기본 산소로의 제강 공정 이해

기본 산소로의 제강 작업 이해

염기성 산소로(BOF)에서의 제강 작업은 때때로 염기성 산소 제강(BOS)이라고도 합니다. 이것은 세계에서 가장 강력하고 효과적인 제강 기술입니다. 조강의 약 71%가 이 공정으로 만들어집니다. BOF 공정은 1950년대 초 오스트리아의 Linz와 Donawitz의 두 제철소에서 개발되었으므로 BOF 공정은 LD(두 도시의 첫 글자) 제강이라고도 합니다.

BOF 프로세스에는 여러 변형이 있습니다. 주요 방법은 탑 블로잉, 바텀 블로잉, 그리고 결합된 블로잉으로 알려진 이 두 가지의 조합입니다.

BOF 공정은 자생적이거나 에너지가 충분하며 기체 산소(O2)를 사용하여 액체 철(뜨거운 금속)을 강철로 변환하여 뜨거운 금속(HM)의 원치 않는 불순물을 산화시킵니다. 사용되는 O2는 일반적으로 최소 99.5%의 고순도이어야 합니다. 그렇지 않으면 강철이 유해한 질소(N2)를 흡수할 수 있습니다.

BOF의 주원료는 일반적으로 고로에서 나오는 HM(약 80% 이상)과 나머지 철스크랩이다. 이들은 BOF 용기에 충전됩니다. O2는 초음속으로 BOF로 날아갑니다. HM에 포함된 탄소(C)와 실리콘(Si)을 산화시켜 다량의 열을 방출하여 스크랩을 녹입니다. 철(Fe), 망간(Mn) 및 인(P)의 산화로 인한 에너지 기여도가 적습니다. 이 공정에 사용되는 플럭스는 주로 소석회(CaO 함량이 92% 이상)입니다. 이 석회는 실리카(SiO2) 함량이 낮은 석회석을 소성하여 생산됩니다. 전로에서 배출되는 일산화탄소(CO)의 사후 연소도 열을 수조로 다시 전달합니다. BOF의 제품은 약 1650℃의 온도에서 특정 화학 분석을 거친 액체강입니다.

'기본'이라는 용어는 알칼리성 물질(백운석 및 마그네사이트)로 만들어진 용광로의 내화 라이닝을 나타냅니다. 내화 라이닝은 고온, 고도로 산화된 염기성 슬래그의 부식 작용, 장입 및 취입 중 마모를 견딜 수 있는 특정 특성을 가져야 합니다. 액체 장입물에서 인과 황(S)을 제거하려면 기본 슬래그가 필요합니다.

변환기라고도 하는 BOF 용기는 내화 라이닝이 있고 틸팅 메커니즘에 지지되는 단순히 배럴 모양의 강철 쉘입니다. 변환기의 높이(H)와 직경(D) 사이의 비율은 1.0에서 1.3 사이입니다. 변환기 셸은 (i) 구형 바닥, (ii) 원통형 셸 및 (iii) 상단 원뿔의 세 부분으로 구성됩니다. 변환기 쉘은 트러니언이 장착된 지지 링에 부착됩니다. 지지 링은 O2 분사 중에 변환기의 안정적인 위치를 제공합니다. 컨버터는 전기 모터로 구동되는 트러니언에서 360도 수평 축을 중심으로 수직 평면에서 회전할 수 있으며 어떤 위치에서도 고정될 수 있습니다. 이 회전(기울기)은 열이 발생하는 동안 다양한 변환기 작동에 필요합니다. 가열 후 전로 체적의 8% ~ 12%만이 액체강으로 채워집니다. 목욕 깊이는 약 1.2m에서 1.9m입니다.

BOF 전로의 용량(열크기)은 30~400톤이지만 대부분의 전로가 100~250톤 범위이다. BOF 철강 용해 공장에는 일반적으로 1~3개의 전로가 있습니다. BOF 가열을 위한 탭하여 탭하는 시간은 약 40~50분이며, 그 중 50%는 O2 분사 시간입니다. 이러한 생산 속도로 인해 프로세스가 액체강의 연속 주조와 호환 가능하게 되었으며, 이는 조강에서 출하된 제품까지의 수율과 다운스트림 압연강 품질에 막대한 유익한 영향을 미쳤습니다.

상단 취입 변환기에는 O2를 수조에 불어넣는 O2 랜스가 장착되어 있습니다. 랜스는 다중 구멍(3~6개 범위) 구리(Cu) 팁으로 수냉식됩니다. O2 유량은 일반적으로 약 6 ~ 8 cum/min.t 범위입니다. O2 압력은 일반적으로 약 12~16기압 범위입니다. (링크 기사 참조 http://www.ispatguru.com/oxygen-blowing-lance-and-lance-tips-in-converter-steel-making/ )

6층 건물은 일반적으로 상승된 합금 및 플럭스 통과 BOF 변환기에서 낮추고 올려지는 긴 O2 랜스를 수용하기 위해 BOF 변환기를 수용하는 데 필요합니다. 컨버터 샵의 일반적인 도식 단면이 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 컨버터 매장의 일반적인 개략 단면도

변환기에서 열이 발생하기 전에 HM의 무게를 측정하고 화학 분석 및 온도를 위해 샘플링합니다. 등급 사양과 함께 이 데이터는 필요한 스크랩, 플럭스 및 O2의 양을 계산하는 데 사용됩니다. 불순물의 산화에 의해 생성된 열은 스크랩, 플럭스 및 뜨거운 금속을 필요한 온도로 가져오는 요구 사항의 균형을 유지해야 하기 때문에 이러한 양은 Si, C 및 C 등의 수준과 HM의 온도에 따라 달라집니다. 현대의 철강 용해 공장에서 컴퓨터 충전 모델은 HM 온도 및 화학 분석이 알려지면 스크랩 및 HM, 플럭스 추가, 랜스 높이 및 산소 분사 시간의 최적 비율을 결정합니다.

열은 변환기가 장입 베이 쪽으로 약 45도 기울어지고 미리 계량된 스크랩 장입물이 스크랩 장입 크레인의 도움으로 스크랩 장입 상자에서 변환기 입구로 장입될 때 시작됩니다. HM은 HM 차징 크레인에 의해 이송 레이들에서 스크랩 위에 즉시 부어집니다. 흄과 키시(C 포화 고온 금속의 흑연 조각)는 전로 입구에서 배출되고 오염 제어 시스템에 의해 수집됩니다. 충전에는 일반적으로 2-3분이 소요됩니다. 충전 후 컨버터를 수직 위치로 회전시킨 후 랜스를 컨버터 바닥에서 약 2.5m ~ 3.0m 위로 내립니다. 이 랜스를 통해 O2가 차지 믹스로 날아갑니다. 랜스가 고속으로 충전 혼합물에 O2를 분사하고 반응이 시작됩니다. 몇 초 후 반응의 CO가 이산화탄소(CO2)로 연소될 때 점화가 발생하여 변환기 입구에서 밝고 빛나는 불꽃을 생성합니다. 사용된 O2의 양은 생산된 조강 톤당 약 55 -60 cum입니다. 액체 금속 위의 랜스 높이는 취입 특성과 강철 분석에 중요한 영향을 미칩니다. 작업은 변환기의 금속 높이보다 약 3m 높은 높은 타격 위치에서 랜스를 시작합니다. 몇 분 후 플럭스가 추가되고 충분한 슬래그가 형성된 후 랜스가 낮은 블로우 위치로 내려갑니다.

점화 후, 무게를 잰 양의 소석회/백운석 플럭스가 오버헤드 빈에서 변환기로 떨어집니다. 때때로 형석도 변환기에 떨어집니다. 이들은 슬래그를 형성하는 플럭스입니다. 블로우 초기에 유체 슬래그를 형성하는 것이 필요하며, 이는 스파크(sparking), O2 제트의 충격으로 인한 변환기로부터의 금속 방출을 방지하는 기능을 합니다. 슬래그의 빠른 형성을 촉진하기 위해 소석회가 사용됩니다. 원시 석회석을 사용하는 경우 소성 과정에서 열을 흡수합니다. 형석은 슬래그의 유동성을 촉진하기 위해 첨가됩니다. 온도를 조정하기 위해 필요한 철광석은 나머지 플럭스 장입물과 함께 추가되며, 계속 불어납니다. 복합 플럭스 전하가 타격의 처음 몇 분 이내에 추가됩니다.

불기 시작하면서 귀를 뚫는 비명소리가 들린다. 이것은 HM의 실리콘이 산화되어 실리카(SiO2)를 형성하기 때문에 머플러가 됩니다. 이 실리카는 기본 플럭스와 반응하여 랜스를 둘러싸는 기체 용융 슬래그를 형성합니다. 가스는 주로 HM의 C에서 나오는 CO입니다. 가스 발생 속도는 변환기 부피의 몇 배이며 특히 슬래그가 너무 점성이 있는 경우 슬래그가 변환기 립 위로 슬로핑되는 것을 보는 것이 일반적입니다. 블로잉은 금속성 장입물 화학물질 및 액강 사양에 따라 미리 결정된 시간 동안 계속됩니다. 이것은 일반적으로 15~20분이며, 랜스는 일반적으로 블로잉 기간 동안 다른 높이로 이동하도록 미리 프로그래밍되어 있습니다. 그런 다음 랜스를 올려서 온도를 샘플링하고 측정하기 위해 변환기를 충전 베이 쪽으로 내릴 수 있습니다. 그러나 정전하 모델은 HM 분석 및 금속 전하 중량이 정확하게 알려져 있지 않기 때문에 지정된 C 및 온도에서 일관된 턴다운을 보장하지 않습니다. 또한, 0.2% C 미만에서는 탈탄과 함께 Fe의 높은 발열 산화가 다양한 정도로 발생합니다. 변환기 입구의 화염 강하는 낮은 C를 나타내지만 턴다운 시 온도는 섭씨 30도에서 50도까지 낮아질 수 있습니다.

강철 샘플은 공압 튜브를 통해 강철 테스트 실험실로 보내집니다. 또한 액체 강철의 온도는 일회용 열전대를 사용하여 측정됩니다. 온도 및 분석을 바탕으로 추가 조정이 필요한지 여부가 결정됩니다. 필요한 태핑 온도로 온도를 낮추기 위해 냉각수를 추가하거나 분석을 수정하거나 온도를 높이기 위해 짧은 시간 동안 산소를 다시 불어넣거나 두 가지 모두를 수행할 수 있습니다. 테스트와 온도 판독값이 만족스러우면 변환기가 탭핑 위치로 기울어집니다. 석회석, 스크랩, 철광석, 소결 및 직접환원철은 모두 지나치게 불어 과열된 열에 추가될 수 있는 잠재적 냉각제입니다. 경제성 및 취급 시설에 따라 각 매장의 선택이 결정됩니다.

이전에는 리블로우 또는 냉각수 추가로 탭 간 시간이 증가했습니다. 그러나 오늘날에는 더 많은 작동 경험, 더 나은 컴퓨터 모델, 금속 투입 품질에 대한 더 많은 관심, 온도 조정을 위한 국자 용광로의 가용성으로 인해 턴다운 제어가 더 일관적입니다. 일부 철강 용해 공장에서 서브 랜스는 예정된 블로우 종료 약 2분 전에 온도 및 C 체크를 제공합니다. 이 정보는 마지막 2분 동안 코스 수정을 허용하고 더 나은 턴다운 성능을 제공합니다. Sub-lance는 컴퓨터가 종말점에 도달할 수 있도록 하고 타격 종료와 태핑 사이의 시간을 크게 단축시킵니다. 그러나 서브랜스의 운용은 비용이 많이 들고 센서의 오작동으로 인해 필요한 정보가 항상 제공되지 않을 수 있습니다.

열이 태핑을 위해 준비되고 예열된 강철 티밍 레이들(STL)이 퍼니스 아래의 레이들 카에 배치되면 변환기가 태핑 베이 쪽으로 기울어지고 액체강은 부유 슬래그 아래에서 탭 구멍을 통해 주입됩니다. 아래 STL. 탭 구멍은 컨버터의 상단 원뿔 섹션의 한쪽에 있습니다. 일반적으로 슬래그 스토퍼는 컨버터가 다운될 때 슬래그가 STL로 들어가는 것을 방지하는 데 사용됩니다. 사용할 수 있는 여러 유형의 슬래그 스토퍼(슬래그 다트라고도 함)가 있습니다. 슬래그 스토퍼는 일반적으로 주요 제어 장치로 남아 있는 작업자의 시각적 관찰과 함께 작동합니다. 국자의 슬래그는 인 환원, 지연된 탈황 및 청결도가 감소된 강철을 초래합니다. 국자 첨가제는 슬래그의 산화철(FeO) 수준을 낮추는 데 사용할 수 있지만 인을 변경하기 위해 할 수 있는 일은 없습니다.

강철을 STL에 태핑한 후, 남아 있는 슬래그를 슬래그 포트에 태핑하기 위해 변환기를 거꾸로 회전합니다. 그런 다음 변환기는 수직 위치로 돌아갑니다. 일부 가열의 경우 잔류 슬래그는 N2와 함께 분사되어 용기의 배럴 및 트러니언 영역을 코팅합니다. 이 프로세스를 슬래그 튀기기라고 합니다(링크 문서 http://www.ispatguru.com/slag-splashing-technique-in-converter-operation/ 참조). 캠페인이 끝날 무렵 마모가 심한 지역에서 내화 재료로 총을 쏘는 것도 필요할 수 있습니다. 컨버터 유지보수가 완료되면 컨버터는 다음 가열을 위한 충전을 받을 준비가 됩니다.

혼합 송풍의 경우 불활성 가스가 변환기 바닥의 다공성 플러그 또는 송풍구를 통해 주입됩니다. 하단 주입은 혼합을 촉진하고 슬로핑 감소로 인해 수율이 향상됩니다. (슬로핑은 O2 취입 중에 전로에서 슬래그와 강철이 배출될 때 발생합니다). (링크 기사 참조 http://www.ispatguru.com/combined-blowing-process-in-converter-steel-making/ ).

BOF 공정은 추가 연료를 사용하지 않습니다. HM 불순물(C, Si, Mn, P)의 산화는 열을 공급합니다. 용탕의 산화와 슬래그의 형성은 여러 단계로 진행되는 복잡한 과정이며 서로 다른 상(가스-금속, 가스-슬래그, 슬래그-금속) 사이의 경계에서 동시에 발생합니다. BOF의 제강 화학은 별도의 기사에 나와 있습니다. (링크 기사 참조 http://www.ispatguru.com/chemistry-of-steelmaking-by-basic-oxygen-furnace/)

대부분의 산화물은 슬래그에 흡수됩니다. 기체 제품 CO 및 CO₂ 대기로 옮겨져 배기 시스템에 의해 제거됩니다. 대기의 산화 가능성은 CO₂로 정의되는 연소 후 비율을 특징으로 합니다. /(CO₂ +CO).

BOF 공정은 BOF에서 형성된 슬래그가 산화(환원하지 않음)되기 때문에 탈황에 대한 능력이 제한되어 있으므로 공정에서 황의 분포 계수의 최대값은 약 10이며, 이는 고농도의 산화칼슘(CaO)을 함유하는 슬래그에서 달성될 수 있음 ).

BOF 제강에서 슬래그의 높은 CaO/SiO2 비율(보통 3 이상)이 바람직합니다. 경험에 따르면 석회 첨가는 충전된 Si 중량의 6배입니다. MgO 첨가는 최종 출탕 온도에 따라 달라지며 일반적으로 약 1650℃의 출탕 온도에서 최종 슬래그 중량의 약 8% ~ 10%가 되도록 설계됩니다. 이는 MgO로 슬래그를 포화시키므로 슬래그의 화학적 부식을 감소시킵니다. MgO 기반 컨버터 라이닝. (링크 기사 http://www.ispatguru.com/89/ 참조)

철 합금은 오버헤드 빈에서 STL로 충전됩니다. 일반적인 합금은 철망간, 규소망간 및 철철-실리콘입니다.

변환기의 라이닝에는 기본 내화 라이닝이 사용됩니다. 마그네시아 – 탄소 내화 라이닝은 컨버터에 가장 많이 사용되는 내화 라이닝입니다. (링크 기사 참조 http://www.ispatguru.com/refractory-lining-of-a-basic-oxygen-furnace/)

환경 문제

BOF 공정은 폐가스에서 산화철의 짙은 갈색 연기를 발생시킵니다. BOF 매장의 환경 문제는 다음과 같습니다.

• 전로에서 발생하는 뜨겁고 더러운 1차 배기 가스의 오염 물질을 포착 및 제거
• 충전 및 컨버터 탭과 관련된 2차 배출
• HM 이송 및 탈황 등과 같은 보조 작업에서 배출 제어
• 수집된 산화물 먼지 또는 슬러지의 재활용 및/또는 폐기
• 전로 슬래그 및 전로 찌꺼기 처리

대부분의 BOF 1차 가스 처리 시스템은 가스가 연소되지 않은 상태에서 처리되고 전기 집진기 또는 습식 가스 스크러빙 시스템에서 세척되어 먼지로부터 가스를 세척하는 억제 연소 시스템의 원리에 따라 설계되며, 이는 이후 고체 또는 슬러리로 수집됩니다. 청정 가스는 스택을 통해 대기로 전달되거나 가스 홀더에 수집됩니다. 가스는 발열량이 상당히 좋은(1700~2000kcal/cum)이며 제철소의 연료로 사용됩니다. 억제된 연소 시스템은 에너지 회수 가능성을 제공합니다. (링크 기사 참조 http://www.ispatguru.com/basic-oxygen-furnace-gas-recovery-and-cleaning-system/).

BOF 변환기의 충전 및 탭핑과 관련된 2차 비산 배출물 또는 산소 분사 중 메인 후드를 빠져나가는 배출물은 작업장 트러스에 위치한 로컬 후드 또는 높은 캐노피 후드를 제공하는 배기 시스템에 의해 포착될 수 있습니다. 일반적으로 직물 수집기 또는 백 하우스는 이러한 비산 배출물의 수집에 사용됩니다. 유사하게, HM 이송 스테이션 및 탈황 등과 같은 보조 작업은 일반적으로 패브릭 필터로 배출되는 로컬 후드 시스템에 의해 제공됩니다.

습식 세정기의 슬러지 형태이든 집진기의 건조한 먼지 형태이든 1차 시스템에서 포획된 입자상 물질은 재활용 전에 처리해야 합니다. 습식 스크러버의 슬러지는 추가 건조 단계가 필요합니다. BOF 먼지 또는 슬러지는 나열된 유해 폐기물이 아닙니다. 연탄 또는 펠릿화 후 고로 또는 소결 공장으로 재활용할 수 있습니다.

BOF 슬래그는 석회 함량이 높기 때문에 소결로와 고로를 통해 재활용되는 경우가 많습니다. BOF 슬래그는 철도 밸러스트로도 사용됩니다.