KR101412554B1 - 극저탄소강 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 출강 시 산소 농도를 낮게 유지하면서도 탄소 함량을 목표량으로 제어하는 극저탄소강 제조방법에 관한 것으로, 극저탄소강 제조 시 전로 정련 종점에서 용강 내 산소 함량이 0.04~0.05중량%이고, 탄소함량이 0.035중량% 이상이 되도록 정련하여 출강하는 단계와, 상기에서 출강된 용강 내로 Fe-P 합금철을 설정된 양으로 투입하여 전로 출강 시 유출된 슬래그와 상기 Fe-P 합금철의 반응에 의하여 용강 내 탄소 함량은 감소하고 산소 함량은 유지시키는 단계 및 상기에서 산소 함량이 유지된 용강을 RH 진공탈가스 공정으로 이송하여 미세 성분 조정을 실시하는 단계를 포함하는 극저탄소강 제조방법을 제공한다.

Description

극저탄소강 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ULTRA-LOW CARBON STEEL}

본 발명은 극저탄소강 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전로 출강 시 산소 농도를 낮게 유지하면서도 탄소 함량을 목표량으로 제어하는 극저탄소강 제조방법에 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.

극저탄소강은 강 중 탄소함량을 극저량으로 제어한 강종으로서, 자동차용 강판 등 고성형이 요구되는 분야에 사용되는 고급 강종이다. 극저탄소강을 제조하기 위해서는 취련에 의해 탄소를 제거하는 전로정련 후, LF 정련, RH 진공정련 등을 거쳐 용강 내 탄소 함량을 극저량으로 제어한다. 이때 극저탄소강의 강도 향상을 위해 금속 원소 예를 들어, 인(P) 등을 첨가하여 용강을 제조하기도 한다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제476806호(등록일: 2005.3.7, 발명의 명칭: 극저탄소강의 제조방법)가 있다.

본 발명은 전로 정련 시 산소 농도를 낮게 유지하여 출강이 가능하므로 산소에 의한 전로의 로체 손상을 방지할 수 있는 극저탄소강 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 전로 정련 시 산소 농도를 낮게 유지하여 출강이 가능하여 산소에 의한 용강 내 개재물 발생을 감소시킬 수 있으며, 전로 출강 이후 탈산제의 사용량을 감소시킬 수 있는 극저탄소강 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

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

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 극저탄소강 제조방법은, 극저탄소강 제조 시 전로 정련 종점에서 용강 내 산소 함량이 0.04~0.05중량%이고, 탄소함량이 0.035중량% 이상이 되도록 정련하여 출강하는 단계와, 상기에서 출강된 용강 내로 Fe-P 합금철을 설정된 양으로 투입하여 전로 출강 시 유출된 슬래그와 상기 Fe-P 합금철의 반응에 의하여 용강 내 탄소 함량은 감소하고 산소 함량은 유지시키는 단계 및 상기에서 산소 함량이 유지된 용강을 RH 진공탈가스 공정으로 이송하여 미세 성분 조정을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기에서 용강 내로 투입되는 Fe-P 합금철은, 용강 1ton당 1.3kg~1.7kg일 수 있다.

상기 유지시키는 단계에서, 상기 탄소 함량은 0.03~0.035중량%일 수 있다.

상기 미세성분 조정을 실시하는 단계가 완료된 후 용강 내 탄소함량은 0.002중량% 이하일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전로 정련 시 산소 농도를 낮게 유지하여 출강이 가능하므로 산소에 의한 전로의 로체 손상을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 전로 정련 시 산소 농도를 낮게 유지하여 출강이 가능하여 산소에 의한 용강 내 개재물 발생을 감소시키므로 고품질의 극저탄소강 제조를 가능케 한다. 뿐만 아니라, 전로 출강 이후 탈산제의 사용량을 감소시킬 수 있으므로 알루미늄 탈산제에 소요되는 비용을 절감하여 극저탄소강 제조 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 극저탄소강 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 3은 일반 조업에서의 전로 정련 완료 후 출강 시 용강 내 목표 탄소 함량에 따른 용강 내 산소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예의 전로 출강 시 FE-P 합금철 투입량에 따른 용강 내 산소와 탄소 함량을 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) 취련은 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 이송시키게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 극저탄소강 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도로서, 본 발명은 용선을 전로(10)에 장입하여 시작한다. 이때 전로 내로 장입되는 용선은 용선예비처리 공정을 거쳐 용선 내 다량 함유되어 있던 황 성분이 일정 수준 제어된 것일 수 있다.

전로에 장입된 용선 내로 고압의 산소를 취입하여 취련을 실시하게 되는데, 전로 취련의 주목적은 용선 내 탄소 성분 저감 즉 탈탄이며 이때 탈산 및 탈황 등의 반응이 동시에 일어나 용선 내 성분이 목표치로 제어되면서 용선(Hot metal)이 용강(Molten Steel)으로 제조되는 것일 수 있다.

본 발명에서는 극저탄소강 제조를 그 목적으로 하며 이때 전로 정련 완료 후 즉, 전로 출강 시점에서 용강 내 목표 탄소 함량은 0.03~0.035중량% 이다. 전로 출강 시 이 정도의 탄소 함량을 유지하여야 후속 공정을 통해 본 발명에서 최종적으로 얻고자하는 목표 탄소 함량인 0.002중량% 미만의 용강을 획득할 수 있기 때문이다. 이때 후속공정이라 함은 전로 정련 이후 2차 정련 즉 LF 정련과 BS 처리 및 RH 진공탈가스 등을 말한다.

일반적으로는 이처럼 전로 정련 종점에서 용강 내 목표 탄소함량이 0.03~0.035중량%인 경우에 용강 내 산소 함량을 0.06중량% 부근으로 유지하여 출강한다. 이와 같이 전로 종점에서 용강 내 산소함량을 높게 하여 출강하는 이유는 전로 정련 이후 RH 진공탈가스에 도착하는 공정 중에 용강 내 산소 함량이 계속하여 떨어지기 때문이다. 구체적으로, RH 진공탈가스 도착 시점에 용강 내 산소 함량이 0.05중량% 정도 유지되어야 RH에서 탈탄하여 극저탄소강용 용강을 사용할 수 있을 정도로 용강 내 탄소함량을 극저량으로 제어할 수 있는데, 전로 종점에서 RH까지 래들이 이동하는 동안 외부 환경 등의 영향에 의해 용강 내 용존 산소함량이 계속하여 줄어들기 때문이 이를 감안하여 전로 종점 시 용강 내 산소 함량을 0.06중량% 부근으로 유지하여 출강하는 것이다.

도 3은 일반 조업에서의 전로 정련 완료 후 출강 시 용강 내 목표 탄소 함량에 따른 용강 내 산소 함량을 나타낸 그래프이다. 이를 참조하면, 전로 출강 시 목표 탄소 함량이 0.03~0.035중량%인 경우 전로 출강 시점에서 용강 내 산소 함량은 표시한 바와 같이 0.06~0.065중량%로 유지되었다. 일반 조업이라 함은 후술할 전로 출강 시 Fe-P 합금철을 투입하지 않은 경우를 말한다.

그러나, 이처럼 고농도의 산소를 함유한 용강은 전로 로체를 손상시킬 수 있으며, 용강 내 산소 함량이 높은 경우 산소에 의해 발생될 수 있는 산화성 개재물이 증가할 수 있어 생산되는 강의 품질에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 전로 종점 에서 용강 내 산소를 고농도로 유지하여 출강하였을 때 후속 공정에서 산소 함량을 낮추기 위해 첨가하는 탈산제의 양이 많아 공정 비용이 상승되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 전로 출강 시점에서 산소 함량을 낮추어 출강하여도 후속 공정을 거쳐 RH 진공탈가스 공정에 도착하였을 때에도 용강 내 산소함량이 유지될 수 있는 방법을 제시한다.

이를 위하여 본 발명에서는 극저탄소강 제조 시 전로 종점에서 용강 내 산소 함량을 0.04~0.05중량%, 탄소 함량이 0.035중량% 이상이 되도록 정련하여 출강한다(S10).

전로 정련의 주목적은 탈탄으로 용강 내 고압의 산소를 취입하여 하기 반응식 1에 의해 용강 내 탄소 일산화탄소의 형태로 배출하면서 제거한다.

반응식 1

C + 1/2O₂ = CO(↑)

본 발명시 전로 출강 시점 즉, 전로 정련 종점에서 용강 내 탄소 함량은 0.035중량% 이상이며, 산소 함량은 0.04~0.05중량%로 기존 공정 대비 산소 함량이 0.01중량% 이상 감소된 상태로 출강을 실시하게 된다.

이와 같은 저산소 출강을 하게 되면 전로 종점에서의 산소 함량을 RH 진공탈가스 도착 시점까지 계속하여 유지하는 것이 중요하다.

본 발명에서는 이처럼 전로 출강 시의 용강 내 산소 함량을 지속적으로 유지하기 위하여 전로 출강 중 용강 내로 Fe-P 합금철을 설정된 양만큼 투입한다. 이때 Fe-P 합금철은 용강 1ton당 1.3kg~1.7kg 투입하는 것이 바람직하다. 이를 일반적인 조업 시 전로 내 용강량인 용강 340ton으로 환산하면 용강 340ton당 투입되는 Fe-P 합금철의 양은 약 440~580kg이다. 구체적으로, 본 발명에서는 용강 340ton을 기준으로 Fe-P 합금철이 450kg 이상 550kg 이하 투입되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에서 이와 같은 Fe-P 합금철의 투입량을 한정하는 이유는 도 4에 도시한 결과와 같이, 상기 범위로 합금철을 투입할 때 전로 종점 시 0.04~0.05중량%로 유지되었던 용강 내 산소 함량이 RH 진공탈가스 도착 시점까지 효과적으로 유지되기 때문이다.

또한, 전로 출강 이후 용강 내 탄소 함량은 다양한 이유에 의하여 약간 증가할 수 있는데 본 발명에서는 전로 출강 시 용강 내 탄소 함량을 0.03~0.035중량%로 제어하였다 하더라도 출강 이후 0.045중량% 부근으로 탄소 함량이 증가할 수 있다. 따라서, 전로 출강된 용강을 RH 진공탈가스까지 이송하는 동안 용강 내 탄소 함량을 전로 출강 시점과 동일한 수준(0.03~0.035중량%)으로 감소시키면서도 산소 함량은 전로 출강 시점과 같이 유지할 수 있어야 한다.

이를 위하여 전로 출강 시 용강 내로 Fe-P 합금철을 투입하게 되는데, 본 발명의 실시예와 같이 전로 출강된 용강 내로 Fe-P 합금철을 상기와 같이 설정된 양으로 투입하면 먼저 하기 반응식 2와 같은 반응이 일어난다.

반응식 2

5FeO(슬래스 내) + 2P(합금철 내) = P₂O₅ + 5Fe(용강 회수)

즉, 전로 출강 시 용강과 함께 유출된 슬래그와 투입된 Fe-P 합금철이 반응하여 슬래그 내 산화철(FeO)이 철(Fe)로 환원되어 용강 내로 다시 들어가게 된다. 이와 같이 반응에 의해 생성된 P₂O₅는 다시 용강 내 탄소(C)와 하기 반응식 3과 같이 반응한다.

반응식 3

P₂O₅ + 5C(용강 내) = 2P(용강 회수) +5CO(↑)

반응식 3에 의해 환원되어 생성된 인(P)은 다시 용강을 회수되며 용강 내 탄소는 일산화탄소(CO)의 형태로 제거되기 때문에 최종적으로 반응식 2 내지 반응식 3을 거치면서 용강 내 탄소 함량은 줄어들고 산소 함량은 전로 출강 시점과 같이 유지될 수 있다.

따라서, 상술한 Fe-P 합금철 투입에 의한 용강과 슬래그 내 물질 반응에 의하여 본 발명에서는 전로 출강 시 산소 함량을 0.04~0.05중량%로 낮게 제어하여도 RH 도착전까지 산소 함량을 유지하면서 탄소 함량만을 감소시킬 수 있는 것이다.

이러한 결과는 도 4에 도시한 그래프를 통해 다시 확인할 수 있는데, 도 4는 전로 출강 시 Fe-P 합금철 투입량에 따라 RH 진공탈가스 도착 시점에서 용강 내 탄소와 산소 함량을 측정한 것이다. 이를 설명하면, 먼저 그래프에 도시된 실시예는 본 발명의 실시예에 따라 전로 출강 중 용강 내로 Fe-P 합금철을 용강 340ton 당 450kg 투입한 경우 용강 내 탄소 함량과 산소 함량의 관계를 나타낸 것이며, 비교예 1은 전로 출강 시 Fe-P 합금철을 투입하지 않은 경우이고, 비교예 2는 전로 출강 중 용강 내로 Fe-P 합금철을 용강 340ton 당 450kg 미만으로 투입한 경우에 용강 내 탄소 함량과 산소 함량의 관계를 나타낸 것이다.

이를 참조하면 실시예에 따라 설정된 양으로 합금철을 투입한 경우에는 용강 내 탄소함량이 0.03~0.035중량% 일 때 용강 내 산소 함량이 0.04~0.05중량% 부근으로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 그러나 이와 대비하여 비교예 1과 같이 합금철을 투입하지 않은 경우에는 용강 내 탄소 함량이 0.03~0.035중량%일 때 용강 내 산소 함량이 0.06~0.07중량%인 것으로 나타났으며, 비교예 2와 같이 Fe-P 합금철을 본 발명의 실시예보다 적게 투입한 경우에는 본 발명에서와 같이 0.04~0.05중량%로 출강하는 경우 용강 내 탄소 함량이 0.04~0.05중량% 까지 올라가게 되는 문제점이 발생하였다.

그러므로 본 발명에서 한정한 범위의 Fe-P 합금철을 투입하여 출강 한 용강의 경우 RH 진공탈가스까지 이송되어도 용강 내 탄소 함량은 목표치인 0.03~0.035중량%, 산소 함량도 전로 출강 시점과 동일한 0.04~0.05중량%로 유지되므로, RH 진공탈가스 이후에 극저탄소강용 용강으로 적절한 범위의 탄소함량(본 발명에서 0.002중량%)까지 탈탄이 용이하게 이루어질 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서는 전로 정련 이후에 BS(Bubbling Stand) 처리를 더 실시할 수 있으며, 이는 전로 출강된 용강이 수강된 래들 내로 불활성 가스 등을 취입하여 전로 출강 시점에서 용강과 혼재되어 있는 유출 슬래그를 용강 상부로 효과적으로 부유하여 슬래그 내의 불순물 등이 용강으로 혼입되어 용강의 청정도를 저해하는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, BS 처리를 통해 반응식 3에 의한 슬래그 내 산화인(P₂O₅)와 용강 내 탄소(C)의 반응을 촉진하여 주어 용강 내 탈탄의 효과를 극대화 시키기 위한 것일 수 있다.

이처럼 BS 처리가 완료된 용강을 RH 진공탈가스 공정으로 이송하여 미세 성분 조정을 실시하여 극저탄소강에 적합한 용강 내 탄소 함량 0.002중량% 미만의 용강으로 제조 완료한다(S30). 제조 완료된 용강은 연속주조 공정을 통해 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품으로 성형된 후 압연 공장 등으로 이송되어 완제품으로 생산된다.

이와 같이 본 발명은 전로 정련 시 산소 농도를 낮게 유지하여 출강이 가능하므로 산소에 의한 전로의 로체 손상을 방지할 수 있고, 산소에 의한 용강 내 개재물 발생을 감소시키므로 고품질의 극저탄소강 제조를 가능케 한다. 뿐만 아니라, 전로 출강 이후 탈산제의 사용량을 감소시킬 수 있으므로 알루미늄 탈산제에 소요되는 비용을 절감하여 극저탄소강 제조 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 극저탄소강 제조방법은 위에서 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 M: 용선(전로 정련 후 용강)

Claims (4)

1. 극저탄소강 제조 시 전로 정련 종점에서 용강 내 산소 함량이 0.04~0.05중량%이고, 탄소함량이 0.035중량% 이상이 되도록 정련하여 출강하는 단계;
   상기에서 출강된 용강 내로 Fe-P 합금철을 설정된 양으로 투입하여 전로 출강 시 유출된 슬래그와 상기 Fe-P 합금철의 반응에 의하여 용강 내 탄소 함량은 감소하고 산소 함량은 유지시키는 단계; 및
   상기에서 산소 함량이 유지된 용강을 RH 진공탈가스 공정으로 이송하여 미세 성분 조정을 실시하는 단계;를 포함하고,
   상기에서 용강 내로 투입되는 Fe-P 합금철은, 용강 1ton당 1.3kg~1.7kg이며,
   상기 유지시키는 단계에서, 상기 탄소 함량은 0.03~0.035중량%이고,
   상기 미세성분 조정을 실시하는 단계가 완료된 후 용강 내 탄소함량은 0.002중량% 이하인 극저탄소강 제조방법.
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