KR20190143129A - 전로에서의 용강 정련 방법 - Google Patents

Abstract

전로에서의 용강 정련 방법에 관한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 전로에서의 용강 정련 방법은 전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하는 단계; 상기 전로에 대체 철원을 투입하는 단계; 상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하는 단계; 상기 전로에 용선을 투입하는 단계; 및 상기 전로에 산소를 취입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여, 상기 용선을 취련하여, 용강을 제조하는 단계;를 포함한다.

Description

전로에서의 용강 정련 방법 {RIFINING METHOD FOR MOLTEN STEEL IN A CONVERTER}

본 발명은 전로에서의 용강 정련 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 대체 철원을 사용한 전로 공정시, 용강의 성분 제어 및 온도 상승 효과가 우수한 전로에서의 용강 정련 방법에 관한 것이다.

제강 조업은 용선 예비처리 공정, 전로 정련 공정, 이차 정련 공정 및 연속 주조 공정 순으로 진행된다. 이중, 전로 정련 공정은 용선을 전로에 장입하여 랜스를 통해 고순도의 산소 가스를 취입함으로써 용선 중 탄소와 기타 성분을 CO 가스 또는 슬래그 형태로 제거하여 용강을 생산하는 공정이다.

한편, 상기 전로 공정시 이산화탄소 배출량에 대한 적극적인 규제가 없는 현재까지는, 대체철원을 사용하여 용강을 생산하는 것이 수익률이 높다고 산출되어 왔다. 그러나, 이산화탄소 배출 규제를 위한 탄소세가 부과될 경우 고로사에서는 대체철원 사용에 적극적으로 대응해야할 필요성이 있다.

따라서 고로 제강 조업 시 탄소(C) 함유 용선 사용량을 감소하여 동일한 제품을 생산하기 위한 기술개발이 필요하고, 이에 전로 공정 중 용선 사용량을 감소하기 위해, 대체 철원의 사용량을 증가시키는 기술 개발이 필요한 실정이다. 이와 동시에, 전로 공정의 두 가지 제어 목표인 온도 상향 기술과 이에 따른 성분 제어 기술 개발이 필요한 실정이다.

본 발명과 관련한 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1663949호(공고일: 2016.10.12. 발명의 명칭: 전로의 취련 방법)가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전로 공정중 대체 철원 함량 증가시, 용강 성분 제어 및 용강의 온도 상승 효과가 우수한 전로에서의 용강 정련 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 조업 안정성이 우수한 전로에서의 용강 정련 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 친환경적이며, 원가 절감 효과 및 경제성이 우수한 전로에서의 용강 정련 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 전로에서의 용강 정련 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전로에서의 용강 정련 방법은 전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하는 단계; 상기 전로에 대체 철원을 투입하는 단계; 상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하는 단계; 상기 전로에 용선을 투입하는 단계; 및 상기 전로에 산소를 취입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여, 상기 용선을 취련하여, 용강을 제조하는 단계;를 포함한다.

한 구체예에서 상기 대체 철원은 스크랩(scrap)을 포함할 수 있다.

한 구체예에서 상기 페로실리콘 투입량이 0.5톤/320톤-용선을 초과하는 경우, 상기 용선을 취련하여 용강을 제조한 이후에, 추가 산소를 하기 식 1에 따라 공급하여 상기 용강 중 잔류하는 실리콘(Si)을 제거할 수 있다:

[식 1]

추가 산소 공급량(Nm³) = 용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) x 25.6.

한 구체예에서, 상기 추가 산소 공급시, 상기 페로실리콘의 투입량과, 상기 용강 중 실리콘(Si) 함량은, 하기 식 2의 관계를 만족할 수 있다:

[식 2]

용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) = 0.00005 X 페로실리콘(Fe-Si) 투입량(중량%).

한 구체예에서 상기 제조된 용강은 하기 식 3에 따른 인분배비가 80 이상일 수 있다:

[식 3]

인분배비 = 용강 슬래그 내 인(P) 산화물 함량(중량%)/용강 중 인(P) 함량(중량%).

본 발명의 전로에서의 용강 정련 방법은, 전로 공정중 대체 철원의 함량이 증가시, 용강의 불순물 제어능이 우수하여 용강 성분 제어 효과가 우수하고, 용강의 온도 상승 효과가 우수하며, 취련시 슬로핑(slopping) 발생 등을 방지하여 조업 안정성이 우수하며, 이산화탄소 발생량을 저감하여 친환경적이며, 불순물 격외율 감소에 따른 원가 절감 효과 및 경제성이 우수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전로에서의 용강 정련 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 페로실리콘 투입량 증가에 따른, 용강 중 실리콘(Si) 함량 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용강 정련시, 페로실리콘을 투입하여 취련 후의, 용강 중 실리콘 제거 시간 경과에 따른, 용강의 실리콘 함량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 본 발명에 대한 비교예를 적용하여 제조된 용강 중 실리콘 함량에 따른, 용강의 인분배비 변화를 나타낸 것이다.

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.

전로에서의 용강 정련 방법

본 발명의 하나의 관점은 전로에서의 용강 정련 방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전로에서의 용강 정련 방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 전로에서의 용강 정련 방법은 (S10) 내화물 보호용 생석회 투입단계; (S20) 대체 철원 투입단계; (S30) 페로실리콘 투입단계; (S40) 용선 투입단계; 및 (S50) 취련 단계;를 포함한다.

더욱 구체적으로 상기 전로에서의 용강 정련 방법은 (S10) 전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하는 단계; (S20) 상기 전로에 대체 철원을 투입하는 단계; (S30) 상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하는 단계; (S40) 상기 전로에 용선을 투입하는 단계; 및 (S50) 상기 전로에 산소를 취입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여, 상기 용선을 취련하여, 용강을 제조하는 단계;를 포함한다.

(S10) 내화물 보호용 생석회 투입단계

상기 단계는 전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하는 단계이다. 상기 생석회는, 용강 정련 공정 중, 전로의 노벽에 형성된 내화물이 물리적 또는 화학적으로 침식되는 것을 방지할 수 있다.

(S20) 대체 철원 투입단계

상기 단계는 상기 전로에 대체 철원을 투입하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 대체 철원은 스크랩(scrap)을 포함할 수 있다.

(S30) 페로실리콘 투입단계

상기 단계는 상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하는 단계이다. 상기 페로실리콘은, 후술할 산소를 취입하여 취련시, 실리콘(Si) 및 산소 사이의 발열반응에 의해 용선의 온도를 상승시키는 열원 역할을 한다.

상기 대체 철원 투입 이후 페로실리콘을 투입시 대체 철원 상부에 페로실리콘이 잔류하여, 용선 투입시 페로실리콘의 용해 속도가 상향되어 안정적인 조업이 가능할 수 있다. 반면에, 상기 전로에 페로실리콘을 투입한 이후 대체 철원을 투입하는 경우, 상기 페로실리콘이 생석회와 혼합되어 후술할 용선 장입시, 페로실리콘이 충분히 용해되지 않게 된다.

(S40) 용선 투입단계

상기 단계는 상기 전로에 용선을 투입하는 단계이다. 상기 전로에 페로실리콘를 투입한 이후, 용선 투입시 상기 페로실리콘이 용이하게 용해될 수 있다. 반면, 전로에 용선을 투입한 이후, 페로실리콘을 투입하는 경우 상기 용선의 상부에 형성되는 슬래그와 페로실리콘이 혼합되어, 페로실리콘의 용해 속도가 저하될 수 있다.

(S50) 취련 단계

상기 단계는 상기 전로에 산소를 취입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여, 상기 용선을 취련하여, 용강을 제조하는 단계이다. 상기 생석회를 포함하는 부원료는, 상기 내화물 보호용 생석회(CaO)와 동일한 종류의 것을 사용할 수 있다.

통상, 전로에 용선을 투입한 다음 전로 내부에 산소를 취입하기 까지 약 2분의 시간이 소요된다. 또한 전로 내 페로실리콘의 투입량이 증가하게 따라, 페로실리콘의 용해 속도가 변화하게 되며, 이들을 고려하여 산소 공급량을 제어할 수 있다.

한 구체예에서 상기 페로실리콘 투입량이 0.5톤/320톤-용선 미만인 경우, 상기 용선을 취련하여 용강을 제조한 이후에, 상기 용강에 추가 산소를 더 이상 취입하지 않을 수 있다.

한 구체예에서 상기 페로실리콘 투입량이 0.5톤/320톤-용선을 초과하는 경우, 상기 용선을 취련하여 용강을 제조한 이후에, 추가 산소를 하기 식 1에 따라 공급하여 상기 용강 중 잔류하는 실리콘(Si)을 제거할 수 있다:

[식 1]

추가 산소 공급량(Nm³) = 용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) x 25.6.

한 구체예에서 상기 페로실리콘의 투입량이 0.5톤/320톤-용선을 초과하는 경우, 용강 중 실리콘 함량이 증가하게 되는데, 상기 공급된 추가 산소와 용강 중 실리콘이 반응하여, 이산화규소(SIO₂)가 생성되어 용강 중 실리콘 함량을 제어하여, 인(P) 등 불순물 성분의 격외를 감소시킬 수 있다.

도 2는 소결광 미투입 조건에서, 전로 내 페로실리콘 투입량 증가에 따른, 용강 중 실리콘(Si) 함량 변화를 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 전로 내 페로실리콘 투입량이 증가함에 따라, 정련 후의 용강 중 실리콘 함량은 선형으로 증가하는 것을 알 수 있다. 한 구체예에서, 상기 추가 산소 공급시, 상기 페로실리콘의 투입량과, 상기 용강 중 실리콘(Si) 함량은, 하기 식 2의 관계를 만족할 수 있다:

[식 2]

용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) = 0.00005 X 페로실리콘(Fe-Si) 투입량(중량%).

한 구체예에서 상기 페로실리콘 투입량과 용강 중 실리콘 함량이 식 3의 관계를 만족하고, 상기 페로실리콘의 투입량이 0.5톤/320톤-용선을 초과하는 조건을 만족하는 경우, 상기 식 1에 따라 추가 산소를 공급할 수 있다.

한 구체예에서 상기 제조된 용강은 하기 식 3에 따른 인분배비가 80 이상일 수 있다:

[식 3]

인분배비 = 용강 슬래그 내 인(P) 산화물 함량(중량%)/용강 중 인(P) 함량(중량%).

상기 식 3에서, 상기 용강 슬래그 내 인(P) 산화물은 오산화인(P₅O₅)을 포함할 수 있다. 상기 인분배비가 80 이상인 경우, 용강 중 인(P) 함량의 제어 효과가 우수하여, 인 격외 현상을 최소화할 수 있다. 예를 들면 80~200일 수 있다.

본 발명의 전로에서의 용강 정련 방법은, 전로 공정중 대체 철원의 함량이 증가시, 용강의 불순물 제어능이 우수하여 용강 성분 제어 효과가 우수하고, 용강의 온도 상승 효과가 우수하며, 취련시 슬로핑(slopping) 발생 등을 방지하여 조업 안정성이 우수하며, 이산화탄소 발생량을 저감하여 친환경적이며, 불순물 격외율 감소에 따른 원가 절감 효과 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 및 비교예

실시예 1

전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하고, 상기 전로에 대체 철원(스크랩)을 투입한 다음, 상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 0.5톤/320톤-용선만큼 투입하고, 상기 전로에 용선을 투입하였다. 그 다음에, 상기 전로에 산소를 취입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여, 상기 용선을 취련하여, 용강을 제조하였다.

실시예 2

전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하고, 상기 전로에 대체 철원(스크랩)을 투입하고, 상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 1톤/320톤-용선만큼 투입한 다음, 상기 전로에 용선을 투입하였다. 그 다음에, 상기 전로에 산소를 취입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여, 상기 용선을 취련하여 용강을 제조하였다. 그 다음에. 추가 산소를 하기 식 1에 따라 공급하여 상기 용강 중 잔류하는 실리콘(Si)을 제거하였다. 상기 추가 산소 공급시, 상기 페로실리콘의 투입량과, 상기 용강 중 실리콘(Si) 함량은, 하기 식 2의 관계를 만족하였다:

[식 1]

추가 산소 공급량(Nm³) = 용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) x 25.6

[식 2]

용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) = 0.00005 X 페로실리콘(Fe-Si) 투입량(중량%).

실시예 3

상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 1.5톤/320톤-용선만큼 투입한 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 정련하여 용강을 제조하였다.

비교예

전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하고, 상기 전로에 대체 철원(스크랩)을 투입한 다음, 용선을 투입하고 산소를 공급을 시작하였다. 그 다음에 페로실리콘을 0.5톤/320톤-용선만큼 투입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여 취련한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 용강을 제조하였다.

도 3은 본 발명의 실시예 1~3에 따른 용강 정련시, 페로실리콘을 투입하여 취련 후의, 용강 중 실리콘 제거 시간 경과에 따른, 용강의 실리콘 함량 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1~3을 적용하여 용강을 정련하는 경우, 페로실리콘 투입량이 증가하여도 용강 중 실리콘 함량을 0.01 중량% 이하로 제어하여, 용강 성분 제어 효과가 우수한 것을 알 수 있었다.

또한 실시예 3 및 비교예를 통하여 제조된 용강 중 실리콘 함량과 이에 따른 용강의 식 3에 따른 인분배비를 측정하여 하기 도 4에 나타내었다:

[식 3]

인분배비 = 용강 슬래그 내 인(P) 산화물 함량(중량%)/용강 중 인(P) 함량(중량%).

상기 도 4를 참조하면, 상기 실시예 3의 경우, 80 이상의 인분배비를 만족하였으나, 본 발명의 정련 순서를 벗어난 비교예의 경우, 용선의 상부에 형성되는 슬래그와 페로실리콘이 혼합되어, 페로실리콘의 용해 속도가 상기 실시예 3보다 저하되어, 용강 내 실리콘 제거 효율성이 저하되었으며, 따라서 인분배비가 저하됨을 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 (5)

1. 전로에 내화물 보호용 생석회(CaO)를 투입하는 단계;
   상기 전로에 대체 철원을 투입하는 단계;
   상기 전로에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하는 단계;
   상기 전로에 용선을 투입하는 단계; 및
   상기 전로에 산소를 취입하고 생석회를 포함하는 부원료를 투입하여, 상기 용선을 취련하여, 용강을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로에서의 용강 정련 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 대체 철원은 스크랩(scrap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전로에서의 용강 정련 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 페로실리콘 투입량이 0.5톤/320톤-용선을 초과하는 경우,
   상기 용선을 취련하여 용강을 제조한 이후에, 추가 산소를 하기 식 1에 따라 공급하여 상기 용강 중 잔류하는 실리콘(Si)을 제거하는 것을 특징으로 하는 전로에서의 용강 정련 방법:
   [식 1]
   추가 산소 공급량(Nm³) = 용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) x 25.6.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 추가 산소 공급시, 상기 페로실리콘의 투입량과, 상기 용강 중 실리콘(Si) 함량은, 하기 식 2의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 전로에서의 용강 정련 방법:
   [식 2]
   용강 중 실리콘(Si) 함량(중량%) = 0.00005 X 페로실리콘(Fe-Si) 투입량(중량%).
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제조된 용강은 하기 식 3에 따른 인분배비가 80 이상인 것을 특징으로 하는 전로에서의 용강 정련 방법:
   [식 3]
   인분배비 = 용강 슬래그 내 인(P) 산화물 함량(중량%)/용강 중 인(P) 함량(중량%).
   

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