KR101542533B1 - 강의 제조 방법 - Google Patents

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KR101542533B1
KR101542533B1 KR1020130139892A KR20130139892A KR101542533B1 KR 101542533 B1 KR101542533 B1 KR 101542533B1 KR 1020130139892 A KR1020130139892 A KR 1020130139892A KR 20130139892 A KR20130139892 A KR 20130139892A KR 101542533 B1 KR101542533 B1 KR 101542533B1
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
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Abstract

본 발명에 따른 강의 제조 방법은 전기로 내에 용강을 마련하는 과정, 전기로로부터 용강을 출강하여, 용기에 수선하는 과정, 용기에 수선된 용강으로부터 슬래그를 배재하는 과정, 슬래그가 배재된 용강에 케이알(KR) 설비에서의 탈황 정련 조업 중에 얻어진 케이알(KR) 슬래그를 투입하여 새로운 슬래그를 마련하는 과정, 용강을 진공 설비에서 처리하는 과정 및 진공 설비 조업이 종료된 용강을 이용하여 주물로 제조하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면, 진공 설비를 이용한 정련 조업 전에 용강 상에 고염기이며, 황(S)이 포화된 슬래그를 미리 마련한다. 이에, 진공 설비를 이용한 정련 조업 중에 용강 중 황(S)이 슬래그로 제거되는 것을 방지할 수 있어, 황(S) 목표 함량 제어를 위한 추가 조업이 필요없다. 즉, 종래와 같이 진공 설비를 이용한 정련 조업 말기에 황화철(FeS) 또는 황 와이어(S wire)를 투입할 필요가 없다. 따라서, 추가적인 황(S) 원료 투입으로 인한 교반력으로 인해 슬래그가 용강으로 혼입되거나, 용강의 재산화 등으로 인한 청정도 하락을 방지할 수 있다.

Description

강의 제조 방법{Method for manufacturing steel}
본 발명은 강의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황(S) 성분 제어가 용이한 강의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 강에 비해 많은 양의 황(S)을 함유하는 특수강은 자동차의 변속기 또는 샤프트용으로 사용된다. 여기서 자동차의 변속기를 제조하기 위한 강을 제조하기 위한 황(S)의 목표 농도는 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 이고, 자동차의 샤프트용 강을 제조하기 위한 황(S)의 목표 농도는 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 이다.
이러한 고농도 황(S)을 함유하는 강을 제조하기 위한 방법은 한국공개특허 2009-0055290에서도 개시된 바와 같이, 전기로에서 용강을 마련하는 과정(S100), 전기로로부터 용강을 래들로 출강하는 과정(S200), 용강으로부터 슬래그를 배재하는 과정(S300), 래들 퍼니스에서 용강을 처리하는 과정(S400), VTD(Vacuum Tank Degasser) 또는 RH(Rheinstaal Huttenwerke und Heraus)와 같은 진공 설비에서 용강을 처리하는 과정(500), 용강을 연속 주조 설비 또는 잉곳 제조 설비를 이용하여 주물로 제조하는 과정(S600)을 거친다(도 7 참조).
한편, 상술한 바와 같이 자동차의 변속기 또는 샤프트용으로 사용되는 고농도 황을 함유하는 강은 개재물의 양이 적어야 하며, 개재물은 슬래그의 염기도와 관련이 있다. 슬래그의 염기도가 높을수록 강 중 개재물 발생량이 적으며, 강 중 개재물을 최소화하기 위해 슬래그의 염기도는 5 이상으로 제어될 필요가 있다. 이를 위해, 래들 퍼니스(LF) 전 단계에서, 슬래그를 배재하고, 용강에 염기도가 5 이상인 슬래그를 새로 제조한다. 즉, 래들에 수용된 용강에 생석회(CaO)와 형석(CaF2)을 투입하고, 래들 퍼니스(LF)에서 전극봉을 이용하여 용융시킴으로써, 염기도가 5인 슬래그를 제조한다.
그리고 이러한 슬래그가 만들어진 용강은 이후 VTD 및 RH 중 적어도 하나의 진공 설비를 거치면서 2차 정련이 실시된다. 그런데 용강이 래들 퍼니스(LF), 진공 설비를 통해 정련되는 동안 정련하고자 하는 성분 예컨대, 탄소 등의 성분뿐만 아니라, 용강 중 황(S)도 함께 제거되며, 이에 진공 설비를 통한 용강의 정련 후에 용강 중 황(S)의 농도는 0.003 wt% 이하로 저감된다. 이는, 개재물 생성 억제를 위해 염기도가 5인 슬래그를 새로 제조하였는데, 염기도가 높을수록 황(S)의 제거율이 향상되는 상반되는 효과가 있기 때문이다.
따라서, 목표로하는 황(S) 성분의 향상을 위해 종래에는 VTD 및 RH 중 적어도 어느 하나의 진공 설비에서의 조업 말기 시점에 황(S)의 함량을 요구 수준으로 제어할 수 있도록 황(S) 원료를 투입하였다. 이때, 용강 중 황(S)의 농도 상승을 위해 투입되는 원료는 황화철(FeS) 또는 황 와이어(S Wire)를 통해 투입될 수 있다. 그런데, 황화철(FeS) 또는 황(S) 와이어와 같은 원료가 투입됨으로 인해 용강과 슬래그가 교반되며, 이때 용강 중으로 슬래그의 혼입되거나, 용강의 재산화 발생 등으로 인해 용강의 청정도가 떨어져, 청정도가 우수한 제품을 제조할 수 없다.
한국공개특허 2009-0055290
본 발명은 황(S) 성분 제어가 용이한 강의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 고농도 황(S) 함유강을 제조하는데 있어서, 청정도를 향상시킬 수 있는 강의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 강의 제조 방법은 전기로 내에 용강을 마련하는 과정; 상기 전기로로부터 용강을 출강하여, 용기에 수선하는 과정; 상기 용기에 수선된 용강으로부터 슬래그를 배재하는 과정; 슬래그가 배재된 용강에 케이알(KR) 설비에서의 탈황 정련 조업 중에 얻어진 케이알(KR) 슬래그를 투입하여 새로운 슬래그를 마련하는 과정; 상기 용강을 진공 설비에서 처리하는 과정; 및 상기 진공 설비 조업이 종료된 용강을 이용하여 주물로 제조하는 과정;을 포함한다.
상기 새로운 슬래그를 마련하는 과정에 있어서, 상기 슬래그가 배재된 용강에 상기 케이알(KR) 슬래그와 형석(CaF2)을 투입하여 용융시키는 과정; 및 용융된 상기 케이알(KR) 슬래그와 형석(CaF2)의 혼합물에 생석회(CaO)를 투입하여 용융시키는 과정;을 포함한다.
상기 케이알(KR) 슬래그의 투입량을 조절하여, 상기 슬래그 내에 황(S)이 4 wt% 내지 5 wt%로 포화되도록 한다.
상기 케이알(KR) 슬래그를 용강 톤 당 10 kg 내지 12 kg 투입한다.
상기 형석(CaF2)을 용강 톤당 1.2 kg 내지 1.6kg 투입한다.
상기 형석(CaF2)의 투입량을 조절하여, 상기 슬래그의 염기도가 5 이상이 되도록 한다.
상기 형석(CaF2)을 용강 톤당 2.5 kg 내지 3.2 kg 투입하는 것이 바람직하다.
황(S)이 0.005 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조한다.
황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하거나, 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조한다.
상기 용강을 마련하는 과정에 있어서, 상기 용강에 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.025 wt% 함유되도록 한다.
황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하는 경우, 상기 용강을 마련하는데 있어서, 상기 용강에 황(S)이 0.02 wt% 내지 0.025 wt% 함유되도록 하고, 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조하는 경우, 상기 용강을 마련하는데 있어서, 상기 용강에 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.015 wt% 함유되도록 한다.
상기 슬래그가 배재된 용강에 새로운 슬래그를 마련하는 과정은 래들 퍼니스(Ladle Furnace; LF)에서 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 진공 설비를 이용한 정련 조업 전에 용강 상에 고염기이며, 황(S)이 포화된 슬래그를 미리 마련한다. 이에, 진공 설비를 이용한 정련 조업 중에 용강 중 황(S)이 슬래그로 제거되는 것을 방지할 수 있어, 황(S) 목표 함량 제어를 위한 추가 조업이 필요없다. 즉, 종래와 같이 진공 설비를 이용한 정련 조업 말기에 황화철(FeS) 또는 황 와이어(S wire)를 투입할 필요가 없다. 따라서, 추가적인 황(S) 원료 투입으로 인한 교반력으로 인해 슬래그가 용강으로 혼입되거나, 용강의 재산화 등으로 인한 청정도 하락을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 케이알(KR) 탈황 조업에서 생성된 부산물인 케이알(KR) 슬래그를 재활용하여 염기도가 5 이상이며, 황(S)이 포화된 슬래그를 미리 형성함으로써, 종래에 비해 황(S) 농도 향상을 위한 황(S) 원료 및 염기도 조절을 위한 생석회(CaO)의 재료 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강의 제조 방법을 순서적으로 나타낸 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강의 제조 방법을 장치와 함께 도시한 공정도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그의 제조 방법을 순서적으로 나타낸 순서도
도 4는 케이알(KR) 설비를 이용한 탈황 조업을 포함하는 용선 예비 처리 과정을 나타낸 공정도
도 5는 황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하는데 있어서, 용강 중 초기 황(S) 농도와 정련 조업 종료 후 용강 중 황(S)의 농도를 나타낸 그래프
도 6은 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조하는데 있어서, 용강 중 초기 황(S) 농도와 정련 조업 종료 후 용강 중 황(S)의 농도를 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강의 제조 방법을 순서적으로 나타낸 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 강의 제조 방법을 장치와 함께 도시한 공정도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그의 제조 방법을 순서적으로 나타낸 순서도이다. 도 4는 케이알(KR) 설비를 이용한 탈황 조업을 포함하는 용선 예비 처리 과정을 나타낸 공정도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강의 제조 방법은 용강을 마련하는 과정(S100), 용강을 출강하는 과정(S200), 출강된 용강으로부터 슬래그를 배재하는 과정(S300), 슬래그가 배재된 용강에 케이알(KR) 설비에서의 용선 중 탈황 조업 중에 얻어진 케이알(KR) 슬래그를 투입하여 슬래그를 마련하는 과정(S400), 진공 설비에서 용강을 정련하는 과정(S500) 및 진공 설비에서 처리된 용강을 응고시켜 주물로 제조하는 과정(S600)을 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 강의 제조 방법을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 강 중, 황(S) 성분이 0.005 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하는 방법을 설명한다. 보다 구체적으로는 강 중 황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유되며, 자동차의 변속기로 사용되는 강 또는 강 중 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유되며, 자동차의 샤프트로 사용되는 강을 제조하는 방법을 예를 들어 설명한다.
먼저, 전기로 내로 스크랩 등의 원료를 투입하고, 이를 용해시켜 용강을 마련한다(S100). 즉, 전기로의 전극봉을 통해 아크(ARC)를 발생시켜, 상기 전기로 내로 장입된 스크랩 등의 원료를 용융시킨다. 이때, 스크랩 내 황(S)의 함유량을 고려하여, 스크랩의 투입량을 조절함으로써, 용강 중 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.025 wt% 함유되도록 한다. 보다 구체적으로는 강 중 황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하기 위해, 황(S)이 0.02 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 용강을 마련하거나, 강 중 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조하기 위해, 용강에 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.015 wt% 함유되도록 한다. 이때, 스크랩 등의 원료로 용강 중 황(S) 성분의 함량 제어가 어려운 경우, 전기로 내에 황화철(FeS) 또는 황 와이어(S Wire)를 투입하여 용강 중 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.025 wt% 함유되도록 조절할 수도 있다.
전기로에서 용강을 마련하는데 있어서, 상술한 바와 같이 제조하고자 하는 강의 황(S)의 목표 함유량에 비해 용강에서의 황(S) 함유량이 높게 한다. 즉, 강 중 황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하기 위해, 전기로에서 황(S)이 0.02 wt% 내지 0.025 wt% 함유되는 용강을 마련하고, 강 중 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조하기 위해, 전기로에서 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 용강을 마련한다. 이는, 강을 제조하는 일련의 조업 중 리스크를 감안한 것이며, 이에 따라 강에서 요구하는 황(S)의 하한 범위에 비해 높게 함유하도록 용강 중 황(S)의 함량을 제어한다.
이와 같이, 본 발명에서는 전기로에서 용강을 마련하는 과정에서 제조하고자 하는 강의 황(S) 성분 함량을 제어함에 따라, 종래와 같이 2차 정련 조업인 진공 설비에서의 조업에서 황(S) 원료를 투입할 필요가 없고, 이에 따라 청정도가 떨어지는 문제를 방지할 수 있다.
전기로에서 황(S) 함량이 제어된 용강이 마련되면, 상기 전기로로부터 용강을 출강한다(S200). 이때, 전기로로부터 출강된 용강은 용기 예컨대, 래들(Ladle)에 수선된다.
전기로로부터 출강되는 용강의 탕면에는 유출 슬래그 및 출강 중 탈산으로 인한 슬래그가 형성되어 있으며, 이를 배재할 필요가 있다. 따라서, 용강이 수선된 래들을 경동시키고, 스키머(skimmer)를 이용하여 래들로부터 슬래그를 배재한다(S300).
한편, 전기로로부터 마련된 용강 탕면에 마련된 슬래그에는 황(S)이 없거나, 적은 상태로, 슬래그 중 황(S)이 포화되지 않은 불안정한 상태이다. 이에, 상기 슬래그를 그대로 가지고 이후 조업을 실시할 경우, 슬래그가 포화될 때 까지 용강 중 황(S)이 슬래그 중으로 제거되는 문제가 발생된다.
이후, 래들에 수용된 용강에 탈황 정련 조업 중에 생성된 부산물인 슬래그를 투입하여 용강 상에 새로운 슬래그를 형성 또는 제조한다(S400). 본 발명에서는 고로밀 제강 조업 중 용선 예비 처리 공정인 케이알(KR) 설비를 이용한 탈황 조업에서 발생된 슬래그(이하, 케이알(KR) 슬래그)를 이용하여 염기도가 5 이상이며, 황(S)이 포화된 슬래그를 제조한다. 염기도 5 이상으로 높고, 황(S)이 포화된 슬래그는 이후 정련 조업에서 용강 중 황(S)이 슬래그로 이동하여 제거되지 않도록 하고, 개재물 생성을 방지하는 역할을 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 새로운 슬래그의 제조 방법을 설명한다. 슬래그의 제조를 위해 먼저 케이알(KR) 슬래그를 준비해야 하는데, 이는 고로밀 제강 조업 중 용선 예비 처리 공정인 케이알(KR) 설비를 이용한 탈황 조업 과정에서 획득될 수 있다.
여기서, 고로로부터 출선된 용선을 예비 처리하는 방법 즉, 케이알(KR) 탈황 조업은 제강 조업에서 일반적으로 사용되는 방법이므로 간략히 설명한다. 일반적인 고로로부터 출선된 용선의 처리 방법은 고로에서 출선된 용선을 래들에 수선시키고, 이를 용선 예비 처리를 위한 스테이션으로 이동시키는 과정(S1000), 래들에 수용된 용선으로부터 슬래그를 배재하는 전(前) 배재 과정(S2000), 케이알(Kanvara Reactor; KR) 설비에서 용선으로부터 황을 제거하는 케이알(KR) 탈황 과정(S3000), 케이알(KR) 설비에서 탈황 과정 중 발생된 슬래그를 배재하는 후 배재 과정(S4000), 후 배재된 용강이 수용된 래들을 전로로 이송시키는 과정(S5000)을 포함한다.
케이알(KR) 설비에서 용선으로부터 황을 제거하는 케이알(KR) 탈황 과정을 보다 상세히 설명하면, 먼저 케이알(KR) 설비의 임펠러를 래들(100)에 수용된 용선 중으로 침지시킨다. 이후, 케이알(KR) 설비에 마련된 취입관을 통해 용강 중으로 탈황제를 투입하면서, 임펠러를 통해 용선과 탈황제를 교반시킨다. 이때, 탈황제로 생석회(CaO), 칼슘카바이드(CaC2) 및 마그네슘(Mg) 등을 사용할 수 있으며, 이들은 용선 중 황(S)과 반응하여 CaS 또는 MgS와 같은 슬래그가 된다. 이때, 슬래그의 비중은 용선에 비해 작기 때문에 용선 상부에 부유하게 되며, 황(S)을 다량 포함하고 있다. 예를 들어, 케이알(KR) 설비를 통한 탈황 조업 시 생성된 부산물인 케이알(KR) 슬래그에는 표 1과 같은 성분 조성을 갖는다.
성분 CaO SiO2 S T.Fe
함량(wt%) 68 12 6~8 8~9
표 1과 같은 성분 조성을 가지는 케이알(KR) 슬래그는 후 배재 과정에 의해 배재되며, 이를 본원발명의 실시예에 따른 고농도 황(S)을 함유하는 강의 제조에 사용한다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명에 실시예에 따른 슬래그의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 용강이 수용된 용기 즉, 래들에 케이알(KR) 슬래그와 형석(CaF2)을 투입하고, 래들 퍼니스(LF)에서 이를 용융시킨다. 이때, 케이알(KR) 슬래그는 용강 톤 당 10 kg 내지 12 kg 투입하는데, 이는 케이알(KR) 슬래그에 함유된 황(S)에 의해 슬래그 중 황(S)이 4 wt% 내지 5 wt%로 포화되도록 하기 위함이다. 슬래그 내에 황(S)이 포화되어 있으면, 이후 진공 설비를 이용한 2차 정련을 실시 중에, 용강 중 황(S)이 슬래그 중으로 제거되는 것을 방지할 수 있다.
하지만, 케이알(KR) 슬래그의 투입량이 10 kg 미만이면, 새롭게 제조되는 슬래그 내 황(S)이 포화되지 않는다. 이에, 이후 진공 설비를 이용한 2차 정련 조업 중에 용강 중 황(S)이 슬래그 중으로 제거되는데, 슬래그 중 황(S)이 포화될때까지 제거되어, 용강 중 황(S) 함량을 목표치로 맞출 수 없다. 반대로, 케이알(KR) 슬래그의 투입량이 12kg을 초과하면, 슬래그 중 황(S)가 과포화되어, 오히려 용강 중으로 황(S)을 제공할 수 있으며, 이로 인해 용강 중 황(S)의 함량이 목표 함량을 초과하게 초과하게 되는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 새로운 슬래그를 마련하는데 있어서, 용강 톤당 10 kg 내지 12 kg의 케이알(KR) 슬래그를 투입한다.
슬래그 중 황(S)을 포화시키기 위한 소스로서 케이알(KR) 슬래그를 사용하는 이유는 케이알(KR) 슬래그 자체에 황(S)의 함량이 높고, 케이알(KR) 슬래그 내 중 황(S)이 안정한 상태로 존재하여, 슬래그를 제조하기 위해 래들로 투입될 때, 슬래그내 황(S) 함량 제어가 용이하고, 용강 중으로 황(S)을 공급하지 않기 때문이다. 또한, 케이알(KR) 슬래그 자체에 생석회(CaO)의 함량이 높아 생석회(CaO)를 대체할 수 있어 재료 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 종래에는 용강 중 황(S)의 함량 제어를 위해 황화철(FeS) 또는 황 와이어(S Wire)를 투입하는데, 이때 황(S)의 손실이 발생하여 정확한 실수율을 알수 없어, 황(S) 함량 제어가 어려운 문제가 있다. 또한, 황화철(FeS) 또는 황 와이어(S Wire)를 투입될 때, 황(S)이 안정한 상태가 아니므로, 용강과 접촉할 경우, 용강 중으로 황을 공급할 수 있는 등의 문제를 야기할 수 있으며, 이는 황(S)의 목표 조성을 초과하는 원인이 될 수 있다.
형석(CaF2)은 슬래그의 융점을 떨어뜨려, 잘 용융되도록 하는 역할을 하며, 용강 톤 당, 2.5 kg 내지 3.2 kg 투입된다. 그런데 형석의 투입량이 용강 톤 당 2.5 kg으로 너무 작으면, 슬래그의 융점 제어에 어려움이 있고, 반대로 용강 톤 당 형석의 투입량이 3.2 kg을 초과하도록 많으면, 용강이 수용되는 용기 즉, 래들을 이루고 있는 내화물이 심사게 용손되는 문제가 있다.
이와 같이, 래들로 케이알(KR) 슬래그 및 형석(CaF2)가 투입되면, 래들 퍼니스를 이용하여 케이알(KR) 슬래그 및 형석(CaF2)을 용융시킨다(S420).
이후, 염기도 조절을 생석회(CaO)를 투입하는데, 용강 톤당 1.2 kg 내지 1.6 kg 투입시킨다. 이는 슬래그의 염기도를 5 이상으로 확보하여, 강 중 개재물 형성을 억제하기 위함이다. 한편, 케이알(KR) 슬래그에는 생석회(CaO)가 함유되어 있으나, 상술한 바와 같이 슬래그 중 황(S)이 4 wt% 내지 5 wt%로 포화되도록 제어하기 위해 케이알(KR) 슬래그의 투입량이 한정되어, 염기도를 5 이상으로 확보하기 위한 생석회(CaO)의 양이 부족하게 된다. 이를 보정하기 위해, 생석회(CaO)를 추가로 투입하여 슬래그의 염기도를 5 이상으로 최종 제어한다.
하지만, 예를 들어 생석회(CaO)의 투입량이 용강 톤당 1.6 kg을 초과하게 되면, 슬래그의 염기도가 너무 높아, 용강 중 황(S)을 제거해야 하는 조업이 추가로 발생될수 있으며, 슬래그 융점이 높아지는 문제가 있다. 반대로, 생석회(CaO)의 투입량이 1.2kg 미만으로 작으면, 슬래그의 염기도가 5 미만으로 너무 낮아, 개재물이 생성되며, 이에 따라 청정도가 떨어진다.
따라서, 본 발명에서는 생석회(CaO)의 투입량을 1.2 kg 내지 1.6 kg으로 제한한다.
상술한 바와 같은 투입량으로 생석회(CaO)가 투입되면, 래들 퍼니스에서 용융시키며(440), 이에 제조하고자하는 슬래그 즉, 황(S)이 4 wt% 내지 5 wt%로 포화상태이며, 염기도가 5 이상인 슬래그가 제조된다.
이하 표 1, 도 5, 도 6을 참조하여, 슬래그 중 황(S)이 포화되는 함량에 대해 설명한다.
슬래그 중 황(S)의 포화농도를 구하기 위해, 표 2와 같은 데이타를 이용하여 상용 열역학 계산 프로그램으로 계산하였다.

용강 슬래그
온도
조성(wt%) 용강량 조성(wt%) 슬래그양



실시예 1		 C: 0.21, Si: 0.255, , Mn: 0.74, S: 0.02, Ni: 0.15, Cr: 0.66, Mo: 0.38, T.Al: 0.02, N: 0.012





70톤



CaO: 62, SiO2: 8, 잔부는 기타성분





1톤





1600℃

실시예 2		 C: 0.45, Si: 0.2, , Mn: 0.73, S: 0.01, Ni: 0.2, Cr: 1.05, Mo: 0.19, T.Al: 0.02
표 2에서 실시예 1은 황(S)이 0.02 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 용강이며, 이는 자동차의 변속기용 강을 제조하는데 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 실시예 1에 따른 용강에는 황(S)이 0.02 wt% 함유되어 있다. 또한, 실시예 2는 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 용강이며, 이는 자동차의 샤프트용 강을 제조하는데 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 실시예 2에 따른 용강에는 황(S)이 0.01 wt% 함유되어 있다.
도 5는 황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하는데 있어서, 용강 중 초기 황(S) 농도와 정련 조업 종료 후 용강 중 황(S)의 농도를 나타낸 그래프이다. 도 6은 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조하는데 있어서, 용강 중 초기 황(S) 농도와 정련 조업 종료 후 용강 중 황(S)의 농도를 나타낸 그래프이다. 여기서, 초기 황(S) 농도라 함은 전기로에서 스크랩등의 원료를 용융시켜 용강을 제조하였을 때의 용강 중 황(S) 농도이다.
도 5를 참조하면, 전기로에서 용강을 마련할 때, 용강 중 황(S)의 농도를 0.0176 wt% 내지 0.196 wt%로 제어하면, 래들 퍼니스(LF), VTD 또는 RH와 같은 진공 설비를 이용한 정련 과정을 거친 후 주물 제조 직전 용강 중 황(S) 농도는 180ppm(0.018 wt%) 내지 250 ppm(0.025 wt%) 이다. 정련 조업 종료 후 용강 중 황(S)의 농도가 200ppm 일 때, 용강 70톤을 기준으로(표 2참조) 용강 내 황(S)이 115 kg 소모된다. 여기서, 황(S) 115 kg이 슬래그 중으로 흡수되면, 슬래그 중 황(S)의 농도는 4 wt%로 포화되며, 나머지는 황화칼슘(CaS)이 160 kg으로 과포화된다. 이로부터, 황(S)이 0.018 wt% ~ 0.025 wt% 함유된 강을 제조하기 위한 용강에서 슬래그 중 황(S)의 포화 농도는 4 wt% 임을 알 수 있다.
도 6을 참조하면, 전기로에서 용강을 마련할 때, 용강 중 황(S)의 농도를 0.112 wt% 내지 0.166 wt%로 제어하면, 래들 퍼니스(LF), VTD 또는 RH와 같은 진공 설비를 이용한 정련 과정을 거친 후 주물 제조 직전 용강 중 황(S) 농도는 50ppm(0.005 wt%) 내지 150 ppm(0.015 wt%) 이다. 정련 조업 종료 후 용강 중 황(S)의 농도가 100ppm 일 때, 용강 70톤을 기준으로(표 2참조) 용강 내 황(S)이 90 kg 소모된다. 여기서, 황(S) 90kg이 슬래그 중으로 흡수되면, 슬래그 중 황(S)의 농도는 4.7 wt%로 포화되며, 나머지는 황화칼슘(CaS)이 95 kg으로 과포화된다. 이로부터, 황(S)이 0.005 wt% ~ 0.015 wt% 함유된 강을 제조하기 위한 용강에서 슬래그 중 황(S)의 포화 농도는 4.7 wt% 임을 알 수 있다.
상술한 열역학 계산에 의하면, 황(S) 함유강의 슬래그 중 황(S)이 포화되는 농도는 4 wt% 내지 5 wt%이고, 이를 제어하기 위해서는 슬래그량 1톤 기준으로 40kg 내지 50kg의 황(S)이 투입되어야 한다. 목표로하는 슬래그 조성이 62 wt%의 생석회(CaO), 8 wt%의 산화 규소(SiO2) 및 잔부는 기타 성분이라 할 때, 케이알(KR) 슬래그 750 kg, 생석회(CaO) 100kg 투입 시, 생성된 슬래그 중 생석회(CaO)가 61 wt%, 산화 규소(SiO2) 8 wt%, 황(S)이 4.5 wt% 및 잔부는 기타 성분이 된다. 여기서 형석(CaF2)을 투입하면 전체 슬래그양이 1.05 톤 내지 1.1 톤이 되고, 목표로 하는 4 wt% 내지 5 wt%의 황(S)을 함유하며, 염기도가 5 이상인 슬래그 조성이 만들어진다.
이어서, 상술한 슬래그가 형성된 용강을 진공 설비에서 처리하는 정련을 실시한다(S500). 진공 설비에서는 용강 중 가스를 제거하는 탈가스 및 탄소를 제거하는 탈탄 조업 등이 수행된다. 진공 설비는 예컨대, VTD(Vacuum Tank Degasser) 및 RH(Rheinstaal Huttenwerke und Heraus) 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 여기서, VTD 및 RH 진공 설비는 일반적인 설비에 해당하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
VTD 진공 설비에서 용강 처리 방법을 설명하면, 먼저 용강이 수용된 래들 전체를 VTD 설비의 탱크에 넣고, 탱크를 커버로 덮어 상기 탱크를 진공 상태로 만든다. 그리고, 래들의 하취(bottom bubbling)를 통해 용강 및 슬래그를 교반시켜, 용강과 슬래그 반응을 통한 용강의 탈탄 반응을 유도한다. 또한, 이때 발생된 용강 나탕 부위로 용존되어 있는 수소, 질소, 산소 등의 유해 가스가 제거된다.
RH 진공 설비에서 용강 처리 방법을 설명하면, 먼저 진공조 베슬 내부를 진공으로 감압한 다음 용강이 수용된 래들을 상승시켜, 상승관 및 하강관과 같은 침적관을 용강을 침적시킨다. 이후, 침적관을 통해 가스를 불어 넣어, 용강을 진공조 베슬 내부로 순환시킴에 따라, 용강을 진공 분위기에 노출시킴으로써 탈가스 및 탈탄이 진행된다.
이렇게 진공 설비에서의 정련이 종료되면, 용강 중 황(S)의 농도는 0.005 wt% 내지 0.025 wt% 이다. 보다 구체적으로, 용강 중 황(S)의 농도는 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 이거나, 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 이다.
그리고, 정련이 종료된 용강을 응고시켜 주물로 제조하는데(S600), 주편 또는 잉곳을 제조한다. 이때, 황(S)의 농도가 0.018 wt% 내지 0.025 wt%인 용강으로부터 제조된 주물은 예컨대 자동차의 변속기용 등으로 제조되는데 활용될 수 있고, 황(S)의 농도가 0.005 wt% 내지 0.015 wt%인 용강으로부터 제조된 주물은 예컨대, 자동차의 샤프트로 제조되는데 활용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시형태들에 의하면, 진공 설비를 이용한 정련 조업 전에 용강 상에 고염기이며, 황(S)이 포화된 슬래그를 미리 마련한다. 이에, 진공 설비를 이용한 정련 조업 중에 용강 중 황(S)이 슬래그로 제거되는 것을 방지할 수 있어, 황(S) 목표 함량 제어를 위한 조업이 필요없다. 즉, 종래와 같이 진공 설비를 이용한 정련 조업 말기에 황화철(FeS) 또는 황 와이어(S wire)를 투입할 필요가 없으며, 이로 인해 추가적인 황(S) 원료 투입으로 인해 발생되는 교반으로 인해 슬래그가 용강으로 혼입되거나, 용강의 재산화 등으로 인한 청정도 하락을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 케이알(KR) 탈황 조업에서 생성된 부산물인 케이알(KR) 슬래그를 재활용하여 고염기 및 황(S)이 포화된 슬래그를 제조함으로써, 종래에 비해 황(S) 농도 향상을 위한 황(S) 원료 및 염기도 조절을 위한 생석회(CaO)의 재료 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 포함된 고농도 황(S) 함유강을 제조하는 강의 제조 방법으로서,
    전기로 내에 용강을 마련하는 과정;
    상기 전기로로부터 용강을 출강하여, 용기에 수선하는 과정;
    상기 용기에 수선된 용강으로부터 슬래그를 배재하는 과정;
    슬래그가 배재된 용강 상에 황(S)이 포화된 새로운 슬래그를 마련하는 과정;
    상기 용강을 진공 설비에서 처리하는 과정; 및
    상기 진공 설비 조업이 종료된 용강을 이용하여 주물로 제조하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 용강 상에 황(S)이 포화된 새로운 슬래그를 마련하는 데 있어서,
    케이알(KR) 설비에서의 탈황 정련 조업 중에 얻어진 케이알(KR) 슬래그를 투입하여 상기 용강 상에 황(S)이 포화된 새로운 슬래그를 형성하는 강의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 새로운 슬래그를 마련하는 과정에 있어서,
    상기 슬래그가 배재된 용강에 상기 케이알(KR) 슬래그와 형석(CaF2)을 투입하여 용융시키는 과정; 및
    용융된 상기 케이알(KR) 슬래그와 형석(CaF2)의 혼합물에 생석회(CaO)를 투입하여 용융시키는 과정;
    을 포함하는 강의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 케이알(KR) 슬래그의 투입량을 조절하여, 상기 슬래그 내에 황(S)이 4 wt% 내지 5 wt%로 포화되도록 하는 강의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 케이알(KR) 슬래그를 용강 톤 당 10 kg 내지 12 kg 투입하는 강의 제조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 형석(CaF2)을 용강 톤당 1.2 kg 내지 1.6kg 투입하는 강의 제조 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 형석(CaF2)의 투입량을 조절하여, 상기 슬래그의 염기도가 5 이상이 되도록 하는 강의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 형석(CaF2)을 용강 톤당 2.5 kg 내지 3.2 kg 투입하는 강의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하거나,
    황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조하는 강의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용강을 마련하는 과정에 있어서,
    상기 용강에 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.025 wt% 함유되도록 하는 강의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    황(S)이 0.018 wt% 내지 0.025 wt% 함유된 강을 제조하는 경우, 상기 용강을 마련하는데 있어서, 상기 용강에 황(S)이 0.02 wt% 내지 0.025 wt% 함유되도록 하고,
    황(S)이 0.005 wt% 내지 0.015 wt% 함유된 강을 제조하는 경우, 상기 용강을 마련하는데 있어서, 상기 용강에 황(S)이 0.01 wt% 내지 0.015 wt% 함유되도록 하는 강의 제조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 슬래그가 배재된 용강에 새로운 슬래그를 마련하는 과정은 래들 퍼니스(Ladle Furnace; LF)에서 실시되는 강의 제조 방법.
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