기본 산소로에서 철강 생산에 필요한 재료

기본 산소로에서 철강 생산에 필요한 재료

BOF(Basic Oxygen Furnace) 제강 공정에서 액강을 생산하기 위해서는 다음과 같은 유형의 재료가 필요합니다(그림 1).

• 열탕, 고철, 석회 등의 기초 원료
• 탈산제, 침탄제 등의 2차 원료
• 산소, 질소, 아르곤 등의 유틸리티 가스
• 내화재 및 내화재(안감재, 총포재, 패치재 등)
• 온도 프로브 및 샘플링 프로브 등과 같은 소모품 프로브
• 산소 블로잉 랜스 및 배기 가스 냉각용 냉각수

그림 1 기본 산소로에서 철강 생산에 필요한 재료

기본 원료

BOF 전로에서 강철을 만드는 데 필요한 기본 원료에는 (i) 고로에서 나오는 뜨거운 금속, (ii) 철 스크랩 및/또는 기타 금속 철 공급원, (iii) 철광석 및 (iv) 플럭스가 포함됩니다. 스크랩 박스에서 장입된 스크랩은 BOF에 장입되는 첫 번째 재료입니다. 그런 다음 뜨거운 금속을 뜨거운 금속 충전 국자에서 변환기로 붓고 그 후 산소 가스로 송풍을 시작합니다. 일반적으로 덩어리 형태의 플럭스는 산소 분사가 시작된 후 빈 시스템을 통해 BOF에 충전됩니다. 플럭스는 또한 하부 송풍구를 통해 분말 형태로 용광로에 주입될 수 있습니다. BOF 전로에 사용되는 기본 원료의 구성과 양은 가용성과 공정 경제성에 따라 철강 용해 공장마다 다릅니다.

뜨거운 금속 또는 액체 철은 철 단위 및 에너지의 주요 원천입니다. 뜨거운 금속은 개방형 또는 어뢰 차량의 용광로에서 받습니다. 상단이 열린 국자의 경우 뜨거운 금속을 뜨거운 금속 믹서에 부어 BOF 변환기에 사용하기 전에 온도를 유지합니다. 뜨거운 금속의 화학적 조성은 크게 다를 수 있지만 일반적으로 약 3.8% ~ 4.5% 탄소, 0.5% ~ 1.5% 실리콘, 0.25% ~ 1.5% 망간, 0.05% ~ 0.15% 인 및 0.03% ~ 0.08%를 포함합니다. 유황.

고온 금속의 황 수준은 고온 금속 탈황 설비에서 0.001%까지 낮출 수 있습니다. 뜨거운 금속의 구성은 용광로에서의 사용과 장입량에 따라 다릅니다. 일반적으로 용광로가 저온 환경에서 가동될 때 고온 금속의 규소 함량은 감소하고 황은 증가합니다. 고로 부하에서 인의 함량이 높으면 용선의 인 함량이 증가합니다.

탄소와 실리콘은 에너지의 주요 기여자입니다. 뜨거운 금속 실리콘은 BOF 변환기 열에 충전될 수 있는 스크랩의 양에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 뜨거운 금속 실리콘이 높으면 산화로 인해 더 많은 열이 발생하므로 더 많은 스크랩이 열에 충전될 수 있습니다. 뜨거운 금속 규소는 또한 슬래그 부피에 영향을 미치므로 석회 소비와 그에 따른 철 생산량에 영향을 미칩니다.

뜨거운 금속은 일반적으로 탄소로 포화되어 있으며 탄소 농도는 온도와 실리콘 및 망간과 같은 다른 용질 원소의 농도에 따라 다릅니다. 고온 금속의 탄소 함량은 온도 및 망간 함량이 증가함에 따라 증가하고 규소 함량이 증가함에 따라 감소합니다.

BOF 전로에서 공정 제어를 위해 BOF 전로에 주입될 때 뜨거운 금속의 온도와 탄소 함량을 아는 것이 중요합니다. 뜨거운 금속 온도는 일반적으로 BOF 변환기에 충전되기 전에 뜨거운 금속 충전 레이들에서 측정됩니다. 일반적으로 뜨거운 금속의 온도는 섭씨 1300도에서 1350도 사이입니다.

탈황은 고온 및 낮은 산소 포텐셜에서 선호됩니다. 또한 탄소 및 실리콘과 같은 뜨거운 금속에 다른 용질 원소가 존재하면 황의 활성이 증가하여 탈황이 향상됩니다. 따라서 낮은 산소 포텐셜과 높은 탄소 및 규소 함량은 BOF 변환기의 강철보다 고온 금속에서 황을 제거하는 데 더 유리한 조건을 만듭니다. 모든 뜨거운 금속이 탈황되는 것은 아닙니다. 황 사양이 엄격한 강종을 제조하는 데 사용되는 고온 금속은 고온 금속 탈황 플랜트에서 탈황됩니다. 여기서 탈황 시약은 고온 금속 황을 0.001%만큼 낮지만 보다 일반적으로 0.004% ~ 0.005% 범위로 감소시킬 수 있습니다. 용선 탈황 후 생성된 슬래그는 슬래그 스키밍을 통해 효과적으로 제거하는 것이 중요합니다. 이 슬래그는 다량의 유황을 함유하고 있으며 탈황 조건이 좋지 않은 BOF 전로로 유입된 슬래그는 유강에서 유황 픽업을 유발합니다.

뜨거운 금속의 계량은 BOF 변환기에 붓기 전에 계량 저울에서 수행됩니다. 오류가 있으면 BOF 변환기의 턴다운 화학, 온도 및 열 크기에 문제를 일으킬 수 있으므로 뜨거운 금속의 무게를 정확하게 아는 것이 매우 중요합니다. 이 가중치는 또한 정전기 모델에 대한 중요한 입력입니다.

스크랩은 BOF 변환기에서 열간 금속 다음으로 두 번째로 큰 철 단위 공급원입니다. 스크랩은 기본적으로 철강 공장 내에서 생성되거나(예:CCM의 작물, 공장 스크랩, 철강 용해 공장 폐기물에서 회수된 스크랩 또는 유지 관리 스크랩) 재활용된 철 또는 강철입니다.

다양한 유형의 스크랩이 스크랩 상자의 스크랩 혼합 요구 사항을 충족하도록 정확한 양으로 적재되는 것이 중요합니다. 스크랩 상자의 정확한 양을 알기 위해 스크랩 상자의 무게를 측정합니다. 스크랩 믹스와 스크랩 중량은 중요한 매개변수입니다. 그렇지 않으면 BOF 컨버터에서 열의 턴다운 성능이 부정적인 영향을 받습니다.

일반적으로 가벼운 스크랩은 앞쪽에, 무거운 스크랩은 스크랩 상자 뒤쪽에 적재됩니다. 이로 인해 스크랩 상자가 기울어질 때 더 가벼운 스크랩이 BOF 변환기에 먼저 착륙합니다. 가벼운 스크랩이 내화 라이닝에 먼저 떨어지는 것이 더 무거운 스크랩보다 먼저 떨어지는 것이 그 충격을 최소화하고 내화 라이닝에 대한 손상을 최소화하는 것이 좋습니다. 또한 무거운 스크랩은 가벼운 스크랩보다 녹기 어렵기 때문에 산소 제트 충돌 영역에 가장 가깝고 빨리 녹을 수 있도록 상부에 놓는 것이 바람직하다. 용광로에 장입하기에는 너무 큰 스크랩 조각은 가위, 화염 절단 또는 산소 절단을 통해 더 작은 조각으로 절단됩니다. 시트 절단 및 펀칭과 같은 얇고 작은 스크랩 조각은 특수 유압 프레스를 사용하여 베일로 압축됩니다. 일반적으로 더 크고 무거운 스크랩 조각은 더 가볍고 작은 조각보다 녹이기 어렵습니다. 녹지 않은 스크랩은 공정 관리에 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다. 턴다운 시 고온 또는 누락된 화학 물질이 발생할 수 있습니다.

BOF 전로에서 결합된 취입 방식은 혼합 특성을 크게 향상시켜 더 큰 스크랩 조각의 용융을 개선할 수 있습니다. 구리, 몰리브덴, 주석 및 니켈과 같은 스크랩에 존재하는 특정 요소는 스크랩 장입을 통해 BOF 변환기에 도입됩니다. 이러한 요소는 산화될 수 없으므로 BOF 열을 불어넣는 동안 제거할 수 없습니다. 이러한 요소는 산소 분사 중에 액체 수조에 고르게 용해됩니다. 스크랩에 존재하는 알루미늄, 실리콘 및 지르코늄과 같은 특정 다른 요소는 취입 공정 중에 완전히 산화되어 슬래그에 포함될 수 있습니다. 인, 망간 및 크롬과 같이 반응 경향이 중간 범주에 속하는 원소는 금속과 슬래그 사이에 분포합니다. 아연과 납은 증기로 BOF 열을 불어넣는 동안 대부분 제거됩니다. 철강 용해 공장은 일반적으로 총 금속 충전량의 약 10% ~ 35%를 스크랩으로 사용하며 정확한 양은 현지 조건과 경제 상황에 따라 다릅니다. 기술적으로 BOF 금속 장입물의 고철 금속 비율은 실리콘, 탄소 및 뜨거운 금속의 온도, 연소 후 랜스의 사용과 같은 요인에 따라 달라집니다.

직접환원철(DRI)은 일부 철강 용해 공장에서 냉각제 및 철 단위 공급원으로 사용됩니다. DRI는 일반적으로 전체 철의 약 89% ~ 94%(금속화의 약 88% ~ 96%), 탄소 0.1% ~ 4%, 알루미나와 실리카가 결합된 2.8% ~ 6%, FeO 3% ~ 8% 및 소량의 CaO 및 MgO. DRI는 0.005% ~ 0.09% 범위의 인, 0.001% ~ 0.03% 범위의 황 및 낮은 농도의 질소(보통 20ppm 미만)를 포함할 수 있습니다.

DRI는 일반적으로 약 25mm에서 30mm 크기의 덩어리 형태 또는 브리켓 형태로 BOF에 공급됩니다. DRI 연탄은 자연 연소 경향을 없애기 위해 부동태화 처리되어 철강 용해 공장에서 편리하게 취급할 수 있습니다. DRI는 일반적으로 빈 시스템을 통해 BOF 변환기에 공급됩니다.

일부 철강 용해 공장에서는 선철을 철 단위의 공급원으로 사용하기도 합니다. 선철은 녹는 데 열이 필요하며 일단 녹으면 BOF 변환기에서 뜨거운 금속으로 작용합니다. 선철은 다른 스크랩 믹스와 함께 스크랩 박스를 통해 전로에 충전됩니다.

철광석은 일반적으로 냉각수로서 BOF 전로에 덩어리 형태로 장입되며 스크랩 대체재로 자주 사용됩니다. 철광석은 구리, 아연, 니켈 및 몰리브덴과 같은 잔류 원소의 양이 적기 때문에 유용한 스크랩 대체품입니다. 철광석의 냉각 효과는 스크랩보다 약 3배 높습니다. 광석에서 산화철의 환원은 흡열이며 철광석을 냉각에 사용할 때 더 많은 양의 뜨거운 금속과 더 적은 양의 스크랩이 필요합니다. 철광석의 산화철을 효과적으로 감소시키기 위해 철광석은 액상조의 탄소 함량이 높을 때 타격 초기에 장입되어야 합니다. 광석에서 산화철의 환원은 상당한 양의 가스를 생성하고 결과적으로 슬래그 발포 및 슬로핑 경향이 증가합니다. 철광석을 늦게 첨가하면 철 수율과 종점 슬래그 화학에 해로운 영향을 미칩니다. 철광석을 전로에서 열을 가하기 직전에 냉각수로만 사용하면 슬래그가 고도로 산화되고 유동적이 되어 슬래그가 레이들로 이동하는 것을 향상시킵니다. 미환원 철광석의 냉각 반응 지연은 급격한 온도 저하 또는 격렬한 국자 반응을 일으켜 용강의 과산화를 유발합니다.

밀스케일을 BOF 컨버터의 냉각제로 적당량 사용할 수 있습니다. 밀 스케일은 고철에 대한 고온 금속의 비율을 높이는 데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 이 과정에서 심한 슬로핑이 발생합니다. 밀 스케일 및 기타 산화철 첨가는 철과 산소를 ​​방출하는 주요 타격 동안 감소됩니다. 이 추가 산소는 탄소 제거에 사용 가능하므로 전체 반응 속도가 빨라집니다. 슬로핑은 더 많은 뜨거운 금속(더 많은 양의 규소와 탄소가 각각 더 많은 SiO2와 CO를 생성함) 사용과 관련된 증가된 슬래그 부피와 증가된 반응 속도에 의해 발생할 수 있습니다.

BOF 전로에서 제강하는 동안 소석회 소비는 고온 금속 규소, 전로 충전 시 고온 금속 대 스크랩 비율, 초기(고온 금속) 및 최종(강철 목표) 황 및 인 함량에 따라 달라집니다. 소석회는 석회석을 소성하여 생산됩니다. BOF 전로 제강에 필요한 소석회의 품질은 링크  http://www.ispatguru.com/quality-of-lime-for-steelmaking-in-converter/에서 제공되는 별도의 기사에 설명되어 있습니다.

많은 양의 소석회가 짧은 시간 내에 BOF 전로에 투입되기 때문에 석회질의 신중한 선택은 슬래그에서의 용해도를 향상시키는 데 중요합니다. 일반적으로 다공성이 높은 작은 덩어리는 반응성이 높고 슬래그 형성을 빠르게 촉진합니다. 소석회의 가장 일반적인 품질 문제는 소성되지 않은 내부 코어, 수화, 과도한 미세분 및 너무 낮은 반응성입니다.

소성 백운석은 소석회와 함께 충전되어 슬래그를 MgO로 포화시키고 용광로 내화물에서 슬래그로의 MgO 용해를 감소시킵니다. 일반적으로 소성된 백운석은 약 36~40%의 MgO와 54~58%의 CaO를 함유합니다. BOF 전로조에 소성된 백운석을 추가하면 슬래그의 MgO 수준이 포화 한계 이상으로 유지됩니다. 포화 한계를 초과하는 슬래그의 MgO 수준은 슬래그를 덜 부식성으로 만들고 용광로 내화물에 대한 슬래그의 화학적 공격을 줄이거나 제거합니다.

일부 철강 용해 공장에서는 원시 백운석이 BOF 변환기에 직접 추가됩니다. 이는 냉각제 및 MgO 공급원으로 작용하여 슬래그를 포화시키지만 BOF 전로에서 소성 반응이 일어나기 때문에 지연 효과가 있습니다. 원시 백운석을 가열하면 흡열 소성 반응이 일어나 BOF 전로에서 온도 강하가 발생합니다.

하소된 백운석은 또한 슬래그가 튀기 전에 슬래그의 컨디셔닝을 위해 추가됩니다. 하소된 백운석의 화학적 성질과 크기를 조절하는 것이 중요합니다.

일부 BOF 전로 공장에서는 석회석이나 백운석을 플럭스보다는 냉각제로 자주 사용합니다. 턴다운 온도가 지정된 목표보다 높은 경우 석회석은 일반적으로 수조를 냉각하는 데 사용됩니다. 석회석이 가열되면 흡열 소성 반응이 일어나 CaO와 CO2를 생성하여 BOF 전로의 온도를 떨어뜨린다. 탭 직전의 온도 강하 정도는 열의 크기와 슬래그의 상태에 따라 다릅니다. 예를 들어, 150톤의 열 크기에서 1톤의 석회석을 추가하면 욕조의 온도가 약 12℃ 정도 떨어집니다.

불화칼슘 또는 형석(CaF2)은 슬래그의 점도를 낮추는 슬래그 유동화제입니다. BOF에 첨가하면 석회 입자 주위에 형성된 규산이칼슘(2CaO.SiO2) 층을 용해시켜 슬래그에서 석회의 용해를 지연시켜 슬래그에서 석회의 빠른 용해를 촉진합니다. 요즘 형석은 BOF 전로와 철제 국자를 포함한 모든 유형의 내화물에 대한 부식성이 매우 강하기 때문에 매우 드물게 사용됩니다. 또한, 불화물은 폐가스 수집 시스템에서 구조 부품을 부식시키고 바람직하지 않은 배출물인 강산을 형성합니다.

2차 원료

2차 원료는 탈산제와 침탄제입니다. 이들은 일반적으로 변환기에서 열을 가하는 동안 강철 티밍 국자에 추가됩니다.

탈산은 제강의 마지막 단계입니다. 제강 중 태핑 시의 강욕은 400~800ppm의 활성산소를 함유하고 있다. 태핑하는 동안 적절한 양의 철 합금 또는 기타 특수 탈산제를 가득 찬 국자에 첨가하여 탈산을 수행합니다.

탈산제는 일반적으로 ferro-silicon, silico-manganese 및 ferro-manganese와 같은 벌크 철 합금입니다. 그들은 탈산 및 합금 원소의 도입을 위해 제강에 사용됩니다. 강철에 합금 원소를 도입하는 가장 경제적인 방법입니다. 합금철은 강철에 독특한 품질을 부여합니다.

철의 기계적 성질 개선 뿐만 아니라 결정립 크기 조절을 위해 합금철도 첨가됩니다. 철강 제조 공정과 제조되는 철강 유형에 따라 다양한 합금철의 요구 사항이 크게 달라집니다. 강철에 합금철을 추가하면 부식 및 산화에 대한 저항이 증가하고, 탄소 첨가로 인해 경화성, 고온 인장 강도, 마모 및 내마모성이 향상되고 크리프 강도 등과 같은 강철의 다른 원하는 특성이 향상됩니다. 합금철은 다음을 위한 필수 입력입니다. 모든 종류의 철강을 생산합니다. 이들은 합금강 및 스테인리스강 생산의 원료로 사용됩니다.

타격이 끝날 때 강철의 탄소 함량이 사양보다 낮으면 액체 강철도 재탄화됩니다. 이것은 가득찬 국자에 있는 기화기의 통제된 추가에 의해 수행됩니다. 일반적인 기화기는 코크스 브리즈와 석유 코크스입니다.

그러나 가득찬 국자에 많은 양을 추가하면 액강의 온도에 부정적인 영향을 미칩니다.

유틸리티 가스

BOF 전로 제강 공정에서 수냉식 랜스는 강을 생산하기 위해 액체 수조에 매우 빠른 속도로 산소를 주입하는 데 사용됩니다. 불순물 수준이 낮은 고품질 강철을 생산하려는 요구가 증가함에 따라 매우 높은 순도의 산소가 공급되어야 합니다. 따라서 제강용 산소는 99.5% 이상 순수해야 하며 이상적으로는 99.7%에서 99.8% 순수해야 합니다. 나머지 부분은 0.005% ~ 0.01% 질소이고 나머지는 아르곤입니다.

BOF 변환기에서 산소는 수냉식 랜스의 끝에 수렴/발산(Laval) 노즐을 사용하여 초음속(Mach>1)으로 분사됩니다. 강력한 가스 제트가 슬래그를 관통하고 액체 금속 표면에 충돌하여 강철을 정제합니다. 오늘날 대부분의 BOF는 4~5개의 노즐이 포함된 랜스 팁과 640N cum/min ~ 900N cum/min 범위의 산소 유량으로 작동합니다.

질소는 일반적으로 혼합 취입 및 슬래그 비산을 위한 BOF 변환기에 사용됩니다. 금속 수조의 혼합을 개선하는 데 필요한 질소 가스는 바닥에 장착된 송풍구 또는 투과성 요소를 통해 분사됩니다. 욕의 교반은 욕에서 용융물의 고탄소 범위에 있는 질소 가스로 수행됩니다. 바닥 유속은 일반적으로 0.2 N Cum/t min보다 낮습니다. 일반적으로 질소 가스는 산소 분사의 처음 60~80%에서 바닥을 통해 도입됩니다. 산소 흐름의 첫 번째 부분에서 CO 가스의 급속한 전개는 강철에서 질소가 픽업되는 것을 방지합니다.

질소는 또한 내화물 위에 슬래그 코팅의 보호 층을 생성하기 위해 BOF 변환기에서 열을 가한 후 조절된 액체 슬래그를 BOF 변환기의 벽에 튀기는 데 사용됩니다.

아르곤은 일반적으로 결합 블로잉을 위한 BOF 변환기에 사용됩니다. 금속 수조의 혼합을 개선하는 데 필요한 아르곤 가스는 바닥에 장착된 송풍구 또는 투과성 요소를 통해 분사됩니다. 욕의 교반은 욕에서 용융물의 저탄소 범위에 있는 아르곤 가스로 수행됩니다. 바닥 유속은 일반적으로 0.2 N Cum/t min보다 낮습니다. 일반적으로 아르곤 가스는 산소 분사의 마지막 20~40%에서 바닥을 통해 도입됩니다.

내화물 및 내화물

BOF 전로 제강에 필요한 내화물에는 세 가지 유형이 있습니다. 이들은 일반적으로 마그네시아 탄소 내화물, 내화물의 손상된 부분을 포격하기 위한 마그네시아 기반 포격 화합물 및 전로의 침식된 바닥을 패칭하기 위한 패칭 재료(보통 부서진 중고 벽돌)입니다. 이들은 링크 http://www.ispatguru.com/refractory-lining-of-a-basic-oxygen-furnace/ 아래에 제공된 기사에 설명되어 있습니다.

소모성 프로브

BOF Converter에서 철강 생산에 필요한 소모품은 Blow가 끝난 후 분석을 위해 Steel을 샘플링하고 BOF Converter에서 용선의 온도를 측정하기 위한 일회용 프로브입니다. 타격이 끝났습니다.

냉각수

산소 블로잉 랜스 및 노즐 냉각과 배기 가스 냉각을 위한 BOF 컨버터의 철강 생산에 물이 필요합니다.

BOF 변환기에서 산소 랜스의 연소를 방지하기 위해 랜스에 냉각수가 필요합니다. 구리 랜스 노즐과 강철 랜스는 모두 약 6kg/sq cm의 압력에서 물을 재순환시켜 냉각됩니다. 랜스의 중요한 구성 요소는 냉각수가 노즐 중앙을 통해 흐르고 랜스의 외부 파이프를 통해 나가는 수냉식 채널입니다. 가장 높은 온도에 노출되는 노즐 부분에서 냉각수의 최대 속도를 얻을 수 있도록 설계되었습니다. 냉각수는 긴 랜스 수명을 유지하는 데 중요합니다. 유량은 설계 속도로 유지되어야 합니다. 냉각수 출구 온도는 60 deg C ~ 65 deg C를 초과하지 않아야 합니다.

전로에서 나오는 CO가 풍부한 가스는 먼저 냉각수 또는 증발 냉각 시스템(ECS)에 의해 간접적으로 전로 후드에서 냉각되어 공칭 온도를 1600-1700℃에서 약 900℃로 낮춥니다. 증발식 냉각 시스템은 이 시스템에서 열이 증기 형태로 회수되기 때문에 배기 가스 냉각을 위해 탈염수가 필요합니다.

일부 철강 용해 공장에서 BOF 변환기의 상단 원뿔은 수냉식입니다. 낮은 작동 온도를 유지하기 위한 수단으로 수냉식의 이점을 얻을 수 있는 BOF 변환기의 상단 원뿔에 있는 두 가지 구성 요소는 원뿔형 쉘 자체와 원뿔 상단 모서리에 있는 립 링입니다.

수질은 중요한 매개변수입니다. 물이 산화물이나 먼지로 오염되면 일반적으로 파이프 내부에 침전물이 형성되어 열 전달에 부정적인 영향을 미칩니다.