KR100979023B1

KR100979023B1 - 용강의 연연주방법

Info

Publication number: KR100979023B1
Application number: KR1020030072485A
Authority: KR
Inventors: 박종화; 김정식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2010-08-30
Also published as: KR20050037075A

Abstract

본 발명은 용선예비처리, 전로정련공정 및 2차정련공정을 거친 다수 차지(charge)의 용강을 연속적으로 주조하는 용강의 연연주방법에 관한 것으로서, 연연주공정에서 용강중의 개재물 함량이 높은 경우에 RH공정에서 용강의 온도를 상승시키고 RH공정과 연속주조공정사이에서 온도가 상승된 용강을 일정한 시간동안 안치시켜 비금속개재물을 제거한 다음, 연속주조함으로써 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 설비의 부하를 최소화시킬 수 있는 용강의 연연주방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 용강의 연연주방법에 있어서, RH공정에서 비금속 개재물 함량이 목표치를 초과하는 이상조업이 수행되는 경우 RH공정에서 용강의 온도를 통상적인 조업보다 상대적으로 높게 한 다음, 용강 내부의 비금속 개재물을 용강 상부로 부상시키기에 충분한 시간동안 용강이 수강된 레이들을 2차 정련공정과 연속주조공정사이에 안치시키고, 이 사이에 후속차지의 용강을 정상적으로 RH처리하여 연속주조를 실시한 후, 상기와 같이 안치시켜 비금속 개재물을 부상 제거시킨 용강을 연속주조하는 용강의 연연주 방법을 그 요지로 한다.

용강, 온도, 비금속개재물, 부상, RH 2차정련,연속주조

Description

용강의 연연주방법{Method for Continuous-Continuous-Casting Molten Steel}

도 1은 통상적인 제강조업을 나타내는 공정도

도 2는 통상적인 RH 탈가스 설비의 모식도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 공정도

도 4는 본 발명 적용의 의히여 그 내부에 개재물이 부착되어 있지 않은 연주 노즐의 상태도

도 5는 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예에 대한 공정도

도 6은 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예의 적용에 의하여 그 내부에 비금속 개재물이 부착되어 있는 노즐의 상태도

도 7은 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예를 적용한 경우 그 표면에 표면결함이 발생된 냉간압연 코일의 상태도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 진공조 2 . . . 레이들 3 . . . 불활성가스취입노즐

4 . . . 산소취입노즐

본 발명은 용선예비처리, 전로정련공정 및 2차정련공정을 거친 다수 차지(charge)의 용강을 연속적으로 주조하는 용강의 연연주방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차정련 설비인 산소 취입기능이 있는 알에이치(이하, "RH"라고 칭함)설비에서 2차 정련중에 비정상적인 조업에 의해 발생한 비금속 개재물을 적절히 제거함으로써 생산성을 향상시킨 용강의 연연주 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제강조업은 용선예비처리→전로정련→2차정련→연속주조공정으로 이루어진다.

용광로에서 철광석을 녹여 제조한 용선은 용선예비처리 공정에서 유황(S)과 인(P)성분을 제거한 후, 탄소(C)성분 제거를 위해서 전로공정으로 이송하여 전로에 담고 순산소를 취입함으로써 탄소 성분을 약 0.04중량%까지 제거하는데, 이렇게 탄소가 제거된 용융철을 용강이라고 한다.

전로공정을 종료한 용강은 레이들(Ladle)이라고 하는 용기에 담아 2차정련 설비인 RH 탈가스 설비 또는 레이들 퍼니스(Ladle Furnace)등으로 이송하고 용강을 강하게 교반(攪拌)하여 용강의 성분과 온도를 균일하게 하거나, 용강내 잔존하는 가스성분을 제거하거나, 혹은 용강의 온도를 상승시킨 후, 연속주조 공정에서 응고시킴으로써 제강단계의 최종 제품인 주편을 생산한다.

이러한 제강공정의 공정도가 도 1에 나타나 있다.

여기서, 용강이 담긴 레이들 단위를 차지(Charge)라고 하는데, 상기 공정을 거쳐 생산된 여러 차지를 순차적으로 연속주조하는 것을 연연주공정이라 한다.

2차정련공정에서의 진공 탈가스 장치인 RH 설비가 도 2에 나타나 있다.

RH 설비는 도 2에 나타난 바와 같이 고온, 고압의 스팀을 구동력으로 진공조(1)내의 압력을 낮추어서 레이들(2)에 담겨 있는 용강을 진공조로 흡상시킨 후, 하나의 침지관(1)에 설치되어 있는 불활성가스취입노즐(3)을 통해 불활성 가스를 취입하여 용강의 겉보기 비중을 감소시킴으로써, 진공조 내의 용강 높이 차이를 야기시켜서 용강을 환류(環流)시키는 장치이다.

RH 설비에서 용강 정련을 수행하는 과정에서 용강 내부에 비금속 개재물이 생성되어 청정도를 나쁘게 만드는 비정상적인 조업(이하,"이상조업"이라 칭함)에는 다음과 같은 것들이 있다.

첫째, 용강온도가 후공정인 연주공정에서 요구로 하는 온도보다 낮은 경우에, 진공조 상부에 설치된 산소 랜스(4)를 통해, 용강에 산소를 초음속으로 불어넣고 용강중으로 알루미늄(Al)을 투입하여 반응식(1) 및 반응식(2)의 반응열로 용강온도를 상승시키는데, 이때에 반응식(2)에 의거하여 알루미나(Al₂O₃)개재물이 만들어지므로 용강의 청정도를 나쁘게 한다.

Al(s) → Al , O₂ (g) → 2O

2 Al + 3O → Al₂O₃ (s) + 열 (발열반응)

둘째, 용강중에 합금성분 함량이 제품에서 요구하는 기준보다 높은 경우에, 진공 조 상부에 설치된 산소 랜스를 통해, 용강에 산소를 초음속으로 불어넣어서 용강중에 녹아있는 합금성분(Me)(예를들면, 탄소(C), 알루미늄(Al),망간(Mn),티타늄(Ti)등)을 하기 반응식(3)과 같이 산화시켜서 제거하게 되는데, 이때에 반응식(3)에 의거하여 비금속 산화개재물(Me_xO_y)이 생성되므로 용강 청정도가 나빠진다.

x Me + O₂(g) → Me_xO_y (s) + 열 (발열반응)

종래에는 RH에서 상기 이상조업이 발생할 경우에 용강청정도 향상을 위해서 아래와 같은 방법들이 행해졌다.

첫째, RH 침지관에 설치되어 있는 노즐을 통해 불활성 가스 취입량을 이전대비 증대시키는 조업을 실시했는데, 이 방법은 용강의 교반강도를 높임으로써 용강내 발생한 비금속 개재물의 합체를 유도하여 비금속 개재물의 크기를 크게 함으로써, 용강 상부로의 부상(浮上)이 용이하도록 하는 효과가 있다.

그러나, 이 방법은 용강의 교반강도가 높아짐에 따라 RH 진공조에 진동을 크게 하여 설비 고장을 유발하고, 진공조 내부의 내화물 및 침지관 내화물에 침식을 가중시킴으로써 내화물 교환에 많은 시간이 소요되어 생산성 장애를 초래하는 문제점이 있다.

둘째, RH에서 처리를 종료한 후에 레이들 하부에서 용강 내부로 불활성 가스를 취입하는 방법을 들수 있다.

이 방법은 용강 내부에 취입된 불활성 가스의 기포표면에 비금속 개재물이 흡착되 어 용강 상부로 함께 부상(浮上)되면서 비금속 개재물을 제거시키는 효과가 있다.

그러나, 이 방법은 RH처리를 종료한 후에 추가의 공정시간이 소요되므로 생산성이 저하되는 문제점이 있으며, 또한, 불활성 가스를 취입하는 시간동안에는 RH공정에서 계속 머물러 있어야 하므로 후속 차지의 처리가 지연되어 용강의 온도가 떨어져서 용강의 온도를 올려야 하기 때문에 이상조업이 재발하는 악순환을 초래하는 문제점이 있다.

셋째, 용강에 칼슘(Ca)을 투입하여 이상조업에 의해 발생한 비금속 개재물의 일부를 칼슘(Ca)으로 환원시켜서 용강온도보다 낮은 온도의 용융점을 갖는 개재물로 변화시켜서, 용강내에서 구상의 액체 상태로 존재하게 함으로써 무해화 시키는 방법을 들수 있다.

그러나, 이 방법은 칼슘(Ca)을 용강에 첨가함으로써 최종 제품의 성질을 변화시키기 때문에, 이를 허용하는 일부 용강에만 적용할 수 있어서 적용 강종에 제약을 받는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 용강의 연연주공정에서 용강중의 비금속 개재물 함량이 높은 경우에 RH공정에서 용강의 온도를 상승시키고 RH공정과 연속주조공정사이에서 온도가 상승된 용강을 일정한 시간동안 안치시켜 비금속개재물을 제거한 다음, 연속주조함으로써 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 설비의 부하를 최소화시킬 수 있는 용강의 연연주방법을 제공하 고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 용선을 예비처리하고, 전로정련공정에서 정련한 후, 정련된 용강을 레이들에 수강한 다음, 용강이 수강된 레이들을 연속해서 순차적으로 산소 취입기능이 있는 RH 설비로 이송시켜 2차정련한 후, 2차 정련된 용강을 연속해서 순차적으로 연속주조공정으로 이송하여 연속주조하는 용강의 연연주방법에 있어서,

RH공정에서 비금속 개재물 함량이 목표치를 초과하는 이상조업이 수행되는 경우 RH공정에서 용강의 온도를 통상적인 조업보다 상대적으로 높게 한 다음, 용강 내부의 비금속 개재물을 용강 상부로 부상시키기에 충분한 시간동안 용강이 수강된 레이들을 2차 정련공정과 연속주조공정사이에 안치시키고, 이 사이에 후속차지의 용강을 정상적으로 RH처리하여 연속주조를 실시한 후, 상기와 같이 안치시켜 비금속 개재물을 부상 제거시킨 용강을 연속주조하는 용강의 연연주 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 용선을 예비처리하고, 전로정련공정에서 정련한 후, 정련된 용강을 레이들에 수강한 다음, 용강이 수강된 레이들을 연속해서 순차적으로 산소 취입기능이 있는 RH 설비로 이송시켜 2차정련한 후, 2차 정련된 용강을 연속해서 순차적으로 연속주조공정으로 이송하여 연속주조하는 연연주방법에 적용되는 것이다.

특히, 본 발명은 연연주공정에 앞서 용강을 2차정련하는 공정인 RH공정에서 비금속 개재물 함량이 목표치를 초과하는 이상조업이 수행되는 경우에 바람직하게 적용 되는 것이다.

RH 공정에서 이상조업에 의해 발생된 비금속 개재물은 하기 관계식(1)의 스톡스의 법칙(Stoke's Law)에 의해서 용강과의 밀도(ρ)차이로 인해 자연적으로 임의의 개재물 부상속도(υ_t)를 가지고 용강 상부로 떠오른다.

[관계식 1]

[여기서, ρ:용강의 밀도(7160kg/m³), ρs:비금속 개재물의 밀도(알루미나의 경우 3980kg/m³), g:중력가속도(9.81m/sec²), R:비금속 개재물의 반경[m], η:용강의 점도(0.0061kg/m·s)]

그러므로, 레이들에 수강된 용강의 높이를 L [m]이라고 하면, 비금속 개재물이 레이들 바닥으로부터 용강 상부까지 떠오르는데 걸리는 시간 t[sec]는 하기 관계식(2)와 같이 나타낼 수 있으며, 동일한 크기의 비금속 개재물은 시간이 길어질수록 용강 상부로 떠올라 제거되기가 쉽다.

[관계식 2]

t=υ_t×L

그러나, 실제 현장조업 여건하에서는 시간이 지날수록 용강의 온도가 떨어지므로 무한정으로 용강을 방치시킬 수 없으며, 연속적으로 생산을 해야하기 때문에, 이상조업에 의해 발생한 비금속 개재물을 공정이 허용하는 시간내에 효과적으로 제거시 켜야만 한다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 관점에 초점을 맞추어 용강의 점도를 낮추면서 용강이 체류하는 동안의 온도 강하량을 보정하기 위하여 이상조업이 수행된 용강의 온도를 통상적인 조업보다 상대적으로 높게 올린 것이다.

바람직하게는, RH공정에서 이상조업이 수행된 경우에는 이상조업이 수행된 용강의 온도를 통상적인 조업에서의 용강의 온도 보다 20∼40℃정도 높게 하는 것이다.

상기 용강의 승온온도가 너무 높은 경우에는 후속하는 주조공정에 있어서 목표주조온도를 초과하게 되므로, 주조가 불가능하게 되고, 너무 낮은 경우에는 개재물 부상을 위한 충분한 시간의 확보가 곤란하게 되므로, 이상조업이 수행된 용강의 온도는 통상적인 조업에서의 용강의 온도 보다 20∼40℃정도 높게 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 용강이 담긴 레이들을 이차정련 공정과 연속주조 공정 사이에 안치시켜서 용강 내부에 비금속 개재물이 용강 상부로 용이하게 떠오를 수 있도록 용강 체류시간을 충분히 확보하는 것이 필요하다.

상기 레이들의 안치시간은 상기 관계식 (2)와 같이 표시되는 시간 t(분)∼t(분)+20분으로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 안치시간이 t(분) 시간 미만인 경우에는 비금속 개재물의 부상분리가 충분히 일어나지 않고, t(분)+20분을 초과하는 경우에는 온도 강하량이 너무 커 목표주조온도에 못미치게 되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 ]

(발명예 1)

네 차지가 한 캐스트를 구성하는 극저탄소강(성분함량 기준 : 표1) 연연주 조업중 RH공정에서 용강온도가 낮은 첫번째 차지에 대해서 본 발명을 적용하였다.

성분	탄소 (C)	망간 (Mn)	인 (P)	황 (S)	규소 (Si)	알루미늄 (Al)	티타늄 (Ti)
함량 (중량%)	≤0.004	0.01~0.15	≤0.015	≤0.015	≤0.02	0.020~0.050	0.040~0.060

전로에서 출강된 극저탄소강 첫번째 차지를 RH 공정으로 이송하여 처리를 개시한 직후 용강의 온도를 측정하였더니 1600℃ 였다.

해당 극저탄소강 첫번째 차지가 RH 처리개시 직후에 필요한 온도는 1610℃였기 때문에, 용강온도를 40℃ 올리기 위해 산소가스 400Nm³와 알루미늄 320kg을 투입하는 이상조업을 수행하였다.

종래에는 용강온도 부족분 10℃에 대한 승온조업으로 산소가스 100Nm³와 알루미늄 80kg을 투입하였으나, 본 발명에서는 용강의 온도를 통상조업대비 30℃ 높게 승온하여 보정한 후, RH 처리를 종료하였다.

이상조업이 수행된 용강이 담긴 레이들은 후공정인 연주공정으로 이송시키지 않고, 제강공정과 연주공정사이에 안치시켜서 30분간 체류시키면서 용강내부에 발생한 비금속 개재물을 부상시켜서 용강의 청정도를 향상시켰다.

상기 첫번째 차지가 RH처리를 종료하고, 체류하고 있는 동안 연연주 두번째 차지는 RH처리를 정상적으로 개시하고 종료한 후, 첫번째 차지보다 앞서 연주공정으로 이 송되어 연주조업을 실시하였고, 두번째 차지에 이어서 용강 내부의 비금속 개재물이 제거된 첫번째 차지를 연주공정으로 이송하여 정상적으로 주조를 실시하였다.

도 3에 상기한 공정도가 나타나 있다.

용강의 청정도가 향상되었으므로, 도 4에 나타난 바와 같이, 연주공정에서 비금속 개재물에 의한 노즐막힘이 발생하지 않아 생산성 장애가 전혀 없었으며, 1캐스트 4개의 차지를 생산하는데 총 4시간 45분이 소요되었다.

(비교예)

RH공정에서 극저탄소강 첫번째 차지의 용강온도를 10℃ 올리기 위해 산소가스 100Nm³와 알루미늄 80kg을 투입한 이상조업이 수행되었고, 이 용강을 연주공정으로 이송하여 연주조업을 실시하였다.

이 공정도가 도 5에 나타나 있다.

이상조업에 의하여 발생한 비금속 개재물(Al₂O₃(s))은 도 6에 나타난 바와 같이 용강에 남아서 연속주조시 노즐 막힘을 발생시켰으며, 연주공정에서는 이러한 노즐막힘을 해소하기 위해 노즐을 교환하거나, 노즐막힘을 뚫는 추가 조업을 실시하였기 때문에, 1캐스트 4개의 차지를 생산하는데 총 5시간 25분이 소요되어 본 발명대비 40분의 공정시간이 지연됨에 따라 생산성 저하를 유발하였다.

특히, 도 7에 나타난 바와 같이, 비금속 개재물이 냉간압연과정에서 발현되어 표면결함을 유발시켜 최종 제품의 품질을 나쁘게 하여 실수율을 감소시켰다.

(발명예 2)

네 차지가 한 캐스트를 구성하는 저탄소강(성분함량 기준 : 표 2) 연연주 조업중 RH공정에서 용강의 알루미늄([Al]) 성분 함량이 기준대비 0.010중량%초과된 두번째 차지에 대해서 본 발명법을 적용하였다.

성분	탄소 (C)	망간 (Mn)	인 (P)	황 (S)	규소 (Si)	알루미늄 (Al)
함량 (중량%)	0.030~0.050	0.20~0.30	≤0.017	≤0.015	≤0.02	0.020~0.050

전로에서 출강된 저탄소강 두번째 차지를 RH 공정으로 이송하여 처리를 개시한 직후 용강의 알루미늄 성분 함량을 분석하였더니 0.060중량%를 나타내었다.

저탄소강은 알루미늄 성분 함량의 기준이 0.020중량% 부터 0.050중량% 까지 이므로 기준보다 0.010중량% 높은 실적이었으며, 초과된 알루미늄 함량에 대해 RH에서 진공조 상부에 설치된 산소 랜스를 통해 용강에 산소 30Nm³를 초음속으로 불어서 용강중의 알루미늄 성분을 산화시켜서 제거하였다.

이때에 상기 반응식(3)에 의거하여 알루미나(Al₂O₃) 비금속 개재물이 생성되므로 용강 청정도가 나빠진다.

상기 두번째 차지가 RH에서 처리를 종료하고, 체류하고 있는 동안 연연주 세번째 차지는 알에이치 처리를 정상적으로 개시하고 종료한 후, 두번째 차지보다 앞서 연주공정으로 이송되어 연주조업을 실시하였고, 세번째 차지에 이어서 용강 내부의 비금속 개재물이 제거된 두번째 차지를 연주공정으로 이송하여 정상적으로 주조를 실시하였다.

그 결과 용강 청정도가 향상되어 연주공정에서 비금속 개재물에 의한 노즐막힘이 발생하지 않아서, 생산성 장애가 전혀 없었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 이상조업이 수행된 용강의 온도를 높여서 점도를 낮추고, 용강이 담긴 레이들을 이차정련 공정과 연속주조 공정 사이에 안치시켜서 용강 내부에 비금속 개재물이 용강 상부로 떠오를 수 있도록 용강 체류시간을 충분히 부여하고, 이 사이에 후속 차지를 정상적으로 RH처리하여 선행 차지에 앞서 연속주조를 실시함으로써, 이상 조업이 수행된 용강의 청정도를 향상시켜서 비금속 개재물에 의한 연주 노즐막힘을 방지하여 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 최종 제품의 결함을 방지하여 제품의 실수율을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

용선을 예비처리하고, 전로정련공정에서 정련한 후, 정련된 용강을 레이들에 수강한 다음, 용강이 수강된 레이들을 연속해서 순차적으로 산소 취입기능이 있는 RH 설비로 이송시켜 2차정련한 후, 2차 정련된 용강을 연속해서 순차적으로 연속주조공정으로 이송하여 연속주조하는 용강의 연연주방법에 있어서,

RH공정에서 비금속 개재물 함량이 목표치를 초과하는 이상조업이 수행되는 경우 RH공정에서 용강의 온도를 통상적인 조업에서의 용강의 온도 보다 20∼40℃정도 높게 승온시킨 다음, 용강 내부의 비금속 개재물을 용강 상부로 부상시키기에 충분한 시간동안 용강이 수강된 레이들을 2차 정련공정과 연속주조공정사이에 관계식 (2) 와 같이 표시되는 시간 t(분)∼t(분)+20분으로 안치시키고,

[관계식 2]

t=υ_t×L

(여기서, υ_t: 개재물 부상속도, L : 레이들에 수강된 용강의 높이)

이 사이에 후속차지의 용강을 정상적으로 RH처리하여 연속주조한 후, 상기와 같이 안치시켜 비금속 개재물을 부상 제거시킨 용강을 연속주조하는 것을 특징으로 하는 용강의 연연주 방법