KR19980029593A

KR19980029593A - 저탄소강의 산화정련방법

Info

Publication number: KR19980029593A
Application number: KR1019960048883A
Authority: KR
Inventors: 김동식; 장준섭; 오유철; 김혁
Original assignee: 서순화; 기아특수강 주식회사
Priority date: 1996-10-26
Filing date: 1996-10-26
Publication date: 1998-07-25
Also published as: KR100191010B1

Abstract

본 발명은 전기로 산화정련공정에서 0.1%∼0.3%C의 저탄소강의 신속탈탄 및 저산소용강의 제조방법을 개시한다. 본 발명은 전기로 용락시에 출강 탄소량에 대한 용락 탄소량의 비를 종래에 비하여 크게 조정하여 용락때의 자유산소량을 최소한으로 억제한다. 산화정련 초, 중기에는 산소취입속도를 크게 하므로써 신속탈탄을 행하고, 산화정련말기에는 산소취입속도와 가탄속도를 제어하여 산화정련후(출강전)의 자유산소량을 종래에 비하여 낮고 협폭인 100-200ppm으로 최소화한다. 위와 같은 방법으로 산화정련을 완료한 후 출강시 제재하고 통상의 저산소기술을 채택하여 레이들에서 Al탈산과 플럭스 투입에 의한 슬래그 정련을 행한다. 이 후, 강교반하에서 진공탈가스 처리, 주조 및 열간압연을 통하여 저탄소강의 산소함량이 15ppm이하가 되는 최종제품을 안정적으로 제조한다.

Description

저탄소강의 산화정련방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기로 산화정련공정에서 용락탄소량[C%]/출강 탄소량[C%]과 탈탄속도의 관계를 보여주는 그래프.

도 2는 전기로 산화정련공정에서 종래법과 본 발명에 의한 출강 탄소량[C%]에 대한 산화정련단계별 탄소량[C%]의 비를 도시한 그래프.

도 3은 전기로 용락시 종래법과 본 발명에 의한 용강의 탄소량[C%]과 자유산소량[O%]의 관계를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기로 산화정련공정에서 용락탄소량[C%]/출강탄소량[C%] 및 산소취입속도에 따른 탈탄속도의 변화를 나타낸 그래프.

도 5는 전기로 산화정련후 종래법과 본 발명에 의한 용강의 탄소량[C%]과 자유산소량[O%]의 관계를 나타낸 그래프.

[발명의목적]

[발명이속하는기술분야및그분야의종래기술]

본 발명은 저탄소강의 산화정련방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기로 산화정련공정에서 0.1%∼0.3%C의 저탄소강의 신속탈탄 및 저산소용강의 제조방법에 관한 것이다.

근래들어 자동차용 부품소재에 대한 재질특성의 요구품질이 엄격해지는 추세에 따라 강재의 내질과 표면품질의 요구품질규격도 엄격하여 제강공정에서 불순물, 비금속개재물이 극저화된 고청정제조기술을 필요로 하고 있으며, 특히 0.1%C∼0.3%C강인 자동차 트랜스미션소재의 경우 산소함량은 15ppm이하가 요구되고 있다.

이러한 청정화된 강재를 제조하기 위해서는 제강공정 즉, 전기로-레이들-진공탈가스-연속주조 공정의 최적 조업조건에서 산화정련과 환원정련을 행하고 용강의 재산화를 방지하여야 한다.

최근 제강조업기술은 전기로에서 산화정련, 레이들 및 진공탈가스에서 복합 환원정련을 행하고 있으나, 신속용해를 목표로 하는 전기로 산화정련조업은 대부분 C-O반응 평형치보다 과잉인 자유산소량이 존재하는 용강의 과산화상태가 산화정련후 발생되고 있으며, 이로인해 이후 정련공정에서 용강의 과산화정도에 따라 적정한 환원정련이 수행되어야 하지만 실제조업에서 Al탈산과 슬래그(Slag) 정련등 복합정련에 의해 과산화된 정도에 따라 제어하여 용강을 환원처리하는데는 많은 문제점이 나타나고 있다.

따라서 제강공정에서 중요한 복합 환원정련을 원활히 수행하여 극저산소강을 안정적으로 제조하기 위해서는 초기공정인 전기로 산화정련에서 용강의 자유산소량을 일정수준으로 최소화시키는 기술이 요구되고 있다.

전기로 산화정련은 일반적으로 P등 유해 불순물원소, H등 유해 가스 및 비금속개재물 등을 산소취입에 의한 산화정련반응으로 제거함과 동시에 탈탄반응에 의해 용강온도를 높일 목적으로 실시한다.

실제 산화정련에 있어서 주요 반응은 탈탄, 탈인 반응이고, 특히 용강의 청정도, 산화정련시간 및 용강온도 확보측면에서 탈탄반응은 매우 중요하다.

이러한 탈탄반응의 속도는 용락 탄소량[C%], 산소취입속도 및 가탄속도에 크게 의존한다는 사실과 산화정련후의 자유산소량이 산화정련의 조업조건에 따라 달라진다는 사실에 착안하여 산화정련에 관한 연구를 거듭한 결과, 본 발명자 등은 전기로 산화정련에 있어서 신속 탈탄과 용강의 과산화억제를 위한 산화정련 조업방법을 개발하게 되었다.

종래의 산화정련기술은, 전기로에서 스크랩이 완전용해된 용락상태에서 제재한 후 용락탄소량[C%]을 출강탄소량[C%]의 0.5∼1.5비율로 확보한 후 조재제(CaO)를 투입하여 Slag염기도(CaO/SiO₂)을 2.0∼2.5로 조정하고 산소랜스를 이용하여 Slag/용강계면하에 산소를 취입함과 동시에 가탄을 행하여 1,580℃이하의 온도에서 탈인작업을 하고, 용강에서 C-O반응에 의해 CO가스를 발생시키면서 탈탄작업을 실시한다.

산소취입에 의한 탈탄반응은 아래의 식과 같이 발열반응이므로 용강온도가 상승하고 탈탄반응은 더욱 촉진된다. 즉,

[C] + 1/2O₂(g) = CO(g) : △H₂₉₈= -29,366 cal

[발명이이루고자하는기술적과제]

종래의 산화정련에서는 전극Arc에 의한 용강온도의 상승은 많은 전기에너지 소요를 가져오므로 에너지 절감과 신속한 용해를 위해 탈탄작업은 산소취입에 크게 의존한다. 이로인해 산화정련후(출강전) 용강의 자유산소량은 200∼600ppm범위로서 C-O반응 평형치보다 매우 높고 용탕(Melt)별 편차가 크게 나타나는 등 용강의 과산화상태가 대부분 발생되고 있다.

그 결과, 출강(Eccentric Bottom Tapping)시 제재한 후 레이들에서 Al탈산과 플럭스(Flux) 투입에 의한 슬래그 정련, 강교반하에서 진공탈가스를 실제조업에서 용탕(Melt) 상태에 따라 처리하는데는 한계가 있으므로 용강중에 과다하게 존재하는 자유산소와 산화물계 비금속개재물이 충분히 제거되지 못하여 결국 저탄소강의 산소량을 극저화시킬 수 없고 안정적으로 청정화된 용강을 제조할 수 없다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하여 특히 저탄소강의 청정도(전산소량 15ppm이하)를 안정적으로 확보하고 아울러 종래에 비하여 탈탄속도를 향상시킬 수 있는 산화정련방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

[발명의구성및작용]

본 발명에 따르면, 산화정련방법은, 전기로 용락시에 출강탄소량[C%]에 대한 용락 탄소량[C%]의 비를 종래법보다 크게 조정하여 용락때의 자유산소량을 최소한으로 억제하고 산화정련초, 중기에 산소취입속도를 크게 하여 탈탄속도를 종래법보다 증가시켜 신속탈탄을 행하고, 산화정련말기에는 출강탄소량[C%]에 대한 용강 탄소량[C%]의 비를 일정범위내로 관리될 수 있도록 산소취입속도와 가탄속도를 제어하여 산화정련후(출강전)의 자유산소량을 100∼200ppm으로 최소화하는 것이다,

상기의 방법에 의해 산화정련을 완료한 후 출강시 제재하고 통상의 저산소제강기술을 채택하여 레이들에서 Al탈산과 플럭스 투입에 의한 슬래그 정련을 행하고 강교반하에서 진공탈가스처리를 완료한 후 용강의 재산화를 방지하면서 주조하고, 통상적인 열간압연을 하였을 때, 최종제품인 저탄소강의 전산소량을 15ppm이하로 안정적으로 제조할 수 있다.

[실시예]

이하에서 본 발명의 특정 실시예를 설명한다.

표 1은 본 발명강 및 종래강의 최종제품인 강재의 성분목표치를 나타내며, 특히 전산소량이 15ppm 이내로 제한되어 있다.

C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	O
0.20	0.25	0.80	0.025	0.020	1.15	0.022	0.0015

(단위 : %)

제조공정은 60Ton전기로-레이들정련-진공탈가스-연속주조(강괴주조)-열간압연의 순으로 이루어진다.

표1과 같은 함량을 갖는 저탄소강을 대상으로 하여 전기로에서 스크랩을 장입하고 전극아크(Arc)에 의해 완전용해된 용락상태에서 출강탄소량([C%]tap)에 대한 용락탄소량([C%]m.d)의 비(즉, [C%]m.d/[C%]tap)의 변화에 따른 산화정련중의 탈탄속도(즉, -d[C]/dt)는 도 1에서 보는 바와 같이 일정한 산소취입속도의 조건에서 그 비가 클수록 탈탄속도가 증가하였다.

이러한 결과를 바탕으로 전기로 산화정련은 도 2에서 보는 바와 같이 산소취입속도와 가탄속도의 조절을 통해 출강탄소량([C%]tap)에 대한 산화정련단계별 탄소량([C%]x)의 비(즉, [C%]x/[C%]tap)를 일정범위내로 제어하여 탈탄속도를 증가시키고 용강의 자유산소량을 크게 협폭으로 감소시킬 수 있었다. (도 2이하의 그림에서 표시된 A∼E는 본 발명법, F∼J는 종래법에 의한 실시예를 나타낸다.)

본 발명에 의한 산화정련방법을 구체적으로 설명하면, 전기로 용락시에 [C%]m.d/[C%]tap를 2.0∼3.0으로 조정하여 도 3에서와 같이 용락때의 자유산소량을 1550℃, CO분압 1기압하에서의 C-O반응곡선의 평형치(그림의 점선 표시 곡선)에 해당하는 100ppm이하로 억제하고 C-O반응의 용해도적 ([C%]×[O%] = 0.0024)이상의 조건일 때 용강의 상태에서 CO가스발생에 의한 탈탄반응이 일어나므로 복수의 산소랜스를 사용하는 등의 방법으로 산화정련 초, 중기에 산소취입속도를 25∼35Nm³/min으로 크게 하여 탈탄작업을 행하였다. 그 결과, 도 4에서와 같이 [C%]m.d/[C%]tap와 산소취입속도가 증가할수록 탈탄속도(-d[C]/dt)가 0.02C%∼0.04C%/min로 증가되어 종래법에 비해 신속하게 탈탄작업이 완료되었으며, 탈탄반응속도의 증가에 따른 발열량증가로 탈탄완료후 용강온도가 급격히 상승하였다.

탈탄작업이 완료된 산화정련말기에는 도 2에서와 같이 출강 탄소량[C%]에 대한 용강의 탄소량[C%]의 비가 0.6∼1.0범위내로 제어될 수 있도로 가탄속도에 대한 산소취입속도의 비를 조절하여 산화정련후(출강전)의 자유산소량을 도 5에서와 같이 출강온도인 1650℃에서 CO분압 1기압하에서의 C-O반응곡선의 평형치(그림의 점선 표시 곡선)에 근접하는 수준으로서 종래법에 비해 100∼200ppm의 협폭범위내로 최소화되었다.

위와 같은 방법에 의해 정련을 완료한 후 출강(Eccentric Bottom Tapping)시 제재하고 청정강제조에 필요한 통상의 저산소제강기술을 채택하여 표 2에서와 같이 레이들에서 자유산소량의 감소에 따른 최소량의 Al탈산과 적정 플럭스(Flux)투입에 의한 고염기도의 슬래그(Slag)정련을 행한 후 강교반하에서 진공탈가스처리를 완료하고, 용강의 재산화를 방지하면서 강괴주조 또는 연속주조한 후 1,050∼1,250℃의 온도로 가열하여 총성형단련비 6S이상인 통상적인 열간압연을 하였을 때, 최종제품인 0.2C%의 저탄소강에서의 전산소량을 표 3에 나타내었다.

	Al투입 (Kg/t-s)	슬래그염기도 (CaO/SiO₂)	진공탈가스	비 고
	Al투입 (Kg/t-s)	슬래그염기도 (CaO/SiO₂)	교반속도(Nℓ/min)	비 고	탈가스시간(min)
A	0.5	5.8	200	15	본 발명
B	0.5	5.5	〃	〃
C	0.8	4.8	〃	〃
D	0.6	5.2	〃	〃
E	0.7	5.4	〃	〃
F	1.0	4.7	200	15	종래법
G	1.2	5.1	〃	〃
H	1.3	4.5	〃	〃
I	1.1	4.9	〃	〃
J	1.4	4.4	〃	〃

표 3을 참조하면, 본 발명의 경우(A-E), 산화정련후 자유산소량은 종래의 경우(F-J)에 비하여 100-200ppm의 협폭범위내로 최소화되었으며, 최종압연제품의 전산소량 또한, 15ppm이하로서 종래법에 비해 안정적으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 산화정련방법은 전기로에 스크랩을 장입하여 완전용해하고 용락시에 출강탄소량에 대한 용락탄소량의 비를 크게 하여 용강의 자유산소량을 저감시킨 후 산화정련 초, 중기에 가탄속도에 대한 산소취입속도의 비를 크게 하여 탈탄속도를 증가시키므로써, 신속 탈탄작업을 행하는 효과를 제공하며, 아울러, 산화정련 말기에 상대적으로 가탄속도에 대한 산소취입속

도의 비를 일정범위내로 작게 하여 산소취입속도와 가탄속도를 제어하므로써 이론적인 C-O반응 평형치를 목표로 하여 출강탄소량을 확보하여 출강전 용강의 자유산소량을 일정 범위내로 최소화하는 효과를 제공한다.

여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하 특허청구범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

	산화정련후 자유산소량	최종 압연제품의 전산소량	비 고
A	116	8.7	본 발명
B	112	9.5
C	158	11.8
D	132	10.5
E	141	10.7
F	265	14.5	종래법
G	310	15.4
H	381	16.7
I	298	15.8
J	452	18.2

(단위 : ppm)

Claims

0.1%∼0.3%C 저탄소강의 전기로 산화정련에 있어서, 스크랩이 완전용해된 용락상태에서 출강탄소량[C%]에 대한 용락탄소량[C%]의 비를 2.0∼3.0으로 하고 산화정련초, 중기에 산소취입속도를 25∼35Nm³/min으로 하고 산화정련말기에는 산소취입과 가탄에 의하여 탈탄속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 저탄소강의 산화정련방법.
제 1 항에 있어서, 상기 탈탄속도는 0.02C%∼0.04C%/min인 것을 특징으로 하는 저탄소강의 산화정련방법.
제 1 항에 있어서, 탈탄작업의 완료후 산화정련말기에 출강탄소량에 대한 용강의 탄소량의 비를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저탄소강의 산화정련방법.
제 3 항에 있어서, 상기 산화정련말기에는 출강 탄소량에 대한 용강의 탄소량의 비는 0.6∼1.0의 범위내로 제어하고, 산화정련후(출강전)의 자유산소량을 100∼200ppm의 협폭범위내로 조절하는 것을 특징으로 하는 저탄소강의 산화정련방법.
제 1 항에 있어서, 상기 산화정련 초, 중기에서 산소취입속도의 조절은 복수의 산소랜스의 사용에 의하여 이행되는 것을 특징으로 하는 저탄소강의 산화정련방법.
0.1%∼0.3%C 저탄소강의 전기로 산화정련에 있어서, 스크랩이 완전용해된 용락상태에서 출강 탄소량[C%]에 대한 용락 탄소량[C%]의 비를 2.0∼3.0으로 조절하는 단계; 산화정련초, 중기에 산소취입속도를 25∼35Nm³/min으로 조절하는 단계; 산화정련말기에 산소취입과 가탄에 의하여 탈탄속도를 0.02C%∼0.04C%/min, 출강 탄소량에 대한 용강의 탄소량의 비는 0.6∼1.0의 범위내, 산화정련후(출강전)의 자유산소량을 100∼200ppm의 협폭범위내로 조절하는 단계; 출강시 제재하고 통상의 저산소제강기술을 채택하여 슬래그 정련을 실시하는 단계; 강교반하에서 진공탈가스처리를 행하는 단계; 강괴주조 또는 연속주조한 후 1,050∼1250℃의 온도로 가열하여 총성형단련비 6S이상인 통상적인 열간압연을 하는 단계들을 포함하고, 최종제품인 열간압연강재에서 전산소량이 15ppm이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 저탄소강의 산화정련방법