KR20020051961A

KR20020051961A - 고린강의 전로 정련방법

Info

Publication number: KR20020051961A
Application number: KR1020000079938A
Authority: KR
Inventors: 김정식; 서성모; 임문석
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-07-02

Abstract

본 발명은 콘테이너 또는 전기강판 등에 사용되는 고린강의 제조에 관한 것이며; 그 목적은 제강공정에서 단순히 부원료 투입방식을 개선하므로써 최종 P성분이 약 0.05~ 1.2%인 고린강을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 인 함량이 0.05~ 1.2중량%를 함유한 고린강의 제조방법에 있어서, 탄소함량이 4.0~4.8중량%로 함유된 용선을 통상의 패턴으로 취련하면서 상기 취련개시부터 취련 진행 35%까지의 시점에서는 용강톤당 5kg이하의 경소백운석을 투입하고, 취련 진행 35~ 70%까지의 시점에서는 슬래그의 온도를 1550~ 1750℃의 온도로 유지하고, 그리고 취련 진행 70%이후부터 말기에 냉각재를 투입하여 용강의 최종목표온도를 조정함을 포함하여 구성되는 고린강의 전로 정련방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고린강의 전로정련방법{A METHOD FOR REFINING HIGH PHOSPHUROUS STEEL IN CONVERTER}

본 발명은 콘테이너 또는 전기강판 등에 사용되는 고린강의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강공정에서 단순히 부원료 투입방식을 개선하므로써, 종점 인(P)성분을 약 0.05~ 1.2%으로 상향을 위한 고린강의 전로 정련방법에 관한 것이다.

제강조업은 용선예비정련~전로정련~2차정련~연속주조공정으로 구성되며, 그 중에서 전로정련조업에서는 주원료인 용선 및 고철을 전로에 장입하여 랜스를 통하여 순산소를 분사하면서 용선중 불순원소인 탄소, 규소, 망간, 인, 및 유황 등을산화반응에 의해 제거한다.

통상적인 강종에서는 상기 불순원소중 인의 함량은 약 0.025중량%이하이지만, 콘테이너용 강재나 전기강판재와 같은 철강재 등에서는 강중 인의 함량이 다소 많은 약 0.05~1.2중량% 수준으로 요구된다. 그런데도 불구하고 이러한 고린강종의 전로정련시에는 종래에는 취지시점에 용강중 인이 0.025% 이하로 제조한 다음, 출강중에 인성분이 다량 함유된 합금철을 첨가하여 인농도를 조정하고 있다.

대표적인 예로서, 종래의 고린강(인첨가강)의 전로정련방법은, 먼저 취련준비단계에서 슬래그량을 30~40kg/T-S 남겨 경소백운석 20kg/T-S을 투입하고 전로를 경동하면서 코팅(Coating)후 노체보호용 생석회 15kg/T-S 투입한 다음, 취련초기(취련개시-취련33~35%)에 투입된 생석회가 조기에 철저히 재화되도록 하고 또 슬래그 중 철산화물이 높게 유지되도록 하기 위해 착화 직후부터 취련 25%까지는 즉각 랜스를 상향 조정하면서 연취(soft blowing)하여 송산량을 줄이고, 이후에는 탈망간을 촉진시키기 위해 랜스를 하향화하여 상대적으로 송산젯트가 용철면을 강하게 충돌하도록 하였다. 그 다음, 취련중기(취련33%~67%)에서는 탈탄이 왕성하여 일산화탄소가 다량 발생되는데, 이때 취련초기에 만들어 놓은 슬래그중 철산화물이 일산화탄소에 의해 환원되지 않도록 철저한 억제 방법이 필요하다. 이는 랜스높이는 상향시키고 송산량은 줄여서 슬래그 재화를 철저히 유도하여 염기도 상승과 더불어 복린이 억제되도록 하고 철산화물(소결광)및 생석회를 2kg/t씩 4~5회 분할투입하였다. 그 다음, 취련말기(취련67%~완료)에는 탈탄왕성시기가 거의 끝나고 서서히 탈탄속도가 줄면서 용철중 철분과 망간이 산화하기 시작하고 슬래그중에 산화철(FeO)과 산화망간(MnO)이 생성되면서 슬래그 및 용철중 산소 포텐샬이 상승하여 탈린, 탈망간이 진행된다. 이때에도 보다 적극적으로 탈망간을 촉진시켜 슬래그중 인산화물이 보다 안정적으로 존재하도록 하기 위해 취련 70%~75%시점에 랜스높이를 낮추고 송산유량을 늘려 보다 안정적 인 거동이 유도되도록 하였다. 특히, 종점 탄소는 0.05중량%이하, 인농도는 0.015~0.025중량%로 안정적으로 취지(吹止)하기 위해 취련중 부원료 투입량은 생석회 1.5톤, 형석 0.1톤을 투입하여 노내 염기도 2.5~3.0 정도 유지하였다. 출강중에는 종점 인함량(0.015%~0.025%)을 기준으로 하여 목표강종의 인농도의 규격범위의 하한 수준으로 계산 후 적정량의 Fe-P(합금철)을 레이들(Ladle)에 투입한다.

그러나, 상기와 같은 고린강을 얻기 위한 종래기술은 안정적인 종점 인을 얻기 위해 많은 부원료(생석회 및 형석)가 소비되어 제조 원가가 상승하고, 재화성을 위해 슬래그량을 많게하여 슬로핑 발생으로 가시분진 발생에 의한 환경공해의 주범이 될 뿐만 아니라 레이들내 합금철(Fe-P)투입에 의한 재조원가가 상승하며, 또한 레이들 바닥에 합금철(Fe-P)을 투입함으로써 자연 개공율이 떨어져 연주에서 산소 세척으로 품질 불량이 발생되고, 합금철(Fe-P)중의 불순원소에 의한 편석 및 개재물 발생으로 용강품질이 열화되는 등의 많은 문제점이 있다. 특히, 기본적으로 고린강을 제조하기 위해서는 슬래그 염기도[(CaO중량%)/(SiO₂중량%)]를 종래 2~3 대비 하향 조정이 필요하지만, 종래방법에 의하면 취련초기 슬래그 염기도[(CaO중량%)/(SiO₂중량%)] 1.0이하의 저염기도 조업을 행하면, 전로내 슬래그가 노구 밖으로 분출되는 대형 슬로핑(Slopping) 현상과 전로내 용철이 튀는 스피팅(spitting)현상이 발생하므로 실조업에서는 통상의 저린강종 조업방법과 동일하게 정련작업을 한 후 출강중 합금철(Fe-P)을 투입하는 것으로 대처해 왔다.

이에 본 발명자들은 상기 문제점들을 해결하기 위해 전로조업기술의 경험과 이론을 토대로 100톤 전로를 대상으로 실험을 하고 그 결과를 근거로 본 발명을 제안한 것으로서, 본 발명은 목표 인함량이 0.05~1.2중량% 정도 요구되는 강을 대상으로 전로정련시 기존의 취련패턴을 유지하면서 부원료 투입방식을 개선하여 용철중 인농도를 높게 유도하므로써, 종점 인의 상향을 위한 전로 정련 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 비교예와 발명예의 취련 패턴 및 부원료 투입방법의 일례도.

도2는 비교예와 발명예의 취련시간에 따른 용철중 인의 거동을 보이는 그래프.

도3은 비교예와 발명예의 종점에서의 탄소에 따른 인의 거동을 보이는 그래프.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 인 함량이 0.05~ 1.2중량%를 함유한 고린강의 제조방법에 있어서,

탄소함량이 4.0중량%이상인 용선을 통상의 패턴으로 취련하면서 상기 취련개시부터 취련 진행 35%까지의 시점에서는 용강톤당 5kg이하의 경소백운석을 투입하고,

취련 진행 35~ 70%까지의 시점에서는 슬래그의 온도를 1550~ 1750℃의 온도로 유지하고, 그리고

취련 진행 70%이후부터 말기에 냉각재를 투입하여 용강의 최종목표온도를 조정함을 포함하여 구성되는 고린강의 전로 정련방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 전로정련은 어떻게 하면 용철중 인을 보다 안정적으로 슬래그 측으로 이동시켜 제거할 것인가에 촛점이 맞추어져 있다. 전로정련시 탈린반응은 반응식1과 같이 표현되며, 이때 평형상수 K는 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.

4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaO·P₂O₅)

log K = 78.700/T - 33.42

여기서, K는 평형상수로서, K = a_4CaOP2O5/a_CaO ⁴· a_p ²· a_o ⁵이며, T는 절대온도, a_i는 용철 및 슬래그중 i성분의 활동도를 의미한다.

상기 반응식1 및 수학식1로부터 용강중 인을 높이기 위해서는 a_p를 높여야 함을 알 수 있는데, 그 방법으로는 다음과 같은 조건을 생각할 수 있다.

첫째, 취련초기 투입 생석회를 조기에 슬래그화 하여 CaO의 활동도를 감소시킨다.

둘째, 취련초기 슬래그중 염기도 및 산화철의 농도를 낮추어 준다.

셋째, 송산 강도를 조정하여 화점 면적을 좁혀 용철 및 슬래그중 산소 포텐샬(Oxygen Potential)을 낮추고, 슬래그 운동을 억제시킨다.

넷째, 랜스높이와 송산량의 적정한 제어를 통해 송산가스와 용철중 망간 및 탄소의 반응 속도를 조정한다.

다섯째, 슬래그측의 P₂O₅가 산소 제트에 의해 용강측으로 이동되도록 CaO와 FeO의 공급을 억제한다.

상기와 같은 방법을 구현하기 위한 최적의 방법을 열거하면 다음과 같은 방법을 이용할 수 있을 것이다.

1)부원료는 생석회, 형석을 투입하지 않는 것을 기본으로 하여 염기도를 1~2를 맞춘다.

2) 취련 중기 부원료 투입을 없애고 말기에 용강이 고온화되어 있으면 냉각재를 투입하여 목표온도를 조정한다.

3) 취련종료후 출강시에는 합금철을 미세조정분 남겨 두었다가 출강중 성분 분석치를 기준으로 미세 조정한다.

이를 위해서 본 발명에서는 기본적으로 통상의 방법과 같이, 먼저 전로의 내벽을 슬래그로 코팅한 상태에서 기존의 취련 패턴을 이용하면서 가급적 부원료 투입을 억제하여 종점 용강 중의 [P] 함량을 0.05%이상, 바람직하게는 0.05~ 1.2%의 범위로 제어하는 것이다.

먼저, 전로 슬래그 코팅은 통상적인 방법과 같이, 용선과 고철을 주원료로 하는 전로 조업에서 전회 조업한 슬래그를 남기고 부원료인 경소백운석을 장입한 후 노체를 3~4회 반복하여 경동시켜 노체 내벽에 슬래그를 코팅함이 필요하다. 이러한 노체 코팅은 노체의 수명을 연장할 뿐만 아니라 고린강 제조시 용강의 청정성 확보에도 일조한다. 이때, 전회 차지(Charge)에서 잔류되는 슬래그량은 조업여건에 따라 정량화된다. 중요한 점은 상기 전로 슬래그 코팅시 경소백운석을 일부 투입하여 전로 슬래그 코팅을 실시하고, 취련개시 이후에 노체보호용으로 총필요량의 잔여분의 경소백운석을 투입하는 것이다. 예를들어, 전로 슬래그 코팅시 경소백운석을 약 20kg/T-S 투입하고, 나머지는 취련초기에 투입하는 것이다.

이렇게 전로 슬래그 코팅이 이루어진 다음에는, 통상의 취련패턴으로 취련을 실시하면서 부원료의 투입 조건을 제어하는 것이다.

구체적으로 통상의 취련패턴은, 취련초기(취련개시~취련시간 35%시점), 취련중기(취련시간 35~70%) 및 취련말기(취련70%~종료)로 구분할 때 초기에서는 랜스를 높여 연취(soft blowing)를 행하고, 중기에는 랜스를 낮추어 강취(hard blowing)를 행하며, 말기에는 다시 연취를 행하는 것이다. 이러한 통상적인 취련패턴을 예를들어 대한민국 공개특허 제2000-42510호에도 개시되어 있다.

본 발명에서는 상기 통상적인 취련패턴을 그대로 유지하면서 취련초기 송산개시와 더불어 착화되면 생석회를 5~10kg/T-S, 그리고 경소백운석을 5kg이하/T-S로 투입하고, 중기 이후에는 노내에 일체의 부원료를 투입하지 않고 슬래그를 고온으로 유지한 후, 말기에는 최종 목표온도 보정용으로 냉각재만의 투입하여 전로종점에서 용강중 인농도를 0.05중량% 이상을 얻는데 특징이 있다.

본 발명에서 생석회의 투입량을 가급적 적게 하는 것은 초기에 슬래그의 염기도를 하향 조절하기 위한 것으로서, 만일 생석회의 투입량이 5kg이하/T-S이면 슬로핑 현상이 심하게 되고 10kg이상/T-S이면 슬래그의 염기도가 높아져 고린강 제조가 곤란하여 바람직하지 않다.

또한, 경소백운석의 투입은 슬래그의 재화를 촉진하면서 슬래그중의 MgO 농도를 높여 내화물의 침식을 억제하면서도 탈린에 불리한 조성을 형성하는 역할을 한다. 그러나, 경소백운석을 5kg이상/T-S로 투입하면 스피팅 현상이 발생되어 바람직하지 않다.

한편, 본 발명의 경우 취련 중기이후에는 초기에 생성된 슬래그 중의 FeO 및 P₂O₅가 환원이 용이하도록 용철 및 슬래그를 고온화시켜 슬래그중의 인농도를 높게 유지되도록 노내에 일체의 부원료를 투입하지 않는다. 구체적으로 슬래그 자체의 온도를 약 1550~ 1750℃에서 유지하는 것이다.

또한, 말기에도 중기와 같이 노내에 일체의 부원료를 투입하지 않고 고온으로 유지하면서 최종적으로 출강 목표온도를 조정한다. 통상 최종 목표온도는 약 1670~ 1680℃의 온도가 유지되도록 하여 출강하는데, 목표온도보다 용강의 온도가 높으면 냉각재를 투입하고 용강온도가 낮으면 열원재를 넣어 온도를 조정할 수 있다. 상기 냉각재로는 철분이 약 80%이상인 열간단광(hot briquette iron; HBI)을 투입함이 바람직하다.

이러한 본 발명의 정련방법은 고로에서 생산된 어떠한 용선이라도 적용 가능하다. 바람직하게는 용선은 탄소 4.0~4.8중량%, 규소 0.2~0.5중량%, 망간 0.2~0.4중량%, 인 0.095~0.125 중량%를 함유한 용선을 사용하는 것이 적당하다. 그러나, Si함량이 0.20%이하인 용선을 사용하여 고린강을 정련할 경우 슬래그의 염기도를 고려하여 생석회의 투입하지 않는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명의 정련방법에 의하면, 기존의 취련패턴을 그대로 유지하면서도 부원료 투입을 적게 투입하므로 용강중 현탁 개재물들이 감소되어 용강의청정성도 개선될 수 있다.

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

[실시예]

100톤 용량의 전로에서 전회(前回) 조업한 슬래그를 3톤 정도 남긴 후, 경소백운석 10kg/T을 투입하여 노체를 3~4회 반복경동시켜 노벽에 슬래그를 코팅한 다음, 생석회를 15~20kg/t을 노내에 투입하고, 이어서 주원료로서 전장입량의 15%이하의 고철과 용선 85%를 전로내에 장입하였다. 이때 사용된 용선은 탄소 4.5중량%, 규소 0.2~0.5중량%, 망간 0.2~0.4중량%, 인 0.095~0.125 중량%의 조성을 갖는 것이었다. 이와같이 노를 정립한 다음, 랜스를 하강하여 도1과 같이 취련을 실시하였다. 즉, 취련개시~종료될 때까지의 취련패턴은 종래방법이나 본발명이 모두 동일하게 하였다. 그러나, 부원료 투입방법은 취련 개시와 동시에 다음 두가지 방식으로 행하였다. 이때, 본 실시예에서 투입한 각종 부원료에 대한 성분분석치는 표1에 정리하였다.

구분	화학조성(중량%)
구분	CaO	MgO	T. Fe	SiO₂	Al₂O₃	C	CaF₂	S
생석회	92.5	2.2	0.39	0.92	0.30	-	-	-
경소백운석	56.16	38.8	0.6	1.40	0.51	-	-	-
형석	-	-	-	13.54	-	-	83.86	-
소결광	8.42	1.24	48.29	4.54	1.56	2.60	-	0.034

(종래예)

취련을 개시하면서 용선 규소농도에 관계없이 도2에 도시된 바와 같이, 생석회 5~10kg/T-S, 소결광 3~10kg/T-S을 투입하였고, 취련중기(취련시간 35~70%)에는 생석회 3~10kg/T-S, 소결광 3~10kg/T-S을 연동 투입함과 동시에 경소백운석 1~5kg/T-S을 분할 투입하였으며, 취련말기(취련시간 70%~종료)에는 생석회 2~3kg/T-S, 소결광 3~10kg/T-S, 경소백운석 1~3kg/T-S을 투입하였다.

(발명예)

취련을 개시하면서 생석회를 10kg/T-S, 경소백운석을 5kg/T-S을 투입하였으며, 취련중기부터는 일체의 부원료 투입을 하지 않고, 슬래그의 온도를 1700℃에서 유지하였다. 그 후, 온도보정용으로 철분이 80% 이상 함유된 단광을 투입하고 최종 용강의 목표온도를 1680℃로 유지하였다.

표 2에는 종래예와 발명예의 취련패턴으로 각각 10회씩 정련조업을 실시하고, 취련종료시점(종점)에서 용강을 채취하여 분석한 결과를 정리한 것이다.

구분	취련 종료시점에서의 용강성분(중량%)
구분	C	Mn	P
종래예1	0.039	0.07	0.015
종래예2	0.030	0.05	0.021
종래예3	0.042	0.10	0.020
종래예4	0.035	0.06	0.019
종래예5	0.034	0.07	0.020
종래예6	0.035	0.06	0.018
종래예7	0.055	0.09	0.017
종래예8	0.040	0.09	0.016
종래예9	0.071	0.07	0.017
종래예10	0.029	0.06	0.017
발명예1	0.055	0.17	0.085
발명예2	0.065	0.18	0.070
발명예3	0.061	0.19	0.084
발명예4	0.045	0.17	0.077
발명예5	0.057	0.16	0.080
발명예6	0.070	0.17	0.075
발명예7	0.065	0.22	0.077
발명예8	0.050	0.19	0.080
발명예9	0.066	0.23	0.095
발명예10	0.047	0.17	0.089

표 2에 나타난 바와 같이, 취련종료후에 분석 결과, 종래예(1~10)의 경우 탄소 0.029~0.071중량% 및 망간 0.05~0.10중량%로 낮고 인의 분포도 0.020%이하로 낮았다.

반면에 발명예(1~10)의 경우 탄소 농도가 0.047~0.07중량%로 비교적 높고 망간은 0.17~0.23중량%로 높게 나타났으며 인은 0.07~0.089중량%로 높게 나타났다.

결국, 본 발명에 의하면 종래보다 망간은 0.1중량% 높고, 인은 0.05중량%이상 높게 취지할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 도2는 상기의 실시예에서 취련중 용철중 인의 거동을 도시한 것이다. 여기서 종래예의 경우는 용철중 인농도가 취련개시부터 취련시간 20%까지는 급격히 감소하다가 이후에는 변화가 거의 없고, 종료시점에는 0.02%중량%이하였다.

반면에 발명예는 인농도가 취련개시부터 취련시간 20%까지 감소하는 경향을 보이나 그 감소폭은 종래의 경우에 비해 매우 적으며, 이후 취련시간 60%시점까지는 용선중 인농도인 0.1중량%까지 상승하다가 60%이후에 약간 감소하는 경향은 보이나, 그 감소폭은 거의 억제가 가능하여 취련종료 시점에는 0.085중량%로 높은 인농도가 얻어졌음을 보여주고 있다.

또한, 도3에는 취련종점에서의 종점탄소와 종점인농도의 상관관계로 도식적으로 나타내었다. 도3에서 알 수 있는 바와 같이, 종래예의 경우는 종점탄소가 0.025~0.05중량%, 인농도가 0.015~0.025중량%가 얻어졌고, 본 발명의 경우는 종점탄소가 0.045~0.07중량%, 인농도가 0.055~0.080중량%로 얻어졌다.

한편, 대상강종의 목표 인농도가 0.1~1.2중량% 정도의 고린강을 제조하는 것이 목적이라면, 상기 표 2와 도 3을 기초로 여기에 합금철(Fe-P)을 투입하여 최종강의 인 함량을 0.10~1.2중량%로 조정하면 된다.

상술한 바와 같이, 전로 전로취련중 부원료 투입방법의 개선을 통하여 취련종료시점에 종점탄소 및 인농도를 높게 유도함으로써 취련시간 단축, 슬래그 발생량이 감소하여 취련중 작업성이 개선될 뿐만 아니라 출강중 레이들내 합금철(인, 망간)의 저감이 가능하며, 특히 출강중 탈산재 투입량을 저감하여 강중 개재물 발생원이 감소되어 품질향상 효과가 크다.

Claims

인 함량이 0.05~ 1.2중량%를 함유한 고린강의 제조방법에 있어서,

탄소함량이 4.0~4.8중량%로 함유된 용선을 통상의 패턴으로 취련하면서 상기 취련개시부터 취련 진행 35%까지의 시점에서는 용강톤당 5kg이하의 경소백운석을 투입하고,

취련 진행 35~ 70%까지의 시점에서는 슬래그의 온도를 1550~ 1750℃의 온도로 유지하고, 그리고

취련 진행 70%이후부터 말기에 냉각재를 투입하여 용강의 최종목표온도를 조정함을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고린강의 전로 정련방법.
제1항에 있어서,

상기 용선중의 Si함량이 0.2~ 0.5%인 경우 취련초기에 5~10kg의 생석회를 투입함을 특징으로 하는 고린강의 전로 정련방법.