KR100434735B1 - 인함유 극저탄소강 제조방법 - Google Patents

인함유 극저탄소강 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전로공정 및 탈가스 공정(RH)에서의 자동차 내,외판재인 냉연 고장력강(인장강도 > 35kg/mm2)인 인(P) 함유 극저탄소강의 제조방법에 관한 것으로서, 용선예비처리공정에서 탈황처리된 용선을 전로에 장입하는 단계와, 상기 전로에서의 용선에 함유된 탄소를 일정수준까지 제거하고 인성분을 제어한 후에 용강래들에 출강하는 단계와, 상기 용강래들에 슬래그 개질재와 탈산제를 첨가하는 단계와, 상기 용강래들을 탈가스 공정(RH)으로 이송하여 2차 탈탄작업을 수행하는 단계와, 상기 탈가스 공정(RH)에서의 2차 탈탄작업 후에 용강래들에 수강된 용강에 고순도 망간을 투입하는 단계와, 상기 탈가스 공정(RH)이 종료된 후에 용강래들을 연주공정으로 이송하여 슬라브를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 용강중의 탄소(S)를 효율적이면서도 안정적으로 낮추어 수요가의 요구에 맞도록 하고 제강공정의 하나인 탈가스(RH)에서 제조방법을 안정적으로 하여 처리시간을 단축시키고 후공정인 연주에서 봉쑤심 및 토출구 세척에 의한 조업부담을 경감시켜 연속적으로 주조가 가능하도록 한다.

Description

인함유 극저탄소강 제조방법{Method for manufacturing ultra-low C steel having phosphorous}
본 발명은 제철산업의 제강공정에서 인장강도가 35kg/㎟ 정도인 고장력의 인(P)함유 극저탄소강을 제조하는 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 전로 및 탈가스 공정(RH)에서 탄소를 안정적이고도 효율적으로 제어하고 용강의 청정도를 높여 연주공정에서 주조성을 향상시키기 위한 인(P)함유 극저탄소강의 제조방법에 관한것이다.
일반적으로, 철강제품의 고급화 및 다양화 추세에 따라, 예를 들어 인(P)첨가 극저탄소강, 즉 극저류강에 대한 수요가의 요구수준은 더욱 높아지고 있는 실정이다. 이러한 극저류강의 용강성분에 대한 제어는 주로 전로 및 탈가스 공정에서 실시되고 있으며, 극저류강에 대한 요구수준을 만족시키기 위하여, 극저류강의 생산시 탄소(C) 성분은 최대한 제거하고, 망간(Mn) 및 인(P) 성분은 합금철의 투입을통해서 보정해야 한다. 즉, 극저류강은 그 생산시 성분 적중 및 조업이 까다로운 강종중 하나이다. 또한, 극저류강의 생산시 2차정련의 탈가스 공정시간이 길어지고 생산성이 저하된다. 그리고, 극저류강의 품질에도 악영향이 초래될 뿐만 아니라 성분격외가 다발하고 있다.
이를 상세하게 설명하면, 도 1에 나타난 바와 같이, 먼저 용선단계인 용선예비처리에서 탈황작업을 실시하여 0.003wt% 이하로 유황을 낮춘 다음, 용선은 슬래그(Slag) 배재작업을 실시하여 전로(1)에 장입된다. 용선을 전로(1)에 장입한 후에 부원료를 첨가하여 취련한다. 이때, 전로(1) 내부에서의 용강은 하기 식 1과 같은 탈탄반응에 의해서 탄소[C] 성분을 일정수준까지만 유지하도록 제어된 후 용강래들(2)로 출강된다.
C + [O] = CO(g) -------------------(1)
한편, 자동차용 내외판재로 사용되는 냉연 고장력강, 즉 인(P) 함유 극저탄소강은 강종특성상 고망간(Mn)-고인(P) 함유 강종이므로, 일반 극저탄소강과 비교하여 인(P) 함유 극저탄소강에 맞는 용강성분을 확보하기 위해, 용강이 용강래들(2)에 출강되는 동안 Fe-Mn(HC)를 투입하여 망간(Mn) 성분을 제어하게 된다.
그리고, 전로출강이 완료된 후에 용강래들(2)은 2차 정련을 위해 탈가스 공정(RH)으로 이송된다. 탈가스 공정에서는 용강래들(2)을 진공조(3)에 담그고 진공을 형성한 다음 용강을 진공조(3) 내부로 순환시키면서 용강중 탄소(C) 성분을 상기 식 1에 의해 44ppm 이하로 최대한 낮추는 탈탄작업을 수행하게 된다.
상술된 바와 같이, 전로출강중 Fe-Mn(HC)을 투입하는 경우에는 강중에 탄소[C]와 반응할 산소가 상대적으로 부족하게 되므로, 진공조(3)에서는 산소취입장치(3-1)를 통해 산소를 강제로 취입하게 된다. 이때, 취입되는 산소는 상기 식 1에 의한 탈탄반응 뿐만 아니라 하기 식 2에 의해 망간(Mn)을 MnO로 산화시킨다. 그 결과, 탈탄효율도 떨어지고 망간 실수율도 저하시키며 또한 탈가스 처리중 슬래그 부풀음 현상도 야기시킨다.
Mn + [O] = MnO(g) -------------------(2)
종래의 탈가스 공정(RH)에서는 탈탄효율을 향상시키기 위하여 산소를 추가로 취입하면서 탈탄시간을 오래토록 유지해야만 하였다. 이는, 도 2에 나타난 바와 같이 탈가스 공정에서의 적정 처리시간이 허용범위시간(LL ~ SL)를 벗어나서 처리시간 지연을 야기시킨다. 탈가스 공정에서의 처리시간 지연결과, 망간(Mn) 성분의 손실량이 증가된다. 이와 같이 손실되는 망간성분을 보정하기 위해 망간(Mn)을 추가로 투입해야 하는 문제점이 있다.
그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 인(P) 함유 극저탄소강에서의 슬래그중 산화도, 즉 FeO+MnO 성분이 일반극저탄소강에 비해 상대적으로 증가하여 용강품질에 악영향을 미치고 탈탄작업이 불안정하여 탄소(C) 성분의 격외가 다발하고 망간(Mn)을 추가로 투입함에 따라 원가도 상승된다.
또한, 탈탄작업이 종료된 후에, 강중 산소는 첨가되는 알루미늄(Al)과 하기 식 3의 반응에 의해 제거되어야 한다.
2Aㅣ + (3/2)O2= (Al2O3) + Q ----------(3)
이때, 강중 산소량에 따라 알루미늄(Al)의 첨가량이 결정되며, 상술된 바와 같이 탈탄과정에서 추가로 투입되는 산소에 의해 강중 산소량이 증가하는 경우에는 알루미늄(Al)이 추가로 더 소모된다. 그리고, 탈산과정에서 발생하는 반응열에 의해 용강온도는 요구하는 수준보다 더 상승하게 된다. 용강의 온도를 낮추기 위해서는 냉각재를 별도로 투입하여야 하였다.
그리고, 알루미늄(Al)에 의한 탈산작업 후에, 티타늄(Ti)과 Fe-P를 투입한다. 이때, 인(P) 성분의 제어는 연속주조공정에 임박하여 실시된다. 따라서, 인(P) 성분이 용강중에 균일하게 분포되지 않은 경우에, 후공정인 연속주조공정시 슬래그 중 (FeO+MnO)의 함량이 많아 산화도가 증가한다. 그 결과, 용강청정도 열화에 의한 합금철 실수율도 떨어지고 연주공정에서 개재물에 의한 침지노즐주변의 막힘현상이 발생되는 경우에는 턴디쉬가 한번에 연속으로 주조할 능력을 충족시키지 못하게 된다. 그리고, 이러한 막힘현상을 제거하기 위하여 도 3에 나타난 바와 같이 봉쑤심/토출구 세척 등을 빈번하게 실시하여야 하였다.
따라서, 제조공정이 단순하면서 생산성도 향상시키고 품질도 향상시킬 수 있는 극저류강에 대한 조업기술 개발이 요구된다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 2차정련 공정인 탈가스 공정(RH)에서 CO반응을 왕성하게 일으킬 수 있도록 강중 산소량을 최대한으로 확보하여 탈탄작업을 안정적이면서 효율적으로 수행할 수 있고 또한 전로공정에서 인(P) 성분을 제어하고 탈가스 공정(RH) 후에 망간(Mn) 성분을 제어하여 탈가스 공정(RH)에서의 처리시간을 단축시킬 수 있고, 후공정인 연속주조공정에서 봉쑤심 및 토출구 세척에 의한 조업부담을 경감시킬 수 있는 인(P) 함유 극저탄소강 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 실시예에 따른 인(P)함유 극저탄소강 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도;
도 2는 종래 실시예에 있어서 탈가스 처리시간의 지연상태를 나타낸 그래프;
도 3은 인함유 극저탄소강에 있어서 슬래그 산화도와 봉쑤심/토출구 세척실시율을 일반 극저탄소강과 비교하여 나타낸 그래프;
도 4는 본 발명에 따른 인함유 극저탄소강 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도;
도 5는 종래예와 본 발명의 실시예를 용강온도의 관점에서 비교하여 나타낸 그래프;
도 6은 종래예와 본 발명의 실시예를 강중산소의 관점에서 비교하여 나타낸 그래프;
도 7은 종래예와 본 발명의 실시예를 탈가스 처리시간의 관점에서 비교하여 나타낸 그래프;
도 8은 종래예와 본 발명의 실시예를 냉연 제강성 결함율의 관점에서 비교하여 나타낸 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 전로
2 : 용강래들
3 : 진공조
4 : 턴디시
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 인함유 극저탄소강 제조방법은 용선예비처리공정에서 탈황처리된 용선을 전로에 장입하는 단계와, 상기 전로에서의 용선에 함유된 탄소를 일정수준까지 제거하고 인성분을 제어한 후에 용강래들에 출강하는 단계와, 상기 용강래들에 슬래그 개질재와 탈산제를 첨가하는 단계와, 상기 용강래들을 탈가스 공정(RH)으로 이송하여 2차 탈탄작업을 수행하는 단계와, 상기 탈가스 공정(RH)에서의 2차 탈탄작업 후에 용강래들에 수강된 용강에 고순도 망간을 투입하는 단계와, 상기 탈가스 공정(RH)이 종료된 후에 용강래들을 연주공정으로 이송하여 슬라브를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 인(P) 함유 극저탄소강 제조방법을 설명한다.
먼저, 용선단계인 용선예비처리에서 탈황작업을 실시하여 황(S) 성분을0.003wt% 이하로 낮추고 슬래그(Slag) 배재작업을 실시한 후에 용선을 전로(1)에 장입하게 된다.
이 후에, 전로(1)에 장입된 용선에 부원료를 첨가하여 취련을 한 후 산소를 강제로 취입하여 용선 내부의 탄소(C) 성분을 조정하는 탈탄작업을 실시한다. 탄소(C) 성분을 일정수준까지 제거한 후에 용강을 용강래들(2)에 출강한다. 또한, 전로(1)에서는 인(P) 성분을 조정한다. 전로(1)에서의 인(P) 성분은 용강래들 1차지당 약 290kg 정도의 Fe-P를 용강에 첨가함으로써 이루어진다.
그리고, 전로(1)에서 용강래들(2)로 용강을 출강하는 동안 Fe-Mn등 합금철을 투입하지 않고 슬래그 개질 및 탈산을 위하여 슬래그 개질재인 CaO + CaF2를 약 10:1비율로 용강 산소량에 따라 투입하고 또한 용강품질 확보를 위해 탈산제인 조제재와 알루미늄 쇼트(Al shot)를 용강래들 1차지(charge)당 약 440kg 내지 450kg과 95kg 내지 105kg 정도로 각각 투입한다. 또한, 생석회(CaO)와 형석(CaF2)은 용강래들 1차지당 약 1.1~1.3Ton과 210~230Kg 정도를 각각 투입한다.
이때, 도 5와 도 6에 나타난 바와 같이, 용강래들(2)에서의 종점온도는 약 1670℃ 정도이고, 종점 산소량은 약 822ppm수준이다. 이는 망간(Mn) 합금철의 미투입에 따른 산화반응이 생략되었기 때문이다.
용강래들(2)로의 출강이 완료된 용강은 2차정련인 탈가스 공정(RH)으로 이송되고, 탈가스 공정에서는 진공을 최대로 형성시킴으로써 강중 탄소(C) 성분은 강중산소와의 반응에 의해 제거된다. 상술된 바와 같이, MnO 반응이 없어 강중산소가충분히 확보되어 있으므로, 강중산소는 탄소(C)와 왕성하게 반응하여 탈탄작업이 효과적으로 이루어진다. 그리고, MnO 반응이 없으므로, 안정된 슬래그가 제조되어 슬래그 부풀음 현상도 없고 망간(Mn) 손실도 생기지 않는다. 이때, 탈가스 공정 도착에서부터 탈산전의 온도는 약 1595~1605℃정도이다. 그리고, 탈가스 공정 도착에서부터 탈산전의 산소량은 약 380~280ppm 수준으로서 이는 종래의 약 195~230ppm 수준보다 향상되었음을 알 수 있다.
탈탄작업이 완료된 후에 알루미늄(Al)을 첨가하여 상기 식 3에 의한 탈산작업을 실시한다. 한편, 탈산작업후에 고순도 망간(Mn)을 투입할 때, 망간(Mn)에 의해 용강온도가 떨어지기 때문에 용강온도를 망간(Mn) 투입량만큼 상승시켜야 한다. 이때, 고순도 망간은 탄소성분 0.1~0.001wt%당 29kg의 망간으로서 탄소성분을 거의 포함하고 있지 않은 망간을 의미한다. 그리고, 용강에서의 상승온도는 고순도 망간(Mn; Metal-Mn) 1000kg당 약 9~11℃정도이고 진공조 내부의 예열상태 및 용강래들의 보열상태에 따라 가감될 수 있다. 따라서, 냉각재는 종래 기술에 대비하여 투입되지 않는다.
알루미늄(Al)에 의한 탈산작업이 완료되고 약 1분 정도의 시간이 경과한 후에 고순도의 망간(Mn)을 투입한다. 이때, 진공조(3)의 진공도는 최대상태로 계속 유지하고 용강을 환류시키는 아르곤(Ar) 가스의 투입량은 최대로 늘려야 한다. 이 후에, 용강은 Ti성분을 제어하고 탈산전 산소에 맞는 적정한 용강환류를 한 다음 탈가스공정에서 연주공정으로 이송되어 인(P) 첨가 극저탄소강을 제조하게 된다.
따라서, 탈가스 공정(RH)이 진행될 때까지 망간(Mn) 함유 합금철을 용강에투입하지 않고 슬래그 성분을 조정함으로써, 도 7에 나타난 바와 같이 탈가스 공정에서의 탈탄시간이 종래의 평균 약 16.2시간에서 평균 약 13.8시간으로 단축되었고 또한 탈가스 공정에서의 총처리시간이 약 30.0시간에서 약 26.3시간으로 단축되었음을 알 수 있다. 그리고, 망간 산화물의 형성을 방지하여 슬래그의 산화도를 저하시킴으로써 용강의 청정도가 도 8에 나타난 바와 같이 향상되었음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 용강중의 탄소(S)를 효율적이면서도 안정적으로 저하시켜 탄소성분격외를 방지하고, 제강공정의 하나인 탈가스 공정(RH)에서의 처리시간을 단축시키고, 탈가스 공정에서의 처리시간단축을 통한 고정비용 및 합금철과 산소 투입량 저감을 통하여 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 용강의 청정도를 향상시켜 연주공정에서의 봉쑤심 및 토출구 세척에 의한 조업부담을 경감시켜 연속적으로 주조가 가능하도록 한다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (2)

  1. 용선예비처리공정에서 탈황처리된 용선을 전로에 장입하는 단계와,
    상기 전로에서의 용선에 함유된 탄소를 일정수준까지 제거하고 인성분을 제어한 후에 용강래들에 출강하는 단계와,
    상기 용강래들에 슬래그 개질재와 탈산제를 첨가하는 단계와,
    상기 용강래들을 탈가스 공정(RH)으로 이송하여 2차 탈탄작업을 수행하는 단계와,
    상기 탈가스 공정(RH)에서의 2차 탈탄작업 후에 용강래들에 수강된 용강에 고순도 망간을 투입하는 단계와,
    상기 탈가스 공정(RH)이 종료된 후에 용강래들을 연주공정으로 이송하여 슬라브를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인함유 극저탄소강 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용강래들에 고순도 망간을 투입하기 전에 상기 용강의 온도를 고순도 망간 1000kg 당 9~11℃ 정도로 상승시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인함유 극저탄소강 제조방법.
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