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KR101257266B1 - 전기로에서의 용강 탈린제 및 탈린 방법 - Google Patents

전기로에서의 용강 탈린제 및 탈린 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기로에서 용해된 용강을 래들로 출강시 용강의 상단에 부상된 슬래그의 유출을 저감시키기 위한 전기로에서의 용강 탈린제 및 탈린 방법에 관한 것으로, 전기로 내에 스크랩과 설정된 양의 생석회를 장입하는 단계와, 상기 스크랩을 아크열을 통해 용융시키는 단계와, 상기 전기로 내에 산소정련 공정을 위하여 산소를 취입하는 단계, 및 상기 생석회의 부족량을 대체하기 위하여 생석회의 1kg당 1.6 내지 2.1kg의 KR 슬래그를 용강으로 취입하여 탈린 공정을 촉진하는 단계를 포함한다.

Description

전기로에서의 용강 탈린제 및 탈린 방법{DEPHOSPHORIZING AGENT FOR MOLTEN METAL IN ELECTRIC FURNACE AND DEPHOSPHORIZING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 용강 탈린제에 관한 것으로, 특히 제강공정 중에 발생되는 KR(Kanvara Reactor) 슬래그를 생석회 대체재로서 전기로에서 재활용할 수 있는 전기로에서의 용강 탈린제 및 탈린 방법에 관한 것이다.
제강을 위한 로(furnace)에는 고로와 전기로 등이 있다. 고로는 용광로라고도 하는 데, 철광석으로부터 선철(銑鐵)을 만드는데 사용되는 노이다.
전기로는 로체 내부에 철스크랩 및 소성탄 등을 장입한 후 고순도의 산소를 일측에서 취입하여 용융된 용강에 함유된 탄소, 망간, 규소, 인, 황 등을 산화 연소시킨다. 이때, 상기 산화물은 석회에 의해 슬래그화하여 제거되고, 탈인과 탈산이 병행되므로 인과 산소의 함유량이 낮은 강이 제조된다.
전기로는 전극봉에 고전류를 통전시켜 고열의 아크열을 발생시키고, 이를 통해 장입된 철스크랩 등을 용해시키게 된다. 한편, 상기 전기로에서 용해작업을 할 때에는 용강의 상부에 슬래그(Slag)가 부상된다.
본 발명은 제강공정 중에 발생되는 KR(Kanvara Reactor) 슬래그를, 전기로에서 생석회 대체재로 재활용함에 따라 폐기물의 재활용이 가능한 전기로에서의 용강 탈린제 및 탈린 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탈린 방법은, 전기로 내에 스크랩과 설정된 양의 생석회를 투입하는 단계; 상기 스크랩을 아크열을 통해 용융시키는 단계; 상기 전기로 내에 산소정련 공정을 위하여 산소를 취입하는 단계; 및 상기 생석회의 부족량을 대체하기 위하여 생석회의 1kg당 1.6 내지 2.1kg의 KR 슬래그를 용강으로 취입하여 탈린 공정을 촉진하는 단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 KR 슬래그는 수냉랜스를 통해 용강으로 취입될 수 있고, 상기 KR 슬래그는 제강공정의 KR(Kanvara Reactor) 조업시 발생하는 탈황 슬래그일 수 있다.
또한, KR 슬래그는 CaO, SiO2, MgO, Total Fe, P2O5, 및 S를 필수 성분으로 포함하고, 상기 CaO은 50wt%이상일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탈린제는, 생석회 대체재로서 KR(Kanvara Reactor) 조업시 발생하는 KR 슬래그를 이용하고, 상기 KR 슬래그는 CaO 50.1~60.1wt%, SiO2 7.4~11.4wt%, MgO 0.9~4.9wt%, Total Fe 13.3~19.3wt%, P2O5 0.25~0.35wt%, S 0.6~1.6wt% 및 나머지는 제강용 슬러지를 포함할 수 있다.
상기 KR 슬래그는 생석회의 1kg당 1.6 내지 2.1kg로 대체될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 KR 조업시 발생하는 탈황 슬래그를, 생석회 감소량에 대해 KR 슬래그를 대략 1:2 비율로 전기로에서 재활용함으로써, 용강 회수율의 증가 및 생석회의 대체 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 제강공정 중 발생되는 폐기물을 유효 자원화하여 제강공정 중 발생되는 폐기물에 의한 환경오염을 감소시킬 수 있고, 용강의 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전기로 및 탈린제 투입장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 탈린 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전기로 및 탈린제 투입 장치를 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 전기로(10)는 전열(電熱)을 이용하여 가열을 수행하는 저항로, 아크로 및 유도로 등을 통칭하는 가열로이다.
도시된 바와 같이 전기로(10)는, 용강(M)을 수강하기 위한 내부 공간을 갖는 로체(11)와, 로체(11)를 개폐시킬 수 있는 덮개(13)와, 로체(11)의 하단 일측에 형성되며 내부의 용강(M)을 외부로 출강시키기 위한 출강구(15), 아크열을 발생시켜 용강(M) 또는 로체(11)를 승온시키기 위한 전극봉(17) 및 상기 로체(11) 내로 산소와 탈린제 등을 선택적으로 취입하는 수냉랜스(20) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 전기로(10)는 상부를 개폐시키는 덮개(13)에 수직 방향으로 설치된 복수의 전극봉(17)에 고전류를 통전시켜 고열의 아크열을 발생시키고, 이를 통해 로체(11) 내부에 투입된 스크랩 등을 용해하게 된다. 여기서, 로체(11) 내부에 스크랩(scrap)이 투입될 때 탈린 등을 위해 생석회(CaO)도 투입된다.
수냉랜스(20)는 용강(M) 중에 포함된 불순물을 산화시켜 제거하기 위하여 고순도의 산소를 공급하게 된다. 이러한 수냉랜스(20)는 상세하게 도시하지는 않았지만, 바디 내부에 형성되어 외부의 산소공급부로부터 공급된 산소를 용강으로 분사하는 산소토출관, 및 상기 산소토출관과 접촉되도록 바디 내부에 설치되어 산소토출관과 바디를 냉각시키는 냉각관을 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서 바디의 내부에는 산소토출관 이외의 KR 슬래그와 같은 탈린제를 용강으로 취입하기 위한 토출관이 더 구비될 수 있다.
상기에서 수냉랜스(20)를 통해 용강(M)으로 취입되는 탈린제는 KR 슬래그일 수 있다. KR 슬래그는 제강공정의 KR(Kanvara Reactor) 조업시 발생하는 탈황 슬래그로서, 50wt%이상의 산화칼슘과 0.6wt%이상의 황을 함유하고 있으며, 염기도(CaO/SiO2)가 5이상인 슬래그이다.
하지만, 이와 같은 KR 슬래그는 많은 황(S)을 함유하고 있기 때문에 사용상에 제약이 따른다. 제강공정 중에서 생석회(CaO)는 전기로에서 탈린 반응을 위하여 전기로 내로 투입하는 것과, 출강 중 탈황 반응을 위해 래들에 투입하는 것, 및 2차정련 중 추가 탈황을 위해 래들에 투입하는 경우에 사용된다. KR 슬래그는 많은 황을 함유하고 있기 때문에 탈황 반응을 위한 용선예비처리나 2차정련 공정에서는 KR 슬래그를 생석회 대체용으로 재활용하기가 어렵다. 더구나 보관 과정에서 흡습함에 따라 슬래그 중 CaO(OH)-를 형성하기 때문에 수소 농도를 높여서 연속주조 공정시에 제조되는 연주주편에 홀(blow hole) 또는 브레이크아웃(breakout)을 유발할 수 있기 때문에 KR 슬래그의 재활용이 쉽지 않다.
일반적으로 150톤 전기로에서는 탈린 공정을 위해 생석회를 대략 2.5톤 내지 3톤 정도를 장입하게 되는 데, 본 발명에서는 초기 탈린 공정인 전기로에서 생석회 대체재로 KR 슬래그를 사용하고자 한다. 전기로에서는 생석회 100kg당 대략 160kg 내지 210kg의 KR 슬래그를 대체하여 사용할 수 있다. 즉, 생석회 투입량이 500kg정도가 감소될 경우 생석회 감소량에 대응되는 대략 800 내지 1050kg의 KR 슬래그가 전기로로 투입될 수 있다.
아울러, 생석회의 경우 고체 덩어리이므로 스크랩과 함께 로체(11) 내부에 투입될 있다. 하지만, KR 슬래그의 경우 분말(powder) 형태이기 때문에 수냉랜스(20)에 의해 로체(11) 내부로 취입될 수 있다. 만일 KR 슬래그를 생석회와 같이 장입하는 경우 KR 슬래그가 분말 형태이므로 집진설비에 의해 빨려 들어갈 수 있어 투입 효율이 떨어질 수 있다. 아크로의 경우 철스크랩을 로체(11) 내부로 장입할 때, 철스크랩을 용해할 때, 및 출강시 많은 분진과 연소가스가 발생된다. 작업 환경과 공해 배출을 억제시키기 위하여 전기로에는 집진설비가 설치되어 있으며, 집진설비는 로체 내에서 발생하는 분진과 가스를 로체로부터 직접 흡입하게 된다.
전기로에서 아크열을 이용하여 용해 작업을 할 때 수냉랜스(20)를 통해 산소가 취입되면 용강 중에 함유된 인(P)은 산소(O)와 반응하여 산화되게 된다. 산화된 인은 수냉랜스(20)를 통해 분말 형태의 탈린제가 취입되면 탈린제의 산화칼슘은 용강 중 산화인과 반응하여 용강(M)의 상단에 슬래그(S; Slag)로 부상되게 된다.
이와 같이 구성된 전기로에서의 용강 탈린 과정을 도 2의 순서도를 참조하여 살펴보면 아래와 같다.
먼저, 전기로의 로체(11) 내부에 철스크랩과 설정된 양의 생석회를 장입한다(S11). 여기서, 생석회의 투입량은 생석회와 KR 슬래그를 합한 총 투입량의 75% 내지 90% 정도가 투입될 수 있다. 만일 탈린제의 투입 목표량이 2500kg일 경우 생석회는 대략 1800kg 내지 2300kg 정도가 로체(11)에 장입될 수 있다. 생석회의 투입량은 생석회 대체재인 KR 슬래그의 투입양에 의존된다. 생석회의 전량을 KR 슬래그로 대체하는 것은, KR 슬래그에 함유된 많은 황으로 인해 어렵고, KR 슬래그를 수냉랜스(20)로 취입할 수 있는 양이 시간적인 이유로 인해 한계가 있으므로 어려울 수 있다.
상기와 같이 전기로의 로체(11) 내부에 철스크랩과 생석회를 장입한 후 로체(11)의 덮개(13)에 수직 방향으로 설치된 복수의 전극봉(17)에 고전류를 통전시켜 고열의 아크열을 발생시키고, 이를 통해 로체(11) 내부에 투입된 스크랩 등을 용해하게 된다(S12).
로체(11)에 투입된 스크랩이 용해되면, 수냉랜스(20)는 로체(11) 내부에 삽입하고, 삽입된 수냉랜스(20)를 통해 고순도의 산소와 탈린제인 KR 슬래그의 분말을 각 토출관을 통해 용강으로 취입하여 탈린 반응을 촉진하게 된다(S13, S14). 여기서, KR 슬래그는 생석회의 1kg당 1.6 내지 2.1kg이 취입될 수 있다. 예컨대, KR 슬래그가 생석회의 1kg당 2kg이 투입될 경우, KR 슬래그는 상기에서 생석회의 부족분에 해당되는 400kg(200kgㅧ 2배) 내지 1400kg(700kgㅧ 2배)이 용강으로 취입될 수 있다. 여기서, KR 슬래그가 400kg 미만이면 KR 슬래그를 재활용하는 효과가 줄어들며, 1400kg을 초과할 경우에는 KR 슬래그에 포함된 황 성분으로 인해 2차정련에 도착되는 S의 농도가 증가되어 2차정련시에 부담으로 작용될 수 있다.
한편, 수냉랜스(20)를 통해 KR 슬래그를 용강으로 취입할 경우, 예컨대 1분당 100kg 정도를 투입할 수 있으며, 전기로에서 수냉랜스(20)를 사용하는 시간(10여분 정도)을 고려하여 볼 때 KR 슬래그의 최대 투입량은 일정량으로 제한될 수 있다. 물론, KR 슬래그의 투입 방식을 달리할 경우에, 예컨대 2개의 토출관을 통해 KR 슬래그가 투입될 경우에는 투입량이 조절될 수 있다.
상기에서 KR 슬래그는 제강공정의 KR(Kanvara Reactor) 조업시 발생하는 탈황 슬래그로서, CaO, SiO2, MgO, Total Fe, P2O5, 및 S를 필수 성분으로 포함하고 있다. 상기 필수 성분의 조성은 CaO이 50.1~60.1wt%, SiO2가 7.4~11.4wt%, MgO은 0.9~4.9wt%, Total Fe이 13.3~19.3wt%, P2O5가 0.25~0.35wt%, S가 0.6~1.6wt% 및 나머지는 제강용 슬러지로 이루어져 있으며, 염기도(CaO/SiO2)가 5이상인 슬래그이다. 즉, KR 슬래그에 포함된 CaO의 함량이 50.1~60.1wt% 정도이므로, KR 슬래그가 생석회의 1kg당 1.6 내지 2.1kg이 취입되어야만 양자의 CaO의 중량이 동일 내지 유사해진다.
상기에서 수냉랜스(20)를 통해 산소가 취입되면 아래 반응식 1과 같이 용강 중에 함유된 인(P)은 산소(O)와 반응하여 산화되게 된다.
반응식 1
4P＋5O5 → 2P2O5
상기 반응식 1과 같이 용강에 함유된 인(P)과 수냉랜스(20)를 통해 취입된 산소가 반응하여 산화인(P2O5)이 생성되고, 생성된 산화인은 아래 반응식 2와 같이 수냉랜스(20)를 통해 취입된 KR 슬래그의 산화칼슘(CaO) 및 생석회(CaO)와 각각 반응한다.
반응식 2
P2O5＋CaO → P2O5 · CaO(슬래그)
즉, 산화인(P2O5)은 취입된 KR 슬래그의 산화칼슘(CaO) 및 생석회(CaO)와 반응하여 용강(M)의 상단으로 슬래그(Slag; P2O5 · CaO)로 부상된다(S15).
이와 같이 KR 슬래그의 재활용에 의한 효과는 아래 표 1과 같다.
Figure 112011040313715-pat00001
상기 표 1에서, 비교예에서는 탈린제로 생석회만 2500kg을 전기로에 투입한 경우이고, 실시예에서는 생석회 2000kg과 생석회 감소량인 500kg에 해당되는 1000kg의 KR 슬래그를 전기로에 취입한 경우를 비교한 것이다. 물론, 생석회 감소량인 500kg을 1000kg의 KR 슬래그로 대체한 것이다.
표 1에서 보듯이, 전기로에서 KR 슬래그를 재활용시, 비교예 대비 실시예에서 2차정련 도착시의 인(P)은 비교예와 유사한 함량이지만 황(S)은 다소 증가되었다. 반면에, KR 슬래그 내의 T.Fe가 회수되어 용강 회수율은 증가되었다. 증가된 S의 농도는 2차정련에서 목표 성분으로 생산하기에 문제가 되지 않는 실적이다. 만일, 생석회 2300kg과 KR 슬래그 400kg을 투입할 경우 2차정련 도착시의 인의 함량은 표 1의 실시예와 유사하나 황의 농도는 실시예보다 감소될 것이다. 또한, 생석회 1800kg과 KR 슬래그 1400kg을 투입할 경우 2차정련 도착시의 인의 함량은 표 1의 실시예와 유사하나 황의 농도는 실시예보다 다소 증가될 수 있다. 하지만, 증가된 S의 농도는 2차정련에서 목표 성분으로 생산하기에 문제가 되지 않는 함량이다. 따라서, 전기로에서 생석회 대체재로 KR 슬래그의 사용이 가능한 것을 알 수 있다.
본 발명에서는 KR 조업시 발생하는 탈황 슬래그를, 생석회 감소량에 대해 KR 슬래그를 대략 1:2 비율로 전기로에서 재활용함으로써, 용강 회수율의 증가 및 생석회의 대체 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 탈린제 및 탈린 방법은 위에서 설명된 실시예들의 성분과 구성 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 전기로 11: 로체
13: 덮개 17: 전극봉
20: 수냉랜스 30: 유압실린더
M: 용강 S: 슬래그

Claims (6)

  1. 전기로 내에 스크랩과 설정된 양의 생석회를 장입하는 단계;
    상기 스크랩을 아크열을 통해 용융시키는 단계;
    상기 전기로 내에 산소정련 공정을 위하여 산소를 취입하는 단계; 및
    상기 생석회의 부족량을 대체하기 위하여 생석회의 1kg당 1.6 내지 2.1kg의 KR 슬래그를 용강으로 취입하여 탈린 공정을 촉진하는 단계;를 포함하고,
    상기 KR 슬래그는 KR(Kanvara Reactor) 조업시 발생하고, CaO 50.1~60.1wt%, SiO2 7.4~11.4wt%, MgO 0.9~4.9wt%, Total Fe 13.3~19.3wt%, P2O5 0.25~0.35wt%, S 0.6~1.6wt% 및 나머지는 제강용 슬러지를 포함하는,
    전기로에서의 용강 탈린 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 KR 슬래그는 수냉랜스를 통해 용강으로 취입되는 전기로에서의 용강 탈린 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 KR 슬래그는 제강공정의 KR(Kanvara Reactor) 조업시 발생하는 탈황 슬래그인 것인 전기로에서의 용강 탈린 방법.
  4. 삭제
  5. 생석회 대체재로서 KR(Kanvara Reactor) 조업시 발생하는 KR 슬래그를 이용하고,
    상기 KR 슬래그는 CaO 50.1~60.1wt%, SiO2 7.4~11.4wt%, MgO 0.9~4.9wt%, Total Fe 13.3~19.3wt%, P2O5 0.25~0.35wt%, S 0.6~1.6wt% 및 나머지는 제강용 슬러지를 포함하는 전기로의 용강 탈린제.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 KR 슬래그는 생석회의 1kg당 1.6 내지 2.1kg로 대체되는 전기로의 용강 탈린제.
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