KR100901966B1

KR100901966B1 - 저탄소 고질소강의 정련방법

Info

Publication number: KR100901966B1
Application number: KR1020020085788A
Authority: KR
Inventors: 조길동; 유철종; 김해원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-28
Filing date: 2002-12-28
Publication date: 2009-06-10
Also published as: KR20040059207A

Abstract

본 발명은 저탄소강의 전로 노내 취련 과정에서 노내의 탈탈과 산화 반응등 일련의 야금학적인 노내 반응에 불평형을 초래하지 않으면서 용강중의 질소를 많은양 흡질시켜 고질소강으로 정련하는 방법에 관한 것으로서,

전로정련중 취련을 개시후 상취 랜스를 통해 산소를 취입하고, 저취노즐을 통해 용강에 질소가스를 5.6~8.5N㎥/min로 취입하여 용강중 질소성분을 첨가하는 단계; 상기 취련 90% 시점에서 랜스 상부 산소라인에 연결된 질소라인을 통해 일정량의 산소와 질소를 혼합하여 취입하고, 상기 랜스를 용탕으로부터 높이를 조정하여 용강과 공급되는 질소와의 반응계면적을 넓이기 위한 취련패턴을 설정하여 취련을 완료하는 단계; 이후의 공정에서는 일반적인 출강후 합금철을 투입하고 버블링공정에서는 측온, 샘플링만 실시하며, 진공탈가스공정에서는 환류 및 성분 미세조정을 실시하는 저탄소 고질소강의 정련방법을 특징으로 한다.

저탄소강, 고질소강, 취련패턴

Description

저탄소 고질소강의 정련방법{Refining method of low carbon high nitrogen steel}

도 1은 전로의 취련상태를 도시한 개략도로서,

a는 종래의 산소 취입상태를 나타낸 그림,

b는 본 발명의 질소와 산소가 혼합되어 취입되는 상태를 나타낸 그림.

도 2의 a는 종래의 취련패턴을 이용했을 경우 화점을 나타낸 사진이며, b는 본 발명의 취련패턴을 이용했을 경우 화점을 나타낸 사진.

도 3의 a는 종래의 취련패턴을 도시한 도표이며, b는 본 발명의 취련패턴을 도시한 도표.

도 4는 본 발명의 정련공정을 나타낸 플로우도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 전로 2: 저취 노즐

3: 산소랜스 4: 산소 에이치에스 밸브

5: 산소 유량 제어밸브 6: 질소 에이치에스 밸브

7: 질소 유량 제어밸브 8: 체크밸브

9: 용강 10: 슬라그

본 발명은 저탄소 고질소강의 정련방법에 관한것으로서, 보다상세하게는 탄소함량이 0.05~0.08중량%, 질소함량이 0.007~0.013중량%의 저탄소 고질소 규제강의 전로 정련작업중 취련 90%시점에서 질소와 산소를 혼합하여 취입하는 저탄소 고질소강의 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시한 바와 같이 전로의 정련작업은 전로 취련개시를 하면 랜스(3)가 하강되면서 산소 에이치에스(High Speed Valve)밸브(4)가 열리고 취련패턴에 따라 산소 유량제어밸브(5)에 의해서 산소가 공급되면서 고로에서 출선된 용선중의 불순물을 제거하며, 전로하부에 설치된 저취노즐(2)를 통하여 불활성가스를 취입하여 용강을 교반시켜 반응을 촉진시킨다.

종래의 저탄소 고질소강의 정련을 위해서 질소성분을 첨가하는 방법은 먼저 진공탈가스장치에서 환류가스로 질소를 첨가하는 방법이 있다.

그러나, 이 방법은 진공탈가스처리시 50~70 torr정도의 감압상태를 유지하면서 환류가스로 질소를 첨가하기 때문에 용강의 흡질반응과 탈질반응이 동시에 진행되고, 용강중의 질소성분 증가속도가 상대적으로 낮아서 용강 제조시간이 과다하게 소요되어 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 진공탈가스설비를 사용함에 따른 용강의 제조원가상승의 문제점이 있다.

또한, 버블링공정에서 상부에서는 랜스를 이용하여 0.9~1.1N㎥/min의 질소를 공급하고, 하부에서는 하부노즐을 통해서 0.5 N㎥/min의 질소를 공급하면서 질소를 첨가시키는 방법을 들수 있다.

그러나 이 방법에 있어서도 용강중의 질소를 2.13PPM/min정도 상승시키기 위해서는 처리시간이 10분이상 소요되어 생산성을 저하시킬 뿐만 아니라 추가로 버블링공정에서 질소를 공급하기 때문에 용강의 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출된것으로서, 전로 취련단계에 질소를 산소와 혼합하여 공급할수 있도록 취련패턴을 설정하여 취련정련작업중에 용강중의 질소를 상승시켜서 저탄소 고질소강을 제조함으로써, 버블링공정 및 진공탈가스고정에서의 질소취입을 생략하여 생산성 향상과 용강의 제조원가를 저감시키는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본발명은 전로정련중 취련을 개시후 상취 랜스를 통해 산소를 취입하고, 저취노즐을 통해 용강에 질소가스를 5.6~8.5N㎥/min로 취입하여 용강중 질소성분을 첨가하는 단계; 상기 취련 90% 시점에서 랜스 상부 산소라인에 연결된 질소라인을 통해 일정량의 산소와 질소를 혼합하여 취입하고, 상기 랜스를 용탕으로부터 높이를 조정하여 용강과 공급되는 질소와의 반응계면적을 넓이기 위한 취련패턴을 설정하여 취련을 완료하는 단계; 이후의 공정에서는 일반적인 출강후 합금철을 투입하고 버블링공정에서는 측온, 샘플링만 실시하며, 진공탈가스공정에서는 환류 및 성분미세조정을 실시하는 저탄소 고질소강의 정련방법을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본발명은 전로정련중 전로(1)의 저취노즐(2)을 통해 용강에 질소가스를 5.6~8.5N㎥/min로 취입하여 용강중 질소성분을 첨가하는 단계에서는 전로정련작업중 저취를 통해서 공급되는 총질소는 280~320N㎥이고 전로종점에서의 용강중의 질소수준은 85~93PPM수준으로 저탄소 고질소 규제강인 70~120PPM보다는 평균적으로 적게 취입종료된다.

취련 90% 시점에서 랜스상부에 연결된 질소라인을 통해 질소를 산소와 혼합하여 45∼55N㎥/min으로 취입 하도록하고, 또한 용강과 공급되는 질소와의 반응계면적을 넓이기 위한 취련패턴을 설정하여 질소를 취입하여 취련을 완료하는 단계에서는 도의 b에 도시한 바와 같이 랜스(3) 후단에 기존의 산소라인에 질소라인을 연결하고, 체크밸브(8), 질소에이치에스밸브(6), 질소유량제어밸브(7)을 차례로 설치하였다.

즉, 본발명은 도3의 b에 도시한 바와같이 취련패턴을 설정하여 취련작업말기인 90%시점에서 도3의 a 종래 대비 랜스높이를 용탕(용강)으로부터 10Cm에서 20Cm까지상승시켰으며, 또한 산소유량도 70N㎥/min에서 130N㎥/min까지 상승시키면서 질소를 질소를 45∼55 N㎥/min의 범위로 공급하도록 하였는데, 이것은 다음과 같은 흡질속도공식(1)에 의해서 취련패턴을 설정하게 되었다.

d[%N]/dt = K_L

(A/V)[%N]s - [%N] …………(1)

K_L

:겉보기 물질이동계수(Cm/sec)

A:반응계면적(c㎥)

V:용철의 체적(c㎥)

[%N]s.[%N]:각각 질소의 평형농도 및 실제농도

상기와 같은 식(1)에 의해서 용강중에서 질소를 흡입하게 되는데, 질소는 탄소와 같이 침입형원자로서, 용강중의 탄소가 많이 존재할 경우에는 질소의 흡입에는 한계를 가지게 되는데, 취련 90%시점에서는 용강중의 탄소가 0.06~0.08%수준으로 질소의 흡입을 아주 잘 할수 있다. 또한 공급하는 질소유량 및 물질의 이동계수는 일정하기 때문에 반응 계면적을 넓혀줄 필요성이 있다. 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 종래의 취련패턴(도3-a)으로 취련했을 경우에는 화점(용강의 반응계면적)이 좁은데, 이 반응 계면적은 산소유량 및 산소랜스(3)의 높이에 따라 결정된다.

즉, 도2의 a에 되시된 종래의 화점에서는 취련중 산소랜스(3)에 의해서 공급되는 산소가 용강(9)과 반응할수 있는 계면적이 좁아 슬라그(10)에 의해서 흡질속도가 빠르게 진행되지 않기 때문이다.

이에 비해 본 발명은 도2의 b에 도시한 바와 같이 화점, 즉 용강(9)의 반응계면적을 넓이기 위해서 흡질반응이 아주 잘 일어나는 시기인 90%시점에서 산소유량을 기존 패턴 대비 70N㎥/min에서 130N㎥/min까지 상승시켰으며, 산소랜스(3)의 높이도 10Cm에서 20Cm까지 상승시켜 용강(9)의 계면적을 넓게 하고, 또한 질소를 45∼55 N㎥/min의 범위로 취입하도록 하여 흡질속도를 상승시키도록 하였다.

이하, 본발명의 실시에 대하여 상세히 설명한다.

(실시예)

본 발명의 실시예에서는 표 1과 같은 저탄소 고질소규제강(N:70~120PPM)의 용강을 제조하기 위해 250Ton전로(1)에서 종래예와 본 발명의 취련패턴을 사용하여 최종 소강의 질소[N]성분을 조사하였다.

성분	C	Mn	Si	P	S	Al	N
중량%	0.05~0.08	0.3~0.5	0.1이하	0.015이하	0.015이하	0.02~0.06	0.007~0.012

종래예는 도 3의 (a)에 도시한 취련패턴을 사용하여 전로정련작업을 완료한후 전로종점의 [N]성분을 분석하고, 버블링공정에서 상부에서는 랜스를 이용하여 질소를 0.9~1.1N㎥/min로 공급하고, 하부에서는 하부 노즐을 통해서 0.5 N㎥/min의 질소를 공급하여 15분정도 처리한 후의 [N]성분 실적과 최종 소강의 [N]성분 실적을 표 2에 나타내었다. 표 2에서 알 수 있듯이 버블링처리후의 질소[N]는 90~95PPM 범위로 나타났으며 소강에서의 질소[N]는 버블링처리후의 질소[N]보다 1~2PPM정도 상승됨을 알수 있었다.

	전로종점[N]성분(PPM)	버블링처리후[N] 성분(PPM)	소강[N]성분
종래예1)	55	90	91
종래예2)	61	96	97
종래예3)	58	93	95
종래예4)	57	93	94
종래예5)	60	95	97
종래예6)	59	94	96
종래예7)	60	95	96
종래예8)	61	95	97
종래예9)	59	94	97
종래예10)	60	95	96

본 발명의 실시예는 도 3의 (b)에 도시한 취련패턴을 사용하여 전로 정련 중 저취 노즐을 통해 용강에 질소가스를 6.5∼8.5N㎥/min로 취입한 다음, 취련 90% 시점에서 랜스 상부에 연결된 산소와 질소라인을 통해 산소를 920∼980 N㎥/min, 질소를 45∼55 N㎥/min의 범위로 혼합하여 취입하였는 데, 이때 산소와 질소를 취입하는 랜스의 용탕에서의 높이를 190∼200㎝로 조정하여 10분정도 처리한 후 전로종점[N]성분 실적, 진공탈가스공정[N]성분 실적 및 최종 소강의 [N]성분 실적을 표 3에 나타내었다.

상기 저취 노즐을 통해 취입되는 질소 가스를 상기한 수치로 한정을 하는 것은 6.5N㎥/min 미만의 과소량을 취입시에는 철정압에 의해서 저취 노즐이 막힘이나 펑크가 발생될 우려가 있으며, 8.5N㎥/min 초과의 수치로 늘리지 않는 것은 저취노즐로부터 취입되는 질소로 인하여 노내 다른 화학성분의 야금학적인 반응에 불평형을 초래하기 때문이다.

상기 취련 90% 싯점은 탈탄 반응이 완료되는 시기로서, 용강의 계면적을 넓혀줄 수 있고, 노내 취입되는 질소가 가능한 용강에 많이 침투 될 수 있는 효과를 가진다.

이후의 공정에서는 도 4에 도시한바와 같이 버블링공정에서는 측온, 샘플링만 실시하고, 진공탈가스공정에서는 환류 및 성분미세조정을 실시하였다.

여기서 진공탈가스공정에서의 [N]성분 실적은 별도의 질소를 취입하지 않아도 전로종점[N]성분과 동등수준을 유지하였으며, 소강의 [N]성분 실적에서 보면 상기 표 2의 종래예 실적 대비 5PPM정도 낮은 수준이었으나 표 1에 나타낸 고질소강 성분규격에 만족하는 실적을 얻을 수 있었다.

	전로종점[N]성분(PPM)	진공탈가스공정 [N]성분(PPM)	소강[N]성분
실시예1)	87	87	89
실시예2)	88	88	90
실시예3)	92	92	94
실시예4)	87	87	89
실시예5)	91	91	92
실시예6)	93	93	95
실시예7)	87	87	88
실시예8)	86	86	88
실시예9)	90	90	92
실시예10)	91	91	92

상기와 같은 본 발명에 의하면, 전로정련작업 취련 90%시점에서 질소와 산소를 혼합하여 취입하는 취련패턴을 적용하여 전로정련 작업중에서 저탄소 고질소강을 생산함으로서, 그동안 노외정련공정에서 질소실적을 분석하고, 적정 성분범위보다 낮게 실적치가 되는 경우에는 질소를 취입하면서 용강중의 질소농도를 상승시키는 단계를 생략하여 생산성이 향상될 뿐만 아니라 용강의 제조원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있었다.

Claims

탄소함량이 0.05~0.08중량%, 질소함량이 0.007~0.013중량%의 저탄소 고질소 규제강의 전로 정련방법에 있어서,

전로정련중 취련을 개시후 상취 랜스를 통해 산소를 취입하고, 전로 취련 초기에서 취련 말기 90%에 이르기전까지 저취노즐을 통해 용강에 질소가스를 5.6~8.5N㎥/min로 취입하여 용강중 질소성분을 첨가하는 단계;

하기 흡질속도공식(1)에 의해서 설정되는 취련패턴에 의해 상기 취련 90% 시점에서 랜스 상부 산소라인에 연결된 질소라인을 통해 일정량의 산소와 질소가스를 혼합하여 취입하고, 상기 랜스를 용탕으로부터 높이를 조정하여 취련을 완료하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 저탄소 고질소강의 정련방법.

d[%N]/dt = K_L
(A/V)[%N]s - [%N] …………(1)

K_L
:겉보기 물질이동계수(Cm/sec)

A:반응계면적(c㎥)

V:용철의 체적(c㎥)

[%N]s.[%N]:각각 질소의 평형농도 및 실제농도
제 1항에 있어서,

상기 취련 90% 시점에서 취입되는 산소와 질소가스량은 산소를 920∼980 N㎥/min, 질소를 45∼55 N㎥/min의 범위로 혼합하여 취입하는 저탄소 고질소강의 정련방법.
제 1항에 있어서,

상기 취련 90% 시점에서 산소와 질소가스를 취입하는 랜스 높이는 용탕에서 190∼200㎝ 이격되는 것을 특징으로 하는 저탄소 고질소강의 정련방법.