper electrodes 3, which are electric conductors, are provided at the center of the roof 4 positioned in the upper part of the furnace, and raw materials are introduced into the furnace. Thereafter, an arc 11 is generated between the upper electrode 3 and the raw material to dissolve the raw material by the arc heat, and oxygen and carbon are blown through the slag door 6. It is designed for cutting (melting machine) and slag foaming (slag inflating slag existing on the upper part of molten steel) operation (heater).
일반적인 전기로 공정은 도 2에서 볼 수 있듯이, 장입1→용해1→장입2→용해2→승열→출강의 조업순서를 갖고 있으며, 고철이 거의 용해된 시점인 MD(Melt Down : 고철이 80~90%정도 용해된 시점)기에 카본 등의 분체를 취입하여, 용강의 정련작업을 실시하게 된다.As shown in FIG. 2, a general electric furnace process has an operation sequence of charging 1 → melting 1 → charging 2 → melting 2 → heating → swinging, and the MD (Melt Down: scrap iron 80 ~) is almost completely dissolved. When 90% of the molten metal is dissolved, powder such as carbon is blown into the molten steel to be refined.
일반적으로, MD기는 2차용해말기 또는 승열초기에 해당되며, 이때 용강의 승열효율을 증대시키기 위하여 랜스(lance)를 이용하여 산소와 카본을 노내로 취입한다.In general, the MD group corresponds to the end of the secondary melting or the initial stage of the heating, in which oxygen and carbon are blown into the furnace using a lance to increase the heating efficiency of the molten steel.
이때, 산소의 유량은 약 3,000~6,000Nm3/h, 카본은 3,000~4,000㎏/h정도 투입된다.At this time, the flow rate of oxygen is about 3,000 ~ 6,000 Nm 3 / h, the carbon is introduced about 3,000 ~ 4,000 kg / h.
취입되는 산소는 열원으로써, 고철의 컷팅, 용강의 탈탄 및 승온의 역할을 하나 전기로에 장입된 고철 또는 액상의 용선에 존재하는 철(Fe)과 결합하여 철산화물을 형성함으로써, 용강으로의 철회수율을 감소시키며, 이로써 슬래그중에 증가한 철산화물은 슬래그의 점도를 감소시켜 슬래그 포밍 높이를 감소시킴으로써, 아크열에 의한 용강의 승온효율을 저하시킨다.Oxygen blown is a heat source and serves to cut scrap metal, decarburize molten steel and raise the temperature, but with iron (Fe) present in the molten iron or liquid molten iron charged in an electric furnace to form iron oxide, yield of iron withdrawal to molten steel In this case, the iron oxide increased in the slag decreases the viscosity of the slag to decrease the slag forming height, thereby lowering the temperature raising efficiency of the molten steel due to the arc heat.
이러한 점은 도 3과 도 4를 통해 확인될 수 있으며, 슬래그중의 철산화물인 FeO의 증가는 슬래그 높이를 감소시키며, 이러한 슬래그 높이의 감소는 아크 전극봉을 감싸지 못하고 노출시키게 되어 용강으로의 전열효과를 감소시키게 된다.This point can be confirmed through FIGS. 3 and 4, and the increase of FeO, which is an iron oxide in slag, decreases the slag height, and the decrease of the slag height does not cover the arc electrode, thereby exposing the heat to the molten steel. Will be reduced.
이는 전압에 비례하여 일정한 높이를 유지(전압 1V당 약 1㎜)하고 있는 아크 전극봉(3)이 주변의 슬래그에 의해 감싸져야 하며, 감싸진 비율 즉, 슬래그높이가 용강으로의 아크열을 전달하는데 기여하는 주인자로 작용함을 의미한다.This is because the arc electrode 3, which maintains a constant height in proportion to the voltage (approximately 1 mm per 1 V of voltage), must be wrapped by the surrounding slag, and the ratio of the wrapping, that is, the slag height, transfers arc heat to the molten steel. It means acting as a contributing owner.
한편, 취입된 카본(injection carbon)은 슬래그 포밍의 활성화와 슬래그로 이동된 철을 회수하는 역할을 한다.On the other hand, the injected carbon (injection carbon) serves to activate the slag forming and recover the iron transferred to the slag.
참고로, 도 5에 슬래그 포밍 조업시에 카본에 의한 철산화물의 환원으로 용강으로 철이 회수되는 개념을 설명하는 도면을 나타내었다.For reference, FIG. 5 is a view illustrating a concept of recovering iron into molten steel by reduction of iron oxides by carbon during slag forming operation.
그러나, FeO, Fe2O3등의 철산화물은 대부분이 환원(Fe와 산소가 분리되는 현상)될 때 흡열반응을 나타내, 외부에 존재하는 용강의 온도를 하락시키며, 따라서 용강의 하락된 온도를 보상하기 위해 추가적으로 전력을 투입하게 된다.However, iron oxides such as FeO and Fe 2 O 3 exhibit endothermic reactions when most of them are reduced (a phenomenon in which Fe and oxygen are separated), thereby lowering the temperature of molten steel that exists outside, thus reducing the temperature of molten steel. Additional power will be applied to compensate.
이러한 추가적인 전력의 투입은 에너지 비용을 증가시키고, 조업시간 증가에 따른 생산성 하락의 문제점을 유발하고 있다.This additional input of power increases the cost of energy and causes a problem of a decrease in productivity due to increased operating time.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 알루미늄 제조공정에서 발생하는 부산물인 알루미늄 드로스(dross)를 카본대신에 취입하여, 철산화물의 회수율을 증대시켜 용강 생산성을 증대시키고, 철산화물의 환원시에 발생하는 용강의 온도하락을 방지하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, by injecting aluminum dross, a by-product generated in the aluminum manufacturing process instead of carbon, to increase the recovery rate of iron oxide to increase the molten steel productivity, It is an object of the present invention to provide a method for preventing a temperature drop of molten steel generated during reduction of iron oxide.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the practice of the invention. Furthermore, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the appended claims.
도 1은 통상적인 전기로의 구조를 보여주는 도면.1 shows a structure of a conventional electric furnace.
도 2는 통상적인 전기로 조업공정을 설명하는 도면.2 is a view for explaining a conventional electric furnace operation process.
도 3은 슬래그중에 형성된 철산화물량에 따른 슬래그 포밍 높이의 변화를 보여주는 그래프.3 is a graph showing a change in slag forming height according to the amount of iron oxide formed in the slag.
도 4는 슬래그에 의해 아크 전극봉이 감싸이는 정도에 따른 아크효율의 변화를 설명하는 도면.4 is a view for explaining a change in the arc efficiency according to the extent that the arc electrode is wrapped by the slag.
도 5는 종래 슬래그 포밍시에 카본에 의한 산화철의 환원을 설명하는 개념도.5 is a conceptual diagram illustrating reduction of iron oxides by carbon in conventional slag forming.
도 6은 본 발명에서 사용된 알루미늄 드로스 원료투입장치를 보여주는 도면.Figure 6 is a view showing the aluminum dross raw material input device used in the present invention.
도 7은 상기 도 6의 원료투입장치로부터 전기로까지의 원료이송흐름을 보여주는 도면.7 is a view showing a raw material flow from the raw material input device of Figure 6 to the electric furnace.
도 8은 취입되는 알루미늄 드로스 사이즈별로 측정된 철회수율의 변화를 보여주는 그래프.Figure 8 is a graph showing the change in withdrawal yield measured by the size of the aluminum dross blown.
도 9는 카본과 알루미늄의 산소에 대한 친화력을 보여주는 통상적인 엘링감도표.9 is a typical elling sensitivity table showing the affinity of carbon and aluminum for oxygen.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 전기로 본체 2 : 전기로 지붕1: electric furnace body 2: electric furnace roof
3 : 전극봉 4 : 용강(molten steel)3 electrode 4 molten steel
5 : 출강구 6 : 슬래그 도어(slag door)5: exit port 6: slag door
7 : 산소취입관(oxygen lance) 8 : 카본투입관(carbon lance)7: oxygen lance 8: carbon lance
9 : 랜스본체 10 : 아크(arc)9: lance body 10: arc
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분체 폐 알루미늄을 이용한 용강제조방법은, 전기로 또는 전로를 이용한 용강 제조에 있어서, MD(Melt Down)기에 로내에 용강과 슬래그의 승온 및 슬래그중의 철산화물 환원을 위해 알루미늄 드로스(dross)를 단독 취입하는 것을 특징으로 한다.In the molten steel manufacturing method using powdered waste aluminum according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, in the production of molten steel using an electric furnace or converter, the temperature of the molten steel and slag in the furnace (MD) machine And aluminum dross alone is blown to reduce the iron oxide in the slag.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 분체 폐 알루미늄을 이용한 용강제조방법은, 전기로 또는 전로를 이용한 용강 제조에 있어서, MD(Melt Down)기에 로내에 용강과 슬래그의 승온 및 슬래그중의 철산화물 환원을 위해 알루미늄 드로스(dross)를 산소와 함께 취입하는 것을 특징으로 한다.In addition, molten steel manufacturing method using powdered waste aluminum according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, in the production of molten steel using an electric furnace or converter, molten steel and slag in the furnace (MD) machine It is characterized in that the aluminum dross is blown together with oxygen to raise the temperature and reduce the iron oxide in the slag.
바람직하게, 상기 실시예들에 있어서, 상기 취입되는 알루미늄 드로스의 크기는 1~5mm범위인 것을 특징으로 한다.Preferably, in the above embodiments, the size of the blown aluminum dross is characterized in that 1 ~ 5mm range.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따르면, 투입 카본(injection carbon)을 대신하여 전기로내에서의승온과 철회수율을 향상시키기 위해 알루미늄(Al) 드로스(dross)를 사용한다.According to the present invention, aluminum (Al) dross is used to improve the temperature raising and withdrawal rate in the electric furnace in place of injection carbon.
통상적으로, 알루미늄 드로스란 알루미늄 제품을 제조하는 공정에서 발생하는 부산물로서, 슬래그중에 존재하는 알루미늄을 회수하여 알루미늄 함유량을 20∼25%정도로 제조한 물질을 의미한다.Typically, aluminum dross is a by-product generated in a process of manufacturing an aluminum product, and means a material manufactured by recovering aluminum present in the slag to an aluminum content of about 20 to 25%.
본 발명에서 사용되는 알루미늄 드로스의 화학적 성분구성은 하기 표 1과 같다.Chemical composition of the aluminum dross used in the present invention is shown in Table 1 below.
이와 같이, 알루미늄 드로스에는 철산화물의 환원 및 용강의 승온에 기여할 수 있는 M.Al(메탈 알루미늄)이 약 20~25%정도 존재한다.As such, the aluminum dross contains about 20-25% of M.Al (metal aluminum), which may contribute to the reduction of the iron oxide and the elevated temperature of the molten steel.
일반적으로, 알루미늄은 산소와의 반응에 있어서, 카본대비 발열량이 높고, 산소와의 친화력(결합력)이 커서, 환원을 통한 철산화물의 회수에도 유리하다.In general, aluminum has a higher calorific value than carbon in a reaction with oxygen, and has a high affinity (bonding force) with oxygen, which is also advantageous for recovery of iron oxide through reduction.
이와 같은 알루미늄 드로스는 도 6에 나타낸 바와 같은 원료투입장치에 의해 로내로 투입되며, 원료투입장치는 알루미늄 드로스를 저장할 수 있는 호퍼(hopper)와 이를 투입할 수 있는 구동기와 투입량을 제어하는 수단 등을 구비한다.Such aluminum dross is introduced into the furnace by a raw material input device as shown in FIG. 6, and the raw material input device includes a hopper capable of storing aluminum dross, a driver capable of inserting it, a means for controlling the input amount, and the like. It is provided.
그리고, 도 7에 상기 원료투입장치로부터 전기로에의 원료이송흐름을 나타내며, 이를 참조하면, 알루미늄 드로스는 원료투입장치로부터 호스를 통해 투입되며, 산소와 함께 랜스(lance)를 통해 로내에 취입되게 된다.And, Figure 7 shows the flow of the raw material from the raw material input device to the electric furnace, referring to this, aluminum dross is introduced through the hose from the raw material input device, it is blown into the furnace through the lance (lance) with oxygen. .
본 발명에 따르면, 투입되는 알루미늄 드로스의 사이즈는 1~5㎜범위의 것이 적당하다.According to the present invention, the size of the introduced aluminum dross is suitably in the range of 1 to 5 mm.
이는 사이즈가 너무 적을 경우, 알루미늄 드로스가 슬래그층으로 투입되어야 하는데 비중이 너무 적어 전기로 내부 집진에 의해 대기중으로 흡인되어 배출되게 되며, 사이즈가 너무 클 경우, 투입 라인내에서 막히는 현상이 발생되어 각각 바람직하지 않다.If the size is too small, the aluminum dross should be injected into the slag layer, but the specific gravity is too small to be sucked into the atmosphere by the internal dust collecting furnace, and if the size is too large, clogging occurs in the input line. Not desirable
도 8은 사용된 알루미늄 드로스의 사이즈에 따른 철회수율의 변화를 나타내며, 이를 참조하면, 입도가 증가할수록 철회수율이 증가됨을 알 수 있다.8 shows the change in the withdrawal rate according to the size of the aluminum dross used, referring to this, it can be seen that the withdrawal rate increases as the particle size increases.
한편, 동일량의 산소와 함께 각각 카본을 취입하는 종래의 경우와 알루미늄 드로스를 취입하는 본 발명의 경우들에 있어서, 용강의 승온 속도량과 승온량을 측정한 결과를 다음의 표 2에 나타낸다.On the other hand, in the conventional case of injecting carbon together with the same amount of oxygen and in the cases of the present invention injecting aluminum dross, the results of measuring the rate of temperature rise and the amount of temperature rise of molten steel are shown in Table 2 below. .
이를 참조하면, 산소와 함께 알루미늄 드로스를 사용한 본 발명의 경우가 승온속도량 및 승온량에 있어서 카본을 사용한 종래 경우에 비해 공히 약 2배정도 큰 값을 나타내었다.Referring to this, in the case of the present invention using aluminum dross together with oxygen, the temperature increase rate and the temperature increase rate were about two times larger than those of the conventional case using carbon.
나아가, 산소를 사용하지 않고, 카본이나 알루미늄 드로스만을 단독으로 취입한 경우들에 대하여 측정된 용강의 온도강하량을 하기 표 3에 나타낸다.Furthermore, the temperature drop amount of the molten steel measured about the case where only carbon or aluminum dross was blown alone without using oxygen is shown in Table 3 below.
이를 참조하면, 산소를 취입하지 않는 경우, 두 경우 모두 용강 온도가 떨어졌으며, 이것은 전기로에서 출열(出熱)되는 에너지가 카본 또는 알루미늄 드로스의 투입에 따라 발생되는 열량보다 크기 때문이다.Referring to this, in the case where oxygen is not blown, the molten steel temperature drops in both cases, because the energy emitted from the electric furnace is larger than the heat generated by the input of carbon or aluminum dross.
일반적으로, 전기로에서의 출열은 주로 집진에 의한 배가스와 냉각수에 의한 열손실에 기인한다.In general, the heat output from an electric furnace is mainly due to the heat loss by the exhaust gas and the cooling water by dust collection.
그러나, 이 경우에도 종래에 비해 알루미늄 드로스를 투입한 본 발명의 경우가 적은 온도강하량을 나타내었다.However, even in this case, the temperature drop amount of the present invention in which aluminum dross is added is smaller than in the prior art.
따라서, 종래 카본 취입에 따른 온도강하량을 보상하기 위해서 추가 전력으로 2,000~3,000㎾h정도가 투입되는데 반해, 본 발명의 알루미늄 드로스의 취입에 따른 온도강하량의 보상에는 이보다 훨씬 적은 1,000~1,500㎾h정도가 필요된다.Therefore, in order to compensate for the temperature drop caused by the conventional carbon injection, about 2,000 to 3,000 mAh is added as additional power, whereas the compensation for the temperature drop due to the injection of the aluminum dross of the present invention is much less than 1,000 to 1,500 mAh. Degree is needed.
이상과 같은 결과는 다음의 화학식들과 같이, 카본과 알루미늄이 각각 산소와 결합하여 발생되는 발열량의 차이에 기인한다.The above results are due to the difference in calorific value generated by combining carbon and aluminum with oxygen, respectively, as shown in the following formulas.
그리고, 알루미늄이 카본에 비해 산소에 대한 친화력이 높기 때문이며, 이러한 친화력의 차이에 의해 알루미늄 드로스를 사용하면 철회수율이 증가될 수 있다.And, since aluminum has a higher affinity for oxygen than carbon, by using the aluminum dross due to the difference in affinity can be increased withdrawal rate.
통상적인 산화물의 엘링감(Ellingham) 도표를 나타낸 도 7을 참조하면, 1,600℃에서 알루미늄은 ΔG0값이 약 -720kilojoule(A)이고, 카본은 약 -550kilojoule(B)로써, 카본대비 알루미늄이 산소와의 친화력이 훨씬 큰 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, which shows an Ellingham diagram of a typical oxide, at 1,600 ° C., aluminum has a ΔG 0 value of about −720 kilojoule (A), and carbon at about −550 kilojoule (B), with aluminum as carbon versus carbon. You can see that the affinity with is much greater.
나아가, 전기로에서 카본대비 알루미늄 드로스를 사용함으로써, 다음의 조업결과를 얻었다.Furthermore, by using aluminum dross over carbon in the electric furnace, the following operation results were obtained.
표 4의 조업실적은 용선 40% 사용조업에서의 결과로서, 본 발명의 경우 종래에 비해 출강실수율 증가, 전력원단위 감소, 제강시간 단축의 결과가 얻어졌으며, 이로써 카본을 대신하여 알루미늄 드로스를 사용하는 것이 용강 생산성을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.Operation results of Table 4 are the result of the 40% molten iron used in the operation, the present invention resulted in the increase of the attendance yield, the reduction of the power source unit, and the reduction of steelmaking time compared to the conventional one, thereby using aluminum dross instead of carbon It can be seen that it can greatly improve the molten steel productivity.
덧붙여, 본 발명에서는 전기로를 이용하여 용강을 제조하는 경우를 대표적인 예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기타 전로(converter)를 이용한 용강 제조에도 적용될 수 있음은 물론이다.In addition, in the present invention, the case of manufacturing molten steel using an electric furnace has been described as a representative example, but the present invention is not limited thereto and may be applied to manufacturing molten steel using other converters.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this, The person of ordinary skill in the art to which this invention belongs, Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims to be described below.
본 발명에 따르면, 전기로에서의 용강 생산시 알루미늄 드로스를 카본과 함께 또는 단독투입함으로써, 용강의 승열속도 증대, 철회수율 향상 및 에너지 절감이 실현되어, 용강을 고속 제조함으로써, 생산성을 증대시키는 효과가 있다.According to the present invention, by injecting aluminum dross together with carbon or singly in the production of molten steel in an electric furnace, an increase in the rate of heating of the molten steel, an improvement in the withdrawal rate and an energy saving are realized, and the productivity is increased by manufacturing molten steel at a high speed. There is.
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