KR20130044539A - 용탕 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 공정에 소요되는 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 용탕 처리방법에 관한 것으로서, 선철지금을 마련하는 과정과; 상기 선철지금을 래들에 투입하는 과정과; 상기 선철지금이 투입된 래들에 용선을 장입하여 상기 선철지금을 용융시키는 과정; 및 상기 선철지금이 용융된 용선을 탈황 처리하는 과정;을 포함하며, 고체 상태의 선철지금에 함유된 황(S) 성분을 용이하게 제거할 수 있다.

Description

용탕 처리방법{Treatment method for liquid metal}

본 발명은 용탕 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제강 공정에 소요되는 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 용탕 처리방법에 관한 것이다.

선철지금은 제철소 제선 공정과 제강 공정의 용선준비단계, 예비처리단계에서 발생되며, 그 발생량은 연간 약 15만톤 수준이다. 통상 철의 원료인 철광석이 용융된 액상(liquid) 상태를 용선이라 하고, 용선이 냉각된 고체(solid) 상태인 경우에는 냉선 또는 선철지금이라 한다. 특히, 냉선은 용선을 일정한 주형에 부어서 강제로 냉각시킨 제품을 이르고, 선철지금은 일련의 제조과정에서 탕도 또는 용기에 부착되거나 슬래그와 섞여 고형화된 용선을 회수하여 정제하거나 파쇄한 것을 일컫는다.

여기에서 선철지금은 그 정제수준에 따라 다르지만, 통상 70 내지 95% 정도의 철 성분을 함유하고 있기 때문에 주요 철 자원으로 활용되고 있다. 또한, 일관제철소에서는 제강공장 스크랩 대용으로도 활용되고 있다.

또한, 선철지금에는 0.2 내지 2.0 중량%의 규소(Si), 0.15 내지 0.5 중량%의 망간(Mn), 0.1 내지 0.2 중량%의 인(P) 및 0.03 내지 0.08 중량%의 황(S) 등이 포함되어 있다. 따라서 통상 용강에서 요구되어지는 황의 농도는 특별한 경우를 제외하고는 0.02 중량% 이하이기 때문에 선철지금에는 극히 많은 양의 황이 함유된 것으로 볼 수 있다.

도 1은 종래기술에 따라 제철공정이 이루어지는 과정을 보여주는 도면이다.

일반적으로 선철지금을 제강공장 스크랩 대용으로 활용하는 경우, 선철지금은 도 1에 도시된 바와 같이 전로 정련 과정에 투입된다. 그러나 전로 내에는 용선예비처리공정에서 이미 탈황 처리된 용강이 수강되어 있기 때문에 다량의 황을 함유하고 있는 선철지금을 투입하게 되면 용강 중에 황 농도가 증가하게 된다.

이에 종래에는 선철지금을 고체 상태의 스크랩으로 전로에 투입한 후, 선철지금이 용강 중에 용융되면 용강 중에 탈황제를 투입하고, 용강의 온도를 높이는 한편, 용강을 강하게 교반하여 탈황 반응을 유도함으로써 용강 중의 황 농도를 낮추는 용강의 탈황 처리 과정이 추가적으로 수행되고 있다. 즉, 고체상태의 선철지금으로부터 황을 제거하기 어렵기 때문에 선철지금을 용강에 용융시켜 황을 제거하는 것이다.

그러나 이와 같은 방법은 황 농도를 낮추기 위한 추가적인 공정이 따르기 때문에 용강 생산에 소요되는 시간을 증가시켜 생산성이 저하되고, 탈황제 및 전력 등의 사용으로 인한 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.

KR 0581468 B1

본 발명은 고체 상태의 선철지금으로부터 황을 용이하게 제거할 수 있는 용탕 처리방법을 제공한다.

본 발명은 제강 공정을 단순화시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 용탕 처리방법을 제공한다.

본 발명은 용강의 품질을 향상시킬 수 있는 용탕 처리방법을 제공한다.

본 발명은 제조 비용을 절감할 수 있는 용탕 처리방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용탕 처리방법은, 선철지금을 마련하는 과정과; 상기 선철지금을 래들에 투입하는 과정과; 상기 선철지금이 투입된 래들에 용선을 장입하여 상기 선철지금을 용융시키는 과정; 및 상기 선철지금이 용융된 용선을 탈황 처리하는 과정;을 포함한다.

이때, 상기 선철지금은 고체 상태이고, 상기 선철지금의 입도는 100㎜ 이하이며, 상기 선철지금의 철 순도는 80% 내지 95%이고, 수분 함유량은 1% 이하일 수 있다.

그리고 상기 선철지금을 상기 래들에 투입하기 이전에 상기 래들을 800℃ 이상의 온도로 예열하는 것이 좋다.

또한, 상기 선철지금을 래들에 투입하는 과정에서, 상기 선철지금은 상기 래들에 장입되는 용선의 3 중량% 이하로 하며, 상기 래들에 장입되는 용선의 온도는 1300℃ 내지 1400℃인 것이 바람직하다.

한편, 제조된 용강 내의 황 농도가 높은 경우, 상기 선철지금이 용융된 용선을 탈황 처리하는 과정 이후에 용강을 탈황 처리하는 과정을 추가로 수행할 수도 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용탕 처리방법에 의하면, 고체 상태의 선철지금에 함유된 황(S) 성분을 용이하게 제거할 수 있다. 즉, 용선 준비과정에서 용선의 현열을 이용하여 고체 상태의 선철지금을 용융시킴으로써 이후 수행되는 용선예비처리공정을 통해 선철지금 중의 황 농도를 이용하게 제어할 수 있다. 따라서 전로 정련 과정 후, 또는 중간에 용강 중의 황 농도를 제어하기 위한 용강의 탈황 처리 공정을 별도로 수행하지 않아도 되므로 전체적인 공정 프로세스를 단축시킬 수 있다. 이에 용강 제조 시간도 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 용강을 탈황 처리하는데 소모되는 원료 및 에너지도 절약할 수 있어 제조비용도 절감할 수 있다.

또한, LD(Linz-Danawitz) 전로 공정에서는 일정 수준 이상의 용선을 사용해야 하는 것을 감안할 때, 용선부족 시 추가로 투입되는 용선을 용이하게 제조할 수도 있다.

도 1은 종래기술에 따라 제철공정이 이루어지는 과정을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 제철공정이 이루어지는 과정을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 선철지금 처리과정을 보여주는 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 제선공정, 용선준비과정, 용선예비처리공정 등에서 발생하는 선철지금을 철 자원으로 사용하는 경우, 선철지금에 함유된 황(S) 성분을 효과적으로 제거하는데 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 제철공정이 이루어지는 과정을 보여주는 도면이다.

종래에는 선철지금을 철 자원으로 이용하는 경우, 선철지금을 전로 정련 과정 중 용강에 투입하였다. 이와 같이 전로 정련 과정은 용선예비처리과정을 거친 용선을 이용하기 때문에, 용선 중에는 황의 함량이 조정되어 고로에서 생산된 용선에 비해 낮은 황의 함량을 갖는다. 그러나 선철지금은 제선공정, 용선준비과정 및 용선예비처리공정 등과 같은 일련의 과정을 거치면서 발생하는 슬래그를 포함하기 때문에 선철지금 중에는 황이 다량 함유되어 있다. 즉, 슬래그는 황을 포함한 이물질들이 용선으로부터 부상하여 형성된 물질로, 다량의 황이 함유되는 것이다.

따라서 이와 같은 선철지금이 전로 정련 과정 중 용강 내에 투입되면, 전로 내의 용강 중 황의 농도가 증가하게 되며, 이로 인해 전로 정련 과정 이후 용강 중 황의 농도를 조절하기 위한 RH(Ruhrstahl-Heraues) 탈가스 처리 등과 같은 탈황 처리 공정이 추가적으로 이루어져야 한다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 고로에서 생산된 용선을 토페도 카(Torpedo Ladle Car, TLC) 등으로 운반하여 래들에 장입하기 이전에, 공(空) 래들 내에 선철지금을 미리 투입한다. 그 후 래들에 용선을 장입함으로써 래들에 미리 투입되어 있던 선철지금을 용선의 현열로 용융시키고, 선철지금이 용융된 용선을 용선예비처리하여 고로에서 생산된 용선은 물론, 선철지금 중의 황(S) 성분을 용이하게 제거할 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 선철지금 처리방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 선철지금 처리과정을 보여주는 순서도이다.

먼저, 선철지금을 마련한다(S110). 선철지금은 제선공정, 용선준비과정, 용선예비처리공정 등에서 생산된 것으로서, 이와 같은 일련의 공정에서 발생하는 슬래그를 포함하고 있다. 일반적으로 선철지금의 철 순도는 70% 내지 95% 정도이며, 본 발명의 실시 예에서는 용선의 생산성을 향상시키기 위해 선철지금을 정제하여 선철지금이 80% 이상의 철 순도를 갖도록 조절한다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 용선의 현열을 이용하여 선철지금을 용융시키기 때문에 선철지금의 용융을 원활하게 하기 위하여 소정 크기 이하의 입도를 갖는 선철지금을 추출하여 사용한다. 예컨대 선철지금의 입도는 100㎜ 이하일 수 있다. 선철지금이 이보다 큰 입도를 갖는 경우에는 용선의 현열에 의해 제대로 용융되지 않아 용선 중에 고체상태로 남아 있을 수 있는 문제점이 있다. 따라서 제시된 범위 내의 입도를 갖는 선철지금을 사용함으로써 용선의 현열을 통해 용이하게 용융될 수 있도록 하는 것이 좋다.

그리고 선철지금에 수분 함량이 높은 경우에는 고온의 용선과 선철지금이 혼합될 때 폭발의 위험성이 있으므로 선철지금의 수분 함량을 1% 이하로 조절하는 것이 좋다. 즉, 선철지금의 수분 함량이 높으면 고온의 용선이 래들로 장입될 때 선철지금 내의 수분이 급격하게 기화되면서 수증기가 발생하여 폭발할 수 있으므로 선철지금의 수분 함량을 최대한 낮추는 것이 좋다.

이와 같이 선철지금이 마련되면, 마련된 선철지금을 래들에 투입한다(S120). 이때, 선철지금을 래들에 투입하기에 앞서, 래들 내부의 온도를 일정 온도 이상으로 예열하는 것이 좋다. 즉, 선철지금이 용선의 현열에 의해 용융되기는 하지만, 래들 내부의 온도가 낮으면 용선의 온도가 떨어지기 때문에 선철지금이 효과적으로 용융되지 않을 수 있다. 또한, 용선의 온도가 떨어지면 후속 용선예비처리공정에서 탈황반응이 제대로 이루어지지 않아 탈황 효율도 낮아지는 문제점이 있다. 따라서 가동중인 래들의 경우에는 래들 내부의 온도가 고온 상태이기 때문에 상관없지만, 예컨대 수리가 완료된 래들이나, 가동을 처음 시작하는 래들의 경우에는 별도의 가열수단을 이용하여 래들 내부를 적어도 800℃ 이상으로 예열한 후 사용하는 것이 좋다.

또한, 래들에 투입되는 선철지금은 래들로 장입되는 용선의 무게에 대해서 3% 이하 정도가 좋다. 선철지금의 투입량이 많으면 용선을 보다 많이 생산할 수 있어 좋기는 하지만, 여기에서 제시된 양보다 지나치게 많이 투입되면 용선의 온도가 떨어져 선철지금이 제대로 용융되지 않고, 앞에서 언급한 바와 같이 후속 용선예비처리공정에서 탈황 반응이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 투입되는 선철지금의 양을 앞서 제시한 범위 내에서 적절하게 조절하여 투입하는 것이 바람직하며, 예컨대 래들로 장입되는 용선의 양이 300톤(ton)인 경우, 선철지금은 9톤 정도 투입될 수 있다.

래들 내에 선철지금이 투입된 이후, 고로에서 생산된 용선을 래들로 장입한다(S130). 용선이 래들로 장입되면 용선의 현열에 의해 래들 내에 투입된 선철지금이 용융된다. 이때, 래들로 장입되는 용선의 온도는 1300℃ 이상인 것이 좋다. 통상 고로에서 장입된 용선은 1480℃ 내지 1520℃ 정도의 온도를 갖지만, 토페도 카 등을 통해 운송되는 과정에서 1150℃ 내지 1400℃까지 떨어지게 된다. 본 발명의 실시 예에서는 운송된 시점에서 1300℃ 내지 1400℃ 정도의 온도를 갖는 용선을 이용함으로써 선철지금이 효과적으로 용융될 수 있도록 한다. 또한, 후속 용선예비처리공정에서 탈황 반응이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.

이후, 선철지금이 용융되어 있는 용선을 용선예비처리, 즉 KR(Kanvara reactor) 설비를 이용하여 용선 내에 함유된 황(S)을 제거한다(S140).

이어서 용선예비처리가 완료되면 래들 내의 용선을 전로에 장입(S150)하여 전로 정련 공정을 수행함으로써 인 및 탄소 등과 같은 불순물의 양이 적절하게 조절된 용강을 생산한다(S160). 이와 같이 선철지금을 철 자원으로 이용하는 경우, 종래에는 선철지금을 전로 정련 공정에서 투입하기 때문에 용강 중에 황의 농도가 높아지게 되므로 탈황 처리 공정을 수행함으로써 용강 중의 황을 제거하였다. 그러나 본 발명의 실시 예에서는 용선을 래들에 장입하기 이전에 선철지금을 래들에 투입하고, 용선예비처리공정을 통해 용선 중에 함유된 황을 제거함으로써 용강 중에 황을 제거하기 위한 탈황 처리 공정을 별도로 수행할 필요가 없다. 따라서 공정 수가 감소하여 공정 전반에 걸쳐 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 이에 생산성도 향상시킬 수 있다.

한편, 전로 정련 과정 후 용강 중에 황의 농도가 높게 측정된 경우, 용강을 RH 탈가스 용기 등과 같은 별도의 용기로 옮겨 용강을 탈황 처리하는 공정을 추가로 수행함으로써 용강 중 황의 농도를 재조정할 수도 있다(S170).

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 선철지금을 마련하는 과정과;
   상기 선철지금을 래들에 투입하는 과정과;
   상기 선철지금이 투입된 래들에 용선을 장입하여 상기 선철지금을 용융시키는 과정; 및
   상기 선철지금이 용융된 용선을 탈황 처리하는 과정;
   을 포함하는 용탕 처리방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 선철지금은 고체 상태이고,
   상기 선철지금의 입도는 100㎜ 이하인 용탕 처리방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 선철지금의 철 순도는 80% 내지 95%이고, 수분 함유량은 1% 이하인 용탕 처리방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 선철지금을 상기 래들에 투입하기 이전에 상기 래들을 800℃ 이상의 온도로 예열하는 용탕 처리방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 선철지금을 래들에 투입하는 과정에서,
   상기 선철지금은 상기 래들에 장입되는 용선의 3 중량% 이하인 용탕 처리방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 래들에 장입되는 용선의 온도는 1300℃ 내지 1400℃인 용탕 처리방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 선철지금이 용융된 용선을 탈황 처리하는 과정 이후에 용강을 탈황 처리하는 과정을 추가로 수행하는 용탕 처리방법.

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