KR100328062B1 - 일산화탄소농도에따른극저탄소강의정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공용 냉연강판에 적용되는 극저탄소강의 2차 정련방법에 관한 것이며;

그 목적은 정련시 발생되는 일산화탄소농도를 이용하여 제용도의 [C]농도로 적정탈탄함으로써 생산장애 및 제조원가 상승을 해소할 수 있는 정련방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이들의 용강에 진공탈가스장치의 침적관을 침적하여 진공조내로 용강을 흡상·환류하고, 이때 발생하는 배가스를 측정하면서 2차정련하는 방법에 있어서,

상기 진공조내의 용강을 환류하여 탈탄하는중 용강중의 탄소농도를

a)70-50ppm의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 14-16%의 범위일 때 탈탄을 종료하고;

b)50ppm미만 25ppm초과의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 9-11%의 범위일 때 탈탄을 종료하고;

c)25ppm이하의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 4-6%의 범위일 때 탈탄을 종료하는 일산화탄소 농도에 따른 극저탄소강의 정련방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

일산화탄소 농도에 따른 극저탄소강의 정련방법{Refining process extra low carbon steel}

본 발명은 가공용 냉연강판에 적용되는 극저탄소강의 2차 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정련과정중 발생되는 일산화탄소(CO)농도로 탈단종료시점을 결정하여 극저탄소강을 정련하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로에서 출선된 용선은 전로 공정을 거쳐 래들에 출강된 다음, 용강중의 산소가 존재한 상태에서 버블링(Bubbling)을 실시하여 용강을 균일하게 혼합하고 온도를 조정하여 진공탈가스처리 공정을 거치게 된다.

진공탈가스처리는 도 1에서와 같이, 진공조(3)에 부착된 침적관(2) 즉, 상승관(2a)과 하강관(2b)을 레이들(5)내의 용강(1)에 담근 뒤 불활성 가스인 Ar(4)을 상승관(2a)에 불어넣고 진공조(3) 내부에 스팀(Steem) 장치를 이용하여 감압한다. 이와 같이 감압하면, 진공조(3)내부는 일정한 진공상태를 유지하면서 용강(1)은 상승관(2a)에서 하강관(2b)으로 위치에너지에 의해 회전하게 되고 이러한 연속적인 동작으로 용강중의 탈가스, 개재물 분리부상, 성분조정 및 온도제어가 이루어진다.

상기 진공탈가스 처리과정에서 용강중의 산소는 용강의 탄소를 탈탄하는데 이용하게 되며, 이에 따라 정확한 산소(O₂)의 양을 알 필요가 있다. 그 측정방법은 산소 프로브(Probe)로 진공탈가스처리개시 후 2분경 용존산소를 측정하는데, 구체적인 내용은 다음과 같다.

산소센스(Sense) 및 열전대를 부착한 산소프로브를 용강중에 침적하게 되면, 고체 전해질 내면과 외면의 용강측과 표준극 사이에 산소분압차가 발생하게 되고 이로인해 산소이온의 흐름이 발생하여 전기회로가 형성되고 기전력이 발생하게 되는데, 이 기전력이 용강중 산소량으로 환산되어 용존산소를 나타내게 된다.

이렇게 측정된 용존산소값을 용강중의 [C]과 반응시키면, 하기 화학식1과 같이 산소와 탄소가 반응하여 탈탄이 이루어지고 [C]값은 낮아지게 된다.

C + ½O₂= CO↑

이러한 원리에 의해 탈탄반응이 일어나 일정한 시간이 지나면 탈탄 반응은멈추게 되고, 이때 합금철 Al을 용강중에 투입하여 탈산을 시키게 되면 용강중의 산소는 없어진다. 이러한 성분조정 과정에서 용강은 일정한 성분범위를 가지게 되며, 이 관리범위를 벗어나게 되면 용강은 적정용도로 사용하기가 곤란하다. 특히, [C] 성분은 그 함유량에 따라 용강의 성질이 크게 변화하며, [C] 성분이 적을수록 부드럽고 가공성이 좋으며, 많을수록 단단하고 깨어지기 쉽다.

일반적으로 냉연제품의 극저탄소강은 [C] 성분에 따라 DQ(Drawing Quality)재, DDQ(Deep Drawing Quality)재, EDDQ(Extra Deep Drawing Quality)재로 구분되는데, 구체적인 분류는 [C]성분이 70PPM이하의 경우 DQ재이고, 50PPM이하이면 DDQ재, 25PPM이하이면 EDDQ재로 아주 미세하게 관리한다. 그리고, 그 사용하는 용도가 서로 다르다. 이와 같이 용강중 탄소농도를 용도별로 제어하기 위해서는 진공탈가스처리공정중 탄소농도를 요구되는 양이하로 제어하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 정확한 탈탄종료시점을 결정하는 것이 필요하다.

그러나, 아직까지 진공탈가스처리공정중 탈탄종료시점을 결정하는 효과적인 방법이 제시된 것이 없으며, 실제조업현장에서는 작업자의 감으로 그 시점을 결정하고 있는 실정이다.

그 구체적인 방법은, 진공탈가스처리개시하고 일정시간 탈탄한 후 이 용강을 일련의 후속공정을 걸쳐 슬라브로 제조한 다음, 그 슬라브중의 탄소농도를 측정하고, 측정된 탄소농도로 탈탄하는데 걸린 시간을 참고로 나머지 용강정련시 탈탄시점을 결정하고 있다. 따라서, 현재 정련하는 용강의 정련조건이 참고로 하는 용강의 정련조건과는 다르므로 실제조업에서 탈탄종료시점을 동일하게 할 수 없다. 따라서, 현장에서는 참고로 하는 탈탄종료시점 보다 탈탄을 더 충분히 시켜 정련 불량을 방지하고 있다. 이는 요구되는 탄소농도이하로만 정련하면 큰 문제가 생기지 않기 때문이다.

이와같이 [C]농도를 낮게만 맞추다 보면, 탈탄시간의 연장으로 진공탈가스처리 공정시간이 길어지고, 이로인해 용강온도의 하락과 전후공정에 미치는 생산장애 및 제조원가가 높아지는 문제점이 있다.

이에, 본발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로 2차정련시 발생되는 일산화탄소농도를 이용하여 제용도의 [C]농도로 적정탈탄함으로써 생산장애 및 제조원가 상승을 해소할 수 있는 정련방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 진공탈가스 장치의 일례로 나타내는 개략도이다.

도 2는 용강정련시 발생되는 배가스의 변화하는 상태를 도시한 그라프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1...용강 2...침적관

3...진공조 4...환류가스(Ar)

5...레이들(Ladle)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정련방법은, 레이들의 용강에 진공탈가스장치의 침적관을 침적하여 진공조내로 용강을 흡상·환류하고, 이때 발생하는 배가스를 측정하면서 2차정련하는 방법에 있어서,

상기 진공조내의 용강을 환류하여 탈탄하는중 용강중의 탄소농도를

a)70-50ppm의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 14-16%의 범위일 때 탈탄을 종료하고;

b)50ppm미만 25ppm초과의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 9-11%의 범위일 때 탈탄을 종료하고;

c)25ppm이하의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 4-6%의 범위일 때 탈탄을 종료하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 진공탈가스장치에서 용강의 정련시 배출되는 CO가스를 이용하여 용강중의 탄소농도를 예측하고, 탈탄을 종료하는데, 그 특징이 있다.

본발명에 따라 용강을 정련하기 위해서는 통상의 공정을 거친 용강을 이용해도 문제는 없으나, 보다 바람직하게는 용강의 온도가 1600~1610℃의 범위로 유지하고, 용강의 용존산소는 350~450ppm을 유지함이 필요하다.

종래는 탈탄을 작업자의 감으로 장시간 하게 되므로 용강의 온도를 다소 높게 하였지만, 본 발명은 적정하게 탈탄종료시점을 결정할 수 있으므로 용강온도를 꼭 필요한 범위로 가져갈 수 있다. 이를 고려한 용강의 온도는 1600-1610℃로 조절하는 것이 바람직한데, 그 이유는 용강의 온도가 1600℃미만이면 온도하락에 따른 용강은 용강의 온도를 올리기 위한 별도의 Al합금철투입이 불가피하고 이로 인한 원가상승 및 처리시간지연 등의 문제가 발생된다. 그리고, 용강의 온도가 1610℃를 넘으면 온도를 하향으로 조정하기 위해서는 별도의 냉각제 투입이 불가피하기 때문이다. 또한, 냉각제를 투입하게 되면 냉각제에 함유된 [C] 성분이 아주 미세하게 관리하는 용강중 [C]성분의 상승을 초래하기 때문에 세심한 온도관리가 필요하다.

그리고, 극저탄소강 제조시 종래에는 산소를 중간에 취입하는 경우도 있으나, 본 발명은 그럴 필요없이 진공조내 용강의 용존산소를 처음부터 350-450ppm으로 하고 산소를 재취입하지 않는다. 만일 450ppm 이상의 산소가 함유하게 되면 용강중의 다른 원소에 미치는 영향이 클뿐아니라, 후 공정에서의 작업불안, Al 사용량의 증가등으로 용강의 품질에 나쁜 영향을 미치게 되고, 용존산소가 350ppm이하에서는 탈탄 반응(식 1)에 필요한 산소가 부족하여 별도의 조치가 필요하기 때문이다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

진공조에 상승관과 하강관이 설치된 진공탈가스 설비를 이용하여 RH 처리작업을 실시하게 되면, 정련중 발생하는 배가스는 도 2의 그래프와 같이 나타난다.

즉, 용강중의 [C]와 O₂는 처리 2분경 용강이 환류된 시점부터 반응하기 시작하여 배 가스(Gas)를 배출하게 되는데 가스성분별로 보면 O₂, CO₂, CO 가스를 배출하게 된다. 이를 정련시간별로 발생량을 표시하면 하기 표 1과 같다.

처리시간(분)	CO(%)농도	처리시간(분)	CO(%)농도
1	0	11	41
2	15	12	29
3	20	13	17
4	30	14	13
5	35	15	7
6	38	16	4
7	44	17	2
8	53	18	1
9	56	19	1
10	59	20	0

본발명에서는 배출된 배가스 성분중 상기 표 1에서 보는 바와 같이, CO 가스성분을 주시하게 되면(도 3참조) 가장 활발하게 반응하는 5~10 분 사이에 CO 성분은 60(%)까지 도달하게 된다. 이때가 탈탄반응이 가장 활발한 때이고, 이후는 아주 미세한 반응이 시작되어 반응이 늦어지게 되고 CO 가스 농도는 차차 떨어지게 된다.

이러한 용강중의 탈탄반응의 상황은 CO(%) 농도에 따라서 용강 [C]의 수준을 알 수 있다.

따라서 DQ, DDQ, EDDQ 극저탄소강의 용도별로 탈탄반응 종료시점을 잡아 탈산을 실시하게 되면 탈탄 작업은 끝나게 된다.

하기표 2는 CO(%) 농도에 따른 [C]의 수준을 실시예를 통하여 나타낸 것이다.

시료 No.	DQ재	DDQ재	EDDQ재
	CO(%)	[C]PPM	CO(%)	[C]PPM	CO(%)	[C]PPM
1	15	55	10	37	5	24
2	14	51	11	42	4	23
3	16	58	9	35	6	25
4	15	57	12	39	6	23
5	15	51	10	40	5	25

상기 표 2에서와 같이 CO(%)에 따른 용강중의 [C] 성분을 보면, 먼저 탄소농도가 70-50ppm이 요구되는 DQ재에서는 C0(%)의 농도가 14~16(%) 수준에서 목적으로 하는 [C] 성분을 만들 수 있다. 만일, C0(%)의 농도가 14(%)미만이면 [C] 성분은 더 낮게 만들 수 있으나 용강의 온도하락, 처리시간 지연에 따른 생산장애, 제품원가 상승 등의 문제가 발생되고, 16(%)를 넘으면 목적으로 하는 [C] 성분보다 높게 나올수 있으므로 성분범위를 벗어날 수 있다. 이때 가장 바람직한 탈탄종료시점은 CO(%)농도가 15(%)시점이다.

탄소농도가 50ppm미만 25ppm초과의 범위로 요구되는 DDQ재에서는 CO(%)농도가 9~11(%) 수준이 바람직한데, 이는 CO(%)가 9(%)미만에서는 [C] 성분은 더 낮게만들 수 있으나 용강의 온도하락, 처리시간 지연에 따른 생산장애, 제품원가 상승 등의 문제가 발생되고, 11(%)를 넘으면 목적으로 하는 [C] 성분보다 높게 나올수 있으므로 성분범위를 벗어날 수 있기 때문이다. 이때, 가장 바람직한 탈탄종료시점은 CO(%) 농도가 10(%)의 시점이다.

탄소농도가 25ppm이하의 범위로 요구되는 EDDQ의 용강정련중 탈탄종료시점은 CO(%) 농도가 4~6(%) 수준이 바람직한데, 이는 CO(%)가 4(%)미만에서는 용강의 온도하락, 처리시간 지연에 따른 생산장애, 제품원가 상승 등의 문제가 발생되고, 6(%)를 넘으면 목적으로 하는 [C]의 성분범위를 벗어날 수 있기 때문이다. 이때, 가장 바람직한 탈탄종료시점은 CO(%) 농도가 5(%)의 시점이다.

따라서, 냉연제품의 극저탄소강 정련작업시 탈탄 작업을 길게하여 [C] 성분을 낮출수는 있으나, 상술한 바와 같은 제반 문제점이 발생할 수 있으므로, 각 용도에 따른 [C] 범위까지 본 발명에 의한 방법으로 탈탄 작업을 실시하고 목표 [C]범위에서 탈탄작업을 종료하므로서 목적으로 하는 냉연재 극저탄소 강을 생산할 수 있게 된다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 용강중의 [C]을 성분범위별 용도에 따라 CO(%) 농도를 보고 탈탄 작업을 종료시키므로써 냉연제품의 극저탄소강이 적정용도에 사용할수 있을 뿐 아니라, 용강의 온도하락방지, 처리시간지연에 따른 생산장애 및 제품원가를 상승시키는 종래의 제반 문제점을 해결할 수 있어 냉연제 극저탄소강 제조에 매우 유용하게 적용할수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 레이들의 용강에 진공탈가스장치의 침적관을 침적하여 진공조내로 용강을 흡상·환류하고, 이때 발생하는 배가스를 측정하면서 2차정련하는 방법에 있어서,

   상기 진공조내의 용강을 환류하여 탈탄하는중 용강중의 탄소농도를

   a)70-50ppm의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 14-16%의 범위일 때 탈탄을 종료하고;

   b)50ppm미만 25ppm초과의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 9-11%의 범위일 때 탈탄을 종료하고;

   c)25ppm이하의 범위로 탈탄하는 경우 환류개시시점부터 측정되는 상기 배가스의 CO농도가 4-6%의 범위일 때 탈탄을 종료하는 것을 특징으로 하는 일산화탄소 농도에 따른 극저탄소강의 정련방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 진공조내의 용강은 1600-1610℃의 온도로 유지되고, 용존산소를 350-450ppm 함유한 것임을 특징으로 하는 방법.

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