KR101875147B1 - 용강의 제조 방법 - Google Patents

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KR101875147B1
KR101875147B1 KR1020170035420A KR20170035420A KR101875147B1 KR 101875147 B1 KR101875147 B1 KR 101875147B1 KR 1020170035420 A KR1020170035420 A KR 1020170035420A KR 20170035420 A KR20170035420 A KR 20170035420A KR 101875147 B1 KR101875147 B1 KR 101875147B1
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Abstract

본 발명에 따른 용강의 제조 방법은 용선을 전로로 장입하는 과정, 전로 내 용선으로 산소 취입 및 부원료 투입을 실시하는 1차 취련 과정, 1차 취련 과정에서 발생된 슬래그를 배재하는 과정, 슬래그가 배재된 용선으로 산소 취입 및 부원료 투입을 실시하는 2차 취련 과정 및 2차 취련이 종료된 용선을 상기 전로로부터 출강하는 과정을 포함하고, 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 산소의 송산량을 조절한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 슬래그 재화를 촉진할 수 있어, 탈린율을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 저린 용강의 제조가 용이하다.
또한, 충분한 슬래그 재화 촉진을 통해, Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하는 합금철 제조를 위한 용강 제조 시에, Ni 및 Cu와 산소 간의 반응이 일어나더라도, 이를 보완할 수 있어, 탈린율 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 목료로하는 농도로 인(P)을 제어할 수 있다. 따라서, Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하면서, 인(P)의 함유량이 작은 저린 용강의 제조가 용이하다.

Description

용강의 제조 방법{Method for Manufacturing Molten Steel}
본 발명의 용강의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저린 용강의 제조가 용이한 용강의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전로 조업은 주원료인 용선(hot metal)과 고철(Scrap)을 전로에 장입하고, 전로 내로 산소를 취입함과 동시에 부원료를 투입하여 용선 중 불순 원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S), 티탄(Ti) 등을 산화 정련에 의해 제거하는 일련의 작업을 통칭한다. 이때, 용선의 취련 작업은 랜스를 이용하여 전로 내에 산소 가스를 취입하면서 용선 중 불순원소(예컨대, 규소, 망간, 인, 황, 탄소 및 티타늄 등)를 슬래그 측으로 제거하는데, 불순 원소의 안정적 제거를 위해서는 슬래그가 요구되고, 이에 용선의 취련 중 투입되는 부원료에 의해 불순원소의 제거와 원하는 원하는 강종을 제조하기 위한 용강을 얻을 수 있다.
불순물 농도 제어를 위해 산소 가스를 취입하여 용선을 취련할 때, 전로 상부로 생석회(CaO), 경소백운석, 냉각제(예컨대 소결광) 등을 투입한다. 이러한 용선 취련 중, 취련 초기에는 착화와 동시에 용선 중 규소가 가장 먼저 산화되고, 이후 거의 동시에 철분, 망, 인 등이 산화반응에 의해 슬래그화 되어 용선 상부에 존재하게 된다.
부원료 중 생석회(CaO)는 슬래그의 염기도 조절을 주 목적으로하여 투입되며, 용선 중 인의 제거율 즉 탈린율은 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)가 높을수록 향상된다.
한편, Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 9 wt% 이상 함유하는 극저린강을 위한 용선을 제조하기 위해, 정련이 진행되는 동안 전로로 생석회(CaO) 등의 부원료를 투입하면서 Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 투입한다. 그리고, 전로에서 탈탄 반응에 의해 발생된 CO 가스는 생석회(CaO) 등과 같은 각종 부원료를 재화시키는 역할을 한다.
그런데, 투입된 용선 중 Ni이 CO 가스 및 냉각제 중 Fe2O3와 결합하여, 부원료들이 재화되는 것을 방지하고, 이에 따라 P 농도를 제어하는데 어려움이 있다.
Ni(s) + 4CO(g) = Ni(CO)4(g)
NiO(s) + Fe2O3(s) = Ni·Fe2O4(s)
또한, 투입된 용선 중 Cu가 냉각제 중 Fe2O3와 결합하여, 부원료들이 재화되는 것을 방지하고, 이에 따라 P 농도를 제어하는데 어려움이 있다.
CuO(s)+Fe2O3(s) = Cu·Fe2O4(s)
이에, 상술한 바와 같은 문제로 인해, P가 400ppm 이하인 극저린 용선을 제조하는데 어려움이 있다.
또한, 종래에는 탈규 및 탈린이 실시되는 탈린로와, 탈탄 실시되는 탈탄로를 별도로 마련하여, 예비처리(탈황)된 용선을 탈린로로 장입하여 탈규 및 탈린을 실시한 후, 탈탄로로 다시 이동 장입하여 탈탄을 진행하였다. 이에 따라 용선의 이동에 따른 작업 시간 증가되어 납기가 지연되고, 부원료의 사용량이 증대되며 이에 따라 슬래그량이 증가하는 문제가 있다. 그리고, 탈린 후 출탕 및 탈탄 후 출탕 시에 슬래그량의 증가만큼 용강 실수율이 75 내지 80%로 낮아져, 용강의 원가가 높아지는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2015-0001379
본 발명은 저린 용강의 제조가 용이한 용강의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 슬래그 재화를 촉진할 수 있는 용강의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하는 합금철 제조를 위한 용강을 제조하는데 있어서, 슬래그의 재화를 촉진시킬 수 있고, 저린 용강의 제조가 용이한 용강의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 용강의 제조 방법은 용선을 전로로 장입하는 과정; 상기 전로 내 용선으로 산소 취입 및 부원료 투입을 실시하는 1차 취련 과정; 상기 1차 취련 과정에서 발생된 슬래그를 배재하는 과정; 상기 슬래그가 배재된 용선으로 산소 취입 및 부원료 투입을 실시하는 2차 취련 과정; 및 상기 2차 취련이 종료된 용선을 상기 전로로부터 출강하는 과정;을 포함하고, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 산소의 송산량을 조절한다.
상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 산소의 송산량을 조절하는 데 있어서, 상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 산소의 송산량을 조절하거나, 상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 산소의 송산량을 조절하거나, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 산소의 송산량을 조절하는 데 있어서, 상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 산소의 송산량을 조절하고, 상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 산소의 송산량을 조절한다.
상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 부원료의 투입량을 조절한다.
상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 부원료의 투입량을 조절하는 데 있어서, 상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 부원료의 투입량을 조절하거나, 상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 부원료의 투입량을 조절하거나, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 부원료의 투입량을 조절하는 데 있어서, 상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 부원료의 투입량을 조절하고, 상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 부원료의 투입량을 조절한다.
상기 부원료는 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일을 포함하고, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라 적어도 상기 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절한다.
상기 1차 취련 전, 상기 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4000Nm3 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4100Nm3 초과, 4300Nm3 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4300Nm3 초과, 4500Nm3 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4500Nm3 초과, 4700Nm3 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4700Nm3 초과, 4900Nm3 이하, 상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량이 4900Nm3 초과하도록 조절한다.
상기 1차 취련 전, 상기 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 3.7 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 3.7 ton 초과, 4.2 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 4.2 ton 초과, 4.7 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 4.7 ton 초과, 5.2 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 5.2 ton 초과, 5.8 ton 이하, 상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 3.8 ton을 초과하도록 투입한다.
상기 1차 취련 전, 상기 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.2 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.2 ton 초과, 2.4 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.4 ton 초과, 2.6 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중의 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.6 ton 초과, 2.8 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.8 ton 초과, 3.2 ton 이하, 상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 3.2 ton을 초과하도록 조절한다.
상기 1차 취련 개시 시점부터 1차 취련 종료 시점까지의 시간에 따른 1차 취련 구간 중, 1차 취련 개시 시점부터 1차 취련 5% 시점 이하의 구간에 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA), 제강 스케일을 투입하고, 1차 취련 20% 시점 이상, 1차 취련 30% 시점 이하의 구간에서 생석회(CaO)를 투입하며, 1차 취련 30% 시점 이상, 1차 취련 40% 시점 이하의 구간에서 제강 스케일을 투입한다.
상기 1차 취련 종료 후에 2차 취련 전, 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 9.0 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 9.0 ton 초과, 9.5 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 9.5 ton 초과, 11 ton 이하, 상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 11 ton을 초과하도록 조절한다.
상기 1차 취련 종료 후에 2차 취련 전, 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.0 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.0 ton 초과, 2.5 ton 이하, 상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.5 ton 초과, 3 ton 이하, 상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 3 ton을 초과하도록 조절한다.
상기 2차 취련 개시 시점부터 2차 취련 종료 시점까지의 시간에 따른 2차 취련 구간 중, 2차 취련 개시 시점부터 2차 취련 5% 시점 이하의 구간에서 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA), 제강 스케일을 투입하고, 2차 취련 20% 시점 이상, 2차 취련 30% 시점 이하의 구간과, 2차 취련 50% 시점 이상, 2차 취련 70% 시점 이하의 구간에서 생석회(CaO)를 투입하며, 2차 취련 40% 시점 이상, 2차 취련 50% 시점 이하의 구간에서 래들 슬래그(LSA)를 투입하고, 2차 취련 50% 시점 이상, 2차 취련 70% 시점 이하의 구간에서 제강 스케일을 투입한다.
상기 1차 취련에 의해 발생된 슬래그를 배재한 후, 용선의 온도를 측정하는 과정; 측정된 상기 용선의 온도에 따라 Fe-Si 및 제강 스케일 중 어느 하나를 투입하여 상기 용선을 기준 온도로 조절하는 과정;을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 슬래그 재화를 촉진할 수 있어, 탈린율을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 저린 용강의 제조가 용이하다.
또한, 충분한 슬래그 재화 촉진을 통해, Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하는 합금철 제조를 위한 용강 제조 시에, Ni 및 Cu와 산소 간의 반응이 일어나더라도, 이를 보완할 수 있어, 탈린율 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 목료로하는 농도로 인(P)을 제어할 수 있다. 따라서, Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 포함하면서, 인(P)의 함유량이 작은 저린 용강의 제조가 용이하다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 종래에서처럼 별도의 탈린로와 탈탄로에서 탈린 및 탈탄을 실시하지 않고, 하나의 전로에서 1차 및 2차 취련을 실시하여 탈린 및 탈탄을 실시한다. 이에 따라 용강 실수율을 종래에 비해 향상시킬 수 있고, 슬래그량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용강의 제조 방법을 도시한 순서도
도 2는 일반적인 전로 정련 설비를 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 1차 취련 시의 부원료 투입 시점을 개념적으로 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 취련 시의 부원료 투입 시점을 개념적으로 나타낸 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용강의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 일반적인 전로 정련 설비를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 1차 취련 시의 부원료 투입 시점을 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 취련 시의 부원료 투입 시점을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 전로(100)는 용선 및 고철이 수용되는 내부공간을 가지는 용기로서, 상측은 개방되어 있고(노구), 측부에는 용강이 배출되는 출강구가 마련된다. 또한, 출강구에는 다트(미도시)가 마련되고, 다트는 도시되지는 않았으나 복수의 슬롯이 다수개 형성되어, 출강구를 폐쇄하도록 깔때기 형상으로 제조된 다트헤드와, 다트헤드의 하부에 연결되어 출강구에 삽입되는 돌출부로 이루어진다. 여기서, 전로(100)의 노구로는 랜스(200)가 삽입 설치되어, 용선의 정련을 위한 산소가 취입된다. 그리고, 전로(100)의 하부로는 용강의 교반을 위한 불활성 가스가 취입되는 노즐(미도시)이 삽입 설치된다.
이에, 전로(100)는 고로에서 만들어진 용선을 정련시키기 위해 구비되며, 고로에서 만들어진 용선을 주입받고, 주입된 용선에 산소 가스를 불어넣어 용선에 포함되는 불순물을 단시간 내에 산화 제거함으로써 양질의 용강을 생산하는 설비이다.
그리고, 전로(100)에 수용된 용선과 용선의 상부에 생성된 슬래그로 랜스(200)에 의한 산소의 취입이 이루어질 때, 도 2에 도시된 것과 같이 랜스(200)에 의해 취입되는 산소에 의해 슬래그가 파여서 용선이 드러나는 면적을 화점 면적(A)이라 칭하고, 화점의 높이를 캐비티의 깊이(B)로 나타낸다.
이하에서는 전술한 전로 정련 설비를 이용한 본 발명의 실시 예에 따른 용선의 정련 방법에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 용강의 제조 방법 중, 용선 중 불순물을 제거하는 용선의 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용선 중 인(P)을 제거하는 용선의 정련 방법에 관한 것이다. 보다 구체적인 예로, 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나가 9 wt% 이상 함유되며, 인(P)이 400ppm 이하인 합금철 제조를 위한 용강 제조 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용강 제조 방법은 고로로부터 출선된 용선으로부터 황(S) 등을 제거하는 예비 정련 과정(S100), 예비 정련된 용선을 전로(100)로 장입하고(S200), 전로(100)로 산소를 취입하여 용선 중 불순물을 제거하는 1차 취련 과정(S300), 전로로부터 1차 취련에 의해 생성된 슬래그를 배재하는 과정(S400), 슬래그가 배재된 용선의 온도를 측정하고, 측정 온도(즉, 측온)에 따라 승온제 및 냉각제 중 어느 하나를 투입하는 온도 조절 과정(S500), 1차 취련에 따른 슬래그가 배재된 전로 내 용선으로 산소를 취입하여 불순물을 추가 제거하는 2차 취련 과정(S600), Ni 및 Cu 중 적어도 어느 하나를 투입하는 과정(S700), 2차 취련이 종료된 용선 즉, 용강을 전로(100)로부터 출강하는 과정(S800)을 포함한다.
여기서 1차 취련 및 2차 취련은 동일한 전로에서 실시된다. 즉, 종래와 같이 용선을 탈린로에 장입하여 취련한 후, 상기 용선을 탈탄로로 이동시켜 탈탄을 진행하지 않고, 하나의 전로에서 1차 취련 및 2차 취련을 연속 실시한다.
이하, 용강 제조 방법의 각 단계에 대해 보다 상세히 설명한다.
고로에서 출선된 용선은 약 4.5 내지 4.7 wt%의 탄소(C), 0.25 내지 1.8 wt%의 실리콘(Si), 0.2 내지 0.3 wt%의 망간(Mn), 0.09 내지 0.18 wt%의 인(P), 0.025 내지 0.03 wt%의 황(S)을 포함할 수 있다.
이들 성분 중, 황(S)은 강중에 다량으로 존재하는 경우 크랙(crack)을 유발하고, 취성을 저하시키며 적열취성(red shortness)의 원인이 되는 등 강재 특성에 나쁜 영향을 미친다. 이에, 황이 첨가되는 쾌삭강 등의 특별한 강종을 제외하고는 가능한 낮은 수준으로 유지해야 하며, 이를 예비 정련 과정(S100)에서 실시한다.
예비 정련을 위해 먼저, 고로에서 출선된 용선을 토페도 래들카(Torpedo Ladle Car; TLC)를 이용하여 정련 설비로 이송된다. 이렇게 이송된 용선은 토페도 래들카에 수선된 상태에서 기계적 교반(Kanvara Reactor, 이하 "KR공정"라고 칭함)을 실시하거나, 정련 용기로 옮겨 담아서 KR공정을 실시한다. KR공정 중에는 기계적 교반을 실시하면서 용선 중으로 탈황제 예컨대 생석회(CaO)를 투입하여 용선 중의 황(S) 성분 농도를 제어하는 탈황 처리가 진행된다.
용선에 포함된 인(P)은 최종 제품의 기계적인 성질인 소입취성, 용접성 등에 악 영향을 미친다. 따라서, 이후 설명되는 취련 조업을 통해 용선 중 인(P)을 제거 탈린을 포함하는 정련을 실시한다.
본 발명의 실시예에서는 인(P)이 400ppm 이하의 극저린이면서, 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나가 9 wt% 이상 포함된 용강을 제조한다. 실시예에서는 취련 조업 동안에 슬래그의 조제 증대 또는 촉진시켜, 환원성인 니켈(Ni) 및 구리(Cu)에 따른 슬래그 조제 또는 부원료 재화 억제를 보완함으로써, 탈린율을 향상시키고, 목표 수준 이하로 인(P)을 안정적으로 제거한다.
전로(100)에서의 취련 조업은 랜스(200)를 통하여 산소 가스를 용선으로 취입하여, 용선 중 불순물 원소를 슬래그측으로 제거하는 작업이다. 즉, 용선 중 불순물 원소를 슬래그측으로 이동시켜 제거하는 조업이다. 이에, 용선 중 불순물 원소의 안정적인 제거를 위해서는 충분한 양의 슬래그가 필요하다. 여기서 슬래그는 용선 중 불순물과 산소 간의 반응에 의한 산화물과, 투입되는 부원료와 용선 또는 산소 간의 반응에 의한 산화물이 슬래그화(재화) 되어 생성된다.
그리고, 용선 중 규소는 취련 중 가장 먼저 산화되고, 이후 인(P)이 산화되어 P2O5가 형성된다. 그런데 P2O5는 불안정한 상태이기 때문에, 용선 내로 환원 또는 픽업될 수 있다. 따라서, P2O5를 안정화시키기 위해 부원료로서 생석회(CaO)를 투입하여 슬래그를 조제한다.
1차 취련 과정(S300)은 용선 중 주로 용선 중 규소(Si) 및 인(P)을 제거하는 조업으로, 전로(100) 내 용선으로 산소를 취입하는 과정(S310)과, 부원료를 투입하는 과정(S320)을 포함한다. 여기서, 1차 취련 과정(S300)의 부원료 투입 과정에서 투입되는 부원료는 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA), 제강 스케일(MSB)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 1차 취련 시에, 예비 정련을 마치고 전로로 장입되는 용선 즉, 1차 취련을 실시하기 전의 용선 중 규소(Si) 함량에 따라, 1차 취련 중 취입할 산소량 즉, 송산량 및 부원료 투입량을 결정한다.
먼저, 용선으로 산소를 취입하는 산소 취입에 대해 설명한다. 전로(100)에 예비 정련을 마친 용선을 장입하고, 랜스(200)를 이용하여 전로(100) 내 용선으로 산소(O2) 가스를 취입하고, 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 슬래그(MSB) 등의 부원료를 투입한다.
용선으로 산소가 취입되면, 상대적으로 인(P)에 비해 산소 친화도가 높은 Si이 용선 중 산소 또는 랜스(200)로부터 취입되는 산소와 반응하여 SiO2를 생성한다(반응식 1 참조). 그리고, 생성된 SiO2는 용선 탕면 위에 형성된 슬래그 중으로 흡수면서, 슬래그화되고, 이후 배재 과정을 통해 용선으로부터 제거된다.
[반응식 1]
Si + O2 = SiO2
한편, 취련 초기에 산소와 Si 간의 반응에 의해 SiO2가 생성되어 슬래그화되므로, 용선 중 SiO2는 슬래그 생성량에 지배적 인자로 작용한다. 그리고, 슬래그가 충분히조제되어야 불순물을 안정적으로 또는 용이하게 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 취련 중 슬래그를 충분히 조제하기 위해, 특히 취련 초기에 슬래그 조제 촉진을 위해, 전로(100)로 장입된 용선의 Si의 함량에 따라 산소의 취입량 즉, 송산량을 조절한다. 이는 다른 말로하면, 1차 취련 중에 총 산소 송산량(목표 송산량)을 조절한다.
또한, 실리콘(Si)의 제거 즉, 탈규 반응 말기 또는 거의 종료될 때, 랜스에 의해 취입되는 산소 및 용선 중 산소가 인(P)과 반응하기 시작하고(반응식 2 참조), 이 반응에 의해 P2O5가 생성된다. 그리고, 생성된 P2O5는 용선 탕면 위에 형성된 슬래그 중으로 흡수되어 슬래그화되고, 이후 배재 과정을 통해 용선으로부터 제거된다.
[반응식 2]
2P + 5/2O2 = P2O5
한편, 탈린 반응에 의해 생성된 P2O5는 강산성을 가지고 있고, 단독으로는 매우 불안정하며, 특히 고온에서 활동도 계수가 높아, 용선으로 환원 또는 픽업될 수 있다. 따라서, P2O5의 반응을 안정시키기 위해, 부원료인 생석회(CaO)를 투입하여 슬래그를 조제 및 촉진한다. 즉, 생석회(CaO)가 투입되면, 이것이 P2O5와 반응 또는 결합하여 4CaO·P2O5와 같은 복합산화물화 되어 슬래그화 되고(반응식 3), 이를 다른 말로하면, 부원료인 생석회(CaO)와 탈린 산화물인 P2O5의 재화(슬래그화)이다.
[반응식 4]
2P + 5O + 4CaO = 4CaO·P2O5
또한, P2O5의 안정화를 위해 투입되는 생석회(CaO)는 탈규 반응의 의해(반응식 1 참조) 생성된 SiO2와 반응하여 2CaO·SiO2(반응식 4 참조) 형태의 복합 산화물화되어 슬래그화 된다.
[반응식 4]
SiO2 + 2CaO = 2CaOSiO2
따라서, 생석회(CaO)의 투입량은 SiO2와 함께 슬래그 생성량을 결정하는 지배 인자가 된다.
또한, 용선 중 인(P) 성분은 슬래그의 조성 특히 슬래그의 염기도((CaO wt%/(SiO2 wt%))에 영향을 받는다. 또한, 슬래그의 염기도((CaO wt%/(SiO2 wt%))는 용선 중 인(P) 성분의 4CaO·P2O5의 안정된 복합산화물 형성에 기여하며, 인(P)의 안정적 제거를 위해서는 안정된 복합 산화물 4CaO·P2O5을 형성할 필요가 있다. 즉, 슬래그의 염기도가 높을수록 슬래그 중 높은 생석회(CaO) 농도로 인해 용선 중의 인(P) 성분은 많은 양의 안정된 4CaO·P2O5의 복합 산화물을 형성하고, 정련 후 용강 중의 인(P) 성분은 상대적으로 낮아진다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 슬래그의 조제 촉진, 부원료의 재화 및 슬래그의 염기도 조절을 위해 1차 취련 개시 전 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 부원료인 생석회(CaO)의 투입량을 적정하게 조절한다.
이하, 표 1 및 표 2를 참조하여, 1차 취련 개시 전 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따른, 1차 취련 중 송산량, 생석회 투입량에 대해 설명한다.
먼저, 산소 취입에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 장입 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 1차 취련 중 목표 송산량을 조절한다. 이는 취련 조업 중 특히 취련 초기에 슬래그 조제를 촉진시켜, 탈린율을 향상시키기 위함이다.
용선 중 Si 함량(wt%) Si 함량≤0.3 wt% 0.3wt%〈Si 함량≤0.4wt% 0.4wt%〈Si 함량≤0.5wt% 0.5wt%〈Si 함량≤0.6wt% 0.6wt%〈Si 함량≤0.7wt% Si 함량 〉0.7wt%
1차 송산량
(Nm3)		 1차 송산량≤4100 4100< 1차 송산량≤4300 4300<1차 송산량≤4500 4500<1차 송산량≤4700 4700<1차 송산량≤4900 4900<1차 송산량≤5100
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 1차 취련 중 송산량(이하, 1차 송산량)을 4100Nm3 이하 보다 구체적으로는 3900Nm3 이상, 4100Nm3 이하로 한다. 다른 예로, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 1차 송산량을 4100Nm3 초과, 4300Nm3 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 1차 송산량을 4300Nm3 초과, 4500Nm3 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 1차 송산량을 4500Nm3 초과, 4700Nm3 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 1차 송산량을 4700Nm3 초과, 4900Nm3 이하가 되도록 조절한다. 그리고, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 1차 송산량을 4900Nm3 초과, 보다 구체적으로는 4900Nm3 초과, 5100 이하로 조절한다.
상술한 바와 같은 실리콘(Si) 함량에 따라 목표 송산량을 조절함으로써, 목표 탈규에 적합하도록 실리콘 산화물(SiO2)을 형성할 수 있고, 취련 초기에 충분한 양 또는 적정량의 SiO2가 생성됨에 따라 적정량의 슬래그 조제가 가능하다. 또한, 부원료인 생석회(CaO)와 실리콘 산화물(SiO2) 간의 반응에 의한 2CaO·SiO2(반응식 4 참조) 형태의 복합 산화물을 적정량으로 생성할 수 있다. 이로 인해, P2O5와 반응할 생석회(CaO) 량이 충분하여 용선 중 인(P) 제거율 즉, 탈린율이 향상되는 효과가 있다.
예컨대, 용선 중 실리콘 함량(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하일 때, 1차 송산량을 4100Nm3 이하로 하게 되면, SiO2 생산량이 부족하여 슬래그의 조제가 어려워질 수 있고, 이에 따라 인(P)을 충분히 제거할 수 없고, 보다 구체적으로는 인이 400ppm 이하인 용강을 제조할 수 없다. 반대로, 1차 송산량을 4300Nm3을 초과하도록 하는 것은 목표 인(P) 함량 대비 과도하게 산소가 취입되는 것으로 바람직하지 않다.
본 발명의 실시예에서는 1차 취련 개시 전 또는 장입 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라 생석회(CaO)의 투입량을 가변시켜, 슬래그 조제 또는 부원료의 재화를 촉진시키고, 염기도((CaOwt%)/(SiO2wt%))를 1.5 이상, 2.0으로 조절하고,
용선 중 Si 함량(wt%) Si 함량≤0.3 wt% 0.3wt%〈Si 함량≤0.4wt% 0.4wt%〈Si 함량≤0.5wt% 0.5wt%〈Si 함량≤0.6wt% 0.6wt%〈Si 함량≤0.7wt% Si 함량 〉0.7wt%
CaO 투입량(ton) CaO 투입량≤3.7 3.7〈CaO 투입량≤4.2 4.2〈CaO 투입량≤5.0 4.7〈CaO 투입량≤5.2 5.2〈CaO 투입량≤5.8 5.8〈CaO 투입량
LSA 투입량(ton) LSA 투입량≤2.2 2.2〈LSA 투입량≤2.4 2.4〈LSA 투입량≤2.6 2.6〈LSA 투입량≤2.8 2.8〈LSA 투입량≤3.2 3.2〈LSA 투입량
표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 1차 취련 과정 중의 생석회(CaO) 투입량(ton)을 3.7 ton 이하로 한다. 다른 예로, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량(ton)을 3.7 ton 초과, 4.2 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 생석회(CaO) 투입량(ton)을 4.2 ton 초과, 4.7 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 생석회(CaO) 투입량(ton)을 4.7 ton 초과, 5.2 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 생석회(CaO) 투입량(ton)을 5.2 ton 초과, 5.8 ton 이하가 되도록 조절한다. 그리고, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 생석회(CaO) 투입량(ton)을 3.8 ton을 초과하도록 조절한다.
상술한 바와 같은 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따른 생석회(CaO) 투입량은 전로 내 실리콘 산화물(SiO2) 생성량과 목표로하는 염기도를 고려하여 산출된 량이다. 실시예에서는 1차 취련 시 용선의 염기도((CaOwt%)/(SiO2wt%))가 1.5 이상, 2.0 이하가 되도록 생석회(CaO) 투입량을 조절한다.
상술한 바와 같은 실리콘(Si) 함량에 따라 생석회(CaO) 투입량을 조절함으로써, 안정적으로 인(P)을 제거할 수 있도록 슬래그의 조제가 가능하고, 슬래그의 염기도를 1.5 이상, 2.0 이하로 조절할 수 있다. 즉, P2O5을 4CaO·P2O5의 복합 산화물로 조제가 용이하며, 이에 따라 안정적인 탈린이 실시된다.
예컨대, 용선 중 실리콘 함량(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하일 때, 생석회(CaO) 투입량을 3.2 ton 이하로 하게 되면, 슬래그의 생성량이 부족하거나, 염기도가 낮고, 4CaO·P2O5의 복합 산화물 생성이 부족하여 인(P) 제거율이 낮거나, 인(P)을 효과적으로 제거할 수 없다. 반대로, 실리콘 함량(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하일 때, 생석회(CaO) 투입량을 4.2 ton을 초과하도록 투입하는 것은, 염기도가 2.0를 초과하거나, 과도한 투입량이 되어 적절하지 못하다.
한편, 1차 취련이 진행되면서 취련 중기에 투입되는 생석회(CaO)가 SiO2와 반응 또는 결합하여 고융점의 2CaO·SiO2 복합 산화물이 형성되어, 재화가 정체되는 구간이 나타난다.
이러한 고융점 산화물 2CaO·SiO2 형성은 전로 취련 조업시 스피팅(spitting) 및 슬로핑(slopping)을 발생시키는 주요인으로 작용되고, 이로 인해 인(P) 등의 성분 제어나 온도 제어에 문제점으로 작용한다.
따라서, 재화 정체 방지를 위해, 본 발명의 실시예에서는 각종 산화물 특히 철산화물을 포함하고 있는 래들 슬래그(Ladle Slag; LSA)를 투입한다. 여기서, 래들 슬래그(LSA)는 정련이 종료된 용선 또는 연속 주조 조업으로 이동되기 전의 전로로부터 배재된 슬래그로서, 이 슬래그는 CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3를 포함하고 있다. 이렇게 산화물로 이루어진 래들 슬래그가 용선으로 투입되면, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 중 산소, 특히 Fe2O3와 용선 중 불순물 간의 연소에 의해 열이 발생되고, 이에 따라 2CaO·SiO2막을 분해된다. 이로 인해 2CaO·SiO2막에 덮여 재화 촉진이 되지 않던 생석회(CaO)의 재화가 진행된다. 즉, 래들 슬래그(LSA)를 용선으로 투입하는 것은 고체 산소의 투입으로 작용하여, 슬래그 및 생석회(CaO)의 유동성을 향상시키고, 재화를 촉진시킨다.
여기서 2CaO·SiO2 복합 산화물 생성량은 용선 중 SiO2 함량에 따라 달라지는 것이므로, 본 발명의 실시예에서는 2CaO·SiO2 복합 산화물 생성에 의한 슬래그 재화 정체를 방지 또는 슬래그 재화 촉진 위해, 장입 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절한다.
표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 전로(100)로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 1차 취련 과정 중의 래들 슬래그(LSA) 투입량(ton)을 2.2 ton 이하로 한다. 다른 예로, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량(ton)을 2.2 ton 초과, 2.4 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 래들 슬래그(LSA) 투입량(ton)을 2.4 ton 초과, 2.6 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 래들 슬래그(LSA) 투입량(ton)을 2.6 ton 초과, 2.8 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 래들 슬래그(LSA) 투입량(ton)을 2.8 ton 초과, 3.2 ton 이하가 되도록 조절한다. 그리고, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 래들 슬래그(LSA) 투입량(ton)을 3.2 ton을 초과하도록 투입한다.
이렇게 전로(100)로 장입된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절함으로써, 2CaO·SiO2 복합 산화물의 생성에 따른 재화 억제 현상을 방지하거나, 재화를 촉진시킬 수 있다.
하지만, 예를 들어, 용선 중 실리콘 함량(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하일 때, 래들 슬래그(LSA)가 2.2 ton 이하로 투입되면, 2CaO·SiO2 복합 산화물 형성에 따른 슬래그 재화 정체가 일어날 수 있고, 이에 탈린율이 하락하는 등의 문제가 발생된다.
또한, 실시예에서는 1차 취련 시에 FeO, Fe2O3 등의 철 산화물이 포함된 제강 스케일(MSB)를 투입하여, 용선 중으로 고체 산소를 투입한다. 여기서 제강 스케일은 예컨대, 열연 공정에서 발생된 스케일 일 수 있다.
1차 취련 중에 상술한 바와 같이 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일의 부원료를 투입하는데, 1차 취련 시기에 따라 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일 투입 시점을 적절하게 조절한다.
도 3을 참조하면, 용선으로 산소를 취입하기 시작하는 시점부터 산소 취입 종료 또는 취련 종료 시점까지를 취련 구간이라고 하고, 취련 종료 시점을 100% 라 정의한다. 실시예에서는 취련 개시 시점부터 취련 50% 이하 시점에 석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일 중 적어도 하나를 투입한다.
이하 부원료 투입 시점에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 취련 초기에 슬래그 재화가 어렵다는 점을 고려하여, 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일을 착화 직후에 투입할 수 있다. 바람직하게는 용선 취련 개시 시점 이상, 5% 시점 이하의 구간에서 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일을 투입한다.
또한, 용선의 온도가 상승하기 시작하고, 본격적인 슬래그 재화를 위해 취련 구간 즉, 취련 20% 이상, 30% 이하의 시점에서 생석회(CaO)를 투입한다. 이때 생석회(CaO)를 한번에 투입하지 않고 분할하여 투입하는 것이 바람직하다. 또한, 제강 스케일은 취련 30% 이상, 40% 이하의 구간에서 투입하는 것이 바람직하다.
실시예에서는 1차 취련 시에 취련 개시 시점부터 취련 40% 시점까지 소프트 블로잉(soft blowing)으로 취입하여, 부원료의 교반을 확대하고 부원료의 재화를 촉진한다. 즉, 후술되는 취련 40% 초과 시점부터 100% 시점까지에 비해 랜스의 높이를 높게하고, 송산유량을 작게하여, 취련 40%를 초과하는 구간에 비해 화점 면적(A)을 작게한다.
예컨대, 취련 개시 시점부터 취련 40% 시점까지 랜스 높이를 2,500mm, 송산유량을 25,000 Nm3/min으로 한다. 그리고, 취련 40% 초과 시점에서 랜스를 하강시켜 그 높이가 2,300mm로 하고, 송산유량을 15,000 Nm3/min으로 낮추고, 이를 취련 종료 시점(100%)까지 유지하면서 취련을 실시한다.
또한, 전로 하부에 설치된 노즐을 통해 산소를 취입 즉, 저취하는데, 1차 취련 시점에 따라 저취 송산 유량을 조절한다. 예컨대, 1차 취련 개시 시점부터 90% 이하의 시점까지 5Nm3/min 이상, 10 Nm3/min 이하로 하고, 취련 70% 초과시점부터 취련 종료(100%) 시점까지 10Nm3/min 초과, 20 Nm3/min 이하로 조절한다. 또한, 1차 취련 구간의 외 구간, 예컨대, 랜스로 산소를 취입하기 전의 대기 단계, 용선 장입 단계, 1차 취련 종료 후 슬래그 배재 단계에서 약 7Nm3/min 내외의 산소를 취입할 수 있다.
상술한 방법으로 1차 취련이 종료되면, 전로(100)를 경동시켜 1차 취련에 의해 생성된 슬래그를 전로로부터 배재한다(S400).
이후, 슬래그가 배재된 용선의 온도를 측정하고, 측정 온도에 따라 승온제 또는 냉각제의 투입 여부를 결정하여 용선 온도를 조절한다(S500). 즉, 용선의 온도가 기준 온도 범위인 1300℃ 내지 1320℃ 일 경우 승온제 또는 냉각제를 투입하지 않고, 용선의 온도가 1300℃ 미만일 경우 승온재 예컨대 Fe-Si를 투입하고, 1320℃를 초과하는 경우 철 산화물을 포함하는 제강 스케일을 투입하여 냉각한다.
이때, 표 3과 같이 용선의 온도에 따라 Fe-Si 및 제강 스케일의 투입량을 조절한다.
측정 온도(℃) 1300℃ 미만 1300 ℃≤측정 온도 ≤1320 ℃ 1320℃＜ 측정 온도≤1335℃ 1335℃＜측정 온도≤1350℃ 1350℃＜측정 온도≤1365℃ 1365℃＜측정 온도≤1350℃ 1350℃＜측정 온도
FeSi 또는 제강 스케일 투입량(ton) 0.7 미만 투입하지 않음 0.7＜투입량≤1.2 1.2＜투입량≤1.7 1.7＜투입량≤2.2 2.2＜투입량≤2.7 2.7 초과
표 3과 같이 측정 온도에 따라 Fe-Si 또는 제강 스케일의 투입량을 조절함으로써, 2차 취련 전에 용선 온도를 1300℃ 내지 1320℃ 온도로 조절할 수 있다.
용선 온도 조절이 완료되면, 전로(100) 내 용선으로 산소를 취입하고(S610) 부원료를 투입하는(S620) 2차 취련을 실시하고(S600), 이와 함께 Ni 및 Cu 중 적어도 어느 하나를 투입한다(S700). 2차 취련을 위해 산소 및 부원료를 투입하면, 먼저 인(P)의 산화 반응에 의해 인산화물(P2O5)가 생성되는 탈린 반응이 일어나고, 탈린 말기 또는 탈린이 종료되는 시점에 산소와 탄소(C)가 반응하는 탈탄 반응이 실시된다.
2차 취련시 생석회, 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일 등의 부원료를 투입하는데 있어서, 실시예에서는 도 4 에 도시된 바와 같이 2차 취련 시점에 따라 부원료 각각의 투입 시점을 조절하여, 재화를 촉진한다.
설명의 편의를 위하여, 1차 취련을 마친 용선으로 산소를 취입하기 시작하는 시점부터 산소 취입 종료 또는 취련 종료 시점까지를 2차 취련 구간이라고 하고, 취련 종료 시점을 100% 라고 정의한다.
2차 취련 개시 즉, 2차 산소 취입과 함께 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)를 투입하여 슬래그를 제조하고, 효과적인 탈린을 위해 슬래그의 염기도를 3.5 이상, 4.5 이하로 조절하는 것이 바람직하다.
즉, 용선으로 산소를 취입하기 시작하는 2차 취련 개시 시점 이상, 취련 5% 시점 이하의 구간, 보다 구체적으로는 취련 3% 시점 이하의 구간에 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일을 투입한다. 이는 취련 초기에 슬래그 조제를 촉진하기 위함이다. 특히 생석회 외에 래들 슬래그 및 제강 스케일을 추가 투입함으로써, 슬래그의 염기도를 3.5 내지 4.5로 보다 용이하게 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 탈린율이 향상되어 인(P) 농도 제어가 용이하다.
또한, 취련 20% 이상의 시점에서부터 70% 이하 시점 구간에 생석회(CaO)를 투입하여, 탈린 및 탈탄을 위한 슬래그가 충분히 조제되도록 한다. 바람직하게는 취련 20% 이상, 30% 이하의 구간에서 생석회(CaO)를 투입하는 것이 바람직하다. 그리고, 2차 취련 중기 예컨대, 40% 이상, 50% 이하의 구간에 래들 슬래그(LSA)를 추가 투입하여, 슬래그를 용융시켜 슬래그 재화 억제를 방지하고, 슬래그 재화를 촉진시킨다.
한편, 산소의 취입 및 부원료의 투입에 의한 용선 간의 반응에 의해 열이 발생되고 이에 따라 용선의 온도가 지속적으로 상승한다. 이에 2차 취련 초기에는 생석회(CaO)의 용융이 원활하게 일어나고, 이에 따라 슬래그의 유동도 또는 재화에 문제가 없다. 그러나, 고융점 산화물인 2CaO·SiO2가 생성되기 시작하는 시점에서부터, 보다 구체적으로 2차 취련 시점 50% 내지 70% 시점에서는 래들 슬래그(LSA) 투입 만으로는 슬래그 및 생석회(CaO)의 재화 억제 또는 유동도 하락을 방지하기에는 부족하다. 이에, 실시예에서는 2차 취련 50% 내지 70% 시점에 제강 스케일을 투입한다. 투입된 제강 스케일 중 FeO, Fe2O3 등과 같은 철 산화물은 슬래그 내에 해리되어 2CaO·SiO2막을 분해시키며, 이에 따라 2CaO·SiO2막에 덮여 재화 촉진이 되지 않던 생석회(CaO)의 재화가 진행된다.
실시예에서는 2차 취련시에 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)를 투입하는데 있어서, 2차 취련 전 용선 중 실리콘(Si)의 함량에 따라 투입량을 조절한다.
용선 중 Si 함량(wt%) Si 함량≤0.3 wt% 0.3wt%〈Si 함량 ≤0.5wt% 0.5wt%〈Si 함량 ≤0.7wt% Si 함량 〉0.7wt%
CaO 투입량(ton) CaO 투입량≤9 9.0〈CaO 투입량≤9.5
 9.5〈CaO 투입량≤11
 11〈CaO 투입량
LSA 투입량(ton) LSA 투입량≤2.0 2.0〈LSA 투입량≤2.5
 2.5〈LSA 투입량≤3
 3.0〈LSA 투입량
표 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 2차 취련 전의 용선 중 함유된 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 2차 취련 과정 중의 생석회(CaO) 투입량(ton)을 9.0 ton 이하, 보다 구체적으로는 8.0 내지 9.0 ton 으로 조절한다. 다른 예로, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량(ton)을 9.0 ton 초과, 9.5 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 생석회(CaO) 투입량(ton)을 9.5 ton 초과, 11 ton 이하가 되도록 조절한다. 그리고, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 생석회(CaO) 투입량(ton)을 11 ton을 초과하도록 조절한다.
또한, 표 4에 나타낸 바와 같이, 실리콘(Si)의 함량에 따라 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절한다.
즉, 2차 취련 전의 용선 중 함유된 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 2차 취련 과정 중의 래들 슬래그(LSA)의 투입량(ton)을 2.0 ton 이하, 보다 구체적으로는 1.5 내지 2.0 ton으로 조절한다. 다른 예로, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA)의 투입량(ton)을 2.0 ton 초과, 2.5 ton 이하, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 래들 슬래그(LSA)의 투입량(ton)을 2.5 ton 초과, 3 ton 이하가 되도록 조절한다. 그리고, 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 래들 슬래그(LSA)의 투입량(ton)을 3 ton을 초과하도록 조절한다.
상술한 바와 같은 실리콘(Si) 함량에 따라 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절함으로써, 슬래그의 조제가 용이하고, 슬래그를 3.5 이상, 4.5 이하의 고염기도로 조절할 수 있어, 인(P)의 제거가 용이하다.
실시예에서는 2차 취련시에, 취련 시점 또는 구간에 따라 송산량 및 랜스 높이를 다르게 조절하여 화점 면적으로 다르게 조절한다.
예컨대, 2차 취련 개시 시점부터 취련 10% 이하의 구간에서 송산 유량을 23,000Nm3/hr 이상, 25,000Nm3/hr 이하로 하고, 취련 10% 초과 시점부터 50% 이하 구간까지 송산 유량을 21,000Nm3/hr 이상, 23,000Nm3/hr 미만으로 조절하며, 취련 50% 초과 시점부터 취련 98% 이하 시점까지는 20,000Nm3/hr 이상, 21,000Nm3/hr 미만으로 조절한다. 그리고, 취련 종료와 인접한 시점 즉, 취련 98%를 초과하는 시점부터 100% 까지는 송산유량을 21,000Nm3/hr 이상, 22,000Nm3/hr 이하로 조절한다.
또한, 이렇게 취련 시점에 따라 송산 유량을 가변시키는 동안, 랜스의 높이를 변화시킨다. 즉, 2차 취련 개시 시점부터 취련 10% 이하의 구간에서 랜스 높이를 2500mm 이하, 취련 10% 초과 시점부터 50% 이하 시점까지 랜스 높이를 2500mm 초과, 2700mm 이하, 취련 50% 초과 시점부터 60% 이하 시점까지 랜스 높이를 2400mm 이상, 2500mm 이하, 취련 시점 60% 초과 시점부터 90% 이하 시점까지 랜스 높이를 2300mm 이상, 2400mm 미만, 취련 90% 초과 시전부터 취련 종료(100%) 시점까지 2500mm 초과, 2600mm 이하의 높이로 조절한다.
또한, 랜스를 이용한 산소 상취 중에 전로 하부에 설치된 노즐을 통해 산소를 취입 즉, 저취하는데, 2차 취련 시점에 따라 저취 송산 유량을 조절하는 것이 바람직하다.
상술한 취련 구간 중 취련 개시 시점부터 취련 50% 이하의 구간은, 취련 50% 초과, 90% 이하의 구간에 비해 소프트 블로잉이 실시되는 구간이며, 슬래그의 재화가 촉진되고, 탈린(P) 반응이 집중적으로 일어나, 용선 중 인이 400ppm 이하로 조절된다. 또한, 탈린 50% 초과 시점부터 90% 이하의 구간에서는 생석회, 래들 슬래그 및 제강 스케일이 투입되는 구간이며, 탈린이 거의 종료되고 탈탄이 촉진되어 용선 중 탄소(C)가 본격적으로 제거되어 용강이 된다. 그리고, 취련 90% 초과 시점부터 100% 시점까지는 앞의 취련 탈린 50% 초과 시점부터 90% 이하의 구간에 비해 소프트 블로잉이 되며, 이에 따라 슬래그 중 T.Fe(Total 금속 Fe)가 높게 유지된다.
본 발명의 실시예에서는 Ni 및 Cu 중 적어도 하나가 9 wt% 이상 함유된 합금철 제조를 위한 용강 제조를 위해, 상술한 바와 같이 2차 취련 중에 Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 투입한다.
즉, 실시예에서는 1차 취련을 종료하여 인(P)을 소정 수준 이하까지 제어한 후에 2차 취련 중에 Ni 및 Cu 중 적어도 하나를 투입한다. 그리고, 실시예에서는 종래에서처럼 별도의 탈린로에서의 탈린을 하지 않고, 동일한 전로에서 1차 취련 및 2차 취련을 실시하며 1차 및 2차 취련 시에 각 취련 개시 전 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 산소 송산량을 조절함으로써, 취련 중 슬래그를 촉진시켜, 불순물 제거를 위한 슬래그를 충분히 조제할 수 있다.
또한, 1차 및 2차 취련 시에 각 취련 개시 전 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라, 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절하고, 제강 스케일을 투입하여 취련 중 슬래그를 촉진시켜, 불순물 제거를 위한 슬래그를 충분히 조제할 수 있다.
용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라 송산량, 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)의 투입량이 조절되므로, 그 양은 용선 중 Ni 또는 Cu가 부원료 중 산소 즉, FeO 또는 Fe2O3와 반응하더라도, 생석회(CaO) 등의 부원료와 반응할 산소가 더 제공되도록 조절되는 것이다. 따라서, 용선에 Ni 또는 Cu가 투입되어 상기 Ni 또는 Cu가 산소를 흡수하더라도, 부원료와 반응할 산소가 충분이 투입되었으므로, 부원료의 재화가 용이하게 이루어지고, 이에 따라 인(P) 농도를 400ppm 이하로 조절이 가능하다.
종래에는 용선 중 실리콘(Si) 함량에 상관없이, 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)를 정해진 량으로 투입하였다. 이에, Ni 및 Cu 중 적어도 어느 하나가 포함된 용강을 제조하기 위한 취련 시에, Ni 및 Cu 중 적어도 어느 하나가 냉각제로서 투입되는 제강 스케일의 투입에 따라 제공되는 FeO 또는 Fe2O3과 결합하여, 부원료의 재화가 어려웠고, 이에 따라 인(P) 농도 제어가 어려웠다.
하지만, 본 발명의 실시예에서는 실리콘(Si) 함량에 따라 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절하여 고체 산소를 충분히 제공하여 부원료의 재화 즉, 슬래그화를 촉진시킬 수 있다. 또한, 1차 취련 종료 후에 용선 온도에 따라 Fe-Si 및 제강 스케일 중 어느 하나를 투입함으로써 부원료의 재화를 촉진시켰다.
따라서, Ni 및 Cu 중 적어도 어느 하나를 9 wt% 이상 함유하는 용강 제조시에, 상기 Ni 및 Cu로 인한 부원료의 재화의 어려움을 해결할 수 있다. 즉, Ni 및 Cu 중 적어도 어느 하나를 9 wt% 이상 함유하는 용강 제조시에도 부원료를 용이하게 재화시킬 수 있다. 따라서, 인(P)의 제어가 용이하여 400ppm 이하의 극저린 용강을 제조할 수 있다.
100: 전로 200: 랜스

Claims (13)

  1. 용선을 전로로 장입하는 과정;
    상기 전로 내 용선으로 산소 취입 및 부원료 투입을 실시하는 1차 취련 과정;
    상기 1차 취련 과정에서 발생된 슬래그를 배재하는 과정;
    상기 슬래그가 배재된 용선으로 산소 취입 및 부원료 투입을 실시하는 2차 취련 과정; 및
    상기 2차 취련이 종료된 용선을 상기 전로로부터 출강하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 산소의 송산량을 조절하며,
    상기 부원료는 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA) 및 제강 스케일을 포함하고,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라 적어도 상기 생석회(CaO) 및 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 조절하며,
    상기 1차 취련 개시 시점부터 1차 취련 종료 시점까지의 시간에 따른 1차 취련 구간 중, 1차 취련 개시 시점부터 1차 취련 5% 시점 이하의 구간에 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA), 제강 스케일을 투입하고, 1차 취련 20% 시점 이상, 1차 취련 30% 시점 이하의 구간에서 생석회(CaO)를 투입하며, 1차 취련 30% 시점 이상, 1차 취련 40% 시점 이하의 구간에서 제강 스케일을 투입하는 용강의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 산소의 송산량을 조절하는 데 있어서,
    상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 산소의 송산량을 조절하거나,
    상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 산소의 송산량을 조절하거나,
    상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 산소의 송산량을 조절하고, 상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 산소의 송산량을 조절하는 용강의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 부원료의 투입량을 조절하는 용강의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 부원료의 투입량을 조절하는 데 있어서,
    상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 부원료의 투입량을 조절하거나,
    상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 부원료의 투입량을 조절하거나,
    상기 전로로 장입되는 용선의 실리콘(Si) 함량에 따라 상기 1차 취련 중 부원료의 투입량을 조절하고, 상기 1차 취련이 종료된 용선 중 실리콘(Si) 함량에 따라, 상기 2차 취련 중 부원료의 투입량을 조절하는 용강의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 취련 전, 상기 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4000Nm3 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4100Nm3 초과, 4300Nm3 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4300Nm3 초과, 4500Nm3 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4500Nm3 초과, 4700Nm3 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량을 4700Nm3 초과, 4900Nm3 이하,
    상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 송산량이 4900Nm3을 초과하도록 조절하는 용강의 제조 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 취련 전, 상기 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 3.7 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 3.7 ton 초과, 4.2 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 4.2 ton 초과, 4.7 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 4.7 ton 초과, 5.2 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 5.2 ton 초과, 5.8 ton 이하
    상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 3.8 ton을 초과하도록 투입하는 용강의 제조 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 취련 전, 상기 전로로 장입된 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.2 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.2 ton 초과, 2.4 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.4 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.4 ton 초과, 2.6 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.6 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중의 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.6 ton 초과, 2.8 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.6 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.8 ton 초과, 3.2 ton 이하,
    상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 1차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA)의 투입량을 3.2 ton을 초과하도록 조절하는 용강의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 취련 종료 후에 2차 취련 전, 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 9.0 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 9.0 ton 초과, 9.5 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 9.5 ton 초과, 11 ton 이하,
    상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 생석회(CaO) 투입량을 11 ton을 초과하도록 조절하는 용강의 제조 방법.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 취련 종료 후에 2차 취련 전, 용선의 실리콘(Si) 함량이 용선 전체에 대해 0.3 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.0 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.3 wt% 초과, 0.5 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.0 ton 초과, 2.5 ton 이하,
    상기 용선 중 실리콘(Si) 함량이 0.5 wt% 초과, 0.7 wt% 이하인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 2.5 ton 초과, 3 ton 이하,
    상기 용선의 실리콘(Si) 함량이 0.7 wt% 초과인 경우, 상기 2차 취련 과정 중 래들 슬래그(LSA) 투입량을 3 ton을 초과하도록 조절하는 용강의 제조 방법.
  12. 청구항 4에 있어서,
    상기 2차 취련 개시 시점부터 2차 취련 종료 시점까지의 시간에 따른 2차 취련 구간 중, 2차 취련 개시 시점부터 2차 취련 5% 시점 이하의 구간에서 생석회(CaO), 래들 슬래그(LSA), 제강 스케일을 투입하고, 2차 취련 20% 시점 이상, 2차 취련 30% 시점 이하의 구간과, 2차 취련 50% 시점 이상, 2차 취련 70% 시점 이하의 구간에서 생석회(CaO)를 투입하며, 2차 취련 40% 시점 이상, 2차 취련 50% 시점 이하의 구간에서 래들 슬래그(LSA)를 투입하고, 2차 취련 50% 시점 이상, 2차 취련 70% 시점 이하의 구간에서 제강 스케일을 투입하는 용강의 제조 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 4, 청구항 6 내지 청구항 8, 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 취련에 의해 발생된 슬래그를 배재한 후, 용선의 온도를 측정하는 과정;
    측정된 상기 용선의 온도에 따라 Fe-Si 및 제강 스케일 중 어느 하나를 투입하여 상기 용선을 기준 온도로 조절하는 과정;
    을 포함하는 용강의 제조 방법.
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