KR101185275B1

KR101185275B1 - 청정강 제조방법

Info

Publication number: KR101185275B1
Application number: KR1020100094677A
Authority: KR
Inventors: 이재협; 김해곤
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-09-21
Also published as: KR20120033078A

Abstract

본 발명은 청정강 제조방법에 관한 것으로, 전로 또는 전기로의 용강을 래들로 출강 중 상기 래들 내의 용강에 알루미늄과 생석회를 투입하여 슬래그를 형성시키는 단계와; 상기 슬래그가 형성된 용강을 2차정련설비(LF,Laddle Furnace)로 이송하여 승온하는 단계와; 승온 후 상기 용강에 슬래그 조재제를 투입하는 단계를 포함한다.
본 발명은 LF에서 용강의 승온 후 슬래그 조재제를 투입하여 슬래그 조성을 유지하고 재산화 발생을 방지하므로 용강의 청정도가 향상되는 이점이 있다.

Description

청정강 제조방법{Manufacturing method of clean steel}

본 발명은 청정강 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강의 청정도를 향상시키는 청정강 제조방법에 관한 것이다.

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

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

본 발명의 목적은 슬래그 조재제의 투입으로 슬래그를 개질하여 탈산 개재물을 제거하고 용강의 청정도를 향상시키는 청정강 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 전로 또는 전기로의 용강을 래들로 출강 중 상기 래들 내의 용강에 알루미늄과 생석회를 투입하여 슬래그를 형성시키는 단계와; 상기 슬래그가 형성된 용강을 2차정련설비(LF,Laddle Furnace)로 이송하여 승온하는 단계와; 승온 후 상기 용강에 슬래그 조재제를 투입하는 단계를 포함한다.

상기 알루미늄은 상기 용강 1ton당 2~2.5kg을 투입한다.

상기 생석회는 상기 용강 1ton당 4~5kg을 투입한다.

상기 슬래그 조재제는 상기 슬래그 조재제 총 중량에 대하여, Al: 25~30wt%, CaO: 50~60wt%, T.Fe: 0 초과 4wt% 이하, Al₂O₃: 0 초과 8wt% 이하, SiO₂: 0초과 8wt% 이하를 포함한다.

상기 슬래그 조재제는 상기 용강 1ton당 0.3~1kg을 투입한다.

상기 용강에 상기 슬래그 조재제의 투입 후, 슬래그 균일화와 용강 내 개재물의 부상 촉진을 위해 버블링을 수행하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 LF로 이송한 용강의 승온 후 슬래그 조재제를 투입하여 슬래그 내에 알루미나가 생성되고, 재산화가 방지되게 슬래그 성분을 개질한다. 따라서 용강의 청정도가 향상되는 효과가 있다.

용강의 청정도 향상으로 우수한 품질의 강을 생산할 수 있어 제품 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 청정강 제조방법을 적용한 실시예를 보인 도.

이하, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 청정강 제조방법은, 전로의 용강을 래들로 출강 중 상기 래들 내의 용강에 알루미늄과 생석회를 투입하여 개재물 흡수능이 뛰어난 슬래그를 형성시키고, 상기 슬래그가 형성된 용강을 2차정련설비(Laddle Furnace; 이하 LF라 함)로 이송하여 승온한 후 슬래그 조재제를 투입하는 과정이 포함된다.

LF는 용강의 성분, 온도를 조절하고 청정강을 제조하여 연속주조공정에서 요구하는 용강을 제공하는 설비이다.

용존산소를 제거하기 위해 용강에 탈산제를 첨가하게 되면 탈산 개재물이 용강에 잔류하게 되고, 이 탈산 개재물은 연속주조공정에서 압연공정까지 잔류하여 최종제품의 표면에 결함을 유발한다.

따라서, 연속주조공정이 수행되기 이전의 단계에서 슬래그 성분 개질을 통해 탈산 개재물을 철저하게 부상시켜 제거한다. 탈산 개재물은 알루미나(Al₂O₃)이다.

슬래그 성분 개질을 위해 우선, 전로의 용강을 래들로 출강 중 상기 래들 내의 용강에 알루미늄과 생석회를 투입하여 개재물 흡수능이 뛰어난 슬래그를 형성시킨다. 개재물 흡수능이 뛰어난 슬래그는 염기성 슬래그이다.

알루미늄은 용존산소를 제거하기 위한 탈산제로 사용되고, 생석회는 탈산반응에 의해 생성된 알루미나(Al₂O₃)를 흡수하여 슬래그를 생성하는 부원료로 사용된다.

알루미늄과 생석회의 투입에 의해 초기에는 용존산소를 제거하는 탈산반응이 일어나고, 탈산반응 후에는 탈산반응에 의해 생성된 알루미나(Al₂O₃)가 생석회(CaO)와 반응하여 슬래그로 형성된다. 슬래그 중의 생석회 성분이 탈산 개재물을 흡수한다.

알루미늄은 용강 1ton당 2~2.5kg을 투입하고, 생석회는 용강 1ton당 4~5kg을 투입한다. 알루미늄은 용강 1ton당 2kg 미만으로 투입하면 탈산 효과가 미비하고 2.5kg를 초과하여 투입되면 용강 중에 잔류하여 추후에 진행되는 연속주조공정에서 주편에 표면결함을 증가시킨다.

생석회는 탈황과 탈린 및 탈산 개재물 제거를 목적으로 염기성 슬래그를 제조하기 위한 조재제로 사용된다.

생석회는 용강 1ton당 4kg 미만으로 투입되면 탈산 개재물 제거를 위한 슬래그 형성이 미비하고, 5kg을 초과하면 슬래그 염기도가 높아져 슬래그 내 많은 양의 질소가 용해되는 문제가 발생한다.

알루미늄과 생석회는 용강의 출강이 대략 50% 완료된 시점에서 래들 내의 용강에 투입한다. 이는 알루미늄과 생석회가 래들 바닥에 융착되는 것을 방지하고 용강의 위치에너지에 의한 자체교반에 의해 알루미늄과 생석회가 용강에 용해되는 비율이 높아지도록 하기 위함이다.

용강이 LF에 도착하고 승온한 후 슬래그 조재제를 투입하는 과정은, 슬래그 성분을 개질하여 용강 재산화를 방지하고, 알루미나의 부상을 촉진함으로써 용강의 청정도를 향상시키기 위한 것이다.

구체적으로, 알루미늄과 생석회의 투입에 의해 개재물 흡수능이 뛰어난 염기성 슬래그가 형성된 용강을 제조하고, 상기 용강을 LF로 이송하여 승온한 후 슬래그 조재제를 투입하여 알루미나가 용강 내에 생성되지 않고 슬래그 중에 생성되도록 슬래그 성분을 개질한다.

또한, 슬래그 조재제의 투입으로 용강에 잔류하는 알루미나의 부상을 촉진한다.

LF에서의 승온은 용강 온도 확보를 위해 수행되는데, 승온을 실시하면 슬래그의 온도가 상승하고 유동성 및 슬래그 내의 T.Fe의 함량이 증가하여 대기 접촉에 의한 용강 재산화가 유발된다. LF에서의 승온은 전극 아크열을 이용하여 슬래그를 가열하는 방법으로 수행된다.

용강 재산화의 유발은 최종제품에 취성을 유발하므로 추가로 탈산제를 첨가하여 용강 중의 산소를 제거해야 한다. 하지만 추가로 첨가되는 탈산제는 용강 내에 탈산 개재물을 다량 형성한다. 여기서, T.Fe는 Fe, FeO 등을 포함한 철 성분을 의미한다.

또한, LF에서의 승온은 슬래그 내에 알루미나(Al₂O₃)는 증가시키고 생석회(CaO)는 감소시켜 용강 중의 알루미나의 흡수능을 저하시킨다. 따라서 승온 후 슬래그 조재제를 투입하여 슬래그 내의 T.Fe(FeO) 함량을 저감시키고 슬래그 내로 알루미나가 부상되도록 한다.

슬래그 조재제의 성분은 Al, CaO, T.Fe, Al₂O₃, SiO₂를 포함한다. 슬래그 조재제의 성분은 슬래그에 용해가 쉽고, 비중이 작으며, 내화물 보호 및 슬래그 내의 생석회 성분 보충에 목적이 있다.

또한, 슬래그 조재제의 성분은 슬래그의 염기도를 1.2~1.7 범위로 유지하기 위한 조성이다. 슬래그 조재제의 작은 비중은 슬래그 상에 탈산 개재물이 생성되도록 하기 위함이다.

슬래그 염기도는 CaO/Al₂O₃의비로 산출된다. 슬래그 염기도는 1.2 미만이면 CaO 감소로 알루미나의 흡수능이 저하되고, 1.7을 초과하면 CaO의 증가로 슬래그의 유동성이 저하되어 알루미나의 흡수능이 저하된다.

그 원리는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, LF에서 승온 후 래들 내의 용강에 슬래그 조재제를 투입하면, 용강 보다 비중이 작은 슬래그 조재제는 슬래그 중에 용해된다.

슬래그 중에 용해된 슬래그 조재제는 Al성분이 슬래그 중의 FeO와 반응하여 슬래그 내에 알루미나를 생성한다. 그리고, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 슬래그 중에 용해된 CaO성분이 용강 중의 알루미나의 부상을 촉진하는 것이다.

슬래그 조재제의 투입 후, 슬래그를 균일화하고 용강 내 개재물의 부상 촉진을 위해 아르곤 버블링을 수행하며 이 과정에 의해 알루미나의 부상이 더욱 촉진된다. 아르곤 버블링은 슬래그 균일화를 도모하면서도 용강 온도 하락을 방지하고 후처리 공정 시간이 지연되지 않도록 3~7분 정도 수행한다. 바람직하게는 5분 정도 아르곤 버블링을 수행한다.

슬래그 조재제는, 슬래그 조재제 총 중량에 대하여, Al: 25~30wt%, CaO: 50~60wt%, T.Fe: 0 초과 4wt% 이하, Al₂O₃: 0 초과 8wt% 이하, SiO₂: 0초과 8wt% 이하를 포함한다.

슬래그 조재제 성분의 함량 한정이유는 다음과 같다.

Al은 슬래그 내의 T.Fe와 반응하여 슬래그 상에 알루미나를 생성시키고 Fe을 환원시킨다. 슬래그 내의 T.Fe는 대기와의 접촉에 의해 FeO상태로 존재하며, FeO는 Al과 반응을 통해 Fe로 환원되어 저감되는 것이다.

Al은 25wt% 미만이면 슬래그 내의 FeO를 Fe로 환원시키는 효과가 미비하고, 30wt%를 초과하면 상대적으로 슬래그 내의 CaO의 함량이 감소하므로 알루미나의 흡수능이 저하된다.

CaO는 용강 중의 알루미나의 흡수능을 증가시켜 알루미나의 부상을 촉진시킨다. 또한, CaO는 슬래그 조재제의 비중을 낮추는 역할을 한다. CaO는 50wt% 미만이면 알루미나 흡수능이 저하되고, 60wt%를 초과하면 슬래그의 유동성이 저하되어 또한 알루미나의 흡수능이 저하된다.

T.Fe와 Al₂O₃,SiO₂는 불순물 개념이다. T.Fe와 Al₂O₃,SiO₂는 슬래그 조재제의 용융점을 낮춰 용해가 쉽도록 한다. T.Fe와 Al₂O₃, SiO₂는 단독으로 사용될 경우 용융점이 높으나 합금으로 존재하면 서로 간의 상호작용에 의해 용융점이 낮아진다.

T.Fe와 Al₂O₃,SiO₂는 상술한 범위를 초과하면 상대적으로 CaO, Al 성분의 함량이 감소되어 염기성 슬래그의 형성이 어렵고, 슬래그 조재제가 슬래그 내에 균일하게 용해되기 어려우며, 알루미나의 흡수능도 저하된다.

슬래그 조재제는 용강 1ton당 0.3~1kg을 투입한다. 슬래그 조재제는 용강 1ton당 0.3kg 미만으로 투입하면 상술한 슬래그 특성을 유지하기 어렵고, 1kg을 초과하면 용강 내 Si 함량 증가를 초래하여 원하는 스펙의 청정강을 제조하기 어렵다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 실험을 통해 청정강 제조방법을 설명한다.

<실험>

전로 또는 전기로의 용강을 래들로 출강 중 상기 래들 내의 용강에 알루미늄2.5kg/ton과 생석회 5kg/ton을 투입하여 염기성 슬래그를 형성시키고, 슬래그가 형성된 용강을 2차정련설비(LF,Laddle Furnace)로 이송하여 승온한 후 슬래그 조재제를 투입하였다. 이후 슬래그 조재제 투입에 따른 용강의 청정도 측정을 샘플링을 통해 실시하였다.

표 1은 슬래그 조재제의 성분을 나타낸 것이다.

성분	S.Al	CaO	T.Fe	Al₂O₃	SiO₂
함량(wt%)	28	60	2	5	5

표 2는 표 1의 슬래그 조재제 투입에 따른 용강의 청정도를 나타낸 것이다.

구분	LF 도착 (T.[O])(ppm)	승온 직후 (T.[O])(ppm)	슬래그 조재제 투입량 (kg/ton)	Ar 버블링 5분 후(T.[O])(ppm)	비고 (비교예1과 비교한 청정도)
비교예1	33	34	미투입	40	-
비교예2	34	34	0.1	39	청정도 2% 향상
발명예1	34	35	0.3	32	청정도 20% 향상
발명예2	35	36	0.5	30	청정도 25% 향상
발명예3	35	36	1.0	29	청정도 28% 향상
비교예3	35	36	1.2	28	청정도 28% 향상 (제조된 강의 스펙이 맞지 않음)

표 1과 표 2에 의하면, 슬래그 조재제를 용강 1ton당 0.3~1kg을 투입한 발명예1 내지 발명예 3에서 용강 청정도가 20% 이상 향상되었다.

슬래그 조재제를 투입하지 않은 비교예1은 아르곤 버블링 후 용강 내 탈산 개재물이 40ppm이 잔류하였고, 슬래그 조재제를 용강 1ton당 0.1kg를 투입한 비교예2는 용강 내 탈산 개재물이 39ppm이 잔류하여 그 효과가 미비하였다.

슬래그 조재제를 용강 1ton당 1.2kg를 투입한 비교예3은 청정도는 향상되었으나 용강 내 Si 함량 증가로 원하는 스펙의 청정강을 제조하기 어려웠다.

표 3는 슬래그 조재제의 성분에 따른 용강 청정도를 나타낸 것이다.

표 3의 성분으로 구성된 슬래그 조재제를 표 1과 동일한 방법으로 수행하여 용강 1ton당 1kg을 투입하였으며, 슬래그 조재제 투입 후 아르곤 버블링을 5분 수행하고 용강 샘플을 채취하여 용강에 함유된 탈산 개재물 함량을 측정하였다.

(단위:wt%)

구분	S.Al	CaO	T.Fe	Al₂O₃	SiO₂	Ar 버블링 5분 후(T.[O])(ppm)	비고
비교예1	23	60	3	7	7	37	-
발명예1	25	60	3	6	6	29	-
발명예2	30	60	2	4	4	28	-
비교예2	32	60	2	3	3	38	-
비교예3	30	49	5	8	8	35	-
발명예3	30	50	4	8	8	27	-
발명예4	30	60	2	4	4	28	-
비교예4	30	62	2	3	3	37	슬래그 유동성 저하

표 3에 의하면, 슬래그 조재제는 Al이 25wt% 미만이거나 30wt%를 초과하면 탈산 개재물의 제거효과가 미비하였다.

또한, CaO가 50wt% 미만이거나 60wt%를 초과해도 탈산 개재물 제거효과가 미비하였다. 또한 CaO가 60wt%를 초과하면 슬래그의 유동성이 저하되었다.

반면, 슬래그 조재제가 본 발명의 범위를 만족하는 발명예 1 내지 발명예 4에서는 아르곤 버블링 후 용강 내 탈산 개재물이 30ppm 미만으로 낮았다.

이를 통해, 본 발명이 탈산 개재물인 알루미나를 제거하여 용강의 청정도를 높이는 방법임을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

L:래들 M:용강
S:슬래그 A:전극

Claims

전로 또는 전기로의 용강을 래들로 출강 중 상기 래들 내의 용강에 알루미늄과 생석회를 투입하여 슬래그를 형성시키는 단계와;
상기 슬래그가 형성된 용강을 2차정련설비(LF,Laddle Furnace)로 이송하여 승온하는 단계와;
승온 후 상기 용강에 슬래그 조재제를 투입하는 단계를 포함하며,
상기 슬래그 조재제는
상기 슬래그 조재제 총 중량에 대하여,
Al: 25~30wt%, CaO: 50~60wt%, T.Fe: 0 초과 4wt% 이하, Al₂O₃: 0 초과 8wt% 이하, SiO₂: 0초과 8wt% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 알루미늄은 상기 용강 1ton당 2~2.5kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 청정강 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 생석회는 상기 용강 1ton당 4~5kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 청정강을 제조방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 슬래그 조재제는 상기 용강 1ton당 0.3~1kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 청정강의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용강에 상기 슬래그 조재제의 투입 후, 슬래그 균일화와 용강 내 개재물의 부상 촉진을 위해 버블링을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청정강의 제조방법.