KR20000042513A - 저규소 용선을 이용한 저린강의 전로정련방법 - Google Patents

저규소 용선을 이용한 저린강의 전로정련방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전로정련시 취련방법의 개선을 통하여 용철중 인을 안정적으로 제거하기 위해 슬래그를 효과적으로 제어하고, 철저한 슬래그 재화를 통하여 종점 탄소농도에 무관하게 화학적으로 불안정한 슬래그중 인화합물(P2O5)을 슬래그에 안정적으로 존재시킴으로써 인함량이 0.020중량% 이하의 용강을 용이하게 제조할 수 있는 취련방법을 제공함에, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전회조업한 총슬래그중 25-30%를 남긴 전로에 전장입량 1톤에 대하여 생돌로마이트 7-12kg을 투입하여 노체를 3-4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12-16kg을 노내 투입한 다음, 고철 및 저규소용선을 장입한 다음, 순산소를 송산하여 취련시키고 착화되면 소결광을 6-9kg를 일괄투입하고, 취련시간의 30-70%에 해당하는 시간에는 전장입량 1톤에 대하여 2-3kg 씩 생석회 또는/및 경소 돌로마이트를 분할투입하고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동 투입하는 것을 특징으로 하는 저규소 용선을 이용한 저린강의 전로 정련방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

저규소 용선을 이용한 저린강의 전로 정련 방법
본 발명은 저규소 용선을 이용하여 저린강을 얻기 위한 전로 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 용선과 고철을 주원료로 하는 전로조업에서 부원료투입조건을 적절히 도출해 내어 저규소 용선에 대해서도 저린강으로 제조할 수 있으며, 나아가 송산개시에서부터 완료까지의 부원료인 생석회 및 경소백운석 또는 소결광의 상기 도출된 투입조건하에서 취련방법의 적정한 제어를 통하여 슬래그 조성의 안정적 제어는 물론 착화시점에서부터 취련 60% 까지 소프트 브로잉을 철저히 유도하여 부원료의 재화를 촉진시켜 용철중 인을 효과적으로 제거할 수 있는 저규소 용선을 이용한 전로 정련방법에 관한 것이다.
전로조업은 주원료인 용선(hot metal)과 고철(scrap)을 전로에 장입하여 송산과 동시에 부원료인 생석회(주성분이 산화칼슘, CaO), 경소백운석(주성분이 산화칼슘 및 산화마그네슘, CaO·MgO) 및 소결광(주성분이 산화철), 형석(주성분이 불화칼슘, CaF2)등을 투입하여 용선중 불순원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S), 티탄(Ti) 등을 산화 정련에 의해 제거하는 일련의 작업을 통칭한다. 도 1에 전로조업의 개략도를 나타내었다.
전로 취련작업시 용선중 불순원소와 순산소가스와의 반응은 다음과 같다.
[C] + 1/2O2= CO(g)
[Si] + O2= (SiO2)
[Mn] + 1/2O2= (MnO)
[Fe] + 1/2O2= (FeO)
2[P] + 5/2O2= (P2O6)
[Ti] + O2= (TiO2)
[S] + O2= SO2(g)
상기 반응식들에 의해 생성되는 물질중 반응식(1) 및 (7)에서는 가스상으로 제거되고, 나머지 반응식(2)-(6)은 전로조업시 투입하는 부원료가 재화(슬래그화 되는 현상)되면서 슬래그층에 존재되는 것이다.
전로에서의 취련작업은 랜스를 통하여 순산소 가스를 불면서 용선중 불순원소를 슬래그측으로 제거하는 작업이라고 볼 수 있다. 이때 불순원소의 안정적 제거를 위해서는 슬래그가 필요하고, 이는 취련중 부원료(생석회, 형석, 경소돌로마이트, 소결광 등)를 얼마나 효과적으로 활용하느냐에 따라 목표하는 용강을 얼마나 경제적으로 품질 좋게 제조해내느냐가 좌우된다.
용선중 규소는 반응식(2)와 같이 취련중 가장 먼저 산화되는데, 농도가 지나치게 낮으면, 산화규소의 생성량이 적어서 취련 초기에 슬래그 조제가 되지 않아 용철중 인(P)의 효과적 제거가 어렵고, 스피팅이 발생하여 랜스에 용철립이 부착하며, 이것이 계속되면 랜스를 폐각해야 하는 등 원가손실이 크고, 작업성을 극도로 악화시킨다.
상기의 문제를 효과적으로 대처하기 위한 방법으로는 주어진 부원료 투입 조건하에서 취련작업중 랜스높이와 송산량의 조정방법에 따라 슬래그 생성 거동을 효과적으로 유도할 수 있다. 이에 따라 용철중 성분 거동은 달라진다. 이때 랜스높이 및 송산량에 의해 산소가스가 용철표면에 접촉하는 세기(강도, 모우멘텀, momentum)가 달라진다.
취련패턴은 이 세기의 정도에 따라 크게 두가지로 분류되는데, 강하면 하드브로잉(hard blowing) 이라고 하고, 약하면 소프트 브로잉(soft blowing)이라고 한다. 결국 송산작업은 이 두가의 조합에 의해, 용철중 불순원소는 정련 제거된다.
한편, 용선중 규소함량은 취련중 슬래그 생성량에 지배적 인자로 작용하며, 그 농도가 높을수록 슬래그 발생량은 증가한다. 특히, 용선중 규소함량이 높은 경우, 슬래그 발생량 과다로 취련중 노내 슬래그가 노구 밖으로 분출되는 현상(슬로핑)이 나타나며, 반대로 규소함량이 지나치게 낮으면 취련시 순산소에 의해 생성되는 슬래그량이 적어 용철면이 지나치게 강교반되어 철립(droplets)이 튀면서 랜스에 부착되는 현상이 생긴다. 여기서 취련작업시 산소가스가 랜스를 통해 노내 용철 및 슬래그에 고속으로 분사(산소의 젯트현상이 일어남)될 때 주로 용철이 철립으로 되어 튀는 현상을 스피팅(spitting)이라고 하며, 슬래그를 노구 밖으로 분출시키는 현상을 슬로핑(slopping)이라고 한다.
전로 조업은 노체(盧體)의 형상이나 크기에 따라 취련중 반응특성이 달라진다. 특히 취련과정은 크게 초기, 중기, 말기로 구분된다. 각 과정에서의 야금반응을 살펴보면 다음과 같다.
용선중 불순원소의 반응거동은 취련방법에 따라 다르게 나타나지만, 망간과 인은 동일한 거동을 보인다. 즉, 취련 초기에는 착화(취련개시와 동시에 송산에 의해 노내 용선중 탄소와의 산화반응에 의해 발생되는 일산화탄소가 불꽃의 형태로 노구에 관찰되므로 불이 붙는다는 의미로 착화라고 부른다)와 동시에 용선중 규소가 가장 먼저 산화된다. 동시에 철분과 망간, 인 등도 산화반응이 일어나며, 이때 생성된 산화물은 슬래그화가 되어 용철상부에 상존하게 된다. 착화 직후 전로 상부로부터 각종 부원료가 투입되는데, 이 부원료는 상기 반응식(2)-(6)에 의해 생성된 산화물을 슬래그 속에 어떻게 화학적 또는 물리적으로 안정되도록 하느냐에 따라 용철중 인을 안정적으로 제거할 수 있다. 또한, 취련중기에는 초기에 생성되었던 인산화물(P2O5)과 산화망간(MnO)은 왕성한 탈탄에 의해 생성되는 일산화탄소에 의해 환원되어 취련초기에 산화제거 되었던 망간과 인이 용철중으로 되돌아 들어오는 소위 복망간, 복린현상이 일어난다. 이로 인해 취련종점에서는 용강중 망간 및 인 농도의 재현성이 결여되고, 간헐적으로 목표 함량을 벗어나서 용강품질 저해 및 원가상승의 요인이 되기도 한다. 특히 이러한 현상 때문에 취련말기에 탈린(용철중 인을 제거하는 것) 및 탈망간(용철중 망간을 제거하는 것)을 철저히 하여 안정적 종점 인농도를 확보하기 위해 탄소농도가 0.04% 이하로 지나치게 송산하는 것이 일반적이다.
특히, 용강중 청정도가 요구되는 탄소강을 제조해야 하는 철강재에 상기와 같은 방법으로 취련한다면, 다음과 같은 문제점이 있다.
취련이 종료되었을때의 용철중 유가금속인 철, 망간등이 지나치게 산화되므로서 이 산화물들이 슬래그중에 함유되게 되며, 그 결과 전로내의 슬래그량이 급격히 증가되어 폐기물량이 늘어남은 물론 용강중 용해산소가 급격히 상승한다. 또한 이렇게 하여 만들어진 전로내 용강을 출강중에 다수 수요가가 요구하는 목표 용강조성으로 맞추기 위해 산화제거된 만큼 재투입해야 하고, 또한 이때 각종 합금철의 실수율은 용강중 용해산소의 과다로 낮게 되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 상기 전로조업시 합금철과 용강중 용해산소가 반응하여 생성하는 산화물은 비금속 개재물이 되어 용강의 품질열화를 초래하며, 후공정인 2차 정련 및 연속주조공정을 거치는 동안 각종 노즐막힘의 원인되어 생산성은 물론 작업성 악화를 초래하며, 제품에서도 각종 결함을 야기시키는 문제점이 상존하게 된다.
따라서, 이러한 일련의 과정에서 취련중 효과적인 탈린거동을 유도하기 위해서 중요한 것은 취련초기에는 보다 안정적으로 탈린 및 탈망간을 촉진시키고, 중기에는 복망간 및 복린을 억제시키는 기술이 선결되어야 한다.
한편, 전로조업시 용철중 인을 효율적으로 제거하기 위해서는 용철중 탄소, 규소, 망간등의 원소와 슬래그중 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화규소(SiO2), 산화망간(MnO), 산화철(FeO)등의 산화물 농도의 제어가 중요하다.
이것을 탈린에 대한 화학반응식을 통해 살펴보면 다음과 같다.
4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaO·P2O5)
여기서, K는 상기 반응식의 평형정수, T는 절대온도, ai는 용철중 i 성분의 활동도를 의미하고, K는 온도만에 의존한다. 상기 반응식(8), 수학식(1)로부터 용강중 인([P])을 제거하기 위해서는 ap를 낮추어야 한다. 그 방법으로는 다음과 같은 조건을 생각할 수 있다.
첫째, 슬래그중 CaO 의 활동도를 증가시킨다.
둘째, 슬래그의 염기도((CaO 중량%)/(SiO2중량%)) 및 산화철의 농도를 높여준다.
셋째, 송신강도를 조정하여 화점면적을 넓혀 용철 및 슬래그중 산소 포텐샬(Oxygen Potential)을 높이고, 슬래그 운동을 보다 다양하게 변화시킨다.
넷째, 효과적인 취련방법을 통해 용철중 망간을 낮게 유도한다.
다섯째, 용철중 산소와의 친화력이 강한 원소를 슬래그측으로 이동되도록 취련방법을 개발한다.
한편, 일반적으로 통상 전로 정련시 전로 종점 인농도를 0.02중량% 이하로 유도하는데는 탄소농도가 0.04중량% 이하이어야만 되는 것으로 알려져 있다. 용철중 탄소가 높으면 슬래그중 산화철이 낮아지고, 융점이 높아서 유동성이 나빠지면서 생석회 재화가 미흡하여 탈린에 불리하다. 따라서 취련개시부터 취련이 완료될때까지 전과정에서 용철중 인을 안정적으로 제어하는데는 용선성분 및 조업특성에 적합한 취련패턴 적용이 매우 중요함을 시사하고 있다.
본 발명은 전로정련시 취련방법의 개선을 통하여 용철중 인을 안정적으로 제거하기 위해 슬래그를 효과적으로 제어하고, 철저한 슬래그 재화를 통하여 종점 탄소농도에 무관하게 화학적으로 불안정한 슬래그중 인화합물(P2O5)을 슬래그에 안정적으로 존재시킴으로써 인함량이 0.020중량% 이하의 용강을 용이하게 제조할 수 있는 취련방법을 제공함에, 그 목적이 있다.
도 1은 전로조업 공정도
도 2는 전로 취련상태를 보이는 단면도
도 3는 발명예와 비교예의 취련패턴 및 부원료 투입조건을 보이는 그래프
도 4는 발명예와 비교예의 취련시간에 따른 용철중 인함량의 거동을 보이는 그래프
도 5는 발명예와 비교예의 취련종점에서의 용강중 탄소함량과 인함량의 상관관계를 나타낸 그래프
도 6은 발명예와 비교예의 방법으로 조업했을 때 인성분 격외 발생율 비교를 보이는 그래프
도 7은 발명예와 비교예의 방법으로 조업했을 때 랜스 지금 부착율 비교를 보이는 그래프
* 도면의 주요분분에 대한 부호의 설명 *
1 ..... 전로 2 ..... 랜스
3 ..... 서브랜스 4 ..... 용철
5 ..... 슬래그 6 ..... 저취노즐
7 .... 산소 젯트류
본 발명자들은 종점 탄소농도에 무관하게 슬래그중 인화합물을 슬래그에 안정적으로 존재시킴으로써 인함량이 0.020중량% 이하의 용강을 용이하게 제조하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 또한, 저규소 용선을 이용한 취련작업시, 부원료 투입방법이 정해져 있으면, 변경가능한 것은 랜스높이와 송산량에 대한 것이며, 이들을 조정하는 취련패턴을 도출하여 상기 목적을 달성하기 위해 연구와 실험을 행하였다.
즉, 본 발명의 배경은 도 2에 나타낸 바와같이 효율적 취련을 하기 위해서는 슬래그/용철/산소가스와의 상관관계를 어떻게 조화를 시켜 용철중 인을 슬래그측으로 안정하게 이동되게끔 하고, 한번 슬래그측으로 이동된 인은 취련중기에도 복린이 되지 않도록 하여야 하며, 취련말기에는 보다 저농도의 인이 재현성 있게 얻어지도록 하는 것이다.
본 발명은 상기 가능성을 실현하기 위해 상기한 반응식(8)과 수학식(1)로부터 저규소 용선을 충분히 고려하여 전로 취련중 탈린반응의 안정적 유도를 목적으로, 취련시간별 특징적 조건을 살펴보면 두가지로 요약된다.
첫째, 취련개시∼취련55% 까지는 투입한 부원료의 재화가 철저히 지속되도록 하고, 저융점 슬래그(유동성이 좋은 슬래그)를 만들기 위해 철산화물이 높게 유지되도록 하였다. 즉, 착화 직후부터 취련 55% 까지는 랜스높이를 상향하고, 송산량을 줄여서 송산가스의 모우멘텀을 용철에서 생성된 산화물이 슬래그층으로 용이하게 이동되게 하고, 한번 생성되어 슬래그층에 들어간 산화물은 용철속에 혼입되지 않도록 설계하였다. 이렇게 함으로써 취련중 고염기도의 저융점 슬래그가 유도되고 용철중 인은 슬래그층으로 이동이 용이하도록 되며, 이로 인해 랜스 지금 부착을 저감할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
둘째, 취련 55% 이후에는 송산가스의 모우멘텀을 용철로 이동시켜 탈망간반응(반응식 3)이 촉진되도록 하고, 송산량을 단계별로 상승시켜 하드브로링을 유도하여 재화가 촉진되고, 슬래그가 균일화하도록 유도하였다. 이 시기는 탈탄속도가 서서히 낮아지면서 용철중 철분과 망간의 산화가 가속화되기 시작한다. 이로인해 슬래그중에는 산화철(FeO)과 산화망간(MnO)이 생성되고, 슬래그 및 용철중 산소 포텐샬이 상승하여 탈린, 탈망간이 진행되는데 이때에도 탈망간을 촉진시켜 슬래그중 인산화물이 보다 안정적으로 존재하도록 하기 위해 취련 약82% 이후에는 랜스높이를 약100mm 낮추어 취련완료시점(종점)에서의 슬래그중 산화철이 낮게 유지되도록 유도하였다. 이상과 같은 본 발명의 사상을 종래 취련 패턴(비교예)을 기준으로 하여 모식적으로 나타내면 도 3과 같이 정리된다.
취련중 용철중의 탄소와 인은 상반된 야금반응특성에 의해 진행되며, 특히 0.02중량% 이하의 인농도를 만족하는 탄소강을 제조하는데는 많은 어려움이 있다. 취련시 용철중 망간은 융기현상(취련중 탈탄 왕성기의 슬래그중 산화망간의 환원에 의해 용철중 망간 농도가 상승하는 현상)을 일으키는 대표적인 원소로서 탄소(산화반응만에 의해 일어나며, 일산화탄소로 되어 노외로 배출됨)와는 달리 산화, 환원반응을 동시에 일으키는 원소이다. 따라서 취련중 부원료 투입방법이 동일하더라도 인의 안정적 거동을 보다 적극적으로 유도하기 위해서는 슬래그의 철저한 재화와 용철중 망간의 거동을 유효 적절히 제어하는 기술이 필수적으로 요구된다.
상기한 바와같은 관점으로 부터 출발한 본 발명은 전회조업한 총슬래그중 25-30%를 남긴 전로에 전장입량(고철과 용선을 합한 무게) 1톤에 대하여 생돌로마이트 7-12kg을 투입하여 노체를 3-4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12-16kg을 노내 투입한 다음, 고철 및 저규소용선을 장입한 다음, 순산소를 송산하여 취련시키고 착화되면 소결광을 6-9kg를 일괄투입하고, 취련시간의 30-70%에 해당하는 시간에는 전장입량 1톤에 대하여 2-3kg 씩 생석회 또는/및 경소 돌로마이트를 분할투입하고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동 투입하는 것을 특징으로 하는 저규소 용선을 이용한 저린강의 전로 정련방법에 관한 것이다.
상기한 바와같은 본 발명에 있어 상기 저규소 용선은 0.25중량% 이하의 규소함량을 갖는 용선인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 전회조업한 총슬래그중 25-30%를 남긴 전로에 전장입량(고철과 용선을 합한 무게) 1톤에 대하여 생돌로마이트 7-12kg을 투입하여 노체를 3-4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한다.
상기 슬래그는 전로조업시 전회조업한 것 중에서 일부를 남기는데, 그 비율이 25%미만이면 초기 슬래그재화가 결여되어 탈린거동이 불안해져서 안정적조업이 곤란하며, 30%를 초과하면 출강중 슬래그 넘침현상(슬로핑)이 일어나 작업성이 악화될 염려가 있기 때문에, 25-30%범위로 하는 것이 바람직하다.
상기 생돌로마이트 전장입량 1톤에 대하여, 7kg미만으로 투입되면 코팅효과가 미미하고, 12kg을 초과하여 투입되면 슬래그코팅성이 나빠지고 노체의 내화물 탈락의 염려가 있다.
상기 생돌로마이트 투입후에는 노체를 3-4회 반복경동시키는데, 3회미만이면 코팅이 제대로 되지않을 염려가 있고, 4회를 초과하면 작업시간증가로 조업상 생산밸런스 문제가 발생된다.
또한, 본 발명에서는 생석회 12-16kg을 노내 투입한 다음, 고철 및 용선을 장입한 다.
상기 생석회는 12-16kg을 투입하는데, 12kg미만이면 스크랩이 노체를 때려 노체의 기계적 충격에 의한 손상이 우려되고, 16kg을 초과하면 취련초기의 재화불량으로 스피팅등의 문제가 있다.
상기 생석회 투입후에는 고철 및 용선을 장입하는데, 통상의 방법에 의해 행하는 것이다.
또한, 본 발명에서는 순산소를 송산하여 취련시키고 착화되면 소결광을 6-9kg를 일괄투입한다.
상기 순산소를 송산하여 착화시키고, 소결광을 6-9kg을 일괄투입하는데, 6kg미만으로 투입하면 슬래그고온화로 탈린, 탈망간이 불량해질 염려가 있고, 9kg을 초과하면 온도가 지나치게 낮아져 스티핑을 유발하여 지금부착의 염려가 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 취련시간의 30-70%에 해당하는 시간에는 전장입량 1톤에 대하여 2-3kg 씩 생석회 또는/및 경소 돌로마이트를 분할투입한다.
상기 취련시간의 30-70% 정도에서는 생석회와 경소 돌로마이트를 단독 또는 복합으로 투입하는데, 전장입량 1톤에 대하여 2-3kg 씩 투입한다. 그 함량이 2kg미만이면 복립억제효과가 떨어지고, 3kg을 초과하면 재화불량으로 슬로핑 또는 스피팅 현상을 유발할 우려가 있다.
일반적으로 전로조업에 있어서, 취련방법은 도 2에 도시한 바와같이, 랜스(2)의 높이를 낮추고, 송산량을 증가시키면, 즉 하드브로잉이 되면, 랜스로 부터의 산소 젯트류(3)에 의하여 용철(4) 표면에 형성되는 캐비티(L, cavity, 파임깊이)가 커지면서 강교반이 되어 화점(火点)면적(송산가스와 용철면이 접촉하는 면적)이 좁아지며, 투입한 부원료는 조재성(造滓性)이 나빠진다. 이때, 노내 반응측면에서는 탈탄은 빨라지지만 스피팅이 유발되어 랜스에 지금이 부착될 위험성이 있다. 또한, 랜스(2)에서 분사되는 산소가스의 힘이 전로(1)의 바닥까지 도달하여 내화물 용손이 심하게 된다. 그러나, 랜스(2)의 높이를 높이고, 송산량을 줄이면, 즉 소프트브로잉이 되면, 랜스로부터의 산소젯트류(7)에 의하여 용철표면에 형성되는 캐비티가 작아지면서 교반이 약해지고, 화점면적이 넓어져서 투입한 부원료의 조재성(造滓性)은 양호해지며, 슬래그(5) 중의 철산화물은 증가되지만, 심하면 슬래그 부피가 증가되어 슬로핑을 유발할 가능성이 있다. 이때, 노내 반응 측면에서는 탈린은 철산화물의 증가로 촉진된다.
여기서, 노내의 용철에 가해지는 교반력의 척도는 랜스(2)의 산소가스에 의해 용철면에 생성되는 캐비티(L)와 정지상태의 용철면 높이(L0)의 비인 L/L0의 값을 이용한다.
일반적으로 L/L0가 0.9이상이 되면 강교반으로 분류되며, 전로 바닥부의 내화물 용손이 심하게 된다. 또, L/L0가 0.7이하가 되면 약교반으로 분류되며, 취련시간이 길어지고 용철중 철성분의 손실이 커져 슬래그량이 증가한다.
한편, 실조업에서의 전로는 캐비티(L)을 직접 측정하기는 어렵다. 그래서 대부분은 전로모형의 수모델에서 얻어진 하기 수학식을 이용, 추정하여 사용한다.
L = Lh·exp(-0.78·h/Lh)
Lh= 63·{-k·Q/(n·d)}2/n
여기서, h 는 도 2에 나타낸 정지탕면에서 랜스선단부까지의 높이(랜스높이), k 는 랜스노즐에 따른 상수로서 0.83이며, Q는 송산량, n은 랜스노즐의 공(孔)수를 나타내며, d는 랜스노즐의 직경을 나타낸다.
따라서, 교반력의 척도가 되는 L/L0는 상기 수학식(2),(3)로부터 구해지며, L/L0는 랜스높이(h)와 송산량(Q)에 의해 지배됨을 의미한다.
통상, 전로 취련작업은 탈탄반응속도를 기준으로 3단계로 구분한다. 1단계(취련개시-취련시간 33% 시점) 취련은 용선중 규소가 가장 먼저 반응되고, 이어서 망간 철, 인이 투입한 부원료와 반응하여 제거되면서 서서히 탈탄속도가 증가되는 시기이고, 2단계(취련 33-67% 시점)는 탈탄왕성기로서 주반응이 탈탄되며, 이때 송산가스는 대부분이 탄소와 반응한다. 또 3단계(취련 67%-완료)는 탈탄반응속도가 감소하는 시기로서, 시간 경과와 더불어 슬래그중 산화철과 산화망간이 상승한다.
본 발명의 방법의 저규소 용선을 사용시 효과적인 취련작업을 하기 위한 주된 특징을 종래방법과 비교하여 요약하면, 취련 38% 까지는 송산량과 랜스높이를 투입한 생석회와 소결광이 효과적으로 재화가 촉진되도록 하기 위해 L/L0를 통상 소프트브로잉의 0.7 보다 낮은 0.62-0.69로 하였다. 이후 취련 82% 까지는 랜스높이는 일정하게 두고 송산량을 증가시켜 나가면서 L/L0를 0.75-0.88 로 제어되도록 하여, 투입한 생석회 또는 경소돌로마이트의 효과적인 재화와 균일한 슬래그의 확보를 통해 용철의 인이 효과적으로 제거되도록 하고, 또한 슬로핑이 지속적으로 억제되도록 하였다.
그리고, 취련 82% 이후에는 용강중 인의 안정적 확보를 위해 100mm 올려서 L/L0를 0.85 로 유지하여 재현성 있는 종점 인함량을 얻을 수 있도록 하였다.
이렇게 함으로써, 취련중 슬래그층의 효과적인 교반이 가능해지고, 이로 인해 재화가 촉진됨에 따라 종래 취련방법보다 탈린효과가 양호하였다.
이같은 취련작업에 있어, 바람직한 예를들면, 취련작업을 10단계로 세분화하여 전로 취련중 안정적 저린 용강이 제조되도록 하면서도 앞서 언급했던 문제점을 효과적으로 개선할 수 있는 것이다. 이를 효율적으로 달성하기 위해서 저규소 용선임을 감안하여, 각 단계별로 랜스높이 및 송산량을 상기와 같은 범위로 설정하였다. 그 설정범위에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 취련 38% 시점까지 L/L0가 0.62이하가 되면 용선중 규소함량이 낮아 발생되는 산화규소량이 적어서 부원료의 재화도가 미흡하여 탈린 거동이 종래에 비해 크게 개선되지 않을 뿐 아니라 용철에 충돌하는 송산젯트의 힘이 약하여 슬래그 조재성과 용철의 교반력이 너무 약하여 교반기능이 급격히 떨어진다. L/L0가 0.68을 초과하면 슬래그가 적기 때문에 상대적으로 용철의 교반이 너무 강해져서 스피팅이 발생하며, 이로 인해 랜스에 지금이 부착될 우려가 있다. 이것은 취련 작업중 관찰, 슬래그 채취 및 분석에 의하여 확인하였다. 취련 38% 이후에 L/L0를 0.75-0.88로 정한 것은, 0.75 이하가 되면 탈탄왕성기 시점에서 재화는 양호하나 탈탄이 지나치게 지연되어 취련시간이 연장되는 문제점이 있고, 0.88 이상이 되면 슬래그량이 적어서 스피팅에 의한 랜스 지금 부착이 유발된다. 이것은 랜스에 부착한 지금을 분석한 결과, 이 시점의 용강조성임을 확인한 바 있다.
이같은 취련방법을 본 발명의 정련방법에 적용하게 되면, 취련초기에는 슬래그 재화가 촉진됨과 동시에 고산소 포텐샬의 저융점슬래그 생성이 용이해져 탈린, 탈망간이 촉진된다. 취련중기에는 탈탄이 왕성한 시기로서 일산화탄소가 다량 발생되는데, 이때 취련초기에 만들어 놓은 슬래그중 철산화물이 일산화탄소에 의한 환원반응을 억제시켜 복린을 방지하고, 복망간이 억제되며, 분할 투입된 생석회의 재화를 지속적으로 유도하여 염기도 상승과 더불어 복린이 방지된다. 취련말기에는 탈탄왕성기가 거이 끝나고 서서히 탈탄속도가 줄면서 용철중 철분과 망간이 산화되면서 슬래그중에 적정 산화철(FeO)과 산화망간(MnO)가 생성되므로 슬래그 및 용철중 적정산소포텐샬이 확보되어 탈린, 탈망간이 진행되는데, 이때에도 탈망간을 촉진시키고, 슬래그중 인산화물이 보다 안정하게 되기 때문에 용철중 인은 더욱 안정적인 거동을 하게 된다.
이를 보다 세분하여, 전로 취련시 랜스 높이 및 송산량 조정방법에 대한 취련시간별 L/L0비의 계산값을 열거하면, 0.69→0.65→0.68→0.62→0.68→0.75→0.79→0.83→0.88→0.85 의 10단계로 변화시켜 취련 전과정에서 슬래그의 효과적 제어와 스피팅 및 슬로핑 등의 문제점이 없도록 하였다. 이 같은 10단계로 변화시켜 취련하는 방법을 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
즉, 상기 용선에 있어서, 전로 취련 15%까지 송산량과 랜스높이를 일정하게 유지하여 약교반을 유도하는 제1 단계와; 전로 취련 15-20% 까지 제1 단계의 랜스높이를 일정하게 유지한 상태에서 송산량을 줄여서 제1 단계보다 약한 교반력을 유도하는 제2 단계와; 전로 취련 20-25% 까지 제2 단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제2 단계보다 랜스높이를 낮추어 제2 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제3 단계와; 전로 취련 25-33% 까지 제3 단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제3 단계 보다 송산량을 줄여서 제3 단계보다 약한 교반력을 유도하는 제4 단계와; 전로취련 33-55% 까지 제4 단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제4 단계보다 랜스 높이를 낮추어 제4 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제5 단계와; 전로 취련 55-58% 까지 제5 단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제5 단계보다 송산량을 증가하여 제5 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제6 단계와; 전로 취련 58-62% 까지 제6 단계의 랜스 높이를 그대로 유지한 상태에서 제6 단계보다 송산량을 증가하여 제6 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제7단계와; 전로 취련 62-82% 까지 제7단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제7 단계보다 송산량을 증가시켜 제7 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제8단계와; 전로 취련 70-84% 까지 제8 단계의 랜스 높이를 그대로 유지한 상태에서 제8 단계보다 송산량을 증가하여 제8 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제9 단계와; 전로 취련 84%부터 취련종료까지는 제9 단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제9단계보다 랜스높이를 낮추어 제9 단게보다 약한 교반력을 유도하는 제10 단계로 구성되는 저규소 용선을 이용한 전로 취련방법이 제시된다.
하지만, 상기 10단계의 취련방법은 본 발명에 있어 바람직한 일예이며, 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 이같은 사상을 적용하여 여러단계로 변형시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예
전회 조업한 총슬래그(40-45톤)중 25-30%를 남긴 전장입량(고철과 용선을 합한 무게) 1톤에 대하여 300톤 전로에, 생돌로마이트 7-12kg을 투입하여 노체를 3-4회 반복정동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12-18kg을 노내 투입하고 이어서 주원료로 고철을 전장입량의 15중량%이하를, 그리고 하기표 1과 같은 성분을 함유하는 용선을 85중량% 를 전로내에 장입하였다.
(단위 : 중량%)
탄소 규소 망간 인 유황 티탄
4.4-4.6 0.05-0.25 0.15-0.40 0.085-0.125 0.003-0.010 0.035-0.062
고철 장입후에는 노체를 2회 경동한 후 랜스를 하강시키면서 취련이 개시된다. 취련이 개시되면 순산소는 용선과 반응하여 착화된다. 착화가 되면, 전장입량 1톤에 대하여 소결광은 6-9kg을, 형석은 1.0kg을 일괄투입하였다. 취련시간 30-70%에는 생석회 또는 경소돌로마이트를 2-3kg 씩 분할 투입하였고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내에서 연동투입하였다. 취련 80% 시점에는 생석회 및 경소돌로마이트를 1종류 이상 2-3kg을 투입하였다. 취련시간 85-90% 시점에는 서브랜스(3)를 이용, 용강중 탄소함량 예측 및 온도를 측정하고, 온도가 높을때에는 냉각재를 적정량 투입하고, 낮을 때는 송산량을 늘여 온도를 조정한 후 취련작업이 완료된다.
전술한 부원료 투입 조건은 도 3에 취련패턴과 더불어 모식적으로 나타내었으며, 사용한 각종 부원료에 대한 성분 분석치는 하기표 2에 정리하였다. 전로 취련시 송산유량 및 랜스높이에 대해서는 도 3에 도식화하여 나타내었다.
또한, 하기표 3은 도 3에 나타낸 부원료 투입조건하에의 비교예와 발명예의 취련패턴으로 각각 구분하여 10회씩 실시하고, 취련 85-90% 시점과 종점에서 용강을 채취하여 분석한 결과를 정리한 것이다.
구분 부원료성분(중량%)
산화칼슘 산화마그네슘 철분 산화망간 산화규소 산화알미늄 산화티탄 불화칼슘 탄소 유황
생석회 92.50 2.20 0.39 - 0.92 0.30 - - - -
생돌로마이트 30.73 20.99 - - 0.58 0.17 - - - -
경소돌로마이트 56.16 38.80 0.60 - 1.40 0.51 - - - -
형석 - - 48.294 - 13.54 - - 83.86 - -
소결광 8.42 1.24 0.42 4.54 1.56 0.17 - 2.60 0.034
구분 번호 용강성분(중량%)
취련 85-90% 취련종료(종점)
탄소 망간 인 탄소 망간 인
비교예 1 0.33 0.21 0.022 0.055 0.13 0.014
2 0.28 0.20 0.025 0.083 0.15 0.020
3 0.42 0.20 0.028 0.040 0.09 0.012
4 0.43 0.18 0.030 0.110 0.14 0.021
5 0.29 0.15 0.022 0.125 0.15 0.023
6 0.37 0.21 0.026 0.068 0.13 0.014
7 0.40 0.20 0.024 0.045 0.12 0.017
8 0.43 0.22 0.025 0.038 0.08 0.013
9 0.31 0.19 0.023 0.032 0.06 0.014
10 0.45 0.22 0.033 0.120 0.12 0.019
발명예 1 0.45 0.16 0.017 0.115 0.10 0.013
2 0.48 0.18 0.015 0.063 0.06 0.007
3 0.45 0.18 0.013 0.080 0.08 0.009
4 0.42 0.17 0.017 0.070 0.07 0.010
5 0.38 0.12 0.013 0.185 0.13 0.013
6 0.35 0.13 0.015 0.085 0.10 0.010
7 0.29 0.12 0.011 0.050 0.05 0.005
8 0.25 0.10 0.012 0.070 0.08 0.011
9 0.44 0.18 0.016 0.145 0.12 0.013
10 0.40 0.18 0.015 0.063 0.07 0.008
상기표 3에서 알 수 있는 바와같이, 비교예는 종래의 취련방법으로 취련 85-90% 시점에서 탄소는 0.28-0.45중량%, 망간은 0.15-0.22중량%, 인은 0.022-0.033중량% 로 나타났고, 종점에서는 탄소가 0.032-0.125중량%, 망간이 0.07-0.15중량%, 인은 0.012-0.023중량% 로 나타났다. 반면에 발명예는 취련 85-90% 시점에서 탄소는 0.25-0.48중량% 이고, 망간은 0.12-0.18중량%, 인은 0.011-0.017중량% 로 나타났고, 종점에서는 탄소가 0.050-0.185중량%, 망간이 0.06-0.12중량%, 인은 0.005-0.013중량% 로 나타났다.
상기의 사실로 부터, 비교예와 발명예의 결과를 요약해보면, 취련 85-90% 시점에서 탄소농도가 비교예 0.28-0.45중량%, 발명에 0.25-0.48중량%로 유사한 범위임에도 불구하고, 망간은 비교예가 0.15-0.22중량%로 발명예의 0.10-0.18중량%에 비해 0.05-0.08중령%가 높게 나타나고, 인은 비교예가 0.022-0.033중량% 로 발명예의 0.011-0.017 중량% 에 비해 0.011-0.016중량%가 높게 나타났다. 또한 종점에 있어서도 탄소농도는 비교예가 0.032-0.125중량%에 비해 발명예는 0.050-0.185 중량%로 오히려 높은데도 불구하고, 망간은 비교예가 0.07-0.15중량%로 발명예의 0.05-0.12중량%에 비해 0.02-0.03중량%가 높게 나타나고, 인은 비교예가 0.012-0.023중량% 로 발명예의 0.005-0.013중량%에 비해 0.007-0.010중량% 가 높게 나타났다.
슬래그 평균조성(중량%)
산화칼슘 산화마그네슘 산화규소 산화철 산화망간 인산화물 산화티탄
비교예 40.08 8.23 11.95 26.94 4.22 2.09 1.84
발명예 42.15 8.64 11.20 22.52 4.50 2.41 1.53
상기표 4는 실시예와 발명예의 취련종점에서의 슬래그의 평균조성을 정리한 것이다. 상기표 4로부터 발명예의 경우가 비교예에 비해 슬래그의 염기도, 산화마그네슘, 산화망간 및 인산화물은 높다. 이는 상기표 3의 용강성분과 비교하면 그 상관관계가 잘 일치하고 있음을 입증하고, 또한 이는 동일한 부원료 투입조건에서 슬래그 재화율이 높고, 종점 망간 및 인함량이 낮게 유도되었음을 입증해주고 있다. 반면에 산화철은 발명예의 경우가 비교예에 비해 낮게 나타났는데, 이는 종점 탄소 함량이 높아져 용해산소가 낮아졌음을 의미한다.
그리고 본 실시예에서 취련작업중 취련시간에 따른 용철시료채취는 서브랜스를 이용하였으며, 분석한 결과에 대한 비교예와 발명예의 취련시간에 따른 전형적인 용철중 인의 거동을 도 4에 도시하였다.
상기표 3의 실시예의 결과와 도 4의 경시변화의 결과로부터 확실히 입증되는 것은 발명예의 경우가 비교예에 비해 취련중 인의 거동을 안정적으로 유도시킨다는 사실이다. 이는 곧 종래의 취련패턴에 비해 발명예의 취련방법이 재현성있고, 인함량도 저린화되어 있음을 입증하고 있다.
도 5는 본 실시예에서 얻어진 비교예와 발명예의 취련종점에서의 용강중 탄소함량과 인함량의 상관관계를 도시한 것으로 비교예의 경우에는 탄소함량이 증가할수록 인(평균 0.017중량%)이 상승하는 경향을 보이는 반면에, 발명예의 경우는 탄소함량과 무관하게 0.015중량% 이하의 용강(평균 0.010중량%)을 안정하게 얻었다. 또한 동일 탄소함량에서는 발명예가 비교예에 비해 인함량이 낮게 안정되어 있음을 확인할 수 있다.
이것은 취련 전과정에 있어서 슬래그 재화도가 높고, 슬래그중 인산화물과 산화망간이 화학적으로 안정하게 존재시킴으로서 얻어진 결과를 반영하고 있으며, 또한 취련방법의 적정화로 인해 산소포텐샬의 안정적 유지와 더불어 고염기도의 저융점 슬래그를 확보해줌으로써 슬래그중 인산화물과 산화망간을 안정적으로 고정시킨 효과 때문에 발명예가 비교예에 비해 동일한 취련종점 탄소함량에서도 인함량을 낮출 수 있는 조건과 재현성 있는 결과를 제공하고 있음을 입증하고 있다.
한편, 도 6 및 도 7은 종래의 방법과 본 발명의 방법을 6개월간 1000 회, 1200 회 적용한 결과로 부터 인성분 격외율 및 랜스 지금부착율을 비교한 것이다. 여기서 본 발명의 경우, 인성분격외율은 종래 0.35%에서 0%로, 랜스지금부착율은 종래 39.8%에서 17.5%로 대폭 감소하였음을 입증하였다.
상술한 바와같이 본 발명은 부원료 및 소결광 투입방법을 도출하고, 또한 도출된 부원료 및 소결광 투입방법하에서 적정 정련 방법을 도출함으로써, 용철 슬래그의 적정 산소 포텐샬과 생석회, 경소돌로마이트의 슬래그효율을 높게 유지할 수 있고, 취련중 용철중 인을 종래방법에 비해 낮게 제어할 수 있어 슬래그중 산화칼슘의 활동도 및 산화철의 농도를 높게 제어해주는 역할을 한 결과, 취련종점에서 탄소함량이 0.05중량% 이상에서도 인의 함량이 0.015중량% 이하의 저린강을 안정적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 전로 정련시 인성분격외율, 랜스 지금 부착율을 대폭 감소시키는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 전회조업한 총슬래그중 25-30%를 남긴 전로에, 전장입량 1톤에 대하여 생돌로마이트 7-12kg을 투입하여 노체를 3-4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 후, 생석회 12-16kg을 노내 투입한 다음, 고철 및 저규소용선을 장입한 다음, 순산소를 송산하여 취련시키고 착화되면 소결광을 6-9kg를 일괄투입하고, 취련시간의 30-70%에 해당하는 시간에는 전장입량 1톤에 대하여 2-3kg 씩 생석회 또는/및 경소 돌로마이트를 분할투입하고, 소결광은 열원이 허용하는 범위내의 양을 연동 투입하는 것을 특징으로 하는 저규소 용선을 이용한 저린강의 전로 정련방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저규소 용선은 용선중 규소함량이 0.25중량 이하인 것임을 특징으로 하는 저규소 용선을 이용한 저린강의 전로 정련방법
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전로 취련시간의 15%까지 송산량과 랜스높이를 일정하게 유지하여 약교반을 유도하는 제1 단계와;
    상기 전로 취련시간의 15-20%까지 제1 단계의 랜스높이를 일정하게 유지한 상태에서 송산량을 줄여서 제1 단계보다 약한 교반력을 유도하는 제2 단계와;
    상기 전로 취련시간의 20-25%까지 제2 단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제2 단계보다 랜스높이를 낮추어 제2 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제3 단계와;
    상기 전로 취련시간의 25-33% 까지 제3 단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제3 단계보다 송산량을 줄여서 제3 단계보다 약한 교반력을 유도하는 제4 단계와;
    상기 전로 취련시간의 33-55%까지 제4 단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제4 단계보다 랜스높이를 낮추어 제4 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제5 단계와;
    상기 전로 취련시간의 55-58%까지 제5 단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제5 단계보다 송산량을 증가하여 제5 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제6 단계와;
    상기 전로 취련시간의 58-62%까지 제6 단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제6 단계보다 송산량을 증가하여 제6 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제7 단계와;
    상기 전로 취련시간의 62-82%까지 제7단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제7 단계보다 송산량을 증가시켜 제7 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제8 단계와;
    상기 전로 취련시간의 70-84% 까지 제8 단계의 랜스높이를 그대로 유지한 상태에서 제8 단계보다 송산량을 증가하여 제8 단계보다 강한 교반력을 유도하는 제9 단계와;
    상기 전로 취련시간의 84%부터 취련종료까지는 제9 단계의 송산량을 그대로 유지한 상태에서 제9 단계보다 랜스높이를 낮추어 제9 단계보다 약한 교반력을 유도하는 제10 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 저규소 용선을 이용한 저린강의 전로 정련방법
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