KR20130068105A - 탈린제 및 이를 이용한 탈린 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용선 중 P을 제거하는 탈린제로서, CaSi 및 CaF₂를 함유한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 탈린 공정 시 용선 내 열원 성분의 함량을 향상시킬 수 있다. 이에, 탈린 공정 후에, 열원 성분의 함량 증가를 위한 첨가제 또는 용선의 온도 상승을 위한 승열제를 추가로 투입하지 않고도, 탈탄 공정 시, 용선의 온도를 고온으로 유지할 수 있다.

Description

탈린제 및 이를 이용한 탈린 방법{Dephosphorous flux and method of dephosphorization using the same}

본 발명은 탈린제 및 이를 이용한 탈린 방법에 관한 것으로, 탈린 공정 시, 용선 내 열원 성분의 함량을 증가시킬 수 있는 탈린제 및 이를 이용한 탈린 방법에 관한 것이다.

안정적인 조업을 위해서는, 용선 중 P(인)을 제거하는 탈린 공정이 실시되는데, 탈린제로서 통상적으로 소결광을 이용한다. 용선 중에 소결광을 투입하면, 산화 반응에 의해 용선 중 P이 소결광과 반응하여 상기 P이 제거된다. 그런데 소결광을 용선 중에 투입하면 산화 반응에 의해 Si도 함께 제거되며, Mn, C의 함량도 낮아진다.

한편, 탈탄 공정은 용선 중 C를 제거하는 것으로, 탈린 공정 이후에 이루어 지는데, 용이한 탈탄 공정을 위해서는 용선의 고온의 온도 예컨데 1500도 이상의 고온 온도를 유지해야 할 필요가 있다. 그리고 용선 중 Si, Mn, C은 탈탄 공정 중 산화되고, 이때 발생되는 열에 의해 용선의 온도가 상승한다. 이에, 용선 중 Si, Mn, C은 탈탄 공정 시 용선이 고온의 온도를 유지할 수 있도록 하는 중요한 열원이다.

하지만, 종래와 같이 탈린제로 소결광을 이용할 경우, 탈린 공정 후 용선에는 Si, Mn, C의 함량이 적다. 따라서, 종래에는 탈탄 공정 전에 용선에 Si의 함량을 증가시키기 위한 첨가제(Fe-Si 함유) 또는 용선의 온도를 상승시키기 위한 승열제(Fe-Si 함유)를 첨가한다. 다른 방법으로는 탈탄을 위한 탈탄로에 용선을 추가적으로 투입하여, 용선의 온도를 상승시킨다. 그러나 탈탄 작업 전에 첨가제, 승열제 또는 용선이 추가 투입되는 공정이 추가 됨에 따라, 이로 인한 공정 시간 및 비용이 증가하는 단점이 있으며, 생산량이 감소한다.

일본공개특허 제1994-184620호에는 CaC₂, CaF₂ 및 CaCN₂를 함유하는 탈린제를 이용하여 환원 방법으로 용선을 탈린하는 기술이 개시되어 있다. CaC₂, CaF₂ 및 CaCN₂를 함유하는 탈린제를 용선에 투입하면, 환원 작용에 의해 용선 중 P 만을 선택적으로 제거가 가능하나, 용선 내에 C가 이미 포화 상태이기 때문에, 탈린제에 의해 첨가되는 C는 대부분 더스트(dust) 상태로 비산되므로, 용선 중 C의 함량 증가에 따른 발열 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 용선 중 Si의 함량이 여전히 낮기 때문에, 탈탄로에서 용선의 온도를 증가시키기 위한 열원이 여전히 부족하다.

일본공개특허 제1994-184620호

본 발명의 일 기술적 과제는 용선 내 열원 성분의 함량을 증가시킬 수 있는 탈린제 및 이를 이용한 탈린 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 일 기술적 과제는 탈린 공정 이후, 용선의 온도 상승을 위해 추가 재료의 투입이 없도록 하는 탈린제 및 이를 이용한 탈린 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 용선 중 P을 제거하는 탈린제로서, CaSi 및 CaF₂를 함유한다.

상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 75 중량% 이상, 100 중량% 미만 함유되고,

상기 CaF₂ 가 0 중량 % 초과, 25 중량% 이하로 함유된다.

상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 78 중량% 이상, 92 중량% 이하 함유되고, 상기 CaF₂ 가 8 중량 % 이상, 22 중량% 이하로 함유된다.

본 발명에 따른 정련 방법은 용선을 마련하는 과정, 탈린제를 용선에 투입하여, 환원 반응에 의해 상기 용선 중 P를 제거하고, Si 함량을 증가시키는 탈린 과정, 산화 반응에 의해 상기 용선 중 C를 제거하고, 상기 Si 함량 증가에 의한 발열이 발생되는 탈탄 과정을 포함한다.

상기 탈린제로 CaSi 및 CaF₂를 함유하는 탈린제를 사용한다.

상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 78 중량% 이상, 92 중량% 이하 함유되고, 상기 CaF₂ 가 8 중량 % 이상, 22 중량% 이하로 함유되는 탈린제를 사용한다.

상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 78 중량% 이상, 92 중량% 이하 함유되고, 상기 CaF₂ 가 8 중량 % 이상, 22 중량% 이하로 함유되는 탈린제를 사용한다.

상기 탈린 공정 후, 용선 중에 Mn 및 C의 함량이 유지된다.

상기 탈탄 공정 시 전로 내의 용선의 양이 95% 미만이다.

상기 탈탄 공정 시 전로 내의 용선의 양이 80 내지 85%인 것이 바람직하다.

상기 탈린제가 탄소강의 생산 공정에 사용된다.

상기 탈린제가 크롬(Cr)을 함유하지 않는 탄소강의 생산 공정에 사용된다.

본 발명의 실시예에 따른 탈린제를 이용함으로써, 탈린 공정 시 용선 내 열원 성분의 함량을 향상시킬 수 있다. 이에, 탈린 공정 후에, 열원 성분의 함량 증가를 위한 첨가제 또는 용선의 온도 상승을 위한 승열제를 추가로 투입하지 않고도, 탈탄 공정 시, 용선의 온도를 고온으로 유지할 수 있다. 또한, 용선의 온도 상승을 위해 종래와 같이 탈탄 공정 시 용선을 추가로 투입할 필요가 없다. 따라서, 첨가제, 승열제 또는 용선 추가로 인한 공정 시간 및 비용이 감소하므로, 생산량이 증가하는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3 각각은 제 1 및 제 2 비교예, 실시예에 따른 탈린제를 투입하였을 때, 반응 시간에 따른 각 성분들의 함량을 나타낸 그래프

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 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.

통상적으로 전로 내의 용선 중 함유되어 있는 P(인), Si(실리콘), Mn(망간) 및 C(탄소)는 탈탄 공정 시, 발열 반응에 의해 용선의 온도를 상승시키는 열원(source)의 역할을 한다.

한편, 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 소결광 투입 및 산소 취입 방법으로 탈린 공정을 실시하는 경우, 제거하고자 하는 P 뿐만 아니라, Si도 산화 반응에 의해 함께 제거되며, Mn 및 C의 함량도 낮아진다. 이에, 탈린 공정 후에는 용선 중 열원인 Si, Mn 및 C가 없거나 함량이 낮아지게 되며, 이러한 용선을 탈탄 공정에 적용 시, 열원에 의한 용선의 온도 상승 효과가 없어, 상기 용선의 온도가 하락하는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 용선 중 P를 선택적으로 제거하고, 열원 성분인 Si, Mn 및 C의 함량을 유지하거나, 추가로 보충할 수 있는 탈린제를 제공한다. 실시예에 따른 탈린제는 환원 반응을 통해 용선 중 P(인)을 제거하는 것으로, CaSi계 물질을 함유한다. 또한, 실시예에 따른 탈린제에는 CaSi계 물질 외에 CaF₂(형석)를 더 함유할 수 있으며, 플럭스(flux) 형태일 수 있다. 여기서, CaSi계 물질은 CaSi 전체에서 Si가 70 중량% 또는 80 중량%인 것을 사용할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, Ca와 Si로 이루어진 CaSi 계의 다양한 물질을 이용할 수 있다.

이러한 탈린제 전체에 대해 CaF₂가 0 중량% 초과 내지 25 중량% 이하, 바람직하게는 8 중량% 이상 내지 22 중량% 이하이다. 이때, CaSi는 탈린제 전체에 대해 75 중량% 이상 내지 100 중량% 미만, 바람직하게는 78 중량% 이상 내지 92 중량% 이하 함유된다. 여기서, CaF2는 용선 내 슬래그의 융점을 감소시키며(즉, 저융점 슬래그를 형성하여), 투입되는 탈린제가 용선 내에 액상 상태로 용이하게 용해되도록 한다. 즉, CaF2는 용선과 탈린제의 반응을 촉진시켜, P(인)의 제거율을 향상시킨다. 또한, 탈린제의 Si 성분이 용선 내에 용이하게 녹아 들어 갈 수 있도록 함으로써, 상기 용선 중 Si 함유량을 높이는 역할을 한다.

예컨데, CaF₂의 함량이 0 중량% 일 경우(즉, 함유되지 않을 경우) 슬래그의 융점을 감소시킬 수 없기 때문에, 상기 슬래그의 융점이 높은 상태가 된다. 따라서, 이러한 슬래그를 가지는 용선으로 탈린제가 투입되면, 슬래그 또는 용선의 융점이 너무 높아, 탈린제가 용선 내에 용이하게 용해되지 못하며, P의 제거율이 작다. 또한, 용해되어 용선 내에 잔류하는 Si의 함량이 작아, 열원 성분 함량이 작아지는 문제가 있다. 반대로 CaF2의 함량이 25 중량%를 초과하는 경우, 슬래그의 유동성을 증가시켜, 노체 연와의 침식을 빨리 진행시키며, 노체의 마모 속도를 빠르게 하여 수명을 저하시킨다.

그리고, CaSi의 함량이 75 중량 % 이하인 경우, 용선 중으로 녹아 들어 가는 열원인 Si의 성분 함량이 작으며, 이로 인해 탈탄로에서 고온의 온도를 유지하지 못한다.

이러한 탈린제를 용선 중, 바람직하게는 탈탄 조업 전 용선에 투입하면, 환원 반응에 의해 CaSi 및 CaF₂ 각각이 분해되어 Ca가 생성되며, 생성된 Ca는 P와 반응하여 P를 제거하는 탈린에 사용되고, Si는 용선 중에 용해된다. 이에, 용선 중 Si의 함량이 증가하며, 상기 Si는 이후 탈탄 공정 시 산화되는데, 이때 발생 되는 발열에 의해 용선의 온도가 예컨데 1500℃의 이상이 온도가 되도록 상승한다. 여기서, Si이 산화되면서 발생되는 열량이 탄소에 비해 5배 이상 많기 때문에, 용선을 가열하는 우수한 열원으로 작용한다. 또한, Si은 Ca이 기체(gas)로 되어 외부로 방출되는 것을 억제시키며, 이로 인해 Ca와 P의 반응율 및 P의 제거율이 향상된다.

그리고, 실시예에 따른 탈린제의 경우, 종래와 같이 산화 반응이 아닌, 환원 반응에 의해 P을 제거하기 때문에, 용선 중에 함유된 열원인 Mn 및 C이 제거되지 않는다. 즉, 용선 중 Mn 및 C의 함량을 유지한다. 이에, 탈탄 작업 시, 용선 중에 함유된 Mn 및 C에 의한 용선의 온도 상승 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 실시예에 따른 탈린제를 이용함으로써, 탈탄 작업 시, 용선의 온도를 상승시키기 위해, 종래와 같이 용선의 양을 증가시킬 필요가 없다. 즉, 종래에 비해 용선의 사용량을 줄일 수 있다. 실시예에 따른 탈린제에 의해 탈린된 용선을 탈탄을 위한 전로에 장입시킬 때, 전로에서 용선 비율을 95% 미만으로 할 수 있다. 이때, 전로에서 용선 비율이 80 내지 85%인 것이 바람직하다. 또한, 종래와 같이 탈린 작업 후 Si의 함량을 높이기 위해 출탕 시에 Fe-Si와 같은 첨가제를 별도로 투입하거나, 탈탄로에서 용선의 온도를 높이기 위해 Fe-Si 등의 승열제를 별도로 투입할 필요가 없다. 따라서, 용선, 첨가제 또는 승열제 투입으로 인한 공정 시간 및 비용을 줄일 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 탈린제를 이용하여 용선을 탈린한 후, 탈탄하는 과정을 순서적으로 도시한 순서도이다.

실시예에서는 크롬(Cr)을 함유하지 않는 탄소강을 제조하는데, CaSi 및 CaF2를 함유하는 공정에 적용될 수 있다. 예컨데, 탄소, 망간, 인, 황, 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 이루어진 탄소강의 제조 방법에 적용될 수 있다.

먼저, 용선을 준비하여 탈린을 위한 전로에 장입시키고, CaSi와 CaF₂가 함유된 탈린제를 마련한다(S100). 여기서 용선은 크롬(Cr)을 함유하지 않는 탄소강을 제조하기 위한 성분이 함유된 용선일 수 있다.

이후, 탈린제를 전로에 장입된 용선에 투입한다(S200). 탈린제가 용선에 투입되면, 환원 반응에 의해 CaSi 및 CaF₂ 각각이 분해되어 Ca가 생성되며, 생성된 Ca는 P와 반응하여 P를 제거하는 탈린에 사용되고, Si는 용선 중에 용해된다. 이에, 용선 중 Si의 함량이 증가한다. 그리고 이때, Mn, C의 함량은 유지된다.

탈린 공정이 종료되면, 용선을 탈탄을 위한 전로(탈탄로)에 장입시키고, 탈탄 한다(S300). 이때, 탈탄로에서 용선의 비율이 95% 미만, 바람직하게는 80 내지 85%가 되도록 한다. 이러한 용선의 비율은 종래에 비해 낮은 수치로, 용선 중 열원 성분 특히 Si 함량이 높기 때문에, 용선의 온도 상승을 위해 용선을 95% 비율로 첨가하지 않아도 된다. 이후, 탈탄로에 산소를 취련하여 용선 중 C를 제거하는 탈탄 작업을 실시한다. 이때, 탈탄제에 함유된 Si가 산소와 반응하여 산화되고, 산화 반응 시 발생되는 발열이 용선으로 전해져, 상기 용선의 온도를 상승시킨다. 이때, Si의 함량이 충분이 높으므로, 탈탄로에서 용선의 온도를 원하는 온도까지 용이하게 상승시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 탈린제를 이용함으로써, 탈탄 작업 전에 Si 함량을 증가시키기 위한 첨가제, 용선의 온도를 향상시키기 위한 승열제 또는 용선을 추가적으로 투입할 필요가 없다. 이에, 공정을 단순화 할 수 있고, 공정 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

표 1은 제 1 및 제 2 비교예와 실시예에 따른 탈린제를 사용하여 탈린 작업 후에, 각각의 용선의 C, Si, Mn 및 P 성분 함량을 나타낸 표이다. 도 2 내지 도 4 각각은 제 1 및 제 2 비교예, 실시예에 따른 탈린제를 투입하였을 때, 반응 시간에 따른 각 성분들의 함량을 나타낸 그래프 이다. 여기서, 제 1 비교예에 따른 탈린제로 소결광과 생석회를 이용하며, 제 2 비교예에 따른 탈린제로 CaC2, CaF2, CaCN₂의 혼합물을 이용한다. 실시예에 따른 탈린제는 CaSi와 CaF₂를 함유하는 플럭스를 이용한다. 그리고, 실험을 위하여, 제 1 및 제 2 비교예, 실시예에 따른 용선의 양은 500g으로 동일하며, 이러한 용선을 1400℃까지 승온한 후, 상기 용선에 제 1 및 제 2 비교예, 실시예에 따른 탈린제를 투입한다. 이때, 별도의 교반 장치를 이용하여 용선과 탈린제를 혼합시킬 수 있다.

구분	탈린제	C 중량%	Si 중량%	Mn 중량 %	P 중량%
제 1 비교예	소결광+생석회	4.2	0.01	0.07	0.03
제 2 비교예	CaC-CaF2-CaCN2	4.5	0.2	0.35	0.04
실시예	CaSi + CaF2	4.5	1.0	0.35	0.04

표 1 및 도 1을 참조하면, 탈린제로 소결광과 생석회를 용선에 투입하는 제 1 비교예의 경우, 소결광에 의한 산화 반응에 의해 시간 경과에 따라 P의 함량이 감소한다. 그런데 이때 산화 반응에 의해 열원인 Mn과 Si 대부분이 제거되고, C도 소폭으로 감소한다. 이러한 용선을 탈탄로에 장입하여 탈탄 작업을 실시할 경우, 상기 용선에 함유된 열원 성분(Si, Mn 및 C) 특히 Si의 함량이 적어, 탈탄 작업시 온도가 하락하는 문제가 발생된다.

탈린제로 CaC₂, CaF₂, CaCN₂ 를 투입하는 제 2 비교예의 경우, CaC₂가 분해되어 생성된 Ca가 P와 반응하여, 시간 경과에 따라 P의 함량이 감소한다. 그런데 용선에 함유된 탄소는 이미 포화 상태이기 때문에, 제 2 비교예에 따른 탈린제로부터 추가 투입되는 C는 유리 탄소(free carbon)로 존재하게 된다. 이에, 탈린제에 의해 투입되는 C는 대부분 더스트(dust) 상태로 비산되므로, 용선 내 C의 함량이 증가하지 않는다. 따라서, 탈린제로부터 제공된 C로 인한 용선 중 C 함량의 증가 및 발열 효과를 기대하게 어렵다. 또한, 탈린제는 Si 및 Mn 을 함유하고 있지 않기 때문에, Si 및 Mn의 함량도 변화가 없다. 이러한 용선을 탈탄로에 장입하여 탈탄 작업을 실시할 경우, Si, Mn 및 C 성분의 함량이 여전히 유지되더라도, 상기 Si의 함량이 약 0.3 미만으로 작기 때문에, 탈탄 작업시 산화 반응에 의한 발열 효과가 적다.

따라서, 제 1 및 제 2 비교예에 따른 탈린제를 이용한 탈린 작업 이후, Si 성분의 함량 증가를 위해 탈탄 작업 전에 Fe-Si 등의 첨가제 또는 승열제를 추가 장입하거나, 용선을 추가 투입해야 하는 문제가 발생된다. 따라서, 이로 인한 비용이 상승 및 생산성이 저하되는 문제가 있다.

그러나, 탈린제로 CaSi 및 CaF₂를 함유하는 물질을 사용하는 실시예의 경우, Ca와 P가 반응하여 상기 P가 제거되고, 탈탄제에 함유된 Si에 의해 상기 Si의 함량이 증가하며, 최종 Si의 함량이 제 1 및 제 2 비교예에 비해 높다. 이러한 용선을 탈탄로에 장입하고, 탈탄 작업을 위해 산소를 취입하면, Si가 산화되며, 이때 발생되는 열이 용선의 온도를 상승시킨다.

따라서, 실시예에 따른 탈린제를 이용한 탈린 작업 이후, Si 성분의 함량 증가 또는 용선의 온도를 증가시키기 위해 첨가제 또는 승열제를 추가 투입하거나, 용선을 추가로 투입할 필요가 없다. 이로 인해, 종래에 비해 정련 공정 시간 및 비용이 감소되고, 생산율이 증가하는 효과가 있다.

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 용선 중 P을 제거하는 탈린제로서,
   CaSi 및 CaF₂를 함유하는 탈린제.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 75 중량% 이상, 100 중량% 미만 함유되고,
   상기 CaF₂ 가 0 중량 % 초과, 25 중량% 이하로 함유되는 탈린제.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 78 중량% 이상, 92 중량% 이하 함유되고,
   상기 CaF₂ 가 8 중량 % 이상, 22 중량% 이하로 함유되는 탈린제.
4. 용선을 마련하는 과정;
   탈린제를 용선에 투입하여, 환원 반응에 의해 상기 용선 중 P를 제거하고, Si 함량을 증가시키는 탈린 과정;
   산화 반응에 의해 상기 용선 중 C를 제거하고, 상기 Si 함량 증가에 의한 발열이 발생되는 탈탄 과정을 포함하는 정련 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 탈린제로 CaSi 및 CaF₂를 함유하는 탈린제를 사용하는 정련 방법.
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 78 중량% 이상, 92 중량% 이하 함유되고,
   상기 CaF₂ 가 8 중량 % 이상, 22 중량% 이하로 함유되는 탈린제를 사용하는 정련 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 탈린제 전체에 상기 CaSi가 78 중량% 이상, 92 중량% 이하 함유되고,
   상기 CaF₂ 가 8 중량 % 이상, 22 중량% 이하로 함유되는 탈린제를 사용하는 정련 방법.
8. 청구항 4에 있어서,
   상기 탈린 공정 후, 용선 중에 Mn 및 C의 함량이 유지되는 정련 방법.
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 탈탄 공정 시 전로 내의 용선의 양이 95% 미만인 정련 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 탈탄 공정 시 전로 내의 용선의 양이 80 내지 85%인 정련 방법.
11. 청구항 4 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 탈린제가 탄소강의 생산 공정에 사용되는 정련 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 탈린제가 크롬(Cr)을 함유하지 않는 탄소강의 생산 공정에 사용되는 정련 방법.

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