KR101412570B1 - 고강도 강의 전로 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 취련 후 합금철의 투입량을 감소시켜 제조 비용을 절감할 수 있는 고강도 강의 전로 정련 방법에 관한 것으로, 고강도 강 제조를 위해 전로 내에 용선을 투입하는 단계와, 투입된 용선의 전로 정련 시, 산소 취입량을 조절하여 용선 상부 슬래그의 산화도를 14~16%의 범위로 제어하여 용선 내 인(P) 함량을 설정된 범위로 유지시키는 단계와, 인(P) 함량을 설정 범위로 유지시켜 정련 완료된 용강 내로, Fe-P 합금철을 추가 투입하면서 출강하는 단계를 포함하는 고강도 강의 전로 정련 방법을 제공한다.

Description

고강도 강의 전로 정련 방법{REFINING METHOD OF HIGH STRENGTH STEEL}

본 발명은 고강도 강의 전로 정련 방법에 관한 것으로, 전로 취련 후 합금철의 투입량을 감소시켜 제조 비용을 절감할 수 있는 고강도 강의 전로 정련 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.

전로는 고로에서 생산된 용선의 불순물을 제거하는 설비로, 탈린전로는 용선 중의 인 성분을 최대한 낮춰 극저린 고급강을 제조하기 위한 설비이다. 또한, 탈탄전로는 용선 내 탄소의 농도를 낮추기 위하여 사용되는 설비이다. 전로 조업은 용선에 부원료나 가스를 취입하고, 용선을 교반하여 부원료 및 가스와 용선 간 반응을 촉진하는 방식으로 수행될 수 있다.

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

관련 선행기술로는 한국등록특허 제0900998호(등록일: 2009년 06월 04일, 명칭:전로에서의 강 정련방법)가 있다.

본 발명은 전로 취련 후 합금철의 투입량을 감소시켜 제조 비용을 절감할 수 있는 고강도 강의 전로 정련 방법에 관한 것이다.

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

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고강도 강의 전로 정련 방법은, 고강도 강 제조를 위해 전로 내에 용선을 투입하는 단계와, 투입된 용선의 전로 정련 시, 산소 취입량을 조절하여 용선 상부 슬래그의 산화도를 14~16%의 범위로 제어하여 용선 내 인(P) 함량을 설정된 범위로 유지시키는 단계와, 인(P) 함량을 설정 범위로 유지시켜 정련 완료된 용강 내로, Fe-P 합금철을 추가 투입하면서 출강하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 고강도 강은 중량%로, C:0 초과 0.003중량% 이하, Si:0 초과 0.03중량% 이하, Mn:0.5 이상 0.7중량% 이하, P:0.04 이상 0.06 중량% 이하, S:0 초과 0.01중량% 이하, 및 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

상기 산소 취입량은 상기 용선 1톤 당 41.1~42.7

를 취입할 수 있다.

상기 설정된 인 함량은 0.02~0.03중량%로 제어될 수 있다.

상기 Fe-P 합금철은, 상기 용강 1톤 당 0.74~1.03kg가 투입될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 슬래그 산화도를 조절하여 용강 중 인 성분을 높게 제어함으로써, 전로 정련 후 합금철의 투입량을 감소시켜 제조 비용을 절감함과 동시에 고강도 강을 효율적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 정련 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고강도 강의 전로 정련 방법을 순서에 따라 나타낸 순서도 이다.
도 3은 도 2의 고강도 강의 전로 정련 방법에 따른 인(P) 성분과 슬래그 산화도의 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 정련 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.

도면을 참조하면, 일반적으로 전로(10)는 철광석이 용해된 형태의 용강(M)을 받아 수용하여 용강 내의 일정 원소의 함량을 조절하는 작업을 수행하여 출탕하기 위해 사용되는 것이다. 정련이 완료된 용강(M)은 출강구(11)를 통해 출탕되게 된다. 전로(10)에 용강(M)이 장입되면 기울어져 있던 전로(10)를 똑바로 세운 후 상부에서 가스를 취입할 수 있는 랜스(20)를 전로(10) 내부로 삽입하여 장입된 용강(M)의 상부로 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 용강의 상부에 불어넣고, 전로(10)의 하부 즉 장입된 용강(M)의 바닥에서는 가스 저취 풍구를 통해 아르곤 가스가 용강 내로 취입한다.

용강(M) 내 가스 취입을 통해 용강을 교반하면서 상부에서 부원료를 투입하여 용강(M) 내 정련 반응을 최대한 촉진할 수 있다. 이와 같이 산소 및 아르곤 가스와 부원료의 투입으로 인해 정련된 용강(M)의 상부에는 슬래그가 형성되며, 이 슬래그를 배제한 후 후속 공정을 위해 용강(M)을 출강구(11)로 출탕하고 래들로 이송시키게 된다.

일반적인 강에서는 용강의 전로 정련 공정을 통해 인(P)의 함량이 약 0.025중량%이하로 제어되지만, 자동차용 고강도 강판과 같은 강재 등에서는 강 중 인(P)의 함량이 다소 많은 약 0.05~1.2중량% 수준으로 요구된다.

이러한 인 함량이 높은 강의 생산을 위해 전로 정련을 실시할 때, 종래에는 전로 내에서 인의 함량을 낮게 제어한 후 출강 중 또는 정련 공정에서 Fe-P 합금철을 추가 투입하여 용강 내 인 성분을 조정하였다. 그러나 전로 공정에서 불필요하게 인의 함량을 낮게 제어하는 경우, 부가적으로 투입되는 Fe-P 합금철의 투입량이 많아 제조원가를 상승시켰다. 또한 과다한 Fe-P 합금철 투입에 의해 출강 중 또는 출강 후 용강의 온도가 저하되어 이를 보상하기 위한 추가 열원의 투입 등의 문제를 야기 시켰다.

그러므로 강 제조에 있어 전로 정련 시, 인의 함량을 높게 제어하여 Fe-P 합금철의 투입량을 줄이고, 부가적으로 용강의 온도를 일정하게 유지할 필요가 있다.

일반적으로 용선의 예비처리 시, 탈황 공정은 주로 기계식 교반법인 KR(Kanvara Reactor) 방식과 가스주입 방식을 사용한다. 기계식 교반법 KR은 탈황을 하고자 하는 용선을 탈황 래들에 장입하고, 래들 상부에서 호퍼를 통해 주로 괴상의 탈황제를 용선으로 투입하고 표면에 내화물을 입힌 임펠러를 용선에 침지하여 회전시키면서 용선을 교반한다. 이때 발생하는 교반력에 의해 용선의 유황과 탈황제가 반응하도록 한 방법이다.

또한, 가스 주입 방식은 탈황 래들의 상부에 별도로 설치된 호퍼에서 탈황제를 전로 내부로 넣어주고, 탈황 전로 상부에서 가스를 취입할 수 있는 랜스를 탈린 전로 내부로 삽입하여 장입된 용선의 상부로 가스를 불어넣게 된다. 즉, 탈황 래들의 상부에서 랜스를 통해 가스를 용선의 내부에 불어넣어 용선을 교반하여 탈황 반응을 촉진하는 것일 수 있다.

이와 같이 탈황제를 투입하여 용선을 교반하면, 탈황된 용선 상부에 슬래그가 형성된다. 용선 예비처리가 완료된 후, 용선은 래들에서 전로로 출탕 된다.

도 2 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 고강도 강의 전로 정련 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이를 참조하면, 본 발명은 먼저 용선 예비처리를 마친 용선을 전로 내에 투입한다(S10).

공정의 효율 증대 및 생산 능률 향상을 위하여 전로 공정에 앞서 용선 중의 불순물을 제거하는 탈규소, 탈린, 탈황 등의 공정을 거쳐 용선 예비처리가 완료된 용선은 래들로 출강된 후 다시 탈탄 등의 1차 정련을 위해 투입된다.

본 발명에서는 용선 예비처리가 완료된 용선이 전로 내에 투입된 후, 산소 취입량을 조절하여 용선 상부 슬래그의 산화도를 14~16%의 범위로 제어하여 용선 내 인(P)의 함량을 설정 범위로 유지한다(S20).

일반적으로 고강도 강 제조를 위한 용선의 전로 정련 공정에서 산소 취입량은 1톤 당 42.6~44.2

이며 슬래그 산화도는 18% 이상이고, 이 때 용선 중 인(P)의 함량은 0.01~0.015 중량%이다. 이런 조건 하에서 고강도 강 제조를 위해 용선 내 인(P) 성분을 낮게 제어한 후 출강 중 또는 정련 공정에서 Fe-P 합금철을 추가 투입하여 성분을 조정한다. 이 때, 용강 내 인 성분이 불필요하게 낮아 다량의 Fe-P 합금철이 투입되므로 제조원가를 상승시키며, Fe-P 합금철 투입에 의한 출강 중 또는 출강 후 용강의 온도를 저하시키는 문제를 발생시킨다.

따라서, 본 발명의 전로 정련 방법은 용선 내 취입하는 산소의 양을 낮추어 슬래그 산화도를 제어함으로써, 용선 중 인의 함량을 높이는 방법에 관한 것이다.

전로 정련 시, 용선 내 인 제거에 유리한 조건은 저온, 높은 산화성 분위기, 높은 슬래그 염기도(고 CaO) 이다. 따라서, 전로 분위기를 고온, 낮은 산화성 분위기, 낮은 슬래그 염기도로 설정하면 용선 내 인의 함량이 상승될 수 있다.

본 발명에서는 전로 내 산화성 분위기를 기존보다 떨어뜨려 슬래그 산화도를 낮은 14~16%로 제어한다. 상세하게는, 전로 정련 시 용선 내 산소 취입량을 낮추어 낮은 산화성 분위기를 조성하므로, 슬래그 산화도는 낮아지고 따라서 용선 내 인의 함량은 높게 제어될 수 있다. 전로 내 용강 상부에 랜스를 통해 산소를 적게 취입하면, 인은

의 반응이 기존보다 억제되면서 용선 내 인 제거능이 저하되고 따라서 용선 내 인 함량이 상대적으로 높아진다.

본 발명에서 최종적으로 제조하고자 하는 강의 합금철의 조성은 중량%로, C:0 초과 0.003중량% 이하, Si:0 초과 0.03중량% 이하, Mn:0.5 이상 0.7중량% 이하, P:0.04 이상 0.06 중량% 이하, S:0 초과 0.01중량% 이하, 및 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

본 발명에서는 더욱 바람직하게 인의 농도를 0.05중량%로 맞추기 위하여, 용선 내 취입되는 산소의 양은 용선 1톤 당 41.1~42.7

로 제어되며, 이 때 슬래그 산화도는 14~16%의 범위로 제어될 수 있다. 또한 제어된 슬래그 산화도에 의해 전로 정련 시 전로 정련 이후 합금철 Fe-P 투입에 의해 상술한 최종 목표치의 인(P) 함량(0.04~0.06중량%)으로 성분을 제어한다. 정련 완료 시 용강 내 인(P) 함량은 0.02~0.03중량%로 제어될 수 있다.

표 1은 본 발명의 실시예와 비교예의 용선 내 취입되는 산소의 유량, 슬래그 산화도 및 정련 완료 시 용강 내 인(P)의 함량을 비교한 것이다.

구분	비교예	실시예
1톤 당 용선 내 취입되는 산소의 유량 ( )	42.6~44.2	41.2~42.6
슬래그 산화도 (%)	18이상	14~16
정련 완료 시 용강 내 인(P)의 함량 (중량%)	0.01~0.015	0.02~0.03

표 1과 같이 본 발명의 실시예와 비교예에서 용선 내로 취입하는 산소의 유량을 적게하면, 슬래그 산화도가 낮아져 전로 정련 완료 시 용강 내 인의 함량이 높아지는 것을 확인할 수 있다.

일반적으로 전로 정련은 산소를 취입하여 산화반응에 의해 용선 중의 탄소(C)를 제거하는 공정이 주가 되어 다른 성분들도 조정이 되므로, 본 발명의 실시예와 같이 용선 내 취입되는 산소의 유량을 줄이면 탈탄 효과가 줄어들게 된다. 그러나 본 발명을 통해 최종적으로 제조하고자 하는 강종의 최종 목표 탄소 성분은 0~0.003중량%로 전로 이후 RH 공정에서 다시 한번 탈탄 반응을 진행하므로 크게 문제되지 않는 범위이다. 또한 기존의 전로에서 목표로 하는 보통의 탄소 범위가 0.025~0.05중량% 이며, 본 발명의 방법에 의하면 탄소가 0.045~0.055중량%의 범위를 가지므로 기존 범위와 유사하여 탈탄의 문제는 발생하지 않는다.

이처럼 용선 내 인(P)의 함량을 설정 범위로 유지시킨 후, 용선 내로 Fe-P 합금철을 추가 투입하면서 출강을 실시한다(S30).

표 2는 본 발명의 실시예와 비교예의 Fe-P 합금철 투입량을 비교한 것이다.

구분	비교예	실시예
용강 1톤 당 Fe-P 합금철 투입량 (kg)	1.18~1.48	0.74~1.03

표 2와 같이 본 발명의 실시예와 비교예에서 1톤 당 Fe-P 합금철의 투입량은 실시예에서 더 낮은 것을 확인 할 수 있다. 이처럼 본 발명에 의하면 전로 출강 시 용강 내로 투입되는 Fe-P 합금철의 투입량을 용강 1톤 당 0.74~1.03kg으로 줄일 수 있으므로, 제조 비용을 절감하여 경제적이며 고강도 강을 효율적으로 생산하는 효과가 있다.

도 3은 도 2의 고강도 강의 전로 정련 방법에 따른 인(P) 성분과 슬래그 산화도의 관계를 나타낸 그래프이다.

이를 참조하면, 전로 정련 시 본 발명의 방법에 의해 슬래그 산화도를 낮추면 용선 내 인(P) 성분의 함량이 높아짐을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 슬래그 산화도를 조절하여 용강 중 인 성분을 높게 제어함으로써, 전로 정련 후 합금철의 투입량을 감소시켜 제조 비용을 절감함과 동시에 고강도 강을 효율적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 고강도 강 정로 정련 방법은 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

Claims (5)

1. 고강도 강 제조를 위해 전로 내에 용선을 투입하는 단계;
   상기에서 투입된 용선의 전로 정련 시, 산소 취입량을 조절하여 용선 상부 슬래그의 산화도를 14~16%의 범위로 제어하여 상기 용선 내 인(P) 함량을 설정된 범위로 유지시키는 단계; 및
   상기에서 인(P) 함량을 설정 범위로 유지시켜 정련 완료된 용강 내로, Fe-P 합금철을 추가 투입하면서 출강하는 단계;를 포함하며,
   상기 고강도 강은,
   중량%로, C:0 초과 0.003중량% 이하, Si:0 초과 0.03중량% 이하, Mn:0.5 이상 0.7중량% 이하, P:0.04 이상 0.06 중량% 이하, S:0 초과 0.01중량% 이하, 및 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 고강도 강의 전로 정련 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 산소 취입량은 상기 용선 1톤 당 41.1~42.7

   

   가 취입되는 고강도 강의 전로 정련 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유지시키는 단계에서,
   상기 설정된 인 함량은 0.02~0.03중량%인 고강도 강의 전로 정련 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 Fe-P 합금철은, 상기 용강 1톤 당 0.74~1.03kg가 투입되는 고강도 강의 전로 정련 방법.
   

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