KR100328935B1 - 내수소유기균열강의내수소유기균열성향상을위한제강정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내수소유기균열강의 제강정련방법에 있어서, 전로에서 출강한 용강에 칼슘파우더를 주입하는 공정, 탑버블링과 바틈버블링에 의한 용강의 균일화공정, RH설비에 의한 탈가스처리공정, 칼슘와이어 첨가공정, 바틈버블링에 의한 교반공정, 연주공정으로 이루어져 용강을 균일화하기 위한 버블링처리시 탑버블링을 실시한 후 바틈버블링을 추가로 실시하여 용강의 청정도를 향상시키고 투입한 칼슘의 교반방법으로 바틈버블링을 실시하여 칼슘성분의 손실을 감소시켜 Ca/S비를 안정되게 관리한 후 연주를 실시하는 것을 특징으로 하는 내수소유기균열강의 내수소유기균열성향상을 위한 제강정련방법에 관한 것으로, 개재물을 효과적으로 분리하면서 용강의 재산화를 방지할 수 있어 강의 청정도를 향상시킬 수 있고 Ca/S를 1.5∼2.5범위내로 안정되게 확보하여 수소유기균열을 효과적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

내수소유기균열강의 내수소유기균열성향상을 위한 제강정련방법

본 발명은 내수소유기균열강의 내수소유기균열성향상을 위한 제강정련방법에관한 것으로, 보다 상세하게는 내수소유기균열강종의 제강정련방법에 있어서 버블링처리공정에서 탑버블링을 실시한 후 바틈버블링을 추가적으로 실시하여 강의 청정도를 향상시키고 칼슘와이어 투입후 용강의 교반공정을 바틈버블링의 방법으로 실시함으로써 칼슘성분의 손실을 감소시키고 Ca/S비를 안정되게 관리하여 내수소유기균열강의 내수소유기균열성을 향상시키는 제강정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 내수소유기균열강이란 수소에 의해 발생하는 균열을 방지하기 위해 제조된 강으로, 황화수소(H₂S)를 많이 함유한 원료를 저장하거나 운반하는 용기 또는 파이프라인에 주로 사용된다.

수소유기균열(HIC; Hydrogen Induced Crack)이란 비금속개재물 또는 편석부와 같은 결함부위나 기지와 비금속개재물의 계면에 수소원자가 침입하여 분자화함에 따라 국부적으로 압력이 높아지게 되어 외력이 존재하지 않는 상태에서도 강에 균열이 발생하는 현상을 말한다.

황화수소를 많이 함유하고 있는 가스나 원유의 경우 가스나 원유에 수소원자가 많이 포함되어 있으므로, 황화수소를 많이 함유하고 있는 가스나 원유를 저장하거나 운반하는 용기 또는 파이프라인의 강재에는 수소유기균열이 많이 발생하게 된다.

따라서 황화수소가 높은 원유나 천연가스 등을 저장하거나 운반하는 용기 또는 파이프라인에는 내수소유기균열강을 사용하여야 한다.

최근 자원이 점차 고갈됨에 따라 자원소재의 환경이 점점 열화되고 자원소재지와 정제처리시설과의 거리도 멀어지고 있어 내수소유기균열강의 필요량이 날로 증가하고 있다.

강재에서 발생하는 수소유기균열을 억제하기 위한 방법으로는 다음과 같은 방법들이 있다.

첫 번째는 강의 부식부에 수소원자가 침입하여 수소유기균열을 유발하는 것을 방지하기 위하여 강의 부식을 억제하는 방법이다. 강의 부식을 억제하기 위해서는 강중에 내식성이 우수한 원소인 구리, 니켈, 크롬 등을 첨가한다.

두 번째는 강에 발생하는 균열부위를 억제하는 방법이다. 강의 균열발생부위를 억제하기 위해서는 황화망간(MnS)의 발생을 억제시켜야 하는데 이를 위해서는 강중의 황(S)을 10ppm이하로 첨가하여 극저류강을 제조한다.

세 번째는 개재물에 의한 수소원자의 침입을 방지하는 방법이다. 개재물에 의한 수소원자의 침입을 방지하기 위해서는 강중 개재물의 수준을 낮추고 개재물의 형태를 원형으로 제어하여야 하는데 이를 위하여 강중에 칼슘(Ca)를 첨가하여 Ca/S비를 1.5에서 2.5정도로 제어하여야 한다.

Ca/S비에 따른 수소유기균열(HIC)의 발생정도는 도 1에 도시한 바와 같다.

황의 함량이 0.001%일 때 수소유기균열(HIC)의 발생율은 Ca/S비가 증가함에 따라 급격히 감소하여 1.5-2.5정도에서는 거의 0%가 되고 2.5이상에서는 다시 증가한다.

황의 함량이 0.004%일때도 Ca/S비가 증가함에 따라 수소유기균열(HIC)의 발생율이 감소하고 1.5정도에서는 거의 0%로 되나 Ca/S비가 그 이상이 되어도 다시증가하지 않는다.

따라서 황의 함량에 관계없이 Ca/S비는 1.5-2.5정도로 하는 것이 수소유기균열(HIC)의 발생을 억제하는데 효과적이다.

네 번째는 균열의 전파를 방지하는 방법이다. 균열의 전파를 방지하기 위해서는 편석을 조장하는 원소인 망간, 인 등의함량을 감소시키고 EMS(electric mold stirring)를 적용하여 용강이 주입된 주형을 전기적으로 교반한다.

상기와 같은 수소유기균열억제방법에 의하여 강중에 내식성이 우수한 구리, 니켈, 크롬등의 원소를 첨가하되 편석을 조장하는 원소인 망간, 인 등의 함량을 줄이고 강중 황의 첨가량을 10ppm이하로 하여 극저류강을 제조하며 칼슘을 첨가하여 Ca/S비를 1.5-2.5정도로 제어함으로써 수소유기균열에 강한 내수소유기균열강을 제조한다.

상기와 같은 내수소유기균열강종을 제강정련하는 종래의 방법은 전로에서 출강한 용강에 칼슘파우더를 주입하는 공정, 탑버블링을 실시하여 균일화하는 공정, RH설비에 의한 탈가스처리를 하는 공정, 칼슘와이어를 첨가하는 공정, 50-100torr에서 RH처리에 의하여 교반하는 공정, 연주공정으로 이루어져 있다.

버블링(Bubbling)처리는 불활성기체를 이용하여 용강내에 기포를 발생시켜줌으로써 용강과 슬래그를 반응시켜 황을 슬래그로부터 떠오르게 한 후 떠오른 황을 제거(Desulfurization)하고 개재물이 분리되어 부상하도록 하여 용강의 청정성을 확보하며 기포에 의해 용강이 혼합되도록 하여 용강내의 성분을 균일화하는 처리공정이다.

버블링처리방법의 종류에는 탑버블링(Top Bubbling)과 바틈버블링(Bottom Bubbling)이 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 탑버블링은 용강의 상부에 탑랜스(5)를 설치하여 용강내부에서 기포를 발생시켜주는 방법이며, 바틈버블링은 래들하부에 설치된 다공성마개(6)를 통하여 기포를 발생시켜 주는 방법이다.

종래에는 내수소유기균열강종을 버블링처리할 때 황의 함량이 10ppm이하인 극저류를 확보하고 용강과 슬래그와의 반응을촉진시키기 위하여 랜스를 이용한 탑버블링으로만 처리하였다.

그러나 이러한 탑버블링방법은 탈황반응을 증대시키는 효과는 있으나, 용강중으로 슬래그가 혼입되고 랜스(5)가 설치된부분에 나탕(7)이 발생하게 되어 용강과 대기가 접촉하게 됨에 따라 용강의 재산화가 초래되어 용강이 오염될 수 있다는 문제점이 있다.

바틈버블링은 래들하부의 다공성마개(6)를 통하여 버블링이 아래쪽에서 위쪽으로 실시되기 때문에 탑버블링에 비하여 용강의 개재물이 분리되어 부상하기에 유리하며 용강의 나탕이 방지되어 용강이 재산화되는 것을 방지할 수 있으므로 강의 청정도도 향상된다.

버블링처리를 한 후에는 용강중에 용존되어 있는 질소, 수소등의 기체성분을 고진공분위기에서 뽑아내는 탈가스공정을 거친다.

탈가스공정은 RH설비에 의하여 행하는 것이 일반적인데, 용선래들의 상부에 진공조를 설치하여 대기압과 진공조의 기압차이를 이용해 용강을 흡상시킨 후 용강을 환류시켜 용강중에 용존된 기체성분을 제거한다.

내수소유기균열강종에는 수소유기균열을 방지하기 위해 칼슘성분을 첨가하여 압연중에 연신되는 황화망간개재물을 구형인비연신의 황화칼슘(CaS)개재물로 무해화시키고 개재물의 형태를 원형으로 제어하며 Ca/S비를 1.5∼2.5로 유지시켜야 한다.

칼슘성분은 1600℃에서의 증기압이 1.84기압으로 높기 때문에 탈가스공정을 거친후 칼슘-실리콘와이어피딩(Ca-Si WireFeeding)방법으로 첨가한다.

상기의 방법으로 첨가된 칼슘은 용강중에 균일하게 분포되지 않고 국부적으로 편석되거나 용강중에 잔존되어 있는 알루미네이트(Aluminate, Al₂O₃)와 반응하여 하기의 식에 나타낸 바와 같이 또다른 개재물인 mCaO·nAl₂O₃을 형성한다.

상기의 현상을 방지하기 위해서는 칼슘을 첨가한 후 용강을 교반시켜 주어야 한다.

종래에는 와이어를 투입한 후 다시 버블링처리를 하기 위해서는 래들을 이동시켜야 하는 문제점이 있기 때문에 버블링처리를 하지 않고 탈가스공정에서의 RH설비를 이용하여 용강을 환류시켜줌으로써 교반을 시켜준 것과 같은 효과를 거두었다.

그러나 RH설비를 이용하여 용강을 환류시키기 위해서는 진공도를 100torr이하로 유지시켜야 하는데 칼슘성분은 1.84기압의 높은 증기압을 가지고 있어 처리중 칼슘성분의 손실이 불가피하다.

칼슘성분의 손실로 인하여 칼슘와이어의 사용량이 증대되고 RH설비에 의한 환류시 칼슘성분의 편차를 가져와 Ca/S비를 1.5∼2.5수준으로 유지하기 곤란하여 수소유기균열의 발생편차를 가져오는 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 내수소유기균열강의 제강정련공정에서 버블링처리시 바틈버블링을 실시한 후 탑버블링을 추가적으로 실시하여 개재물의 분리부상을 통한 강의 청정도를 향상시키고 칼슘와이어를 첨가한 후 바틈버블링으로 교반하여 칼슘의 손실을 감소시켜 Ca/S비를 1.5∼2.5로 안정되게 유지함으로써 내수소유기균열강종의 수소유기균열을 감소시키는 제강정련방법을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 Ca/S비와 수소유기균열(HIC)의 관계를 도시한 그래프,

도 2는 탑버블링(Top Bubbling)방법과 바틈버블링(Bottom Bubbling)방법의 구성도,

도 3a는 종래의 RH설비에 의한 칼슘와이어 투입후 교반방법의 구성도,

도 3b는 바틈버블링에 의한 칼슘와이어 투입후 교반방법의 구성도,

도 4는 종래의 방법과 본 발명의 방법을 실시한 경우의 Ca/S비를 비교하여 도시한 그래프.

＜도면의 주요부호에 대한 설명＞

1:슬래그 2:용강

3:버블 4:래들

5:탑랜스 6:다공성마개

7:나탕

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내수소유기균열강의 제강정련방법에 있어서, 전로에서 출강한 용강에 칼슘파우더를 주입하는 공정, 탑버블링과 바틈버블링에 의한 용강의 균일화공정, RH설비에 의한 탈가스처리공정, 칼슘와이어 첨가공정, 바틈버블링에 의한 교반공정, 연주공정으로 이루어져, 용강을 균일화하기 위한 버블링처리시 탑버블링을 실시한 후바틈버블링을 추가로 실시하여 용강의 청정도를 향상시키고, 투입한 칼슘의 교반방법으로 바틈버블링을 실시하여 칼슘성분의 손실을 감소시켜 Ca/S비를 안정되게 관리한 후 연주를 실시하는 것을 특징으로 하는 내수소유기균열강의 내수소유기균열성향상을 위한 제강정련방법이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 내수소유기균열강종의 제강정련방법은 전로에서 출강한 용강에 칼슘파우더를 주입하는 공정, 탑버블링과 바틈버블링을 실시하여 균일화하는 공정, RH설비에 의한 탈가스처리를 하는 공정, 칼슘와이어를 첨가하는 공정, 바틈버블링에의하여 교반을 하는 공정, 연주공정으로 이루어져 있다.

본 발명에서는 전로에서 출강한 용강에 칼슘파우더를 주입한 후 용강을 균일화하기 위하여 버블링처리를 함에 있어 탑버블링만을 실시하던 종래의 방법과는 달리, 탑버블링을 실시한 후 바틈버블링을 추가적으로 실시한다.

탑버블링방법만을 사용한 종래의 방법에는 용강중 슬래그의 혼입문제와 용강의 재산화가 초래되어 용강이 오염되는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 탑버블링방법으로 버블링을 하여 효과적인 탈황반응을 한 후 바틈버블링을 추가로 실시함으로써 용강의 개재물을 효과적으로 분리한다.

특히 300톤크기의 래들에 24Nm³/min의 유량으로 바틈버블링을 하면 용강의 나탕이 방지되어 용강이 재산화되는 것을 방지할 수 있어 강의 청정도도 향상된다.

탑버블링과 바틈버블링에 의해 버블링처리를 한 후 RH설비에 의한 탈가스처리공정을 거치고, 탈가스처리공정을 거친 후에는 Ca-Si와이어피딩의 방법으로 강중에 칼슘와이어를 투입한다.

칼슘와이어를 투입한 후 용강을 교반할 때 RH설비를 이용하여 환류시키던 종래의 방법과는 달리 본 발명에서는 바틈버블링의 방법으로 용강을 교반한다.

바틈버블링의 방법으로 교반함으로써 종래의 방법인 RH설비를 이용한 진공에 의한 교반방법보다 칼슘의 손실을 감소시킬수 있어 사용되는 칼슘와이어의 양이 감소되고, 개재물의 분리부상도 RH설비를 이용한 방법보다 용이하기 때문에 청정도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, Ca/S의 비가 안정되어 수소유기균열을 종래보다 억제시킬 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

내수소유기균열강의 제강정련과정에서 전로출강후 칼슘파우더를 투입하고 버블링처리를 할 때 종래의 방법인 탑버블링을실시한 경우와 본 발명의 방법인 탑버블링을 실시한 후 바틈버블링을 추가로 실시한 경우의 개재물함량을 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 본 발명의 방법을 사용한 경우가 종래의 방법을 사용한 경우보다 개재물의 함량이 적은 것을 알 수 있다.따라서 본 발명의 방법을 사용한 경우 용강의 청정도가 향상되었음을 알 수 있다.

이는 탑버블링을 한 후 바틈버블링을 추가적으로 실시함에 따라 슬래그의 혼입 및 대기와의 접촉에 의한 재산화가 감소되고 개재물의 분리부상이 향상되었기때문이다.

(실시예 2)

하기 표 2는 내수소유기균열강의 제강정련공정에서 동일한 칼슘와이어를 첨가한 후 동일한 시간동안 용강을 교반하되 종래의 방법인 RH설비에 의한 진공방법을 사용하여 교반한 경우와 본 발명의 방법인 바틈버블링을 사용하여 교반한 경우의용강중 칼슘성분 및 전체칼슘실수율을 비교하여 나타낸 것이다.

상기 표 2에서와 같이 교반방법을 변경함으로써 칼슘의 손실을 막을 수 있어 300톤급 래들을 기준으로 할 때 칼슘와이어의 사용량을 1500m에서 1200m로 줄일 수 있었다. 칼슘와이어의 사용량을 칼슘무게로 환산하여 보면 97.5kg에서 78kg으로 감소한 것이다.

또한 환류후 칼슘의 손실이 적어 칼슘의 편차를 감소시킬 수 있으므로 수소유기균열과 상관관계가 큰 Ca/S비가 안정화되고 향상되었다.

종래의 방법을 실시한 경우와 본 발명의 방법을 실시한 경우의 Ca/S비를 도 4에서 비교하여 나타내었다.

Ca/S비가 안정화되고 향상되었으며 용강의 청정도가 향상됨에 따라 수소유기균열이 종래의 방법을 사용한 경우에 비하여 감소하였다.

특히 Ca/S비가 안정화됨으로 인하여 수소유기균열의 발생편차가 하기 표 3에서 보는 바와 같이 현저하게 감소되었음을 알수 있다.

상기 표 3에서 CTR(crack length ratio)은 균열의 길이비를 나타낸 것이며, CTR(crack thickness ratio)은 균열의 두께비를 나타낸 것이다.

상기 표 3의 결과에서 본 발명의 방법을 사용한 경우 균열의 발생정도가 종래의 방법을 사용한 경우와 비교할 때 현저하게 감소되었음을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 제강정련방법에 의하면 탑버블링으로 탈황반응을 한 후 바틈버블링을 추가로 실시하여 개재물을 효과적으로 분리하면서 용강의 재산화를 방지할 수 있어 강의 청정도를 향상시킬 수 있고, 칼슘와이어 첨가 후 바틈버블링의 방법으로 용강을 교반함으로써 칼슘과 황의 비를 1.5∼2.5범위내로 안정되게 확보하여 압연중에 연신되는 황화망간개재물을 구형인 황화칼슘개재물로 무해화시키고 개재물의 형태를 원형으로 제어하여 수소유기균열을 효과적으로 방지할 수있다.

따라서 본 발명에 의해 제조된 내수소유기균열강은 우수한 내수소유기균열성을 가져 황화수소를 많이 포함한 가스나 원유등 수소유기균열이 많이 발생하는 원료를 저장하거나 운반하는 용기 또는 파이프라인 등의 재료로 사용하기에 적합하다.

Claims (1)

1. 전로에서 출강한 용강에 칼슘파우더를 주입하는 공정, 상기 칼슘주입된 용강을 균일화하는 공정, 상기 균일화된 용강의 탈가스를 처리하는 공정, 상기 탈가스처리된 용강에 칼슘와이어를 투입하는 칼슘-실리콘와이어 피딩공정, 상기 피딩공정 후 용강을 교반하는 공정 및 상기 교반공정 후 연주하는 공정을 통해 이루어진 내수소유기균열강의 제강정련방법에 있어서,

   상기 균일화공정은 상기 용강을 렌스를 이용하여 탑버블링하여 극저류강을 제조한 후, 하부에 다공성마개를 구비한 래들을 이용하여 바틈버블링하는 것이며,

   상기 교반공정은 상기 피딩공정 후 하부에 다공성마개를 구비한 래들을 이용하여 바틈버블링함에 의해 교반하는 것임을 특징으로 하는 내수소유기균열강의 내수소유기균열성향상을 위한 제강정련방법.

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