KR20120001571A - Ｋｒ 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법 - Google Patents

Ｋｒ 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 빈 장입래들에 장입하여 재사용하는 단계; 상기 슬래그가 장입된 장입래들에 용선을 수선하여 1차 탈황 반응시키는 단계; 상기 용선을 수선한 장입래들에 반송용강과 합탕하여 2차 탈황 반응시키는 단계; 상기 용강과 합탕된 장입래들을 대차 편량 장치로 용선량을 보정하여 3차 탈황 반응시키는 단계; 및 상기 탈황 반응들에서 생성된 부산물을 장입래들에서 배재하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 이 경우 용선 예비처리 공정인 KR 탈황공정에 의한 반송용강의 온도하강을 방지하고, 제강 공정시간을 단축시킬 수 있으며, 종래의 KR 탈황공정에서 발생하는 임펠라 및 장입래들 내화물 파손을 방지하고, KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 재사용함으로써 공정 비용을 절감할 수 있다.

Description

ＫＲ 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법{Method of desulfuration of return molten steel using slag made in ＫＲ desulfuration process}
본 발명은 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 재사용하여 탈황반응시키는 반송용강의 탈황처리 방법에 관한 것이다.
용선 수선, 용선 예비처리, 정련 공정을 통과한 용강은 연속주조 공정을 통해 슬라브를 제조하게 된다. 연속주조 공정간 블레이크 아웃(break out), 노즐 클로깅(clogging) 등의 조업 불안정성에 의해 연속 주조가 중단될 경우 래들에 남은 용강은 전로 재장입을 위해 용선 합탕장으로 이동하게 된다.
이를 반송 용강이라 한다. 반송 용강은 전로 장입 요구량 확보를 위하여 반송 용강량에 따라 일정량의 용선과 합탕하게 된다. 고로에서 생산되는 용선은 4.3~4.6wt% 정도의 탄소(C) 이외에 0.035wt% 이상의 황(S)과 인(P), 규소(Si) 등의 불순물을 함유하게 되며, 용선과 합탕한 용강은 합탕 용선량에 따라 유황 농도가 0.007∼0.02wt% 정도이다.
본 발명의 목적은 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 재사용하여 탈황반응시키는 반송용강의 탈황 처리방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법은, KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 빈 장입래들에 장입하여 재사용하는 단계; 상기 슬래그가 장입된 장입래들에 용선을 수선하여 1차 탈황 반응시키는 단계; 상기 용선을 수선한 장입래들에 반송용강과 합탕하여 2차 탈황 반응시키는 단계; 상기 용강과 합탕된 장입래들을 대차 편량 장치로 용선량을 보정하여 3차 탈황 반응시키는 단계; 및 상기 탈황 반응들에서 생성된 부산물을 장입래들에서 배재하는 단계를 포함한다.
상기 슬래그는 10∼15 kg/ton으로 장입래들에 투입된다.
상기 슬래그는 알루미늄이 30∼35wt%로 함유된 Al-dross를 슬래그 대비 5∼10wt% 더 포함한다.
상기 용선은 총 용량이 320톤인 장입래들 기준 20∼50 톤이 수선된다.
본 발명은 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 빈 장입래들에 장입하여 재사용하고, 상기 슬래그가 장입된 장입래들에 용선을 수선하여 1차 탈황 반응시키며, 상기 용선을 수선한 장입래들에 반송용강과 합탕하여 2차 탈황 반응시키고, 상기 용강과 합탕된 장입래들을 대차 편량 장치로 용선량을 보정하여 3차 탈황 반응시킨 후 상기 탈황 반응들에서 생성된 부산물을 장입래들에서 배재하여 탈황 처리한다.
이 경우 용선 예비처리 공정인 KR 탈황공정에 의한 반송용강의 온도하강을 방지하고, 제강 공정시간을 단축시킬 수 있으며, KR 탈황공정에서 발생할 수 있는 임펠라 및 장입래들 내화물 파손을 방지할 수 있다.
또한, KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 재사용함으로써 공정 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법은 나타낸 공정도이다.
이하, 본 발명에 따른 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 빈 장입래들에 장입하여 재사용하는 단계와, 상기 슬래그가 장입된 장입래들에 용선을 수선하여 1차 탈황 반응시키는 단계와, 상기 용선을 수선한 장입래들에 반송용강과 합탕하여 2차 탈황 반응시키는 단계와, 상기 용강과 합탕된 장입래들을 대차 편량 장치로 용선량을 보정하여 3차 탈황 반응시키는 단계와, 상기 탈황 반응들에서 생성된 부산물을 장입래들에서 배재하는 단계를 포함한다.
강 중에 황이 과량으로 존재하는 경우에는 크랙발생을 유발하므로 특수 목적의 일부 강 종을 제외하고는 2차 정련에서 일정 수준 이하까지 황의 함량을 제어하게 된다. 예를 들어, API재와 냉연 자동차 강판 소재에 대해서는 내부결함과 표면결함을 이유로 황 농도를 0.0005wt%까지 관리할 필요가 있다.
하지만 이차 정련만으로 극한 수준의 황 농도를 확보하기에는 탈황에 필요한 부원료 원 단위 상승, 조업시간 증가 등의 단점이 있으므로 2차 정련 이전에 탈황을 수행하는 것이 필요하다.
하기 반응식 1에서 알 수 있듯이, 탈황 반응은 환원성 분위기를 필요로 한다. 하지만 2차 정련 이전의 전로 공정에서는 노 내가 산화성 분위기를 유지하므로 탈황효율에 한계가 있다.
<반응식 1>
CaO + S = CaS + O [탈황 반응]
따라서 산소 포텐셜이 낮고, 황의 활동도를 증가시키는 탄소(C), 규소(Si), 인(P) 등이 다량 함유되어 있어 탈황처리가 유리한 용선 단계에서 탈황처리가 이루어져야 하며, 이를 용선 예비처리라 한다.
하지만 연속주조가 중단되어 반송된 용강은 장시간의 대기중 체류에 의해 용탕 표면이 냉각되어 지금이 형성된다. 이러한 지금은 저온의 용선과 합탕해서는 용해되지 않기 때문에 임펠러를 사용한 기계적 교반공정(이하, "KR 탈황공정"이라고 칭함), 즉, 임펠러를 용선 중에 일정깊이까지 침적시켜 일정한 속도로 회점시킴으로써 기계적 교반력을 이끌어내어 탈황반응시킬 수 있으나, 임펠러 파손 또는 장입 래들 내벽 내화물의 파손을 야기하게 된다. 따라서 지금이 발생한 반송용강에 대한 용선 예비처리로써 KR 탈황공정 외 탈황처리를 필요로 한다.
이에, 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴보면, 반송용강이 발생하여 합탕이 필요한 경우, KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 빈 장입래들에 10∼15 kg/ton으로 장입하고, 상기 슬래그가 장입된 장입래들에 반송용강이 합탕되기 전에 장입래들 및 슬래그의 예열을 위해 반송 용강량에 따라 용선 운반용기인 토페토카(TLC, Torpedo Ladle Car)로부터 20∼50 ton의 용선을 수선하여 수선시 발생하는 강력한 하강류에 의해 1차 탈황 반응되며, 용선 수선이 완료된 상기 장입래들은 합탕장으로 이동하여 반송된 용강과 합탕하면서 발생하는 강력한 하강류에 의해 2차 탈황 반응되고, 상기 반송용강과 합탕된 장입래들은 대차 편량 장치로 측정하여 목표 전로 장입량 확보를 위해 용선량을 보정하여 3차 탈황 반응시킨 후 전로공정 전 탈황 반응들에서 생성된 부산물을 장입래들에서 배재하는 공정을 수행함으로써 별도의 용선 예비처리 공정 없이 탈황 처리할 수 있다.
여기서, 슬래그는 CaO 입자 주위에 CaS가 도포된 형상이며, CaS는 취성이 강해 CaO로부터 쉽게 분리된다. 슬래그 중에 포함된 CaO가 탈황제의 역할을 한다. 슬래그는 10∼15 kg/ton으로 장입되는 것이 바람직하다.
만약, 상기 슬래그 장입량이 10 kg/ton 미만인 경우에는 CaO의 양이 적어 탈황반응이 저하되는 문제가 있고, 15 kg/ton을 초과하는 경우에는 용선과 반송용강 대비 과량의 슬래그로 인한 다수의 부산물이 발생하고 과량의 슬래그로 인하여 탈황반응에 열위한 용선 온도가 하강하는 문제가 있다.
또한, 슬래그는 알루미늄이 30∼35wt%로 함유된 Al-dross를 슬래그 대비 5∼10wt%로 더 포함할 수 있다. 여기서, 알루미늄 드로스(Al-dross)는 알루미늄 금속 또는 스크랩을 용해시킬 때 용탕 표면에 형성되는 산화물을 의미한다.
Al-dross는 알루미늄을 30∼35wt% 함유하여 산소 포텐셜을 낮추는 역할을 하며, 탈황반응은 환원반응으로 산소 포텐셜이 낮으면 환원반응이 증가하여 탈황반응이 효율적으로 나타난다.
Al-dross를 5wt% 미만으로 포함하는 경우에는 용선내 산소 포텐셜을 저하시키는 효과가 미비하여 탈황효율이 저하되고, 10wt%를 초과하는 경우에는 Al-dross 투입시 발생하는 다량의 분진으로 인해 집진 설비인 백필터를 손상시킬 수 있다.
용선은 슬래그가 들어있는 장입래들에 20∼50 톤(총 용량이 320톤인 장입래들에 대하여)이 수선되도록 하며, 수선시 장입래들에 발생하는 강력한 용선의 하강류에 의해 슬래그와 반응하여 1차 탈황 반응이 일어난다. 상기 장입래들에 수선되는 용선량이 총 용량이 320톤인 장입래들 기준으로 20 톤 미만인 경우에는 용선의 하강류로 인한 탈황 효과가 미비한 문제가 있고, 50 톤을 초과하는 경우에는 반송용강 합탕시 용강내 용존 산소와 용선내 탄소가 반응하여 CO 가스를 발생시키는 문제가 있다.
이때, 용선은 반송용강과 슬래그가 반응하는 합탕 전에 슬래그가 들어있는 장입래들에 수선되도록 하는 것이 바람직하다.
용선을 슬래그가 들어있는 장입래들에 반송용강의 장입전 먼저 장입하는 이유는 장입래들의 예열을 위한 것이다.
만약, 반송용강 합탕을 위해 장입래들에 반송용강을 선장입하는 경우 반송용강에 비해 온도가 낮은 장입래들 벽면에 반송용강이 닿아 급속한 냉각으로 인해 장입래들 벽면에 지금이 발생할 수 있으며,반송용강의 대기중 체류에 의해 발생하는 지금(raw metal)이 용선에 용해되지 않는 문제가 발생한다.
반송용강의 온도는 대략 1500℃로 높으나 C의 함량이 낮아 흐름성이 좋지 않고, 용선은 흐름성은 좋으나 온도가 대략 1300℃로 반송용강에 비해 낮다. 이러한 이유로 반송용강을 예열되지 않은 장입래들 벽면에 지금을 발생시키고 지금은 용선의 장입에 의해서도 용해되지 않는 것이다.
탈황반응들로부터 생성된 부산물은 전로공정이 산화반응이기 때문에 전로공정전 부산물을 배재하는 단계를 수행하지 않으면 복황이 발생하는 문제가 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명하는 것으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법은 나타낸 공정도이다.
도 1을 참조하면, 연속주조 공정을 통해 슬라브가 제조되고, 연속주조 공정간 블레이크 아웃(break out), 노즐 클로깅 등의 조업 불안정성에 의해 연속주조 공정이 중단될 경우 래들에 남은 용강은 전로 재장입을 위해 용선 합탕장으로 이동하게 되며 이를 반송용강이라고 한다.
반송용강은 전로 장입 요구량 확보를 위해 반송 용강량에 따라 일정량의 용선과 합탕하게 된다. 용선과 합탕한 용강은 합탕 용선량에 따라 유황 농도가 0.007∼0.02wt% 정도이다.
본 발명에 따른 반송용강의 탈황 처리방법은 최종적으로 제조되는 슬라브의 유황 농도 확보를 위해 수행되는 KR 탈황공정 외 탈황 처리방법에 관한 것으로 빈 장입래들에 KR 탈황공정에서 생성된 10∼15 kg/ton의 슬래그와 알루미늄이 30∼35wt%로 함유된 Al-dross를 슬래그 대비 5wt%로 장입한 후 장입래들과 슬래그의 예열을 위해 반송용강량에 따라 용선을 수선한다.
이때, 수선된 용선에 의해 강력한 하강류가 발생해 1차 탈황 반응이 발생한다. 용선이 수선된 장입래들은 합탕장으로 이동되고 반송용강과 합탕하여 2차 탈황 반응을 유도한다.
합탕이 완료된 장입래들은 목표 전로 장입량 확보를 위해 대차 편량 장치로 측량한 후 용선량 보정하여 3차 탈황반응시킨다.
3차 탈황반응이 완료된 후 탈황반응으로 형성된 부산물을 수거하는 배재공정을 수행함으로써, 별도의 용선 예비처리 공정 없이 바로 전로 장입이 이루어질 수 있으며, 이때 측정되는 유황 비율은 0.003wt% 이하였다. 전로 장입이 이루어진 용강은 이차정련 및 연속주조 공정을 통해 슬라브로 제조된다.
아래의 표 1 및 표 2는 탈황제로 슬래그(CaO) 또는 슬래그(CaO)+Al-dross를 사용하였을 경우 탈황률을 나타낸 것이다.
생석회(CaO)
(kg/ton)		 탈황률(%) 비고
3 58.4 비교예
4 56.7 비교예
4.5 65.4 비교예
5 66.1 비교예
6 65.9 비교예
7 66.7 비교예
8 65.0 비교예
9 71 비교예
10 75.3 비교예
슬래그(CaO)+Al-dross 탈황률(%) 비고
슬래그(CaO)
(kg/ton)		 Al-dross
(kg/ton)
4.5(3) 0.18 71.7 비교예
6.0(4) 0.24 72.3 비교예
6.8(4.5) 0.34 75.2 비교예
7.5(5) 0.38 75.8 비교예
9.0(6) 0.54 76.1 비교예
10.5(7) 0.32 80.1 발명예
12.0(8) 0.48 82.1 발명예
13.5(9) 0.95 83.4 발명예
15.0(10) 1.5 85.4 발명예
15.0(10) - 77.8 발명예
[여기서, (CaO)는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그에 포함된 CaO의 양이고, Al-dross는 알루미늄이 30∼35wt% 함유된 Al-dross이다.]
표 1과 표 2에 의하면, KR 탈황공정에서 생성된 슬래그와 Al-dross를 탈황제로 사용하는 경우 전체적으로 탈황률이 높았으며, 그 중에서도 슬래그 10∼15 kg/ton와 슬래그 대비 5∼10wt%의 Al-dross를 사용한 경우 탈황률이 80% 이상으로 높았다.
반면, 표 1의 생석회(CaO)만 사용한 경우에는 생석회를 다량 첨가하여도 표 2의 발명예에 비해 탈황률이 그다지 높아지지 않았다. 이는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그에는 CaO 성분 외에도 CaO의 융점을 낮추는 CaFe2 등의 다른 성분들이 포함되어 탈황률을 증대시켰기 때문이다.
이를 통해, KR 탈황공정에서 생성된 슬래그 또는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그와 알루미늄이 30∼35wt% 함유된 Al-dross를 혼합하여 탈황제로 사용하는 경우 탈황 효율을 증대시킴을 알 수 있다.
이로 인한, 탈황 효율 증가로 추가적인 KR 탈황공정을 필요로 하지 않으므로 반송용강의 온도하강을 방지하고 제강 공정시간을 단축시킬 수 있게 되는 것이다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 빈 장입래들에 장입하여 재사용하는 단계;
    상기 슬래그가 장입된 장입래들에 용선을 수선하여 1차 탈황 반응시키는 단계;
    상기 용선을 수선한 장입래들에 반송용강과 합탕하여 2차 탈황 반응시키는 단계;
    상기 용강과 합탕된 장입래들을 대차 편량 장치로 용선량을 보정하여 3차 탈황 반응시키는 단계; 및
    상기 탈황 반응들에서 생성된 부산물을 장입래들에서 배재하는 단계를 포함하는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그는 10∼15 kg/ton으로 상기 장입래들에 투입되는 것을 특징으로 하는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그는 알루미늄이 30∼35wt% 함유된 Al-dross를 슬래그 대비 5∼10wt% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 용선은 총 용량이 320톤인 장입래들 기준 20∼50 톤이 수선되는 것을 특징으로 하는 KR 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법.
KR1020100105294A 2010-06-28 2010-10-27 Ｋｒ 탈황공정에서 생성된 슬래그를 이용한 반송용강의 탈황 처리방법 KR101185240B1 (ko)

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