KR101277168B1 - 흑연계 승열제 및 이를 이용한 극저린강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강의 정련시 전로 공정에서 온도가 낮은 용선을 전로에서 취련하면서 열원이 부족할 때 사용하는 흑연계 승열제 및 이를 이용한 극저린강의 제조방법에 관한 것으로서, 중량%로, 30%초과 90%이하의 흑연과, 10% 이상 70%미만의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 흑연계 승열제를 특징으로 하여, 승열제 투입량을 저감시키고 탈린 효율을 향상시켜 생산 원가를 저감시킬 수 있다.

흑연, 승열제, 탈린, 극저린강

Description

흑연계 승열제 및 이를 이용한 극저린강의 제조방법{A graphite series heating agent and the method for manufacturing ultra-low phospherous steel using the same}

본 발명은 흑연계 승열제 및 이를 이용한 극저린강의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강의 정련시 전로 공정에서 온도가 낮은 용선을 전로에서 취련하면서 열원이 부족할 때 사용하는 흑연계 승열제 및 이를 이용한 극저린강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강공정은 용선과 고철을 적절히 배합하여 전로에 장입하고 용선탕면의 상부 일정한 높이에 위치되어 있는 산소노즐을 통하여 순수한 기체산소를 초음속으로 취입함으로써 용선중에 함유되어 있는 규소, 탄소, 망간, 인, 철 등과 산화반응을 일으켜 제거하여 용강을 만드는 일련의 과정으로 이루어진다. 전로정련작업에서는 이러한 산화반응에서 발생하는 산화열을 이용하여 전로내의 온도를 유지하게 된다. 취련이 완료된 용강은 전로를 경동하여 수강 레이들로 출강하게 된다.

전로에서 출강되는 용강은 제철소에서 목표로 하는 조강생산량을 일정하게 유지하기 위해 특별히 관리되고 있으며, 이를 위해서는 고철과 용선량을 합한 전장입량을 일정하게 유지하는 것이 필요하다. 따라서, 용선량이 부족하게 되면 고철량을 늘리게 되는데, 이 경우에는 전로조업시 열원 확보에 어려움이 생긴다. 또한, 용선량이 적정하다 하더라도 용선 중에 규소 등의 함량이 부족하게 되면 산화열이 부족하게 되어 이 경우에도 열원확보에 어려움이 있다.

전로정련과정에서 열원이 부족한 경우에는 승열제를 투입한다. 승열제는 특히 예비처리에서 탈린처리를 실시한 경우 용선의 온도가 매우 낮고, 용선중 열원이 되는 Si성분이 매우 낮아 용강의 온도를 상승시키는 열원으로 사용된다. 주로 사용하는 승열제로는 페로실리콘(FeSi)의 합금철계가 있다. 합금철계 승열제는 발생 열량이 큰 반면에 가격이 고가이고 산화시에 실리카(silica, SiO₂)가 발생하여 슬래그의 염기도를 감소시켜 탈린반응을 나쁘게 하는 단점이 있다.

이를 보완하기 위해서 추가로 생석회를 투입하게 되므로 슬래그의 발생량이 증가하여 원가상승 및 환경오염의 원인이 되고 있다. 또한, 일본 특허공개 제1997-087730호에서는 산화성 가스와 용강 내의 Al을 반응시켜 용강을 승열하는 방법이 개시되어 있다.

이러한 기술에서 볼 수 있듯이, 종래 기술들은 대부분 Al이나 Si과 같은 고가의 탈산제를 사용하여 용강을 승온하는 것으로 승온 효율이 저조하여 투입량이 증가하게 되고 이로 인하여 원가 상승이나 취련시간 증가를 초래하게 된다. 또한, 종래의 승열제는 저조한 탈린 효율성으로 인하여 내HIC(Hydrogen Induced Cracking) 보증용 강재, 가속 냉각 후판재, 석유수송용 강관재 등 인 성분이 100 ppm 이하로 제한되는 극저린강 제조에 적합하지 못하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 승온 효율이 향상되고 투입량을 저감시켜 생산 원가를 절감시킬 수 있도록 하는 흑연계 승열제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 탈린 효율이 향상된 흑연계 승열제를 사용한 극저린강 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 중량%로, 30%초과 90%이하의 흑연과, 10% 이상 70%미만의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 흑연계 승열제를 제공한다.

여기서, 상기 흑연은 중량%로, 70% 이상의 탄소와 0.10% 이하인 황을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 Fe 함유 원료는 철 스케일일 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 흑연계 승열제는 중량%로, 50%이상 90%이하의 흑연과, 10% 이상 50%이하의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 극저린강 제조 방법으로서, 전로 정련시에 중량%로, 30%초과 90%이하의 흑연과, 10% 이상 70%미만의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 흑연계 승열제를 용강 300 톤당 1 내지 3 톤 투입하는 것을 특징으로 하는 극저린강 제조 방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 흑연계 승열제 및 이를 이용한 극저린강의 제조방법에 의하여, 승열제 투입량을 저감시키고 탈린 효율을 향상시켜 생산 원가를 저감시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제 및 이를 이용한 극저린강의 제조방법을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

전로 조업은 도 1의 전로(1) 내에 용선과 고철을 장입하여 직립시킨 다음 용탕(2) 상부의 일정 높이로 산소랜스(3)를 위치시킨 다음, 산소랜스(3)의 끝에 부착된 산소노즐(4)을 통하여 산소가스(5)를 용탕면(6)에 분사하여 산소와 용탕 중의 성분들과 산화반응을 진행시키는 방법으로 조업이 진행된다. 이때, 산소가스(5)와 용탕면이 충돌하는 곳에는 화점(7; fire spot)이 형성되며, 이곳에서 산화반응이 격렬하게 일어나기 때문에 산화열에 의해 국부적으로 2000℃이상의 고온 영역을 형성한다. 이 화점(7)에서는 철의 산화에 의해 산화철이 생성되어 슬래그 중의 산소포텐셜을 증가시킬 뿐만 아니라, 이 산화철은 취련 개시 직후에 플럭스(flux)로서 첨가되는 괴상의 생석회를 용해시킴으로써 슬래그 중의 염기도를 상승시켜 용선 중에 함유되어 있는 불순원소인 인을 제거시키는 탈린반응을 용이하게 한다. 이때, 승열제를 산소가스에 편승시켜 취입하면 승열제 입자(8)가 화점에서 산화되거나 용철 중으로 신속히 용해된다. 또한, 화점(7)에 형성된 산화철을 환원시킴으로써 괴상 생석회의 용해를 방해할 뿐만 아니라 산소포텐셜을 저하시킴으로써 탈린반응을 방해하는 역할을 한다.

본 발명의 실시예에서는 중량%로, 30%초과 90%이하의 흑연과, 10% 이상 70%미만의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 흑연 승열제를 제공한다. 여기서, 흑연은 중량%로, 70% 이상의 탄소와 0.10% 이하인 황을 포함한다. 본 발명의 명세서 상에서 '%'의 의미는 특별히 언급되는 경우를 제외하고 '중량%'를 의미하는 것으로 한다.

흑연에 포함된 탄소는 2C + O₂ → 2CO - 228,800 J 과 같이 취련 과정에서 산소와 반응을 하여 열을 발산한다. 이 열은 용강의 온도를 높이는 역할을 하게 된다. 흑연에 포함된 탄소의 함량은 70% 이상인 것이 바람직하다. 흑연이 70% 미만의 탄소를 함유할 경우 산소와 반응하는 양이 적어져 발열량이 충분하지 못할 수 있기 때문이다. 또한, 흑연에 포함된 황의 함량은 0.10% 이하인 것이 바람직하다. 과도한 양의 황이 용강에 투여될 경우 최종 제품의 황 함량이 높아지기 때문에 별도의 탈황 작업이 요구되기 때문이다.

이와 같이, 흑연은 중량%로, 70% 이상의 탄소와 0.10% 이하인 황을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 흑연은 비중이 낮아 용강에서 반응을 하지 않고 슬래그에서 발열 반응을 일으켜 용강의 승열 효율성을 저하시킬 수 있다. 비중이 낮은 흑연 을 그대로 전로에 투입할 경우 슬래그에서의 반응으로 인하여 투입량이 증가되고 취련시간이 연장되어 전로에서의 생산성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 승열제로서 흑연을 단독으로 사용할 시에는 강도가 약해 분말이 발생하여 작업장 환경을 저해하라 수 있다.

따라서, 흑연을 포함하는 승열제의 비중을 크게 하여야 할 필요가 있다. 흑연을 포함하는 승열제의 비중 증대 방법은 여러 방법이 있으나, 본 발명의 실시예에서는 전로에서 인성분을 제어하기 위해 사용하고 있는 매용제인 철 스케일 이용한다. Fe 함유 원료로서의 철 스케일은 철분이 높아 비중이 크고, 분말 형태이어서 흑연과 혼합하기도 용이한 장점을 가지고 있다. 철 스케일과 흑연을 혼합할시에는 당밀, 전분, 펄프폐액, 석회 등의 점결제가 사용될 수 있다.

하기 표 1에는 흑연계 승열제에서 철 스케일과 흑연의 함량에 따른 승온 효율을 나타내었다. 흑연계 승열제는 용강 300 톤을 기준으로 1 내지 3 톤을 투여하였다.

	철 스케일 함량	흑연 함량	승온 효율
비교예 1	0%	100%	75%
실시예 1	10%	90%	85%
실시예 2	20%	80%	95%
실시예 3	30%	70%	97%
실시예 4	40%	60%	90%
실시예 5	50%	50%	85%
실시예 6	60%	40%	80%
비교예 2	70%	30%	75%

표 1에 따르면, 철 스케일의 함량이 증가할수록, 그리고 흑연의 함량이 감소할수록 승온 효율이 점차적으로 높아지다가 철 스케일 30%와 흑연 70% 함량을 기점으로 점진적으로 승온 효율이 저하되는 것을 알 수 있다. 이는 철 스케일의 흡열 반응으로 승열 효율이 하락되기 때문이다.

도 2에는 종래의 승열제와 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제의 승온 효율을 도시하였다.

도 2에 따르면, 종래의 승열제에서 75% 정도의 승열 효율을 나타내는 것과는 달리, 본 발명의 실시예에서는 대략 95% 수준의 승열 효율을 달성할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서의 성분 함량은 이와 같은 이유로 철 스케일을 10% 이상 70% 미만으로 하고, 흑연 함량을 30% 초과 90% 이하로 하였다. 좀 더 바람직하게는 철 스케일을 10% 이상 50% 이하로 하고, 흑연 함량을 50% 이상 90% 이하로 하여 85% 이상의 승온 효율을 보장할 수 있다.

도 3에는 종래의 승열제와 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제의 인 분배비를 나타내었다.

인은 산소와 P + 5O₂ → 2P₂O₅와 같이, 슬래그에서는 2P + 4CaO + 5FeO → (4CaO,P₂O₅) + 5 Fe 와 같은 반응으로 제어된다. FeO가 대부분인 철 스케일은 이와 같은 인 제어에 있어서, P₂O₅를 생성하도록 하는 FeO 및 산소를 다량 공급하게 된다. 이와 같은 반응으로 생성된 P₂O₅는 슬래그 중에 존재하게 되는데, 얼마나 존재하는지를 나타내는 척도로서 인 분배비를 사용한다. 여기서, 인 분배비는 (슬래그 중의 인 함량)/(용강 중의 인 함량)을 나타내는 것으로서, 인 분배비가 높다는 것은 용강 중의 탈린 효율이 높다는 것을 나타낸다.

도 3에 따르면, 종래의 승열제에서는 인 분배비가 대략 13.6 정도 나타나는 반면, 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제에서는 14.6의 인 분배비를 나타내었다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제에서의 탈린 효율이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.

이와 같은 개선된 탈린 효율은 특히 인이 100 ppm 이하로 함유되는 극저린강의 제조에 있어 효율적으로 이용될 수 있다. 즉, 극저린강 제조시 전로정련단계에서 용강의 취련 중에 본 발명의 실시예에서와 같은 흑연계 승열제를 투입하여 우수한 승열 효율 및 탈린 효율을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제를 용강에 투입할 시에, 투입되는 흑연계 승열제의 양은 용강 300 톤당 1 내지 3 톤인 것이 바람직하다. 흑연계 승열제를 1 톤 미만으로 투입할 시에는 승온량이 적어 투입 효과가 미미하며, 3 톤 초과 투입할 시에는 전로의 취련 시간이 과도하게 길어질 수 있기 때문이다. 이와 같이, 용강 300 톤당 1 내지 3 톤의 흑연계 승열제를 투입하게 되면, 우수한 승열 효율로 승열제 투입량을 저감시키고, 최종 제품 내부에 균열을 유발하는 인을 효율적으로 저감시킬 수 있어 내HIC 보증용 강재, 가속 냉각 후판재, 석유수송용 강관재 등의 인이 100 ppm 이하로 함유되는 극저린강을 효율적으로 제조할 수 있다.

발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 전로 조업을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2에는 종래의 승열제와 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제의 승온 효율을 도시한 도면,

도 3에는 종래의 승열제와 본 발명의 실시예에 따른 흑연계 승열제의 인 분배비를 나타낸 도면.

Claims (5)

1. 극저린강 제조용 승열제로서,

   중량%로, 30%초과 90%이하의 흑연과, 10% 이상 70%미만의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 흑연계 승열제.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 흑연은 중량%로, 70% 이상의 탄소와 0.10% 이하인 황을 포함하는 것을 특징으로 하는 흑연계 승열제.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 Fe 함유 원료는 철 스케일인 것을 특징으로 하는 흑연계 승열제.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 흑연계 승열제는 중량%로, 50%이상 90%이하의 흑연과, 10% 이상 50%이하의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 흑연계 승열제.
5. 극저린강 제조 방법으로서, 전로 정련시에 중량%로, 30%초과 90%이하의 흑연과, 10% 이상 70%미만의 Fe 함유 원료 및 기타 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 흑연계 승열제를 용강 300 톤당 1 내지 3 톤 투입하는 것을 특징으로 하는 극저린강 제조 방법.

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