KR101707327B1 - 전기로를 이용하는 용강의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

일 실시 예에 따르는 전기로를 이용하는 용강의 제조 방법에 있어서, 냉선 및 스크랩을 포함하는 원재료를 전기로 내에 투입하고 상기 냉선과 상기 스크랩을 용해하여 용강을 제조한다. 상기 용강에 대해 슬래그 포밍 및 탈린 공정을 진행한다. 상기 정련된 용강에 탄소원을 투입하여 상기 용강 내 탄소 농도를 제어한다. 상기 가탄된 용강을 출강한다. 상기 용해 단계에서는, 공급하는 탄소원 및 산소의 량을 제어하여 상기 용강에 대한 탈탄 공정을 진행한다. 상기 정련 단계에서는, 생성되는 슬래그의 염기도 및 상기 용강 내의 산소 농도를 제어하여 상기 탈린 공정을 진행한다.

Description

전기로를 이용하는 용강의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING MOLTEN STEEL USING ELECTRIC ARC FURNACE}

본 발명은 전기로를 이용하는 용강의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉선 및 스크랩을 이용하고 전기로를 통해 용강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기로(EAF, electirc arc furnace) 는 전기에너지를 이용하여 금속이나 합금을 가열하여 용해한다. 노의 내부에 스크랩을 장입한 후 전극과 스크랩 사이로 아크 형태의 전류를 발생시켜 가열하여 스크랩을 용해한다.

이러한 과정으로 전기로에서 제조된 용강은 출강구를 통하여 래들로 출강된 후 후공정으로 이송된다. 래들의 용강은 연속 주조기로 이송되어 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 강 제품으로 제조된다.

최근에는 자동차 부품 등에서 고품질의 강재에 대한 요구가 증가함으로써, 스크랩을 이용하는 전기로 제강 공정을 통해 제조되는 강재 내에서 트램프 원소 등을 저감시킬 수 있는 방법이 활발히 연구되고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0014030호(2015.02.06, 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법)에 개시되어 있다.

본 발명은 전기로를 이용한 용강 제조시, 투입되는 냉선의 균일한 용해 속도를 확보하고, 용강에 대한 우수한 탈탄능 및 탈린능을 확보하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르는 전기로를 이용하는 용강의 제조 방법이 개시된다. 상기 용강의 제조 방법에 있어서, 냉선 및 스크랩을 포함하는 원재료를 전기로 내에 투입하고 상기 냉선과 상기 스크랩을 용해하여 용강을 제조한다. 상기 용강에 대해 슬래그 포밍 및 탈린 공정을 진행한다. 상기 정련된 용강에 탄소원을 투입하여 상기 용강 내 탄소 농도를 제어한다. 상기 가탄된 용강을 출강한다. 상기 용해 단계에서는, 공급하는 탄소원 및 산소의 량을 제어하여 상기 용강에 대한 탈탄 공정을 진행한다. 상기 정련 단계에서는, 생성되는 슬래그의 염기도 및 상기 용강 내의 산소 농도를 제어하여 상기 탈린 공정을 진행한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 용해 단계에서, 상기 냉선은 상기 원재료의 15 내지 20 중량%를 차지할 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 상기 용해 단계는 상기 원재료의 1차 장입 및 1차 용해 단계를 진행하고, 이어서, 상기 원재료의 2차 장입 및 2차 용해 단계를 진행하되, 상기 1차 용해 단계에서 투입되는 탄소원 및 산소의 질량비는 1.03 ~ 1.09 이며, 상기 2차 용해 단계에서 투입되는 탄소원 및 산소의 질량비는 0.33 ~ 0.37일 수 있다.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 정련 단계에서, 상기 슬래그의 염기도를 2.0 ~ 2.3 의 범위로 제어할 수 있다.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 정련 단계에서, 상기 용강 내의 산소의 농도를 300 ~ 330 ppm의 범위로 제어할 수 있다.

또다른 실시 예에 있어서, 상기 출강 후의 상기 용강 내 인 함량을 115 ~ 127 ppm의 범위로 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 주원료의 용해 단계에서, 냉선 및 스크랩의 투입 시기, 방법 및 공급되는 탄소원과 산소의 중량비를 제어함으로써, 균일한 냉선의 용해 속도 및 우수한 탈탄능을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 주원료의 용해 단계에서 냉선 및 스크랩에 대한 충분한 탈탄이 이루어짐으로써, 이후에 정련 단계를 진행하는 동안 공급되는 산소에 의해 CO 가스가 급격히 발생하는 현상을 억제할 수 있으며, 또한, 이로 인한 보일링 현상을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 정련 단계 동안 슬래그 염기도, 및 용강 내 산소량을 제어함으로써, 우수한 탈린능을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 전기로를 이용하는 용강의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 정련 단계에서의 슬래그 염기도에 따른 출강된 용강 내 인 함량을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 정련 단계에서의 용강 내 산소 농도에 따른 출강된 용강내 인 함량을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 정련 단계에서의 용강 내 산소 농도에 따른 슬래그 내 산화철의 함량을 나타내는 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전기로를 이용한 용강의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

일반적으로, 강 중에 존재하는 인은 강재의 기계적 물성을 악화시키기 때문에, 강재 내의 인의 농도를 저감하고자 하는 다양한 시도가 이루어지고 있다. 한편, 일관제철소의 경우, 인은 전로와 용선예비처리 단계에서 제거될 수 있지만, 스크랩을 적용하는 용강 제조 공정에서, 인의 제거는 전기로에 의한 정련에 주로 의존하고 있다. 전기로의 조업 방법은, 스크랩을 사용하여 용강을 제조하고, 장입된 스크랩의 전체 70~80%가 용해되었다고 추정되는 용락 완료 시점을 전후하여 코크스분을 취입하여 슬래그 포밍 조업을 하는 순서로 진행될 수 있다. 이러한 전기로 조업의 용강 제조 및 슬래그의 정련 반응은, 전로 조업시 노내 반응과 실질적으로 동일하다. 다만, 전기로 종점 성분의 거동은 스크랩 종류별 장입조건, 부원료 및 산소/탄소 취입 조건과 같은 전기로 조업 조건에 따라 달라질 수 있다.

한편, 스크랩을 이용하는 전기로 제강 공정을 통해 강재를 제조하는 경우, 강재 내에서 트램프 원소가 불가피하게 존재할 수 있다. 최근에는 자동차 부품과 같은 분야에서 고품질의 강재를 요청하면서, 종래의 스크랩을 통해 제조된 강재 내의 트램프 원소의 농도를 저감시킬 수 있는 방법이 연구되고 있다.

본 발명의 실시 예에서는, 트램프 원소의 농도를 저감하는 방법으로서, 강재의 원료로서, 고체 상태의 냉선을 스크랩과 함께 투입하는 방법을 제안한다. 이때, 투입되는 냉선의 양은 전체 원료의 15 ~ 20 중량%일 수 있다.

다만, 냉선은 일 예로서, 약 4.5 중량% 이하의 탄소, 약 0.4 중량% 이하의 실리콘, 약 0.13 중량% 이하의 인을 포함함으로써, 상대적으로 높은 탄소와 인의 농도를 전기로 정련을 통해 저감할 필요성이 있다.

또한, 냉선은 고체 상태로 투입되어 상대적으로 불균일한 용해 속도를 가진다. 이에 따라, 냉선이 스크랩의 용해 단계에서 충분히 용해되고 탈탄되지 않을 경우, 이후에 진행되는 정련 단계에서 공급되는 산소와 반응하여 일산화탄소(CO)를 급격히 발생시킴으로써 보일링 현상을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 정련 단계에서 탈인 반응이 효과적으로 진행되지 않을 수 있다.

따라서, 상술한 어려움을 극복하기 위해, 이하의 본 발명의 실시 예에서는, 냉선의 균일한 용해속도 확보, 우수한 탈탄능 및 탈린능을 확보할 수 있는 전기로를 이용하는 용강의 제조 방법을 제공하도록 한다.

용강 제조 방법

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 전기로를 이용하는 용강의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 용강의 제조 방법은 용해 단계(S110), 정련 단계(S120), 및 가탄 단계(S130)를 포함한다. 이하에서는, 각 단계별 공정을 보다 상세히 설명한다.

용해 단계(S110)

용해 단계에서는, 냉선 및 스크랩을 포함하는 원재료를 전기로 내에 투입하고 상기 냉선과 상기 스크랩을 용해하여 용강을 제조하는 과정으로 진행될 수 있다. 이때, 본 단계에서, 상기 냉선은 상기 원재료의 15 내지 20 중량%를 차지하도록 구성될 수 있다. 상기 냉선의 함량이 상기 원재료의 15 중량% 미만일 경우, 트램프 원소의 함량이 용강 내에서 충분히 억제되지 못한다. 상기 냉선의 함량이 상기 원재료의 20 중량%를 초과하는 경우, 상기 용해 단계 내에서 상기 냉선이 충분히 용해가 이루어지지 않을 수 있어, 후속되는 정련 단계에서 보일링을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 본 용해 단계에서는, 상기 냉선의 용해가 완료되도록 진행될 수 있다.

한편, 본 용해 단계에서는 탄소원 및 산소가 함께 공급되어, 상기 용강의 탈산 공정이 진행될 수 있다. 상기 탈산 공정은 후속되는 정련 과정 전에 충분히 완료될 수 있도록 상기 탄소원 및 산소의 양을 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 본 용해 단계에서는, 상기 원재료를 1차 장입하고, 장입된 원재료를 용해하는 1차 용해 단계가 진행될 수 있다. 1차 용해 단계가 완료된 후에, 이어서 상기 원재료를 2차로 장입하고, 장입된 원재료를 용해하는 2차 용해단계가 진행될 수 있다. 이는, 상기 전기로 내에서 상기 원재료를 충분히 용해시키기 위한 것으로서, 상기 1차 용해 단계에서 투입되는 탄소원 및 산소의 질량비는 1.03 ~ 1.09를 유지하도록 제어될 수 있다. 또한, 상기 2차 용해 단계에서 투입되는 탄소원 및 산소의 질량비는 0.33 ~ 0.37을 유지하도록 제어될 수 있다.

일 예로서, 1차 용해 단계 및 2차 용해 단계에서 투입되는 상기 원재료의 량은 서로 동일할 수 있다. 또는, 다른 예로서, 2차 용해 단계에서 투입되는 상기 원재료의 량은 상기 1차 용해 단계에서 투입되는 상기 원재료의 량보다 적을 수 있다.

정련 단계(S120)

정련 단계에서는, 상기 용강에 대해 슬래그 포밍 및 탈린 공정을 진행한다. 이를 위해, 용해가 완료된 상기 용강에 대해 코크스분을 취입할 수 있다. 또는, 상기 코크스분은 용해 단계(S110)에서, 상술한 원재료의 전체 70~80%가 용해되었다고 추정되는 용락 완료 시점을 전후하여 전기로 내로 취입될 수 있다. 다만, 정련 단계(S120) 이전에, 상기 냉선의 용해가 종료됨으로써, 정련 단계(S120)에서 투입되는 산소와 미용괴 냉선의 반응에 의해 일산화탄소(CO)가 급격하게 생성되는 것이 방지될 수 있다. 이에 의해, 용강의 보일링이 효과적으로 억제될 수 있다.

본 정련 단계에서의 공정 제어와 관련하여서는, 도 2 내지 도 4의 그래프와 함께 상술하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 정련 단계에서의 슬래그 염기도에 따른 출강된 용강 내 인 함량을 나타내는 그래프이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 정련 단계에서의 용강 내 산소 농도에 따른 출강된 용강내 인 함량을 나타내는 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 정련 단계에서의 용강 내 산소 농도에 따른 슬래그 내 산화철의 함량을 나타내는 그래프이다. 도 2 내지 도 4의 슬래그 염기도, 용강 내 산소 농도는 본 정련 단계 말기에 측정된 수치이다. 또한, 상기 인의 함량은 상기 용강이 출강되어 래들 퍼니스에 도착된 후에 측정된 수치이다.

도 2를 참조하면, 본 정련 단계에서는, 생성 슬래그의 염기도(CaO/SiO₂)가 2.0 ~ 2.3 의 범위로 제어될 수 있다. 생성되는 슬래그의 염기도가 2.0 보다 낮거나 2.3 보다 클 경우, 상기 래들 퍼니스에 도착된 용강 내 인의 함량은 증가하였다. 이러한 점을 감안하여, 생성되는 슬래그의 염기도가 상술한 범위를 유지하도록 할 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 정련 단계에서는, 상기 용강 내의 산소의 농도가 300 ~ 330 ppm의 범위로 제어될 수 있다. 도 3만 참조하면, 상기 용강 내의 산소의 농도가 300 ppm 이상이면, 산소 농도가 증가할수록 탈린능은 증가함을 알 수 있다. 다만, 도 4를 참조하면, 상기 용강 내의 산소 농도가 증가할수록 슬래그 내의 산화철(FeO) 함량이 증가하여 철의 회수율이 감소함을 알 수 있다. 또한, 산소 투입량의 증가에 따라 제조 비용이 증가할 수 있다. 따라서, 도 3 및 도 4에 나타난 탈린능 및 슬래그 내 산화철 함량의 증감을 모두 고려하여, 상기 용강 내 산소 농도의 제어량을 300 ~ 330 ppm으로 정할 수 있다. 이와 같은 용강 내 산소 농도 제어량을 감안하여, 상기 전기로 내로 투입되는 탄소원 및 산소의 공급량을 결정할 수 있다.

가탄 단계(S130)

가탄 단계에서는, 상기 정련된 용강에 탄소를 투입하여 상기 용강 내 탄소 농도를 제어할 수 있다. 즉, 최종 제조되는 강제품의 탄소 함량을 만족시키기 위해, 본 단계에서 상기 용강 내 탄소 함량을 증가시킬 수 있다. 이와 같은 용강 내 탄소 함량 증가분을 감안하여, 상기 전기로 내로 투입되는 탄소원 및 산소의 공급량을 결정할 수 있다.

상기 가탄 단계를 완료한 용강은, 추가적인 합금 원소 제어를 위해 래들 퍼니스로 출강될 수 있다. 래들 퍼니스에 도착된 상기 용강 내의 인의 함량은 115 ~ 117 ppm을 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 주원료의 용해 단계에서, 냉선 및 스크랩의 투입 시기와 방법 및 공급되는 탄소원과 산소의 중량비를 제어함으로써, 균일한 냉선의 용해 속도 및 우수한 탈탄능을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 주원료의 용해 단계에서 냉선 및 스크랩에 대한 충분한 탈탄이 이루어짐으로써, 정련 단계를 진행하는 동안 공급되는 산소에 의해 일산화탄소(CO) 가스가 급격히 발생하는 현상을 억제할 수 있으며, 또한, 이로 인한 보일링 현상을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 정련 단계 동안 슬래그 염기도, 및 용강 내 산소량을 제어함으로써, 우수한 탈린능을 확보할 수 있다.

본 발명은 개시된 실시예 뿐만 아니라, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예로부터 도출할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

-

Claims (6)

1. (a) 냉선 및 스크랩을 포함하는 원재료를 전기로 내에 투입하고 상기 냉선과 상기 스크랩을 용해하여 용강을 제조하는 용해 단계;
   (b) 상기 용강에 대해 슬래그 포밍 및 탈린 공정을 진행하는 정련 단계; 및
   (c) 상기 정련된 용강에 탄소원을 투입하여 상기 용강 내 탄소 농도를 제어하는 가탄 단계; 및
   (d) 상기 가탄된 용강을 출강하는 단계를 포함하되,
   상기 용해 단계에서는, 공급하는 탄소원 및 산소의 량을 제어하여 상기 용강에 대한 탈탄 공정을 진행하고,
   상기 정련 단계에서는, 생성되는 슬래그의 염기도 및 상기 용강 내의 산소 농도를 제어하여 상기 탈린 공정을 진행하고,
   상기 정련 단계에서, 상기 슬래그의 염기도를 2.0 ~ 2.3 의 범위로 제어하며,
   상기 정련 단계에서, 상기 용강 내의 산소의 농도를 300 ~ 330 ppm의 범위로 제어하는
   전기로를 이용하는 용강의 제조 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 용해 단계에서, 상기 냉선은 상기 원재료의 15 내지 20 중량%를 차지하는
   전기로를 이용하는 용강의 제조 방법.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 용해 단계는
   상기 원재료의 1차 장입 및 1차 용해 단계를 진행하고,
   이어서, 상기 원재료의 2차 장입 및 2차 용해 단계를 진행하되,
   상기 1차 용해 단계에서 투입되는 탄소원 및 산소의 질량비는 1.03 ~ 1.09 이며,
   상기 2차 용해 단계에서 투입되는 탄소원 및 산소의 질량비는 0.33 ~ 0.37인
   전기로를 이용하는 용강의 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 출강 후의 상기 용강 내 인 함량을 115 ~ 127 ppm의 범위로 제어하는
   전기로를 이용하는 용강의 제조 방법.

Images