KR101159967B1 - 회송용강을 이용한 강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회송용강을 이용한 강의 제조방법에 관한 것으로, 전로 제강공정의 회송용강을 래들에 장입하고 가탄제를 투입하는 단계(S1)와; 상기 가탄제의 투입 후에 상기 용강을 설정온도로 승온하는 단계(S2)와; 설정온도로 승온된 회송용강을 전로에 재장입하고 취련하는 단계(S3);를 포함한다.
본 발명은 전로 제강공정의 회송용강에 가탄제를 투입하여 질소 픽업을 방지하고 승온한 후, 전로에 재장입하고 취련하므로 회송용강을 이용하여 전로에서 강을 제조하더라도 일반강 수준의 질소 제어가 가능한 이점이 있다.

Description

회송용강을 이용한 강의 제조방법{Method for manufacturing steel using returned moltens steel}

본 발명은 회송용강을 이용한 강의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전로취련 후 회송되는 용강을 이용하여 강을 제조하는 회송용강을 이용한 강의 제조방법에 관한 것이다.

철강 생산에 활용되고 있는 제강공정은 용선을 주원료로 사용하는 전로 제강공정과 고철을 주원료로 사용하는 전기로 제강공정으로 대별된다.

전로 제강공정은 외부로부터 별도의 에너지를 공급하지 않고 불순물의 산화열을 이용하므로 고철 사용량이 30% 이하로 제한되며, 용선을 공급할 수 있는 용광로를 보유하고 있는 일관 제철소에서 채용하고 있다.

이 방법은 영국에서 용선 중에 공기를 취입하여 용선을 정련하기 시작한 베세머 제강법(Bessemer converter,1856)이 그 효시로서, 이후 토마스 전로법(Thomas converter, 1876), 순산소 상취 전로법(LD 제강법,1952) 등으로 발전하게 되었다.

이와 같은 전로 제강공정은 제강 능력에 비해 건설비와 제강 원가가 저렴할 뿐 아니라 제강시간이 40분 이내로서 생산성이 매우 높은 장점을 갖는다.

본 발명의 목적은 전로의 작업성을 향상시켜 산소 및 내화물 원단위를 줄일 뿐 아니라 용강의 산화도를 저감시켜 실수율을 향상시키고 강의 품질을 향상시킬 수 있는 회송용강을 이용한 강의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 전로 제강공정의 회송용강을 래들에 장입하고 가탄제를 투입하는 단계와; 상기 가탄제의 투입 후에 상기 용강을 설정온도로 승온하는 단계와; 설정온도로 승온된 회송용강을 전로에 재장입하고 취련하는 단계;를 포함한다.

상기 가탄제는 상기 회송용강 1ton당 5.5~8.5kg을 투입한다.

상기 설정온도는 1580~1650℃ 범위이다.

상기 가탄제의 투입과 승온은 LF(Ladle furnace)에서 수행한다.

전로 제강공정의 회송용강에 가탄제를 투입하여 질소 픽업을 방지한 후, 전로에 재장입하고 취련한다.

상기 회송용강을 상기 전로에 재장입하기 전 LF에서 가열하여 승온하는 과정이 더 포함하여 재취련시 과취를 방지한다.

본 발명은 전로 제강공정의 회송용강에 가탄제를 투입하여 질소 픽업을 방지한 후, 전로에 재장입하고 취련하므로 회송용강을 이용하여 전로에서 강을 제조하더라도 일반강 수준의 질소 제어가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회송용강을 전로에 재장입전 LF에서 가열하여 승온하는 과정이 더 포함되므로, 전로 취련시 과취가 방지되어 용강의 산화도가 저감된다. 따라서 회송용강을 이용하여 전로에서 강을 제조하더라도 실수율이 향상되고 우수한 품질의 강을 생산할 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 전로 취련시 과취 방지는 산소 및 내화물의 원단위를 줄이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 회송용강을 이용한 강의 제조방법을 보인 과정도.

이하, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 회송용강을 이용한 강의 제조방법은, 회송된 용강을 래들에 장입하고 가탄제를 투입하여 용강 내 질소 성분을 조정하고, 용강을 승온한 후 전로에 재장입하는 것을 특징으로 한다.

회송용강은 전로 제강 공정의 주조작업시 여러가지 요인에 의해 주조를 하지 못하고 중단해야 하는 상황이 되어 전로로 되돌아오는 용강을 의미한다.

전로 제강공정은 용강로에서 제조된 용선을 예비처리한 후 전로에 장입하고, 산소가스를 취입하여 탈산 및 승온을 주체로 하는 전로취련 과정을 거친다. 전로취련 과정 후에는 2차 정련 설비를 거쳐 최종 정련된 다음 연속주조공정에서 주조작업이 이루어진다.

이때, 용강이 목표 성분에 미적중된 경우, 연속주조 중에 노즐 폐쇄가 발생한 경우, 용강이 목표 온도에 부적중한 경우, 연주조업설비 이상에 의한 주조 불가시 등의 불가피한 상황에 용강이 회송된다.

회송용강의 전로 취련시에는 용선 중의 탄소원이 부족하여 흡질이 발생하고 또한 산화열의 부족으로 출강 목표 온도를 적중하기가 매우 어렵다. 이 경우 목표 온도 적중을 위해 산소 사용량이 증가하게 되고 용강과 슬래그는 더욱 과산화 상태로 되어 흡질 현상을 더욱 가속화시키며, 후속 용강 품질에 악영향을 미친다.

회송용강의 출강시에 미탈산으로 출강하거나, 출강 후 진공 탈가스 공정을 통해 용강 품질을 향상시킬 수는 있다. 그러나 미탈산 출강 및 진공 탈가스 공정은 조업에 부하가 많이 걸리고 원가 상승을 초래한다.

따라서, 전로 재취련 후 진공 탈가스 공정을 수행하지 않고도 일반강 수준으로 질소를 제어하여 강의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 회송용강을 이용한 강의 제조방법이 제공된다.

일반강 수준은 전로 취련 후 용강 중 질소가 70ppm 이하를 유지하는 경우이다. 일반적으로 용선을 이용할 경우 전로 취련 후 용강 중 질소는 20~30ppm 범위를 유지한다.

구체적으로, 회송용강을 이용한 강의 제조방법은, 전로 제강공정의 회송용강을 래들에 장입하고 가탄제를 투입하는 1단계(S1)와, 상기 가탄제의 투입 후에 상기 용강을 설정온도로 승온하는 2단계(S2)와, 설정온도로 승온된 회송용강을 전로에 재장입하고 취련하는 3단계(S3)를 포함한다.

가탄제 투입은 LF(Ladle furnace) 수행한다. 가탄제는 회송용강의 질소 픽업을 방지하기 위해 투입된다. 회송용강의 전로 취련시에는 미회송용강의 작업시보다 상대적으로 노내의 질소 분압이 높아 질소 픽업이 발생한다. 미회송용강은 고로에서 생산된 용선을 의미한다.

미회송용강의 작업시에는 탈탄반응에 의한 CO가스가 다량 발생하여 노내의 질소 분압이 낮다. 그러나 회송용강의 작업시에는 탈탄반응에 의해 발생하는 CO가스가 적어 산소 스트림에 의해 대기 중의 질소가 노내로 다량 흡입된다. 따라서 회송용강의 작업시 질소픽업이 발생한다.

질소픽업을 방지하기 위한 가탄제는 회송용강 1ton 당 5.5~8.5kg 범위로 투입한다. 질소 제어 효과 측면에서 5.5kg/ton 이상의 가탄제 투입이 필요하고, 8.5kg/ton을 초과하는 것은 설비적인 한계와 온도 강하의 부담이 있어 바람직하지 않다. 가탄제는 흑연, 무연탄 등이 사용될 수 있다.

승온은 LF에서 실시하며, 회송용강의 온도가 1580℃~1650℃ 범위가 되게 한다. 회송용강의 온도가 1580℃ 이상이면 전로 장입후 산소를 과량 사용하지 않고도 용강 온도 확보가 가능하다. 왜냐하면, 전로에서는 별도의 열원을 공급하지 않고 용선 중에 함유된 Si, C, Mn 등의 산화열을 이용하여 취련을 하기 때문이다.

회송용강의 온도가 확보된 상태로 전로에 장입되면, 취입되는 산소가 온도 상승이 아닌 탈탄 반응에 사용되므로 왕성한 CO 가스 발생에 의한 질소픽업 방지와 용강의 탈질반응이 수행된다.

탈탄반응은 용강 온도가 상승하면 왕성하게 진행되는데, 이때 용강 중으로 부상하는 CO가스가 질소 픽업을 방지하고, 또 CO 가스 중으로 질소가 확산 배출되어 용강의 탈질반응이 수행된다.

이와 같이, 회송용강의 온도가 높을수록 탈탄반응이 효과적이므로 질소 제어도 용이하다. 그러나 1650℃를 초과하면 노의 과도한 침식이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

LF에서 가탄제를 투입하고, 승온하는 과정을 거친 회송용강은 전로에 재장입된다.

재장입시 회송용강은 고로 용선 일부와 혼합 사용할 수 있다. 이때, 전로내에 잔존하는 슬래그와 용선과의 폭발반응을 방지하기 위해 전로를 경동하여 회송용강을 먼저 장입한 후 용선을 장입한다. 회송용강은 온도가 확보된 상태이므로 회송용강과 용선의 배합비는 중요하지 않다.

회송용강을 전로에 재장입한 후에는 통상의 전로취련 방법인 산소가스를 취입하여 탈산 및 승온을 주체로 하는 전로취련 과정을 거치면 된다. 전로취련 과정 완료 후 용강 중 질소는 70ppm이하를 만족한다.

참고로, 본 발명은 전로 제강공정의 회송용강에 가탄제를 투입하여 질소 픽업을 방지한 후 승온과정 없이 전로에 재장입하고 취련할 수도 있다. 이 경우 회송용강 승온에 의한 과취 방지 효과를 기대할 수는 없으나 질소 픽업은 일정수준 이상 방지된다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 실험을 통해 설명하기로 한다.

<실험>

회송용강을 전로에 장입전 LF에서 가탄제를 투입하고 용강을 가열하여 승온하였다. 이때, LF에서 용강의 가열은 래들의 전극에 전력을 공급하여 발생하는 아크열로 용강을 가열하였다.

구분	LF 가탄제 투입량 (kg/ton)	LF 최종온도 (℃)	재취련 후 질소 (ppm)
비교예1	0	1530	103
비교예2	0	1521	98
비교예3	3	1580	89
비교예4	5.5	1521	75
발명예1	5.5	1580	70
발명예2	6.0	1582	68
발명예3	8.5	1582	60

실험방법은, 재취련 후 용강 내 질소함량을 측정하여 가탄제를 투입하지 않거나 미량으로 투입한 비교예1, 비교예2, 비교예3과 재취련 전 가탄제 투입과 승온한 발명예1 내지 발명예3을 비교하였다.

실험결과, 회송용강의 전로 장입전 LF공정을 경유하여 탄소성분을 확보한 경우 재취련 후 용강 내 질소성분이 낮게 제어되는 것이 확인된다.

즉, 회송용강을 전로에 장입하기전 LF에서 가탄제를 투입하고 용강을 가열하여 승온한 발명예1 내지 발명예3의 경우 재취련 후 질소 성분이 일반강 수준인 70ppm이하로 제어되었다.

또한, LF공정을 경유하여 탄소성분을 확보하고 승온과정을 통해 전로 장입전 용강 온도를 확보한 경우 재취련 후 용강 내 질소성분이 더 낮게 제어되는 것이 확인된다.(비교예4와 발명예1 비교)

재취련 전 회송용강의 승온은 전로 출강 온도의 부담을 저감하고 질소 제어를 용이하게 한다.

물론, LF에서 가탄재 투입량을 증가시켜 초기 용선과 동일 조건을 만드는 것이 질소 제어에 더욱 용이하나 LF에서 가탄제를 투입하는데 설비적인 한계와 온도 강하의 부담이 있어 바람직하지 않다.

상술한 실험결과를 통해, 회송용강의 재취련 전 LF에서 가탄제를 투입하고 승온하는 것이 재취련 후의 질소 함량 제어에 효과적이며, 전로 취련시 과취를 방지하여 실수율을 향상시키고 강의 품질 향상에 기여할 수 있음을 알 수 있다.

이는 전로의 작업성을 향상시켜 산소 및 내화물 원단위를 줄이는 효과도 갖는다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (6)

1. 전로 제강공정의 회송용강을 래들에 장입하고 가탄제를 투입하여 질소 픽업을 방지하는 단계와;
   상기 가탄제의 투입 후에 상기 용강을 설정온도로 승온하여 과취를 방지하는 단계와;
   설정온도로 승온된 회송용강을 전로에 재장입하고 취련하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회송용강을 이용한 강의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가탄제는 상기 회송용강 1ton당 5.5~8.5kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 회송용강을 이용한 강의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 설정온도는 1580~1650℃ 범위인 것을 특징으로 하는 회송용강을 이용한 강의 제조방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가탄제의 투입과 승온은 LF(Ladle furnace)에서 수행하는 것을 특징으로 하는 회송용강을 이용한 강의 제조방법.
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6. 삭제

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