KR100419049B1 - 용강 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정련작업에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스테인레스강의 제조시 정련로에서의 취련작업 중인 용강 내의 탄소 함유율을 추정함으로써 취련패턴을 결정하여 용강을 정련하는 방법에 관한 것이다.

이에 본 발명은, 스테인레스강 취련작업시 각 취련단계별로 정련로 내로 취입하는 혼합가스의 양을 결정하는 방법에 있어서, 탄소 함유율을 알 수 없는 용강이 장입된 정련로에 혼합가스를 취입하면서 취련불꽃의 조도를 측정하는 단계; 상기 조도 측정시 해당하는 용강의 시료를 채취하여 탄소 함유율을 분석하는 단계; 상기 조도 측정단계와 탄소 함유율 분석단계를 반복하여 각 취련단계별 용강 내 탄소 함유율에 따른 취련불꽃의 조도 평균치를 구하는 단계; 탄소 함유율을 측정하고자 하는 용강을 정련로에 장입하고 혼합가스를 취입하면서 취련불꽃의 조도를 적어도 2회 이상 측정하는 단계; 상기 조도 측정치를 상기 조도 평균치와 비교하는 단계; 및 상기 조도 평균치에 근접하도록 상기 각 취련단계별로 예정된 혼합가스를 취입하는 단계를 포함하는 취련패턴을 결정하여 용강을 정련하는 용강 정련방법을 제공한다.

Description

용강 정련방법 {Method for refining hot metal}

본 발명은 정련작업에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스테인레스강의 제조시 정련로에서의 취련작업 중인 용강 내의 탄소 함유율을 추정함으로써 취련패턴을 결정하여 용강을 정련하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 용강 내 탄소 함유율은 스테인레스강의 강도를 조절하고 용도를 결정하며 표면의 품질을 좌우하는 매우 중요한 요소이다. 따라서, 탄소는 스테인레스강의 용도에 따라 엄격하게 규제되며, 스테인레스강의 정련로 취련작업에 있어서는 용강의 열원이 됨과 동시에 0.04% 까지 제거해야할 성분이다.

도 2에 나타나 있듯이, 전기로에서 생산된 스테인레스 용강(40)은 탄소 함유율이 약 1.7∼2.5% 정도인데, 탄소 함유율이 0.06% 이상일 때에는 탄소와 크롬이 결합하여 녹이 발생하기 쉬운 표면조직이 되기 때문에 용강(40) 중의 탄소를 제거하고 목표 강종의 목표 화학조성을 적중시키는 공정이 필요한데, 이 공정이 정련로(20)에서 실시하는 취련공정이다.

전기로에서 생산된 용강(40) 중의 탄소를 산화시켜 탈탄시키기 위해서 산소를 계속 다량으로 취입하면, 탄소 함유율이 0.60% 이상일 때에는 탄소가 산화되어 탈탄이 진행되다가 탄소 함유율이 0.60% 이하가 되면 탄소의 산화가 잘 이루어지지 않고 크롬이 산화되며, 탄소 함유율이 0.04% 이하로는 탈탄이 거의 불가능하게 된다.

이를 해결하기 위하여, 용강(40) 중 탄소 함유율이 0.60% 이하일 때에는 용강(40)의 온도를 1700℃로 유지하고 정련로(20) 하부 측면에 설치된 송풍구(25)를 통해 산소와 불활성 가스를 혼합한 혼합가스를 취입한다.

이 때, 용강(40) 중의 탄소 함유율을 5단계로 구분하여 산소 : 불활성 가스의 혼합비율을 선정하여 취입하는데, 이러한 취련패턴은 크롬의 산화를 최소화하면서 탈탄효율은 최대가 되도록 하는 것을 목적으로 한다.

즉, 1단계에서는 탄소 함유율이 0.60%가 될 때까지 산소 : 불활성 가스의 혼합비율을 100:20으로 하여 취입하고, 2단계에서는 탄소 함유율이 0.40%가 될 때까지 산소 : 불활성 가스의 혼합비율을 60:20으로 하여 취입하며, 3단계에서는 탄소 함유율이 0.20%가 될 때까지 산소 : 불활성 가스의 혼합비율을 45:45로 하여 취입하고, 4단계에서는 탄소 함유율이 0.08%가 될 때까지 산소 : 불활성 가스의 혼합비율을 20:60으로 하여 취입하며, 5단계에서는 탄소 함유율이 0.04%가 될 때까지 산소 : 불활성 가스의 혼합비율을 12:48로 하여 취입한다.

상기한 바와 같은 스테인레스강의 정련로(20) 취련패턴을 다음의 표 1에 나타내었다.

취련단계	산소:불활성 가스	산소:불활성 가스 취입유량(Nm3/h)	목표탄소함유율(%)	평균 탈탄속도(%/분)	승온속도(℃/분)	목표온도(℃)	평균작업시간
1단계	5:1	100:20	0.600	0.120	23	1680	약 12분
2단계	3:1	60:20	0.400	0.070	13	1700	약 3분
3단계	1:1	45:45	0.200	0.045	10	1700	약 6분
4단계	1:3	20:60	0.080	0.014	5	1700	약 10분
5단계	1:4	12:48	0.040	0.003	2	1720	약 14분
환원탈류단계	0:40	0:40	0.045	0.002	-2	1680	약 10분

이하, 종래의 스테인레스강 취련작업을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전기로에서 생산한 용강(40)의 탄소 함유율(1.7 ~ 2.5%)을 확인하고, 1단계 목표 탄소 함유율 0.600%를 적중시키기 위해 경험에 의한 1단계 탈탄에 필요한 산소 및 불활성 가스의 혼합가스량을 취련패턴의 1단계 목표 혼합가스량 구역에 입력한다. 탄소 함유율 0.600%까지는 산소 취입량과 비례하여 탈탄량이 증가하므로 정련로(20) 상부에 설치된 산소 취입관인 랜스(15)를 통하여 산소를 취입하며, 정련로 하부에 설치된 송풍구를 통해서는 혼합가스를 취입하게 된다.

산소 취입량이 1단계 예상 산소량과 일치되면 1단계가 완료되고 2단계가 진행되며, 이 때 1단계 용강(40)의 시료를 채취하여 분석실로 보낸다.

분석치가 나오기까지 약 8분 정도가 소요되므로, 2단계에서는 2단계 목표 탄소 함유율 0.400%를 적중시키기 위해 경험에 의한 2단계 탈탄에 필요한 혼합가스량을 취련패턴의 2단계 목표 혼합가스량 구역에 입력하여 혼합가스를 취입한다.

혼합가스 취입량이 2단계 예상 혼합가스량과 일치되면 2단계가 완료되고 3단계가 진행된다.

3단계에서는 2단계 예상 목표 탄소 함유율 0.400%로부터 3단계 목표 탄소 함유율 0.20%를 적중시키기 위해 경험에 의한 3단계 탈탄에 필요한 예상 혼합가스량을 취련패턴의 3단계 목표 혼합가스량 구역에 입력하여 혼합가스를 취입한다.

이러한 3단계 취련중 1단계에서 채취한 용강(40)의 시료 분석치가 나온다.

이 때, 시료 분석치가 1단계 예상 목표 탄소 함유율에 적중되거나 큰 차이가 없을 경우에는 큰 변화 없이 취련작업이 진행된다.

그러나, 시료 분석치가 1단계 예상 목표 탄소 함유율보다 크게 높아 탄소 함유율 0.800% 정도 나왔을 경우에는 통상 6분인 3단계 취련시간을 10분 이상 15분까지 진행시켜 3단계 목표 탄소 함유율 0.200%에 근접되도록 한다.

반면, 시료 분석치가 1단계 예상 목표 탄소 함유율보다 크게 낮아 탄소 함유율 0.200% 정도 나왔을 경우에는 취련중인 3단계에서 즉시 4단계로 진행시키거나, 탄소가 함유된 합금철을 투입하여 부족분의 탄소를 첨가한 후 4단계 취련을 진행한다.

4단계에서는 3단계 예상 목표 탄소 함유율 0.200%로부터 4단계 목표 탄소 함유율 0.080%를 적중시키기 위해 경험에 의한 4단계 탈탄에 필요한 예상 혼합가스량을 취련패턴 4단계 목표 혼합가스량 구역에 입력하여 혼합가스를 취입한다.

혼합가스 취입량이 4단계 예상 혼합가스량과 일치되면 4단계가 완료되고 5단계가 진행되며, 이 때 4단계 용강(40)의 시료를 채취하여 분석실로 보낸다.

5단계에서는 4단계 예상 목표 탄소 함유율 0.080%로부터 5단계 목표 탄소 함유율 0.040%를 적중시키기 위해 경험에 의한 5단계 탈탄에 필요한 예상 혼합가스량을 취련패턴 5단계 목표 혼합가스량 구역에 입력하여 혼합가스를 취입한다.

이러한 5단계 산소 취입 중 4단계 용강(40)의 분석치가 나오게 된다.

이 분석치가 4단계 목표 탄소 함유율 0.080% 근접 시에는 5단계 혼합가스량을 소량 추가하거나 감소시켜 5단계를 완료하고 환원 탈류단계로 진행시킨다.

반면, 분석치가 0.100% 이상으로 높을 시에는 5단계 취련을 연장하여 탈탄시킨 후 의심스러울 경우 다시 시료를 채취하여 최종 탄소 함유율을 확인하고 나서 환원 탈류단계로 진행시킨다.

환원 탈류단계에서는 각종 합금철이 5ton 이상 다량으로 투입되며, 이러한 합금철에 함유된 탄소성분으로 인하여 용강(40)의 탄소 함유율이 5단계보다 높아진다.

종래의 작업방법에 의할 경우 취련작업 중 각 단계의 목표 탄소 함유율이 적중되지 못하는 경우가 많이 발생하는 문제점이 있는데, 그 원인으로는 탈탄속도에 미치는 여러가지 요인을 정확하게 제어하며 작업하는 것이 어렵기 때문이다.

한편, 종래의 취련작업에 의할 경우 시료 채취 후 분석시간이 길어 작업시간 단축을 위해 분석치가 나오기 전에 다음 단계를 진행시키므로, 조치를 취하고 있는 현재 단계의 탄소 함유율이 얼마인지 모르고 취련작업이 진행되어 예상과 전혀 다른 용강(40)을 예상 취련단계의 패턴으로 취련하는 경우가 많이 발생하는 문제점이 있었다.

나아가, 시료 채취 시 극소량의 탄소 성분이 침입하더라도 그 분석 오차는 크게 나타나므로, 잘못된 취련단계를 적용하는 경우가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 각 단계의 탈탄에 필요한 산소량을 겅험에 의하여 설정하고 설정된 산소량을 취입한 후에 그 결과를 확인하는 방법에 의하므로, 용강(40)의 탄소 함유율에 상응하는 취련단계가 적용되지 않아, 제품불량의 원인이 되고, 가격이 비싼 크롬이 산화되어 크롬 산화물이 다량 발생할 뿐만 아니라 취련시간이 지연되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

아울러, 환원 탈류용 환원제 소모량 과다와 부원료 사용량 과다로 인한 산업 폐기물 증가 및 생산 원가가 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 취련 중인 상태에서 즉시 용강의 탄소 함유율을 추정하여 각 취련단계별 취련작업을 진행할 수 있도록 하는 정련시 취련패턴 결정방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용강 정련방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

도 2는 본 발명에 따른 정련로 취련불꽃의 조도를 측정하는 모습을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 취련불꽃 15 : 랜스(Lance)

20 : 정련로 25 : 송풍구(Tuyere)

30 : 조도계(Lux-meter) 33 : 관부재

40 : 용강

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스테인레스강 취련작업시 각 취련단계별로 정련로 내로 취입하는 혼합가스의 양을 결정하는 방법에 있어서, 탄소 함유율을 알 수 없는 용강이 장입된 정련로에 혼합가스를 취입하면서 취련불꽃의 조도를 측정하는 단계; 상기 조도 측정시 해당하는 용강의 시료를 채취하여 탄소 함유율을 분석하는 단계; 상기 조도 측정단계와 탄소 함유율 분석단계를 반복하여 각 취련단계별 용강 내 탄소 함유율에 따른 취련불꽃의 조도 평균치를 구하는 단계; 탄소 함유율을 측정하고자 하는 용강을 정련로에 장입하고 혼합가스를 취입하면서 취련불꽃의 조도를 적어도 2회 이상 측정하는 단계; 상기 조도 측정치를 상기 조도 평균치와 비교하는 단계; 및 상기 조도 평균치에 근접하도록 상기 각 취련단계별로 예정된 혼합가스를 취입하는 단계를 포함하는 취련패턴을 결정하여 용강을 정련하는 용강 정련방법을 제공한다.

또한, 상기 비교단계에서의 비교 결과 상기 조도 측정치가 상기 조도 평균치에 수렴할 경우 다음 취련단계로 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 정련시 취련패턴 결정방법을 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 정련로 취련불꽃의 조도를 측정하는 모습을 도시한 도면이다.

먼저, 조도측정부를 설명하면 다음과 같다.

취련불꽃(10)의 조도측정에 사용되는 조도계(30)에는 정면에 관부재(33)가 장착되어 있어 취련불꽃(10)과 관계없는 외부의 빛에 의한 영향을 최소화 할 수 있으며, 상기 관부재(33)는 직경 100mm, 길이 600mm 의 원통관으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 관부재(33)에는 취련불꽃(10)에 의한 열기로부터 상기 조도계(30)를 보호하고 분진의 침입을 방지하기 위해 상기 관부재(33)의 측면을 관통하도록 공기 분사관(미도시)이 연결되며, 이를 통해 관부재(33)의 내부 후방에서 전방을 향하여 공기를 분사하게 된다.

다음으로, 이러한 장치를 이용하여 취련패턴 결정방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 취련불꽃(10)의 조도를 측정하는 단계는 탄소 함유율을 알 수 없는 용강(40)이 장입된 정련로(20)에 혼합가스를 취입하면서 수행한다.

이 때, 조도 측정은, 취련 중 노구에서 발생하는 복사열로부터 조도계(30)를 보호하고 조도의 변화를 민감하게 측정하기 위하여 조도계(30)를 취련불꽃(10)으로부터 소정의 거리만큼 떨어지게 위치시켜 측정하게 되며, 바람직하게는 약 7 m의 거리만큼 떨어지게 하는 것이다.

조도계(30)를 7 m 이하의 가까운 거리에 위치시킬 경우에는 취련불꽃(10)에 의해 빨갛게 적열된 노구의 복사빛이 조도계(30)에 감지되어 감도가 저하되고, 7 m 이상의 먼 거리에 위치시킬 경우에는 외부의 빛에 의해 취련불꽃(10)의 감도가 저하된다.

다음으로, 탄소 함유율을 분석하는 단계는 상기 조도 측정시 해당하는 용강(40)의 시료를 채취하여 종래의 분석법을 이용하여 수행한다.

이후, 각 취련단계별 용강(40) 내 탄소 함유율에 따른 취련불꽃(10)의 조도 평균치를 구하는 단계는 상기 조도 측정단계와 탄소 함유율 분석단계를 반복 수행함으로써 이루어진다.(S1)

즉, 표 1에 나타낸 바와 같은 각 취련단계별 목표 탄소 함유율에 해당하는 조도 평균치를 구하게 된다.

상기 조도 평균치를 구하고 난 후, 취련불꽃(10)의 조도를 측정하는 단계는 탄소 함유율을 측정하고자 하는 용강(40)을 정련로(20)에 장입하고 혼합가스를 취입하면서 수행되며, 적어도 2회 이상 측정된다.(S2) 조도 측정 장치 및 방법은 상기한 바와 같다.

그 다음, 조도 측정치를 상기 조도 평균치와 비교하는 단계가 이루어진다.(S3)

이후, 상기 조도 평균치에 근접하도록 상기 각 취련단계별로 예정된 혼합가스를 취입하는 단계가 이루어진다.(S4)

그리고, 상기 비교단계에서의 비교 결과 상기 조도 측정치가 상기 조도 평균치에 수렴할 경우에는 다음 취련단계로 진행되도록 한다.(S5)

즉, 취련 중 조도 측정치가 조도 평균치와 차이가 날 경우에는 당해 취련단계의 예정된 혼합가스가 계속 취입되고, 조도 측정치가 조도 평균치에 수렴할 경우에는 그 다음 취련단계의 예정된 혼합가스가 취입되도록 한다.

상기한 바와 같은 정련로(20)의 취련패턴 결정은 좀 더 원활한 작동을 하도록 프로그램화된 조작부에 의해 수행될 수 있는 바 이를 설명하면 다음과 같다.

조도측정부에서 측정된 상기 조도 측정치는 조도계(30)로부터 정련로(20) 운전실의 PLC까지 연결 케이블을 통해 전송되며, 전송된 조도 측정치는 각 취련단계별로 미리 입력된 조도 평균치와 비교되어 취련패턴을 결정하게 된다.

[실시예]

취련불꽃(10)과 관계없는 외부의 빛에 의한 영향을 최소화 할 수 있도록 직경 100mm, 길이 600mm의 원통관을 조도계(30)의 정면에 장착하고, 취련불꽃(10)에 의한 열기로부터 상기 조도계(30)를 보호하고 분진의 침입을 방지하기 위해 상기 원통관의 측면을 관통하도록 공기 분사관을 연결하여 이를 통해 원통관의 내부 후방에서 전방을 향해 공기를 분사하면서 취련불꽃(10)의 조도를 측정하였다.

이 때, 조도계(30)는 취련불꽃(10)으로부터 약 7m의 거리만큼 떨어지게 위치되도록 하였으며, 여기서 사용된 조도계(30)의 모델은 Tokyo photo electrics 사의 ANA-F9 Lux-meter이다.

한편, 조도 측정은 정련로(20)에 탄소함유량이 약 2.0%인 용강(40)을 장입하고 취련개시시부터 약 1분 간격으로 측정하였으며, 1단계 말기와 4단계 말기 용강(40)의 시료를 채취하여 종래의 분석법으로 탄소 함유율을 분석하였다.

구 분	1단계말기(lux)	1단계 탄소 함유율(%)	2단계 말기(lux)	3단계 말기(lux)	4단계 말기(lux)	4단계 탄소 함유율(%)	5단계 말기(lux)	환원 탈류단계(lux)	최종 탄소 함유율(%)
실시예1	7400	0.517	4600	2100	650	0.091	260	270	0.042
실시예2	7400	0.514	4500	2000	700	0.112	320	260	0.031
실시예3	7200	0.486	4000	1800	600	0.082	250	250	0.038
실시예4	7300	0.505	4300	1900	580	0.078	240	270	0.041
실시예5	6700	0.457	3800	1700	590	0.081	260	240	0.046
평 균	7200	0.50	4240	1900	624	0.09	266	258	0.04

표 2에는 각 취련단계 말기의 취련불꽃(10) 조도 측정치를 나타내고, 1단계와 4단계 용강(40)의 탄소 함유율을 또한 함께 나타내었다.

표 2에서 보는 바와 같이, 각 취련단계별로 탄소 함유율이 줄어듦에 따라 취련불꽃(10)의 조도 측정치 또한 줄어드는 것을 볼 수 있으며, 이러한 상관관계를 바탕으로 실제 작업에서는 조도 측정치만으로 용강(40)의 탄소 함유율을 추정하여 각 취련단계를 진행해 나간다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 용강 정련방법에 의하면, 취련불꽃의 조도 변화를 통해 용강 내 탄소 함유율을 추정할 수 있어 항상 각 취련단계별 목표 탄소 함유율을 적중시킬 수 있는 효과가 있으므로, 과도한 취련으로 인한 크롬의 산화나 미탈탄으로 인한 제품 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 용강의 시료를 채취하여 분석하지 않아도 되므로 작업 공수가 단축되고 취련 작업시간도 단축되며, 시료 채취에 사용되는 서브랜스를 사용하지 않아도 되므로 비용 절감 및 제조원가 절감의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 스테인레스강 취련작업시 각 취련단계별로 정련로 내로 취입하는 혼합가스의 양을 결정하는 방법에 있어서,

   탄소 함유율을 알 수 없는 용강이 장입된 정련로에 혼합가스를 취입하면서 취련불꽃의 조도를 측정하는 단계;

   상기 조도 측정시 해당하는 용강의 시료를 채취하여 탄소 함유율을 분석하는 단계;

   상기 조도 측정단계와 탄소 함유율 분석단계를 반복하여 각 취련단계별 용강 내 탄소 함유율에 따른 취련불꽃의 조도 평균치를 구하는 단계;

   탄소 함유율을 측정하고자 하는 용강을 정련로에 장입하고 혼합가스를 취입하면서 취련불꽃의 조도를 적어도 2회 이상 측정하는 단계;

   상기 조도 측정치를 상기 조도 평균치와 비교하는 단계; 및

   상기 조도 평균치에 근접하도록 상기 각 취련단계별로 예정된 혼합가스를 취입하는 단계

   을 포함하는 취련패턴을 결정하여 용강을 정련하는 용강 정련방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비교단계에서의 비교 결과 상기 조도 측정치가 상기 조도 평균치에 수렴할 경우 다음 취련단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 용강 정련방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 취련불꽃의 조도를 측정하는 단계는,

   조도계의 정면에 관부재를 장착하고 상기 관부재의 내부 후방에서 전방을 향하여 공기를 분사하면서 취련불꽃의 조도를 측정하는 것을 특징으로 하는 용강 정련방법.