KR20040013225A

KR20040013225A - 용강의 전로 정련 방법

Info

Publication number: KR20040013225A
Application number: KR1020020046062A
Authority: KR
Inventors: 심상화; 김학수; 박태윤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-02-14
Also published as: KR100946128B1

Abstract

본 발명은 제강공정에서의 캐취카본(Catch Carbon)조업에 있어서 인(P)성분을 안정적으로 제어할 수 있는 전로 정련 방법에 관한 것으로서, 캐취카본 조업이후에 철산화물을 적게 함유하고 있는 코팅재 슬래그에 산소를 공급하여 슬래그중의 철산화물 함량을 증대시킴으로써 취련초기 생석회 재화 및 P산화제거 반응을 촉진시켜 종점 P을 안정적으로 제어할 수 있는 전로정련방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 전(前) 챠지의 슬래그 코팅, 주원료 장입, 캐취카본법에 의한 취련 및 출강으로 이루어지는 전로정련방법에 있어서,

출강시 용강을 슬래그 톤당 100-150kg 잔류시켜 출강작업을 종료하는 단계; 및

전로를 정립시키고 슬래그 톤당 40-80Nm³/hr의 산소를 슬래그중에 취입하여 슬래그중의 T. Fe가 19-25%가 되도록 한 후에 슬래그 코팅을 하는 단계를 포함하여 구성되는 전로정련방법을 그 요지로 한다.

Description

용강의 전로 정련 방법{Method for Refining Molten Steel Using Converter}

본 발명은 제강공정에서의 캐취카본(Catch Carbon)조업에 있어서 인(P)성분을 안정적으로 제어할 수 있는 전로 정련 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐취카본조업에 있어서 출강 후 전 챠지(Ch)슬래그에 순 산소를 분사함으로써 인위적으로 슬래그 중 산소 원(Source)을 증가시켜 인(P)성분을 안정적으로 제어할 수 있는 전로 정련 방법에 관한 것이다.

제강조업은 일반적으로 용선예비정련~전로정련~2차 노외정련~연속주조공정으로 구성되며, 전로조업은 주원료인 용선 및 고철을 전로에 장입하여 랜스를 통하여 순산소를 분사하면서 용선 중 불순원소인 탄소, 규소, 망간, 인 등을 산화반응에 의해 제거하는 조업이다.

이들 불순원소 중 카본(Carbon)은 강의 강도를 결정짓는 원소로서 강종에 따라 그 목표 성분이 상이한데, 통상 연성이 강조되는 일반 박판에 있어서는 저탄소강(용강 중 [C]≤ 0.08% )이 요구되고, 또한 강의 특성상 고강도를 요구하는 타이어 코드(Tire cord)나 일반 경강선재, 공구강 등의 경우에는 고탄소(용강 중 [C]≥0.20% )가 요구된다.

이러한 고탄소강 생산의 경우 전로정련에 있어서 일반적으로 일반 가탄법과 캐취카본법이 사용되고 있다.

일반 가탄법은 전로의 일반적인 취련방법으로 종점 [C]= 0.04~0.06%에서 취지한 후 다시 목표 [C]을 위해 출강 중 가탄재를 투입하여 목표성분을 맞추는 방법이다. 이 방법은 용강 중 [C]을 거의 다 태운 후 다시 가탄하는 방식을 채택하는데, 이는 저린강 생산을 위해서는 용강 중 산소함량이 높아야, 즉 전로종점 [C]이 낮아야 하기 때문에 많이 채택되고 있는 방법이다.

전로공정에서의 탈린반응은 하기 반응식(1)에 의해 이루어진다.

4(CaO) + 2[P] + 5[O] = (4CaO·P₂O₅)

상기 수학식(1)에서 K는 상기 반응식(1)의 평형정수, T는 절대온도, a_i는 용철 및 슬래그중 i성분의 활동도를 의미한다.

상기 반응식(1) 및 수학식(1)로부터 용강 중 인를 낮추기 위해서는 a_O를 높여야 하며, 이를 위해서 용강 내 용존산소를 높이고 있으며, 이로 인하여 전로종점에서 용강 내 [C]이 낮을 수 밖에 없다.

이 방법은 가탄재 뿐만 아니라 용강내 용존산소를 탈산하기 위한 탈산재, 그리고 그로 인해 발생하는 탈산생성물인 비금속 개재물의 발생으로 인하여 품질에 있어서는 다소 불리한 방법이다.

또 다른 고탄소강 제조방법인 캐취 카본법은 전로정련을 통하여 전로종점 [C] ≥ 0.10% 에서 취련을 종료하는 취련방법으로 종점 [C]이 높아 가탄재의 사용량이 줄어들 뿐만 아니라, 용강 내 용존산소량이 낮아 탈산재의 저감과 그로 인한 비금속 개재물의 발생을 저감할 수 있어 강 품질에 있어서도 매우 유리한 방법이다.

전로종점에서의 카본과 용존산소는 하기 반응식(2)에 의하여 결정되어 진다.

[C] + [O] = CO(gas)

즉, 상기 반응식 (2) 및 수학식(2)로부터 일정온도에서는 용강 내 [C]이 높을수록 용존산소가 적게 된다.

그러나, 이렇게 용존산소량이 적게 될 경우, 상기 반응식(1) 및 수학식(1)에 의하여 저린강 생산에 있어서는 불리하게 되며, 따라서 이러한 캐취 카본법을 위해서는 용선 예비처리를 통한 저린 용선의 사용이 필수적이며, 항상 인제어에 있어서 부담을 가지고 있다.

상기 캐취카본법의 전형적인 방법의 일례에 대하여 설명하면 다음과 같다.

전형적인 전로공정에서의 조업은 일반적으로 전 챠지(Ch) 용강 출강, 전 챠지 슬래그를 이용한 슬래그 코팅, 고철장입, 용선장입, 산소취련(초기, 중기, 말기), 출강의 순서로 이루어진다.

이때 전 챠지 슬래그를 이용한 코팅의 경우, 전로의 내화물을 보호하기 위하여 MgO를 포화로 함유하고 있는 슬래그를 로경동이나, 질소 분사 등의 방법으로 전로작업 전 전로내화물 표면에 코팅하여 줌으로써 전로취련 중 발생하는 전로 내화물의 침식을 억제하는 역할을 한다.

또한, 코팅되는 전 챠지 슬래그 내에 다량의 Fe산화물과 Mn산화물이 함유되어 있으므로, 산소취련 초기 투입되는 생석회의 재화를 촉진시켜서 성분제어에 유리하게 한다.

전로 초기 발생슬래그는 용선 내 Si의 산화에 의해 발생되는 SiO₂를 다량 함유한 슬래그로서 그 점성이 매우 커서 초기 투입되는 생석회의 재화가 빨리 일어나지 않게 된다.

생석회의 재화를 촉진시키는 방법으로는 취련초기 소결광을 다량 투입하여 슬래그 중 철산화물을 높게 유지하는 방법이 알려져 있으나, 이 방법의 경우에도 전 챠지의 슬래그 중에 다량 함유된 철산화물이 역시 초기 재화에 큰 영향을 미치게 된다.

따라서, 철산화물을 다량 함유한 전 챠지 슬래그의 코팅은 전로 내화물 수명 향상 뿐만 아니라 성분제어에 매우 유리하게 작용한다.

캐취카본 조업의 경우도 이와 마찬가지로 전 챠지 슬래그가 큰 영향을 미치나, 캐취카본법으로 조업을 하는 경우에는 취련 종료 후 용강 중의 [C]함량이 0.10%이상으로 용강과 상호 평형상태를 이루는 슬래그 중의 철산화물의 함량 역시 낮게 된다.

또한, 캐취카본법을 연속적으로 적용함에 따라 이러한 철산화물 함량의 저하는 더욱 심하게 된다.

따라서, 캐취카본조업 이후 챠지의 경우 초기 생석회의 재화능이 떨어져 성분제어에 불리하게 되며, 특히 캐취카본재 2연연주 이상시 후속 캐취카본조업재의 경우 (P)제어에 불리하게 된다.

따라서, 현재는 캐취카본재 중 후속 챠지로 갈수록, 취련 초기 소결광을 다량투입하는 조업을 실시하고 있으나, 소결광이 다량 투입될수록 전로 내 온도저하를 유발하여 온도부담으로 인하여 그 투입량에도 한계가 있어 성분제어에 어려움이 따르는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 캐취카본 조업이후에 철산화물을 적게 함유하고 있는 코팅재 슬래그에 산소를 공급하여 슬래그중의 철산화물 함량을 증대시킴으로써 취련초기 생석회 재화 및 P산화제거 반응을 촉진시켜 종점 P을 안정적으로 제어할 수 있는 전로정련방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 부합되는 발명예(2)와 종래예의 전로종점 [P]의 함량을 나타내는 그래프

도 2는 본 발명에 부합되는 발명예(2)와 종래예의 취련시간에 따른 슬래그중 T. Fe의 함량변화를 나타내는 그래프

도 3은 본 발명에 부합되는 발명예(2)와 종래예의 취련시간에 따른 용강중 [P]의 함량변화를 나타내는 그래프

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

전로를 정립시키고 슬래그 톤당 40-80Nm³/hr의 산소를 슬래그중에 취입하여 슬래그중의 T. Fe가 19-25%가 되도록 한 후에 슬래그 코팅을 하는 단계를 포함하여 구성되는 전로정련방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 캐취카본조업을 실시한 후 다시 캐취카본조업을 실시하기 전에 전 챠지 슬래그중의 철산화물 함량을 높임으로써 슬래그 코팅 후 취련시 생석회의 재화 및 초기 탈린반응을 촉진시켜 종점 인 함량을 낮게 제어하기 위한 전로 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로정련은 어떻게 하면 용철중 인을 보다 안정적으로 슬래그측으로이동시켜 제거할 것인가에 촛점이 맞추어져 있다.

전로정련시 탈린반응은 상기 반응식(1)과 같이 표현되며, 효과적인 탈린을 위해서는 다음과 같은 조건을 생각할 수 있다.

첫째, 취련초기 슬래그 내 철산화물을 일정량 이상 유지함으로써 초기 인의 산화반응을 높이며, 투입된 생석회를 조기에 재화하여 슬래그 내 CaO의 활동도를 높인다.

둘째, 전로내 초기 탈린반응은 비평형반응으로 초기 슬래그의 유동성을 확보하여 반응속도를 높인다.

상기와 같은 사상에 근거한 본발명의 특징을 요약하면 다음과 같다.

1). 전회 차지(Charge)의 노내 잔류 용강량을 조업여건에 따라 정량화한 것에 특징이 있다.

2). 잔류 용강량에 따라 코팅전 송산량을 설정한 것에 특징이 있다.

본 발명에 있어서 상기 잔류 용강량이 너무 많은 경우에는 산소의 취입량이 증가되고, T.Fe가 증가하여 인제어능에는 문제가 없으나 슬래그중의 T.Fe 함량의 과다증가에 따른 노체 침식 및 출강실수율의 저하를 가져오게 되고, 너무 적은 경우에는 슬래그중의 T.Fe 함량이 목표치에 도달되지 못하게 되어 안정적인 인제어를 확보할 수 없으므로, 잔류용강량은 슬래그 톤당 100-150kg 으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 산소취입량이 너무 적은 경우에는 잔류된 용강이 충분한 산화가 이루어지지 않아서 코팅성의 저하를 유발할 수 있고, 너무 많은 경우에는 용강의 산화에 기여하지 않은 산소의 양이 증가하게 되어 비효율적이므로, 상기 산소 취입량은 슬래그 톤당 40-80Nm³/hr로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 슬래그중의 T.Fe 함량이 적은 경우에는 다음 챠지의 인 제어능이 열화하고, 너무 많은 경우에는 노체침식에 악영향을 미치게 되므로, 상기 슬래그중의 T.Fe 함량은 19-25%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 따라 슬래그 중의 T. Fe함량을 조절한 후에 슬래그 코팅을 행하므로써 철산화물을 많이 함유한 코팅 슬래그가 초기 전로내 슬래그로 용융되어 초기 투입된 생석회의 재화를 촉진시킬 뿐만이니라 슬래그내 철산화물이 액체산소의 역할을 하여 탈린을 유도하고, 초기 슬래그의 점성을 저하시켜 초기탈린반응을 촉진시키고, 결국은 종점 탈린을 촉진시키게 된다.

또한 용강잔류로 인하여 전 챠지(Ch)의 출강실수율이 다소 저감되나, 후속 챠지에서 슬래그 중 T.Fe가 환원되어 용강으로 되돌아감으로써 후속 챠지의 출강실수율이 증가하여 결과적으로는 출강실수율의 차이는 없게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

100톤 용량의 전로에서의 2연연주 이상의 캐취카본조업에 있어서 취련작업 후 출강단계시 전 차지용강을 슬래그중의 T.Fe함량에 따라 하기 표 1과 같이 노내에 잔류시키고, 하기 표 1과 같은 송산량으로 산소를 슬래그 중에 취입한 후, 슬래그중의 T.Fe함량이 하기 표 1과 같이 되도록 한 다음, 코팅하였다.

다음에, 생석회를 15~20kg/t을 노내투입하고 이어서 주원료로 고철을 전장입량의 15%이하를, 그리고 탈린용선 85% 이상을 전로내에 장입하여 취련하였다.

각 취련에 있어서 취련 초기 투입소결광량 및 취련초기 승열재(Fe-Si)사용량을 조사하고, 대표적으로 종래예 및 발명예(2)에 대한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

그리고, 종래예 및 발명예(2)에 대하여 전로 종점 P 함량, 취련중 슬래그 중 (T.Fe)량 및 취련중 용강내[P]함량변화를 조사하고, 그 결과를 각각 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.

실시예 No.	전챠지 슬래그중 T.Fe(중량%)	잔류용강량(kg)/슬래그 톤	송산량Nm³/hr/슬래그 톤	슬래그중T.Fe(중량%)	슬래그중T.Fe변화량(%)
종래예	15	0	0	15	0
비교예 1	15	80	20	18	3%상승
발명예 1	15	100	40	21	6%상승
발명예 2	15	125	60	23	8%상승
발명예 3	15	150	80	25	10%상승
비교예 2	15	170	100	28	14%상승

취련초기 소결광 투입량	동일 인(P)제어능 확보시 발명예(2)는 종래예에 대비하여 10kg/ton-steel 정도 저감
취련초기 승열재(Fe-Si)사용량	발명예(2)는 소결광 투입량 저감에 따라 종래예에 비하여 승열재 사용량은 2.4 kg/ton-steel 정도 저감

도 1에 나타난 바와 같이, 발명예(2)의 경우가 전로종점[P]의 함량에 있어서 종래예보다 낮은 값을 가지고 있음을 알 수 있으며, 발명예(1) 및 (3)의 경우에도 발명예(2)와 유사한 값을 나타내었으며, 비교예(1)의 경우에는 발명예(2)보다 다소 높은 값을 나타내었다.

도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 발명예(2)는 초기 T.Fe를 확보함으로써, 초기[P]의 저하를 가져와 종점 [P]저하를 가져옴을 알 수 있다.

한편, 비교예(2)의 경우에는 노체침식이 심하게 나타났다.

또한, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명예(2)는 종래예에 비하여 취련초기 소결광 투입량 및 승열재 사용량이 저감됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 연속되는 캐취 카본조업에 있어서 코팅 슬래그의 개질을 통하여 취련초기 인제어능 확보, 소결광 투입량 저감 및 승열재 투입량 저감이 가능하게 할 뿐만 아니라 특히 캐취 카본조업의 안정적 인제어를 통하여 양호한 품질을 확보할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

전(前) 챠지의 슬래그 코팅, 주원료 장입, 캐취카본법에 의한 취련 및 출강으로 이루어지는 전로정련방법에 있어서,

출강시 용강을 슬래그 톤당 100-150kg 잔류시켜 출강작업을 종료하는 단계; 및

전로를 정립시키고 슬래그 톤당 40-80Nm³/hr의 산소를 슬래그중에 취입하여 슬래그중의 T. Fe가 19-25%가 되도록 한 후에 슬래그 코팅을 하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전로정련방법