KR20210127986A - 효율이 높은 용해철 합금의 정련 방법 - Google Patents

Abstract

이 용해철 합금의 정련 방법은, 전로 내의 용해철 합금욕에 송산하면서 용해철 합금을 정련하는 방법이며, 상기 용해철 합금욕의 상방에 배치된 제1 전극과, 상기 용해철 합금욕에 접하도록 배치된 제2 전극 사이에 직류 전류를 공급하고, 상기 직류 전류를 통전한 통전 시간에 있어서의 직류 전류의 평균 크기를 I_P[A], 상기 송산을 정지하기 직전의 1분간 중 통전 시간에 있어서의 상기 직류 전류의 평균 크기를 I_P'[A], 상기 전로 내의 용강량을 W_s[t], 노복부의 노내 단면적을 A_s[㎡]라고 하였을 때, 하기 (1)식 내지 (4)식 중 적어도 하나를 충족한다.
I_P≥0.125×W_s … (1)식
I_P≥1.5×A_s … (2)식
I_P'≥0.125×W_s … (3)식
I_P'≥1.5×A_s … (4)식

Description

효율이 높은 용해철 합금의 정련 방법

본 발명은 전로에 의한 용해철 합금의 정련 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 슬래그 중의 금속 철분의 함유량을 저감함과 함께, 차지마다의 슬래그 중의 금속 철분의 함유량의 변동을 저감할 수 있어, 슬래그 처리의 효율을 높인 정련 방법에 관한 것이다.

용융 선철(이하 「용선」이라고도 함) 등의 용해철 합금을 전로 정련할 때 생성되는 슬래그(이하 「전로 슬래그」라고도 함)에는, 유리 CaO가 포함되어 있고, 그것이 수화 반응을 일으켜 팽창하므로 체적 안정성이 낮다.

또한, 슬래그에는, 처리 방법에도 관계하지만 통상 1 내지 40질량％ 정도의 산화철이 포함되며, 외관이 흑색으로 되어, 콘크리트용 골재 등에 사용하면, 외관상 위화감이 있다.

그 때문에, 슬래그의 이용은, 도로의 지반 개량재나 하층 노반재 등의 저급 용도로 한정되며, 상층 노반재, 콘크리트용 골재, 석재 원료 등으로는 사용되기 어렵다.

그래서, 종래부터, 전로에서 슬래그를 반응 용기로 배출하고, 해당 용기 내에서, 용융 상태의 전로 슬래그에 석탄회 등의 개질재를 첨가하여 유리 CaO를 저감시키는 개질 처리를 실시하여, 보다 고급 용도인 상층 노반재나 콘크리트용 골재 등으로 이용되고 있다.

또한, 전로 슬래그에는, 금속 철분으로서, 수십질량％ 정도의 입자 철이 현탁된 상태로 포함된다. 현탁된 입자 철에는 탄소가 존재하고 있으며, 용융 슬래그의 개질 시에, 입자 철의 탄소와, 용융 슬래그 중의 산화철이나 교반용 산소 가스가 반응함으로써, 용융 슬래그 중에 있어서 CO 가스의 기포가 발생(포밍)하여, 여러 가지 악영향을 초래한다고 하는 문제가 있다.

또한, 입자 철이 존재함으로써 슬래그를 재이용할 때, 입자 철의 편재나 입자 철의 산화 팽창 등에 기인하게 되어, 슬래그의 강도 변동이 생긴다.

또한, 슬래그 중의 입자 철은, 전로 취련에 주안을 둔 경우에는 수율 손실의 요인이며, 그 함유량은 낮을수록 바람직하다.

슬래그 중의 입자 철량에 변동이 있으면, 슬래그 중의 입자 철량을 직접 순시로 측정하기는 어려우며, 그 때문에, 용융 슬래그의 처리나 냉각 후의 슬래그로부터 입자 철을 회수할 때 중처리측의 처리를 선택하지 않을 수 없어, 효율이 악화된다. 또한, 용융 개질 처리 시의 포밍에도 처리 시간에 변동이 발생하여, 안정된 처리가 이루어지기 어렵다.

또한, 예를 들어 특허문헌 1에는, 전로에서 빼낸 용융 슬래그 중의 입자 철을 반응 용기 내에서 침강시킨 후에, 슬래그 개질 처리를 실시하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 경우에 있어서도 슬래그 중의 입자 철량에 변동이 있으면 침강 시간에 변동이 발생하여, 안정된 처리가 이루어지기 어렵다.

이와 같이, 종래에는 전로 슬래그를 반응 용기로 배출한 후, 반응 용기에서 슬래그 중의 금속 철분을 저감하는 처리를 행하고 있으므로, 슬래그 중의 입자 철량에 변동이 있으면, 슬래그 처리 시간에 변동이 생긴다고 하는 문제가 있었다.

그런데, 근년, 비특허문헌 1에서 보고되어 있는 바와 같이, 전로 정련에 있어서, 송산 랜스를 한쪽의 전극으로 하고, 노 바닥에 마련한 다른 쪽의 전극과의 사이에 전압을 인가하여, 취련 도중의 전류, 전압 및 저항값의 변화를 측정함으로써, 랜스 선단과 용융 금속욕면 사이의 거리, 슬래그층의 두께 등의 정보를 얻는 시도가 이루어지고 있다.

그러나, 통전에 의한 용융 슬래그의 성상에 대한 영향에 대해서는, 특별히 검토되고 있지 않다.

일본 특허 공개 제2006-199984호 공보

용강에 전위 인가할 때, 전로욕 중의 전류 분포 특성, C.I.셈이킨, V.F.폴랴코프, E.V. 셈키나, 2003

본 발명은 전로에서 용해철 합금을 정련할 때, 종래보다 슬래그 중의 금속 철분의 함유량과 그 변동이 작은 슬래그를 얻고, 그 후의 슬래그의 개질 처리에 있어서, 슬래그 중의 철분을 저감하는 처리를 간편화하는 것을 가능하게 하는 효율이 높은 용해철 합금의 정련 방법의 제공을 과제로 한다.

본 발명의 요지는, 이하와 같다.

(1) 본 발명의 제1 양태는, 전로 내의 용해철 합금욕에 송산하면서 용해철 합금을 정련하는 방법이며, 상기 용해철 합금욕의 상방에 배치된 제1 전극과, 상기 용해철 합금욕에 접하도록 배치된 제2 전극 사이에 직류 전류를 공급하고, 상기 직류 전류를 통전한 통전 시간에 있어서의 직류 전류의 평균 크기를 I_P[A], 상기 송산을 정지하기 직전의 1분간 중 통전 시간에 있어서의 상기 직류 전류의 평균 크기를 I_P'[A], 상기 전로 내의 용강량을 W_s[t], 노복부의 노내 단면적을 A_s[㎡]라고 하였을 때, 하기 (1)식 내지 (4)식 중 적어도 하나를 충족하는 용해철 합금의 정련 방법이다.

I_P≥0.125×W_s … (1)식

I_P≥1.5×A_s … (2)식

I_P'≥0.125×W_s … (3)식

I_P'≥1.5×A_s … (4)식

(2) 상기 (1)에 기재된 용해철 합금의 정련 방법에서는, 상기 용해철 합금의 정련에 사용하는 슬래그 조성이, 염기도: 0.5 이상, 산화철 농도: 5％ 이상이어도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 용해철 합금의 정련 방법에서는, 상기 용해철 합금의 정련에서 처리하기 전의 용융 선철의 규소 농도가 0.25질량％ 이하여도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 용해철 합금의 정련 방법에서는, 상기 용해철 합금의 정련에 사용하는 슬래그의 밀도가 1.0kg/㎥ 이하여도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 용해철 합금의 정련 방법에서는, 미리 설정한 취련 시간의 종료 전의 1분간 중 10초간 이상은 슬래그에 통전해도 된다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 용해철 합금의 정련 방법에서는, 중공의 상취 랜스를 상기 제1 전극으로서 사용하고, 상기 상취 랜스의 높이를, 노내 잔류 슬래그의 중량, 투입 부원료의 중량, 및 반응 생성물의 중량과, 슬래그 밀도와, 노복부의 단면적에 기초하여 제어해도 된다.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 용해철 합금의 정련 방법에서는, 상기 전로가 저취 송풍구를 가져도 된다.

본 발명에 따르면, 전로에서 용해철 합금을 정련할 때, 슬래그 중의 입자 철의 함유량과 그 변동을 저감할 수 있어, 그 후의 슬래그의 개질이나 지금(地金) 회수 처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 전로 설비의 일례의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2a는 용선 탈인기에 있어서의, 평균 전류값과 슬래그 중 입자 철의 함유량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2b는 탈탄기에 있어서의, 평균 전류값과 슬래그 중 입자 철의 함유량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 관한 전로 설비의 다른 예의 개략을 도시하는 도면이다.

본 발명자들은, 전로에서 용해철 합금을 정련할 때, 슬래그 중의 입자 철의 함유량과 그 변동을 저감하는 방법에 대하여 검토하여, 슬래그욕 및 금속욕에 통전하는 것에 착안하였다.

그리고, 통전 시에 특정량의 전하를 부여한 경우에는, 슬래그 중에 포함되는 입자 철량과 그 변동이 감소하는 것을 알아내었다.

이하, 상술한 지견에 기초하여 이루어진 본 발명에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

처음에, 도 1을 참조하여, 본 발명의 정련 방법에 사용하는 전로 설비에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 특별히 설명이 없는 한 「％」는 「질량％」를 나타내고, 「전류」는 「직류 전류」를 나타낸다. 또한, 「직류 전류의 평균」이란, 직류 전류를 통전한 시간의 직류 전류의 평균값의 크기를 나타낸다. 보다 엄밀하게는 「직류 전류의 평균」이란, 직류 전류를 통전한 시간 중, 일정 시간 간격으로 10점 이상의 시간점에 있어서의 전류값을 평균화한 값이다.

전로 정련에서는, 고로에서 출선된 용선이 전로 내에 흘러 들어가고, CaO를 주성분으로 한 슬래그 원료를 첨가하고, 탈규소 및/또는 탈인을 목적으로 한 취련과, 마무리 탈인과 탈탄 및 온도의 조정을 목적으로 한 취련이 행해진다.

본 발명에서 사용하는 전로 설비(1)는, 용해철 합금욕(이하 「철욕」이라고도 함)(12)의 상방에 제1 전극(21)이, 슬래그(11)에 접촉하는 빈도가 많아지는 위치에 설치된다. 또한, 철욕(12)에 접하도록 제2 전극(22)이 배치된다.

이와 같이 전극을 배치하고, 전로의 외부에 마련한 전원 장치(40)와 접속함으로써, 슬래그(11), 철욕(12), 제1 전극(21), 제2 전극(22)으로 전기 회로를 형성하고, 정련 중에 전극간에 전압을 인가하고, 슬래그(11) 및 철욕(12)에 전류를 공급하는 것이 가능하게 된다. 제1 전극(21)은 상취 송산 랜스(31)를 겸용해도 된다.

전로의 취련에는, 통상 1) 탈규소, 탈인, 탈탄을 행하는 종래의 취련 방법과, 2) 탈규소 및/또는 탈인을 목적으로 한 취련과, 마무리 탈인과 탈탄 및 온도의 조정을 목적으로 한 취련을 분리한 취련 방법과, 3) 탈규소를 별도 공정에서 행한 후, 탈인을 목적으로 한 취련과, 마무리 탈인과 탈탄 및 온도의 조정을 목적으로 한 취련을 분리한 취련 방법이 있다.

상기 2), 3)의 경우, 통전을 행하는 시기는, 탈규소 및/또는 탈인을 목적으로 한 취련과, 마무리 탈인과 탈탄 및 온도의 조정을 목적으로 한 취련 중 어느 한쪽, 또는 양쪽으로 하는 것이 바람직하다. 상기 1) 내지 3)의 각각의 취련에 있어서, 특히 취련 말기에 인가하는 경우, 더 큰 효과가 얻어진다.

도 2a, 도 2b에, 3) 탈규소를 별도 공정에서 행한 후, 탈인을 목적으로 한 취련과, 마무리 탈인과 탈탄 및 온도의 조정을 목적으로 한 취련을 분리한 취련 방법에서의 결과를 나타낸다.

도 2a, 도 2b는, 400톤의 전로에서, 슬래그(11)에 접하는 측의 제1 전극(21)을 노복에, 또한 철욕(12)에 접하는 측의 제2 전극(22)을 노 바닥에 각각 배치하여, 탈인 취련의 경우에 취련 정지 직전의 24초간 350A 이하의 전류를, 탈탄 취련의 경우에 취련 정지 직전의 24초간 350A 이하의 전류를 전극간에 공급하여 취련한 경우(ON)와, 전극간에 통전하지 않은 경우(OFF)의 경우에 대하여, 그 사이의 평균 전류값과 입자 철량과 그 변동의 관계를 나타낸 도면이다.

각각의 경우에 있어서, 취련 후의 슬래그를 5차지분 빼내고, 축분법으로 샘플링하여, 입자 철의 전량 및 변동의 양을 조사하였다.

도 2a는, 전로에 있어서의 용선 탈인 처리 후의 슬래그 중의 금속 철 농도에 미치는 평균 전류값의 영향이며, 도 2b는, 동일하게 탈탄 처리 후의 슬래그 중의 금속 철 농도에 대한 영향이다. 양쪽 모두 전류값이 높아질수록 철분량이 감소함과 함께 철분량의 변동이 감소하고 있다.

도 2a, 도 2b에 도시한 슬래그 중에 포함되는 입자 철의 함유량(질량％)의 평균값, 표본 표준 편차 및 상대 오차를 표 1, 표 2에 나타낸다. 여기서 표본 표준 편차는, 각 샘플의 값과 평균값의 거리의 제곱의 합으로 구해지는 분산값의 평방근이다. 또한, 상대 오차란, 표준 편차를 평균값으로 나눈 값이다.

표 1, 표 2에 나타내는 바와 같이, 전류값이 OFF인 경우와 비교하여, 전류값이 높아질수록 철분량의 평균값, 표본 표준 편차, 상대 오차 모두 저감해 가는 것을 알 수 있다. 그러나, 전류값이 50A 이상인 경우에, 그 저감 효과가 특히 현저한 것을 알 수 있다.

통상, 개질 처리 후의 슬래그는 분쇄되며, 금속 철분을 자력 선별로 회수한다. 상기 표 1, 표 2에 나타내는 결과는, 슬래그(11) 중에 전류를 공급함으로써 금속 철분의 함유량 자체가 저감하는 것에 추가하여, 금속 철분의 변동이 적어지는 결과, 자력 선별이 안정되고, 슬래그 중의 금속 철분을 더 저감할 수 있다고 하는 큰 효과가 있는 것을 나타내고 있다.

취련 도중에, 슬래그(11) 중에 전류를 공급함으로써, 상기와 같은 효과가 얻어지는 이유에 대해서는 불분명하지만, 슬래그 중에 체류하는 입자 철에 대한 통전에 의해 입자 철의 응집 조대화가 일어나고, 그 입자 철이 자중에 의해 침강하기 때문이라고 추정된다.

본 발명자들은, 이 시험 결과에 기초하여, 더 필요한 조건을 예의 검토하였다. 그 결과, 입자 철의 저감 효과를 충분히 얻기 위해서는, 슬래그(11) 중에 공급하는 전류의 평균 크기, 즉 직통 전류를 통전한 통전 시간에 있어서의 직류 전류의 크기인 I_P[A]가, 전로 내의 용강량을 W_s[t], 노복부의 노내 단면적을 A_s[㎡]로 하여,

I_p≥0.125×W_s[A] … (1)식

I_p≥1.5×A_s[A] … (2)식

중 적어도 한쪽을 충족하도록 제어되는 것이 중요한 것을 알 수 있었다.

전류의 평균 크기가 상기 조건을 충족함으로써, 슬래그 중의 입자 철량이 저감됨과 함께, 그 변동이 안정화되는 효과가 있다. 예를 들어, 400톤 전로의 경우에는, W_s의 값이 400이므로, I_p가 0.125×400=50A 이상으로 되면, 슬래그 중의 입자 철량의 변동이 표본 표준 편차로, 도 2a에 도시하는 탈인기에는 9포인트 정도 이하(여기서 포인트란 입자 철량의 표준 편차를 말하며, 함유량을 나타내는 단위로서의 「％」와 동의임), 탈탄기에는 1.6포인트 정도 이하로 된다.

탈인기에서 9포인트 정도로 입자 철량의 변동이 작아지면, 후공정에서 철분을 회수하는 데 안정적으로 회수가 가능하다. 또한, 탈탄기에 있어서는, 탈인기에 비하면 입자 철 분포가 다르지만, 1.6포인트 정도 이하로 되면, 후공정에서 철분을 회수하는 데 안정적으로 회수가 가능하다.

I_P가 0.125×W_s 미만으로 되면, 입자 철량의 변동이 1.1％를 초과하여 커져, 슬래그의 입자 철량의 변동이 불안정해진다. 또한, I_P가 1.5×A_s 미만으로 되면, 마찬가지로 입자 철량의 변동이 커진다.

상술한 바와 같이, 슬래그 중에 흐르게 하는 필요 전류는 용강의 중량과 관계가 있다고 생각된다. 이것은, 용강의 중량이 증가하면 필연적으로 슬래그의 중량은 증가하므로, 전류값을 증가시키지 않으면, 취련 시간 내에 슬래그 중의 입자 철량을 감소시킬 수 없으며, 그 결과, 필요 통전량은 용강 중량과 비례하기 때문이다.

또한, 슬래그 중에 흐르게 하는 필요 전류는, 전로의 노복부의 노내 단면적에 관계한다고 생각된다. 실제로 슬래그 중 전류 밀도를 저감시키는 지배 인자는, 슬래그 중에 흐르는 전류의 밀도(전류 밀도)이다. 슬래그는 도전성이므로, 슬래그 전체에 전류가 흐른다. 따라서, 슬래그 중에 흐르는 전류 밀도는 전로의 노복부의 노내 단면적 A_s로 흐르는 전류값을 나눈 값이 되며, 이 값이 필요 전류 밀도로 된다. 즉, 필요한 전류 밀도는 I_p/A_s로 된다. 이 필요한 전류 밀도를 일정한 값으로 하면, 필요한 전류값은 노복부의 노내 단면적에 비례한다.

전술한 바와 같이, 슬래그 중에 흐르는 필요 전류는, 용강의 중량 및 노내의 단면적에 비례한다고 생각된다. 따라서, 슬래그 중의 입자 철량을 저감하고, 그 변동을 보다 안정화하기 위해서는, 용강의 중량으로부터 유도되는 필요 전류(상기 (1)식)나 노내의 단면적으로부터 유도되는 필요 전류(상기 (2)식) 중 어느 작은 쪽의 전류를 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 통전을 개시하기 전의 슬래그 조성은, 염기도: 0.5 이상, 산화철 농도: 5％ 이상인 것이 바람직하다. 슬래그 중의 SiO₂는, 서로 결합력이 강하므로 도전성을 저해한다. 한편, CaO는, SiO₂의 결합을 절단하는 작용이 있으므로, 도전성을 향상시킨다. 또한, 산화철은 도전성을 향상시킨다.

실험적으로, 통전을 개시하기 전의 바람직한 슬래그 조성을 조사한 결과, 슬래그의 염기도는 0.5 이상, 산화철 농도는 5％ 이상으로 함으로써, 입자 철의 변동이 보다 저감되는 것을 알 수 있었다.

염기도는, 장입물의 비율로부터 계산하여 추정하는 것이 가능하다. 또한, 산화철의 농도는, 송산량과 배기 중에 포함되는 산소량, 및 용강 중에 포함되는 산소량으로부터 계산이 가능하다. 이들 값은 실적값으로서 축적되어 있으므로, 취련 전에 이들 값을 추정할 수 있다.

처리하는 용해철 합금의 조성은, 특정 조성에 한정되는 것은 아니지만, 규소 농도(Si양)를 0.25％ 이하로 한 용융 선철을 처리하는 것이 바람직하다. Si양이 높으면, 슬래그 중의 SiO₂ 농도가 증가한다. SiO₂는 도전성을 나쁘게 하는 인자이므로, 슬래그 중에 전류가 흐르기 어려워져, 입자 철량의 저감을 저해하는 방향으로 작용한다.

또한, Si양을 0.25％ 이하로 하면, 취련에 필요한 슬래그의 양이 저감된다. 발생하는 입자 철의 양은, 노내 투입 에너지(주로 상취)나 탈탄량에 의해 결정되므로, 슬래그양이 적은 경우에는, 슬래그 중의 입자 철 함유 농도가 상대적으로 높아진다. 슬래그 중의 입자 철 함유 농도가 통전 전에 높아지면, 통전하였을 때의 저감 효과가 증가하므로, 입자 철의 침강량이 증가한다. 따라서, 용융 선철의 규소 농도를 0.25％ 이하로 하면, 현저한 효과가 얻어진다.

통전할 때의 슬래그 밀도는 1.0kg/㎥ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.8kg/㎥ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 슬래그의 밀도가 낮아지면, 입자 철의 침강 속도가 증가하고, 본 발명의 효과가 보다 잘 얻어지기 때문이다. 또한, 본 명세서에 있어서, 슬래그 밀도란, 전로 내에 있어서 통전할 때의 슬래그의 단위 체적당 중량을 의미한다.

본 발명의 용해철 합금의 정련 방법에 있어서는, 미리 설정한 취련 시간의 종료 전의 1분간 중 10초간 이상은, 슬래그에 통전되는 것이 바람직하다. 즉, 취련 말기(송산 정지 1분 전 이후)에 전류가 흐르고 있지 않은 시간을 50초 이내로 하는 것이 바람직하다. 나아가 통전 종료와 취련 정지의 간격은 짧을수록 좋다.

이 이유는, 이하와 같다. 1) 취련 종료 전에 통전을 끊으면, 다시 입자 철의 혼입이 일어나, 슬래그 중의 입자 철이 증가할 우려가 있다. 2) 취련 종료 전은, 슬래그의 밀도가 1.0kg/㎥ 이하인 경우가 많아 슬래그가 침강하기 쉽다. 3) 투입 부원료가 충분히 용해되고, 또한 반응 생성물이 충분히 생성되는 취련 말기에는 슬래그 중의 입자 철은 증가하기 쉽고, 이 상태에서 통전을 시작하면 입자 철량의 저감이 일어나기 쉽다.

따라서, 송산을 정지하기 직전의 1분간 중 통전 시간에 있어서의 직류 전류의 평균 크기인 I_P'[A]가, 전로 내의 용강량을 W_s[t], 노복부의 노내 단면적을 A_s[㎡]로 하여, 하기 (3)식과 (4)식 중 적어도 한쪽을 충족하도록 제어되는 것이 중요하다.

I_P'≥0.125×W_s… (3)식

I_P'≥1.5×A_s … (4)식

즉, 상기 (1)식 내지 (4)식 중 적어도 하나를 충족하도록 전류를 제어함으로써, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 전로 내의 용해철 합금욕의 상방에 배치된 전극을 중공의 상취 랜스로 하는 것이 바람직하다.

이 경우, 안정된 통전을 얻기 위해, 상취 랜스의 높이는, 노내 잔류 슬래그의 중량, 투입 부원료의 중량, 및 반응 생성물의 중량과, 슬래그 밀도와, 노복부의 단면적에 기초하여 제어하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 상취 랜스의 높이 H는, 슬래그 높이의 0.1배에서 10배 사이로 제어하는 것이 바람직하다. 슬래그 높이(H)는, 이하의 식으로 구할 수 있다.

H(m)=(노내 잔류 슬래그와 투입 부원료와 반응 생성물의 합계 중량(kg))/(슬래그 밀도(kg/㎥)×노복부의 단면적(㎡))

여기서, 노내 잔류 슬래그양은, 과거의 운전 데이터로부터 구할 수 있는 것이며, 투입 부원료 및 반응 생성물에 대해서는, 칭량값이나 성분값을 사용하여 적절하게 구할 수 있다. 슬래그 밀도는 1.0kg/㎥ 이하로 한정되는 것은 아니며, 조성에 따라 2.0 내지 3.0kg/㎥의 값을 사용해도 된다.

슬래그는 생성 가스를 포함하여 10배 정도로 팽창하는 것이 고려되기 때문에, 랜스 위치는 상기 식으로 구해지는 슬래그 높이의 10배 정도의 높이에서도 통전이 얻어질 가능성이 있다. 한편, 랜스로의 지금 부착이나 냉각의 문제가 없는 경우에는, 슬래그 높이의 0.1배 정도까지 랜스를 낮추는 쪽이 통전이 안정된다.

0.1배에서 10배의 범위 중에서의 선택은, 취련 조건 및 취련의 진행 상황에 따라, 이 팽창 정도가 바뀌기 때문에, 효과를 얻고 싶은 시기에 따라 이론적 혹은 경험적으로 결정할 수 있다. 이와 같이, 랜스 높이를 설정하면, 슬래그의 밀도가 1.0kg/㎥ 정도 이하로 되었을 때에만 슬래그 중에 전류가 흐르도록 조정할 수 있으므로, 입자 철량의 저감을 촉진할 수 있다. 또한, 조업상, 랜스가 용강에 접하는 일이 없으므로 안정 조업을 할 수 있다.

상기 전로는 저취 송풍구를 갖는 전로인 것이 바람직하다. 저취를 행함으로써 슬래그의 교반이 강해지므로, 슬래그 중의 입자 철량의 저감이 촉진된다. 또한, 슬래그와 용강의 접촉 기회가 증가하므로 슬래그로부터 용강으로의 입자 철의 이행이 촉진된다. 저취 가스의 유량은, 불활성 가스의 경우에는 0.01 내지 0.2N㎥/분/톤, 산소 취입의 경우에는 0.1 내지 0.4N㎥/분/톤의 범위가 바람직하다.

정련 방법으로서는, 동일한 전로에 있어서, 탈규소 및/또는 탈인을 목적으로 한 취련을 행하는 제1 공정, 슬래그의 일부를 배출하는 제2 공정, 마무리 탈인, 탈탄 및 온도의 조정을 목적으로 한 취련을 행하는 제3 공정, 목적의 성분 및 온도로 조정 완료한 강을 배출하는 제4 공정, 및 노내에 잔류한 슬래그 중 일부를 배출하는 제5 공정을 순서대로 행한다.

이때, 제1 공정 및 제3 공정의 송산 시간의 한쪽 또는 양쪽에, 적어도 10초 이상 동안 통전을 행하고, 직류 전류를 통전한 통전 시간에 있어서의 직류 전류의 평균 크기를 I_P[A], 송산을 정지하기 직전의 1분간 중 통전 시간에 있어서의 상기 직류 전류의 평균 크기를 I_P'[A], 전로 내의 용강량을 W_s[t], 노복부의 노내 단면적을 A_s[㎡]라고 하였을 때, 하기 (1)식 내지 (4)식 중 적어도 하나를 충족하도록 제어하면 효과적이다.

I_P≥0.125×W_s … (1)식

I_P≥1.5×A_s … (2)식

I_P'≥0.125×W_s … (3)식

I_P'≥1.5×A_s … (4)식

이것은, 제1 공정 및 제3 공정의 송산 시간은, 슬래그 중의 입자 철의 밀도가 증가한 상태이며, 입자 철량의 저감이 진행되기 때문이다. 이에 의해, 입자 철이 용해철 합금층에 침강하기 쉬워지기 때문에, 슬래그 중의 금속 철 함유량을 저감하기 쉬워진다. 특히, 상기 제1 공정에서는 입자 철의 양이 많으므로, 효과적으로 입자 철의 변동을 저감할 수 있다.

전로 설비(1)의 제1 전극(21)으로서는, 예를 들어 MgO-C질 벽돌 등의 탄소 함유 벽돌로 이루어지는 전극을, 전로의 노복에 배치할 수 있다. 제1 전극(21)으로서, 도 3에 도시하는 바와 같이 상취 송산 랜스(31)를 사용해도 된다. 제2 전극(22)에는 탄소 함유 벽돌 등을 사용할 수 있다. 제2 전극(22)은 전로 설비(1)의 노 바닥 또는 노복에 마련하는 것이 적합하다.

노복에 제1 전극(21)을 배치하는 경우에는, 전로의 용적으로부터 상정되는 철욕(12)의 정지 탕면을 기준으로 하여, 200 내지 4000mm 상방에 마련하는 것이 바람직하고, 200 내지 400mm 상방에 마련하는 것이 더욱 바람직하다.

제1 전극(21)으로서 상취 송산 랜스(31)를 사용하는 경우에는, 선단을 상하이동시킬 수 있도록 하고, 전극간을 흐르는 전류에 의해, 그 위치를 상하이동시켜, 흐르는 전류의 크기를 제어할 수 있도록 해도 된다.

전원 장치(40)는, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 저항값이, 취련 개시 후로부터 미리 설정된 시간, 미리 설정된 전류값 이상인 경우에는, 전류의 공급을 차단하는 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 전류값은, 전류 검출 수단(41)으로부터의 신호를 제어 장치(42)에 입력하여 구한다. 그리고, 구해진 전류값이, 취련 개시 후로부터 미리 설정된 시간 내이고, 미리 설정된 전류값 이상인 경우에는, 전원 장치(40)의 출력을 정지하고, 전류의 공급을 차단한다.

취련 개시 직후에는, 반응 생성물이 없고, 투입 부원료가 용해되어 있지 않기 때문에, 슬래그가 형성되지 않으며, 따라서 슬래그(11) 내에 전류가 안정되게 흐르는 상황이 조정되어 있지 않다. 그러나, 노내 부착물이나 철욕의 흐트러짐, 혹은 설비적인 불량이며 원래 절연되어야 할 개소의 누전 등에 의해, 슬래그 중을 통하지 않고 전류가 흐르는 경우가 있다. 그러한 경우, 전류값에 따라서는, 발열에 의해 설비가 손상될 우려가 있다. 전류의 공급을 차단하는 기구를 구비함으로써, 이러한 경우에 전류를 차단하여, 사고를 회피할 수 있다.

슬래그 중에 흐르고 있는 전류인지, 그렇지 않은 전류인지를 확인하기 위해서는, 전류가 흐르는 시기와, 그 시점의 저항값을 고려할 필요가 있다. 상술한 바와 같이, 취련 개시 후 10초 내지 30초 이내이며, 또한 전극간 저항이 1Ω 내지 0.1Ω의 범위로 되는 경우, 슬래그를 통하지 않고 통전하고 있을 가능성이 높으며, 이 조건에 맞는 전류가 관찰된 경우, 회로를 차단하는 기구를 마련하는 것이 바람직하다.

게다가, 어떠한 트러블에 의해, 미주 전류가 전로 밖으로 흐른 경우 등에도, 전류의 공급을 차단할 수 있으므로, 안전하게 설비를 운전시킬 수 있다.

전원 장치(40)가, 일정 크기 이상의 전류를 흘리지 않도록 제어하는 기능을 갖는 것이라면, 더욱 바람직하다.

또한, 탈인 처리의 정련 종점의 탄소 농도를 2.5질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 이러한 영역의 정련에서는 비교적 저염기도로 처리를 행하는 경우가 많고, 또한 저온에서 종료되기 때문에, 통전 전의 슬래그의 점성이 높고, 슬래그 중에 포함되는 입자 철량이 많기 때문에 통전하면 입자 철량이 저감되기 쉽기 때문이다.

노 바닥에는, 포러스 벽돌로 이루어지는 저취 송풍구(50)를 마련하고, 정련 중에, 노 바닥으로부터 철욕(12) 내로 가스를 불어넣음으로써, 철욕(12)을 교반하는 것이 바람직하다. 저취 송풍구(50)는 1개여도 되지만, 복수 마련하는 것이 바람직하다.

도 1은, 저취 송풍구(50)를 2개소에 마련한 경우의 예를 도시하고 있다. 송풍구로부터 흐르게 하는 기체는 특별히 한정되는 것은 아니며, 산소, 이산화탄소, 질소, Ar, LPG 등 어느 단체 가스 및 2종류 이상의 혼합 가스로도 선택할 수 있으며, 또한 배관 자체도 단관, 다중관, 집합관 등을 사용할 수 있다. 나아가, 전극(22)을, 이 송풍구와 겸용하는 것도 가능하다. 단, 그 경우에는, 송풍구 및 배관을 도전 경로의 절연을 적절하게 행하여, 노체 철피나 트러니언축 등에 대전류가 흐를 가능성을 배제해 둘 필요가 있다.

실시예

이하, 본 발명의 전로 설비를 사용한 정련 방법을, 보다 구체적인 예를 들어 설명한다.

저취 기능을 갖는 상취 전로 설비에 있어서, 용선과 냉철원을 총 300t 취련하였다. 전로의 노복부의 노 내경은 6m였다. 즉, 0.125×W_s의 값은 37.5이고, 1.5×A_s의 값은 42.4이다.

노복과 노 바닥에 MgO-C 전극을 설치하고, 노수(爐垂) 위치에서 접속할 수 있도록, 노체측과 조업 밑바닥측에 도체 연결 기구를 마련하며, 또한 조업 밑바닥에 500A 이상의 전류가 흐르지 않도록 제어하는 것이 가능한 전원을 설치하였다.

노복의 전극은, 주원료를 300t 삽입하였을 때의 정지 탕면으로부터 250mm 상방으로 하였다. 취련 개시 후, 노내의 음향 상태로부터 용융 상태의 슬래그가 생성되었음이 추정된 타이밍에 통전이 개시되고, 전류가 상승하기 시작하였다. 그 후, 취련 종료까지 통전을 행하였다.

실험예 1 내지 15로서, 상기 실험 조건을 기초로 통전 타이밍을 변경하고, 취련을 행하였다. 취련은, 도중에 한번도 중단하지 않고, 강을 소정의 성분, 온도로 제어하여 출강하고, 찌꺼기 제거하였다. 또한, 각각의 실험예에 있어서, 송산 시간은 전체로 20분으로 하였다.

슬래그는 슬래그 팬에 받고, 야드에 방류하여 냉각한 후, 랜덤으로 10개소에서, 주먹 크기의 덩어리를 채취하고, 각각을 분석하여 금속 철 함유량의 평균값을 구하였다. 취련은 5차지 행하고, 그때의 슬래그 중의 입자 철량의 평균값을 구하여, 5차지의 표준 편차를 구하였다.

실험예 1 내지 15의 결과를 표 3에 나타낸다.

발명예에 관한 실험예 1 내지 4에서는, 적절한 조건에 의해 정련이 행해졌기 때문에, 입자 철량의 표준 편차를 작게 할 수 있었다.

비교예에 관한 실험예 5에서는, 전류 I_p, 전류 I_p' 모두 낮았기 때문에, (1)식 내지 (4)식 모두 충족하지 못하고, 입자 철량의 표준 편차를 작게 할 수 없었다.

<산업상 이용가능성>

본 발명에 따르면, 슬래그 중에 포함되는 입자 철을 조대화하여 금속욕 중에 용해시킬 수 있어, 종래보다 금속 철분의 함유량이 감소된 슬래그를 안정되게 얻을 수 있으므로, 슬래그의 개질 처리의 효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 도로의 지반 개량재나 하층 노반재뿐만 아니라, 상층 노반재, 콘크리트용 골재, 석재 원료 등에 사용하는 슬래그를 얻을 수 있으므로, 산업상 이용 가능성은 크다.

1: 전로 설비
11: 슬래그
12: 철욕
21: 제1 전극
22: 제2 전극
31: 상취 송산 랜스
40: 전원 장치
41: 전류 검출 수단
42: 제어 장치
50: 저취 송풍구

Claims (7)

1. 전로 내의 용해철 합금욕에 송산하면서 용해철 합금을 정련하는 방법이며,
   상기 용해철 합금욕의 상방에 배치된 제1 전극과, 상기 용해철 합금욕에 접하도록 배치된 제2 전극 사이에 직류 전류를 공급하고,
   상기 직류 전류를 통전한 통전 시간에 있어서의 직류 전류의 평균 크기를 I_P[A], 상기 송산을 정지하기 직전의 1분간 중 통전 시간에 있어서의 상기 직류 전류의 평균 크기를 I_P'[A], 상기 전로 내의 용강량을 W_s[t], 노복부의 노내 단면적을 A_s[㎡]라고 하였을 때, 하기 (1)식 내지 (4)식 중 적어도 하나를 충족하는
   것을 특징으로 하는 용해철 합금의 정련 방법.
   I_P≥0.125×W_s … (1)식
   I_P≥1.5×A_s … (2)식
   I_P'≥0.125×W_s … (3)식
   I_P'≥1.5×A_s … (4)식
2. 제1항에 있어서, 상기 용해철 합금의 정련에 사용하는 슬래그 조성이, 염기도: 0.5 이상, 산화철 농도: 5％ 이상인 것을 특징으로 하는 용해철 합금의 정련 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용해철 합금의 정련에서 처리하기 전의 용융 선철의 규소 농도가 0.25질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 용해철 합금의 정련 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용해철 합금의 정련에 사용하는 슬래그의 밀도가 1.0kg/㎥ 이하인 것을 특징으로 하는 용해철 합금의 정련 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 설정한 취련 시간의 종료 전의 1분간 중 10초간 이상은 슬래그에 통전하는 것을 특징으로 하는 용해철 합금의 정련 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 중공의 상취 랜스를 상기 제1 전극으로서 사용하고,
   상기 상취 랜스의 높이를, 노내 잔류 슬래그의 중량, 투입 부원료의 중량, 및 반응 생성물의 중량과, 슬래그 밀도와, 노복부의 단면적에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하는 용해철 합금의 정련 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전로가 저취 송풍구를 갖는 것을 특징으로 하는 용해철 합금의 정련 방법.

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