KR102100800B1 - 용강의 정련 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용강 중의 개재물을 제거하기 위한 정련 방법에 있어서, 버블링 공정을 실시한 후 LF 공정 및 RH 공정 중 적어도 하나의 공정을 실시하며, 상기 버블링 공정은 취입 가스 유량 및 취입 시간을 포함하는 공정 조건 중 적어도 하나의 공정 조건이 다른 적어도 3회의 버블링을 포함하는 용강의 정련 방법을 제시한다.

Description

용강의 정련 방법{Method of refining molten steel}
본 발명은 용강의 정련 방법에 관한 것으로, 특히 용강 중 개재물의 함량을 최소화할 수 있는 용강의 정련 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 제강 공정은 용선 예비처리 공정, 전로 공정, 정련 공정 및 연속 주조 공정 순으로 진행된다.
전로 공정은 용선(hot metal)과 고철(scrap)을 전로에 장입하여 고순도의 산소(O2) 가스를 취입함으로써 용선 중 탄소와 불순 원소를 CO 가스 또는 슬래그 중 산화물 형태로 제거한다. 이러한 과정을 통해 불순물이 제거된 용선을 용강이라고 한다. 즉, 용선 내에 존재하는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등의 불순 원소들은 철(Fe)의 준결정상 내에서 Fe 원자와 치환 또는 Fe 원자들 사이에 침입 상태로 존재하고 있다. 따라서, 전로 공정에서는 가스 교반인 산소 취입과 각종 부원료를 투입하여 용강을 제조한다. 즉, 전로 공정은 주원료를 전로에 장입하여 산소를 취입하면서 부원료를 투입하여 용철-슬래그간 반응 특성을 적절히 제어하고, 용선에 함유된 불순물인 C, Si, Mn, P, S를 산화 반응에 의해 투입된 부원료와 반응시켜 불순물을 제거함으로서 용강을 제조한다.
그런데, 전로 공정을 통해 불순물 원소들의 양을 감소시킬 수 있으나, 산소의 양은 증가하게 되어 전로 공정을 종료한 용강에는 수백 ppm의 용존 산소(free oxygen)가 함유된다. 즉, 전로 공정에서 산화공정 중에 취입된 산소에 의해 용존 산소가 함유된다. 이러한 용존 산소는 불순물과 반응하여 SiO2, Al2O3, P2O5, Mn0, MgO, FeO, TiO2 등의 산화물이 되어 슬래그를 생성하며, 부원료로 투입된 생석회 등과 결합하여 다성분계의 슬래그(CaO-MgO-FeO-SiO2-MnO-P2O5)를 생성한다. 산화물 또는 다성분계 슬래그는 용강을 래이들(Ladle)에 출강하는 과정에서 용강과 함께 래이들로 혼입되어 많은 악영향을 미치게 된다.
이러한 용존 산소를 제거하기 위해 용강을 래이들(ladle)에 출강하면서 Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Al 등의 각종 합금철, 즉 탈산제를 투입하게 된다. 그런데, 투입된 합금철, 특히 알루미늄 합금철에 의해 용강 내에 알루미나(Al2O3)가 주성분인 개재물이 생성된다. 알루미나는 융점이 매우 높고 미세한 입자로 구성되어 자력 부상 분리가 어렵다. 또한, 알루미나는 연속 주조 공정에서 노즐 막힘의 원인이 될 수 있고, 최종 제품에 잔류하여 표면 결함을 유발할 수 있다. 따라서, 연속 주조를 실시하기 이전에 알루미나 개재물을 용강으로부터 제거시켜야 하고, 이를 위해 정련 공정을 실시한다. 정련 공정은 가스를 공급하여 슬래그를 개질시키는 버블링(Bubbling), 전기를 이용하여 용강을 교반하는 LF(Ladle Furnace, 래이들로), 용강을 진공 처리하는 RH(Rheinstahl-Heraus, 진공 탈가스) 공정을 포함할 수 있다. 즉, 용강 중의 산소를 강제적으로 감소시켜 비금속 개재물인 알루미나를 제거하기 위해 버블링 공정에서 슬래그를 개질시켜 탈산 생성물을 부상 분리시킨 후 LF 공정에서 버텀 버블링(Bottom Bubbling)을 실시하면서 분체 취입을 실시하고, RH 공정에서 2Torr 이하로 진공 처리를 실시한다.
그러나, 정련 공정을 실시한 후에도 용강 내의 개재물이 잔류하여 연속 주조 공정에서의 노즐 막힘을 발생시키고, 최종 제품의 표면 결함을 유발할 수 있다.
한국공개특허 제2001-0011732호 한국공개특허 제2017-0106073호
본 발명은 용강 내의 개재물의 양을 최소화할 수 있는 용강 정련 방법을 제공한다.
본 발명은 버블링, LF 및 RH 공정을 통해 용강 내의 개재물을 최소화할 수 있는 용강 정련 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 용강의 정련 방법은 용강 중의 개재물을 제거하기 위한 정련 방법에 있어서, 버블링 공정을 실시한 후 LF 공정 및 RH 공정 중 적어도 하나의 공정을 실시하며, 상기 버블링 공정은 취입 가스 유량 및 취입 시간을 포함하는 공정 조건 중 적어도 하나의 공정 조건이 다른 적어도 3회의 버블링을 포함한다.
상기 LF 공정은 취입 가스 유량 및 취입 시간을 포함하는 공정 조건 중 적어도 하나의 공정 조건이 다른 적어도 3회의 버블링과 적어도 1회의 승온 공정을 포함하며, 상기 RH 공정은 취입 가스 유량, 취입 시간 및 압력을 포함하는 공정 조건 중 적어도 하나의 공정 조건이 다른 적어도 3회의 환류 공정을 포함한다.
상기 버블링 공정은 1차 내지 3차 버블링을 포함하고, 상기 1차 버블링은 상기 2차 버블링에 비해 많거나 같은 취입 가스 유량을 길거나 같은 시간 취입하고, 상기 3차 버블링은 상기 2차 버블링에 비해 적은 취입 가스 유량으로 길거나 같은 시간 취입한다.
상기 1차 내지 3차 버블링 각각은 강종에 따라 다른 공정 조건으로 실시한다.
상기 2차 버블링은 합금철의 투입량에 따라 다른 공정 조건으로 실시한다.
상기 2차 버블링은 합금철의 투입량이 증가할수록 취입 시간이 증가한다.
상기 1차 내지 3차 버블링은 버블링의 위치를 다르게 한다.
상기 2차 버블링은 1차 버블링보다 낮은 위치에서 버블링하며, 상기 3차 버블링은 2차 버블링보다 낮은 위치에서 버블링한다.
상기 LF 공정은 4차 내지 6차 버블링을 포함하고, 상기 4차 버블링은 상기 5차 버블링에 비해 많거나 같은 취입 가스 유량을 짧거나 같은 시간 취입하고, 상기 6차 버블링은 상기 5차 버블링에 비해 적은 취입 가스 유량으로 길거나 같은 시간 취입한다.
상기 LF 공정은 상기 4차 내지 6차 버블링 공정 사이에 적어도 1회의 승온 공정을 실시한다.
상기 승온 공정 후의 버블링 공정은 승온량 및 강종에 따라 취입 가스 유량 및 취입 시간 중 적어도 하나를 다르게 한다.
상기 승온량이 많을수록 취입 가스 유량 및 취입 시간을 증가시킨다.
상기 RH 공정은 강종에 따라 취입 가스 유량, 취입 시간 및 압력 중 적어도 하나를 다르게 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 용강 정련 방법은 버블링 공정을 포함하고, LF 공정 및 RH 공정 중 적어도 하나의 공정을 더 포함할 수 있다. 또한, 버블링 공정은 공정 조건을 변화시켜 적어도 3회 이상으로 실시하고, LF 공정 및 RH 공정 또한 공정 조건을 변화시켜 적어도 적어도 3회 이상으로 실시할 수 있다. 이렇게 버블링 공정과, LF 공정 및 RH 공정 중 적어도 하나의 공정을 공정 조건을 다르게 하여 복수회 분할 실시함으로써 용강 중의 개재물을 분리 부상시킬 수 있고, 그에 따라 용강 중의 개재물 함량을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 이후 연속 주조 공정에서의 노즐 막힘의 발생을 방지하거나 최소화할 수 있고, 최종 제품의 표면 결함을 방지하거나 최소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 용강 정련 방법을 포함하는 제강 공정의 공정 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용강 정련 방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 3은 개재물 부상 분리의 양태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 종래 예와 본 발명의 실시 예의 정련 공정 후 주편까지의 개재물 분석 결과를 도시한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 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 발명에 따른 용강 정련 방법을 포함하는 제강 공정의 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용강 정련 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다. 또한, 도 3은 개재물 부상 분리의 양태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 용강 정련 방법을 포함하는 제강 공정은 용선 예비처리 공정(S100), 전로 공정(S200), 정련 공정(S300) 및 연속 주조 공정(S400)을 포함할 수 있다. 또한, 정련 공정(S300)은 버블링 공정(S310), LF 공정(S320) 및 RH 공정(S330)을 포함할 수 있다. 이때, 버블링 공정(S310), LF 공정(S320) 및 RH 공정(S330)은 순서를 바꿔 진행할 수도 있다. 예를 들어, 버블링 공정 공정(S310), RH 공정(S330) 및 LF 공정(S320)의 순으로 진행할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 용강 정련 방법은 버블링 공정(S310)을 포함하여 LF 공정(S320) 및 RF 공정(S330) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 버블링 공정(S310)을 실시한 후 LF 공정(S320) 및 RF 공정(S330) 중 어느 하나이 공정만을 실시할 수도 있고, LF 공정(S320) 및 RF 공정(S330)을 실시하지 않고 버블링 공정(S310)만으로 이차 정련 공정을 실시할 수도 있다. 그러나, 본 발명은 버블링 공정(S310), LF 공정(S320) 및 RH 공정(S330)을 모두 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 용강 정련 방법은 출강이 완료된 용강 중의 개재물을 제거하여 용강 중의 개재물을 최소화한다. 용강의 개재물은 용존 산소의 함량에 비례한다. 즉, 용강 중의 용존 산소량이 많으면 비금속 개재물의 생성량이 증가하고, 이와 반대로 용존 산소량이 적으면 비금속 개재물의 생성량이 감소한다. 용강 중의 개재물은 전로 공정 후 출강 과정에서 합금철 투입 시 산소와 친화력이 강한 원소(Al, Ca 등)와 용존 산소의 선택적인 반응으로 생성될 수 있다. 제강 공정에 의해 생산되는 최종 제품의 청정도를 확보하기 위해서는 용강의 재산화 방지와 개재물의 흡수능, 슬래그 중의 산소 포텐셜의 저감과 슬래그 물성(점성, 융점) 제어가 중요하다. 출강이 완료된 용강의 개재물 제거 기구는 다음과 같이 크게 4 가지로 구분될 수 있다.
첫째, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 개재물과 용강의 비중 차이에 의한 개재물의 분리 부상으로, 부상 속도는 [수학식 1]의 스토크스 법칙(Stoke's Law)를 따른다.
Figure 112017125388896-pat00001
여기서, g는 중력가속도, ρ는 비중 , η은 용강의 점도, r은 개재물의 반경이다. 즉, 부상 속도는 개재물의 크기, 비중 차에 따라 차이가 발생될 수 있는데, 용강과 개재물의 비중차가 클수록, 개재물의 크기가 클수록 개재물의 분리 부상은 용이하다.
둘째, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 개재물 합체에 의한 분리 부상이다. 둘 이상의 액상 개재물이 충돌한다면 더 낮은 표면 장력을 갖기 위해 하나의 커다란 덩어리가 되는 합체 과정이 진행되어 입자의 크기가 증가되며, 스토크스 법칙에 따른 부상 속도가 결정된다. 즉, 둘 이상의 개재물이 충돌하여 개재물 입자의 크기가 증가되고, 큰 개재물 입자는 작은 개재물 입자보다 용이하게 부상될 수 있다.
셋째, 도 3(c)에 도시된 바와 같이 기포(bubble)에 의한 분리 부상이다. 기포과 개재물 입자의 충돌 기회는 기포의 크기가 작고 개재물 입자의 크기가 클수록 증가한다. 개재물의 합체는 기포와 개재물 크기에 영향을 받는데, 개재물 입자 크기가 20∼50㎛인 경우 최소 기포의 크기는 약 2∼3㎜가 적정하다. 개재물의 제거는 이론적으로 기포의 크기 감소에 의해 증가되며, 개재물의 부상에 최적인 기포의 크기는 0.5∼2.0㎜로 알려져 있다.
넷째, 래이들 내화물에 의한 개재물 제거이다. 래이들 내화물의 종류에 따라 다르지만, 개재물과 강한 화학적 친화력을 가지고 있으면 높은 개재물 흡착능을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 이론을 근거로 하여 용강 중에 함유된 개재물을 제거한다. 한편, 용선 예비처리 공정(S100), 전로 공정(S200) 및 연속 주조 공정(S400)은 일반적인 제강 공정을 따르므로 이에 대한 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 실시 예에 따른 정련 공정(S300)에 대하여 상세히 설명한다. 즉, 버블링 공정(S310), LF 공정(S320) 및 RH 공정(S330)에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
1. 버블링 공정
버블링 공정(S310)은 적어도 3회 실시할 수 있다. 즉, 버블링 공정(S310)은 1차 버블링 공정(S311), 2차 버블링 공정(S312) 및 3차 버블링 공정(S313)을 포함할 수 있다. 물론, 버블링 공정(S310)은 4차 버블링 공정을 추가로 실시할 수도 있고, 5차 버블링 공정을 추가로 더 실시할 수도 있다. 즉, 버블링 공정(S310)은 적어도 3회 이상으로 나누어 실시할 수 있다. 버블링 공정(S310)은 아르곤(Ar) 가스를 포함하는 불활성 가스를 공급하여 적어도 3회로 실시할 수 있다.
1차 내지 3차 버블링 공정(S311 내지 S313) 중 적어도 하나의 공정은 공급 가스의 유량을 다르게 하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 1차 및 2차 버블링 공정(S311 및 S312)은 동일한 유량으로 실시하고, 3차 버블링 공정(S313)은 이와는 다른 유량으로 실시할 수 있다. 구체적인 예로서, 1차 및 2차 버블링 공정(S311 및 S312)은 150∼230N㎥/Hr의 취입 유량으로 실시하고, 3차 버블링 공정(S313)은 20∼50N㎥/Hr의 취입 유량으로 실시할 수 있다. 즉, 1차 및 2차 버블링 공정(S311 및 S312)은 불활성 가스의 유량을 동일하게 하여 실시하고, 3차 버블링 공정(S313)은 1차 및 2차 버블링 공정(S311 및 S312)보다 불활성 가스의 양을 적게 하여 실시할 수 있다. 물론, 1차 및 2차 버블링 공정(S311 및 S312) 또한 불활성 가스의 양을 다르게 하여 실시할 수도 있다. 이때, 1차 버블링 공정(S311)은 2차 버블링 공정(S312)보다 가스의 양이 많을 수 있다. 또한, 1차 내지 3차 버블링 공정(S311 내지 S313)은 동일한 시간 동안 실시할 수도 있고, 어느 하나를 다른 시간 동안 실시할 수도 있다. 예를 들어, 1차 버블링 공정(S311)은 2∼10분 동안 실시하고, 2차 버블링 공정(S312)은 1∼5분 동안 실시하며, 3차 버블링 공정(S313)은 3∼15분 동안 실시할 수 있다. 다른 예로서, 1차 버블링 공정(S311)은 3∼5분 동안 실시하고, 2차 버블링 공정(S312)은 1∼3분 동안 실시하며, 3차 버블링 공정(S313)은 3∼7분 동안 실시할 수 있다. 즉, 2차 버블링 공정(S312)이 1차 버블링 공정(S311)보다 짧거나 같은 시간 동안 실시할 수도 있으며, 3차 버블링 공정(S313)은 2차 버블링 공정(S312)보다 길거나 같은 시간 동안 실시할 수도 있다. 또한, 1차 내지 3차 버블링 공정(S311 내지 S313)은 동일 시간 동안 실시할 수도 있다. 이러한 1차 내지 3차 버블링 공정(S311 내지 S313)의 불활성 가스의 공급 유량 및 공정 시간은 용선의 양, 강종 등에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 1차 버블링 공정(S311)은 강종에 따라 다른 시간 동안 실시할 수 있다. 예를 들어, 단독 탈산강, 즉 알루미늄을 이용한 탈산강은 170∼230N㎥/Hr의 아르곤 유량으로 3∼5분 동안 실시할 수 있고, 복합 탈산강, 즉 알루미늄 및 실리콘을 이용한 탈산강은 170∼230N㎥/Hr의 아르곤 유량으로 4∼7분 동안 실시할 수 있다. 즉, 동일한 가스 유량으로 단독 탈산강보다 복합 탈산강의 버블링 시간이 더 길 수 있다. 여기서, 예를 들어 170∼230N㎥/Hr의 유량으로 4∼7분 동안 실시한다는 것은 1시간 동안 170∼230N㎥ 공급되는 불활성 가스를 4∼7분 동안 공급한다는 의미이다. 물론, 1차 버블링 공정(S311)은 강종에 따라 다른 가스 유량으로 동일 시간 동안 실시할 수도 있고, 동일 가스 유량으로 동일 시간 동안 실시할 수도 있다. 1차 버블링 공정(S311)은 전로 출강 중에 투입한 합금철과 탈산재의 균일한 혼합과 전로 출강 시 발생한 알루미나 개재물의 부상 분리를 위해 강 버블링으로 실시한다. 이러한 1차 버블링 공정(S311)의 강종에 따른 공정 조건을 [표 1]에 나타내었다. 한편, 1차 버블링 공정(S311) 후 성분 분석을 실시할 수 있다.
1차 버블링 공정(S311)의 강력한 교반 에너지에 의해 대형 알루미나 개재물이 슬래그 중으로 제거될 수 있다. 그러나, 버블링 시 나탕 발생에 의한 재산화로 인해 미세한 알루미나 개재물이 발생하고, 소량의 합금철의 추가 투입으로 슬래그의 혼입에 의한 미소 개재물이 증가하게 된다. 따라서, 1차 버블링 공정(S311) 공정 후의 성분 분석에서 미세 조정을 위해 투입된 합금철의 균일 혼합 및 미세 알루미나 개재물의 부상 분리를 위해 2차 버블링 공정(S312)를 실시한다. 2차 버블링 공정(S312)은 투입된 합금철량에 따라 다른 시간 동안 실시할 수 있다. 예를 들어, 150∼200N㎥/Hr의 아르곤 유량으로 합금철량이 500㎏ 미만에서는 1∼3분, 500㎏ 이상 700㎏ 까지는 2∼5분, 700㎏ 초과에서는 3∼7분을 실시할 수 있다. 즉, 2차 버블링 공정(S312)은 합금철의 투입량이 많을수록 긴 시간 동안 실시할 수 있다.
3차 버블링 공정(S313)은 2차 버블링 공정(S312)에 의해서도 제거되지 않은 대형 알루미나 개재물을 제거하기 위해 실시할 수 있다. 이러한 3차 버블링 공정(S313)은 예를 들어 20∼50N㎥/Hr의 아르곤 유량으로 3∼7분 동안 실시할 수 있다. 따라서, 나탕 발생 및 슬래그 혼입을 최소화하고 잔류 알루미나 개재물을 부상 분리시킬 수 있다.
한편, 1차 내지 3차 버블링 공정(S311 내지 S312)은 버블링의 위치가 다를 수 있다. 즉, 1차 내지 3차 버블링 공정(S311 내지 S313)은 래이들에 투입된 랜스의 위치가 다를 수 있다. 예를 들어, 래이들 바닥으로부터 랜스 하단부까지의 거리가 1차 버블링 공정(S311)은 500㎜일 수 있으며, 2차 버블링 공정(S312)은 250㎜일 수 있고, 3차 버블링 공정(S313)은100㎜일 수 있다. 즉, 1차 버블링 공정(S311)로부터 3차 버블링 공정(S313)으로 갈수록 버블링의 위치가 낮을 수 있다. 따라서, 3차 버블링 공정(S313)의 경우 래이들 바닥에 가라앉은 개재물을 부상시킬 수 있다.
구분 1차 버블링
처리목적 유량(N㎥/Hr) 시간(분) 랜스위치
단독 탈산강 용강 균일 170∼230 3∼5
500㎜
복합 탈산강 170∼230 4∼7

구분		 2차 버블링
처리목적 합금철
투입량(㎏)		 유량
(N㎥/Hr)		 시간(분) 랜스위치
단독 탈산강
용강 균일
 >500
150∼200
 1∼3
250㎜
복합 탈산강 500~700 2∼5
700< 3∼7
구분
 3차 버블링
처리목적 유량(N㎥/Hr) 시간(분) 랜스위치
단독 탈산강 개재물
분리 부상
20∼50
3∼7
150㎜
복합 탈산강
2. LF 공정
LF 공정(S320)은 적어도 3회로 나누어 실시할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 LF 공정(S320)은 1차 버블링 공정(S321), 승온 공정(S322), 2차 버블링 공정(S323) 및 3차 버블링 공정(S324)를 포함할 수 있다. 즉, LF 공정(S320)은 적어도 3회의 버블링 공정과 적어도 1회의 승온 공정을 포함할 수 있다. 여기서, 1차 내지 3차 버블링 공정(S321, S323, S324)은 적어도 어느 하나가 다른 유량 및 다른 시간으로 실시할 수 있다. 즉, 1차 내지 3차 버블링 공정(S321, S323, S324)은 동일 유량으로 동일 시간 동안 실시할 수도 있고, 적어도 어느 하나가 다른 유량으로 다른 시간 동안 실시할 수도 있다. 예를 들어, 1차 버블링 공정(S321)은 150∼200N㎥/Hr의 유량으로 2분∼5분 동안 탑 버블링(top bubbling)으로 실시할 수 있으며, 2차 버블링(S323)은 100∼150N㎥/Hr의 유량으로 4분∼7분 동안 강 버블링을 실시할 수 있다. 또한, 3차 버블링 공정(S324)은 20∼40N㎥/Hr의 유량으로 5분∼7분 동안 버텀 버블링(bottom bubbling)으로 실시할 수 있다. LF 공정(S320)에 의한 반응식은 다음과 같다.
Ca + Al2O3 → CaO + Al
mCaO + nAl2O3 → mCaO·nAl2O3
한편, LF 공정(S320)의 1차 버블링 공정(S321)을 실시하기 이전에 슬래그 개질을 위해 CaO와 슬래그 조재제를 각각 200∼300㎏ 투입할 수 있다. 1차 버블링 공정(S321)은 용강 속의 개재물을 분리 부상시키기 위해 실시하며, CaO를 500㎏±50㎏ 투입하여 용강과 슬래그를 개질(reforming)시킬 수 있다.
LF 공정(S320) 중에 승온 공정(S322)을 실시할 수 있다. 예를 들어, 1차 버블링 공정(S321)을 실시한 후 2차 버블링 공정(S323)을 실시하기 이전에 승온 공정(S322)을 실시할 수 있다. 승온 공정(S322)은 성분 조정을 위해 합금철을 투입한 후 용강의 온도 저하에 따라 실시할 수 있다. 승온 공정(S322)은 아크를 발생시켜 슬래그의 온도를 2000∼3000℃ 정도 상승시키고, 슬래그의 온도 상승에 의해 용강의 온도가 상승되도록 한다.
2차 버블링 공정(S323)은 용강의 온도가 적정 온도로 상승한 후에 용강의 균일화를 위해 실시할 수 있다. 이때, 2차 버블링 공정(S323)은 강종 및 승온량에 따라 조재제 및 플럭스(B-Flux)를 투입하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 동일 온도(10℃)를 상승시키기 위해 필요한 에너지, 즉 승온 에너지가 4000kWh 미만일 경우 단독 탈산강 및 복합 탈산강은 조재제 및 플럭스를 각각 200㎏±50㎏ 투입할 수 있다. 또한, 동일 온도를 상승시키기 위해 필요한 에너지가 4000∼10000kWh일 경우 단독 탈산강은 조재제 및 플럭스를 각각 300㎏±50㎏ 및 200㎏±50㎏ 투입할 수 있고, 복합 탈산강은 조재제 및 플럭스를 각각 100㎏±50㎏ 및 150㎏±50㎏ 투입할 수 있다. 그리고, 동일 온도를 상승시키기 위해 필요한 에너지가 10000kWh를 초과할 경우 단독 탈산강은 조재제 및 플럭스를 각각 300㎏±50㎏ 및 250㎏±50㎏ 투입할 수 있고, 복합 탈산강은 조재제 및 플럭스를 각각 200㎏±50㎏ 및 200㎏±50㎏ 투입할 수 있다. 그리고, 2차 버블링 공정(S323)은 강종 및 승온 에너지에 따라 아르곤 가스의 공급량이 다를 수 있다. 예를 들어, 승온 에너지가 4000kWh 미만일 경우 단독 탈산강은 아르곤을 100N㎥/5Hr 공급하고, 복합 탈산강은 아르곤을 130N㎥/5Hr 공급할 수 있다. 즉, 단독 탈산강은 100N㎥을 5시간 동안 공급하는 양으로 소정 시간 동안 공급하고, 복합 탈산강은 130N㎥을 5시간 동안 공급하는 양으로 소정 시간 동안 공급할 수 있다. 또한, 승온 에너지가 4000∼10000kWh일 경우 단독 탈산강은 아르곤을 120N㎥/6Hr 공급하고, 복합 탈산강은 아르곤을 140N㎥/5Hr 공급할 수 있다. 그리고, 승온 에너지가 10000kWh 초과일 경우 단독 탈산강은 아르곤을 130N㎥/7Hr 공급하고, 복합 탈산강은 아르곤을 150N㎥/6Hr 공급할 수 있다.
3차 버블링 공정(S324)은 승온과 합금철 투입에 의한 용강 교반이 완료된 후 개재물 부상 분리를 위해 실시할 수 있다. 3차 버블링 공정(S324)을 실시하여 알루미나 개재물의 무해화 및 분리 부상을 촉진시킨다. 3차 버블링 공정(S324)은 강종 및 승온량(즉, 승온 에너지)에 따라 아르곤 가스의 공급량이 다를 수 있다. 예를 들어, 승온 에너지가 4000kWh 미만일 경우 단독 탈산강은 아르곤을 20N㎥/5Hr 공급하고, 복합 탈산강은 아르곤을 30N㎥/6Hr 공급할 수 있다. 또한, 승온 에너지가 4000∼10000kWh일 경우 단독 탈산강은 아르곤을 30N㎥/6Hr 공급하고, 복합 탈산강은 아르곤을 40N㎥/6Hr 공급할 수 있다. 그리고, 승온 에너지가 10000kWh 초과일 경우 단독 탈산강 및 복합 탈산강은 아르곤을 각각 40N㎥/7Hr 공급할 수 있다.
2차 버블링 공정(S323)의 승온 에너지에 따른 조재제 및 플럭스 투입량은 [표 4]와 같고, 승온 에너지에 따른 Ar 유량 및 시간은 [표 5]와 같다. 그리고, 3차 버블링 공정(S324)의 승온과 합금철 투입후 용강 균일화를 위한 Ar 유량 및 시간은 [표 6]과 같다.

구분
 LF 승온 에너지(KWh)
≤ 4000 4000∼10000 ≥10000
조재제(kg) 플럭스(kg) 조재제(kg) 플럭스(kg) 조재제(kg) 플럭스(kg)
단독 탈산강 200±50 200±50 300±50 200±50 300±50 250±50
복합 탈산강 - - 100±50 150±50 200±50 200±50
CaO투입량 500kg±50

구분
 LF 승온 에너지(KWh)
≤ 4000 4000~10000 ≥10000
Ar 하취유량(N㎥/Hr) Ar 하취유량(N㎥/Hr) Ar 하취유량(N㎥/Hr)
단독 탈산강 100/5 120/6 130/7
복합 탈산상 130/5 140/5 150/6

구분
 LF승온 에너지(KWh)
≤ 4000 4000~10000 ≥10000
Ar 하취유량(N㎥/Hr) Ar 하취유량(N㎥/Hr) Ar 하취유량(N㎥/Hr)
단독 탈산강 20/5 30/6 40/7
복합 탈산강 30/6 40/6 40/7
3. RH 공정
RH 공정(S330)은 적어도 3회의 환류 공정을 포함할 수 있다. 즉, RH 공정(S330)은 1차 환류 공정(S331), 2차 환류 공정(S332), 3차 환류 공정(S333) 및 4차 환류 공정(S334)을 포함할 수 있다.
1차 환류 공정(S331)은 용강 중에 함유된 수소, 질소, 산소 등을 제거하기 위해 실시한다. 1차 환류 공정(S331)은 용강의 환류 가스를 140∼200N㎥/Hr의 유량으로 공급하고 진공도가 1∼2Torr의 압력에서 10분∼20분 정도 실시할 수 있다. 또한, 1차 환류 공정(S331)은 강종에 따라 환류 가스의 공급량을 다르게 하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 단독 탈산강은 140N㎥의 유량을 공급하고, 복합 탈산강은 180N㎥의 유량을 공급하며, 탄소가 10 내지 30ppm 함유된 강은 200N㎥의 유량을 공급하여 실시할 수 있다. 강종에 따른 환류 시간 및 압력은 동일할 수 있다.
한편, 용강을 진공 상태에서 환류시키면 개재물이 저하되므로 RF 공정 중에 미세 조정용 합금철을 투입한 후 2차 및 3차 환류 공정(S332 및 S333)을 실시할 수 있다. 2차 및 3차 환류 공정(S332, S333)은 강종에 환류 가스의 유량, 압력 및 시간을 조절하여 실시할 수 있다. 2차 환류 공정(S332)은 150∼200N㎥/Hr의 유량으로 0.5∼5 Torr의 압력에서 20분∼25분 동안 실시하고, 3차 환류 공정(S333)은 100∼200N㎥/Hr의 유량으로 0.5∼2 Torr의 압력에서 15분∼25분 동안 실시할 수 있다. 즉, 3차 환류 공정(S333)은 2차 환류 공정(S332)에 비해 동일하거나 적은 가스 유량으로 동일하거나 낮은 압력에서 동일하거나 짧은 시간 동안 실시할 수 있다. 물론, 3차 환류 공정(S333)이 2차 환류 공정(S332)보다 많은 가스 유량으로 높은 압력에서 긴 시간 동안 실시할 수도 있다. 여기서, 단독 탄산강은 150N㎥/Hr의 유량으로 5Torr의 압력에서 20분 동안 2차 환류 공정(S332)을 실시한 후 100N㎥/Hr의 유량으로 2Torr의 압력에서 15분 동안 3차 환류 공정(S333)을 실시할 수 있다. 복합 탄산강은 180N㎥/Hr의 유량으로 5Torr의 압력에서 20분 동안 2차 환류 공정(S332)을 실시한 후 100N㎥/Hr의 유량으로 2Torr의 압력에서 15분 동안 3차 환류 공정(S333)을 실시할 수 있다. 그런데, 탄소가 10∼30ppm 함유된 강은 2차 및 3차 환류 공정(S332, S333)를 나누어 실시하지 않고 200N㎥/Hr의 유량으로 0.5Torr의 압력에서 25분 동안 실시할 수 있다. 이렇게 2차 및 3차 환류 공정(S332, S333)를 실시함으로써 용강 중의 개재물과 기포가 서로 접촉하여 알루미나 개재물의 응집 및 분리 부상으로 개재물 부상 제거가 촉진된다.
4차 환류 공정(S334)은 분리 부상된 알루미나 개재물을 제거하기 위해 실시한다. 즉, 4차 환류 공정(S334)은 개재물 분리를 위한 최종 처리 작업니다. 4차 환류 공정(S334)은 1.5∼2Torr의 압력에서 3시간 정도 실시할 수 있다. 이때, 4차 환류 공정(S334)은 강종에 따라 다른 조건에서 실시할 수 있다. 예를 들어, 단독 탈산강은 1.5Torr의 압력에서 3시간 동안 실시할 수 있고, 복합 탈산강은 2Torr의 압력에서 3시간 동안 실시할 수 있다.
RH 공정(S330)의 강종에 따른 공정 조건은 [표 7]과 같다.
대상 강종
 1차 환류 2차 환류 3차 환류 4차 환류
N㎥/Torr/분 N㎥/Torr/분 N㎥/Torr/분 Torr/분
단독 탈산강 140/2/15 150/5/20 100/2/15 1.5/3
복합 탈산상 180/2/15 180/5/20 100/2/15 2/3
10~30ppm 탄소강 200/2/15 200/0.5/25 - -
또한, RH 공정에 의한 용강 환류량 계산식은 다음과 같다.
Q = 114 × G1/3 × D4/3 × [Ln·(Po/P)]1/3
여기서, Q는 용강 환류량(ton/min), G는 환류 가스량(N㎥/min), D는 침적관 지름(0.73m), Po는 대기압(torr), P는 진공압력(torr)이다. 합금철 투입 후 환류 속도는 환류량에 직접 관계가 있으므로 용강의 순환량은 환류 속도(W=Ton/Min)로 표시되며 환류 가스량에 의하여 변화된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 용강 정련 방법은 버블링 공정(S310)을 포함하고, LF 공정(S320) 및 RH 공정(S330) 중 적어도 하나의 공정을 더 포함할 수 있다. 또한, 버블링 공정(S310)은 공정 조건을 변화시켜 적어도 3회 이상으로 실시하고, LF 공정(S330) 및 RH 공정(S330) 또한 공정 조건을 변화시켜 적어도 적어도 3회 이상으로 실시할 수 있다. 이렇게 버블링 공정(S310), LF 공정(S320) 및 RH 공정(S330)을 각각 공정 조건을 다르게 하여 복수회 분할 실시함으로써 용강 중의 개재물을 분리 부상시킬 수 있고, 그에 따라 용강 중의 개재물 함량을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 이후 연속 주조 공정에서의 노즐 막힘의 발생을 방지하거나 최소화할 수 있고, 최종 제품의 표면 결함을 방지하거나 최소화시킬 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시 예와 종래 예에 따른 용강의 정련 방법을 설명하고, 그에 따른 결과를 설명하면 다음과 같다.
종래 예
종래 예로서, 버블링 공정은 Ar을 180N㎥/Hr의 유량으로 공급하여 6분간 실시하였다. 버블링 공정을 실시한 후 LF 공정은 버텀 버블링(Buttom Bubbling)으로 60N㎥/Hr의 유량으로 3분 동안 실시하고, 10℃당 2500kw/h을 승온한 후 40N㎥/Hr의 유량으로 3분 동안 약 버블링을 실시하였다. 또한, RH 공정은 7Torr의 압력에서 200N㎥/Hr의 유량으로 1차 환류하고, 50Torr의 압력에서 200N㎥/Hr의 유량으로 15분 동안 2차 환류한 후 10Torr의 압력에서 3분 동안 3차 환류를 실시하였다.
실시 예
버블링 공정은 1차, 2차 및 3차 버블링 공정으로 나누어 실시하였다. 1차 버블링은 용강 균일 목적으로 단독 탈산강 및 복합 탈산강 모두 200N㎥/Hr으로 3분간 실시하며 랜스 위치는 래이들 바닥에서 랜스 하단부까지 거리 500㎜로 하였다. 2차 버블링은 용강 균일 목적으로 단독 탈산강 및 복합 탈산강 모두 170N㎥/Hr의 유량을 실시하며, 합금철 투입량에 따라 처리 시간을 다르게 하였다. 즉, 500㎏ 미만은 1분, 500㎏ 이상 700㎏ 이하는 2분, 700㎏ 초과는 3분을 실시하였다. 이때, 랜스 위치는 래이들 바닥에서 랜스 하단부까지 거리 250㎜로 하였다. 또한, 3차 버블링은 개재물 부상 분리를 목적으로 단독 탈산강 및 복합 탈산강 모두 30N㎥/Hr의 유량으로 5분 동안 실시하며, 랜스 위치는 래이들 바닥에서 랜스 하단부까지 거리 150㎜로 하였다. 즉, 버블링 공정은 종래와는 다르게 복수회 나누어 실시하였다.
또한, LF 공정은 CaO와 슬래그 조재제를 각각 200∼300㎏ 투입 후 용강속에 있는 개재물을 분리 부상시키기 위하여 하부에서 3분간 Ar을 150N㎥/Hr, CaO를 500㎏±50㎏ 투입하여 용강과 슬래그를 개질(reforming)시키는 탑 버블링으로 1차 버블링을 실시하였다. 이어서, 성분 조정을 위한 합금철을 투입하고, 그에 따라 용강의 온도가 저하되므로 아크를 발생시켜 슬래그의 온도를 2000∼3000℃까지 상승시켜 용강의 온도를 상승시켰다. 이어서, 용강의 균일화를 위해 Ar을 150N㎥/Hr의 유량으로 공급하여 강 버블링을 실시하면서 승온량에 따른 조재제 및 플럭스를 투입하고, 합금철 투입에 의한 용강 교반이 완료된 후 개재물 분리부상을 위하여 버텀 버블링을 승온량에 따라 Ar 유량을 20∼40N㎥으로 5∼7분 정도 2차 버블링을 실시하였다. 이어서, 단독 탈산강 및 복합 탈산강 모두 20N㎥로 5분간 버블링하여 Al2O3 개재물을 분리부상시키는 3차 버블링을 실시하였다. 즉, LF 공정은 종래와는 다르게 복수회 나누어 실시하였다.
RH 공정으로는, 용강속에 함유된 수소, 질소, 산소 등을 제거하기 위해 2Torr 압력에서 15분 동안 1차 환류 처리하였다. 이때, 단독 탈산강, 복합 탈산강 및 10 내지 30ppm의 탄소강은 각각 환류 가스 유량을 140N㎥/Hr, 180N㎥/Hr 및 200N㎥/Hr 공급하여 실시하였다. 이어서, 단독 탈산강 및 복합 탈산강은 미세 조정용 합금철을 투입한 후에 환류 가스 유량을 각각 150N㎥/Hr 및 180N㎥/Hr으로 하고 5Torr의 압력에서 20분 동안 2차 환류 처리하였다. 이어서, 단독 탈산강 및 복합 탈산강은 환류 가스 유량을 각각 100N㎥/Hr으로 하고 2Torr의 압력에서 15분 동안 3차 환류 처리하였다. 한편, 탄소가 10∼30ppm 함유된 강은 0.5Torr의 압력에서 25분간 200N㎥/Hr로 환류시켰다. 그리고, 단독 탈산강 및 복합 탈산강은 각각 1.5Torr 및 2Torr의 압력에서 3분간 3차 환류시켰다. 즉, RH 공정은 종래보다 낮은 압력에서 4회 실시하였다.
도 4은 종래 예 및 본 발명의 실시 예에 따른 버블링으로부터 연주 공정까지의 개재물의 갯수를 도시한 그래프이다. 종래 예(A)의 경우 버블링, LF 및 RH 공정을 거친 용강 내에는 약 251개의 개재물이 함유된다. 그러나, 본 발명의 경우 개재물의 양이 종래 예보다 줄어들게 된다. 즉, 버블링 및 LF 공정을 거친 경우(B) 용강 내에 154개의 개재물이 잔류하며, 버블링 및 RH 공정을 거친 경우(C) 용강 내에 172개의 개재물이 잔류한다. 또한, 이러한 종래 예 및 본 발명의 실시 예에 따른 용강이 연속 주조 공정을 거치면서 개재물이 변화될 수 있는데, 종래 예의 경우(A) 턴디쉬 내에서 개재물이 254이고, 주형 내에서 개재물이 134이며, 주편에는 78개 잔류하게 된다. 그러나, 본 발명의 버블링 및 LF 공정(B)을 거친 경우 턴디쉬 내에서 개재물이 106이고, 주형 내에서 개재물이 90이며, 주편에는 57개 잔류하게 된다. 또한, 본 발명의 버블링 및 RH 공정을 거친 경우(C) 턴디쉬 내에서 개재물이 153이고, 주형 내에서 개재물이 70이며, 주편에는 48개 잔류하게 된다. 따라서, 본 발명의 경우 종래 예에 비해 개재물이 양이 줄어들 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 정련 과정에서 생성된 개재물의 크기를 보면, 버블링 공정만을 실시한 경우 개재물은 10㎛ 이하의 크기가 95%, 20㎛ 이하의 크기는 0.90%가 발견되었다. 즉, 발생된 전체 개재물의 크기 중에서 10㎛ 이하의 크기가 95%, 20㎛ 이하의 크기는 0.90%가 발견되었다. 그러나, 버블링 및 LF 공정을 실시한 경우와 버블링 공정 및 RH 공정을 실시한 경우에는 개재물 크기가 10㎛ 이하가 99.07%, 20㎛ 이하는 0.93%이 발견되었다. 즉, 본 발명에 따른 정련 공정을 통해 용강 내에 20㎛ 이상의 개재물이 발견되지 않았다. 따라서, 후속 연속 주조 공정 시 용강을 배출하는 침적 노즐에 Al2O3의 개재물의 부착 현상이 적어 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있고, 최종 제품의 표면 결함을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (13)

  1. 용강 중의 개재물을 제거하기 위한 정련 방법에 있어서,
    버블링 공정을 실시한 후 LF 공정 및 RH 공정 중 적어도 하나의 공정을 실시하며,
    상기 버블링 공정은 취입 가스 유량 및 취입 시간을 포함하는 공정 조건 중 적어도 상기 취입 가스의 유량 조건이 다른 적어도 3회의 버블링을 포함하는 용강의 정련 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 LF 공정은 취입 가스 유량 및 취입 시간을 포함하는 공정 조건 중 적어도 하나의 공정 조건이 다른 적어도 3회의 버블링과 적어도 1회의 승온 공정을 포함하며,
    상기 RH 공정은 취입 가스 유량, 취입 시간 및 압력을 포함하는 공정 조건 중 적어도 하나의 공정 조건이 다른 적어도 3회의 환류 공정을 포함하는 용강의 정련 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 버블링 공정은 1차 내지 3차 버블링을 포함하고, 상기 1차 버블링은 상기 2차 버블링에 비해 많거나 같은 취입 가스 유량을 길거나 같은 시간 취입하고, 상기 3차 버블링은 상기 2차 버블링에 비해 적은 취입 가스 유량으로 길거나 같은 시간 취입하는 용강의 정련 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 1차 내지 3차 버블링 각각은 강종에 따라 다른 공정 조건으로 실시하는 용강의 정련 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 2차 버블링은 합금철의 투입량에 따라 다른 공정 조건으로 실시하는 용강의 정련 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 2차 버블링은 합금철의 투입량이 증가할수록 취입 시간이 증가하는 용강의 정련 방법.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 1차 내지 3차 버블링은 버블링의 위치를 다르게 하는 용강의 정련 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 2차 버블링은 1차 버블링보다 낮은 위치에서 버블링하며, 상기 3차 버블링은 2차 버블링보다 낮은 위치에서 버블링하는 용강의 정련 방법.
  9. 청구항 2에 있어서, 상기 LF 공정은 4차 내지 6차 버블링을 포함하고, 상기 4차 버블링은 상기 5차 버블링에 비해 많거나 같은 취입 가스 유량을 짧거나 같은 시간 취입하고, 상기 6차 버블링은 상기 5차 버블링에 비해 적은 취입 가스 유량으로 길거나 같은 시간 취입하는 용강의 정련 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 LF 공정은 상기 4차 내지 6차 버블링 공정 사이에 적어도 1회의 승온 공정을 실시하는 용강의 정련 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 승온 공정 후의 버블링 공정은 승온량 및 강종에 따라 취입 가스 유량 및 취입 시간 중 적어도 하나를 다르게 하여 실시하는 용강의 정련 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 승온량이 많을수록 취입 가스 유량 및 취입 시간을 증가시키는 용강의 정련 방법.
  13. 청구항 2에 있어서, 상기 RH 공정은 강종에 따라 취입 가스 유량, 취입 시간 및 압력 중 적어도 하나를 다르게 하는 용강의 정련 방법.
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