KR100832996B1 - 고 인 용선을 이용한 고 탄소강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정에서 고 P(인) 용선을 사용하여 고탄소강을 제조하는 방법에 관한 것으로써고 P 함유용선을 복합취련전로에 장입하여 1차 탈린처리를 거쳐 항상 일정한 성분과 용도의 용선을 제조하여 동일로에서 다시 캐치 카본 조업을 행하므로써 별도의 예비처리 공정없이 보다 생산적이고 보다 우수한 품질의 확보를 가능하게 하는 고탄소강의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 복합취련전로에 용선 및 부원료를 장입하여 캐치 카본법에 의해 고탄소강을 제조하는 방법에 있어서, 고 P함유용선을 상기 복합취련전로에 장입하여 탈린용선예비처리한 후, 배재를 위한 린싱(rinsing)를 행한 다음, 슬래그를 50%이상 배재한 후, 캐치 카본조업을 실시하고; 상기 탈린용선예비처리시 저취유량은 0.02-0.1Nm³/min·t-s이고; 상기 배재를 위한 린싱시 저취유량은 0.01-0.1Nm³/min·t-s이고; 그리고 상기 캐치 카본 처리시 저취유량은 0.008-0.05Nm³/min·t-s인 고 P 함유 용선을 이용한 고 탄소강의 제조방법을 그 요지로 한다.

인(P), 저취가스, 저취유량, 고 탄소, 캐치 카본, 배재

Description

고 인 용선을 이용한 고 탄소강의 제조방법{Method for Manufacturing High Carbon Steel Using Molten Pig Iron with High Phosphorus Content}

도 1은 본 발명에 따라 고 탄소강을 제조하는 공정을 나타내는 공정도

도 2는 탈린예비처리시 저취유량 및 염기도에 따른 종점 P(인)의 함량변화를 나타내는 그래프

도 3은 탈린 취련후 저취유량에 따른 슬래그 중 T.Fe의 거동을 나타내는 그래프

도 4는 슬래그 배재율에 따른 [P]제어기능을 나타내는 그래프

본 발명은 제강공정에서 고 P(인) 용선을 사용하여 고탄소강을 제조하는 방법에 관한 것으로써 보다 상세하게는 [P] 0.07%이상의 용선을 전로에 장입하여 전로내 탈린예비처리후 동일 전로에서 캐치 카본(catch carbon)조업을 실시하므로써 별도의 탈린예비처리 공정없이도 저린 고탄소강을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

제강조업은 용선예비처리-전로정련- 2차정련- 연속주조공정으로 구성되며, 전로조업은 주원료인 용선 및 고철을 전로에 장입하여 랜스를 통해 순산소를 분사하면서 용선중 불순원소인 탄소, 규소, 망간, 인등을 산화반응에 의해 제거하는 조업이다.

이들 불순원소중 탄소는 강의 강도를 결정짓는 원소로서 강종에 따라 그 목표 성분이 상이한데, 통상 연성이 강조되는 일반 박판에 있어서는 저탄소강(용강중 [C]≤0.08%)이 요구되나, 강의 특성상 고강도를 요구하는 타이어 코드나 일반 고탄소강 생산의 경우 전로정련에 있어서 일반적으로 일반가탄법과 캐치카본법이 사용되고 있다.

일반 가탄법은 전로의 일반적인 취련방법으로 종점[C]=0.04-0.06%에서 취지한 후 목표 [C]을 위해 출강중 가탄재를 투입하여 목표성분을 맞추는 방법이다.

또다른 방법인 캐치 카본법은 정로정련을 통하여 전로종점[C]≥0.10%에서 취련종료하는 취련방법으로 종점 [C]이 높아 일반 가탄법대비 가탄재의 사용량이 줄어들 뿐만 아니라 용강 내 용존산소량이 낮아 탈산재의 저감과 그로 인한 비금속개재물의 발생을 저감할 수 있어 강품질에 있어서도 매우 유리한 방법이다.

전로 종점에서의 탄소와 용존산소는 하기 식들에 의해서 결정된다.

[C] + [O] = CO(gas)

상기 화학식(1) 및 수학식(1)로부터 일정온도에서는 용강 내[C]이 높을수록 용존산소가 적게되나 이렇게 용존산소량이 적게 될 경우, 하기 식들에 의하여 저린강생산에 있어서는 불리하게 된다.

따라서, 이러한 캐치 카본법을 위해서는 용선예비처리를 통한 저린용선의 사용이 필수적이어서, 예비처리 탈린공정의 부재시 그 생산이 불가능하다는 단점이 있다.

4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaO·P₂O₅)

이와 관련하여, 예비처리 설비 부재시 전로를 통하여 예비처리 탈린을 행하는 방법이 대한민국 특허공개 10-1998-014324호에 제시되어 있다.

그러나, 이 방법으로 탈린선을 공급할 경우에는 탈린작업과 캐치 카본작업을 서로 다른 2기의 전로로부터 이행해야 함에 따라 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 탈린한 용선을 다시 전로에 장입함에 따른 크레인 간섭등의 물류간섭으로 인하여 고생산성 조업에 있어서는 그 한계가 있다.

한편, 1기 전로에서 용선 예비처리후 탈탄을 행하는 방법의 일례가 대한민국특허출원제2001-25452호에 기술되어 있으나, 이는 저취유량을 설비상 최대로 조정하여 극저린, 저질소강을 생산하기 위한 공정으로서 캐치 카본재를 생산시 적용할 수 없는 한계가 있다.

또한, 대한민국 특허공개 10-1999-027184호에는 캐치 카본법이 제시되어 있으나, 이 방법은 상취전로에 관한 것으로서 일반적인 복합취련 전로에서는 본 조업이 불가능하게 되는 문제점이 있다.

또한, 별도의 예비처리공정을 거치는 경우 고로에서의 용선온도 및 물류흐름이 설비상의 한계로 인하여 원활하게 작용하지 못하여 전로에 공급되는 용선의 온도 및 성분의 편차가 크게 되어 안정적인 캐치 카본조업을 하는데 저해요소로 작용하게 되며, 캐치 카본조업시 열원 및 슬래그 개질 확보를 위하여 Fe-Si과 같은 승열재를 다량 사용, 제조원가의 상승을 초래하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 고 P 함유용선을 복합취련전로에 장입하여 1차 탈린처리를 거쳐 항상 일정한 성분과 용도의 용선을 제조하여 동일로에서 다시 캐치 카본 조업을 행하므로써 별도의 예비처리 공정없이 보다 생산적이고 보다 우수한 품질의 확보를 가능하게 하는 고탄소강의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 복합취련전로에 용선 및 부원료를 장입하여 캐치 카본법에 의해 고탄소강을 제조하는 방법에 있어서,

고 P함유용선을 상기 복합취련전로에 장입하여 탈린용선예비처리한 후, 배재를 위한 린싱(rinsing)를 행한 다음, 슬래그를 50%이상 배재한 후, 캐치 카본조업을 실시하는 것으로서,

상기 탈린용선예비처리시 저취유량은 0.02-0.1Nm³/min·t-s이고;

상기 배재를 위한 린싱시 저취유량은 0.01-0.1Nm³/min·t-s이고; 그리고 상기 캐치 카본 처리시 저취유량은 0.008-0.05Nm³/min·t-s인 고 P 함유 용선을 이용한 고탄소강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 도 1에 나타난 바와 같이 고 P 함유 용선의 1차 탈린처리공정, 슬래그 배재공정, 캐치카본 공정으로 이루어진다.

상기 고 P 함유 용선의 1차 탈린처리공정에서는 고 P함유용선을 전로에 장입하여 저취유량을 0.02-0.10Nm³/min·t-s로 하여 저취가스를 취입한다.

상기 저취유량은 목표 [P]수준 및 설비의 특성에 따라 적절히 설정된다.

또한, 용선중 Si 및 용선온도에 따라 가변적으로 부원료를 투입하여 고온의 용선상태로 1차 탈린처리를 실시한다.

본 발명의 바람직한 예에 있어서는, 고 P함유, 즉 [P]0.07%이상의 용선을 복합취련 전로에 장입하고 용선중[Si]에 따라 9-30kg/t-s의 생석회와 3-4kg/t-s의 경소백운석, 1-2kg/t-s의 형석을 투입하고 전로 착화후 용선[Si] 및 용선온도에 따라 10-70kg/t-s의 소결광을 투입한다.

상기 소결광은 취련후 목표온도를 약 1300-1500℃가 되도록 투입하는 것이다(일반 탈린용선의 경우 예비처리 탈린 후 전로장입온도는 약 1200-1270℃)

상기와 같이 탈린용선예비처리시 저취유량를 0.02-0.1Nm³/min·t-s로 설정하는 이유는 다음과 같다.

상기 탈린용선예비처리시 저취유량은 도 2에 나타난 바와 같이, 탈린 후 목표[P]성 분에 따라 염기도의 조정과 함께 성분제어를 위한 인자로 작용한다.

이와 같이 저취유량의 변화에 따라 탈린 후 [P]성분이 다르게 나타나는 것은 짧은 시간내에 저린영역의 탈린취련을 실시함에 따라 탈린반응이 확산율속의 영향을 받는 영역에 속하게 되어 교반력인 저취유량이 [P]제어의 인자로 작용하기 때문이다.

탈린취련시 상취랜스를 통하여 8 - 20Nm³/min·t-s의 산소를 취입하여 탈린작업을 실시하는 것이 바람직하다.

상기 탈린작업은 10-15분간 실시하는 것이 바람직하다.

이와 같이 예비처리 탈린을 전로에서 실시함에 따라 캐치 카본 조업시 고온의 용선온도와 성분을 재현성 있게 제어할 수 있음으로 인하여 캐치 카본 조업시 용선조건 변동에 의한 품질편차 저감 및 고온의 용선을 제조하여 캐치 카본 조업시 승열재 투입량 저감에 의한 원가절감을 꾀할 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 1기 전로에서 예비처리 및 캐치 카본 조업을 실시함에 따라 물류흐름에 따른 온도저하를 방지할 수 있어 일반 탈린용선대비 약 100℃의 열원을 확보할 수 있으며, 별도의 2기 전로에서 예비처리와 캐치 카본을 따로 조업하는 방법 대비 약 50~70℃의 열원을 확보할 수 있다.

이와 같은 열원확보로부터 캐치 카본 조업시 별도의 열원보상용 승열재의 사용이 저감하게 된다.

또한, 저취유량을 최대로 하고 염기도를 약 2.5로 조정하여 탈린 취련을 할 경우 탈린 후 [P] 성분을 0.020%이하로 출선함으로써 탈린후 [P]에 대한 부담을 저감하여 풀-캐치 카본 (Full-Catch Carbon)조업도 가능하게 된다.

상기와 같이 1차 탈린 취련후 효과적인 슬래그 배제, 즉, 슬래그의 유동성을 확보하면서 배재시 슬래그 포밍에 의한 안전사고를 방지하기 위하여 바람직하게는 약 0.5-2분간 0.01-0.1Nm³/min·t-s의 유량으로 저취가스를 취입하여 린싱(rinsing)작업을 실시하여 슬래그중 산소 쇼스(source)의 일부를 제거한 후 슬래그를 50%이상배재한다.

상기와 같이 저취가스를 취입하는 것은 슬래그내 산소와 용선 내 카본을 반응시켜 과산화된 슬래그 중의 산소 쇼스(Source) 일부를 제거하기 위한 것으로 슬래그와 용강간 반응계면적을 최대화하여 빠른 환원효과를 내기 위하여 고유량의 저취유량을 취입하여 슬래그 내 철립을 인위적으로 발생시켜 반응속도를 증대시킨다.

그러나, 과도한 환원은 배재시 도리어 슬래그의 유동성을 저하시켜 배재성을 저하시키게 된다.

바람직하게는 상기와 같이 슬래그중 산소 쇼스(source)의 일부를 제거한 후 다시 무연탄을 투입한 다음, 슬래그를 50%이상 배재한다.

이때 초기 린싱은 배재에 적합한 유동성을 유지하는 상태까지 실시하며, 다시 무연탄을 투입하는 것은 유동성확보를 위해 슬래그를 완전히 환원시키지 않아서 아직 잔존하는 슬래그 포밍(foaming)현상을 일시적으로 제거하여 안전하게 출선하기 위함이다.

저취가스 취입후 슬래그 중 T.Fe 및 유동성의 변동은 도 3과 같다.

따라서, 바람직하게는 약 0.5-2분간 대기후 무연탄을 약 0.03-0.5 kg/t-s 투입하고 로를 경동하여 배재를 실시한다.

배재량에 따른 [P] 잔류량의 변화를 조사하고, 그 결과를 도 4에 나타내었는데, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 약 1/2정도의 슬래그 배제가 가장 바람직함을 알 수 있다.

상기와 같이 50%이상의 슬래그를 배재한 후 전로를 직립시킨 후 효과적인 캐치 카본을 위하여 저취유량을 0.008-0.05Nm³/min·t-s로 조정한 다음, 열원보상을 위한 부원료 투입없이 캐치 카본 취련조업을 행한다.

이때 저취유량을 0.008-0.05Nm³/min·t-s로 감소시킨 것은 캐치 카본 조업의 경우 종점 [C]의 상향 뿐만 아니라 저린강 생산을 해야 하기 때문에 슬래그와 용강 간의 비평형 반응을 유도해야 하기 때문이다. 즉. 이를 위해서는 취입산소를 최대한 슬래그로만 국한시켜야만 상기 식 (1)에 의한 용선내 탈탄을 막고 상기 식 (2)에 의한 슬래그에 의한 탈린을 증대시킬 수 있기 때문이다.

저취유량이 0.05Nm³/min·t-s이상일 경우에는 탈탄이 촉진되어 캐치 카본 조업이 이루어 지지 않는데 이는 용강의 격렬한 교반작용에 의해 취입된 산소가 슬래그로 국한되지 않고 바로 용강내[C]과 반응하여 C0가스로 배출되기 때문이다.따라서 슬래그와 용강과의 비평형을 통한 고탄소, 저린제어가 불가능하게 된다.

또한, 저취유량을 0.008Nm³/ min·t-s이하로 취입할 경우 용선이 저취 노즐로 침투하여 설비 한계상 최소 0.008Nm³/ min·t-s 이상의 저취유량을 취입하여야 한다. 일반적으로 탈린용선의 경우 용선의 온도가 낮을 뿐만 아니라, 용선내 [Si]이 낮아 열원이 부족할 뿐만 아니라 [Mn]도 낮아 초기 슬래그 재화에 어려움이 있다.

따라서 캐치 카본 조업전에 용선내 Fe-Si, Fe-Mn 등과 같은 합금철을 다량 투입하여 원가상승의 원인이 되고 있다. 그러나 본 발명의 경우 1차 취령후 용선의 온도를 고온으로 유지가 가능함으로써 저온의 용선을 사용함에 따른 열원보상재 다량투입방지가 가능하며, 슬래그의 50%이상의 배재에 따른 초기슬래그 재화가 유리하여 슬래그 재화용 합금철의 투입이 필요없게 된다.

이와 같이 1기 전로에서 탈린과 캐치 카본을 실시함에 따라 물류흐름에 있어서 탈린전로와 캐치 카본 전로를 따로 운영할 때 대비 유리하게 되는데, 이는 출선이라는 과정을 거쳐 수강래들 이동 후 캐치 카본 전로로 용선장입시 발생되는 크레인 간섭문제라든지, 출선 후 장입에 걸리는 시간을 근본적으로 단축시킬 수 있기 때문으로 생산성 뿐만 아니라, 이에 따른 온도저하를 저감하여 캐치 카본 조업시 열부족에 따른 원가상승 및 품질저하를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예1)

하기 표 1의 용선을 본 발명에 따라 저취유량 0.06-0.07Nm³/min·t-s으로 취입하여 탈린 예비처리한 발명예와 일반 예비처리에 의해 처리한 종래예, 그리고 전로에서 탈린 예비처리후 별도의 전로에서 캐치카본 한 비교예에 대하여 용선의 성분 및 온도는 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	처리전				예비처리 처리후
	용선온도	C	Mn	P	용선온도	C	Mn	P
종례예1					1243℃	3.7%	0.15%	0.067%
종례예2					1271℃	3.3%	0.12%	0.032%
종례예3					1210℃	3.9%	0.24%	0.055%
종례예4					1294℃	4.0%	0.07%	0.064%
종례예5					1255℃	4.2%	0.11%	0.041%
비교예1	1256℃	4.3%	0.27%	0.111%	1302℃	3.7%	0.10%	0.020%
비교예2	1313℃		0.24%	0.104%	1278℃	3.5%	0.13%	0.022%
비교예3	1334℃		0.31%	0.109%	1301℃	3.4%	0.07%	0.024%
비교예4	1310℃		0.30%	0.098%	1289℃	3.5%	0.05%	0.021%
비교예5	1254℃		0.31%	0.096%	1298℃	3.5%	0.04%	0.025%
발명예1	1280℃	4.3%	0.32%	0.101%	1351℃	3.5%	0.11%	0.020%
발명예2	1314℃		0.24%	0.098%	1355℃	3.5%	0.10%	0.021%
발명예3	1266℃		0.33%	0.095%	1350℃	3.4%	0.12%	0.024%
발명예4	1278℃		0.27%	0.105%	1357℃	3.5%	0.12%	0.022%
발명예5	1304℃		0.36%	0.101%	1348℃	3.6%	0.11%	0.020%

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 일반 용선예비처리(종래예)의 경우에는 상이한 성분과 온도의 용선이 전로에 장입되는 한편, 전로에서 예비처리를 하는 경우 상이한 용선성분을 장입하여 용선온도 및 성분에 있어서 동등수준의 용선을 제조함으로써 2차 카본 캐치 조업시 품질편차를 억제하는 효과가 있다.

또한, 일반 예비처리 대비 카본 캐치 전로에 장입되는 [P]수준을 낮게 유지할 수 있어서 카본 캐치 조업시 종점 [C]을 보다 높게 생산할 수 있다.

또한, 비교예와 같이 별도의 전로에서 예비처리를 하는 경우 성분 제어능은 동등하나 물류흐름시 발생하는 온도의 하락으로 인하여 동일 [P]제어시 본 발명대비 용선온도가 50~70℃ 낮게 됨을 알 수 있다.

(실시예2)

본 발명을 이용, 동일 용선조건, 동일 용선온도에서의 1차취련 후 목표온도 1350℃를 기준으로 소결광을 투입한 경우에 대하여 염기도 및 저취유량에 따른 성분제어능을 조사허고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구 분	처리전		조업조건		처리후
	용선온도(℃)	P (%)	염기도	저취유량 (Nm3/mint-s)	용선온도(℃)	P (%)
발명예6	1321	0.102	1.5	0.03	1351	0.037
발명예7	1324	0.105	1.5	0.05	1352	0.033
발명예8	1325	0.101	1.5	0.06	1353	0.029
발명예9	1320	0.104	2.0	0.02	1354	0.028
발명예10	1324	0.100	2.0	0.04	1354	0.025
발명예11	1321	0.102	2.0	0.08	1352	0.024
발명예12	1324	0.100	2.5	0.03	1352	0.026
발명예13	1322	0.101	2.5	0.04	1350	0.025
발명예14	1320	0.101	2.5	0.08	1353	0.021

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 탈린후 [P]성분은 동일 용선조건에서 사용염기도와 저취유량에 의해 결정되는 것을 확인할 수 있으며, [P]성분을 낮추기 위해서는 고염기도, 고 저취유량을 사용해야함을 알 수 있다.

따라서, 목적 [P]성분에 따라 이러한 조업조건을 가변적으로 사용할 수 있다.

(실시예 3)

탈린 취련후 진정제 50-200kg를 투입하고 저취 유량을 0.03-0.05 Nm³/min·t-s로 조정한 후 약 1분 30초간 대기후 무연탄 50-100kg 투입과 동시에 로를 경동하여 슬래그를 약 1/2가량 배재하였다.

그리고 다시 로를 직립시킨후 저취유량을 다시 0.02-0.03 Nm³/min·t-s로 조정하여 캐치카본을 실시하고, 종점온도, 종점[C] 및 종점[P]의 함량을 조사하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	Fe-Si사용량(kg/Ch)	Fe-Mn사용량(kg/Ch)	종점온도(℃)	종점 [C](%)	종점 [P](%)
종례예1	350	200	1610	0.17	0.021
종례예2	400	220	1647	0.12	0.025
종례예3	310	210	1614	0.27	0.023
종례예4	290	210	1598	0.23	0.014
종례예5	420	240	1652	0.14	0.021
비교예1	220	240	1621	0.25	0.013
비교예2	250	220	1645	0.34	0.016
비교예3	230	220	1634	0.27	0.015
비교예4	200	230	1598	0.22	0.016
비교예5	220	250	1621	0.29	0.014
발명예15	120	-	1621	0.27	0.016
발명예16	-	-	1618	0.30	0.014
발명예17	125	-	1625	0.28	0.015
발명예18	110	-	1624	0.29	0.015
발명예19	105	-	1624	0.29	0.017

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명예(15-19)의 경우에는 용선 조건(종점온도, 종점[C] 및 종점[P])이 거의 동일함을 알 수 있으며, 따라서 조업 편차를 저감하여 품질편차를 저감할 수 있으며, 고온의 용선에 따른 승열재 저감과 탈린 슬래그 잔류에 따른 슬래그 재화용 함금철을 사용하지 않아도 됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 1기 전로에서 탈린 예비처리를 행하고 다시 동일 전로에서 물류흐름없이 캐치 카본 조업을 행하여 고 P용선함유 용선을 이용하여 고탄소 저린강을 생산함으로써 예비처리 설비 미작동시 전로 풀(Full)가동 생산체제하에서 고생산성을 유지하고 또한 탈린선의 성분과 온도를 항상 일정하게 유지함으로써 캐치 카본 조업시 안정적인 성분제어를 유도함으로써 생산 용강의 품질을 향 상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고온의 용선을 생산하여 저원가 캐치 카본 조업이 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 복합취련전로에 용선 및 부원료를 장입하여 캐치 카본법에 의해 고탄소강을 제조하는 방법에 있어서,

   0.07%이상의 P(인)을 함유하는 고 P함유용선을 상기 복합취련전로에 장입하여 용선중의 P의 함량이 0.026%이하가 되도록 탈린용선예비처리한 후, 배재를 위한 린싱(rinsing)를 행한 다음, 슬래그를 50%이상 배재한 후, 캐치 카본조업을 실시하는 것으로서,

   상기 탈린용선예비처리시 저취유량은 0.02-0.1Nm³/min·t-s이고;

   상기 배재를 위한 린싱시 저취유량은 0.01-0.1Nm³/min·t-s이고; 그리고 상기 캐치 카본 처리시 저취유량은 0.008-0.05Nm³/min·t-s인 것을 특징으로 하는 고 P 함유 용선을 이용한 고탄소강의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 상기 탈린용선예비처리시 상취랜스를 통한 송산유량은 8 - 20Nm³/t-s이고; 탈린취련후 저취유량을 0.01-0.1Nm³/min·t-s로 0.5-2분동안 대기후 무연탄을 0.03-0.5kg/t-s 투입하는 것을 특징으로 하는 고 P 함유 용선을 이용한 고탄소강의 제조방법

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