KR101246197B1 - 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이송가스에 의해 이송될 수 있는 크기로 가탄재를 준비하는 단계, 래들 퍼니스 내부로 주입관을 배치시키는 단계 및 상기 주입관에 산소(O2)와 질소(N2) 성분이 배제된 이송가스를 주입하여 상기 가탄재를 이송시키는 단계를 포함하는 래들 퍼니스에서 가탄재를 공급하는 방법에 관한 것이다.

Description

래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법{METHOD FOR SUPPLYING CARBON ADDITIVE IN LADLE FURNACE}
본 발명은 전기로 정련을 마친 용강의 미세 성분 조정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주입관을 래들 퍼니스 내부의 용강에 침지시키고 비활성가스를 주입하여 가탄재를 공급하는 방법에 관한 것이다.
전기로에서 스크랩의 용융과 일차 정련 작업이 이루어진 후, 출강되어 나온 용강 성분의 미세조정과 탈황작업을 하는 기구를 LF(Ladle Furnace; 래들 퍼니스)라고 한다. LF에서는 부원료를 첨가하고 Ar 버블링(bubbling) 한 후, 아크 가열하여 탈산, 탈황에 적당하도록 용강 성분을 조정하는 이차 정련이 이루어진다.
부원료는 조제재, 탄류, 합금철 등이 있다. 조제재는 생석회(CaO), 경소돌로마이트(CaO+MgO), 석회석(CaCO3) 등이 사용된다. 탄류는 가공분탄(Cokes), 충분탄, 소괴탄 등이 사용된다. 합금철은 Fe-Si화합물, Si-Mn화합물, Fe-Mn화합물, Al 등이 주로 사용된다. 부원료는 수득하고자 하는 용강 조성에 따라 선택적으로 첨가된다.
본 발명의 목적은 용강의 미세 성분 조정에 있어서, 주입관을 래들 퍼니스 내부의 용강에 침지시키고 비활성가스를 주입하여 가탄재를 공급함으로써, 가탄재가 슬래그층과 반응하는 것을 방지함과 동시에 가탄재 공급 후 용강 중의 불필요한 가스의 함량을 줄여 강의 청정도를 증가시킬 수 있는 래들 퍼니스에서 가탄재를 공급하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법은 이송가스에 의해 이송될 수 있는 크기로 가탄재를 준비하는 단계, 래들 퍼니스 내부로 주입관을 배치시키는 단계 및 상기 주입관에 산소(O2)와 질소(N2) 성분이 배제된 이송가스를 주입하여 상기 가탄재를 이송시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 주입관을 배치시키는 단계는, 상기 주입관을 상기 래들 퍼니스 내부에 수용된 용강의 표면에 형성된 슬래그층을 통과시켜, 상기 주입관의 배출구를 용강 내부에 침지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이송가스는 아르곤(Ar)가스인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가탄재는 0.6 mm 이하의 입도 크기의 입자가 전체 중량을 기준으로 25 ∼ 35 wt% 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법에 의하면, 용강의 미세 성분 조정에 있어서, 주입관을 래들 퍼니스 내부의 용강에 침지시키고 비활성가스를 주입하여 가탄재를 공급함으로써, 가탄재가 슬래그층과 반응하는 것을 방지함과 동시에 가탄재 공급 후 용강 중의 불필요한 가스의 함량을 줄여 강의 청정도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 래들 퍼니스의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법에 대하여 첨부한 도면 및 사진을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명과 관련된 래들 퍼니스의 단면도이다.
본 도면을 참조하면, 래들 퍼니스(100; LF)는, 용강(M)을 수강하기 위한 내부 공간을 갖는 래들(101)과, 래들(101) 하단에 형성된 가스공급관(125)과, 래들(101)을 개폐시킬 수 있는 덮개(105), 및 아크열을 발생시켜 용강 또는 래들(101)을 승온 시키기 위한 아크(Arc) 전극(130)을 포함한다.
또한, 가탄재(113)의 이동로가 되는 주입관(110)이 배치되고, 주입관(110)의 일측에 가탄재(113)와, 이송가스(111)가 더 배치된다.
래들 퍼니스(100)는 전기로에서 용융된 용강(M)을 수강 받게 된다. 래들 퍼니스(100)에서는 용강(M)의 미세 성분 조정이 이루어진다. 상세하게는 래들 퍼니스(100)에서 래들(101)에 수강된 용강(M)에 부원료를 투입시킴으로써, 용강(M) 중의 황(S), 탄(C), 인(P), 산(O) 등의 성분을 수득하고자 하는 용강(M)의 조성에 적합하도록 조정한다. 전기로를 사용한 주철 용융 작업에서는 주재료에 다량의 강 스크랩을 사용하기 때문에 용강 중의 탄소 성분이 부족하게 될 수 있다. 이때, 용강의 탄소 성분의 부족을 보충할 목적으로 부원료로서 가탄재(113)를 공급시키게 된다. 부원료는 조정하고자 하는 성분에 따라 각기 다른 부원료가 공급된다. 부원료는 용강 중의 해당 성분과 반응하여 슬래그를 형성시킨다. 슬래그는 주로 용강보다 밀도가 낮아 용강 상단에 부유되며, 슬래그의 양이 많아지면서 슬래그층(107)을 형성시킨다.
가스공급관(125)은 가스저장기(120)와 래들(101)을 연결시킨다. 가스저장기(120)는 가스공급관(125)을 통하여 아르곤(Ar)가스를 래들(101) 내부로 주입시킨다. 아르곤(Ar)가스는 래들(101) 하부에서 용강 속으로 주입되면서 버블링 현상을 발생시킨다. 아르곤(Ar)가스 버블링(bubbling)은 용강을 교반시키고 동시에 용강을 정련시킬 수 있다.
래들 덮개(105)는 래들(101) 또는 용강을 승온시키기 위한 아크열 발생 시, 열의 손실을 방지하여 승온의 효율을 높이기 위하여 개폐가 가능하도록 형성된다. 또한, 아크(Arc) 전극(130)은 래들 덮개(105)에 형성되어 아크열을 발생시켜 용강 또는 래들(101)을 승온 시킨다.
주입관(110)은 가탄재(113)의 이동로로서 속이 빈 관으로 형성된다. 주입관(110)은 래들 덮개(105)를 관통하여 배치된다. 주입관(110)은 래들(101) 내부에 수용된 용강의 표면에 형성된 슬래그층(107)을 통과하여 배출구(119)가 용강에 침지되도록 형성되어 가탄재(113)를 외부로부터 용강으로 직접 공급함으로써, 가탄재(113)가 외부로 비산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가탄재(113)가 공기 또는 슬래그층(107)의 일부 성분과 반응하는 것을 방지할 수 있다.
가탄재(113)는 분탄을 취정하여 형성시킬 수 있다. 가탄재(113)는 탄소를 주성분으로 하고, 용강 중의 탄소 함량을 증가시켜 강재의 강도를 조절하고 래들(101) 또는 용강의 열량을 높이는 역할을 한다. 가탄재(113)는 주입관(110)을 통과하여 래들(101) 내부의 용강에 공급된다.
이송가스(111)는 산소(O2)와 질소(N2) 성분이 배제된 가스가 사용된다. 이송가스(111)는 비활성가스가 사용될 수 있는데, 구체적으로 아르곤(Ar)가스가 사용될 수 있다. 아르곤(Ar)가스는 열역학적으로 매우 안정하여, 용강의 성분들과 반응하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 래들 퍼니스(100)에서 가탄재(113)의 공급 방법을 도시한 순서도이다.
본 순서도에 따르면, 가탄재(113)의 공급은 이송가스(111)에 의해 이송될 수 있는 크기로 가탄재(113)를 준비하는 단계(S1), 래들 퍼니스(100) 내부로 주입관(110)을 배치시키는 단계(S2), 및 주입관(110)에 산소(O2)와 질소(N2) 성분이 배제된 이송가스(111)를 주입하여 상기 가탄재(113)를 이송시키는 단계(S3)를 포함한다.
가탄재(113)를 준비하는 단계(S1)는 분탄을 취정하여 가탄재(113)를 형성시키는 단계를 포함한다. 가탄재(113)는 탄소를 주성분으로 하며, 용강 중의 탄소 함량을 증가시켜 강재의 강도를 조절하고 래들(101) 또는 용강의 열량을 높인다. 일반적으로 강재는 탄소 함량이 높을수록 경도가 높고 ,탄소 함량이 낮을수록 가공성이 좋아지는 특성이 있다. 가탄재(113)는 0.6 mm 이하의 입도 크기의 입자가 전체 중량을 기준으로 25 ∼ 35 wt% 포함되는 것을 특징으로 한다. 래들(101)에서 용강으로 공급되는 가탄재(113) 중 0.6 mm 이하의 입도 크기의 입자가 전체 중량을 기준으로 25 wt% 미만으로 포함되면, 가탄재(113) 제조 공정에서 발생 된 미분이 집진기로 빠져나가 가탄재(113)가 손실될 수 있고, 공정 중 미분이 비산되어 작업 환경을 저하시킬 수 있다. 가탄재(113) 중 0.6 mm 이하의 입도 크기의 입자가 전체 중량을 기준으로 35 wt% 초과되면, 가탄재(113)의 표면적이 낮아져 가탄재(113)가 용융되어 용강으로 유입되는 데 시간이 오래 걸리게 된다. 또한, 가탄재(113)를 이송가스(111)로 이송시키기에 용이하지 않고, 이송을 위하여 매우 높은 압력을 필요로 하여 그에 따라 에너지 손실이 발생된다.
주입관(110)을 배치시키는 단계(S2)에서, 주입관(110)은 래들(101) 내부에 수용된 용강의 표면에 형성된 슬래그층(107)을 통과하여, 가탄재(113)를 외부로부터 용강으로 직접 공급시키도록 배치시키는 단계를 포함한다. 구체적으로는 주입관(110)의 배출구(119)가 용강에 침지되도록 배치되어, 가탄재(113)가 외부로 비산되는 것을 방지할 수 있다. 또한 가탄재(113)가 공기 또는 슬래그층(107)의 일부 성분과 반응하는 것을 방지할 수 있다. 주입관(110)은 가탄재(113)의 이동로로서 속이 빈 관 형태일 수 있다. 주입관(110)은 래들 덮개(105)를 관통하여 배치될 수 있다.
가탄재(113)를 이송시키는 단계(S3)는 주입관(110)의 일단에서 분출되는 이송가스(111)가 주입관(110)을 통과하면서 가탄재(113)와 혼합되는 단계를 더 포함한다. 즉, 가탄재(113)는 이송가스(111)가 분출되는 압력으로 주입관(110)을 통과하여 용강에 공급된다.
이송가스(111)는 산소(O2)와 질소(N2) 성분이 배제된 가스가 사용된다. 이송가스(111) 중 산소성분이 포함되면 용강 중 철(Fe)이 산소(O2)와 반응하여, 흡열 현상이 발생되면서 산화철(FeO)과 산소입자(1/2O2)가 생성된다. 이송가스(111) 중 질소성분이 포함되면 용강 중에 질소가 유입되어 강의 청정도를 저하시킨다. 이송가스(111)는 비활성가스가 사용될 수 있는데, 구체적으로 이송가스(111)는 아르곤(Ar)가스가 사용될 수 있다. 아르곤(Ar)가스는 열역학적으로 매우 안정하여, 용강의 성분들과 반응하지 않는다. 아르곤(Ar)가스는 심랭분리법으로 공기(Air)를 산소와 질소로 분리하면서 부산물로 생성될 수 있다. 구체적으로, 심랭분리법(cryogenic separation)은 공기를 -200 ℃까지 냉각/액화시켜 산소와 질소의 비등점 차이를 이용하여 분리하는 방법이다. 이러한 심랭분리법은 대규모 장치와 높은 에너지 비용이 요구된다. 일반적으로 다량의 기체를 사용하는 제철소나 화학공장 등에서는 장치를 설치하여 활용하게 된다.
이송가스(111)는 주입관(110)을 통과하여 용강에 공급된다. 이송가스(111)는 가탄재(113)와 혼합되어 주입관(110)을 통과한다. 이송가스(111)는 가탄재(113)를 용강에 공급하는 캐리어(carrier)의 역할을 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법에 의하면, 용강의 미세 성분 조정에 있어서, 주입관을 래들 퍼니스 내부의 용강에 침지시키고 비활성가스를 주입하여 가탄재를 공급함으로써, 가탄재가 슬래그와 반응하는 것을 방지함과 동시에 가탄재 공급 후 용강 중의 불필요한 가스의 함량을 줄여 강의 청정도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 래들 퍼니스(LF) 101: 래들
105: 래들 덮개 107: 슬래그층
110: 주입관 111: 이송가스
113: 가탄재 119: 배출구
120: 가스저장기 125: 가스공급관
130: 아크(Arc) 전극 M: 용강

Claims (4)

  1. 이송가스에 의해 이송될 수 있는 크기로 가탄재를 준비하는 단계;
    래들 퍼니스 내부로 주입관을 배치시키는 단계; 및
    상기 주입관에 산소(O2)와 질소(N2) 성분이 배제된 이송가스를 주입하여 상기 가탄재를 이송시키는 단계;를 포함하며,
    상기 가탄재는, 0.6 mm 이하의 입도 크기의 입자가 전체 중량을 기준으로 25 ∼ 35 wt% 포함하는 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입관을 배치시키는 단계는,
    상기 주입관을 상기 래들 퍼니스 내부에 수용된 용강의 표면에 형성된 슬래그층을 통과시켜, 상기 주입관의 배출구를 용강 내부에 침지시키는 단계;를 더 포함하는 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송가스는, 아르곤(Ar)가스인 래들 퍼니스에서 가탄재의 공급 방법.
  4. 삭제
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