KR20200105923A - 배출 슬래그의 포밍 진정 방법 및 이것에 이용되는 정련 설비 - Google Patents

배출 슬래그의 포밍 진정 방법 및 이것에 이용되는 정련 설비 Download PDF

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Abstract

정련 반응 용기로부터 슬래그 수용 용기로의 슬래그 배출 시에 배출 슬래그의 포밍을 진정하는 방법이며, 포밍 진정제로서 점도 저감 효과를 갖는 물질을 상기 슬래그 수용 용기에 배출한 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.

Description

배출 슬래그의 포밍 진정 방법 및 이것에 이용되는 정련 설비
본 개시는, 배출 슬래그의 포밍 진정 방법, 즉, 전로 등의 정련 반응 용기로부터 슬래그 수용 용기로의 슬래그 배출 시에 배출 슬래그의 포밍을 진정하는 방법에 관한 것이다.
전로에서의 용선의 탈규 또는 탈인 처리 후에 전로를 틸팅시킴으로써 용철을 전로 내에 남긴 채 노구로부터 슬래그의 일부를 하방에 배치한 슬래그 배출 레이들에 유하시켜 슬래그 배출하고, 그 후 다시 전로를 직립시켜 생석회(주성분은 CaO) 등의 부원료를 첨가하여, 계속해서 정련을 행하는 방법이 있다.
이 방법에서는, 전로 내에서 슬래그를 포밍(거품 발생)시켜 슬래그의 부피 체적을 증가시킴으로써 슬래그를 배출하기 쉽게 하여, 슬래그 배출량을 확보하고 있다. 여기서, 슬래그의 포밍은, 용철 중의 탄소(C)와 슬래그 중의 산화철(FeO)의 반응에 의해, 일산화탄소(CO) 가스가 생성되고, 그 CO 가스가 슬래그에 유지됨으로써 발생한다.
한편, 슬래그를 수용하는 측의 슬래그 배출 레이들에서는 포밍한 슬래그가 슬래그 배출 레이들의 용량을 초과해 넘쳐 버리는 경우가 있다. 슬래그가 넘치면, 설비 손상, 조업 장해 등의 트러블을 초래하기 때문에, 슬래그가 넘치지 않도록 슬래그 배출 레이들 내의 포밍 진정을 기다리게 되어, 전로의 틸팅 속도, 즉 슬래그 배출 속도를 저하시키게 된다. 포밍 진정이 문제가 되어 슬래그 배출 속도를 저하시킬 수 밖에 없는 상황이 되면, 슬래그 배출 시간의 장기화에 따른 생산성의 저하를 초래한다. 또한, 그 동안에 전로 내의 슬래그의 포밍이 진정되어 벌크 체적이 감소하기 때문에, 슬래그 배출성이 악화되고, 그것에 의해, 후속 공정의 탈인 또는 탈탄 처리에 반입되는 슬래그량이 증가되어, 복린, 슬로핑(용철이나 슬래그의 액 덩어리가 전로의 노구로부터 노외로 튀어나오는 것)의 발생으로 이어진다.
그래서, 포밍한 슬래그의 슬래그 배출 레이들로부터의 넘침을 방지하기 위해서, 종래 다양한 방법이 제안되어 왔다. 가장 단순한 방법으로서, 슬래그 배출 레이들의 용량을 확대하는 방법이 있다. 그러나, 전로 노 아래 스페이스나 슬래그 배출 레이들의 운반 등의 제약에 의해, 슬래그 배출 레이들의 용량 확대에 한계가 있음과 함께, 슬래그 배출 레이들의 기수가 많은 경우에는, 설비 투자가 막대해지는등의 과제가 있다.
그래서, 포밍 진정제를 슬래그 배출 레이들 내에 투입하여, 포밍을 진정하는 방법이 특허문헌 1, 2, 3에 개시되어 있다. 포밍 진정재로서는, 열분해성 물질(펄프 찌꺼기, 플라스틱 등의 유기물, 엔진 오일 등의 유분, 수분 등)에, 비중 조정재(슬래그 등)를 첨가한 것이 사용되고, 각각에, 진정제를 구성하는 물질과 그 배합 비율, 진정제의 사이즈, 비중, 투입 방법 등이 규정되어 있다. 이들은, 포밍한 슬래그의 내부에 잠입됨으로써 급격하게 가스를 발생시키는 물질이기 때문에, 그 가스 발생의 충격이 파포, 즉 진정에 기여한다고 생각되고 있다. 그러나, 슬래그의 내부에 잠입시키기 위해서, 용기에 수납되거나, 브리킷 형상으로 성형되거나 하여, 덩어리 형상으로 투입되는 경우가 많다. 그 때문에, 반응 계면적이 감소하여, 진정 효과가 낮거나, 변동이 크거나 하는 경우가 있어, 반드시 안정적으로 충분한 효과가 있다고는 말할 수 없다.
또한, 토피도 카 등의 정련 반응 용기 내의 포밍 진정제로서, 탄재(코크스 등)를 분사하거나 혹은 불어 넣어 진정하는 방법이 특허문헌 4, 5, 6에 개시되어 있다. 탄재는, 슬래그와의 습윤성이 나쁘기 때문에, 기포 간의 액막을 파괴하여, 기포를 응집 합체시키는 작용이 있어, 진정에 기여한다고 여겨지고 있다. 그러나 한편, 탄재와 슬래그 중의 산화철이 반응하고, 포밍의 원인이 되는 CO 가스를 생성하기 때문에, 조건에 따라서는 효과가 보이지 않는 경우도 있다.
그 밖에, 포밍이나 슬로핑의 진정 방법으로서, 특허문헌 7에는 전로에 있어서 점도 조정제(형석 등)를 첨가하여 슬래그의 점도를 규정의 범위 내로 조정하는 방법, 특허문헌 8에는 용광로로부터 출선된 용선을 받으면서 탈규할 때 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토류 금속의 화합물을 투입하는 방법이 개시되어 있다. 이들은, 슬래그의 점도를 조정함으로써, 파포나 기포의 부상을 쉽게 하여, 진정에 기여한다고 여겨지고 있다. 그러나, 슬래그의 점도를 변화시키기 위해서는 다량의 진정제(점도 조정제)가 필요한 점, 또한, 점도를 저감시킴으로써 슬래그 중의 물질 이동이 촉진되어, CO 가스 생성 속도가 증가하고, 반대로 포밍이 증가하는 경우가 있는 등의 과제가 있다.
또한, 특허문헌 4 내지 8에 개시된 방법은, 어느 방법도 정련 반응 용기 내에 진정제를 첨가하는 방법이다. 정련 반응 용기 내에서는 벌크의 용철과 슬래그가 공존하고 있으며, 또한 슬래그 수용 용기 내에 비하여 교반이 강하기 때문에, 슬래그 수용 용기 내와는 상황이 크게 달라, 슬래그 수용 용기 내의 포밍 진정 수단으로서 그대로 적용할 수는 없다. 예를 들어, 정련 반응 용기 내에서는 교반이 강하기 때문에, 첨가한 진정제의 분산이 빠르게 진행되어, 진정 속도는 빠르다. 한편, 벌크의 용철과 슬래그가 접촉한 상태에서 교반되어 있기 때문에, 일단 진정 되었다고 해도, 진정제의 첨가를 정지한 시점에서 용철 중의 탄소와 슬래그 중의 산화철이 반응하여 발생한 CO 가스에 의해 다시 포밍이 발생해버리는 등, 상황이 크게 다르다.
일본 특허 공개 제2008-255446호 공보 일본 특허 공개 제2009-270178호 공보 일본 특허 공개 제2009-287050호 공보 일본 특허 공개 평4-180507호 공보 일본 특허 공개 평5-287348호 공보 일본 특허 공개 평9-87719호 공보 일본 특허 공개 소62-278213호 공보 일본 특허 공개 제2003-147425호 공보
본 개시는, 종래 기술의 과제를 감안하여, 전로 등의 정련 반응 용기로부터 슬래그 수용 용기로의 슬래그 배출 시에, 배출 슬래그의 포밍을 신속하고도 안정적으로 진정하고, 슬래그 수용 용기로부터의 슬래그 넘침을 방지함으로써, 설비 손상이나 조업 장해 등의 트러블을 회피함과 함께, 슬래그 배출 속도의 저하에 따른 생산성의 저하나 슬래그 배출성의 악화를 방지하여, 효율이 높은 슬래그 배출을 실현하는 것을 목적으로 한다.
본원의 발명자들은, 전로 등의 정련 반응 용기로부터 슬래그 수용 용기로의 슬래그 배출 시에, 배출된 슬래그의 포밍을 신속하고도 안정적으로 진정하는 방법에 대하여 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 포밍 진정제로서 점도 저감 효과를 갖는 물질을 슬래그 수용 용기에 배출한 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가함으로써, 신속하게 포밍을 진정하는 것이 가능한 점, 나아가, 그것을 실시하기 위해서 적정한 조건을 알아내어, 본 개시를 완성시켰다. 본 개시의 요지로 하는 부분은 이하와 같다.
(1)
정련 반응 용기로부터 슬래그 수용 용기로의 슬래그 배출 시에 배출 슬래그의 포밍을 진정하는 방법이며,
포밍 진정제로서 점도 저감 효과를 갖는 물질을 상기 슬래그 수용 용기에 배출한 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가하는
것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(2)
점도 저감 효과를 갖는 물질로서, 알칼리 금속의 화합물 혹은 알칼리 토류 금속의 화합물, 또는 이들의 혼합물을 사용하는
것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(3)
점도 저감 효과를 갖는 물질의 첨가량을 배출 슬래그량 1t에 대하여, 2㎏ 이상으로 하는
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(4)
점도 저감 효과를 갖는 물질의 입도가 10㎜ 이하의 범위에 있는 것의 비율을 70질량％ 이상으로 하는
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(5)
점도 저감 물질을 첨가하는 높이는, 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터 3m 이하의 높이인
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(6)
점도 저감 물질을 첨가하는 높이는, 상기 정련 반응 용기의 측방에 마련된 작업대의 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터의 높이를 기준으로 하여 60％ 이하의 높이인
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(7)
점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 활주 경사면을 갖는 가이드를 사용하는
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(8)
점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 활주 경사면을 갖는 가이드를 사용하고,
상기 가이드의 하단의 높이는, 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터 3m 이하의 높이인
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(9)
점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 활주 경사면을 갖는 가이드를 사용하고,
상기 가이드의 하단의 높이는, 상기 정련 반응 용기의 측방에 마련된 작업대의 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터의 높이를 기준으로 하여 60％ 이하의 높이인
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(10)
점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 첨가하는 점도 저감 물질의 80질량％ 이상이 슬래그 낙하 위치 근방 이외에 첨가되도록, 슬래그 낙하 위치 근방을 피해서 첨가하는
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(11)
점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 캐리어 가스로 점도 저감 물질을 상면 표층부를 따르는 방향으로 분사하는
것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
(12) 정련 반응 용기와, 상기 정련 반응 용기로부터 슬래그를 배출하는 슬래그 수용 용기를 구비하는 정련 설비이며,
상기 슬래그 수용 용기에 배출된 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 포밍 진정제를 첨가하기 위한 가이드를 더 구비하고,
상기 가이드는, 활주 경사면을 갖는
것을 특징으로 하는 정련 설비.
(13)
상기 가이드의 하단의 높이는, 상기 정련 반응 용기의 측방에 마련된 작업대의 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터의 높이를 기준으로 하여 60％ 이하의 높이인
것을 특징으로 하는, 상기 (12)에 기재된 정련 설비.
본 개시에 의해, 정련 반응 용기로부터 슬래그 수용 용기로의 슬래그 배출 시에, 배출 슬래그의 포밍을 신속하고도 안정적으로 진정하여, 슬래그 수용 용기로부터의 슬래그 넘침을 방지하는 것이 가능해진다. 그에 수반하여, 넘친 슬래그에 의한 설비 손상이나 조업 장해 등의 트러블을 회피할 수 있음과 함께, 슬래그 배출 속도의 저하를 방지하여, 고속에서의 슬래그 배출이 가능해지기 때문에, 생산성이 향상된다. 또한, 슬래그 배출성도 향상되기 때문에, 후속 공정의 탈인 또는 탈탄 처리에 도입되는 슬래그량이 감소하여, 복린이나 슬로핑 방지용으로 첨가하고 있던 부원료 그리고 발생하는 슬래그량을 삭감시킬 수 있다.
이상의 효과에 의해, 생산성 향상, 비용 삭감(부원료 사용량의 삭감, 발생 슬래그의 삭감, 열손실의 억제, 철분 수율의 향상)이 가능해진다.
도 1은 점도 저감 효과를 갖는 물질을 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가함으로써, 포밍이 진정되는 기구를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시 형태의 일례이며, 전로로부터 슬래그 배출 레이들에 슬래그 배출할 때의 포밍의 진정 방법 및 정련 설비를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시예 및 비교예의 조건 및 결과를 나타내는 표이다.
〔포밍이 진정되는 기구〕
우선, 도 1을 이용하여, 본 개시에 있어서, 점도 저감 효과를 갖는 물질(이후, 「점도 저감 물질」이라고 칭함)을 슬래그 수용 용기에 배출한 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가함으로써, 포밍이 진정되는 기구를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 포밍한 슬래그는 기상 분율이 높은 기포(1)의 집합체(포말층(2))로 되어 있다. 포말층(2) 내에 있어서, 기포(1) 사이의 액막이 배출되어 얇아짐으로써, 파포하여 포밍 진정이 진행되지만, 액막(슬래그)의 점도가 높은 경우, 액막의 배출 속도가 느려지기 때문에, 포밍 진정 속도가 저하된다. 그래서, 포밍 진정 속도를 향상시키기 위해서, 슬래그의 점도를 저감시키는 것이 유효해지지만, 슬래그 전체의 점도를 저감시키기 위해서는, 다량의 점도 저감 물질을 첨가할 필요가 있다.
본 개시의 방법에 의해, 점도 저감 물질(5)을 포밍한 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가한 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 점도 저감 물질의 농도가 높은 국소적인 극저점도 영역(6)이 생성된다. 그렇게 하면, 그 영역(6)에 있어서, 슬래그의 액막 배출(화살표(4) 참조)이 촉진되어, 파포가 급속하게 진행된다. 이어서, 배출된 액막의 슬래그는 그 바로 아래의 기포의 액막과 혼합되지만, 기상 분율이 높기(액상 분율이 낮기) 때문에, 점도 저감 물질은 거의 희석되지 않고, 극저점도 영역(6)은 유지된 채 하강해 간다. 이와 같이, 포밍한 슬래그의 상층측으로부터 순차, 극저점도 영역(6)이 하강함으로써, 연쇄적이고 신속한 파포가 진행된다. 즉, 소량의 점도 저감 물질의 첨가여도 충분한 포밍 진정 효과를 갖게 된다.
반대로, 점도 저감 물질을 포밍하지 않은 벌크의 슬래그(벌크 슬래그층(3))에 첨가한 경우에는, 점도 저감 물질이 희석되기 때문에, 극저점도 영역을 유지할 수 없어, 소량의 첨가에서는 거의 효과가 없다. 또한, 포밍한 슬래그(포말층(2))의 내부에 첨가한 경우에도, 극저점도 영역은 생성되지만, 진정 효과는 상방에는 작용하지 않기 때문에, 상면 표층부에 체류하도록 첨가한 경우에 비하여, 효과는 한정적이다. 즉, 점도 저감 물질을 첨가하는 데 있어서, 점도 저감 물질이 포밍하지 않은 벌크의 슬래그나 포밍 슬래그의 내부에 잠입되는 것을 방지하여, 상면 표층부에 체류하도록 첨가하는 것이 중요해진다.
〔슬래그 수용 용기 내의 포밍 진정에 적합한 이유〕
또한, 전로 등의 정련 반응 용기 내와 슬래그 배출 레이들 등의 슬래그 수용 용기 내의 포밍 상황의 차이로부터, 본 개시의 방법이 슬래그 수용 용기 내의 포밍 진정에 적합한 이유를 설명한다.
우선, 정련 반응 용기 내에 비하여, 슬래그 수용 용기 내의 교반은 약하다. 정련 반응 용기의 경우, 교반이 강하기 때문에, 점도 저감 물질을 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가하였다고 해도, 교반에 의해 점도 저감 물질이 희석되거나, 포밍 슬래그 내부에 잠입되거나 하여, 효과를 발휘하기 어렵다. 한편, 슬래그 수용 용기의 경우에는, 교반이 약하기 때문에, 점도 저감 물질의 첨가 방법을 적절하게 조정하면, 점도 저감 물질이 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 하는 것은 비교적 용이하다.
다음으로, 정련 반응 용기 내에는 벌크의 용철이 다량으로 존재하는 데 비하여, 슬래그 수용 용기 내에는 슬래그 중에 혼입된 입철 등이 존재하는 것만이고, 벌크의 용철은 존재하지 않는다. 정련 반응 용기의 경우, 벌크의 용철과 슬래그가 접촉하고 있기 때문에, 포밍이 일단 진정되었다고 해도, 용철 중의 탄소와 슬래그 중의 산화철이 반응하여 발생한 CO 가스에 의해, 다시 포밍이 발생한다. 그 때문에, 포밍 발생을 방지하기 위해서는, 슬래그 전체의 점도를 포밍이 발생하지 않는 영역까지 저감할 필요가 있어, 다량의 점도 저감 물질이 필요해진다. 한편, 슬래그 수용 용기 내에서는, 일단 포밍이 진정되어 버리면, 다시 포밍이 발생하는 일도 없기 때문에, 소량의 점도 저감 물질을 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가하는 것만으로 효과가 있다.
[실시 형태]
상술한 기구에 기초하여, 도 2를 이용하여, 본 개시의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 정련 반응 용기로서는 전로(7)를, 슬래그 수용 용기로서는 전로(7)로부터 슬래그 배출할 때 사용하는 슬래그 배출 레이들(8)을 예로 하여 설명한다.
(점도 저감 물질)
우선, 진정제로서 사용하는 점도 저감 물질(12)로서는, 알칼리 금속의 화합물 혹은 알칼리 토류 금속의 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
포밍하기 쉬운 슬래그는 SiO2 등의 산성 산화물을 많이 함유하고 있지만, 용융 슬래그에 있어서 산성 산화물은 네트워크 구조를 형성하고, 점도를 증가시키는 작용을 갖는다. 이에 반하여, 알칼리 금속의 화합물이나 알칼리 토류 금속의 화합물은 네트워크 구조를 절단하는 작용을 갖고, 점도를 저하시키기 때문이다.
알칼리 금속의 화합물, 알칼리 토류 금속의 화합물의 구체예로서는, CaF2, CaCO3, CaO, Ca(OH)2, Na2CO3, K2CO3 등을 들 수 있다.
또한, 진정제로서 사용하는 점도 저감 물질(12)이, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속의 불화물 또는 산화물이면, 고온에서 가스를 발생하지 않으므로, 포밍을 진정하는 관점에서 더욱 바람직하다. 상기 구체예 중, CaF2, CaO가 이에 해당된다.
또한, 진정제로서 사용하는 점도 저감 물질(12)이 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속의 탄산염 또는 수산화물이면, 고온에서 가스를 발생한다. 상기 구체예 중, CaCO3, Ca(OH)2, Na2CO3, K2CO3이 이에 해당된다.
이후, 진정제로서 사용하는 점도 저감 물질의 첨가 방법, 첨가량, 성상의 조건에 대하여 상세를 설명한다.
우선, 점도 저감 물질의 첨가 방법에 대해서는, 슬래그 상면 표층부에 체류하도록 하기 위해서, 슬래그 상층 표면부에 점도 저감 물질이 도달한 시점에서의 연직 방향의 속도를 작게 하는 것이 중요하다.
(점도 저감 물질을 첨가하는 높이)
그를 위해서는, 점도 저감 물질을 낮은 위치로부터 첨가하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 점도 저감 물질을 첨가하는 높이는, 슬래그 배출 레이들 상단으로부터 3m 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2m 이하이다.
또한, 전로의 측방에는, 통상 작업대(14)가 존재하고, 작업대(14)(의 상면)의 높이는, 슬래그 배출 레이들 상단으로부터 약 5m이다. 점도 저감 물질을 첨가하는 높이는, 작업대(14)를 기준으로 설정해도 되고, 작업대(14)의 슬래그 배출 레이들 상단으로부터의 높이를 100％로 하여, 60％ 이하의 높이(슬래그 배출 레이들상단으로부터의 높이)가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 40％ 이하이다.
(첨가에 사용하는 설비)
첨가에 사용하는 설비로서, 홈통(gutter)이나 파이프(pipe) 등의 활주 경사면을 갖는 가이드(즉, 물체를 미끄러 떨어뜨리는 기능을 갖는 부재, chute)를 사용해도 된다. 가이드를 통하여 자연 낙하에 의해 첨가한다. 점도 저감 물질이 활주 경사면을 활주함으로써, 가이드의 하단(점도 저감 물질을 첨가하는 높이)에 있어서의 점도 저감 물질의 연직 방향의 속도를 작게 할 수 있다. 점도 저감 물질의 연직 방향의 속도를 작게 한다는 관점에서, 가이드의 하단에 있어서의 가이드의 각도 (즉 가이드의 하단에 있어서의 점도 저감 물질의 속도 방향을 규정하는 각도이며, 수평 방향에 대한 각도)는, 30° 이하가 바람직하다.
본 실시 형태의 가이드(11)에 대하여, 도 2를 이용하여 상세히 설명한다. 본 실시 형태의 가이드(11)는, 작업대(14)의 하방에 마련되어 있으며, 가이드(11)의 하단 및 상단은, 모두 작업대(14)의 하방에 위치하고 있다. 또한, 가이드(11)의 기울기(점도 저감 물질이 활주하는 경사면의 평균 기울기)는, 수평 방향에 대해서 45도 미만이고, 구체적으로는, 30도 미만으로 되어 있다. 가이드(11)의 하단의 높이(점도 저감 물질을 첨가하는 높이)는, 슬래그 배출 레이들(8)의 상단으로부터 3m 이내의 높이이며, 구체적으로는 2m 이내로 설정되어 있다. 또한, 작업대(14)를 기준으로 하면, 가이드(11)의 하단의 높이는, 작업대(14)의 슬래그 배출 레이들 상단으로부터의 높이(이 예에서는 5m)를 100％로 하여, 60％ 이하의 높이이며, 구체적으로는 40％ 이하로 설정되어 있다.
또한, 슬래그 상면 표층부에 균일하게 첨가할 수 있도록 하기 위해서, 가이드를 가동식이나 선회식으로 하거나, 복수의 가이드를 사용하거나, 캐리어 가스로 점도 저감 물질의 분립을 반송하여 상면 표층부에 분사하거나 해도 된다.
캐리어 가스로 상면 표층부에 분사하는 방법이란, 호스 등을 사용하여 점도 저감 물질을 상면 표층부를 따르는 방향(수평 방향에 가까운 방향)으로 분사하는 방법이다. 이 방법에 의하면, 슬래그 상층 표면부에 점도 저감 물질이 도달한 시점에서의 연직 방향의 속도를 작게 하는 것이 용이하며, 점도 저감 물질을 효과적으로 슬래그 상면 표층부에 체류시킬 수 있다.
(슬래그 낙하 위치 근방과의 관계)
또한, 슬래그 수용 용기 내에 있어서, 슬래그 낙하 위치 근방은 슬래그 낙하의 위치 에너지에 의해 국소적으로 교반이 강해지고 있다. 따라서, 슬래그 낙하 위치 근방에 점도 저감 물질을 첨가한 경우, 그 슬래그 낙하 위치 근방에 첨가된 점도 저감 물질이 슬래그 상층 표면부에 체류하도록 하는 것은 곤란하다.
따라서, 슬래그 낙하 위치 근방을 피해 첨가하는 것이 바람직하다. 단, 첨가하는 점도 저감 물질 중 일부가 슬래그 낙하 위치 근방에 첨가되어버리는 것을 제외한다는 취지는 아니다. 즉, 슬래그 낙하 위치 근방을 피해 첨가함으로써, 첨가하는 점도 저감 물질의 80질량％ 이상이 슬래그 낙하 위치 이외에 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 95질량％ 이상이다.
여기서, 슬래그 낙하 위치 근방이란, 슬래그 수용 용기 내의 슬래그 상층 표면과 슬래그 낙하류가 충돌하는 부분의 중심부를 중심으로 한 슬래그 상층 표면 위의 가상원의 내부이다. 그 가상원의 직경은, 슬래그 낙하의 위치 에너지에 의해 변동하기 때문에, 일률적으로는 정의할 수 없지만, 틸팅된 전로(도 2 참조)의 노구 하단으로부터 슬래그 배출 레이들 상단까지가 5 내지 10m의 설비인 경우, 목표로서 1 내지 2m의 범위이다.
또한, 점도 저감 물질의 첨가 타이밍으로서는, 예를 들어 슬래그 수용 용기 내에 점도 저감 물질의 첨가를 개시하는 슬래그면 높이와 정지하는 슬래그면 높이를 미리 목표로서 규정해 두고, 슬래그 수용 용기 내의 슬래그면을 감시하면서, 각각의 규정 높이에 슬래그면이 도달된 경우에, 점도 저감 물질의 첨가를 개시 혹은 정지하는 것을 단속적으로 반복하면 된다.
(첨가량)
다음으로, 점도 저감 물질의 첨가량으로서는, 배출 슬래그량 1t에 대하여, 2㎏ 미만에서는 충분한 진정 효과를 얻지 못하고, 2㎏ 이상으로 하는 것이 바람직하다는 사실을 알아내었다.
또한, 상기 범위에서의 최적 첨가량에 대해서는, 슬래그 수용 용기의 용량, 슬래그 조성, 온도, 포밍의 상황 등에 따라 변화하지만, 일반적인 조업 조건 범위에 있어서의 적정한 첨가량을 사전의 시험에 의해 조사해 두는 것이 바람직하다.
(성상: 입도)
또한, 점도 저감 물질의 입도에 대해서는, 입도가 크면, 점도 저감 물질이 포밍 슬래그의 상면 표층부에 머무르지 않고 내부에 잠입되기 쉬우며, 나아가, 용융에 시간을 요하여, 극저점도 영역의 형성이 지연된다고 하는 문제가 있다. 그래서, 검토를 행한 결과, 10㎜ 이하의 범위에 있지만 진정 효과가 높다는 것, 또한, 반드시 모든 입도가 상기 범위일 필요는 없으며, 상기 범위의 입도의 비율이 70질량％ 이상 포함되어 있으면 충분한 효과가 얻어진다는 사실을 알아내었다. 또한, 입도의 하한에 대해서는, 특별히 정하지 않지만, 입도가 너무 작으면, 슬래그 수용 용기 내의 슬래그로부터 발생하는 상승 기류나 가스 등에 의해, 슬래그 수용 용기 외로의 비산이 증가하기 때문에, 그러한 것을 감안하여 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 입도는, 입자를 통과할 수 있는 체의 그물눈으로 정의하고, 입도가 10㎜ 이하이면, 10㎜의 체를 통과할 수 있도록 한다.
이상, 본 개시의 실시 형태에 대하여, 정련 반응 용기로서는 전로를, 슬래그 수용 용기로서 전로로부터 슬래그 배출할 때 사용하는 슬래그 배출 레이들을 상정하여 설명해 왔다. 단, 본 개시의 적용 대상은 이들 용기에 한정되는 것이 아니라, 다른 정련 반응 용기(예를 들어, 토피도 카)로부터 다른 슬래그 수용 용기(예를 들어, 슬래그 배출 피트 등)로 슬래그 배출할 때에도, 본 개시의 적용은 가능하다.
또한, 설비나 조업의 제약에 따라 필요한 진정제의 전량을 본 개시의 방법으로 첨가할 수 없는 경우에는, 일부의 진정제를 본 개시의 방법으로 첨가하고, 나머지 진정제를 종래와 마찬가지의 방법으로 첨가해도, 상응하는 효과가 얻어진다.
또한, 상기에서는 도 2를 이용하여 구체적인 가이드(11)에 대하여 설명하였지만, 본 개시의 가이드는 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 가이드의 상단이 작업대의 상방에 위치하고 있어도 되고, 굴절된 파이프 등으로 각도가 단계적 혹은 연속적으로 변화하고 있는 가이드로 해도 된다.
실시예
이하, 본 개시의 실시예(이하, 단순히 '실시예'라고 함) 및 비교예에 대하여 설명한다.
또한, 실시예의 조건은, 본 개시의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 조건의 일례이며, 본 개시는 이 예에 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 요지를 일탈하지 않고, 본 개시의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
(공통 조건)
시험은 350t 규모의 상저취 전로에 있어서, 탈인 처리 후의 슬래그 배출 중에 실시하였다. 또한, 조건의 변동에 따른 평가에 대한 영향을 대체로 무시할 수 있을 정도로 조건을 갖추도록 하고 있으며, 탈인 처리 후의 노내 슬래그량은 약 20t이었다.
(비공통 조건)
탈인 처리 후에 전로를 틸팅시켜 슬래그 배출할 때, 진정제의 첨가 방법(첨가 조건 및 첨가 위치를 포함함), 슬래그 상면 표층부에서의 진정제의 체류, 진정제의 종류, 첨가량, 입도를 변경하고, 슬래그 배출량, 슬래그 배출 시간, 전로의 최종 틸팅 각도를 평가하였다.
여기서, 슬래그 배출량은, 슬래그 배출 레이들 대차에 설치한 칭량기로 실제 측정하였다. 또한, 슬래그 배출 종료는, 시간 제약으로부터 슬래그 배출 시간이 3.0min(슬래그 배출에 걸릴 수 있는 최장의 시간)에 도달한 시점 혹은 용철이 노구로부터 유출되기 시작한 시점 중 어느 빠른 시점으로 하였다. 전로의 최종 틸팅 각도는, 전로가 수직인 상태를 0°로 했을 때의 슬래그 배출 종료 시점에서의 틸팅 각도이다. 실시예 및 비교예의 공통 조건에서는, 틸팅 각도가 83°근방에서 노내의 잔류 용적과 용철의 용적이 거의 동등해져서, 용철이 노구로부터 유출되기 시작하기 때문에, 최종 틸팅 각도는 83°가 거의 상한으로 된다. 이 경우에는, 용철이 노구로부터 유출되기 시작한 시점(틸팅 각도 83°)에서 슬래그 배출을 완료한다.
(비공통 조건 및 결과)
각 수준의 조건 및 결과를 도 3의 표에 나타낸다.
여기서, 진정제의 첨가 조건으로서, 「진정제를 슬래그 배출 레이들 상단으로부터 5m 상방에서, 비닐 봉지에 10㎏ 단위로 수납하여 투입하는 방법」과「슬래그 배출 레이들 상단으로부터 2m 상방에서, 파이프를 통하여 입상으로 첨가하는 방법」을 비교하고 있다. 전자는 후자에 비해, 진정제가 포밍한 슬래그의 내부에 잠입되기 쉽다.
또한, 진정제의 첨가 위치로서, 「슬래그 낙하 위치 근방」과 「슬래그 낙하 위치 근방 외」를 비교하고 있다. 마찬가지로, 전자는 후자에 비해, 진정제가 포밍한 슬래그의 내부에 잠입되기 쉽다.
또한, 슬래그 상면 표층부에서의 진정제의 체류에 대해서는, 눈으로 봄으로써 판정하였다. 「없음」이란 슬래그 내에 순시에 혼입되는 상황, 「있음」이란 슬래그 상층 표면에 잠시동안(수초 정도) 체류하는 상황을 가리킨다. 또한, 「슬래그 배출 레이들 상단으로부터 2m 상방에서, 파이프를 통하여 입상으로 첨가하는 방법」으로 「슬래그 낙하 위치 근방 외」에 첨가한 경우에는, 목시 판정이 곤란한 경우를 제외하고, 슬래그 상면 표층부에서의 진정제의 체류는 눈으로 봄으로써 확인할 수 있었다.
포밍 진정의 평가 지표로서는, 소량의 진정제로 포밍을 신속하게 진정하고, 단시간에 대량으로 슬래그 배출하는 것이 중요하기 때문에, 진정제의 첨가량, 평균 슬래그 배출 속도(슬래그 배출량/슬래그 배출 시간)로 평가를 행하였다.
우선, 수준 1 내지 4는 비교예이며, 진정제 첨가 방법 또는 진정제 종류의 적어도 한쪽이 본 개시의 방법과 다르다.
또한, 수준 2에 비하여, 수준 1이 우위인 이유는, 진정제로서 사용한 「펄프 찌꺼기와 슬래그의 성형물」이, 애당초 포밍한 슬래그의 내부에 잠입됨으로써 급격하게 가스를 발생시켜 진정하는 것을 기도한 것이기 때문이라고 생각된다.
또한, 수준 3, 4에서는 진정제로서 점도 저감 물질을 사용하였지만, 슬래그 상면 표층부에서의 진정제의 체류가 확인되지 않는다는 점에서, 진정제가 슬래그 내부에 잠입되었기 때문에, 효과가 발현되지 않았다고 생각된다. 또한, 수준 1, 2에 비하여, 수준 3, 4에서는 적은 진정제의 양으로 동등 이상의 효과가 얻어지고는 있지만, 진정제의 비용면에서는 적당하지 않다.
다음으로, 수준 5 내지 12는 실시예이며, 어느 수준에서도 비교예에 비하여 높은 포밍 진정 효과가 확인되었다.
수준 5는, 비교예인 수준 4에 대해서, 진정제의 첨가 방법을 본 개시의 방법으로 변경하고 있지만, 동등한 평균 슬래그 배출 속도를 얻으면서, 진정제 첨가량이 크게 저감되었다.
수준 6은, 수준 5에 대해서, 진정제(점도 저감 물질)의 종류를 변경하고 있지만, 수준 5와 효과는 거의 동등하였다.
수준 7 내지 9는, 수준 5에 대해서, 진정제(점도 저감 물질)의 첨가량(진정제 첨가량 원단위)을 변경하고 있다. 점도 저감 물질의 첨가량을 배출 슬래그량 1t에 대하여, 2㎏ 이상으로 함으로써 평균 슬래그 배출 속도가 향상되었다. 한편, 수준 9의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 진정제 첨가량을 증가시켜도 효과가 포화되는 영역이 있었다.
수준 10 내지 12는, 수준 8에 대해서, 진정제(점도 저감 물질)의 입도(10㎜ 이하 입도의 비율)를 변경하고 있다. 점도 저감 물질의 입도가 10㎜ 이하의 범위에 있는 것의 비율을 70질량％ 이상으로 함으로써 평균 슬래그 배출 속도가 향상되었다. 한편, 수준 12의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 10㎜ 이하의 입도의 비율을 증가시켜도 효과가 포화되는 영역이 있었다.
이상, 본 개시의 실시예에 있어서는, 비교예에 비하여 진정제의 첨가량, 평균 슬래그 배출 속도가 우위에 있었다. 따라서, 본 개시의 실시예에서는, 비교예에 비하여 포밍 진정이 양호하다는 사실을 알 수 있다. 또한, 진정제의 첨가량, 입도를 적정한 조건으로 함으로써, 한층 더 효율적으로 포밍 진정할 수 있다는 사실을 알 수 있다.
1: 기포
2: 포말층
3: 벌크 슬래그층
4: 액막 배출
5: 점도 저감 물질(포밍 진정제)
6: 극저점도 영역
7: 전로(정련 반응 용기)
8: 슬래그 배출 레이들(슬래그 수용 용기)
9: 용철
10: 슬래그
11: 가이드
12: 점도 저감 물질(포밍 진정제)
13: 극저점도 영역
14: 작업대

Claims (13)

  1. 정련 반응 용기로부터 슬래그 수용 용기로의 슬래그 배출 시에 배출 슬래그의 포밍을 진정하는 방법이며,
    포밍 진정제로서 점도 저감 효과를 갖는 물질을 상기 슬래그 수용 용기에 배출한 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 첨가하는
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질로서, 알칼리 금속의 화합물 혹은 알칼리 토류 금속의 화합물, 또는 이들 혼합물을 사용하는
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질의 첨가량을 배출 슬래그량 1t에 대하여, 2㎏ 이상으로 하는
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질의 입도가 10㎜ 이하의 범위에 있는 것의 비율을 70질량％ 이상으로 하는
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 물질을 첨가하는 높이는, 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터 3m 이하의 높이인
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 물질을 첨가하는 높이는, 상기 정련 반응 용기의 측방에 마련된 작업대의 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터의 높이를 기준으로 하여 60％ 이하의 높이인
    것을 특징으로 하는, 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 활주 경사면을 갖는 가이드를 사용하는
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 활주 경사면을 갖는 가이드를 사용하고,
    상기 가이드의 하단의 높이는, 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터 3m 이하의 높이인
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 활주 경사면을 갖는 가이드를 사용하고,
    상기 가이드의 하단의 높이는, 상기 정련 반응 용기의 측방에 마련된 작업대의 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터의 높이를 기준으로 하여 60％ 이하의 높이인
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 캐리어 가스로 점도 저감 물질을 상면 표층부를 따르는 방향으로 분사하는
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    점도 저감 효과를 갖는 물질을 첨가할 때, 슬래그 낙하 위치 근방을 피해서 첨가하는
    것을 특징으로 하는 배출 슬래그의 포밍 진정 방법.
  12. 정련 반응 용기와, 상기 정련 반응 용기로부터 슬래그를 배출하는 슬래그 수용 용기를 구비하는 정련 설비이며,
    상기 슬래그 수용 용기에 배출된 슬래그의 상면 표층부에 체류하도록 포밍 진정제를 첨가하기 위한 가이드를 더 구비하고,
    상기 가이드는, 활주 경사면을 갖는
    것을 특징으로 하는 정련 설비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가이드의 하단의 높이는, 상기 정련 반응 용기의 측방에 마련된 작업대의 상기 슬래그 수용 용기의 상단으로부터의 높이를 기준으로 하여 60％ 이하의 높이인
    것을 특징으로 하는 정련 설비.
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