KR101113717B1 - 높은 망간 함량과 낮은 탄소 함량을 함유하는 강을제조하기 위한 방법 및 용융 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 선철(2) 또는 용융 탄소강(3a)과 슬래그 형성제(4)를 바탕으로 높은 함량의 망간과 낮은 함량의 탄소를 함유하는 강(1)을 제조하기 위한 제조 방법 및 용융 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 예를 들어 전기 아크로(18)와 같은 여타의 용기에서 공정 경로와 결부하여 지금까지 발생한 단점들을 회피하는 것에 있다. 높은 함량의 망간과 낮은 탄소 함량을 함유하여 제조되는 강의 경우, 용융 페로망간(5)과 용강(3a)을 FeMn 정련 전로(6a) 내에 투입한 이후의 공정에서 선단 랜스(8) 및 하부 배스 노즐(9)을 통한 산소의 조합식 송풍 공급에 의해 탄소 비율은 약 0.7 - 0.8%로 감소하고, 예비 용융물로부터 발생한 저온의 최종 생성물의 성분이 냉각제(10)로서 투입되며, 그리고 하부 배스 노즐(9)을 통한 산소(7)의 연속적인 송풍 공급을 통해 탄소 비율은 약 0.05 - 0.1% C로 감소하게 된다.

선철, 용강, 슬래그, 페로망간, 탄소, 산소, 환원로, 고로

Description

높은 망간 함량과 낮은 탄소 함량을 함유하는 강을 제조하기 위한 방법 및 용융 시스템{METHOD AND MELTING SYSTEM FOR MANUFACTURING A STEEL CONTAINING HIGH CONTENTS OF MANGANESE AND LOW CONTENTS OF CARBON}

본 발명은 용융 선철 혹은 용강 및 슬래그 형성제를 바탕으로 높은 망간 함량과 낮은 탄소 함량을 함유하는 강을 제조하기 위한 제조 방법 및 용융 시스템에 관한 것이다.

높은 망간 함량을 함유하는 강의 제조는 제련소에서 대부분 스크랩을 바탕으로 전기 아크로에서 실행된다(2003년 Loeben, 야금 공개 토론회 강연; 작성자 - Gigacher, Doppler, Bernard, Krieger; 2003년 BHM, 제48권 제11호, 460-465쪽에 공개, XP009063529). 제조 시에, 망간 운반체는 페로 합금으로서 용융물에 공급된다. 그렇게 함으로써 낮은 탄소 함량을 함유하는 페로망간(FeMn)은 높은 탄소 함량을 함유하는 동일 제품보다 약 300배 값이 더욱 비싸다. 그러나 낮은 탄소 함량을 함유하는 FeMn이 제조에 가장 적합하다.

전기 아크로로서 또 다른 용기에서 높은 망간 함량을 함유하는 강의 제조는, 산소를 송풍 공급함으로써 매우 많은 량의 망간이 슬래그로 형성됨으로써 달성되지 못했다. 왜냐하면, 강의 탈탄소화 시에 산소가 망간에 대한 보다 높은 친화성을 전개하기 때문이다. 지금까지 전로 경로를 선택할 시에 발생하는 단점들은 망간이 높은 슬래그 량을 형성하고 그에 상응하게 강의 망간 함량은 약 16 - 17%로 낮다는 점에 있었다.

높은 망간 함량과 낮은 탄소 함량을 함유하는 강을 전기 아크로에서 제조하는 점은 더욱 많은 단점과 결부된다. 전기 아크 영역에서는 최대 3000℃의 온도에서 망간의 높은 증발이 개시된다. 수반 원소들의 낮은 함량을 보장하기 위해, 고품질, 다시 말해 값비싼 스크랩이 요구된다. 그 외에도 낮은 탄소 함량을 함유하는 값비싼 페로 합금을 장입하여야 한다.

본 발명은, 전기 아크로와 같은 여타의 용기에서 공정 경로와 결부하여 발생하는 종래 기술의 단점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 선철 및 용융 FeMn 장입물을 장입할 시에 최소의 탄소 함량을 함유하면서도 높은 망간 함량을 함유하는 강이 달성되도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 약 6% C를 함유하는 용융 페로망간과 약 0.1% C를 함유하는 용강, 그리고 필요한 량의 슬래그 형성제를 FeMn-정련 전로 내에 투입함으로써 공정이 유도되고; 상단 랜스와 하부 배스 노즐들을 통해 산소를 조합하여 송풍 공급함으로써 탄소 비율은 약 0.7 - 0.8%로 감소하며, 그런 후에 예비 용융물로부터 발생한 저온의 최종 생성물의 성분이 냉각제로서 투입되고, 그런 다음 하부 배스 노즐들을 통해 연속적으로 산소를 송풍 공급함으로써 탄소 비율은 약 0.05 - 0.1% C로까지 감소함으로써 달성된다. 냉각제의 작용과 용액 액위 하부에서 상대적으로 낮은 온도의 조건에서 탄소를 연소 처리하는 실행은 망간의 증발을 억제한다. 망간 운반체로서 탄소로 처리된 FeMn의 장입은 높은 망간 함량을 함유하는 강을 제조하기 위한 저렴한 경로를 보장한다. 망간 함량은 약 25 - 30%로 상승할 수 있다. 선철의 장입은 동과 기타 수반 원소들의 비율에 대한 엄격한 요건의 준수를 용이하게 한다. 첨가제와 높은 망간 함량을 함유하는 강의 제조는 또한 통합된 제강 공장에서 가능하다. 예를 들어, 동, 아연, 주석, 몰리브덴, 텅스텐 등을 함유하는 스크랩으로 이루어진 불필요 원소들의 첨가는 요구되지 않는다.

그 외에도 바람직하게는 상단 랜스 내지 하부 배스 노즐들을 통해 산소와 산소-불활성 가스 혼합물을 조합하여 송풍 공급함으로써 부분 압력은 감소한다.

바람직하게 낮은 온도를 유지하기 위해 제안되는 점에 따라, 공정의 모든 단계들은 1630 내지 1650℃ 사이의 온도 영역에서 실행된다.

본원의 제조 방법을 추가로 개선하는 점에 따라, 래이들 퍼니스에서 금속 함유도를 조정하기 위해 SiMn 및/또는 FeAl이 용융물 내에 공급된다.

그에 따라, 예컨대 TWIP(쌍정 유도 소성; Twinning Induced Plasticity) 강 혹은 TRIP(변태 유도 소성; Transformation Induced Plasticity) 강과 같은 강들을 제조할 수 있다.

실질적인 실시예는, (강 1톤당) 6% C를 함유하는 약 380kg의 용융 FeMn75와 0.1% C를 함유하는 530kg의 용강, 그리고 필요한 량의 슬래그 형성제가 FeMn-정련 전로 내에 첨가됨으로써, 용융물은 C = 2.6%의 탄소 함량에 상응하는 23.3kg의 탄소를 함유하며, 탄소 함량은 적어도 하나의 상단 랜스와 다수의 하부 배스 노즐을 통해 산소를 조합하여 송풍 공급함으로써 약 0.9%로 감소하며, 그리고 이어서 예비 용융물로부터 발생하는 약 150kg의 저온 최종 생성물이 연속적으로 냉각제로서 첨가되고 하부 배스 노즐들을 통해 산소-불활성 가스 혼합물이 송풍 공급됨으로써 탄소 함량은 약 0.05 - 0.1%로 감소하는 방식으로 구현된다.

선철 혹은 탄소강 공급부를 이용하고, 슬래그 형성제 및 수반 원소들을 첨가하면서, 높은 망간 비율 및 낮은 탄소 비율을 함유하는 강을 제조하는 용융 시스템은, 재료 흐름에서 FeMn 정련 전로 전방에는 일측에서는 SAF 용융 용기 혹은 고로가, 그리고 타측에서는 탄소강용 제강 전로 혹은 전기 아크로가 배치되며, 공정 경로에서 상기 FeMn 정련 전로에는 래이들 퍼니스가 연결되는 방식으로 구현된다.

본 발명은 다음에서 도면에 도시된 실시예들에 따라 더욱 상세하게 설명된다.

도 1 은 장입 공정(상부) 및 시간에 따른 탈탄소화 공정의 특성 곡선(하부)을 도시한 다이아그램이다.

도 2 는 용융 시스템 내에 공급되는 원료의 경로를 도시한 블록선도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1: 높은 함량의 망간과 낮은 함량의 C(탄소)를 함유하는 강

2: 용융 선철 3: 용강

3a: 용융 탄소강 4: 슬래그 형성제

5: 용융 페로망간 6: 제강 전로

6a: FeMn 정련 전로 7: 산소

8: 상단 랜스 9: 하부 배스 노즐

10: 냉각제 11: 산소-불활성 가스 혼합물

12: 래이들 퍼니스(Pfannenofen) 13: 용융물

14: 선철 혹은 탄소강 공급부 15: 수반 원소들

16: 환원로(SAF) 17: 고로

18: 전기 아크로

도1에 따라, 높은 함량의 망간과 낮은 함량의 탄소를 함유하는 강을 제조하기 위한 제조 방법은 용융 선철(2) 혹은 용강과 슬래그 형성제(4)(도2의 슬래그 층 비교)를 바탕으로 이루어진다. 공정은 약 6% C를 함유한 용융 페로망간(5)과 약 0.1% C를 함유한 용강 내지 용융 탄소강(3a)를 필요한 량의 슬래그 형성제(4)와 함께 FeMn 정련 전로 내에 투입함으로써 유도된다. 그런 후에 적어도 하나의 상단 랜스(8)와 하부 배스 노즐(9)을 통해 산소(7)를 조합하여 송풍 공급함으로써 탄소 비율은 약 0.7 내지 0.8%로 감소한다. 동시에 예비 용융물로부터 발생한 저온의 최종 생성물의 성분이 냉각제(10)로서 투입된다. 이 단계에서 하부 배스 노즐(9)을 통해 산소(7)가 조합되어 송풍 공급됨으로써 탄소 비율은 약 0.05 - 0.1% C로 감소한다.

하부 배스 노즐(9)과 상단 랜스(8)를 통해 산소(7)와 산소-불활성 가스 혼합물(11)을 계속해서 송풍 공급함으로써, 용융물 내 산소의 부분 압력은 감소할 수 있다. 공정의 모든 단계는 1630℃ 내지 1650℃ 사이의 (낮은) 온도 영역에서 개시 된다.

래이들 퍼니스(12)에서 금속 함유도를 조정하기 위해, SiMn 및/또는 FeAl이 용융물(13) 내로 투입된다.

높은 망간 함량과 낮은 탄소 함량을 함유하는 강(1)을 제조하기 위한 용융 시스템은 도2에 따라 선철 혹은 탄소강 공급부(14)를 이용하고 슬래그 형성제(4)와 강의 수반 원소(15)를 첨가하는 방식으로 구현된다. 이를 위해, (침지된 전극을 구비한) 환원로(16), 혹은 선철(2)용 고로(17), 혹은 탄소강(3a)용 제강 전로(6), 혹은 전기 아크로(18)가 이용되며, 이들 환원로, 고로, 제강 전로 혹은 전기 아크로는 재료 흐름에서 FeMn 정련 전로(6a)의 전방에 배치된다. FeMn 정련 전로(6a)에는 래이들 퍼니스(12)가 연결된다.

본 발명에 따른 제조 방법에 대한 실질적인 실시예는, 제1 단계에서, (강 1톤당) 6% C를 함유하여 약 380kg의 량으로 탄소 처리된 용융 FeMn75와 0.1% C를 함유하는 530kg의 용강, 그리고 필요한 량의 슬래그 형성제(4)가 FeMn 정련 전로(6a) 내로 첨가됨으로써, 용융물(13)은 C = 2.6%의 탄소 함량에 상응하는 23.3kg의 탄소를 함유하는 방식으로 구현된다. 제2 단계에서 탄소 함량은 적어도 하나의 상단 랜스(8)와 다수의 하부 배스 노즐(9)을 통한 산소의 조합식 송풍 공급을 통해 약 0.7%로 감소한다. 제3 단계에서, 예비 용융물로부터 발생한 (강 1톤에 대해) 약 150kg의 저온 최종 생성물이 연속해서 냉각제(10)로서 첨가된다. 제4 단계에, 하부 배스 노즐(9)을 통해 산소-불활성 가스 혼합물(11)이 송풍 공급됨으로써(불활성 가스는 노즐을 보호하고 동시에 교반 작용을 한다), 탄소 함량은 약 0.1% C로 감소 한다.

금속 함유도의 조정(TWIP 강 혹은 TRIP 강)은 경금속(Si, Al 등)을 첨가함으로써 이루어지며, 그럼으로써 낮은 탄소 함량과 첨가제(Al 및 Si)를 포함하고 목표하는 높은 망간 함량을 함유하는 강(1)을 통합된 제강 공장에서 제조할 수 있다.

Claims (6)

1. 용융 선철(2) 또는 용강(3)과 슬래그 형성제(4)를 바탕으로 높은 망간 함량과 낮은 탄소 함량을 함유하는 강(1)을 제조하기 위한 제조 방법에 있어서,

   공정은 6% C를 함유하는 용융 페로망간(5)과 0.1% C를 함유하는 용강(3; 3a) 또는 용융 선철을 필요한 량의 슬래그 형성제(4)와 함께 FeMn 정련 전로(6a)에 투입함으로써 유도되고; 상단 랜스(8)와 하부 배스 노즐(9)을 통한 산소(7)의 조합식 송풍 공급에 의해 탄소 비율은 0.7 - 0.8%로 감소하며; 그런 후에 예비 용융물로부터 발생한 저온의 최종 생성물 성분이 냉각제(10)로서 투입되며; 그런 다음 상기 하부 배스 노즐(9)을 통해 산소(7)를 연속적으로 송풍 공급함으로써 탄소 비율은 0.05 - 0.1% C로까지 감소하는; 것을 특징으로 하는 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 랜스(8) 내지 상기 하부 배스 노즐(9)을 통해 산소(7)와 산소-불활성 가스 혼합물(11)을 조합하여 송풍 공급함으로써 부분 압력이 감소하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공정의 모든 단계는 1630 내지 1650℃ 사이의 온도 영역에서 실행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 래이들 퍼니스(12)에서 금속 함유도를 조정하기 위해 SiMn 또는 FeAl 또는 SiMn 및 FeAl 모두가 용융물(13) 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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