KR102628195B1

KR102628195B1 - 용강의 제조 방법

Info

Publication number: KR102628195B1
Application number: KR1020227019460A
Authority: KR
Inventors: 고지 고쿠다; 츠요시 미무라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2024-01-24
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: KR20220098213A; BR112022009352A2; AU2020387088B2; EP4032990C0; EP4032990B1; US20220389527A1; JP2021080540A; CA3157144A1; PL4032990T3; CN114651074A; JP7094259B2; UA127514C2; CN114651074B; ES2982526T3; CA3157144C; AU2020387088A1; US12281365B2; ZA202205543B; AU2020387088C1; MX2022005621A

Abstract

본 발명의 일 국면에 관한 용강의 제조 방법에서는, 고체 환원철은, SiO₂ 및 Al₂O₃을 합계로 3.0질량％ 이상, 탄소를 1.0질량％ 이상 함유하고, 고체 환원철에 함유되는 전체 철분에 차지하는 금속 철의 비율이 90질량％ 이상이고, 고체 환원철에 함유되는 상기 탄소 중, 잉여 탄소량 Cx가 0.2질량％ 이상이고, 제1 로에 있어서, 고체 환원철 중 40 내지 100질량％를 용융시켜서, 탄소 함유량이 2.0 내지 5.0질량％이고 또한 온도가 1350 내지 1550℃의 용선과, 염기도가 1.0 내지 1.4인 슬래그로 분리하는 공정과, 제2 로에 있어서, 고체 환원철의 잔부를, 상기 제1 로에 있어서 분리된 상기 용선과 함께 용융시켜, 당해 용융물에 산소를 분사하여 탈탄하고, 용강으로 하는 공정을 포함한다.

Description

용강의 제조 방법

본 발명은, 용강의 제조 방법에 관한 것이다.

철광석 등의 산화철원을 탄재나 환원성 가스에 의해 고체 상태 그대로 환원하여, 환원철(Direct Reduced Iron)을 얻는 직접 제철법이 행하여지고 있다. 비특허문헌 1에는, 천연가스를 사용하여 철광석을 환원하고, 얻어진 환원철을 전기로에서 용해하여, 용강을 얻는 방법이 개시되어 있다.

근년, 맥석 등의 불순물 함유량이 적은, 소위 고품위의 철광석 생산량이 감소하고 있는 점에서, 저품위의 철광석의 중요성이 높아지고 있다.

그러나, 저품위의 철광석을 원료로 하여 얻어진 환원철은, 비교적 다량의 맥석을 함유하기 때문에, 전기로에서 용해하면 용강과 함께 다량의 슬래그가 발생한다.

용강과 함께 발생하는 슬래그의 철 함유량은 약 25질량％로 높기 때문에, 슬래그양이 많을수록, 슬래그에 포함되는 철도 증가하여, 용강의 수율이 대폭 저하된다. 그 때문에, 저품위의 철광석은 고품위의 철광석에 비하여 단위 중량당 가격이 낮지만, 단위 중량의 용강 제조에 필요한 철광석의 중량은 저품위의 철광석쪽이 고품위의 철광석보다도 대폭 많아지고, 단위 중량의 용강 제조 비용은 고품위의 철광석과 크게 변함없다.

이와 같이, 현재, 환원철의 원료로서 저품위의 철광석 이용은, 수율의 낮음에 기인하여 비용 면에서의 큰 장점이 없기 때문에 한정적으로 되어 있다.

본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 고체 환원철의 원료로서 저품위의 철광석을 이용해도 높은 수율로 용강을 얻을 수 있는 용강의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

아쓰시 마사아키, 우에무라 히로시, 사카구치 히사시, 「MIDREX(등록 상표) 프로세스」, R&D 고베 세이코우 기보, Vol.60, No.1, 2010년 4월, p.5 내지 11

본 발명자들은, 여러 가지 검토한 결과, 상기 목적은, 이하의 발명에 의해 달성할 수 있는 것을 알아 냈다.

본 발명의 일 국면에 관한 용강의 제조 방법은, 고체 환원철을 원료로 하는 용강의 제조 방법이며, 상기 고체 환원철은, SiO₂ 및 Al₂O₃을 합계로 3.0질량％ 이상, 탄소를 1.0질량％ 이상 함유하고, 상기 고체 환원철에 함유되는 전체 철분에 차지하는 금속 철의 비율이 90질량％ 이상이고, 상기 고체 환원철에 함유되는 상기 탄소 중, 하기 식 (1)로 규정되는 잉여 탄소량 Cx가 0.2질량％ 이상이고, 제1 로에 있어서, 상기 고체 환원철 중 40 내지 100질량％를 용융시켜서, 탄소 함유량이 2.0 내지 5.0질량％이고 또한 온도가 1350 내지 1550℃의 용선과, 염기도가 1.0 내지 1.4인 슬래그로 분리하는 공정과, 제2 로에 있어서, 상기 고체 환원철의 잔부를, 상기 제1 로에 있어서 분리된 상기 용선과 함께 용융시켜, 당해 용융물에 산소를 분사하여 탈탄하고, 용강으로 하는 공정을 포함한다.

Cx=[C]-[FeO]×12÷(55.85+16)÷0.947 …(1)

식 중, Cx: 잉여 탄소량(질량％), [C]: 고체 환원철의 탄소 함유량(질량％), [FeO]: 고체 환원철의 FeO 함유량(질량％)이다.

상기의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기재와 첨부 도면으로부터 밝혀질 것이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는, 용융한 철에 함유되는 탄소량과, 용융한 철과 공존하는 슬래그에 함유 가능한 전체 철분의 양의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법에 사용 가능한 제철 전기로의 종단면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

[용강의 제조 방법]

본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법은, 고체 환원철을 원료로 하여 용강을 제조하는 방법이고, 고체 환원철은, SiO₂ 및 Al₂O₃을 합계로 3.0질량％ 이상, 탄소를 1.0질량％ 이상 함유하고, 고체 환원철에 함유되는 전체 철분에 차지하는 금속 철의 비율이 90질량％ 이상이고, 고체 환원철에 함유되는 상기 탄소 중, 하기 식 (1)로 규정되는 잉여 탄소량 Cx가 0.2질량％ 이상이다.

Cx=[C]-[FeO]×12÷(55.85+16)÷0.947 …(1)

상기 구성에 의하면, 고체 환원철의 원료로서 저품위의 철광석을 이용해도 높은 수율로 용강을 얻을 수 있는 용강의 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법은, 도 1의 흐름도에 도시하는 바와 같이, 제1 로에 있어서, 원료인 고체 환원철 중 40 내지 100질량％를 용융시켜서, 탄소 함유량이 2.0 내지 5.0질량％이고 또한 온도가 1350 내지 1550℃의 용선과, 염기도가 1.0 내지 1.4인 슬래그로 분리하는 공정(이하, 「제1 로에 있어서의 공정」이라고도 함)과, 제2 로에 있어서, 고체 환원철의 잔부를, 제1 로에 있어서 분리된 용선과 함께 용융시켜, 당해 용융물에 산소를 분사하여 탈탄하고, 용강으로 하는 공정(이하, 「제2 로에 있어서의 공정」이라고도 함)을 포함한다.

이하에서는, 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법의 상기 각 요건에 대하여 설명한다.

(고체 환원철)

본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법에서는, SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량이 3.0질량％ 이상인 고체 환원철을 사용한다. 고체 환원철은, 예를 들어 철광석 등의 산화철원을, 탄재 또는 환원성 가스에 의해 고체 상태 그대로 환원한 것을 사용할 수 있다. 고체 환원철의 제조 방법에 대해서는 특별히 제한은 없고, 회전 노상로(Rotary Hearth Furnace), 스트레이트 그레이트 등의 이동 바닥형 환원로, 샤프트로 등의 수직형 로, 로터리 킬른 등의 회전로 등, 공지된 환원철 제조 플랜트를 사용한 제조 방법을 적용할 수 있다.

고체 환원철의 SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량이 3.0질량％ 미만인 경우에는, 당해 고체 환원철의 제조에 사용한 철광석 등의 산화철원의 품위가 높다. 이러한 고체 환원철은, 직접 제2 로에 있어서 용해시켜도 부차적으로 발생하는 슬래그양이 적기 때문에, 높은 수율로 용강을 얻을 수 있다. 이에 의해, 고체 환원철의 SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량이 3.0질량％ 미만인 경우에는, 제2 로에 앞서 제1 로에서 고체 환원철을 용선으로 하는 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법을 적용할 필요가 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법에서는, SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량이 3.0질량％ 이상인 고체 환원철을 사용한다.

고체 환원철의 탄소 함유량은, 1.0질량％ 이상으로 한다. 제1 로에 있어서 고체 환원철을 용융시켰을 때에, 고체 환원철이 함유하는 탄소에 의해, 고체 환원철 중의 FeO가 환원되어, 그것에 수반하여 CO 가스가 발생한다. 고체 환원철의 탄소 함유량을 1.0질량％ 이상으로 함으로써, 충분한 양의 CO 가스를 발생시킬 수 있고, 발생한 CO 가스에 의해 슬래그를 충분히 포밍시킬 수 있다. 이 포밍한 슬래그 중에서 아크 가열을 행함으로써, 효율적인 가열이 가능하게 된다. 이 관점에서, 고체 환원철의 탄소 함유량은, 1.5질량％ 이상이 바람직하다.

또한, 고체 환원철의 탄소 함유량이 과잉이면, 용선의 탄소 농도가 포화 탄소 농도를 초과하는 경우가 있다. 용선의 탄소 농도가 포화 탄소 농도를 초과한 경우, FeO의 환원 반응에 기여하지 않은 탄소는 슬래그 또는 배기 가스와 함께 로 외로 배출되어, 낭비가 된다. 그 때문에, 고체 환원철의 탄소 함유량은, 7.0질량％ 이하가 바람직하고, 6.0질량％ 이하가 보다 바람직하다.

고체 환원철에 함유되는 전체 철분에 차지하는 금속 철의 비율(이하, 「고체 환원철의 금속화율」 또는 단순히 「금속화율」이라고도 함)은, 90질량％ 이상으로 한다. 고체 환원철의 금속화율을 90질량％ 이상으로 함으로써, 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법으로 높은 수율로 용강을 제조할 수 있다.

고체 환원철의 금속화율이 90질량％ 미만인 경우, 고체 환원철 중의 FeO 함유량이 많아진다. 고체 환원철의 탄소 함유량은, 고체 환원철의 제조 시에 행하여지는 침탄 프로세스에 있어서 증가시킬 수 있다. 그러나, 공업적으로 실현 가능한 고체 환원철의 탄소 함유량에는 상한이 있다. 그 때문에, 고체 환원철 중의 FeO의 함유량이 많은 경우에는, 제1 로에 있어서 고체 환원철에 함유되는 탄소에 의해 환원되지 않는 FeO가 발생한다. 환원되지 않은 FeO는 그대로 슬래그에 용출하여, 슬래그와 함께 제1 로로부터 배출된다. 이와 같이, 고체 환원철의 금속화율이 90질량％ 미만인 경우, 본 실시 형태에 따른 제1 로에 있어서의 공정 및 제2 로에 있어서의 공정을 적용해도, 높은 수율로 용강을 제조하는 것이 곤란하다. 그 때문에, 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법에서는, 고체 환원철의 금속화율은 90질량％ 이상으로 한다. 또한, 고체 환원철 중의 FeO 함유량이 많으면, 제1 로에 있어서의 공정 및 제2 로에 있어서의 공정에서, FeO의 환원에 필요한 에너지도 많아진다. 그 때문에, 고체 환원철의 금속화율은 92질량％ 이상이 보다 바람직하다. 금속화율은 높을수록 바람직하기 때문에, 특별히 상한은 없다. 그러나, 과도하게 높은 금속화율은 고체 환원철의 제조 프로세스에 있어서의 고체 환원철의 생산성을 크게 저하시키기 때문에, 98질량％ 이하가 바람직하고, 97질량％ 이하가 보다 바람직하다.

고체 환원철에 함유되는 상기 탄소 중, 상기 식 (1)로 규정되는 잉여 탄소량 Cx는, 0.2질량％ 이상으로 한다. 잉여 탄소량 Cx는, 고체 환원철에 함유되는 FeO를 모두 고체 환원철에 함유되는 탄소로 환원한 경우에 잔존하는 탄소(이하 「잉여 탄소」라고도 함)의 양이다. 잉여 탄소량 Cx를 0.2질량％ 이상으로 함으로써, 제1 로에 있어서 고체 환원철을 용융시켰을 때에, 고체 환원철에 포함되는 FeO가 모두 고체 환원철에 함유되는 탄소에 의해 환원되어, 고체 환원철에 포함되는 FeO의 슬래그에 대한 용출을 억제할 수 있다.

또한, 용융한 철 중의 탄소 함유량을 잉여 탄소에 의해 증가시킬 수 있기 때문에, 탄소 함유량이 2.0 내지 5.0질량％의 용선을 얻기 위하여 필요한 외장 가탄의 비율을 저감시킬 수 있다. 여기서, 「외장 가탄」이란, 로에 고체 환원철과 함께 탄소를 투입하는 것을 말한다. 이에 비해, 「내장 가탄」이란, 고체 환원철에 탄소를 함유시키는 것을 말하고, 예를 들어 고체 환원철의 제조 시에 행하여진다. 외장 가탄은, 내장 가탄에 비하여 가탄 효율이 떨어지기 때문에, 잉여 탄소량 Cx를 0.2질량％ 이상으로 함으로써, 전체로서 가탄 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 「가탄 효율」이란, 외장 가탄 또는 내장 가탄에 의해 로에 투입된 탄소 중, 용선에 용해한 탄소의 비율을 의미한다.

잉여 탄소량 Cx는, 0.2질량％ 이상이 바람직하고, 0.5질량％ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 잉여 탄소량 Cx가 과잉이면, 용선의 탄소 농도가 포화 탄소 농도를 초과할 우려가 있다. 용선의 탄소 농도가 포화 탄소 농도를 초과한 경우, 상술한 바와 같이, FeO의 환원 반응에 기여하지 않은 탄소는 슬래그 또는 배기 가스와 함께 로 외로 배출되어, 낭비가 된다. 그 때문에, 잉여 탄소량 Cx는, 6.0질량％ 이하가 바람직하고, 5.0질량％ 이하가 보다 바람직하다.

이어서, 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법의 각 공정에 대하여 설명한다.

(제1 로에 있어서의 공정)

제1 로에서는, 용강의 원료인 고체 환원철 중 40 내지 100질량％를 용융시킨다. 제1 로에서 용융시키는 고체 환원철의 비율은, 예를 들어 고체 환원철에 포함되는 SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량, 그리고 제2 로에 있어서 고체 환원철의 잔부로부터 생성시키는 목표 슬래그양 등에 따라서 정할 수 있다. 고체 환원철은, SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량이 높을수록, 제1 로에서 용융시키는 비율을 높게 하는 것이 바람직하다. 이것은, 제1 로에서 용융시키는 고체 환원철의 비율이 높을수록, 제2 로에 있어서 발생하는 슬래그양을 저감하고, 용강의 수율을 높게 할 수 있기 때문이다. 한편, 필요 이상으로 제1 로에서 용융시키는 고체 환원철의 비율을 높게 하면, 제1 로에 있어서의 공정 및 제2 로에 있어서의 공정을 합친 용강 1t당 전력 사용량이 많아진다. 그 때문에, 제1 로에서 용융시키는 고체 환원철의 비율은, 45질량％ 이상이 바람직하고, 50질량％ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 제1 로에서 용융시키는 고체 환원철의 비율은, 95질량％ 이하가 바람직하고, 90질량％ 이하가 보다 바람직하다.

제1 로에는, 예를 들어 후술하는 제철 전기로를 사용할 수 있다.

제1 로에 상술한 고체 환원철을 투입하여 가열하고, 고체 환원철의 SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량에 따라서 적절히 생석회, 돌로마이트 등의 조재재를 추가하고, 또한 고체 환원철의 탄소 함유량에 따라서 적절히 외장 가탄을 행하여 용융시킴으로써 탄소 함유량이 2.0 내지 5.0질량％이고 또한 온도가 1350 내지 1550℃인 용선과, 염기도가 1.0 내지 1.4인 슬래그로 분리한다. 제1 로에 투입하는 고체 환원철은, 가열에 필요한 에너지를 저감하기 위해서, 제조 후, 온도가 저하되기 전의 상태인 것이 바람직하다.

도 2는, 용융한 철에 함유되는 탄소량과, 용융한 철과 공존하는 슬래그에 함유 가능한 전체 철분의 양의 관계의 일례를 도시하는 그래프이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 일반적으로, 용융한 철에 함유되는 탄소량이 많을수록, 슬래그에 함유 가능한 전체 철분의 양이 적다. 즉, 비교적 탄소 함유량이 많은 용선은, 비교적 탄소 함유량이 적은 용강에 비하여 슬래그에 함유되는 양이 적다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 용선이란, 탄소 함유량이 2.0질량％ 이상의 용융한 철을 말하고, 용강이란 탄소 함유량이 2.0질량％ 미만의 용융한 철을 말한다.

본 실시 형태에 따른 제1 로에 있어서의 공정에서는, 용선의 탄소 함유량을 2.0 내지 5.0질량％로 한다. 이에 의해, 슬래그에 함유 가능한 전체 철분의 양을 저감하여, 슬래그로 이행하는 철분량을 저감할 수 있다. 그 때문에, 슬래그와 함께 배출되는 전체 철분의 양을 저감할 수 있고, 용선의 수율 저하를 억제할 수 있다. 또한, 그 결과, 제2 로에서 얻어지는 용강의 수율 저하도 억제할 수 있다. 용선의 탄소 함유량은, 3.0질량％ 이상이 바람직하다.

제1 로에서는, 용선의 온도를 1350 내지 1550℃로 한다. 이에 의해, 용융한 철에 함유되는 탄소를 용해시켜서 용선의 탄소 함유량을 2.0 내지 5.0질량％로 할 수 있다. 용선의 온도를 1350℃ 이상으로 함으로써, 슬래그의 점도가 저하되기 때문에, 용선과 슬래그를 용이하게 분리하는 것 및 용선과 슬래그 각각을 제1 로로부터 용이하게 배출하는 것이 가능하게 된다. 한편, 용선의 온도를 1550℃ 이하로 함으로써, 제1 로의 내장 내화물의 용손을 억제할 수 있다. 용선의 온도는, 1400℃ 이상이 바람직하다. 또한, 용선의 온도는, 1530℃ 이하가 바람직하다.

슬래그의 염기도는, 1.0 내지 1.4로 한다. 슬래그의 염기도를 1.4 이하로 함으로써, 슬래그의 유동성을 확보할 수 있고, 슬래그를 용이하게 제1 로로부터 배출할 수 있다. 또한, 슬래그의 염기도를 1.0 이상으로 함으로써, 제1 로의 내장 내화물로서 알칼리성 내화물을 사용한 경우에, 슬래그에 의한 내화물의 용손을 억제할 수 있다. 여기서, 슬래그의 염기도란, 슬래그에 함유되는 CaO 및 SiO₂에 대해서, CaO의 SiO₂에 대한 질량비(CaO/SiO₂)를 의미한다. 슬래그의 염기도는, 고체 환원철과 함께 제1 로에 투입하는 조재재의 양을 조정함으로써 조정할 수 있다.

(제2 로에 있어서의 공정)

제2 로에서는, 상기의 고체 환원철의 잔부를, 제1 로에 있어서 분리된 용선과 함께 용융시켜, 당해 용융물에 산소를 분사하여 탈탄하고, 용강으로 한다. 제1 로에서 고체 환원철 중 40 내지 100질량％를 용융시키기 때문에, 제2 로에서 용융시키는 고체 환원철의 잔부는 0 내지 60질량％이다. 즉, 제1 로에서 고체 환원철의 전량(100질량％)을 용융시킨 경우, 제2 로에서 용융시키는 고체 환원철은 없다(0질량％).

제2 로는, 아크 플라스마를 발생시켜서 가열을 행하는 일반적인 제강 전기로(Electric Arc Furnace; EAF)를 사용할 수 있다. 제2 로에는, 제1 로에서 얻어진 용선을 주입함과 함께, 고체 환원철의 잔부를 투입하고, 용선 및 고체 환원철을 가열하여 용융시킨다. 이때, 고체 환원철의 조성 등에 기초하여, 필요에 따라 용융물에 적절히 생석회, 돌로마이트 등의 조재재를 추가해도 된다.

제2 로에 수용되는 용융물은, 고체 환원철이 용융하여 증가한 용선과, 고체 환원철에 포함되는 SiO₂ 및 Al₂O₃ 등으로부터 생성한 슬래그를 포함한다. 당해 용융물의 상면 또는 로의 하방으로부터 산소를 분사하고, 용선에 포함되는 탄소를 산화시켜서 일산화탄소로서 제거한다. 이에 의해 용강을 얻을 수 있다. 또한, 필요에 따라 조재재에 의해 슬래그의 조성을 조정함으로써, 용선에 포함되는 불순물을 슬래그에 이행시켜, 용강의 불순물 함유량을 원하는 값으로 조정해도 된다.

제2 로에 있어서의 슬래그의 염기도는 특별히 한정되지 않지만, 제2 로의 슬래그에 접하는 부분에 알칼리성 내화물이 사용되고 있는 경우에는, 당해 알칼리성 내화물의 용손을 억제하기 위해서, 슬래그의 염기도는 높은 것, 예를 들어 1.8인 것이 바람직하다.

또한, 탈탄 후의 용강에 함유되는 탄소량은, 용강을 응고시켜서 얻어지는 강의 용도에 따라서 원하는 값으로 조정해도 된다.

또한, 제2 로에는, 제1 로에서 얻어진 용선 및 고체 환원철의 잔부에 추가하여 철 스크랩을 투입해도 된다. 또한, 제1 로에서 얻어진 용선의 전량을 그대로 제2 로에 주입해도 된다. 제1 로에서 얻어진 용선의 일부를, 냉각, 주조하여 선철로 하고, 당해 선철을 제1 로에서 얻어진 용선 및 고체 환원철의 잔부에 추가하여 제2 로에 투입해도 된다. 또한, 당해 선철을 제강로용의 원료로서 외판해도 된다.

본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법에 의하면, 상술한 바와 같이 제1 로에 있어서 용선의 수율 저하를 억제할 수 있고, 제2 로에서 용선으로부터 용강을 얻을 수 있기 때문에, 고체 환원철의 원료로서 저품위의 철광석을 이용해도 높은 수율로 용강을 얻을 수 있다.

(제1 로에 있어서 고체 환원철의 전량을 용융시키는 경우)

상술한 바와 같이, 제1 로에 있어서 고체 환원철의 전량(100질량％)을 용융시키는 경우, 제1 로를 통하지 않고 직접 제2 로에 있어서 용융시키는 고체 환원철은 없다(0질량％). 그 때문에, 제2 로에서는, 제1 로에 있어서 분리된 용선만을 탈탄하게 된다. 이 경우, 용선은, 고체 환원철로 냉각되지 않아, 용선을 가열할 필요가 없기 때문에, 제2 로로서 전로를 사용해도 된다. 이에 의해, 제2 로에 있어서 용강을 제조하는 데 필요한 에너지를 저감할 수 있다. 전로를 사용하는 경우, 용선과 함께 필요에 따라 조재재를 전로에 투입하고, 상방 및 하방의 적어도 한쪽으로부터 용선에 산소를 분사하여, 탈탄한다.

[제철 전기로]

이어서, 본 실시 형태의 용강의 제조 방법에 있어서 제1 로로서 사용할 수 있는 제철 전기로(Electric Ironmaking Furnace; EIF)에 대하여 설명한다.

도 3은, 제철 전기로의 종단면도이다. 제철 전기로(10)는, 복사열을 주체로 하는 아크 가열에 의해 고체 환원철을 용해하는 정치식 비틸팅형 용해로이다. 이하, 도면 중에 기재된 부호는 1: 고체 환원철, 2: 용선, 3: 슬래그, 5a: 아크를 나타낸다.

제철 전기로(10)는, 고체 환원철(1), 용선(2) 및 슬래그(3)를 수용하는 본체(11)와, 본체(11)의 상부에 마련되어, 아크(5a)에 의해 본체(11)에 수용된 고체 환원철(1), 용선(2) 및 슬래그(3)를 가열하는 전극(5)과, 본체(11)에 고체 환원철(1)을 투입하는 투입부(6)와, 고체 환원철(1), 용선(2) 및 슬래그(3)를 가열함으로써 발생한 가스 및 분진을 배출하는 배기부(7)와, 본체(11)를 상방으로부터 덮는 덮개부(8)와, 본체(11)를 냉각하는 냉각부(9)를 구비한다. 덮개부(8)에는, 전극(5), 투입부(6) 및 배기부(7)가 관통하는 관통 구멍이 마련되어 있다. 또한, 본체(11)에는, 각각 벽면을 관통하도록, 슬래그(3)을 배출하는 출재 구멍(11a)과, 출재 구멍(11a)보다도 아래에 마련되어 용선(2)을 배출하는 출선 구멍(11b)이 마련되어 있다. 출재 구멍(11a) 및 출선 구멍(11b)은, 머드 건에 의해 폐쇄하는 것 및 드릴에 의해 개구할 수 있다.

냉각부(9)는, 본체(11)의 외주를 둘러싸도록 마련된 제1 냉각 부재(9a)와, 덮개부(8)의 상방에 마련된 제2 냉각 부재(9b)를 갖는다. 제1 냉각 부재(9a) 및 제2 냉각 부재(9b)는, 각각 수랭 구조를 갖고, 본체(11) 및 덮개부(8)를 냉각한다. 제1 냉각 부재(9a) 및 제2 냉각 부재(9b)는, 공랭 구조를 가져도 된다. 냉각부(9)를 마련함으로써, 본체(11)를 냉각할 수 있고, 본체(11)를 구성하는 내화물의 용손을 억제할 수 있다.

제철 전기로(10)는, 로 내를 소정의 분위기로 유지 가능한 밀폐 구조로 한다. 그 때문에, 덮개부(8)와 본체(11)의 상단의 접속 부분, 덮개부(8)의 전극(5) 및 배기부(7)와 접촉하는 부분 등, 로 내의 밀폐성을 저하시킬 우려가 있는 부분은, 질소 시일이나 세라믹 시일 링 등, 공지된 기술에 의해 시일되어 있다. 또한, 투입부(6)와 덮개부(8) 사이에는, 호퍼에 의한 머티리얼 시일과 호퍼로부터 고체 환원철(1)을 배출하는 피더를 조합한 시일부(6a)가 마련되어 있다. 또한, 시일부(6a)의 구조는 이것에 한정되지 않는다.

이어서, 제철 전기로(10)를 사용한 용선(2)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본체(11)에, 투입부(6)를 통해 고체 환원철(1) 그리고 필요에 따라서 생석회, 돌로마이트 등의 조재재 및 외장 가탄재를 투입한다. 그 후, 전극(5)에 통전하여, 전극(5)의 선단부로부터 발생하는 아크(5a)에 의해, 고체 환원철(1)이 가열된다. 고체 환원철(1)의 온도 상승에 수반하여, 먼저, 고체 환원철(1)에 함유되는 산화철(FeO)이 고체 환원철(1)에 함유되는 탄소에 의해 환원된다. 이때, 일산화탄소가 발생하여, 본체(11) 내의 분위기는, 일산화탄소 주체의 환원성 분위기가 된다. 이어서, 고체 환원철에 함유되는 금속 철이 용융하고, 고체 환원철(1)에 함유되는 탄소가 용융한 금속 철에 용해하여 금속 철중의 탄소 함유량이 상승하고, 용선(2)이 생성된다. 또한, 고체 환원철에 함유되는 SiO₂ 및 Al₂O₃이 용융하여 슬래그(3)가 부차적으로 생성되고, 용선(2) 위에 부상한다. 슬래그(3)가 생성된 후는, 전극(5)의 선단부를 슬래그(3)의 내부에 배치하고, 슬래그(3)의 내부에서 아크(5a)를 발생시킨다.

전극(5)에 통전하고 있는 동안에도 본체(11)로의 고체 환원철(1), 조재재 및 외장 가탄재의 투입은 계속하여 행하여지고, 점차 용선(2) 및 슬래그(3)의 양이 증가하여 액면이 상승한다. 용선(2)의 액면이 출재 구멍(11a)보다 아래의 소정의 높이에 달한 시점 또는 슬래그(3)의 액면이 출재 구멍(11a)보다 위의 소정의 높이에 달한 시점에서, 출재 구멍(11a)을 개구하여 슬래그(3)의 배출을 개시하여, 슬래그(3)의 액면 높이를 조정한다. 슬래그(3)의 액면은, 본체(11) 내의 분위기를 유지하기 위해서, 출재 구멍(11a)의 상단보다도 위로 유지한다. 또한, 슬래그(3) 내에서 아크(5a)를 발생시킬 수 있도록, 슬래그(3)의 두께를 소정의 두께 이상으로 유지한다. 이에 의해, 고체 환원철(1)을 연속적으로 본체(11)에 투입하면서 연속적으로 본체(11)로부터 슬래그(3)를 배출할 수 있다.

슬래그(3)의 액면이 출재 구멍(11a)의 상단까지 낮아지고, 또는 슬래그(3)의 두께가 상기 소정의 두께가 된 경우에는, 출재 구멍(11a)을 폐쇄하고, 용선(2)의 액면이 출재 구멍(11a)보다 아래의 소정의 높이에 달한 시점, 또는 슬래그(3)의 액면이 출재 구멍(11a)보다 위의 소정의 높이에 달한 시점에서, 다시 개구한다. 또한, 용선(2)의 액면 높이 및 슬래그(3)의 두께는, 본체(11)에 투입한 고체 환원철(1)의 양으로부터 추정한다.

또한, 용선(2)의 액면이 출선 구멍(11b)보다 위의 소정의 높이에 달한 시점에서, 용선(2)의 배출을 개시하여, 용선(2)의 액면 높이를 조정한다. 용선(2)의 액면은, 용선(2)과 함께 슬래그(3)가 배출되지 않도록, 출선 구멍(11b)보다도 위로 유지한다. 이에 의해, 고체 환원철(1)을 연속적으로 본체(11)에 투입하면서 연속적으로 본체(11)로부터 용선(2)을 배출할 수 있다.

또한, 용선(2)의 액면이 출선 구멍(11b)의 상단까지 낮아진 경우에는, 출선 구멍(11b)을 폐쇄하고, 용선(2)의 액면이 소정의 높이에 달한 시점, 또는 슬래그(3)의 액면이 출재 구멍(11a)보다 위의 소정의 높이에 달한 시점에서, 다시 개구한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 용강의 제조 방법에 있어서 제1 로로서 상기의 제철 전기로를 사용함으로써, 연속적으로 고체 환원철로부터 선철을 제조할 수 있고, 효율적으로 선철을 제조할 수 있기 때문에, 전체로서 효율적으로 용강을 제조할 수 있다.

본 명세서는, 상술한 바와 같이 다양한 양태의 기술을 개시하고 있지만, 그중 주된 기술을 이하에 통합한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 국면에 관한 용강의 제조 방법은, 고체 환원철을 원료로 하는 용강의 제조 방법이며, 상기 고체 환원철은, SiO₂ 및 Al₂O₃을 합계로 3.0질량％ 이상, 탄소를 1.0질량％ 이상 함유하고, 상기 고체 환원철에 함유되는 전체 철분에 차지하는 금속 철의 비율이 90질량％ 이상이고, 상기 고체 환원철에 함유되는 상기 탄소 중, 하기 식 (1)로 규정되는 잉여 탄소량 Cx가 0.2질량％ 이상이고, 제1 로에 있어서, 상기 고체 환원철 중 40 내지 100질량％를 용융시켜서, 탄소 함유량이 2.0 내지 5.0질량％이고 또한 온도가 1350 내지 1550℃의 용선과, 염기도가 1.0 내지 1.4인 슬래그로 분리하는 공정과, 제2 로에 있어서, 상기 고체 환원철의 잔부를, 상기 제1 로에 있어서 분리된 상기 용선과 함께 용융시켜, 당해 용융물에 산소를 분사하여 탈탄하고, 용강으로 하는 공정을 포함한다.

Cx=[C]-[FeO]×12÷(55.85+16)÷0.947 …(1)

이 구성에 의하면, 제1 로에 있어서, 분리되는 슬래그에 함유 가능한 전체 철분의 양을 저감할 수 있어, 슬래그와 함께 배출되는 전체 철분의 양을 저감할 수 있다. 그 때문에, 제1 로에 있어서 용선의 수율 저하를 억제할 수 있고, 제2 로에서 용선으로부터 용강을 얻을 수 있기 때문에, 고체 환원철의 원료로서 저품위의 철광석을 이용해도 높은 수율로 용강을 얻을 수 있다.

상기 구성의 제1 로에 있어서, 아크에 의해 상기 고체 환원철을 용융시켜, 상기 용선 및 슬래그를 각각 연속적으로 상기 제1 로로부터 배출해도 된다.

이에 의해, 제1 로에 있어서 효율적으로 용선을 제조할 수 있기 때문에, 용강의 제조 방법 전체로서 효율적으로 용강을 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 들어서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한되지 않고, 전·후술하는 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

(시험 조건)

표 1에 나타내는 성분 조성의 고체 환원철을 원료로 하여, 상술한 제철 전기로(제1 로) 및 제강 전기로(제2 로)를 사용하여 하기 시험 번호 1 내지 3의 용강 제조에 관한 계산기 시뮬레이션을 행하였다. 고체 환원철 A1은, 저품위의 철광석을 원료로 하여 제조한 것이고, SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량이 7.63질량％였다. 고체 환원철 A2는, 고품위의 철광석을 원료로 하여 제조한 것이고, SiO₂ 및 Al₂O₃의 합계 함유량이 2.47질량％였다. 금속화율은 모두 94.0％였다. 표 1에 나타내는 「T.Fe」는 고체 환원철에 함유되는 전체 철분을 의미한다.

(시험 1)

시험 1은, 본 발명예이다. 시험 1에서는, 고체 환원철 A1을 사용하여 시험을 행하였다. 제1 로에서는, 고체 환원철 중 70질량％를 용선으로 하였다. 제2 로에서는, 고체 환원철의 잔부를 제1 로에서 얻어진 용선과 함께 용융시키고, 탈탄하여 용강을 얻었다.

제1 로에서는, 제철 전기로에 500℃의 고체 환원철을 투입하고, 용선의 탄소 함유량은 3.0질량％로 하였다. 제2 로에서는, 제강 전기로에 25℃의 고체 환원철을 투입하고, 용강의 탄소 함유량은 0.05질량％로 하였다.

또한, 제1 로 및 제2 로의 어느 것에 있어서도, 조재재로서 생석회와 돌로마이트를 사용하고, 표 2 및 표 3에 나타내는 바와 같이, 슬래그의 염기도를 제1 로에서는 1.3, 제2 로에서는 1.8로 하였다. 제1 로의 용선 온도는, 제2 로의 용강 온도보다 낮고, 또한 슬래그 FeO 함유량도 낮아져서, 염기성 내화물에 대한 부하가 낮아지기 때문에, 제1 로의 슬래그 염기도를 낮게 설정할 수 있다.

(시험 2 및 시험 3)

시험 2 및 시험 3은, 비교예이다. 시험 2에서는 고체 환원철 A1, 시험 3에서는 고체 환원철 A2를 사용하여 시험을 행하였다. 시험 2 및 시험 3의 모두, 고체 환원철의 전량(100질량％)을 제2 로에서 용융하고, 탈탄하여 용강을 얻었다. 그 때문에, 시험 2 및 시험 3에서는, 제1 로를 사용하고 있지 않다.

시험 2 및 시험 3의 모두, 제강 전기로에 500℃의 고체 환원철을 투입하고, 용강의 탄소 함유량은 0.05질량％로 하였다. 또한, 조재재로서 생석회와 돌로마이트를 사용하고, 표 3에 나타내는 바와 같이 슬래그의 염기도를 1.8로 하였다.

(시험 결과)

표 2에는, 용선 1t당 제조에 사용한 원료 및 전력의 양, 생성한 슬래그의 양, 그리고 용선의 수율을 나타내었다. 표 3에는, 용강 1t당 제조에 사용한 원료 및 전력의 양, 생성한 슬래그의 양, 그리고 용강의 수율을 나타내었다. 또한, 표 4에는, 제1 로에 있어서의 공정 및 제2 로에 있어서의 공정을 합친 용강 1t당 제조에 사용한 원료 및 전력의 양, 그리고 용강의 수율을 나타내었다. 여기서, 용선에 대하여 수율은, 고체 환원철로서 제1 로에 투입된 철분 중, 용선으로서 회수된 철분의 비율(질량％)이다. 또한 용강에 대하여 수율은, 시험 1에 대해서는 고체 환원철 및 용선으로서, 시험 2 및 시험 3에 대해서는 고체 환원철로서 제2 로에 투입된 철분 중, 용강으로서 회수된 철분의 비율(질량％)이다. 시험 1에 대하여 표 4의 「전체에서의 용강 수율」은, 고체 환원철로서 제1 로와 제2 로에 투입된 합계의 철분 중, 용강으로서 제2 로에서 회수된 철분의 비율(질량％)로서 산출하였다.

(시험 1)

시험 1에서는, 제1 로에 있어서 용선의 탄소 함유량을 3.0％로 높게 했기 때문에, 슬래그의 FeO 함유량은 1.0질량％로 낮은 값이었다. 이에 의해, 슬래그와 함께 배출되는 철분을 억제할 수 있고, 99.8％라고 하는 높은 수율로 용선을 제조할 수 있었다. 또한, 제1 로에서 발생한 슬래그양은 237kg/t으로 조업상 문제가 없는 양이었다.

또한, 제2 로에서는, 용강의 탄소 함유량을 0.05질량％까지 저하시켰기 때문에, 슬래그의 FeO 함유량은 25.0질량％로 높았다. 그러나, 슬래그의 생성량은 169kg/t로, 동일한 고체 환원철 A1의 전량을 제2 로에서 용융한 시험 2의 슬래그 생성량 456kg/t와 비교하여 대폭 적어, 슬래그와 함께 배출되는 철분이 억제되었다. 또한, 슬래그양은, 조업상 문제가 없는 양이었다.

제1 로에 있어서의 공정 및 제2 로에 있어서의 공정의 전체에서의 용강의 수율은 96.7％로 높은 값이고, 고체 환원철의 원료로서 저품위의 철광석을 이용해도 높은 수율로 용강이 얻어졌다.

(시험 2)

시험 2에서는, 제2 로에 있어서 용강의 탄소 함유량을 0.05질량％까지 저하시켰기 때문에, 슬래그의 FeO 함유량은 25.0질량％로 높았다. 또한, 제1 로를 사용하지 않았기 때문에, 슬래그의 전량이 제2 로에 있어서 발생하였다. 이에 의해, 슬래그와 함께 배출되는 철분이 많아, 용강의 수율은 91.9％로 낮은 값이었다.

또한, 슬래그 생성량은 456kg/t로 많았다. 이렇게 대량으로 생성된 슬래그는, 조재재의 용융에 시간이 걸리는 것에 추가하여, 용융 슬래그의 제2 로로부터의 배출에 장시간을 요하는 등, 용강의 생산성을 현저하게 저하시킨다. 또한, 대량의 슬래그를 로 내에서 유지하여 용융시키기 위해서, 로 외벽을 높게 하는 등, 설비의 개조도 필요하여, 조업상 대응이 곤란해지는 양이었다.

(시험 3)

시험 3에서는, 고체 환원철의 원료로서 고품위의 철광석을 이용했기 때문에, 슬래그의 생성량은 104kg/t로 적었다. 그 때문에, 슬래그와 함께 배출되는 철분이 적고, 용강의 수율은 98.0％로 시험 1과 비교해도 높은 값이었다. 또한, 슬래그의 생성량은 조업상 문제가 없는 양이었다.

(정리)

이상과 같이, 본 발명에 관한 용강의 제조 방법에 의하면, 저품위의 철광석을 이용해도, 고품위의 철광석을 사용한 경우와 동등한 높은 수율로 용강을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이 출원은, 2019년 11월 21일에 출원된 일본 특허 출원 제2019-210829를 기초로 하는 것이고, 그의 내용은, 본원에 포함되는 것이다.

본 발명을 표현하기 위해서, 전술에 있어서 구체예 등을 참조하면서 실시 형태를 통하여 본 발명을 적절하고 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 이룰 수 있는 것이라고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.

본 발명은, 용강의 제조 방법에 관한 기술분야에 있어서, 광범위한 산업상 이용 가능성을 갖는다.

Claims

고체 환원철을 원료로 하는 용강의 제조 방법이며,
상기 고체 환원철은, SiO₂ 및 Al₂O₃을 합계로 3.0질량％ 이상, 탄소를 1.0질량％ 이상 함유하고,
상기 고체 환원철에 함유되는 전체 철분에 차지하는 금속 철의 비율이 90질량％ 이상이고,
상기 고체 환원철에 함유되는 상기 탄소 중, 하기 식 (1)로 규정되는 잉여 탄소량 Cx가 0.2질량％ 이상이고,
제1 로에 있어서, 상기 고체 환원철 중 40 내지 95질량％를 용융시켜서, 탄소 함유량이 2.0 내지 5.0질량％이고 또한 온도가 1350 내지 1550℃의 용선과, 염기도가 1.0 내지 1.4인 슬래그로 분리하는 공정과,
제2 로에 있어서, 상기 고체 환원철의 잔부를, 상기 제1 로에 있어서 분리된 상기 용선과 함께 용융시켜, 당해 용융물에 산소를 분사하여 탈탄하고, 용강으로 하는 공정을 포함하는, 용강의 제조 방법.
Cx=[C]-[FeO]×12÷(55.85+16)÷0.947 …(1)
식 중, Cx: 잉여 탄소량(질량％), [C]: 고체 환원철의 탄소 함유량(질량％), [FeO]: 고체 환원철의 FeO 함유량(질량％)이다.
제1항에 있어서, 상기 제1 로에 있어서, 아크에 의해 상기 고체 환원철을 용융시키고,
상기 용선 및 슬래그를 각각 연속적으로 상기 제1 로로부터 배출시키는, 용강의 제조 방법.