KR19990049607A - 대기압하에서의 극저탄소 용강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강의 노외정련시 산화철을 취입하므로써 종래의 감압 탈가스설비를 이용하지 않으면서도 종래의 극저탄소 용강과 동등한 용강을 제조할 수 있는 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용강을 전로취련공정에 이어 노외정련하는 공정을 포함한 극저탄소강의 제조방법에 있어서, 상기 전로취련공정에서 종점탄소가 350~1000ppm의 범위로 취련된 용강을 레이들에 출강한 다음, 레이들내의 용강 상부로부터 100~300mm 떨어진 위치에 랜스를 위치시키고, 상기 랜스를 통해 산화철분체를 불활성가스를 통해 용강톤당 0.3~0.5Kg/분의 속도로 6~10분간취입하여 교반함을 포함하여 구성되는 대기압하에서의 극저탄소 용강의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

대기압하에서의 극저탄소 용강의 제조방법

본 발명은 자동차 내외판 등과 같은 심가공 소재로 사용되는 극저탄소강의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공탈가스 설비를 사용하지 않고 대기압하에서 탄소함량이 50ppm~300ppm 범위인 극저탄소 용강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

극저탄소강은 탄소함량이 약 300ppm이하로 함유되어 가공성이 우수하여 주로 자동차 내외판재 등과 같은 심가공용 소재로 사용되고 있다. 이러한 극저탄소강은 탄소함량이 극히 적기 때문에 일반적으로 전로취련공정, 레이들 내에서의 노외정련, 및 RH 설비에서의 진공탈가스 처리공정 등 여러 공정을 거쳐 제조된다.

우선, 상기 전로취련공정에서는 용강의 종점탄소 [C]f를 350~600ppm의 범위로 취련하여 용강을 레이들에 출강한다. 보통 전로취련공정에서 탄소함량이 300ppm이하의 극저탄소 용강을 탈탄과정을 통해 직접 목표탄소량이하로 정련하면 도1과 같이, 용강중 산소농도를 800ppm이상으로 확보해야 하기 때문에 전로내화물의 급격한 손상이 발생하고, 슬래그중 총 Fe량이 증가하여 품질에 결정적인 악영향을 미치므로 전로에서 바로 목표로 하는 극저탄소 용강의 취련은 곤란하다.

상기 전로정련을 마치고 출강된 용강은 레이들에서 버블링(bubbling) 등에 의한 노외정련을 통해 용강의 성분과 온도를 균질화시키고 개재물을 분리부상시킨다. 이때 통상 탈가스설비에서 극저탄소 용강의 최종탈탄에 필요한 용강중의 산소농도는 250ppm 정도이므로 각종 부원료를 첨가하여 탈산작업을 행할 수도 있다.

그 다음, 노외정련된 용강은 최종적으로 진공탈가스 설비에서 진공도 0.1~0.5atm에서 약 5~15분간 탈탄, 탈질, 탈수소반응을 유도하므로써 탄소함량이 300ppm 이하인 극저탄소 용강을 제조한다.

이와같이, 종래에는 극저탄소 용강을 제조하려면 전로공정만으로는 곤란하여 반드시 대기압이 아닌 감압하의 탈가스설비를 경유하여 제조하였다. 그러나, 탈가스처리과정은 그 처리비용의 상승뿐만아니라 탈가스작업중 탈탄과정에서 생기는 용강의 스플래쉬(splash)가 심하여 RH설비의 내화물에 지금부착이 현저하고 이에 따라 후속주조공정에도 많은 장애를 일으키는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 용강의 노외정련시 산화철을 취입하므로써 종래의 감압 탈가스설비를 이용하지 않으면서도 종래의 극저탄소 용강과 동등한 용강을 제조할 수 있는 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 전로의 용강내 존재하는 종점탄소와 종점산소와의 관계를 보이는 그래프

도2는 본 발명의 산화철 분체 취입장치의 개략 구성도

도3은 종점탄소 1570ppm인 용강에 본발명을 적용했을 때의 산화철분체의 취입시간과 용강중의 용존탄소와의 관계를 보이는 그래프

도4는 본 발명의 산화철 취입시 랜스높이와 용강의 탈탄정도를 보이는 그래프

도5는 본 발명의 산화철 취입시 용강의 탈탄정도와 용강의 온도강하와의 관계를 보이는 그래프

도6은 본 발명의 산화철 취입시 Fe₂O₃함량에 따른 용강의 탈탄반응정도와의 관계를 보이는 그래프

도7은 본 발명의 산화철 취입시 취입시간과 탈탄속도와의 관계를 보이는 그래프

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용강을 전로취련공정에 이어 노외정련하는 공정을 포함한 극저탄소강의 제조방법에 있어서,

상기 전로취련공정에서 종점탄소가 350~1000ppm의 범위로 취련된 용강을 레이들에 출강한 다음, 레이들내의 용강 상부로부터 100~300mm 떨어진 위치에 랜스를 위치시키고, 상기 랜스를 통해 산화철분체를 불활성가스를 통해 용강톤당 0.3~0.5Kg/분의 속도로 6~10분간취입하여 교반함을 포함하여 구성되는 대기압하에서의 극저탄소 용강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명은 전로취련공정에서 통상적으로 종점탄소가 350~1000ppm 정도로 제어된 용강을 이용한다. 상기 용강은 탈산 또는 미탈산강이라도 상관없으며, 바람직하게는 전로취련시간을 고려하여 종점탄소가 약 350~600ppm의 범위로 제어된 것을 이용하는 것이다.

본 발명은 종점탄소가 약 350~600ppm의 범위로 제어된 용강을 레이들에 출강하고, 레이들내의 용강중에 불활성가스를 통해 산화철 분체를 취입한다. 본 발명에 적합한 산화철 분체의 취입속도는 용강톤당 0.3~0.5Kg의 범위가 적당한데, 산화철 분체의 취입속도가 용강톤당 0.5Kg/분 보다 많으면 산화철중의 산소와 용강중의 탄소와의 반응효율이 증가되지만 용강의 온도가 약 20℃ 이상으로 강하하며, 용강톤당 0.3Kg/분 보다 적으면 극저탄소 용강의 제조가 곤란하다. 상기 산화철 분체로는 Fe와 분리가 용이하고 충분한 산소공급하면서 CO기포 핵생성의 역할을 하여야 하므로 Fe₂O₃의 함유량이 높을수록 유리하다. 바람직하게는 Fe₂O₃이 60%이상 함유된 것이며, 분체의 크기는 약 200㎛ 정도의 것이면 충분하다.

한편, 상기 산화철분체의 취입은 레이들내의 용강의 표면에서부터 100~300mm 의 범위정도 떨어진 위치에 랜스를 정치하여 불활성가스와 함께 취입함이 바람직하다. 도2는 이러한 취입을 달성할 수 있는 본 발명에 부합되는 산화철 취입장치의 일례를 보이고 있다. 즉, 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 산화철분체 취입은 저장조(5)로부터 불활성가스(5)에 의해 산화철분체(7)를 공급하면서 용강(7)이 수강된 레이들(4)의 상부에서 랜스(lance)(3)를 통해 취입하면 된다. 이때 랜스(3)는 용강에 침적되지 않는 상태에서, 바람직하게는 용강(1)의 상부로부터 100~300mm 정도 떨어진위치에서 산화철 분체를 취입하는 것이 바람직하다. 랜스의 높이가 용강의 표면으로부터 300mm 이상으로 위치되는 경우 용강의 스플래쉬에 의해 탈탄효율이 떨어지고, 용강내부에 침적되면 랜스 취입시 용강 표면의 율동량 증가효과가 적어져 반응계면적이 감소되어 이로 인해 반응효율이 다소 저하된다. 상기 랜스에 의한 취입방법은 기존의 노외정련시 사용되는 버블링 또는 분말취입(powder injection)설비로도 가능하다. 본 발명의 경우 탈탄작업 도중 용강이 대기에 직접 노츨되면 CO분압(Pco)이 다소 증가하고 용강중으로 질소가 흡질될 수 있으므로 반응의 효율성을 증가시키키 위해 레이들의 상부에 씰링카바(sealing cover)(4)를 부착하면 바람직하다.

이렇게 용강중에 산화철분체를 투입하게 되면 취입된 산화철 분체중의 산소성분은 용강중의 탄소와 반응하여 CO기포를 형성하고, 분체자체는 핵생성의 싸이트(site) 역할을 하여 형성된 CO기포와 용강중의 질소가 쉽게 흡착되어 슬래그 상부로 분리부상된다. 또한 발생된 CO기포에 의해 CO분압은 1기압보다 저하되어 감압하에서 조업하는 효과를 얻을 수 있다. 일반적인 용강의 탈탄반응의 초기반응속도는 산소공급속도에 의해 영향을 받고 탈탄반응 중기 이후에는 탄소가 용강에서 계면으로 이동하는 속도에 의해 의존하는데, 본 발명의 경우 용강상부에서 불활성가스와 산화철을 취입하므로써 탈탄반응 계면적이 크게 증가되어 초기에 탈탄반응과 탈질반응이 더욱 촉진되어 탈가스설비없이도 50ppm[C] 정도의 극저탄소 용강의 제조도 용이하다. 이때 본 발명의 경우 탈탄초기에 상기한 반응이 제일 활발히 진행되고 이후 반응율속단계가 전환되어 온도강하의 문제가 있기 때문에 취입작업은 6~10분 정도가 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

전로공정에서 종점탄소를 1570ppm으로 제어된 용강을 레이들에 출강하고, 도2와 같은 산화철 분체취입장치를 이용하여 용강상부로부터 약 200mm 떨어진 곳에 위치된 랜스를 통해 용강중에 표1과 같은 조성을 갖는 평균입도 200㎛의 산화철 분체를 용강톤당 0.4Kg/분의 속도로 취입하였다. 상기 용강중의 종탄소함량을 취입시간별로 측정하고, 그 결과를 도3에 나타내었다.

단위:wt%
성분	Fe2O3	SiO2	S	C	총Fe	수분
조성	98.5	1.02%이하	0.008%이하	0.025%이하	68.9	0.29%이하

도3에 나타난 바와 같이 전로공정에서 용강중의 종점탄소가 1600ppm 되는 경우 노외정련시 비록 용강중의 탄소함량이 68ppm 까지 얻어진다 하더라도 산화철 취입시간이 길어져 용강의 심한 온도강하로 인해 바람직하지 않았다.

[실시예2]

전로공정에서 종점탄소를 600ppm 로 출강된 용강을 레이들내에서 산화철 분체를 용강톤당 0.4Kg/분의 속도로 약 10분간에 걸쳐 취입하였다. 이때, 랜스높이와 산화철의 품위는 실시예1과 동일한 조건으로 실시하였다. 상기 용강의 취입된 산화철분체의 취입량에 따라 용강중의 탈탄반응정수(Kc)와 용강의 온도강하정도를 측정하고, 그 결과를 도4에 나타내었다.

도4에 나타난 바와 같이, 산화철분체의 취입량이 증가될수록 탈탄속도는 증가되나 용강의 온도강하량도 증가됨을 알 수 있는데, 산화철 취입량이 용강톤당 약 3~4Kg 정도인 경우 탈탄반응도 일정하고, 온도강하량도 적당하였으며, 탄소함량이 100ppm이하인 극저탄소강이 얻어졌다.

[실시예3]

레이들내에서 종점탄소 600ppm인 용강에 출강하고, 도2와 같은 산화철 분체취입장치에 의해 랜스를 침적한 경우에서부터 용강의 표면으로부터 500mm 정도 떨어진 위치까지 랜스높이를 변화시켜가면서 산화철분체를 취입하였다. 이때, 산화철의 품위와 취입속도는 실시예1과 같았다. 이 경우 랜스높이에 따른 용강의 탈탄반응정도를 측정하고, 그 결과를 도5에 나타내었다.

도5에 나타난 바와 같이, 산화철분체 취입시 통상적인 침적방법보다도 용강의 상부로부터 100~300mm 떨어진 위치에서 취입하는 경우 가장 탈탄반응이 양호함을 알 수 있었으며, 탄소함량이 100ppm 이하인 극저탄소강이 얻어졌다.

[실시예4]

종점탄소가 600ppm 인 용강에 도2의 장치를 이용하여 Fe₂O₃함량을 10~98%의 범위로 변화시키면서 산화철분체를 취입한 것은 제외하고 실시예1과 같이 탈탄조업을 실시하였다. 이 경우 산화철 분체의 Fe₂O₃함량에 따른 용강의 탈탄반응정도를 측정하고, 그 결과를 도6에 나타내었다.

도6에 나타난 바와 같이, 분체중 Fe₂O₃함량이 증가될수록 탈탄효율이 증가함을 알 수 있었다. RH탈가스처리공정에서 탈탄반응속도정수, Kc가 약 0.2임을 감안할 때 본 발명의 경우 적어도 Fe₂O₃함량이 60%이상인 산화철 분체를 사용함이 적정함을 알 수 있었다.

[실시예5]

종점탄소가 600ppm 인 용강을 취입속도 용강톤당 0.3Kg/분의 속도로 약 1500초 동안 산화철 분체를 취입한 것을 제외하고 실시예1과 같이 탈탄작업을 실시하였다. 이 경우 산화철 분체의 취입시간에 따른 용강중의 탈탄속도를 측정하고, 그 결과를 도7에 나타내었다.

도7에 나타난 바와 같이, 분체취입시 초기에는 탈탄속도가 제일 활발하고 이후 탈탄반응은 반응율속단계의 전환으로 점차 감소함을 알 수 있었다. 또한, 취입시간이 10분이상이면 반응효율도 크게 감소하고 온도강하도 심하여 취입시간은 약 6~10분 정도가 적당함을 알 수 있었다. 이 경우 취입시간을 10분 동안 실시했을 때 용강중의 탄소함량이 약 68ppm 였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용강상부에서 랜스를 이용하여 산화철분체를 취입하므로써 취입랜스의 노즐막힘 현상도 방지되고, 반응계면적이 크게 증가되어 종래의 RH감압설비와 유사한 정도의 탈탄효율를 얻을 수 있기 때문에 RH설비없이도 탄소함량이 300ppm이하인 극저탄소강의 제조가 가능한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 용강을 전로취련공정에 이어 노외정련하는 공정을 포함한 극저탄소강의 제조방법에 있어서,

   상기 전로취련공정에서 종점탄소가 350~1000ppm의 범위로 취련된 용강을 레이들에 출강한 다음, 레이들내의 용강 상부로부터 100~300mm 떨어진 위치에 랜스를 위치시키고, 상기 랜스를 통해 산화철분체를 불활성가스를 통해 용강톤당 0.3~0.5Kg/분의 속도로 6~10분간취입하여 교반함을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 대기압하에서의 극저탄소 용강의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 상기 용강의 종점탄소는 산화철분체의 취입전 350~600ppm임을 특징으로 하는 제조방법
3. 제1항에 있어서, 상기 산화철분체는 적어도 60%이상의 Fe₂O₃를 함유한 것임을 특징으로 하는 제조방법