KR20040055438A

KR20040055438A - 회송용강의 정련방법

Info

Publication number: KR20040055438A
Application number: KR1020020082115A
Authority: KR
Inventors: 유철종; 김해원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-21
Filing date: 2002-12-21
Publication date: 2004-06-26
Also published as: KR100925598B1

Abstract

본 발명은 제철소의 제강공정에서 발생되는 회송용강을 정련하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 회송용강 및 용선을 전로에 장입하여 전로정련하는 단계;

상기와 같이 전로정련된 용강을 미탈산상태로 출강하는 단계; 및

상기와 같이 미탈산상태로 출강된 용강을 진공탈가스공정에서 0.5∼0Torr의 진공도 및 시간당 0.4∼0.6Nm³/용강-톤의 Ar 취입량의 조건으로 20-30분 동안 탈질처리하는 단계를 포함하여 구성되는 회송용강의 정련방법이 제공된다.

본 발명은 제강공정에서 발생되는 회송용강을 적절히 정련하여 질소가 60PPM이하인 저질소 회송용강을 제조함으로써 다양한 강종의 제조가 가능하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

회송용강의 정련방법{Method for Refining Return Molten Steel}

본 발명은 제철소의 제강공정에서 발생되는 회송용강을 정련하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 질소함량이 60PPM이하인 회송용강을 제조할 수 있는 회송용강의 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 회송용강이라 함은 전로에서 출강작업후 연주공정이상으로 타 머신 매칭이 어렵거나, 후공정 온도 저온, 성분격외등으로 다시 전로에 재장입하여 전로정련작업을 실시하는 것을 말한다.

회송용강은 전로에서 이미 출강된상태이기 때문에 이미 용강중에는 적게는 20PPM 많게는 50PPM정도의 질소가 용강중에 존재한다.

용강중에 용존된 질소가 20~50PPM정도 있는 상태에서 다시 전로정련을 실시하게 되면, 회송용강중에는 [C]이 0.007~0.2중량% 가 존재하기 때문에 전로정련작업중 흡입되는 공기의 량이 많아져 출강완료후 용강중의 [N]는 60~80PPM이상 된다.

상기와 같이 회송용강이 발생되면 도 1에 나타난 바와 같이 질소비규제강에 매칭되어 전로에 재장입하고, 용선을 장입한 후, 전로정련작업을 실시한다.

전로정련작업이 완료되면 용강을 래들로 출강하게 되고, 출강작업중 수요가가 요구하는 강의 성분을 맞추기 위하여 합금철을 투입하는 단계에서 탈산작업을 하게 되고, 출강작업이 완료된다.

출강이 완료되면, 후공정에서 처리작업을 실시하게 된다.

상기한 조업방법에서. 회송용강을 장입한 후, 용선을 장입하는 이유는 회송용강 정련작업중 하기 반응식(1)을 유도하게 되어 전로정련작업중에 CO가스가 발생되면서 용강중으로 공기가 흡입되는 것을 방지하기 위함이다.

C + O = CO ↑

그러나, 통상 회송용강이 많으므로 회송용강장입후에 장입되는 용선량은 회송용강에 비하여 적다

예를 들면, 회송용강은 270Ton이상이고, 장입되는 용선량은 20~30Ton정도이다.

한편, 회송용강을 후공정에서 작업하기에 용이한 출강온도가 되도록 하는데 필요한 산소을 공급하고 있다.

예를 들면, 회송용강이 270Ton이상이고, 장입되는 용선량인 20~30Ton정도인 조업에서 공급되는 산소량은 3000Nm³이다.

용선중에 함유된 [C]의 4.5%이지만, 장입되는 용선의 량이 적어 전체적으로 [C]의 양이 적게 되어 상기 반응식(1)의 반응이 회송용강 정련중간에 완료된다.

따라서, 용강중의 Fe가 출강온도를 조절하기 위하여 공급되는 산소와 하기 반응식(2)와 같이 반응하면서 용강의 온도를 상승시키고, 용강중의 용존산소를 상승시키면서 용강중의 [N]를 상승시켜 용강중의 용존질소를 증가시킨다.

Fe + O = FeO

또한, 출강작업중에 용강을 탈산시키는 경우에는 도 2에 나타난 바와 같이 출강작업중에 외부공기가 흡입되면서 흡질이 일어나는데, 이러한 사실은 도 3에서도 입증된다.

즉, 도 3에 나타난 바와 같이 출강중에 질소량이 20~30PPM정도 상승됨을 알 수 있다.

도 2에서, 부호 1은 전로를, 부호 2는 래들을, 부호 3은 출강류를, 부호 4는 슬라그를, 그리고 부호 5는 용강을 나타낸다.

또한 , 후공정작업중 탈가스공정에서 작업을 실시하더라도 용강중에 산소가 없기 때문에 탈질반응이 쉽게 일어나지 않는다.

특히, 최근에는 고급강비율이 증가하면서 회송용강을 질소비규제강에 매칭하는 것도 어려운 실정이다.

더욱이, 회송용강을 질소규제강에 매칭하는 경우에는 질소상한에 의한 성분격외가 발생하는등의 문제점이 있다.

따라서, 회송용강을 정련하여 질소규제강의 기준을 만족할 수 있을 정도의 질소함량을 갖는 용강을 제조하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로서, 전로정련후 미탈산상태로 출강한 후 진공탈가스처리공정에서 미탈산 용강을 적절한 조건으로 탈질처리하므로써 질소의 함유량이 낮은 저질소 용강을 제조할 수 있는 회송용강의 정련방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래방법에 따라 회송용강을 정련하는 공정을 나타내는 공정도

도 2는 전로정련된 용강의 출강시 출강중에 종래방법에 따라 탈산하는 경우 외부공기가 흡입되는 것을 나타내는 모식도

도 3은 종래방법에 따라 회송용강을 전로정련하고 탈산 출강후 용강중의 질소함량 변화를 나타내는 그래프

도 4는 본 발명에 따라 회송용강을 정련하는 공정을 나타내는 공정도

도 5는 전로정련된 용강의 출강시 본 발명에 따라 출강중에 미탈산하는 경우 래들내에 존재해 있던 공기를 래들 밖으로 밀어내는 것을 나타내는 모식도

도 6은 산소와 유황 함량에 따르는 흡질반응의 물질 이동계수의 변화를 나타내는 그래프

도 7은 본 발명에 따라 회송용강을 전로정련하고 미탈산 출강한 후의 용강중 질소함량 변화를 나타내는 그래프

도 8은 산소와 유황 함량에 따르는 탈질속도정수의 변화를 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...전로 (converter) 2...래들(ladle) 3...출강류 4...슬라그(slag)

5...용강

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 회송용강 및 용선을 전로에 장입하여 전로정련하는 단계;

상기와 같이 미탈산상태로 출강된 용강을 진공탈가스공정에서 0.5∼0Torr의 진공도 및 시간당 0.4∼0.6Nm³/용강-톤의 Ar 취입량의 조건으로 20-30분 동안 탈질처리하는 단계를 포함하여 구성되는 회송용강의 정련방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

전로에서 출강작업후 연주공정이상으로 타 머신 매칭이 어렵거나, 후공정 온도 저온, 성분격외등이 발생되는 경우에는 회송요강이 발생된다.

상기 회송용강은 전로에서 이미 출강된 상태이기 때문에 이미 용강중에는 적게는 20PPM 많게는 50PPM정도의 질소가 용강중에 존재한다.

본 발명은 상기와 같이 발생되는 회송용강을 저질소 함유 용강으로 정련하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따라 회송용강을 저질소 함유 용강으로 정련하기 위해서는 도 4에 나타난 바와 같이, 우선 통상적인 방법에 따라 회송용강을 전로에 장입하고, 용선을 장입한다.

보통의 전로정련공정에서는 통상적으로는 85∼92%의 정도의 용선비(용선량/총장입량)를 사용하고 있으나, 회송용강 발생시에는 3∼5%의 정도의 용선비(용선량/총장입량)를 사용하고 있다.

다음에, 상부에서 랜스를 통하여 순산소를 불어넣어 용강을 정련한다.

본 발명에서는 정련이 완료된 다음 행하는 래들로의 출강은 반드시 미탈산상태로 행하여야 한다.

본 발명에서는 상기와 같이 정련된 용강을 미탈산 상태로 출강하여야 하는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에서는 미탈산 상태로 용강을 출강하므로써 출강작업중에 용강에 존재하는 [C]와 용존산소가 상기 반응식(1)과 같이 반응하면서 발열반응에 의해 용강중에 CO 버블이 발생하게 되어 도 5에 나타난 바와 같이 기존에 래들(2)내에 존재해 있던 공기를 래들 밖으로 밀어내고 또한, 래들내 압력을 대기압보다 높게 유지시켜 주고, 출강중에 투입되는 CaO의 볼륨을 높게 유지하여 출강류(3)에 의하여 유입되는 공기가 용강(5)과 반응하지 않도록 하여 흡질을 방지하는 효과를 준다.

또한, CO기포 주변에 표면활성원소인 산소가 적기 때문에 질소가 CO기포계면으로 이동하여 탈질반응의 효과가 발생하여 CO기포와 함께 표면으로 방출되면서 질소가 제거되는 효과가 나타난다.

둘째, 출강작업중에 출강류에 의한 용강의 요동 및 투입되는 합금철에 의해서 용강의 온도가 하강되고, 용강중에 용존산소가 존재하기 때문에 흡질반응이 감소하게 된다.

이는 도 6에도 나타나 있는 바와 같이, 흡질반응은 온도가 낮을수록 , 산소 및 유황의 농도가 높을수록 감소하기 때문이다.

산소와 유황은 전형적인 계면활성화 원소로서 계면에 흡착하여 계면을 통한 물질이동에 대한 저항이 증가하기 때문에 흡질효과를 감소시키게 된다.

세째, 탈산후에 후공정인 질공탈가스공정에서의 탈질반응이 미탈산상태보다는 어려운데, 그 이유는 진공탈가스공정에서 감압에 의해서 용강을 처리하는 과정에서 Ar가스가 버블(BUBBLE)로 발생하면서 용존산소와 함께 존재하는 질소를 상부로 상승시켜 탈질하는 효과가 발생하기 때문이다.

상기와 같이 미탈산상태에서 출강된 경우에는 도 7에 나타난 바와 같이 출강중에 질소의 상승이 거의 없다.

상기와 같이 미탈산 상태로 출강된 용강을 진공탈가스공정으로 이송하여 진공탈가스공정에서 0.5∼0Torr의 진공도 및 시간당 0.4∼0.6Nm³/용강-톤의 Ar 취입량의 조건으로 20-30분 동안 탈질처리하므로써 저질소 함유 용강이 얻어진다.

탈가스진공처리단계에서의 탈질처리는 다음과 같은 과정을 거쳐 진행된다.

1). 용질원자가 강욕내부로부터 표면 근방으로 이동

2). 표면경계층내의 확산

3). 표면에서 분자의 생성 및 기상에의 이동

4). 표면상 기상측 경계층의 확산

상기와 같은 과정을 통하여 탈질이 진행되며 탈질반응속도는 하기 반응식(3)으로 표현된다.

{N₂} = [N]

Log K_N2(Log a[N]/(P_N2)^1/2= -518/T -1.063

진공탈가스공정에서 처리할 때 도 8에도 나타난 바와 같이 용강중의 산소 농도가 높을수록 탈질속도가 빠르다는 것을 알수 있고, 용강중의 산소농도가 적을수록 탈질속도가 늦어짐을 알수 있다.

본 발명에서 있어서 진공탈가스처리공정에서 탈질처리시 진공도가 너무 낮은 경우에는 진공탈가스처리장치내에서 용강 을 충분히 환류시킬 수 없어 충분한 탈질반응을 확보할 수 없어 저질소용강의 제조가 어렵고, 너무 높은 경우에는 용강의 환류속도가 너무 빨라 탈질반응의 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문에, 탈질처리시 진공도는 0.5∼0Torr로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 진공탈가스처리공정에서의 탈질처리시 취입되는 Ar 가스의 양이 너무 적은 경우에는 Ar가스에 의한 질소의 용강외부로의 배출량이 적어 탈질효율이 떨어지고, 너무 많은 경우에는 용강의 온도가 너무 떨어지기 때문에, Ar 가스의 취입량은 시간당 0.4∼0.6Nm³/용강-톤으로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 진공탈가스처리공정에서의 탈질처리시 처리시간이 너무 짧은 경우에는 충분힌 탈질효과를 얻을 수 없고, 너무 긴 경우에는 탈질효과는 충분히 확보할 수 있지만, 비경제적이고, 침적관의 소손이 발생되므로, 탈질처리시간은 20∼30분으로 제한하는 것이 바람직하다.

한편, 진공처리전 질소가 높은 경우에는 약 25%의 탈질효과를 얻을 수 있으며, 질소농도가 40PPM이하인 저농도영역에서는 진공처리에 의한 탈질소효과를 기대하기 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 진공탈가스공정에서 탈질하기 전의 용강중의 질소의 함량이 질소규제강의 기준값보다 높은 용강에 바람직하게 적용된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

(종래예)

종래방법에 따라 회송용강을 전로에 장입하여 하기 표 1의 종점[N]농도를 갖는 용강으로 전로정련한 후, 출강중에 탈산하면서 출강한 다음, 탈가스처리한 다음, 출강 후 [N] 농도 및 탈가스처리후의 [N]농도를 분석하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 No.	종점[N](PPM)	출강후[N](PPM)	탈가스후[N](PPM)
종래예1)	63	79	78
종래예2)	74	91	90
종래예3)	59	75	74
종래예4)	71	83	82

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 종래방법에 따라 회송용강을 정련한 종래예(1-4)는

탈가스 처리후의 용강중의 질소함량이 78∼90PPM 정도로서 질소규제강의 기준을 만족시키지 못함을 알 수 있다.

(발명예)

회송용강 270Ton 및 용선 25Ton을 전로에 장입하여 전로정련작업을 실시한 다음,전로정련된 용강을 미탈산상태에서 출강완료한 후, 진공탈가스 공정에서 탈질처리를 한 다음, 용강중의 질소함량을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 전로정련완료후 및 출강완료후의 용강중의 질소함량을 조사하고, 그 결과도 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 No.	전로정련후[N] 농도(PPM)	진공탈가스공정에서의 탈질처리조건	탈질처리후의 [N] 농도(PPM)
실시예 No.	전로정련후[N] 농도(PPM)	처리시간(분)	탈질처리후의 [N] 농도(PPM)	진공도(Torr)	시간당 Ar취입량(Nm³/용강-톤)
발명예 1	63	21	0.4	0.4	43
발명예 2	62	20	0.4	0.4	52
발명예 3	72	25	0.4	0.4	59
발명예 4	71	27	0.4	0.4	58
발명예 5	69	25	0.4	0.4	49
발명예 6	57	23	0.5	0.5	48
발명예 7	81	22	0.5	0.5	56
발명예 8	74	29	0.5	0.5	43
발명예 9	68	30	0.5	0.5	56
발명예 10	63	22	0.5	0.5	53
발명예 11	82	25	0.5	0.5	58
발명예 12	72	26	0	0.5	56
발명예 13	76	24	0	0.6	57
발명예 14	75	25	0	0.6	56
발명예 15	68	26	0.3	0.6	48
발명예 16	67	27	0.3	0.6	46
발명예 17	59	25	0.3	0.6	44
발명예 18	73	22	0.2	0.6	52
발명예 19	76	26	0.2	0.6	55
발명예 20	72	25	0.1	0.6	56
발명예 21	63	22	0.1	0.6	49
발명예 22	66	23	0.1	0.6	53
발명예 23	68	22	0	0.6	53
발명예 24	65	23	0	0.6	44
발명예 25	83	28	0	0.6	59
발명예 26	74	29	0	0.6	58
비교예 1	85	18	0.7	0.3	75
비교예 2	73	17	0.7	0.3	63
비교예 3	63	33	-1.0	0.8	44
비교예 4	78	32	-1.0	0.7	58
비교예 5	68	35	-1.0	0.8	49

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 미탈산용강을 본 발명에 따르는 진공탈가스공정에서의 탈질처리조건으로 탈질처리하는 경우(발명예 1-26)에는 질소농도가 60PPM이하인 저질소 회송용강을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

미탈산용강을 본 발명의 탈질처리조건을 벗어나는 조건으로 탈질처리하는 경우(비교예 1-2)에는 질소농도가 60PPM이상인 회송용강이 제조됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 탈질처리조건을 벗어나는 조건으로 탈질처리하는 경우(비교예 3-5)에는 질소농도가 60PPM이하인 저질소 회송용강을 제조할 수는 있었지만, 처리시간이 너무 길어 생산성이 저하하고, 침적관의 소손 발생이 감지되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제강공정에서 발생되는 회송용강을 적절히 정련하여 질소가 60PPM이하인 저질소 회송용강을 제조함으로써 다양한 강종의 제조가 가능하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

회송용강 및 용선을 전로에 장입하여 전로정련하는 단계;

상기와 같이 전로정련된 용강을 미탈산상태로 출강하는 단계; 및

상기와 같이 미탈산상태로 출강된 용강을 진공탈가스공정에서 0.5∼0Torr의 진공도 및 시간당 0.4∼0.6Nm³/용강-톤의 Ar 취입량의 조건으로 20-30분 동안 탈질처리하는 단계를 포함하여 구성되는 회송용강의 정련방법