KR100999197B1

KR100999197B1 - 강의 정련 방법

Info

Publication number: KR100999197B1
Application number: KR1020080057243A
Authority: KR
Inventors: 엄근수; 김종균; 김용겸
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-12-07
Also published as: KR20090131396A

Abstract

본 발명은 강의 정련 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경처리 용강 슬래그를 알루미늄이 과투입된 용강과 합탕하여 탈Sol-Al 처리하는 단계를 포함함으로써, 알루미늄 과다 투입시 생석회를 투입하지 않아 생석회의 투입량 및 연속주조 중의 노즐 막힘 방지용 칼슘의 투입량을 절감할 수 있고, 생석회의 과다 투입시 필요했던 진공처리공정을 생략할 수 있어 원가 절감 및 생산성이 향상된 강의 정련 방법에 관한 것이다.

경처리, 탈산, 알루미늄, 탈 Sol-Al, 산소

Description

강의 정련 방법{Method for refining steel}

본 발명은 강의 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경처리 용강 슬래그를 알루미늄이 과투입된 용강과 합탕하여 탈Sol-Al 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 공정은 용선 예비처리 공정, 전로 정련공정, 이차 정련공정 및 연속주조공정 순으로 진행된다. 즉, 고로에서 출선된 용선을 용선 예비 처리를 실시하여 전로에 장입하고, 전로에 산소를 취입하여 용강 내 각종 불순물을 제거한 후 래들(ladle)에 출강하여 이차 정련 공정을 진행하고, 연속 주조 공정을 통해 주편을 제조한다.

이차 정련 공정, 즉 래들 퍼니스 정련 공정은 전기로에서 출강한 용강 래들을 수급 받아 래들 하부에 설치된 포러스 플러그(porous plug)를 통하여 불활성 가스(ex. 아르곤, 질소 등)를 용강 내에 취입하여 성분 조정, 온도 균일화 및 개재물의 분리 부상을 실시하는 버블링(bubbling) 작업; 슬래그(slag) 및 용강 중에 존재 하여 강 품질에 영향을 미치는 원소인 산소를 제거하기 위해 알루미늄(Al)을 투입하는 탈산 작업; 슬래그층에 전극봉을 침적시켜 아크(Arc)를 발생시킴으로써 아크 발생열을 이용하여 용강온도를 상승시키는 승온 작업; 강중의 황 성분을 제어(0.003~0.005%)하기 위해 생석회를 투입하는 용강의 탈황 작업; 제품이 요구하는 성질을 얻기 위해 합금철(ex. Al 합금, Mn 합금, Si 합금, 기타 특수합금철)를 투입하여 강의 성분을 조정하는 작업; 및 용강 탈산 작업에서 생성된 비금속 개재물인 알루미나의 형상제어 및 저융점 복합개재물(12CaO·7Al₂O₃) 형성을 통한 주조성 확보를 목적으로 칼슘류(Ca-Fe, Ca-Si) 와이어(wire)를 용강내 인젝션하여 칼슘 농도를 일정 농도(ex. 10 내지 40 ppm)로 조절하는 작업을 순차적으로 수행하여 청정강을 제강하는 공정이다.

상기 래들 퍼니스 정련 공정 중, 탈산 작업 시 강중의 산소를 제거하기 위해 투입되는 알루미늄의 투입량은 합금철 저장호퍼(hopper)의 로드셀(load cell)에 의하여 알 수 있으며, 설정량을 평량 후 중앙제어장치의 신호에 따라 요구되는 시간에 배출하도록 구성되어 있다. 하지만 상기 합금철 저장호퍼에 저장된 알루미늄 소요량을 평량시 로드셀 오차가 발생하기 쉬워, 상기 오차값만큼의 알루미늄을 과 투입 하게 되어 품질사고 등의 문제가 발생하고 있다.

이처럼 래들 퍼니스 정련 작업 시 알루미늄을 과다 투입하게 되면, 탈황 완료 후의 알루미늄은 정련반응에 활용되지 못하고 생석회를 투입하여 강제 탈솔-알(Sol-Al) 작업을 통해 제거된다. 그런데 이러한 생석회의 다량 투입으로 과포화 생석회 슬래그가 생겨 연속주조 공정 시 노즐 막힘 현상이 자주 발생하며, 또한 이러한 노즐 막힘을 해소하기 위해 투입하는 칼슘의 양이 증가하여 원가상승 및 품질저하가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하려는 것으로서

알루미늄 과다 투입시 생석회를 투입하지 않고 경처리 용강의 슬래그를 합탕하여 탈Sol-Al 처리하는 단계를 포함함으로써, 강제 탈Sol-Al용 생석회의 투입량을 절감하고, 연속주조 중의 노즐 막힘 현상의 방지 및 노즐 막힘 방지용 칼슘의 투입량을 절감하며, 생석회의 과다 투입 시 필요했던 진공처리공정의 생략, 원가 절감 및 생산성이 향상된 강의 정련 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

경처리 용강 슬래그를 알루미늄이 과투입된 용강과 합탕하여 탈Sol-Al 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법을 제공한다.

본 발명은 강의 정련 방법에 있어서, 경처리 용강의 슬래그를 합탕하는 탈Sol-Al 처리방법을 채택함으로써, 과다 투입된 알루미늄을 활용할 수 있는 효과가 있고, 생석회를 투입하지 않아 연속주조 중의 노즐 막힘현상을 방지할 수 있고 생석회 및 연속주조 중의 노즐 막힘 방지용 칼슘의 투입량을 절감할 수 있는 효과와 생석회의 과다 투입시 필요했던 진공처리공정을 생략할 수 있는 효과, 그리고 원가 절감 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 경처리 용강 슬래그를 Sol-Al 함량이 0.04%를 초과하는 용강과 합탕하여 탈Sol-Al 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명의 강의 정련 방법을 보다 상세히 설명한다.

2차 정련, 즉 래들 퍼니스(LF: ladle furnace)정련은 일반적으로, 전기로에서 출강한 용강 래들을 수급 받아 성분 조정, 온도 균일화 및 개재물의 분리 부상을 실시하는 버블링(bubbling) 작업; 슬래그(slag) 및 용강 중에 존재하여 강품질에 영향을 미치는 원소인 산소를 제거하기 위해 알루미늄(Al)을 투입하는 탈산 작업; 슬래그층에 전극봉을 침적시켜 아크(Arc)를 발생시킴으로써 아크 발생열을 이용하여 용강온도를 상승시키는 승온 작업; 강중의 황 성분을 제어(0.003~0.005%)하기 위해 생석회를 투입하는 용강의 탈황 작업; 제품이 요구하는 성질을 얻기 위해 합금철(ex. Al 합금, Mn 합금, Si 합금, 기타 특수합금철)를 투입하여 강의 성분을 조정하는 작업을 순차적으로 수행하여 강을 정련하는 방법이다.

상기 공정으로 강의 성분조절이 완료되면 성분적중률을 확인하기 위해 온도 측정 및 샘플링을 실시하며, 목표 성분에 도달했음을 확인하면 목표 온도로 조정하여 칼슘 농도를 일정 농도로 조절하여 2차 정련처리를 완료하게 된다.

상기 목표 온도는 일반적으로 1600℃ 내외이고, 칼슘 농도는 10 ppm 내지 40 ppm 수준이다. 이러한 칼슘 농도는 칼슘류(예를 들어, Ca-Fe, Ca-Si) 와이어를 용강내에 인젝션하여 주조성을 확보하는 것이 일반적이다,

그러나 상기와 같은 성분 적중이 만족되지 못한다면 성분조절을 위한 재처리 작업을 실시하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 특히, 경처리 용강의 슬래그를 합탕하여, 탈산 처리시 과투입된 알루미늄을 탈Sol-Al 처리하는 강의 정련 방법에 대해 설명한다.

최근 미니밀 전기로 조업방법에 있어서 경처리 조업증가로 인하여 전기로에서 출강된 용강은 중처리(전기로에서 탈산되어 출강)의 경우 래들 퍼니스에서 승온, 탈산 및 탈황순으로 처리를 하고 경처리(전기로에서 미탈산으로 출강)의 경우 래들 퍼니스에서 탈산, 승온 및 탈황처리를 하고 있다.

경처리 용강이란 용강의 자연 탈탄이나 강제 탈탄 또는 합금철의 원단위 저감을 목적으로, 출강시 탈산하지 않고 진공 탈가스 설비에서 탈탄, 탈산, 성분 및 온도 조정 및 개재물 부상 분리를 도모하는 경처리 과정을 거친 용강을 말한다.

본 발명은 이러한 경처리 용강 슬래그를 알루미늄이 과투입된 용강과 합탕하여 탈Sol-Al 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법에 관한 것이다. 상기 탈Sol-Al 처리하는 단계는 탈황 단계 후 후속 차지 용강이 출강될 시 경처리 용강 슬래그를 합탕하는 것이 바람직하다.

상기 경처리 용강 슬래그의 합탕량은 먼저 슬래그량을 구하고, 슬래그 중의 T-FeO 성분의 비율을 이용하여 산소량을 계산하며, 산소와 탈Sol-Al의 화학반응식을 이용하여 산소와 Sol-Al 감소량을 계산할 수 있다. 본 발명의 강의 정련 방법은 용강중의 Sol-Al 기준치가 0.01 내지 0.04%인 것을 고려하여, 용강 중의 Sol-Al 함량이 0.05% 이상인 용강부터 적용하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따르는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 슬래그 합탕량, Sol-Al 품위 및 알루미늄 및 산소량의 계산 방법은 하기와 같으며 그 결과는 하기 표 2에 나타냈다.

슬래그량의 측정은 예를 들어, 래들의 용량과 슬래그의 비중의 곱으로 간단히 구할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 래들의 반지름이 1.65 m, 래들 퍼니스에 도착한 경처리 용강의 슬래그 두께가 100 mm 및 슬래그의 비중이 2.5 인 경우, 슬래그의 양은 약 2.14 톤이라는 것을 구할 수 있다.

하기 표 1의 경처리 용강의 슬래그 성분 분석표에 따르면 슬래그 중의 T-FeO 성분의 비율은 30.52 %이므로 슬래그 2.14 톤 중의 T-FeO 량은 653 Kg이다.

[표 1] 전기로에서 출강 전 종점(경처리 용강) 슬래그 성분

전기로 종점 슬래그	Al₂O₃	CaO	MgO	MnO	P₂O₅	SIO₂	T-FeO	TiO₂	S
함량비(%)	6.25	25.24	3.36	8.31	0.136	12.22	30.52	0.045	0.981

슬래그의 상기 T-FeO 성분은 용강 중의 산소와 하기 화학식 1과 같은 평형 관계를 유지한다.

[화학식 1]

FeO = [Fe] + [O]

그러므로 상기 T-FeO 653 Kg 중의 산소량은 145.1 Kg이다.

또한, 슬래그 중의 FeO 성분은 알루미늄(Al)을 투입하여 하기 화학식 2와 같은 반응에 의해 탈산 처리할 수 있다.

[화학식 2]

2[Al] + 3 FeO = Al₂O₃ + 3[Fe]

탈산 처리에 필요한 알루미늄량은 예를 들어, 상기 화학식 2 및 알루미늄 및 산소의 원자량을 이용하여, 산소 145.1 Kg을 제거하는데 필요한 알루미늄은 163.2 kg임을 구할 수 있다.

전기로 출강 용강량은 통상적으로 135 톤이므로 [135 톤 X 0.01%(Sol-Al)/0.83(품위/실수율) X (2Al(54):3/2 O2(48))] 용강중 Sol-Al 0.01% 감소시키는데 필요한 알루미늄량은 17 Kg 이고 17 Kg의 알루미늄을 태우는데 필요한 순산소량은 15 kg, 즉, 산소 분자 32 Kg : 22.4 Nm³ = 15 Kg: χ, χ = 10.5 Nm³ 의 산소 취입이 필요하다.

상기 품위란 지금(地金)의 순도를 말하는 것으로서, 예를 들면, 어떤 금속 지금 속의 규정된 불순물을 분석정량하여 그 수치를 100에서 빼는 것으로 순도를 나타내는 방법이며, 실수율이란 실제량을 기준으로 적용된 표준 원단위를 나타낸다.

용강중 Sol-Al을 0.01% 감소시키는데 필요한 경처리 용강의 슬래그량은, 상기 산소 15 kg가 함유된 경처리 용강의 슬래그량으로서, 이 때 FeO는 67.5 kg이 필요하며, 상기 표 1에 의하여 FeO의 함량비가 30.52% 인 것에 의하여 전체 슬래그량은 153.7 kg임을 구할 수 있다.

그러므로 Sol-Al을 0.01% 감량하는데 필요한 슬래그량은 상기 공식에 의해 153.7 kg 이라는 것을 알 수 있다. 즉, Sol-Al 함량 0.01% 증가분에 대해 슬래그량을 153.7 kg씩 증가시켜 합탕하게 되면 생석회를 투입하지 않고도 탈 Sol-Al 처리가 가능한 것이다.

슬래그 합탕량은 크레인에 표시된 로드셀 화면에서 확인이 가능하므로, 정련공정에서 필요로 하는 합탕량을 크레인 운전자가 간단하게 조절하여 탈Sol-Al 처리를 수행할 수 있다.

상기 방법으로 본 발명을 적용한 결과 조업의 특이성은 발생하지 않았으며, 전기로 경처리 용강의 슬래그는 통상적으로 200 mm 정도 발생되어 4 내지 5 톤 정도 출강하므로 경처리 용강의 슬래그를 합탕하는데는 특별한 어려움이 없는 것으로 나타났다.

[표 2]

	Sol-Al (%)	Al (kg)	O₂ (kg)	O₂ (Nm³)	슬래그합탕량(kg)
실시예 1	0.05	17	15	10.5	153.7
실시예 2	0.06	34	30	21	307.4
실시예 3	0.07	51	45	31.5	614.8
실시예 4	0.08	68	60	42	768.5
실시예 5	0.09	85	75	52.5	922.2
실시예 6	0.1	102	90	63	1075.9
실시예 7	0.11	119	105	73.5	1229.6
실시예 8	0.12	136	120	84	1383.3
실시예 9	0.13	153	135	94.5	1537
실시예 10	0.14	170	150	105	1690.7
실시예 11	0.15	187	165	115.5	1844.4
실시예 12	0.16	204	180	126	1998.1
실시예 13	0.17	221	195	136.5	2151.8
실시예 14	0.18	238	210	147	2305.5
실시예 15	0.19	255	225	157.5	2459.2
실시예 16	0.2	272	240	168	2612.9

도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 정련처리 패턴을 나타내는 도면이다.

도 2는 종래의 정련처리 패턴을 나타내는 도면이다.

Claims

경처리 용강 슬래그를 Sol-Al 함량이 0.04%를 초과하는 용강과 합탕하여 탈Sol-Al 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 탈Sol-Al 처리하는 단계는 탈황 단계 후 후속 차지 용강이 출강될 시 경처리 용강 슬래그를 합탕하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 탈Sol-Al 처리하는 단계는 탈황 단계 후 Sol-Al 함량이 0.04%를 초과하는 용강에 경처리 용강 슬래그를 합탕하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법.
제 3 항에 있어서,

경처리 용강 슬래그의 합탕량은 탈황 단계 후 용강의 Sol-Al의 함량 0.01% 감량에 153.7킬로그램(kg)의 비율로 합탕하는 것을 특징으로 하는 강의 정련 방법.