KR20060004700A - 전기로에서 크롬 함량이 높은 용융물 상에 거품 슬래그를생성하는 방법 - Google Patents

Abstract

금속 산화물과 탄소로 이루어진 혼합물을 노에 도입하고, 슬래그 중에서 탄소에 의해 금속 산화물을 환원시켜 생성되는 가스로 슬래그 중에 기포를 형성하여 슬래그를 거품화하는, 전기 아크로에서 크롬 함량이 높은 용융물 상에 거품 슬래그를 생성하는 방법에서, 가스 발생 및 그에 따른 슬래그 거품화 과정을 제어할 수 있도록 하려고 한다. 그를 위해, 금속 산화물과 탄소로 이루어진 혼합물을 압축되고/압축되거나 접합제를 갖는 펠릿들과 같은 예비 성형 부재로서 노에 도입한다. 펠릿들의 특성, 특히 밀도 및/또는 압축 특성을 조절함으로써, 가스 발생을 위치, 종류, 및 시간에 있어 조절할 수 있게 된다.

전기 아크로, 거품 슬래그, 금속 산화물, 탄소, 혼합물, 예비 성형 부재

Description

전기로에서 크롬 함량이 높은 용융물 상에 거품 슬래그를 생성하는 방법{METHOD FOR PRODUCING FOAMED SLAG ON HIGH-CHROMIUM MELTS IN AN ELECTRIC FURNACE}

본 발명은 금속 산화물과 탄소로 이루어진 혼합물을 노에 도입하고, 슬래그 중에서 탄소에 의해 금속 산화물을 환원시켜 생성되는 가스로 기포를 형성하여 슬래그 거품을 일으키는, 전기로에서 크롬 함량이 높은 용융물 상에 거품 슬래그를 생성하는 방법에 관한 것이다.

전기 아크로의 작업 시에는, 장입물, 즉 특히 스크랩과 합금을 위쪽으로부터 노 용기로 돌출된 전극의 아크에 의해 용융시킨다. 그 경우, 슬래그는 그 1차 기능, 즉 용융물로부터 원하지 않는 성분을 제거하는 기능 이외에도 거품 모양의 상태로 보호 기능을 수행한다. 그러한 상태에서는, 슬래그가 전극 단부와 금속 표면 사이의 공간을 덮어 노의 내화 라이닝을 전극 아크의 방사 에너지로부터 보호한다. 거품화된 슬래그의 낮은 열 전도성에 기인하여, 전기로의 벽에 대한 아크의 방사가 현격히 줄어들어 금속 용융물에의 에너지 반입이 개선되게 된다.

스테인리스강 또는 크롬 함량이 낮은 강의 경우에는, 탄소와 산소를 동시에 취입함으로써 슬래그 상에 또는 강 욕 중에 거품 슬래그를 생성한다. 다음과 같이 진행되는 반응 중에 생성되는 가스가 슬래그의 거품을 일으킨다:

2[C] + {O₂} → 2{CO}

2{CO} + {O₂} → 2 {CO₂}

또한, 탄소는 다음과 같은 반응에 의해 산화철을 철과 일산화탄소로 환원시킨다:

(FeO) + [C] → [Fe] + {CO}

거품화된 슬래그는 전극을 덮어싸서 전기 아크와 노 벽 사이에 보호 층으로 존재한다.

크롬 함량이 높은 용융물의 경우에는, 취입된 탄소가 주로 산화크롬의 환원 원소로서 반응한다. 전술된 반응들은 금속 욕 중에서는 별 의미가 없다. 또한, 슬래그 중의 산화철의 함량도 역시 슬래그의 거품화를 충분할 만큼 보장하기에는 너무 낮다. 전체적으로, 크롬 함량이 높은 용융물에서는 전술된 차이점으로 인해 과열 상태에서 거품화된 슬래그를 생성하기가 어렵다.

그와 관련하여, 전기로에서 용융 액상 스테인리스강 상에 거품 슬래그를 생성하는 방법에 관한 EP 0 829 545 B1은 산화아연 아니면 산화납과 같은 금속 산화물과 탄소로 조성된 분말을 슬래그 중에 도입하는 것을 제안하고 있다. 분말 중에 함유된 산화물은 탄소와 반응함으로써 환원된다. 슬래그 중에는 거의 일산화탄소로 이루어진 기포가 형성되는데, 슬래그 중에 포함된 그 기포가 슬래그를 거품화시킬 수 있다. 그를 위해, 분말을 주입 매체, 예컨대 질소에 의해 슬래그 중에 도입 한다.

따라서, 선행 기술에 따르면, 분말로서의 반응성 혼합물을 슬래그 또는 용융물 중에 도입하게 된다. 분말 형태에 수반되는 상대적으로 넓은 표면에 의거하여, 짧고도 격렬한 반응이 일어나게 된다. 또한, 그러한 반응은 주입 장치 또는 취입 장치의 부근, 여기서는 특히 용융물 욕 중의 취입 랜스의 선단에 국부적으로 한정되어 일어난다.

이러한 선행 기술로부터 비롯하고 있는 본 발명의 목적은 거품 반응을 일으키는 과정을 제어하면서 진행하는, 전기로에서 크롬 함량이 높은 용융 액상 강 상에 거품 슬래그를 생성하는 방법을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성되게 된다. 바람직한 부가의 구성들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.

본 발명에 따르면, 금속 산화물과 탄소로 이루어진 혼합물을 분말로서가 아니라, 압축되고/압축되거나 접합제를 갖는 예비 성형 부재로서 노에 장입한다. 바람직한 형태인 펠릿 형태 이외에도, 예컨대 조개탄 형태와 같은 다른 형태도 가능하다. 예비 성형 부재의 특성을 의도적으로 조절하고 난 연후에 펠릿들로 응결시킴으로써, 분말 형태로 도입하는 것에 비해 위치, 종류, 및 시간과 관련하여, 특히 시간상의 출발점, 속도, 반응의 정도, 및/또는 반응의 길이에 있어 가스 발생을 제어할 수 있게 된다.

특히, 압축 압력 및/또는 혼합되는 철 캐리어, 예컨대 니켈철과 접합제의 종류 및 양에 의해 펠릿들의 밀도 특성을 조절한다. 그 경우, 바람직한 변형에 따르면, 펠릿들이 금속/슬래그간 상 경계 부근에서 또는 바로 그 경계 자체에서 슬래그 중에 부유하도록 압축 부재의 밀도를 조절한다. 철 캐리어를 첨가함으로써, 펠릿들이 슬래그보다는 더 무겁지만 금속 용융물보다는 더 가볍게 되도록 하는 것이 확보된다. 따라서, 가스 발생이 국부적으로 한정되어, 즉 슬래그 중에서 금속과 슬래그의 경계에 한정되어 진행되게 된다. 그와 같이 하여, 펠릿들과 금속 욕 사이의 접촉이 일어나지 않게 되고, 그럼으로써 용융물의 탄화가 방지되게 된다. 펠릿들이 용융물 욕과 슬래그 사이에서 여러 위치에 취할 수 있도록 펠릿 특성을 조절하는 것도 가능하다. 그럴 경우, 거품을 일으키는 과정이 단지 슬래그 중에서만 진행되어 효율성이 증진되게 된다.

또한, 펠릿들은 그것이 균일하고도 완만하게 붕괴하는 그러한 밀도 내지 압축도를 가져야 하는데, 그 경우에 가스 발생 및 그에 따른 거품화 반응이 균일하고도 완만하게 진행되게 된다. 또한, 좀더 강력하게 압축 다짐을 하는 것에 의해서도 반응이 시간상으로 지연되게 진행되도록 하는 것을 구현하는 것이 가능하다. 그것은 지나치게 조기에 반응이 일어나는 것을 저지하거나 펠릿들이 슬래그 중에 분포되고 나서야 비로소 반응이 시작되도록 하는 것을 보장하게 된다.

아울러, 펠릿들의 크기에 의해서도 역시 발생 발생을 의도적으로 조절할 수 있다. 펠릿들이 비교적 더 큰 직경을 갖게 하여 분말에 비해 작은 표면을 갖도록 함으로써, 가스 발생을 균일하게 하면서 거품화 반응을 상대적으로 길게 유지시켜 지속할 수 있게 된다.

금속(Me) 산화물과 탄소의 기본 성분들에서는 다음과 같은 반응들이 진행된다:

(Me_xO_n) + [C] → x[Me] + {CO}

2{CO} + {O₂} → 2{CO₂}

펠릿들의 제조를 위한 혼합물로는 예컨대 전극 잔재 또는 폐기 스케일 부분의 탄소와 같은 제강 부산물을 사용할 수 있다. 특히, 그러한 혼합물에는 접합제를 사용하는 것을 권장할만하다.

금속 산화물과 탄소의 기본 원소 이외에도, 추가로 슬래그 형성제, 특히 석회석을 제안된 펠릿 형태로 다져 넣는다. 그러한 석회석에 의해, 원하는 CO/CO₂ 형성이 추가로 증진되게 된다.

또한, 추가로 슬래그 액화제, 바람직하게는 CaF₂를 함께 다져 넣거나 결합시킬 수 있다. 그럼으로써, 크롬 함유 슬래그가 산화크롬의 함량 증가에 따라 점점 더 점액질로 되는 상황이 저지되게 된다.

규소 및/또는 알루미늄과 같은 환원제를 특히 석회석과 함께 펠릿들의 일부에 다져 넣어 슬래그 중의 산화크롬 함량을 제어하는 것도 역시 권장할만하다. 그러한 환원제는 슬래그 중의 산화크롬 함량을 감소시켜 슬래그 중의 크롬 함량을 낮춰 준다. 또한, 슬래그의 거품화가 개선되게 된다.

국부적으로 주입되어야 하는 분말과는 대조적으로, 펠릿들은 노의 덮개 및/또는 노의 측벽을 경유하여 노의 여러 지점에 첨가될 수 있다. 그것은 분말에 의해서는 불가능한 것으로, 왜냐하면 분말의 대부분이 노의 집진 설비에 의해 흡인되기 때문이다. 추가로 펠릿들을 전극의 열점(hot spot)들 부근 또는 바로 그곳으로 방향을 맞춰 슬래그 중에 도입함으로써 거품화 반응이 특히 전극에서 진행될 수 있게 하는 것도 권장할만하다.

첨부 도면에 의거한 이후의 상세한 설명으로부터 본 발명의 또 다른 명세들 및 장점들을 더욱 명확하게 파악할 수 있을 것이다.

도 1은 슬래그 거품화 펠릿들의 첨가 장치를 구비한 전기 아크로의 개략적인 횡단면도이고;

도 2는 도 1의 전기 아크로를 위쪽으로부터 바라본 도면이다.

도 1에 도시된 전기 아크로(1)는 내화 벽(3)을 구비한 노 용기(2)와 노 덮개(4)로 이루어진다. 스크랩과 합금 성분들 장입한 후에, 본 경우에는 3개의 전극(5a 내지 5c)이 위쪽으로부터 들어와 노 내부로 진입한다. 그들 전극(5a 내지 5c)으로부터 생성되는 아크에 의해, 고체 재료가 용융된다. 용융물(6) 상에 부유하는 슬래그 층(7)이 형성된다. 전극(5a 내지 5c)들과 내화 노 벽 사이에서 슬래그(7)의 거품화 반응을 일으키기 위해, 예비 성형 부재(8)로서의 슬래그 거품화 재료, 즉 펠릿들의 형태의 슬래그 거품화 재료를 노 내부에 도입한다. 펠릿들을 노 덮개(4), 즉 여기서는 덮개 구멍(9) 및/또는 측벽(10)을 통해 장입하는 것이 바람직하다. 그를 위해, 노 측벽(10)을 통해 연장되는, 취입 라인을 구비한 취입 시스템 또는 중력 이송 시스템(11)이 마련된다. 취입 라인 대신에, 취입 랜스(lance)를 사용할 수도 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 환형 라인들로 이루어진 공압 이송 시스템(12)도 역시 펠릿들을 장입하는데 적합하다. 그 공압 이송 시스템(12)은 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 덮개(4)를 따라 연장되는 환형 라인(13)을 구비하는데, 그 환형 라인(13)은 동시에 덮개에 대해 반경 방향으로 연장되는 환형 라인 섹션들(14)을 구비한다. 환형 라인들(13, 14) 또는 그에 대응하는 덮개 벽에는 도시된 예의 경우에 3개의 장입 개구부(15a 내지 15c)가 마련된다. 그러한 시스템(12)을 통해, 펠릿들을 노 횡단면에 걸쳐 균일하게 노 슬래그(7) 내에 도입하게 된다. 그 경우, 장입 개구부(15a 내지 15c)는 펠릿들이 열점들 부근에서 슬래그(7)와 반응하도록 배치된다.

펠릿들은 슬래그(7) 중에 부유하고, 거기서 원하는 가스 발생 및 그에 따른 거품화 반응과 관련하여 위치, 시간 및 종류에 따른 제어를 받으면서 반응하게 된다. 특히, 펠릿들의 밀도 및 크기를 조절함으로써, 가스 발생 과정이 최대한으로 균일하고, 상대적으로 오랫동안, 그리고 지나치게 결렬하지 않게 진행되는 것이 구현되게 된다. 펠릿들 표면에서의 제어된 반응에 의해, 슬래그가 균일하게 거품을 일으키게 된다.

Claims (11)

1. 금속 산화물과 탄소로 이루어진 혼합물을 노(1)에 도입하고, 슬래그(7) 중에서 탄소에 의해 금속 산화물을 환원시켜 생성되는 가스로 슬래그 중에 기포를 형성하여 슬래그를 거품화하는, 전기 아크로(1)에서 크롬 함량이 높은 용융물(6) 상에 거품 슬래그(7)를 생성하는 방법에 있어서,

   금속 산화물과 탄소로 이루어진 혼합물을 압축되고/압축되거나 접합제를 갖는 펠릿들과 같은 예비 성형 부재들(8)로서 노에 도입하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 예비 성형 부재들(8)의 밀도를 슬래그(7) 중에 부유하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 예비 성형 부재들(8)의 밀도를 용융물(6)과 슬래그(7)의 상 경계 부근에서 슬래그 중에 부유하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 예비 성형 부재들(8)의 밀도를 철 캐리어의 첨가에 의해 조절하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 예비 성형 부재들(8)의 밀도를 그들이 슬래그(7) 중에서 균일하고도 완만하게 붕괴하여 가스 발생이 균일하고도 상대적으로 오랫동안 진행되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 예비 성형 부재들(8)의 밀도를 시간상으로 지연되어 붕괴하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 슬래그 형성제, 바람직하게는 석회석을 추가로 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 슬래그 액화제, 바람직하게는 CaF₂를 추가로 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 환원제, 바람직하게는 규소 및/또는 알루미늄을 추가로 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 예비 성형 부재들(8)을 전기로(1)의 측벽(10) 및/또는 노 덮개(4)를 통해 도입하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 예비 성형 부재들(8)을 전극(5a 내지 5c)의 열점들 부근 또는 바로 그곳으로 방향을 맞춰 슬래그(7) 중에 도입하는 것을 특징으로 하는 거품 슬래그 생성 방법.

Images