KR100905583B1 - 소음치를 이용한 슬래그 두께 측정방법 및 용강의 탈황방법 - Google Patents

소음치를 이용한 슬래그 두께 측정방법 및 용강의 탈황방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미니밀 프로세스에서의 제강공정 중 2차 처리공정인 LF(Ladle furnace)에서 탈황처리 시 슬래그의 두께를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 소음치를 이용하여 슬래그의 두께를 정확히 측정할 수 있는 슬래그 두께 측정방법 및 아킹 소음치를 이용하여 황농도를 신속히 확인하므로써 LF에서의 탈황효율을 높일 뿐만 아니라 탈황시간을 단축할 수 있는 용강의 탈황처리 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음을 측정하고, 이 측정된 소음치를 이용하여 슬래그 두께를 측정하는 방법 및 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치를 측정하고, 이 측정된 소음치를 이용하여 용강의 탈황시간을 결정하는 용강의 탈황처리 방법을 그 요지로 한다.
본 발명에 의하면, 탈황처리시간을 비약적으로 단축시킬 수 있으며 전력 및 내화물의 용손에 의한 에너지 및 내화물 원단위를 크게 절감할 수 있음은 물론 용강으로의 질소의 혼입을 저감하여 후공정에서의 처리부하를 대폭적으로 줄일 수 있다.
소음, 슬래그, 두께, 탈황

Description

소음치를 이용한 슬래그 두께 측정방법 및 용강의 탈황방법{Method for Measuring Thickness of Slag and Method for Desulfurizing Molten Steel Using Noise Value}
본 발명은 미니밀 프로세스에서의 제강공정 중 2차 처리공정인 LF(Ladle furnace)에서 탈황처리 시 슬래그의 두께를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소음치를 이용하여 슬래그 두께를 측정하는 방법 및 용강을 탈황처리하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강 중에 황이 과량으로 존재하는 경우 크랙(Crack)이 발생하는데, 이는 강 중의 황이 FeS라는 황화물을 형성하고 이 FeS는 메트릭스(Matrix)인 Fe 입계에 석출되어 FeS막을 형성하여 고온에서 강재를 취약하게 함에 기인한 것이다.
상세하게 설명하면, 900~1050℃사이에서는 Fe 입계에 석출된 FeS막이 취약의 원인이 되며(적열취성), 1050℃이상에서는 FeS막이 용해하기 시작하여 강재를 취약하게 만드는 것(백열취성)으로 알려져 있다.
또한, 석유수송관, 유정관 등의 파열, 균열과 같은 결함은 압연방향으로 연신된 황화물(통상, MnS)에 의해 유발되므로 유황쾌삭강과 같은 특수목적의 일부 강종을 제외하고는 용강의 제조과정에서의 황의 농도를 가급적 낮게 유지해야만 한다.
통상, 강 중의 황의 제거는 슬래그와 용강간의 반응에 의해 이루어지며, 이러한 탈황작업은 용광로내에서 철광석을 원료로 하여 제조된 용선단계에서 실시하는 용선탈황작업과 2차 정련공정에서 실시하는 용강탈황작업으로 대별된다.
일반적으로 용선을 주원료로 하여 강재를 생산하는 용광로-전로법에서는 용선단계에서 일정정도(통상 0.010~0.015%)의 탈황작업을 실시한 후(용선예비처리), 최종 강재의 사용목적에 따라 2차 정련공정에서 그 이하 수준의 용강탈황을 실시한다.
이에 반하여, 고철을 주원료로서 용해하여 용강을 제조하는 전기로 법을 채택하고 있는 미니밀 프로세스는 고철을 주원료로 사용하고 예비처리 등의 전처리 단계가 없기 때문에 장입된 황의 농도편차가 크며, 아울러 전기로의 특성상 노내가 산화성 분위기인 관계로 전기로에서의 탈황은 거의 이루어지지 않는 것으로 알려져 있다. 따라서, 전기로에서 래들로 출강된 용강이 미니밀 프로세스의 2차 정련공정인 LF에 도착시 용강중 황농도는 0.02∼0.025wt%로 기존 고로공정의 LF에서 처리되는 초기황의 농도 0.012 wt%에 비해 약 2배 정도 높다.
또한, 미니밀 프로세스는 4.0m/min의 고속의 주조속도로 연속주조하는 것을 그 특징으로 하기 때문에 탈황처리가 완료된 용강의 황농도가 0.007wt%이상시 주조성이 열화되고 주편품질저하[에지 크랙(Edge crack)발생]를 유발할 가능성이 아주 높다. 그러므로, 강중 황농도는 LF처리후 통상 0.005wt%이하가 되도록 제어되어야만 한다.
미니밀 프로세스에서의 용강의 탈황작업은 크게 2단계로 이루어진다.
즉, 제 1단계는 용강중의 황과 반응할 수 있는 최적조건(슬래그 중 T.Fe+MnO wt%≤1.5, (CaO%/Al2O3%) = 1.5~1.7)을 갖는 슬래그[이하, 탑 슬래그(Top slag)라 한다]를 조재하는 것이며, 제 2단계는 상기 탑 슬래그와 용강간의 반응이 빠르고 용이하게 이뤄질 수 있도록 반응계면적 증가를 위해 용강의 적정교반을 실시하는 것이다.
이에 따라서 종래의 미니밀 프로세스에서는 전기로에서 용해된 용강을 레이들로 출강시 탈산제인 알루미늄을 첨가하여 슬래그중의 T.Fe+MnO의 농도를 1.5wt%로 유지시킨 후 2차정련공정인 LF로 용강을 이송하였으며, 이때 LF는 탈황작업을 위해 도착된 용강을 4℃/min의 속도로 일정온도까지 승온시키기 위하여 3상전극봉을 이용하여 승온작업을 실시하면서 적정비율의 생석회를 용강에 투입하므로써 탈황을 위한 탑 슬래그를 조재하였다.
그리고 적정두께의 탑 슬래그의 조재완료 후 LF내의 용강 중 황 농도를 0.005wt%이하로 제어하기 위하여 소위 바이 패스(by-pass)라 불리우는 고압(18~20kgf/cm2)의 아르곤 가스를 래들 바닥에 구비되어 있는 다공성 내화물인 포러스 플러그(Porous Plug)를 통하여 장시간 취입하므로써 용강-슬래그간의 반응을 촉진시켜 강 중의 황을 슬래그중으로 제거하였다.
최근 미니밀 전기로 조업방법에 있어서 경처리 조업증가로 인하여 전기로에서 출강된 용강은 경처리(전기로에서 미탈산으로 출강)의 경우 LF에서 탈산, 승온 및 탈황처리를 하고 중처리(전기로에서 탈산되어 출강)의 경우 LF에서 승온, 탈산 및 탈 황순으로 처리를 하게 된다.
탈황처리는 탈산과 승온작업을 마친 후 래들내의 용강의 온도와 샘플을 채취하기 위해 샘플링 장치에 장착된 프로브(Probe)를 용강 중에 침적시켜 샘플을 에어 배관으로 구성된 에어 슈터를 이용하여 분석실에 보내면 샘플을 분석(10분소요)하여 분석결과를 LF 작업자에게 통보하는 방법으로 황 농도를 측정하는 방법을 적용하였다.
그러나, 상기한 바와 같이 샘플링 장치를 이용하여 분석실에서 분석결과를 통보받아 탈황작업을 실시하는 방법은 분석시간이 10분 정도 소요되어 장시간처리에 의한 용강온도의 저하, 강교반에 의한 내화물과 포러스 플러그(3)의 용손에 의한 래들 수리 기간 단축(고로밀 60~65회 사용 대비 미니밀은 34회 사용) 및 대기로 부터의 질소의 혼입으로 인한 격외(성분범위에서 벗어나는 현상)발생 등의 단점이 많다.
고숙련자의 경우 슬래그 중에 침적된 샘플링 장치의 프로브에 뭍은 슬래그의 색상을 판별하여 황농도를 판정하고 있으나 기준이 정립되어 있지 않아 탈황처리시간이 길어지는 문제가 있다.
최근에는 탈황작업은 슬래그 양에 절대적인 영향을 받는다는 것을 감안하여 파이프를 슬래그중에 침적시켜 슬래그의 두께를 측정하여 황농도를 판정하는 방법을 사용하기도 한다.
그러나 수동 측정시 고온의 용강에 근접하여야 하므로 안전 사고의 위험이 있으며, 슬래그 양을 정량적으로 판별할 수 있는 대체 지표가 없어 조업에 적용하기가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
전극봉을 용강래들의 슬래그중에 침적하여 승온시 발생되는 아킹 소음치를 이용하여 슬래그의 두께를 정확히 측정할 수 있는 슬래그 두께 측정방법 및 아킹 소음치를 이용하여 황농도를 신속히 확인하므로써 LF에서의 탈황효율을 높일 뿐만 아니라 탈황시간을 단축할 수 있는 용강의 탈황처리 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 3상 전극봉을 슬래그가 덮여 있는 용강에 삽입하여 아킹열을 이용하여 용강을 승온할 때, 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음을 측정하고, 이 측정된 소음치를 이용하여 슬래그 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 소음치를 이용한 슬래그 두께 측정방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 미니밀 프로세스에서의 제강공정 중 2차 처리공정인 LF(Ladle furnace)에서 3상 전극봉을 용강에 삽입하여 아킹열을 이용하여 용강을 승온하고, 탈산처리한 후, 탈황처리 하는 방법으로서, 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음을 측정하고, 이 측정된 소음치를 이용하여 용강의 탈황시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 소음치를 이용한 용강의 탈황처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 소음치를 이용하여 슬래그의 두께를 정확히 측정할 수 있을 뿐만 아니라 슬래그 두께에 따른 아킹 소음치를 이용하여 실제 탈황기준을 정립하므로써 탈황작업시 샘플을 채취하지 않고 용이하게 탈황처리를 가능하게 하므로써 탈황처리시간을 비약적으로 단축시킬 수 있으며 전력 및 내화물의 용손에 의한 에너지 및 내화물 원단위를 크게 절감할 수 있음은 물론 용강으로의 질소의 혼입을 저감하여 후공정에서의 처리부하를 대폭적으로 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은, 제철소의 제강공정에 적용되는 것으로서, 바람직하게는 고철을 주원료로 하여 용강을 생산하는 전기로, 상기 전기로로부터 출강되는 용강을 수강하는 래들 및 상기 래들내의 용강을 승온,탈산,탈황시키는 LF를 포함하는 미니밀 프로세스에 적용되는 것이다.
도 1에는 용강(3)이 수강된 래들(1)과 3상 전극봉(2)이 개략적으로 나타나 있다.
도 1에서, 부호 "4"는 슬래그를 나타낸다.
도 2에는 본 발명에 바람직하게 적용되는 LF(Ladle furnace)의 일례가 개락적으로 나타나 있으며, 상기 LF(Ladle furnace)(10)에는 도 1의 래들(1) 및 3상 전극봉(3)(도시되어 있지 않음)과 소음측정기(5) 및 소음표시부(6)가 구비되어 있다.
상기 소음측정기(5)는 3상 전극봉(2)을 용강에 삽입시 발생되는 소음치를 잘 수신할 수 있는 위치에 구비시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 미니밀 프로세스에서의 제강공정 중 2차 처리공정인 LF(Ladle furnace)에서 3상 전극봉(2)을 용강(3)에 삽입하여 아킹열을 이용하여 용강(3)을 승온하고, 탈산처리한 후, 탈황처리 시 3상 전극봉(2)을 용강에 삽입시 발생되는 소음를 소음측정기(5)로 측정하고, 이 측정된 소음치를 이용하여 슬래그(4)의 두께를 측정한다.
바람직하게는, 본 발명에서는 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치가
95dB 이하인 경우에는 슬래그 두께를 270∼300mm, 95~97dB인 경우에는 슬래그 두께를 240∼270mm, 98~101dB인 경우에는 슬래그 두께를 220∼240mm, 102~104dB인 경우에는 슬래그 두께를 140∼220mm, 104dB 초과인 경우에는 슬래그 두께를 140mm이하로 평가한다.
본 발명에 따라 탈황처리하기 위해서는 미니밀 프로세스에서의 제강공정 중 2차 처리공정인 LF(Ladle furnace)공정에서 3상 전극봉(2)을 용강(3)에 삽입하여 아킹열을 이용하여 용강을 승온하고, 탈산처리한 후, 탈황처리한다.
전기로에서 출강되는 용강은 통상, 전기로에서 Al을 절감하기 위하여 Al을 투입하지 않고 후공정인 LF에서 Al을 투입하여 탈산작업을 행하는 경처리 용강과 전기로에서 Al을 투입하여 탈산처리를 행한 중처리 용강으로 출강되므로 경처리/중처리별로 탈황상태에 따라 탈황처리시간의 차이가 발생한다.
또한, 필요에 따라 합금철 및 부원료를 투입한다.
본 발명은 중량%로, C: 0.2%이하, Si: 0.03%이하, Mn: 0.8%이하, P: 0.02%이하, S: 0.007%이하, 및 Sol. Al: 0.08%이하를 함유하는 강을 제조하기 위하여 LF(Ladle furnace)공정에서 1차 탈황하는 공정에 바람직하게 적용된다.
상기 용강의 승온 및 탈산처리는 통상적인 방법에 의하여 행한다.
바람직하게는 상기 탈산 후의 용강 중의 황(S) 함량은 0.05%이하로 그리고 용강의 온도는 1540℃이상으로 관리하는 것이 바람직하다.
또한, 경처리 용강인 경우에는 상기 탈산 후의 용강 중의 Sol. Al의 함량은 0.04%이하이고, 중 처리 용강인 경우에는 상기 탈산 후의 용강 중의 산소의 함량은 0.01∼0.06%인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에서는 경처리 용강인 경우에는 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치가 95dB 이하인 경우에는 탈황시간을 1.5∼4분, 95~97dB인 경우에는 탈황시간을 4분 초과∼7분, 98~101dB인 경우에는 탈황시간을 7분 초과∼9분, 102~104dB 인 경우에는 탈황시간을 9분 초과∼12분, 104dB 초과인 경우에는 탈황시간을 12초과∼18분으로 설정한다.
바람직하게는, 본 발명에서는 중처리 용강인 경우에는 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치가 95dB 이하인 경우에는 탈황시간을 0.5∼1.5분, 95~97dB인 경우에는 탈황시간을 1.5분 초과∼3분, 98~101dB인 경우에는 탈황시간을 3분 초과∼5분, 102~104dB인 경우에는 탈황시간을 3분 초과∼5분, 104dB 초과인 경우에는 탈황시간을 5분 초과 ∼9분으로 설정한다.
상기와 같이, 탈황시간은 탈황 후의 용강 중 황의 함량 및 용강 중 Si 함량 등을 고려하여 제한된다.
본 발명에서는 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치를 측정하고, 그 측정치에 따라 탈황시간을 설정하여 그 시간 동안 탈황처리를 행한다.
즉, 본 발명에서는 용강 샘플링 과정을 거치지 않고서도 전극 아킹 소음치를 슬래그 두께별로 정립화함으로써 탈황작업을 조기에 완료할 수 있다.
일반적으로 용강 탈황은 아래와 같은 반응식에 의해 이루어진다.
[3CaO + 2Al + 3S →3CaS + Al2O3]
상기 반응식에 의한 탈황반응이 잘 이루어지기 위한 슬래그의 조성은 T.Fe+MnO: 1.5wt%이하, (CaO/Al2O3)%: 1.5~1.7이며, 이러한 조성의 슬래그를 탑 슬래그라 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
LF 처리전 연주완료 된 래들내의 슬래그를 LF 처리전 용강래들에 합탕 후 슬래그 합탕량에 따른 발생 소음치 그리고 그에 따른 탈황시간을 분석하고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
또한, 경처리 및 중처리에 있어서 소음치별 탈황시간 및 융강중 황의 함량에 따른 용강 중 Si함량 변화를 조사하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 슬래그 합탕량이 많을수록 소음치가 감소하고 탈황처리 시간도 감소하고, 미합탕 용강은 슬래그 부족으로 인하여 소음치가 증가하고 탈황시간도 증가 됨을 알 수 있다.
소음치가 95dB이하 (슬래그 두께: 300mm)에 가까울수록 슬래그 두께가 측정 가능하여 탈황에 필요한 강버블링 시간을 정량화 할 수 있으며, 슬래그 볼륨부족으로 인한 재산화량 증가로 탈황말기 탈황률 저하의 방지가 가능하다.
반면에, 도 5에 도시된 바와 같이 경처리 용강에서의 탈황작업시 슬래그가 많아도 [Si] 성분은 안정되지만 중처리 용강에서의 탈황작업시는 탈황은 양호하지만 [3SiO2 + 2Al→3Si + Al2O3]의 화학적 반응에 의해 슬래그 합탕량에 비례하여 [Si]가 많아 격외 가능성이 있다.
이와 같은 경우에는 용강탕면의 슬래그를 배재한 후 슬래그 조제를 위해 생석회(CaO)를 800~1000kg 투입하여 [Si + O2→SiO2]의 화학적 반응을 유도하므로써 슬래그중 탈[Si]로 [Si] 격외 방지가 가능하게 된다.
도 1은 용강이 수강된 통상적인 래들 및 3상 전극봉을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명에 바람직하게 적용되는 LF의 일례를 나타내는 개략도
도 3은 본 발명에 따라 경처리 용강 탈황조업에 있어서 소음치별 탈황시간에 따른 용강중 황의 함량 변화를 나타내는 그래프
도 4는 본 발명에 따라 중처리 용강 탈황조업에 있어서 소음치별 탈황시간에 따른 용강중 황의 함량 변화를 나타내는 그래프
도 5는 경처리 용강 조업 및 중처리 용강 조업에 있어서 소음치별 탈황시간 및 용강중 황의 함량에 따른 용강 중 Si함량 변화를 나타내는 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 . . 래들 2 . . 3상 전극봉 5 . . 소음측정기 6 . . 소음표시부

Claims (7)

  1. 3상 전극봉을 슬래그가 덮여 있는 C: 0.2%이하, Si: 0.03%이하, Mn: 0.8%이하, P: 0.02%이하, S: 0.007%이하, 및 Sol. Al: 0.08%이하를 함유하는 용강에 삽입하여 아킹열을 이용하여 용강을 승온할 때, 상기 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치가 95dB 이하인 경우에는 슬래그 두께를 270∼300mm, 95~97dB인 경우에는 슬래그 두께를 240∼270mm, 98~101dB인 경우에는 슬래그 두께를 220∼240mm, 102~104dB인 경우에는 슬래그 두께를 140∼220mm, 104dB 초과인 경우에는 슬래그 두께를 140mm이하로 평가하는 것을 특징으로 하는 소음치를 이용한 슬래그 두께 측정방법.
  2. 삭제
  3. 미니밀 프로세스에서의 제강공정 중 2차 처리공정인 LF(Ladle furnace)에서 3상 전극봉을 C: 0.2%이하, Si: 0.03%이하, Mn: 0.8%이하, P: 0.02%이하, S: 0.007%이하, 및 Sol. Al: 0.08%이하를 함유하는 경처리 용강에 삽입하여 아킹열을 이용하여 용강을 승온하고, 탈산처리한 후, 탈황처리 하는 방법으로서, 상기 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치가 95dB 이하인 경우에는 탈황시간을 1.5∼4분, 95~97dB인 경우에는 탈황시간을 4분 초과∼7분, 98~101dB인 경우에는 탈황시간을 7분 초과∼9분, 102~104dB 인 경우에는 탈황시간을 9분 초과∼12분, 104dB 초과인 경우에는 탈황시간을 12분 초과∼18분으로 설정하는 것을 특징으로 하는 소음치를 이용한 용강의 탈황처리 방법.
  4. 미니밀 프로세스에서의 제강공정 중 2차 처리공정인 LF(Ladle furnace)에서 3상 전극봉을 C: 0.2%이하, Si: 0.03%이하, Mn: 0.8%이하, P: 0.02%이하, S: 0.007%이하, 및 Sol. Al: 0.08%이하를 함유하는 중처리 용강에 삽입하여 아킹열을 이용하여 용강을 승온하고, 탈산처리한 후, 탈황처리 하는 방법으로서, 상기 3상 전극봉을 용강에 삽입시 발생되는 소음치가 95dB 이하인 경우에는 탈황시간을 0.5∼1.5분, 95~97dB인 경우에는 탈황시간을 1.5분 초과∼3분, 98~101dB인 경우에는 탈황시간을 3분 초과∼5분, 102~104dB인 경우에는 탈황시간을 3분 초과∼5분, 104dB 초과인 경우에는 탈황시간을 5분 초과 ∼9분으로 설정하는 것을 특징으로 하는 소음치를 이용한 용강의 탈황처리 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 탈산 후의 용강 중의 황(S) 함량은 0.05%이하이고, 그리고 용강의 온도는 1540℃이상인 것을 특징으로 하는 소음치를 이용한 용강의 탈황처리 방법.
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