KR101529454B1 - 용강의 진공 정련 방법 - Google Patents

Abstract

(요약)
진공 탈가스 설비에 배치 형성된 상취 랜스 선단의 버너에 형성한 화염으로 산화물 분체를 가열하고, 탈가스조 내의 용강의 욕면 상에 상취 첨가하는 용강의 정련 방법에 있어서, 상기 버너에, 연료와 연소용 가스가 하기 식 ; 0.4 ≤ (G/F)/(G/F)_st ≤ 1.1 (여기서, G : 연소용 가스 공급 속도 (N㎥/min), F : 연료 공급 속도 (N㎥/min), (G/F) : 산소 연료비 (= 연소용 가스 공급 속도/연료 공급 속도), (G/F)_st : 연료가 완전 연소되는 산소 연료비의 화학 양론값) 을 만족하도록 공급하여 화염을 형성함으로써, Mn 광석을 첨가할 때의 용강 온도의 저하나 Mn 로스를 억제하여 효율적으로 탈탄 처리하고, 저탄소 고망간강을 용제하거나, 또는 탈황제를 첨가할 때의 용강 온도의 저하를 억제하여 효율적으로 탈황 처리하여 저류강을 용제한다.

Description

용강의 진공 정련 방법{METHOD OF VACUUM-REFINING MOLTEN STEEL}

본 발명은, 용강의 진공 정련 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 진공 탈가스 설비에서 저탄소 고망간강 및 저류강을 용제하는 방법에 관한 것이다.

최근, 철강 재료는, 그 용도가 다양화되고, 종래보다도 가혹한 환경하에서 사용되는 경우가 많아졌다. 이것에 따라, 제품의 기계적 특성 등에 대한 요구도, 종래보다 더 엄격해지고 있다. 이러한 상황하에서, 구조물의 고강도화, 경량화, 저비용화를 목적으로 하여, 고강도와 고가공성을 겸비한 저탄소 고망간강 (이후, 「저 C 고 Mn 강」이라고도 한다.) 이 개발되고, 라인 파이프용 강판이나 자동차용 강판 등, 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 여기서, 상기 저 C 고 Mn 강이란, C 농도가 0.05 mass％ 이하이고, Mn 농도가 0.5 mass％ 이상인 강을 말한다.

그런데, 제강 공정에서, 용강 중의 Mn 농도의 조정에 사용하는 저가의 망간원으로는, 망간 광석 (이후, 「Mn 광석」이라고도 한다.) 이나 고탄소 페로망간 등이 있고, 상기 저 C 고 Mn 강을 용제할 때에는, 전로에서 용선을 탈탄 정련할 때, 전로 내에 Mn 광석을 투입하여 환원하거나, 전로 출강 (出鋼) 시에 용강 중에 고탄소 페로망간을 첨가하거나 함으로써, 용강 중의 Mn 농도를 소정의 농도까지 높이는 것이 실시되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조.).

그러나, 이들 저가의 망간원을 사용한 경우에는, 전로 정련으로 용강 중의 C 농도를 충분히 저감시킬 수 없게 되거나, 또는 고탄소 페로망간에 함유되는 C 에 기인하여, 출강 후의 용강 중의 C 농도가 상승하거나 한다. 그 결과, C 농도가 저 C 고 Mn 강의 허용 범위를 초과할 우려가 있는 경우에는, 별도, 용강으로부터 C 를 제거하는 처리를 실시하는 것이 필요하게 된다.

용강 중의 C 를 효율적으로 제거하는 방법으로는, RH 진공 탈가스 장치 등의 진공 탈가스 설비를 사용하여, 미탈산 상태의 용강을 진공 탈탄하는 방법, 진공하에서 용강에 산소 가스 등의 산소원을 분사하여 (송산 (送酸)) 탈탄하는 방법 등이 알려져 있다. 상기 진공 탈탄에 있어서, 저가의 망간원으로서 고탄소 페로망간을 사용하는 방법으로는, 예를 들어 특허문헌 2 에는, 진공 탈가스 설비에 있어서의 탈탄 정련 초기의 단계에서, 고탄소 페로망간을 용강 중에 투입하는 방법이, 또한 특허문헌 3 에는, 진공 탈가스 처리로에서 극저 탄소강을 용제할 때, 탈탄 처리 시간의 20 ％ 가 경과할 때까지의 사이에, 고탄소 페로망간을 투입하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, Mn 을 다량으로 함유하는 용강의 진공 탈탄 처리시에 산소를 첨가하면, 산소가 용강 중의 C 뿐만 아니라 Mn 과도 반응하기 때문에, Mn 의 산화 로스가 발생하여 Mn 수율이 저하될 뿐만 아니라, 용강 중의 Mn 농도를 양호한 정밀도로 제어하는 것이 어려워진다.

또한, 진공 탈가스 설비를 사용하는 탈탄 처리에 있어서의 산소원이나, 탈탄 촉진 방법에 대해서는, 예를 들어 특허문헌 4 에는, 진공조 내에 밀 스케일 등의 고체 산소를 투입하고, 이것에 의해 Mn 의 산화를 억제하여 우선적으로 탈탄 반응을 실시시키는 방법이, 특허문헌 5 에는, 전로 취입 멈춤시의 C 량과 온도를 규제한 용강에, 진공 탈가스 장치에서 Mn 광석을 첨가하고, 탈탄하는 방법이, 특허문헌 6 및 특허문헌 7 에는, 전로 출강한 강을 RH 법으로 탈탄 처리할 때, 진공조 내의 용강 표면을 향하게 하여, 캐리어 가스와 함께 MnO 분말이나 Mn 광석 분말을 상취하여 탈탄 처리하는 방법이, 또한, 특허문헌 8 에는, RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내의 용강에, 진공조 측벽에 형성한 노즐을 통해 캐리어 가스와 함께 Mn 광석 분말을 불어 넣고, Mn 광석 중의 산소에 의해 용강의 탈탄을 실시함과 함께, Mn 농도를 높이는 방법이 제안되어 있다.

한편, 철강 재료의 고부가가치화나 사용 용도 확대에 따른 재료 특성의 향상에 대한 요구가 늘고 있다. 이 요구에 부응하는 수단의 하나로서, 강의 고순도화, 구체적으로는, 극저류화가 진행되고 있다. 용철의 탈황은, 일반적으로는, 용선 단계와 용강 단계에서 실시되고 있지만, 고급 전기 강판이나 라인 파이프 등에 사용되는 극저류강에서는, 용강 단계에서의 탈황이 필수적이다. 극저류강을 정련하는 방법에 대해서는, 예를 들어 레이들 내의 용강에 탈황제를 인젝션하는 방법, 용강에 탈황제를 첨가한 후, 교반하는 방법 등, 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있다. 그러나, 이들 방법은, 전로 출강으로부터 진공 탈가스 처리 사이에, 새로운 공정을 추가하게 되므로, 용강 온도의 저하나 제조 비용의 상승, 생산성의 저하 등을 초래하고 있다.

이들 문제를 해결하기 위해, 진공 탈가스 설비에 탈황 기능을 갖게 함으로써, 2 차 정련 공정을 집약하고, 간소화하는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, 진공 탈가스 설비를 사용한 탈황 방법으로서, 상취 랜스를 구비한 RH 진공 탈가스 장치에서, 진공조 내의 용강욕면 상에, 상취 랜스로부터 탈황제를 캐리어 가스와 함께 분사하는 (투사하는) 것에 의해 용강을 탈황하는 방법이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 9 참조.).

그러나, 예를 들어 Mn 광석 등의 고체 산소나 탈황제 등의 산화물 분체를 진공 탈가스 설비에서 탈탄 처리 중에 첨가하는 경우에는, 산화물 분체의 현열이나, 열분해에 요하는 잠열에 의해 용강 온도가 저하된다. 이 용강 온도의 저하를 보상하는 방법에는, 진공 탈가스의 전공정에서 용강 온도를 높여 두는 방법, 용강 중에 금속 Al 을 첨가하고, 그 연소열로 용강 온도를 높이는 방법 등이 있다. 그러나, 전공정에서 용강 온도를 높이는 방법은, 전공정에 있어서의 내화물의 손모가 크고, 비용 상승을 초래한다. 또한, 금속 Al 을 첨가하여 승온시키는 방법은, 생성된 Al 산화물에서 기인하여 용강의 청정도가 저하되거나, 부원료 비용이 상승하거나 하는 등의 폐해가 있다.

그래서, 용강 온도의 저하를 억제하면서 고체 산소를 첨가하는 방법으로서, 산화물 분체를, 상취 랜스 선단에 형성된 버너의 화염으로 가열하면서 용강욕면 상에 투사하는 방법이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 10, 11 참조.). 또한, 탈황제를 첨가하는 방법으로는, 상취 랜스 선단으로부터, 탈황제와 함께, 산소 가스와 연소용 가스를 분출하여 화염을 형성하고, 그 화염에 의해 탈황제를 가열, 용융하여 용강욕면에 도달시키는 방법이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 12 참조.).

일본 공개특허공보 평04-088114호 일본 공개특허공보 평02-047215호 일본 공개특허공보 평01-301815호 일본 공개특허공보 소58-073715호 일본 공개특허공보 소63-293109호 일본 공개특허공보 평05-239534호 일본 공개특허공보 평05-239526호 일본 공개특허공보 평01-092312호 일본 공개특허공보 평05-311231호 일본 공개특허공보 소64-039314호 일본 공개특허공보 평07-041827호 일본 공개특허공보 평07-041826호

그러나, 탈탄이나 탈질소, 탈수소를 촉진하기 위해, 산화물 분체를 투사하는 방법인 특허문헌 10 및 11 에 개시된 기술은, 진공 탈가스 설비에서, 망간원으로서 Mn 광석을 첨가할 때의 최적 조건에 대해서는, 조금도 검토하고 있지 않다. 동일하게, 탈황제를 버너의 화염으로 가열하여 첨가하는 방법인 특허문헌 12 에 개시된 기술은, 진공 탈가스 설비에서, 탈황제를 첨가할 때의 최적 조건에 대해서는, 조금도 검토하고 있지 않다.

본 발명은, 종래 기술이 갖는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 진공 탈가스 설비에 있어서, 망간원으로서 Mn 광석을 첨가할 때, 용강 온도의 저하나 Mn 로스를 억제하면서, 효율적으로 탈탄 처리할 수 있는 저탄소 고망간강의 용제 방법과, 마찬가지로, 진공 탈가스 설비에 있어서, 탈황제를 첨가하여 탈황 처리를 실시할 때, 용강 온도의 저하를 억제하면서, 효율적으로 탈황 처리할 수 있는 저류강의 용제 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 진공 탈가스 설비에서 탈탄 처리할 때에 있어서의 C 및 Mn 의 반응 거동 및 용강 온도의 변화 거동에 착안하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 용강에 대한 Mn 광석의 첨가 조건을 적정화함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것, 구체적으로는, 상취 랜스 선단에 형성된 버너의 연소 조건을 적정 범위로 제어하여 Mn 광석을 가열·환원시키고, 진공조 내의 용강에 상취 첨가함으로써, 용강 온도의 저하를 초래하지 않고, 높은 수율로 Mn 을 첨가할 수 있음과 함께, 탈탄 촉진 효과도 향수할 수 있는 것, 동일하게, 탈황제에 대해서도, 상취 랜스 선단에 형성된 버너의 화염으로 가열·용융하여 진공조 내의 용강에 상취 첨가함으로써, 용강 온도의 저하를 초래하지 않고, 탈황 처리를 실시할 수 있는 것, 또한, 그를 위해서는, 적정한 구조의 랜스를 사용하는 것이 바람직한 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 진공 탈가스 설비에 배치 형성된 상취 랜스 선단의 버너에 형성한 화염으로 산화물 분체를 가열하고, 탈가스조 내의 용강의 욕면 상에 상취 첨가하는 용강의 정련 방법에 있어서, 상기 버너에, 연료와 연소용 가스가 하기 식 ;

0.4 ≤ (G/F)/(G/F)_st ≤ 1.1

여기서, G : 연소용 가스 공급 속도 (N㎥/min)

F : 연료 공급 속도 (N㎥/min)

(G/F) : 산소 연료비 (= 연소용 가스 공급 속도/연료 공급 속도)

(G/F)_st : 연료가 완전 연소되는 산소 연료비의 화학 양론값

을 만족하도록 공급하여 화염을 형성하는 것을 특징으로 하는 용강의 진공 정련 방법이다.

본 발명의 용강의 진공 정련 방법에 있어서의 상기 산화물 분체는, Mn 광석 및/또는 CaO 계 탈황제인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 용강의 진공 정련 방법은, 상기 상취 랜스의 축심부에 형성된 중심 구멍 선단의 노즐로부터 Mn 광석 또는 CaO 계 탈황제를 캐리어 가스와 함께 분출하고, 상기 노즐의 주위에 배치 형성한 복수의 주위 구멍 선단의 버너로부터 연료와 연소용 가스를 공급하고, 점화하여 화염을 형성하고, 그 화염에 의해 상기 산화물 분체를 가열하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 용강의 진공 정련 방법은, 상기 연료로서, 탄화수소계의 기체 연료, 탄화수소계의 액체 연료 및 탄소계의 고체 연료 중의 어느 1 종 이상을 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 진공 탈가스 설비에 있어서의 용강에 대한 Mn 광석의 첨가를, 용강 온도의 저하를 억제하고, 또한 높은 Mn 수율로 실시할 수 있는 것 외에, 탈탄 속도도 높일 수 있기 때문에, 저탄소 고망간강을 높은 생산성으로, 또한 저비용으로 용제하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 의하면, 진공 탈가스 설비에 있어서의 용강에 대한 탈황제의 첨가를, 용강 온도의 저하를 억제하면서 실시할 수 있는 것 외에, 탈황 효율도 높일 수 있기 때문에, 저류강을 효율적으로 용제하는 것이 가능해진다.

도 1 은 RH 진공 탈가스 장치의 개략 수직 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 사용하는 상취 랜스의 구조를 설명하는 도면이다.
도 3 은 종래 기술의 상취 랜스의 구조를 설명하는 도면이다.
도 4 는 진공 탈가스 처리 전의 C 농도와 림드 탈탄 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는 진공 탈가스 처리 전의 C 농도와 Mn 수율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은 버너의 연소 조건이 Mn 수율에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 7 은 버너의 연소 조건이 탈황률에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

먼저, 본 발명의 기본적 기술 사상과, 그 뒷받침이 된 실험에 대해서 설명한다.

Mn 광석은, MnO₂ 나 Mn₂O₃, MnO 등, 산화수가 상이한 여러 가지의 Mn 산화물을 주성분으로 하는 것이다. 이 Mn 광석을, 망간원으로서 또 탈탄 촉진을 위한 산소원으로서 용강에 첨가하는 경우, Mn 광석 중의 산화수가 상이한 Mn 산화물은, 용강 중의 C 에 의해, 하기 (1) ∼ (3) 식 ;

MnO₂ + 2C → Mn + 2CO …(1)

Mn₂O₃ + 3C → 2Mn + 3CO …(2)

MnO + C → Mn + CO …(3)

에 따라서 환원된다고 생각된다.

상기 (1) ∼ (3) 식으로부터는, Mn 산화물의 산화수가 높을수록, Mn 산화물을 환원시키기 위해 필요한 C 량이 많아지는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, Mn 광석 중의 Mn 산화물을, 산화수가 낮은 Mn 산화물로서 용강 중에 첨가한 경우에는, Mn 광석의 환원에 필요한 C 량이 저감되기 때문에, 용강 중의 C 농도가 낮은 경우라도, Mn 광석이 충분히 환원되고, Mn 수율이 향상되는 것이 기대된다.

그래서, 발명자들은, 진공 탈가스 설비에 배치 형성된 상취 랜스로부터, 분체의 Mn 광석을 용강 중에 첨가할 때, 상기 상취 랜스의 선단에 형성된 버너에 있어서의 연료의 연소 조건 (이후, 「버너의 연소 조건」이라고도 한다) 을 제어하고, Mn 광석을 가열함과 동시에 Mn 광석 중의 Mn 산화물을 환원하여 첨가하는 것을 생각하기에 이르렀다.

그리고, 상기 효과를 확인하기 위해, 용강을 사용하지 않는 래버러토리 실험에서, 상취 랜스 선단의 버너의 연소 조건 및 Mn 광석의 투입 방법을 여러 가지로 바꿔, 레이들 용기를 향하여 상취 첨가하는 예비 실험을 실시하였다.

구체적으로는, 상기 예비 실험에서는, 상취 랜스로서, 축심부에 형성한 중심 구멍 선단의 노즐로부터 분체의 Mn 광석을 캐리어 가스 (Ar 가스) 와 함께 분출할 수 있고, 또한 상기 중심 구멍의 주위에 배치 형성한 복수의 주위 구멍 선단의 버너로부터 연료와 연소용 가스를 분출하여 화염을 형성할 수 있는 다중관 랜스를 사용하여 Mn 광석을 가열하고, 상취 첨가하였다. 이 때, 상기 연료와 연소용 가스의 공급 속도 및 버너에 의한 가열의 유무를 표 1 과 같이 바꿔 첨가하고, 상취 첨가 전후에 있어서의 Mn 광석의 온도 변화 및 Mn 광석 중의 산화수가 상이한 Mn 산화물의 구성 비율의 변화를 조사하였다. 또, 상기 예비 실험에서는, 캐리어 가스에 Ar 가스를, 연료는 프로판 가스를, 연소용 가스에 순산소를 사용하였다.

상기 예비 실험의 결과를 표 1 에 병기하였다. 또, 표 1 중에 나타낸 G 는 연소용 가스의 공급 속도 (N㎥/min), F 는 연료의 공급 속도 (N㎥/min), (G/F) 는 산소 연료비 (연료의 공급 속도에 대한 연소용 가스의 공급 속도), (G/F)_st 는 연료가 완전 연소되는 산소 연료비의 화학 양론값이다. 또한, 연료를 프로판 가스, 연소용 가스를 순산소로 하는 경우에 있어서의 (G/F)_st 는 5, 즉, 연료의 공급 속도 F 가 1 N㎥/min 에 대하여, 연소용 가스의 공급 속도 G 가 5 N㎥/min 이다.

상기 표 1 로부터, 캐리어 가스와 함께 Mn 광석을 첨가할 때, 랜스 선단의 버너의 화염으로 가열하지 않은 No.1 의 조건에서는, 투입 전후에서 Mn 광석에 아무런 변화도 관찰되지 않았지만, 버너의 화염으로 Mn 광석을 가열하여 첨가한 No.2 ∼ 7 의 조건에서는, Mn 광석의 온도가 상승하고 있는 것, 또한, 상기 No.2 ∼ 7 중에서도, 버너의 연소 조건이 (G/F)/(G/F)_st 에서 0.4 ∼ 1.1 의 범위에 있는 No.4 ∼ 7 에서는, Mn 광석 중의 MnO₂ 및 Mn₂O₃ 의 비율이 감소하고, MnO 의 비율이 증가하고 있는, 즉, 산화수가 높은 Mn 산화물이 환원되어, 산화수가 낮은 Mn 산화물로 변질되고 있는 것, 그러나, (G/F)/(G/F)_st 를 0.3 까지 저감시킨 No.8 에서는, 화염 자체가 생성되지 않았기 때문에, No.1 의 조건과 동일하게, 첨가 전후의 Mn 광석에 변화는 관찰되지 않는 것을 알았다.

상기의 결과로부터, 랜스 선단부에 형성하는 버너의 연소 조건을 적정 범위로 제어한 경우에는, 즉, 버너의 연소 조건을 산소 과잉측이 아니라, 부족측으로 제어한 경우에는, 형성되는 화염이 환원성이 되고, Mn 광석 중의 Mn 산화물의 환원이 촉진되는 것, 따라서, 용강 중의 C 량이 적을 때라도, Mn 광석이 충분히 환원되고, Mn 수율이 향상되는 것, 또한 버너의 화염으로 Mn 광석을 가열한 경우에는, Mn 광석의 온도 상승에 의해 용강 온도의 저하가 억제되는 것, 나아가, Mn 첨가에 의해 Mn 광석 중의 산소에 의해 탈탄 반응이 촉진되는 것을 알았다. 그리고, 랜스 선단으로부터 탈황제를 첨가하는 경우에도, 상기와 동일한 효과를 기대할 수 있는 것도 알았다.

본 발명은, 상기 신규 기술 사상과 지견에 기초하여 개발한 것이다.

다음으로, 본 발명의 용강의 진공 정련에 사용하는 진공 탈가스 설비에 대해서 설명한다.

본 발명의 용강의 진공 정련에 사용할 수 있는 진공 탈가스 설비에는, RH 진공 탈가스 장치나 DH 진공 탈가스 장치, VOD 로 등이 있지만, 그들 중에서 가장 대표적인 것은, RH 진공 탈가스 장치이다. 그래서, RH 진공 탈가스 장치를 예로 들어 설명한다.

도 1 은, 전형적인 RH 진공 탈가스 설비의 수직 단면도이다.

이 RH 진공 탈가스 설비는, 용강 (1) 을 수용하는 레이들 (2) 과, 용강을 진공 탈가스 처리 (이후, 간단히 「탈가스 처리」라고도 한다) 하는 탈가스부 (3) 로 구성되어 있다. 상기 탈가스부 (3) 는, 용강을 내부에 도입하여 탈가스 처리하는 진공조 (4) 와, 그것에 접속하는 도시되어 있지 않은 배기 설비로 이루어진다. 진공조 (4) 의 상부 측면에는 배기 설비에 이어지는 배기구 (7), 및 합금 원료 (성분 조정제) 나 매용제 등의 부원료를 첨가하는 투입구 (슈트) (8) 가 형성되어 있다.

또한, 진공조 (4) 의 하부에는, 2 개의 침지관 (5 및 6) 이 배치 형성되어 있고, 그 중의 일방의 침지관 (도 1 에서는 5) 에는, 용강 (1) 에 환류를 일으키게 하기 위한 환류 가스를 침지관 내에 불어 넣는 배관 (10) 이 접속되어 있다. 그리고, 탈가스 처리시에는, 상기 2 개의 침지관을 레이들 내의 용강 중에 침지시키고, 진공조 (4) 내를 도시되어 있지 않은 배기 설비로 배기하고, 레이들 (2) 내의 용강 (1) 을 진공조 (4) 내에 도입함과 동시에, 상기 배관 (10) 을 통해 침지관 (5) 내에 환류 가스 (Ar 가스 등의 불활성 가스) 를 공급하고, 침지관 (5) 내를 기포로 하여 상승시킨다. 이것에 의해, 침지관 (5) 내의 용강도 환류 가스와 함께 상승하여 진공 탈가스조 내에 유입하고, 탈가스 처리된 후, 타방의 침지관 (도 1 에서는 6) 을 통과하여 하강하여 레이들 내에 되돌아가는 용강의 환류가 일어나고, 탈가스 처리가 진행된다.

또한, 진공조 (4) 의 상부에는, 상방으로부터 진공조 (4) 내에 삽입하는 형태로 상취 랜스 (9) 가 배치 형성되어 있다. 이 상취 랜스 (9) 는, 산소 가스, 그리고 Mn 광석이나 CaO 계 탈황제 등의 산화물 분체 및 그것들을 반송하는 캐리어 가스의 통로와, 그 통로 선단에는 그것들을 분출하여 용강의 욕 표면에 분사하는 노즐과, 연료 및 그 연료를 연소시키기 위한 연소용 가스의 통로와, 그 통로 선단에는 상기 연료를 연소시켜 화염을 형성하는 버너를 배치 형성한 다중관 랜스이다.

또, 상기 상취 랜스 (9) 는, 부원료를 저장하고 있는 도시되어 있지 않은 호퍼와 연결되어 있고, Mn 광석이나 CaO 계 탈황제 등의 산화물 분체가 캐리어 가스와 함께 공급된다. 상기 CaO 계 탈황제로는, 생석회 (CaO) 나 석회석 (CaCO₃), 소석회 (Ca(OH)₂), 도로마이트 (CaO-MgO) 등에, 형석 (CaF₂) 이나 알루미나 (Al₂O₃) 등의 CaO 재화 (滓化) 촉진제를 5 ∼ 30 mass％ 정도 혼합시킨 것이 주로 사용된다. 또한, 상기 캐리어 가스에는, 통상, Ar 가스나 질소 가스 등의 불활성 가스가 사용된다.

또, 상기 상취 랜스 (9) 는, 도시되어 있지 않은 연료 공급관이나 연소용 가스 공급관과 연결되어 있고, 상기 연료로는, 프로판 가스나 천연 가스 등의 탄화수소계 기체 연료, 중유나 등유 등의 탄화수소계 액체 연료, 코크스나 석탄 등의 탄소계 고체 연료 중의 적어도 1 종이, 또한 연소용 가스로는, 산소 가스, 산소 부화 공기, 공기 등의 산소 함유 가스가 공급된다. 또한, 상기 상취 랜스 (9) 는, 수랭되어 있고, 그를 위한 냉각수를 공급·배출하기 위한 도시되어 있지 않은 냉각수 급배수관과도 연결되어 있다.

여기서, 본 발명의 용강의 진공 정련에 사용하는 상취 랜스에 대해서 설명한다.

도 2 는, 본 발명에 사용하기에 바람직한 상취 랜스의 일례를 나타낸 것이고, (a) 는 수직 단면도, (b) 는 하면도이다. 이 상취 랜스는, 용강에 분사하는 산소 가스를 공급하는 산소 가스 통로와, 산화물 분체 및 산화물 분체의 캐리어 가스를 공급하는 산화물 분체·캐리어 가스 통로를 겸한 통로 (이후, 간단히 「산소 가스 통로」 또는 「분체·캐리어 가스 통로」라고도 한다) (11) 와, 그 통로의 선단, 즉, 랜스 선단에 형성된 노즐 (12) 로 이루어지는 「중심 구멍」을 축심부에 구비한 내부 수랭 통체 (13) 와, 그 내부 수랭 통체 (13) 의 주위를 둘러싸는 외부 수랭 통체 (14) 와, 또한, 상기 내부 수랭 통체 (13) 와 외부 수랭 통체 (14) 사이에 연료나 연소용 가스를 공급하는 통로 (15) 와, 그 통로의 선단, 즉, 랜스 선단에 형성된 버너 (16) 로 이루어지는 복수 개의 「주위 구멍」으로 구성되어 있다. 상기 주위 구멍은, 2 중관 구조로 되어 있고, 내관측에는 연료, 외관측에는 연소용 가스를 흘리게 되어 있지만, 연료의 통로와 연소용 가스의 통로를 교환해도 된다.

그리고, 상기 분체·캐리어 가스 통로 (11) 의 선단의 노즐 (12) 로부터 분출되는 산화물 분체 등은, 랜스 선단의 버너 (16) 에 형성되는 화염에 의해 가열되고, 또는 가열·환원되고, 또는 가열·용융되어 진공조 내의 용강욕면에 분사된다.

또, 도 2 에서는, 8 개 있는 주위 구멍 중의 1 개를, 분출하는 연료에 점화하기 위한 파일럿 버너 (17) 로서 사용하고 있기 때문에, 버너 개수는 7 이다. 단, 버너 (16) 의 연료 가스 통로에서 공급되는 연료와, 연소용 가스 통로에서 공급되는 연소용 가스 (산화성 가스) 는, 각각의 분사 구멍이 근접 (중복) 하고 있기 때문에 순간에 혼합되고, 연소 한계 범위 내가 되지만, 진공조 내의 분위기 온도가 높으므로, 점화 장치가 없어도 연소를 개시하고, 상취 랜스 (9) 의 하방에 화염이 형성된다. 따라서, 파일럿 버너는, 통상은 불필요하지만, 형성해도 된다.

여기서, 상기 상취 랜스 선단의 중심 구멍과 주위 구멍의 위치 관계, 즉, 노즐 (12) 과 버너 (16) 의 위치 관계는, 반대여도 되는데, 산화물 분체를 포함하는 분류 (噴流) 의 주위를, 버너의 화염으로 감싸도록 한 것이, 산화물 분체를 효율적으로 가열할 수 있기 때문에, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 랜스의 축심부에 노즐, 그 주위에 버너를 배치 형성하는 것이 바람직하다.

또, 도 2 의 상취 랜스의 중심 구멍 선단에 형성된 노즐 (12) 의 형상은, 단면이 축소되는 부분과 확대되는 부분의 2 개의 원추체로 구성되는 라발 노즐로 되어 있지만, 스트레이트 형상의 노즐이어도 된다. 또, 라발 노즐에 있어서의 축소되는 부분과 확대되는 부분의 2 개의 원추체가 연결되어 있는 가장 단면이 좁은 위치는, 통상, 스로트로 불리고 있다.

이러한 구조로 이루어지는 도 2 의 상취 랜스는, 산소 가스 통로, 분체·캐리어 가스 통로, 연료 통로 및 연소용 가스 통로를 구비하고 있기 때문에, 진공조의 예열이나 진공조 내의 용강의 가열 (승온) 및 진공조 내 부착물의 가열·제거, 용강에 대한 분체 분사 등, 모든 처리를 실시할 수 있다.

또, 본 발명에 사용하는 상기 상취 랜스 (9) 는, 상기에 설명한 범위에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 상취 랜스의 주위에 복수의 버너를 배치 형성하고, 이 버너를 사용하여 상취 랜스로부터 불어 넣는 Mn 광석을 가열하도록 해도 된다. 또한, Mn 광석 첨가용 상취 랜스와 버너를 따로 설치해도 된다.

다음으로, 상기에 설명한 RH 진공 탈가스 장치를 사용한 저탄소 고망간강의 용제 방법에 대해서 설명한다.

먼저, 고로로부터 출선 (出銑) 한 용선은, 용선 레이들이나 토페도카 등의 유지 용기나 반송 용기에 수선 (受銑) 한 후, 탈탄 정련을 실시하는 제강 공정에 반송한다. 통상, 이 반송 도중에, 용선에 대하여 탈황이나 탈인 등의 용선 예비 처리를 실시하는 경우가 많지만, 본 발명에 있어서는, 성분 규격상, 용선 예비 처리가 필요하지 않은 경우라도, 용선 예비 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 그렇다는 것은, 전로에서는, 망간원으로서 첨가하는 Mn 광석을 첨가하지만, 용선 예비 처리, 특히 탈인 처리를 실시하지 않는 경우에는, 전로에서의 취련시에 탈탄과 동시에 탈인을 실시하는 것이 필요해지고, 그 때문에 CaO 계 플럭스를 다량으로 첨가하기 때문에, 전로의 슬래그량이 증가하고, 슬래그에 분배되는 망간량이 증가하여 Mn 수율이 저하되기 때문이다.

계속되는 제강 공정에서는, 용선을 전로에 장입한 후, 망간원으로서 Mn 광석을 첨가하고, 또한 필요에 따라 소량의 생석회 등의 매용제를 첨가하고, 산소를 상취 및/또는 저취하여 탈탄 취련하고, 소정의 성분 조성의 용강으로 한 후, 미탈산 그대로 레이들 등의 용강 유지 용기에 출강한다. 이 때, 고탄소 페로망간 등의 저가의 합금철계 망간원을 소정량 첨가해도 된다.

또, 상기 제강 공정에서는, Mn 광석이나 고탄소 페로망간 등의 저가의 망간원을 사용하기 때문에, 용강 중의 탄소 농도는 필연적으로 높아지는데, 그 경우에도, Mn 농도 조정 후의 용강 중의 C 농도는 0.2 mass％ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. C 농도가 0.2 mass％ 를 초과하면, 다음 공정의 진공 탈가스 설비에 있어서의 탈탄 처리 시간이 길어지고, 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 탈탄 처리 시간의 연장에 따른 용강 온도의 저하를 보상하기 위해, 출강 온도를 높일 필요가 생기고, 철 수율의 저하나, 내화물 손모량의 증대에 의한 내화물 비용의 상승을 초래하므로, 바람직하지 않다.

이어서, 전로로부터 출강한 강은, RH 진공 탈가스 장치나 DH 진공 탈가스 장치, VOD 로 등의 진공 탈가스 설비에 반송하고, 탈탄 처리 등의 탈가스 처리를 실시한다. 이하, 도 1 에 나타낸 RH 진공 탈가스 장치를 사용한 저탄소 고망간강의 용제 방법에 대해서 설명한다.

도 1 에 나타낸 RH 진공 탈가스 장치에 있어서는, 미탈산 상태의 용강 (1) 을 진공 탈탄 처리함 (이후, 이 처리를 「림드 처리」라고도 한다) 과 동시에, 이 림드 처리 중에, 상취 랜스 (9) 로부터 Mn 광석을 상취 첨가한다. 이 때, 상기 Mn 광석은, 상취 랜스 (9) 의 선단부에 형성한 버너의 화염으로 가열·환원하여 용강의 욕면에 분사하여 첨가할 필요가 있다. 구체적으로는, 상취 랜스 (9) 에 형성된 주위 구멍의 연료 통로를 통해 연료를, 연소용 가스 통로를 통해 연소용 가스를 랜스 선단의 버너 (16) 에 공급하여 분출시키고, 점화함으로써 버너에 화염을 형성한다. 그리고, 중앙 구멍의 분체·캐리어 가스 통로 (11) 를 통해 랜스 선단의 노즐 (12) 로부터 Mn 광석을 분출하고, 분출된 Mn 광석을 상기 버너 화염으로 가열·환원하여 상취 첨가한다. 또, Mn 광석의 첨가를 개시할 때에는, 미리 버너에 화염을 형성해 두는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 Mn 광석을 가열·환원하기 위해 랜스 선단의 버너에 형성하는 화염은, 연료와 연소용 가스가 하기 식 ;

0.4 ≤ (G/F)/(G/F)_st ≤ 1.1

여기서, G : 연소용 가스 공급 속도 (N㎥/min)

F : 연료 공급 속도 (N㎥/min)

(G/F) : 산소 연료비 (= 연소용 가스 공급 속도/연료 공급 속도)

(G/F)_st : 연료가 완전 연소되는 산소 연료비의 화학 양론값

을 만족하는 것이 필요하다. 상기 서술한 바와 같이, (G/F)/(G/F)_st 가 1.1 을 초과하면, 화염의 산화성이 강해지고, Mn 광석은 가열되지만, Mn 광석 중의 Mn 산화물의 환원이 진행되지 않는다. 한편, (G/F)/(G/F)_st 가 0.4 를 하회하면, 화염 자체가 형성되지 않기 때문에, Mn 광석을 가열할 수도 없기 때문이다. 바람직한 (G/F)/(G/F)_st 는 0.4 이상 1.0 미만의 범위이다.

이렇게 하여 Mn 광석을 가열하여 첨가함으로써, Mn 광석의 첨가에 따른 용강의 온도 저하 (온도 로스) 를 억제할 수 있다. 또한, 상기 연소 조건을 만족하는 화염으로 가열된 Mn 광석은, 환원되어 용강 중에 첨가되기 때문에, Mn 광석의 환원 반응이 촉진되고, Mn 수율이 향상되기 때문에, Mn 합금의 첨가량을 삭감할 수 있다. 또한, Mn 광석의 첨가는, Mn 광석 중의 산소가 고체 산소로서 기능하고, 탈탄 반응을 촉진하기 때문에, 림드 처리 시간을 단축하고, 생산성을 높일 수도 있다.

또, 상기 림드 처리에 있어서는, Mn 광석을 가열하여 첨가한 후, 산소 가스 통로 (11) 및 그 선단의 노즐 (12) 을 통해 산소 가스를 분출하고, 용강에 분사함으로써, 탈탄을 촉진하거나, 용강을 가열하거나 해도 된다. 또, 상기 탈탄 처리나 승온 처리시에는, 버너는 사용하지 않기 때문에, 연료 통로나 연소용 가스 통로에 질소 가스나 Ar 가스 등의 불활성 가스를 흘려, 스플래시 등에 의한 버너의 폐색을 방지하는 것이 바람직하다.

상기 림드 처리를 소정 시간 실시하고, 용강 중의 C 농도가 성분 규격값 이하인 소정의 값에 도달하면, 원료 투입구 (8) 로부터 용강 (1) 에 Al 등의 강탈산제를 첨가하여 용강 중의 용존 산소 농도를 저감 (탈산) 시키고, 림드 처리를 종료한다. 또, 림드 처리 종료 후의 용강 온도가, 예를 들어 연속 주조 공정 등의 다음 공정부터 요구되는 온도보다 낮은 경우에는, 추가로 원료 투입구로부터 용강에 Al 을 첨가하고, 전술한 상취 랜스로부터 용강의 욕 표면에 산소를 분사하고 (송산), Al 을 연소시킴으로써 용강 온도를 상승시켜도 된다.

탈산제를 첨가하고, 탈산된 용강 (1) 은, 그 후, 추가로 수분간, 용강의 환류를 계속하여 실시하고 (이 처리를 「킬드 처리」라고 한다), 필요에 따라, Al, Si, Mn, Ni, Cr, Cu, Nb, Ti 등의 성분 조정제 (합금 성분) 를 원료 투입구 (8) 로부터 용강 (1) 에 투입하여 용강 성분을 소정의 조성 범위로 조정한 후, 진공조 (4) 를 대기압으로 되돌려, 탈가스 처리를 종료한다.

다음으로, 상기에 설명한 RH 진공 탈가스 장치를 사용한 저류강의 용제 방법에 대해서 설명한다. 또, 고로로부터 용선을 출선하고, 전로에서 취련하고, 출강하여 RH 진공 탈가스 장치에 반송할 때까지는, 상기 저탄소 고망간강의 용제 방법과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

RH 진공 탈가스 장치에 반송한 미탈산 상태 그대로의 용강은, 필요에 따라, 상취 랜스 (9) 의 산소 가스 통로 (11) 및 그 선단의 노즐 (12) 을 통해, 산소 가스를 용강에 분사하여 탈탄을 실시하는 림드 처리를 소정 시간 실시하고, 용강 중의 C 농도가 성분 규격값 이하인 소정의 값에 도달하면, 원료 투입구 (8) 로부터 Al 등의 강탈산제를 용강 (1) 에 첨가하여 용강 중의 용존 산소 농도를 저감 (탈산) 시키고, 림드 처리를 종료한다.

또, 림드 처리 종료 후, 즉, 탈산 후의 용강 온도가, 예를 들어 연속 주조 공정 등의 다음 공정부터 요구되는 온도보다 낮은 경우에는, 추가로 원료 투입구로부터 용강에 Al 을 첨가하고, 전술한 상취 랜스로부터 용강의 욕 표면에 산소를 분사하고 (송산), Al 을 연소시킴으로써 용강 온도를 상승시켜도 된다. 또한, 전술한 저탄소 고망간강의 용제 방법과 동일하게, 미탈산 상태의 용강 (1) 을 림드 처리함과 동시에, 취입 랜스 (9) 로부터 Mn 광석을 상취 첨가해도 된다.

이어서, 상기 탈산된 용강에, 상취 랜스 (9) 로부터 CaO 계 탈황제를 분사함과 동시에, 버너 (16) 에 형성한 화염으로 가열·용융하여, 용강의 욕면 상에 분사하여 첨가하고, 탈황 처리한다. 구체적으로는, 상취 랜스 (9) 에 형성된 주위 구멍의 연료 통로를 통해 연료를, 연소용 가스 통로를 통해 연소용 가스를, 랜스 선단의 버너 (16) 에 공급하여 분출시키고, 점화함으로써 화염을 형성함과 동시에, 중앙 구멍의 분체·캐리어 가스 통로 (11) 를 통해 랜스 선단의 노즐 (12) 로부터 CaO 계 탈황제를 분출시키고, 그 분출시킨 CaO 계 탈황제를 상기 버너의 화염으로 가열·용융하여 상취 첨가한다. 또, CaO 계 탈황제의 첨가를 개시할 때에는, 미리 버너에 화염을 형성해 두는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 탈황제를 가열·용융하기 위해, 랜스 선단의 버너에 형성하는 화염은, 연료와 연소용 가스가 하기 식 ;

0.4 ≤ (G/F)/(G/F)_st ≤ 1.1

여기서, G : 연소용 가스 공급 속도 (N㎥/min)

F : 연료 공급 속도 (N㎥/min)

(G/F) : 산소 연료비 (= 연소용 가스 공급 속도/연료 공급 속도)

(G/F)_st : 연료가 완전 연소되는 산소 연료비의 화학 양론값

을 만족하는 것이 필요하다. (G/F)/(G/F)_st 가 1.1 을 초과하면, 화염의 산화성이 강해지고, 탈황제는 가열되지만, 환원 반응인 탈황 반응이 진행되지 않는다. 한편, (G/F)/(G/F)_st 가 0.4 를 하회하면, 화염 자체가 형성되지 않기 때문에, 탈황제를 가열할 수도 없기 때문이다. 바람직한 (G/F)/(G/F)_st 는 0.4 이상 1.0 미만의 범위이다.

이렇게 하여 탈황제를 가열하여 첨가함으로써, 탈황제의 첨가에 따른 용강의 온도 저하 (온도 로스) 를 억제할 수 있다. 또, 상기 연소 조건을 만족하는 화염은, 과산화 분위기는 되지 않기 때문에, 환원 반응인 탈황 반응이 촉진되고, 탈황률이 향상된다.

또, 성분 규격상, RH 진공 탈가스 장치에서의 탈탄 처리가 필요하지 않은 경우에는, 용강을 전로로부터 레이들에 출강할 때, 출강 중의 용강류에 금속 Al 을 첨가하여 용강을 탈산해도 된다. 이 때, 출강류에 Al 외에, 석회나 석회를 함유하는 플럭스를 첨가해도 된다. 레이들에 출강한 용강은, 그 후, 용강 상의 슬래그에 Al 등의 슬래그 개질제를 첨가하고, 슬래그 중의 FeO 등의 철 산화물이나 MnO 등의 망간 산화물을 환원하는 슬래그 개질 처리를 실시한 후, RH 진공 탈가스 장치에 반송한다.

상기 탈산제를 첨가하여 탈산한 용강 (1) 은, 그 후, RH 진공 탈가스 장치에서 용강을 환류시켜 탈가스 처리하는 킬드 처리를 실시한 후, 필요에 따라, Al, Si, Mn, Ni, Cr, Cu, Nb, Ti 등의 성분 조정제 (합금 성분) 를 원료 투입구 (8) 로부터 용강 (1) 에 투입하여 용강 성분을 소정의 조성 범위로 조정한 후, 진공조 (4) 를 대기압으로 되돌려, 탈가스 처리를 종료한다.

또, 상기 설명에서는 RH 진공 탈가스 장치를 사용한 저탄소 고망간강 및 저류강의 용제 방법에 대해서 설명했지만, DH 진공 탈가스 장치나 VOD 로 등 다른 진공 탈가스 설비를 사용하는 경우에도, 상기 방법에 준함으로써, 저탄소 고망간강 및 저류강을 용제할 수 있다.

실시예 1

고로로부터 출선한 용선을, 탈인, 탈황하는 용선 예비 처리한 후, 350 톤 전로에서 취련하고, C : 0.03 ∼ 0.09 mass％, Si : 0.05 mass％ 이하, Mn : 0.1 ∼ 0.85 mass％, P : 0.03 mass％ 이하, S : 0.003 mass％ 이하의 성분 조성을 갖는 강으로 하였다. 또, 상기 전로에서는, 망간원으로서 Mn 광석을 첨가하여 Mn 농도를 조정하였다.

전로 취련한 용강은, 미탈산 그대로 레이들에 출강하고, 상취 랜스를 구비한 RH 진공 탈가스 장치에 반송하고, 미탈산 상태 그대로 진공 탈탄 처리하는 림드 처리를 수반하는 탈가스 처리를 실시하였다. 또, RH 진공 탈가스 장치 도착시의 용강 중 O 농도는, 0.03 ∼ 0.07 mass％ 의 범위였다.

상기 림드 처리에서는, 환류 가스 (Ar 가스) 의 유량을 1500 NL/min, 진공조의 도달 진공도를 6.7 ∼ 40 ㎪ (각 조건에서 일정) 로 하고, 사용하는 상취 랜스의 종류, Mn 광석의 첨가 유무 및 첨가 방법, 랜스 선단의 버너의 연소 조건 (((G/F)/(G/F)_st)) 및 송산의 유무를 표 2 에 나타낸 바와 같이 변화시켰다.

또, 첨가하는 Mn 광석은, 입도가 5 ∼ 20 ㎜ 이고, 망간 함유량이 약 58 mass％ 인 것을 사용하고, Mn 광석의 첨가 속도는 100 ㎏/min, 첨가 시간은 10 min, 총 첨가량은 1000 ㎏ 에서 일정하게 하였다.

또한, 림드 처리 후의 용강의 목표 성분은, C : 0.002 ∼ 0.003 mass％, Mn : 0.5 ∼ 1.2 mass％ 로 하고, 림드 처리 종료 후, Mn 농도가 지나치게 낮은 경우에는, 금속 망간을 첨가하여 Mn 농도 조정을 실시하였다.

또한, 림드 처리시에 산소가 부족한 경우에는, 상취 랜스 선단의 노즐로부터 산소 가스를 용강의 욕 표면에 분사하면서 (송산) 탈탄을 실시하였다.

또, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 상취 랜스로는, 본 발명에 적합한 도 2 에 나타낸 랜스와, 특허문헌 10 에 개시된 랜스와 유사한 도 3 에 나타낸 랜스의 2 종류를 사용하였다. 도 3 의 랜스는, 랜스의 축심부에 형성한 산소 가스 통로 (20) 로부터 이어지는 스로트 (21) 에 연접한 바닥으로 갈수록 넓어지는 부분 (22) 에, 연료 가스 통로 (23) 로부터 이어지는 연료 가스 공급 구멍 (24) 을 형성한 것이고, 나아가, 분체·캐리어 가스 통로 (25) 의 선단의 분출 구멍 (26) 으로부터, Mn 광석을 분출하는 구조로 되어 있다.

그리고, Mn 광석의 첨가는, 도 2 에 나타낸 랜스를 사용하는 경우에는, 중심 구멍, 즉, 분체·캐리어 가스 통로 (11) 및 노즐 (12) 을 통해, Mn 광석을 캐리어 가스 (Ar 가스) 와 함께 용강욕 표면에 상취함으로써 실시하였다. 또한, 상취 랜스 선단의 버너에 화염을 형성하는 경우에는, 연료로서 LNG 를 240 N㎥/hr 로, 또한, 연소용 가스로서 순산소를 120 ∼ 600 N㎥/hr 의 범위에서 바꿔 공급하고, 버너의 연소 조건 ((G/F)/(G/F)_st) 을 변화시켰다. 또, 이 경우의 (G/F)_st 는 2 (연료의 공급 속도 F 가 1 N㎥/min 에 대하여, 연소용 가스의 공급 속도 G 가 2 N㎥/min) 이다. 또, 화염의 형성 시간은, 어느 조건도 10 min (일정) 으로 하였다.

한편, 도 3 에 나타낸 랜스를 사용하는 경우에는, 산소 가스 통로 (20) 를 통해 연소용 가스 (산소 가스) 를 분출시키면서, Mn 광석을 분체·캐리어 가스 통로 (25) 를 통해 캐리어 가스 (Ar 가스) 와 함께 용강욕면 상에 상취함으로써 Mn 광석의 첨가를 실시하였다. 또한, 상취 랜스의 선단에 화염을 형성하는 경우에는, 연료로서 LNG 를 240 N㎥/hr, 연소용 가스로서 순산소를 470 N㎥/hr 로 공급하였다. 또, 화염의 형성 시간은 10 min 으로 하였다.

표 2 에, 탈가스 처리 전 (림드 처리 전) 의 용강 성분 (C, Mn), 림드 처리 후 (단, 금속 망간 첨가에 의한 농도 조정 전) 의 Mn 농도, 림드 처리에서 첨가한 Mn 광석 중의 Mn 수율, 림드 처리시의 탈탄 속도 및 림드 처리 전후에 있어서의 용강 온도차를 병기하였다. 또, 상기 표 2 에 기재된 탈탄 속도는, RH 도착시부터 림드 처리 종료까지의 탈탄량을 림드 처리 시간으로 나눈 평균의 탈탄 속도를 말한다. 또한, 용강 온도차는, 플러스의 경우에는 용강 온도가 상승한 것을, 마이너스의 경우에는 용강 온도가 저하된 것을 나타내고 있다.

표 2 로부터 이하의 것을 알 수 있다.

먼저, No.16 ∼ 18 은, 도 2 의 상취 랜스를 사용하고, 림드 처리시에 랜스 선단에 화염을 형성했지만, Mn 광석을 첨가하지 않은 비교예이고, 용강 온도는 상승하고 있지만, 탈탄 속도는 0.0033 ∼ 0.0036 mass％/min 이었다. 이것에 대하여, Mn 광석을 첨가한 No.1 ∼ 15 에 있어서의 탈탄 속도는 0.0040 ∼ 0.0052 mass％/min 이고, Mn 광석의 첨가에 의해, 탈탄이 촉진되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, Mn 광석 중의 Mn 산화물이 고체 산소로서 유효하게 기능하고, 용강의 탈탄 반응을 촉진했기 때문이라고 생각된다. 또, 이 No.16 ∼ 18 의 비교예에서는, 탈탄에 요하는 산소가 부족하고, 송산을 실시하지 않을 수 없었기 때문에, Mn 로스가 발생한다.

다음으로, Mn 광석을 첨가한 예에 대해서 해석한다.

No.13 ∼ 15 는, 도 2 의 상취 랜스를 사용하고, 부원료 투입구 (도 1 의 8) 로부터 진공조 내로 Mn 광석을 가열하지 않고 첨가한 비교예이고, Mn 광석 첨가에 따른 현열이나 분해열 (잠열) 에 의한 온도 로스에 의해, 용강 온도가 30 ℃ 이상 저하되어 있고, 탈탄 속도는 0.004 mass％/min 대이고, Mn 수율도 40 ∼ 50 ％ 대일 뿐이다.

또, No.10 ∼ 12 는, 도 2 에 나타낸 상취 랜스를 사용하고 있지만, 버너의 화염으로 Mn 광석을 가열하지 않고 상취 첨가한 비교예이고, 상기 No.13 ∼ 15 와 동일하게 Mn 광석 첨가에 따른 현열이나 잠열에 의해 용강 온도가 크게 저하되고, Mn 수율도 상기 No.13 ∼ 15 와 동일하게 저위 (低位) 로 되어 있다.

이것에 대하여, No.19 는, 도 3 에 나타낸 종래 기술의 상취 랜스를 사용하여, 랜스 선단에 형성한 화염으로 Mn 광석을 가열하고, 첨가한 발명예이다. 본 발명예에서는, 용강 온도가 10 ℃ 이상 상승하고 있다. 이것은, Mn 광석을 가열하여 첨가한 것에 의해, 온도 로스가 저감될 수 있고, 착열 효율이 향상되었기 때문이라고 생각된다. 또, Mn 수율도 80 ％ 가까이까지 향상되어 있다. 이것은, Mn 광석을 환원성 화염으로 가열한 것에 의해, Mn 광석이 환원되어 첨가되었기 때문이라고 생각된다.

또한, No.1 ∼ 6 은, 도 2 에 나타낸 상취 랜스를 사용하여, Mn 광석을 버너의 화염으로 가열하면서 상취 첨가한 발명예이고, 림드 처리 후의 용강 온도가 9 ℃ 이상 상승하고, 탈탄 속도가 전부 0.048 mass％/min 이상으로 높고, Mn 광석 중의 Mn 수율도 80 ％ 이상이 얻어지고 있다.

여기서, No.4 의 발명예와 No.19 의 발명예는, 버너의 연소 조건 ((G/F)/(G/F)_st) 은 동일하지만, No.4 의 발명예가, 용강 온도의 상승량, 탈탄 속도, Mn 수율 모두 우수하다. 이 차이는, No.19 에서 사용한 도 3 의 상취 랜스는, 랜스 선단에서 Mn 광석과 연소용 가스가 혼합하여 분출하는 것에 대해, No.4 에서 사용한 도 2 의 상취 랜스는, 랜스 선단의 노즐로부터 Mn 광석을 분사하고, 그 분류를 노즐의 주위에 배치 형성된 버너의 화염으로 감싸도록 하여 Mn 광석을 가열하기 때문에, 도 2 의 랜스가, Mn 광석을 효율적으로 가열·환원할 수 있기 때문이라고 생각된다.

한편, No.7 은, 버너의 연소 조건 ((G/F)/(G/F)_st) 이 본 발명의 범위보다 높은 것 이외에는, No.1 ∼ 6 의 발명예와 동일한 비교예이고, 화염이 환원성이 아니고, Mn 광석이 환원되지 않았기 때문에, 용강 온도는 상승하고 있지만, Mn 의 수율은 No.13 ∼ 15 와 동일하게 저위이다.

반대로, No.8, 9 는, ((G/F)/(G/F)_st) 가 본 발명의 범위보다 낮은 것 이외에는, No.1 ∼ 6 의 발명예와 동일한 비교예이고, 공급되는 산소의 부족에 의해 화염이 형성되지 않고, Mn 광석이 가열되지 않았기 때문에, Mn 광석 첨가에 따른 현열이나 잠열에 의한 온도 로스에 의해 용강 온도가 저하되고, Mn 수율도 No.13 ∼ 15 와 동일하게 저위이다.

여기서, 도 4 는, No.1 ∼ 6 의 발명예와, No.7 ∼ 15 의 비교예에 있어서의 RH 처리 전의 C 농도와 탈탄 속도의 관계를, 도 5 는, 상기 No.1 ∼ 6 의 발명예와, No.7 ∼ 15 의 비교예에 있어서의 RH 처리 전의 C 농도와 Mn 수율의 관계를 나타낸 것이다. 이들 도면으로부터, RH 처리 전의 C 농도가 동일한 레벨인 경우에는, 발명예가, 비교예보다 탈탄 속도가 높고, Mn 수율이 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 전술한 바와 같이, 최적의 연소 조건의 화염으로 Mn 광석을 가열하여 상취 첨가한 경우에는, Mn 광석이 용강에 도달하기 전에 Mn 산화물의 환원이 진행되기 때문에, Mn 광석의 환원에 필요한 C 량이 적어진다. 그 결과, RH 처리 전의 C 농도가 낮은 경우라도, Mn 광석이 충분히 환원되고, Mn 광석 중의 산소가 고산 (固酸) 으로서 충분히 기능할 수 있기 때문이라고 생각된다. 요컨대, 비교예에 있어서, RH 처리 전의 C 농도가 낮은 경우에는, Mn 광석을 환원하기 위한 C 가 부족하고, Mn 수율이 저하되었다고 생각된다.

또한, 도 6 은, 버너의 화염으로 Mn 광석을 가열하여 첨가한 No.1 ∼ 6 의 발명예 및 No.7 ∼ 9 의 비교예에 있어서의, ((G/F)/(G/F)_st) 와 Mn 수율의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, ((G/F)/(G/F)_st 가 0.4 ∼ 1.1 의 범위에서, Mn 수율 80 ％ 이상이 얻어지고, 그 중에서도 ((G/F)/(G/F)_st 가 0.4 이상 1.0 미만의 범위에서는, Mn 수율 90 ％ 이상으로 매우 높은 값이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 적합한 랜스를 사용하고, 또한 본 발명에 적합한 조건에서 랜스 선단의 버너에 화염을 형성하고, 이로써 Mn 광석을 가열·환원하여 상취 첨가함으로써, 용강 온도의 저하를 억제하고, Mn 을 높은 수율로 첨가할 수 있을 뿐만 아니라, 탈탄 속도도 높일 수 있기 때문에, 저탄소 고망간강의 용제를 효율적으로 또한 저비용으로 실시하는 것이 가능해진다.

실시예 2

고로로부터 출선한 용선을, 탈인, 탈황하는 용선 예비 처리한 후, 350 톤 전로에서 취련하여, C : 0.03 ∼ 0.09 mass％, Si : 0.05 mass％ 이하, Mn : 0.1 ∼ 0.85 mass％, P : 0.03 mass％ 이하, S : 0.0037 ∼ 0.0042 mass％ 의 성분 조성을 갖는 강으로 하였다.

전로 취련한 용강은, 미탈산 그대로 레이들에 출강하고, 상취 랜스를 구비한 RH 진공 탈가스 장치에 반송하고, 미탈산 상태 그대로 진공 탈탄 처리하는 림드 처리를 수반하는 탈가스 처리를 실시하였다. RH 진공 탈가스 장치 도착시의 용강 중 O 농도는, 0.03 ∼ 0.07 mass％ 의 범위였다.

상기 림드 처리에서는, 환류 가스 (Ar 가스) 의 유량을 1500 NL/min, 진공조의 도달 진공도를 6.7 ∼ 40 ㎪ (각 조건에서 일정) 로 하고, 상취 랜스 선단의 노즐로부터 산소 가스를 용강의 욕 표면에 송산하면서 림드 처리하고, 용강 중의 C 농도가 성분 규격값 이하의 소정의 값에 도달한 후, Al 을 용강에 첨가하여 탈산하고, 림드 처리를 종료하였다. 그 후, 상기 용강에 CaO 계 탈황제를 첨가하고, 탈황 처리를 실시하였다. 또, 상기 탈황제에는, 입도가 2 ㎜ 이하인 CaO-Al₂O₃ 프리멜트 플럭스를 사용하고, 탈황제의 첨가 속도는 100 ㎏/min, 첨가 시간은 10 min, 총 첨가량은 1000 ㎏ 에서 일정하게 하였다.

이 때, 탈황제의 첨가 조건 (버너 가열의 유무), 버너의 연소 조건 (((G/F)/(G/F)_st)) 을 표 3 에 나타낸 바와 같이 변화시켰다. 또, 탈황제는, 도 2 에 나타낸 상취 랜스를 사용하여, 중심 구멍, 즉, 분체·캐리어 가스 통로 (11) 및 노즐 (12) 을 통해, 탈황제를 캐리어 가스 (Ar 가스) 와 함께 용강욕 표면에 분사하여 첨가하였다.

또, 상취 랜스 선단의 버너에 화염을 형성하는 경우에는, 연료로서의 LNG 를 240 N㎥/hr, 연소용 가스로서의 순산소를 120 ∼ 600 N㎥/hr 의 범위에서 바꿔 공급함으로써, 버너의 연소 조건 ((G/F)/(G/F)_st) 을 변화시켰다. 또, 이 경우의 (G/F)_st 는 2 (연료의 공급 속도 F 가 1 N㎥/min 에 대하여, 연소용 가스의 공급 속도 G 가 2 N㎥/min) 이다.

표 3 에, 탈가스 처리 전후에 있어서의 용강 중의 S 농도 및 그 값으로부터 구해지는 탈황률, 탈황제 투사 전후의 용강 온도차를 병기하였다. 또, 용강 온도차는, 플러스인 경우에는 용강 온도가 상승한 것을, 마이너스인 경우에는 용강 온도가 저하된 것을 나타내고 있다.

표 3 으로부터 이하의 것을 알 수 있다.

No.9 는, 도 2 에 나타낸 상취 랜스를 사용하고 있지만, 버너의 화염으로 탈황제를 가열하지 않고 상취 첨가한 비교예이고, 탈황제 첨가에 따른 현열에 의해 용강 온도가 크게 저하되고, 탈황률도 60 ％ 대로 저위이다.

이것에 대하여, No.1 ∼ 6 은, 도 2 에 나타낸 상취 랜스를 사용하고, 또한 탈황제를 버너의 화염으로 가열하여 상취 첨가한 발명예이고, 탈황제 첨가에 의한 온도 로스가 거의 없다. 이것은, 탈황제를 가열하여 첨가한 것에 의해, 온도 로스가 저감되고, 착열 효율이 향상되었기 때문이라고 생각된다. 또, 탈황률도 78 ％ 이상이 얻어지고 있다. 이것은, 버너의 화염이 환원성이므로, 용강의 탈황 반응이 촉진되었기 때문이라고 생각된다.

한편, No.7 은, 버너의 연소 조건 ((G/F)/(G/F)_st) 이 본 발명의 범위보다 높은 것 이외에는, No.1 ∼ 6 의 발명예와 동일한 비교예이고, 용강 온도는 상승하고 있지만, 탈황률은 60 ％ 대로 저위이다. 이것은, 화염이 환원성이 아니기 때문에, 환원 반응인 용강의 탈황 반응이 진행되지 않았기 때문이라고 생각된다.

반대로, No.8 은, 버너의 연소 조건 ((G/F)/(G/F)_st) 이 본 발명의 범위보다 낮은 것 이외에는, No.1 ∼ 6 의 발명예와 동일한 비교예이고, 공급되는 산소가 부족하여 화염이 형성되지 않고, 탈황제가 가열되지 않았기 때문에, 온도 로스에 의해 용강 온도가 크게 저하되어 있다. 그러나, 미연소의 환원성 가스로 탈황제가 공급되었기 때문에, 탈황률은 88.1 ％ 로 고위 (高位) 이다.

여기서, 도 7 은, 버너의 화염으로 탈황제를 가열하여 첨가한, No.1 ∼ 6 의 발명예 및 No.7, 8 의 비교예에 있어서의, ((G/F)/(G/F)_st) 와 탈황률의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, ((G/F)/(G/F)_st 가 1.1 이하에서, 탈황률 78 ％ 이상이 얻어지고, 그 중에서도, ((G/F)/(G/F)_st 가 0.4 이상 1.0 미만의 범위에서는, 탈황률이 90 ％ 전후로 매우 높은 값이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 또, (G/F)/(G/F)_st 가 0.3 에서도 높은 탈황률이 얻어지지만, 이 조건에서는, 전술한 바와 같이, 화염이 형성되지 않고, 용강 온도의 저하가 크기 때문에, 바람직하지 않다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 적합한 랜스를 사용하고, 또한 본 발명에 적합한 조건에서 랜스 선단의 버너에 화염을 형성하고, 이로써 탈황제를 가열·용융하여 상취 첨가함으로써, 용강 온도의 저하를 억제하고, 또한 탈황률을 높일 수 있기 때문에, 저류강의 용제를 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다.

1 : 용강
2 : 레이들
3 : 탈가스부
4 : 진공조
5, 6 : 침지관
7 : 배기구
8 : 부원료 투입구 (슈트)
9 : 상취 랜스
10 : 환류 가스 공급 배관
11 : 산소 가스 통로 또는 분체·캐리어 가스 통로
12 : 노즐
13 : 내부 수랭 통체
14 : 외부 수랭 통체
15 : 연료·연소용 가스 통로
16 : 버너
17 : 파일럿 버너
20 : 산소 가스 통로
21 : 스로트부
22 : 바닥으로 갈수록 넓어지는 부분
23 : 연료 가스 통로
24 : 연료 가스 공급 구멍
25 : 분체·캐리어 가스 통로
26 : 분체·캐리어 가스 분출 구멍

Claims (5)

1. 진공 탈가스 설비에 배치 형성된 상취 랜스 선단의 버너에 형성한 화염으로 산화물 분체를 가열하고, 탈가스조 내의 용강의 욕면 상에 상취 첨가하는 용강의 정련 방법에 있어서,
   상기 버너에, 연료와 연소용 가스가 하기 식을 만족하도록 공급하여 화염을 형성하는 것을 특징으로 하는 용강의 진공 정련 방법;
   0.4 ≤ (G/F)/(G/F)_st ≤ 1.1
   여기서, G : 연소용 가스 공급 속도 (N㎥/min)
   F : 연료 공급 속도 (N㎥/min)
   (G/F) : 산소 연료비 (= 연소용 가스 공급 속도/연료 공급 속도)
   (G/F)_st : 연료가 완전 연소되는 산소 연료비의 화학 양론값.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 산화물 분체는, Mn 광석 및 CaO 계 탈황제 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 용강의 진공 정련 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 상취 랜스의 축심부에 형성된 중심 구멍 선단의 노즐로부터 Mn 광석 및 CaO 계 탈황제 중 하나 이상을 캐리어 가스와 함께 분출하고, 상기 노즐의 주위에 배치 형성한 복수의 주위 구멍 선단의 버너로부터 연료와 연소용 가스를 공급하고, 점화하여 화염을 형성하고, 그 화염에 의해 상기 산화물 분체를 가열하는 것을 특징으로 하는 용강의 진공 정련 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 연료로서, 탄화수소계의 기체 연료, 탄화수소계의 액체 연료 및 탄소계의 고체 연료 중의 어느 1 종 이상을 공급하는 것을 특징으로 하는 용강의 진공 정련 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 연료로서, 탄화수소계의 기체 연료, 탄화수소계의 액체 연료 및 탄소계의 고체 연료 중의 어느 1 종 이상을 공급하는 것을 특징으로 하는 용강의 진공 정련 방법.

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