KR20120110580A

KR20120110580A - 용선용 탈황제 및 이를 이용한 용선의 탈황 방법

Info

Publication number: KR20120110580A
Application number: KR1020110028515A
Authority: KR
Inventors: 이광근
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-10

Abstract

본 발명은, 용선 1톤 당, 생석회 6~10kg과, 상기 생석회의 중량 대비 중량비 8~10%의 매용제로 이루어지는, 용강용 탈황제와 이를 이용한 용강의 탈황 방법에 관한 것이다.

Description

용선용 탈황제 및 이를 이용한 용선의 탈황 방법{DESULFURIZER FOR HOT-METAL AND METHOD OF USING THE SAME}

본 발명은 제강 공정 중 철광석을 용해한 용선에 있는 황 성분을 제거하기 위해 첨가되는 용선용 탈황제 및 이를 이용한 용선의 탈황방법에 관한 것이다.

철광석을 용해한 형태인 용선에 탈황, 탈린, 탈탄, 탈산 등의 공정을 순차적으로 수행하여 용선 내 불순물을 제거하는 1차정련 과정을 거쳐 용강을 제조하게 된다. 불순물이 제거된 용강은 2차정련 과정을 거쳐 용강 내의 미세 성분 조절까지 완료되면, 연속주조 공정으로 이동하게 된다. 이후 연속주조 공정을 거쳐 반제품을 성형하고, 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 반제품은 최종적으로 얻고자 하는 형태의 제품으로 제조된다.

용선은 1차 정련 즉 탈탄과 탈산 처리 전에 예비처리 과정을 거치게 되는데 용선 예비처리는 필요에 따라 용선의 황이나 인 성분을 제거하는 탈황, 탈린 공정을 일컫는다. 용선 예비처리는 기계식 교반기(KR-Kanvara reactor)에서 이루어질 수도 있으며, 극저린강의 제조 시 탈린 전로에서 탈린 공정을 수행하기도 한다. 예비처리가 완료된 용선은 후속 공정인 1차정련을 위해 탈탄 및 탈산 공정으로 옮겨지게 된다.

본 발명의 목적은, 폐기물을 유효 자원화하여 환경 친화적이고, 용선 탈황 시 제조원가를 낮출 수 있는 용선용 탈황제 및 이를 이용한 용선의 탈황 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용선용 탈황제는, 용선 1톤 당, 생석회 6~10kg과, 상기 생석회의 중량 대비 중량비 8~10%의 매용제로 이루어질 수 있다.

상기 매용제는, 연주 공장에서 몰드 내부에 투입되었다가 몰드 공정 이후 폐기되는 몰드 슬래그인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 몰드 슬래그는, CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃를 필수 성분으로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 몰드 슬래그는, 융점이 1100℃~1300℃인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용선용 탈황제를 이용한 용선의 탈황 방법은, 탈황을 위한 래들에 용선을 투입하는 단계와, 상기 탈황 래들의 내부에 생석회와 몰드슬래그로 이루어진 탈황제를 투입하는 단계와, 상기 탈황제 투입 후 상기 용선을 교반하는 단계와, 상기 탈황제 투입으로 생성된 슬래그를 배제하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 탈황제를 투입하는 단계는, 용선 1톤 당, 생석회 6~10kg과, 상기 생석회의 중량 대비 중량비 8~10%의 몰드 슬래그로 제조된 탈황제를 투입하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 용선용 탈황제 및 이를 이용한 용선의 탈황 방법에 의하면, 제강 공정 중 발생되는 폐기물을 유효 자원화하여 제강 공정 중 발생되는 폐기물에 의한 환경오염을 감소시킬 수 있다. 또한, 용선 탈황 시 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 용선의 탈린 방식 중 기계식 교반법을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 용선의 탈린 방식 중 가스 주입 방식을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용강용 탈황제를 이용한 용선의 탈황 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 용선의 탈린 방식 중 기계식 교반법을 간략하게 나타낸 개념도이고, 도 2는 용선의 탈린 방식 중 가스주입 방식을 간략하게 나타낸 개념도이다. 도면을 참조하여 탈린 공정이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

용선의 탈황 공정은 철광석이 용해된 형태의 용선(M)을 받아 수용하여 탈황을 수행하여 출탕하는 것이다. 출탕된 탈황 용선(M)은 탈탄 전로로 이동하여 본 취련에 들어가게 된다.

용선의 탈황 공정은 주로 기계식 교반법인 KR(Kanvara Reactor) 방식과 가스주입 방식을 사용한다. 기계식 교반법은 탈황을 하고자 하는 용선을 탈황 래들에 장입하고, 래들 상부에서 호퍼(1)를 통해 주로 괴상의 탈황제(2)를 용선으로 투입하고 표면에 내화물을 입힌 임펠러(3)를 용선에 침지하여 회전시키면서 용선을 교반하며, 이때 발생하는 교반력에 의해 용선의 유황과 탈황제가 반응하도록 한 방법이다.

또한, 가스 주입 방식은 탈황 래들의 상부에 별도로 설치된 호퍼(10)에서 탈황제(20)를 전로 내부로 넣어주고, 탈황 전로 상부에서 가스를 취입할 수 있는 랜스(30)를 탈린 전로 내부로 삽입하여 장입된 용선의 상부로 가스를 불어넣게 된다. 즉, 탈황 래들의 상부에서 랜스(20)를 통해 가스를 용선의 내부에 불어넣어 용선을 교반하여 탈황 반응을 촉진하는 것일 수 있다.

이와 같이 탈황제를 투입하여 용선을 교반함으로써 탈황된 용선(M)은 상부에 슬래그가 형성되고, 탈황이 완료된 후 출탕 되어 후속 공정을 위해 옮겨지게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용강용 탈황제를 이용한 용선의 탈황 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

본 도면을 참조하면, 철광석이 용해된 형태의 용선은 소정의 운반수단을 통하여 제강 공장으로 이송된다. 이처럼 제강 공장으로 운반된 용선은 용선을 받는 수선래들에 담겨져 예비처리 공정으로 옮겨진다. 이때 용선 내의 황(S) 성분을 제거하는 탈황 처리를 하기 위하여 용선이 수선 래들에 투입된다(S10).

래들에 담겨진 용선 내부에는 다량의 황 성분이 존재하며 이를 제거하기 위하여 탈황제가 호퍼 등을 통하여 용선 상단으로 투입된다. 용선 내부로 투입되는 탈황제는 용선 1톤 당, 생석회 6~10kg과, 생석회의 중량 대비 중량비 8~10%의 매용제로 이루어질 수 있다(S20).

생석회는 용선을 구성하는 물질들과 아래의 반응식 1 내지 반응식 2의 반응에 의하여 용선 내 황을 제거하는 탈황 작용을 일으키는 주성분으로 사용된다.

반응식 1

FeS(용선 중) + CaO(생석회) → CaS + FeO

반응식 2

MnS(용선 중) + CaO(생석회) → CaS + MnO

매용제는 용선 내에서 생석회의 용해를 돕기 위하여 첨가되는 것일 수 있다. 구체적으로, 매용제는 몰드 슬래그일 수 있다. 몰드 슬래그는 연주 공장에서 발생되는 일종의 폐기물로서, 연주 공정을 위한 몰드 상단에 투입되어 몰드 파우더의 사용 후 폐기물일 수 있다. 몰드 파우더는 몰드 내의 미응고 용강과 몰드면 사이의 마찰을 줄여주고 냉각을 효율적으로 하기 위해 투입되는 것으로서 사용된 후에는 몰드 외부로 배출되어 폐기되는 것이다. 몰드 슬래그는 연주 공장에서 발생되는 부산물로서 일반적으로 표 1과 같은 조성을 갖는다.

구 분	몰드 슬래그 화학조성(중량%)
성분	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	Na₂O
함량	30~45%	25~40%	1~8%	2~15%	15%이하

몰드 슬래그는 연주 공장에서 배출되는 부산물이기 때문에 그 화학 조성을 사용자가 조절할 수 없으나, 표 1에 도시한 성분은 일반적인 몰드 슬래그가 가지는 조성을 나타낸 것이다. 본 발명의 탈황제를 구성하는 몰드 슬래그 내에는 CaO와 MgO, SiO₂, Al₂O₃ 성분이 필수적으로 함유된다. 몰드 슬래그의 조성 중 CaO는 전체 몰드 슬래그의 중량 중 중량%로 30~45%를 차지하는데, 이 성분은 생석회의 성분과 같아 매용제로 첨가되는 몰드 슬래그가 일부 생석회를 대체하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 몰드 슬래그는 융점이 생석회에 비해 매우 낮기 때문에 용선 내에서 쉽게 용해되어 탈황 작용을 일으킬 뿐 아니라, 몰드 슬래그와 별도로 첨가되는 생석회의 용해를 도와주는 매용제의 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 래들에 투입되는 탈황제를 구성하는 생석회의 융점은 약 2600℃로 그 융점이 매우 높은 편이나, 몰드 슬래그의 융점은 약 1100℃~1300℃로 생석회에 비해 매우 낮은 융점을 가진다. 몰드 슬래그는 CaO 이외에도 MgO, SiO₂, Al₂O₃ 성분이 필수적으로 함유됨으로써 생석회와 함께 사용하였을 때 이들 성분이 저융점화합물을 형성하여 매용제로서 우수한 효과를 얻을 수 있다.

각 성분에 대해 중량 및 함량을 한정한 이유는 아래와 같다.

생석회 : 용선 1톤 당 6~10kg

생석회가 용선 1톤 당 6kg미만으로 첨가되면 탈황 효율이 떨어지고, 10kg을 초과하면 투입량 대비 탈황 효율이 더 이상 증가하지 않아 불필요한 자원이 소모될 수 있다.

매용제(몰드 슬래그) : 생석회 중량 대비 중량비로 8~10%

매용제가 생석회 중량 대비 8중량% 미만 첨가되면, 매용 효율이 떨어져 결과적으로 탈황 효율이 떨어질 수 있으며, 10중량%를 초과하면 매용 효율은 크게 증가하지 않아 투입량 대비 효과가 떨어질 수 있다.

본 발명의 탈황제를 이용한 용선의 탈황 효율을 종래 탈황제를 사용하였을 때와 비교하여 아래 표 2에 나타냈다.

탈황제 종류에 따른 용선 탈황 효율 비교
구 분	생석회	매용제	용선 탈황 효율
종래예1	생석회	없음	50~70% 탈황 됨
종래예2	생석회	형석	69~89% 탈황 됨
실시예	생석회	몰드 슬래그	70~90% 탈황 됨

표 2의 종래예 1과 같이 매용제 없이 생석회 단독으로 사용하여 용선을 탈황하였을 때 탈황 전 용선 내 황 성분을 100%로 보았을 때, 탈황 후 50~70%의 황 성분이 용선 내에서 제거되었음을 알 수 있다. 또한, 종래예 2는 매용제로 형석을 사용하였을 때, 탈황 후 69~89%의 황 성분이 용선 내에서 제거되었다.

본 발명의 탈황제 즉, 매용제로 몰드 슬래그를 사용한 실시예에서는 탈황 후 용선 내에서 제거된 황 성분이 70~90%의 탈황 효율을 나타냈다. 그러나, 제강 공정 중 탈황에 사용하는 형석(CaF₂)은 구입하여 사용하여야 하는 것으로 형석을 사용함으로 인해 제조단가가 상승한다. 또한, 형석을 매용제로 사용할 경우 용선의 탈황 이후 생성되는 부산물에 불소(F) 성분이 포함되는데, 이는 환경에 악영향을 미치는 유해 성분으로 현재 선진 제철소에서는 그 사용을 금지하고 있다. 그러나 실시예에 사용되는 몰드 슬래그는 연주 공장에서 부산물로 생성되어 폐기하여야 하는 폐기물이므로 따로 구입할 필요가 없으며, 폐기물을 재사용함으로써 환경적인 문제 또한 개선할 수 있다.

이와 같이 탈황제를 투입한 용선은 전술한 바와 같이, KR 공정에서 기계적으로 임펠러 등을 이용하여 교반하거나, 가스를 주입하여 교반할 수 있다(S30). 용선을 교반하는 것은 탈황 작용을 용선 내에서 고루 일어나게 할 뿐 아니라, 탈황반응을 촉진하고자 하는 것일 수 있다.

교반에 의해 탈황작용이 일어나면 용선 상단에 슬래그가 형성되고 이는 비중 차에 의해 용선 상단에 축적되게 된다. 용선을 다음 공정으로 이동하기 전에 슬래그를 배제하는 작업을 수행한다(S40). 슬래그가 배제된 용선은 이후 계속하여 제강 공정 단계를 거치게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 용선용 탈황제를 이용하여 탈황 공정을 수행하는 경우, 제강 공정 중 발생되는 폐기물을 유효 자원화하여 제강 공정 중 발생되는 폐기물에 의한 환경오염을 감소시킬 수 있으며, 용선 탈황 시 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 용강용 탈황제 및 이를 이용한 용선의 탈황 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

1: 호퍼 2: 탈황제
3: 임펠러 10: 호퍼
20: 탈황제 30: 랜스

Claims

용선 1톤 당,
생석회 6~10kg과,
상기 생석회의 중량 대비 중량비 8~10%의 매용제로 이루어지는, 용강용 탈황제.
청구항 1에 있어서,
상기 매용제는, 연주 공장에서 몰드 내부에 투입되었다가 몰드 공정 이후 폐기되는 몰드 슬래그인 것을 특징으로 하는, 용강용 탈황제.
청구항 2에 있어서,
상기 몰드 슬래그는, CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃를 필수 성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 용강용 탈황제.
청구항 2에 있어서,
상기 몰드 슬래그는, 융점이 1100℃~1300℃인 것을 특징으로 하는, 용강용 탈황제.
탈황을 위한 래들에 용선을 투입하는 단계;
상기 탈황 래들의 내부에 생석회와 몰드슬래그로 이루어진 탈황제를 투입하는 단계;
상기 탈황제 투입 후 상기 용선을 교반하는 단계; 및
상기 탈황제 투입으로 생성된 슬래그를 배제하는 단계;를 포함하는, 용선용 탈황제를 이용한 용선의 탈황 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 탈황제를 투입하는 단계는,
용선 1톤 당, 생석회 6~10kg과, 상기 생석회의 중량 대비 중량비 8~10%의 몰드 슬래그로 제조된 탈황제를 투입하는 것을 특징으로 하는, 용선용 탈황제를 이용한 용선의 탈황 방법.