KR19980014324A - 전로를 이용한 용선 예비처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철강제련중 전로에 장입되는 용선단계에서 불순물을 미리 제거하는 용선예비처리에 관한 것이며; 그 목적은 별도의 용선예비처리 용기를 이용하지 않고 기존의 전로를 이용하여 용선중의 [Si][P] 등을 제거하는 예비처리방법을 제공함에 있다.

상기한 목적달성을 위한 본 발명은 고로로부터 출선된 용선을 전로로 이송도중 목표유황량만큼 예비탈황처리한 다음, 예비탈황처리된 용선을 전로에 장입하고, 여기에 부원료를 투입하여 용선의 염기도를 1.7-2.2의 범위로 조절하면서 1700-1900Nm3의 산소가스를 취입하여 용선의 온도가 1300-1400℃인 상태에서 상기 용선을 동시 탈린, 탈규하고, 이후 상기와 같이 처리된 용선을 통상의 방법으로 탈탄 및 2차 정련하는 용선예비처리방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

전로를 이용한 용선 예비처리방법

본 발명은 철강제련중 전로에 장입되는 용선단계에서 불순물을 미리 제거하는 용선예비처리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 용선예비처리 용기를 이용하지 않고 기존의 전로를 이용하여 용선중의 [Si][P] 등을 제거하는 예비처리에 관한 것이다.

산업환경의 고도화에 의하여 고급강에 대한 수요가의 요구가 보다 엄격해짐에 따라 고청정강의 품질향상이 중요한 과제로 되고 있다. 종래에는 고로에서 제조된 용선은 레이들 혹은 토페도(torpedo)라 불리는 용기에 담아 이송하여 전로에 장입하고, 강으로의 정련은 전로에서만 하였다. 그러나, 고청정강의 제조는 전로 정련만으로는 충분하지 않을 뿐만아니라 효율도 좋지 않기 때문에 일부의 정련기능을 전로의 전후공정으로 분담시키는 방법이 실용화되어 있다.

일반적으로 용선중에는 약 0.1% 정도의 P가 함유되어 있으며, 이러한 용선중의 [P]는 예비처리, 전로정련, 2차 정련 공정을 거쳐서 강재의 성질에 해가 없을 정도로 제거시키고 있다. 열역학적으로는 비교적 저온(약 1320℃)인 용선처리단계에서의 탈린처리가 가장 바람직하며 산화탈린을 위해서는 산소를 취입하는 것이 필요하다. 즉, 취입된 산소와 반응한 [P]는 부원료로 투입된 생석회와 다음의 반응식에 따라 슬래그로 제거된다.

3(CaO)+2[P]+5[O] = ( 3CaO.P2O5) (1)

4(CaO)+2[P]+5[O] = ( 4CaO.P2O5) (2)

이러한 용선탈린법은 저린강 제조를 위하여 예비 탈린법으로 연구되어 토페도 혹은 개방레이들(open ladle)내의 용선에 생석회계 플럭스 혹은 소다회를 취입하는 방법이 개발되어 실용화되어 있다. 그러나, 최근에는 이러한 용선탈린법이 일반강의 정련에도 확대되어 전로에서의 조재제절감 및 Mn광석의 용융환원에 의한 Mn합금철 절감 등 제조원가가 절감에 기여하고 있다.

한편, 용선중의 [Si]는 다음식과 같이 산소와 반응하여 산화제거된다.

2(CaO)+[Si]+2[O] = (2CaO.SiO2) (3)

상기한 반응식(1),(2),(3)의 평형상수를 비교하면 용선온도가 낮을수록 [P] 산화반응이 [Si]의 산화반응에 우선하거나 동시에 일어날 가능성이 있다. 떠라서, 저온에서 반응을 시키게 되면 효율적인 [P]의 제거는 물론 동시 탈규까지 가능하여 전로정련의 부하를 감소시킬 수 있기 때문에 용선단계에서의 탈린법이 일반화되게 되었다.

최근에는 고급강의 수요증대에 대처하기 위하여 보다 효율적인 예비처리가 가능한 전로형 용선예비처리기술을 개발하여 동시 탈규, 탈린, 틸황을 실시하여 전로에서의 정련부하를 감소시키고 부원료 원단위를 감소시켜 원가 절감에 기여하고 있다.

이와같이 용선의 탈규 및 탈린은 산소를 취입하여 산화반응을 일으켜 [Si] 및 [P]를 산화물로서 슬래그로 제거하는 것으로 반응온도가 가장 중요한 요소가 되며 반응효율 측면에서는 반응용기의 형상 또한 중요한 작용을 한다. 기존의 토페도는 원래 고로로부터의 용선을 제강공장으로 운반하기 위한 것으로 그 형상이 반응용기로서는 부적합하여 반응효율측면에서 매우 불리하다. 그리고, 개방레이들의 경우도 용선의 운반용기이기 때문에 용기 자체의 여유가 부족하여 산소를 취입하였을 경우 용선 및 슬래그가 비산하여 환경오염은 물론 Fe 실수율을 김소시키기 때문에 고속으로 산소를 취입할 수 없다는 단점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 반응용기로서 가장 효율적인 전로를 이용하 는 용선예비처리에 대하여 많은 연구를 하여 왔고 일부는 실용화되어 있다. KOBE 제강에서는 상취전로(H furnace)를 이용한 용선예비처리를 제안하였다. 그러나, 상취전로의 경우 강욕의 교반이 불충분하여 별도의 부원료 투입을 위한 침지랜스(immersion lance)를 적용하고 있으며, 부원료로서도 괴상 생석회, 전로슬래그, Mn광석,밀스케일(mill scale), 탈린플럭스 등 여러가지를 사용하고 있으며, 기본적으로 주상 탈규한 용선을 대상으로 한 탈린 및 탈황을 목적으로 하고 있다. 그리고, 전로 탈린과정에서도 주상 탈규후에도 잔존하는 [Si]가 제거된 후 본격적인 [P]의 제거가 시작되어 탈린에만 약 9분이상 소요되고 있다(철과 강, vol. 74,p991). 또한, 스미또모금속에서는 탈탄슬래그를 탈린플럭스로 사용하는 전로탈린법(Slag Recycling Process;SRP)를 개발하여 적용하고 있다. 그러나, 상기 SRP의 경우 주상탈규 혹은 토페도 탈규를 전제한 것으로 [Si]≤0.30%의 용선에 대하여 적용하고 있으며, 탈린 전로에서는 용선의 탈린과 탈황을 목적으로 하고 있다(철과 강, vol. 76, p1809). 그리고, 신일본제철에서는 비가동 전로를 활용한 용선예비처리 프로세스(LD-ORP)를 개발하여 적용하고 있다. 상기 LD-ORP의 특징은 상기 H로 및 SRP와는 달리 동시 탈규, 탈린, 탈황을 목적으로 한 것로 예비탈규공정을 거치지 않는다. 그리고, 탈린로는 단관에 의한 분체 저취 기능을 가지고 있는 상저취전로를 활용하고 있다. 그러나, 탈린용 플럭스를 상저취하고 용선중 [Si]에 따라서는 Si의 우선 산화에 의하여 용선 [P]의 제거가 지연되어 전체적으로는 탈린을 위해서는 약 10분, 탈황까지는 약 20분이 소요되고 있다(철과 강, vol.79, p597).

상기한 바와 같이, 기존의 토페도 혹은 개방레이들을 이용한 용선예비처리의 경우 반응효율상의 문제점을 가지고 있고, 전로 용선예비처리의 경우 탈린에 소요되는 시간이 약 10분이상으로 탈린속도가 느릴뿐만아니라 일부는 예비탈규를 필요로 하고 있다. 그리고, 경우에 따라서는 산소랜스외에 별도의 침지랜스를 필요로 하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 방법과는 달리 용선의 예비탈규처리를 하지 않고 예비탈황처리후 바로 전로에서 동시 탈린 및 탈규처리를 행하므로써, 별도의 설비투자를 하지 않고도 기존의 용선예비처리보다 단시간내에 용선예비처리가 가능한 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 본 발명에 따른 전로용선예비처리공정을 설명하기 위한 모식도

제2도는 본 발명에 따른 용선예비처리 전후의 용선중의 [P]함량 변화를 나타내는 그래프

제3도는 본 발명에 따른 용선예비처리시 로내 용선의 성분에 대한 경시변화를 나 타내는 그래프

제4도는 본 발명에 따른 용선예비처리시 용선의 경시온도변화를 나타내는 그래프

제5도는 본 발명에 따른 용선예비처리시 용선중의 슬래그 염기도와 탈린율과의 관계를 나타내는 그래프

상기한 목적달성을 위한 본 발명은 고로로부터 출선된 용선을 전로로 이송도중 목표유황량만큼 예비탈황처리하는 단계;

상기 예비탈황처리된 용선을 전로에 장입하고, 상기 용선에 부원료를 투입하여 용선의 염기도를 1.7-2.2의 범위로 조절하면서 1700-1900Nm3의 산소가스를 취입하여 용선의 온도가 1300-1400℃인 상태에서 상기 용선을 동시 탈린, 탈규하는 단계; 및

이후 상기와 같이 처리된 용선을 통상의 방법으로 탈탄 및 2차 정련하는 단계;를 포함하여 구성되는 전로를 이용한 용선예비처리방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 용선예비처리과정을 제1도를 통해 설명하면, 우선 고로(1)에서 토페도(2)로 출선된 용선을 이송도중 목표유황량에 적합하도록 예비탈황처리한다. 상기 예비탈황처리된 용선은 장입레이들(3)로 출선된 다음, 탈황 슬래그를 배재하고, 탈린전로(4)에 장입된다. 탈린전로(4)로 장입된 용선은 일정량의 부원료를 투입하고 산소를 상취와 함께 알곤 등의 불활성가스 또는 질소가스를 저취하면서 동시에 탈린과 탈규처리를 행한다. 이때, 상기 부원료는 슬래그 염기도가 1.7-2.2의 범위가 되도록 적당량 투입하면 되는데, 일반적으로 슬래그 염기도는용선중의 SiO2의 양에 따라 적정량의 CaO를 투입하면 된다. 또한, 상기 투입된 생석회를 보다 용이하게 용해하기 위해 첨가되는 형석(CaF2)은 3-4Kg/톤-용선 의 범위가 적절하며, 취입되는 산소가스와 더불어 산소공급원의 역할을 하는 소결광(철광석)은 25-35Kg/톤-용선으로 첨가함이 바람직하다. 상기 슬래그 염기도가 1.7이하로 되면 탈린율이 저조하게 되며, 2.2 이상으로 되면 생석회 등의 부원료 투입이 과다하게 되어 바람직하지 않다. 또한, 상취되는 산소의 취입은 1700-1900Nm3 정도의 양으로 고속 취입하면 바람직하다. 상기와 같은 조건으로 용선예비처리시 용선의 온도는 효율적인 탈린을 위해 가급적 저온, 바람직하게는 약 1300-1400℃ 수준에서 유지됨이 좋다. 본 발명에 의한 동시 탈린, 탈규처리는 약 7 분 동안 이루어짐이 바람직하다.

이렇게 일정수준으로 탈린과정이 완료된 후에는 용선을 또 다른 장입레이들(5)을 통해 별도의 탈탄전로(6)로 수선시키고 소량의 슬래그 조업으로 탈탄하여 전로에서의 정련을 완료하고, 이후 레이들(7)로 출강하여 통상의 2차 정련을 행한다.

이러한 과정으로 용선예비처리를 하게 되면 전로에서의 탈규 및 탈린은 약

한편, 본 발명에 따른 용선예비처리공정은 종래의 예비처리공정과는 달리 예비탈규공정을 거치지 않기 때문에 전로예비처리후 심한 보일링(boiling)현상이 발생하여 곧바로 출선할 수 없는 단점이 있는데, 이를 보완하려면 상기 예비처리후에도 강욕중에 잔존하는 산소를 제조하기 위하여 코크스를 적당량 투입함이 바람직하다. 이때, 코크스의 비중이 슬래그보다 낮기 때문에 슬래그중에 침투하지 못하여 슬래그 진정효과를 나타내지 않을 수 있으므로 상기 코크스를 슬래그 중으로 투입하기 위해서는 취련종료시 산소랜스를 상승시킬때 코크스를 투입하면 비중이 가벼운 코크스가 랜스상승 도중의 산소잔압에 의하여 슬래그중으로 침투할 수 있다. 이와 더불어 취련종료후에도 불활성가스를 약 3분간 저취하면 예비처리후의 슬래그 보일링 현상을 방지할 수 있다.

이와같이 용선예비처리를 하게 되면 전로에서의 탈린 및 탈규는 약 7분만에 완료될 수 있어 기존의 예비처리보다 단시간에 예비처리가 가능하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

고로에서 토페도(Torpedo De-S;TDS)로 출선된 일반 용선을 탈린에 앞서 상기 TDS에서 탈황처리하였다. 고로로부터 출선된 상태의 용선중 [S]는 약 0.03% 전후였으며 TDS 탈류후에는 약 0.006% 였다. 이렇게 탈황된 용선을 300톤급 복합전로(NK-CB)인 탈린전로에 장입하고, Ar 혹은 N2 가스를 약 0.1Nm3/min-T의 양으로 저취하면서 상취랜스를 용탕면으로부터 2700mm 높이까지 하강시켜 하기표1과 같은 조건으로 부원료 및 산소를 상취하고, 장입 용선을 약 7분간 동시 탈린,탈규처리하였다.

이와같이 처리된 용선중의 [P]와 예비처리전 용선중의 [P]를 측정하고, 그 탈린율 결과를 하기표1에 나타내었다. 또한, 상기 탈린된 용선을 계속하여 탈탄전로에서 탈탄 취련하고, 탈탄 정련된 용강중의 [P]를 측정하고, 그 결과를 제2도에 나타내었다. 상기와 같이 처리된 용선은 안정된 출선을 위해 산소취련 종료후 산소랜스를 상승시킬 때 소량의 코크스를 투입하고, 계속하여 약 3분간 Ar가스를 저취하였다.

실시예	용선량(톤)	부원료투입량(톤)	송산량(Nm3)	용선중의 [P]함량 (%)
		CaO		CaF2	소결광	처리전	처리후	탈린율
발명예1	280	4.1	1.1	9	1750	0.114	0.025	78
발명예2	310	4.1	1.3	9	1750	0.093	0.025	73
발명예3	320	4.5	1.3	9	1750	0.099	0.040	60
발명예4	310	4.5	1.3	9	1760	0.098	0.028	71
발명예5	310	5.6	1.2	9	1800	0.107	0.050	53
발명예6	310	6.0	1.2	9	1760	0.103	0.046	55
발명예7	310	6.8	1.2	9	1640	0.125	0.053	58
발명예8	310	6.8	1.2	9	1870	0.104	0.026	75
발명예9	310	5.6	1.2	9	1770	0.093	0.035	62
발명예10	310	4	1.2	9	1810	0.098	0.018	84

상기표1 및 제2도에 나타난 바와 같이, 용선중의 [P]는 약 0.1% 전후였으나, 전로를 이용한 용선예비처리후에는 약 0.034%이었으며, 또한 탈탄 전로에서의 취련후 종점[P]는 약 0.008%로 저린강을 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

이때, 상기와같이 처리된 용선중의 각 성분을 취련시간에 따라 측정하고, 그 결과를 제3도에 나타내었는데, 제3도에 나타난 바와 같이, 용선중 [Si][P]는 취련초기부터 현저하게 감소하기 시작하여 약 5분이내에 반응을 완료하여 평형값에 도달됨을 알 수 있다. 이는 별도의 예비탈규공정을 거치지 않고도 고속으로 산소를 취입하여 동시 탈규, 탈린이 가능함을 의미하는 것이다. 또한, 제3도에 나타난 바와 같이, 용선중[C]는 탈규 및 탈린반응이 완료된 후에도 약 4%이상을 나타내고 있는데, 이는 후속되는 탈탄공정에서 열배합상의 문제가 없음을 말해주고 있다.

또한, 탈린 전로에서 취련중 용선의 온도를 측정한 결과, 제4도와 같이 용선의 온도는 약 1400℃ 미만으로 탈린반응에 매우 유리한 상태로 유지되고 있음을 알 수 있다.

한편, 탈린전로의 탈린율에 미치는 슬래그 염기도의 영향을 살펴보기 위해 각각의 용선중의 슬래그 염기도에 따른 탈린율를 측정하고, 그 결과를 제5도에 나타내었다. 제5도에 나타난 바와 같이, 슬래그 염기도가 약 1.7이상에서는 70%이상의 탈린율을 나타냄을 알 수 있다. 그러나, 생석회 등의 원단위를 고려할 때 염기도는 2.2 정도를 초과하지 않는 편이 바람직하기 때문에 슬래그 염기도는 약 1.7-2.2의 범위로 유지함이 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 용선을 예비 탈황처리한 후, 탈린 및 탈규처리를 단시간내에 처리하는 것이 가능하며 또한 후속되는 탈탄 취련시간도 기존의 약 18분에서 약 13분 전후로 단축할 수 있어 보다 용이하게 용선예비처리가 가능하여 극저린강종에 매우 적합하게 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 고로로부터 출선된 용선을 전로로 이송도중 목표유황량만큼 예비탈황처리하는 단계;

   상기 예비탈황처리된 용선을 전로에 장입하고, 상기 용선에 부원료를 투입하여 용선의 염기도를 1.7-2.2의 범위로 조절하면서 1700-1900Nm3의 산소가스를 취입하여 용선의 온도가 1300-1400℃인 상태에서 상기 용선을 동시 탈린, 탈규하는 단계; 및

   이후 상기와 같이 처리된 용선을 통상의 방법으로 탈탄 및 2차 정련하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전로를 이용한 용선예비처리방법
2. 제1항에 있어서, 상기 부원료의 투입은 형석(CaF2):3-4Kg/톤-용선, 및 소결광: 25-35Kg/톤-용선으로 이루어짐을 특징으로 하는 용선예비처리방법
3. 제1항에 있어서, 상기 산소취련은 7분 동안 실시됨을 특징으로 하는 용선예비처리방법
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 산소취련이 종료됨과 동시에 코크스를 투입하고 불활성가스를 저취함을 특징으로 하는 용선예비처리방법