KR20140017178A - 용선예비처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 KR공정을 진행하기 전에 수선래들에 투입되는 용선을 미리 탈황하는 용선예비처리방법에 관한 것으로, 페로망간 제조공정에서 발생된 Fe-Mn 슬래그를 회수하는 단계, 상기에서 회수한 Fe-Mn 슬래그를 수선래들에 투입하고, TLC(Torpedo Ladle Car)로부터 용선을 수선래들에 투입하여 탈황하는 단계, 상기 탈황한 후 발생한 슬래그를 배재하는 단계, 및 상기에서 슬래그가 배재된 용선을 KR을 위해 장입 래들에 투입하여 KR을 진행하는 단계를 제공한다.

Description

용선예비처리방법{METHOD FOR PRE-TREATING PIG IRON}
본 발명은 용선예비처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 KR(Kanvara Reactor)공정을 진행하기 전에 수선래들에 투입되는 용선을 미리 탈황하는 용선예비처리방법에 관한 것이다.
고로제강법은 제선-제강-연속주조공정으로 이루어진다. 고로에서 토페도카로 출선된 용선은 전로에 장입 전에 탈린, 탈류 등의 사전처리를 하는데, 이 공정을 용선예비처리라 한다. 용선을 전로에 장입하기 전에 예비처리하는 것은 유황이 환원반응에 의해 제거되는데 반해, 산소취련을 실시하는 전로는 강산 화성 분위기여서 전로에서 탈류반응이 제한적으로 일어날 수밖에 없기 때문이다.
결국, 전로 노내에서는 현저한 탈황효과를 기대할 수 없기 때문에 저류강을 제조하기 위해서는 용선예비처리 공정에서 전로에 장입되는 용선의 유황성분을 낮추는 것이 필요하다.
이처럼, 철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈황 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다. 이와 같이 제조된 용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정과 1차 정련된 용강 내 성분을 다시 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거쳐 성분 조정이 완료된다. 2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일, 후판 등 목표하는 최종 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 기계식교반기에서 이루어질 수도 있으며, 예비처리가 완료된 용선은 후속 공정인 1차 정련을 위해 전로 공정으로 옮겨지게 된다.
상술한 바와 같이 저류강 제조 시에는 탈황전로를 이용하여 용선 내 황 성분을 기준치로 제어하게 되는데, 이와 관련된 선행기술로는 한국공개특허 제2012-0074367호(공개일: 2012.07.06.,명칭: 저류강 제조방법)가 있다.
본 발명은 용강의 탈황의 효율을 높이기 위해 KR에서 용선을 탈황하기 전에 토페도카(TLC)를 통해 수선된 용선에 페로망간(Fe-Mn) 제조 시 발생하는 페로망간(Fe-Mn) 슬래그를 투입하여 용선을 탈황하는 용선예비처리방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 용선예비처리방법은, 페로망간 제조공정에서 발생된 Fe-Mn 슬래그를 회수하는 단계; 상기에서 회수한 Fe-Mn 슬래그를 수선래들에 투입하고, TLC(Topedo ladle Car)로부터 용선을 수선래들에 투입하여 탈황하는 단계; 상기 탈황한 후 발생한 슬래그를 배재하는 단계; 및 상기에서 슬래그가 배재된 용선을 KR을 위해 장입 래들에 투입하여 KR을 진행하는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 Fe-Mn 슬래그는 용선 1ton을 기준으로 1.5kg ~ 2.5kg이 투입될 수 있다.
또한, 상기 Fe-Mn 슬래그는 중량%로 SiO2가 35 ~ 40, CaO가 20 ~ 15, Al2O3가 15 ~ 20, MnO가 15 ~ 20 및 나머지는 기타 불가피한 불순물이 함유될 수 있다.
또한, 상기 탈황은 투입되는 용선의 낙하류에 의해 Fe-Mn 슬래그와 용선의 반응으로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이,
본 발명은 KR 공정 전에 전처리로 탈황을 진행하여 KR공정에서 투입되는 생석회 및 CaF2의 사용량을 줄여 환경오염을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 원가를 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 페로망간 제조공정에서 발생된 Fe-Mn 슬래그를 재사용하여 활용하는 효과가 있다.
또한, Fe-Mn 슬래그를 첨가하고 탈황한 후 발생한 슬래그는 초기에 다량으로 첨가되어 있는 SiO2에 의해 점도가 증가하면서 슬래그 전배재가 수월해지는 효과가 있다. 그래서 슬래그 점도를 증가시키는 응집제를 따로 사용하지 않아 원가를 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용선예비처리방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용선예비처리방법에서 수선래들에 용선을 투입하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 MnO증가에 따른 Sulfide Capacity를 나타낸 그래프이다.
도 4는 Fe-Mn 슬래그한 후 용선과 반응하여 발생하는 슬래그의 모습을 나타낸 도면이다.
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.
저류강의 공급이 많아짐에 따라 KR에서의 탈황효율이 중요시되고 있다. 이것으로 인해 KR에서 황 농도를 0.003 ~ 0.006%정도로 제어를 하고 있다.
황 농도를 제어하기 위해 예비처리에서의 탈황은 플럭스에 의해 일어나므로 생석회 및 CaF2의 사용량이 증가하게 되고 있다.
그러나, CaF2의 빈번한 사용은 환경오염을 야기시킬 수 있어 탈황공정에서의 생석회 및 CaF2사용량을 저감하는 기술이 필요하다.
생석회 및 CaF2의 사용량은 KR 처리 전 용선의 황 농도에 의해 정해지므로 KR 처리 전 용선의 황 농도를 저감시키면 생석회 및 CaF2의 사용량을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용선예비처리방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 페로망간(Fe-Mn)제조공정에서 발생된 페로망간(Fe-Mn) 슬래그(이하에서,'Fe-Mn 슬래그'라 칭함)를 회수한다(S110).이때, 상기 Fe-Mn 슬래그는 CaO-SiO2-MnO계 슬래그이며, Fe-Mn 슬래그는 중량%로 SiO2가 35 ~ 40, CaO가 20 ~ 15, Al2O3가 15 ~ 20, MnO가 15 ~ 20 및 나머지는 기타 불가피한 불순물이 함유된다.
이어서, 상기에서 회수한 Fe-Mn 슬래그를 수선래들에 투입하고, TLC(Torpedo Ladle Car)로부터 용선을 수선래들에 투입하여 탈황한다(S120). 이때, 기 Fe-Mn 슬래그는 용선 1ton을 기준으로 1.5kg ~ 2.5kg이 투입될 수 있으며, 1.5kg미만인 경우 MnO 증가효과가 없어 용선의 탈황이 목표하는 탈황율까지 제대로 이루어지지 않으며, 2.5kg를 초과하는 경우 용선이 탈황할 수 있는 한계보다 필요 이상이 될 수 있으며, 슬래그의 점도가 급격하게 증가되어 이후 슬래그 배재시 스키머에 슬래그가 붙어 슬래그 배재 작업이 용이하지 않을 수도 있다.
이때, Fe-Mn 슬래그가 먼저 수선래들에 투입되고 TLC로부터 용선을 수선래들에 투입하되 Fe-Mn 슬래그는 투입되는 용선의 낙하류에 의해 반응하여 탈황된다. 수선래들에 Fe-Mn 슬래그와 용선을 투입하여 교반하지 않아도 된다.
용선의 탈황 반응은 하기의 반응식 1과 같다.
반응식 1
Figure pat00001
상기 반응식 1에 따라 탈황반응을 정량적으로 평가하는 방법으로 sulfide Capacity를 추론할 수 있으며, 이는 하기의 관계식 1과 같다.
관계식 1
Figure pat00002
이때, K는 반응식 1의 평형상수이고,
Figure pat00003
는 슬래그 내 산소이온의 활동도(슬래그의 염기도와 같음)이며,
Figure pat00004
는 슬래그 내 황 이온의 활동도 계수이고,
Figure pat00005
는 산소분압을 나타낸다.
상기와 같이, sulfide capacity는 산소 분압(
Figure pat00006
)이 일정할 때, 슬래그의 황 함량(S2-)/용강 중 황 함량[S]을 알면 Sulfide Capacity 알 수 있다.
도 3은 MnO증가에 따른 Sulfide Capacity를 나타낸 그래프로, Sulfide Capacity는 높은 SiO2 영역에서 MnO가 증가함에 따라 증가하는 모습을 나타내고 있다.
CaO-SiO2-MnO계 슬래그는 CaO/SiO2=1.0 또는 0.5일 때 sulfide capacity가 증가하는 것으로 염기도에 따라 MnO가 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, SiO2함량이 많은 Fe-Mn 슬래그를 재활용할 경우, MnO증가에 따른 sulfide capacity는 크게 증가 되어 용선 내 황이 함량을 낮출 수 있다.
이어서, 상기 탈황한 후 발생한 슬래그를 배재한다(S130).
이때, Fe-Mn 슬래그를 첨가하고 탈황한 후 발생한 슬래그는 초기에 다량으로 첨가되어 있는 SiO2에 의해 점도가 증가한다. 수선래들의 슬래그 모습은 도 4와 같다.
이와 같이, 점도가 증가된 슬래그는 배재가 수월해지는 효과가 있다. 그래서 슬래그 점도를 증가시키는 응집제를 따로 사용하지 않아 원가를 절감하는 효과가 있다.
마지막으로, 상기에서 배재된 용선을 KR을 위해 장입 래들에 투입하여 KR을 진행(S140). 이때, 탈황전로에 투입된 용선은 1차적으로 탈황이 된 상태이므로 용선 내에 함유하는 황의 함량을 고려하여 탈황제를 투입하여 기계적 교반을 통해 탈황할 수 있다.
기계식 교반법(KR)은 탈황을 하고자 하는 용선을 장입 래들(1)에 장입하고, 래들(1) 상부에서 호퍼(50)를 통해 주로 괴상의 탈황제를 용선으로 투입하고 표면에 내화물을 입힌 임펠러(10)를 용선에 침지하여 회전시키면서 용선을 교반하며, 이때 발생하는 교반력에 의해 용선의 유황과 탈황제가 반응하도록 한 방법이다. 또한, 분체 취입 방식(도면에 도시하지 않음)은 장입 래들(1)의 상부에 별도로 설치된 호퍼(50)에서 탈황제를 가스와 함께 랜스를 통해 용선 내부로 취입하게 된다.
즉, 장입 래들(1)의 상부에서 랜스를 통해 가스를 용선의 내부에 불어넣어 용선을 교반하여 탈황 반응을 촉진하는 것일 수 있다. 이와 같이 탈황제를 투입하여 용선을 교반하면, 탈황된 용선(M) 상부에 슬래그가 형성된다. 탈황이 완료된 후 크레인에 의해 장입 래들(1)이 다음 전로 공정을 위해 옮겨지게 된다. 이후 전로 공정에 대한 설명은 생략하도록 한다.
따라서, 본 발명은 KR 공정 전에 전처리로 탈황을 진행하여 KR공정에서 투입되는 생석회 및 CaF2의 사용량을 줄여 환경오염을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 원가를 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 페로망간 제조공정에서 발생된 Fe-Mn 슬래그를 재사용하여 활용하는 효과가 있다.
상기와 같은 용선예비처리방법은 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.
110 : TLC(Torpedo Ladle Car) 120: 수선래들
121 : Fe-Mn 슬래그 122: 용선

Claims (4)

  1. 페로망간 제조공정에서 발생된 Fe-Mn 슬래그를 회수하는 단계;
    상기에서 회수한 Fe-Mn 슬래그를 수선래들에 투입하고, TLC(Torpedo Ladle Car)로부터 용선을 수선래들에 투입하여 탈황하는 단계;
    상기 탈황한 후 발생한 슬래그를 배재하는 단계; 및
    상기에서 슬래그가 배재된 용선을 KR을 위해 장입 래들에 투입하여 KR을 진행하는 단계;를 포함하는 용선예비처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Fe-Mn 슬래그는 용선 1ton을 기준으로 1.5kg ~ 2.5kg이 투입되는 용선예비처리방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 Fe-Mn 슬래그는 중량%로 SiO2가 35 ~ 40, CaO가 20 ~ 15, Al2O3가 15 ~ 20, MnO가 15 ~ 20 및 나머지는 기타 불가피한 불순물이 함유된 용선예비처리방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈황은 투입되는 용선의 낙하류에 의해 Fe-Mn 슬래그와 용선의 반응으로 이루어지는 용선예비처리방법.
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