KR20130110795A - 래들 슬래그의 조성 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 래들 슬래그의 조성 제어방법에 관한 것으로, 래들의 슬래그에서, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3를 합한 중량비(CaO : SiO2 + Al2O3)를 2이하로 조절하여 슬래그 내 T.Fe 함량을 10 내지 15wt%로 조성하는 것이다.

Description

래들 슬래그의 조성 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING COMPOSITION OF LADLE SLAG}
본 발명은 래들 슬래그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수강래들에서 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않고 슬래그의 T.Fe 수준을 제어하는 래들 슬래그의 조성 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하여 용선을 제조한 후, 용선에 탈황, 탈린, 탈탄, 탈산 등의 공정을 순차적으로 수행하여 용선 내 불순물을 제거하는 1차 정련 과정을 거쳐 용강을 제조하게 된다. 불순물이 제거된 용강은 2차 정련 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.
제강 공정에서 래들 내 용강의 성분 조정이 이루어지고, 성분 조정을 위해 투입되는 부원료 등과 용강 내 성분이 반응하여 용강의 상단에 슬래그가 형성된다.
관련된 선행기술로는 한국특허등록 제0860656호(등록일: 2008.09.22, 명칭: 용강의 정련방법 및 그 용강의 정련을 이용한 극저탄소강의 제조방법)가 있다.
본 발명의 목적은, 수강래들에서 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않고 슬래그의 T.Fe 수준을 제어함과 아울러 알루미늄 탈산 반응으로 인한 유독가스도 발생하지 않아 조업환경을 개선할 수 있는 래들 슬래그의 조성 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 슬래그 조성 제어방법은, 래들의 슬래그에서, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3를 합한 중량비(CaO : SiO2 + Al2O3)를 2이하로 조절하여 슬래그 내 T.Fe 함량을 10 내지 15wt%로 조성할 수 있다.
상기 슬래그 내 T.Fe는 하기 관계식에 의해 산출될 수 있다.
관계식
Figure pat00001
상기 슬래그내 SiO2와 Al2O3의 중량비는 1 : 3~5의 범위로 조절될 수 있고, 상기 래들내 용강의 산소농도는 400 내지 450ppm일 수 있다.
상기 래들 슬래그의 CaO, SiO2 및 Al2O3의 농도는, CaO-SiO2-FeO계의 전로유출 슬래그량에 따라 개재물 제어와 용강 보온제로 투입되는 생석회(CaO) 및 CaO-Al2O3계의 래들잔탕 슬래그량의 비를 조절하여 제어될 수 있고, 상기 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3를 합한 중량비(CaO : SiO2 + Al2O3)는 1.1이상 내지 2이하로 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에는 전로 공정 후 수강래들에서 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않고 슬래그 내 T.Fe를 제어하기 때문에 용강의 품질을 향상시킬 수 있고, Al 탈산 반응이 없어 유독가스를 발생시키지 않아 작업 환경을 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한, 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않기 때문에 원가 절감과 연주공정시의 래들잔탕 슬래그의 재활용을 증가시킴과 아울러 생석회의 사용량을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 전로출강 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 슬래그 조성에 따는 슬래그 내 FeO 활동도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에서 슬래그 염기도에 따른 FeO 활동도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 슬래그 내 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 농도에 따른 T.Fe 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명이 적용된 전로출강 과정을 나타낸 도면이다.
일반적으로, 용선과 고철을 일정량의 부원료와 함께 전로에 장입한 후 상부에서 랜스를 통해 산소를 불어넣어 산화반응을 유도하고 하부에서 불활성 가스를 불어넣어 용선을 교반시킴으로써, 산화반응을 촉진시켜 불필요한 불순물을 슬래그로 제거하는 취련작업이 시행된다. 그리고, 취련된 용강을 수강래들(30) 내로 출강하는 과정에서 생석회(CaO)와 형석(CaF2)을 투입하여 수강래들(30) 슬래그를 제조하여 후공정 처리작업시에 발생되는 비금속 개재물 및 불순물의 포집이 용이하도록 해주는 출강작업이 시행된다. 상기와 같이 출강이 완료된 후 수강래들(30)에 슬래그 탈산제를 투입하여 수강래들(30) 슬래그에 존재하는 저급 산화물을 제거하는 슬래그 탈산작업 및 그 후속 작업으로 이루어진다.
즉, 전로(10)의 내부에서 취련작업이 완료된 후에 전로(10)를 기울여서 출강구(40)를 통해 용강을 수강래들(30)로 출강시키게 된다. 전로(10)의 출강 작업이 1/3정도 진행되면 정련 중에 발생되는 저급 산화물을 제거하기 위하여 생석회와 형석과 같은 슬래그 개질제가 부원료 호퍼(20)를 통해 수강래들(30)에 투입된다.
이때, 생석회와 형석을 투입하는 목적은, 생석회의 용융점이 높기 때문에 형석을 투입하여 융점을 낮추어 용융을 촉진하기 위해서이다. 즉 일반적으로 생석회의 융점온도는, 대략 2570℃이므로 전로(10)의 용강 온도에 비해 매우 고온이다. 그러나 생석회의 투입과 함께 형석을 투입하게 되면, 생석회의 융점온도를 대략 1600~1800℃까지 낮출 수 있게 된다. 이때, 상기 수강래들(30)에 투입되는 생석회의 투입량은 수강래들(30)의 용강이 약 275~280톤 경우 1000~1200㎏이고, 상기 생석회와 함께 투입되는 형석의 투입량은 대략 200~300㎏이다.
상기와 같이 생석회와 형석이 수강래들(30)에 투입된 상태에서 전로(10)로부터 나머지 용강이 수강래들(30)로 출강되면, 그 출강류(50)의 낙하력에 의해 생석회와 용강이 교반되고, 이 과정에서 용강 내의 산소가 생석회와 반응하여 용융점이 1500~1700℃인 저융점 슬래그(CaO, FeO)를 만들게 된다.
상기와 같이 슬래그 개질 및 전로의 출강이 완료되면 수강래들(30)을 버블링 설비(미도시)로 이동시킨다. 상기 버블링 설비에 수강래들(30)이 도착되면 용강 상부에 조성된 슬래그 개질의 저급 산화물인 산화철(T.Fe)과 산화망간(MnO) 등을 최소화하여 용강 중의 철과 저급 산화물과의 재산화를 방지하고 비금속 개재물의 흡수를 최대로 하기 위하여 알루미늄계 슬래그 탈산제를 투입하게 된다.
상기와 같이 슬래그 탈산제가 수강래들(30)에 투입되면, 알루미늄계 탈산제는 하기 반응식 1과 같이 슬래그 내 FeO와 반응하여 슬래그 내 T.Fe 수준을 하기 반응식1과 같이 하향시키게 된다.
반응식 1
Figure pat00002
그러나, 슬래그로 투입된 알루미늄계 탈산제는 하기 반응식 2에서와 같이 슬래그 내 FeO 뿐만 아니라 용강 내 산소와 반응하여 2차 정련 과정인 RH 공정에서 필요한 용강내 산소농도를 충족시키지 못할 수도 있다. 본 발명에서 사용된 농도의 단위는 특별한 언급이 없는 한 모두 wt%를 의미한다.
반응식 2
Figure pat00003
또한, 슬래그 내 알루미늄과 산화철(FeO)은 테르밋 반응인 발열반응이 발생하기 때문에 반응하는 순간 유독성 가스를 외부로 방출하여 조업 환경에도 악영향을 줄 수 있다.
따라서, 수강래들(30)의 슬래그 개질 과정에서, RH도착시 슬래그 내 T.Fe(FeO)제어와 용강 내 산소농도를 확보하는 것이 중요하다.
본 발명은 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않으면서, RH도착 슬래그 내 T.Fe(FeO) 제어, 용강 내 산소농도 확보 및 유독성 가스를 발생시키지 않는 방법에 관한 것으로, 전로유출 슬래그에 따라 수강래들(30)에 투입되는 생석회량 및 CaO-Al2O3량의 비를 조절하여 최종 슬래그 조성에 따른 T.Fe를 제어하는 것이다.
일반적으로, 슬래그 내 FeO의 농도[%FeO]는 도 2에서와 같이 슬래그 조성에 따라 동일한 조건(FeO 활동도)에서도 차이가 발생될 수 있다. FeO 활동도(a)가 동일한 조건에서 하기의 반응식 3과 같이 FeO의 활동도 계수(
Figure pat00004
)가 커지면 슬래그내 FeO의 농도(X)는 감소한다.
반응식 3
Figure pat00005
여기서, K는 평행상수이고,
Figure pat00006
는 FeO의 활동도이고,
Figure pat00007
는 FeO의 활동도 계수이고,
Figure pat00008
는 FeO의 농도이다.
즉, 반응식 3에서와 같이 슬래그 내의 FeO 농도를 감소시키기 위해서는 FeO의 활동도 계수(
Figure pat00009
)를 증가시키면 되는 데, 도 3에 도시된 바와 같이 슬래그 내 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3 농도를 높게 유지하면, 슬래그 내 FeO의 활동도 계수(Activity coefficient)값을 높일 수가 있다. 도 3에서 x축의 염기도에서 분모의 값인 SiO2, Al2O3 농도가 커지면 염기도가 낮아지게 되고, 염기도가 낮아질수록 y축의 FeO의 활동도 계수가 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 도 3과 반응식 3에서 슬래그 염기도의 SiO2 및 Al2O3 농도가 커질수록 FeO의 활동도 계수(Activity coefficient)의 값이 커지며, FeO 활동도(a)가 동일한 조건에서 FeO의 활동도 계수(
Figure pat00010
)가 커질수록 슬래그내 FeO의 농도(X)가 감소된다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 수강래들(30)의 슬래그에서 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3를 합한 중량비(CaO : SiO2 + Al2O3)를 2이하로 조절하여 슬래그 내 FeO의 활동도 계수를 증가시킴에 따라 슬래그 내 T.Fe 함량을 10 내지 15wt%로 제어한다. 여기서, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3를 합한 중량비(CaO : SiO2 + Al2O3)는 1.1이상 내지 2이하로 제어될 수 있다. 물론, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비를 1.2 미만으로 낮추게 되면 T.Fe 수준을 10%이하로 관리할 수 있다.
슬래그 내 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3 농도(CaO/(SiO2+Al2O3))에 따른 T.Fe 농도는 하기 관계식 1에 의해 산출될 수 있다.
관계식 1
Figure pat00011
여기서, 슬래그내 SiO2와 Al2O3의 중량비는 1 : 3~5의 범위로 조절될 수 있다.
도 4는 용강내 산소농도가 400~450ppm일 때의 슬래그 내 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3 비(CaO/(SiO2+Al2O3))를 나타낸 그래프로서, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비를 '2'이하로 낮추게 되면 슬래그 내 T.Fe 농도[wt%]도 15이하로 낮출 수 있다. 아래 표 1은 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3 비(CaO/(SiO2+Al2O3))에 따른 T.Fe를 나타낸 것이다. 표 1에서 수강래들(30)의 슬래그는 T.Fe(FeO), CaO, SiO2, Al2O3, 및 MgO 외에 MnO, P2O5 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성될 수 있다.
단위[wt%]
T.Fe CaO SiO2 Al2O3 MgO CaO/(SiO2+Al2O3)
비교예1 20.4 45.07 5.62 9.9 4.05 2.90
비교예2 20.1 46.12 4.89 11.32 3.71 2.85
비교예3 16.6 46.15 3.74 16.6 3.77 2.27
비교예4 16.3 45.43 3.67 16.77 3.78 2.22
실시예1 14.7 44.29 4.19 18.5 3.93 1.95
실시예2 13.2 43.63 5.23 20.45 4.11 1.70
실시예3 12.0 41.99 5.89 22.15 4.25 1.50
실시예4 9.9 40.56 7.89 27.15 3.70 1.15
표 1에서 보듯이, 래들 슬래그의 조성 제어에서, CaO 및 MgO의 농도[wt%]는 비교예들과 실시예들에서 각각 큰 차이가 없고, SiO2 및 Al2O3를 합한 농도는 비교예들과 실시예에서 큰 차이가 있으며, 그에 따라 T.Fe도 비교예와 실시예에서 많은 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비를 '2'이하로 낮추게 되면 슬래그 내 T.Fe 농도[wt%]도 15이하로 낮출 수 있음을 확인할 수 있었다. 이는 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않고서도 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비를 '2'이하로 조절하게 되면 슬래그 내 T.Fe 농도를 원하는 범위내로 제어할 수 있음을 의미하는 것이다. 물론, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비를 1.2미만으로 낮추게 되면 T.Fe 수준을 10%이하로 관리할 수도 있음을 알 수 있다.
아울러, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비를 2이하로 조절할 때, 슬래그내 SiO2와 Al2O3의 중량비는 1 : 3~5의 범위로 조절되는 데, 이는 수강래들(30)에서 사용되는 전로유출 슬래그가 CaO-SiO2-FeO계이고, 연주공정시의 래들잔탕 슬래그가 CaO-Al2O3계이므로 이들의 혼합비를 조절하면 되는 것이다. 물론, 생석회인 CaO의 비는 전로유출 슬래그와 래들잔탕 슬래그 및 개재물 제어와 용강 보온제로 수강래들(30)에 투입되는 생석회의 양을 조절하면 수강래들(30)의 슬래그의 총 CaO 농도를 제어할 수 있다.
아울러, 도 4는 용강내 산소농도가 400 내지 450ppm인 것을 기준으로 수강래들(30) 슬래그의 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비에 따른 T.Fe의 관계를 나타낸 그래프로서, 상기 관계식 1에서 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3의 중량비가 2이하이면 T.Fe 뿐만 아니라 용강내 산소농도도 400 내지 450ppm으로 제어할 수 있음을 나타낸 것이다.
이와 같이 수강래들(30)에서 CaO-SiO2-FeO계인 전로유출 슬래그와, 개재물 제어 및 용강 보온제로 투입되는 생석회인 CaO, 및 CaO-Al2O3계의 래들잔탕 슬래그를 사용할 때, 전로유출 슬래그량에 따라 투입되는 생석회 및 래들잔탕 슬래그량의 비를 조절하여 슬래그 조성을 제어하면, 목표 T.Fe 수준으로 제어할 수 있으며, 알루미늄계 탈산제가 포함된 조재제를 사용하지 않기 때문에 용강내 탈산이 이루어지지 않아 용강내 산소농도 역시 필요한 범위로 확보할 수 있다.
또한, 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않기 때문에 Al 탈산 반응이 발생되지 않아 유독가스도 발생시키지 않는다.
이와 같이 본 발명에서는 전로 공정 후 2차 정련(RH 공정) 도착시 슬래그 내 T.Fe를 제어하기 때문에 용강의 품질을 향상시킬 수 있으며, 알루미늄계 슬래그 탈산제를 사용하지 않기 때문에 원가 절감 및 작업환경 개선에 기여할 수 있고, 또한 래들잔탕 슬래그의 재활용을 증가시킴과 아울러 생석회의 사용량을 저감시킬 수 있다.
상기와 같은 래들 슬래그의 조성 제어방법은 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.
10: 전로 20: 호퍼
30: 수강래들

Claims (6)

  1. 래들의 슬래그에서, CaO 대비 SiO2 및 Al2O3를 합한 중량비(CaO : SiO2 + Al2O3)를 2이하로 조절하여 슬래그 내 T.Fe 함량을 10 내지 15wt%로 조성하는 래들 슬래그의 조성 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그 내 T.Fe는 하기 관계식에 의해 산출되는 래들 슬래그의 조성 제어방법.
    관계식
    Figure pat00012

  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그내 SiO2와 Al2O3의 중량비는 1 : 3~5의 범위로 조절되는 래들 슬래그의 조성 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 래들내 용강의 산소농도는 400 내지 450ppm인 래들 슬래그의 조성 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 래들 슬래그의 CaO, SiO2 및 Al2O3의 농도는, CaO-SiO2-FeO계의 전로유출 슬래그량에 따라 개재물 제어와 용강 보온제로 투입되는 생석회(CaO) 및 CaO-Al2O3계의 래들잔탕 슬래그량의 비를 조절하여 제어되는 래들 슬래그의 조성 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 CaO 대비 SiO2 및 Al2O3를 합한 중량비(CaO : SiO2 + Al2O3)는 1.1이상 내지 2이하로 조절되는 래들 슬래그의 조성 제어방법.
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