KR20000031026A - 고 청정강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고청정강의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는, 취련 종료시점에서 용존카본 함량의 상향에 따라 용존산소 함유량을 하향화시키고 불활성 기체 주입으로 용존산소량을 조절하여 출강을 실시하고, 또한, 탈가스 공정(RH)에서 목표하는 수준의 탈탄조업을 실시한 후, 탈탄종료시점에 잔류하는 용존산소의 탈산은 1차로 가탄재, 2차로 알루미늄을 사용하여 탈산생성개재물의 절대량을 저감시킴으로서, 청정성이 보다 향상된 강을 보다 저렴하게 제조하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제강공정을 거친후 연속주조를 행하여 C:0.03-0.065wt%의 저탄소강을 제조하는 방법에 있어서, 전로공정에서의 취련종료시 용존탄소를 0.055-0.07wt%로 제어하고, 취련종료후 전로의 저취노즐을 통한 불활성기체를 1-3분간 취입하여 출강시 용존산소를 200-300ppm으로 조정하여 미탈산 상태로 출강하고; 버블링 공정에서 유량을 0.5-0.8Nm³/분으로 하고 버블링 시간을 조절하여 RH공정에서 용강이 도착시 용존산소가 150-250ppm이 되도록 버블링 작업을 실시하고; RH공정에서 용존탄소가 0.035-0.045wt%가 되도록 탈탄조업을 통해 용존산소를 떨어뜨리고, 1차 용존산소의 탈산은 가탄재를 사용하여 용존산소가 100ppm이하가 되도록 가탄재 투입량을 조정하며, 2차 탈산은 알루미늄을 사용하여 탈산을 실시하는 고청정강의 제조방법에 관한 것을 그요지로 한다.

Description

고청정강의 제조방법

본 발명은 제강공정을 제어하여 고청정강을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고청정성이 요구되는 저탄소강(탄소:0.03-0.065wt%)과 같은 강을 얻기 위해 제강공정의 조건을 적절히 제어하는 방법에 관한 것이다.

종래에는 일반적으로, 전로에서 목표하는 카본수준과 연속주조를 원할히 하기 위한 용강온도를 고려해 취련작업을 수행한 후, 용존산소가 높은 상태에서 출강중 알루미늄(Al) 등을 이용하여 탈산작업을 실시하며, 이후 이차정련 공정중 버블링(Bubbling)공정이나 레들로(LF, Ladle Furnace)공정에서 용강중에 아르곤을 주입하여 발생되는 버블(Bubble)에 의해 탈산작업시 생성된 알루미나 개재물을 분리부상시키는 조업방법을 채택하고 있다. 이러한 종래방법에 의하면 극한의 고청정성 확보가 불가능할 뿐만아니라, 여러 가지 문제점을 내포하고 있는데 다음에서는 이를 상세히 설명한다.

먼저, 전로에서는 용선중에 산소를 취입하여 용선에 함유된 산화성 원소들(C, Si, Mn, P 등의 불순물)을 제거함과 동시에, 이 불순물들의 산화열로 용강온도를 상승시킨다. 이때 목표 카본성분을 맞추기 위해 보다 많은 산소를 용강에 주입하게 되며 이러한 결과로 취련작업 종료시에는 높은 수준의 용존산소가 강중에 남게 된다. 잔류된 용존산소는 연속주조를 하기 위해 탈산작업은 필수적으로 행해져야 하며, 이때 사용되는 탈산재는 주로 알루미늄이 사용된다. 따라서, 탈산작업으로 생성되어지는 탈산생성 개재물량은 전로 취련종료시 용존산소량에 비례하여 발생하게 되며, 기존 조업에서는 높은 용존산소량(500-800ppm)이 불가피하여 많은 양의 알루미나(Al₂O₃)개재물을 용강중에 잔존시키게 된다.

다음으로, 용강의 탈산시 생성되는 알루미나 개재물의 효과적인 제거를 위해, 종래 방법에서는 출강시 레들(ladle)위에 슬래그를 만들어 놓고 버블링 작업을 통해 알루미나 개재물의 부상·분리 촉진과 부상·분리된 개재물의 레들슬래그로의 신속한 흡수를 통해 개재물 저감을 실현하는 제조공정을 채택하고 있다. 물론, 경우에 따라서는 LF설비를 통한 용강 승온작업도 병행할 수 있다. 그러나, 상기 종래방법은 용강 탈산시 생성된 탈산생성 개재물(대부분이 Al₂O₃)의 절대량이 많고, 레들슬래그 조재 및 버블링 작업을 아무리 완벽하게 한다고 하더라도 용강중 존재하는 알루미나 개재물의 제거에는 한계가 있을 수 밖에 없는데, 그 원인은 레들슬래그(Top Slag라고도 한다)의 알루미나 포집능에 한계가 있고, 버블링 작업시 발생되는 대기와의 용강 접촉 및 레들슬래그의 용강중으로 오염이 불가피하기 때문이다. 또한 알루미나 개재물의 포집능 향상을 위해 레들 슬래그 조재용으로 다량의 생석회와 형석을 투입함에 따른 원가적 부담증가 및 레들의 과다한 용손을 초래하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 취련 종료시점에서 용존카본 함량의 상향에 따라 용존산소 함유량을 하향화시키고 취련종료후 전로저취노즐을 통한 불활성 기체 주입으로 목표로 하는 용존산소량을 조절하여 미탈산 상태로 출강을 실시하여, 탈산 생성물의 발생원을 원천적으로 방지시키고, 또한, 이차정련 공정중 탈가스 공정(RH)에서 목표하는 수준의 탈탄조업을 실시한 후, 탈탄종료시점에 잔류하는 용존산소의 탈산은 1차적으로 적정량의 가탄재(탄소분말)를 사용하여 탈산을 실시 후, 미량의 잔류 용존산소의 탈산은 2차적으로 알루미늄(Al)을 사용하여, 생성되는 탈산생성개재물(Al₂O₃등)의 절대량을 저감시킴으로서, 청정성이 보다 향상된 강을 보다 저렴하게 제조하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 방법에 의해 고청정 냉연 저탄소강의 제조시 공정간 용존산소량을 보이는 그래프

도 2는 본 발명에 의한 전로출강시와 기존 방법에 의한 출강시의 종점산소 및 종점탄소를 비교하여 보이는 그래프

도 3은 본 발명 및 기존방법에 의한 주편시료의 개재물분포를 비교분석(EPMA분석)하여 결과를 보이는 그래프

일반적으로 고청정강을 제조하기 위한 제강 조업사상은 크게 두가지로 대별되며, 첫 번째는 기존 제조공정에서 활용하고 있는 방식으로 전로공정에서 탈산시 생성되는 탈산생성 개재물을 이차정련 공정에서 효과적으로 제거하는 제조방법을 취하고 있으며, 두 번째는 가능한 제강공정에서 탈산시 생성되는 탈산 생성물의 양을 최소화하고 생성된 탈산생성개재물의 크기를 가능한 작게하여 후공정 제품품질에 무해화하는 제조방법이 있다.

본 발명은 후자를 채택한 경우로서, 공정별 조업기준은 기존공정의 조업기준 대비 보다 엄격한 공정별 성분제어가 필수적이며, 야금학적인 충분한 검토가 되어야만 가능하게 된다. 따라서, 탈산전의 용존산소를 가능한 최소화하기 위한 공정별 제조방법이 필수적으로 요구되는데, 본 발명은 이러한 관점으로 부터 출발한 것이다.

상기한 바와 같은 관점으로 부터 출발한 본 발명은 제강공정을 거친후 연속주조를 행하여 C:0.03-0.065wt%의 저탄소강을 제조하는 방법에 있어서, 전로공정에서의 취련종료시 용존탄소를 0.055-0.07wt%로 제어하고, 취련종료후 전로의 저취노즐을 통한 불활성기체를 1-3분간 취입하여 출강시 용존산소를 200-300ppm으로 조정하여 미탈산 상태로 출강하고;

버블링 공정에서 유량을 0.5-0.8Nm³/분으로 하고 버블링 시간을 조절하여 RH공정에서 용강이 도착시 용존산소가 150-250ppm이 되도록 버블링 작업을 실시하고;

RH공정에서 용존탄소가 0.035-0.045wt%가 되도록 탈탄조업을 통해 용존산소를 떨어뜨리고, 1차 용존산소의 탈산은 가탄재를 사용하여 용존산소가 100ppm이하가 되도록 가탄재 투입량을 조정하며, 2차 탈산은 알루미늄을 사용하여 완전 탈산을 실시함을 특징으로 하는 고청정강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

기존의 제조방법에 의해 카본(C)이 0.03-0.065wt%함유된 냉연재중 고청정성이 요구되는 냉연소재를 생산하는 경우, 청정성 향상이 거의 한계점에 도달하였다. 이에, 본 발명에서는 이같은 청정성을 보다 향상시키기 위해, 전로에서는 취련 종료시점에서 용존카본 함량의 상향에 따라 용존산소 함유량을 하향화시키고 취련종료후 전로저취노즐을 통한 불활성 기체 주입으로 목표로 하는 용존산소량을 조절하여 미탈산 상태로 출강을 실시함으로서 탈산 생성물의 발생원을 원천적으로 방지시킨다. 또한, 본 발명에서는 이차장련 공정중 탈가스 공정(RH)에서 목표하는 수준의 탈탄조업을 실시한 후, 탈탄종료시점에 잔류하는 용존산소의 탈산은 1차적으로 적정량의 가탄재(탄소분말)를 사용하여 탈산을 실시후, 미량의 잔류 용존산소의 탈산은 2차적으로 알루미늄(Al)을 사용함으로서 생성되는 탈산생성개재물(Al₂O₃등)의 절대량을 저감시킴으로서 강의 청정성을 향상시킨다. 이와같은 제강조업을 행함으로서, 고청정강을 얻고자 하는 본 발명을, 단계별로 구분하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서는 취련종료시 용존탄소를 0.055-0.07wt%로 제어하고, 취련종료후 전로의 저취노즐을 통한 불활성기체를 1-3분간 취입하여 출강시 용존산소를 200-300ppm으로 조정하여 미탈산 상태로 출강한다.

상기 취련종료시 용존탄소는 0.055-0.07wt%로 제어되는데, 본 발명에서는 종래 보다 높은 0.055wt%이상으로 제어하는 것이나, 0.07wt%를 초과하면 산소가 너무 낮아지고 P의 조절이 곤란하게 되어 바람직하지 않다. 이와같이, 전로공정에서 종점탄소를 종래 보다 높게 유지함으로서 용존산소를 기존 제조방법 대비 평균 250ppm정도 낮게 관리할 수 있다.

상기 불활성기체는 질소 또는 아르곤과 같은 기체이며, 이러한 불활성기체의 취입은 1분 내지 3분을 정도를 행하여, 용존산소를 200-300ppm수준으로 낮춘다. 상기 불활성 기체 취입의 시간관리로서는 다음과 같이 행해진다. 즉, 종점탄소를 0.055-0.07wt%로 하면 종점용존산소는 350-450ppm수준을 나타내며, 린싱(Linsing) 1분당 용존산소의 저감(drop)량은 50-80ppm/분 수준을 나타냄에 따라 종점에서의 용존산소수준을 확인후 린싱시간을 결정하게 된다.

이와같이, 불활성기체 취입으로 린싱작업을 실시함으로서 평균 150ppm 정도의 용존산소 함량을 낮출 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 전로공정에서 출강시 200-300ppm의 용존산소와 0.055- 0.07wt%의 용존탄소를 함유한 용강을 미탈산 상태(전로 출강시 용존산소를 제거시키기 위한 탈산재를 투입하지 않은 상태)로 RH공정으로 이송하는 것이다.

다음으로, 본 발명에서는 버블링 공정에서 유량을 0.5-0.8Nm³/분으로 하고 버블링 시간을 조절하여 RH공정에서 용강이 도착시 용존산소가 150-250ppm이 되도록 버블링 작업을 실시한다.

상기 버블링은 슬래그 버블링을 행하는 것으로 약버블링을 한다. 이 버블링 공정에서의 유량이 0.5Nm³/분 미만이면 버블링효과가 너무 미미하고, 0.8Nm³/분을 초과하면 용강중 용존산소가 급격히 감소하며 용강온도도 급격히 떨어짐에 따른 RH도착시 적정 탈탄효율 및 온도보상의 문제가 발생한다.

이와같은 유량으로 행해지는 버블링 공정은 용존산소가 150-250ppm이 되도록 버블링하는데, 그 버블링 시간을 적절히 조절함으로서 용존산소를 제어하는 것이다.

상기의 0.5-0.8Nm³/분과 같은 약버블링을 실시하는 경우는 버블링 시간에 따른 용존산소 감소량과 용강온도 강하량이 직선적인 비례관계를 나타내어 조업관리가 용이하다.

다음으로, 본 발명에서는 RH공정에서 용존탄소가 0.035-0.045wt%가 되도록 탈탄조업을 통해 용존산소를 효과적으로 떨어뜨리고, 1차 용존산소의 탈산은 가탄재를 사용하여 용존산소가 100ppm이하가 되도록 가탄재 투입량을 조정하며, 2차 탈산은 알루미늄을 사용하여 완전 탈산을 실시한다.

상기 RH공정에서 용존탄소가 0.035-0.045wt%가 되도록 탈탄조업을 실시하는데, 이는 통상의 RH공정을 적용하여 시간을 제어함으로서 용존탄소가 0.035-0.045wt%의 범위를 갖도록 제어하는 것이다.

상기 1차 용존산소의 탈산은 탄소가루와 같은 가탄재를 사용하여 용존산소가 100ppm이하가 되도록 하는데, 가탄재의 사용은 개재물을 저감시키고, 저렴하다는 잇점이 있다. 상기 가탄재로 용존산소를 낮추는데 한계가 있으며 본 발명에서는 100ppm이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 2차 용존산소의 탈산은 알루미늄을 이용하여 거의 완전한 탈산을 행하는 것이다.

보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 즉, 본 발명에서는 RH에 도착된 용강의 용존산소를 더욱 낮추고 목표범위의 탄소함량을 맞추기 위해 진공상태에서 탈탄작업을 수행한다. 탈탄작업이 수행되는 동안 용존산소와 용존탄소는 [C + O → CO_GAS]의 반응을 통하여 신속하게 제거되며, 용존탄소 함량이 0.035-0.045wt%가 될 때 탈탄작업을 종료하게 된다. 이때의 용존산소함량은 100-150ppm수준을 나타내게 되며, 용존산소를 더욱 낮추고 목표하는 용존탄소 함량을 미량 조정하기 위해 탄소가루와 같은 가탄재로 1차 탈탄을 실시한다. 가탄재가 투입되면 다음의 두가지 반응을 통하여 용존산소는 낮아지며 용존탄소는 미량 증가하게 된다.

C + O → CO_GAS

C_고체→ C_용존

본 발명에서 1차 탈산을 가탄재로 실시하는 목적중 가장 중요한 인자는 용존산소를 낮추면서도 강중의 탈산생성개재물인 알루미나를 생성시키지 않기 때문이다. 이상과 같이 1차 탈산적업이 수행된 후 용존산소는 50-100ppm수준을 유지하게 되며 용강의 완전탈산을 위해 강력한 탈산재인 알루미늄을 사용한 2차 탈산을 실시함으로서 탈산생성개재물인 알루미나의 발생을 최소화시킬 수 있다. 또한, 2차 탈산시 생성되는 알루미나 개재물은 용존산소가 극히 낮은 상태에서 탈산작업이 수행됨에 따라 개재물의 크기는 10μm이하의 미세 개재물로 형성됨으로 후공정 제품품질에 무해한 개재물로 존재하게 된다.

상술한 바와같은 본 발명에서의 또하나의 장점은 냉연제품에서 재질에 중요한 영향을 주는 강중 질소함량이 기존 제조공정 대비 20ppm이 낮은 25ppm수준을 나타내며, 용존산소가 매우 낮은 상태에서 알루미늄 탈산을 실시함에 따른 탈산재의 절대량이 감소됨으로서 원가절감의 효과도 동시에 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

본 발명의 방법에 의해 고청정성이 요구되는 냉연 저탄소강을 제조하고, 또한, 기존의 방법에 의해 냉연 저탄소강을 제조하였다.

본 발명의 방법에 의해 고청정성이 요구되는 냉연 저탄소강의 제조시 공정간 용존산소량을 구하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 알 수 있는 바와같이, RH공정에서 알루미늄 투입전의 용존산소량은 50-100ppm수준으로 기존의 제조방법에 의한 전로출강시 용존산소량인 500-800ppm 대비 8배-10배 수준의 낮은 용존산소영역에서 탈산을 실시할 수 있었다. 따라서, 발생되는 탈산생성개재물량도 8배-10배 가량 적게 됨을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 제조방법에 의한 전로출강시 용존산소와 기존 제조방법에 의한 출강시 용존산소를 비교하고 또한 각각의 종점탄소를 비교한 그래프이다.

도 2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명에서는 종점탄소를 기존의 제조방법에 비하여 높게 제어함으로써 종점산소를 기존에 비하여 낮출수 있음을 알 수 있었다.

본 발명의 방법에 의해 고청정성이 요구되는 냉연 저탄소강의 제조시 주편에 나타나는 전산소량(Total Oxygen, T.[O], 단위:ppm)을 구하고, 또한, 기존의 방법에 의해 제조시 주편에 나타나는 전산소량을 구하여, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

	기존의 제조방법	본 발명에 의한 제조방법
전산소량(ppm)	15-12	9-4
평균전산소량(ppm)	14	6

일반적으로 강의 청정성을 대표하는 지수로서 주편에서의 전산소량을 관리하고 있다. 상기 표1에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 의한 제조방법을 적용할 때 주편에서의 전산소량이 기존 제조공정 대비 평균 8ppm이 감소한 6ppm수준을 나타냄에 따라 획기적인 강의 청정도가 향상되었음을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 방법에 의해 고청정성이 요구되는 냉연 저탄소강의 제조시 주편시료 및 기존방법에 의해 제조시의 주편시료에 있어 각각의 개재물갯수 및 크기를 EPMA(Electron Probe Micro Analysis)분석을 통하여 조사한 후, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 의한 제조방법이 기존 제조방법 대비 전반적인 개재물의 개수도 감소하였으며, 개재물의 크기도 10μm이하가 전체 개재물의 90%이상을 점유함을 알 수 있었으며, 20μm이상의 개재물은 전혀 발생되지 않음에 따라 최종제품의 품질향상에 기여할 수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 고가공성과 표면품질이 엄격히 요구되는 냉연제품에 범용성 있게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 냉연제품 이외에도 여러 방면으로 적용이 가능하며, 또한, 기존 제조방법 대비 제조원가를 획기적으로 저감시킴으로서 가격경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (1)

1. 제강공정을 거친후 연속주조를 행하여 C:0.03-0.065wt%의 저탄소강을 제조하는 방법에 있어서,

   전로공정에서의 취련종료시 용존탄소를 0.055-0.07wt%로 제어하고, 취련종료후 전로의 저취노즐을 통한 불활성기체를 1-3분간 취입하여 출강시 용존산소를 200-300ppm으로 조정하여 미탈산 상태로 출강하고;

   버블링 공정에서 유량을 0.5-0.8Nm³/분으로 하고 버블링 시간을 조절하여 RH공정에서 용강이 도착시 용존산소가 150-250ppm이 되도록 버블링 작업을 실시하고;

   RH공정에서 용존탄소가 0.035-0.045wt%가 되도록 탈탄조업을 통해 용존산소를 떨어뜨리고, 1차 용존산소의 탈산은 가탄재를 사용하여 용존산소가 100ppm이하가 되도록 가탄재 투입량을 조정하며, 2차 탈산은 알루미늄을 사용하여 탈산을 실시함을 특징으로 하는 고청정강의 제조방법