KR100885117B1 - 고청정 저인 저탄소강의 제조방법 - Google Patents

고청정 저인 저탄소강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제강공정에서 용강중 인[P]저감과 저급산화물(FeO,MnO등)의 발생요인을 미연에 방지하는 공정의 채택으로 인한 제강공정의 용강 청정도 확보와 실수율 향상에 의한 원가 절감을 할수 있는 저탄소강의 제조 방법에 관한 것으로서,
전로출강~래들슬래그탈산~RH진공탈가스 공정을 통하여 인농도 0.017%이하, 탄소농도 0.015~0.060%를 함유하는 저탄소강을 제조함에 있어서, 전로 종점산소 400ppm이상의 용강을 출강중에 상기 용강에 생석회 및 형석을 투입하여 용강중의 인(P)을 저감시키는 용강 탈린단계와; 상기 출강이 완료된 용강에 슬래그 탈산제를 투입하여 슬래그중의 저급산화물을 환원시키는 슬래그 탈산단계와; 상기 슬래그 탈산단계를 거친 래들내 용강을 감압하에서 상기 RH진공탈가스 공정을 통해 환류시키는 용강 환류단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
저탄소강, 용존산소, 저급산화물, 탈린

Description

고청정 저인 저탄소강의 제조방법{A method for manufacturing of low carbon steel having high cleaness and low phosphorous}
본 발명은 제강공정에서 저탄소강을 제조하는 조업 방법에 관한것으로써, 보다 상세 하게는 용강중 인[P]저감과 저급산화물(FeO,MnO등)의 발생요인을 미연에 방지하는 공정의 채택으로 인한 제강공정의 용강 청정도 확보와 실수율 향상에 의한 원가 절감을 할수 있는 고청정 저인 저탄소강의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제강공정에서 저탄소강 제조기술은 고로에서 출선된 용선을 전로에 장입한후에 고순도의 산소를 랜스(LANCE)를 이용 상취하여 강중의 [C]을 0.04%~0.06%, [O]를 400~800ppm정도로 만든후 래들(LADLE)에 출강을 한다.
이때 상기와 같은 목표 카본성분을 맞추기 위해 보다 많은 산소를 용강에 취입하게 됨에 따라 산소 취련작업 종료시에는 높은 수준의 용존산소가 강중에 남게 되는 데, 이와 같이 잔류된 용존산소는 연속주조를 하기 위해 탈산작업은 필수적으로 행해져야 하며, 이때 탈산제로서 주로 알루미늄(Al)을 투입하여 산소를 최소화 하고 요구되는 합금철(Fe-Mn등)을 투입한다.
Al탈산작업으로 생성되어지는 탈산생성 개재물량은 전로취련 종료시 용존산 소량에 비례하여 많은 양의 알루미나(Al2O3) 개재물을 용강중에 잔존시키게 된다.
한편, 상기 전로정련후 용강을 티밍레이들로 출강하는 과정에서 철산화물(이하 FeO 라 함)과 망간산화물(이하, MnO 라함)의 합이 20-30중량%에 달하는 전로슬래그가 용강 1톤당 5-10kg 가량 티밍레이들로 혼입하게 되고, 이렇게 혼입된 FeO, MnO가 용강에 존재하는 알루미늄(Al)과 재산화 반응을 일으켜 알루미나가 생성된다.
래들에 출강된 용강은 밥(BAP)공정에서 강중 성분을 균일화 한후에 진공탈가스공정인 알에치(RH)로 이동되어 진공처리작업을 하게 된다. 진공탈가스 공정에서는 개재물의 부상분리와 용강성분의 균일화 및 조정을 실시한 후 연속주조 공정에서 주편을 생산하게 되어진다.
즉, 저탄소강의 제조시 전로 공정에서 Al이용 탈산과 Mn을 투입함에 있어서 저급산화물이 증가하고 있다. 그리고 강중산소[O]저하 및 슬래그(Slag) 탈산으로 인[P]제어가 불안정(복인)하고 탈가스공정에서 합금철을 재차 투입함에 따라 용강중에 저급산화물이 증대되며 원가 상승은 물론 용강의 청정도를 저해하고 연속주조공정에서 노즐의 막힘 현상이 빈번하게 발생하는 문제가 있었다.
즉, 전 산소(total [O]) 농도가 높은 전로공정에서 다량의 탈산처리와 합금철을 투입하게 되면 탈산된 용강이 재산화되어 저급산화물(FeO, Fe2O3, P2O 5, MnO, Al2O3)을 생성시키게 되며, 이러한 저급산화물은 탈가스공정 처리 시간 연장과 환류후에도 용강중그대로 남아 있게돼 결국 전 산소(total [O])를 증가 하게 된다. 연 속주조시에는 이들 개재물들이 집적하여 노즐 막힘 현상을 일으키는 문제가 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 전로 출강중에 탈인효율의 조건을 최적화하고, 슬래그(Slag)중의 저급산화물의 농도를 낮추어서 RH정련처리시 탈탄말기에 망간합금철(Fe-MnH)투입과 탈산전 산소를 최소화된 상태에서 알루미늄(Al)을 투입하므로써 전산소량(Total O) 감소와 인[P]제어능을 향상 시키므로서 청정성이 우수한 저인 저탄소강의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 전로출강~래들슬래그탈산~RH진공탈가스 공정을 통하여 인농도 0.017%이하, 탄소농도 0.015~0.060%를 함유하는 저탄소강을 제조함에 있어서,
전로 종점산소 400ppm이상의 용강을 출강중에 상기 용강에 생석회 및 형석을 투입하여 용강중의 인(P)을 저감시키는 용강 탈린단계와;
상기 출강이 완료된 용강에 슬래그 탈산제를 투입하여 슬래그중의 저급산화물을 환원시키는 슬래그 탈산단계와;
상기 슬래그 탈산단계를 거친 래들내 용강을 감압하에서 상기 RH진공탈가스 공정을 통해 환류시키는 용강 환류단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본발명은 중량%로 C:0.015~0.060%, Si:0.030%이하, Mn:0.15~0.30%, P:0.017%이하, S:0.015이하, 기타 Fe 및 요구에 따라 함유되는 불순물로 조성토록 용강을 정련하는 냉연재의 제조 방법에 있어서, 전로 종점 온도 1640℃~1660℃, 용강중 탄소 함량을 0.02 ~0.070%, 전로 종점산소가 400ppm이상으로 출강하며, 이때 개재물 포집능이 우수한 적정 슬래그 조재와 슬래그중의 저급산화물을 저감 시킬목적으로 출강시에 CaO : 3~5kg/t-s, CaF2 : 0.5~1.0kg/t-s를 투입하여 슬래그 조정 및 탈산을 다음의 반응식과 같이 실시한다.
슬래그 탈산 : 3(FeO) + Al (탈산제) →(Al2O3) + 3Fe
슬래그 조재 : CaCO3 (조재제) →CaO + CO2(g)
상기 CaO 투입량이 3kg/t-s미만, 5kg/t-s를 초과하면 슬래그 조성비(CaO, SiO2, Al2O3)가 저융점 영역에서 벗어나는 문제가 있기 때문에 CaO 투입량은 3~5kg/t-s의 범위가 바람직하다. 또한 CaF2(형석) 투입량이 0.5kg/t-s 미만이 되면 생석회의 유동성이 부족해 저융점 영역으로의 조성이 불량하게 되며, 1.0kg/t-s을 초과해서 투입하게 되면 내화물 침식에 문제를 초래하고 그 이상 투입하는 것은 유동성 부여의 목적으로 투입하기 때문에 의미가 없다.
용강은 슬래그 염기도(CaO /Al2O3=1.4~1.6)상태에서 출강후 RH공정에서 탈탄말기에 망간합금철(Fe-Mn,H) 및 가탄재(선행가탄)를 투입하며, 탈산전 용존산소를 100ppm이하로 낮춘 상태에서 알루미늄(AL)을 이용하여 탈산을 실시한다.
상기 탈산전에 망간합금철(Fe-Mn,H)투입에 의한 저급산화물은 진공조 내부에서 강력한 탈산효과를 나타내는 알루미늄에 의해서 다음 반응식과 같이 환원 작용이 일어나게 된다.
3(MnO)+2[Al]=(Al2O3)+3[MnO]
즉, 전로 출강시에 전로 종점산소가 400ppm이상의 용강을 출강중 생석회를 3∼5㎏/t-s 및 형석을 0.5∼1.0㎏/t-s 투입함에 의해 슬래그(Slag)염기도가 상승되고, 온도가 떨어지는 것을 이용하여 탈린 효율을 극대화 시키고, 망간합금철(Fe-Mn)을 투입하지 않음으로서 슬래그중의 MnO반응을 억재하고 강중 산소를 확보하게 되어 하기의 반응식처럼 탈인[P]반응이 촉진되게 된다.
2P+5O=P2O5
실제로 종전과 같이 출강중에 망간합금철(Fe-Mn,H)을 투입하게 되면 종점에서 600ppm수준의 산소가 저급산화물인 FeO 또는 MnO생성에 의해 300~400ppm로 급격히 감소되게 된다.
상기 P2O5로 제어된 화합물은 출강시 투입되는 생석회(CaO)에 의해 하기의 안정된 화합물을 형성하게 된다.
4CaO+2P+5O=4CaO P2O5
4CaO P2O5를 평형론 적으로 보면 K(평형정수)=a4CaO, P2O5/aCaO4.aP2.aO5 즉, 안정된 화합물인 4CaO P2O5량을 증가시키려면 aCaO4↑및 aO5↑를 증가 시켜야 된다는 논리가 성립하게 된다. 출강후 인[P]제어반응을 원활하게 하려면 강중 산소의 확보(400ppm이상)가 중요하다는 논리가 성립하게 된다.
본 발명의 RH공정은 탈탄~Al탈산~환류과정으로 이루어지는데, Al탈산 전에 개재물의 잔존 억제를 위해서 강중 용존산소[O]를 100ppm이하가 되도록 탈탄처리를 행한다. 여기서 용존산소[O]가 100ppm 을 초과할 경우 탈산 시에 다량의 알루미늄을 사용해야 하므로 탈산후 알루미나(Al2O3) 발생이 많아지기 때문이다.
즉, 본 발명에서는 RH공정에 도착된 용강의 용존산소를 더욱 낮추고 목표범위의 탄소함량을 맞추기 위해 진공상태에서 통상의 방법으로 탈탄작업을 수행한다. 탈탄작업이 수행되는 동안 용존산소와 용존탄소는[C + O → CO(g), C + CO(g) → CO2(g)]의 반응을 통하여 신속하게 제거되며, 용존탄소 함량이 0.020%가 될 때 탈탄작업을 종료하게 된다. 이때 강중 용존산소[O]를 100ppm이하로 낮추기 위해 가탄재를 20㎏정도 보정투입할 수 있다.
계속해서 탈탄말기(탈산전)에 망간합금철(Fe-Mn,H)를 320∼400㎏/t-s 범위로 투입한다. 여기서, 망간을 탈산전과 후에 투입할 수가 있는데, 망간합금철의 투입을 탈산전에 해야되는 이유로는 다음과 같다.
탈산전에 망간합금철을 투입하게 되면, 망간합금철 자체에 함유되어 있는 수천ppm의 개재물과 소량의 불순성분(P, S, N, H등)이 용강 중에 혼입되더라도 탈산하기전의 용강에 투입되므로 수천ppm의 개재물은 망간합금철이 용해되면서 용존산 소와 탄소가 반응하는 사이트(Site)가 되어 용존산소가 낮아지고, 망간(Mn)의 일부는 산화물(MnO)이 생성되지만 탈산후에는 다시 환원(3MnO+2Al=Al2O3+3Mn)되어 망간 성분조정에는 별문제가 없다.
또한, 소량의 함유불순원소는 탈산전 상태의 용강이므로 탈탄(CO 가스발생)반응시 동반하여 N2, H2O 등으로 형태 제거될 수가 있다. 그리고 일부 생성된 저급 산화물(FeO, MnO)은 대부분 진공조 내부로 부상되어 탈산시 환원되므로 품질(산소저감)에는 매우 효과적이라고 볼 수가 있다.
상기 용존산소의 탈산은 알루미늄을 180∼190㎏/t-s 투입하여 탈산하고, 통상의 방법으로 용강을 환류시켜서 일부 생성된 저급 산화물(FeO, MnO)은 대부분 진공조 내부로 부상시킨다. 따라서 탈산후 강중 전산소량(Total Oxygen)이 10∼12ppm으로 되도록 감소시키므로서 고청정성을 확보할 수 있다.
이하 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시 예)
중량%로 C:0.020%, Si:0.020%이하, Mn:0.15~0.30%, P:0.017%이하, S:0.015이하, 기타 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된 용강을 통상의 방법으로 전로 종점 온도 1640℃~1660℃, 용강중 탄소 함량을 0.02 ~0.070%로 정련후 출강과 RH 공정에 있어서 표 1과 같이 슬래그 조정 및 탈산을 실시한다.
구분 전 로 RH진공탈가스 조업
출강시 슬래그 조정 및 탈산 출강시 합금철 투입 처리 방법 처리후
종래 의 방법 기존 과 동일 CaO : 3∼5㎏/t-s CaF2 :0.5∼1.0㎏/t-s CaCO3 : 400∼500㎏ Fe-Mn : 400∼500㎏/ch 1) 탈탄실시 2) 탈산(Al) : 240∼250㎏ 3) 탈산조건 [O] : 200∼250ppm [C] : 200ppm(예측) 4) Fe-Mn(M) : 100㎏ 가탄재 보정 : 15㎏ 슬래그 2차 탈산
본 발명 의 방법 기존 과 동일 기존과 동일 미투입 1) 탈탄실시 2) 탈탄말기 Fe-Mn(H) : 320∼400㎏ 3) 탈산(Al) : 180∼190㎏ 4) 탈산조건 [O] : 200∼250ppm [C] : 200ppm(예측) * 필요시 가탄재 보정투입 : 20㎏ 슬래그 2차 탈산
상기와 같은 조업을 실시하므로써 얻어진 결과, 즉 전로 출강시 Fe-Mn(H)을 투입하지 않고 RH 공정에서 탈탄말기에 Fe-Mn(H)의 적정량 투입과 탈산제의 소량 투입으로 전로 종점에서 인[P]의 함량과 산소함량이 종전과 발명의 대비 같은 조건이었지만 후공정인 버블링 스탠드(B/S)와 RH 공정에서의 용강 탈[P]능 향상효과에 따른 [P]거동과 강중 산소의 추이를 표 2의 a,b에 나타 내었다.
a) 전로 종점에서 인[P]이 같은 조건하에서 후공정 인[P]의 추이
구분 전로종점 B/S RH도착 RH출발 연주소강 비고
종전 0.017% 0.012% 0.013% 0.013% 0.014%
본 발명 0.017% 0.008% 0.010% 0.011% 0.011%
b) 전로 종점에서 산소가 같은 조건하에서 후공정 산소의 추이
구분 종점산소 RH도착산소 RH탈산전 강중Total[O](Slab)
종전 700ppm 350ppm 250ppm 15~18ppm
본 발명 700ppm 420ppm 100ppm이하 10~12ppm

상기 표 2의 a에서 보는 바와 같이 본 발명은 종전과 대비 전로 종점에서는 인[P]의 함량이 0.017wt%로 같은 조건이었지만 출강후 버블링 스탠드, RH공정 및 연주소강에서 인[P]의 함량이 뚜렷하게 감소함으로써 탈인[P]율이 증가함을 볼 수 있으며, 종전에는 오히려 복인[P]이 상당량 더 일어남을 알 수 있다. 또한 강중 토탈[O]에 있어서도 처리과정을 거칠 수록 같은 경향을 볼수 있는데, 다만 RH도착 산소가 종전보다 많은 이유는 종전에는 전로 출강시에 Fe-Mn(H)을 투입하지만 본 발명에서는 RH공정의 탈탄말기에 투입되기 때문이다.
즉, 상술한 바와 같이, 전로에서 출강시 강중 인[P]와 산소[O]와의 반응을 최대화 시키므로서 탈인조건(저온, 산소농도↑, 고염기도)만족에 의한 극저린 저탄소강 생산을 가능 하게 되었고, 진공탈가스 조업시 탈탄말기에 망간(Fe-Mn)투입을 하여 발생되는 일산화 탄소(CO)가스를 이용하여 저급산화물의 분리부상을 촉진시키고 분리부상된 저급 산화물을 진공조 내부에서 탈산을 실시하여 용강 청정도(Total-[O]↓)를 향상과 실수율 향상에 따른 원가절감효과를 얻을수 있었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전로에서 출강시 망간합금철(Fe-Mn)을 투입하지 않고 강중인[P]와 산소[O]와의 반응을 최대화 시키므로서 탈인조건(저온 ,산소농도↑,고염기도)만족에 의한 고청정 저린 저탄소강 생산을 가능 하게 되었고 후공정 망간 투입으로 실수율 향상에 따른 원가절감효과를 얻을수 있었다.
또한, 진공탈가스 조업시에는 탈탄말기에 망간(Fe-Mn)투입을 하여 발생되는 일산화 탄소(CO)가스를 이용하여 저급산화물의 분리부상을 촉진시키고 발생,부상된 저급 산화물을 진공조 내부에서 탈산을 실시하여 용강 청정도(Total-[O]↓)를 향상을 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 전로출강~래들슬래그탈산~RH진공탈가스 공정을 통하여 인농도 0.017%이하, 탄소농도 0.015~0.060%를 함유하는 저탄소강을 제조함에 있어서,
    전로 종점산소 400ppm이상의 용강을 출강중에 상기 용강에 생석회 및 형석을 투입하여 용강중의 인(P)을 저감시키는 용강 탈린단계와;
    상기 출강이 완료된 용강에 슬래그 탈산제를 투입하여 슬래그중의 저급산화물을 환원시키는 슬래그 탈산단계와;
    상기 슬래그 탈산단계를 거친 래들내 용강을 감압하에서 상기 RH진공탈가스 공정을 통해 환류시키는 용강 환류단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 고청정 저인 저탄소강의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전로 출강중 용강 탈린단계는 출강중에 투입되는 생석회와 형석을 용강 1톤에 대하여 각각 3~5kg와 0.5~1.0kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 고청정 저인저탄소강의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 슬래그 탈산단계는 전로출강이 완료된 래들내 용강상부의 슬래그에 슬래그 탈산제를 용강 1톤에 대하여 1.0~2.5kg을 투입하여 용강중 용해산소를 감소시키지 않으면서 슬래그중 함유 저급산화물인 FeO를 3%이하로 낮추는 것을 특징으로 하는 고청정 저인 저탄소강의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 RH공정은 탈탄~Al탈산~환류과정으로 구성되며, 탈탄말기에 망간합금철을 용강 1톤에 대하여 320~400kg을 투입하여 용강중 개재물소스가 되는 용존산소를 100ppm이하로 낮추면서 망간합금철중의 불순물의 영향을 최소화하는 것을 특징으로 하는 고청정 저인 저탄소강의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 RH공정의 Al탈산은 알루미늄을 용강 1톤에 대하여 180~190kg을 투입하여 탈산하고, 탈산후 용존산소가 10∼12ppm으로 되는 것을 특징으로 하는 고청정 저인 저탄소강의 제조방법.
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