KR102155413B1

KR102155413B1 - Rh 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법

Info

Publication number: KR102155413B1
Application number: KR1020180070695A
Authority: KR
Inventors: 안효종; 김해곤; 박근호
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2020-09-11
Also published as: KR20190143132A

Abstract

RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법에 관한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법은 RH 진공탈가스 공정 후 용강 내 탄소 농도 목표값을 결정하는 단계; 래들(ladle)에 수용된 용강에 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하는 단계; 및 상기 용강 내 탄소 농도 목표값에 따라 추가 탈탄하는 단계;를 포함한다.

Description

RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법 {METHOD FOR DETERMINING DECARBURIZATION TIME IN RH VACUUM DEGASSING PROCESS}

본 발명은 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 극저탄소강 제조를 위한 RH 진공탈가스 공정시, 탈탄 종료 시점을 보다 정확하게 예측하여, 탈산 시간을 단축할 수 있는 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법에 관한 것이다.

고로에서 출선된 용선은, 탈린 등 예비 처리를 거쳐 용강으로 제조되어 래들(ladle)에 출강된다. 상기 용강은, 1차 정련 및 2차 정련을 거쳐 용강 내 성분이 조정되고, 연속 주조 공정을 통해 반제품으로 성형된다. 이때, 상기 2차 정련은 상기 1차 정련된 용강에 포함된 성분을 요구 조건에 맞도록 미세 조정하는 공정이며, 상기 2차 정련은 탈가스 공정을 포함하며, 상기 탈가스 공정은 RH(Ruhrstahl Heraeus) 진공 탈가스 장치 등을 이용하여 용강 내 탄소, 질소, 산소 및 수소 등을 제거하는 공정이다.

극저탄소강은 강 중의 탄소함량을 0.002 중량% 이하인 극저 수준으로 제어한 강으로서 최근 자동차용 강판이나 박판 등의 소재로 사용되는 고급강이다. 이러한 극저탄소강은 전로 정련 이후에 2차 정련을 필수적으로 수행하여 용강 내 탄소 함량을 극한으로 제어하고 있다. 이러한 극저탄소강 제조시, RH 진공탈가스 공정에서 탈탄 반응을 통한 용강 내 탄소 농도의 저감은 매우 중요하다.

RH 진공탈가스 공정시 용강 내 탄소농도를 목표치로 제어하기 위해서는, 정확한 탈탄종료시점을 결정하는 것이 필요하다. 그러나, 탈가스 공정시 탄소 농도 제어는 2차 용강의 초기 조건(전로 출강된 용강 탄소 함량, RH 도착시 용강 내 산소 농도)과 RH 탈가스 설비 조건 등 다양한 변수가 있기 때문에, 목표로 하는 탄소 농도의 제어가 매우 어렵다. 또한, 정련 불량을 방지하기 위해 목표 탄소 농도 이하로만 조업하는 경우 탈탄시간을 연장하여 RH 탈가스 조업 시간이 길어지게 되며, 스팀 사용량이 증가되어 원가 손실이 증가하는 문제가 있었다.

한편, RH 진공탈가스 공정시 샘플링을 통한 용강 내 탄소 농도를 확인할 수 있으나, 샘플 분석에 소요되는 시간이 길어 실제 조업에서는 사용하기에 한계가 있는 실정이다.

본 발명과 관련한 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2000-0045515호(공개일: 2000.07.15. 발명의 명칭: 전로 조업에서 용강 내 탄소농도 제어방법 및 장치)가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 탈탄 종료 시점을 보다 정확하게 예측할 수 있는 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 진공 탈가스 이후, 용강 내 탄소 농도 편차를 최소화 할 수 있는 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 생산성 및 경제성이 우수한 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법은 RH 진공탈가스 공정 후 용강 내 탄소 농도 목표값을 결정하는 단계; 래들(ladle)에 수용된 용강에 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하는 단계; 및 상기 용강 내 탄소 농도 목표값에 따라 추가 탈탄하는 단계;를 포함하며, 상기 혼합가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO₂)를 포함하며, 상기 추가 탈탄은, 하기 식 1에 따른 추가 탈탄 시간에 따라 수행된다:

[식 1]

용강 내 탄소 농도 목표값(ppm) = -2.725 * ln(추가 탈탄 시간(분)) + 15.729

한 구체예에서 상기 식 1은, 초기 탄소 농도가 서로 다른, 복수 개의 용강시료를 준비하는 단계; 상기 복수 개의 용강시료에 대하여, 각각 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하는 단계; 상기 1차 탈탄된 용강시료를 추가 탈탄하고, 추가 탈탄시간의 경과에 따른 용강 중 탄소 농도를 측정하여 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 데이터를 이용하여 추가 탈탄시간의 경과에 따른, 용강 중 탄소 농도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계;를 포함하여 도출될 수 있다.

한 구체예에서 상기 용강 내 탄소 농도 목표값은 0.002 중량% 이하일 수 있다.

본 발명의 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 적용시 탈탄 종료 시점을 보다 정확하게 예측 가능하여 탈탄 공정 시간을 단축하며, 진공 탈가스 이후, 용강 내 탄소 농도 편차를 최소화 할 수 있고, 전력 및 스팀 사용량을 절감하여, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 RH 진공탈가스 장치를 나타낸 것이다.
도 3(a)는 산소 미취입 조건으로 RH 탈가스 공정시, 진공조 내부에 발생하는 혼합가스 농도 변화를 나타낸 것이며, 도 3(b)는 산소 취입 조건을 적용하여 RH 탈가스 공정시, 진공조 내부에 발생하는 혼합가스 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 통상적인 RH 탈가스 공정 조업 패턴을 나타낸 것이다.
도 5는 통상적인 RH 탈가스 공정 중 탈탄 시간 경과에 따른 용강 내 탄소 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 초기 탄소 농도가 상이한 복수 개의 용강 샘플에 대하여, 탈탄 시간을 일괄적으로 적용하여 RH 탈가스 공정을 수행한 후의 용강 내 탄소 농도를 측정한 그래프이다.
도 7은 종래 진공 탈가스 공정시, 진공조 내부의 혼합가스 농도에 도달한 시점에서의 용강 내 탄소 농도를 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명에 따른 RH 진공탈가스 공정시, 1차 탈탄 이후 추가 탈탄 시간에 따른 용강 내 탄소 농도를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법

본 발명의 하나의 관점은 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 탈탄시간 결정방법은 (S10) 용강 내 탄소농도 목표값 결정단계; (S20) 1차 탈탄단계; 및 (S30) 추가 탈탄단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로 상기 탈탄시간 결정방법은 (S10) RH 진공탈가스 공정 후 용강 내 탄소 농도 목표값을 결정하는 단계; (S20) 래들(ladle)에 수용된 용강에 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하는 단계; 및 (S30) 상기 용강 내 탄소 농도 목표값에 따라 추가 탈탄하는 단계;를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.

(S10) 용강 내 탄소농도 목표값 결정단계

상기 단계는 RH 진공탈가스 공정 후 용강 내 탄소농도 목표값 결정단계이다. 예를 들면, 상기 용강 내 탄소농도 목표값은 0.002 중량%(20ppm) 이하일 수 있다. 상기 목표값으로 제어시 극저탄소강 제조가 용이할 수 있다.

(S20) 1차 탈탄단계

상기 단계는 래들(ladle)에 수용된 용강에 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하는 단계이다.

도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 RH 진공탈가스 장치를 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 진공탈가스 장치(1000)는 래들(10)에 수용된 용강(m)을 흡상하여 내부에서 탈탄하는 진공조(20);를 포함한다. 진공조(20)는, 진공조(20) 하부에 위치되어 용강이 흡상되어 내부로 취입되는 침적관(30); 진공조(20) 상부에 위치되어 진공조(20) 내부를 감압하는 압력조절수단(40); 진공조(20) 상부에 위치되어 산소를 공급하는 산소공급관(50); 진공조(20) 상부 측면에 위치되어 진공조(20) 내부에 발생하는 배가스를 배출시키는 제1 배출관(60);을 포함한다.

상기 도 2를 참조하면, 침적관(30)은 하나 이상 포함될 수 있다. 예를 들면, 침적관(30)과 연결된 환류가스 공급부(70)에서 환류가스를 진공조(20) 내부에 투입하여 상기 취입된 용강을 탈탄할 수 있다. 구체적으로 침적관(30)은, 상기 환류시 용강이 상승하여 취입되는 침적관(30) 및 용강이 하강하여 래들(10)로 이동하는 하강 침적관(32)을 포함할 수 있다. 구체예에서 상기 환류가스는 아르곤(Ar) 가스를 사용할 수 있다. 감압된 진공조(20) 내에서 용강 중의 탄소와 산소가 반응하여, 탈탄 반응이 진행된다.

한 구체예에서 상기 혼합가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO₂)를 포함한다. 상기 탈탄반응으로 발생하는 일산화탄소 및 이산화탄소는, 하기 반응식 1 내지 3에 의해 생성될 수 있다:

[반응식 1]

C + O → CO(g)

[반응식 2]

CO + O → CO₂(g)

[반응식 3]

C + 2O → CO₂(g).

한편, 도 3(a)는 산소 미취입 조건으로 RH 탈가스 공정시, 진공조 내부에 발생하는 혼합가스 농도 변화를 나타낸 것이며, 도 3(b)는 산소 취입 조건(TOB, Top Oxygen Blowing)을 적용하여 RH 탈가스 공정시, 진공조 내부에 발생하는 혼합가스 농도 변화를 나타낸 그래프이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스의 농도는 RH 탈가스 공정이 수행되고, 진공조 내부의 진공도가 상승함에 따라 용강의 탈탄 반응에 의해 급격히 증가하며, 공정 시간이 경과됨에 따라 감소하게 되며, 상기 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점은, 상기 반응식 1 내지 3에 따른 탈탄 반응이 정체되는 탈탄 정체 시점임을 알 수 있다. 따라서, 상기 진공조 내부의 혼합가스 농도까지 1차 탈탄을 수행하고, 추가 탈탄을 수행하는 경우, 종래 탈탄 공정보다 탈탄 시간을 단축할 수 있어, 경제성 및 생산성이 우수할 수 있다.

(S30) 추가 탈탄단계

상기 단계는 상기 용강 내 탄소 농도 목표값에 따라 추가 탈탄하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 추가 탈탄은, 하기 식 1에 따른 추가 탈탄 시간에 따라 수행된다:

[식 1]

용강 내 탄소 농도 목표값(ppm) = -2.725 * ln(추가 탈탄 시간(분)) + 15.729.

상기 식 1에 따라 추가 탈탄시간을 적용시, 종래 탈탄 공정보다 탈탄 종료 시점을 보다 정확하게 예측 가능할 수 있고, 탈탄 시간을 단축하여 경제성 및 생산성이 우수할 수 있다.

한편, 도 4는 통상적인 극저탄소강 제조시 RH 탈가스 공정 조업 패턴을 나타낸 것이다. 상기 도 4를 참조하면, RH 탈가스 공정 중 탈탄 공정은 18분 이상 소요되며, 이후 약 11분 동안 알루미늄을 투입하여 탈산을 수행하며, 개재물을 제거하고, 용강 성분을 미세 조정하여 완료될 수 있다.

도 5는, 통상적인 RH 탈가스 공정 중 탈탄 시간 경과에 따른 용강 내 탄소 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 도 5를 참조하면, 종래 탈탄 공정은 정련 불량을 방지하기 위해 탈탄 종료 시점에서 안전 인자(safety factor)를 고려한 탈탄 시간을 적용하였다. 따라서 종래는 탈탄시간이 연장되어 RH 탈가스 조업 시간이 길어지게 되며, 스팀 사용량이 증가되어 원가 손실이 증가하는 문제가 있었다. 반면, 본 발명의 식 1에 따른 용강 내 탄소 농도 목표값에 따른 추가 탈탄시간을 적용하는 경우, 탈탄 시간을 종래보다 단축하여, 경제성 및 생산성이 우수할 수 있다.

도 6은 초기 탄소 농도가 상이한 복수 개의 용강에 대하여 탈탄 시간을 일괄적(18분)으로 적용하여 RH 탈가스 공정을 수행한 후의 용강 내 탄소 농도를 측정한 그래프이다. 상기 도 6을 참조하면, 래들에 수강된 시점의 탄소 농도(초기 탄소 농도)가 상이한 용강에 대하여 일괄적인 탈탄 시간을 적용시, 용강 내 탄소 농도의 편차가 발생하는 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 식 1에 따른 용강 내 탄소 농도 목표값에 따른 추가 탈탄시간을 적용하는 경우, 용강의 초기 농도와 관계 없이 목표로 하는 용강 내 탄소 농도를 달성할 수 있다.

도 7은 종래 진공 탈가스 공정시, 진공조 내부의 혼합가스 농도에 도달한 시점에서의 용강 내 탄소 농도를 나타낸 것이다. 상기 도 7을 참조하면, 혼합가스의 농도에 따른 용강 내 탄소 농도의 편차가 심하여, 종래와 같이 일괄적인 탈탄 시간을 적용시, 용강 내 탄소 농도의 편차가 발생하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법을 적용시, 래들에 수강된 초기 용강 내 탄소 농도와 관계 없이, 탈탄 종료 시점을 보다 정확하게 예측 가능하여 탈탄 공정 시간을 단축하며, 진공 탈가스 이후, 용강 내 탄소 농도 편차를 최소화 할 수 있고, 전력 및 스팀 사용량을 절감하여, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예 및 비교예

실시예

(1) 용강 내 탄소 농도 목표값에 따른 추가 탈탄시간 관계식 도출

초기 탄소 농도가 서로 다른, 복수 개의 용강시료를 준비하여 래들에 수강하고, 상기 복수 개의 용강시료가 수강된 래들에 대하여, 각각 도 2와 같은 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하였다. 그 다음에 상기 1차 탈탄된 용강시료를 추가 탈탄하고, 추가 탈탄시간의 경과에 따른 용강 중 탄소 농도를 측정하여 데이터를 획득하고, 상기 데이터를 이용하여 추가 탈탄시간의 경과에 따른, 용강 중 탄소 농도 사이의 상관 관계식을 도출하였다.

도 8은, 본 발명에 따른 RH 진공탈가스 공정시, 1차 탈탄 이후 추가 탈탄 시간에 따른 용강 내 탄소 농도를 나타낸 그래프이다. 상기 도 8을 참조하면, 추가 탈탄 시간 경과에 따라 용강 중 탄소 농도 값의 편차가 감소하였으며, 이에 따라 강종 별 용강 내 탄소 농도 목표값을 달성하기 위한 추가 탈탄 시간을 정밀하게 예측 가능함을 알 수 있었다. 또한, 상기 데이터를 이용하여 추가 탈탄시간의 경과에 따른, 하기 식 1과 같은 용강 중 탄소 농도 사이의 상관 관계식을 도출하였다.

[식 1]

(2) RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정

RH 진공탈가스 공정 후 용강 내 탄소 농도 목표값을 10.5ppm으로 결정하고, 래들(ladle)에 수용된 용강에 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스(일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO₂)) 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 10분 동안 1차 탈탄하였다. 또한 상기 식 1에 따라 도출된 추가 탈탄 시간을 적용하여, 상기 용강 내 탄소 농도 목표값에 따라 추가 탈탄하였다:

[식 1]

상기 식 1에 따라 계산된 추가 탈탄 시간은 6분으로 총 16분 동안 탈탄을 수행하였다. 상기 탈탄 이후, 실제로 측정된 용강 내 탄소 함량은 10.3ppm 이었다. 반면, 상기 실시예와 동일한 용강에 대하여 18분 동안 탈탄 수행시, 측정된 용강 내 탄소 함량은 9.3ppm 이었다. 이를 통해, 본 발명은 탈탄 종료 시점을 보다 정확하게 예측 가능하여 탈탄 공정 시간을 종래보다 약 2분 단축할 수 있으며, 전력 및 스팀 사용량을 절감하여, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있었다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

10: 래들 20: 진공조
30: 침적관 32: 하강 침적관
40: 압력조절수단 50: 산소공급관
60: 제1 배출관 70: 환류가스 공급부
1000: 진공 탈가스 장치
m: 용강

Claims

RH 진공탈가스 공정 후 용강 내 탄소 농도 목표값을 결정하는 단계;
래들(ladle)에 수용된 용강에 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하는 단계; 및
상기 용강 내 탄소 농도 목표값에 따라 추가 탈탄하는 단계;를 포함하며,
상기 혼합가스는 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO₂)를 포함하며,
추가 탈탄은, 하기 식 1에 따른 추가 탈탄 시간에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법이며,
상기 식 1은, 초기 탄소 농도가 서로 다른, 복수 개의 용강시료를 준비하는 단계;
상기 복수 개의 용강시료에 대하여, 각각 RH 진공탈가스 장치의 침적관을 침적하여, 진공조 내부로 용강을 흡상 및 환류하여 탈탄을 수행하되, 상기 진공조 내 배가스 중 혼합가스 농도가 2.0 부피%에 도달하는 시점까지 1차 탈탄하는 단계;
상기 1차 탈탄된 용강시료를 추가 탈탄하고, 추가 탈탄시간의 경과에 따른 용강 중 탄소 농도를 측정하여 데이터를 획득하는 단계; 및
상기 데이터를 이용하여 추가 탈탄시간의 경과에 따른, 용강 중 탄소 농도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계;를 포함하여 도출되는 것을 특징으로 하는 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법:
[식 1]
용강 내 탄소 농도 목표값(ppm) = -2.725 * ln(추가 탈탄 시간(분)) + 15.729
삭제
제1항에 있어서,
상기 용강 내 탄소 농도 목표값은 0.002 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 RH 진공탈가스 공정시 탈탄시간 결정방법.