KR20120084831A - 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하는 단계와; 상기 래들 퍼니스에 장착된 버블링 플러그를 통해 질소 가스를 취입하여 용탕을 교반하는 단계와; 상기 교반된 용탕에 플럭스를 투입하여 슬래그를 조제하는 단계와; 상기 슬래그의 층에 전극봉을 침적하여 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키는 단계와; 상기 용탕 승온 단계는 그대로 유지하되, 용탕에 실리콘 증량제를 투입하여 용탕 내의 실리콘 함량을 증가시키는 단계와; 용탕 내의 탄소가 실리콘과 반응하여 SiC로 부상되어 상기 슬래그의 층에 흡착되는 단계와; 상기 슬래그를 배제하고 제조된 저탄소 실리콘 망간 용탕을 출탕하는 단계;를 포함하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하고, 전극봉에 의한 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키므로, 실리콘의 산화열을 열원으로 사용하던 종래의 방법에 비하여 실리콘의 산화 로스가 감소되어 고회수율로 저탄소 실리콘 망간을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF LOW CARBON SiMn BY LADLE FURNACE}

본 발명은 저탄소 실리콘 망간을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘의 산화 로스(loss)가 저감되어 고회수율로 저탄소 실리콘 망간을 생산할 수 있는 방법에 관한 것이다.

종래의 실리콘 망간 제조 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 망간 광석, 코크스, 백운석 등의 원료로 실리콘 망간 용탕을 만들고, 이를 전로(converter, 1)에 수탕하여 튜이어(tuyere, 2)를 이용하여 산소와 질소를 취입하면서 용탕(4)을 교반 및 승온시켜 저탄소 실리콘 망간을 제조하였는데, 이를 전로법이라고 한다.

이러한 종래의 전로법은 국내 공개특허공보 제1997-0009514호에 개시되어 있는데, 용탕 내의 실리콘(Si) 함량을 증가시키기 위해 실리콘 증량제를 투입하고, 이와 같이 실리콘 함량이 증가함에 따라 실리콘이 용탕 내의 탄소(C)와 반응하여 SiC가 생성되며, SiC는 용탕 상부로 부상되어 슬래그 층(3)에 흡착됨에 의해 용탕 내의 탄소 함량이 감소됨으로써 저탄소 실리콘 망간을 제조한다.

그러나, 상기 종래의 방법은 공정이 진행됨에 따라 하락하는 용탕 온도를 보정하기 위해 산소를 취입하여 하기와 같이 용탕 내의 실리콘을 산화시켜 발생되는 산화열 열원으로 사용함으로써, 상당량의 실리콘의 로스(loss)가 발생되어 최종 제품의 실리콘 회수율이 낮아지는 문제가 있다.

Si(용탕) + O2 → SiO₂(슬래그)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하고, 전극봉에 의한 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키므로, 실리콘의 산화열을 열원으로 사용하던 종래의 방법인 전로법에 비하여 실리콘의 산화 로스가 저감되어 고회수율로 저탄소 실리콘 망간을 생산할 수 있는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하는 단계와; 상기 래들 퍼니스에 장착된 버블링 플러그를 통해 질소 가스를 취입하여 용탕을 교반하는 단계와; 상기 교반된 용탕에 플럭스를 투입하여 슬래그를 조제하는 단계와; 상기 슬래그의 층에 전극봉을 침적하여 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키는 단계와; 상기 용탕 승온 단계는 그대로 유지하되, 용탕에 실리콘 증량제를 투입하여 용탕 내의 실리콘 함량을 증가시키는 단계와; 용탕 내의 탄소가 실리콘과 반응하여 SiC로 부상되어 상기 슬래그의 층에 흡착되는 단계와; 상기 슬래그를 배제하고 제조된 저탄소 실리콘 망간 용탕을 출탕하는 단계;를 포함하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법을 제공한다.

이때, 상기 버블링 플러그는 상기 래들 퍼니스의 바닥이나 측면에 장착되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 버블링 플러그에 의한 질소 가스의 취입은 모든 단계에 걸쳐 이루어지는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 질소 가스는 1~10Nm³/hour의 범위로 취입되는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 플럭스는 생석회 또는 형석으로부터 선택된 1종 이상인 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 용탕 승온 단계는 용탕 온도를 1,400~1,500℃까지 승온시키는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 실리콘 증량제는 페로 실리콘 또는 메탈 실리콘으로부터 선택된 1종 이상인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 출탕된 용탕은 중량%로 C:0.1~1.0%, Si:20~35%, Mn:55~65%을 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하고, 전극봉에 의한 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키므로, 실리콘의 산화열을 열원으로 사용하던 종래의 방법에 비하여 실리콘의 산화 로스가 감소되어 고회수율로 저탄소 실리콘 망간을 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전로에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저탄소 실리콘 망간의 제조 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법의 제조 공정도.
도 4는 본 발명에 따른 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법의 플로우 차트.

이하, 본 발명의 구성에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법은 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하고, 전극봉에 의한 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키므로, 실리콘의 산화열을 열원으로 사용하던 종래의 방법에 비하여 실리콘의 산화 로스가 감소되어 고회수율로 저탄소 실리콘 망간을 생산할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하는 단계(S10 단계)를 수행한다. 즉, 전기로(SAF, Submerged Arc Furnace)에서 망간광석, 코크스, 규석 및 백운석을 원료로 투입하여 고탄소 실리콘 망간 용탕을 제조한 후, 상기 고탄소 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스(10)에 수탕시킨다.

이러한 래들 퍼니스는 전로에서 1차 정련과정을 거치고 래들 내부의 저장 래들 퍼니스로 이동된 용탕을 대상으로 선분들의 미세조정 및 개재물의 분리부상을 통해 용탕의 청정성을 도모하고 용탕 표면의 슬래그 층에서 전극봉과 슬래그 사이에 아크열을 발생시켜 용탕의 온도를 상승시켜 주는 설비이다.

종래에는 전로(converter)에 실리콘 망간 용탕을 수탕시켜 사용하였는데 산소 취입에 의해 실리콘이 산화된 산화열을 열원으로 사용함으로써 상당량의 실리콘의 로스(loss)가 발생되는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 망간 용탕(4)을 래들 퍼니스(10)에 수탕시키고, 전력을 공급하여 전극봉(20)을 통해 아크열을 발생시킴으로써 실리콘의 로스가 감소하게 된다.

상기 S10 단계의 수행 후에 상기 래들 퍼니스에 장착된 버블링 플러그(미도시)를 통해 질소 가스를 취입시켜 용탕을 교반하는 단계(S20 단계)를 수행한다.

이때, 상기 버블링 플러그는 상기 래들 퍼니스의 바닥이나 측면에 장착되어 질소 가스를 저취로 공급하는 것이 교반 효과면에서 바람직하고, 이러한 질소 가스의 취입은 본 발명의 모든 단계에 걸쳐 지속적으로 이루어진다.

여기서, 상기 질소 가스는 1~10Nm³/hour의 범위로 취입되는 것이 바람직한 바, 상기 질소 가스가 1m³/hour 미만으로 취입되면 기포 생성(bubbling) 효과가 감소하여 용탕의 교반이 잘 이루어지지 않는 문제가 있고, 상기 질소 가스가 10m³/hour 를 초과하여 취입되면 과다 취입된 질소 가스로 인하여 스핏팅(spitting) 등의 발생으로 안정적인 조업이 어려운 문제가 있기 때문이다.

상기 S20 단계의 수행 후에는 용탕에 플럭스(flux)를 투입하여 슬래그를 조제하는 단계(S30 단계)를 수행한다. 이때, 상기 플럭스는 생석회 또는 형석으로부터 선택된 1종 이상을 부원료로 투입하여 슬래그를 조제하게 된다.

상기 S30 단계의 수행 후에는 상기 조제된 슬래그의 층에 전극봉을 침적하여 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키는 단계(S40 단계)를 수행한다. 즉, 래들 퍼니스의 상부에 설치된 전극봉을 슬래그 층에 침적하고, 전극봉에 대략 4,000KW 정도의 전력을 공급하여, 전극봉과 슬래그 사이에 아크열을 발생시켜 용탕의 온도를 1,400~1,500℃까지 승온시킨다. 이때, 취입된 질소 가스에 의하여 용탕과 슬래그가 교반되면서 래들 퍼니스 내부의 용탕 전체열평형을 이루게 된다.

상기 S40 단계의 수행 후에는 용탕에 실리콘 증량제를 투입하여 용탕 내의 실리콘 함량을 증가시키는 단계(S50 단계)를 수행한다. 이때, 상기 용탕 승온 단계는 그대로 유지하여 용탕의 온도를 일정하게 유지하고, 실리콘 증량제인 페로 실리콘(FeSi) 또는 메탈 실리콘(Metal Si)으로부터 선택된 1종 이상을 투입하여 용융시켜 용탕 내의 실리콘 함량을 증가시킨다.

상기 S50 단계의 수행 후에는 용탕 내의 탄소(C)가 실리콘(Si)과 반응하여 SiC로 부상되어 상기 슬래그의 층에 흡착되는 단계(S60)를 수행한다. 즉, 실리콘 증량제 투입에 의해 용탕 내의 실리콘 함량이 증가되면서 탄소와 실리콘이 반응하여 SiC가 생성되고, 상기 SiC는 비중이 낮아 용탕 상부로 부상되며, 용탕 상부에서 기 생성된 슬래그 층에 흡착된다.

상기 S60 단계의 수행 후에는 용탕 상부의 상기 슬래그를 배제하고 제조된 저탄소 실리콘 망간 용탕을 출탕하는 단계(S70 단계)를 수행한다. 즉, SiC가 포함된 슬래그를 배제하여 용탕 내에 탄소함량이 감소하게 되며, 실리콘의 손실이 적은 저탄소 실리콘 망간을 제조하게 되는 것이다.

이때, 상기 제거 단계의 수행 후의 용탕은 중량%로 C:0.1~1.0%, Si:20~35%, Mn:55~65%을 포함하는데, 최초 래들 퍼니스에 수탕되는 용탕에 포함된 1.0 중량%를 초과하는 탄소가 0.1~1.0 중량%로 감소되고, 실리콘의 회수율도 증가되는 것이다.

이하, 본 발명에 관하여 하기의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

망간광석 12,311kg, 코크스 5,207kg, 규석 4,895kg, 밀스케일 1,949kg, H-슬래그 18,496kg을 전기로에 투입하여 중량%로 C:1.8%, Si:16.4%, Mn:66.5%를 포함하는 실리콘 망간 용탕을 제조하고, 상기 제조된 실리콘 망간 용탕을 전로와 래들 퍼니스에 각각 수탕하여 실리콘의 회수율을 비교하였다.

즉, 비교예의 경우에는 실리콘 망간 용탕을 전로에 수탕하여 튜이어를 이용하여 산소를 100~470Nm³/hour의 범위로, 질소를 30~80Nm³/hour의 범위로 취입하고, 생석회 350kg과 형석70kg을 플럭스로 투입하며, 실리콘 증량제로 페로 실리콘 1,300kg과 메탈 실리콘 2,600kg을 투입, 용융시킨 후에 슬래그를 배제하고 저탄소 실리콘 망간을 제조하였다.

또한, 발명예의 경우에는 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하여 버블링 플러그를 이용하여 질소를 1~10Nm³/hour의 범위로 취입하고, 생석회 350kg과 형석70kg을 플럭스로 투입한 후에, 4,000KW의 전력을 전극봉에 공급하여 아크열을 발생시켜 용탕의 온도를 1,450℃까지 증가시키고, 실리콘 증량제로 페로 실리콘 1,300kg과 메탈 실리콘 2,600kg을 투입, 용융시킨 후에 슬래그를 배제하고 저탄소 실리콘 망간을 제조하였다.

그리고, 그 결과에 대하여 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 종래의 전로를 사용한 경우에는 실리콘의 손실이 많아 그 회수율이 70.4%로 적은 것을 확인할 수 있었다. 반면에 본 발명예와 같이 래들 퍼니스를 사용한 경우에는 실리콘의 손실이 크게 저감되어 그 회수율이 85%로 종래에 비하여 크게 향상된 것을 확인할 수 있었다.

결국, 본 발명의 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법은 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하고, 전극봉에 의한 아크열을 발생시켜 용탕의 온도를 증가시키므로, 실리콘의 산화열을 열원으로 사용하던 종래의 방법에 비하여 실리콘의 산화 로스가 감소되어 고회수율로 저탄소 실리콘 망간을 생산할 수 있는 것이다.

본 발명에서 상술한 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

1. 전로(converter) 2. 튜이어(tuyuer)
3. 슬래그 층 4. 용탕
10. 래들 퍼니스(ladle furnace) 20. 전극봉

Claims (8)

1. 실리콘 망간 용탕을 래들 퍼니스에 수탕하는 단계와;
   상기 래들 퍼니스에 장착된 버블링 플러그를 통해 질소 가스를 취입하여 용탕을 교반하는 단계와;
   상기 교반된 용탕에 플럭스를 투입하여 슬래그를 조제하는 단계와;
   상기 슬래그의 층에 전극봉을 침적하여 아크열을 발생시켜 용탕을 승온시키는 단계와;
   상기 용탕 승온 단계는 그대로 유지하되, 용탕에 실리콘 증량제를 투입하여 용탕 내의 실리콘 함량을 증가시키는 단계와;
   용탕 내의 탄소가 실리콘과 반응하여 SiC로 부상되어 상기 슬래그의 층에 흡착되는 단계와;
   상기 슬래그를 배제하고 제조된 저탄소 실리콘 망간 용탕을 출탕하는 단계;를 포함하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 버블링 플러그는 상기 래들 퍼니스의 바닥이나 측면에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 버블링 플러그에 의한 질소 가스의 취입은 모든 단계에 걸쳐 이루어지는 것을 특징으로 하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 질소 가스는 1~10Nm³/hour의 범위로 취입되는 것을 특징으로 하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 플럭스는 생석회 또는 형석으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 용탕 승온 단계는 용탕 온도를 1,400~1,500℃까지 승온시키는 것을 특징으로 하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘 증량제는 페로 실리콘 또는 메탈 실리콘으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 출탕된 용탕은 중량%로 C:0.1~1.0%, Si:20~35%, Mn:55~65%을 포함하는 것을 특징으로 하는 래들 퍼니스에 의한 저탄소 실리콘 망간의 제조 방법.

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