KR20100043287A - 용철 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

아크 가열식 용해로가 노 바닥에 구비한 바닥 송풍구로부터 노 내의 용철층 중에 불활성 가스를 취입하여 상기 용철층을 교반하면서, 탄재 내장 산화철 괴성화물을 가열 환원하여 수득된 고체 환원철, 탄재 및 조재재를 상기 용해로에 장입하고, 상기 용해로에서의 아크 가열로 상기 고체 환원철을 용해하여 용철을 제조하는 용철 제조방법으로서, 상기 탄재는, 상기 용철층 상의 상기 고체 환원철을 용철로 용해할 때에 생성된 슬래그로 형성된 슬래그 층에 있어서, 상층부에 상기 탄재가 현탁한 탄재 현탁 슬래그층을 형성하고, 또한 상기 탄재 현탁 슬래그층 상에 상기 탄재만으로 이루어지는 탄재 피복층을 형성하도록 장입되며, 상기 용해로 내에 축적된 상기 용철 및 상기 슬래그를 상기 용해로가 노벽 하부에 구비한 탭 홀로부터 배출하는 용철 제조 방법.

Description

용철 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING MOLTEN IRON}
본 발명은 고체 환원철을 용해하여 용철을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 탄재 내장 산화철 괴성화물을 회전로상로(回轉爐床爐) 등으로 가열 환원하여 얻은 고체 환원철을 아크 가열식 용해로로 용해하여 용철을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 출원인은, 종래의 용광로법이나 용융 환원법에 대신하는 새로운 제철법으로서, 산화철원 및 탄소질 환원제로 이루어지는 탄재 내장 산화철 괴성화물을 가열 환원하여 고체 환원철을 생성하는 회전로상로와, 상취(上吹) 산소 가스로 탄재를 연소했을 때의 열량을 가열원으로서 상기 고체 환원철을 용해시키는 철욕식 용해로를 조합한 용철 제조 프로세스를 제안했다(특허 문헌 1, 2 참조). 그러나, 이 프로세스는 철욕식 용해로로써 다량의 산소 가스를 소비하므로, 산소 가스의 공급이 충분하지 않은 경우에는 용철을 안정하게 제조할 수 없다. 그 때문에, 철욕식 용해로를 대신하여, 연소열 이외의 가열원을 사용하는 용해로의 개발이 요청되고 있다.
또한, 상기 용철 제조 프로세스에서는, 상기 고체 환원철이 산화철원 중의 맥석분과 탄소질 환원제의 재분을 함유하기 때문에, 용해로에서 이 고체 환원철을 용해할 때에 다량의 용융 슬래그(이하, 단지 「슬래그」라고 하기도 한다.)가 생성된다. 특히, 산화철원으로서, 슬래그 성분을 다량으로 포함하는 전기로 더스트 등을 이용하면, 용철 1톤당 700kg이상, 많은 경우는 1,00Okg 쯤의 슬래그가 생성되기도 한다. 이러한 다량의 슬래그를 노 내에서 일단 이상(異常) 포밍시켜 버리면, 이미 침정화(沈靜化)시키는 것은 곤란하며, 이 슬래그 포밍에 기인하여 조업이 중단되거나, 배기가스 계통에 반입된 슬래그가 상기 배기가스 계통을 폐색시키거나 할 뿐만 아니라, 슬래그 배출 시에, 포밍에 의해 경량화된 슬래그의 열용량이 작기 때문에 상기 슬래그가 냉각되어 고화하여 탭 홀을 폐색하기도 한다.
한편, 고체 환원철을 용해 정련하여 용강을 제조하는 방법으로서, 경동식(傾動式)의 아크식 전기로로써, 스크랩과 동시에 고체 환원철을 다량 배합하여 용해 정련하고, 노체를 경동시켜 출강(出鋼) 및 출재(出滓)를 실시하는 방법이 있다. 본 방법에서 사용되는 고체 환원철은, 고품위의 철광석 펠렛 및 덩어리 광석을, 천연 가스를 개질하여 얻은 환원 가스로 환원하여 제조된 것이다. 본 방법에서 발생하는 용융 슬래그량은 용강 1톤당 100 내지 150kg 정도이며, 상기 용철 제조 프로세스와 비교하여 압도적으로 적다. 따라서, 본 방법에서는 상기 슬래그 포밍 및 슬래그 배출시의 고화에 의한 문제는 거의 발생하지 않고, 슬래그 포밍이나 슬래그의 고화는 문제가 되지 않는다.
그래서, 본 방법에 있어서, 본 방법에서 사용하는 고체 환원철을 대신하여, 상기 용철 제조 프로세스에서 사용하는 고체 환원철을 이용하여 용철을 제조하는 것이 고려된다. 그러나, 이 경우에는 고체 환원철의 용융 단계에서 대량의 용융 슬래그가 발생하여, 슬래그 포밍에 의한 문제의 발생의 가능성이 높아짐과 동시에, 차지(charge)마다 노를 경동시켜 출선재(出銑滓)를 실시할 필요가 있기 때문에, 출재시의 용철의 유출에 더하여, 출선재시의 방열 손실이 커져, 용철의 생산성이 낮아지는 문제가 발생한다.
고체 환원철을 용해 정련하여 용강을 제조하는 다른 방법으로서, 고정식의 화로체를 갖는 서브머지드 아크로로써, 슬래그 층에 침지한 전극에 의한 저항 가열로, 고체 환원철을 용해 정련하여 용강을 제조하여, 노측에 설치된 출강구 및 출재구로부터 용강 및 용융 슬래그를 간헐적으로 배출하는 방법도 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 3 참조).
그러나, 본 방법에서는, 용강 및 용융 슬래그의 배출 시에 노 경동을 할 필요가 없어서, 상기 배출시에도 용해 정련을 계속할 수 있는 이점이 있지만, 저항 가열을 이용하므로 본 방법의 생산성은 낮고, 이것을 보충하기 위해서 노를 대형화하면, 전력 소비량의 증대에 의한 조업 비용의 상승이나 설비 비용의 상승을 초래하는 문제가 발생한다.
또한, 용선이나 슬래그의 냉각에 따르는 출선구(出銑口)나 출재구(出滓口)의 폐색을 방지하는 방법으로서, 고로 및 용광로 타입의 용융로의 노 바닥에, 인덕션 코일을 감아 발열시켜, 노 바닥이나 출선구나 출재구의 온도를 상승시키는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 4 참조).
그러나, 본 방법에서는, 슬래그의 온도를 높이는 데, 고가의 유도 가열 장치를 별도로 필요로 하기 때문에, 설비 비용이 높아질 뿐만 아니라, 유지 보수의 시간이 증가하는 문제도 있다.
일본 특허 공개 2004-176170호 공보 일본 특허 공개 2006-257545호 공보 일본 특허 공개 소50-134912호 공보 일본 특허 공개 2001-241859호 공보
본 발명은, 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로, 탄재 내장 산화철 괴성화물을 가열 환원하여 수득된 고체 환원철을 용해하여 용철을 제조하는 방법에 있어서, 노 내에서 슬래그가 이상 포밍을 발생시키는 일 없이, 또한 상기 용해 조작에서 생성된 슬래그를, 노를 경동하는 일 없이 확실히 배출할 수 있는 용철 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 아크 가열식 용해로가 노 바닥에 구비한 바닥 송풍구로부터 노 내의 용철층 중에 불활성 가스를 취입하여 상기 용철층을 교반하면서, 탄재 내장 산화철 괴성화물을 가열 환원하여 수득된 고체 환원철, 탄재 및 조재재(造滓材)를 상기 용해로에 장입하고, 상기 용해로에서의 아크 가열로 상기 고체 환원철을 용해하여 용철을 제조하는 용철 제조방법으로서, 상기 탄재는, 상기 용철층 상의 상기 고체 환원철을 용철로 용해할 때에 생성된 슬래그로 형성된 슬래그 층에 있어서, 상층부에 상기 탄재가 현탁한 탄재 현탁 슬래그층을 형성하고, 또한 상기 탄재 현탁 슬래그층 상에 상기 탄재만으로 이루어지는 탄재 피복층을 형성하도록 장입되며, 상기 용해로 내에 축적된 상기 용철 및 상기 슬래그를 상기 용해로가 노벽 하부에 구비한 탭 홀로부터 배출하는 용철 제조 방법이다.
본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명 및 도면에 의해서 보다 명백하게 된다.
도 1은 실시 형태에 따른 아크 가열식 용해로의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 아크 가열식 용해로 내의 슬래그층 근방에 있어서의 탄재의 분포 상황을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 3은 슬래그의 염기도와 슬래그 배출 계수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 출탕(出湯) 온도와 슬래그 배출 계수의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 용철 제조 방법에서 사용하는 아크 가열식 용해로를 도면에 따라서 구체적으로 설명함과 동시에, 본 발명의 실시의 형태에 따른 용철 제조 방법을, 고체 환원철, 탄재 및 조재재를 상기 용해로에 장입하여 아크 가열로 고체 환원철을 용해하여 용철층, 슬래그층 및 탄재 피복층을 형성하는 공정(이하, 「용해 공정」이라고 하기도 한다.)과, 용해 공정에서 생성한 용철 및 슬래그를 상기 용해로로부터 배출하는 공정(이하, 「출선재 공정」이라고 하기도 한다.)과, 상기 용해로의 보수를 실시시의 공정(이하, 「보수 공정」이라고 하기도 한다.)으로 나누어 구체적으로 설명한다.
〔아크 가열식 용해로의 구성〕
도 1에 본 발명의 일 실시 형태에 따른 아크 가열식 용해로의 개략적인 구성을 나타낸다. 본 실시 형태에 따른 아크 가열식 용해로(1)(이하, 단지 「노」라고 하기도 한다.)는, 종래의 제강용 아크 전기로와 마찬가지로, 노 덮개(2)를 통해서 배기가스 덕트(3) 및 원료 장입 슈트(4)가 접속되고, 노 덮개(2)에 설치된 전극 구멍(5)을 통해서 전극(6)이 노 내에 삽입되어 있고, 노 바닥(7)에는 복수의 바닥 송풍구(8)가 설치되고, 노벽(9)의 하부에는 탭홀(10)이 설치되어 있다. 원료 장입 슈트(4)는 원료인 고체 환원철(B), 탄재(C) 및/또는 조재재(D)의 장입에 이용한다. 탭 홀(10)은 용철의 배출(즉, 출선) 및 슬래그의 배출(즉, 출재)에 이용된다. 아크 가열식 용해로(1)에서는, 전극(6)과 용탕의 사이에서 발생하는 아크를 주된 가열원으로 하고 있기 때문에, 탄재의 연소열을 얻을 목적으로 노 내에 산소 가스를 공급하지 않아도 좋다. 또한, 사용하는 전극에 따라서는, 그 재질에 기인하여 투입 전류가 낮게 제한되는 서브머지드 아크로와 비교하여, 사용하는 전극의 재질에 따른 제한이 완화된 아크 가열식 용해로(1)는 전류 값을 크게 함으로써 투입 에너지를 증가시킬 수 있다. 그 때문에, 용철의 생산성이 우수하다.
전극(6)으로서는, 열효율이 우수한 제강용 아크 전기로에서 상용되는 3상 교류형인 것이 특히 권장된다.
또한, 전극(6)의 선단부를 이하에 기재하는 용융 슬래그층(12) 중에 위치시키면서(침지 시키면서), 용해 조작을 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 아크에 의한 복사 가열과 저항 가열의 효과를 병존시킬 수 있어, 용해를 보다 촉진할 수 있다.
〔용해 공정〕
종탕으로서 아크 가열식 용해로(1) 내에 축적된 용철로 이루어지는 용철층(11) 중에 복수의 바닥 송풍구(8)로부터 예컨대 질소가스 등의 불활성 가스(A)를 취입하여 용철층(11)을 교반하면서, 탄재 내장 산화철 괴성화물을 도시하지 않은 회전로상로에서 가열 환원하여 수득된 고체 환원철(B)을, 예컨대 석탄 등의 탄재(C), 및 예컨대 생석회, 경소(輕燒) 돌로마이트 등의 CaO 함유 물질이나 규석 등의 SiO2 함유 물질 등의 조재재(D)와 동시에, 예컨대 중력을 이용한 낙입(落入) 방식의 원료 장입 슈트(4)를 통하여, 아크 가열식 용해로(1)의 상방으로부터 노 내에 장입한다. 그리고, 전극(6)으로 아크 가열을 한다. 이 아크를 가열원으로서, 고체 환원철(B)가 용해되어 용철(11)이 제조된다. 그 때, 슬래그도 생성된다. 한편, 고체 환원철(B) 중에는 미환원 산화철(FeO 등)이 잔존하고 있고, 이 미환원 산화철은, 이하에 기재하는 용철층(11) 중의 탄소 및 탄재(C) 중의 탄소분을 환원제로서, FeO+C → Fe+CO 등의 반응에 의해, 금속철(Fe)로 환원됨과 동시에 가스를 배출한다.
고체 환원철(B)로서, 예컨대 철광석, 제철소 더스트 등의 산화철원과 예컨대 석탄 등의 탄소질 환원제로 이루어지는 분상 혼합물을 괴성화한 탄재 내장 산화철 괴성화물을 예컨대 회전로상로 등의 이동식 가열 환원로에서 가열 환원하여 수득된 것을 이용할 수 있다.
고체 환원철(B)은, 상기 도시하지 않은 회전로상로와 아크 가열식 용해로(1)의 설치 장소의 원근 등에 따라, 상기 회전로상로에서 제조한 고온의 것을 실질적으로 냉각하는 일 없이, 뜨거운 채로 아크 가열식 용해로(1)에 장입할 수도 있고, 상기 도시하지 않은 회전로상로에서 제조한 후, 상온까지 냉각한 것을 아크 가열식 용해로(1)에 장입할 수도 있다. 또한, 고체 환원철(B)의 금속화율은, 아크 가열식 용해로(1)의 탄재 소비량을 저감하는 관점에서는 될 수 있는 한 높은 것이 바람직하지만, 과도하게 높은 것을 이용하면, 환원철의 전기 전도도가 높아져 환원철의 용해 속도가 과대하게 되어, 생성한 용철에의 침탄(가탄(加炭))량이나 용철의 탈황율이 저하되는 경향을 볼 수 있다. 따라서, 고체 환원철(B)의 금속화율은, 60 내지 95%의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 그 하한은 80%, 더욱은 90%로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 실시 형태에 따른 용철 제조 방법으로서는, 탄재(C)의 장입 시기 및 장입량을 조정하여, 도 2의 모식도에 나타낸 바와 같이, 용철층(11) 상에 형성된 용융 슬래그층(12)의 상층부에, 탄재(C)의 일부를 현탁시킨 탄재 현탁 슬래그층(13)과, 또한 이 탄재 현탁 슬래그층(13)의 위에 탄재(C) 만으로 이루어지는 탄재 피복층(14)을 형성시킨다.
슬래그층(12)의 상층부에 탄재 현탁 슬래그층(13)을 형성하는 것으로, 탄재 현탁 슬래그층(13) 중의 슬래그의 산화철 농도가 저하되어, 포밍의 원인이 되는 일산화탄소 가스의 기포(이하, 「CO 기포」라고도 한다.)의 생성 속도가 저하됨과 동시에, 슬래그 중에 존재하는 탄재에 의해 슬래그층(12)으로부터 상기 CO 기포가 빠지기 쉽게 되어, 포밍이 일어나기 어렵게 된다.
또한, 탄재 현탁 슬래그층(13)의 상방에 탄재 피복층(14)을 형성하는 것으로, 슬래그층(12)이 탄재 피복층(14)에 의해서 보온되기 때문에, 출재시에 탭 홀(10) 내에서 냉각하여 굳어지는 것이 방지된다. 그 때문에, 화로를 경동하는 일 없이, 원활하고 신속한 출재 작업을 실시할 수 있게 되어, 안정성과 생산성이 우수한 용철 제조 방법이 실현된다.
상기의 작용 효과를 보다 확실히 주효하게 하기 위해서, 고체 환원철(B) 및 조재재(D)를 장입하기 전에, 탄재(C)만을, 종탕으로서의 용철이 노 내에 축적되어 있는 아크 가열식 용해로(1)에 장입하는 것이 바람직하다. 고체 환원철(B)의 용해 초기 단계에서, 용철층(11)의 위에 존재하는 탄재(C)가, 곧 용융 슬래그층(12)의 상층으로 현탁하여, 탄재 현탁 슬래그층(13)을 보다 확실히 형성하기 때문이다.
상기의 작용 효과를 보다 확실히 주효하게 하기 위해서, 용철의 배출(출선) 개시시에 있어서, 탄재 현탁 슬래그층(13) 중의 탄재와 탄재 피복층(14)의 탄재의 합계량(즉, 노 내 잔류 탄재량)을, 용융 슬래그층(12) 중의 슬래그 1,000kg당 100 내지 300kg으로 하는 것도 바람직하다. 100kg 이상이면, 탄재 현탁 슬래그층(13) 중의 탄재량이 많아짐과 동시에, 탄재 피복층(14)이 두꺼워지기 때문에, 상기 포밍 방지 효과 및 출재 작업의 원활·신속화의 효과가 커지고, 한편 300kg 이하이면, 탄재 피복층(14)의 탄재가 가열에 의해 일체화하지 않기 때문에, 슬래그층(12)의 교반이 불충분하게 되지 않고, 고체 환원철(B)의 용철층(11) 중에의 용해 속도가 저하하지 않기 때문이다. 보다 바람직한 상기 탄재의 합계량은, 용융 슬래그층(12) 중의 슬래그 1,000kg당 200 내지 300kg이다.
여기에, 노 내 잔류 탄재량은, 예컨대 노 내에 장입된 탄재량으로부터, 고체 환원철 중의 미환원 산화철의 환원에 사용된 탄재량과, 생성한 용철에의 침탄에 사용된 탄재량과, 배기가스 중에 더스트로서 비산한 탄재량의 합계량을 빼는 것으로 산출할 수 있다. 또한, 용융 슬래그층(12) 중의 슬래그량은, 예컨대 노 내에 장입된 고체 환원철 중의 맥석량과 탄재 중의 재분량과 조재재량으로부터 생성 슬래그량을 산출하고, 이 생성 슬래그량으로부터 출재된 슬래그량을 빼는 것으로 산출할 수 있다.
탄재(C)로서, 석탄 이외에, 예컨대 코크스, 오일 코크스, 목탄, 목재 칩, 폐플라스틱, 폐타이어 등이나, 회전로상로에서 사용한 상부탄재(床敷炭材)(차콜화한 것을 포함한다)를 장입할 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
한편, 조재재(D)로서, CaO 함유 물질뿐만 아니라, SiO2 함유 물질인 규석을 예시한 것은, 산화철원으로서, CaO 함유량이 높은 전기로 더스트 등을 사용하는 경우, 슬래그 염기도의 조정을 위해 SiO2 원을 첨가해야 하는 것을 고려한 것이다.
상기 탄재 현탁 슬래그층 및 탄재 피복층을 형성한다는 관점에서, 또한 용철 및 슬래그의 성분이나 온도를 조정한다는 관점에서, 고체 환원철(B)의 용해 중에 각종 원료를 장입하는 것이 바람직하다.
저취용(低吹用)의 질소 가스(불활성 가스 A)의 유량은, 용철 층(11)을 충분히 교반하여 고체 환원철(B)의 안정한 용해 속도를 확보하기 위해, 상기 용철층(11)의 용철 1톤당 0.01 내지 0.20Nm3/분의 범위로 조정할 수 있다.
한편, 슬래그층(12)의 유동성을 확보함과 동시에 용철로부터의 탈황을 촉진하기 위해, 슬래그층(12)의 염기도 CaO/SiO2(질량비)는 0.8 내지 2.0, 더욱은 1.0 내지 1.6의 범위로 조정하는 것이 바람직하다(후기 실시예, 도 3참조).
용철 중의 탄소의 함유량은 3질량% 이상이 바람직하고, 3.5 내지 4.5질량%가 보다 바람직하다. 또한, 슬래그층(12) 중의 슬래그의 철 함유량은 5질량% 이하가 바람직하고, 3질량% 이하가 보다 바람직하다. 이것에 의해, 용철층(11)으로부터의 탈황이 촉진됨과 동시에, 용융 산화철에 의한 노 내장 내화물의 용융 손실도 억제되기 때문에 바람직하다.
〔출선재 공정〕
상기한 바와 같이 하여, 일정 시간 용해 조작을 계속 하는 것으로, 아크 가열식 용해로(1) 내에서 소정량(예컨대, 1탭 분)의 축선재(蓄銑滓)가 행하여진다. 그리고, 출선재를 한다. 출선재는 용광로에서의 출선재 작업과 같이, 화로를 경동하는 일 없이 직립시킨 채로, 탭 홀(10)을 드릴로 개공하여, 우선 용철을, 그 욕면(浴面)이 탭 홀(10)의 레벨이 될 때까지 배출한다. 계속하여 슬래그의 배출을 실시한다. 먼저 열용량이 큰 용철을 배출하는 것으로 탭 홀(10)이 따뜻하게 되기 때문에, 그 후에 슬래그를 계속하여 배출하더라도, 탭 홀(10)이 슬래그의 고화로 폐색되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 슬래그의 고화를 보다 확실히 방지하기 위하여, 출선 온도(출탕 온도라고도 한다.)는 1,400℃ 이상, 더욱은 1,450℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다(이하에 기술하는 실시예, 도 4 참조). 단, 출선 온도(출탕 온도)를 올리면, 에너지의 낭비일 뿐만 아니라, 노 내장 내화물의 손모(損耗) 속도도 상승하기 때문에, 1,550℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 슬래그 포밍을 보다 확실히 방지하기 위해, 용융 슬래그층(12)의 두께가, 프리보드(15)의 높이의 1/5 이하의 범위가 되도록, 프리보드 높이를 설정하고, 이것에 맞춰 출선재의 사이클 시간을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 슬래그는, 노 내에서 탄재 현탁 슬래그층(13)의 존재에 의해 포밍이 방지되어 그 밀도가 높게 유지되고 있으므로, 출재 중, 슬래그의 열용량이 높게 유지됨과 동시에, 슬래그는 노 내에서 탄재 피복층(14)의 존재에 의해 보온되어 있기 때문에, 출재 중, 가령 아크 가열을 중단 내지 감소하더라도, 슬래그가 냉각되어 고화하는 것이 방지된다.
그리고, 슬래그의 배출은, 탭 홀(1O)에서 슬래그에 섞여 탄재가 배출되기 시작한 것, 즉 탄재 현탁 슬래그층(13)이 배출되기 시작한 것을 가지고 종료하고, 탭 홀(10)을 매트로 폐색하면 바람직하다.
이것에 의해, 노 내에는, 탄재 현탁 슬래그층(13)과 탄재 피복층(14)이 잔존하게 되므로, 다음 용해 조작시에 있어서도, 슬래그의 포밍을 방지하여, 보온하는 효과가 확실히 유지된다.
이렇게 하여, 본 발명의 실시의 형태에 따른 용철 제조 방법을 반복함으로써 슬래그 포밍을 방지하면서, 원활하고 신속한 출재 작업이 반복하여 실시될 수 있다. 또한, 화로를 경동하는 일 없이 직립시킨 채로 출선재 작업을 할 수 있기 때문에, 출선재 작업 중에 있어서도, 용해 조작을 계속하는 것이 가능하다. 이것 때문에, 본 발명의 실시의 형태에 따른 용철 제조 방법에서는 용철의 생산성을 높게 할 수 있다.
〔보수 공정〕
본 발명의 실시 형태에 따른 용철 제조 방법에서는, 바닥 송풍구(8)를 이용하는 것에 의해, 상기 송풍구(8)의 용융 손실이나 막힘, 상기 송풍구(8) 주위의 노 바닥 내화물의 손모 등이 발생하기 때문에, 정기적인 점검·보수 작업을 필요로 한다. 이 때문에, 종래의 제강용 아크 전기로와 같이 아크 가열식 용해로(1)의 화로측의 최하부에 앤드 탭 홀(16)을 설치해 두고, 예컨대 수일간에 한 번, 상기 아크 가열식 용해로(1)를 20°이내의 각도만 경동하여, 앤드 탭 홀(16)로부터 잔 선재를 배출하고, 노를 비우고 나서 점검·보수 작업을 하는 것이 바람직하다.
점검·보수 작업 종료 후의 재시작은, 예컨대 본 작업 전에 화로로부터 배출한 잔선을 별도의 취과(取鍋) 등에 보온해 두고, 이것을 종탕으로서 재차 노에 장입하여 이용하면 좋다. 한편, 잔선재의 배출시에 노 내벽 내화물 표면에 슬래그나 지금이 부착하지만, 그 부착층 표면에는 탄재 현탁 슬래그층(13) 및 탄재 피복층(14) 중의 탄재가 피복하기 때문에, 점검·보수중, 화로를 보온해 두기위해서 버너로 가열하더라도, 슬래그나 지금의 산화가 방지되어, 재시작의 종탕 장입시에 있어서의 돌비(突沸)나, 다음번의 취련시에 있어서의 슬래그 포밍을 방지할 수 있다.
(변형예)
상기 실시 형태에서는, 탭 홀(10)은 1개소만 설치한 예를 들었지만, 화로 내화물의 용융 손실에 따르는 노 내 저면 레벨의 저하나, 출선재 사이클 시간의 변경에의 대응이 가능하도록, 높이 방향으로 복수 개소 설치하여 놓은 것이 바람직하다. 또한, 탭 홀(10)은, 화로의 수평 원주 방향으로 복수 개소, 예컨대 180°의 방향, 90°의 방향, 120°의 방향으로 설치하여도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 고체 환원철(B)은, 회전로상로에서 제조된 것을 예시했지만, 직선로 로터리킬룬에서 제조된 것을 사용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 탄재(C) 및 조재재(D)의 노에의 장입은, 중력에 의한 낙입 방식을 예시했지만, 예컨대 이들을 미세 분쇄하여 슬래그층 중에 직접 취입하는 것도 가능하다. 단, 설비 비용 및 조업 비용을 억제한다는 관점에서, 중력에 의한 낙입 방식이 바람직하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 저취용의 불활성 가스(A)로서, 질소가스(N)를 예시했지만, 아르곤 가스(Ar), 일산화탄소 가스(CO), 이산화탄소 가스(CO), 또는 이들의 어느 것인가 2종 이상의 혼합가스를 이용할 수 있다.
실시예
설비상의 제약으로부터 아크 가열식 용해로에 의한 확인 시험은 아직 실시하지 않았지만, 아크 가열식 용해로에 있어서의 슬래그의 포밍 거동 및 배재성(排滓性)을 유추하기 위해, 내화물 내경 2m, 노 내 유효 높이 2.6m의 고정식 용해로를 이용하여, 가열원으로서 상취 산소 가스로 탄재를 연소했을 때의 열량을 이용하여 고체 환원철을 용해하는 시험을 실시했다. 아크 가열식 용해로와 상기 고정식 용해로의 어느 것에 있어서도, 산화철을 포함하는 환원철이 용철층 또는 슬래그층에 용해할 때에, 산화철 중의 산소 원자가 일산화탄소 가스나 이산화탄소 가스로 되어, 슬래그를 통하여 배출된다. 가열원으로서 탄재의 연소열을 이용한 쪽이, 아크 가열을 이용했을 때보다도 탄재 연소시에 일산화탄소 가스나 이산화탄소 가스가 다량 발생하지만, 양가열 방식 모두, 환원철을 용해할 때의 노 내의 용철층과 슬래그층은 거의 같은 거동을 나타낸다고 생각된다.
고체 환원철로서는, 제철소 더스트를 산화철 원료로 하는 탄재 내장 산화철 펠렛을 회전로상로에서 가열 환원하여 그 후 상온까지 냉각한, 표 1에 나타내는 성분 조성의 고체 환원철을 이용했다. 탄재로서는 표 2에 나타내는 성분 조성의 코크스 분말 및 무연탄을 이용했다. 조재재로서는 생석회 및 돌로마이트를 이용했다. 또한, 저취용의 불활성 가스로서는 질소가스를 이용하고, 상취용의 산소 함유 가스로서는 산소 가스를 이용했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
〔실시예 1〕
시작시에, 상기 고정식 용해로에 종탕 장입하여, 소정량의 탄재를 장입하고 나서, 원료(표 1에 나타내는 환원철(1) 및 (2), 탄재, 조재재)의 장입과 취련을 시작했다. 그리고, 노 내에 탄재 현탁 슬래그 층 및 탄재 피복층을 형성시켜 용해 및 출선재의 제어를 실시했다. 본 실시예에서의 출탕 온도는 1568℃이고, 슬래그 염기도(CaO/SiO2)는 1.28이며, 슬래그 배출 계수는 1.66이었다.
〔실시예 2〕
다음으로, 탄재의 장입량을 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 같이, 각 원료의 장입과 취련을 시작하여, 노 내에 탄재 현탁 슬래그층 및 탄재 피복층을 형성시켜 용해 및 출선재의 제어를 실시했다. 본 실시예에서의 출탕 온도는 1,489℃이며, 슬래그 염기도(CaO/SiO2)는 0.91이며, 슬래그 배출 계수는 1.65였다.
〔실시예 3〕
다음으로, 환원 철을 표 1의 환원철 (1), (2) 및 (3)으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 같이, 각 원료의 장입과 취련을 시작하여, 노 내에 탄재 현탁 슬래그층 및 탄재 피복층을 형성시켜 용해 및 출선재의 제어를 실시했다. 본 실시예에서의 출탕 온도는 1,551℃이며, 슬래그 염기도(CaO/SiO2)는 0.89이며, 슬래그 배출 계수는 1.38이었다.
〔실시예 4〕
다음으로, 환원철을 표 1의 환원철 (4)로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 같이, 각 원료의 장입과 취련을 시작하여, 노 내에 탄재 현탁 슬래그층 및 탄재 피복층을 형성시켜 용해 및 출선재의 제어를 실시했다. 본실시예에서의 출탕 온도는 1,529℃이고, 슬래그 염기도(CaO/SiO2)는 0.94이며, 슬래그 배출 계수는 1.81이었다.
〔비교예 1〕
다음으로, 재시작으로서 상기 고정식 용해로에 종탕을 장입하여, 원료(표 1에 나타내는 환원철 (3), 탄재, 조재재)의 장입과 취련을 시작했다. 탄재의 장입량으로서는, 환원철의 용해에 필요한 양만 노 내에 장입했다. 그리고, 슬래그 염기도와 출탕 온도만을 조정하면서 용해 및 출선재의 제어를 실시했다. 본 비교예에서의 출탕 온도는 1,503℃이고, 슬래그 염기도(CaO/SiO2)는 0.97이며, 슬래그 배출 계수는 0.85였다.
〔비교예 2〕
다음으로, 환원철을 표 1의 환원철 (3) 및 (4)로 변경한 것 이외에는, 비교예 1과 같이, 각 원료의 장입과 취련을 시작하여, 슬래그 염기도와 출탕 온도만을 조정하면서 용해 및 출선재의 제어를 실시했다. 한편, 탄재의 장입량으로서는, 환원철의 용해에 필요한 양만 노 내에 장입했다. 본 비교예에서의 출탕 온도는 1,518℃이고, 슬래그 염기도(CaO/SiO2)는 1.26이며, 슬래그 배출 계수는 1.00이었다.
〔비교예 3〕
다음으로, 환원철을 표 1의 환원철(4)로 변경한 것 이외에는, 비교예 1과 같이, 각 원료의 장입과 취련을 시작하여, 슬래그 염기도와 출탕 온도만을 조정하면서 용해 및 출선재의 제어를 실시했다. 한편, 탄재의 장입량으로서는, 환원철의 용해에 필요한 양만 노 내에 장입했다. 본 비교예에서의 출탕 온도는 1,543℃이고, 슬래그 염기도(CaO/SiO2)는 1.06이며, 슬래그 배출계수는 1.05였다.
한편, 실시예, 비교예 모두, 용해시에 있어서는, 2차 연소율이 20 내지 30%가 되도록 제어했다. 2차 연소율이란, 용해로로부터 배출되는 각 가스 성분의 양으로부터, 다음 수학식에 의하여 산출되는 값이다.
2차 연소율=100×(CO2+HO2)/(CO+CO2+H2+H2O)
실시예 1 내지 4에서는, 8시간의 연속 조업 중, 슬래그 포밍에 의한 문제가 완전히 발생하는 일 없이, 안정되게 조업을 계속할 수 있었다. 이에 대하여, 비교예 1 내지 3에서는, 탄재 장입량이 적기 때문에, 출선재에 이를 때까지 노 내에 탄재 현탁 슬래그층 및 탄재 피복층은 형성되지 않았다. 또한, 비교예 1 내지 3에서는, 취련 개시 후 10 내지 15분 이내에 슬래그 포밍에 기인하는 배기가스 계통의 폐색 등의 문제가 발생하여 조업 정지를 할 수 밖에 없었다.
또한, 도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 3에서는, 슬래그 배출 계수(즉, 슬래그 생성량에 대한 슬래그 배출량의 질량비)는, 슬래그 염기도 및 출탕 온도를 조정하여도, 최고 1.1정도로 낮은 값에 머무는데 대하여, 실시예 1 내지 4에서는, 슬래그 배출 계수는, 슬래그의 염기도 및 출탕 온도를 적절히 조정 하는 것으로, 1.7 내지 1.8이라는 높은 값이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
이상, 상세히 서술한 것과 같이, 본 발명은 아크 가열식 용해로가 노 바닥에 구비한 바닥 송풍구로부터 노 내의 용철층 중에 불활성 가스를 취입하여 상기 용철층을 교반하면서, 탄재 내장 산화철 괴성화물을 가열 환원하여 수득된 고체 환원철, 탄재 및 조재재를 상기 용해로에 장입하고, 상기 용해로에서의 아크 가열로 상기 고체 환원철을 용해하여 용철을 제조하는 용철 제조방법으로서, 상기 탄재는, 상기 용철층 상의 상기 고체 환원철을 용철로 용해할 때에 생성된 슬래그로 형성된 슬래그 층에 있어서, 상층부에 상기 탄재가 현탁한 탄재 현탁 슬래그층을 형성하고, 또한 상기 탄재 현탁 슬래그층 상에 상기 탄재만으로 이루어지는 탄재 피복층을 형성하도록 장입되며, 상기 용해로 내에 축적된 상기 용철 및 상기 슬래그를, 상기 용해로가 노벽 하부에 구비한 탭 홀로부터 배출하는 용철 제조 방법이다.
본 발명에서는, 노벽 하부에 탭 홀을 갖춘 아크 가열식 용해로를 이용하여, 저취 가스 교반을 이용하면서, 노 내의 용철층 상에 슬래그에서 형성된 슬래그층의 상층부에, 탄재가 현탁한 탄재 현탁 슬래그층을 형성하고, 또한 탄재 현탁 슬래그 층의 위에 탄재만으로 이루어지는 탄재 피복층을 형성하도록 탄재를 장입 하는 것으로, 슬래그 층의 상층부에 형성된 탄재 현탁 슬래그층 중의 슬래그의 산화철 농도가 저하되어, 포밍의 원인이 되는 일산화탄소 가스의 기포의 생성 속도가 저하됨과 동시에, 이 탄재 현탁 슬래그층 중에 현탁한 탄재가 일산화탄소 가스의 슬래그 중의 통기성을 향상시키므로(즉, 슬래그층으로부터 상기 일산화탄소 가스 기포가 빠지기 쉽게된다), 포밍이 일어나기 어렵게 된다. 또한, 탄재 현탁 슬래그층의 위에 형성된 탄재 피복층이 슬래그층을 보온하여, 출재시의 탭 홀 내에서의 슬래그의 냉각 및 응고를 방지하기 때문에, 화로를 경동하는 일 없이, 즉 화로가 직립한 채로의 상태로, 원활하고 신속한 출재 작업을 실시할 수 있다. 이 결과, 저비용이면서 안정성과 또한 생산성이 우수한 용철 제조 방법이 실현된다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 고체 환원철, 탄재 및 조재재 중, 소정량의 탄재를 최초로 장입하는 것이 바람직하다. 고체 환원철을 아크 가열식 용해로에 장입하기 전에, 우선 소정량의 탄재를 장입하는 것으로, 용해의 초기 단계에서 탄재 현탁 슬래그층이 형성되기 쉽게된다. 이것에 의해, 슬래그 포밍을 보다 확실히 방지할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 탄재의 장입량이, 용철의 배출 개시시에서의 상기 슬래그층 중의 슬래그 1,00Okg에 대하여, 상기 탄재 현탁 슬래그층 중의 탄재와 상기 탄재 피복층의 탄재의 합계 100 내지 300kg인 것이 바람직하다. 탄재의 장입량을 이 범위 내로 설정하는 것으로, 고체 환원철의 용해 속도의 저하와 슬래그 포밍의 발생을 보다 확실히 방지함과 동시에, 보다 원활하고 또한 신속한 출재 작업를 실시할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 불활성 가스의 취입량이 용철층의 용철 1톤당 0.01 내지 0.20Nm3/분인 것이 보다 바람직하다. 불활성 가스의 취입량을 이 범위내로 설정 하는 것으로, 용철층을 충분히 교반하여 고체 환원철의 안정한 용해 속도를 확보할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 고체 환원철의 금속화율이 60 내지 95%인 것이 바람직하다. 금속화율이 이 범위 내인 고체 환원철을 이용함으로써 비교적 적은 탄재 장입량으로, 비교적 높은 탄소 농도의 용철을 생성함과 동시에, 용철이 높은 탈황율을 확보할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 슬래그층 중의 슬래그의 철 함유량이 5질량% 이하인 것이 바람직하다. 슬래그의 철 함유량을 이 범위로 조정하는 것으로, 용철층의 탈황을 보다 촉진함과 동시에, 용융 산화철에 의한 노 내장 내화물의 용융 손실을 더욱 억제할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)가 0.8 내지 2.0인 것이 바람직하다. 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 이 범위로 조정 하는 것으로, 슬래그 층의 유동성이 보다 높아짐과 동시에 용철로부터의 탈황을 보다 촉진할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 용철의 배출시의 온도(출선 온도)가 1,400 내지 1,550℃인 것이 바람직하다. 배출시의 용철의 온도를 이 범위로 조정하는 것으로, 보다 높은 에너지 효율로 조업할 수 있음과 동시에, 노 내장 내화물의 손모 속도를 더욱 억제할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 용해로가 구비하는 전극의 선단부가, 상기 슬래그층 중에 위치하는 것이 바람직하다. 선단부를 슬래그층 중에 위치시킴으로써 아크에 의한 복사 가열과 저항 가열의 효과가 병립하며, 용해를 보다 촉진할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 탭 홀로부터 슬래그에 섞여 탄재가 배출되기 시작했을 때에 상기 슬래그의 배출을 종료하는 것이 바람직하다. 탄재가 배출되기 시작했을 때에 슬래그의 배출을 종료 하는 것으로, 노 내에 탄재 현탁 슬래그층과 탄재 피복층이 잔존하고, 다음번의 용철의 제조에 있어서, 보다 확실히 슬래그 포밍의 방지와 슬래그의 보온을 행할 수 있다.
이 용철 제조 방법에 있어서, 상기 용해로가 그 노벽 최하부에 앤드 택 홀을 구비하고 있고, 상기 용해로의 보수는, 상기 용해로를 20°이내의 각도만 경동시켜, 상기 앤드 탭 홀로부터 잔선재를 배출한 후에 실시하는 것이 바람직하다. 용해로를 조금만 경동시켜, 앤드 탭 홀로부터 잔선재를 배출한 후에, 상기 용해로의 송풍구나 노벽의 손모를 보수하기 때문에, 노를 크게 경동하는 경우와 비교하여, 노 경동에 필요로하는 노의 설치 공간을 절약할 수 있음과 동시에, 노 경동을 위한 시간도 단축할 수 있다.
본 발명의 용철 제조 방법을 이용하면, 노 내에서 이상 슬래그 포밍을 발생시키는 일 없이, 저비용으로 안정하게 용철을 제조할 수 있다.

Claims (11)

  1. 아크 가열식 용해로가 노 바닥에 구비한 바닥 송풍구로부터 노 내의 용철층 중에 불활성 가스를 취입하여 상기 용철층을 교반하면서, 탄재 내장 산화철 괴성화물을 가열 환원하여 수득된 고체 환원철, 탄재 및 조재재를 상기 용해로에 장입하고, 상기 용해로에서의 아크 가열로 상기 고체 환원철을 용해하여 용철을 제조하는 용철 제조방법으로서,
    상기 탄재는, 상기 용철층 상의 상기 고체 환원철을 용철로 용해할 때에 생성된 슬래그로 형성된 슬래그 층에 있어서, 상층부에 상기 탄재가 현탁한 탄재 현탁 슬래그층을 형성하고, 또한 상기 탄재 현탁 슬래그층 상에 상기 탄재만으로 이루어지는 탄재 피복층을 형성하도록 장입되며,
    상기 용해로 내에 축적된 상기 용철 및 상기 슬래그를 상기 용해로가 노벽 하부에 구비한 탭 홀로부터 배출하는 용철 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 환원철, 탄재 및 조재재 중, 소정량의 탄재를 최초로 장입하는 용철 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄재의 장입량이, 용철의 배출 개시시에서의 상기 슬래그층 중의 슬래그 1,00Okg에 대하여, 상기 탄재 현탁 슬래그층 중 탄재와 상기 탄재 피복층 탄재의 합계로 100 내지 300kg인 용철 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불활성 가스의 취입량이 용철층의 용철 1톤당 0.01 내지 0.20Nm3/분인 용철 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 환원철의 금속화율이 60 내지 95% 인 용철 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그층 중 슬래그의 철 함유량이 5질량% 이하인 용철 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그의 염기도가 0.8 내지 2.0인 용철 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용철의 배출시 온도가 1,400 내지 1,550℃인 용철 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용해로가 구비한 전극의 선단부가, 상기 슬래그층 중에 위치하는 용철 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탭 홀로부터 슬래그에 섞여 탄재가 배출되기 시작했을 때에 상기 슬래그의 배출을 종료하는 용철 제조 방법.
  11. 상기 용해로는 그 노벽 최하부에 앤드 탭 홀을 갖추고 있고, 상기 용해로의 보수는 상기 용해로를 20°이내의 각도만 경동시켜, 상기 앤드 탭 홀로부터 잔선재를 배출한 후에 실시하는 용철 제조 방법.
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