KR20040088782A

KR20040088782A - 저 탄소강 제조를 위한 용강 정련방법

Info

Publication number: KR20040088782A
Application number: KR1020030023119A
Authority: KR
Inventors: 김재열; 김영준; 이연우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-10-20

Abstract

강종 변경을 원활하게 하면서 산소사용량 및 알루미늄(Al)사용량을 줄일 수 있고, 연주공정에 안정적으로 용강을 공급함과 동시에 개재물 부상시간이 확보되어 품질을 향상시킬 수 있도록 한 탄소함량 0.03~0.08%의 저 탄소강 제조를 위한 용강 정련방법에 관한 것으로, 그 구성은 1차 정련인 전로공정에서 단일 강종 목표로 출강하기 위해 먼저 하기 표와 같은 종점산소에 따른 Al투입량을 투입하여 된 것이다.

종점산소(ppm) 350∼450 500∼550 650∼680 700∼750 Al투입량(kg) 220∼240 280∼320 340∼300 400∼440

Description

저 탄소강 제조를 위한 용강 정련방법{Molten steel refining method for low carbon steel manufacture}

본 발명은 강종 변경을 원활하게 하면서 산소사용량 및 알루미늄(Al)사용량을 줄일 수 있고, 연주공정에 안정적으로 용강을 공급함과 동시에 개재물 부상시간이 확보되어 품질을 향상시킬 수 있도록 한 탄소함량 0.03~0.08%의 저 탄소강 제조를 위한 용강 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 강 제품의 생산은 도 1에 나타낸 바와 같이 용광로(10)에서 철광석을 용융하여 용강을 전로(20)에 배출하고 그 배출된 용강은 전로(20)와 래들(30) 및 RH탈가스장치(40) 그리고, 연주기(50)를 거처 목적하는 철강제품을 생산하게 된다.

이와 같이 생산된 철강제품은 탄소함량이 0.03~0.08%인 강종을 저탄소강이라고 하며, 이러한 저탄소강을 제조하기 위해서는 전로공정에서 강종의 목표 성분치에 따라 합금철(22)이 투입되어지며 강의 청정성을 확보하기 위해 탈 가스공정을 반드시 경유하여 연주공정으로 이송되어져 주조작업을 해야한다.

한편 상기 전로(20)에서는 도 2a에 나타낸 바와 같이 전로 내에 용선과 고철을 장입하여 산소랜스(21)을 통해 산소를 취입, 용강을 정련하게 되며 이에 따라 용강 중 산소농도는 약 400~900ppm정도 다량 함유하게 된다.

통상 강중 탄소함유량이 0.04% 이상인 강종에 대해서는 전로 출강작업 중 Al을 투입하여 강중 산소를 제거하는 탈산 작업을 하는데 이런한 출강법을 중처리 출강법이라고 한다. 즉, 전로에서 출강하는 과정에서 강종 목표 성분치를 조정하기 위해서 강중 산소에 따른 Al 탈산과 그외 도2b에 나타낸 바와 같이 합금철(22)인 Fe-Mn등을 계산하여 투입한다.

위와 같이 전로 정련과정이 끝나면 용강 품질의 청정성을 확보하기 위해 용강 중 화학성분 미세조정 및 비금속 개재물 분리부상, 온도 균일화 목적으로 탈 가스처리를 하게 된다.

상기 탈 가스처리 하는 탈 가스처리장치(40)는 도3에 나타낸 바와 같이 진공조(41)인 베셀을 이용하여 용강(42)을 환류시키고, 이때 연주 주조작업에 적합한 온도를 조정하기 위해 냉각 및 승온 작업을 병행해야 한다. 이상과 같은 탈 가스공정에 따른 저탄소강 처리작업은 도4a에 나타내었다.

즉, 탈 가스처리 2분 경인 진공도 250~150m Bar에 선행 합금철(22)이 투입되거나 일정시간 환류 후 측온 샘플링을 실시하여 용강(42)을 대표하는 시료 및 온도, 산소를 측정하여 시료는 분석실로 발송하고 측정된 온도를 근거로 연주 주조작업에 적합한 온도로 맞추기 위해 승온 또는 냉각작업을 병행 실시한다.

그후 분석이 완료된 시료 성분치를 확인하여 합금철(22)을 추가 투입하거나 측온 샘플링을 실시하여 출발온도를 확인하고 탈 가스처리작업을 마치게 된다. 그런데 전로 출강 후 강에 함유된 성분 중 탄소(C), 망간(Mn)이 상한 범위를 초과하면 탈 가스공정에서는 산소를 취입하여 강제 탈탄, 강제 탈 망간을 실시하는데, 이때 산소와 친화력이 강한 알루미늄(Al)성분이 먼저 제거되고 탄소, 망간이 그 후에 제거된다. 한편, 강중 알루미늄성분이 높으면 높을수록 산소 사용량은 증가되며, 특히 망간성분 제거시에는 많은 산소사용량이 요구된다. 이는 표1에 나타내었다.

[표1]

출강시 종점산소별 합금철 투입량(합금철량/Charge)

종점산소(ppm)	∼400	500∼	600∼	700∼	비고
Al투입량(kg)	430	490	540	600∼	±20
Al성분치(%)	0.035∼0.045

상기 탈탄 또는 탈망간이 끝나게 되면 다시 Al을 투입하여 강중 Al성분을 보정해야 되며 용강 제조에 사용되는 Al사용량이 많아져 개재물이 증가되면 강제 탈탄 등의 작업사항으로 탈 가스처리시간이 길어져 연주 연결시간이 부족하게 됨으로 개재물이 부상이 되지 않은 상태로 주조가 이루어져 용강 청정도를 저해하는 문제점이 발생한다.

또, 인(P), 황(S)성분 상한 범위 초과 및 각 공정설비이상으로 강종 변경 발생시 탄소, 망간성분이 높은 강종으로 변경되면 가탄재 및 합금철인 Fe-Mn을 투입시켜 단순하게 변경할 수 있으나, 그렇지 않고 탄소, 망간성분이 낮은 강종으로 변경시에는 탈탄 ,탈망간 또는 전로에 재 장입시키는 회송처리를 해야하는 문제점이 있다.

다시 말해서 중처리 출강된 용강(42)중 탄소성분이 범위를 초과하여 탈 가스처리시 강중에 0.04~0.05%정도 함유된 Al성분 및 C : 0.01~0.02%정도를 제거하기 위해 산소 180~220N㎥를 취입해야되고 산소 취입중 강중 Al과 산소의 반응으로 용강 온도가 상승되면 냉각제 1,000~2,000kg를 투입하고, 다시 Al 150~180kg 투입하여 강중 Al성분을 조정해야 되므로 그에 따른 탈 가스처리시간은 길어지고 반면에 연주 연결시간이 부족하여 개재물이 부상되지 않은 상태로 주조작업이 되어 용강 청정도를 저해하는 큰 문제점이 초래된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 발명한 것으로서, 그 목적은, 제강공정에서 C : 0.03~0.08% 함유된 저탄소강을 제조하고자 용강을 정련함에 있어서, 전로 출강완료 후 C, Mn, P, S 성분이 범위를 초과하여 강종 변경으로 탈 가스처리시 산소사용량을 급격히 줄이면서 Al사용량을 최소화시켜 개재물 생성을 극소화시킴으로서, 최종 철강제품을 품질을 향상시키고자 함에 있다.

도 1은 일반적인 저탄소강 제조를 위한 용강 정련방법을 설명하기 위한 공정도,

도 2a 및 2b는 종래의 전로 공정인 취련 및 출강작업을 설명하기 위한 개략도,

도 3은 종래 저탄소강 제조를 위한 탈 가스공정을 설명하기 위한 개략도,

도 4a 및 도 4b는 종래 저탄소강 제조를 위한 탈 가스공정 및 진공도 형성과정을 나타낸 그래프,

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 전로 공정인 취련 및 출강작업을 설명하기 위한 개략도,

도 6a 내지 도6c는 본 발명의 저탄소강 제조를 위한 저탄소강 처리작업을 설명하기 위한 그래프,

도 7은 종래와 본 발명의 저탄소강 처리시간 비교 그래프,

도 8은 종래와 본 발명의 Al사용량 비교 그래프.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 용광로 20 : 전로

21 : 산소랜스 22 : 합금철

30 : 래들 40 : 탈 가스장치

41 : 진공조 42 : 용강

50 : 연주기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제강공정에서 탄소함량 0.03~0.08% 함유된 저탄소강 제조를 위한 용강 정련방법에 있어서,

1차 정련인 전로공정에서 단일 강종 목표로 출강하기 위해 먼저 종점산소에 따른 Al투입량을 변경하여 Al 0.010%이하, 탈 가스공정 도착산소 20~100ppm으로 맞추고, 또, Mn성분도 0.2%로 Fe-Mn을 일정하게 투입하여 출강시킴으로 전로 출강완료 후 Mn 0.17~0.20%, Al 0.01%이하로 함유된 용강을 얻을 수 있어 탄소성분 범위를 초과하였을 경우 탈 가스공정에서는 용강 중 알루미늄 함유량이 낮아 강제 탈탄용 산소사용량이 급격히 적어지면서 신속히 탈탄 작업이 가능하다.

또한, 용강 제조에 사용되는 Al사용량 즉, 전로와 탈 가스에서 투입되는 Al량이 일정하면서도 절감할 수 있는 효과와 아울러 망간함유량이 타 강종으로 변경이 용이할 정도로 함유되어 손쉽게 강종 변경을 할 수 있어 강종 격외를 막고 전로 재 장입시키는 회송처리를 막을 수 있는 탄소함량 0.03~0.08%의 저탄소강 제조를 위한 용강 정련방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도5에 도시된 바와 같이 전로 취련완료 후 종점산소에 따라 출강 작업시 Al투입량을 표2에 의거해 투입하면 Al성분은 0.01%이하, 즉 탈 가스도착산소 20∼100ppm 함유된 용강을 얻을 수 있으며, 또한, 합금철인 Fe-Mn을 일정하게 400kg 투입함으로서 출강 후 Mn 성분치는 0.17∼0.20%로 얻을 수 있다.

[표2]

출강시 종점산소별 Al 투입량(Al량 /Charge)

종점산소(ppm)	350∼450	500∼550	600∼650	700∼750	비고
Al투입량(kg)	220∼240	280∼320	340∼380	400∼440
Al성분치(%)	0.00∼0.010%
Fe-Mn사용량(kg)	350∼580
Mn성분치(%)	0.14∼0.20

이렇게 전로공정에서 단일 강종 목표로 작업된 용강은 보통 C 0.030%~0.045%, Mn 0.17∼0.20%, Al 0.010%이하로 일정하게 함유되어지는데, 상기 C 성분은 전로 취련작업 중 탈탄반응 불량으로 0.05~0.06%로 종래와 같이 변수가 심하게 나타났다.

이러한 용강은 2차 정련인 탈 가스공정에 도착되면 탈 가스설비의 원리를 이용하여 도6a 내지 도6c에 나타난 바와 같이 전 공정 조건별로 탈 가스 처리작업을 진행하게 된다.

이때 탈 가스공정에서 제어하기 힘든 P, S 성분치가 관리범위를 초과하였을 경우 다른 저탄소강 C 0.03~0.08%중 P, S 성분이 범위에 만족되는 강종으로 변경할 때 C 함유량이 적으면 도6a 또는 도6b의 처리패턴으로 가탄재 및 합금철을 투입하고, 또한, C 함유량이 많을 때 도6c의 처리패턴으로 하기 표3에 나타난 바와 같이 적은 산소 량으로 신속히 강제 탈탄 작업을 할 수 있어 C 성분을 손쉽게 제어 할 수 있다.

[표3]

탈 가스공정의 C량별 산소 량

강제탈탄량[C]	0.01	0.02	0.03	비고
산소사용량(N^m2)	40	65	90	±15

또, 하기 표4 및 표5에 나타난 바와 같이 Al 성분을 조정하기 위해 Al을 투입하고 강종변경될 Mn 성분내로 Fe-Mn을 투입한다. 이렇게 Al 함유량이 적은 상태에서 강제 탈[C]작업이나 일반 작업을 실시하므로 Al 사용량은 거의 일정하게 사용되어 Al₂O₃개재물을 저감할 수 있다.

[표4]

탈 가스 도착산소별 Al투입량

도착산소(ppm)	150	100	50	비고
Al성분치(%)			0.010
Al투입량(kg)	220	205	180
예상[S.Al](%)	0.040	±0.005

[표5]

전로출강 후 Al성분별 Al투입량

B/S[Al]성분	1	5	10	15	20	비고
Al투입량	220	205	180	160	145	±20
예상[S.Al]	0.040	±0.005%

그리고 처리작업 중 용강온도가 낮을시 승온작업과 용강 온도가 높았을 때 냉각작업이 병행되어져 연주공정의 주조작업에 적합한 온도 및 성분을 신속히 제어되어 처리가 종료되어진다.

(실시예)

전로에서 출강한 용강(276.1~276.5t)을 이용하여 C 0.03~0.08% 저탄소강 제조용강을 마련하여 하기 표6과 같은 조건으로 용강 제조작업을 실시하였다.

구체적으로는 상기 용강중 일부는 종래법과 동일하게 전로 출강시 종점산소에 따른 Al 탈산재 및 Al 보정재를 투입하여 탈 가스공정에서 강제 탈탄 및 부족한 성분 조정용 합금철을 첨가하였고, 나머지 용강에 대해서는 본 발명과 동일하게 용강에 대해서는 본 발명법과 동일하게 전로 출강시 종점산소별 Al투입량을 변경하여 탈 가스공정에 도착산소 20~100ppm 즉, Al 성분 0.01%이하로 Al을 투입하여 출강완료 후 C , Mn, P, S 성분 이상으로 강종변경시 탈 가스공정에서 강제 탈탄 및 Al을투입하였다.

이러한 용강 제조작업을 행하여 C 0.03~0.08% 범위의 저탄소강제조를 위해 용강을 마련한 후 탈 가스공정에서 소요되는 처리시간 및 Al 사용량을 측정하였다.

[표6]

상기 표6과 같이 본 발명법의 경우 C 0.03~0.08% 범위의 저탄소강제조에 있어 강제탈탄용 산소사용량 및 전체 Al사용량과 처리시간이 종래법에 비하여 그 우수성이 입증됨을 알 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 저탄소강(C : 0.03~0.08%)제조시 실 조업에 적용하면 전로 출강작업 후 용강내 함유된 성분이 범위를 초과할 경우 다른 저탄소강으로 신속히 강종을 변경할 수 있음은 물론, 적은 산소 사용량으로 C 성분을 제어할 수 있고 이러한 강제 탈탄 작업에도 불구하고 Al 사용량을 절감할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 출강작업을 단일화하여 강종변경을 원활하게 하면서도 탈 가스 처리시간도 지연되지 않고 산소 사용량, Al 사용량을 줄일 수 있는 효과와 동시에 강종 성분 범위를 초과하는 강종 격외를 막을 수도 있고, 전로에 재 장입되는 회송처리도 막을 수 있어 제강 물류흐름을 원활하게 하는 효과와 연주공정에 안정적인 용강을 공급할 수 있어 개재물 부상시간이 확보되어 품질 향상에도 큰 효과가 있다.

Claims

1차 정련인 전로공정에서 단일 강종 목표로 출강하기 위해 먼저 하기 표 같은 종점산소에 따른 Al투입량을 투입하여 됨을 특징으로 하는 저 탄소강 제조를 위한 용강 정련방법.

제1항에 있어서, 상기 종점산소에 따른 Al투입량을 상기 표와 같이 투입한 후 탄소함유량이 목적치 보다 적으면 2차 정련인 탈 가스공정에서 가탄제 및 합금철을 투입함을 특징으로 하는 저 탄소강 제조를 위한 용강 정련방법.

제1항에 있어서, 상기 종점산소에 따른 Al투입량을 상기 표와 같이 투입한 후 탄소함유량이 목적치 보다 많으면 2차 정련인 탈 가스공정에서 하기 표와 같이 탄소함유량별 산소 량을 공급하여 됨을 특징으로 하는 저 탄소강 제조를 위한 용강 정련방법.

강제탈탄량(%) 0.01 0.02 0.03 비고 산소사용량(N^m2) 40 65 90 ±15