KR102454518B1

KR102454518B1 - Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법

Info

Publication number: KR102454518B1
Application number: KR1020217024334A
Authority: KR
Inventors: 다케시 무라이; 도시유키 이토; 하루카 나카무라; 겐고 마츠다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2022-10-13
Also published as: KR20210109597A; EP3940088B1; EP3940088A4; EP3940088A1; WO2020183841A1; CN113490755A

Abstract

RH 진공 탈가스 장치를 사용하여 용강을 정련하는 방법에 있어서, 진공 탈탄 처리에 이어 Al 에 의한 용강의 탈산 처리를 실시한 후에, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내에 용강 온도보다 융점이 높은 플럭스를 첨가하고, 계속해서, Ti 원을 첨가하는 Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법. 또, 플럭스를 소정량 첨가하고, RH 진공 탈가스 장치에서 Ti 원을 첨가한 후의 용강 환류 시간 t₁ 과, RH 처리 종료부터 연속 주조를 위한 턴디시에의 용강 주입 개시까지의 반송 시간 t₂ 가, 하기 식 (식 중, G : 환류 가스 유량, P : 진공도, P₀ : 대기압, W_M : 용강 중량, 및 D : 취과 내 용강탕면부 직경) 을 만족하도록 조정한다. 190(G·ln(P₀/P)/W_M)^1/3·t₁＋ 11.8(D²/W_f)·t₂≤ 1800

Description

Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법{Method for producing Ti-containing ultralow-carbon steel}

본 발명은, RH 진공 탈가스 장치에 있어서, Ti 함유 극저탄소강을, 높은 Ti 수율로 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, Ti 를 함유하는 극저탄소강은, 전로 등의 1 차 정련로에서 조탈탄 처리를 실시하고, 취과 (取鍋) 에 출강한 후, RH 진공 탈가스 장치에서 극저탄소 레벨까지의 진공 탈탄을 실시하고, Al 첨가에 의한 탈산 처리를 거친 용강에 Ti 원을 첨가하여 용제한다.

Ti 는, Al 과 마찬가지로 산화력이 강한 원소이며, 또, 일반적으로 Ti 원은 Al 원보다 고가이므로, Ti 함유 강을 용제하는 경우에는, 취과 내의 용강을 Al 의 첨가에 의한 탈산 처리 후에 Ti 원을 첨가함으로써 용존 산소와 Ti 의 반응을 억제하여, Ti 의 수율을 확보하고 있다.

그러나, Al 에 의한 탈산 처리에 의해 용강의 산소 포텐셜은 저하하지만, 취과 내의 용강 상에 FeO 나 MnO 등의 저급 산화물을 함유하는 산소 포텐셜이 높은 슬래그가 부유하고 있는 경우, 용강 중의 Ti 와 슬래그 중의 저급 산화물의 반응, 즉 재산화 반응이 계속하여 진행되어, Ti 가 산화물이 되어 버림으로써 Ti 의 수율이 저하한다. 그 때문에, 상기 재산화 반응을 억제하기 위하여, 슬래그의 조성을 제어하는 방법이 다수 제안되어 있다.

이 대책으로서 취과 내의 슬래그에 Al 등의 탈산제 (환원제라도도 한다) 를 첨가하여, 슬래그를 환원하는 방법이 채용되고 있고, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, Al 의 재산화를 억제하기 위하여, 정련로로부터 취과로의 출강 직후, 미탈산 상태의 용강 상에서 부유하는 슬래그 상에 탈산제를 첨가하여 슬래그 중의 FeO 를 환원하는 방법이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, Al 의 재산화를 억제하기 위하여, 슬래그 상에 탈산제를 첨가함과 함께, 용강 성분과 슬래그의 반응성을 저하시키기 위해, 그 후, MgO 원을 첨가하여 슬래그 중 MgO 농도를 13 % 이상으로 제어하고, 슬래그 중의 고상률을 증가시켜, 슬래그의 유동성을 저하시키는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3 에는, 슬래그 중의 SiO₂ 와 용강 중 Ti 의 반응을 억제하기 위하여, 슬래그에 TiO₂ 원을 첨가하여 슬래그 중 TiO₂ 농도를 5 % 이상으로 제어하는 방법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평2-30711호 일본 공개특허공보 2015-183259호 일본 공개특허공보 2001-355018호

그러나, 상기의 방법에서는, 슬래그 조성 제어용의 원료를 첨가할 때에, 슬래그의 조성, 양이 분명하지 않기 때문에, 원료의 첨가량을 결정할 수 없거나, 혹은, 첨가 후의 슬래그의 조성이 원하는 범위로부터 벗어나 버리는 경우가 있다.

또, 특허문헌 1 이나 2 와 같이 슬래그에 탈산제를 첨가하여 저급 산화물을 저감했다고 해도, 용강이 미탈산 상태에서 처리를 실시하면 용강 중의 산소 포텐셜과 평형하도록 슬래그의 산소 포텐셜이 증가, 즉, 저급 산화물이 증가하여, 용강 탈산 후의 재산화원이 되거나, 혹은 그것을 방지하기 위해 과잉의 탈산재의 첨가가 필요해진다는 문제점이 있다.

특허문헌 3 에 개시된 기술은, 설비로서 VOD 를 사용하고 있고, 용강의 Al 탈산에 의해, 슬래그 중의 저급 산화물은, 평형하는 농도까지 환원된다고 되어 있지만, RH 진공 탈가스 처리에서는, 슬래그-메탈 반응은 느려, 실제로는, Ti 수율에 영향을 주는 저급 산화물이 잔류하고 있거나, 그것을 방지하려면, 과잉의 Al 을 투입하거나 해야 하는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 취과 내의 용강 중 Ti 의 슬래그에 의한 재산화를 방지하여, Ti 함유 극저탄소강을 높은 Ti 수율로 안정적으로 제조하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 용강보다 융점이 높고 밀도가 낮은 플럭스를 RH 진공 탈가스 장치의 진공조에 투입하고, 용강과 슬래그 간을 차폐함으로써 Ti 첨가 후의 재산화를 억제할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 개발했다. 상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법은, RH 진공 탈가스 장치를 사용하여 용강을 정련할 때, 진공 탈탄 처리에 이어 Al 에 의한 용강의 탈산 처리를 실시한 후에, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내에 용강 온도보다 융점이 높은 플럭스를 첨가하고, 계속해서, Ti 원을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관련된 Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법은,

(a) 상기 플럭스를 소정량 첨가하고, RH 진공 탈가스 장치에서 Ti 원을 첨가한 후의 용강 환류 시간 t₁ 과, RH 처리 종료부터 연속 주조를 위한 턴디시에의 용강 주입 개시까지의 반송 시간 t₂ 가, 하기 (1) 식 ((1) 식 중, t₁ : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 환류 시간 (s), G : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 환류용 가스 유량 (Nm³/s), P : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 조 내 진공도 (Pa), P₀ : 대기압 (101325 Pa), W_M : 용강 중량 (kg), t₂ : RH 처리 종료부터 턴디시에의 용강 주입 개시까지의 반송 시간 (s), D : 취과 내 용강탕면부 직경 (m), W_f : 용강 온도보다 융점이 높은 플럭스의 첨가량 (kg) 을 나타낸다.) 을 만족하도록 조정하는 것,

190(G·ln(P₀/P)/W_M)^1/3·t₁＋ 11.8 (D²/W_f)·t₂≤ 1800 ···(1)

(b) 상기 용강 환류 시간 t₁ 및 상기 반송 시간 t₂ 를 사전에 결정하고, 상기 플럭스의 첨가량 W_f 가, 상기 (1) 식을 만족하도록 계산하여 첨가하는 것,

(c) 상기 플럭스를 소정량 첨가한 후, 상기 Ti 원의 첨가를 개시할 때까지의 시간 t₃ 이 하기 (A) ~ (C) 식 ((A) ~ (C) 식 중, t₃ : RH 진공 탈가스 장치에서의 플럭스 첨가부터 Ti 원 첨가까지의 환류 시간 (s), H : 취과 내 용강 깊이 (m), u_P : 용강 중의 플럭스 입자의 종단 (終端) 속도 (m/s), U_u : 취과 내 용강 평균 상승 유속 (m/s), ρ_p : 플럭스 밀도 (kg/㎥), ρ_M : 용강 밀도 (kg/㎥), g : 중력 가속도 (9.8 m/s²), μ_M : 용강 점도 (Pa·s), d_p : 플럭스 평균 입자경 (m), Q : 용강 환류량 (kg/s), S : 취과탕면 위치 면적 (㎡), d_i : 침지 관경 (m) 을 나타낸다.) 을 만족하는 것

이 보다 바람직한 해결 수단이 될 수 있을 것이라고 생각된다.

t₃＞ H/(u_p＋ U_u) ···(A)

u_p = (4·(ρ_p- ρ_M)²·g²/(225ρ_M·μ_M))^1/3·d_p ···(B)

U_u= Q/ρ_M/(S - π/4·d_i ²) ···(C)

본 발명에 의하면, 슬래그와 용강을 플럭스에 의해 차단하여, 용강 환류 시간 및 RH 처리 종료부터 턴디시에의 주입 개시까지의 반송 시간을 제어함으로써, 용강 중 Ti 의 슬래그에 의한 재산화가 억제되어, Ti 의 수율 저하를 억제하는 것이 가능해져, 공업상 유익한 효과가 얻어진다. 또, 과잉의 플럭스의 사용을 저감할 수 있는 장점도 있다. 또한, 플럭스의 부상 시간을 확보함으로써, 용강 중 Ti 의 슬래그에 의한 재산화를 보다 억제할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시에 사용하는 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2 는 본 발명의 방법을 적용한 경우의 (1) 식 좌변으로 계산한 Ti 농도 감소 지수 R_Ti 와 실조업에 있어서의 Ti 농도 감소량비 Δ_Ti 의 관계와 플럭스 첨가부터 Ti 원 첨가까지의 환류 시간 t₃ 의 영향을 나타내는 그래프이다.

발명자들은, 과제를 해결하는 데에 있어서, 이하와 같이 생각했다.

용강 중의 Ti 의 슬래그에 의한 재산화 반응은, 슬래그 중의 저급 산화물과 용강 중의 탈산 원소의 반응이다. 그래서, 슬래그와 용강 간을 물리적으로 차단하면 반응은 진행되지 않는다고 생각했다. 그래서, 차폐물로서 단체로는 용강 온도에서 용융하지 않고, 용강보다 저밀도의 플럭스를 투입하는 것으로 했다. 방법으로서는, RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내 용강에 플럭스를 투입시켰다. 그 플럭스가 환류하고 있는 용강류를 타고 RH 진공 탈가스 장치의 침지관을 통하여 취과 내 용강 중에 분산한다. 플럭스는 용강보다 저밀도이기 때문에, 용강 중을 부상하고, 취과탕면 상의 슬래그의 용강과 접하고 있는 측을 피복하여, 용강과 슬래그를 차단하게 된다. 또, 플럭스의 투입 시기로서는, 용강의 미탈산 처리 중인 경우, 용강 중의 산소 포텐셜과 평형하도록 투입한 플럭스층 중에 저급 산화물이 생성되어 버리기 때문에, 용강을 Al 로 탈산한 후에 첨가하면 된다고 생각했다.

또, 플럭스에 의해 슬래그-용강 계면을 차단했다고 해도, 장시간 유지하고 있으면, 침윤, 확산에 의해, 또한, 용강이 교반되어 있으면 더 짧은 시간이어도 용강 성분과 슬래그 성분의 반응이 일어나, 재산화 억제의 효과가 작아진다.

먼저, RH 진공 탈가스 장치에서, 극저탄소강 용제 시의 용강에 대한 Ti 첨가 후의 Ti 농도 거동을 조사했다. 비교로서, 전로로부터의 출강 시에 용강과 슬래그를 탈산 (이하, 슬래그 탈산) 한 후, 즉, 슬래그 중에 저급 산화물이 적은 상태에서 RH 진공 탈가스 장치에서의 용강 환류 중에 Ti 를 첨가한 후의 Ti 농도 거동도 조사했다.

그 결과, 극저탄소강 용제 시에는, 슬래그 탈산 처리를 실시한 경우와 비교해, Ti 농도의 감소량이 대폭 증가했다. 그래서, 극저탄소강 용제 시의 Al 로의 용강 탈산 후, MgO 를 진공조 내로부터 첨가하고, 그 후, Ti 를 첨가하고, Ti 농도 거동을 조사한 바, Ti 농도의 감소량은, MgO 를 첨가하고 있지 않은 경우보다 대폭 감소했다.

그러나, MgO 를 첨가한 경우여도, 슬래그 탈산 처리를 실시한 경우와 동등하게 Ti 농도 감소량이 억제되고 있는 경우도 있다면, Ti 농도 감소량이 그다지 작아져 있지 않은 경우도 있어, 큰 편차를 가지고 있었다. 이 편차는 RH 처리 종료 시에 Ti 농도 감소로서 나타나는 경우도 있고, RH 처리 종료 시에는 슬래그 탈산 처리를 실시한 경우와 동등해도, RH 처리 종료 후, 용강을 유지한 취과를 턴디시 상으로 반송하고, 용강을 주입한 턴디시 내의 용강까지 Ti 농도 감소로서 나타나는 경우도 있었다. 이것은 RH 에서의 Ti 첨가부터 턴디시 주입까지의 환류 처리, 반송, 유지 시간의 영향이라고 생각하고, Ti 첨가 후의 시간 경과에 의한 Ti 농도 감소량 R_Ti 를 조사했다.

그 결과, 편차는 있었지만, Ti 첨가부터 턴디시 주입까지의 시간이 길면 Ti 농도 감소량이 많은 경향이 되었다. 그래서, (1) Ti 를 첨가한 후의 RH 에서의 용강 환류 시간 t₁ (s) 과, (2) RH 처리 종료부터 연속 주조를 위한 턴디시에의 용강 주입 개시까지의 반송 시간 t₂(s) 로 나누어 검토했다. Ti 농도 감소 지수 R_Ti 는 하기 (2) 식로 나타내는 것으로 한다.

R_Ti= k₁t₁＋ k₂t₂ ···(2)

여기서,

k₁ : 용강 환류 시의 Ti 산화 반응의 반응 속도 정수,

k₂ : RH 처리 종료 후, 턴디시 주입까지의 반송 시의 Ti 산화 반응의 반응 속도 정수

를 나타낸다.

＜1. 용강 환류 시간의 영향＞

여기서, RH 에서의 용강 환류 처리 중의 용강 중의 Ti 와 슬래그의 반응에 대해서는 용강에 부여되고 있는 교반력과 상관이 있다고 생각된다. RH 에서의 용강 환류 처리 중의 취과 내 용강의 교반 동력 밀도 ε (W/t) 는 하기 (3) 식으로 나타낸다.

ε∝U²·Q/W_M ···(3)

여기서,

U : RH 진공 탈가스 장치의 하강 측 침지관 내의 용강 유속 (m/s),

Q : 용강 환류량 (kg/s),

W_M : 취과 내 용강 중량 (kg)

을 나타낸다.

또, 용강 환류량 Q (kg/s) 는 일반적으로 하기 (4) 식이 사용된다.

Q∝G^1/3·d^4/3·(ln(P₀/P))^1/3 ···(4)

여기서,

G : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 환류용 가스 유량 (Nm³/s),

P : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 조 내 진공도 (Pa),

P₀ : 대기압 (101325 Pa),

d : RH 침지관 내경 (m)

을 나타낸다.

(4) 식으로부터 RH 진공 탈가스 장치의 하강 측 침지관 내의 용강 유속 U (m/s) 는 하기 (5) 식로 나타낸다.

U = Q/((π/4)·d²·ρ_M) ···(5)

여기서

ρ_M : 용강 밀도 (kg/㎥)

를 나타낸다.

(3) 식에 (4) 및 (5) 식을 대입하면 하기 (6) 식이 얻어진다.

ε∝G·ln(P₀/P)/W_M ···(6)

또, 용강 환류 시의 물질 이동 속도는 교반 동력 밀도의 1/3 에 비례한다고 일컬어지고 있기 때문에, 반응 속도 정수 k₁ 은 상기 (6) 식으로부터 하기 (7) 식이 구해진다.

k₁∝ε^1/3∝(G·ln(P₀/P)/W_M)^1/3 ···(7)

＜2. 반송 시간의 영향＞

한편, RH 처리 종료부터 턴디시 주입까지의 반송 시간 t₂ 중의 용강 중 Ti 와 슬래그의 반응에 대해서는, 그 반응 속도는 용강-슬래그 간의 차단층의 두께에 반비례한다고 생각하고, 반송 중의 반응 속도 정수 k₂ 는 하기 (8) 식으로 나타낸다.

k₂∝1/L ···(8)

여기서,

L : 용강보다 융점이 높은 플럭스에 의한 차단층 두께 (m)

를 나타낸다.

차단층 두께 L 은 하기 (9) 식으로 나타낸다.

L = W_f/ρ_f/(π/4·D²) ···(9)

여기서,

ρ_f : 차단층 겉보기 밀도 (kg/㎥)

를 나타낸다.

ρ_f 는 산화물이면 대력 일정하다고 생각되므로, (8) 및 (9) 식을 합쳐, 하기 (10) 식이 얻어진다.

k₂∝D²/W_f ···(10)

＜Ti 감소량＞

상기 (7) 및 (10) 식을 (2) 식에 더하여, Ti 농도 감소 지수 R_Ti 를 하기 (11) 식으로 나타낸다.

R_Ti= A(G·ln(P₀/P)/W_M)^1/3·t₁＋ B(D²/W_f)·t₂ ···(11)

여기서,

A, B : 정수

를 나타낸다.

조업 조건, 처리 시간 등을 변화시켜, 슬래그 탈산 처리한 경우보다 Ti 감소량이 많은 조건을 회귀 분석함으로써, (11) 식의 정수 A 및 B, 그리고 슬래그 탈산 처리한 경우의 Ti 농도 감소 지수 R_Ti 를 산출했다. 그 결과, A = 190, B = 11.8 및 R_Ti = 1800 이 얻어졌다. 즉, (11) 식 우변이 1800 이하이면, Ti 감소량은 슬래그 탈산 처리한 경우와 동등해진다는 것이다. 이로써, (1) 식의 관계가 얻어졌다.

190(G·ln(P₀/P)/W_M)^1/3·t₁＋ 11.8(D²/W_f)·t₂≤ 1800 ···(1)

따라서, RH 진공 탈가스 장치를 사용한 Ti 함유 극저탄소강의 제조에 있어서는, 진공 탈탄 처리에 이어 Al 에 의한 용강의 탈산 처리를 실시한 후에, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내에 용강 온도보다 융점이 높은 플럭스를 첨가하고, 계속해서, Ti 원을 첨가함으로써, Ti 의 산화 감량을 적게 하여, Ti 함유 극저탄소강을 제조할 수 있다. 또, 소정량의 플럭스를 첨가한 후에, (1) 식을 만족하도록, Ti 를 첨가한 후의 RH 에서의 용강 환류 시간 t₁ 과, RH 처리 종료부터 연속 주조를 위한 턴디시에의 용강 주입 개시까지의 반송 시간 t₂ 를 조정함으로써, Ti 의 산화 감량을 슬래그 탈산 처리와 동등하게 할 수 있어 바람직하다. 또한, 용강 환류 시간 t₁ 및 반송 시간 t₂ 를 사전에 결정해 두고, (1) 식을 만족하는 양의 플럭스 W_f 를 첨가하면, 플럭스의 사용량도 최소화할 수 있어, 보다 바람직하다. 예를 들어, 용강의 환류 시간 t₁ 은, 300 톤의 취과이면, 통상, 180 ~ 480 s 정도이며, 반송 시간 t₂ 는, 설비의 배치나 조업 조건에 따라 다르기도 하지만, 1200 ~ 3600 s 정도이다. 환류 시간이 지나치게 짧으면 Ti 농도가 불균일해질 우려가 있고, 환류 시간이 지나치게 길면, 내화물의 용손이나 Ti 감량의 증가, 용강 온도의 저하가 염려된다. 반송 시간의 하한은, 설비의 배치에 의존하고, 너무 반송 시간이 길면 Ti 감량의 증가나 용강 온도의 저하가 염려된다. 또한, 플럭스의 양은, 용강 환류 시의 교반에 의해서도, 차단층이 파괴되지 않도록 최저의 두께 3 mm 가 바람직하고, 30 mm 초과하여 첨가해도 Ti 산화의 차단 효과가 포화하기 때문에, 차단층으로 하는 플럭스의 두께 L 은 3 ~ 30 mm 의 범위가 바람직하고, 5 ~ 10 mm 의 범위가 더욱 바람직하다. 따라서, 플럭스의 첨가량은, 취과의 직경에 따라 다르기도 하지만 용강 1 톤당 0.3 ~ 3.0 kg 의 범위가 바람직하고, 0.4 ~ 1.0 kg 의 범위가 더욱 바람직하다.

＜플럭스 부상 시간의 확보＞

또, 플럭스를 소정량 첨가한 후, 즉시 Ti 원을 첨가하면, 플럭스가 취과 내용강을 부상하여 슬래그-용강 계면을 차단하기 전에, 첨가하여 용강 중에 용해한 Ti 와 슬래그 중의 저급 산화물이 반응해 버릴 염려가 있다. 그래서, Ti 원을 첨가하기 전에 플럭스의 부상하는 시간을 확보하는 것을 생각했다.

액체 중의 액체보다 밀도가 작은 입자의 부상 속도는, 액체의 상하 방향의 유속 U_u (m/s) 와 정지욕에서의 입자의 종단 속도 u_P(m/s) 의 합이 된다. 입자의 종단 속도 u_P 는 일반적으로 하기 (D) 식으로 나타낸다.

u_P = (4/3·d_p/C_D·｜ρ_P- ρ_M｜/ρ_M)^1/2 ···(D)

식 중, ρ_p : 플럭스 밀도 (kg/㎥),

ρ_M : 용강 밀도 (kg/㎥),

d_p : 플럭스 평균 입자경 (m)

을 나타낸다.

여기서, C_D 는 항력 계수로 불리고, 레이놀즈 (Re) 수에 의존한다. 본 발명의 대상인 RH 처리 중의 취과 내 용강 중의 플럭스 입자의 운동에 관한 Re 수 (2 ~ 500) 에서는 Allen 의 식에 의해 C_D = 10/Re^1/2 로 나타낸다. 여기서, 레이놀드수 Re = d_p·u_p·ρ_M/μ_M 이다. Allen 의 식에 근거하여, 입자의 종단 속도 u_P 는 하기 (B) 식이 된다.

u_p = (4·(ρ_p- ρ_M)²·g²/(225ρ_M·μ_M))^1/3·d_p ···(B)

식 중, g : 중력 가속도 (9.8 m/s²),

μ_M : 용강 점도 (Pa·s)

를 나타낸다.

또, 취과 내에 있어서, RH 에서의 용강 환류 중에는 용강 하강 측의 침지관의 바로 아래는 하강류이지만, 그 이외의 영역을 상승류라고 생각하면, 그 영역의 평균 상승 유속 U_U 는 하기 (C) 식으로 나타낸다.

U_u = Q/ρ_M/(S - π/4·d_i ²) ···(C)

식 중, Q : 용강 환류량 (kg/s),

S : 취과탕면 위치 면적 (㎡),

d_i : 침지 관경 (m)

을 나타낸다.

RH 진공조 내 용강에 첨가된 플럭스는 환류를 타고, 일단 취과 저부까지 도달하고, 그곳으로부터 유속 U_U (m/s) 의 상승류를 타고 상승한다고 생각하면, 플럭스 입자가 취과 저부로부터 용강-슬래그 계면까지 상승하는 시간 t_U (s) 는, 취과 내 용강 깊이를 H (m) 로 하고, 하기 (E) 식으로 나타낸다.

t_U= H/(u_P＋ U_u) ···(E)

이 상승 시간 t_U 후에는 슬래그-용강 계면이 플럭스로 충분히 차단되게 되기 때문에, 플럭스 첨가 후, t_U 이상 경과 후에 Ti 원을 첨가하면, Ti 와 슬래그 중저급 산화물의 반응을 보다 억제할 수 있다고 생각되기 때문에, 플럭스 첨가 후, Ti 원을 첨가 개시할 때까지의 시간 t₃ 은 하기 (A) 식을 만족하는 것이 바람직하다.

t₃＞ H/(u_p＋ U_u) ···(A)

RH 진공 탈가스 장치에서의 플럭스 첨가부터 Ti 원 첨가까지의 환류 시간 t₃ 이 지나치게 길어도, Ti 의 재산화 감소의 억제에 주는 영향은 포화하는 데다가, 처리 비용의 증대를 초래하게 된다. 또한, t₃ 의 상한은, 첨가하는 플럭스량이나, 장치의 사이즈에 의존하지만, 60 s 정도로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 적합 실시형태의 개략도인 도 1 을 참조하여 본 발명의 방법을 설명한다.

전로에서 탈탄 정련을 실시하고, 얻어진 용강 (1) 과 슬래그 (2) 를 취과 (3) 에 출강한다. 용강 (1) 은 미탈산 상태로 하지만, 취과 (3) 내의 용강 (1) 을 덮고 있는 슬래그 (2) 상에는 Al 함유 슬래그 개질제를 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, Al 함유 슬래그 개질제는 슬래그 (2) 상에 분산시켜 첨가할 수 있으면, 특별히 전용의 첨가 설비를 사용할 필요는 없다.

그 후, RH 진공 탈가스 장치에 반송된 취과 (3) 를 승강 장치 (도시 생략) 에서 상승시켜, 상승 측 침지관 (4) 및 하강 측 침지관 (5) 을 취과 (3) 내의 용강 (1) 에 침지시킨다. 그리고, Ar 가스 취입관 (6) 으로부터 상승 측 침지관 (4) 내에 Ar 가스를 취입함과 함께, 진공조 (7) 내를 배기 장치 (도시 생략) 로 배기하여 진공조 (7) 내를 감압한다. 진공조 (7) 내가 감압되면, 취과 (2) 내의 용강 (1) 은, Ar 취입관 (6) 으로부터 취입되는 Ar 과 함께 상승 측 침지관 (4) 을 상승하여 진공조 (7) 내로 유입되고, 그 후, 하강 측 침지관 (5) 을 통하여 취과 (3) 로 돌아가는 흐름, 이른바, 환류를 형성하여 RH 진공 탈가스 정련이 실시된다.

용강이 미탈산인 상태에서는, 이 RH 진공 탈가스 정련에 의해 탈탄 반응이 진행된다. 탈탄 종료 후, 용강 중의 용존 산소 농도를 측정하고, 그 산소를 탈산하는 데에 필요로 하는 양 및 필요 조성분의 금속 Al 을 진공조 (7) 내의 용강에 투입 슈트 (9) 로부터 첨가하여, 용강 (1) 을 탈산한다. 그 후, 진공조 (7) 내의 용강에 투입 슈트 (9) 로부터 플럭스를 첨가하여, 용강 (1) 과 슬래그 (2) 사이에 플럭스에 의한 차단층 (8) 을 형성한다. 이 플럭스는 슬래그와 용강을 차단하여, 강 중의 Ti 나 Al 이 산화되는 것을 억제하기 위해서 사용되는 것이고, Al 이나 Ti 와 탈산력이 동등 이상의 원소의 산화물이고, 용강 온도에서 용융되지 않을 것이 필요하다. 예를 들어, Al₂O₃ 나 MgO, CaO 가 예시되고, 이들을 주성분으로 하는 보크사이트나 생석회, 마그네시아 벽돌 부스러기, 또는 돌로마이트와 같은 화합물 등도 사용할 수 있다.

그 후, 바람직하게는 (A) 식을 만족하는 시간 t₃ 경과 후에, 진공조 (7) 내의 용강에 투입 슈트 (9) 로부터 Ti 원을 소정량 첨가하고, 바람직하게는 (1) 식을 만족하도록 RH 환류 처리 시간 t₁, 턴디시에의 주입까지의 반송 시간 t₂ 를 조정한다. RH 의 환류 처리 시간 t₁ 은 짧은 편이 좋지만, 첨가한 Ti 가 용강 중에 균일하게 혼합될 때까지의 시간을 미리 측정해 두고, 그 이상의 시간을 확보하는 것이 바람직하다.

실시예

탄소 농도가 0.02 ~ 0.06 질량% 인 약 300 톤의 용강을 전로로부터 내경 3.2 m 의 취과에 미탈산 상태인 채 출강하고, 출강 후, RH 진공 탈가스 장치로 진공 탈탄 처리를 실시하여, 탄소 농도를 0.003 질량% 이하까지 저하시켰다. 탈탄 후, 용강 중 용존 산소 농도에 알맞는 양의 금속 Al 을 첨가하고, 그 후, 진공조 내 용강에 소정량의 MgO 를 첨가했다. t₃(s) 경과 후, 진공조 내에 금속 Ti 를 첨가했다. 첨가 후, RH 로 환류 처리를 실시하고, 연속 주조용의 턴디시까지 취과를 반송하고, 용강의 주입을 개시했다. 그때의 RH 의 Ti 첨가 후의 용강 환류 시간 t₁, 턴디시까지의 반송 시간 t₂ 를 변화시켰다. 취과 내 용강의 약 절반을 턴디시에 주입한 단계에서, 턴디시 내의 용강의 샘플을 채취하고, 분석에 제공했다. 비교로서, 진공조 내 용강에 MgO 를 첨가하지 않고 Ti 를 첨가한 경우도 실시했다.

표 1 에 처리 조건 및 결과를 나타낸다. 처리 조건 1 ~ 25 의 Ti 농도 감소량비 Δ_Ti 는, 비교예로 한 진공조 내 용강에 MgO 를 첨가하지 않고 Ti 를 첨가한 처리 조건 26 ~ 30 의 평균의 Ti 농도 감소량과의 비로 평가했다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 처리 조건 1 ~ 25 는 진공조 내 용강에 MgO 를 첨가한 경우이며, 진공조 내 용강에 MgO 를 첨가하지 않은 처리 조건 26 ~ 30 에 비교해 Ti 농도의 감소가 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 진공조 내 용강에 MgO 를 첨가하고, (1) 식을 만족하는 용강 환류 시간, 반송 시간 및 플럭스 첨가량으로 처리를 실시한 처리 조건 11 ~ 25 에서는, 더욱 Ti 농도의 감소가 억제되어 있었다. 표 1 의 처리 조건 1 ~ 25 에 대해, 가로축에 (1) 식 좌변으로 계산한 Ti 농도 감소 지수 R_Ti 를, 세로축에 실조업에 있어서의 Ti 농도 감소량비 Δ_Ti 를 취하고, 플롯하여, R_Ti 와 Δ_Ti 의 관계를 도 2 에 나타낸다. R_Ti 와 Δ_Ti 는 상당히 상관이 있는 것을 알 수 있다. 또, (A) 식을 만족하는 시간 t₃ 의 조건을 ○ 표로, 만족하지 않는 조건을 △ 로 플롯했다. 동일하게 Ti 농도 감소 지수 R_Ti 여도, (A) 식을 만족하는 조건이 Ti 농도 감소량비 Δ_Ti 를 보다 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 용강과 슬래그 사이에 차단층을 형성함으로써 슬래그에 의한 Ti 의 산화 감량을 억제할 수 있었다. 이 기술은, Ti 함유 강의 제조 이외에도 슬래그-메탈 반응을 억제할 필요가 있는 강종에 적용 가능하다.

1 : 용강
2 : 슬래그
3 : 취과
4 : 상승 측 침지관
5 : 하강 측 침지관
6 : Ar 가스 취입관
7 : 진공조
8 : 차단층
9 : 투입 슈트

Claims

RH 진공 탈가스 장치를 사용하여 용강을 정련하는 방법에 있어서, 진공 탈탄 처리에 이어 Al 에 의한 용강의 탈산 처리를 실시한 후에, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내에 용강 온도보다 융점이 높은 플럭스를 첨가하고, 계속해서, Ti 원을 첨가하고,
상기 플럭스를 소정량 첨가하고, RH 진공 탈가스 장치에서 Ti 원을 첨가한 후의 용강 환류 시간 t₁ 과, RH 처리 종료부터 연속 주조를 위한 턴디시에의 용강 주입 개시까지의 반송 시간 t₂ 가, 하기 (1) 식을 만족하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법.
190(G·ln(P₀/P)/W_M)^1/3·t₁＋ 11.8 (D²/W_f)·t₂ ≤ 1800 ···(1)
여기서,
t₁ : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 환류 시간 (s),
G : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 환류용 가스 유량 (Nm³/s),
P : RH 진공 탈가스 장치에서의 Ti 원 첨가 후의 조 내 진공도 (Pa),
P₀ : 대기압 (101325 Pa),
W_M : 용강 중량 (kg),
t₂ : RH 처리 종료부터 턴디시에의 용강 주입 개시까지의 반송 시간 (s),
D : 취과 내 용강탕면부 직경 (m),
W_f : 용강 온도보다 융점이 높은 플럭스의 첨가량 (kg)
을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 용강 환류 시간 t₁ 및 상기 반송 시간 t₂ 를 사전에 결정하고, 상기 플럭스의 첨가량 W_f 가, 상기 (1) 식을 만족하도록 계산하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법.
RH 진공 탈가스 장치를 사용하여 용강을 정련하는 방법에 있어서, 진공 탈탄 처리에 이어 Al 에 의한 용강의 탈산 처리를 실시한 후에, 상기 RH 진공 탈가스 장치의 진공조 내에 용강 온도보다 융점이 높은 플럭스를 첨가하고, 계속해서, Ti 원을 첨가하고,
상기 플럭스를 소정량 첨가한 후, 상기 Ti 원의 첨가를 개시할 때까지의 시간 t₃ 이 하기 (A) ~ (C) 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법.
t₃＞ H/(u_p＋ U_u) ···(A)
u_p= (4·(ρ_p- ρ_M)²·g²/(225ρ_M·μ_M))^1/3·d_p ···(B)
U_u= Q/ρ_M/(S - π/4·d_i ²) ···(C)
여기서,
t₃ : RH 진공 탈가스 장치에서의 플럭스 첨가부터 Ti 원 첨가까지의 환류 시간 (s),
H : 취과 내 용강 깊이 (m),
u_P : 용강 중의 플럭스 입자의 종단 속도 (m/s),
U_u : 취과 내 용강 평균 상승 유속 (m/s),
ρ_p : 플럭스 밀도 (kg/㎥),
ρ_M : 용강 밀도 (kg/㎥),
g : 중력 가속도 (9.8 m/s²),
μ_M : 용강 점도 (Pa·s),
d_p : 플럭스 평균 입자경 (m),
Q : 용강 환류량 (kg/s),
S : 취과탕면 위치 면적 (㎡),
d_i : 침지 관경 (m)
을 나타낸다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 플럭스를 소정량 첨가한 후, 상기 Ti 원의 첨가를 개시할 때까지의 시간 t₃ 이 하기 (A) ~ (C) 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 Ti 함유 극저탄소강의 제조 방법.
t₃＞ H/(u_p＋ U_u) ···(A)
u_p= (4·(ρ_p- ρ_M)²·g²/(225ρ_M·μ_M))^1/3·d_p ···(B)
U_u= Q/ρ_M/(S - π/4·d_i ²) ···(C)
여기서,
t₃ : RH 진공 탈가스 장치에서의 플럭스 첨가부터 Ti 원 첨가까지의 환류 시간 (s),
H : 취과 내 용강 깊이 (m),
u_P : 용강 중의 플럭스 입자의 종단 속도 (m/s),
U_u : 취과 내 용강 평균 상승 유속 (m/s),
ρ_p : 플럭스 밀도 (kg/㎥),
ρ_M : 용강 밀도 (kg/㎥),
g : 중력 가속도 (9.8 m/s²),
μ_M : 용강 점도 (Pa·s),
d_p : 플럭스 평균 입자경 (m),
Q : 용강 환류량 (kg/s),
S : 취과탕면 위치 면적 (㎡),
d_i : 침지 관경 (m)
을 나타낸다.