KR20020018226A

KR20020018226A - 철손이 저감되는 무방향성 전기강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20020018226A
Application number: KR1020000051450A
Authority: KR
Inventors: 김태호; 조병기; 임문석
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-03-08
Also published as: KR100514785B1

Abstract

본 발명은 발전기 및 모터 등의 소재로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조에 관한 것이며; 그 목적은 철손이 저감되는 무방향성 전기강판을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용선을 정련하여 Si 1.0~ 5.0중량%, Al 0.2~1.5중량%, (C+S+N) 0.01중량%이하를 포함하여 조성되는 용강을 이용하여 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 정련된 용강을 진공탈가스처리하고, 탈가스 처리된 용강 상부의 슬래그 조성을 CaO 60~65%, Al₂O₃30~35% 및 SiO₂5~10%로 조절한 후, 용강에 교반가스를 상취와 저취를 통해 적어도 10분 이상 동시에 취입한 다음, 이 용강을 연속주조하여 구성되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

철손이 저감되는 무방향성 전기강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING NON-ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET HAVING LOW IRON LOSS}

본 발명은 발전기 및 모터 등의 소재로 사용되는 무방향성 전기강판의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철손이 저감되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전기 및 모터 등의 소재로 사용되는 무방향성 전기강판은 높은 자기적 특성을 가져야 한다. 특히, 소재에 전류를 가했을 때 철손이 낮아야 열과 소음에 의한 에너지 손실이 낮게 된다. 무방향성 전기강판의 철손을 낮추기 위해서는 통상 강중에 Si과 Al을 다량 첨가하고, 불순물로 존재하여 철손을 증가시키는 탄소, 질소 및 황 등을 가능한 한 낮게 제어할 필요가 있다. 따라서, 대부분 일반 모터 소재로 사용되는 통상의 무방향성 전기강판을 제조할 때 Si는 0.4중량%이상, Al은 0.2중량%이상을 첨가하고, C, N, S는 0.001%이하로 제어하고 있으며, 대형 발전기용 소재로 사용되는 무방향성 전기강판을 제조하는 경우 Si, Al 첨가량을 이보다 더욱 높이고 C, N, S 함량은 더욱 낮게 관리하고 있다. 그러나, 무방향성 전기강판용 용강을 정련할 때 통상적인 제강공정에 용강중의 Si, Al첨가는 합금철을 직접 용강에 투입하므로써 성분 제거가 용이하고 C, N의 경우도 진공탈가스 설비를 이용하므로써 요구하는 수준까지 제어가 용이한 것으로 알려져 있지만, 문제는 용강중의 C, N을 낮게 제어하면서 동시에 S을 충분한 수준(약 20ppm이하)까지 낮추는데는 다소 어려움이 따른다.

즉, 무방향성 전기강판용 용강을 정련하는 경우 탄소를 0.01중량%이하로 관리하기 위해서는 필수적으로 탈가스 설비를 이용하여 탈탄작업을 하여야 하는데, 이러한 탈탄작업은 강중의 산소를 매우 높은 상태로 유지하여야만 한다. 그러나, 용강중의 산소가 높은 상태에서는 탈황반응 효율이 매우 낮아 용강중의 황 제거가 용이하지 못하다. 대체로 통상적인 극저탄소강의 제강공정에서는 유황함량이 약 0.004~0.005중량% 수준으로 용선탈류작업을 행하는데 비하여 무방향성 전기강판을 제조하기 위한 제강공정에서는 다량의 탈황제를 사용하여 유황함량을 0.003~0.004중량% 수준으로 낮춘 용선을 이용하지만, 그래도 황함량이 0.003중량%이하로 제어하는데는 어려움이 따른다. 대표적인 예로서 일본 공개특허 제98-310850호, 제97-316535호 및 제96-333658호 등에서는 진공탈가스 설비에서 탈탄 및 탈산작업후 별도의 탈황제를 용강중에 투입하여 황의 함량을 추가적으로 낮추는 방법들이 개시되어 있다. 그러나, 상기 일본 공개특허에서도 진공탈가스 설비에서 역시 다량의 탈황제를 사용하여야 할 뿐만 아니라 이를 위해 사전에 진공탈가스 처리전 유황함량을 적어도 0.004중량%이하로 낮추어야 하는 등의 문제가 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 그 목적은 무방향성 전기강판을 제조시 탈가스처리후 용강의 슬래그 조성을 적절히 제어하므로써, 탈황제를 투입하지 않고도 용강중의 S함량을 20ppm이하로 정련이 가능하도록 하고 이 정련된 용강을 이용하여 철손이 저감되는 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 용선을 정련하여 Si 1.0~ 5.0중량%, Al 0.2~1.5중량%, (C+S+N) 0.01중량%이하를 포함하여 조성되는 용강을 이용하여 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 정련된 용강을 진공탈가스처리하고, 탈가스 처리된 용강 상부의 슬래그 조성을 CaO 60~65%, Al₂O₃30~35% 및 SiO₂5~10%로 조절한 후, 용강에 교반가스를 상취와 저취를 통해 적어도 10분 이상 동시에 취입한 다음, 이 용강을 연속주조하여 구성되는, 철손이 저감되는 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 무방향성 전기강판은 고급재로 사용되는 강판으로서, 그 조성이 Si 1.0~ 5.0중량%, Al 0.2~1.5중량%, (C+S+N) 0.01중량%이하를 포함한 강이다. 이들 성분 조성은 사전에 통상적인 방법을 통해 고로의 용선을 전로에서 취련, 버블링(bubbling) 등의 공정을 거쳐 조성되도록 하면 된다.

본 발명의 경우 강중의 Si 함량이 적어도 1.0%이상되어야 고급재에 부합되는 자속밀도와 철손을 얻을 수 있으며, 또한 Si함량이 너무 많으면 강판의 용접성이떨어져 연속생산시 코일간 용접이 곤란하므로 5.0%이하로 유지하는 것이다.

또한, 무방향성 전기강판중의 Al은 입성장억제제로 작용을 하는데, 그 함량이 0.2%이하이면 입성장억제제로서의 역할이 미흡하여 철손이 높아지며, 1.5%이상 첨가하는 것은 주조시 개재물 등이 많아져 바람직하지 않다.

또한, 무방향성 전기강판중에 함유되는 탄소, 질소, 황은 불순물로서 본 발명의 경우 전체 합 (C+S+N)이 통상적인 범위인 0.01중량%이하가 되도록 함이 바람직하다.

본 발명은 상기한 조성을 갖는 무방향성 전기강판을 제조할 때 정련과정에서 기존의 방법과는 달리, 진공탈가스시 탈황제를 사용하지 않고 탈가스처리된 용강 상부의 슬래그 조성을 제어하여 강중의 S를 적어도 20ppm이하로 관리함에 특징이 있다. 구체적으로 본 발명은 먼저 탈가스처리하여 용선을 정련한 후 탈황제를 첨가하지 않고, 탈가스 처리된 용강 상부의 슬래그 조성을 적절히 조절한 다음, 용강을 버블링(bubbling)하여 강중의 S 함량을 최대한 낮추는데 특징이 있다. 이때, 본 발명에서는 상기 탈가스 처리된 용강 상부의 슬래그 조성은 CaO 60~65%, Al₂O₃30~35% 및 SiO₂5~10%의 범위로 제어하는 것이 중요하다. 여기서, 본 발명의 경우 슬래그의 조성을 상기 범위로 관리하는 이유는 다음과 같다.

즉, 일반적으로 제강공정에서 용강과 슬래그간의 탈황반응은 화학식1과 2와 같이 일어나게 되며, 이러한 탈황반응을 촉진하기 위해서는 화학식1과 2에서 처럼 용강중의 S함량과 Al함량이 높아야 하거나 슬래그중의 산소 농도가 매우 낮아야 한다. 따라서, 본 발명에서는 S함량을 낮추어 강판의 철손을 저감하기 위해서 슬래그의 조성을 제어하는 것이며, 본 발명자들의 실험결과에 의하면 상기 슬래그의 조성범위에서 가장 탈황능이 우수하였다. 슬래그의 조성을 제어하는 방법은 슬래그중에 통상적인 방법과 같이, CaO와 Al₂O₃등과 같은 부원료를 투입하면 된다.

CaO + S = CaS + O

2Al + 3/2O₂= Al₂O₃

이와같이 슬래그의 조성을 제어한 후, 본 발명은 상취와 저취를 통해 용강에 Ar 또는 질소 등과 같은 불활성 교반가스를 동시에 취입하여 탈황반응을 촉진시킨다. 본 발명의 경우 상취와 저취를 동시에 행하는 것은 교반이 되지 않는 영역을 최소화시키면서 용강과 슬래그의 반응을 더욱 강하게 하여 충분한 탈황능을 확보하기 위함이다.

보통 상취와 저취를 통한 버블링시 교반가스의 취입량은 설비의 능력에 따라 결정되나, 상취의 경우 교반가스를 바람직하게는 적어도 60N㎥/hr 이상, 보다 바람직하게는 60~100N㎥/hr의 범위에서 취입하는 것이 탈황반응 촉진을 위해 좋다. 또한, 저취는 교반가스를 바람직하게는 10N㎥/hr 이상, 보다 바람직하게는 10~40N㎥/hr으로 행하는 것이다.

그리고, 상기 상취와 저취는 바람직하게는 적어도 10분 이상, 보다 바람직하게는 10~15분 동안 동시에 행하는 것이 지속적인 탈황반응을 위해 좋다.

이와같은 버블링을 하게 되면 진공탈가스 설비에 도착되는 유황량(0.005%)을 기준으로 탈황율이 최소 60%이상 확보되어 다량의 탈황제를 사용하지 않고도 용강중의 유황량을 0.002%이하로 용이하게 제어할 수 있고, 이에 따라 철손이 매우 저감되는 무방향성 전기강판을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로 국한되지 아니한다.

[실시예]

중량%로, C: 4.5%, Si: 0.4%, Mn: 0.3%, P: 0.1%, S: 0.005%로 조성되는 용선 330톤을 취련, 버블링, 진공탈가스처리하고, 종래예의 경우 탈황제를 투입한 반면 비교예와 발명예에서는 표1과 같이 진공탈가스처리후 슬래그 조성을 조절한 다음, Ar가스로 버블링처리를 행하여 용강을 정련하였다. 이렇게 정련된 용강을 이용하여 각각 연속주조한 후 주조된 슬라브를 열간 및 냉간압연을 거쳐 무방향성 전기강판을 제조하였다. 또한, 각 강판의 철손을 구하여 그 결과를 표2에 나타내었다.

구분	진공탈가스처리직후의 [S]함량(중량%)	탈황제(kg/T-S)	슬래그조성(중량%)	진공탈가스처리후 버블링처리 조건
구분	진공탈가스처리직후의 [S]함량(중량%)	탈황제(kg/T-S)	CaO	SiO₂	Al₂O₃	상취(N㎥/hr)	저취(N㎥/hr)	취입시간(분)
종래예	0.005	4.5	60	7	33	-	-	-
비교예1	0.004	-	55	7	37	100	10	6.1
비교예2	0.004	-	58	8	34	120	-	12.1
비교예3	0.005	-	70	7	23	110	-	13.7
발명예1	0.005	-	60	5	35	90	10	11.5
발명예2	0.005	-	63	7	30	90	20	11.6
발명예3	0.006	-	65	8	28	70	40	10.5

구분	화학조성(중량%)	탈황율(%)	철손(W_15/50/kg)
구분	C	탈황율(%)	철손(W_15/50/kg)	S	N
종래예	0.0035	0.0032	0.0025	36	3.260
비교예1	0.0047	0.0035	0.0028	12	3.244
비교예2	0.0045	0.0043	0.0026	14	3.254
비교예3	0.0045	0.0040	0.0024	20	3.245
발명예1	0.0037	0.0019	0.0023	62	3.054
발명예2	0.0042	0.0016	0.0025	68	3.110
발명예3	0.0036	0.0015	0.0025	75	3.032

표1과 표2에 나타난 바와 같이, 용강을 탈가스 처리후 슬래그 조성을 적절히 조절하여 상취 및 저취를 동시에 실시한 발명예(1~3)의 경우 기존의 무방향성 전기강판에 비하여 철손이 저감됨을 보이고 있다.

반면, 탈가스 처리후 슬래그 조성을 적당히 조절하지 못하거나 버블링 조건이 적절하지 못한 비교예(1~3)의 경우 철손이 다소 높음을 보이고 있다.

한편, 본 발명예의 경우 기존의 탈황제를 사용하여 용강을 탈황처리하는 방법에 비하여 탈황능이 우수하면서도 극히 낮은 유황함량을 유지하는 것이 가능하여 적어도 철손이 10% 이상 저감됨을 보이고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 무방향성 전기강판을 제조하면, 강중의 [S]함량 제어가 용이하여 기존의 경우에 비하여 적어도 10%이상 철손이 저감되는 무방향성 전기강판을 얻을 수 있으며, 이러한 강판의 제조로 특히 대형 발전기 등의 소재 생산에 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

용선을 정련하여 Si 1.0~ 5.0중량%, Al 0.2~1.5중량%, (C+S+N) 0.01중량%이하를 포함하여 조성되는 용강을 이용하여 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 정련된 용강을 진공탈가스처리하고, 탈가스 처리된 용강 상부의 슬래그 조성을 CaO 60~65%, Al₂O₃30~35% 및 SiO₂5~10%로 조절한 후, 용강에 교반가스를 상취와 저취를 통해 적어도 10분 이상 동시에 취입한 다음, 이 용강을 연속주조하여 구성되는 것을 특징으로 하는 철손이 저감되는 무방향성 전기강판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 상취는 교반가스를 60N㎥/hr 이상, 저취는 10N㎥/hr 이상으로 행함을 특징으로 하는 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 상취는 교반가스를 60~100N㎥/hr, 저취는 10~40N㎥/hr으로 행함을 특징으로 하는 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 상취와 저취는 10~15분 동안 동시에 행함을 특징으로 하는 제조방법.