KR20190035421A - 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법 - Google Patents

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Abstract

전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법에 관한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법은 설정된 경동 각도를 따라전로를 경동하여 전 조업에서 생성된 슬래그를 1차 배재하되, 슬래그 중 일부를 잔류시키는 단계; 및 상기 전로에 스크랩 및 용선을 장입하고, 산소를 취입하여 1차 취련하는 단계;를 포함한다.

Description

전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법 {REFINING METHOD FOR CONVERTER PROCESS USING REMAINING SLAG}
본 발명은 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전로 종점 슬래그를 재활용하여, 경제성이 우수한 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법에 관한 것이다.
제강조업은 용선 예비처리, 전로공정, 2차 정련 및 연속주조공정으로 이루어진다. 용광로에서 철광석을 녹여 제조된 용선은 용선 예비처리공정에서 유황(S) 성분을 제거한다. 전로공정에서는, 전로에 랜스(lance)를 통하여 산소를 취입하여, 용선의 탄소(C)를 제거하는 탈탄반응과 용선의 인(P)를 제거하는 탈린반응을 수행하게 된다.
용선 내 탄소와 인이 제거된 용융철은 용강이라고 하며, 용강은 2차정련설비에서 용강 성분 및 온도가 제어되며, 이후에 연속주조공정에서 주편이 생산된다. 한편, 전로에서 탄소와 인을 제어하는 과정은 후공정까지 영향을 주므로 중요하다. 탈린 공정시에는, 부원료로서 생석회가 사용될 수 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1665069호(2016.10.24. 공고, 발명의 명칭: 용선의 정련 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 조업 안정성이 우수하며, 공정 제어가 용이한 전로 정련 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 탈린 공정에서 투입되는 생석회 및 슬래그 조재제 사용량 저감 효과가 우수한 전로 정련 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 생산성 및 경제성이 우수한 전로 정련 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법은 설정된 경동 각도를 따라 전로를 경동하여 전 조업에서 생성된 슬래그를 1차 배재하되, 슬래그 중 일부를 잔류시키는 단계; 및 상기 전로에 스크랩 및 용선을 장입하고, 산소를 취입하여 1차 취련하는 단계;를 포함하며, 상기 슬래그 1차 배재시 잔류 슬래그는, 상기 용선 285톤을 기준으로 20~30톤 잔류되는 것이며, 상기 슬래그 1차 배재시 상기 전로의 경동 각도를 설정하는 단계는, 전로의 노령별 내용적을 측정하는 단계; 상기 전로의 노령별 내용적 및 슬래그 비중값을 이용하여, 노령별 전로 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량을 도출하는 단계; 및 상기 전로의 노령별 내용적과, 노령별 전로의 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량의 상관 관계를 도출하여 데이터를 획득하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 슬래그를 1차 배재한 후 스크랩 및 용선을 장입하기 전에, 상기 전로 내부에 불활성 가스를 분사하여, 전로의 내벽을 상기 잔류 슬래그로 코팅하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법은 상기 1차 취련 후, 전로를 경동하여 슬래그를 2차 배재하는 단계; 및 상기 전로에 산소를 취입하여 2차 취련하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 1차 취련시 상기 스크랩은 용선 285톤을 기준 55~65톤 장입될 수 있다.
본 발명에 따른 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법 적용시, 슬래그 배재시 정확한 잔류 슬래그량의 제어가 가능하여, 공정 제어가 용이하고 조업 안정성이 우수하며, 탈린 공정에서 투입되는 생석회 및 슬래그 조재제 사용량 저감 효과가 우수하며, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 전로의 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량도출 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예의 전로 정련시, 생석회(lime) 원단위 저감 및 정련된 용강의 철(Fe) 실수율을 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법
본 발명의 하나의 관점은 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법은 (S10) 1차 슬래그 배재 단계; 및 (S20) 1차 취련 단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로, 상기 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법은 (S10) 전로를 경동하여 전 조업에서 생성된 슬래그를 1차 배재하되, 슬래그 중 일부를 잔류시키는 단계; 및 (S20) 상기 전로에 스크랩 및 용선을 장입하고, 산소를 취입하여 1차 취련하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 1차 슬래그 배재 단계
상기 단계는 설정된 경동 각도를 따라 전로를 경동하여 전 조업에서 생성된 슬래그를 1차 배재하되, 슬래그 중 일부를 잔류시키는 단계이다. 예를 들면, 전 조업에서 제조된 용강의 출강 후 전로를 경동하여 슬래그를 1차 배재하되, 슬래그 중 일부를 잔류시킬 수 있다. 본 발명과 같이 슬래그 잔류시, 기존 풍쇄를 통한 전로 종점 슬래그를 재활용하는 것보다 열 손실을 방지할 수 있어 에너지 측면에서 유리할 수 있다.
한 구체예에서 상기 잔류되는 슬래그는, CaO 함량이 48 중량% 이하 일 수 있다. 상기 조건에서 1차 취련시 탈린 효율이 우수할 수 있다. 예를 들면 40~48 중량%일 수 있다.
한 구체예에서 상기 슬래그 1차 배재시 잔류 슬래그는, 상기 용선 285톤을 기준으로 20~30톤 잔류시킨다. 상기 잔류 슬래그를 20톤 미만으로 잔류시 후술할 1차 취련에서 탈린 효과가 저하되며, 추가적인 생석회(CaO) 투입이 필요하여 생산 비용이 증가할 수 있으며, 30톤을 초과하여 잔류시 추후 1차 탈린 공정 중 슬로핑 현상이 발생할 수 있다.
한편, 전로 조업 및 생산 강종 별로 전로 종점 슬래그량이 상이하게 발생할 뿐만 아니라, 전로의 사용 횟수(노령)에 따라 전로의 내용적이 변화한다. 따라서, 전로의 노령과 전로 조업에 따라 잔류 슬래그량이 상이하기 때문에, 이를 고려하여 전로 경동 각도를 설정해야 한다. 이를 위해서는 전로 경동 각도에 따른 전로의 잔류 슬래그 량을, 전로의 노령별로 정량화해야 한다.
한 구체예에서 상기 슬래그 1차 배재시 상기 전로의 경동 각도를 설정하는 단계는, 전로의 노령별 내용적을 측정하는 단계; 상기 전로의 노령별 내용적 및 슬래그 비중값을 이용하여, 노령별 전로 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량을 도출하는 단계; 및 상기 전로의 노령별 내용적과, 노령별 전로의 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량의 상관 관계를 도출하여 데이터를 획득하는 단계;를 포함한다.
예를 들면, 상기 전로의 경동 각도를 설정하는 단계는, 내화물 잔존 측정기를 사용하여, 전로의 노령별 내용적을 측정하여 데이터를 획득하고, 슬래그량 산출 프로그램(slag tapping model)에 상기 전로의 노령별 내용적 데이터와, 슬래그 비중값을 입력하여, 노령별 전로 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량을 도출한 다음, 상기 전로의 노령별 내용적과, 노령별 전로의 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량의 상관 관계를 도출하여 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 상기와 같은 방법으로 경동 각도를 설정시, 조업시 전로의 노령에 따라 상이한 전로의 경동 각도를 적용하여, 잔류 슬래그량 제어 효율성 및 잔류 슬래그량 예측값의 정확성이 우수할 수 있다.
(S20) 1차 취련 단계
상기 단계는 상기 전로에 스크랩 및 용선을 장입하고, 산소를 취입하여, 1차 취련하여 용선에 함유된 인(P) 성분을 제거하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 슬래그를 1차 배재한 후 스크랩 및 용선을 장입하기 전에, 상기 전로 내부에 불활성 가스를 분사하여, 전로의 내벽을 상기 잔류 슬래그로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 내벽 코팅시, 1차 취련 중 전로의 내벽에 형성된 내화물을 용이하게 보호할 수 있다. 구체예에서 상기 불활성 가스는 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스크랩은 상기 용선 285톤을 기준으로, 55~65톤 장입될 수 있다. 상기 조건에서 탈린 효율 및 조업 안정성이 우수할 수 있다.
상기 1차 취련시 하기 반응식 1과 같은 탈린 반응이 발생할 수 있다.
[반응식 1]
P + O2 + CaO → CaO·P2O5
본 발명에 따른 조업시, 부원료로 생석회를 추가하지 않고, 상기 잔류된 슬래그와, 산소를 취입하여 용선 내 인 성분을 용이하게 제거할 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 전로 정련 방법은 (S30) 2차 슬래그 배재 단계; 및 (S40) 2차 취련 단계;를 더 포함할 수 있다.
(S30) 2차 슬래그 배재 단계
상기 단계는, 상기 1차 취련 후, 전로를 경동하여 슬래그를 2차 배재하는 단계이다. 상기 단계에서는, 전로를 경동하여 상기 1차 취련 후 형성된 고농도의 이산화규소(SiO2) 및 오산화인(P2O5)을 함유하는 슬래그를 2차 배재할 수 있다.
(S40) 2차 취련 단계
상기 단계는 상기 전로에 산소를 취입하여 2차 취련하는 단계이다. 예를 들면, 상기 2차 슬래그 배재된 전로에 산소를 취입하고 2차 취련하여 용선 중에 함유된 탄소(C)와 산소를 반응하여, 탈탄할 수 있다. 한 구체예에서 상기 2차 취련시, 생석회를 포함하는 부원료를 더 투입할 수 있다. 이 과정에서 CaO를 함유하는 슬래그를 생성하게 되며, 상기 슬래그는 생성된 용강을 출강한 다음, 전로를 경동하여 슬래그를 잔류시켜 다음 조업시 사용할 수 있다.
상기 2차 취련은 이에 제한되지 않으나, 1550℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 한 구체예에서 상기 2차 취련시 용선 중에 함유된 탄소(C)는 취입되는 산소와 반응하여, 이산화탄소가 생성되어 제거되며, 상기 2차 취련된 용선은 용강이 되어, 출강될 수 있다.
본 발명에 따른 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법 적용시, 노령별 전로 경동 각도에 따른, 잔류 슬래그량 데이터 활용을 통하여 슬래그 배재시 정확한 잔류 슬래그량의 제어가 가능하여, 공정 제어가 용이하고 조업 안정성이 우수하며, 1차 취련시 탈린을 위해 투입되는 생석회 및 슬래그 조재제 사용량의 저감 효과가 우수하며, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
전로의 노령별 내용적 변화량과, 노령별 전로의 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량 산출
내화물 잔존 측정기(LCS, Lacam)를 이용하여 노령별 전로의 내용적을 측정하고, 상기 노령별 전로의 내용적 및 슬래그 비중값을 이용하여, 슬래그량 산출 프로그램(slag tapping model)을 사용하여 노령별 전로 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량을 도출하였다. 그 다음에 상기 전로의 노령별 내용적과, 노령별 전로의 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량의 상관 관계를 도출하여 데이터를 획득하였다.
하기 도 2는, 잔류 슬래그량 도출 예로서, 슬래그량 산출 프로그램을 사용하여, 조업 횟수가 4265Ht인 전로에서, 비중이 3.4ton/m3인 슬래그를 적용시, 전로 경동 각도에 따른 잔류 슬래그 량을 도출하는 과정을 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 해당 노령의 전로에서는 25톤의 슬래그를 잔류시키기 위해 상기 전로를 97도 각도로 경동해야 함을 알 수 있었다.
본 발명에 따라 설정된 전로의 경동 각도에 따른, 잔류 슬래그량의 적중률을 평가하였다. 구체적으로, 조업 횟수 4254Ht인 전로에서 비중 3.4ton/m3인 슬래그를 배재시, 상기와 같은 방법에 따라 전로 경동 각도에 따른 잔류 슬래그의 예측 중량을 도출하였다. 그 다음에, 상기 경동 각도로 전로를 경동하여 슬래그를 배재 후 전로를 직립하고, 새로운 슬래그 포트를 준비하여, 잔류시킨 슬래그를 완전히 배재하였다. 그리고 수선대체 로드셀을 이용하여 슬래그 중량을 측정하였다. 상기 경동 각도에 따라 예측된 슬래그 중량값과, 실제 측정된 슬래그 중량 값의 차이를 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
상기 표 1의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 전로 경동 각도로 배재시, 잔류 슬래그 예측 중량값은, 실제 측정값과 유사함을 알 수 있었다.
전로를 경동하여 전 조업에서 생성된 슬래그를 1차 배재하되, 상기 설정된 경동 각도(97도)를 적용하여, 25톤의 슬래그를 잔류시켰다.
그 다음에 상기 전로 내부에 질소(N2) 가스를 분사하여, 전로의 내벽을 상기 잔류 슬래그로 코팅한 다음, 상기 전로에 스크랩 60톤 및 용선 285톤을 장입하고, 산소를 취입하여 1차 취련하였다. 상기 1차 취련 후, 전로를 경동하여 슬래그를 2차 배재한 다음, 생석회를 투입하고 상기 전로에 산소를 취입하여 2차 취련하여 용강을 제조하였다.
비교예
전로를 경동하여 전 조업에서 생성된 슬래그를 1차 배재하되, 8톤의 슬래그를 잔류시켰으며, 상기 1차 취련시, 생석회를 더 투입한 것을 제외하고 상기 실시예와 동일한 방법으로 정련하여 용강을 제조하였다.
하기 도 3은 상기 실시예 및 비교예에 따른 전로 정련시, 생석회(lime) 원단위 저감 및 정련된 용강의 철(Fe) 실수율을 비교한 그래프이다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전로 정련 적용시, 비교예 보다 생석회 원단위 19% 저감하였으며, 용강의 철(Fe) 실수율이 2.5% 향상됨을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

  1. 설정된 경동 각도를 따라 전로를 경동하여 전 조업에서 생성된 슬래그를 1차 배재하되, 슬래그 중 일부를 잔류시키는 단계; 및
    상기 전로에 스크랩 및 용선을 장입하고, 산소를 취입하여 1차 취련하는 단계;를 포함하며,
    상기 슬래그 1차 배재시 잔류 슬래그는, 상기 용선 285톤을 기준으로 20~30톤 잔류되는 것이며,
    상기 슬래그 1차 배재시 상기 전로의 경동 각도를 설정하는 단계는,
    전로의 노령별 내용적을 측정하는 단계;
    상기 전로의 노령별 내용적 및 슬래그 비중값을 이용하여, 노령별 전로 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량을 도출하는 단계; 및
    상기 전로의 노령별 내용적과, 노령별 전로의 경동 각도에 따른 잔류 슬래그량의 상관 관계를 도출하여 데이터를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그를 1차 배재한 후 스크랩 및 용선을 장입하기 전에, 상기 전로 내부에 불활성 가스를 분사하여, 전로의 내벽을 상기 잔류 슬래그로 코팅하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 취련 후, 전로를 경동하여 슬래그를 2차 배재하는 단계; 및
    상기 전로에 산소를 취입하여 2차 취련하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 1차 취련시 상기 스크랩은 용선 285톤을 기준 55~65톤 장입되는 것을 특징으로 하는 전로 잔류슬래그를 활용한 전로 정련 방법.
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