KR20030028116A - 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정중 예비처리 탈황과정에서 발생하는 고농도 황(S) 함유 탈황슬래그의 배재효율을 향상시키기 위한 방법에 관한 것으로 특히, 장입 레이들 내에 혼입된 탈황슬래그를 효과적으로 배재시키기 위한 탈황슬래그의 배재효율 향상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 본 발명의 탈황슬래그의 배재효율 향상방법은 TLC에서 장입 레이들에 용선을 출선한 후 어느 일정 시점에서 장입 레이들 내에 일정 크기의 입도 분포를 가진 전로슬래그를 일정량 투입하여, 상부 탈황슬래그와 전로슬래그의 반응에 따른 염기도, 융점 및 점도를 상승시켜 상부슬래그를 용이하게 배재할 뿐만 아니라, 액상 탈황슬래그의 고화 및 배재 용이성을 부여하고, 또한 반응이 진행되지 않는다 하더라도 고 비중의 전로슬래그가 액상 탈황슬래그와 용선의 계면 사이에 존재토록 하여 액상 탈황슬래그의 배재를 용이하게 하므로써, 탈황슬래그의 배재효율 증대 및 이에 따른 복황 정도를 감소시킬 수 있도록 한다.

Description

용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법{Improvement of Skimming Efficiency for De-[S] Slag in Hot Metal Pretreatment}

본 발명은 제강공정중 예비처리 탈황과정에서 발생하는 고농도 황(S) 함유 탈황슬래그의 배재효율을 향상시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토피도카(Torpedo Ladle Car, 이하 "TLC"라 함)에서 생석회계(이하 "CaO계"라 함)혹은 칼슘카바이드계(이하 "CaC2계"라 함) 탈황제를 취입하여 용선의 탈황처리를 행한 후 장입 레이들(Ladle) 내에 탈황된 용선을 출선시키는 과정에서 불가피하게 장입 레이들내에 고농도의 황 함유 탈황슬래그도 함께 혼입되는데, 이 혼입된 탈황슬래그의 배재상태가 불량할 경우 다음 공정인 전로 정련시 탈황슬래그로부터 황이 용강중으로 복황이 되어 용강중 황의 농도가 높아지며, 심한 경우에는 격외가 발생하는 바, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 장입 레이들 내에 혼입된 탈황슬래그를 효과적으로 배재시키기 위한 탈황슬래그의 배재효율 향상방법에 관한 것이다.

일반적으로 탈황처리는 용선 상태에서 실시하게 되는데, 그 이유는 탄소(C), 규소(Si) 및 망간(Mn) 등이 다량 존재할 경우 황의 활동도 계수가 높아져 탈황반응이 효과적으로 일어나며, 용강 상태에서 동일한 탈황 정도를 얻기 위해서는 약 5배 정도의 탈황제를 사용하여야 하기 때문이다.

한편, 탈황제로는 CaO계, CaC2계 등이 사용되는데, CaO계의 경우에는 탈황전 황의 농도에 따라 7~10(kg/T-P), CaC2계의 경우에는 4~6(kg/T-P)를 사용하고 있다.

일반적으로 제철소에서는 효율적인 공정 흐름을 위하여 운반용기인 TLC(Torpedo Ladle Car)에서 탈황처리를 실시하고 있으며, 목표하는 황 농도에 맞도록 탈황제인 CaO계 및 CaC2계를 용선 중으로 취입하여 탈황을 실시하고 있다.

탈황된 용선은 도 1에 나타낸 바와 같이 TLC(10)를 통하여 용선 준비 장소로 이송되고, 이후 전로(Furnace)(50)에 용선을 장입하는 용기인 장입 레이들(20)에 출선을 하게 된다. 이러한 출선 과정에 있어서 용선뿐만이 아니라 탈황슬래그(70, 80)의 일부도 같이 혼입되어 상기 TLC(10) 상부의 입구로부터 장입 레이들(20)로투입되는데, 그 양은 경우에 따라 다르기는 하나 통상적으로 9~13(kg/T-P) 정도의 탈황슬래그가 상기 장입 레이들로 혼입된다.

이러한 혼입슬래그는 황 함유 농도가 높기 때문에 용선 출선 완료후 용선 표면에 부상되어 있는 슬래그를 제거하는 과정인 배재처리를 실시하지 않으면, 다음 공정인 전로(50) 정련시 대부분의 황이 용강중으로 이동하여 용강중 황의 농도가 매우 높아지게 되는 복황현상이 발생하며, 심한 경우에는 목표하는 황 농도를 초과하는 황 격외가 발생하기 때문에 제강공정에서는 복황현상 및 격외를 방지하기 위한 필수 작업으로 탈황슬래그의 배재처리를 실시하고 있다.

그러나, 상기한 혼입슬래그는 균일한 상태로 존재하는 것이 아니라 대기중에 접촉하고 있는 부분은 고체 상태(이하 "고상 탈황슬래그(80)"라 함)로 존재하고, 용선과 접촉하고 있는 부분은 액체 상태(이하 "액상 탈황슬래그(70)"라 함)로 존재한다. 이때, 각각의 황 농도의 정확한 측정은 곤란하지만 정성적으로 볼 때 액상 탈황슬래그(70) 중의 황 농도가 훨씬 높은 상태로 존재하므로 탈황슬래그의 배재처리시 상부에 존재하는 고상 탈황슬래그(80)만 제거하게 되면, 훨씬 높은 황 농도를 함유한 액상 탈황슬래그(70)의 제거가 이루어지지 않기 때문에 여전히 복황현상이 발생하는 문제점이 남아 있게 된다.

통상적으로 배재처리는 처리시간에 따라 배재를 실시하지 않은 미배재, 5분 정도 실시한 중배재, 10분 정도 실시한 완전배재로 구분하는데, 완전배재를 실시한다 하더라도 상기한 액상 탈황슬래그(70)의 존재로 인하여 장입 레이들(20)에서의 용선 황 농도 대비 0.005~0.01% 정도의 복황현상이 발생된다.

한편, 상기한 문제를 해결하기 위한 방법으로 통상적으로 응집제라 불리우는 실리카(SiO2)계의 물질을 장입 레이들(20)의 상부에 일부 투입하여 스키머(Skimmer)(60)라 불리우는 배재기로 배재를 실시하는데, 이는 탈황슬래그에 끈적끈적한 유리질 특성을 부여하여 배재기를 움직일 때 상기 장입 레이들의 상부에 존재하는 슬래그를 뭉치도록 하는 배재 방법으로써, 그 효과가 일부 인정되고는 있으나 응집제가 고가인데다가 투입시 다량의 분진이 발생하고, 또한 실리카계 첨가에 의하여 평형하는 황/황의 비율이 낮아져서 첨가 자체로 용선중으로의 복황 가능성이 있으며, 더욱 큰 문제점은 배재기에 슬래그가 응착되어 배재기의 잦은 교체 및 배재기의 무게 증가에 따른 배재속도 저하로 배재효율이 저하되는 단점을 가지고 있다.

또한, 고상 탈황슬래그(80) 및 액상 탈황슬래그(70)의 배재를 효과적으로 수행하여 후 공정의 작업시간을 단축시킬 수 있도록 본 발명자가 고안한 래들용 슬래그 배재장치(출원번호 20-1996-046535)가 있으나, 상기 발명은 그 효과가 우수하기는 하나, 배재기의 형태 변경에 따른 무게 증가로 현재 사용하고 있는 배재기로써는 그 힘이 부족하여 배재효율이 저하되고, 액상 탈황슬래그의 배재를 강화하기 위한 상부 취입장치는 열충격에 따른 잦은 훼손으로 현재 사용할 수 없어 추가로 보완을 하여야 하는 단점을 가지고 있다.

첨부된 도면중 미설명 부호 30은 배재장치를 나타낸 것이며, 40은 슬래그 포트를 나타낸 것이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 제강공정중 예비처리 탈황과정에서 발생하는 탈황슬래그 중에서도 특히, 액상 탈황슬래그의 배재를 용이하게 하고, 이에 따라 후 공정인 전로 공정에서 복황을 방지하며, 나아가서는 복황에 따른 황의 격외를 감소시킬 수 있는 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 용선 탈황슬래그 처리 공정 및 배재상태를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명에 의한 용선 탈황슬래그 처리 공정 및 배재상태를 나타내는 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : TLC(Torpedo Ladle Car)20 : 장입 레이들

30 : 배재장치40 : 슬래그 포트

50 : 전로60 : 스키머(Skimmer)

70 : 액상 탈황슬래그80 : 고상 탈황슬래그

90 : 전로슬래그100 : 용선

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법은 TLC에서 장입 레이들에 용선을 출선한 후 어느 일정 시점에서 장입 레이들 내에 일정 크기의 입도 분포를 가진 전로슬래그를 일정량 투입하여, 상부 탈황슬래그와 전로슬래그의 반응에 따른 염기도, 융점 및 점도를 상승시켜 상부슬래그를 용이하게 배재할 뿐만 아니라, 액상 탈황슬래그의 고화 및 배재 용이성을 부여하고, 또한 반응이 진행되지 않는다 하더라도 고 비중의 전로슬래그가 액상 탈황슬래그와 용선의 계면 사이에 존재토록 하여 액상 탈황슬래그의 배재를 용이하게 하므로써, 탈황슬래그의 배재효율 증대 및 이에 따른 복황 정도를 감소시킬 있도록 하는 것을 특징한다.

이하, 본 발명의 일예를 첨부된 도면 도 2를 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

TLC(10)에서 장입 레이들(20)에 용선(100)을 출선한 후 40~60% 시점에서 상기 장입 레이들(20) 내에 2~5mm의 입도 분포를 가진 전로슬래그(90)를 1.5~3(kg/T-P) 투입하여, 상부 탈황슬래그와 전로슬래그(90)의 반응에 따른 염기도와 융점 및점도를 각각 상승시켜 상부슬래그를 용이하게 배재하고, 액상 탈황슬래그(70)의 고화 및 배재 용이성을 부여하며, 또한 반응이 진행되지 않는다 하더라도 고 비중의 전로슬래그(90)가 액상 탈황슬래그(70)와 용선(100)의 계면 사이에 존재토록 하여 상기 액상 탈황슬래그의 배재를 용이하게 하여, 탈황슬래그의 배재효율을 증대시키는 동시에 이에 따른 복황 정도를 감소시킨다.

상기 전로슬래그(90)는 통상적으로 CaO 35~45%, SiO2 10~15%, T.Fe 15~20%, S 0.035~0.045%로 이루어지는데, 장입 레이들(20)에 용선(100)을 출선하기 전에 상기 전로슬래그(90)를 투입하게 되면 FeO와 용선중 규소(Si) 성분과의 반응으로 인해 슬래그가 거품처럼 불어나는 포밍(Foaming)현상이 발생되어 슬래그가 상기 장입 레이들 밖으로 넘쳐 작업이 불가능해 지게 된다. 그러나 출선후 약 30% 시점이 경과한 후 용선(100) 상부에 투입하게 되면 상기 포밍현상이 현저하게 줄어 들기 때문에 출선후 40% 시점에서 투입하는 것이 바람직하며, 반대로 출선후 60% 시점 이후에 투입하게 되면 투입된 전로슬래그(90)와 탈황슬래그의 균일한 혼합 또는 반응이 진행되지 않아 탈황슬래그 상부에 오히려 전로슬래그가 존재하는 경우가 발생한다. 이에 따라 액상슬래그의 배재효율이 크게 떨어지기 때문에 상기 전로슬래그의 투입 시점은 40~60%가 바람직한 것이다.

한편, 본 발명의 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법에 있어서, 장입 레이들(20) 내에 투입되는 전로 슬래그(90)의 입도 분포(2~5mm의 입도 분포)에 제한을 둔 이유는 다음과 같다.

통상적으로 발생되는 전로슬래그(90)는 그 입도가 미분에서부터 약 10mm정도까지의 입도 분포를 가지고 있으며, 이와는 별도로 상기 전로슬래그(90)를 용융상태에서 에어(Air)로 분사하여 비정질 상태의 2~4mm의 입도 분포를 가지고 구형으로 존재하는 풍쇄슬래그가 있는데, 전로슬래그 투입결과 2mm 이하의 것은 투입중에 다량의 분진을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 후드를 통하여 상당량이 장입 레이들 내로 투입이 되지 못하는 문제가 있으며, 입도가 4mm 보다 큰 것은 그 입도가 너무 커서 장입 레이들(20)내 용선(100)과 탈황슬래그의 계면 사이를 충분히 분리하지 못하는 문제가 발생하므로 2~4mm의 입도로 제한을 하는 것이다. 여기에서 상기 2~4mm의 입도 분포를 갖는 전로슬래그(90)는 바람직하게는 풍쇄슬래그를 사용하는 것이다.

현장에서 조업결과 전로슬래그(90)의 투입량은 300톤 용선을 기준으로 400kg 투입시에는 그 양이 충분하지 않아 배재후 용선 슬래그가 상당부분 관찰이 되었고, 1톤 이상 투입시에는 배재상태가 양호하기는 하였으나, 용선 중의 온도 감소가 평균적으로 8도 이상 되는 과도한 온도 감소가 발생하였으며, 바람직한 전로슬래그 투입량은 1.5~3(kg/T-P)로 나타났다. 또한, 추가로 실시한 테스트에서 장입 레이들(20)을 이송하는 크레인(미도시)을 이용하여 전로슬래그(90)를 상기 장입 레이들 상부에 투입해 보았으나, 바람직하게는 장입 레이들(20)이 출선 대기 상태에서 상기 전로슬래그(90)를 저장하고 있는 호퍼(미도시) 등을 통하여 자연스럽게 피딩(Feeding)되는 것이 좋았다.

이하, 실시예를 통하여 상기한 본 발명의 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

탈황처리후 장입 레이들 내에 혼입된 탈황슬래그의 배재를 위한 종래의 배재방법과 본 발명에 의한 배재방법을 비교하기 위하여 실제 공정에서 사용되는 300톤 용량의 TLC(10)와 장입 레이들(20)을 이용하여 탈황처리를 실시한 후 상기 장입 레이들에 용선을 출선하여 전로(50) 종점에서의 용강 황 농도를 비교하였다.

실험의 정확성을 위하여 탈황전 용선의 황 농도는 0.2~0.25%의 용선을 사용하였으며, 탈황제로는 CaO계 탈황제를 사용하였다. 또한, 탈황처리 후 용선의 황 농도는 0.003%의 용선을 사용하여 비교하였다.

상기와 같은 조건하에서 종래의 배재방법을 이용하여 완전배재(10분간 배재)를 실시한 후 고철의 사용없이 동일한 부원료의 투입으로 전로 정련을 실시하였으며, 이후 전로 종점에서 용강 샘플을 채취하여 용강 중 황의 농도를 조사하였다. 그리고 본 발명에 의한 배재방법에서는 TLC(10)에서 장입 레이들(20)에 용선(100)을 출선할 때 출선 50% 시점에서 전로 풍쇄슬래그 500kg을 투입한 후 나머지 용선을 출선하였으며, 이후 종래와 동일한 방법으로 완전배재를 실시한 후 동일한 전로 정련을 실시하여 용강 중 황의 농도를 조사하였다.

또한, 실험의 정확성 측면에서 종래의 방법으로 10Ch를 실시하였으며, 본 발명에 의한 방법으로 10Ch를 실시하여 복황되는 정도를 비교한 후 아래의 [표 1]에 나타내었는데, 여기에서 상기 복황이라 함은 전로 종점 용강 중 황의 농도와 장입 레이들에서의 용선 중 황의 농도의 차(전로 종점 용강 중 황 농도-장입 레이들에서의 용선 중 황 농도)를 의미한다.

구분	종래 기술	본 발명
전로슬래그 투입량	0Kg	500Kg
용선 중 황 농도 - A	0.0033%	0.0032%
전로 종점 용강 중 황 농도 - B	0.0082%	0.0054%
복황량(B-A)	0.0059%	0.0022%
결과	기준	66% 저감

상기 [표 1]은 종래기술과 본 발명의 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법에 의한 복황 정도를 비교하여 나타낸 것으로, 표에서 보는 바와 같이 본 발명에 의해 장입 레이들 내의 탈황슬래그의 배재효율이 증가하여 종래기술 대비 66%의 복황 저감 효과를 얻을 수 있었다.

상기 실험을 통하여 본 발명에 의한 전로슬래그의 투입시 다음과 같은 효과를 예상할 수 있었다.

첫째, 염기도와 융점 및 점도의 상승.

둘째, 혼합 및 희석 효과.

셋째, 비중차(비중 : 전로슬러그>탈황슬러그)에 의한 액상 탈황슬래그와 용선 분리효과가 그것이다.

먼저, 첫번째는 전로슬래그의 염기도(CaO/SiO2의 비율)가 평균 3 수준으로써용선슬래그의 2~2.5 수준대비 고 염기도로 인하여 용선 중 황의 농도가 더욱 낮아질 수 있으며, 또한 상기 전로슬래그 중의 FeO와 용선중의 Si와의 일부 반응으로 인해 FeO의 농도가 낮아지면서 고 융점 및 고 점도화가 이루어져 슬래그의 배재효율이 증가된다.

두번째로는 통상적으로 장입 레이들로 혼입되는 9~13(kg/T-P) 정도의 탈황슬래그 및 고 황 농도의 탈황슬래그에 0.035~0.045% 수준의 황 농도를 보유한 전로슬래그를 투입하므로써, 탈황슬래그 중의 전체적인 황 농도가 낮아지는 희석효과가 있으며, 이는 평형반응상 용선 중의 황 농도를 저감시키는 것이 가능하다는 것이다.

세번째는 상기 첫번째와 두번째에 의한 탈황슬래그와 전로슬래그의 반응이 불충분하였을 경우로써, 혼합 및 희석이 되지 않는다 하더라도 전로슬래그의 비중이 탈황슬래그의 비중보다 크기 때문에 용선 위에는 액상 탈황슬래그가 존재하는 것이 아니라 전로슬래그가 존재하게 된다(도 2에 도시). 따라서 액상 탈황슬래그의 배재가 용이해 지게 되는 것이다.

이상에서와 같이 TLC에서 장입 레이들에 용선을 출선하는 과정에서 전로슬래그를 투입하는 본 발명의 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법에 의하여 탈황슬래그의 배재를 용이하게 하되, 그 중 특히 액상 탈황슬래그의 배재를 용이하게 할 수 있고, 이에 따라 후 공정인 전로 공정에서 복황을 방지할 수 있으며, 나아가서는복황에 따른 황의 격외를 감소시킬 수 있다.

Claims (2)

1. TLC(10)에서 장입 레이들(20)에 용선을 출선한 후 40~60% 시점에서 상기 장입 레이들(20) 내에 2~5mm의 입도 분포를 가진 전로슬래그(90)를 1.5~3(kg/T-P) 투입하여, 상부 탈황슬래그와 전로슬래그(90)의 반응에 따른 염기도와 융점 및 점도를 각각 상승시키며, 고 비중의 전로슬래그(90)가 액상 탈황슬래그(70)와 용선(100)의 계면 사이에 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전로슬래그(90)는 풍쇄슬래그를 사용하는 것을 특징으로 하는 용선 탈황슬래그의 배재효율 향상방법.