KR101424641B1 - 주물용 선철의 제조 방법 - Google Patents

주물용 선철의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 주물용 선철의 제조 방법은 고로에서 용선을 마련하는 과정, 용선을 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)로 장입하여 이송시키면서, 상기 용선으로 탈류제 및 탈린제를 투입하고, 산소를 취입하여 탈류 및 탈린하는 과정, 탈류 및 탈린된 용선을 LF(Ladle furnace) 설비로 장입하여 승온시키는 과정 및 승온된 용선을 응고시켜 주물용 선철로 제조하는 주선 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 주선기에서의 주선 단계 전에, LF 설비를 통해 용선을 승온시켜, 용선이 응고 온도에 비해 충분히 높도록 슈퍼히트(super heat)를 확보한다. 따라서, 탈류 및 탈린 시에 하락된 온도를 충분히 보상할 수 있으며, 용선이 응고 온도 이상의 온도를 유지하도록 할 수 있다. 이에 따라, 용선이 주선 시에 충분한 유동성을 갖게 되어, 종래와 같이 유동성 저하로 인한 주물용 선철의 표면에 블로우홀(Blow hole) 또는 부풀어 오름 등과 같은 결함 발생을 방지할 수 있다.

Description

주물용 선철의 제조 방법{Method for manufacturing cast metal pin iron}
본 발명은 주물용 선철의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결함 발생을 방지하는 주물용 선철의 제조 방법에 관한 것이다.
주물용 선철(또는 주물선)의 제조는 고로에서 생산된 쇳물 즉, 용선을 일정한 모양으로 냉각 또는 응고시켜 선철로 제조하는 것을 말하며, 제조된 선철은 철원으로 사용된다.
일반적인 주물용 선철의 제조 방법을 설명하면(도 3 참조), 먼저 고로에서 용선을 마련하여(S1) 출선한 후, 출선된 용선을 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)를 통해 주선기로 이송한다.
한편, 고로에서 생산된 용선에는 인(P), 황(S)과 같은 불순물이 포함되어 있는데, 인(P)은 선철에 균열을 유발시키고, 황(S)은 편석이 되기 쉬우며, 고온에서 취성을 유발시켜, 인장율, 연신율 및 충격치를 감시시키는 요인이 된다.
따라서, 용선에 함유된 인(P), 황(S) 등의 성분을 제거하는 정련 조업이 실시되는데, 용선이 혼선차에 장입되어 이송되는 동안 또는 이후 수용되는 용기인 주선통에서 탈린 및 탈류가 동시에 행해진다. 이어서, 한국공개특허 10-2012-0061270에 기재된 바와 같이, 주선통의 용선을 복수의 몰드로 주입하면, 몰드 내에서 용선이 응고 또는 냉각되어 블록 형상의 주물용 선철이 제조된다. 이때, 복수의 몰드는 무한궤도 형태로 회전하는 몰드 컨베이어에 의해 순환하며, 몰드 컨베이어의 회전 구동에 의해 몰드로부터 선철이 전복되어 자유 낙하 된다.
한편, 주물용 선철의 표면에 블로우홀(blow hole) 또는 부풀어 오름 등의 결함을 유발시키는 주요 원인으로는, 주선 시에 용선의 유동성이 낮기 때문이다. 유동성의 저하는 용선의 온도 하락에 기인하는데, 일반적으로 탈린, 탈류 조업 중에 용선의 온도 강하 현상이 현저하게 나타나며, 일반적인 주물용 선철에 비해 고순도의 주물용 선철의 경우, 인(P)과 황(S)의 제어가 보다 낮은 함량으로 제어되기 때문에, 온도 강하 현상이 심하다.
그런데, 종래의 같이 대기에 노출되어 있는 혼선차 또는 주선통에서 탈린 및 탈류가 행해짐에 따라, 탈린 및 탈류 시 열이 대기 중으로 날아가는 열 손실에 의한 온도 하락이 더욱 심화되어 용선의 유동성이 저하된다. 이후, 혼선차 또는 주선통에서 용선의 온도 저하 방지를 위한 조업이 실시될 수는 있으나, 혼선차 또는 주선통의 특성상 용선의 온도 제어가 용이하지 않기 때문에, 하락한 온도를 보상하기가 힘들다.
용선의 유동성의 저하는 상술한 바와 같이 주선 시에 주물용 선철에 블로우홀(blow hole)이나 부풀어 오름 등의 결함을 발생시키는 요인이 되며, 고순도의 주물용 선철의 경우 일반적인 주물용 선철과 비교하여 결함 발생 정도가 심하다. 이러한 결함 발생은 상품 가치를 떨어트릴 뿐만 아니라, 발생한 결함에 수분이 있을 경우 수증기 폭발과 같은 안전상의 문제를 야기시킨다.
한국공개특허 10-2012-0061270
본 발명은 결함 발생을 방지하는 주물용 선철의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 주선 시 용선의 유동성 저하를 방지하는 주물용 선철의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 주물용 선철의 제조 방법은 고로에서 용선을 마련하는 과정;상기 용선을 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)로 장입하여 이송시키면서, 상기 용선으로 탈류제 및 탈린제를 투입하고, 산소를 취입하여 탈류 및 탈린하는 과정; 상기 탈류 및 탈린된 용선을 LF(Ladle furnace) 설비로 장입하여 승온시키는 과정; 및
상기 승온된 용선을 응고시켜 주물용 선철로 제조하는 주선 과정; 을 포함한다.
상기 탈린된 용선을 LF(Ladle furnace) 설비에서 승온시키는 과정에 있어서,상기 용선으로 가탄제를 투입하는 과정을 포함한다.
상기 LF(Ladle furnace) 설비로 용선을 승온시키는 과정은 상기 용선을 주물용 선철로 제조하는 주선 전(前) 단계에서 실시되며, 상기 LF(Ladle furnace) 설비를 통해 상기 용선이 응고 온도에 비해 35℃ 이상 높도록 승온시키는 것이 바람직하다.
상기 LF(Ladle furnace)에서 승온된 용선을 래들(Ladle)로 출선하고, 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)를 통해 주선기로 이송하는 과정을 포함한다.
상기 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC) 및 LF(Ladle furnace) 설비는 유휴(遊休) 중인 연속 주조기의 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC) 및 LF(Ladle furnace) 설비를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 주선기에서의 주선 단계 전에, LF 설비를 통해 용선을 승온시켜, 용선이 응고 온도에 비해 충분히 높도록 슈퍼히트(super heat)를 확보한다. 따라서, 탈류 및 탈린 시에 하락된 온도를 충분히 보상할 수 있으며, 용선이 응고 온도 이상의 온도를 유지하도록 할 수 있다. 이에 따라, 용선이 주선 시에 충분한 유동성을 갖게 되어, 종래와 같이 유동성 저하로 인한 주물용 선철의 표면에 블로우홀(Blow hole) 또는 부풀어 오름 등과 같은 결함 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에서 주물용 선철을 제조하기 위해 사용되는 혼선차 및 LF 설비 등은 기존의 연속 주조기의 설비들로서, 본 발명에 따른 주물용 선철 제조를 위한 설비를 별도로 구성하지 않고, 연속 주조기의 유휴(遊休) 중인 설비들을 사용한다. 이에, 별도의 설비 투자비 없이 주물용 선철을 제조함으로써, 주물용 선철의 제조를 위한 제조 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주물용 선철의 제조 방법을 순서적으로 설명하기 위한 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주물용 선철의 제조 방법을 설명하기 위해, 고로, 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC), LF(Ladle furnace) 설비, 래들(Ladle), 주선기 등을 순서적으로 도시한 블록도
도 3은 종래의 주물용 선철의 제조 방법을 순서적으로 설명하기 위한 순서도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주물용 선철의 제조 방법을 순서적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주물용 선철의 제조 방법을 설명하기 위해, 고로, 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC), LF(Ladle furnace) 설비, 래들(Ladle), 주선기 등을 순서적으로 도시한 블록도이다.
본 발명은 주물용 선철의 제조 방법으로서, 보다 구체적으로는 철(Fe)을 주성분으로 하며, 황(S)이 0.03 wt% 이하, 인(P)이 0.05 wt% 이하인 고순도 주물용 선철을 제조하는 방법이다. 보다 바람직하게는 황(S) 및 인(P)이 0.01 wt% 이하인 고순도 주물용 선철을 제조한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 주물용 선철의 제조 방법은 고로에서 용선을 마련하는 과정(S10), 고로에서 생산된 용선을 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)로 장입하여 이송시키면서, 혼선차에서 용선을 탈류 및 탈린하는 과정(S20), 탈류 및 탈린된 용선을 혼선차로부터 출선하는 과정(S30), 혼선차로부터 출선된 용선을 LF(Ladle furnace) 설비로 장입하여 승온시키는 과정(S40), 승온된 용선을 출선하는 과정(S50) 및 용선을 응고시켜 주물용 선철로 제조하는 과정(S60)을 포함한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 주물용 선철의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 고로 내부로 철광석과 코크스를 투입한 후, 이를 용융시켜 쇳물 즉, 용선을 마련한다(S10). 이를 위해, 고로의 하부에 마련된 풍구를 통해 약 1200℃의 열풍을 주입하면, 열풍에 의해 철광석과 코크스가 용융되어 용선이 제조되며, 이때 용선의 온도는 약 1505℃ 이다.
고로에서 용선이 제조되면, 용선을 고로로부터 출선하여 혼선차로 장입하고, 상기 혼선차에서 탈류 및 탈린을 실시한다(S20). 이를 위해, 고로로부터 출선된 용선을 혼선차에 장입시키고, 상기 혼선차를 LF 설비를 향해 이송시키면서 용선으로 CaO계 및 CaC2와 같은 탈류제를 투입한다. 이에, 혼선차가 다음 공정인 LF 설비를 향해 이송되는 동안 투입된 탈류제와 용선 중 함유된 황(S)이 반응하여 CaS, MgS, NaS 등의 황화합물을 생성하며, 이에 따라 용선 중 황이 제거된다. 이후, 탈류된 용선이 혼선차에 의해 이송되는 동안, 용선 중으로 순수 산소를 취입하고, 탈린제를 투입하여 탈린을 실시한다. 이때, 탈린제는 특별히 한정되지는 않으나, BaCO3, BaO, BaF2, BaCl2, CaO, CaF2, Na2CO3 및 Li2CO 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이에 따라, 혼선차 내로 취입되는 산소와 탈린제는 용선 중 인(P)과 반응하여, P2O5로 산화되어, 용선 중 인(P)이 제거된다.
상기에서는 혼선차에서 용선의 탈류를 실시한 후, 틸린을 실시하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 탈린을 실시한 후 탈류를 진행하거나, 탈린 및 탈류를 동시에 진행할 수도 있다.
이후, 혼선차에서 탈류 및 탈린 조업이 종료되면, 용선을 출선한다(S30)
한편, 상술한 바와 같이, 탈류 및 탈린 조업이 실시되는 동안, 온도 강하 현상이 현저하게 나타나며, 용선의 온도 하락은 주조 시에 용선의 유동성을 저하시키고, 이는 주물용 선철의 표면에 블로우홀(blow hole) 또는 부풀어 오름 등의 결함을 유발시키는 주요 요인이 된다.
이에, 본 발명의 실시예에서는 탈린 조업이 종료된 용선을 LF 설비로 장입하여 용선을 승온시켜(S40), 탈류 및 탈린 시 하락된 온도를 보상한다. 즉, 래들 내로 용선이 장입되면, 전극봉, 보다 구체적으로는 교류 3 상 전극봉을 사용하여 용강에 아크(arc)를 가하는데, 발생된 아크 열에 의해 용강이 승온된다. 이때, 용선이 응고 온도에 비해 충분히 높은 온도 즉, 슈퍼히트(super heat)를 확보할 수 있도록 승온시키며, 바람직하게는 용선이 응고 온도에 비해 35℃ 이상의 온도차가 나도록 승온 시킨다.
예를 들어, 주선 시 용선의 온도가 상기 용선의 응고 온도에 비해 35℃ 미만으로 높은 경우(주선 시용선의 온도와 상기 용선의 온도 차가 35℃ 미만), 주선 시 용선의 유동성이 낮아 선철 표면에 블로우홀(blow hole) 또는 부풀어 오름 등과 같은 결함을 발생시킬 수 있다.
또한, LF 설비에서 용선의 승온 시에, 코크스와 같은 가탄제를 투입하여, 탄소(C)가 3.0 wt% 이상 함유되도록 한다. 이때, 용선 중 탄소량에 따라 융점이 변하기 때문에, LF 설비의 전극봉으로 인한 아크열과 함께 용선 중으로 투입되는 가탄제 양을 조절함으로써, 용선이 응고 온도에 비해 35℃ 이상의 온도차가 나도록 상기 용선의 온도를 조절할 수 있다.
이러한 탈류, 탈인 및 가탄 조업에 의해 용선 중 황(S)은 0.030 wt% 이하, 인(P)이 0.050 wt% 이하, 탄소(C)가 3.0 wt% 이하로 제어된다. 또한, 용선 중에는 0.20wt% 이하의 규소(Si), 0.15wt% 이하의 망간(Mn), 0.020wt% 이하의 티타늄(Ti), 0.030wt% 이하의 크롬(Cr), 0.020wt% 이하의 바나듐(V), 잔부 Fe 및 불가피하게 첨가되는 불순물로 이루어진다.
LF 설비에서 용선의 승온 조업이 종료되면, 래들을 통해 용선을 출선한 후, 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)를 이용하여 주선기로 이송시킨다(S50).
이어서, 승온된 용선을 응고시켜 주물용 선철을 제조한다(S60). 이를 위해 용선을 복수의 주선통에 나누어 주입하면(분탕), 주선통 각각의 용선이 복수의 몰드로 주입된다. 복수의 몰드는 몰드 컨베이어에 의해 무한궤도로 회전하면서 주입된 용선을 응고시켜 블록 형상의 주물용 선철(즉, 주물선)로 제조한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 주선기에서의 주선 단계 전에, 보다 바람직하게는 주선 직전 단계에서, LF 설비를 통해 용선을 승온시켜, 용선이 응고 온도에 비해 35℃ 이상 높도록 슈퍼히트(super heat)를 확보한다. 따라서, 탈류 및 탈린 시에 하락된 온도를 충분히 보상할 수 있으며, 용선이 응고 온도 이상의 온도로 상회하여 주선 시에 유동성이 확보된다. 이에 따라, 주선을 위해 용선이 주선통으로 주입되거나, 주선통의 용선이 몰드로 주입될 때 충분한 유동성을 갖게 된다. 따라서, 종래와 같이 유동성 저하로 인한 주물용 선철의 표면에 블로우홀(Blow hole) 또는 부풀어 오름 등과 같은 결함 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 주물용 선철을 제조하기 위해 사용되는 혼선차 및 LF 설비는 일반적인 연속 주조기에서의 설비들로서, 본 발명에 따른 주물용 선철 제조를 위한 설비를 별도로 구성하지 않고, 기존의 연속 주조기의 설비들(혼선차 및 LF 설비)을 사용한다. 예컨대, 연속 주조기를 이용하여 잉여 용선이 발생할 정도로 충분한 용선이 생산되거나, 적정량의 용선이 제조되면 유휴(遊休) 중인 혼선차 및 LF 설비를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 주물용 선철을 제조한다.
이와 같이 본 발명에서는 별도의 설비를 구성할 필요 없이, 유휴 중인 연속 주조기의 설비를 이용하여 설비 투자비 없이 주물용 선철을 제조함으로써, 주물용 선철의 제조를 위한 제조 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
표 1은 고로에서 출선된 용선 즉, 탈린, 탈류를 거치지 않은 '처리 전 용선'과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 처리된 용선과, 비교예에 따른 방법으로 처리된 용선의 성분 함량 및 온도를 나타낸 표이다.
실시예에 따른 용선은 혼선차에서의 탈류 및 탈린이 실시된 후, LF 설비를 통해 승온된 용선으로서, 주선 시 용선의 성분 함량과 온도를 측정하였다. 또한, 비교예에 따른 용선은 혼선차에서 탈린 및 탈류를 실시하고, 본 발명과 같은 LF 설비에 의한 승온 과정 없이 용선으로서, 주선 시 용선의 성분 함량과 온도를 측정하였다.

 성분(wt%) 온도(℃)
C Si Mn P S
처리 전
용선		 4.80 0.40 0.18 0.07 0.02 1505
실시예 4.00 0.30 0.18 0.01 0.01 1249
비교예 3.80 0.02 0.18 0.01 0.01 1164
표 1을 참조하면, 고로에서 생산된 최초 용선 즉, 탈류 및 탈린 처리 전 용선에 비해, 황(S) 및 인(P)의 함량이 감소하였고, 용선의 온도 또한 감소하였다.
이때, 실시예와 비교예를 비교하면, 황(S)과 인(P)의 함량은 각각 0.01 wt% 로, 고순도 주물용 선철의 황(S)과 인(P) 성분 함량 범위에 포함된다. 그러나, 주선 시의 용선의 온도를 비교하면, 비교예에 비해 실시예의 온도가 높다. 보다 구체적으로는 비교예의 경우 1200℃ 미만인 1164℃로서, 용선의 온도가 너무 낮아 충분한 슈퍼히트(super heat) 온도를 확보하지 못하였으며, 이에 따라 용선의 유동성이 저하된다. 따라서, 비교예에 따른 용선을 주선통에 주입하거나, 주선통의 용선을 몰드로 주입하는 일련의 과정을 거치는 주선 시에, 낮은 용선의 유동성으로 인해 주물용 선철의 표면에 블로우홀(Blow hole) 또는 부풀어 오름 등의 결함이 발생된다.
하지만, 실시예에 따른 용선은 1200℃ 이상을 상회으로, 응고 온도 이상의 충분한 슈퍼히트(super heat)가 확보되어, 주선 시에 용선의 유동성이 확보된다. 따라서, 용선을 주선통에 주입하거나, 주선통의 용선을 몰드로 주입하는 일련의 과정을 거치는 주선 시에, 용선이 충분한 유동성을 갖기 때문에, 유동성에 의한 주물용 선철의 결함이 발생되지 않는다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
S10: 용선 마련 S20: 탈류 및 탈린
S30: 출선 S40: 승온
S50: 출선 S60: 주선

Claims (5)

  1. 고로에서 용선을 마련하는 과정;
    상기 용선을 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)로 장입하여 이송시키면서, 상기 용선으로 탈류제 및 탈린제를 투입하고, 산소를 취입하여 탈류 및 탈린하는 과정;
    상기 탈류 및 탈린된 용선을 LF(Ladle furnace) 설비로 장입하고, 상기 LF 설비의 전극봉을 이용하여 상기 용선을 승온시키며, 상기 LF 설비에 장입된 용선으로 가탄제를 투입하는 과정;
    상기 LF 설비에서 승온된 용선을 복수의 주선통에 나누어 주입하는 과정;
    상기 복수의 주선통 각각의 용선을 복수의 몰드 각각으로 주입하는 과정;
    상기 복수의 몰드를 몰드 컨베이어로 무한궤도로 회전시켜, 상기 몰드로 주입된 용선을 응고시켜 주물용 선철로 제조하는 주선 과정;
    을 포함하는 주물용 선철의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 LF(Ladle furnace) 설비로 용선을 승온시키는 과정은 상기 용선을 주물용 선철로 제조하는 주선 전(前) 단계에서 실시되며,
    상기 LF(Ladle furnace) 설비를 통해 상기 용선이 응고 온도에 비해 35℃ 이상 높도록 승온시키는 주물용 선철의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 LF(Ladle furnace) 설비에서 승온된 용선을 래들(Ladle)로 출선하고, 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC)를 통해 주선기로 이송하는 과정을 포함하는 주물용 선철의 제조 방법.
  5. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
    상기 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC) 및 LF(Ladle furnace) 설비는 유휴(遊休) 중인 연속 주조기의 혼선차(Topedo Lalde Car; TLC) 및 LF(Ladle furnace) 설비를 사용하는 주물용 선철의 제조 방법.
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JPH0533028A (ja) * 1991-07-26 1993-02-09 Nippon Steel Corp 高純度鋳物用銑鉄の製造方法
JP2004211120A (ja) 2002-12-27 2004-07-29 Jfe Steel Kk 高清浄鋼の溶製方法
KR100833040B1 (ko) 2001-12-27 2008-05-27 주식회사 포스코 칼슘 함량이 높은 용강의 개재물 미세분산강의 제조방법

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