KR20040053602A - 용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용선을 용강으로 정련하는 제강 공정에서 용선에 함유되어 있는 불순물인 유황을 제거하기 위해 전로에서 정련하기 전에 용선 운반용기에서 미리 탈류처리하는 용선예비처리 작업시 탈류제가 유황과 반응하는 효율을 극대화시켜 탈류제의 사용량을 절감하고 처리시간을 단축시킬 수 있도록 한 용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법에 관한 것으로, 용선 탈류시 탈류제를 투입하는 방법에 있어서, 기계식으로 회전되는 임펠러 내부에 파이프라인을 형성하고 이 파이프라인을 통해 분체인 탈류제를 질소가스의 압력으로 취입함과 동시에 용선의 표면으로는 괴상의 탈류제를 투입하여 용선을 회전교반시키면서 탈류처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 탈류제 투입방법은 종래의 탈류처리 방법인 KR법과 주입법에 비해 괴상과 미분체 탈류제의 수급환경에 탄력적으로 대응할 수 있으며, 탈류제 사용량 절감과 탈류 처리시간의 단축, 온도 강하량 저감 및 우수한 탈류율을 얻을 수가 있고, 이에 따라 탈류작업에 소요되는 처리비용의 절감과 생산성 향상에 큰 효과를 거둘 수 있다.

Description

용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법{DESULFURIZATION MATERIAL INJECTING METHOD FOR IMPROVING DESULFURIZING EFFICIENCY}

본 발명은 용선을 용강으로 정련하는 제강 공정에서 용선에 함유되어 있는불순물인 유황(SULFUR)을 제거하기 위해 전로에서 정련하기 전에 용선 운반용기에서 미리 탈류처리하는 용선예비처리 작업시 탈류제가 유황과 반응하는 효율을 극대화시켜 탈류제의 사용량을 절감하고 처리시간을 단축시킬 수 있도록 한 용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로에서 생산된 용선을 대상으로 하는 탈류제중 널리 사용되는 것으로는 생석회계 탈류제, 칼슘카바이드계 탈류제, 탄산나트륨계가 있다.

이러한 탈류제가 용선 안으로 침투하여 유황과 반응을 일으키도록 탈류제를 공급하는 방법으로는 탈류제의 입도로 구분하여 괴상(덩어리)으로 용선의 상부에 투입하는 방법과 미분체를 용선 안으로 취입하는 방법으로 대별할 수 있다.

괴상의 탈류제를 사용할 경우는 도 1과 같이, 기계식 교반법인 KR(Kanvara Reactor) 방식을 사용하는데 이는 주로 괴상의 생석회(1a)를 상부에서 투입하고 표면에 내화물을 입힌 임펠러(2a)를 용선에 침지하여 회전시키면서 용선을 교반하며, 이때 발생하는 교반력에 의해 용선의 유황과 생석회가 반응하도록 한 방법이며; 미분체인 탈류제를 사용할 경우는 도 2와 같이, 표면에 내화물을 입힌 철제 파이프(2b)를 용선 안으로 담그고 이 파이프(2b)를 통하여 미분체인 탈류제(1b)를 강한 압력으로 용선 안으로 침투시켜 유황과 반응하도록 하는 주입(Injection)방법이 있는데 주입시의 압력은 용선에 교반력을 부여하는 역할도 담당하고 있다.

통상, 생석회에 의한 탈류 반응식은 다음과 같다.

[반응식]

CaO + [S]+ [C] = (CaS) + CO

CaC₂+ [S] = (CaS) + 2[C]

탈류반응은 위의 반응식과 같이 치환반응에 의해 일어나는데 용선중 황(S)과 탈류제와의 접촉속도가 탈류속도를 지배하는데 용선중 황의 이동은 용선의 유동특성에 의해 지배된다.

즉, 용선의 교반특성을 개선함으로써 용선중 황의 이동속도를 빠르게 하여 탈류제와의 반응확률을 증대시킴으로서 탈류반응 속도를 증대시킬 수 있다.

그러나, KR 탈류법은 상부에 별도로 설치된 호퍼에서 탈류제를 피더로 절출하여 용선의 표면에 투입함에 반해, 분체의 탈류제를 사용할 경우에는 처리중 발생하는 분진 등을 흡입하기 위한 덕트로 탈류제가 흡입되어 손실되기 때문에 탈류제의 입도는 괴상의 탈류제로 한정되고, 임펠러를 회전시킬 때 발생하는 교반력에 의해 생긴 용선의 와류에 의해 상부에 투입한 탈류제가 용선중으로 침투하여 탈류반응이 진행되므로 임펠러의 회전속도가 클수록 탈류제의 분산이 커지며 탈류제와 유황과의 반응효율도 커짐을 알 수 있다.

하지만, 와류에 의해 혼입된 탈류제는 임펠러가 회전하는 만큼 빠르게 반응하지 못하여 투입된 탈류제(생석회)가 탈류에 기여하는 탈류제 반응효율(하기한 식 1)의 상승에 크게 기여하지 못하기 때문에 주어진 처리시간내에 원하는 범위의 탈류를 행하기 어렵다.

또한, 괴상의 탈류제를 사용하므로써 투입량에 비해 용선과 반응하는 면적이 적으므로 높은 효율을 얻기 어렵고, 처리용기 밖으로 용선이나 슬래그가 넘쳐 흐를염려가 있어 임펠러의 침적깊이비(하기한 식 2)를 낮게 유지하여야 하기 때문에 용기 하부에서는 반응효율이 극히 나빠 탈류가 잘 일어나지 않는 반응 정체구역이 존재하는 문제점이 있다.

한편, 주입방법은 상부에 별도로 설치되어 있는 호퍼에서 직하부의 디스펜서로 탈류제를 절출하고 질소 등으로 디스펜서를 가압하여 용선안으로 침지되어 있는 랜스를 통하여 취입하며, 교반력을 동시에 부여하는 방식으로 사용되는 탈류제의 입도는 미분체 상태로 한정되는데 용선안에서 탈류제의 자체 교반력이 약하여 용선위로 부상하는 속도가 비교적 빠르므로 반응효율이 떨어지고, 또한 2~3회 사용시 랜스에 리크가 발생하고 랜스 선단이 절단되어 떨어져 나가는 등 랜스수명이 짧아 경제성도 떨어진다.

(식 1)

(식 2)

침적깊이비(%) = 임펠러 침적깊이/용선 탕면의 높이 * 100

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 용선 탈류제를 수급환경에 따라 괴상, 미분체 두 가지를 선택적 또는 동시에 사용할 수 있도록 대응성을 주고, 투입된 탈류제가 용선중에 체류하는 시간을 길게 함으로써 탈류제가 유황과 결합하는 기회를 증대시켜 탈류효율 향상에 의한 탈류제 사용량 절감의 효과와 투입된 탈류제가 용선중에 고르게 분포하도록 함으로써 반응 정체구역을 해소하여 탈류시간을 단축시킴에 따라 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 임펠러를 이용한 기계식 교반에 의한 용선 탈류과정을 보인 예시도,

도 2는 종래 랜스를 이용하여 미분체를 취입하는 형태의 용선 탈류과정을 보인 예시도,

도 3은 본 발명에 따라 내부에 파이프라인이 형성된 임펠러의 예시 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 탈류제 투입방법을 보인 동작상태도,

도 5 및 도 6은 본 발명 실시예에 따른 기존방법과의 대비 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10....임펠러 12....파이프라인

14....탈류제 20....호퍼

22....디스펜서

본 발명의 상기한 목적은, 용선 탈류시 탈류제를 투입하는 방법에 있어서, 기계식으로 회전되는 임펠러 내부에 파이프라인을 형성하고 이 파이프라인을 통해 분체인 탈류제를 질소가스의 압력으로 취입함과 동시에 용선의 표면으로는 괴상의 탈류제를 투입하여 용선을 회전교반시키면서 탈류처리하는 것을 특징으로 하는 용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법을 제공함에 의해 달성된다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 관계되는 탈류제의 투입방법은 괴상의 탈류제와 미분체인 탈류제를 선택적 또는 동시에 사용할 수 있도록 하고, 용선에 부여하는 교반력도 임펠러를 이용하되 임펠러 내부에 파이프라인을 형성하고 이를 통해 N₂등의 가스와 함께 분체인 탈류제가 취입될 수 있도록 한 후 임펠러를 회전시킴으로써 래들위에 투입한 탈류제가 와류를 통하여 용선 안으로 혼입되어 괴생석회(CaO)를 함께 사용할 수 있게 구성한 것이다.

즉, 도 3에서와 같이, 교반력을 유발시키는 임펠러(10)의 내부에 중공형의 파이프라인(12)을 형성하고, 이 파이프라인(12)을 통해 질소가스와 함께 도 4에서와 같이 분체인 탈류제(14)가 투입될 수 있도록 하여 임펠러(10)에 의해 유발된 와류에 의해 탈류제(14)의 용강내 혼입이 원활하게 이루어지도록 한 것이다.

작용에 있어, 호퍼(20)에는 분체인 탈류제(14)를 저장하고 필요한 양을 디스펜서(22)로 보내게 되면, 디스펜서(22)는 질소로 가압하여 탈류제(14)를 그 이송라인을 통하여 용선 내부로 침투시킨다.

이때, 투입된 탈류제(14)는 처리 용기의 아래방향으로 토출되며 용선의 교반력도 하방으로 형성되어 미분체인 탈류제(14)가 용선안에서 체류하는 시간이 길어지고 KR의 단점인 용기 하부에서의 반응 정체구역이 해소된다.

또한, 임펠러(10)가 지속적으로 회전하고 있기 때문에 용선 전체에 고르게 탈류제(14)를 분포시킬 수 있어서 탈류효율의 극대화를 도모할 수 있다.

한편, 용선의 표면에는 종전의 KR과 같이 투입된 또다른 탈류제인 괴상의 생석회가 임펠러(10)의 회전에 의한 교반력에 의해 용선과 지속적인 반응을 일으켜 이 두 가지 탈류작용에 의해 신속한 탈류작업이 이루어져 처리시간이 단축된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

고로에서 출선된 용선을 운반용기이자 반응용기인 레이들 담고 기존의 투입방법과 발명에 의한 방법으로 비교 처리를 실시하였다.

그리고, 각각의 조건은 표 1에, 처리후의 결과는 표 2에 나타내었다.

괴상의 탈류제와 미분체인 탈류제의 투입량 분할은 괴상 50% : 분체 50%의 비율로 투입하였고, 처리개시부터 종료시점까지 3분 간격으로 시료 샘플링과 온도를 측정하여 용선중 유황의 거동과 처리시간에 따른 온도강하량을 측정하였다.

또한, 정체구역의 유무를 확인하기 위하여 탈류처리 완료후 별도의 래들에 용선을 따라 붓고, 랜스를 침적시킨 후 질소를 2분간 취입하는 공취를 실시하여 용선을 균일하게 섞은 다음 시료를 채취하여 탈류처리후의 유황농도와 비교하였다.

상기 표 2의 탈류제 반응효율 ηCaO(%)과 탈류율, 탈류제 원단위는 각각 상술한 식 1과 식 3,4에 의해 계산된다.

(식 1)

(식 3)

탈류율(%)=(처리전 [%S]-처리후 [%S])/처리전 [%S] * 100

(식 4)

탈류제원단위(kg/t.p)=탈류제 투입량/처리용선량 *100

탈류제 반응효율은 투입된 탈류제(이 경우는 CaO)가 용선중의 유황과 어느정도 결합하였는지 효율을 나타낸다.

상기 표 2의 결과에서, 본 발명에 의한 방법의 탈류제 반응 효율은 기존의 KR법이나 주입방법에 비해 월등히 양호한 결과를 나타내고 있는데, 이는 본 발명에서 강구한 수단 즉, 임펠러 내부에 설치한 파이프라인을 통해 공급되는 미분체 탈류제가 처리 용기의 하방으로 취입되고, 임펠러의 회전력은 탈류제가 상부로 부상하는 것을 억제하는 작용을 하기 때문에 탈류제 입자가 용선 내부에 고른 분포를 촉진하며, 용선중에서 체류하는 시간을 길게 하도록 하기 때문에 유황과의 반응하는 기회를 증대하기 때문이다.

또한, 용선의 상층부에서는 상부로 투입되는 괴상의 탈류제가 임펠러의 회전력으로 용선에 발생한 와류에 의해 용선 안으로 휩쓸려 들어가기 때문에 용선 전체로 보면 상층부에서부터 하층부 까지 고르게 탈류반응이 이루어 진다. 이는 동시에 기존의 KR법이나 주입방법의 단점인 반응 정체구역을 해소하는 것을 의미하는데,탈류처리 후 측정한 유황농도와 질소만으로 용선을 고르게 섞은 후 유황농도를 측정한 값의 차이가 본 발명에 의한 방법에는 거의 없다는 것이 이를 증명해 주고 있다.

아울러, 도 5 는 탈류처리를 진행하는 동안 3분 간격으로 시료를 채취하여 측정한 용선중의 유황농도의 거동을 나타낸 것으로 본 발명에 의한 방법은 15분 경과 시점에서 통상적으로 탈류 처리 완료시점에서 나타나는 유황농도 0.005%에 달하고 있어 기존의 KR법이나 주입법에 비해 탈류 처리시간을 7분 정도 단축할 수 있고 탈류제 사용량도 30% 수준 절감할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 도 6 은 탈류처리를 하는 동안의 용선 온도의 거동을 나타낸 것으로 개략적으로 1분 경과에 약 1℃정도 하강하고 있으며, 본 발명에 의한 방법의 결과에 의하면 약 15분 경과시에 탈류처리를 종료할 수가 있기 때문에 기존의 KR법이나 주입법과 비교할 때 용선온도 강하량을 30% 수준 줄일 수 있기 때문에 후공정인 전로공정에서 온도에 의한 부담을 줄일 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 탈류제 투입방법은 종래의 탈류처리 방법인 KR법과 주입법에 비해 괴상과 미분체 탈류제의 수급환경에 탄력적으로 대응할 수 있으며, 탈류제 사용량 절감과 탈류 처리시간의 단축, 온도 강하량 저감 및 우수한 탈류율을 얻을 수가 있고, 이에 따라 탈류작업에 소요되는 처리비용의 절감과 생산성 향상에 큰 효과를 거둘 수 있다.

Claims (2)

1. 용선 탈류시 탈류제를 투입하는 방법에 있어서,

   기계식으로 회전되는 임펠러 내부에 파이프라인을 형성하고 이 파이프라인을 통해 분체인 탈류제를 질소가스의 압력으로 취입함과 동시에 용선의 표면으로는 괴상의 탈류제를 투입하여 용선을 회전교반시키면서 탈류처리하는 것을 특징으로 하는 용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 탈류제는 괴상의 것과 미분체의 것을 상황에 따라 선택적하여 혹은 동시에 함께 투입하여 탈류처리하는 것을 특징으로 한는 용선 탈류효율 향상을 위한 탈류제 투입방법.