KR20080077358A - 연속 정련방법 및 연속 정련설비 - Google Patents

Abstract

임펠라(10)의 날개(16)의 매수, 날개(16) 기부(基部)의 높이(b0)와 선단부의 높이(b1)와의 관계, 날개(16)의 폭(d)과 용선유로의 직경 또는 폭과의 관계, 용선유로 안에서 흐르는 용선의 최대깊이(Z)와 날개 맨끝의 상단에서 용선 상면까지의 거리(h1)와의 관계, 용선유로 안에서 흐르는 용선의 최대깊이(Z)와 날개 맨끝의 하단에서 용선유로 저부의 최심부까지의 거리(h2)와의 관계를 설정함으로써 정련효율이 향상됨과 아울러 오차범위 없이 안정적으로 탈규소 또는 탈황을 할 수 있도록 한다.

Description

연속 정련방법 및 연속 정련설비{CONTINUOUS REFINING METHOD AND CONTINUOUS REFINING EQUIPMENT}

본 발명은 용선(溶銑)을 연속적으로 정련하는 연속정련방법 및 그 연속정련설비에 관한 것이다.

고로(blast furnace)에서 환원되어 출선(出銑)된 용선(hot metal)은 통상 0.3~0.7%정도의 규소[Si] 외에, 4.3~4.6%정도의 탄소[C], 0.09~0.13%정도의 인[P]을 함유하고 있다. 이 용선을 정련하여 소정의 강으로 하기 위해서는 탄소[C]와 인[P]을 소정농도까지 저감할 필요가 있는데, 정련효율의 관점에서 탈탄, 탈인에 앞서 규소[Si]나 유황[S]을 극 저농도(예컨대 규소[Si] 0.25%)까지 제거하는 것이 바람직하다.

또한 탈황(脫黃)처리는 환원반응에 의해 행해지고, 흡열반응이기 때문에 고로에서 출선(出銑, tap hole) 직후 가장 온도가 높은 출선통(出銑, tap hole trough)을 흐르는 도중에 탈황처리를 하는 것이 바람직하다.

출선통에서의 탈 규소, 탈황 처리에는,

(1) 정련제(精鍊劑)를 질소, 공기 등의 캐리어가스에 동반시켜 란스(lance)에서 출선통 안으로 주입(injection)하는 방식,

(2) 정련제를 용선의 윗면에 첨가한 후 출선통에 설치되어 있는 낙차부를 통과시켜 행하는, 용선의 낙하에너지를 이용하는 방식,

(3) 출선통에 설치되어 있는 경사부분(경주통)의 직전에 정련제를 첨가하여 출선통→경주통(tilting runner)→용선래들(溶銑鍋, hot metal ladle)의 순서로 순차적으로 흐르는 용선의 낙하에너지를 이용하는 방식

등이 많이 채용되고 있다.

하지만 (1)의 방식은 반응효율이 낮고, 용선의 현열(顯熱)이 주입가스에 빼앗기기 때문에 용선의 온도저하가 크다. 또한 정련제 분체(粉體)의 압송에 관한 설비를 필요로 하므로 설비비용이 높아진다.

(2)의 방식은 처리후의 슬래그제거를 고로주상(鑄床) 위에서 완료할 수 있다는 실조업상 매우 큰 이점(利點)을 갖고 있지만, 다른 방법에 비해 반응효율이 낮은 문제가 있다.

(3)의 방식은 반응효율이 비교적 높지만, 슬래그(slag)의 포밍(foaming)이 격하게 일어나기 때문에 프리보드(free board)의 설치가 필요하게 된다. 포밍은 용선래들 또는 토피도 카(torpedo car)의 용선 장입(裝入)량을 대폭 감소시켜 생산성을 저하시킨다. 또한 슬래그가 형성되면 용선과 함께 슬래그가 용선래들 또는 토피드 카로 유입되므로 별도의 슬래그 제거장치가 필요하게 된다.

출선통 내에서 반응을 진행시키는 (1), (2)의 처리방식은 차기 공정에서 슬래그 제거(slag-off)를 생략할 수 있어 열적(熱的), 시간적으로도 유리하게 되지만 출선통을 연속적으로 흐를때의 혼합에만 의존하는 처리이므로 반응효율이 낮다.

일본특허 특공 소45-31053호에는 탈황처리의 방법이 개시되어 있는데, 이는 래들(取鍋;ladle) 내에 수용된 용선에 탈황제를 첨가하고, 해당 용선에 임펠라(교반날개)를 침지하여 임펠라를 회전시킴으로써 탈황을 행하는 방법이다.

일본특허 특개 소54-137420호에는 탈규소처리의 방법이 개시되어 있는데, 이는 고로주상의 용선의 유로(流路)에 탈규소반응조(槽)를 설치하고, 탈규소반송조 내의 용선속으로 탈규소제(脫珪劑)를 첨가하여 이 용선을 임펠라(impeller)로 교반함으로써 탈규소를 행하는 방법이다.

전술한 탈황처리 및 탈규소처리는 양 처리 모두 용선을 임펠라로 교반하여 처리하는 방법인데, 탈황처리에서는 래들에 용선을 수용한 상태로 용선을 교반함에 비하여, 탈규소처리는 탈황처리와 달리 고로주상의 용선의 유로(流路)를 연속적으로 흐르는 용선을 교반한다.

따라서, 일본특허 특공 소45-31053호의 탈황처리와 같이 체류되어 있는 용선을 넘치거나 치우치지 않게 교반하여 탈황처리를 행하는 것은 비교적 용이하지만, 일본특허 특개 소54-137420호와 같이 연속적으로 흐르는 용선을 넘치거나 치우치지 않게 임펠라로 교반하여 탈규소처리나 탈황처리를 하는 것은 아직 어렵고, 정련효율이 저하함과 동시에 크고 작은 오차범위 없이 안정적으로 탈규소처리나 탈황처리를 행하는 것은 불가능하다고 하는 현실적인 문제가 있다.

또한, 일본특허 특개 소54-137420호에 개시되어 있는 기술은 비교적 대용량의 탈규소 조(槽)를 설치하고, 완전혼합된 것으로 가정한 탈규소조에 용선을 짧은 시간 체류시키고 정련제와 접촉시켜 반응효율을 높이는 것인데, 여분의 탈규소조를 필요로 하고 설치장소의 확보가 용이하지 않으며 또한 설비비가 증대한다고 하는 문제가 있다.

일본특허공보 특개 소62-202011호에는 원통상(円筒狀) 교반 봉(棒)을 정련제 취입노즐보다도 상류쪽에, 또한 정련제 취입노즐보다도 측벽쪽에 설치하고, 원통상 교반봉에 의해 용선의 흐름을 정련제 취입노즐(吹入nozzle) 방향으로 유도함으로써 용선과 정련제와의 접촉을 촉진시켜 반응효율을 높이는 기술이 개시되어 있다.

일본특허공보 특개 소62-202011호에 개시되어 있는 기술에는, 용선의 흐름과 교반에 의한 흐름이 겹치는 장소에서 일부 정련제가 용선 안에 빨려들어가지 않고 하류로 흘러 반응에 관여하지 않는 정련제의 량이 많아질 우려가 있다.

일본특허 특개 소63-105914호는 고로의 경주통(傾注)에서 용선과 정련제를 강제적으로 교반하고, 용선 안에 정련제를 집어넣어 용선의 정련을 행하는 정련방법이다.

일본특허 특개 소63-105914호에서와 같이 용선을 교반하여 정련제(탈황제)를 용선 안에 집어넣는 방법은 일부의 정련제(탈황제)가 용선 안에 들어가지 않고 흘러가는 경우가 있고, 반응에 관여하지 않는 정련제가 많아져 반응효율이 좋지않게 되는 경우가 생긴다. 특히 일본특허 특개 소63-105914호에서와 같이 탈황처리를 할 때에 슬래그가 생성되고, 이 슬래그가 용선을 반송하는 혼선차(混銑車;hot metal transfer ladle) 또는 래들 등에 혼입되게 되어 차기 공정에서 제재(除滓;슬래그 제거)가 필요하게 되어 열적으로나 시간적으로도 손실이 생기게 된다. 또한, 일본특허 특개 소63-105914호에서는, 용선을 같은 개소 또는 장소에서 교반하고 있으므로 교반된 용선이 특정 내화물에만 붙어버리게 되어 국부적으로 내화물이 손모(損耗)되어 버리는 문제가 있었다.

일본특허 특개 평02-250912호는 고로에서 출선된 용선에 탈황제를 첨가하여 탈황처리를 행하는 방법이다. 이 탈황처리방법은 용선통을 흐르는 용선에 탈황제를 첨가한 후 탈황제를 첨가한 용선을 경사벽을 사이에 두고 급속 유하(낙하;落下)시킴으로써 탈황을 행하는 것이다.

일본특허 특공 소50-33010호는, 일본특허 특개 평02-250912호와 같이 고로에서 출선된 용선에 탈황제를 첨가하여 탈황처리를 행하는 방법이다. 이 탈황방법은 고로에서 출선된 용선이 흐르는 출선통을 둘로 나누고, 한쪽(상류쪽)의 용선통을 흐르는 용선에 탈황제를 첨가한 후 탈황제를 첨가한 용선을 다른쪽(하류쪽)의 용선통에 낙하시켜 탈황하는 것이다. 또한 일본특허 특공 소50-33010호의 탈황방법에서는 하류쪽의 용선통에 용선을 낙하시킬 때 이 용선에 압축기체를 불어넣어 미반응한 탈황제를 교반의 흐름 중심으로 밀어넣고 있다.

일본특허 특개 평02-250912호나 일본특허 특공 소50-33010호에서와 같이, 용선에 탈황제를 첨가하고 탈황제를 첨가한 용선을 낙하시켜 탈황제를 용선안에 들어가게 하는 방법에서는 용선에 대한 교반력이 충분하지 않을 경우가 있으므로 반응효율이 좋지 않은 경우가 생긴다. 또한 일본특허 특개 평02-250912호 및 일본특허 특공 소50-33010호는에서는 용선을 어느 정도 낙하시킬 것인가 하는 등의 조건이 개시되어 있지 않으므로, 실제로 실시해도 충분한 탈황을 얻을 수 없는 실정이다.

일본특허 특개 소63-317611호는 고로주상통의 윗쪽에 정련제(처리제) 분사용 란스(lance)를 통의 길이방향으로 설치한 예비처리장치가 기재되어 있다. 이 예비처리장치에서는 정련제 분사용 란스를 용선에 침지시켜 정련제를 캐리어가스와 함께 용선 내에 취입하거나, 정련제 분사용 란스를 용선 윗쪽에 위치시켜 정련제를 캐리어가스와 함께 불어넣음으로써 정련처리를 행한다. 또한 예비처리장치에서는 정련제분사용 란스를 이동시키면서 정련제를 용선에 불어넣거나 취입하거나 한다.

일본특허 특개 소63-317611호에서와 같이, 용선의 정련을 행할 때에 정련제 분사용 란스를 이동시켜 정련제의 취입에 의한 고로주상통의 내화물이 국부적으로 손모되는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 일본특허 특개 소63-317611호의 방법에서는 내화물의 손모를 방지하는 것이 가능하기는 하지만 정련제 분사용 란스의 이동범위가 전혀 규정되어 있지 않으므로, 이러한 기술로는 반응효율이 저하되는 실정이다.

일본특허 특개 평04-052205호는 고로주상의 스키머(skimmer)의 하류쪽에 예비처리반응조를 설치하고, 이 예비처리반응조 내의 용선에 탈황제를 첨가하여 용선의 탈황처리를 행하는 방법이다. 이 탈황처리를 행하는 방법은, 인젝션 란스(injection lance)를 용선의 흐름방향 아랫쪽을 향하여 침지시키고 이 란스에서 탈황제를 캐리어가스와 함께 불어넣으면서 란스를 예비처리반응조의 폭방향 및 용선흐름방향으로 이동시켜가며 탈황을 행한다.

일본특허 특개 평04-052205호도 일본특허 특개 소63-317611호와 같이 용선의 정련(탈황)을 행할 때 인젝션 란스를 이동시키기 때문에 내화물의 국부적인 손모를 방지하는 것이 가능하지만, 인젝션의 이동범위가 전혀 규정되어 있지 않아 특허문헌 7과 마찬가지로 반응효율이 저하되는 경우가 있다.

또한 일본특허 특개 소63-317611호 및 일본특허 특개 평04-052205호의 방법에는 용선을 정련하는데 정련제를 란스를 이용해 용선 안으로 불어넣는 인젝션 방식이 있는데, 이 방식은 반응효율이 좋지 않다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 고로설비상의 고로주상의 개략평면도이다.

도 2는 고로주상의 개략측면도이다.

도 3은 용선공급로 및 임펠라의 사시도이다.

도 4는 임펠라의 침지상태를 나타낸 침지도이다.

도 5는 임펠라 날개의 개략형상도이다.

도 6은 날개의 배치를 설명한 배치도이다.

도 7은 날개의 매수와 탈규산소효율(脫珪酸素效率)과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 8은 d/D와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 9는 h1/Z와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 10은 h2/Z와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 11은 다른 출선통에 임펠라를 침지했을 때의 개략단면도이다.

도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 고로주상설비의 개략평면도이다.

도 13은 고로주상설비의 개략단면도이다.

도 14는 고로주상설비의 치수를 설명한 평면도이다.

도 15는 고로주상설비의 치수를 설명한 사시도이다.

도 16은 출선통에 임펠라를 침지했을 때의 개략단면도이다.

도 17은 d/D와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 18은 L/D와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 19는 H/Z와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 20은 단차부의 기울기와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 21은 M/D와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 22는 R/D와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 23은 출선통을 원형상으로 하여 원형부분에 임펠라 및 제(劑) 투입란스를 배치한 배치도이다.

도 24는 교반장치 및 첨가장치의 개략정면도이다.

도 25는 교반장치의 개략측면도이다.

도 26은 다른 출선통에 임펠라를 침지했을 때의 개략단면도이다.

도 27은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 출선통에 임펠라를 침지했을 때의 개략단면도이다.

도 28은 임펠라를 이동했을 때와 이동하지 않았을 때의 내화물의 용손(溶損) 상태도이다.

도 29는 교반장치 및 첨가장치의 개략정면도이다.

도 30은 교반장치의 개략측면도이다.

도 31은 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 정련장치의 정면단면도이다.

도 32는 정련장치가 설치된 고로주상의 평면개략도이다.

도 33은 정련제의 첨가위치를 나타낸 도면이다.

도 34는 정련제의 첨가위치와 탈규산소효율과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 35는 출선통내의 용선의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 36은 교반 소용돌이(攪拌渦)와 적정한 정련제의 첨가위치와의 관계를 나타낸 도면이다.

(부호설명)

1 고로주상 2 고로 4 출선통

5 배재통 8 단차부 10 임펠라

11 교반장치 12 첨가장치 16 날개

(발명이 해결하고자 하는 과제)

상기 문제점에 비추어 본 발명은 정련효율이 향상됨과 동시에 큰 오차 없이, 즉 별 차이 없이 안정적으로 탈규소나 탈황을 행할 수 있는 연속정련방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 정련제를 용선 속으로 확실히 빨려들어가게 하여 탈황처리나 탈규소처리 등의 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있는 고로주상설비(高爐鑄床設備)를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 정련처리를 행함에 있어서 내화물의 국부적인 손모를 방지하고, 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있는 고로주상의 연속정련방법 및 고로주상설비의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 첨가된 정련제를 용선 안으로 확실히 빨려들어가게 함으로써 높은 반응효율을 얻을 수 있는 고로주상의 연속정련방법의 제공을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 국면으로는,

고로주상의 용선의 유로(流路) 내(內)를 흐르는 용선에 정련제를 첨가하고, 임펠라를 용선에 침지하여 회전시킴으로써 용선과 정련제를 혼합시켜 용선을 연속적으로 정련하는 연속정련방법에 있어서,

상기 용선에 침지하여 회전시키는 상기 임펠라의 날개의 수를 3~6매로 하고, 또한 이 날개를 식(1), 식(2)를 만족하도록 함과 아울러, 당해 임펠라를 식(3), 식(4)를 만족하도록 용선에 침지하는 것을 특징으로 한다. 여기에서 상기 식은,

b0 ≥ b1 ‥‥ (1)

0.2 ≤ d/D ≤ 0.8 ‥‥ (2)

0 ＜ h1/Z ≤ 0.4 ‥‥ (3)

0 ＜ h2/Z ≤ 0.4 ‥‥ (4)로 되고,

단,

b0 : 날개의 기부(基部) 높이(m)

b1 : 날개의 선단부의 높이(m)

d : 날개의 폭(m)

D : 용선유로의 최대폭(m)

Z : 용선유로 내에 흐르는 용선의 최대깊이(m)

h1 : 날개 기부의 상단에서 용선 윗면까지의 거리(m)

h2 : 날개 기부의 하단에서 용선유로(流路의) 저부(低部) 최심부(最深部)까지의 거리(m)

발명자는 고로주상의 용선유로를 흐르는 용선을 넘치거나 치우치지 않게 교반함으로써 탈규소처리 또는 탈황처리시 정련효율이 향상되도록 함과 아울러 별 차이 없이 안정적으로 탈규소 또는 탈황을 행하는 방법에 대해 다양한 각도로 검증하였다.

구체적으로는 임펠라의 매수 및 날개의 폭을 변경한 복수의 임펠라를 제작하고, 이 임펠라를 이용하여 용선에 대한 임펠라의 침지정도(날개기부의 상단에서 용선 윗면까지의 거리 h1, 날개기부 하단에서부터 용선유로의 저부 최심부까지의 거리)를 변경하면서 탈규소처리 또는 탈황처리의 실험을 행하였다.

실험 결과, 상기 용선에 침지하여 회전시킨 상기 임펠라의 날개 매수를 3~6매로 하고, 또한 이 날개를 식(1), 식(2)를 만족하도록 함과 아울러 이 임펠라를 식(3), 식(4)를 만족하도록 함으로써 용선유로를 연속적으로 흐르는 경우라도 정련효율이 향상되고 별 차이 없이 안정적으로 탈규소 또는 탈황을 할 수 있었다.

상기 정련재(精鍊材)가 탈규소재이므로, 상기 정련은 상기 용선과 상기 탈규소제를 혼합하여 용선중의 규소를 연속적으로 제거하는 탈규소로 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 국면은,

고로주상의 용선유로(流路)내(內)를 흐르는 용선에 정련제를 첨가하고, 임펠라를 용선에 침지하여 회전시킴으로써 용선과 정련제를 혼합되게 하여 용선을 연속적으로 정련하는 고로주상의 연속정련방법에 있어서,

상기 용선유로 내에 용선을 낙하시키기 위해 단차(段差)를 배치하고, 이 단차 하류쪽에 상기 임펠라를 배치하고 이 임펠라의 하류쪽에 상기 정련제를 첨가하는 첨가장소를 정하며, 이 첨가장소의 하류쪽에 상기 임펠라로 용선을 교반한 후에 생성된 슬래그를 제거할 장소를 정하며,

상기 임펠라의 폭은 식(11)을 만족하도록 설정하고,

상기 단차는 식(12)~식(14)를 만족하도록 설정하고,

상기 정련제를 첨가하는 첨가장소가 식(15)를 만족하도록 설정하며,

상기 슬래그를 제거하는 장소가 식(16)을 만족하도록 설정하여 용선을 정련한다. 여기에서,

0.3 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11)

0 ＜ L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

H/Z ≥ 1 ‥‥ (13)

θ ≥ 30 ‥‥ (14)

0 ＜ M/D ≤ 0.8 ‥‥ (15)

1.2 ≤ R/D ≤ 5 ‥‥ (16)

단,

d : 임펠라의 폭(m)

D : 용선유로의 최대폭(m)

L : 단차에서 임펠라까지의 거리(m)

H : 단차 높이(m)

Z : 용선 깊이(m)

θ : 단차의 기울기(勾配, 도)

M : 임펠라의 회전축 중심으로부터 첨가장소까지의 거리(m)

R : 임펠라의 회전축 중심으로부터 슬래그를 제거하는 장소까지의 거리(m)

발명자는 정련제를 용선속에 확실히 들어가게 함으로써 정련처리의 효율을 향상시키는 방법에 대해 다양한 각도로 검증하였다.

구체적으로 발명자는 용선을 임펠라로 교반한다는 점과 용선을 낙하시켜 교반한다는 점에 착안하여 임펠라의 폭, 용선을 낙하시키는 단차의 위치, 단차의 높이, 단차의 기울기(경사각도), 정련제를 첨가하는 첨가장소, 임펠라의 회전축의 위치에 대한 슬래그의 제거위치를 변경하여 탈황처리 또는 탈규소처리를 행하는 실험을 하였다.

실험 결과, 임펠라의 폭이 식(11)을 만족하고, 단차가 식(12)~(14)을 만족하고, 정련제를 첨가하는 첨가장소가 식(15)를 만족하고, 용선유로에서의 슬래그를 제거하는 위치가 식(16)을 만족하도록 하면 정련제를 용선 속에 확실히 들어가게 하는 것이 가능하여 정련처리의 효율이 향상된다는 것을 알 수 있었다.

바람직하게는, 하기 식(11a)~하기 식(16a)를 만족하도록 설정한 뒤 용선을 정련한다.

0.55 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11a)

0 ＜ L/D ≤ 1.0 ‥‥ (12a)

H/Z ≥ 2.2 ‥‥ (13a)

θ ≥ 45 ‥‥ (14a)

0 ＜ M/D ≤ 0.66 ‥‥ (15a)

1.2 ≤ R/D ≤ 4.4 ‥‥ (16a)

본 발명의 제 3 국면으로는,

고로에서 출선된 용선이 흐르는 용선유로와, 이 용선유로 안을 흐르는 용선에 정련제를 첨가하는 첨가장치와, 용선을 교반하는 임펠라를 갖는 교반장치와, 상기 교반장치에서 교반된 후 생긴 용선상의 슬래그를 외부로 배출하는 배재통(排滓)을 갖춘 고로주상설비에 있어서,

상기 용선유로의 상류쪽에는 용선을 낙하시키기 위한 단차부를 설정하고, 이 단차부의 하류쪽에 상기 임펠라가 위치되도록 교반장치를 설치하며, 이 임펠라의 하류쪽에 첨가장치를 설치하고, 이 첨가장치의 하류쪽에 상기 배재통이 설치되도록 하며,

상기 임펠라의 폭이 식(11)을 만족하도록 설정하고,

상기 단차부가 식(12)~식(14)을 만족하도록 설정하고,

상기 첨가장치의 위치가 식(15)를 만족하도록 설정하고,

상기 배재통의 위치가 식(16)을 만족하도록 설정하였다.

0.3 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11)

0 ＜ L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

H/Z ≥ 1 ‥‥ (13)

θ ≥ 30 ‥‥ (14)

0 ＜ M/D ≤ 0.8 ‥‥ (15)

1.2 ≤ R/D ≤ 5 ‥‥ (16)

단,

d : 임펠라의 폭(m)

D : 용선유로의 최대폭(m)

L : 단차부에서 임펠라까지의 거리(m)

H : 단차부의 높이(m)

Z : 용선의 깊이(m)

θ : 단차부의 기울기(勾配, 도)

M : 임펠라의 회전축 중심으로부터 첨가장치까지의 거리(m)

R : 임펠라의 회전축 중심으로부터 배재통까지의 거리(m)

발명자는 정련제가 용선 속에 확실히 들어가게 함으로써 정련처리의 효율을 향상시키는 방법에 대해 다양한 각도로 검증하였다.

구체적으로 발명자는 용선을 교반장치의 임펠라로 교반한다는 점과 용선을 낙하부에 의해 교반한다는 점에 착안하여 교반장치에 설치된 임펠라의 폭, 용선을 낙하시키는 단차부의 위치, 단차부의 높이, 단차부의 기울기(경사각도), 정련제를 첨가하는 첨가장치의 위치, 임펠라의 회전축의 위치에 대한 슬래그의 제거를 위한 배재통의 위치를 변경하여 탈황처리 또는 탈규소처리를 행하는 실험을 하였다.

실험 결과, 상기 임펠라의 폭이 식(11)을 만족하고, 단차부가 식(12)~(14)를 만족하고, 상기 첨가장치의 위치가 식(15)를 만족하고, 상기 배재통의 위치가 식(16)을 만족하도록 하면 정련제를 용선 안에 확실히 들어가게 하는 것이 가능하여 정련처리의 효율이 향상된다는 것을 알 수 있었다.

바람직하게는, 하기 식(11a)~하기 식(16a)를 만족하도록 설정한다.

0.55 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11a)

0 ＜ L/D ≤ 1.0 ‥‥ (12a)

H/Z ≥ 2.2 ‥‥ (13a)

θ ≥ 45 ‥‥ (14a)

0 ＜ M/D ≤ 0.66 ‥‥ (15a)

1.2 ≤ R/D ≤ 4.4 ‥‥ (16a)

본 발명의 제 4 국면으로는,

고로주상의 용선유로 안을 흐르는 용선에 정련제를 첨가하고, 임펠라를 용선에 침지하여 회전시켜 용선과 상기 정련제를 혼합되게 함으로써 용선을 연속적으로 정련하는 고로주상의 연속정련방법에 있어서,

상기 용선유로 내에 단차부를 배치하고 이 단차부로부터 용선을 낙하시켜 상기 단차부의 하류쪽에 상기 임펠라를 배치하여 용선을 교반하고,

상기 용선을 정련할 때 임펠라를 용선유로를 따라 다음식의 범위로 이동시킨다.

0 < L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

단,

D : 용선유로의 최대폭(m)

L : 단차부에서 임펠라까지의 거리(m)

발명자는 정련제가 용선속에 확실히 들어가게 함으로써 정련처리의 효율을 향상시킴과 아울러 용선유로에 설치된 내화물의 국부적인 손모를 방지하는 방법에 대하여 다양한 각도로 검증하였다.

구체적으로 발명자는 용선을 임펠라에 의해 교반하는 것과, 용선을 낙하시켜 교반하는 것 모두 교반 작용을 이용하여 확실히 정련제를 용선속으로 들어가도록 한다는 점에 착안하였다. 따라서, 용선유로 내에 단차부를 배치하고 이 단차부에서 용선을 낙하시켜 상기 단차부의 하류쪽에 상기 임펠라를 배치하여 용선을 교반하도록 하였다.

또한 발명자는 양자(兩者)에 의한 교반을 최대한 발휘시키기 위해서는 임펠라와 단차와의 위치관계가 중요하다고 생각하여 임펠라와 단차부와의 위치를 변화시킬때의 정련처리 효율에 대한 실험을 행하였다. 실험 결과 임펠라와 단차부와의 위치관계가 상기 식을 만족함에 따라 정련효율이 향상한다는 것을 알 수 있었다.

또한 내화물의 국부적인 손모를 방지하기 위해서는 정련처리를 할 때 용선을 교반하는 임펠라를 일정한 위치에 고정시키는 것이 아니라 임펠라를 상류쪽과 하류쪽의 범위로 이동시키는 것이 효과적이라고 생각하였다.

따라서, 발명자는 정련처리의 효율을 향상시키면서 내화물의 국부적인 손모를 방지하기 위하여 임펠라를 상기 식(0＜L/D≤1.5)을 만족하는 범위로 이동시키도록 하였다.

상기 방법을 실시하기 위한 고로주상 설비는,

고로에서 출선된 용선이 흐르는 용선유로와, 이 용선유로 안을 흐르는 용선에 정련제를 첨가하는 첨가장치와, 용선을 교반하는 임펠라를 갖는 교반장치를 구비한 고로주상설비에 있어서,

상기 용선유로의 상류쪽에는 용선을 낙하시키기 위한 단차부가 설치되고, 이 단차부의 하류쪽에 상기 임펠라가 위치하도록 교반장치가 설치되며,

상기 교반장치는 임펠라가 용선유로를 따라 다음 식의 범위내에서 이동 가능하도록 되어 있다.

0 < L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

단,

D : 용선유로의 최대폭(m)

L : 단차부에서 임펠라까지의 거리(m)

이에 따르면, 임펠라를 상기 식을 만족하는 범위로 이동시킴으로써 내화물의 국부적인 손모를 방지함과 아울러 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 5 국면으로는,

고로주상의 출선통내에 정련제를 첨가하고 임펠라에 의해 용선과 상기 정련제를 혼합하여 상기 용선을 연속적으로 정련하는 고로주상의 연속정련방법에 있어서,

상기 임펠라에 의한 선회류(旋回流)의 상기 출선통의 길이방향성분이 상기 용선흐름방향과 직교 또는 상기 용선흐름방향과 반대방향이 되는 영역에 있어서,

(ⅰ) 상기 임펠라의 상류(上流)쪽에서는 식(15b)를 만족하는 위치

(ⅱ) 상기 임펠라의 하류(下流)쪽에서는 식(15)를 만족하는 위치

의 적어도 한쪽에 정련제를 첨가한다.

0 ＜ M/D ≤ 0.5 ‥‥ (15b)

0 ＜ M/D ≤ 0.8 ‥‥ (15)

D : 용선유로의 최대폭(m)

M : 임펠라 회전축 중심으로부터 첨가장소까지의 거리(m)

(발명의 효과)

본 발명에 따른 연속정련방법에 의하면 정련효율이 향상함과 아울러 별 차이 없이 안정적으로 탈규소 또는 탈황처리를 할 수 있다.

본 발명에 따른 연속정련방법에 의하면 정련제를 용선 속으로 확실히 들어가게 함으로써 탈황처리나 탈규소처리 등의 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 연속정련설비에 의하면, 내화물의 국부적인 손모를 방지함과 아울러 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 연속정련방법에 의하면, 첨가된 정련제를 용선 속으로 확실히 집어넣음으로써 높은 반응효율을 얻을 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

1. 제 1 실시형태

본 발명의 연속정련방법을 적용하는 고로설비의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다. 단, 본 발명의 연속정련방법은 이 설비에만 적용되는 것은 아니다.

우선, 이하의 실시형태에서는 용선을 정련하는 정련제의 하나로서 탈규소제를 이용한 탈규소처리에 대하여 설명하나, 탈황제를 이용한 경우라도 마찬가지이다. 즉, 본 발명은 용선중에 정련제를 효율적으로 집어넣어 정련제와 용선과의 반응계면적을 크게하여 반응속도를 향상시키기 위한 최적의 수단을 나타낸 것으로, 탈규소처리와 마찬가지로 탈황처리라 하더라도 정련제의 종류나 조성에 의존하지 않고 정련특성이 높은 것은 같다.

도 1~3에서 나타난 바와 같이, 고로의 주위에는 고로주상(1)이 설치되어 있고, 이 고로주상(1)은 고로(2)로부터 출선된 용선이 흐르는 출선통(4)(용선유로)을 갖는다.

상기 출선통(4)의 중도부에는 배재통(5)이 분기(分岐)형성되어 있고, 출선통(4)의 분기부분의 하류근방에는 배재통(5)에 용선의 슬래그(6)가 흐르도록 안내하는 안내구(潛堰, diving dam)(7)가 설치되어 있다.

또한, 출선통(4)의 분기부분보다도 하류쪽에는 평면적으로 봤을때 대략 동그란 모양인 원형통(9)이 설치되어 있다. 출선통(4)에는 복수의 임펠라(10)가 배치된다. 상세히 말하자면 원형통(9)을 흐르는 용선을 교반하는 임펠라(10a, 교반날개)가 배치되든가 또는 상기 분기부분과 원형통(9)과의 사이에 다른 임펠라(10b)가 배치된다. 임펠라(10a 또는 10b)의 근방에는 정련제(22)를 첨가하는 첨가장치(12)가 설치된다.

따라서, 고로(2)에서 출선된 용선은 출선통(4)의 상류에서 하류쪽으로 흐르고, 용선상의 슬래그(6)는 안내구(7)에서 멈추게 되어 배재통(5)으로 흐르게 됨과 아울러 용선자체는 원형통(9)을 향하여 흐르게 된다. 그리고 첨가장치(12)에서 정련제(22)를 용선에 첨가하면서 용선에 침지시킨 임펠라(10a) 또는 임펠라(10b)를 회전시킴으로써 연속적으로 흐르는 용선을 탈규소처리할 수 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 출선통(4)은 저벽(底壁)(20)과 이 저벽(20)에 세워져있는 측벽(21)을 갖고, 측벽(21)이 저벽(20) 양 끝단부에서 윗쪽으로 감에 따라 서서히 바깥쪽으로 이행하는 것과 같은 단면대형상(斷面台形狀)으로 되어 있다. 저벽(20) 및 측벽(21)은 부정형(不定形)의 내화물을 부어넣어 형성한다.

다음으로 연속정련방법에서 사용하는 임펠라의 제조에 대하여 자세히 설명한다.

도 3, 4에서와 같이 임펠라(10a) 또는 임펠라(10b)는 내화물 등으로 구성되고, 통형상(筒狀) 또는 봉형상(棒狀)의 회전축(15)과 회전축(15)의 선단(先端)에 설치되는 복수의 날개(16)를 갖는다. 각 날개(16)의 기부(基部)(회전축(15)과의 접합부)의 높이(b0)는 날개(16)의 선단부(돌출선단부)의 높이(b1)보다도 크게 되도록 설정되어 있다.

즉, 임펠라(10a) 또는 임펠라(10b)의 각 날개(16)의 높이(b0, b1)는 식(1)을 만족하도록 설정되어 있다.

b0 ≥ b1 ‥‥(1)

다시 말하면 도 5(a)~(c)에서와 같이 날개(16)의 선단부의 종벽(縱壁)(16')과 날개(16)의 횡벽(橫壁)(16'')과의 각도θ가 90°이상 되도록 임펠라(10a) 또는 임펠라(10b)의 날개(16)가 구성된다. 임펠라(10a) 또는 임펠라(10b)의 날개부(16)의 형상은 도 5에서와 같이 측면에서 봤을때 장방형이어도 좋고, 대형상이라도 좋으며 원호상(선단무의 모떼기상)이라도 좋다.

임펠라(10a) 또는 임펠라(10b)의 매수는 3~6매로 설정되어 있다. 구체적으로 이 실시예에서는 도 1~5 및 도 6(a)에 나타난 바와 같이 날개(16)의 매수는 4매로 되어 있다. 각 날개(16)는 그 매수에 대응하여 회전축(15)에 대해 균등한 각도로 회전축(15)에 붙어있다. 날개(16)의 매수가 4매일 때에는 각 날개(16)간의 배치각도가 약 90°로 되도록 각 날개(16)가 회전축(15)에 붙어 있다.

또한 도 6(b)에서와 같이 날개(16)의 매수가 3매일 때에는 각 날개(16)간의 배치각도가 약 120°로 되도록 각 날개(16)가 회전축(15)에 붙어 있다.

도 6(c)에서와 같이 날개(16)의 매수가 6매일 때에는 각 날개(16)간의 배치각도가 약 60°로 되도록 각 날개(16)가 회전축(15)에 붙어 있다.

또한, 도 4에서와 같이 날개(16)의 폭(d)이 가장 떨어져 있는 2매의 날개(16)에 착안하여 각각의 돌출길이(날개(16)의 기부에서 날개(16)의 선단부까지의 길이)의 합계를 낸 것, 바꿔 말하면 기준이 되는 하나의 날개(16)의 돌출길이(d1)와 이 날개(16)에서 가장 떨어져 있는 다른 날개(16)의 돌출길이(d2)와의 합계를 냈을 때 이 날개(16)의 폭 d는 식(2)를 만족하도록 설정한다.

0.2 ≤ d/D ≤ 0.8 ‥‥(2)

단,

D : 용선유로의 최대폭(m)

구체적으로는 도 6(a)에서와 같이 날개(16)의 매수가 4매일 때에는 제 1 날개(16a)의 돌출길이(d1)와 제 3 날개(16c)의 돌출길이(d2)와의 합계가 날개(16)의 폭(d)이 된다.

도 6(b)에서와 같이 날개(16)의 매수가 3매일 때에는 제 1 날개(16a)의 돌출길이(d1)와 제 2 날개(16c)의 돌출길이(d2)와의 합계가 날개(16)의 폭(d)이 된다.

도 6(c)에서와 같이 날개(16)의 매수가 6매일 때에는, 예컨대 제 1 날개(16a)의 돌출길이(d1)와 제 4 날개(16d)의 돌출길이(d2)와의 합계가 날개(16)의 폭(d)이 된다. 또한 임펠라(10a) 또는 임펠라(10b)의 날개(16)의 폭(d)은 해당 임펠라(10)의 배치장소에 따라 변경되도록 되어 있다.

식(2)의 용선유로의 최대폭 D는 출선통(4)에 용선을 흐르게 했을 때의 용선과 출선통(4)(출선통(4)의 측벽(21))이 접촉하고 있는 접촉부분에서의 해당 출선통(4)의 최대폭이다. 다시 말하면 용선유로의 최대폭 D는 출선통(4)에 용선을 통과시켰을 때, 출선통(4) 안을 흐르는 용선의 최대폭이다. 도 4에서와 같이 출선통(4)의 형상이 단면으로 보아 사다리꼴 형상일 때에는 출선통(4)을 흐르는 용선의 탕면(湯面)폭이 용선유로의 최대폭 D가 된다.

또한 식(2)에 있어서, 용선유로의 최대폭 D를 채용할 경우, 출선통(4)의 직선부분에 배치된 임펠라(10b)에 대해서는 해당 임펠라(10b)를 침지한 장소(교반장소)의 근방의 것으로 채용하고, 원형통(9)에 배치된 임펠라(10a)에 대해서는 해당 임펠라(10a)를 침지한 장소(교반장소)의 근방의 것을 채용한다.

임펠라의 구성은 이와 같은데, 이렇게 구성한 임펠라를 다음과 같이 이용하여 효율적인 연속탈규소 처리를 행할 수 있다. 이하 연속정련방법에 대하여 설명한다.

우선, 고로(2)의 출선구에서 출선통(4)에 용선이 출선되었을 때, 출선통(4)을 흐르는 용선에 첨가장치(12)를 이용하여 정련제(22)를 첨가한다. 이 때, 상기와 같이 구성된 임펠라(10a, 10b)가 식(3), 식(4)를 만족하도록 용선 내에 침지하여 회전시켜서 용선과 정련제를 혼합한다.

0 ＜ h1/Z ≤ 0.4 ‥‥ (3)

0 ＜ h2/Z ≤ 0.4 ‥‥ (4)

단,

Z : 용선유로 내에 흐르는 용선의 최대깊이(m)

h1 : 날개 기부의 상단에서 용선 상면(上面)까지의 거리(m)

h2 : 날개 기부의 하단에서 용선유로(流路)의 저부(低部) 최심부(最深部)까지의 거리(m)

또한, 임펠라(10)를 용선에 침지했을 때 h1/Z+h2/Z+b0/Z=1.0의 관계식을 만족하고, 이 식과 식(3) 및 식(4)를 만족하도록 날개(16)의 높이(b1)를 설정한다.

탈규소처리가 완료된 용선은 하류로 흘러 용선을 운반하는 혼선차(토피도 카)로 장입(裝入)된다.

이와 같이 함으로써 탈규소효율이 향상됨과 아울러 오차 없이 안정적으로 탈규소를 행할 수 있게 된다.

실시예 1

이하, 날개(16)의 매수가 3~6매이고, 또한 식(1), 식(2)를 만족하도록 임펠라(10)를 제작하고, 이 임펠라(10)를 이용하여 탈규소처리를 행한 실시예와, 식(1), 식(2)를 만족하지 않는 임펠라(10)를 제작하고, 이 임펠라(10)를 이용하여 탈규소처리를 행한 비교예를 예시하여 설명한다. 또한 실시조건은 표 1과 같았다.

<표 1>

용선중의 규소(Si)는 탈규소제(11) 중의 산소(O)와 반응하고, Si+2O=SiO₂의 반응식에 따라 (SiO₂)로서 용선에서 제거된다. 용선에 첨가된 탈규소제(11)가 효율적으로 탈규소반응에 기여했는지를 나타내는 지표로서 식(5)에 나타난 탈규산소 효율을 이용하였다.

탈규산소효율은 탈규소제(11) 중의 산소분에 대하여 용선중의 Si의 산화에 사용된 산소분의 비율을 나타낸 것이다.

(수식 1)

표 2, 도 7~10은 복수의 임펠라(10)를 이용하여 탈규소처리를 행했을 때의 탈규산소 효율에 대하여 정리한 것이다. 이하 표 2, 도 7~10에 나타난 결과에 대하여 설명한다.

또한, 표 2의 교반위치의 란에서의 「통()」은 출선통(4)의 직선부분을 나타내고, 「원형반응통」은 원형통(9)을 나타낸다.

실제의 조업에 있어서 용선 통과속도와 탈규소제의 투입속도라는 제약하에서 투입 가능한 탈규소제의 최대(最大)원단위(原單位)는 60kg/ton이고, 탈규산소효율이 60% 미만일 경우에는, 출선시의 최대규소(Si)가 약 0.7질량%로 높게 되면 과반량(過半量) 처리후의 규소(Si)가 0.25질량%를 넘어버리게 된다. 따라서 탈규산소효율을 60% 이상 확보할 필요가 있다.

<표 2>

[ 임펠라의 날개 매수에 대하여]

표 2와 도 7에서와 같이, 날개(16)의 매수가 3매 미만으로 날개(16)의 매수가 적고, 탈규산소효율은 60% 미만이었다(비교예 12, 13). 이것은 날개(16)의 매수가 적으므로 임펠라(10)를 회전시킬때 탈규소제(11)를 용선에 넣을 능력(교반능력)이 적어진 것이 원인인 것으로 추정된다.

한편, 날개(16)의 매수를 6매보다도 많게 하면 탈규산소효율이 60% 미만으로 되었다(비교예 14). 이것은 날개(16)의 매수가 너무 많으므로 임펠라(10)를 회전시킬때에 탈규소반응으로 생긴 슬래그(6)가 날개(16)에 달라붙기 쉬워져 슬래그(6)가 이 날개(16)에 착 달라붙어 둥근 형상으로 굳어버리는 것이 원인으로 추정된다. 둥근 형상의 굳어진 슬래그(6)가 붙어있는 채로 임펠라(10)를 회전하면 회전력이 약해지고 그때문에 반응효율이 나빠진다.

따라서, 날개(16)의 매수는 교반능력을 높이는 동시에 슬래그(6)가 잘 달라붙지 않는 3매~6매로 하는 것이 바람직하고, 이렇게 함으로써 탈규산소효율을 60% 이상으로 할 수 있었다.

[날개의 폭과 용선유로의 최대폭의 관계에 대하여]

표 2와 도 8에서와 같이, 날개(16)의 폭과 용선유로의 최대폭과의 관계가 d/D<0.2일 때 탈규산소효율이 60% 미만으로 떨어졌다(비교예 19, 20).

이것은 임펠라(10)를 침지했을 때 용선유로의 최대폭에 대한 임펠라(10)의 침지폭(폭 d)이 작은 것을 의미하고, 임헬라(10)를 회전시켜도 임펠라(10)의 근방을 흐르는 일부 용선에만 교반력을 부여할 뿐 임펠라(10)로부터 떨어져 흐르는 용선에는 충분한 교반력을 주지 않는 것이 원인으로 추정된다.

즉, 출선통(4)을 형성하는 측벽(4a)측을 흐르는 용선은 임펠라(10)의 날개(16)로부터 떨어진 곳을 통과하기 때문에 그다지 교반되지 않는다. 교반력을 충분히 부여하지 않은 용선은 그대로 상류에서 하류쪽으로 흘러버려 탈규소제(11)와의 혼합이 충분히 이뤄지지 않는다.

한편, 날개(16)의 폭과 용선유로의 최대폭과의 관계가 d/D>0.8일 때, 탈규산소효율이 60% 미만으로 떨어졌다(비교예 15, 16).

이것은 임펠라(10)를 침지했을 때 용선유로의 최대폭에 대한 임펠라(10)의 침지폭(폭 d)이 너무 큰 것을 의미하고, 임펠라(10)를 회전시켜도 탈규소제(11)를 해당 용선 내로 끌어들이기 위한 소용돌이를 용선의 표면에 발생시키지 못하여, 오히려 반응효율이 나빠졌다.

따라서 날개(16)의 폭과 용선유로의 최대폭과의 관계는 용선유로의 직경 또는 폭에 대해 날개(16)의 폭(d)이 너무 크지도 작지도 않은 식(2)와 같이 하는 것이 바람직하고, 이렇게 함으로써 탈규산소효율을 60% 이상으로 할 수 있었다.

[용선의 최대깊이와 날개 기부 상단에서 용선 상면까지의 거리에 대하여]

표 2와 도 9에서와 같이, 날개(16) 기부의 상단이 용선상면과 맞닿게 되어 있다. 즉, 용선의 최대깊이와 날개(16)의 기부 상단에서 용선상면까지의 거리와의 관계가 h1/Z=0일 때, 탈규산소효율이 60% 미만이 되었다(비교예 14, 15, 21).

이것은 임펠라(10)를 회전시켜도 날개(16)의 기부 상단이 용선의 상면, 즉 탈규소제(11)와 용선의 욕면(浴面)과의 경계를 회전할 뿐, 탈규소제(11)를 충분히 용선 안으로 끌어들이는 것이 불가능하기 때문으로 생각된다.

한편, 용선의 최대깊이와 날개(16)의 기부 상단에서 용선 상면까지의 거리와의 관계가 h1/Z＞0.4일 때 탈규산소효율이 60% 미만으로 되었다(비교예 20).

이는 용선에 대해 임펠라(10)의 날개(16)를 깊게 침지해 임펠라(10)를 회전시켜도 임펠라(10)의 근방을 흐르는 일부 용선에만 교반력을 줄 뿐 날개(16)의 윗쪽을 흐르는 용선에는 충분한 교반력을 줄 수 없기 때문으로 생각된다. 날개(16)의 윗쪽을 흐르는 용선은 그대로 상류에서 하류로 흘러버려 탈규소제(11)와의 혼합이 충분히 이뤄지지 않는다.

따라서 용선의 최대 깊이와 날개(16)의 기부 상단에서 용선 상면까지의 거리와의 관계는 임펠라(10)가 용선에 너무 뜨지도 너무 가라앉지도 않도록 식(3)과 같이 하는 것이 바람직하고, 이렇게 함으로써 탈규산소효율을 60% 이상으로 할 수 있었다.

[용선의 최대깊이와 날개의 기부 하단에서 용선유로의 저부 최심부까지의 거리에 대하여]

표 2와 도 10에서 볼 수 있듯이, 날개(16)의 맨 끝의 하단이 용선유로의 저부 최심부에 접촉하고 있는 상태로 되어 있다. 즉 h2/Z=0일 때에는 용선유로의 저부의 최심부와 날개(16)가 접촉하여 조업(操業) 자체가 성립하지 않는다.

한편 임펠라(10)의 날개(16)를 용선유로의 저부 최심부에서 떨어지게 하고 용선의 최대깊이와 날개(16)의 맨끝의 하단에서 용선유로의 저부 최심부까지의 거리와의 관계를 h2/Z＞0.4로 했을 때 탈규산소효율이 60% 미만으로 되었다(비교예 13, 21, 22).

이는 용선에 대하여 임펠라(10)의 날개(16)를 그다지 가라앉히지 않았기 때문에 임펠라(10)의 근방을 흐르는 일부 용선에만 교반력을 줄 뿐 날개(16)의 아래쪽을 흐르는 용선에 대해서는 충분한 교반력을 줄 수 없었기 때문으로 생각된다. 날개(16)의 아래쪽을 흐르는 용선은 그대로 상류에서 하류로 흘러버려 탈규소제(11)과의 혼합이 충분히 이뤄지지 않는다.

따라서, 용선의 최대깊이와 날개(16)의 맨끝 하단에서 용선유로 저부의 최심부까지의 거리와의 관계는 임펠라(10)가 용선에 대해 너무 뜨지도 너무 가라앉지도 않도록 식(4)와 같이 하는 것이 바람직하고, 이렇게 함으로써 탈규산소효율을 60% 이상으로 할 수가 있었다.

이상, 임펠라(10)의 날개(16) 매수를 3~6매로 함과 아울러 날개를 식(1), 식(2)를 만족하도록 하고, 이 임펠라(10)를 탈규소처리할 때 식(3), 식(4)를 만족하도록 용선에 침지하여 회전시킴으로써 탈규소효율을 향상시킴과 동시에 별 차이(오차) 없이 안정적으로 탈규소를 행할 수 있었다.

실시예 2

탈규소처리와 마찬가지로 해당 임펠라를 이용하여 탈황처리를 행한 실시예에 대하여 설명한다. 또한 실시조건은 표 3과 같았다. 또한 표 4에 실시결과를 나타내었다.

<표 3>

<표 4>

용선에 첨가된 탈황제(정련제)가 효율적으로 탈황반응에 기여했는가를 나타낸 지표로서 식(6)의 탈황효율을 이용하였다.

<수 2>

탈규소처리와 마찬가지로 탈황처리에 있어서도 임펠라의 날개 매수 및 식(1)~(4)를 만족시키면 탈황효율이 향상되는 것을 알 수 있다.

탈황효율이 50% 미만인 경우 다시 추가로 탈황공정이 필요하게 되는 경우가 생겨 생산성 저하나 열 손실을 초래하기 때문에 조업상 바람직하지 않다. 따라서 탈황효율은 50% 이상 확보할 필요가 있다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 상기 실시형태에서는 하나의 임펠라(10)에서 용선을 교반하여 탈규소처리 또는 탈황처리를 행하고 있지만, 임펠라(10)는 통(4)(출선통(4)의 직선부분) 혹은 원형통(9) 내에 다수 설치되어도 상관없다.

상기 실시형태는 출선통(4)이 단면으로 보았을때 사다리꼴인 경우에 대하여 설명하고 있는데 도 11에서와 같이 용선의 유동에 따른 침식에 의해 출선통(4)이 단면이 대략 원호상으로 변화해도 본 발명의 조건을 채용하는데 있어 아무런 문제가 없다.

2. 제 2 실시형태

이하 본 발명으 l제2 실시형태의 고로주상설비에 대하여 설명한다.

도 12, 13에 보이는 바와 같이, 고로(2)의 주위에는 고로주상(1)이 설치되어 있고, 이 고로주상(1)은 고로(2)에서 출선된 용선이 흐르는 출선통(4)을 갖는다.

출선통(4)은 고로(2)에서 출선된 용선을, 용선을 넣는 용선래들이나 혼선차 등에 유도하는 용선유로이다. 도 12의 좌측에서 우측으로 용선이 흐르므로 도 12의 좌측을 상류, 도 12의 우측을 하류라 부르기로 한다.

출선통(4)의 상류측에는 제 1 배재통(5)이 분기형성되어 있고, 이 제 1 배재통(5)의 분기점보다도 하류쪽에는 용선 위에 떠다니는 슬래그(6)가 제 1 배재통(5)으로 흐르도록 안내하는 제 1 안내구(diving dam)(7)가 설치되어 있다. 이 안내구는 네모난 모양으로, 하부가 출선통(4)의 저부에서 떨어져 있고, 상부가 용선에서 돌출되어 있는 일종의 멈추개로서, 용선 위에 떠다니는 슬래그를 막아서, 용선 자체만 아래쪽으로 통과하도록 한 것이다.

제 1 안내구(7)의 하류쪽에는 출선통(4)의 저부에서 위쪽으로 돌출된 단차부(段差部)(8)가 설치되어 있다. 이 단차부(8)는 출선통(4)의 상류쪽 저부(4a)(다시 말하면 제 1 안내구(7)에 가까운 저부)에서 대략 직각으로 세워진 수직부(8a)와, 이 수직부(8a)에서 하류쪽으로 향해 수평으로 뻗은 수평부(8b)와, 이 수평부(8b)에서 출선통(4)의 하류쪽 저부(4b)로 향해 경사진 경사부(8c)를 갖는다.

단차부(8)의 하류쪽에는 회전에 의해 용선을 교반하는 임펠라(10)를 갖는 교반장치(11)가 배치되어 있고, 이 임펠라(10)의 하류쪽에는 정련제를 첨가하는 첨가장치(12)가 배치되어 있다.

첨가장치(12)의 하류쪽에는 임펠라(10)에서 교반한 뒤 생성된 슬래그(14)를 제거되게 하는 제 2 배재통(13)이 분기(分岐)형성되어 있다. 제 2 배재통(13)의 분기점보다도 출선통(4)의 하류쪽에는 임펠라(10)에 의해 교반된 뒤 생성된 슬래그(14)를 제 2 배재통(13)으로 흐르도록 안내하는 제 2 안내구(18)가 설치되어 있다.

도 16에서 보이는 바와 같이, 출선통(4)은 저부(4a) 또는 저부(4b)를 구성하는 저벽(20)과, 이 저벽(20)에 세워진 측벽(21)을 갖고, 측벽(21)이 저벽(20)의 양단부에서 위쪽으로 감에 따라 서서히 외벽으로 이행하는 듯한, 단면이 사다리꼴 형상으로 되어 있다. 저벽(20) 및 측벽(21)은 부정형(不定形)의 내화물이 흘러들어가게함으로써 형성된다.

이하 단차부(8), 교반장치(11), 첨가장치(12), 제 2 배재통(13)에 대하여 상세히 설명한다.

[ 교반장치에 대하여]

도 24, 25에서와 같이 교반장치(11)는 용선을 교반하는 임펠라(10)와, 이 임펠라(10)를 회전구동시키는 구동부(30)와 임펠라(10) 및 구동부(30)를 승강(昇降)시키는 승강부(31)를 갖는다.

구동부(3)는 임펠라(10)를 회전시키기 위한 구동모터(32)와 구동모터(32)에서 아래쪽으로 돌출된 출력축인 제 1 회전축(33)과, 이 제 1 회전축(33)의 맨 끝에 붙어있는 제 1 톱니바퀴(34)와, 이 제 1 톱니바퀴(34)에 치합하는 제 2 톱니바퀴(35)와, 이 제 2 톱니바퀴(35)가 상단(上端)에 설치되고, 또한 축심(軸芯)이 상하로 향한 제 2 회전축(36)을 갖는다. 이들 구동모터(32), 제 1 회전축(33) 및 제 2 회전축(36)은 지지체(支持體)(37)에 배치되어 구비된다.

제 2 회전축(36)은 상하 한쌍의 베어링(38)에 의해 지지체(37)에 회전(回轉)자유로이 지지되어 있다. 제 2 회전축(36)의 하부에는 후술하는 임펠라(10)의 회전축(15)와 제 2 회전축(36)과 같은 축(軸)상에 접속하는 접속구(39)가 설치되어 있다.

승강부(31)는 한쌍의 실린더(잠금장치가 달린 에어실린더)(40)를 가지며, 이 실린더(40)는 그 축심을 상하로 향하여 지지체(37)의 양측에 배치되어 있다.

실린더(40)의 실린더 본체(41a)는 디딤판(42) 위에 고정된 프레임(41)에 붙어있다. 실린더(40)의 로드(rod)(40b)의 맨끝은 지지체(37)에 접속되어 있어, 로드(40b)의 신축(伸縮)에 의해 지지체(37)를 승강할 수 있게 되어 있다.

임펠라(10)는 통형상 또는 봉형상의 회전축(15)과 회전축(15)의 맨끝에 설치되어있는 복수의 날개(16)를 갖는다.

임펠라(10)의 회전축(15)은 출선통(4)의 위쪽에 설치되어 출선통(4)을 덮는 용선통 커버(43)를 관통함과 동시에 용선통커버(43)의 위쪽에 설치된 디딤판(42)을 관통한다. 회전축(15)의 상단은 접속구(39)를 끼고 구동부(30)의 제 2 회전축(36)에 접속되어 있다.

임펠라(10)의 각 날개(16)는 회전축(15)의 맨끝에서 경(徑) 바깥방향으로 돌출된 대략 네모형상의 것이다. 여기에서 임펠라(10)의 날개(16)의 매수는 4매로 되어 있다. 각 날개(16)는 그 매수에 따라 회전축(15)에 대해 균등한 각도(예컨대 90도)의 간격으로 회전축(15)에 붙어 있다.

임펠라(10)의 폭은 식(11)을 만족하도록 설정되어 있다.

0.3 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11)

단,

d : 임펠라의 폭(m)

D : 용선유로의 최대폭(m)

도 14~16에서와 같이, 임펠라의 폭(d)은 서로 대향되어있는 각각의 날개(16)의 폭(회전축(15)에서 돌출되어 있는 길이)와 회전축(15)의 직경과를 가산(加算)한 것이다(d=d1+d2+d1). 즉, 임펠라의 폭(d)이 식(11)을 만족하도록 날개(16)의 폭 및 회전축(15)의 직경이 설정되어 있다.

용선유로의 최대폭(D)은 출선통(4)에 용선을 흐르게 했을 때, 용선과 출선통(4)(출선통(4)의 측벽(21))이 접촉되어 있는 접촉부분에 있어서, 해당 출선통(4)의 최대폭이다. 다시 말하면, 용선유로의 최대폭(D)은, 출선통(4)에 용선을 통과시켰을 때 출선통(4) 안을 흐르는 용선의 최대폭이다. 도 16에서와 같이 출선통(4)의 형상은 단면으로 보아 사다리꼴 형상일 때에는 출선통(4)을 흐르는 용선의 탕면(湯面)의 폭이 용선유로의 최대폭(D)이 된다.

또한, 출선통(4)에 있어서, 용선유로의 최대폭(D)을 채용하는 장소는 임펠라(10)를 침지한 장소(교반장소)의 근방으로 하는 것이 바람직하다.

교반장치(11)에 따르면, 구동모터(32)를 구동시킴으로써 제 2 회전축(36)을 회전구동시키는 것이 가능하고, 제 2 회전축(36)의 회전에 의해 임펠라(10)의 날개(16)를 임펠라(10)의 회전축(15) 주위로 회전시키는 것이 가능하다.

또한, 교반장치(11)의 승강부(31)에서 지지체(37)를 승강시킴으로써 임펠라(10)의 날개(16)를 용선에 침지하는 침지자세와 임펠라(10)의 날개(16)를 용선에 침지하지 않은 퇴피(退避)자세로 자세변경하는 것이 가능하다.

탈규소처리 및 탈황처리를 행할 때는 승강부(31)에 의해 지지체(37)를 하강시켜 임페라(10)의 날개(16)를 침지하는 자세로 한 후 구동모터(32)를 구동하여 용선에 침지시킨 날개(16)를 회전시킨다.

[ 단차부(段差部)에 대하여]

단차부(8)가 식(12)~식(14)를 만족하도록 단차부(8)의 위치, 단차부(8)의 높이(H) 및 기울기(경사각도)가 설정된다.

0 ＜ L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

H/Z ≥ 1 ‥‥ (13)

θ ≥ 30 ‥‥ (14)

단,

L : 단차부에서 임펠라까지의 거리(m)

H : 단차부 높이(m)

Z : 용선 깊이(m)

θ : 단차부의 기울기(勾配, 도)

도 14, 15에서와 같이 단차부에서 임펠라까지의 거리(L)는 용선과 단차부(8)의 경사부(8c)가 접촉되어 있는 접촉부분(T)에서 날개(16)를 회전시켰을 때의 궤도(K)까지의 수평거리이다. 바꿔말하면 단차부에서 임펠라까지의 거리(L)는 용선과 단차부(8)의 경사부(8c)가 접촉하고 있는 접촉부분에서 날개(16)의 끝단부까지의 수평거리이다.

단차부(8)으 높이(H)는 단차부(8)보다도 하류쪽의 출선통(4) 저부(4b)에서 단차부(8)의 수평부(8b)까지의 거리이다. 용선의 깊이(Z)는 단차부(8)보다 하류쪽에서의 용선 깊이를 나타낸 것이다. 용선의 깊이(Z)는 출선할때마다 비슷하다. 식(14)에서의 θ는 용선유로의 수평 저면에 대한 단차부(8)의 기울기로서, 자세히는 출선통(4)의 평탄한 저부(4b)와, 저부(4b)에 세워진 경사부(8c)가 이루는 협각(狹角)을 말한다.

[첨가장치에 대하여]

도 24에서와 같이 첨가장치(12)는 정련제를 저장하는 호퍼(hopper)(45)와, 호퍼(45)의 하부에서 배출된 정련제를 잘게 잘라내는 잘라냄부(46)와, 잘라낸 정련제를 반송(搬送)하는 스크류콘베이어(47)와, 스크류콘베이어(47)의 정련제가 배출되는 쪽(선단부(先端部)라고 한다)에 설치된 제(劑)투입 란스(17)를 갖는다.

스크류콘베이어(47)는 출선통(4)을 따라 뻗은 통체(48)와 이 통체(48) 내에 해당 통체의 축심과 동축상에 설치되고, 또한 통체(48) 안을 자유롭게 회전하는 스크류(49)를 가지며, 스크류(49)의 회전에 의해 잘라냄부(46)에서 잘라져나온 정련제를 제투입란스(17) 쪽으로 반송하도록 구성되어 있다.

제투입란스(17)는 그 축심이 상하로 향해있고, 용선통커버(43) 및 디딤판(42)을 관통한다. 제투입란스(17) 상단은 스크류콘베이어(47)의 맨 끝에 접속되고, 제투입란스(17)의 하단은 용선의 윗쪽과 통해 있다.

첨가장치(12)의 위치가 식(15)을 만족하도록 첨가장치(12)의 위치가 설정되어 있다.

0 ＜ M/D ≤ 0.8 ‥‥ (15)

단,

M : 임펠라의 회전축 중심에서 첨가장소까지의 거리(m)

첨가장치(12)의 위치는 통형상의 제투입란스(17)의 중심위치이다. 식(15)의 M은 상세히는 임펠라(10)의 회전축(15)의 중심(축심)로부터 제투입란스(17)의 중심(축심)까지의 수평거리를 말한다. 즉, 식(15)를 만족하도록 제투입란스(17)의 중심위치가 설정되어 있다.

첨가장치(12)에 따르면, 스크류콘베이어(45)를 회전시킴으로써 정련제를 제투입란스(17)까지 반송하여, 제투입란스(17)를 끼워 용선에 정련제를 연속적으로 첨가하는 것이 가능하였다.

[제 2 배재통에 대하여]

배재통(제 2 배재통(13))의 위치가 식(16)을 만족하도록 설정되어 있다.

1.2 ≤ R/D ≤ 5 ‥‥ (16)

단,

R : 임펠라의 회전축 중심에서 배재통까지의 거리(m)

제 2 배재통(13)의 위치는 단면이 네모형상인 제 2 배재통에 있어서, 하류쪽의 측벽(13a)(측벽(13a)의 상단)에 위치한다. 식(16)에서의 R은 임펠라(10)의 회전축(15)의 중심에서 제 2 배재통(13)의 하류쪽의 측벽(13a)(측벽(13a)의 상단)까지의 수평거리를 말한다.

이상, 본 발명의 고로주상설비는 식(11)~식(16)을 토대로 하여 임펠라(10)의 폭, 단차부(8)의 위치, 단차부(8)의 높이 및 기울기, 첨가장치(12)의 위치, 제 2 배재통(13)의 위치가 설정되어 있다.

고로주상장치(1)에 따르면, 고로(2)에서 출선된 용선은 제 1 가이드(7) 밑을 통과하여 단차부(8)를 향해 하류쪽으로 흐르고, 슬래그(6)는 제 1 배재통(5)을 흐른다. 그리고, 단차부(8)를 향해 흐른 용선은 단차부(8)의 수평부(8b)를 통과하고, 단차부(8)의 경사부(8c)에 도달하여 경사부(8c)를 따라 더욱 하류쪽으로 흐르게 된다.

경사부(8c)에 도달한 용선은 경사부(8c)를 따라 흐르는데, 이 때 이 용선은 단차부(8)(수평부(8b))에서 출선통(4)의 저부(4b)를 향해 낙하하게 된다. 단차부(8)에서 낙하한 용선은 단차부(8)에서 낙하됨으로 인해 교반된다.

단차부(8)에서 낙하하여 교반된 용선은 임펠라(10)에 도달하고, 이 임펠라(10)에 의해 기계교반되어 임펠라(10)보다도 더욱 하류쪽으로 흐르게 된다. 첨가장치(12) 부근에 도달한 용선에는 정련제(예컨대 탈규소제 또는 탈황제)가 첨가되어 용선의 탈규소나 탈황이 행해진다.

탈규소처리 또는 탈황처리된 용선은 제 2 가이드(18) 밑을 통과하여 단차부(8)를 향해 하류쪽으로 흐르고, 임펠라(10)의 교반 또는 정련제의 첨가에 의해 생성된 슬래그(14)는 제 2 배재통(13)으로 흐르게 된다.

실시예 3

이하, 식(11)~식(16)을 토대로 하여 임펠라의 폭, 단차부 위치, 단차부의 높이 및 기울기, 첨가장치의 위치, 제 2 배재통의 위치를 미리 설정함으로써 탈규소처리 또는 탈황처리를 행한 본 발명 실시예와 비교예를 예시하여 설명한다. 실시조건은 표 5와 같았다.

또한 출선통(4)은 도 16에서와 같이 출선하기 전에 단면이 사다리꼴인 것을 사용하였다.

<표 5>

상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 용선에 첨가된 탈규소제가 효율적으로 탈규소반응에 기여하는가를 나타내는 지표로서, 식(5)에 나타난 탈규산소효율 η_O2를 이용하고, 또한 용선에 첨가된 탈황제(정련제)가 효율적으로 탈황반응에 기여했는가를 나타내는 지표로서 식(6)의 탈황효율 η_S를 이용하였다.

정련제의 조성은 탈규소제의 경우 FeO 및/또는 Fe₂O₃를, 탈황제의 경우 CaO를 함유하고 있으면 된다. 이 실시형태에서는 탈규소제로서 5FeO-58Fe₂O₃-21CaO-8SiO₂(질량%), 탈황제로서 80CaO-3SiO₂-3MgO-6Al₂O₃-8M.Al(질량%)를 이용하였다.

종래와 같은 기계적인 교반뿐인 정련에서는 같은 탈규소제 원단위로 비교했을 경우 탈규산소효율 η_O2가 30~40%이었다. 그에 비추어, 우선 탈규산소효율 η_O2은 고효율인 50% 이상 되는 것을 기준으로 하였다. 이 경우 출선시의 규소(Si)가 0.38~0.42질량%이었지만, 처리후의 규소(Si)는 0.25질량% 이하로 되었다.

마찬가지로, 같은 탈황제 원단위로 비교했을 경우, 탈황효율 η_S은 30~40%였다. 이에 비추어, 우선 탈황효율 η_S은 고효율인 50% 이상이 되는 것을 기준으로 하였다. 이 경우, 출선시의 유황(S)이 0.022~0.023질량%였으나, 처리후의 유황(S)은 0.010질량% 이하로 되었다.

탈규산소효율 η_O2의 기준을 50% 이상으로 함으로써 본 처리의 후공정에 행해지는 탈인(脫燐)처리의 효율(탈인시간의 단축, 탈인량의 향상)을 향상시킬 수 있었다.

또한 탈황효율 η_S이 50% 미만인 경우, 다시 추가적으로 탈황공정이 필요하게 될 경우가 생겨 생산성 저하나 열 손실을 초래하기 때문에 조업상 바람직하지 않다. 따라서 탈황효율 η_S은 50% 이상 확보할 필요가 있다.

실제 조업에 있어서는 고로(2)에서 출선되는 용선의 규소(Si)가 0.50질량%로 비교적 고농도로 되는 경우가 있고, 이런 경우라 하더라도 처리후의 규소(Si)를0.25질량% 이하로 하기 위해서는 탈규산소효율 η_O2의 기준을 60% 이상으로 할 필요가 있다.

따라서 고로(2)에서 출선된 용선의 규소(Si)가 비교적 고농고일 경우에는 탈규산소효율 η_O2의 기준을 60% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 후공정에서 일어날 가능성이 있는 복황(復硫)에 대응하기 위하여 탈황효율 η_S을 60% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

표 6, 도 17~22는 탈규소처리 또는 탈황처리를 행했을 때의 탈규산소효율 η_O2, 탈황효율에 대해서 정리한 것이다. 이하, 표 6, 도 17~22에 나타난 결과에 대하여 설명한다.

또한, 표 6에 나타난 직선통은 도 12에서와 같은 출선통(4)의 직선부분에서 임펠라(10)를 침지시킴과 아울러 정련제를 첨가한 것을 나타낸 것이다. 또한, 표 6에 나타낸 둥근 환통(丸)은 도 23에서와 같은 출선통(4)의 원호부분에서 임펠라(10)를 침지시킴과 아울러, 정련제를 첨가한 것을 나타낸다. 환통의 경우 용선유로의 최대폭(D)은 원호부분에 있는 것으로 하였다.

<표 6>

[ 임펠라의 폭에 대하여]

고로주상에서의 정련처리는, 출선통(4)을 흐르는 용선에 대하여 탈규소처리 또는 탈황처리를 행할 때부터 탈규소제 또는 탈황제를 연속적으로 첨가할 필요가 있다.

정련처리에서는 정련제를 연속적으로 첨가할 경우라 하더라도 정련제를 확실히 용선속으로 넣는 것이 중요하다. 용선유로의 최대폭(D)에 대해서 임펠라(10)의 폭(d)이 작으면 임펠라(10)의 회전에 의해 생기는 교반 소용돌이도 작아지게 되어(교반력이 적음), 일부 혹은 대부분의 정련제가 용선 안으로 들어가지 못하게 되어 반응에 기여하지 못한 채 상류에서 하류로 흘러가게 되고, 그 결과 반응효율이 저하된다.

표 6이나 도 17에서 보이는 바와 같이, 용선유로의 최대폭(D)에 대하여 임펠라(10)의 폭(d)의 비율을 나타낸 d/D가 0.3 미만일 때, 즉 용선유로의 최대폭(D)에 대하여 임펠라(10)의 폭(d)이 작아지면 탈규산소효율 η_O2가 50% 미만으로 되었다(비교예 45~47).

한편, 표 6이나 도 17에서와 같이, 0.3≤d/D＜1일 때, 즉 용선유로의 최대폭(D)에 대하여 임펠라(10)의 폭(d)가 충분히 커지면 교반력이 커져 탈규산소효율 η_O2가 50% 이상으로 된다(실시예 1~44).

또한, 식(11)을 만족하는 경우 d/D≒1일 때, 출선통(4)에 대한 임펠라(10)의 상하방향 위치에 따라서 임펠라(10)가 출선통(4)에 접한다. 즉, 임펠라(10)의 폭(d)과 용선유로의 최대폭(D)이 같게 될 경우가 있다. 이 조건에서는 임펠라(10)가 출선통(4)과 접촉하여 임펠라(10) 자체를 회전시킬 수 없게 되어 조업으로서 성립되지 않는다. 식(11)의 적용에 있어서는, 임펠라(10)와 출선통(4)이 접촉하지 않는 범위, 즉 임펠라(10)가 회전할 수 있는 조건으로 식(11)을 만족하도록 하는 것이 당연하다.

도 17에서와 같이, 탈규산소효율 η_O2가 60% 이상이 되는 조건, 즉

0.55 ≤ d/D ＜ 1 ‥‥ (11a)

을 고로주상의 연속정련방법의 조건으로서 채용하는 것이 매우 바람직하다.

[ 단차부 및 단차부의 위치에 대하여]

출선통(4)에 단차부(8)를 설치하여 용선을 낙하시키고, 이 낙하로 인해 용선에 난류(亂流)를 발생시키는 것이 가능하다. 발생한 용선의 난류에 의해 용선은 교반되기 때문에 정련제를 용선에 넣게 되는 효과를 기대할 수 있다.

즉, 임펠라(10)보다도 하류쪽에서 첨가된 정련제의 일부는 임펠라(10)의 회전에 의해 단차부(8)의 경사부(8c)를 향해 돌아오게 되는 일도 있지만, 단차부(8)로 돌아온 미반응 정련제를 단차부(8)에 의한 교반으로 용선 내에 확실히 넣어주는 것이 가능하다.

덧붙여, 단차부(8)의 경사부(8c)가 장해로 되어 용선의 흐름에 어려움을 일으키고, 그 결과 돌아온 미반응 정련제를 용선에 넣게 한다는 방해판 효과도 기대할 수 있다.

이렇게 단차부(8)를 설치함으로써 용선의 교반을 일으키게 하고, 미반응 정련제를 용선에 넣게 하는 효과를 얻을 수 있기 때문에 단차부(8)에 의한 교반과 임펠라(10)에 의한 기계교반, 양자(兩者) 교반에 의하여 용선에 정련제를 확실히 넣게하는 것이 가능하다.

양자에 의해 교반을 최대한 생기게 하는 데는 단차부(8)와 임펠라(10)와의 위치관계가 중요하다. 도 15, 식(12)에서와 같이 단차부(8)와 임펠라(10)와의 위치관계는 용선유로의 최대폭(D)에 대한 단차부(8)의 단높이와 임펠라(10)까지의 거리와의 비율(L/D)로 나타낼 수 있다. L/D의 값이 커지면 커질수록 단차부(8)와 임펠라(10)가 멀어지는 것을 의미한다.

표 6이나 도 18에서와 같이 L/D 값이 1.5보다도 클 때, 탈규산소효율 η_O2가 50% 미만으로 되었다(비교예 52~57).

L/D 값이 1.5를 넘으면 단차부(8)와 임펠라(10)가 너무 멀어지기 때문에, 대부분의 정련제가 임펠라(10)의 교반에 의해 단차부(8)로 돌아오지 않게 되고, 그 결과 탈규산소효율 η_O2가 저하하게 된다. 즉, L/D의 값이 1.5보다 큰 경우는 단차부(8)에 의한 용선의 교반으로는 정련제를 용선에 넣게 하는 효과가 배우 적어져, 실질적으로 임펠라(10)의 교반만으로 정련제를 용선에 넣게 하는 것과 같다.

또한 L/D=0일 때에는 단차부(8)와 임펠라(10) 양자의 위치가 같은 것을 의미하는데, 이 조건에서는 임펠라(10) 자체를 회전시키는 것이 불가능하여 조업으로서 성립되지 않으므로, L/D=0인 경우를 제외하고, 0＜L/D≤1.5로 하였다.

또한, 도 18에서와 같이 탈규산소효율 η_O2가 60% 이상으로 되는 조건, 즉

0 ＜ L/D ≤ 1.0 ‥‥ (12a)

를 고로주상의 연속정련방법 조건으로서 채용하는 것이 매우 바람직하다.

[ 단차부의 높이에 대하여]

단차부(8)의 높이(H)가 높아지면 높아질수록 용선이 낙하하는 낙하에너지는 커지게 된다. 낙하에너지가 커지면 용선의 난류를 크게할 수 있어 용선에 정련제를 넣는 효과가 커지게 되므로 반응효율이 향상한다.

표 6, 도 19에서와 같이 용선의 깊이(Z)에 대하여 단차부(8)의 높이(H)가 높으면, 즉 H/Z의 값이 1을 넘으면 탈규산소효율 η_O2가 50% 이상으로 되었다(실시예 1~44). 표 6, 도 19에서와 같이 반대로 용선의 깊이(Z)에 대하여 단차부(8)의 높이(H)가 낮으면, 즉 H/Z의 값이 1 미만이면 탈규산소효율 η_O2가 50% 미만으로 되었다(비교예 48~50).

또한, H/Z의 값의 상한치, 즉 단차부(8)의 높이(H)는 설비제약(設備制約)에 따라 결정하는 것이 바람직하다. 예컨대 도 19에서의 H/Z 값이 4.0이라고 하더라도 탈규산소효율 η_O2는 50% 이상으로 설비제약에도 문제없었다.

또한 도 19에서와 같이 탈규산소효율 η_O2가 60% 이상으로 되는 조건, 즉

H/Z ≥ 2.2 ‥‥ (13a)

을 고로주상의 연속정련방법의 조건으로 채용하는 것이 매우 바람직하다.

[단차부의 기울기에 대하여]

단차부(8)의 기울기θ가 커지면 커질수록 용선에 정련제를 넣는 효과가 커지게 된다(반응효율이 향상한다). 표 6, 도 20에서와 같이 단차부(8)의 기울기θ가 30도(deg)을 넘으면 탈규산소효율 η_O2가 50% 이상이 되었다(실시예 1~44). 표 6, 도 20에서와 같이 반대로 단차부의 기울기θ가 30도(°) 미만이면 탈규산소효율 η_O2가 50% 미만으로 되었다(비교예 51, 52). 또한 단차부(8)의 기울기θ를 90도의 최대치로 해도 탈규산소효율 η_O2가 50% 이상이었다.

또한, 도 20에서와 같이 탈규산소효율 η_O2가 60% 이상으로 되는 조건, 즉

θ ≥ 45 ‥‥ (14a)

을 고로주상의 연속정련방법의 조건으로 채용하는 것이 매우 바람직하다.

[첨가장치의 위치에 대하여]

첨가장치(12)의 위치, 즉 첨가장치의 제투입란스(17)의 위치에 대해서는 용선을 기계적으로 교반하는 임펠라(10)의 위치에 대하여 상류측과 하류측의 2패턴으로 생각할 수 있다. 첨가장치(12)의 제투입란스(17)를 임펠라(10)보다도 상류측에 배치했을 경우 용선에 대부분 들어가지 않고 하류쪽으로 흐르는 정련제의 량이 많았다.

임펠라(10)의 위치보다도 하류측에 제투입란스(17) 위치를 설정했을 경우, 정련제가 임펠라(10)의 회전에 의해 용선의 흐름과는 반대로 거슬러 단차부(8) 쪽으로 흐르기 쉽게 되고, 그 결과 용선에 들어가지 않고 하류쪽으로 흐르는 정련제의 양이 적어졌다.

표 6, 도 21에서와 같이 임펠라(10)의 위치에 대한 제투입란스(17)의 위치를 나타낸 M/D에 있어서, M/D≤0.8이면 탈규산소효율 η_O2는 50% 이상을 확보할 수 있었다(실시예 1~44).

표 6, 도 21에 나타낸 바와 같이, M/D의 값이 0.8을 넘으면 임펠라(10)의 제투입란스(17)가 매우 멀어지게 되어 교반에 의해 정련제를 용선으로 넣는 것이 불가능하여 탈규산소효율 η_O2가 50% 미만이 되었다(비교예 58~60).

또한 M/D의 값이 0 이하로 되는 것은 제투입란스(17)의 위치가 임펠라(10)보다도 상류측이 된다는 것을 의미하므로, 0＜M/D≤0.8로 하였다. 또한, M/D=0은 제투입란스(17)와 임펠라(10)와의 위치가 같다는 것을 의미하고, 제투입란스(17)와 임펠라(10)와의 위치를 같게 하는 것은 물리적으로 불가능하기 때문에 M/D=0을 제외하였다.

도 21에서 보듯이, 탈규산소효율 η_O2가 60% 이상이 되는 조건, 즉

0 ＜ M/D ≤ 0.66 ‥‥ (15a)

을 고로주상의 연속정련방법의 조건으로 채용하는 것이 매우 바람직하다.

[제 2 배재통의 위치에 대하여]

임펠라(10)를 배치한 장소 가까이에 제 2 배재통(13)을 설치해버리면 교반처리후의 슬래그(14) 안에 용선이 섞여들어가고, 슬래그(14)와 용선이 분리되지 않은 채 슬래그(14)에 용선이 섞인 상태로 이 슬래그(14)가 제 2 배재통(13)으로 흘러가버리게 된다. 그 결과 철이 손실될 뿐 아니라, 슬래그(14)에 용선이 섞여들어감으로써 슬래그(14)의 특성이 변화한다.

슬래그(14)의 특성이 변화한 슬래그(14)를 제 2 배재통(13)을 통과시킨 후에 슬래그 래들에 장입하면 슬래그 래들에 설치된 내화물의 손모(손상)가 격하게 일어나기 때문에 슬래그 래들의 수명을 단축시킨다.

한편 임펠라(10)를 배치한 장소에서 멀리 떨어진 장소에 제 2 배재통(13)을 설치해버리면 슬래그(14)가 배재통(13)으로 배재되기 전에 슬래그(14)가 굳어버리게 된다. 그 결과 임펠라(10)의 근방에 초기 첨가된 정련제에 의해 생성된 슬래그(14)가 퇴적하게 되어, 조업에 지장을 주게 된다.

표 6, 도 22에서와 같이 임펠라(10)의 위치에 대한 제 2 배재통(13)의 위치를 나타낸 R/D에 있어서, R/D＞5.0일 때는 임펠라(10)와 제 2 배재통(13)이 너무 멀어지게 된다. 이 때문에 탈규산소효율 η_O2가 50% 이상이긴 하지만, 슬래그(14)가 생성되므로 배재되기까지의 온도가 200℃ 이상 저하되어 버리고(도 22 및 표 6에서 슬래그의 온도저하의 정도를 표면온도저하량 ΔT_S로 나타내었다), 슬래그(14)가 고화되어 흐르게 된다(비교예 63).

또한 R/D＜1.2일 때에는 임펠라(10)와 제 2 배재통(13)이 너무 가깝기때문에 슬래그(14)에 용선이 혼입되어 탈규산소효율 η_O2가 50% 이상이긴 하지만 슬래그(14)에 포함된 철성분이 증대되어 버린다(비교예 61, 62).

도 22에서와 같이, R/D＜1.2일 때는 슬래그(14)에 포함된 M.Fe가 20%를 넘어버린다(M.Fe＞20%). 실조업에서는 슬래그(14)에 포함된 M.Fe는 20% 이하로, 또한 슬래그(14)의 표면온도저하량 ΔT_S는 200℃ 미만으로 하는 것이 양호한 조업조건이 된다.

도 22에서와 같이, 탈규산소효율 η_O2가 60% 이상이 되는 조건, 즉

1.2 ≤ R/D ≤ 4.4 ‥‥ (16a)

을 고로주상의 연속정련방법의 조건으로 채용하는 것이 매우 바람직하다.

이상, 고로주상설비(1)에서는 식(11)~식(16)을 토대로 하여 임펠라의 폭, 단차부의 위치, 단차부의 높이 및 기울기, 첨가장치의 위치, 제 2 배재통의 위치를 미리 결정한 후 정련처리를 행함으로써 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있었다.

본 발명의 고로주상설비는 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 정련제가 분말상이면 잘라냄부(46)는 불필요하다. 또한, 호퍼(45)에서 제투입란스(17)까지 정련제를 반송하는 반송부는 스크류콘베이어(47)가 아니어도 좋고, 예컨대 공기의 압력으로 정련제를 반송하는 것이라도 상관없다.

상기 실시형태는 출선통(4)의 단면이 사다리꼴 형상일 경우에 대하여 설명하고 있지만, 도 26(b)에서와 같이 용선의 유동에 따른 침식에 의해 출선통(4)의 단면이 대략 원호상으로 변화해도 본 발명에서 나타낸 조건을 채용하는데 있어 아무런 문제가 없다. 또한 도 26(a)와 같이 출선통(4)의 단면이 대략 네모형상이라 해도 본 발명의 조건을 채용하는데 아무런 문제가 없다.

결국, 임펠라의 폭, 단차의 위치, 단차의 높이 및 기울기, 첨가장치의 위치, 제 2 배재통이 식(11)~식(16)이나 식(11a)~식(16a)를 만족하도록 하면 탈황처리나 탈규소처리 등의 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

3. 제 3 실시형태

이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 고로주상설비에 대하여 설명한다.

제 4 실시형태에 관한 고로주상설비는 제 2 실시형태의 도 12~14에 나타낸 바와 마찬가지이므로, 이하 다른 부분에 대해서만 설명한다.

제 3 실시형태의 고로주상설비에서, 도 27에서와 같이 출선통(4)은 단열부(60)와, 이 단열부(60) 안쪽에 배치된 연와(煉瓦) 등으로 구성된 배면부(61)와, 배면부(61) 안쪽에 배치된 내화부(62)를 갖는다.

내화부(62)는 부정형의 내화물을 배면부(61) 안쪽으로 흘러들어가게 함으로써 형성된 것으로, 저부(4a)나 저부(4b)를 구성하는 저벽(20)과, 이 저벽(20)의 양단에 세워진 측벽(21)을 갖는다. 이 실시형태에서 내화부(62)는, 측벽(21)이 저벽(20)의 양단부에서 위쪽을 향해감에 따라 서서히 바깥쪽으로 이행하는 사다리꼴로 형성되어 있다.

용선유로의 최대폭(D)은 출선통(4)에 용선을 통과시켰을 때 용선과 내화부(62)의 측벽(21)이 접촉하고 있는 접촉부분에서의 내화부(62)의 최대폭을 말한다. 다시 말해, 용선유로의 최대폭(D)은 출선통(4)에 용선을 통과시켰을 때, 출선통(4) 안을 흐르는 용선의 최대폭이다. 도 5에서와 같이, 내화부(62)의 형상의 단면이 사다리꼴일 때는 출선통(4)을 흐르는 용선의 탕면(湯面) 폭이 용선유로의 최대폭(D)이 된다.

이하, 교반장치(11), 첨가장치(12)에 대하여 자세히 설명한다.

[ 교반장치에 대하여]

도 29, 30에서와 같이, 교반장치(11)는 임펠라(10), 구동부(30) 및 승강부(31)를 이동시키는 이동부(50)를 갖는다.

상기 이동부(50)는 임펠라(10), 구동부(30) 및 승강부(31) 등을 지지하는 프레임(41)과 이 프레임(41)에 회전 자유로이 지지되고, 또한 출선통(4) 커버(43) 위를 전동(轉動)하는 전동륜(51)(轉動輪)을 갖는다. 프레임(41)은 출선통(4)을 따라 연설된 베이스부(52)를 갖는다. 베이스부(52)에는 이 베이스부(52)에서 아래쪽으로 뻗은 각부(53)(脚部)가 설치되어 있고, 이 각부(53)는 제 2 개구부(26)를 끼고 디딤판(42) 근방까지 이르는 것으로 되어 있다. 각부(53)의 맨 끝(하단)에는 전동륜(51)이 출선통(4)을 따라 이동할 수 있도록 회전 자유로운 전동륜(51)이 설치되어 있다. 또한, 디딤판(42)의 위에는 전동륜(51)이 디딤판(42) 위를 출선통(4)을 따라 직선적으로 이동 가능하도록 전동륜(51)이 주행하는 궤도(예컨대 레일)가 설치되어 있다.

제 3 실시형태의 교반장치(12)에 따르면, 전동륜(51)의 어느 것이거나 또는 전체를 회전시켜 교반장치(11) 즉 임펠라(10)를 식(12)를 만족하는 범위로 이동시킬 수 있다. 또한, 전동륜(51)을 회전시키는 전동모터를 프레임(41)에 설치하여 이 전동모터의 구동에 따라 자동적으로 전동륜(51)을 회전시키는 것이 바람직하다.

첨가장치(12), 즉 호퍼(45), 잘라냄부(46), 스크류콘베이어(47) 및 제투입란스(17)는 교반장치(11)의 프레임(41)(베이스부(52))에 지지되어 있다. 이에 따라 첨가장치(12)는 교반장치(11)와 같이 이동하도록 되어 있다.

자세히는, 탈규소처리 및 탈황처리를 행할 때에 교반장치(11)의 임펠라(10)가 이동하면, 첨가장치(12)의 제투입란스(17)도 동시에 이동한다.

다음으로, 본 발명의 고로주상의 연속정련방법에 대하여 설명한다.

고로주상의 연속정련방법으로는, 출선통(4) 안에 단차부(8)를 배치하고 이 단차부(8)에서 용선을 낙하시키고, 단차부(8)의 하류쪽에 임펠라(10)를 배치하여 용선을 교반하고, 임펠라(10)를 출선통(4)을 따라 식(12)를 만족하도록 이동시킨다.

도 28(a)에서와 같이, 정련처리할 때에 임펠라(10)의 위치를 고정한 상태로 이 임펠라(10)를 회전시키면 임펠라(10)에 의해 교반된 용선은 내화물과 같은 장소에서 부딪치게 되어 용선이 통상 닿아있는 장소가 국부적으로 마모되어버리게 된다.

한편, 도 28(b)에서와 같이, 정련처리할 때에 임펠라(10)의 위치를 고정하지 않고 이 임펠라(10)를 출선통(4)을 따라 이동하여 임펠라(10)를 회전시키면 임펠라(10)에 의해 교반된 용선은 내화물과 다른 장소에 있게 되므로, 내화물을 마모시키지 않게 되어 용선통(4)의 수명이 길어지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 내화물의 국부적인 마모를 방지하면서도 상술한 바와 같이 정련효율을 향상시키기 위해서 임펠라(10)를 출선통(4)을 따라 식(12)를 만족하도록 이동시킨다.

임펠라(10)의 이동은 교반장치(11)를 출선통(4)의 길이방향을 따라 이동시킴으로써 이뤄진다. 예컨대 출선된 용선량이 소정량이 될 때마다 임펠라(10)를 소정 피치씩 식(12)의 범위로 이동시키거나, 출선된 용선량에 관계없이 임펠라(10)를 연속적으로 식(12)의 범위에서 이동시킨다.

실시예 4

이하, 식(12)을 토대로 임펠라를 이동시켜 탈규소처리 또는 탈황처리를 행한 본 발명의 실시예와 비교예를 예시하여 설명한다. 실시조건은 표 7과 같았다.

<표 7>

상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 용선에 첨가된 탈규소제가 효율적으로 탈규소반응에 기여했는가를 나타내는 지표로서 식(5)의 탈규산소효율 η_O2을 이용하고, 또한 용선에 첨가된 탈황제(정련제)가 효율적으로 탈황반응에 기여했는가를 나타내는 지표로서 식(6)의 탈황효율 η_S을 이용하였다.

또한 출선완료후의 내화물 최대마모량 S는 200㎜ 미만인 것을 기준으로 하였다.

내화물의 최대마모량 S를 200㎜ 미만으로 하는 것은 과거의 조업실적에서 얻은 것으로, 최대마모량 S가 200㎜을 넘으면 그것이 비록 한군데라고 하더라고 출선통(4)의 수명이 다하게 된다. 출선통(4)의 수명이 다하면 출선통(4) 전체에 내화물이 흘러들어와 출선통(4) 전체의 내화물을 바꿔야하는 막대한 작업을 행하지 않으면 안된다(이후 내화물을 바꾸는 것을 "유입공정 후"라고 한다).

이하 표 8은 실시예 및 비교예를 정리한 것이다.

<표 8>

실시예 1은, 탈규소처리할 때 임펠라(10)를 식(12)를 만족하는 범위에서 연속적으로 이동시켰다. 실시예 2~9는 출선된 용선이 하류쪽에서 용선래들로 들어갈때마다(예컨대 1래들, 5래들, 10래들, 50래들씩) 임펠라(10)를 식(12)를 만족하는 범위로 이동시키면서 탈규소처리를 행하였다. 실시예 10은 탈황처리할 때 출선된 용선이 하류측에서 용선래들로 들어갈 때마다(5래들씩) 임펠라(10)를 식(12)를 만족시키는 범위로 이동시켰다. 하나의 용선래들의 용량은 90톤(ton)이다.

또한, 표 8의 교반위치는 임펠라(10)를 이동시켰을 때의 단차부(8)에서 임펠라(10)까지의 거리(L)를 나타낸 것이다. 표 8의 교반위치 란은, 예컨대 실시예 1에서는 L=0.25~1.25(L/D=0.28~1.39)로 되는 범위에서 임펠라(10)를 연속적으로 왕복동시킨 것이다. 실시예 2는 출선된 용선이 1래들에 들어갈 때마다(출선된 용선량은 90톤) L=0.25~1.25(L/D=0.28~1.39)로 되는 범위를 0.05~0.5m로 잘게하여 임펠라(10)를 이동시킨 것이다.

표 8의 손모도는 초기(유입시공후)의 내화물의 두께(용선의 탕면과 내화물이 접촉하는 접촉부분의 두께 350㎜)에 대하여 100래들 처리후의 내화물의 최대손모량(S)의 비율을 나타낸 것이다. 최대손모량(S)의 관리값을 200㎜ 미만으로 하기 때문에, 손모도가 57%를 넘는 것은 매우 바람직하지 않다. 표 8에 나타낸 탈규산소효율 η_O2와 탈황효율 η_S는 100래들처리를 행한 후의 평균값이다.

표 8에서와 같이, 정련처리할 때 임펠라(10)를 식(12)를 만족하는 범위로 이동시켰을 경우, 탈규산소효율 η_O2 및 탈황효율 η_S를 50% 이상으로 하는 것이 가능함과 아울러, 100래들분의 용선 출선후의 내화물의 최대손모량(S)이 200㎜ 미만으로 되었다. 손모량은 전부 57% 이하였다(실시예 1~10).

한편, 임펠라(10)를 식(12)를 만족하는 범위내에 고정하여 정련처리를 행했을 경우, 탈규산소효율 η_O2 및 탈황효율 η_S는 50% 이상으로 할 수 있었지만 정련후의 내화물 최대손모량(S)은 200㎜ 이상이 되었다. 손모량은 57%을 크게 넘었다(비교예 11, 13).

또한, 임펠라(10)를 식(12)를 만족하지 않는 범위에 고정하여 정련처리를 행했을 경우, 탈규산소효율 η_O2 및 탈황효율 η_S는 50% 미만으로 됨과 동시에 출선후에 있어서의 내화물 최대손모량(S)도 200㎜ 이상이 되어 손모량은 57%를 크게 넘었다(비교예 12).

이상, 본 발명에 따르면 용선을 정련할 때 임펠라(10)를 용선유로를 따라 식(12)를 만족하도록 이동시킴으로써 내화물의 국부적인 손모를 방지함과 아울러 정련처리의 효율을 향상시킬 수 있었다.

4. 제 4 실시형태

이하 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 고로주상설비에 대하여 설명한다.

제 4 실시형태에 관한 고로주상설비에 있어서, 정련장치가 설치된 고로주상의 평면개략도를 도 32에 나타내었다. 제 4 실시형태에 관한 고로주상설비는 제 2 실시형태의 도 12~14의 것과 기본적인 부분은 같으므로 그 설명은 생략한다.

따라서, 고로주상(1)에서 이루어지는 용선의 연속정련의 제투입란스(17)의 적정 배치위치, 즉 용선에의 정련제의 적정 첨가위치에 대하여 설명한다.

도 31은 검토에 쓰인 정련장치(100)의 정면단면도이다.

첨가장치(12)는 호퍼(45), 잘라냄부(46), 이송관(80) 및 제투입란스(17)로 이루어진다. 호퍼(45)는 베이스부(52)의 윗면에 고정된 가대(81)에 고정되어 있다. 이송관(80)은 잘라냄부(46)과 제투입란스(17)를 접속하여 잘라냄부(46)에서 정련제를 정량(定量)적으로 제투입란스(17)로 이송한다. 이송관(80)에는 마찰계수가 낮게 변형되기 쉬운 수지튜브가 사용된다. 잘라냄부(46)에서 제투입란스(17)로 이송관(80)을 경유하는 정련제의 이송은 잘라냄부(46)와 제투입란스(17)와의 낙차를 이용해 이뤄지고, 호퍼(45)는 가대(81)의 충분히 높은 위치에 붙어 있다.

베이스부(52)는 제투입란스(17)를 임의의 위치에 고정할 수 있게 형성되어, 제투입란스(17)의 첨가 입구(75)는 회전축(15)의 근방에서 출선통(4)의 측벽근방까지, 또한 베이스부(52)의 상류측단 가장자리 및 하류측단 가장자리까지 위치가 변경 가능하다.

실시예 5

베이스부(52)의 제투입란스(17) 위치를 다양하게 변경하여 용선의 정련처리를 행하고, 고로주상(1)에서 행한 용선의 연속정련에 있어서의 정련제 첨가의 적정 위치를 검토하였다.

표 9는 검토에 이용한 정련장치(100) 및 고로주상(1)의 개요, 표 10은 정련제로서 탈규소제인 5Fe-58Fe₂O₃-21CaO-8SiO₂(질량%)를 사용하여 행한 탈규소처리의 조건과 그 결과와의 관계를 나타낸 것이다. 도 33은 표 10의 정련제의 첨가위치를 임펠라(10)와의 관계로 나타낸 도면이고, 도 34는 표 10의 정련제의 첨가위치와 탈규산소효율 η_O2와의 관계를 나타낸 도면이다.

표 10에 있어서 교반장치(11)의 각 조건은 정련제첨가의 적정한 위치를 검토하기 전에 구해놓은 임펠라(10)에 의해 생긴 용선의 소용돌이가 출선통(4)의 폭방향 전체로 넓어진 교반조건을 말한다.

표 10에 있어서 교반장치(11)는 임펠라(10)의 지름(d)과 출선통(4)의 폭(D)과의 비 d/D가 0.56이고 회전수가 100rpm이지만, 발명자들은 0.3≤d/D＜1을 만족하는 지름을 가진 임펠라를 이용하여 회전수 80~200rpm의 범위내에서 여러가지 실험을 행하여 모든 용선의 소용돌이가 출선통(4)의 폭방향 전체로 넓어진 것을 확인하였다.

또한, 표 10의 출선통의 폭(D)은 상기 제 3 실시형태의 도 27에서와 같이 출선통(4)을 흐르는 용선의 최대폭을 말한다.

또한, 임펠라의 회전축 중심에서 첨가장소까지의 거리(M)는 임펠라(10)의 회전축(15)의 중심(축심)에서 제투입란스(17)의 중심(축심)까지의 수평거리이다.

<표 9>

<표 10>

표 10의 고로에서 출선된 용선의 규소함유율은 도 32의 위치(P1)에서 채취한 시료로부터, 탈규소처리 후의 용선의 규소함유율은 도 32의 위치(P2)에서 채취한 시료로부터 각각 결정하였다.

상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 용선에 첨가된 탈규소제가 효율적으로 탈규소반응에 기여했는가를 나타내는 지표로서 식(5)에 나타낸 탈규소효율 η_O2를이용하고, 또한 용선에 첨가된 탈황제(정련제)가 효율적으로 탈황반응에 기여했는가를 나타내는 지표로서 식(6)의 탈황효율 η_S를 이용하였다.

또한 표 10에서의 탈규소처리 후의 종합평가는, 탈규산소효율 η_O2 50%를 경계로 하여 그 이상을 양호(○), 그 이하를 불량(×)으로 나타내었다.

종래와 같은 기계적인 교반만으로 하는 정련은 같은 탈규제(脫珪劑) 원단위로 비교했을 때 탈규산소효율 η_O2가 30~40%였다. 그것을 우선 탈규산소효율 η_O2는 고효율인 50% 이상이 되는 것을 기준으로 하였다. 이러한 경우, 출선시의 규소가 0.38~0.42질량%였으나 처리후의 규소는 0.25질량% 이하로 되었다.

탈규산소효율 η_O2의 기준을 50% 이상으로 함으로써 본 처리의 후공정에서 이뤄지는 탈인처리의 효율(탈인시간의 단축, 탈인량의 향상)을 향상시킬 수 있었다.

탈규소처리의 결과를 정리한 표 10 및 도 33에서와 같이, 탈규산소효율 η_O2는 임펠라(10)에 의해 생긴 소용돌이의 출선통의 길이방향(도 33의 좌우방향(×방향)) 성분이 용선 흐름 방향과 직교하고, 또는 용선흐름방향과 역행하게 되는 영역(도 33에서의 회전축(15)보다 위의 영역)의 용선의 윗방향에 있어, 임펠라 회전중심에서 첨가장소(제투입란스(17)의 첨가입구(29) 중심)까지의 수평거리 M이 임펠라 회전 중심보다 상류측에서 0＜M/D≤0.5, 하류측에서 0＜M/D≤0.5의 경우에 50% 이상이 된다.

양호한 탈규처리를 할 수 있는 임펠라 회전중심에서 첨가장소까지의 거리(M)의 범위가 상류측과 하류측에서 다른 것은 도 35(a)에 나타낸 바와 같이 임펠라(10)의 회전으로 생기는 교반소용돌이가 용선의 흐름에 의해 하류쪽으로 치우쳐있어, 하류측이 집어넣는데 유리한 조건이 되기 때문이다.

탈규소제를 상류측의 상기 범위 밖에서 첨가한 경우에는 탈규소제는 교반 소용돌이에 한번도 들어가지 못하고 그대로 용선에 떠다닌 채로 하류로 흘러가는 비율이 많아지고, 또한 탈규소제가 교반소용돌이에 들어가지 못해 떠올랐을 때 용선흐름과 교반흐름이 겹치는 장소에서 교반소용돌이로부터 이탈하기 쉬우므로, 용선과 충분히 접촉하지 못하고 하류측으로 흘러가게 된다.

탈규소제를 하류측의 상기 범위 밖에서 첨가한 경우에도, 마찬가지로 탈규소제는 용선에 떠있는 채로 탈규반응에 기여하지 못하고 하류측으로 흘러가 버리게 되는 비율이 많다.

회전하는 임펠라(10) 주위의 용선 흐름은 도 35(a),(b)에 나타낸 바와 같이 임펠라(10)의 하류측에서 용선의 흐름과는 반대 방향으로 상류측으로 가고자하는 흐름이 생기고, 이 흐름에 탈규소제를 동반시키면 탈규소제 첨가로부터 임펠라(10)가 1/4~1/2 회전하는 시간에만 탈규소제가 반응에 기여하는 시간이 길어지게 되어 반응효율적으로도 유리하다. 따라서, 임펠라 회전중심에서 첨가장소까지의 거리(M)의 값이 같으면 하류쪽에서 탈규소제를 첨가하는 편이 바람직하다.

본 발명에서는 탈규소제 첨가의 최적범위를 상류측은 0＜M/D≤0.5, 하류측은 0＜M/D≤0.8로 규정하였다.

도 36은 상기 설명한 바를 교반 소용돌이와 정련제 첨가위치와의 관계로 나타낸 도면이다.

상술한 실시형태에 있어서, 임펠라(10)는 十자형(4매의 날개)을 사용하고, 임펠라(10)는 용선 안에 완전히 침지되고 승강위치(11)에서 임의 침지깊이로도 정지가 가능하다. 출선통의 폭(D) 전체에 교반 소용돌이를 생기게 하는 조건이라면 임펠라(10)의 형상, 회전 수 등은 특히 한정되지 않는다.

정련장치(100)를 제투입란스(17)가 교반위치 근방에서 도 32의 X, Y 방향으로 자유로이 이동 가능한 구성으로 할 수 있다.

또한, 정련장치(100), 고로주상(1)의 각 구성 또는 전체의 구조, 형상, 치수, 개수, 재질 등은 본 발명의 취지에 따라 적절히 변경 가능하다.

상기 실시형태에서는, 용선을 정련하는 정련제의 하나로서 탈규소제를 이용한 탈규소처리에 대하여 설명했으나 탈황제를 이용한 경우라도 마찬가지이다. 즉, 본 발명은 용선중에 정련제를 효율적으로 들어가게 하여 정련제와 용선의 반응계면적을 크게함으로써 반응속도를 향상시키기 위한 최적의 수단을 나타낸 것으로, 탈규소처리와 마찬가지로 탈황처리로 하여도 정련제의 종류나 조성에 의존하지 않고정련특성이 높은 것은 똑같다.

본 발명은 고로에서 출선된 용선을 연속적으로 정련하는 방법에 이용할 수 있다.

Claims (9)

1. 고로주상의 용선유로(溶銑流路) 내를 흐르는 용선에 정련제를 첨가하고, 임펠라를 용선에 침지하여 회전시킴으로써 용선과 정련제를 혼합하여 용선을 연속적으로 정련하는 연속정련방법에 있어서,

   상기 용선에 침지하여 회전시킨 임펠라의 날개의 매수를 3~6매로 하고, 상기 날개를 식(1), 식(2)를 만족하도록 함과 아울러 상기 임펠라를 식(3), 식(4)를 만족하도록 용선에 침지한 것을 특징으로 하는 연속정련방법.

   b0 ≥ b1 ‥‥ (1)

   0.2 ≤ d/D ≤ 0.8 ‥‥ (2)

   0 ＜ h1/Z ≤ 0.4 ‥‥ (3)

   0 ＜ h2/Z ≤ 0.4 ‥‥ (4)

   단,

   b0 : 날개의 기부(基部) 높이(m)

   b1 : 날개의 선단부의 높이(m)

   d : 날개의 폭(m)

   D : 용선유로의 최대폭(m)

   Z : 용선유로 내에 흐르는 용선의 최대깊이(m)

   h1 : 날개 기부의 상단에서 용선 윗면까지의 거리(m)

   h2 : 날개 기부의 하단에서 용선유로(流路) 저부(低部) 최심부(最深部)까지의 거리(m)
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정련재가 탈규소재이고, 상기 정련이 상기 용선과 상기 탈규소제를 혼합하여 용선 중의 규소를 연속적으로 제거하는 탈규소인 것을 특징으로 하는 연속정련방법.
3. 고로주상의 용선유로 내를 흐르는 용선에 정련제를 첨가하고, 임펠라를 용선에 침지하여 회전시킴으로써 용선과 정련제를 혼합하여 용선을 연속적으로 정련하는 고로주상의 연속정련방법에 있어서,

   상기 용선유로 내에 용선을 낙하시키기 위하여 단차(段差)를 배치하고, 이 단차의 하류측에 상기 임펠라를 배치하고, 이 임펠라의 하류측에 상기 정련제를 첨가하는 첨가장소를 정하며, 이 첨가장소의 하류측에 상기 임펠라로 용선을 교반한 후 생성된 슬래그를 제거하는 장소를 정하고,

   상기 임펠라의 폭이 식(11)을 만족하도록 설정하고,

   상기 단차가 식(12)~식(14)을 만족하도록 설정하고,

   상기 정련제를 첨가하는 첨가장소가 식(15)를 만족하도록 설정하고,

   상기 슬래그를 제거하는 장소가 식(16)을 만족하도록 설정하여 용선을 정련하는 것을 특징으로 하는 고로주상의 연속정련방법.

   0.3 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11)

   0 ＜ L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

   H/Z ≥ 1 ‥‥ (13)

   θ ≥ 30 ‥‥ (14)

   0 ＜ M/D ≤ 0.8 ‥‥ (15)

   1.2 ≤ R/D ≤ 5 ‥‥ (16)

   단,

   d : 임펠라의 폭(m)

   D : 용선유로의 최대폭(m)

   L : 단차에서 임펠라까지의 거리(m)

   H : 단차의 높이(m)

   Z : 용선의 깊이(m)

   θ : 단차의 기울기(勾配, 도)

   M : 임펠라의 회전축 중심에서 첨가장소까지의 거리(m)

   R : 임펠라의 회전축 중심에서 슬래그를 제거하는 장소까지의 거리(m)
4. 제 3항에 있어서,

   하기 식(11a)~(16a)를 만족하도록 설정하여 용선을 정련하는 것을 특징으로 하는 연속정련방법.

   0.55 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11a)

   0 ＜ L/D ≤ 1.0 ‥‥ (12a)

   H/Z ≥ 2.2 ‥‥ (13a)

   θ ≥ 45 ‥‥ (14a)

   0 ＜ M/D ≤ 0.66 ‥‥ (15a)

   1.2 ≤ R/D ≤ 4.4 ‥‥ (16a)
5. 고로에서 출선된 용선이 흐르는 용선유로와, 이 용선유로 내를 흐르는 용선에 정련제를 첨가하는 첨가장치와, 용선을 교반하는 임펠라를 갖는 교반장치와, 상기 교반장치에서 교반된 후 생긴 용선상의 슬래그를 외부로 배출하는 배재통(排滓)을 갖춘 고로주상설비에 있어서,

   상기 용선유로 상류측에는 용선을 낙하시키기 위한 단차부가 설치되어 있고, 이 단차부의 하류측에 상기 임펠라가 위치하도록 교반장치가 설치되어 있으며, 이 임펠라의 하류측에 첨가장치가 설치되고, 이 첨가장치의 하류측에 상기 배재통이 설치되어 있으며,

   상기 임펠라의 폭이 식(11)을 만족하도록 설정되고,

   상기 단차부가 식(12)~식(14)를 만족하도록 설정되고,

   상기 첨가장치의 위치가 식(15)를 만족하도록 설정되고,

   상기 배재통의 위치가 식(16)을 만족하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 고로주상설비.

   0.3 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11)

   0 ＜ L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

   H/Z ≥ 1 ‥‥ (13)

   θ ≥ 30 ‥‥ (14)

   0 ＜ M/D ≤ 0.8 ‥‥ (15)

   1.2 ≤ R/D ≤ 5 ‥‥ (16)

   단,

   d : 임펠라의 폭(m)

   D : 용선유로의 최대폭(m)

   L : 단차부에서 임펠라까지의 거리(m)

   H : 단차부의 높이(m)

   Z : 용선의 깊이(m)

   θ : 단차부의 기울기(勾配, 도)

   M : 임펠라의 회전축 중심에서 첨가장치까지의 거리(m)

   R : 임펠라의 회전축 중심에서 배재통까지의 거리(m)
6. 제 5항에 있어서,

   하기 식(11a)~(16a)를 만족하도록 설정된 것을 특징으로 하는 고로주상설비.

   0.55 ≤ d/D ≤ 1 ‥‥ (11a)

   0 ＜ L/D ≤ 1.0 ‥‥ (12a)

   H/Z ≥ 2.2 ‥‥ (13a)

   θ ≥ 45 ‥‥ (14a)

   0 ＜ M/D ≤ 0.66 ‥‥ (15a)

   1.2 ≤ R/D ≤ 4.4 ‥‥ (16a)
7. 고로주상의 용선유로 내를 흐르는 용선에 정련제를 첨가하고, 임펠라를 용선에 침지하여 회전시킴으로써 용선과 상기 정련제를 혼합하여 용선을 연속적으로 정련하는 고로주상의 연속정련방법에 있어서,

   상기 용선유로 내에 단차부를 배치하고, 이 단차부에서 용선을 낙하시키며, 상기 단차부의 상류측에 상기 임펠라를 배치하여 용선을 교반하고,

   상기 용선을 정련할 때 임펠라를 용선유로를 따라 다음 식의 범위로 이동시키는 것을 특징으로 하는 고로주상의 연속정련방법.

   0 ＜ L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

   단,

   D : 용선유로의 최대폭(m)

   L : 단차부에서 임펠라까지의 거리(m)
8. 고로에서 출선된 용선이 흐르는 용선유로와, 이 용선유로 안을 흐르는 용선에 정련제를 첨가한 첨가장치와, 용선을 교반하는 임펠라를 갖는 교반장치를 구비한 고로주상설비에 있어서,

   상기 용선유로의 상류측에는 용선을 낙하시키기 위한 단차부가 설치되어 있고, 이 단차부의 하류측에 상기 임펠라가 위치하도록 교반장치가 설치되어 있으며,

   상기 교반장치는 임펠라를 용선유로를 따라 다음 식의 범위로 이동 가능하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 고로주상설비.

   0 ＜ L/D ≤ 1.5 ‥‥ (12)

   단,

   D : 용선유로의 최대폭(m)

   L : 단차부에서 임펠라까지의 거리(m)
9. 고로주상의 출선통 내에 정련제를 첨가하고 임펠라로 용선과 상기 정련제를 혼합하여 상기 용선을 연속적으로 정련하는 고로주상의 연속정련방법에 있어서,

   상기 임펠라에 의한 선회류(旋回流)의 상기 출선통의 길이방향성분이 상기 용선 흐름방향과 직교 또는 상기 용선흐름방향과 반대방향이 되는 영역으로서,

   (ⅰ) 상기 임펠라의 상류(上流)쪽에서는 식(15b)를 만족하는 위치

   (ⅱ) 상기 임펠라의 하류(下流)쪽에서는 식(15)를 만족하는 위치

   의 적어도 어느 한쪽에 정련제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 고로주상의 연속정련방법.

   0 ＜ M/D ≤ 0.5 ‥‥ (15b)

   0 ＜ M/D ≤ 0.8 ‥‥ (15)

   D : 용선유로의 최대폭(m)

   M : 임펠라 회전축 중심에서 첨가장소까지의 거리(m)