KR100388024B1 - 극저탄소 극저질소강의 정련방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고순도강 제조에 적합한 정련방법에 관한 것이며; 그 목적은 극저탄소 극저질소강 제조시 효율적인 2차 정련방법을 제공함에 있다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 진공조를 통해 레이들에 수강된 용강을 환류시키면서 상기 진공조에 2중관으로 연결된 취입탱크로 부터 철광석, 망간광석 또는 밀스케일 중에서 선택된 1종이상의 분말과 석회석 혼합분말을 취입하여 정련하는 극저탄소 극저질소강의 정련방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

극저탄소 극저질소강의 정련방법
본 발명은 고순도강의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극저탄소 극저질소를 함유한 용강의 제조를 목적으로 하는 용강의 2차 정련방법에 관한 것이다.
최근 철강제품의 품질에 대한 요구가 엄격해지고, 생산성 향상에 대한 요구증대로 제강공정에서의 2차정련 공정에 대한 중요성이 강조되고 있다. 일반적으로 전로 또는 전기로에서 출강된 용강은 다량의 용해산소외에 탄소, 질소, 실리콘, 망간, 인, 황 등의 원소가 함유되어 있다. 이들중에서 탄소와 질소는 강의 가공성 및 기계적 성질에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 소재의 용도에 따라 강중의 농도를 엄격하게 제어하여야할 필요가 있다. 그러나, 일반적으로 LD전로에서의 탈탄한계는 약 200-300ppm이며, 이보다 더 낮은 농도로 취련하게 되면 화점부에서의 철의 증발이 크며, 또한 급격한 산화로 철의 손실이 클 뿐만 아니라, 슬래그중 산화철 농도가 높기 때문에 전로 내화물의 손상이 크다. 따라서 탄소의 농도를 더욱 낮추기 위해서 RH와 같은 탈가스 처리가 효과적이다.
이러한 RH 탈가스 처리시 용강의 탈탄은 다음과 같은 화학반응에 의하여 진행한다.
[C] + [O] =CO(g) ..... (1)
즉, 용강중의 탄소는 (1)식의 화학반응에 의하여 용강중의 산소와 반응하여 생성된 CO 가스에 의하여 제거된다.
한편, 용강의 탈질은 불활성 가스의 취입이나 진공처리에 의하여 제거될 수 있다. 용강중 질소의 제거는 용강중에 취입된 불활성 가스의 기.액계면 및 상기 탈탄반응인 (1)식에 의하여 생성된 CO 기포의 기.액계면에서 다음과 같은 반응에 의하여 진행한다.
[N] + [N] =N 2(g) ..... (2)
여기에서 우선 평형론적으로 고찰하여 보면 상기 (1), (2)의 반응은 PCO(CO 가스의 분압) 및 PN2(질소 가스의 분압)가 낮을수록 우측으로 진행하여 탈탄, 탈질반응이 촉진된다. 따라서 탈탄, 탈질반응을 위해서는 진공.감압처리가 효과적이다. 그러나, 진공.감압설비를 이용하여 처리를 한다 하더라도 탄소농도가 100ppm 이하에서는 탈탄속도가 현저히 감소하기 때문에 극저탄소강의 용제가 용이하지 않다. 또한 탈질반응의 경우 처리전 질소농도가 40ppm 이상일 때에는 진공처리에 의하여 탈질반응이 이루어지나, 40ppm 이하일 경우에는 진공.감압설비를 이용하여 처리를한다 하더라도 탈질 효과가 미미하며, 극저탄소강 영역에서는 생성 CO 가스의 발생량이 감소하여 탈질반응도 활발하지 못하다.
이러한 문제를 극복하기 위하여 종래에는 RH 처리시 용강중의 산소를 취입하여 CO의 생성을 촉진하거나, 진공조내 용강에의 분활성가스를 취입하여 교반을 증대시켜 탈탄 및 탈질반응의 속도향상을 꾀하고 있다. 그러나, 고진공하에서는 취입가스 유량을 증대시키면 취입가스의 합체에 의하여 미세기포의 생성이 곤란하며, 기포가 다른 기포를 통과하는 현상이 발생하여 반응 사이트인 기.액계면이 충분히 확보되지 않으며, 용강의 스프래쉬에 의하여 진공조내 지금부착이 증대되어 작업성을 해치고 안정적인 정련이 곤란하다.
또한, CaO-Al2O3-TiO2계와 같은 플럭스를 이용하는 방법이 제안되었다. 즉, 상기 방법은 제1도에 도시된 바와같이, 제강공정에서 1차 정련된 용강이 수강된 레이들(1) 상에 상승관(2a)과 하강관(2b)이 마련된 RH 진공조(2)를 적치하고, 상기 RH 진공조(2)의 일측에 분체취입용 노즐이 부착된 2중관(3a)을 통해 취입탱크(3)으로 부터 다량의 플럭스를 취입하므로써, 용강의 진공탈가스 처리중 2차 정련하는 방법이다. 그러나, 상기 방법에 이용되는 플럭스는 평형론적으로는 질소 흡수능이 큰 것으로 알려져 있으나, 반응속도가 매우 느려 공업적으로 실용화되지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 제강공정에서 처리된 용강을 진공 또는 감압처리시 탄소와 질소가 저농도 영역에서도 탈탄과 탈질반응을 촉진시키므로써 보다 효율적으로 극저탄소 극저질소를 함유할 수 있는 용강의 정련방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
도1은 진공탈가스설비를 이용한 용강의 2차정련공정을 설명하기 위한 장치의 구성도
상기 목적달성을 위한 본 발명은 상승관과 하강관이 부착된 진공조를 통해 레이들에 수강된 용강을 환류시키는 한편 상기 진공조의 일측에 2중관으로 연결된 플러스 취입탱크로 부터 플럭스를 취입하여 용강을 정련하는 방법에 있어서,
상기 플럭스로는 철광석, 망간광석 또는 밀스케일 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 분말과 석회석분말을 6:4 내지 7:3으로 혼합하고 그 입도를 200메쉬이하로 조정을 한 혼합분말을 사용하고; 상기 플럭스를 상기 2중관을 통해 불활성가스와 함께 용강 상부 또는 용강중에 취입하는 극저탄소 극저질소강의 정련방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 설명한다,
본 발명은 제강공정에서 정련되어 레이들에 출강된 용강을 상승관과 하강관을 통해 환류시키는 진공조 설비에 의한 2차 정련공정에 적용되는데, 이때 환류되는 용강중의 탈탄속도는 탄소의 액상내 물질이동 율속으로 보고되고 있으며, 그 탈탄속도는 다음과 같은 식으로 나타내진다.
여기서, A : 반응 계면적
p : 용강 밀도
kc : 탄소의 물질이동계수
[%C] b : 용강중 탄소 농도
[%C] i : 기포계면에서의 탄소 농도
또한, 용강중의 탈질속도는 가스-메탈 계면에서의 화학반응이 율속단계로 보고되고 있으며, 이때 탈질속도는 다음과 같은 식으로 나타내진다.
여기서, A : 반응 계면적
p : 용강 밀도
: 화학반응 속도 상수
[%N] b : 용강중 질소 농도
[%N]e: 어떤 질소분압에서의 평형 질소 농도
이와같이 속도론적인 입장에서 (3)식과 (4)식을 고찰하여 보면 탈탄 및 탈질반응 속도를 증대시키기 위하여는 반응계면적(A)을 증대시키는 것이 효과적임을 알 수 있다.
이를 위해 본 발명에서는 환류되는 용강을 진공 또는 감압처리중에 탈탄, 탈질반응 촉진용 플럭스를 상취랜스를 이용하여 용강의 상부에 취부하거나 또는 용강중으로 불활성가스와 함께 취입한다.
본 발명에 부합되는 플럭스로는 철광석, 망간광석 또는 밀스케일(mill scale)분말중에서 선택된 1종이상에 석회석분말이 6:4 내지 7:3 정도로 혼합된 분말이다. 특히, 상기 혼합분말은 반응계면적(A)의 증대목적 및 취입시 2중관의 노즐내에서 막힘현상을 방지하기 위해서 그 입도가 200메쉬 이하인 것이 좋다.
본 발명에 따른 플럭스 중의 철광석, 망간광석 또는 밀스케일 분체는 용강중에 취입되면 표면으로 부터 용해.분해되어 산소공급원으로 작용하여 분체표면 부근에서 미세한 CO 가스 기포를 생성하여 탈탄을 촉진하고, 탈질반응 사이트인 기액계면적을 증대시키며, 용강을 교반시키는 효과가 있다. 또한, 함께 취입된 석회석 분말은 분해되어 CO2가스 기포를 발생시켜 반응계면적을 증대시키고 교반을 증대하여 물질이동을 촉진시키는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예
제1도와 같은 300톤 용량의 RH설비를 이용하여 하기표 1과 같이 철광석, 망간광석 또는 밀스케일 분체와 석회석 분체를 혼합한 200 메쉬이하의 혼합분말을 불활성가스와 함께 전로에서 용제된 용강중에 취입하였다. 이때, 대상용강의 주요조성은 C:0.007 중량%이하, Si:0.02 중량% 이하, Mn:0.15 중량%이하, Al : 0.020-0.050 중량%, Ti : 0.035-0.045 중량%, 및 잔부 Fe로 조성된 강종이었다. 또한, 상기 RH 탈가스 처리시의 도달 진공도는 공히 2torr이었으며, 환류가스 유량은 공히 200N㎥/hr 이었다. 분체취입용 노즐은 2중관 구조로서, 그 직경이 16mm인 내관을통하여 분체를 취입하였으며, 그 외관에는 냉각용 불활성가스를 취입하였다. 또한 진공탈가스 처리시의 용강온도는 1580℃-1615℃의 온도에서 실시하였다.
상기표 1에 나타난 바와같이, 본 발명에 따라 처리된 발명예(1-6)의 경우 그 처리시간은 22-23분으로 비교예의 25분보다 짧음에도 불구하고 RH후의 탄소농도는 더 낮음을 알 수 있었다. 또한, 질소의 경우도 비교예에서는 1ppm이 감소하였으나, 본 발명예(1-6)에서는 4-8ppm이 감소하였다.
본 발명은 진공 탈가스처리시 철광석, 망간광석 또는 밀스케일 분말과 석회석을 일정비율로 혼합한 분말을 불활성 가스와 함께 용강중으로 취입하여 탈탄 및탈질반응을 촉진시키므로써 종래방법에 비하여 탄소와 질소농도를 효율적으로 극저농도로 낮출수 있고, 이러한 정련방법은 고순도강의 제조에 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 상승관과 하강관이 부착된 진공조를 통해 레이들에 수강된 용강을 환류시키는 한편 상기 진공조의 일측에 2중관으로 연결된 플럭스취입탱크로 부터 플럭스를 취입하여 용강을 정련하는 방법에 있어서,
    상기 플럭스로는 철광석, 망간광석 또는 밀스케일 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 분말과 석회석분말을 6:4 내지 7:3으로 혼합하고 그 입도를 200메쉬이하로 조정을 한 혼합분말을 사용하고; 상기 플럭스를 상기 2중관을 통해 불활성가스와 함께 용강 상부 또는 용강중에 취입함을 특징으로 하는 극저탄소 극저질소강의 정련방법.
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