KR101412553B1 - 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래그 내에 존재하는 질소 성분이 전로 출강 시 용강로 유출되는 것을 최소화하는 전로 출강 방법에 관한 것으로, 전로 취련이 종료되면 전로 출강구 형성 지점과 반대 방향으로 전로를 경동하는 단계와, 상기에서 경동된 전로의 장입구를 통해 용강 상단에 형성된 슬래그만을 배제하는 단계 및 상기 전로를 상기 전로 출강구 방향으로 다시 경동하여 슬래그가 배제된 후 전로 내에 남아있는 용강을 상기 출강구를 통해 래들로 출강하는 단계를 포함하는 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법을 제공한다.

Description

용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법{TAPPING METHOD OF CONVERTER FOR REDUCING NITROGEN IN MOLTEN STEEL}

본 발명은 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬래그 내에 존재하는 질소 성분이 전로 출강 시 용강으로 유출되는 것을 최소화하는 전로 출강 방법에 관한 것이다.

철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈황 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다. 이와 같이 제조된 용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정과 1차 정련된 용강 내 성분을 다시 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거쳐 성분 조정이 완료된다. 2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일, 후판 등 목표하는 최종 제품으로 제조된다.

전로 정련은 용강을 수용한 전로의 상단에 위치한 랜스를 통하여 고압의 산소 가스가 취입되고, 산소 가스가 용강 내의 성분과 반응하여 탈탄 등의 성분 조정을 실시하게 된다. 이와 같은 정련 과정을 통하여 용강의 상단에는 슬래그가 형성되는데 슬래그를 구성하는 주요 성분은 SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅, FeO 등이다. 1차 정련이 완료되면 전로에 형성된 출강구를 통해 용강을 래들로 출강한다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제0356169호(등록일: 2002. 9. 27. 발명의 명칭: 전로 출강시 슬래그 유출 방지방법)가 있다.

본 발명은 슬래그 내에 존재하는 질소 성분이 전로 출강 시 용강 내로 재유입되는 것을 방지하는 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법은, 전로 취련이 종료되면 전로 출강구 형성 지점과 반대 방향으로 전로를 경동하는 단계와, 상기에서 경동된 전로의 장입구를 통해 용강 상단에 형성된 슬래그만을 배제하는 단계 및 상기 전로를 상기 전로 출강구 방향으로 다시 경동하여 슬래그가 배제된 후 전로 내에 남아있는 용강을 상기 출강구를 통해 래들로 출강하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 배제하는 단계에서, 상기 전로의 장입구를 통해 상기 슬래그 총량의 70~90%를 배제할 수 있다.

상기 배제하는 단계에서, 상기 전로를 경동하는 각도는 전로 직립시 지면과 수직한 선을 기준으로 30~60°일 수 있다.

상기 출강하는 단계 이후에 상기 래들로 출강된 용강 내 질소 함량은 10~20ppm일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 슬래그 내에 존재하는 질소 성분이 전로 출강 시 용강 내로 재유입되는 것을 전로 출강 시 방지하여 용강 내 질소 성분 증가로 인한 최종제품의 품질 저하를 방지할 수 있다. 또한, 전로 내벽에 슬래그 코팅을 통한 로체 보호의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2의 전로 출강 방법을 그림으로 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 4는 대기 중의 질소가 산소공급원을 통해 용강으로 이동하는 매커니즘을 개략적으로 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명과 관련된 용강 내 투입된 규소량과 용강 내 질소 픽업량의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다. 도면을 참조하면, 일반적으로 전로(10)는 철광석이 용해된 형태의 용선(M)을 받아 수용하여 용선 내의 일정 원소의 함량을 조절하는 작업을 수행하여 출탕하기 위해 사용되는 것으로, 정련이 완료된 상태의 용강(M)은 출강구(11)를 통해 래들로 출탕한다.

전로(10) 정련은 먼저 전로(10)에 용선(M)이 장입되면 기울어져 있던 전로(10)를 똑바로 세운 후, 상부에서 가스를 취입할 수 있는 랜스(20)를 전로(10) 내부로 삽입하여 장입된 용선(M)의 상부로 고압의 가스를 불어넣게 된다. 이때 전로(10)의 하부에도 가스를 취입할 수 있는 저취 풍구가 설치될 수 있다. 즉, 전로(10)의 상부에서는 랜스(20)를 통해 가스를 용선의 상부에 불어넣고, 전로(10)의 하부 즉 장입된 용선(M)의 바닥에서는 가스 저취 풍구를 통해 아르곤 가스가 용선 내로 취입한다.

이때 용선(M) 내 저취풍구를 통해 불활성 가스 취입을 통해 용선을 교반하면서 상부에서 부원료를 투입하고 상부랜스를 통해 고압의 산소를 취입하여 용선(M) 내 정련 반응을 최대한 촉진할 수 있다. 이와 같이 산소 및 아르곤 가스와 부원료의 투입으로 인해 정련된 상태의 용강(M)의 상부에는 슬래그가 형성되며, 이 슬래그를 배제한 후 후속 공정을 위해 용강(M)을 출강구(11)로 출탕하고 후속 공정으로 이송시키게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법을 순서에 따라 도시한 순서도로서, 이를 참조하면 먼저 용선을 전로에 장입하여 전로 정련을 실시한 후 정련이 완료된 후 전로를 전로 장입측으로 경동한다(S10). 이때 전로 장입측이라 함은 전로 출강구 형성 지점과 반대 방향으로 전로를 경동하는 것을 의미하며 이는 도 3에 도시하였다.

일반적으로 용강 중 질소는 강의 인장강도와 항복강도를 증가시키지만 연신율을 낮추는 원소이다. 따라서 경우에 따라서는 강제로 용강 내에 첨가하기도 하지만 일반적으로는 가공성 향상을 위하여 제거하고자 한다. 그러나 제강 공정 중 탈질소를 위해서는 용강에 감압 처리를 해야하기 때문에 이를 위해 많은 비용이 소모될 수 밖에 없다. 때문에 효율적으로 용강 중 질소를 제거하는 방법이 필요하며 이를 위하여 전로 취련시 슬래그 유출에 의한 용강 내 질소 픽업을 방지하는 것이 필요하다.

본 발명에서는 전로 정련 완료 후 출강 전 전로 내 용강의 질소 농도는 10~20ppm(용강 총중량 대비 0.001~0.002중량%)인 것이 강 중에서 연신율을 저하시키지 않고 가공성이 적당한 수준을 유지할 수 있도록 하는 데에 바람직하다. 그러나, 일반적인 조업 중에는 전로 정련 후 출강 중 용강이 대기와 반응하여 30~40ppm까지 증가할 수 있으며 50ppm 이상으로 증가하는 경우가 발생할 수 있다.

대기 중의 질소는 산소공급원이 많을수록 용강을 더 많이 이동하게 되는데 이 매커니즘을 도 4에 도시하였다. 이를 참조하면, 대기 중에 존재하는 질소가 슬래그 내의 산소와 반응하여 질소 3가 이온이 형성되고, 슬래그 내에 생성된 질소 3가 이온이 다시 용강 내로 이동하게 되는 것을 알 수 있다.

이와 관련하여, 전로 정련 시에는 규소(Si)를 투입하여 용선의 탈산을 수행하게 되는데 이때 용선으로 투입된 규소에 의하여 Si + O2 = SiO₂의 반응이 발생하고, 생성된 SiO₂는 슬래그로 이동하게 된다. 따라서, 탈산제로서의 규소 첨가량이 증가하면 슬래그 양이 증가하게 되며 슬래그 양이 많을수록 전로 정련 완료 후 출강 시 유출되는 슬래그가 많아지게 된다. 슬래그 내에는 대기 중의 질소에 산소공급원이 될 수 있는 FeO, CaO 및 SiO₂가 다량 함유되어 있으므로, 슬래그량이 많아질수록 용강 내 질소 픽업량이 증가할 수 있다. 이러한 관계는 도 5에 도시한, 실험 결과로 알 수 있는데, 용선 내로 투입된 규소(Si)량이 증가할수록(즉, 슬래그 량이 증가할수록) 전로 정련 이후 용강 내 질소 함량이 증가하는 결과가 나왔다. 즉, 슬래그량의 증가는 용강 중 질소 픽업량을 증가시키는 것을 알 수 있다.

그러므로 본 발명에서는 전로 출강 중 용강 내 질소 픽업을 방지하기 위해 상기에서 경동된 전로의 장입구를 통해 용강 상단에 형성된 슬래그만을 배제한다(S20).

이때 슬래그만을 배제하기 위하여 전로를 출강구 형성 지점의 반대 방향으로 경동하는 각도는 전로 직립시 지면과 수직한 선을 기준으로 30~60°의 범위인 것이 바람직하다. 상기 하한 범위 미만인 경우 슬래그 배제 작업이 매우 어려우며 상기 상한 범위를 초과하는 경우에는 슬래그와 함께 용강이 유출될 위험이 있다. 본 발명에서 전로의 장입구를 통해 배제되는 슬래그의 양은 용선 상단에 형성된 슬래그 총량의 70~90%인 것이 바람직하다. 상기 하한 범위 미만의 슬래그 배제 시에는 후술할 용강 출강 시 출강구를 통해 슬래그가 유출되어 용강 내 질소 픽업을 발생시키므로 질소 픽업 방지 효과가 미미할 수 있으며, 상기 상한 범위를 초과하는 경우에는 슬래그 배제 시 용강의 유출이 발생할 수 있을 뿐 아니라, 슬래그 양이 너무 적어지기 때문에 용강의 보온 효과가 떨어져 용강 온도 저하를 발생시킬 수 있다. 슬래그의 배제는 전로 경동 후 소정의 작업 도구를 이용하여 전로 하부에 대기 중인 슬래그 대차에 배제하는 것일 수 있다.

이처럼 슬래그의 배제가 완료되면, 도 3과 같이, 전로를 다시 전로 출강구 방향으로 경동하여 슬래그가 배제된 후 전로 내에 남아있는 용강을 상기 출강구를 통해 래들로 출강한다(S30). 먼저 슬래그가 70~90% 배제된 상태이므로 전로 내에는 정련 완료된 용강이 대부분을 차지하고 있으며 이를 출강구를 통해 래들로 출강하면 용강과 함께 유출되는 슬래그의 양은 기존 대비 매우 적어지게 된다. 따라서 산소 공급원으로 작용하는 슬래그의 유출양이 줄어들어 대기 중 질소가 용강으로 픽업되어 용강 내 질소 함량이 상승되는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 전로를 전로 장입측과 전로 출강구 측으로 경동하게 되므로 전로 내벽에 슬래그에 의한 내화물 코팅 효과를 얻을 수 있어 로벽 보호에 도움을 줄 수 있다.

전로 출강구를 통한 용강의 출강이 완료되면 슬래그와 용강 중간 정도의 밀도를 가지는 다트를 투입하여 용강 출강이 완료된 후 출강구를 폐쇄하여 더이상의 슬래그 유출을 막는 작업이 추가적으로 수행될 수 있다.

상기와 같은 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법은위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 전로 11: 출강구
20: 랜스

Claims (4)

1. 전로 취련이 종료되면 전로 출강구 형성 지점과 반대 방향으로 전로를 경동하는 단계;
   상기에서 경동된 전로의 장입구를 통해 용강 상단에 형성된 슬래그만을 배제하는 단계; 및
   상기 전로를 상기 전로 출강구 방향으로 다시 경동하여 슬래그가 배제된 후 전로 내에 남아있는 용강을 상기 출강구를 통해 래들로 출강하는 단계;를 포함하며,
   상기 출강하는 단계 이후에 상기 래들로 출강된 용강 내 질소 함량은 10~20ppm인 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배제하는 단계에서,
   상기 전로의 장입구를 통해 상기 슬래그 총량의 70~90%를 배제하는 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 배제하는 단계에서,
   상기 전로를 경동하는 각도는 전로 직립시 지면과 수직한 선을 기준으로 30~60°인 용강 내 질소 저감을 위한 전로 출강 방법.
   
4. 삭제

Images