KR101424644B1 - 합금강 강의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합금강의 제조 방법에 관한 것으로, 취련된 용강을 출강하는 단계, 상기 출강된 용강에 합금철을 용융한 용융물을 투입하는 단계 및 상기 용강에 상기 용융물 투입 후 질소를 흡질시키는 단계를 포함하는 합금강 제조 방법.

Description

합금강 강의 제조 방법{Alloy steel manufacturing methods}

본 발명은 합금강의 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 망간 질소 함량이 강종의 생산 및 망간 질소 성분 제어가 용이한 합금강 제조 방법에 관한 것이다.

일반적인 망간(Mn) 질소(N) 원소를 함유한 강종의 제조 방법은 진공 탈가스 처리 공정에서 아르곤(Ar) 가수 취입에 의해 용강을 환류시키는 상태로 탈탄 반응을 수행하고, 환류 가스로서 사용되는 아르곤 가스(Ar)를 질소(N2) 가스로 교체한 후 용강이 환류되는 상태에서 탈산 반응을 수행하며, 탈산 반응 이후 합금 즉, 페로망간(FeMn)을 투입하여 용강의 성분을 조정한다.

그러나 상기 제조 방법 중 합금을 용강에 투입하는 단계에서 투입되는 합금량이 증가하게 되면 용강의 온도가 하강하게 된다. 따라서 합금 투입에 따른 용강의 온도 하락을 방지하기 위해서 전로에서 용강의 온도를 통상의 조업 온도에 비해 최소 150℃ 정도 높게 조업을 하거나, 용강 출강 중에 투입되는 합금의 양을 전체 필요한 합금의 일부만 투입한 후에, 이차 정련 공정에서 용강의 온도를 상승시키면서 나머지 합금을 투입하는 방법을 사용한다. 하지만, 이차 정련 공정에서 용강의 온도를 상승시키는 방법은 출강 전의 용강 온도 상승에 소모되는 에너지량에 비해서 더 많은 양의 에너지가 사용되고, 그 효율도 용강의 온도 상승 효율보다 낮아서 처리 시간 및 생산원가를 증가시키는 어려움이 있다.

이러한 어려움을 해소하기 위해 한국출원특허공보 제2007-7000608호에 따르면, 취련된 용강에 고상의 페로망간(FeMn)이 아닌 용융 페로망간(FeMn)을 용강에 필요한 양의 슬래그 형성제와 함께 투입하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법으로는 망간을 함유한 강을 제조할 시에 요구되는 용강의 성분 상태에서 페로망간(Fe-Mn)의 함량을 대응시키기 어렵다.

또한, 고강도 고성형성 자동차용 고망간강과 같은 고함량의 망간이 함유되는 강종의 제조에서는 용강 중의 망간 함량 및 기타 성분들을 동시에 제어할 수 있는 제조 방법이 요구되고 있다.

KR 10-2007-7000608 A

본 발명은 합금철이 용융된 용융물에 질소를 투입하여 질소가 높은 용융 합금철을 준비하고 이를 용강에 투입하고, 이차 공정으로 진공탈가스 처리 장치(RH) 또는 래들퍼니스(LF)를 사용하여 합금강에 첨가된 성분을 제어할 수 있는 합금강 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 용강에 합금철이 용융된 용융물을 혼탕 한 후 이차 공정을 수행하여 요구되는 강종에 적합한 성분 제어가 가능한 합금강 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 합금강 제조 방법은, 취련된 용강을 출강하는 단계와 합금철을 용융한 용융물에 질소가스를 취입하고, 상기 용융물 성분 중 질소함유량을 높이는 단계와 상기 출강된 용강에 질소를 함유한 상기 용융물을 투입하는 단계 및 상기 용강에 상기 용융물 투입 후 질소를 흡질 시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 합금철은 페로망간을 포함한다.

또한, 상기 질소가 흡질 완료된 용강은 Mn함량이 10이상 ~ 30이하 중량% 범위이고, N함량이 0.015이상 ~ 1이하 중량% 범위인 것을 포함한다.

또한, 상기 용융물은 상기 용강 투입 전에 탈린, 탈탄 공정 중 적어도 어느 하나의 공정으로 처리되는 것을 포함한다.

또한, 상기 용융물은 고상의 합금철을 전기로에서 용융하여 마련되거나 상기 합금철의 제조 공정으로부터 용융 상태로 마련되는 것을 포함한다.

또한, 상기 용융물은 상기 질소가스가 상취 또는 저취 랜스를 통해 취입되어, 상기 용융물의 질소 함유량이 상기 함금철의 질소 함유량보다 더 높은 것을 포함한다.

또한, 상기 용융물을 투입하는 단계는 상기 용융물을 분할시켜 투입하거나 상기 용융물을 한번에 상기 용강에 투입하는 것을 포함한다.

또한, 질소를 흡질시키는 단계는 래들퍼니스에 구비된 침적 랜스를 통한 기체취입 방법 또는 진공 탈가스 장치에 의한 환류 방법에 의해 질소 가스를 공급하는 것을 포함한다.

또한, 상기 침적 랜스를 통한 기체취입 방법을 사용하여 상기 질소 가스를 공급하는 경우 질소가스 유량은 60~120 Nm3/h, 취입시간 10~30 /min, 질소 상승량 30~200ppm 인 것을 포함한다.

또한, 상기 진공 탈가스 장치에 의한 환류 방법을 사용하여 상기 질소 가스를 공급하는 경우 질소가스 유량은 150~250 Nm3/h, 진공도 30~200 mbar, 취입시간 10~30 /min, 질소 상승량 90~450ppm 인 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조 방법은, 합금원소의 손실을 적게 할 수 있고 용강의 성분 원소를 용이하게 제어할 수 있다.

또한, 별도의 추가 공정을 사용하지 않고 승온 공정을 생략하여 생산수율을 향상시키고 제조 단가를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조 방법을 도시한 공정 순서도.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

달리 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조 방법에 의해 최종 제조되는 합금강으로 망간 질소 함유 강을 예로 들어 설명하며, 제조하는 방법 또한 망간 질소 함유 강을 제조하는 방법을 예를 들어 설명한다. 여기서 합금강으로 망간 질소 함유 강을 예를 들었지만 이에 한정되지 않고 합금원소 즉, 강의 특성 개선 등의 목적으로 의도적으로 첨가되는 원소 복수 종들을 함유하는 강이라면 본 발명의 실시 예에 따른 망간 크롬 함유 강의 제조 방법이 변형 또는 적용 가능하다.

본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조 방법의 이해를 돕기 위해 다음과 같이 용어를 정의한다.

"용강"은 고로, 전로, 전기로(전기 아크로) 중 어느 하나의 노에서 취련된 용강을 의미한다.

"합금강"은 기본 성분으로 철(Fe)를 함유하며, 추가 성분으로 두 가지 이상의 합금원소 즉, 망간(Mn)과 질소(N)를 함유한다.

"용융물(鎔融物)"은 합금철이 용융된 것을 의미한다. 여기서 합금철로는 망간(Mn)을 함유한 페로망간(Ferro-manganese)이 사용될 수 있으며, 페로망간 용융시켜 용융물을 마련할 수 있다.

또한, 페로망간 제조 공정으로부터 용융 상태의 페로망간을 레이들과 같은 보관 용기로 출탕하여 용융물을 마련할 수 있다. 여기서 레이들은 보온 및 승열 설비가 구비하여 용융물을 고온으로 유지할 수 있다.

다음은 본 발명의 실시 예에 따른 합금강의 제조 방법의 이해를 돕기 위해 종래의 고망간강을 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 전로 공정에서는 고망간강을 제조하기 위해 망간 함량이 낮은 강종에 망간 함유 합금철을 투입하는 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 방법을 사용하는 경우 망간 함량이 15 중량%이상인 강종을 생산하기 위해서는 용강량 280톤을 기준으로 망간 함량에 따라 45~63 톤의 합금철을 투입하여야 하며, 이로 인하여 용강의 온도가 약 250~350℃ 정도 하락하는 문제가 발생한다. 이와 같은 경우 용강의 온도를 보상하기 위해 이론적으로 전로 공정에서 출강 온도를 1900℃ 정도로 하여야 하는 문제점을 가지고 있으며, 이와 같은 온도는 현재의 상용 정련 설비에서는 제어할 수 있는 온도 범위를 초과한다. 또한 레이들 퍼니스(Ladle furnace)와 같은 승온 설비를 사용하는 경우에서도 이와 같은 온도를 보상하기 위해서는 승온시간만 100분 이상으로 처리해야 하므로 과도한 공정시간을 야기시킨다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 전기로 공정에서 망간을 용해할 시에 용강 중의 질소 농도가 약 300 ppm이상으로 증가하는 경우가 발생하기도 한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 용융 상태의 페로망간과 용강을 혼탕하고 이차 공정에서 질소를 함유시켜 제조되는 함급강 제조 방법을 제시한다.

다음은 본 발명에 실시 예에 따른 합금강 제조 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조 방법을 도시한 공정 순서도이다.

먼저, 취련된 용강을 마련한다(S100). 여기서 용강은 상기 설명된 고로, 전로, 전기로(전기 아크로) 중 어느 하나의 노에서 취련된 용강을 의미한다.

그 후, 노로부터 용강을 출강한다(S200). 예컨대, 전로에서 용강을 출강하는 경우는 기존 조업에서는 출강 중의 고상의 페로망간(FeMn)을 투입하여 망간 질소 함유 강을 제조하였지만, 용융 상태의 페로망간(FeMn) 용융물을 취련된 용강과 혼탕하기 위하여 레이들과 같은 보관 용기에 용강을 출강한다. 여기서 레이들에는 용강을 보온하기 위해서 가스 버너 또는 플라즈마 버너 등과 같은 보열 버너를 구비할 수 있다.

그 후, 합금철이 용융된 용융물을 용강으로 투입하여 혼탕하여 일차 합금강을 제조한다(S300). 여기서 용융물은 페로망간 제조 공정으로부터 용융 상태의 페로망간(FeMn)을 레이들에 출탕하여 마련하거나 고상의 페로망간(FeMn)을 용융물 제조 설비 또는 전기로를 통해 용융하여 마련한다.

또한, 용강과 용융물을 혼탕 후 제조되는 망간 질소 함유 강의 일차 합금강은 강종에 따라 불순물을 제어하기 위해 용융물을 정련 공정 수행 후 마련할 수 있다. 여기서 용융물 정련 공정으로는 탈린 공정, 탈탄 공정 중 적어도 어느 한 공정이 수행되거나 두 가지 이상의 공정이 수행될 수 있다. 이와 같이 준비된 용융 합금철에 상취 또는 저취 랜스를 이용하여 질소를 취입한다.

상기 방법으로 마련된 용융물과 용강을 혼합하여 망간 질소 함유 강의 일차 합금강을 제조한다. 예를 들어 용융 상태의 페로망간(FeMn) 용융물이 담겨진 레이들은 로드셀과 같은 하중 측정 수단이 부착된 분탕 설비에서 하부에 설치된 분탕용 노즐을 통하여 용강이 담겨진 레이들에 용융 상태로 투입된다. 이때 로드셀의 변화량으로 용융물 투입량을 산출하여, 목표 망간 성분 및 목표 크롬 성분에 필요한 용융물량이 투입되면 슬라이딩 게이트를 닫아 용융물의 투입을 종료한다. 용융물 투입 작업이 끝나면 수강 레이들은 이차 정련 설비에서 합금강의 다른 조성 성분 및 온도 조정 작업으로 진행한다. 이러한 작업은 용융물이 담겨진 레이들에 용융물이 다 사용될 때까지 반복하게 된다. 여기서 레이들에는 용융물 또는 용강을 보온하기 위해서 가스 버너 또는 플라즈마 버너 등과 같은 보열 버너를 구비할 수 있다.

또한, 용강에 용융물을 투입하는 방법으로는 다음과 같은 다양한 방법이 사용될 수 있다.

첫 번째는 용융 상태의 합금철을 마련하고 용강에 분할하여 투입하는 방법이다. 예컨대, 시점을 달리하여 용융 상태의 합금철을 용강에 투입하여 용강에 첨가되는 합금철의 성분들을 정밀하게 제어할 수 있다.

두 번째는 용융 상태로 마련된 합금철을 한번에 용강에 투입하는 방법이다. 예컨대, 용융 상태의 합금철을 용강에 한번에 투입하면 용강이 공기와 접촉하는 시간을 줄일 수 있으므로 용강이 산화되는 현상을 줄일 수 있다.

상기 첫 번째 및 두 번째 방법에서 합금철을 용융 상태로 마련하는 방법으로는 S300 절차 설명과 동일하게 마련할 수 있다.

그 후, 용융상태의 일차 합금강을 이차 정련하여 질소 성분을 흡질시킨다(S400). 예컨대 이차 정련 공정으로 탈가스 처리 장치(RH) 또는 래들퍼니스(LF)를 사용하여 일차 합금강 즉 망간 함유 강종에 질소 성분을 첨가할 수 있다.

탈가스 처리 장치를 사용하는 경우 망간을 함유하는 용강을 레이들로 출탕한 후 ?가스 처리 장치로 이송한 후 환류식 진공 탈가스 처리 중에 환류 가스(진공 탈가스 처리 시 용강으로 동력을 전달하는 목적으로 취입하는 가스)로서 질소 가스(N2)를 취입하면 용강에 질소(N) 성분이 흡질되어 최종 합금강은 질소 성분이 함유한다. 여기서 탈가스 처리 공정을 진공의 질소가스 분위기 하에 공정이 진행되며, 질소가스 유량은 150~250 Nm3/h, 진공도 30~200 mbar, 취입시간 10~30 /min, 질소 상승량 90~450ppm의 환경으로 진행된다.

래들퍼니스(LF)를 사용하는 경우 망간을 함유하는 용강을 레이들로 출탕한 후 래들퍼니스로 이송한 후 래들퍼니스(LF) 공정 처리 중에 래들퍼니스에 구비된 침적 랜스를 통한 기체 취입(버블링) 방법으로 질소 가스(N2)를 취입하면 용강에 질소(N) 성분이 흡질되어 최종 합금강은 질소 성분이 함유한다. 여기서 래들퍼니스(LF) 공정에서 사용되는 질소가스는 다음과 같은 조건 하에 공정이 진행된다. 질소가스 유량은 60~120 Nm3/h, 취입시간 10~30 /min, 질소 상승량 30~200ppm 의 환경으로 진행된다.

상기 설명된 본 실시 예에 따른 합금강 제조 방법으로 제조되는 망간 질소 함유 강종은 Mn함량이 10이상~30이하 중량% 범위이고, N함량이 0.015이상 ~ 1이하 중량% 범위인 조성을 갖도록 제조된다.

이상 설명된 실시 예는 망간 질소 함유 강에 대하여 설명하였지만 다양한 복수 종의 합금 원소를 함유하는 합금강 제조에 대해 합금강 제조 방법의 변형 적용이 가능하다. 이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예, 변형 예, 실시 방법 및 변형 방법들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예, 변형 예, 실시 방법 및 변형 방법들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 실시 예 및 변형 예들 간의 다양한 조합이 가능하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

1. 취련된 용강을 출강하는 단계;
   합금철을 용융한 용융물에 질소가스를 취입하고, 상기 용융물 성분 중 질소함유량을 높이는 단계;
   상기 출강된 용강에 질소를 함유한 상기 용융물을 투입하는 단계; 및
   상기 용강에 상기 용융물 투입 후 질소를 흡질 시키는 단계;
   를 포함하는 합금강 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 합금철은 페로망간을 포함하는 합금강 제조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 질소가 흡질 완료된 용강은 Mn함량이 10이상 ~ 30이하 중량% 범위이고, N함량이 0.015이상 ~ 1이하 중량% 범위인 합금강 제조 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 용융물은 상기 용강 투입 전에 탈린, 탈탄 공정 중 적어도 어느 하나의 공정으로 처리되는 합금강 제조 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 용융물은 고상의 합금철을 전기로에서 용융하여 마련되거나 상기 합금철의 제조 공정으로부터 용융 상태로 마련되는 합금강 제조 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 용융물은 상기 질소가스가 상취 또는 저취 랜스를 통해 취입되어, 상기 용융물의 질소 함유량이 상기 합금철의 질소 함유량보다 더 높은 합금강 제조 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 용융물을 투입하는 단계는 상기 용융물을 분할시켜 투입하거나 상기 용융물을 한번에 상기 용강에 투입하는 합금강 제조 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   질소를 흡질시키는 단계는 래들퍼니스에 구비된 침적 랜스를 통한 기체취입 방법 또는 진공 탈가스 장치에 의한 환류 방법에 의해 질소 가스를 공급하는 합금강 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 침적 랜스를 통한 기체취입 방법을 사용하여 상기 질소 가스를 공급하는 경우 질소가스 유량은 60~120 Nm3/h, 취입시간 10~30 /min, 질소 상승량 30~200ppm 인 것을 특징으로 하는 합금강 제조 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 진공 탈가스 장치에 의한 환류 방법을 사용하여 상기 질소 가스를 공급하는 경우 질소가스 유량은 150~250 Nm3/h, 진공도 30~200 mbar, 취입시간 10~30 /min, 질소 상승량 90~450ppm 인 것을 특징으로 하는 합금강 제조 방법.
    

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