KR20150074800A

KR20150074800A - 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제

Info

Publication number: KR20150074800A
Application number: KR1020130162916A
Authority: KR
Inventors: 최재복; 정태정
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-07-02
Also published as: KR101592073B1

Abstract

본 발명은 전로 출강공정에서 레이들 내 투입되는 합금철과 생석회의 재화를 촉진하고, 슬래그의 융점을 낮추는 형석의 기능을 대체하기 위한 것으로, 나트륨 성분 30 내지 40 중량%; 레이들 슬래그 45 내지 55 중량%; 및 바인더 10 내지 20 중량%를 포함하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제를 제공한다.

Description

제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제{Fluorite substitute for fluorite free refining}

본 발명은 전로 출강공정에서 적용되는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제에 관한 것이다.

일반적으로 전로 정련작업은 다음과 같은 공정 순서로 진행된다.

전로에 고철과 용선을 장입하고 고압의 산소 가스를 취입하여 고온에서 취련 작업을 한다. 취련 작업을 마친 전로를 경동하여 용강을 레이들(ladle)로 내보내는 출강 작업을 실시하고, 직립된 전로에 잔류한 슬래그와 코팅제를 이용하여 질소 분사 코팅을 한다. 그 후 질소 코팅이 끝나고 남은 슬래그는 전로를 180℃까지 경동하여 슬래그 팬(slag pan)이라는 용기에 처리하는 배제 작업을 실시한다.

상기와 같이 전로 정련작업을 진행할 때, 작업자는 우선적으로 주원료 조건을 확인하게 된다. 즉 용선 배합비, 고철량, 용선 중의 실리콘(Si), 황(S), 인(P) 및 티타늄(Ti) 등의 성분과 용선 온도를 확인한다. 이때 용선 중의 Si 성분이 0.2% 이하가 되면, 작업자들은 열정산 작업시 형석의 투입량을 결정하게 된다. 열정산이 완료되면, 고철 및 용선을 장입하고 불순물을 제거하기 위한 취련 작업을 개시한다. 취련 작업이 진행되는 동안에 조제제, 매용제, 냉각제 등의 각종 부원료가 투입되는데, 이들은 열정산에 의해서 계산된 양이 투입되며, 여기에는 상기 형석도 포함된다. 전로 정련작업이 80% 정도 진행되면, 용강 중의 온도와 탄소를 측정하고, 이때 측정된 온도와 탄소를 이용하여 최종 산소량을 결정한다. 이러한 전로 정련작업이 완료되면, 다시 온도와 산소를 측정한 후 출강 작업을 개시한다. 출강 작업이 완료되면, 전로 내의 슬래그의 일정량을 슬래그 팬에 1차로 배제한 후, 경소돌로마이트나 생돌로마이트 등의 코팅제를 일정량 투입한다. 그리고 고압의 질소 가스를 분사하며, 남은 잔류 슬래그를 이용하여 잔류 슬래그 코팅을 실시한다. 상기와 같은 잔류 슬래그 코팅을 하고 2차 슬래그 배제가 완료되면, 다시 취련 작업의 개시를 위해 주원료 조건을 확인하는 일련의 작업을 진행하게 된다.

상기 전로의 취련 작업시 용선 내 불순원소는 취입되는 순 산소 가스와 산화 반응을 한다. 탄소는 일산화탄소(CO)로 산화되어 가스 상으로 제거되고, 실리콘, 망간, 철, 인은 전로 조업시 투입하는 부원료들이 재화되면서 슬래그 층에 존재한다.

이와 같이 용선 중의 불순물을 제거하기 위해서 생석회를 투입하는데, 생석회는 2500℃ 이상의 고온에서 용융된다. 그러나 고철 및 용선을 장입한 전로 내의 온도는 1100 내지 1300℃ 정도를 유지하기 때문에, 저융점의 슬래그를 만들기 위해 각종 부원료를 투입해야 한다. 특히 용선 중 Si 성분이 0.2% 이하일 경우에는 생석회의 재화가 어렵기 때문에 형석을 투입한다. 형석을 투입하면 저융점의 슬래그의 조제가 용이해지므로 작업의 편리성으로 인해 주로 형석을 사용하여 초기 노내 슬래그를 생성하고, 이렇게 형성된 슬래그는 저취 가스(N₂, Ar)와 순 산소의 충돌 에너지에 의해 교반 작용으로 용선과 활발히 반응하여 용선 내 불순원소들을 제거할 수 있다.

그러나 형석을 투입하면, 슬래그 중 포함되는 3800 내지 7300 mg/Kg의 불소로 인해 토양 오염 및 수질 오염이 야기된다. 뿐만 아니라 대기 환경 오염의 원인이 되는데, 예를 들어 전로 정련작업 중 형석을 350 kg 투입하게 되면, 4 내지 5 ppm의 불소가 대기 중에 방출되어 대기 환경 오염을 유발한다. 또한 형석을 투입하면, 슬래그의 유동성을 증가시켜 노체 연와의 침식을 빨리 진행시키며, 노체의 마모 속도를 빠르게 하여 수명을 저하시키고 용강의 제조원가가 상승하게 된다.

본 발명의 목적은 전로 출강공정에서 레이들 내 투입되는 합금철과 생석회의 재화를 촉진하고, 슬래그의 융점을 낮추는 형석의 기능을 대체하는 형석 대체제를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 나트륨 성분 30 내지 40 중량%; 레이들 슬래그 45 내지 55 중량%; 및 바인더 10 내지 20 중량%를 포함하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제를 제공한다.

본 발명에서 나트륨 성분은 산화나트륨, 탄산나트륨 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 형석 대체제의 비중은 2.0 이상, 수분의 함량은 7 중량% 이하, 강도는 80 kgf 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 형석 대체제 중 입도 5 내지 150 mm의 점유비는 90 중량% 이상이고, 입도 150 mm 초과의 점유비가 0 중량%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 형성 대체체를 전로 출강 중 투입하는 단계를 포함하는 제강 레이들 무형석 정련조업 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 환경유해원소를 사용하지 않아 친환경 제강조업을 실현할 수 있고, 슬래그 재활용의 장애요인을 해소할 수 있다. 또한, 형석 대체제는 동일 조건에서 기존 형석 대비 사용량이 적어 원가 절감에 기여할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

전로 출강 중 레이들에 투입되는 합금철과 생석회의 재화를 촉진하기 위해 형석을 투입하고 있다. 레이들 내에 투입되는 형석은 생석회 투입량에 비례하여 그 투입량이 정해지며, 투입된 형석은 슬래그의 융점을 낮추는 역할을 하고 있다.

예를 들어, 저류 강종([S]상한≤0.005%) 생산시 [S]성분 제어를 위해 출강 중 레이들 내 생석회를 1500 kg 이상 투입하는데, 이때 투입되는 생석회의 융점이 높아(2570℃) 반응성이 떨어지므로, 형석(CaF₂)을 투입하여 생석회의 녹는점을 낮추어 재화(Slag화)를 촉진한다. 즉, 형석은 생석회의 재화를 촉진하여 [S]성분 제어를 용이하게 하는 순기능이 있으나, 불소성분(Fluorine)을 함유하여 제강 슬래그 재활용의 장애요인 및 환경 리스크로 작용하는 역기능이 있다.

이와 같이, 종래 전로 출강 중 레이들에 형석을 투입하면, 슬래그의 융점이 낮아지고 생석회의 재화를 용이하게 하는 장점이 있으나, 형석 내에는 환경유해 원소인 불소성분(Fluorine)이 37% 함유되어 있어, 제강 슬래그 재활용의 장애요인 및 환경 리스크로 작용하고 있다. 현 슬래그 중 불소 함유량은 탈황 슬래그의 경우 2800 ppm, 레이들 슬래그의 경우 1700 ppm 정도이다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 환경유해원소인 불소성분(F) 대체로 나트륨 성분(Na)을 활용한 형석 대체제를 제공한다.

본 발명에 따른 형석 대체제는 전로에 사용되는 나트륨계 플럭스(flux)로서, 나트륨 성분 30 내지 40 중량%; 레이들 슬래그 45 내지 55 중량%; 및 바인더 10 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.

나트륨 성분은 형석을 대체하기 위한 주원료로서, 산화나트륨(Na₂O), 탄산나트륨(소다회) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 소다회 단독, 산화나트륨 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 소다회를 사용할 수 있다. 나트륨 성분으로 소다회를 사용할 경우, 형성 대체제를 레이들에 투입하면, 소다회 성분 중 일부 또는 전부가 반응하여 Na₂O가 생성되며, 이때 생성된 Na₂O의 함량은 투입된 형성 대체제를 기준으로 18 중량% 이상인 것이 바람직하다.

나트륨(Na) 성분은 최소한 13 중량% 이상 함유되어야, 원료로서 형석과 같이 융점이 낮고, 고온에서 반응성이 우수하여 생석회의 재화를 촉진하는 기능을 수행할 수 있다.

구체적으로, 나트륨 성분의 함량은 형성 대체제 전체 중량에 대하여 30 내지 50 중량%, 바람직하게는 30 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 33 내지 37 중량%이다. 나트륨 성분의 함량이 너무 적을 경우 반응효과가 감소하며, 너무 많을 경우 화염 및 분진 발생이 심할 수 있다.

레이들 슬래그는 제강 공정 중 2차 정련공정에서 발생되는 슬래그로서, 용선의 탈산처리 여부에 따라 조성의 차이가 있다. 레이들 슬래그는 예를 들어 CaO 40 내지 60 중량%, SiO₂ 1 내지 15 중량%, MgO 1 내지 10 중량%, Al₂O₃ 20 내지 40 중량%, Fe 1 내지 15 중량%, P₂O₅ 1 중량% 이하, S 1 중량% 이하를 포함할 수 있다.

레이들 슬래그의 함량은 형성 대체제 전체 중량에 대하여 45 내지 75 중량%, 바람직하게는 45 내지 55 중량%, 더욱 바람직하게는 48 내지 52 중량%이다. 레이들 슬래그의 함량이 너무 적을 경우 상대적으로 나트륨 성분의 양이 증가하여 화염 및 분진 발생이 심할 수 있고, 너무 많을 경우 상대적으로 나트륨 성분의 양이 감소하여 반응효과가 감소할 수 있다.

바인더는 나트륨 성분과 레이들 슬래그를 결합시켜 강도를 확보하는 역할을 한다. 바인더로는 제강용 플럭스 제조에 통상 사용되는 바인더로서, 예를 들어 당밀, 액상 규산나트륨, 전분 등을 사용할 수 있다.

바인더의 함량은 형성 대체제 전체 중량에 대하여 5 내지 25 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 13 내지 17 중량%이다.

본 발명에 따른 형석 대체제의 비중은 2.0 이상, 수분의 함량은 7 중량% 이하, 강도는 80 kgf 이상인 것이 바람직하다. 상기 수치범위는 목적하는 최적의 형성 기능을 발휘하기 위해 설정된 것으로, 화염이나 분진 발생 등의 부작용도 고려한 것이다.

본 발명에 따른 형석 대체제 중 입도 5 내지 150 mm의 점유비는 90 중량% 이상이고, 입도 150 mm 초과의 점유비가 0 중량%인 것이 바람직하다. 즉, 형석 대체제 입자는 대부분 5 내지 150 mm의 입자크기를 가지고 있으며, 입도가 150 mm를 초과하는 입자는 없는 것이 바람직하다.

[시험예]

하기 표 1은 각 성분의 함량에 따른 반응효과 및 분진 발생 정도를 평가한 것이다. 여기서, 반응효과는 슬래그의 융점을 측정하여 평가하였고, 분진 발생 정도는 육안으로 관찰하여 평가하였다. 평가는 우수(O) 및 불량(×)으로 하였다.

형석 대체제의 비중은 전로 슬래그의 비중인 2.0보다 높아야 하는데, 나트륨 성분의 함량이 40 중량%를 초과하면, 비중이 낮아져서 형석 대체체를 레이들 위로 투입하더라도, 슬래그 층에 떠 있게 되어 반응효과가 반감되고, 화염 및 분진 발생이 심하여 전로 출강 중 출강류 판정이 곤란하게 된다.

또한, 나트륨 성분의 함량이 30 중량% 미만일 경우, 화염 및 분진 발생은 양호하나, 나트륨 성분의 양이 감소함에 따라 반응효과가 감소하기 때문에, 형성 대체제 중 나트륨 성분의 함량은 30 내지 40 중량%로 하는 것이 바람직하다.

	나트륨 성분 (중량%)	레이들 슬래그 (중량%)	바인더 (중량%)	반응효과	분진 발생
A	10~20	65~75	15	×	O
B	20~30	55~65	15	×	O
C	30~40	45~55	15	O	O
D	40~50	35~45	15	O	×
E	50~60	25~35	15	×	×

Claims

나트륨 성분 30 내지 40 중량%;
레이들 슬래그 45 내지 55 중량%; 및
바인더 10 내지 20 중량%를 포함하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제.
제1항에 있어서,
나트륨 성분은 산화나트륨, 탄산나트륨 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제.
제1항에 있어서,
비중이 2.0 이상인 것을 특징으로 하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제.
제1항에 있어서,
수분의 함량이 7 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제.
제1항에 있어서,
강도가 80 kgf 이상인 것을 특징으로 하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제.
제1항에 있어서,
입도 5 내지 150 mm의 점유비가 90 중량% 이상이고, 입도 150 mm 초과의 점유비가 0 중량%인 것을 특징으로 하는 제강 레이들 무형석 정련조업용 형석 대체제.
제1항의 형성 대체체를 전로 출강 중 투입하는 단계를 포함하는 제강 레이들 무형석 정련조업 방법.