전로에서의 Slopping
1. 슬로핑의 정의
● 전로 취련중 고온의 슬래그와 용철이 전로 노외로 분출하는 현상
- 출강실수율의 저하
- 슬래그의 조성 변화 및 열손실을 초래하여 조업의 불안요인
- 공장 밖으로 다량의 분진을 배출하여 심각한 환경공해 문제 야기
2. 슬로핑 발생기구
제강공정의 취련중 발생하는 슬로핑은 고온의 슬래그의 포밍(foaming)에 의하여 용철과 함께 전로 노외로 분출하는 현상을 일컫는다. 이러한 포밍 현상은 용융상태의 슬래그가 용강과 슬래그의 표면에서 반응에 의하여 생성된 CO 가스 기포에 의하여 팽창하는 현상을 의미한다. 이러한 현상은 2 가지 주요한 요인의 의하여 지배된다.
1) 반응에 의하여 생성되는 기체의 생성 속도
2) 슬래그 중의 기포의 안정성
반응에 의하여 생성되는 기체의 생성 속도가 충분히 빠르다면, 슬래그 자체의 물성은 포밍에 유리하지 않더라도 포밍현상을 나타낸다. 즉 슬로핑을 감소하기 위하여 적절한 산소의 공급속도의 조절이 필요하게 된다.
또한 슬래그의 물성(점도, 표면장력, 고체 입자의 존재여부, 계면활성원소의 존재 여부 등..)이 포밍에 유리하다면 기포의 생성속도가 늦더라도 많은 양의 기포를 형성하게 된다.
● 기포현상에 미치는 인자
- 기포의 크기
생성되는 기포의 크기가 2mm 이하인 경우 기포는 매우 안정적이다. 기포막의 안정도가 클수록 기포의 수명은 증가하게 된다. 기포막의 안정성은 표면점성, 표면장력 등의 기포막의 물리적 성질과 계면활성제의 존재 여부에 관계가 있다.
- 점성
표면점성이 높을수록 기포막을 이루고 있는 액상 슬래그의 유동성이 저하되어 기포의 합체를 방해하게 된다. 실 제강조업에서 2CaO·SiO2 등의 고융점 석출물은 기포의 표면점성을 증가시켜 포밍 형성의 주요인이 되고 있다.
- 표면장력
표면장력이란 1 cm2의 새로운 표면을 형성하는데 필요한 에너지를 의미하며 표면장력이 낮을수록 포밍을 형성하기 쉬우며 이의 안정성이 증가하게 된다. 즉 기포의 표면장력이 낮을수록 기포의 수명이 증가하게 된다. 슬래그의 표면장력이 낮을수록 기포막의 파괴를 위한 임계두께가 감소하게 되어 기포의 합체가 지연되게 된다.
- 계면활성원소
계면활성원소의 첨가는 슬래그의 기포를 안정화시킨다. Cr2O3, Fe2O3, V2O, P2O5, CaF2, Na2O 등의 원소는 슬래그의 표면장력을 약화시키는 역할을 하게 되는데 이는 표면에 과잉으로 흡착하여 성장하는 2 개의 기포가 근접하게 되면 근접한 표면에서계면활성제의 농도차이에 기인한 표면에서의 유동이 발생하게 된다. 이러한 현상은 기포막의 두께감소에 대한 저항으로 작용하여 기포의 합체를 지연시키게 된다.
3. 슬로핑 발생 예지 방안
○ 배가스 온도 및 성분 분석 정보를 이용하는 방법
전로의 배가스 온도를 측정한 결과 배가스 온도의 급격한 변화와 슬로핑 사이에는 밀접한 관계가 있음. 즉 전로내의 급격한 탈탄 반응시 배가스의 온도가 상승하는 현상을 이용하는 방법
○ 취련중 노내 발생 소음의 강약을 측정하는 음향계(sonic meter) 이용법
고속으로 취입되는 산소는 cavity(화점부위의 산소 제트에 의하여 깊게 파인 부분)에서 소음을 발생시키며 이때 발생하는 소음의 강도는 슬래그의 상태에 따라서 달라지게 된다. 즉 랜스 노즐이 전로내의 슬래그 속으로 깊이 잠길수록 음향은 약해지게 되는 현상을 이용 한다.
○ 랜스의 진동 을 측정하여 노내상황을 간접적으로 판단하는 방법
취련중 유동하는 슬래그와 접촉되어 있는 송산 랜스의 진동을 측정하여 포밍 현상을 간접적으로 감지할 수 있다. 즉 랜스의 진동에 의한 하중의 크기와 슬로핑 발생의 상관성을 도출하여 슬로핑 발생현상을 예측하는 방식
○ 마이크로 웨이브, 광섬유 등을 이용하여 슬래그 높이 직접 측정법
4. 슬로핑 저감 방안
가. 로드셀(load cell)방식에 의한 슬로핑 예지
취련중 유동하는 슬래그와 접촉되어 있는 송산 랜스의 진동을 측정하여 랜스의 진동에 의한 하중의 크기와 슬로핑 발생의 상관성을 도출하여 슬로핑 발생현상을 예측하는 방식
나. 전문가 시스템(Expert System) 도입
취련중 배가스 연속 분석 및 온도 등을 이용한 슬로핑 예지 시스템.
다. 탄재 취입 랜스 개발
취련중 탄재(Coal) 분을 출강구를 통하여 초음속 노즐을 이용하여 분사하여 포밍 억제
제트에 의한 기포의 물리적 파괴 및 합체, 화학적 성질의 변화를 통하여 기포의 부상 촉진
라. C계 CBP 개발
기존의 CBP에 적적량의 탄재 미분을 혼합하여 취련중 투입
탄재는 기포의 표면을 파괴하여 미세한 기포의 합체를 촉진하여 슬래그상으로부터 더 용이하게 빠져나갈 수 있는 큰 기포를 형성한다. 이것은 슬래그와 비 젖음성(non-wettability) 때문에 탄재 표면에 기포는 쉽게 부착되고 다른 기포와 합체되어 큰 기포를 형성하게 된다. 이와 같이 탄재에 의한 포밍 억제 효과는 탄재표면에서의 기포의 합체 및 소멸에 의하여 억제될 뿐만 아니라 탄재 주변에서 국부적으로 FeO가 환원되어 기표표면의 표면장력이 증가하는 것도 한 요인으로 생각되고 있다. 또한 탄재는 미세한 분말 형태로 기포 내에 취입되면 기포막에 부착되어 슬래그와 반응에 의한 2차적인 CO 기포의 형성으로 기포막을 파괴한다는 보고도 있다.
마. 고효율 진정재 개발