KR20030039107A - 극저황성분을 갖는 극저탄소강 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 20ppm 이하의 황성분 함량을 갖는 극저탄소강의 제조방법에 관한 것으로서, 고로에서 출선된 용선에 탈황제를 투입하여 생성되는 슬러그를 배제시키는 제1배제단계와, 상기 제1배제처리된 용선에 탈황제를 투입하고 생성되는 슬러그를 배제시키는 제2배제단계와, 상기 제2배제처리된 용선을 전로에 장입하여 취련작업을 실시하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 극저탄소강의 제조시간을 단축시키고 또한 양호한 품질을 얻을 수 있었다.

Description

극저황성분을 갖는 극저탄소강 제조방법{Method for manufacturing ultra low carbon steel having ultra low sulphur}

본 발명은 20ppm 이하 함량의 황성분을 갖는 극저탄소강의 제조방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 용선과 함께 전로에 장입되는 슬래그에 함유된 황성분의 함량을 저하시켜 전로공정에서 복황량을 감소시킴으로써 20ppm 이하 함량의 황성분, 즉 극저황성분을 갖는 극저탄소강을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 철강제품의 고급화 및 다양화 추세에 따라 철강제품의 불순물중황성분 함량의 요구수준은 더욱 낮아지고 있는 실정이다. 이러한 요구수준을 만족시키기 위하여 철강제조공정에서는 황성분의 함량을 낮추기 위한 다양한 시도가 있었다. 즉, 용선단계에서 일정범위까지는 용선중 황성분의 함량을 낮출 수 있었다. 그러나, 황성분의 함량이 20ppm 이하인 강을 제조하기 위해서는 용선단계 뿐만 아니라 용강단계에서 탈황작업을 실시해야만 가능하였다.

특히, 극저탄소강을 제조하기 위하여 용강단계에서 탈황작업을 실시하는 경우에는 2차정련의 복합공정, 즉 래들 승온설비(LF; Ladle furnace) 및 진공탈가스 설비(RH)에서의 탈황 및 탈탄작업을 거쳐야 하였다. 그 결과 용강단계에서의 처리시간이 길어지므로 생산성이 저하되면서 품질에도 영향을 초래하고 있다.

예를 들어, 극저탄소강 중에서 황성분의 함량이 낮은 강([S]≤20ppm)을 생산하는 공정은 주로 용강단계에서 탈황작업을 실시하여 제조하고 있다. 이를 상세하게 설명하면, 먼저 용선단계인 용선예비처리공정에서 탈황작업을 실시하여 황성분의 함량이 0.003wt% 이하로 낮추어지고 슬래그 배재작업이 실시된 용선을 전로에 장입하게 된다. 그리고, 전로에 장입된 용선에 부원료를 첨가하고 취련을 실시한 후 출강한다. 이때, 전로에 장입되는 용선에 함유된 황성분의 함량에 따라 전로에서는 복황 또는 탈황이 이루어진다.

즉, 도 1에는 전로에 장입되는 용선에 함유된 황성분의 함량에 따른 복황량을 나타낸 그래프가 나타나 있고, 여기에서 y1은 최대값의 그래프이고, y2는 최소값의 그래프이며, y는 평균값의 그래프로서 하기 식으로 표현된다.

y = -0.8143x + 4.8701 ‥‥‥‥‥ (1)

따라서, 도 1의 y 그래프를 참조하면, 전로에 장입되는 용선에 함유된 황성분의 함량([S])이 0.006wt% 이상인 경우에는 복황량이 음의 값을 나타내며 이는 탈황반응이 일어나고 있음을 의미하는 반면에 황성분의 함량이 그 이하인 경우에는 복황량이 양의 값을 나타내며 이는 전로에 장입되는 용선에 함유된 황성분의 함량보다 용강에 함유된 황성분의 함량이 증가한다는 것을 의미한다.

예를 들어, 전로에 장입되는 용선에 함유된 황성분의 함량이 0.003wt%인 경우에 전로에서 출강된 용강에 함유된 황성분의 함량은 0.0052wt%가 된다. 그리고, 전로에 장입되는 용선에 함유된 황성분의 함량이 0.008wt%인 경우에 전로에서 출강된 용강에 함유된 황성분의 함량은 0.006wt%가 된다. 결과적으로, 종래 실시예에 따라서 전로에서 출강되는 용강에 함유된 황성분의 함량을 20ppm 이하로 유지하는 것이 어렵다.

따라서, 20ppm 이하의 황성분의 함량을 유지하기 위해서는 출강 후 용강단계에서 탈황작업을 실시해야만 한다.

먼저, 출강 후 용강단계에서 탈황작업을 실시하기 위해서는 출강되는 용강에 알루미늄(Al)을 투입하여 용강중의 산소을 탈산시켜야 하며, 이러한 탈산작업은 하기 반응식(2)에 의해서 이루어진다.

2Al + 3/2 O₂= Al₂O₃‥‥‥‥‥ (2)

이와 같이 탈산처리된 용강은 래들 승온설비(LF)에서 랜스를 이용한 버블링(Bubbling) 작업과 탈황제(Ca-Si wire) 투입작업을 통하여 탈황처리되며, 이러한 탈황반응은 하기 반응식(3)에 의해서 이루어진다.

Ca-Si + [S] = CaS + [Si] ‥‥‥‥‥ (3)

이때, 이와 같은 탈황작업이 래들 승온설비에서 실시되는 경우에 용강온도가 많이 하락하게 되므로 이를 보상하기 위해서 전로의 종점온도를 상승시켜 출강해야 하며 이는 노체수명에 악영향을 초래하게 된다.

그리고, 전로에서 출강시 용강중의 탄소함량([C])은 보통 0.03wt% 정도이므로 0.01wt% 이하의 탄소함량을 갖는 극저탄소강을 제조하기 위해서는 탈가스 설비(RH)에서 탈탄작업을 실시한다. 따라서, 래들 승온설비에서 탈황작업이 실시된 용강 중의 탄소를 탈가스 설비에서 제거하기 위해서는 하기 반응식(4)에 나타난 바와 같이 산소가 있어야 하므로 탈탄작업을 실시하기 전에 상기 용강에 산소를 취입해야 한다.

C + [O] = CO(g) ‥‥‥‥‥ (4)

탈가스 설비에서 탈탄작업이 실시된 용강중의 산소를 상기 반응식(2)에 의해서 제거하기 위해서는 상기 용강에 알루미늄을 다시 투입하여야 한다.

이와 같이 20ppm 이하의 황성분의 함량을 갖는 극저탄소강을 제조하기 위하여 먼저 용강의 탈황작업을 실시한 후 2차정련에서 복합공정을 실시하여야 하므로 극저탄소강의 제조시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 중복공정을 실시하므로 비경제적이면서 용강의 청정성 열화 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 즉 제조공정이 단순하면서 생산성을 올리고 용강의 품질도 향상시킬 수 있는 조업기술의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 2차정련 공정의 복합공정이 아닌 단순공정을 통하여 용강의 탈황작업없이 용선단계 즉 용선예비처리공정 및 전로공정에서 용선중의 황성분의 함량을 낮추면서 전로에서의 복황량을 최대한 감소시킴으로써 20ppm 이하 함량의 황성분을 갖는 극저탄소강 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 장입용선 내 [S]함량에 따른 복황량을 나타낸 그래프;

도 2는 종래 실시예와 본 발명의 실시예의 재탈황 전후에 있어서 슬래그중의 황 함유량을 비교하여 나타낸 막대 그래프;

도 3은 본 발명에 따른 전로에서의 연속작업에 의한 복황량을 나타낸 그래프.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 20ppm 이하 함량의 황성분을 갖는 극저탄소강의 제조방법은 고로에서 출선된 용선에 탈황제를 투입하여 생성되는 슬러그를 배제시키는 제1배제단계와, 상기 제1배제처리된 용선에 탈황제를 투입하고 생성되는 슬러그를 배제시키는 제2배제단계와, 상기 제2배제처리된 용선을 전로에 장입하여 취련작업을 실시하는 단계와, 상기 전로에서 출강된 용강을 탈가스 설비에서 탈탄처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

먼저, 고로에서 출선되어 토페도카에 수선된 용선에는 0.020 ~ 0.030wt% 정도의 황성분([S]) 함량과 4.0 ~ 4.6wt% 정도의 탄소성분(C)의 함량이 함유된다. 이러한 용선에 CaCO₃계 탈황제를 8Kg/Ton-용선 정도 취입함으로써 용선의 황성분 함량을 0.003 ~ 0.005wt%까지 낮춘다. 이때, 여기서 용선중의 [S]를 0.003wt% 이하의 함량으로 낮추기 위해서는 탈황제 원단위를 10~12Kg/Ton-용선 정도로 취입하면 가능하다.

그리고, 상기 토페도카로부터 장입래들에 수선된 용선 상부에 위치하는 슬래그를 배재한 다음 전로에 장입하게 되면 상술된 바와 같이 전로에서의 복황으로 인하여 전로종점에서 20ppm 이하의 황성분 함량을 갖는 강을 제조할 수 없게 된다.

이는 전로에서의 복황의 주요인자는 여러가지가 있으나 주로 용선 슬래그중의 황성분이 주요인이므로 용선 슬래그의 황성분 함량을 줄이는 작업이 필요한다. 즉, 래들 상부에 있는 슬래그에는 액상의 슬래그도 존재하기 때문에 완전배재를 실시한다 하더라도 2~4Kg/Ton의 슬래그가 전로에 들어가게 된다.

따라서, 본 발명자는 이러한 문제점을 해소하기 위하여 먼저 1차 탈황 작업 및 슬래그 배재작업을 실시한 다음 전로에 장입을 실시하지 않고 재차 탈황작업을 실시하고 또한 슬래그 배재작업을 다시 실시한 후 용선을 전로에 장입하였다.

즉, 이와 같은 2차 탈황작업으로 인하여 용선중의 황성분 함량을 감소시킴과 동시에 용선 슬래그중의 황성분 함량을 감소시키고 또한 액체슬래그를 고체화하여 장입래들에서의 용선 슬래그의 배재효율을 향상시킴으로써 전로에 유입되는 슬래그의 유입량을 감소시켜 전로에서의 복황량을 감소시킨다.

이는 1차 용선 탈황작업을 한 후 용선중의 [S]함량이 0.003wt%일 때 슬래그중의 황성분 함량은 1.5 ~ 2.0wt%가 된다. 예를 들어, 1.7wt%의 황성분을 갖는 용선 슬래그 500Kg이 전로에 유입되는 경우에 전로에서의 복황량은 31ppm 정도가 된다. 이는 20ppm 이하의 황성분을 갖는 강은 제조할 수 없다는 것을 의미한다.

따라서, 1차 탈황작업과 슬래그 배재후 CaO계 탈황제를 이용한 2차 탈황작업을 실시하게 되면, 즉 탈황제의 원단위를 5~7Kg/Ton-용선 정도로 하였을 때 2차 탈황작업후 용선중의 [S]는 0.001wt% 이하가 되며 이때 슬래그 중의 황성분은 0.4wt% 이하가 된다. 이러한 슬래그가 전로에 유입되는 경우에 전로에서의 복황량은 약 8ppm 이하가 되므로 전로 취련후 용강중의 [S]는 20ppm 이하가 가능하게 된다.

한편, 전로에서의 취련작업중 여러가지의 부원료를 투입하게 되며 이들 부원료에 의해 일부는 복황반응이 일어나게 되며 또한 전로에서의 연속조업시 선행공정에서 전로에 잔류하는 슬래그에 의해서 복황반응도 일어나게 된다. 이때, 상기 부원료는 취련작업에 있어서 필요한 원료이기 때문에 사용하지 않으면 안되므로 부원료는 황성분의 함량이 낮은 것을 사용하는 것은 바람직하다. 그러나, 선행공정에서 전로에 잔류하는 슬래그에 의해 복황반응이 발생하는 것을 방지하기 위해서는 본 발명에 따른 탈황작업을 지속적으로 수행하여야 한다.

즉, 용선예비처리 공정에서 황성분 함량이 낮게 처리된 용선과 슬래그를 전로에서 연속하여 사용한 결과 전로에서의 첫번째 취련작업에서는 복황량이 상대적으로 높게 나타난 반면 2번째 취련작업부터는 선행공정에서 전로에 잔류하는 슬래그에 의한 영향이 상대적으로 적어서 복황량이 상대적으로 낮게 나타난다.

[실시예]

wt%로 4.0~4.6% C, 0.2~0.4% Si, 0.2~0.3% Mn, 0.08~0.09% P, 0.020~0.035% S를 갖는 용선 250Ton을 용선 운반용기인 토페도카(Torpedo Ladle Car)에 수선한후 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분을 갖는 CaCO₃계 탈황제를 2750Kg(원단위 11Kg/Ton-용선) 취입하였다.

[표 1]

화학성분(wt.%)	입도
전체 CaCO3	CaF2	C	lg.Loss	1㎜ 이하(wt.%)
59.5 이상	2.1 ~ 4.4	6.3 ~ 9.1	22.2 ~ 29.1	100

탈황처리전 용선온도는 1350℃이고, 탈황제의 취입속도는 80Kg/분으로 하였다.

탈황처리후 상기 토페도카에서 용선내의 [S]는 0.0020wt%(20ppm)으로 측정되었다. 이러한 용선을 장입래들에 수선하였다. 용선이 수선된 장입래들에는 토페도카에서 유입된 슬래그가 다량(약 15Kg/Ton-용선)으로 포함되어 있어 슬래그 배재작업을 실시하였다. 이와 같이 슬래그 배재작업이 실시된 용선에는 하기 표 3에 나타난 성분을 갖는 CaO계 탈류제를 1400Kg/Ton-용선(원단위 5.6Kg/Ton) 정도 취입하였다.

표 3

화학성분(wt.%)	입 도
전체 CaO	CaF2	C	1mm 이하(wt.%)
77.9 이상	2.9 ~ 5.2	3.0 ~ 5.5	100

이와 같은 탈황제의 취입후 장입래들에서 용선중의 황성분은 슬래그 배재후 재탈황작업으로 인하여 10ppm 이하인 6ppm으로 검출되었다. 그리고, 종래 실시예에 따른 슬래그중의 황성분 함량과 본 발명에 따른 재탈황 전후에 있어서의 슬래그중의 황성분 함량은 도 2에 막대 그래프로 나타나 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 종래 실시예에 따르면 슬래그중의 황성분 함량은 1.492wt%인 반면 본 발명에 따르면재탈류작업후 슬래그중의 황성분 함량은 0.35wt%로 대폭 감소하였음을 알 수 있다. 이를 전로에서의 복황량으로 계산해 보면, 종래 실시예에 있어서는 1.492wt%의 황성분을 갖는 용선 슬래그가 2Kg/Ton-용선으로 전로에 장입되었을 때 복황량은 29.8ppm인 반면 본 발명에 있어서는 0.35wt%의 황성분을 갖는 용선 슬래그가 2Kg/Ton-용선으로 전로에 장입되었을 때 복황량은 7ppm으로 대폭 감소되었음을 의미한다.

상술된 바와 같이 재탈류작업 및 슬래그 재배재작업을 실시한 용선은 전로에 장입하였으며, 이와 같은 전로 장입은 연속하여 5회를 실시하였고, 이러한 연속조업을 실시하였을 때 전로에서의 복황반응의 결과는 도 3에 나타나 있다.

즉, 전로에서의 용선비는 91%로 하였으며 전체 전로장입량은 290Ton으로 하였다. 도 3을 참조하면, 전로에서의 연속조업중에서 제1조업에서는 15ppm의 복황량이 나왔으며 이는 전로에 잔존하는 전회 슬래그에 대한 영향이 있었음을 알 수 있었다. 그리고, 전로에서의 제2조업에서부터는 복황량이 10 ~ 12ppm이 나왔으며 이는 전로 종점에서의 [S]가 16 ~ 18ppm 정도임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 20ppm 이하의 황성분 함량을 갖는 강 제조가 가능하였다.

이와 같은 전로공정 이후에는 탈가스 설비를 통하여 탈탄작업을 실시함으로써 20ppm 이하의 황성분 함량을 갖는 극저탄소강을 제조할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 고로에서 출선된 후 전로에 장입되기 전에 용선에 CaCO₃계 탈황제와 CaO계 탈황제를 사용하여 탈류작업을 실시하고 또한 슬래그 배제작업을 실시함으로써 전로에 장입되는 용선 슬래그의 황성분 함량을 최대한으로 저하시켜 20ppm 이하의 황성분 함량을 갖는 극저탄소강을 제조함으로써 극저탄소강의 제조시간을 단축시키고 또한 양호한 품질을 얻을 수 있었다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (4)

1. 20ppm 이하의 황성분 함량을 갖는 극저탄소강의 제조방법에 있어서,

   고로에서 출선된 용선에 탈황제를 투입하여 생성되는 슬러그를 배제시키는 제1배제단계와,

   상기 제1배제처리된 용선에 탈황제를 투입하고 생성되는 슬러그를 배제시키는 제2배제단계와,

   상기 제2배제처리된 용선을 전로에 장입하여 취련작업을 실시하는 단계와,

   상기 전로에서 출강된 용강을 탈가스 설비에서 탈탄처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 극저 황성분을 갖는 극저탄소강 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1배제단계에서 사용되는 탈황제는 CaCO₃계 탈황제로 구성되고 상기 고로에서 출선된 용선 1톤당 10 ~ 12kg이 투입되는 것을 특징으로 하는 극저 황성분을 갖는 극저탄소강 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2배제단계에서 사용되는 탈황제는 CaO계 탈황제로 구성되고 상기 제1배제처리된 용선 1톤당 5 ~ 7kg이 투입되는 것을 특징으로 하는 극저 황성분을 갖는 극저탄소강 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1배제단계는 상기 고로에서 출선된 용선을 토페도카에 수선하는 단계와, 상기 토페도카에 수선된 용선에 CaCO₃계 탈황제를 투입하는 단계와, 상기 토페도카에서 탈황처리된 용선을 장입래들에 수선하는 단계와, 상기 탈황처리된 용선과 함께 상기 장입래들에 장입된 슬래그를 배제하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 극저 황성분을 갖는 극저탄소강 제조방법.