KR101119022B1 - 저 철손 무 방향성 전기강판 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중형발전기, 범용모터, 소형모터 등의 소재로 널리 사용되며, 철손의 범위가 2.7~3.5W/Kg으로 낮게 형성되는 저 철손 무 방향성 고급 전기강판 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강공정에서 탄소(C) 30ppm 이하, 실리콘(Si) 1.5~3.0중량%, 망간(Mn) 0.1~0.4중량%, 인(P) 0.02중량% 이하, 황(S) 30ppm 이하, 알루미늄(Al) 0.2~0.6중량%, 질소(N) 40ppm 이하 및 티타늄(Ti) 30ppm 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 된 저 철손 무 방향성 전기강판 및 제조 방법에 관한 것이다.
철손, 무 방향성, 전기강판, 용선, 용강, 전로, 래들, 슬래그, 전로정련.

Description

저 철손 무 방향성 전기강판 및 제조방법 {Electric steel sheet and refining method for electric steel sheet}
도 1은 본 발명에 의한 무 방향성 전기강판 제조방법을 보여주는 동작 흐름도이다.
도 2는 도 1의 각 단계가 실행되는 공정을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 각각 전기강판에서 C, S, Ti 성분에 따른 철손의 변화를 나타내는 그래프로써, 이들 그림으로부터 C, S, Ti 성분이 증가할수록 철손이 증가됨을 보여준다.
본 발명은 중형발전기, 범용모터, 소형모터 등의 소재로 널리 사용되며, 철손의 범위가 2.7~3.5W/Kg으로 낮게 형성되는 무 방향성 전기강판 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강공정에서 탄소(C) 30ppm 이하, 실리콘(Si) 1.5~3.0중량%, 망간(Mn) 0.1~0.4중량%, 인(P) 0.02중량% 이하, 황(S) 30ppm 이하, 알루미늄(Al) 0.2~0.6중량%, 질소(N) 40ppm 이하 및 티타늄(Ti) 30ppm 이하를 함유 하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 된 저 철손 무 방향성 전기강판 및 제조 방법에 관한 것이다.
중형발전기나 범용모터의 소재로 사용되는 무 방향성 전기강판은 소재에 전류를 가했을 때 철손실(이하, 철손이라 함)이 적은 즉, 저 철손의 재질특성이 요구된다. 무 방향성 전기강판의 철손을 낮추기 위해서는 통상 강에 Si, Mn, Al 등 철손을 저감시키는 화학성분을 다량 첨가함과 동시에 C, N, S 등 응고시 석출물을 형성하는 화학성분들을 가능한 낮게 제어할 필요성이 있다.
무방향 전기강판 제조방법에 관한 종래의 기술로는 일본 공개특허 제98-310850호, 제97-316535호 및 제96-333658호 등이 있으며, 상기 기술들은 진공탈가스 장치에서 탈탄반응과 탈산반응을 행하고, 용강 탈황제를 첨가하여 S 성분을 추가로 낮추는 방법을 제공하고 있다. 그러나 이들 종래의 기술들은 Al을 첨가함으로써 S 성분을 낮출수 있는 반면, 강력한 산화성 원소인 Al 첨가로 인하여 Ti 성분이 크게 증가되는 문제점을 해결하기 위한 방법을 제공하지 못했다.
무 방향성 전기강판을 제조하기 위한 다른 종래의 기술로는 대한민국 특허출원 2000-51450호가 있으며, 여기서 제안된 방법은 Al을 0.2~1.5중량%로 유지하면서 슬래그(Slag)의 화학조성을 조절하는 것을 특징으로 하고 있으나, 이 제안도 Al 첨가에 따라 Ti 성분이 크게 증가되는 문제점을 해결하기 위한 방법을 제공하지 못하였다.
또 다른 종래의 기술로는 일본국 공개특허 2004-149823호가 있으며, 탈탄 반 응 이후의 용강(Molten Steel) 래들(Ladle) 내에서, 슬래그 안의 CaO 질량%와 Al2O3 질량%의 비율 및 CaO 질량%와 SiO2 질량%와의 비율을 제어하는 것을 특징으로 하고 있으나, Al을 0.006 질량% 이하로 제어함으로써 철손이 낮은 전기강판을 제공하지 못했다.
이외에도 일본국 특개소63-195217호, 일본국 특개평 7-170248호, 일본국 특개평 10-147849호, 일본국 특개평 6-128618호 및 일본국 특허출원2002-124112호 등이 제안되었으며, 상기의 종래기술에 있어서는，강 성분 또는 개재물 조성 또는 양자를 적정화한 것에 의하고，소기의 강 성분 및 개재물 조성을 제어하기 위하여 탈산제의 첨가방법，첨가순서 및 첨가량 등이 제안되고 있다. 그러나 상기 종래 기술로는 강의 성분 또는 개재물 조성을 적정한 범위에 제어하더라도 철손을 소기의 범위로 낮추지 못함으로써 자기특성이 충분히 향상하지 않는 경우가 있다. 그리고 최근 에너지절약이 중요한 과제가 되어 고효율 전기강판이 요구되고 있으나, 상기 제안으로 이와 같은 요구에 충분히 대응하기 어렵다.
본 발명은 상기 전술한 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 제강공정에서 탄소(C) 30ppm 이하, 실리콘(Si) 1.5~3.0중량%, 망간(Mn) 0.1~0.4중량%, 인(P) 0.02중량% 이하, 황(S) 30ppm 이하, 알루미늄(Al) 0.2~0.6중량%, 질소(N) 40ppm 이하 및 티타늄(Ti) 30ppm 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 된 철손이 낮은 우수한 자기특성을 갖는 저 철손 무 방향성 전기 강판 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급된 목적들에 국한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 무 방향성 전기강판은, 탄소(C)(30 중량ppm 이하), 실리콘(Si)(1.5~3.0 중량%), 망간(Mn)(0.1~0.4 중량%), 인(P)(0.02 중량% 이하), 황(S)(30 중량ppm 이하), 알루미늄(Al)(0.2~0.6 중량%), 질소(N)(40 중량ppm 이하) 및 티타늄(Ti)(30 중량ppm 이하)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 무 방향성 전기강판 제조방법은, 용선의 황(S) 성분을 낮추기 위해 용선을 예비처리 하는 제 1 단계와, 상기 용선 예비처리 단계를 거친 용선에 포함되는 슬래그를 1차 배출하는 제 2 단계와, 상기 1차 슬래그 배출 단계를 거쳐 얻어지는 용강을 전로에 장입하는 제 3 단계와, 상기 전로의 용강에 산소를 1차 취입하는 제 4 단계와, 상기 전로를 경동하여 다시 슬래그를 2차 배출하는 제 5 단계와, 상기 전로의 용강에 다시 산소를 2차 취입하는 제 6 단계와, 상기 2차 산소 취입 단계를 거친 용강을 래들로 출강하는 제 7 단계와, 상기 래들을 진공 탈가스 장치로 이송하여 진공 탈가스 처리하는 제 8 단계와, Si, Mn, Al 성분을 조정하기 위해 Si, Mn, Al 합금철을 첨가하는 제 9 단계와, 상기 래들을 버블링이 가능한 정련 장치로 이송하여 버블링을 행하고, 불활성 가스를 취입하는 제 10 단계 를 포함한다.
상기 단계 중, 상기 제 1 단계는 용선 예비처리공정에서 칼슘카바이드(CaC2) 또는 생석회(CaO)계 용선탈류제를 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 제 4 단계는 상기 산소를 분사하여 P 및 Ti 성분을 낮추는 단계를 포함하며, 상기 단계는 상기 산소를 용탕 1톤당 5~15Nm3 분사하는 단계를 포함하고, 상기 제 5 단계는 상기 슬래그를 3~10분 동안 배출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 6 단계는 상기 산소를 용탕 1톤당 30~50Nm3 분사하는 단계를 포함하고, 상기 제 7 단계는 상기 제 7 단계에서 얻어지는 출강류에 생석회(CaO) 또는 형석을 첨가하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 상기 생석회를 용강 1톤당 5~15kg 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 단계는 상기 형석을 용강 1톤당 1kg 이하로 첨가하는 단계를 포함한다.
아울러, 상기 제 8 단계는 탄소(C) 성분이 30 중량ppm 이하에 이를 때까지 감압상태에서 탈탄반응을 행하는 단계를 포함하고, 상기 제 9 단계는 상기 Si 합금철로서 페로실리콘(Fe-Si)을 사용하고, 상기 Mn 합금철로서 페로망간(Fe-Mn)을 사용하는 단계를 포함하며, 상기 제 10 단계는 상취랜스를 이용하여 상기 불활성 가스를 분당 1.0~3.0Nm3 유량으로 3~15분간 취입하여 황(S) 성분을 30 중량ppm 이하로 낮추는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 저 철손 무 방향성 전기강판 및 제조 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 무 방향성 전기강판 제조방법을 보여주는 동작 흐름도이고, 도 2는 도 1의 각 단계가 실행되는 공정을 나타낸 공정 흐름도이다.
도시된 바와 같은 본 발명에 의한 전기강판 제조방법에 따르면, 탄소(C)(30 중량ppm 이하), 실리콘(Si)(1.5~3.0 중량%), 망간(Mn)(0.1~0.4 중량%), 인(P)(0.02 중량% 이하), 황(S)(30 중량ppm 이하), 알루미늄(Al)(0.2~0.6 중량%), 질소(N)(40 중량ppm 이하) 및 티타늄(Ti)(30 중량ppm 이하)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 포함하는 무 방향성 전기강판을 얻을 수 있게 되는 바, 이를 위해서, 용선의 황(S) 성분을 낮추기 위해 용선을 예비처리 하는 제 1 단계(S100)와, 상기 용선 예비처리 단계를 거친 용선에 포함되는 슬래그를 1차 배출하는 제 2 단계(S200)와, 상기 1차 슬래그 배출 단계를 거쳐 얻어지는 용강을 전로에 장입하는 제 3 단계(S300)와, 상기 전로의 용강에 산소를 1차 취입하는 제 4 단계(S400)와, 상기 전로를 경동하여 다시 슬래그를 2차 배출하는 제 5 단계(S500)와, 상기 전로의 용강에 다시 산소를 2차 취입하는 제 6 단계(S600)와, 상기 2차 산소 취입 단계를 거친 용강을 래들로 출강하는 제 7 단계(S700)와, 상기 래들을 진공 탈가스 장치로 이송하여 진공 탈가스 처리하는 제 8 단계(S800)와, Si, Mn, Al 성분을 조정하기 위해 Si, Mn, Al 합금철을 첨가하는 제 9 단계(S900)와, 상기 래들을 버블링이 가능한 정련 장치로 이송하여 버블링을 행하고, 불활성 가스를 취입하는 제 10 단계(S1000)를 거치게 된다.
상기 제 1 단계(S100)에서는 용선 예비처리공정에서 칼슘카바이드(CaC2) 또 는 생석회(CaO)계 용선탈류제를 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 제 4 단계(S400)는 상기 산소를 분사하여 P 및 Ti 성분을 낮추는 단계를 포함하며, 상기 단계는 상기 산소를 용탕 1톤당 5~15Nm3 분사하는 단계를 포함하고, 상기 제 5 단계(S500)는 상기 슬래그를 3~10분 동안 배출하는 단계가 포함된다.
또한, 상기 제 6 단계(S600)는 상기 산소를 용탕 1톤당 30~50Nm3 분사하는 단계를 포함하고, 상기 제 7 단계(S700)는 상기 제 7 단계(S700)에서 얻어지는 출강류에 생석회(CaO) 또는 형석을 첨가하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 상기 생석회를 용강 1톤당 5~15kg 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 단계는 상기 형석을 용강 1톤당 1kg 이하로 첨가하는 단계를 포함한다.
아울러, 상기 제 8 단계(S800)는 탄소(C) 성분이 30 중량ppm 이하에 이를 때까지 감압상태에서 탈탄반응을 행하는 단계를 포함하고, 상기 제 9 단계(S900)는 상기 Si 합금철로서 페로실리콘(Fe-Si)을 사용하고, 상기 Mn 합금철로서 페로망간(Fe-Mn)을 사용하는 단계를 포함하며, 상기 제 10 단계(S1000)는 상취랜스를 이용하여 상기 불활성 가스를 분당 1.0~3.0Nm3 유량으로 3~15분간 취입하여 황(S) 성분을 30 중량ppm 이하로 낮추는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적에 부합되는 저 철손 무 방향성 전기강판은 철손이 2.7~3.5W/kg 범위로서, 그때 요구되는 화학성분은 C(30 중량ppm 이하), Si(1.5~3.0 중량%), Mn(0.1~0.4 중량%), P(0.02중량% 이하), S(30 중량ppm 이하), Al(0.2~0.6중량%), N(40 중량ppm 이하) 및 Ti(30 중량ppm 이하)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불 순물로 구성되는 강이다.
저 철손 무 방향성 전기강판에서는 Si, Mn, Al 등이 증가될수록 철손이 감소되므로, 이들 원소를 소기의 농도까지 합금성분으로 첨가해야 하는 반면에, C, P, S, N, Ti 등은 함량이 증가될수록 철손도 증가되므로 철손이 낮은 전기강판을 제조하기 위해서는 이들 불순물을 일정범위 이하로 낮추는 것이 필수적이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 각각 전기강판에서 C, S, Ti 성분에 따른 철손의 변화를 나타내는 그래프로써, 이들 그림으로부터 C, S, Ti 성분이 증가할수록 철손이 증가됨을 보여준다.
본 발명에 의한 저 철손 무 방향성 전기강판을 얻기 위해서는 먼저 용선예비처리 공정에서 S의 농도를 30 중량ppm 이하로 제어하는 것이 매우 중요하다. 그 이유는 용탕의 S성분이 전로정련에서 사용되는 용선, 고철 등 주원료, 소결광, 생석회 등 부원료 및 내화물에 의한 오염으로 전로정련 이후, 10~40 중량ppm 증가되며, 2차 정련공정에서 S를 소기의 목표 농도까지 제거하기 위해서는 하기 식(1)의 환원반응이 요구된다.
Figure 112004028825159-pat00001
식(1)
한편, 2차 정련공정에서 용강 중 S를 제거하기 위해 환원성 분위기를 조성한다면 불가피하게 하기 식(2)의 Ti 환원반응이 발생되어 용강 중 Ti 농도가 증가하게 되므로 2차 정련공정에서 다량의 S 성분을 제거하는 것이 곤란하다.
Figure 112004028825159-pat00002
식(2)
상기 식(1) 및 식(2)에서 [S], [Ti]는 각각 용강 중 S 및 Ti, [O]는 용강 중 산소를, (CaO), (CaS) 및 (TiO2)는 각각 순서대로 슬래그 중 CaO, CaS 및 TiO2를 의미한다.
고로에서 출탕되는 용선의 S 성분은 200~1000 중량ppm에 달하며, 이를 30 중량ppm 이하로 저감하기 위해서는 CaC2 또는 CaO계 용선 탈류제를 용선 1톤당 5~10kg 취입하는 것이 바람직하다. 5kg 이하를 첨가하는 경우 소기의 S 농도를 얻기 어렵고, 10kg을 초과하는 경우에는 S 농도가 더 이상 감소되지 않는 반면 용선탈류제 사용량이 증가되는 문제점이 있다. 용선탈류제를 첨가할 때에는 랜스(Lance)를 통해 불활성 가스인 질소나 Ar(아르곤) 가스와 동시에 취입하는 것이 바람직하고, 본 발명에 관한 실험 결과에 의하면 탈류제 취입속도는 분당 50~120kg로 조정하는 것이 탈류제 절감측면에서 유리한 것으로 나타났다. 이어서 탈류반응이 종료된 용선에는 탈류반응으로 생성된 황화칼슘(CaS)이 다량 포함되어 있으므로 전로에 용선을 장입하기 이전에 필히 슬래그 를 배출시켜햐 한다. 슬래그를 배재할 때에는 슬래그 응집제를 첨가하여 슬래그를 뭉치게 한 상태에서 드래그(Dragger) 등으로 긁어냄이 바람직하고, 슬래그 응집제 등을 첨가하지 않는다 하더라도 용선탈류반응으로 생성되는 슬래그를 충분히 제거하면 된다.
상기 용선탈류반응이 종료된 용강을 전로(BOF)에 장입한다. 그때, 필요 따라서는 용선이외 고철이나 핫브레케트아이언(HBI)을 일정 비율 전로에 장입해도 무관하고, 용선 비율은 전로에서의 열발란스(Heat Balance)를 감안하여 결정한다.
전로에 용선을 장입하고, 상취랜스(Lance)로 1차로 산소를 용탕 1톤당 5~15 표준입방미터(Nm3) 분사하며, 그때 용탕에서는 하기 식(3) 및 (4)의 화학반응으로 용선에 포함된 P 및 Ti가 분사된 산소와 반응하여 (P2O5), (TiO2)를 형성되어 슬래그 층으로 이동되게 된다.
Figure 112004028825159-pat00003
식(3)
Figure 112004028825159-pat00004
식(4)
따라서, 1차 산소를 취입한 이후에는 전로를 기울여 슬래그를 배출하게 되며, 본 발명에 관한 실험에 의하면 슬래그 배출시간은 3~10분이 적당함을 확인하였다. 3분 이하의 경우 전로에 잔류하는 슬래그 양이 증가하고, 10분을 초과하는 경우 슬래그에 이어서 용탕이 배출되는 것을 확인하였다.
이어서 전로를 직립시켜 2차로 산소를 취입하며, 2차로 분사하는 산소량은 용탕 1톤당 30~50 표준입방미터(Nm3)가 적당하다. 2차 산소 분사 시에는 용탕에 포함된 C, Si, Mn 등이 산소와 반응되어 CO계 가스로 배출되거나 (SiO2), (MnO) 등이 형성되어 슬래그 층으로 이동되며, 그때 불가피하게 Fe 일부도 산화되어 (FeO)계 산화물이 형성됨과 동시에 슬래그 층으로 이동된다. 전로정련이 완료되는 단계의 용강에는 C(0.02~0.06 중량%), Si(0.2 중량% 이하), Mn(1 중량% 이하), P(0.015중량% 이하), S(30~60 중량ppm), N(15 중량ppm 이하)등의 화학성분이 포함되며, 용강온도는 1650~1700도, 용존산소는 500~700 중량ppm 수준이다.
전로정련이 종료된 용강을 티밍래들(Teeming Ladle)로 출강하며, 이때 출강 류에 생석회를 용강 1톤당 5~15kg 및 형석을 용강 1톤당 1kg 이하 첨가한다.
여기서 생석회와 형석을 첨가하는 목적은, 이후 이차공정에서 S의 농도를 추가로 낮추어 소기의 S의 농도를 얻기 위해 미리 첨가하는 것이고, 단지 출강시 발생되는 강한 교반력을 활용하여 생석회와 형석의 하기 화학식(5)에 따라 슬래그화를 돕고자 하는 것이다.
Figure 112004028825159-pat00005
식(5)
생석회 첨가량이 5kg 미만일 경우, 2차 정련공정에서 행하는 용강탈류반응이 부족하여 30 중량ppm 이하의 S의 농도를 얻기 어렵고, 15kg을 초과하는 경우에는 CaO 슬래그화 화학반응이 진행되지 않은 생석화가 다량 존재하게 되므로 불리하게 된다.
생석회와 동시에 형석을 용강 1톤당 1kg 미만 첨가하는 것은 상기 화학식(5)의 슬래그화 반응을 촉진시키기 위함이고, 여기서 CaO는 고체 상태의 생석회, (CaO)는 슬래그에 용해되어 슬래그화가 진행된 생석회를 의미한다.
용강온도, 용존산소 등의 영향으로 생석회의 슬래그화 반응이 충분히 진행될 것으로 판단되는 경우에는 형석을 첨가하지 않아도 무방하며, 형석 첨가량이 용강 1톤당 1kg을 초과하는 경우, CaO의 과도한 슬래그화 반응에 따른 복린반응, 환경오염 등의 부작용이 파생되어 불리하다.
전로로부터 출강이 종료된 래들(Ladle)을 진공탈가스 장치로 이송하고, 진공조 내부의 압력을 낮추어 10mmHg 이하로 감압하여 하기 화학식(6)의 탈탄반응을 행하여 C의 농도를 30 중량ppm 이하로 낮춘다.
Figure 112004028825159-pat00006
화학식(6)
여기서 [C]와 [O]는 각각 용강의 탄소와 산소, CO는 탈탄반응으로 발생되는 일산화탄소를 의미한다.
또한, 진공 탈가스장치로는 알에이치(RH), 브이티디(VTD), 브이오디(VOD) 등 어떤 설비도 적용이 가능하며, 내부압력을 0.5mmHg 이하로 유지시킨다면 상기 식(6)의 탈탄반응이 진행되나, 탈탄반응을 보다 효과적으로 진행시키기 위해서는 내부압력을 0.5mmHg 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
일례로 300톤 RH 진공 탈가스 장치에서 초기탄소 [C] 0.02~0.05 중량%, 산소 [O] 300~500ppm일때 교반가스 120~150 Nm3/hr, 압력 0.5mmHg에서 10~12분으로 유지한다면 30 중량ppm 이하의 탄소농도, [C]를 얻을 수 있게 된다.
진공탈가스 장치에서 C 농도가 30 중량ppm 이하에 도달되는 시점 즉 탈탄반응이 종료되는 시점에서 Si 합금철, Al 및 Mn 합금철을 첨가하여 중량%로 Si 1.5~3.0, Mn 0.1~0.4, Al 0.2~0.6으로 조절하고, 여기서 Si 합금철은 페로실리콘(Fe-Si), Mn 합금철은 페로망간(Fe-Mn)이면 충분하다. Si 합금철 첨가시 하기 식(7)의 화학반응으로 용강의 산소농도가 1~20ppm 범위로 감소하게 되며, 일반적으로 산소가 감소되는 화학반응을 탈산반응이라 한다.
Figure 112004028825159-pat00007
화학식(7)
한편, 알루미늄을 첨가하면 하기 식(8)의 화학반응으로 용강 산소농도가 1.0 ppm 수준으로 추가 감소됨과 아울러 상기 식(7)의 반응으로 미리 발생된 SiO2와 용 해 알루미늄 [Al]이 반응하는 하기 화학식(9)의 반응도 부분적으로 일어날 수 있다.
Figure 112004028825159-pat00008
화학식(8)
Figure 112004028825159-pat00009
화학식(9)
한편, 진공탈가스 장치에서 산화력이 강한 Si, Al을 충분히 공급함으로써 래들(Ladle) 내 슬래그(Slag) 성분 중 (FetO)가 이들 원소에 의해 환원됨으로써 슬래그중 (FetO) 함량은 1.5 중량% 이하로 감소하게 되고, 이어서 조장할 상기 화학식(1)의 반응이 정반응, 즉 우측으로 용이하게 진행되도록 한다.
Si, Al 및 Mn 성분 조절이 종료된 용강이 담긴 래들(Ladle)을 상취 버블링(Top Bubbling)이 가능한 정련장치로 이송하고, 래들(Ladle) 상부로부터 상취랜스(Lance)를 하강하여 용강에 담그고 불활성 가스를 취입한다.
본 발명에서는 불활성 가스 중 하나인 Ar(아르곤)을 사용하였으며, 이때 가스유량을 분당 1.0~3.0 표준입방미터(Nm3), 가스 취입시간을 3~15분간 유지한다.
이때 상기 화학식(1)의 반응으로 출강시 첨가되고 사전에 슬래그화 반응이 충분히 진행된 (CaO) 성분이 용강중 [S] 성분과 반응하여 황성분 [S]이 30 중량ppm 이하로 감소하게 되며, 동시에 Ti 증가는 거의 없게 된다. Ti 성분이 증가되지 않는 이유는 위에서 상술한 것과 같이 사전에 전로에서 1차 산소 취입 및 슬래그 제거로 슬래그중 TiO2 성분이 지극히 낮은 상태이기 때문에 상기 화학식(2)의 반응이 일어나지 않기 때문이다.
본 발명에 관한 실험에 의하면 Ar(아르곤) 저취교반(Bottom Bubbling)만을 실시하는 경우에는 교반력이 절대적으로 부족하여 소기의 S 농도를 얻기 어렵고, 상취와 동시에 Ar(아르곤) 저취교반을 실시하는 경우에는 탈류반응을 촉진하는 효과가 있는 것으로 나타났다.
또한 Ar(아르곤) 대신에 질소를 사용한다면 용강의 질소농도 [N] 증가로 철손이 증가되어 불리함을 확인하였다.
여기서 상취랜스(Lance)는 내부에 강 파이프가 내장되고, 외부에는 부정형 내화물로 도포되며, Ar(아르곤) 유량을 분당 1.0~3.0Nm3 범위로 제어할 수 있다면 충분하고, 경우에 따라서 저취교반을 상취와 동시에 실시한다면 상취유량과 저취유량의 합을 분당 1.0~3.0Nm3 범위로 제어한다면 충분하다.
용강에 Ar(아르곤)을 취입하면 상기 식(1) 화학반응으로 S 농도가 낮아지고, 그때 발생되는 [O]는 상기 화학식(8)의 화학반응으로 소멸되므로 되므로 용강의 탈황반응이 일어나게 된다.
Ar(아르곤) 취입시 유량을 1.0 이하로 하면 교반력이 부족하여 소기의 S 농도를 얻기 어렵고, 3.0을 초과한다면 S 농도가 낮아지는 이외에 나탕 발생으로 질소농도 [N]이 지나치게 증가되어 40 중량ppm 이하를 얻기 어렵다.
그리고, 교반시간이 3분 미만이라면 30 중량ppm 이하 S 조성을 얻기 어렵고, 15분을 초과하면 충분히 낮은 S 농도를 얻을 수 있음에도 불구하고, [N] 및 [Ti] 성분 증가로 자기특성이 불리해짐을 알 수 있었다.
이하, 본 발명에 따른 여러 가지 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 본 발명에서 청구하는 권리범위가 하기 실시예로 한정되지는 아니함을 본 발명의 기술분야에 종사하는 통상의 전문가라면 이해할 수 있을 것이다.
실시예 1
용량 300톤 제강공정에서 용강을 정련하여 C(30 중량ppm 이하), Si(1.5~3.0 중량%), Mn(0.1~0.4 중량%), P(0.02 중량% 이하), S(30 중량ppm 이하), Al(0.2~0.6 중량%), N(40 중량ppm 이하 및 Ti 30 중량ppm 이하)를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 된 무 방향성 전기강판을 제조하기 위하여, 먼저 고로에서 출탕된 용선 S성분을 분석한 결과, S 농도가 210~850 중량ppm에 달함을 확인하고, 상취랜스(Lance)를 통해 용선탈류제로 입자크기 2mm 이하의 CaC2를 분당 100kg 속도로 취입하였다. 표1은 CaC2 취입량에 따른 용선탈류 전후 S 농도를 요약한 것이다. 이 실험에서는 탈류처리 전후 용선 샘플을 채취하고 C/S 동시분석기로 S 성분을 분석하였다.
Figure 112004028825159-pat00010
표 1에 나타난 바와 같이 용선탈류제 CaC2를 용선 1톤당 5.0~10.0kg 취입한 경우에는 30 중량ppm 이하의 S 농도를 얻을수 있는 반면에 비교예 1 및 2와 같이 5.0 미만으로 취입하는 경우에는 30ppm 이하의 S 농도를 얻기 어렵고, 비교예 3과 같이 10kg을 초과하는 경우 30ppm 이하 S 농도를 얻을 수 있음에도 불구하고, 탈류제를 과다 사용함으로써 용선탈류처리 이후, 슬래그 발생량이 많고, 경제적으로 불리하였다.
실시예 2
용선탈류 조업이 완료된 이후 용선을 장입래들(Ladle)로 출탕하고, 출탕직후에는 화학조성이 SiO2 75%, 잔부가 Al2O3인 슬래그 응집제를 첨가하면서 드래그로 슬래그 를 충분히 제거하고, 이후 용선을 300톤 전로에 장입하였다.
용선을 전로에 장입한 이후, 1차로 산소를 용탕 1톤당 10Nm3 분사하고, 이어서 전로를 경동하여 슬래그 를 배출하며, 전로를 직립시켜 2차로 산소를 용탕 1톤당 40Nm3 취입하였다.
반면에 비교예의 경우 전로에서 본 발명과는 다르게 1차산소 및 슬래그 제거 공정을 생략하고, 산소를 용탕 1톤당 50Nm3 취입하는 것으로 정련을 종료하였다. 상기 본 발명과 비교예의 실험에서는 전로정련 종료 직후, 슬래그 시료를 채취하고, XRF로 성분을 정량분석하였다. 다음 표 2는 상기 실험을 정리한 것이다.
Figure 112004028825159-pat00011
표 2로부터 본 발명과 같이 1차로 산소를 취입하고, 전로를 경동시켜 슬래그 를 3~10분 제거하며, 이어서 2차로 산소를 취입한 경우에는 전로정련이 종료된 시점에서 슬래그 중 (P2O5)가 1.1% 이하, (TiO2)가 0.23% 이하인데 비해, 비교예 1은 산소취입 양이 본 발명과 동일함에도 불구하고 슬래그 제거시간이 짧음으로써 (P2O5) 1.6%, (TiO2) 1.1%로 본 발명 보다 매우 높고, 이러한 경우 용강 탈류공정에서 상기 화학식(1) 및 (2)의 반응으로 P 및 Ti 성분이 크게 증가됨을 확인하였다.
그리고, 비교예 2의 경우 슬래그제거시간이 길어 (P2O5) 0.8%, (TiO2) 0.08%가 낮아 상기 식(1) 및 (2)의 화학반응을 억제하기에는 효과적이나 슬래그 배재과정 말기에 용탕이 배출되는 문제점이 있음을 확인하였고, 비교예 3은 1차 산소위칩과 슬래그 제거공정을 생략함으로써 (P2O5) 3.2%, (TiO2) 1.5%로 본 발명 대비 3~6배에 달하며, 2차 정련공정에서 용강탈류 정련을 실시한 이후, Ti가 65ppm에 달하여 본 발명과 같이 30ppm 이하를 얻기 어려운 것으로 나타났다.
실시예 3
전로정련이 완료된 단계에서 용강이 C 0.03~0.05 중량%, Si 0.1~0.2 중량%, Mn 0.3~0.66 중량%, P 0.005~0.008 중량%, S 30~60ppm, N 12~16ppm의 화학성분을 지니고 있음을 확인하였고, 용강온도 1650~1680도, 용존산소는 500~700ppm 수준이었다.
전로정련이 종료된 용강을 래들(Ladle)로 출강하면서 생석회를 첨가하고, 이어서 래들(Ladle)을 RH 진공탈가스 장치로 이송하며 조(vessel)내 진공도를 1 mmHg 이하로 12~14분 유지하여 C성분이 25 중량ppm에 도달할 때까지 탈탄반응을 행하였 다.
그리고, 페로망간, 알루미늄을 첨가하여 Si, Mn, Al 성분을 목표범위 이내로 조정하고 RH 정련을 종료하였다. 이어서 래들(Ladle)을 상취버블링(Top Bubbling)이 가능한 LF(Ladle Furnace) 정련장치로 이송한 후, 상취랜스(Lance)로 아르곤(Ar) 가스를 분당 1.0~3.0 표준입방미터(Nm3) 유량으로 취입하였으며, 다음 표 3은 이를 종합적으로 정리한 것이다.
Figure 112004028825159-pat00012
표 3에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명은 출강시 생석회를 용강 1톤당 5~15kg 첨가하고, 용강탈황 공정에서 Ar(아르곤)을 분당 1.5~2.5Nm3 유량으로 7~15분간 취입함으로써, S 30ppm 이하, N 30ppm 이하를 얻을수 있는 반면에 비교예 1은 본 발명과 유사한 생석회 투입량과 Ar(아르곤) 취입시간을 유지함에도 불구하고 Ar(아르곤) 취입유량 부족으로 소기의 S 농도를 얻기 어려웠다.
그리고, 실시예 2에서는 Ar(아르곤) 취입시간이 길어 S 농도는 10ppm으로 낮음에 비해 N 농도가 42ppm으로 목표범위를 초과함을 알 수 있었고, 비교예 3 역시 Ar(아르곤) 취입유량이 과도하여 N 농도가 45ppm으로 목표범위를 초과하였다. 또한, 비교예 4는 출강시 첨가하는 생석회가 부족하여 S 농도가 39ppm으로 목표범위를 초과함을 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 무 방향성 전기강판을 제조하게 되면, 강 중 C, Si, Mn, P, S, Al, N 및 Ti 농도를 목표범위 이내로 용이하게 제어함으로써, 철손 2.7~3.5W/kg 범위의 고급 무 방향성 전기강판을 효과적으로 제조할 수 있으며, 따라서, 중형발전기, 범용모터, 소형모터 등에 적용되는 고 품질의 저 철손 전기강판 소재를 제조 할 수 있게 된다는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 용선의 황(S) 성분을 낮추기 위해 용선을 예비처리 하는 제 1 단계와;
    상기 용선 예비처리 단계를 거친 용선에 포함되는 슬래그를 1차 배출하는 제 2 단계와;
    상기 1차 슬래그 배출 단계를 거쳐 얻어지는 용강을 전로에 장입하는 제 3 단계와,
    상기 전로의 용강에 산소를 1차 취입하는 제 4 단계와;
    상기 전로를 경동하여 다시 슬래그를 2차 배출하는 제 5 단계와;
    상기 전로의 용강에 다시 산소를 2차 취입하는 제 6 단계와;
    상기 2차 산소 취입 단계를 거친 용강을 래들로 출강하는 제 7 단계와;
    상기 래들을 진공 탈가스 장치로 이송하여 진공 탈가스 처리하는 제 8 단계와;
    Si, Mn, Al 성분을 조정하기 위해 Si, Mn, Al 합금철을 첨가하는 제 9 단계와;
    상기 래들을 버블링이 가능한 정련 장치로 이송하여 버블링을 행하고, 불활성 가스를 취입하는 제 10 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    용선 예비처리공정에서 칼슘카바이드(CaC2) 또는 생석회(CaO)계 용선탈류제를 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 칼슘카바이드(CaC2) 또는 생석회(CaO)계 용선탈류제를 용선 1톤당 5~10kg 취입하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 산소를 분사하여 P 및 Ti 성분을 낮추는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단계는,
    상기 산소를 용탕 1톤당 5~15Nm3 분사하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 5 단계는,
    상기 슬래그를 3~10분 동안 배출하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 6 단계는,
    상기 산소를 용탕 1톤당 30~50Nm3 분사하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 7 단계는,
    상기 제 7 단계에서 얻어지는 출강류에 생석회(CaO) 또는 형석을 첨가하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계는,
    상기 생석회를 용강 1톤당 5~15kg 첨가하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계는,
    상기 형석을 용강 1톤당 1kg 이하로 첨가하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  11. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 8 단계는,
    탄소(C) 성분이 30 중량ppm 이하에 이를 때까지 감압상태에서 탈탄반응을 행하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  12. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 9 단계는,
    상기 Si 합금철로서 페로실리콘(Fe-Si)을 사용하고, 상기 Mn 합금철로서 페로망간(Fe-Mn)을 사용하는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 10 단계는,
    상취랜스를 이용하여 상기 불활성 가스를 분당 1.0~3.0Nm3 유량으로 3~15분간 취입하여 황(S) 성분을 30 중량ppm 이하로 낮추는 단계를 포함하는 무 방향성 전기강판 제조방법.
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