KR20120064710A - 정련용 상랜스 및 그것을 이용한 용선의 정련 방법 - Google Patents

정련용 상랜스 및 그것을 이용한 용선의 정련 방법 Download PDF

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후토시 오가사와라
노리야스 가토
마사유키 고게
유마 이가라시
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Abstract

정련용 상랜스로서, 랜스 선단부에 연직 하향 또는 기울기 방향의 주공(main hole) 노즐(11) 및 부공(sub hole) 노즐(12)을 가짐과 함께, 선단부로부터 상방으로 격리된 위치의 랜스의 측면부에, 수평 또는 비스듬히 하향 방향의 2차 연소용 노즐(13)을 갖고, 그리고, 상랜스의 내부에는, 고체 산소원과는 상이한 분체를 취련용의 산소 함유 가스와 함께 상기 주공 노즐을 통하여 공급하거나, 또는, 취련용의 산소 함유 가스를 상기 주공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제1 공급 경로와, 2차 연소용의 산소 함유 가스를 상기 2차 연소용 노즐을 통하여 공급하기 위한 제2 공급 경로와, 분체 형상의 고체 산소원을 반송용 가스와 함께 상기 부공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제3 공급 경로를 가짐으로써, 용선 또는 용강을 산화 정련함에 있어서, 효율적인 산화 정련이 가능함과 동시에 전로형 정련 용기의 부착 스컬(skull)을 효율적으로 용해하기 위한 상랜스를 제공한다.

Description

정련용 상랜스 및 그것을 이용한 용선의 정련 방법{TOP LANCE FOR REFINING AND METHOD FOR REFINING MOLTEN IRON USING SAME}
본 발명은, 탈인 처리(dephosphorization treatment) 등의 산화 정련(oxidation refining)을 전로(converter)형 정련 용기 내의 용선(hot metal) 또는 용강에 행하는데 적합한 정련용 상랜스(top lance)에 관한 것으로, 또한, 당해 상랜스를 이용한 용선의 정련 방법에 관한 것이다. 본 발명의 상랜스는, 산소 함유 가스(oxygen containing gas)의 공급 경로와 산화철 등의 고체 산소원(solid oxygen source)의 공급 경로가 분리되어 있기 때문에, 이들 경로로부터 산소 함유 가스 및 고체 산소원을 독립시켜 전로형 정련 용기 내의 용선 또는 용강의 욕면(bath surface)으로 공급 가능하다. 또한 본 발명의 상랜스는, 산소 함유 가스와 함께 고체 산소원 이외의 분체(powdery material)의 공급이 가능하다. 또한 발명의 상랜스는, 랜스 선단부로부터 떨어진 랜스의 측면으로부터 2차 연소용의 산소 함유 가스를 전로형 정련 용기의 로(furnace) 내 공간으로 공급하는 것이 가능하다.
고로(blast furnace) 용선을 이용하는 제강 프로세스에 있어서는, 전로에서 탈탄 취련(decarburizing blowing)하기 전에, 용선 중에 함유되는 인(P)의 대부분을 산소 가스나 고체의 산화철을 이용하여 산화하여 제거하는, 용선의 예비 탈인 처리(dephosphorization pretreatment)가 일반적으로 행해지고 있다. 특히 최근, 철강 제품에 요구되는 품질 요구는 이전보다도 엄격해져, 지금까지 이상의 인 농도의 저감이 요구되도록 되어 있다. 이 품질 요구에 부응하려면, 탈인 처리를 행하는 용선량을 종래 이상으로 증가시키는 것이나, 탈인 처리 후의 인 농도를 안정되게 낮추는 것이 필요해진다.
한편, 요즈음의 지구 온난화로 대표되는 환경으로의 영향의 경감 요청에 대응하기 위해, 제강 공정에 있어서의 슬래그(slag) 배출량의 삭감이 필수가 되어 있다. 용선의 예비 탈인 처리로 슬래그의 배출량을 삭감하기 위해서는, 용융하여 인 산화물(P2O5) 흡수용의 정련제(refining agent)로서 기능하는 슬래그(「탈인 정련용 슬래그」라고 칭함)가 되는, 탈인용의 정련제(이하, 「탈인용 정련제」라고 기입함)의 투입량을 저감하는 것이 필요하다. 용선의 예비 탈인 처리에 있어서의 탈인용 정련제의 주체는 석회(lime)이다. 따라서, 상기의 품질 요구에 부응함과 함께 슬래그 배출량을 삭감하기 위해서는, 석회의 사용량을 저감하면서, 필요 탈인량을 유지하는 기술, 즉, 적은 석회의 사용량으로 효율 좋게 탈인 처리하는 기술이 필요해진다.
용선의 예비 탈인 처리에 있어서, 앙금화(fluxing)(슬래그화)하지 않는 석회는 탈인 반응에 기여하지 않는 점에서, 석회의 사용량을 삭감하기 위해서는, 첨가한 석회의 앙금화를 촉진시키는 것이 중요해진다. 종래, 석회를 비롯한 슬래그의 앙금화 능력이 우수한 앙금화 촉진용의 매용제(앙금화 촉진제: fluxing agent)로서 형석(fluorite: 불화 칼슘을 주성분으로 하는 광석)이 알려져 있고, 탈인 처리에 있어서도 형석이 이용되어 왔다. 그러나 최근, 환경 규제의 강화에 수반하여, 불소를 함유하는 매용제의 사용이 제한되도록 되어 있다. 그 때문에, 형석을 사용하지 않아도 석회에 의한 탈인 반응을 촉진시키는 수단이 검토되어, 다수의 제안이 이루어지고 있다.
그 중의 하나의 수단으로서, 석회계의 탈인용 정련제를, 산소 함유 가스나 산화철 등의 산소원이 공급되어 있는 장소와 동일한 장소 혹은 근접한 장소로 공급하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술은, 석회계의 탈인용 정련제의 앙금화를 촉진시켜, 적은 석회계 탈인용 정련제로 효율 좋게 탈인 처리하려고 하는 것이다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 산소 가스가 공급되어 있는 장소에, 석회계 탈인용 정련제 및 흡열 물질을 첨가하여 행하는 용선의 예비 탈인 처리 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 2에는, 산소 가스의 공급에 의해 용선 표면에 형성되는 화점(fire spot, hot spot) 영역에 석회계 탈인용 정련제를 첨가하는데 적합한 상랜스가 개시되어 있다. 이 상랜스는, 축심부 위치에 석회계 탈인용 정련제를 공급하기 위한 분체 취입 노즐을 배치하고, 그 주위에 산소 가스를 공급하기 위한 복수의 노즐을 배치한, 사중관(quadruple tube) 구조로 되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 산소 함유 가스와 함께 석회계 탈인용 정련제를 공급하는 공급 경로와 산화철의 공급 경로가 분리되어 있고, 이들 경로로부터 산소 함유 가스, 석회계 탈인용 정련제 및 산화철을 용선 욕면으로 공급하여 탈인 처리 등의 산화 정련을 용선에 행하기 위한, 오중관(quintet tube) 구조의 정련용 상랜스가 제안되어 있다. 이 특허문헌 3에서는, 산화철 공급 경로의 주위에 완충 공간을 설치함으로써, 산화철 공급 경로의 파공(broken hole)을 검지하는 것도 제안하고 있다.
그런데, 용융철에 있어서의 탈인 반응은 온도가 낮을수록 유리한 점에서, 탈인 처리는, 1300?1400℃ 정도의 용선의 단계에서 행해지고 있다. 예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는 1300℃ 미만?1350℃ 정도의 실시 온도가 개시되어 있다. 또한, 최근에는, 프리 보드(free board; 로 내에서의, 정치 용철(stationary hot metal)이 차지하는 이외의 공간)가 크고 강(强)교반이 가능한 점에서, 용선의 예비 탈인 처리는, 전로형 정련 용기로 행해지는 것이 일반적이다. 그러나, 저온이기 때문에, 탈인 처리 중에 비산한 용선이 전로형 정련 용기의 측벽이나 로의 입구 등에 부착?응고하여 스컬(skull;地金)이 퇴적하여, 용선 수율의 저하나 스컬 제거 작업에 의한 생산성의 저하를 초래하고 있었다.
이 스컬 부착의 문제는, 용선의 예비 탈인 처리에 한정되지 않고, 전로에서의 용선의 탈탄 정련에 있어서도 문제가 되고 있다. 즉, 전로에서의 용선의 탈탄 정련에서는, 취련 중의 스컬 비산(「스피팅」이라고 부름)이나 슬래그 분출(「슬롭핑(slopping)」이라고 부름)에 의해 전로의 내벽이나 로의 입구에 스컬이 퇴적하여, 로 내로의 용선 및 철 스크랩의 장입이 저해되는 등의 문제가 발생한다.
이 스컬 부착을 해결하기 위한 수단도 다수 제안되어 있다. 예를 들면 특허문헌 4에는, 선단부에 주공(main hole) 노즐을 갖는 상랜스의 선단부로부터 소정의 간격을 둔 상랜스의 측면에, 수평 또는 하향 방향의 2차 연소용 노즐을 배치하고, 상기 주공 노즐로부터 산소 가스를 공급하여 전로 내의 용선 또는 용강을 산화 정련함과 동시에, 상기 2차 연소용 노즐로부터 산소 가스를 공급하여 전로에 부착한 스컬을 용해하는 정련 방법이 제안되어 있다.
일본공개특허공보 2003-328021호 일본공개특허공보 2006-336033호 일본공개특허공보 2008-208407호 일본공개특허공보 2008-138271호
현재, 제강 공정에 있어서는, 용선의 예비 탈인 처리를 시작으로서, 산소원으로서, 산소 함유 가스 등의 기체 산소원과 산화철 등의 고체 산소원을 병용하여, 이것들을 동일 개소 혹은 근접한 개소에 첨가하는 산화 정련 방법이 주류가 되어 있다. 게다가, 그 경우에, 상기 기체 산소원을 반송용 가스로서 이용하여, 탈인용 정련제 등의 플럭스(flux)를 기체 산소원과 함께 반송하고(특허문헌 3을 참조), 따라 플럭스를 기체 산소원의 첨가 위치에 투입하는 정련 방법도 행해지도록 되어 있다. 또한, 이러한 정련을 실시하는 경우에도, 전로형 정련 용기의 내벽 및 로의 입구에 부착된 스컬을 상랜스 측면의 2차 연소용 노즐로부터 공급하는 기체 산소원에 의해 용해하는 것은, 철 수율 그리고 생산성을 확보하는데 있어서 매우 중요하다.
이러한 정련을 실시하기 위한 상랜스로서, 상기 종래의 여러 가지 형상의 상랜스를 검증하면, 어느 상랜스도 채용할 수 없다. 또한, 상기 종래의 상랜스를 조합했다고 해도, 만족할 수 있는 상랜스로는 될 수 없다. 예를 들면, 특허문헌 3에 제안되는 상랜스의 산소 함유 가스 공급 경로에 접속하여, 특허문헌 4에 제안되는 2차 연소용 노즐을 설치해도, 산소 함유 가스 공급 경로를 통하여 산소 함유 가스와 함께 플럭스를 반송하면, 이 플럭스에 의해 2차 연소용 노즐이 폐색되어 버린다는 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 용선의 예비 탈인 처리와 같이, 용선 또는 용강을 전로형 정련 용기 내에서 산화 정련함에 있어서, 효율적인 산화 정련이 가능함과 동시에, 전로형 정련 용기에 부착된 스컬을 효율적으로 용해할 수 있는 정련용 상랜스를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한, 이 정련용 상랜스를 이용한 용선의 정련 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 전로형 정련 용기에 수용된 용선 또는 용강의 산화 정련에 사용하는 정련용 상랜스로서, 상랜스의 선단부에, 연직 하향 또는 비스듬히 하향 방향의 취련용 주공(main hole) 노즐 및 고체 산소원 취입용 부공(sub hole) 노즐을 가짐과 함께, 상기 선단부로부터 상방으로 격리된 위치의 상랜스의 측면부에, 수평 또는 비스듬히 하향 방향의 2차 연소용 노즐을 갖고, 그리고, 상랜스의 내부에는, 고체 산소원과는 상이한 분체를 취련용의 산소 함유 가스와 함께 상기 주공 노즐을 통하여 공급하거나, 또는, 취련용의 산소 함유 가스를 상기 주공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제1 공급 경로와, 2차 연소용의 산소 함유 가스를 상기 2차 연소용 노즐을 통하여 공급하기 위한 제2 공급 경로와, 분체 형상의 고체 산소원을 반송용 가스와 함께 상기 부공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제3 공급 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 정련용 상랜스.
즉, 제1 공급 경로는, 고체 산소원과는 상이한 분체(이하 「정련용 플럭스」라고도 기입함)를 당해 경로에 도입하는 정련용 플럭스 도입부와, 산소 함유 가스를 당해 경로에 도입하는 산소 함유 가스 도입부를 갖는다. 정련용 플럭스 도입부는, 정련용 플럭스를 반송 가스와 함께 도입하는 도입부라도 좋고, 이 반송 가스도 산소 함유 가스인 것이 바람직하다. 말할 것도 없이, 정련용 플럭스와 산소 함유 가스가 동일한 도입부로부터 도입되는(즉, 상기 정련용 플럭스와 산소 함유 가스를 상기 주공 노즐을 통하여 공급할 때의 비율로 미리 혼합한 것이, 당해 도입부로부터 도입되는) 구조로 해도 좋다. 또한, 조업에 있어서는, 정련용 플럭스의 도입을 정지하고, 산소 함유 가스만을 상기 산소 함유 가스 도입부로부터 제1 공급 경로로 도입해도 좋다.
또한, 제2 공급 경로는, 산소 함유 가스를 당해 경로에 도입하는 산소 함유 가스 도입부를 갖는다. 또한, 제3 공급 경로는 반송용 가스와 함께 고체 산소원을 당해 경로에 도입하는 고체 산소원 도입부를 갖는다. 또한, 조업에 있어서는, 고체 산소원의 공급을 정지하고, 반송용 가스만을 상기 도입부로부터 제3 공급 경로로 도입해도 좋다.
여기에서, 제1 공급 경로 및 제2 공급 경로가 산소 함유 가스 도입부를 공유해도 좋다. 그 경우는, 상기 정련용 플럭스가 제2 공급 경로로 혼입되는 것을 막기 위한 칸막이 구조를 설치하는 것으로 한다.
(2) 상기 제2 공급 경로의 말단은 막혀 있어, 제2 공급 경로에서 공급되는 산소 함유 가스가 제1 공급 경로 및 제3 공급 경로에 합류하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 정련용 상랜스.
또한, 제2 공급 경로의 말단(distal end)이란, 당해 경로의, 가장 랜스 선단부에 가까운 2차 연소용 노즐보다도 앞(랜스 선단부측)의 부분을 의미한다.
(3) 상기 제2 공급 경로에 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희(希)가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스를 공급하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (2)에 기재된 정련용 상랜스.
즉, 제2 공급 경로는, 상기 어느 1종 또는 2종 이상의 가스를 당해 경로에 도입하는 도입부를 갖는다. 말할 것도 없이, 이들 가스가 상기 산소 함유 가스와 동일한 도입부로부터 도입되는 구조로 해도 좋다.
(4) 상기 제3 공급 경로의 주위에, 공기, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스가 존재하는 완충 공간이 구비되고, 당해 완충 공간에 존재하는 가스의 압력 또는 유량의 변화에 기초하여 제3 공급 경로에서의 파공이 검지되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)?(3) 중 어느 것에 기재된 정련용 상랜스.
(5) 상기 제1 공급 경로, 상기 제2 공급 경로 및 상기 제3 공급 경로가 동심원 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)?(4) 중 어느 것에 기재된 정련용 상랜스.
(6) 석회계 탈인용 정련제를 전로형 정련 용기에 수용된 용선에 첨가하고, 첨가한 상기 탈인용 정련제를 앙금화시켜 슬래그로 이루고, 용선에 대하여 산화 정련을 실시함에 있어서, 상기 (1)?(5) 중 어느 1개에 기재된 정련용 상랜스를 이용하여, 제1 공급 경로로부터 취련용의 산소 가스를 용선 욕면으로 공급함과 동시에, 제3 공급 경로로부터 고체 산소원을 취련용의 산소 가스가 공급되어 있는 장소의 근방의 용선 욕면으로 반송용 가스와 함께 공급하고, 또한, 제2 공급 경로로부터 2차 연소용 산소 가스를 전로형 정련 용기의 로 내 공간으로 공급하여 산화 정련을 행하는 것을 특징으로 하는, 용선의 정련 방법.
또한, 상기 석회계 탈인용 정련제의 적어도 일부를, 제1 공급 경로로부터 상기 용선에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 상랜스는, 그 내부에, 석회계 탈인용 정련제 등의, 고체 산소원과는 상이한 분체를 취련용의 산소 함유 가스와 함께 주공 노즐을 통하여 공급하거나, 또는, 취련용의 산소 함유 가스를 주공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제1 공급 경로와, 2차 연소용의 산소 함유 가스를 2차 연소용 노즐을 통하여 공급하기 위한 제2 공급 경로와, 분체 형상의 고체 산소원을 반송용 가스와 함께 부공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제3 공급 경로를 갖는다. 따라서, 제1 공급 경로 및 제3 공급 경로로부터 분체를 공급하여도, 2차 연소용 노즐로부터는 산소 함유 가스만이 분사되고, 2차 연소용 노즐은, 폐색되는 일 없이 장기간에 걸쳐 안정되게 2차 연소용 산소 함유 가스를 분사한다. 이에 따라, 전로형 정련 용기의 스컬 부착이 억제되고, 스컬 부착에 수반하는 폐해가 미연에 방지되어, 철 수율의 향상이나 생산성의 향상이 달성된다. 또한, 산소 함유 가스, 고체 산소원 및, 석회계 탈인용 정련제 등의 플럭스를 동일 개소 또는 각각의 근방으로 공급할 수 있기 때문에, 용선 및 용강의 산화 정련을 효율적으로 행하는 것이 실현된다.
도 1은 본 발명에 따른 정련용 상랜스의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정련용 상랜스에 있어서, 완충 공간으로의 완충용 가스의 공급 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 정련용 상랜스의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 예시되는 랜스는 전형적인 예이지만, 각 부위(노즐, 경로 등)의 형상, 치수, 수(數), 위치 등은 이에 한정되지 않는다. 즉 각 부위의 목적을 적정하게 실현하기 위해, 공지의 기술을 참고로, 실(實) 사용 환경에 맞추어 구조를 설계할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 정련용 상랜스의 1예를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 상랜스(1)는, 원통 형상의 랜스 본체(2)와, 이 랜스 본체(2)의 하단(下端)에 용접 등에 의해 접속된 랜스 노즐(3)과, 랜스 본체(2)의 상단부로서, 가스, 분체, 냉각수의 도입부(랜스 본체(2)의, 각각의 공급 설비와의 접속부)가 되는 랜스 정부(lance top portion; 4)로 구성되어 있다. 랜스 본체(2)는, 최(最)외관(5), 외관(6), 중관(intermediate pipe; 7), 칸막이관(8), 내관(9), 최내관(10)의 동심원 형상의 6종의 강관, 즉 육중관(sextuple pipe)으로 구성되어 있다. 구리제의 랜스 노즐(3)에는, 그 축심부에 연직 하향 방향의 부공 노즐(12)이 설치되고, 이 부공 노즐(12)의 주위에는, 토출 방향을 연직 비스듬히 하향 방향으로 하는 복수개의 주공 노즐(11)이 설치되어 있다. 또한, 랜스 본체(2)의 측면부에는, 랜스 노즐(3)의 선단부로부터 상방으로 격리된 위치에, 토출 방향을 수평 또는 비스듬히 하향 방향으로 하는 복수개의 2차 연소용 노즐(13)이, 랜스 본체(2)의 원주 방향에 거의 등간격으로 설치되어 있다. 도 1에서는, 연직 방향으로 2단이지만, 1단이라도 또는 3단 이상으로 해도 상관없다. 또한, 상랜스(1)의 선단부로부터 상방으로 격리된 위치의 측면부에 수평 또는 비스듬히 하향 방향의 2차 연소용 노즐(13)을 설치한다는 것은, 2차 연소용 노즐로부터의 분사 방향이 정련 용기의 로벽을 향하도록 랜스 측면부 상의 위치 및 방향(각도)을 선정하는 것을 의미한다. 또한, 랜스 선단부에 가장 가까운 2차 연소용 노즐(13)의 랜스의 선단부로부터의 거리는, 일반적인 전로 상랜스 노즐(3)에 있어서의 냉각수로(cooling water passage) 등의 설계 제약을 감안하여, 랜스 선단으로부터 300mm 이상 떨어져 있는 것이 바람직하다.
주공 노즐(11)은, 취련용 가스인 산소 함유 가스, 또는, 이 산소 함유 가스를 반송용 가스로서 산소 함유 가스와 함께 고체 산소원 이외의 플럭스 등의 분체(「정련용 플럭스」), 즉 석회계 탈인용 정련제 등의 분체를, 전로 등의 정련 용기(도시하지 않음)의 내부로 취입하기 위한 노즐이다. 부공 노즐(12)은, 철광석, 밀 스케일(mill scale) 등의 고체 산소원을 반송용 가스와 함께 정련 용기의 내부로 취입하기 위한 노즐이다. 또한, 2차 연소용 노즐(13)은 2차 연소용의 산소 함유 가스를 정련 용기의 내부 공간으로 취입하기 위한 노즐이다. 주공 노즐(11)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 선단부가 될수록 단면이 확대되는, 소위 라발 노즐(Laval Nozzle)의 형상을 채용하고 있다. 한편, 부공 노즐(12) 및 2차 연소용 노즐(13)은 스트레이트 형상이지만, 부공 노즐(12) 및 2차 연소용 노즐(13)도 라발 노즐의 형상을 채용해도 상관없다. 이 상랜스(1)는, 정련 용기의 내부에 승강 가능해지도록, 정련 용기의 상방에서 지지 장치(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있다.
도 1의 랜스의 경우, 주공 노즐(11)의 설치 구멍의 수나 구경(口徑) 등의 제약은 특히 없지만, 상랜스(1)로의 공급 가스압 등의 제약에 의해, 필요로 하는 산소 함유 가스 공급량으로부터 필연적으로 설치 구멍의 수 및 구경은 결정되기 때문에, 이들을 만족하는 범위 내에서 설정하는 것으로 한다. 2차 연소용 노즐(13)도, 설치 구멍의 수나 구경 등의 제약은 특히 없지만, 노형 형상에 따라서 부착 스컬의 용해에 적합한 배치로 설정한다. 여기에서, 산소 함유 가스란, 산소 가스(순산소 가스), 산소 부화 공기, 산소 가스와 희가스 등과의 혼합 가스이고, 그리고, 공기보다도 산소 가스 농도가 고농도의 가스이다. 부공 노즐(12)로부터 취입하는 고체 산소원으로서는, 철광석의 소결광, 밀 스케일, 집진 더스트, 사철, 철광석, 망간 광석 등을 사용할 수 있다. 여기에서, 집진 더스트란, 고로, 전로, 소결 공정에 있어서 배기 가스로부터 회수되는, FeO 혹은 Fe2O3을 함유하는 더스트이다.
또한, 본 발명에서는, 석회계 탈인용 정련제의 1종인 생석회 등의 플럭스는 주공 노즐(11)로부터 산소 함유 가스를 반송용 가스로서 취입하지만, 마찬가지로, 부공 노즐(12)로부터도, 고체 산소원에 아울러 생석회 등의 플럭스를 취입해도 상관없다. 당연히, 부공 노즐(12)로부터 분출되는 유량 및, 주공 노즐(11)로부터 분출되는 유량은, 각각 독립한 유량계(도시하지 않음)에 의해 독립하여 유량 제어되어 있다.
최외관(5)과 외관(6)과의 간극(gap) 및, 외관(6)과 중관(7)과의 간극은, 상랜스(1)를 냉각하기 위한 냉각수의 유로로 되어 있다. 그리고 랜스 정부(4)에 설치된 급수관(도시하지 않음)으로부터 공급된 냉각수는 외관(6)과 중관(7)과의 간극을 통과하여 랜스 노즐(3)의 부위까지 도달하고, 랜스 노즐(3)의 부위에서 반전하여 최외관(5)과 외관(6)과의 간극을 통과하여 랜스 정부(4)에 설치된 배수관(도시하지 않음)으로부터 배출된다. 급배수의 경로를 반대로 해도 좋다.
중관(7)과 칸막이관(8)과의 간극은, 산소 함유 가스를 2차 연소용 노즐(13)로 공급하기 위한 제2 공급 경로로 되어 있다. 그리고 랜스 정부(4)에 설치된, 중관(7)에 연통(communication)하는 산소 함유 가스 공급관(14)으로부터 중관(7)의 내부에 도입된 산소 함유 가스는, 제2 공급 경로를 통과하여 2차 연소용 노즐(13)에 도달하고, 2차 연소용 노즐(13)로부터 분출되도록 되어 있다. 단, 칸막이관(8)의 상단부는, 산소 함유 가스 공급관(14)의 설치 부위(산소 함유 가스의 도입부)까지는 도달하지 않았다. 즉, 산소 함유 가스 공급관(14)으로부터 중관(7)의 내부로 도입된 산소 함유 가스는, 칸막이관(8)과 내관(9)과의 간극(후술하는 바와 같이, 칸막이관(8)과 내관(9)과의 간극은 제1 공급 경로임)으로도 유입하여, 이 간극을 통과하여 주공 노즐(11)로 분출하도록 되어 있다. 또한, 칸막이관(8)의 하단부는, 랜스 노즐(3)의 부위까지는 도달하지 않았다. 즉, 중관(7)과 칸막이관(8)과의 간극, 즉 제2 공급 경로를 통과하기는 했지만, 2차 연소용 노즐(13)로부터 분출되지 않은 산소 함유 가스는, 제1 공급 경로에 합류하여, 주공 노즐(11)로부터 분출하도록 되어 있다.
칸막이관(8)과 내관(9)과의 간극은, 취련용의 산소 함유 가스, 또는, 이 산소 함유 가스와 함께 고체 산소와는 상이한 분체(「정련용 플럭스」), 예를 들면 석회계 탈인용 정련제 등의 분체를, 주공 노즐(11)로 공급하기 위한 제1 공급 경로로 되어 있다. 즉, 랜스 정부(4)에는, 산소 함유 가스를 반송용 가스로서, 정련용 플럭스를 공급하기 위한 분체 공급관(15)(당해 공급관의 설치 부위가 정련용 플럭스 도입부가 됨)이, 칸막이관(8)에 연통하여 설치되어 있고, 또한 전술한 바와 같이 산소 함유 가스 공급관(14)(당해 공급관의 설치 부위가 산소 함유 가스 도입부가 됨)이 중관(7)에 연통하여 설치되어 있다.
그리고 주공 노즐(11)로부터 취련용 산소 함유 가스와 함께 정련용 플럭스를 취입하는 경우에는, 산소 함유 가스 공급관(14)으로부터 공급되는 산소 함유 가스와, 분체 공급관(15)으로부터 공급되는 분체 및 산소 함유 가스가, 합류하여 제1 공급 경로를 통과하도록 되어 있다. 이 경우, 칸막이관(8)의 하단 위치는 2차 연소용 노즐(13)의 설치 위치보다도 하방이기 때문에, 제1 공급 경로를 통과하는 분체가 2차 연소용 노즐(13)에 유입하는 일은 없다. 즉, 칸막이관(8)은, 상기 정련용 플럭스가 제2 공급 경로에 혼입되는 것을 막기 위한 칸막이 구조로서 기능한다.
주공 노즐(11)로부터 취련용 산소 함유 가스만을 취입하는 경우에는, 분체 공급관(15)을 정지하거나, 분체 공급관(15)으로부터 산소 함유 가스만을 공급하면 좋다.
정련용 플럭스, 즉 고체 산소원과는 상이한 분체로서는, 고체 산소원 이외로 정련을 효율적으로 실현하기 위해 투입되는 공지의(혹은 예견할 수 있는) 모든 고체 물질을 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기의 석회계 탈인용 정련제(생석회(CaO)나 석회석(CaCO3), 또는 돌로마이트(CaCO3?MgCO3), 탈탄 슬래그, 2차 정련 슬래그 등)의 외에, 슬래그의 원료(예를 들면 규석(SiO2), 산화 마그네슘을 포함하는 벽돌 부스러기 등)이나, 앙금화 촉진제(형석, 산화 티탄, 산화 알루미늄 등을 포함하는 것 등), 등을 들 수 있다. 또한, 통상은, 적어도 석회계 탈인용 정련제가 정련용 플럭스로서 공급된다.
최내관(10)의 내부는, 반송용 가스와 함께 고체 산소원을 부공 노즐(12)로 공급하기 위한 제3 공급 경로로 되어 있다. 즉, 랜스 정부(4)에 설치된, 최내관(10)에 연통하는 공급관(도시하지 않음)으로부터 반송용 가스와 함께 최내관(10)의 내부에 공급된 고체 산소원은, 최내관(10)의 내부를 통과하여 부공 노즐(12)에 도달하며, 부공 노즐(12)로부터 분출되도록 되어 있다. 여기에서, 상기 공급관의 설치부(도시하지 않음)는, 고체 산소원 도입부가 된다. 고체 산소원을 반송하는 반송용 가스로서는, 산소 함유량이 공기 이하의 기체가 적합하고, 특히 공기, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
고체 산소원의 반송용 가스로서, 공기, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스를 사용하는 이유는 이하대로이다. 공기는, 주공 노즐(11)로부터 취입되는 산소 함유 가스와 비교하여 산소 가스의 함유량이 적고, 또한, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스는 실질적으로 산소 가스를 포함하고 있지 않다. 따라서, 고체 산소원에 포함되는 미량의 금속철(metallic iron)의 반송 중에 있어서의 연소를 방지할 수 있음과 함께, 반송 중에 고체 산소원과 최내관(10)과의 접촉에 의해 발생하는 불꽃에 의한 최내관(10)의 연소를 방지할 수 있다. 여기에서, 환원성 가스란, 프로판 가스 등의 탄화 수소계 가스 및 CO 가스이며, 비산화성 가스란, 질소 가스 등의 산화 능력이 없는 가스이며, 희가스라 함은 Ar 가스나 He 가스 등의 불활성 가스이다.
내관(9)과 최내관(10)과의 간극은, 선단부의 랜스 노즐(3)의 부위에서 밀봉되어 막다른 곳이 되어 있고, 랜스 정부(4)에 설치된 완충용 가스 공급관(16)으로부터 공급되는, 공기, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스가 존재하는 완충 공간이 되어 있다. 본 발명에 있어서는, 완충 공간에 존재시키는 가스를 「완충용 가스」라고 칭한다.
이 완충 공간으로의 완충용 가스의 공급 경로를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 랜스 정부(4)에 설치된 완충용 가스 공급관(16)에, 검출기(detector)(20), 원격 조작 밸브(21), 플렉시블 호스(22) 및, 복수의 수동 차단 밸브(23)를 구비한 완충용 가스 도입 장치(19)가 접속되어 있다. 그리고 이 완충용 가스 도입 장치(19)를 통하여 완충 공간으로 완충용 가스가 공급되도록 되어 있다. 검출기(20)로서는, 압력계 또는 유량계, 또는 압력계 및 유량계의 쌍방을 설치한다. 완충 공간으로의 완충용 가스의 도입 방법으로서는, 원격 조작 밸브(21)를 차단하여 완충 공간에 완충용 가스를 밀봉해도 좋고, 또한, 원격 조작 밸브(21)를 개방하여 완충 공간에 완충용 가스의 압력을 항상 가해지게 해도 좋다. 도 2의 예에서는, 어느 조작도 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 플렉시블 호스(22)는, 상랜스(1)가 상하로 승강할 때의 여유대(margin)이다. 또한, 도 2의 예에서는 검출기(20)를 플렉시블 호스(22)보다도 상랜스(1)에 가까운 측에 설치하고 있지만, 플렉시블 호스(22)보다도 공급측에 설치해도 좋고, 검출기(20)를 어느 부위에 설치해도 상관없다. 단, 완충 공간의 압력 변동의 측정값에 기초하여 파공을 검지하는 경우에는, 검출기(20)를 원격 조작 밸브(21)보다도 상랜스(1)의 측에 배치할 필요가 있다. 따라서, 조업의 플렉시빌리티의 관점에서, 검출기(20)는 원격 조작 밸브(21)보다도 상랜스(1)의 측에 배치하는 것이 바람직하다.
완충용 가스로서, 공기, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스를 사용하는 이유는, 고체 산소원의 반송용 가스로서 이들 가스종을 사용하는 이유와 동일하다. 즉, 고체 산소원의 반송에 의해, 이 고체 산소원의 공급 경로 즉 제3 공급 경로인 최내관(10)에 파공이 발생하여 완충용 가스와 고체 산소원이 접촉해도, 이들 가스종을 완충용 가스로서 사용하는 한, 고체 산소원 중의 금속철의 연소나, 고체 산소원과 최내관(10)과의 접촉에 의해 발생하는 불꽃에 의한 최내관(10)의 연소를 방지할 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 이외에도 산소 함유량이 공기 이하의 기체이면 완충용 가스로 이용할 수 있다.
최내관(10)의 정련 중에서의 파공의 검지는, 이하와 같이 하여 행할 수 있다. 즉, 정련 중에 최내관(10)에 파공이 발생하면, 완충 공간과 최내관(10)의 내부가 연통하여, 완충 공간 내의 압력이 변화하는, 혹은 완충 공간으로 공급하는 완충용 가스의 유량이 변화하기 때문에, 그 변화에 기초하여 파공을 검지한다. 구체적인 검지 방법으로서는, 이하의 2개의 방법을 채용할 수 있다. 1개의 방법은, 검출기(20)로서, 압력계 또는 압력계와 유량계와의 쌍방을 설치하고, 완충 공간에 완충용 가스를 도입한 후, 원격 조작 밸브(21)를 차단하여 완충 공간에 완충용 가스를 봉입하고, 정련 중에 완충 공간 내의 압력을 검출기(20)에 의해 측정하여, 파공을 검지하는 방법이다. 다른 방법은, 검출기(20)로서 유량계를 설치하고, 원격 조작 밸브(21)를 개방하여 상시 완충용 가스의 압력을 완충 공간에 움직이게 하여 이 상태로 검출기(20)에 의해 유량을 측정하여, 파공한 경우의 유량 변화로부터 파공을 검지하는 방법이다.
이하, 이와 같이 하여 구성되는 본 발명에 따른 상랜스(1)를 이용하여 전로에서 용선의 예비 탈인 처리를 실시하는 예를 설명한다.
본 발명에 따른 상랜스(1)를 전로 내의 용선의 상방 소정 위치에 배치하고, 주공 노즐(11)로부터 산소 함유 가스로서 산소 가스를 용선 욕면을 향하여 내뿜는다. 또한 그와 함께, 부공 노즐(12)로부터, 공기, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스를 반송용 가스로서 고체 산소원을 용선 욕면을 향하여 내뿜는다. 부공 노즐(12)로부터 내뿜어지는 고체 산소원은, 산소 가스가 공급되어 있는 장소와 동일 장소의 용선 욕면으로, 혹은 그 근방으로 공급된다. 탈인 처리에는, 탈인 반응으로 생성되는 인 산화물(P2O5)을 흡수하기 위한 탈인 정련용 슬래그가 필요하여, 이 탈인 정련용 슬래그가 되는 석회계 탈인용 정련제도 투입한다.
석회계 탈인용 정련제로서는, CaO을 함유하고, 본건이 의도하는 탈인 처리를 할 수 있는 것이면, 특별히 CaO의 함유량에 제약은 없다. 통상은, CaO 단독으로 이루어지는 것이나, 또는 CaO을 50질량％ 이상 함유하고, 필요에 따라서 그 외의 성분을 함유하는 것이다. 구체적인 예로서는, 생석회(CaO)나 석회석(CaCO3), 또는 돌로마이트(CaCO3?MgCO3)를 사용할 수 있고, 또한, 이들 물질에 앙금화 촉진제로서, 산화 티탄, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘을 함유하는 물질을 혼합한 것도 사용할 수 있다. 또한 탈탄 슬래그(decarburization slag) 및 래들 정련 슬래그(ladle refining slag) 등도 CaO을 주성분으로 하고 있고, 또한 인 함유량이 적은 점에서, 석회계 탈인용 정련제로서 충분히 이용할 수 있다.
용선 욕면에 있어서, 산소 가스가 용선 욕면과 충돌하는 장소(「화점」이라고 함)는, 산소 가스와 용선 중의 탄소와의 반응에 의해 고온이 되어 있어, 화점 혹은 화점의 근방으로 공급된 고체 산소원은 신속하게 용융되어, 슬래그 중의 FeO 성분을 증가시킨다. 이에 따라, 슬래그의 산소 포텐셜이 상승하여, 즉 탈인 반응에 최적인 슬래그가 신속하게 형성되어, 적은 슬래그량이라도, 또는 고온 하라도 탈인 처리가 가능해진다. 또한, 석회계 탈인용 정련제를 화점 혹은 화점의 근방으로 투입함으로써, 석회계 탈인용 정련제의 앙금화가 촉진되어 탈인 정련용 슬래그가 조기에 형성되고, 탈인 반응이 보다 한층 촉진된다. 따라서, 석회계 탈인용 정련제도 주공 노즐(11), 또는 주공 노즐(11) 및 부공 노즐(12)을 통하여, 화점 혹은 화점의 근방으로 투입하는 것이 바람직하다.
이 취련 시, 2차 연소용 노즐(13)로부터 2차 연소용의 산소 가스를 공급하여, 탈인 정련과 병행하여 로체(furnace body)의 부착 스컬을 용해하고, 혹은 스컬 부착을 방지한다. 이에 따라, 스컬 부착에 수반하는 폐해가 미연에 방지되어, 철 수율의 향상이나 생산성의 향상이 실현된다.
이 경우, 2차 연소용 노즐(13)로부터의 산소 가스의 공급량(Q)은, 주공 노즐(11)로부터의 산소 가스 공급량(QO)의 5?30％의 범위인 것이 바람직하다. 100Q/QO이 5％ 미만에서는, 2차 연소용의 산소 가스가 너무 적어, 2차 연소 발열량이 부족하여, 부착 스컬을 용해할 수 없다. 한편, 100Q/QO이 30％를 초과하면, 2차 연소 발열열이 과잉이 되어, 로체 내화물의 용손(erosion)이 촉진된다.
또한, 2차 연소용 노즐(13)로부터의 산소 가스의 유속이 너무 빨라져, 2차 연소용 노즐(13)로부터의 산소 가스가 직접 로벽에 도달하면, 부착 스컬이 국소적으로 용해될 뿐만 아니라, 로체 내화물이 국소적으로 용손한다. 따라서, 2차 연소용 노즐(13)로부터의 산소 가스 분류가 로벽에 도달하기까지의 기간에, 산소 가스 분류를 로 내에서 발생하는 CO 가스와 반응시켜, 2차 연소열을 로 내로 균일하게 분산시키는 것이 중요하다.
특허문헌 4에 개시된 바와 같이, 2차 연소용 노즐(13)로부터의 산소 가스의 유속이 30m/초까지 감쇠한 시점에서, 로 내 발생 CO 가스와 2차 연소용 노즐(13)로부터의 산소 가스가 반응하여, 2차 연소 반응이 발생하는 것이 알려져 있다. 2차 연소용 노즐(13)로부터 공급되는 산소 가스의 유속이 30m/초가 되는, 2차 연소용 노즐(13)의 노즐 출구로부터의 거리(X(m))는, 하기의 (1)식으로 주어진다.
Figure pct00001
단, (1)식에 있어서, V0: 2차 연소용 노즐의 출구에 있어서의 산소 가스 분류(oxygen gas jet)의 유속(m/초), de: 2차 연소용 노즐의 출구경(mm), C＝0.016＋0.19/(P0－Pe), P0: 2차 연소용 노즐의 절대압 표시의 산소 배압(kgf/㎠), Pe: 전로형 정련 용기 내의 절대압 표시의 분위기압(kgf/㎠)이다.
이 거리(X)가 로벽에 도달하지 않는 바와 같은 적절한 범위에서 상랜스의 설계 및 취련 조건의 제어를 행하면, 국소적인 스컬 용해나 로벽 내화물의 용손을 회피할 수 있어, 2차 연소 반응열을 로 내에 균일하게 분산할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 상랜스(1)에서는, 칸막이관(8)의 하단부가 랜스 노즐(3)의 부위에 도달하지 않고, 제2 공급 경로는 제1 공급 경로에 개구되어 있다. 이 때문에, 2차 연소용 노즐(13)로부터 분출하는 산소 함유 가스의 유량은, 주공 노즐(11)의 총단면적과 2차 연소용 노즐(13)의 총단면적과의 비에 의존하여, 2차 연소용 노즐(13)로부터의 분출량을 독립하여 제어할 수 없다. 즉, 산소 함유 가스 공급관(14) 및 분체 공급관(15)으로부터 공급되는 산소 함유 가스의 총량이, 양자의 총단면적의 비에 따라서 배분된다. 이를 개선하여, 보다 고정밀도의 취련 제어를 행하기 위해, 2차 연소용의 산소 함유 가스 유량을 독립하여 제어하도록 할 수도 있다. 단, 이 경우에는, 상랜스의 내부 구조를 도 1에 나타내는 상랜스(1)와는 바꿀 필요가 있다.
도 3에, 2차 연소용의 산소 함유 가스의 유량을, 취련용 산소 함유 가스와는 독립하여 제어할 수 있는 상랜스의 예를 나타낸다.
도 3에 나타내는 상랜스(1A)에서는, 칸막이관(8)의 하단은 랜스 노즐(3)의 부위까지 도달하고, 랜스 노즐(3)의 부위에서, 중관(7)과 칸막이관(8)과의 간극은, 즉 제2 공급 경로는 밀봉되어 있다. 또한, 랜스 정부(4)에 있어서, 칸막이관(8)의 상단은, 중관(7)의 상단 위치보다도 상방에 위치하고, 중관(7)과 칸막이관(8)과의 사이에 밀폐용의 시일재가 설치되어 제2 공급 경로는 밀봉되어 있다. 그리고, 중관(7)에, 산소 함유 가스 공급관(18)이 연통되어 있다(당해 공급관의 설치부는 산소 함유 가스 도입부가 됨). 　즉, 산소 함유 가스 공급관(18)으로부터 중관(7)의 내부에 공급된 산소 함유 가스는, 중관(7)과 칸막이관(8)과의 간극 즉 제2 공급 경로를 통과하여, 2차 연소용 노즐(13)로부터 분출하도록 되어 있다.
한편, 랜스 정부(4)에 있어서는, 칸막이관(8)에는, 산소 함유 가스?분체 공급관(17)이 연통하고 있다(당해 공급관의 설치부는 정련용 플럭스 도입부 겸 산소 함유 가스 도입부가 됨). 그리고, 산소 함유 가스?분체 공급관(17)으로부터 칸막이관(8)의 내부에 공급된 취련용의 산소 함유 가스, 또는, 산소 함유 가스를 반송용 가스로 하는 정련용 플럭스는, 칸막이관(8)과 내관(9)과의 간극 즉 제1 공급 경로를 통과하여, 주공 노즐(11)로부터 분출하도록 되어 있다. 주공 노즐(11)로부터 산소 함유 가스만을 취입하는 경우에는, 산소 함유 가스?분체 공급관(17)으로부터 산소 함유 가스만을 공급하고, 주공 노즐(11)로부터 산소 함유 가스를 반송용 가스로서 분체를 취입하는 경우에는, 산소 함유 가스?분체 공급관(17)으로부터 산소 함유 가스와 함께 분체를 공급한다. 상랜스(1A)는, 그 외의 구조는 도 1에 나타내는 상랜스(1)와 동일 구조로 되어 있어, 동일한 부분은 동일 부호에 의해 나타내고, 그 설명은 생략한다. 또한, 이 상랜스(1A)를 이용한 용선의 예비 탈인 처리도, 상랜스(1)를 이용한 경우에 준하여 행하면 좋다.
또한, 취련의 상황에 따라서는, 제2 공급 경로를 통하여 2차 연소용 노즐(13)로부터 산소 가스를 분출할 필요가 없는 경우가 있다. 이 경우에는, 도 3에 나타내는 상랜스(1A)에 있어서는, 2차 연소 노즐(13)의 폐색을 방지하기 위해 제2 공급 경로로부터 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 상랜스(1, 1A)는, 그 내부에, 석회계 탈인용 정련제 등의, 고체 산소원과는 상이한 분체를 취련용의 산소 함유 가스와 함께 주공 노즐(11)을 통하여 공급하거나, 또는, 취련용의 산소 함유 가스를 주공 노즐(11)을 통하여 공급하기 위한 제1 공급 경로와, 2차 연소용의 산소 함유 가스를 2차 연소용 노즐(13)을 통하여 공급하기 위한 제2 공급 경로와, 분체 형상의 고체 산소원을 반송용 가스와 함께 부공 노즐(12)을 통하여 공급하기 위한 제3 공급 경로를 갖기 때문에, 제1 공급 경로 및 제3 공급 경로로부터 분체를 공급해도, 2차 연소용 노즐(13)로부터는 산소 함유 가스만이 분사되고, 2차 연소용 노즐(13)은 폐색되는 일 없이, 장기간에 걸쳐 안정되게 2차 연소용 산소 함유 가스를 분사한다. 이에 따라, 전로형 정련 용기의 스컬 부착이 억제되어, 스컬 부착에 수반하는 폐해가 미연에 방지된다.
[실시예]
[실시예 1]
고로로부터 출선된 용선을, 필요에 따라서 고로 주상(casthouse)으로 탈규 처리(desiliconization)한 후, 300톤 용량의 전로로 반송하여, 이 전로에서 도 1에 나타내는 상랜스를 이용하여 합계 4회의 예비 탈인 처리를 실시(본 발명예 1?4)했다. 또한, 주공 노즐은 동심원 상에 균등 배열로 4개로 했다. 또한, 2차 연소용 노즐은 원주 상에 균등 배열로 상하 각 8개 설치하고, 2차 연소용 노즐과 상랜스가 이루는 각도(θ(°))는, 2차 연소용 노즐로부터의 산소 분류의 유속이 30m/초가 되는, 2차 연소용 노즐(13)의 노즐 출구로부터의 거리(X(m))가 하기의 (2)식을 충족시키도록 했다.
Figure pct00002
여기에서, X는 (1)식으로부터 정해지는, 2차 연소용 노즐의 노즐 출구로부터의 거리(m), H는 상랜스 중심으로부터 전로 로벽까지의 수평 방향의 거리(m)이다. 또한, 각도(θ)는 2차 연소용 노즐의 중심선과 상랜스의 중심선이 이루는 각도이며, 연직 방향을 기준(＝0°)으로 하고 있다(0°＜θ≤90°). 　따라서, Xsinθ는 2차 연소용 노즐로부터의 수평 방향의 분류 도달 거리(m)를 나타내고 있다.
탈인 처리 전의 용선의 인 농도는 0.12질량％로 통일하고, 탈인 처리 후의 용선의 인 농도는 0.020질량％ 이상을 목표로 했다. 철 수율(η)은, 전로 내에 장입한 용선의 질량(W0)과 철 스크랩의 질량(WS)과의 총 질량(WO＋WS)에 대하여 탈인 처리 후에 출탕(出湯)한 용선의 질량(W)을 백분율로 표시(η＝100W/(WO＋WS))한 값이다.
탈인 처리는, 산소 함유 가스 공급관(14)으로부터 산소 가스를 공급하고, 분체 공급관(15)으로부터 산소 가스를 반송용 가스로서 생석회 가루(평균 입경 1mm 이하)를 공급하고, 최내관의 내부인 제3 공급 경로로부터는 질소 가스를 반송용 가스로서 분체의 고체 산소원을 공급했다. 이 경우에는, 제1 공급 경로는 산소 가스와 생석회 가루와의 공급 경로가 되고, 제2 공급 경로는 산소 가스의 공급 경로가 된다.
상랜스와는 별도로, 전로의 로 상에 설치된 호퍼로부터도 덩어리 형상의 생석회를 로 내로 투입했다(상랜스로부터의 생석회 투입량: 로 상 호퍼로부터의 생석회 투입량＝8:2). 단, 탈인용 정련제로서, CaF2 등의 불소 화합물은 사용하지 않고 탈인 처리했다. 또한, 전로의 로 바닥의 송풍구로부터는, 교반용 가스로서 질소 가스를 용선 1톤당 0.03?0.30N㎥/분의 유량으로 취입했다.
주공 노즐 및 2차 연소용 노즐로부터 공급하는 산소 가스 유량은 용선 1톤당 0.6?2.5N㎥/분으로 했다. 산소 가스의 원단위(unit consumption)는, 탈규에 필요한 산소 가스를 제외하고 12N㎥/t로 했다. 주공 노즐로부터의 산소 가스 유량(QO)에 대한 2차 연소용 노즐로부터의 산소 가스 유량(Q)은, 즉 100Q/QO은 6％였다. 고체 산소원으로서는, 가루 형상의 철광석(평균 입도 50㎛), 사철(iron sand)(평균 입도 100㎛), 밀 스케일(평균 입도 500㎛), 철광석의 소결광(평균 입도 100㎛) 중 어느 1종을 이용하여, 부공 노즐로부터 취부했다.
최내관 및 내관에 있어서의 파공의 유무는, 완충용 가스 유량 변화로부터 검지하는 방식으로 감시했지만, 특별히 파공은 발생하지 않았다.
또한, 비교예로서, 도 1에 나타내는 상랜스의 2차 연소용 노즐을 기계적으로 폐색하고, 2차 연소용의 산소 가스를 로 내 공간에 공급하지 않는 탈인 처리도 실시(비교예 1)했다. 비교예의 그 외의 탈인 처리 조건은 본 발명예에 준하여 행했다. 표 1에, 본 발명예 및 비교예에 있어서의 탈인 처리 전후의 용선 성분 및 조업 조건을 나타낸다. 표 1에 있어서의 CaO 원단위 및 고체 산소원 사용량은, 용선 1톤당의 양이다.
Figure pct00003
표 1에 나타낸 바와 같이, 상랜스로부터의 산소 가스의 취부면의 근방에 고체 산소원을 공급한 모든 본 발명예에 있어서, 탈인 처리 후의 용선 중 인 농도는 0.020질량％ 이하가 되고, 그리고, 철 수율은 98％ 이상이었다. 이에 대하여 비교예 1에서는, 탈인 처리 후의 용선 중 인 농도는 0.020질량％ 이하가 되었지만, 철 수율은 98％ 미만이었다. 즉 탈인 처리에 있어서의 용선의 로스는, 비교예의 2.1％에 대하여 본 발명예에서는 1.2?1.7％이며, 현저하게 개선되었다.
[실시예 2]
고로로부터 출선된 용선을, 필요에 따라서 고로 주상으로 탈규 처리한 후, 300톤 용량의 전로로 반송하여, 이 전로에서 도 3에 나타내는 상랜스를 이용하여 합계 2회의 예비 탈인 처리를 실시(본 발명예 5?6)했다.
탈인 처리 중, 2차 연소용 노즐로부터의 산소 가스 유량을 일정하게 제어한 결과, 주공 노즐로부터의 산소 가스 유량(QO)에 대한 2차 연소용 노즐로부터의 산소 가스 유량(Q)은, 즉 100Q/QO은 12％였다. 이 경우도 Xsinθ가 상기식 (2)를 충족시키는 범위인 것을 확인했다. 그 외의 탈인 처리 조건은, 실시예 1과 동일 조건으로 했다. 표 2에, 탈인 처리 전후의 용선 성분 및 조업 조건을 나타낸다. 표 2에 있어서의 CaO 원단위 및 고체 산소원 사용량은, 용선 1톤당의 양이며, 또한, 철 수율의 정의는 실시예 1과 동일하다.
Figure pct00004
표 2에 나타내는 바와 같이, 2차 연소용 노즐로부터의 산소 가스 유량이 실시예 1과 비교하여 증가한 점에서, 2차 연소 발열량이 증가하여, 스컬 부착이 더욱 억제되고, 탈인 처리에 있어서의 철 수율은, 거의 99％(즉 용선 로스가 거의 1％)가 되어, 더욱 고위가 되는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 3]
고로로부터 출선된 용선을, 필요에 따라서 고로 주상으로 탈규 처리한 후, 350톤 용량의 전로로 반송하여, 이 전로에서 도 1 및 도 3에 나타내는 상랜스를 이용하여 예비 탈인 처리를 실시(본 발명예 7?8)했다.
전로의 로 바닥의 송풍구로부터 교반용 가스로서 산소 가스를 용선 1톤당 0.3N㎥/분의 유량으로 취입했다. 로 바닥의 송풍구는 이중관 구조로 하여, 내관으로부터 산소 가스를, 외관으로부터는 산소 가스의 유량에 따라서 냉각 가스로서 프로판 가스를, 각각 취입했다. 고체 산소원으로서는, 철광석의 소결광(평균 입도 100㎛)을 용선 1톤당 6kg 이용하여, 상랜스의 부공 노즐로부터 취부했다. 2차 연소 노즐로부터의 산소 분류의 조건은 상기식 (2)를 충족시키는 범위로 했다. 그 외의 탈인 처리 조건은, 실시예 1과 동일 조건으로 했다.
또한, 비교예로서, 도 1에 나타내는 상랜스의 2차 연소용 노즐을 기계적으로 폐색하고, 2차 연소용의 산소 가스를 로 내 공간에 공급하지 않는 탈인 처리도 실시(비교예 2)했다. 비교예의 그 외의 탈인 처리 조건은 본 발명예에 준하여 행했다.
표 3에, 탈인 처리 전후의 용선 성분 및 조업 조건을 나타낸다. 탈인 처리 중의 주공 노즐로부터의 산소 가스 유량(QO)에 대한 2차 연소용 노즐로부터의 산소 가스 유량(Q), 즉 100Q/QO도 아울러 나타냈다. 표 3에 있어서의 CaO 원단위는, 용선 1톤당의 양이며, 또한, 철 수율의 정의는 실시예 1과 동일하다.
Figure pct00005
표 3에 나타내는 바와 같이, 바닥 취입(bottom blow) 송풍구로부터 산소 가스를 취입하는 강교반 조건에 있어서도, 2차 연소 발열량의 증가에 의해, 스컬 부착이 더욱 억제되고, 탈인 처리에 있어서의 철 수율이 더욱 고위가 되는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 4]
고로로부터 출선된 용선을 300톤 용량의 전로로 반송하여, 이 전로로 도 3에 나타내는 상랜스를 이용하고, 탈탄 탈인 처리를 실시하여 용강을 용제(본 발명예 9)했다. 용선의 탈탄 정련에서는, 생성하는 로 내의 슬래그의 염기도를 높임으로써 탈인 반응도 병행하여 일어난다.
탈탄 탈인 처리는, 산소 함유 가스 공급관(18)으로부터 산소 가스를 공급하고, 산소 함유 가스?분체 공급관(17)으로부터 산소 가스를 반송용 가스로서 생석회 가루(평균 입경 1mm 이하)를 공급하고, 최내관의 내부인 제3 공급 경로로부터는 아르곤 가스를 반송용 가스로서 분체의 고체 산소원을 공급했다.
상랜스와는 별도로, 전로 로 상에 설치된 호퍼로부터도 덩어리 형상의 생석회를 로 내로 투입했다. 단, 정련제로서, CaF2 등의 불소 화합물은 사용하지 않고 탈탄 탈인 처리했다. 또한, 전로의 로 바닥의 송풍구로부터는, 교반용 가스로서 아르곤 가스를 용선 1톤당 0.15N㎥/분의 유량으로 취입했다.
주공 노즐로부터 공급하는 산소 가스 유량은 용선 1톤당 3.2N㎥/분으로 했다. 2차 연소용 노즐로부터는, 취련 개시에서 종료까지의 시간 중 전반에 산소 가스를 공급하고, 후반에 Ar 가스를 공급했다. 주공 노즐로부터의 산소 가스 유량(QO)에 대한 2차 연소용 노즐로부터의 산소 가스 유량(Q)은 5％였다. 2차 연소 노즐로부터의 산소 분류의 조건은 상기식 (2)를 충족시키는 범위인 것을 확인했다. 고체 산소원으로서는, 철광석의 소결광(평균 입도 100㎛)을 용선 1톤당 6kg 이용하여, 부공 노즐로부터 취부(blowing off)했다.
또한, 비교예로서, 도 3에 나타내는 상랜스의 2차 연소용 노즐을 기계적으로 폐색하고, 2차 연소용의 산소 가스를 로 내 공간으로 공급하지 않는 탈인 처리도 실시(비교예 3)했다. 비교예의 그 외의 탈탄 탈인 처리 조건은 본 발명예에 준하여 행했다.
표 4에, 본 발명예 및 비교예에 있어서의 탈인 처리 전후의 용선 성분 및 조업 조건을 나타낸다. 표 4에 있어서의 CaO 원단위 및 고체 산소원 사용량은, 용선 1톤당의 양이다. 철 수율(η)은, 전로 내로 장입한 용선의 질량(W0)과 철 스크랩의 질량(WS)과의 총질량(W0＋WS)에 대하여 탈탄 탈인 처리 후에 출탕한 용강의 질량(WI)을 백분율로 표시(η＝100WI/(W0＋WS))한 값이다.
Figure pct00006
표 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명예 9의 철 수율은 비교예 3에 대하여 근소하게 우위였다. 즉 고온 처리로서 스컬 부착의 적은 조건 하라도, 부분적으로 2차 연소를 원용함으로써, 수율을 개선할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상랜스는, 제1 공급 경로 및 제3 공급 경로로부터 분체를 공급해도, 2차 연소용 노즐로부터는 산소 함유 가스만이 분사되고, 2차 연소용 노즐은, 폐색하는 일 없이 장기간에 걸쳐 안정되게 2차 연소용 산소 함유 가스를 분사한다. 이에 따라, 전로형 정련 용기의 스컬 부착이 억제되어, 스컬 부착에 수반하는 폐해가 미연에 방지되고, 철 수율의 향상이나 생산성의 향상이 달성된다. 또한, 산소 함유 가스, 고체 산소원 및, 석회계 탈인용 정련제 등의 플럭스를 동일 개소 또는 각각의 근방으로 공급할 수 있기 때문에, 용선 및 용강의 산화 정련을 효율적으로 행하는 것이 실현된다.
1 : 상랜스
1A : 상랜스
2 : 랜스 본체
3 : 랜스 노즐
4 : 랜스 정부
5 : 최외관
6 : 외관
7 : 중관
8 : 칸막이관
9 : 내관
10 : 최내관
11 : 주공 노즐
12 : 부공 노즐
13 : 2차 연소용 노즐
14 : 산소 함유 가스 공급관
15 : 분체 공급관
16 : 완충용 가스 공급관
17 : 산소 함유 가스?분체 공급관
18 : 산소 함유 가스 공급관
19 : 완충용 가스 도입 장치
20 : 검출기
21 : 원격 조작 밸브
22 : 플렉시블 호스
23 : 수동 차단 밸브

Claims (7)

  1. 전로(converter)형 정련 용기에 수용된 용선 또는 용강의 산화 정련에 사용하는 정련용 상랜스(top lance)로서,
    상랜스의 선단부에, 연직 하향 또는 비스듬히 하향 방향의 취련용 주공(main hole) 노즐 및 고체 산소원 취입용 부공(sub hole) 노즐을 갖고,
    상기 선단부로부터 상방으로 격리된 위치의 상랜스의 측면부에, 수평 또는 비스듬히 하향 방향의 2차 연소용 노즐을 갖고,
    그리고, 상랜스의 내부에는,
    고체 산소원과는 상이한 분체를 취련용의 산소 함유 가스와 함께 상기 주공 노즐을 통하여 공급하거나, 또는, 취련용의 산소 함유 가스를 상기 주공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제1 공급 경로와,
    2차 연소용의 산소 함유 가스를 상기 2차 연소용 노즐을 통하여 공급하기 위한 제2 공급 경로와,
    분체 형상의 고체 산소원을 반송용 가스와 함께 상기 부공 노즐을 통하여 공급하기 위한 제3 공급 경로를 갖는 정련용 상랜스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공급 경로의 말단은 막혀 있어, 제2 공급 경로에서 공급되는 산소 함유 가스가 제1 공급 경로 및 제3 공급 경로에 합류하지 않도록 구성되어 있는 정련용 상랜스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공급 경로에 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희(希)가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스를 공급하도록 구성되어 있는 정련용 상랜스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 공급 경로의 주위에, 공기, 환원성 가스, 탄산 가스, 비산화성 가스, 희가스 중 어느 1종 또는 2종 이상의 가스가 존재하는 완충 공간이 구비되고, 당해 완충 공간에 존재하는 가스의 압력 또는 유량의 변화에 기초하여 제3 공급 경로에서의 파공(broken hole)이 검지되도록 구성되어 있는 정련용 상랜스.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공급 경로, 상기 제2 공급 경로 및 상기 제3 공급 경로가 동심원 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 정련용 상랜스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 공급 경로, 상기 제2 공급 경로 및 상기 제3 공급 경로가 동심원 상에 배치되어 있는 정련용 상랜스.
  7. 석회계 탈인용 정련제를 전로형 정련 용기에 수용된 용선에 첨가하고, 첨가한 상기 탈인용 정련제를 앙금화(fluxing)시켜 슬래그로 이루고, 용선에 대하여 산화 정련을 실시함에 있어서,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 정련용 상랜스를 이용하여, 제1 공급 경로로부터 취련용의 산소 가스를 용선 욕면(bath surface)으로 공급함과 동시에, 제3 공급 경로로부터 고체 산소원을 취련용의 산소 가스가 공급되어 있는 장소의 근방의 용선 욕면에 반송용 가스와 함께 공급하고, 또한, 제2 공급 경로로부터 2차 연소용 산소 가스를 전로형 정련 용기의 로 내 공간으로 공급하여 산화 정련을 행하는 용선의 정련 방법.
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