KR20220007143A - 용철의 탈인 방법 - Google Patents

Abstract

상저취 전로를 사용한 효율적인 탈인 처리 방법을 제안한다. 용철과 슬래그가 장입된 상저취 전로를 이용하여, 상취 랜스로부터 산소 함유 가스를 분무하는 데에 있어서, 취련용 주공의 입구로부터 메인 가스로서 산소 함유 가스를 공급하고, 개구부로부터, 제어용 가스 공급로를 통하여, 취련용 주공의 축심을 향하여 제어용 가스를 공급하는 용철의 탈인 처리 방법으로서, 사전에 용철 상면 위치를 측정한 후에, 슬래그의 임의의 상면 위치를 연속적 혹은 간헐적으로 측정하는 슬래그 상면 위치 측정 스텝과, 측정된 용철 및 슬래그의 상면 위치의 차인 슬래그 두께를 산출하는 슬래그 상면 편차 산출 스텝과, 얻어진 슬래그 두께를 사용하여, 상취 랜스로부터 분사하는 산소 함유 가스의 분사 조건을 바람직한 범위로 조정하는 분사 조건 조정 스텝을 갖는다. 슬래그 두께와 표면 패임 깊이를 비교하여 상취 분사 조건을 조정한다.

Description

용철의 탈인 방법

본 발명은, 용철과 슬래그가 장입된 상저취 전로를 이용하여, 상취 랜스로부터 산소 함유 가스를 분무하여, 용철을 탈인 처리하는 방법에 관한 것이다.

용철의 산화 정련에 있어서, 각각의 산화 반응 효율 향상의 관점에서, 슬래그 높이에 맞추어 상취 랜스로부터 분출되는 산소 함유 가스의 욕면에서의 분류 유속과 가스 유량을 동시에 제어할 수 있는 노즐의 개발이 중요하다. 한편으로, 에너지 절약 및 CO₂ 삭감에 의한 지구 온난화 방지의 관점에서, 전로 정련에 있어서, 용선의 배합율을 낮추어, 스크랩 등의 철원을 장입하는 조업이 실시되고 있다. 스크랩 등으로의 침탄을 가속하고, 용해를 촉진시킬 목적으로 저취 가스 교반을 병용하고 있다.

예를 들어, 전로에서의 용선의 탈인 정련을 예로 들 수 있다. 탈인 반응은 이하에 나타내는 슬래그-메탈 계면에서의 반응식 (1) 로 진행되는 것이 알려져 있다.

2[P] ＋ 2(FeO) ＋ 3(CaO·FeO)(l)

→ (3CaO·P₂O₅)(s) ＋ 5[Fe] ···(1)

여기서, [M] 은 용선 중인 원소 M 을 나타내고, (S) 는 슬래그 중의 화학 물질 S 를 나타낸다.

(1) 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 탈인 반응은 산화 반응으로서, 산화철 (FeO) 의 존재가 불가결하다. 또한 생성된 인산화물 (P₂O₅) 은 불안정하기 때문에, 석회 (CaO) 와 반응시켜 3CaO·P₂O₅ 로 하여, 슬래그 중에 안정화시킬 필요가 있다. 그 때문에, 탈인 정련에는, 석회가 마찬가지로 불가결하다. 슬래그 중의 FeO 는 상취 랜스로부터 분출되는 산소 함유 가스가 화점에서 용철에 흡수되어, 철을 산화함으로써 생성된다. 또한, 인산화물과 반응하는 석회는, 투입된 시점에서는 융점이 2500 ℃ 이상으로, 노 내 온도 1300 ∼ 1500 ℃ 에 비하여 압도적으로 높아 반응 효율이 현저하게 저위이다. 그러나, 산화철과 반응하여 저융점의 칼슘 페라이트 (CaO·FeO) 를 형성함으로써 찌꺼기화하여, 탈인 반응에 기여하게 된다. 상기로부터 산화철은, 직접 P 를 산화할 뿐만 아니라, 석회의 찌꺼기화를 통해서 탈인 반응 효율의 향상에도 기여하는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 탈인 반응은, 용철 중의 P 농도가 높은 초기에는, 산소 혹은 칼슘 페라이트의 공급 율속이다. 한편, P 농도가 낮아진 말기에는, 슬래그-메탈 계면에 대한 P 의 공급 율속이 되기 때문에, 처리 후 도달 P 농도를 저하시키기 위해서 저취 가스 교반이 병용된다.

상기에 관련하여 상취 산소 분류가 슬래그에 차단되어 직접 용선에 접촉하지 않도록 제어함으로써, 슬래그-메탈 계면의 산소 활량을 높여, 산화철 (FeO) 의 생성을 촉진하여 탈인 효율을 대폭으로 향상시키는 방법이 보고되어 있다. 예를 들어 특허문헌 1 에서는, 상취 산소 유량이나 상취 랜스 높이, 랜스의 노즐공 직경과 수, 플럭스 첨가량을 조정하여 상취 산소 분류가 슬래그에 차단되어 직접 용철에 접촉하지 않도록 하는 방법이 제안되어 있다.

또한, 상취 산소가 용선에 비접촉시에서는 더스트 농도가 저위이며, 한편으로 접촉시에는 더스트 농도가 극도로 증가하는 것에 주목한 특허문헌 2 에서는, 배기 가스 덕트에 설치한 더스트 농도계에 의해 상취 산소와 용선의 접촉의 유무를 판정하고, 상취 산소 유량 및/또는 상취 랜스 높이를 조정함으로써 확실하게 비접촉 취련을 실시하는 방법이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2002-322507호 일본 공개특허공보 2003-113412호

그러나, 상기 기재된 종래의 기술에는, 이하와 같은 문제점이 있다.

전로 탈인에 있어서는, 상기에서 설명한 바와 같이 저취 가스에 의한 용철의 교반을 장착한 상저취 전로의 적용이 널리 이루어지고 있다. 그러나, 특허문헌 1 이나 특허문헌 2 에 기재된 취련 방법에는 저취 조건에 대한 언급이 없고, 상취 전로에 있어서의 취련에 대한 적용만을 검토한 기술이다. 따라서, 그대로 상저취 전로에 적용했을 때에는 조업에 지장이 나타난다. 예를 들어 상저취 전로의 슬래그 중에는, 저취 가스에 기초하는 입철이 함유되어 있는 것이 널리 알려져 있다. 이 입철이 함유되어 있는 슬래그에 대하여 상취 분류를 관통시키지 않도록 취련했을 때, 슬래그 중에 확산하는 산소는 현탁하고 있는 입철에 흡수되기 대문에 용철의 탕면까지 도달할 수 없을 우려가 있다. 또한, 입철에 산소가 흡수된 결과, 슬래그 중의 입철의 침강에 걸리는 시간은 취련 시간에 대하여 길기 때문에, 산화철 (FeO) 을 형성해도 슬래그-메탈 계면에서의 기여가 작아져, 탈인 반응의 진행이 현저하게 저위가 될 우려가 있다.

또한, 반응에 기여하지 않는 산화철 (FeO) 의 슬래그 중으로의 과잉의 축적은 슬래그의 기포 발생을 촉진시켜, 취련 중에 슬래그가 비정상적으로 기포가 발생하여 마운팅하여 노구로부터 비산하는 슬로핑이라고 불리는 현상을 일으키는 것으로부터 조업에 큰 지장이 발생할 우려가 있다. 그렇기 때문에 특허문헌 1 이나 특허문헌 2 에 기재된 탈인 취련 방법을 상저취 전로에 적용하면, 탈인 반응의 진행이 현저하게 방해될 뿐만 아니라, 슬로핑에 의해 조업 자체가 성립되지 않게 될 우려가 있다.

또한, 상기의 문제점의 해결을 위하여, 취련 산소 분류가 슬래그를 관통하고 있는 환경을 유지하기 위해서는, 특허문헌 2 에 이용되고 있는 것과 같은 종래의 랜스 기술에서는 슬래그 비관통시에 랜스 높이를 저하시키는 것 이외의 대책을 취련 중에 강구할 수 없다. 그러나, 탈인 반응에 기여하는 산화철 (FeO) 을 슬래그-메탈 계면에 효율적으로 공급하기 위해서는, 반응계 면적의 관점에서 용철 욕면에 분류가 충돌하는 면적 (화점 면적) 을 크게 취하는 것이 유효하다. 랜스 높이를 줄이는 것은 그대로 화점 면적을 줄이는 것으로 연결되기 때문에, 탈인 반응 효율을 저하시키기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하고, 상저취 전로를 사용한 탈인 취련에 있어서, 슬래그-메탈 계면에 있어서 탈인 반응에 기여하는 산화철 (FeO) 을 안정 공급하고, 및, 조업 저해 인자인 슬로핑을 억제하는 용철의 탈인 처리 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 용철의 탈인 방법은, 제 1 로,

용철과 슬래그가 장입된 상저취 전로를 이용하여, 상취 랜스로부터 산소 함유 가스를 분무하여 탈인 처리하는 데에 있어서,

상기 상취 랜스의 외각을 관통하여 배치된 1 개 이상의 취련용 주공의 입구로부터 메인 가스로서 상기 산소 함유 가스를 공급하고,

상기 취련용 주공의 내벽면에 배치된 개구부로부터, 제어용 가스 공급로를 통하여, 상기 취련용 주공의 축심을 향하여 제어용 가스를 공급하는 용철의 탈인 처리 방법으로서,

사전에 용철 상면 위치를 측정한 후에, 상기 용철 상에 있는 슬래그의 임의의 상면 위치를 연속적 혹은 간헐적으로 측정하는 슬래그 상면 위치 측정 스텝과,

측정된 용철 및 슬래그의 상면 위치의 차인 슬래그 두께를 산출하는 슬래그 상면 편차 산출 스텝과,

얻어진 슬래그 두께를 사용하여, 상기 상취 랜스로부터 분사하는 상기 산소 함유 가스의 분사 조건을 바람직한 범위로 조정하는 분사 조건 조정 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 용철의 탈인 방법은, 제 2 로,

용철과 슬래그가 장입된 상저취 전로를 이용하여, 상취 랜스로부터 산소 함유 가스를 분무하여 탈인 처리하는 데에 있어서,

상기 상취 랜스의 외각을 관통하여 배치된 1 개 이상의 취련용 주공의 입구로부터 메인 가스로서 상기 산소 함유 가스를 공급하고,

상기 취련용 주공의 내벽면에 배치된 개구부로부터, 제어용 가스 공급로를 통하여, 상기 취련용 주공의 축심을 향하여 제어용 가스를 공급하는 용철의 탈인 처리 방법으로서,

사전에 용철 상면 위치 및 슬래그 상면 위치를 측정한 후에, 슬래그 두께를 산출하는 초기 슬래그 두께 산출 스텝과,

슬래그 상면 위치를 취련시에 연속적으로 측정하여 슬래그 두께의 변동을 산출하는 슬래그 두께 변동 산출 스텝과,

얻어진 초기 슬래그 두께와 슬래그 두께의 변동을 사용하여, 상기 상취 랜스로부터 분사하는 상기 산소 함유 가스의 분사 조건을 바람직한 범위로 조정하는 분사 조건 조정 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 용철의 탈인 방법은,

a. 상기 상취 랜스로부터 분사된 상기 산소 함유 가스가 용철 상의 슬래그를 관통하여, 용철 상면에 이르고 있는 것,

b. 상기 슬래그를 관통한 상기 산소 함유 가스에 의한 상기 용철의 패임 깊이가 상기 슬래그 두께의 10 ％ 미만인 것,

c. 상기 상취 랜스의 분사 조건의 조정이 제어용 가스 공급 압력과 메인 가스 공급 압력의 비의 조정인 것,

d. 상기 상취 랜스의 분사 조건의 조정이 제어용 가스 유량과 메인 가스 유량의 비의 조정인 것,

이 보다 바람직한 해결 수단이 될 수 있는 것으로 생각된다.

본 발명에 의하면, 상저취 전로를 사용하여, 용철의 탈인 처리를 실시할 때에, 상취 랜스로부터의 산소 함유 가스의 분사 조건을 적절히, 특히, 상취 산소 분류가 용철에 접촉하고 있는 환경을 유지하면서 취련을 실시함으로써, 안정적으로 슬래그 메탈 계면에 산화철 (FeO) 을 공급하는 것이 가능해지고, 반응에 기여하지 않는 산화철 (FeO) 을 슬래그 중에 과잉으로 축적하는 경우도 없어지기 때문에, 슬로핑을 억제할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 용철의 탈인 방법에 사용하는 상취 랜스의 선단 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 용철의 탈인 방법을 개념적으로 나타내는 장치 단면도이다.

이하에, 본 발명의, 용철의 탈인 방법에 대하여, 도면에 나타내는 바람직한 예를 기초로 상세하게 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 용철의 탈인 방법에 사용하는 데에 바람직한 전로용 상취 랜스 (1) 의 선단의 종단면을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 1 에서는, 상취 랜스 (1) 의 하단부를 나타내고 있다. 상취 랜스 (1) 는, 저기조 (34) 내의 산소 함유 가스를 반응 용기 내 탕면을 향하여 분사하는 취련용 주공 (3) 을 1 개 이상 구비하고 있고, 취련용 주공 (3) 내에 제어용 가스를 분출시키기 위해서 각각의 취련용 주공 (3) 의 내벽면에 배치된 개구부 (41) 를 갖는 제어용 가스 공급로 (4) 를 구비하고 있다. 이 제어용 가스는, 취련용 주공 (3) 의 축심을 향하여 분출시키도록 개구부 (41) 가 구성되어 있다. 상취 랜스 (1) 는, 냉각수 순환로 (2) 를 가지고 있다. 도 1 의 예에서는, 취련용 주공 (3) 은, 2 개의 원추대를 조합한 장구형으로 형성되어 있다. 가장 단면적이 작아지는 취련용 주공 (3) 의 수축부 (32) 의 내벽면에, 개구부 (41) 가 구성되어 있다. 이 취련용 주공 (3) 의 형상은, 이른바 라발 노즐이다. 또한, 취련용 주공 (3) 에 공급하는 산소 함유 가스는, 예를 들어 산소 가스를 이용하고, 제어용 가스는, 산소 함유 가스와 동일한 가스여도 되고, 질소 가스와 같은 불활성 가스여도 된다.

본 발명에 사용하는 상취 랜스에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같은 상취 랜스의 노즐 (취련용 주공 (3)) 내에 있어서, 주류의 진행 방향에 대하여, 다른 방향으로부터 제어 가스를 주류에 충돌시킴으로써, 주류의 유로를 변경하고, 유속을 제어하는 것이다. 본래 주류가 흐르는 유로는 노즐의 단면 전체이지만, 제어 가스를 도입한 경우에는 주류가 제어 가스류를 피해 흐르기 때문에, 주류의 유로 단면적이 제한되게 된다.

그 원리는, 유체 현상을 이용한 소자의 하나인 유체 소자를 이용한 것이다. 유체 소자란, 분류와 측벽의 간섭 효과, 분류와 분류의 충돌 효과, 소용돌이에 의해 발생하는 유체 현상, 분류 자체의 유속 변동에 의한 효과에 의해 얻어지는 기능을 이용하는 소자의 총칭으로서, 유체 역학의 분야에서 연구되고 있다. 예를 들어, 분류의 유로의 출구 부근에, 분류와 직각 방향으로 제어용 유체의 공급구를 배치한 형태를 취한다. 제어용 유체의 공급구로부터 분류에 유체를 도입하면, 제어용 유체에 의해 분류가 축류되어, 분류의 일부의 단면적이 작아져, 직선상의 유로 (스트레이트 노즐) 여도 라발 노즐의 유로인 것과 같은 거동을 나타낸다. 이로써, 취련용 주공 (3) 의 출구 (31) 에서, 취련용 주공 (3) 으로부터의 분사 가스 (메인의 산소 함유 가스와 제어용 가스의 혼합 가스) 의 유속이 상승한다. 유체 소자는 기계적 가동부를 필요로 하지 않는 점에 이점이 있다. 또한, 도 1 에 나타내는 바와 같이 취련용 주공에 수축부 (32) 를 형성하여 라발 노즐로 하는 경우에는, 개구부 (41) 를 수축부 (32) 근방에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 취련용 주공 (3) 을 관경이 일정한 원통상의 스트레이트 노즐로 하는 경우에는, 개구부 (41) 는, 취련용 주공 (3) 의 출구 (31) 로부터, 관경의 0.5 ∼ 2.5 배만큼 깊어진 내벽에 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용하는 제어용 가스 공급로 (4) 의 개구부 (41) 형상은, 취련용 주공 (3) 의 내벽면을 평면으로 전개했을 때에, 원형의 환공이나 타원형의 타원공, 다각형의 다각형 구멍, 전체 둘레 슬릿, 부분 슬릿 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 제어용 가스 공급로 (4) 의 개구부 (41) 는, 원주 방향으로 대략 등간격으로 형성하거나, 또는, 슬릿상으로 하는 것이 바람직하다. 취련용 주공 (3) 의 내벽면의 원주 방향 길이 중, 제어용 가스 공급로 (4) 의 개구부 (41) 가 차지하는 합계 길이가 25 ％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기의 「원주 방향으로 대략 등간격」 이란, 각각의 인접하는 개구부 (41) 끼리의 원주 방향 중심 위치의 거리 S 가, 모든 인접하는 개구부 (41) 끼리의 원주 방향 중심 위치의 거리의 평균치 S_AVE 에 대하여 ±20 ％ 이내에 들어가 있다는 의미이다. 상기 개구부 (41) 가 차지하는 합계 길이가 25 ％ 미만인 경우에는, 주류의 산소 함유 가스의 축류 효과가 작아, 분사 가스의 유속 상승 효과가 충분하지 않게 될 우려가 있다.

도 2 는, 상기 상취 랜스 (1) 를 사용하여, 본 발명에 관련된 용철의 탈인 방법을 실시하는 개념을 나타내는 전로의 단면도이다. 전로형 용기 (5) 내에, 용철 (6) 과 슬래그 (7) 가 장입되어 있고, 취련 중에는, 저취 우구 (11) 로부터 교반용의 가스를 불어넣으면서, 상취 랜스 (1) 로부터 산소 함유 가스를 상취 분류 (8) 로서 분무한다. 상취 랜스 (1) 에는, 취련용 주공 (3) 에 메인 가스를 공급하기 위한 메인 가스 배관 (9) 과 제어용 가스 공급로 (4) 를 통하여 취련용 주공 (3) 내의 개구부 (41) 로부터 제어용 가스를 공급하기 위한 제어용 가스 배관 (10) 을 가지고 있다. 취련 중에는, 슬래그 (7) 는 포밍하고 있다.

본 발명에서는, 슬래그 (7) 의 포밍 높이, 요컨대, 슬래그의 두께를 판정하고, 상취 랜스 (1) 의 용철 상면으로부터 랜스 선단까지의 거리 (랜스 높이) 를 바꾸지 않고, 상기 제어용 가스의 유량 또는 공급 압력을 제어하여, 상취 분류 (8) 의 분사 유속을 적절한 범위로 하고, 상취 분류 (8) 가 슬래그층을 관통하여 용철에 접촉함으로써 효율적으로 용철을 탈인 처리하는 것이다.

여기서, 포밍한 슬래그 (7) 의 높이 (H_S0) 의 측정에는, 마이크로파 레벨계를 사용할 수 있다. 또한, 용철 (6) 의 높이 (H_M0) 는 서브 랜스에 의해 측정할 수 있다. 그리고, 슬래그 두께 (D_S) 는, 측정한 포밍 슬래그의 높이 (H_S0) 로부터 용철 높이 (H_M0) 를 뺀 값을 채용한다. 취련시에는, 탈인제의 첨가에 의해, 동적으로 슬래그 두께 (D_S) 가 바뀌는데, 수시 슬래그의 상면 높이 (H_S) 를 측정하는 방법이나, 물질 수지 및 사전에 파악한 슬래그의 부피 밀도에 의해 슬래그 두께 (D_S) 를 추정하는 방법을 채용할 수 있다.

본 발명의 제 1 실시형태에서는, 취련시에 용철 상에 있는 슬래그의 임의의 상면 위치를, 예를 들어 마이크로파 레벨계에 의해 연속적으로, 또는, 간헐적으로 측정한다 (상면 위치 측정 스텝). 이어서, 서브 랜스 프로브를 이용하여 측정한 용철 상면 위치와, 후술하는 상취 랜스로부터의 산소 함유 가스의 분사에 의한 슬래그 상면 패임 깊이를 갖는 표면 형상을, 수치 계산이나 실험에 의해 구해 두고, 앞서 실측한 슬래그 상면 위치를 사용하여 평균한 슬래그 상면 위치와의 차를 슬래그 두께로서 산출한다 (슬래그 상면 편차 산출 스텝). 얻어진 슬래그 두께를 사용하여, 상취 랜스의 높이를 바꾸지 않고, 취련용 주공 내의 제어용 가스의 압력이나 유량을 제어함으로써 산소 함유 가스의 분사 조건을 바람직한 범위로 조정하고, 상기 이상적인 표면 형상으로 한다 (분사 조건 조정 스텝).

취련 중의 표면 패임 깊이 (L_S) 는, 예를 들어, 하기의 수식 (2) 에 수식 (3) 을 조합하여 계산할 수 있다. 표면 패임은 상취 분류 (8) 에 의해, 슬래그나 용철이 밀려 나뉘어 형성되는 것이다. 상취 분류 (8) 가 슬래그 (7) 를 관통할 때까지는, 슬래그의 패임으로서 형성한다. 한편, 상취 분류 (8) 가 슬래그 (7) 를 관통한 후에는, 용철의 패임으로서 형성한다.

L_S = L_h·exp(-0.78 h/L_h)···(2)

L_h = 63 × (ρ_S/ρ_M)^-1/3 × (F_O2/n/d_t)^2/3··· (3)

여기서, L_S : 산소 제트에 의한 패임 깊이로서, 정련 개시 전의 슬래그 상면으로부터 표면 패임의 바닥까지의 수직 거리로 한다 (m),

h : 랜스 선단으로부터 정련 개시 전의 슬래그 상면까지의 수직 거리 (m),

L_h : h = 0 일 때의 표면 패임 깊이 (m),

ρ_S : 포밍 슬래그의 부피 밀도 (예를 들어, 200 ㎏/㎥),

ρ_M : 용철 (용선) 의 밀도 (예를 들어, 6900 ㎏/㎥),

F_O2 : 상취 총산소 유량 (메인 가스 유량과 제어용 가스 유량의 합) (N㎥/h),

n : 상취 랜스 (1) 의 노즐공 수 (-),

d_t : 상취 랜스 (1) 의 노즐 스로트 (취련용 주공 수축부 (32)) 직경 (m)

을 나타낸다.

수식 (2) 에 있어서의 표면 패임 깊이 (L_S) 가, 슬래그의 두께 (D_S) 이상이면, 상취 분류 (8) 는, 슬래그 (7) 를 관통하여, 용철 (6) 에 도달해 있는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 표면 패임 깊이 (L_S) 의 산출 방법에 관해서는, 그 외에 일본 공개특허공보 2015-101734호에서 보고되어 있는 이하의 수식 (4) 등 여러 가지 존재하고, 그것들 식 중으로부터 사용하는 상황에 적합한 것을 선택하여 사용하는 것으로 한다.

Vd_t = 0.73(L_S ＋ h)L_S ^1/2 ···(4)

단, V : 노즐 선단에서의 분사 속도의 연직 성분 (m/s)

본 실시형태에서는, 예를 들어, 상기 수식 (2) 에 의해, 취련 중의 표면 패임 깊이 (L_S) 를 산출하는 데에 있어서, 먼저, 슬래그의 임의의 상면 위치 측정점 (12) 을 마이크로파 레벨계 등으로 계측한다. 그리고, 처리 전에 측정한 용철 높이 (H_M0) 나, 취련 중에 측정한 슬래그 높이 (H_S0), 상취 랜스의 선단 높이 (H_L), 물질 수지로부터 구한 슬래그량, 슬래그 조성과 온도, 및 상기 서술한 조성, 온도, 슬래그량으로부터 추량되는 슬래그의 부피 밀도 등의 조업 조건으로부터, 슬래그 두께 (D_S) 의 산출에 더하여, 상취 랜스로부터 분출되는 산소 함유 가스에 의한 슬래그 상면의 패임 깊이 (L_S) 를 산출하고, 산출 결과로서, 슬래그 상면의 패임 깊이 (L_S) 가 슬래그 두께 (D_S) 의 110 ％ 를 초과하고 있는 경우에는, 상취 랜스로부터 분사하는 산소 함유 가스의 메인 가스와 제어용 가스의 압력 비나 유량 비를 조정하고, 상기 수식 (2) 및 (3) 에 의해 산출되는 슬래그 상면 패임 깊이 (L_S) 가 슬래그층을 관통하여 용철에 이르는 값 이상, 또한, 슬래그를 관통한 산소 함유 가스에 의한 용철의 패임 깊이 (L_M) 가 슬래그의 두께의 10 ％ 를 초과하지 않도록 조정한다. 여기서, 상기 수식 (3) 중의 상취 랜스 (1) 의 노즐 스로트 직경 (d_t) 는, 제어용 가스에 의해 제한된, 취련용 주공 수축부 (32) 의 겉보기의 원 상당 직경으로 한다. 또한, L_S ＞ D_S 일 때, L_M = L_S - D_S 로 계산한다.

본 발명의 제 2 실시형태에서는, 먼저, 사전에 용철 상면 위치 및 슬래그 상면 위치를, 앞선 방법 등으로 측정한 후에, 초기의 슬래그 두께를 산출한다 (슬래그 두께 산출 스텝). 다음으로, 취련시의 표면 높이의 변화를 μ 파 레벨계 등을 이용하여 계측함과 동시에 취련 중의 물질 수지, 예를 들어, 조업 인자인 탈인용 플럭스의 불어 넣음량이나 배기 가스 분석치 등으로부터 산출되는 산화철의 발생량을 파악하고, 슬래그의 겉보기의 부피 비중을 산출하고, 더스트 발생 등에 의한 마이크로파 레벨계에 의한 슬래그 레벨 검지가 곤란한 때의 백업으로 한다 (슬래그 두께 변동 산출 스텝). 그리고, 얻어진 초기 슬래그 두께와 동적 슬래그 두께의 변동을 이용하여, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 상취 랜스로부터 분사하는 산소 함유 가스의 노즐 선단에서의 분사 속도의 연직 성분 V 가 슬래그층을 관통하여 용철에 이르는 값 이상, 또한, 슬래그를 관통한 산소 함유 가스에 의한 용철의 패임 깊이 (L_M) 가 슬래그의 두께의 10 ％ 를 초과하지 않도록 조정한다 (분사 조건 조정 스텝).

본 발명에서는, 상취 랜스로부터 분사된 산소 함유 가스가 용철 상의 슬래그를 관통하여, 용철 상면에 이르러 있는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상취 산소 분류가 슬래그를 관통하여 용철과 접촉함으로써, 분류의 접촉 지점, 요컨대, 슬래그-메탈 계면에서, 산화철 (FeO) 이 생성되어, 반응식 (1) 의 탈인 반응이 촉진된다. 전술한 바와 같이, 상저취 전로에서 탈인 처리하는 경우에는, 산소 함유 가스의 분류가 슬래그를 관통하지 않는 조건에서 취련을 실시하면, 산소가 슬래그-메탈 계면에 도달하지 않고, 용철의 탈인 반응에 기여하지 않는 산화철 (FeO) 만이 과잉으로 슬래그 중에 축적하여, 탈인 효율이 저위가 될 뿐만 아니라, 슬로핑의 요인이 되기도 하기 때문이다. 한편으로, 상취 산소 분류를, 슬래그를 관통하는 데에 필요한 강도 이상으로 강하게 하면, 용철면으로부터 흡수된 산소가 산화철 (FeO) 을 형성하고, 상취 산소 분류에서 용철면이 교반됨으로써, 이 산화철은 탈탄 반응에 소비되게 되어, 탈인 산소 효율이 저하하게 될 우려가 있다. 그 때문에, 상취 산소 분류에 의한 표면 패임 깊이 (L_S) 는, 정확히 슬래그를 관통할 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 슬래그를 관통한 산소 함유 가스에 의한 용철의 패임 깊이 (L_M) 가 슬래그 두께의 10 ％ 미만인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 수식 (2) 나 (3) 의 요소 중, 랜스 높이에 관련된 h 나 총산소 유량 F_O2 를 바꾸지 않고, 노즐의 형상 인자 d_t 를 제어하는 것을 알아냈다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도 1 에 나타내는 형상의 상취 랜스 (1) 를 이용하여, 취련용 주공 (3) 의 수축부 (32) 에 형성한 개구부 (41) 로부터, 제어용 가스를 불어넣음으로써, 상기 서술한 유체 소자를 구성하고, 겉보기의 취련용 주공 (3) 의 수축부 (32) 형상을 다이내믹하게 변경하는 것을 실현하고 있다. 또한, 메인 가스 공급 압력 P_m 과 제어용 가스 공급 압력 P_a 의 비 및 노즐 스로트부의 겉보기의 원 상당 직경 d_t 의 관계는 하기 수식 (5) 로 나타내는 것을 실험적으로 구하고 있다.

d_t = d_t0 (-0.09(P_a/P_m) ＋ 1)···(5)

단, d_t0 : 개구부 위치의 취련용 주공의 직경 (㎜),

P_a : 제어 가스 공급 압력 (게이지압),

P_m : 메인 가스 공급 압력 (게이지압)

을 나타낸다.

또한, 실제로 압력을 제어할 때의 조작 인자는 유량이다. 수식 (5) 를 유량에 관해서 정리하면 이하의 수식 (5') 가 된다.

d_t = d_t0(-0.09(A_m0·Q_a)/(A_aQ_m) ＋ 1)···(5')

단, Q_a : 제어 가스 유량,

Q_m : 메인 가스 유량,

A_m0 : 개구부 위치의 취련용 주공 단면적 (㎟),

A_a : 제어용 가스 공급을 위한 개구부 단면적 (㎟)

을 나타낸다.

상기 수식 (5) (5') 로부터 알 수 있는 바와 같이 압력 비에서의 제어와 유량 비에서의 제어는 등가이며, 본 발명을 실시할 때에는 압력 비로 제어해도 되고, 유량 비로 제어해도 된다.

본 실시형태에서는, 제어 가스 공급 압력과 메인 가스 공급 압력의 비 : P_a/P_m, 또는, 제어용 가스 유량과 메인 가스 유량의 비 : Q_a/Q_m 를 조작하여 노즐 스로트부 겉보기의 원 상당 직경 d_t 를 변동시키는 것을 실현하고 있다. 그 결과, 랜스 높이에 관련된 h 를 일정으로 한 채로, 총산소 유량 F_O2 를 바꾸지 않고, 표면 패임 깊이 (L_S) 를 제어할 수 있다. 요컨대, 화점 면적을 줄이지 않고 표면 패임 깊이 (L_S) 를 제어하여, 상취 산소 분류 (8) 가 슬래그 (7) 를 관통하는 것을 실현할 수 있는 것이다.

실시예

＜실시예 1＞

본 발명의 용철의 탈인 방법에 의해, 효율적으로 탈인 처리를 실시하는 제 1 실시형태의 일례로서 상저취 전로를 이용하고, 용선에 상취 랜스를 이용하여 산소를 분사하여 용선 중의 인을 제거하는 전로 탈인 처리 실기 시험을 실시하였다. 용선량 283.8 톤, 스크랩 36.2 톤, 저취 가스 유량 2400 N㎥/h, 상취 랜스의 취련용 주공의 수 5 공, 출구 직경 0.071 m, 스로트 직경 0.071 m, 개구부 형상은 열림 폭 5.4 ㎜ 의 전체 둘레 슬릿상, 처리 전 P 농도는 0.125 mass％ 였다. 노구로부터 마이크로파 레벨계에 의해, 중심으로부터 2/3 반경 위치의 슬래그 상면 위치의 높이를 측정하였다. 취련 개시 전의 용철 높이 (H_M0) 는, 사전에 서브 랜스에 의해 측정하였다. 취련 중에는, 탈인 플럭스를 용선당 10 ㎏/t 불어넣었다. 이것은 슬래그의 총량을 10 ％ 증가시키는 것에 상당한다.

처리 전에 측정한 용철 높이 (H_M0) 와, 마이크로파 레벨계를 이용하여 측정한 슬래그 높이 (H_S0) 로부터 구한, 초기의 슬래그 두께 (D_S) 는 3.40 m 였다.

수식 (2) 및 (3) 을 기초로, 표면 패임 깊이 (L_S) 가 3.45 m 가 되도록, 랜스 높이 및 송산량을 조정하여 탈인 취련을 개시하였다. 여기서, 표면 패임 깊이 (L_S) 와 슬래그 두께 (D_S) 의 비 L_S/D_S × 100 = 101.5 ％ 와 상취 분류가 용철에 접촉하고 있는 조건으로 되어 있다.

탈인 취련 중에 마이크로파 레벨계를 이용하여 연속적으로 슬래그 상면 높이를 측정하고, 10 초간의 평균을, 슬래그 표면 높이의 대표치로 하였다. 취련 중에는 탈인 플럭스의 불어 넣음에 의해, 슬래그량이 증량하고, 슬래그 표면 높이가 증가하였다.

상취 분류가 슬래그를 관통하도록 하기 위해서, 수식 (5) 에 따라, 제어용 가스의 압력 비를 0.00 으로부터 0.50 으로 증가시킨 결과, 용철 표면으로부터의 슬래그 표면까지의 거리, 슬래그층의 두께 (D_S) 에 대한 표면 패임 깊이 (L_S) 의 비 L_S/D_S 가 101.5 ％ 가 되어 동등으로 할 수 있었다.

본 발명 법으로서, 취련의 초기부터 종료까지 L_S/D_S × 100 = 101.5 ％ 를 유지하도록 제어용 가스 비를 조정하여 취련한 경우에는, 초기 용철의 P 농도 [mass％] 와 취련 종료 후의 용철의 P 농도 [mass％] 의 차인 탈인량 ΔP 가 0.115 mass％ 였다.

한편, 슬래그량의 증량에 수반하여, 상취 분류가 용철에 도달하지 않는 조건으로 취련한 경우에는, 동일한 총송산량이어도, 탈인량 ΔP 가 0.068 mass％ 에 머물렀다.

＜실시예 2＞

본 발명의 용철의 탈인 방법에 의해, 효율적으로 탈인 처리를 실시하는 제 2 실시형태의 일례로서 상저취 전로를 이용하고, 용선에 상취 랜스를 이용하여 산소를 분사하여 용선 중의 인을 제거하는 전로 탈인 처리 실기 시험을 실시하였다. 용선량 283.8 톤, 스크랩 36.2 톤, 저취 가스 유량 2400 N㎥/h, 상취 랜스의 취련용 주공의 수 5, 출구 직경 0.071 m, 스로트 직경 0.071 m, 개구부 형상은 열림 폭 5.4 ㎜ 의 전체 둘레 슬릿상, 처리 전 P 농도 0.120 ∼ 0.125 mass％ 였다.

실기 탈인 노에 있어서, 제어용 가스의 공급 압력과 메인 가스 공급 압력의 비를 제어하여, 표면 패임 깊이 (L_S) 를 수식 (2) 로 산출하고, 다른 한편, 조업 조건, 예를 들어 초기 슬래그량이나 탈인 플럭스 불어넣음량, 슬래그 조성이나 슬래그 온도로부터 구해지는 슬래그의 부피 밀도 등으로부터 동적인 슬래그 높이 (D_S) 를 산출하고, 상취 분류의 슬래그 관통 유무를 관리하면서 조업을 실시한 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 표면 패임 깊이 (L_S) 및 슬래그 높이 (D_S) 는, 취련 종료시의 값을 나타낸다.

또한 표 1 에 있어서의 탈인량 ΔP [mass％] 는, 실시예 1 과 동일하다.

표 1 에 있어서, 처리 No. 1 ∼ 5 는, 모두, 수식 (2) 에서 산출한 표면 패임 깊이 (L_S) 가, 실측치로부터 산출한 슬래그 두께 (D_S) 보다 커지도록, 제어용 가스 압력을 조정하면서 취련하였다. 한편, 처리 No. 6 ∼ 8 은 제어용 가스를 공급하고 있지 않다. 처리 No. 6 은 표면 패임 깊이 (L_S) 및 슬래그 두께 (D_S) 는 처리 No. 1 과 동일해지도록 랜스 높이를 줄임으로써 대응하였다. 처리 No. 7 및 8 은 어느 쪽도 수식 (2) 로 산출한 표면 패임 깊이 (L_S) 가, 실측치로부터 산출한 슬래그 두께 (D_S) 보다 작아지는 조건으로 취련하였다.

상취 산소 분류가 슬래그를 관통하도록 제어하고 있는 처리 No. 1 ∼ 5 는, 상취 산소 분류가 슬래그를 관통하지 않도록 제어하고 있던 처리 No. 7 및 8 과 비교하여 탈인량 ΔP 가 고위이며, 상취 산소 분류가 슬래그를 관통하는 것이 상저취 전로에 있어서의 탈인 반응의 촉진에 있어서 중요하다는 것을 알 수 있다.

또한, 슬래그 두께 (D_S) 에 대한 표면 패임 깊이 (L_S) 가 동일한 정도인 처리 No. 1 및 6 을 비교하면, 처리 No. 1 쪽이 탈인량 ΔP 가 고위이다. 이것은, 취련용 주공 내에 제어 가스를 공급하고, 랜스 높이를 줄이지 않고 화점 면적을 유지한 채로 표면 패임 깊이 (L_S) 를 제어한 것에 의한 것으로 생각된다. 또한, 슬래그 두께 (D_S) 에 대한 표면 패임 깊이 (L_S) 가 슬래그 두께 (D_S) 의 10 ％ 보다 작은 조건, 요컨대, 용철 패임 깊이 (L_M) 가 슬래그 두께 (D_S) 의 10 ％ 미만인 No. 1, 3 및 4 에서는 처리 No. 6 을 기준으로 하여 비교했을 때의 탈인량이 우위가 되어 있고, 한편으로 용철 패임 깊이 (L_M) 가 슬래그 두께의 10 ％ 이상인 처리 No. 2 및 5 는 처리 No. 6 과 동일한 정도이거나, 뒤떨어져 있다. 따라서, 표면 패임을 과잉으로 깊게 하는 것은 탈인 반응의 촉진 효과를 감쇄하게 할 우려가 있는 것을 나타내고 있다.

＜실시예 3＞

실시예 2 와 동일한 장치를 이용하여, 상취 랜스에 공급하는 제어용 가스와 메인 가스의 유량 비 Q_a/Q_m 를 변경하여 조업을 실시한 결과를 표 2 에 나타낸다. 용선량 283.8 톤, 스크랩 36.2 톤, 저취 가스 유량 2400 N㎥/h, 상취 랜스의 취련용 주공의 수 5, 출구 직경 0.071 m, 스로트 직경 0.071 m, 개구부 형상은 열림 폭 5.4 ㎜ 의 전체 둘레 슬릿상, 처리 전 P 농도 0.120 ∼ 0.125 mass％ 였다. 실기 탈인 노에 있어서, 제어용 가스의 공급 유량과 메인 가스 공급 유량의 비를 제어하여, 표면 패임 깊이 (L_S) 를 수식 (2) 및 (5') 로 산출하고, 다른 한편, 조업 조건, 예를 들어 초기 슬래그량이나 탈인 플럭스 불어넣음량, 슬래그 조성이나 슬래그 온도로부터 구해지는 슬래그의 부피 밀도 등으로부터 동적인 슬래그 높이 (D_S) 를 산출하고, 상취 분류의 슬래그 관통 유무를 관리하면서 조업을 실시한 결과를 표 2 에 나타낸다. 표 2 에 나타내는 표면 패임 깊이 (L_S) 및 슬래그 높이 (D_S) 는, 취련 종료시의 값을 나타낸다.

표 2 에 있어서, 처리 No. 9 ∼ 11 은, 모두, 수식 (2) 로 산출한 표면 패임 깊이 (L_S) 가, 실측치로부터 산출한 슬래그 두께 (D_S) 보다 커지도록, 제어용 가스 유량을 조정하면서 취련하였다. 한편, 처리 No. 12 는 제어용 가스의 공급량을 줄여, 표면 패임 깊이 (L_S) 를 슬래그 두께 (D_S) 이하가 되도록 취련하였다.

상취 산소 분류가 슬래그를 관통하도록 제어하고 있는 처리 No. 9 ∼ 11 은, 상취 산소 분류가 슬래그를 관통하지 않도록 제어하고 있던 처리 No. 12 와 비교하여 탈인량 ΔP 가 고위이며, 실시예 2 와 동일한 경향이 되었다.

산업상 이용가능성

본 발명은 상기 실시예의 범위에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 용철로는, 용선에 한정되지 않고, 망간 용철이나 크롬 용철 등의 합금 용철에도 적용 가능하다.

1 ; 상취 랜스
2 ; 냉각수 순환로
3 ; 취련용 주공
31 ; 취련용 주공 출구
32 ; 취련용 주공 수축부
33 ; 취련용 주공 입구
34 ; 저기조
4 ; 제어용 가스 공급로
41 ; 개구부
5 ; 전로형 용기
6 ; 용철
7 ; 슬래그
8 ; 상취 분류
9 ; 메인 가스 배관
10 ; 제어용 가스 배관
11 ; 저취 우구
12 ; 슬래그 상면 위치 측정점

Claims (6)

1. 용철과 슬래그가 장입된 상저취 전로를 이용하여, 상취 랜스로부터 산소 함유 가스를 분무하여 탈인 처리하는 데에 있어서,
   상기 상취 랜스의 외각을 관통하여 배치된 1 개 이상의 취련용 주공의 입구로부터 메인 가스로서 상기 산소 함유 가스를 공급하고,
   상기 취련용 주공의 내벽면에 배치된 개구부로부터, 제어용 가스 공급로를 통하여, 상기 취련용 주공의 축심을 향하여 제어용 가스를 공급하는 용철의 탈인 처리 방법으로서,
   사전에 용철 상면 위치를 측정한 후에, 상기 용철 상에 있는 슬래그의 임의의 상면 위치를 연속적 혹은 간헐적으로 측정하는 슬래그 상면 위치 측정 스텝과,
   측정된 용철 및 슬래그의 상면 위치의 차인 슬래그 두께를 산출하는 슬래그 상면 편차 산출 스텝과,
   얻어진 슬래그 두께를 사용하여, 상기 상취 랜스로부터 분사하는 상기 산소 함유 가스의 분사 조건을 바람직한 범위로 조정하는 분사 조건 조정 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 용철의 탈인 방법.
2. 용철과 슬래그가 장입된 상저취 전로를 이용하여, 상취 랜스로부터 산소 함유 가스를 분무하여 탈인 처리하는 데에 있어서,
   상기 상취 랜스의 외각을 관통하여 배치된 1 개 이상의 취련용 주공의 입구로부터 메인 가스로서 상기 산소 함유 가스를 공급하고,
   상기 취련용 주공의 내벽면에 배치된 개구부로부터, 제어용 가스 공급로를 통하여, 상기 취련용 주공의 축심을 향하여 제어용 가스를 공급하는 용철의 탈인 처리 방법으로서,
   사전에 용철 상면 위치 및 슬래그 상면 위치를 측정한 후에, 슬래그 두께를 산출하는 초기 슬래그 두께 산출 스텝과,
   슬래그 상면 위치를 취련시에 연속적으로 측정하여 슬래그 두께의 변동을 산출하는 슬래그 두께 변동 산출 스텝과,
   얻어진 초기 슬래그 두께와 슬래그 두께의 변동을 사용하여, 상기 상취 랜스로부터 분사하는 상기 산소 함유 가스의 분사 조건을 바람직한 범위로 조정하는 분사 조건 조정 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 용철의 탈인 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 상취 랜스로부터 분사된 상기 산소 함유 가스가 용철 상의 슬래그를 관통하여, 용철 상면에 이르러 있는 것을 특징으로 하는 용철의 탈인 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 슬래그를 관통한 상기 산소 함유 가스에 의한 상기 용철의 패임 깊이가 상기 슬래그의 두께의 10 ％ 미만인 것을 특징으로 하는 용철의 탈인 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상취 랜스의 분사 조건의 조정이 제어용 가스 공급 압력과 메인 가스 공급 압력의 비의 조정인 것을 특징으로 하는 용철의 탈인 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 상취 랜스의 분사 조건의 조정이 제어용 가스 유량과 메인 가스 유량의 비의 조정인 것을 특징으로 하는 용철의 탈인 방법.

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