KR100401998B1 - 냉연강판용 알루미늄 탈산 고청정강의 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉연소재용 알루미늄 탈산강의 정련방법에 관한 것으로, 그 목적은 LF공정에서 용강 승온후 슬래그의 산화도(%Fe+%Mn)를 하향시킴으로써 승온완료에서 부터 용강 주조완료시점까지 슬래그중의 저급산화물(FeO, MnO)에 의한 용강의 재산화를 방지함으로써 용강의 청정도 및 품질을 향상시키는 용강 정련방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전로정련공정, LF정련공정을 포함한 Al탈산 용강의 정련방법에 있어서, 상기 LF정련공정에서 용강중 알루미늄의 함량을 0.035∼0.045%로 하여 승온을 종료하는 단계;

상기 승온종료직후에 상기 용강위의 슬래그에 Al-CaCO₃계 슬래그 조재제를 용강톤당 0.5-0.75kg/ton-steel 투입하는 단계;

이어 버블링을 행하여 용강중 개재물을 슬래그로 분리분상하는 단계;를 포함하여 이루어지는 냉연강판용 알루미늄 탈산 고청정강의 정련방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

냉연강판용 알루미늄 탈산 고청정강의 정련방법{method of refining Al killed steel havig superior cleanness for cold steel sheet}

본 발명은 냉연소재용 알루미늄 탈산강의 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LF공정에서 용강 승온후 슬래그의 산화도(%FeO+%MnO)를 하향시킴으로써승온완료에서 부터 용강 주조완료시점까지 슬래그중의 저급산화물(FeO, MnO)에 의한 용강의 재산화를 방지함으로써 용강의 청정도 및 품질을 향상시키는 용강 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조한 주편상태에서의 내부품질을 나타내는 주편 토탈산소(청정도)는 냉연소재의 표면결함과 밀접한 관계를 갖는다. 따라서, 냉연소재용 강의 정련공정에서 비금속개재물이 작은 고청정강을 제조하기 위한 각별한 노력을 기울이고 있다.

냉연소재용 강의 정련공정은 도 1에 나타난 바와 같이, 고로에서 출선된 용선을 토페도카(1)에 의해 이송하면서 용선예비처리하고, 이어 용선을 전로(2)취련공정에서 산화정련한 다음, 용강을 래이들(3)로 출강하면서 Al탈산제를 투입하여 탈산한다.

이어 래이들(3)에 수강된 용강은 LF설비로 이송되는데, 이송중에 용강의 온도조절 및 성분조정을 행할 수도 있다. 이때 행하는 버블링은 용강중에 개재물을 분리부상하고 용강성분의 균일화를 도모하기 위해 행해진다. LF정련공정에서는 후속되는 주조를 위해 용강온도를 승온하고 버블링하여 비금속개재물을 제거한다. 승온은 탄소전극 봉(4)간의 아크 발생열로 용강상부의 슬래그층이 가열되면서 용강의 대류에 의해 용강온도가 상승되는 것이다. LF정련한 다음 용강을 연속주조하여 주편으로 제조한다.

냉연소재용 용강의 정련방법에서 청정도를 확보하기 위한 방법으로는 (1) 전로종점에서의 용존산소를 관리하여 근본적으로 비금속개재물의 생성을 막는 방법과 (2) 비금속개재물을 효과적으로 제거하는 방법으로 크게 나눌 수 있다.

(1)의 전로종점 용존산소관리는 투피스캔용 냉연소재용 강의 정련에 주로 이용되는 것으로, 종점산소를 500ppm이하로 낮게 하여 근본적으로 비금속개재물의 생성을 방지하는 것이다. 이 방법은 고청정강을 얻을 수 있는 잇점이 있으나 전로종점의 용강온도가 너무 낮아 후속되는 정련공정에 부하가 심하다는 단점이 있다.

따라서, 주로 일반 냉연소재의 경우에는 비금속개재물의 제거에 유리한 슬래그를 조재함과 더불어 LF공정에서 버블링조건을 제어하여 용강의 청정도를 확보하고 있다. 즉, LF정련공정의 승온전에 슬래그 조재제를 투입하여 융점이 낮아 유동성이 좋고 Al₂O₃와 같은 비금속개재물의 포집능이 우수한 슬래그로 만들고, 버블링조건을 제어하여 용강중의 개재물을 슬래그로 분리부상하여 제거하고 있다. 이러한 방법으로 통해 제조되는 주편에는 토탈산소가 약 18ppm 수준으로, 이 주편을 냉연판으로 제조하게 되면 표면불량율(냉연주문외율)이 약 1.4%정도된다.

따라서, 본 발명자들은 냉간압연공정에서 표면불량율을 낮추기 위해 정련공정 전반을 면밀히 검토하던중, 지금까지 승온후에는 버블링만하면 비금속개재물이 충분히 제거되기 때문에 강의 청정도의 확보에는 그리 문제될 것이 없다고 여겨지던 LF정련공정 후반을 주목하게 되었다.

종래의 정련공정에서는 LF공정이전에 슬래그를 조재하여 강의 청정도를 확보하기 위한 노력을 기울여 왔다. 그러나, 도 1과 같은 LF공정에서 승온설비로 용강의 온도를 주조온도로 승온하는 과정에서 탄소전극 봉간(4)의 아크 발생열로 슬래그가 과열되면, 슬래그중의 산화철, 산화망간 등의 산화물의 함량이 증가하게 되고, 이들 산화물들은 산소와의 결합력이 약하기 때문에 승온 완료후부터 용강주조시까지 용강중에 산소를 공급하는 산소공급원으로 작용하여 용강중 알루미늄성분의 산화를 촉진시킨다. 따라서, 용강중에 알루미나의 발생량이 증대되기 때문에 용강주조시 노즐 막힘의 원인으로 작용하기도 하고, 특히, 냉간압연시 강판 표면품질 불량의 직접적인 원인으로 작용하는 것이었다.

따라서, 본 발명자들은 냉연소재용 강의 청정도를 확보하기 위해서는 LF공정에서 슬래그의 과열로 산화도가 증가하는 것을 방지하는 것이 중요하다는 연구결과에 의해 본 발명을 완성하여 제안하게 이르렀다.

본 발명은 LF정련공정에서 승온완료후에 슬래그중의 저급산화물의 함량을 저감시킴으로서 강의 청정도를 크게 개선할 수 있는 정련방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 냉연강판용 강의 제강공정도

도 2는 슬래그 조재제의 투입량의 영향을 그래프로 나타낸 것으로

도 2(a)는 주편에서의 토탈산소의 변화

도 2(b)는 슬래그 산화도의 변화

도 3은 하부버블링 조건에 따른 영향을 그래프로 나타낸 것으로

도 3(a)는 버블링 유량에 따른 용강중 개재물 면적비의 변화

도 3(b)는 버블링 시간에 따른 용강중 토탈산소의 변화

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1..... 토페토카 2.......전로

3..... 래이들 4....... 탄소전극봉

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정련방법은, 전로정련한 후에 LF정련공정에서 용강중 알루미늄의 함량을 0.035∼0.045%로 하여 승온을 종료하는 단계;

상기 승온종료직후에 상기 용강위의 슬래그에 Al-CaCO₃계 슬래그 조재제를 용강톤당 0.5-0.75kg/ton-steel 투입하는 단계;

이어 버블링을 행하여 용강중 개재물을 슬래그로 분리분상하는 단계;를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 LF정련공정에서 승온직후에 슬래그 조재제를 투입하여 슬래그의 산화도를 적정수준이하로 관리함으로써 계속적인 용강의 산화를 방지하여 강의 청정도를 확보한다는데, 그 특징이 있다.

이러한 본 발명의 정련방법은 냉연소재용으로 사용하는 Al탈산용 강의 제조에 적용되는데, 이러한 냉연소재로는 C:0.15%이하, Si:0.02%이하, Mn:0.35%이하,P:0.015%이하를 포함하여 조성되는 강종을 예로 들 수 있다.

먼저, 본 발명에서는 전로정련한 용강을 래이들로 출강하면서 통상의 방법과 같이 Al탈산한다. 전로종점에서 용강온도와 용존산소는 통상과 같이 관리하는데, 예를 들면 용강온도:1660∼1680℃. 용존산소:600∼800ppm으로 한다. Al탈산제 투입할때 부원료가 함께 투입되는데, 경우에 따라서는 일부 부원료가 출강이 완료된 다음에 투입되기도 한다. 이어 래이들의 용강은 LF설비로 이송하여 LF정련하는데, LF정련공정이전에서는 경우에 따라서는 통상의 방법대로 버블링을 행할 수도 있다.

본 발명에서는 LF정련공정의 승온과정에서 슬래그의 과열로 인하여 슬래그의 산화도(%FeO+%MnO)가 높아져서 강의 청정도가 열악해지는 것을 막기 위해, Al-CaCO₃계 슬래그 조재제를 투입한다. 이는 산소공급원으로 작용하는 FeO와 MnO를 Al으로 치환하여 산화도를 낮추기 위해서이다.

그런데, 본 발명자들은 승온직후에 그냥 Al-CaCO₃계 슬래그 조재를 투입하는 것 보다는 슬래그 조재제 투입전에 용강의 알루미늄 농도가 적정수준으로 관리될때에 그 효과가 커지는 것을 확인하였다. 즉, 용강중 알루미늄 성분이 일정치 않으면 슬래그 중의 산화도 또한 변동이 발생하여 슬래그중의 산화도 편차가 커졌으며, 이에 따라 슬래그 조재제를 첨가하여도 소기의 성과를 얻을 수 없는 경우가 생겼다.

본 발명에서는 용강의 알루미늄 농도와 슬래그의 산화도 그리고, 슬래그 조재제의 첨가효과를 상관관계를 분석한 결과, 슬래그 조재제 투입후의 저급산화물 저감효과를 극대화하기 위해서는 LF정련공정에서 알루미늄의 농도를 0.035∼0.045%로 하여 승온을 종료하는 것이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 용강중의 알루미늄 농도는 승온전의 알루미늄 농도, 용강의 승온조건 등을 고려하여 사전에 알루미늄 투입량 등을 조절하여 승온종점에서의 목표성분으로 관리할 수 있다.

승온종료시점에서 용강중 알루미늄농도가 0.035%미만의 경우는 슬래그중의 산화도 편차가 클 뿐 아니라, 슬래그 조재제 투입후 추가로 알루미늄을 투입해야 하기 때문에 용강중 슬래그 혼입에 의한 청정성의 열화가 발생된다. 또한, 승온종료시점에서 용강중 알루미늄농도가 0.045%초과의 경우는 투입되는 슬래그 조재제중의 알루미늄에 의해 용강중 알루미늄 함량이 소재 요구범위 이상으로 상승할 수 있기 때문이다.

상기와 같이 승온을 종료한 직후에 Al-CaCO₃계 슬래그 조재제를 투입한다. 여기서 Al은 아래 화학식 1과 같이 슬래그중의 저급산화물을 치환시킴으로써 슬래그중의 산화도를 낮추는 역할을 한다.

2Al + 3FeO(또는 MnO) = Al₂O₃+ 3Fe(또는 3Mn)

또한, 석회석은 약 1000℃ 부근에서 열분해하여 화학식 2와 같이 이산화탄소를 발생시켜 슬래그층을 유동시킴으로서 슬래그의 균일성을 증대시키고 슬래그중으로 생석회(CaO)를 공급함으로써 산화성 개재물의 흡수능을 향상시키는 역할을 한다. 또한, Al2O3-CaO의 저융점으로 안정한 슬래그을 형성한다.

CaCO₃= CaO + CO₂

본 발명에서 사용하는 Al-CaCO₃계 슬래그 조재제는, 통상적으로 전로정련공정에서 출강중에 슬래그 조재를 위해 사용되는 것이다. 이 슬래그 조재제는 Al과 CaCO₃가 기계적으로 혼합되는데, 가장 바람직하게는 1:1의 비율로 혼합된 것을 이용한다.

상기 슬래그 조재제를 래이들의 용강의 위에 슬래그에 용강톤당 0.5∼0.75kg/ton-steel 투입하는데, 이는 도 2를 통해 설정된 것으로 340톤 용강에서 실험한 결과치이다. 이를 표로 나타내면 아래와 같다.

슬래그 조재제 투입량(kg)	0	50∼149	150∼199	200∼250	250
주편 토탈산소(ppm)	18.0	17.1	16.6	13.7	15.7

슬래그 조재제가 너무 과량 투입되면, 잉여 알루미늄이 용강중으로 이동하여 용강중 알루미늄 성분이 상승하는 결과를 초래하고 또한 슬래그중에는 생석회량의 과다로 개재물 흡수에 적당한 적정 슬래그 조성영역을 벗어나 산화성 개재물의 흡수능을 저하시키기게 된다.

도 2를 통해 알 수 있듯이, 슬래그 조제제는 슬래그의 산화도가 약 3%이하가 되도록 투입되면 주편의 토탈산소가 적정 수준으로 확보됨을 알 수 있다.

슬래그 조재제를 투입한 다음, 래이들내 슬래그층의 유동을 줌으로써 투입된 슬래그 조재제의 반응성을 양호하게 하여 재화를 촉진하기 위하여 버블링한다. 이때에는 상부 버블링 또는 하부 버블링 모두 가능하나, 대기중의 산소에 의한 용강의 재산화의 방지와 10㎛이하의 미세개재물의 분리부상을 촉진하기 위해서는 하부버블링이 바람직하다.

하부 버블링조건은, 0.7∼0.9㎥/min의 유량으로 행하는데, 이는 도 3(a)에서 확인할 수 있듯이, 하부 버블링 유량이 적으면 개재물의 부상, 분리 속도가 떨어지고 유량이 많을 경우는 용강의 과도한 끓음 현상으로 대기중의 산소와 용강이 반응함으로써 용강내 산화물성 개재물이 증가하기 때문에 용강의 청정도는 열화하게 된다.

또한, 하부버블링은 3분이상 행하는데 이는 도 3(b)에서 보는 바와 같이, 하부버블링 시간이 증가할 수록 용강의 토탈산소는 하향됨을 알 수 있다. 그러나, 일정시간 이상이 되면 저감량의 변화는 적으며 너무 길으면 공정부하의 원인이 되기 때문에 하부 버블링 시간을 3분이상 실시하되 공정부하 발생 없을 수준까지 실시함으로써 용강의 청정성을 향상시킬 수 있다. 이를 고려할 때 3∼5분 동안 하부 버블링 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

아래 표 2와 같이 340톤 레들에서 LF정련공정을 행한 다음 연속주조하여 주편을 제조하여, 주편상태에서의 내부품질을 나타내는 주편 토탈산소 및 표면불량율(냉연공장 주문외율)을 종래제조방법 및 발명방법과 비교하여 실적을 표 3에 나타낸다.

구분	LF승온후 Al농도(%)	슬래그 조재제	승온후 버블링
		투입여부	투입시기 및 투입량	방법	유량 및 시간
종래의 정련방법	0.050∼0.060	미투입	상부버블링	1.0㎥/min
본 발명의 정련방법	0.035∼0.045	투입	승온직후 투입200∼250kg	하부 버블링	0.7-0.9㎥/min-3분이상

구분	주편탈탄산소	표면결함발생율
종래의 정련방법	18.0ppm	1.4%
본 발명의 정련방법	13.7ppm	0.13%

상기 표에서 알 수 있듯이, 본 발명을 적용하여 제조한 소재의 품질실적을 보면 LF승온후의 래이들내 슬래그의 재산화를 저감시킴으로서 주편의 청정도 수준을 나타내는 주편토탈 산소 및 냉간압연후의 불량율을 나타내는 냉연주문율 수치가 종래의 정련방법 대비 월등히 우수하면 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용강의 청정도를 향상시킴으로써 냉간압연후의 강판표면흠 발생율을 현저히 저감시킬 수 있고, 제품의 실수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 전로정련공정, LF정련공정을 포함한 Al탈산 용강의 정련방법에 있어서,

   상기 LF정련공정에서 용강중 알루미늄의 함량을 0.035∼0.045%로 하여 승온을 종료하는 단계;

   상기 승온종료직후에 상기 용강위의 슬래그에 Al-CaCO₃계 슬래그 조재제를 용강톤당 0.5-0.75kg/ton-steel 투입하는 단계;

   이어 버블링을 행하여 용강중 개재물을 슬래그로 분리분상하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 냉연강판용 알루미늄 탈산 고청정강의 정련방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 버블링은 0.7∼0.9㎥/min의 유량으로 3∼5분 동안 하부버블링함을 특징으로 하는 정련방법.