KR20100117956A

KR20100117956A - 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법

Info

Publication number: KR20100117956A
Application number: KR20090036703A
Authority: KR
Inventors: 홍진명; 이중범
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-04

Abstract

본 발명은 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기로, 2차정련(LF)설비를 이용하여 용강을 정련하되, 용강 내 존재하는 질소를 제거하도록 탄산칼슘(CaCO₃)계 플럭스를 스크랩 용해시, 정련시, 출강시의 3단계로 나누어 투입하여 조업한다. 본 발명은 탈가스 처리를 행하지 않고도 전기로 공정만을 이용하여 용강 내 질소함량을 50ppm이하로 낮추는 것이 가능하다. 따라서 생산원가를 절감하면서도 요구되는 물성에 적합한 우수한 품질의 저질소강을 생산할 수 있는 이점이 있다.

전기로, 저질소강, 탄산칼슘

Description

전기로를 이용한 저질소강의 제조방법{Method for producing of low nitrogen steel using electric furnace}

본 발명은 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탈가스 처리 공정을 필요로 하지 않는 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법에 관한 것이다.

강 중의 질소 성분은 시효 경화를 일으키는 대표적인 원소로서 강의 강도를 증가시켜 가공성을 저해하고, Al, Ti 등의 원소와 화합물을 만들어 최종 제품의 품질을 저해하는 요소로 작용한다.

이러한 이유로 심가공용 열연 제품 또는 냉연 제품의 경우에는 질소함량이 60ppm이하로 제한된다.

전기로 공정은 스크랩을 전기 아크에 의해 용해시키는 것이 기본으로써, 주원료인 스크랩과 생석회 등의 부원료로부터 질소 유입량이 많고, 전기 아크에 의한 대기 중의 질소 분해 및 용강으로의 유입이 크기 때문에 저질소강 제조에 매우 불리하다.

현재 저질소강을 전기로 공정을 이용하여 제조하는 방법으로는 진공 탈가스 장비를 이용하는 방법이 일반적이다. 하지만 이러한 방법은 VD, RH 등의 진공 탈가스 장비 도입에 대한 투자 비용이 높으며, 도입을 하더라도 제조 비용 및 조업 시간의 증가라는 단점을 가진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 탈가스 처리 공정을 하지 않고도 용강 내 질소농도를 효율적으로 저감할 수 있도록 한 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전기로, 2차정련(LF)설비를 이용하여 용강을 정련하되, 전기로, 2차정련(LF)설비를 이용하여 용강을 정련하되,

용강 내 존재하는 질소를 제거하도록 탄산칼슘(CaCO₃)계 플럭스를 스크랩 용해시, 정련시, 출강시의 3단계로 나누어 투입하여 조업한다.

전기로에서 스크랩의 용해시 생석회와 탄산칼슘계 플럭스를 복합 투입하는 1단계와, 상기 스크랩이 용해된 후에, 용강의 정련시에 상기 전기로에 탄산칼슘계 플럭스를 단독 투입하는 제2단계와; 상기 용강이 정련된 후에, 상기 전기로의 용강을 레들로 출강시 상기 레들에 탄산칼슘계 플럭스를 추가로 투입하는 3단계를 포함하여 용강 내 함유된 질소를 저감한다.

상기 제1단계에서, 상기 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 5~10kg을 투입한다.

상기 제2단계에서, 상기 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 10~15kg을 투입한 다.

상기 제3단계에서 상기 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 3~5kg을 투입한다.

상기 제3단계에서 상기 탄산칼슘계 플럭스는 전기로의 용강이 레들에 1/5~2/5정도 출강한 시점에 투입한다.

본 발명은 전기로를 이용한 저질소강의 정련시 탄산칼슘을 전기로 용해시, 전기로 정련시, 전기로 출강기의 3단계로 나누어 투입하여 이산화탄소 가스 발생을 유도함으로써 용강 내 질소를 흡착 제거한다. 따라서 별도의 탈가스 처리를 행하지 않고도 전기로 공정만을 이용하여 질소 함량을 50ppm이하로 낮추는 것이 가능하다.

따라서 생산원가를 절감하면서도 요구되는 물성에 적합한 우수한 품질의 저질소강을 생산할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 전기로, 2차정련(LF)설비를 이용하여 저질소강의 용강을 정련하되, 용강 내 존재하는 질소를 제거하도록 탄산칼슘(CaCO₃)계 플럭스를 스크랩 용해시, 정련시, 출강시의 3단계로 나누어 투입한다.

보다 상세하게는, 스크랩의 용해시에 전기로에 생석회와 탄산칼슘계 플럭스를 투입하는 1단계와, 상기 스크랩이 용해된 이후, 용강의 정련시에 상기 전기로에 탄산칼슘계 플럭스를 투입하는 제2단계와; 상기 용강이 정련된 후에, 상기 전기로의 용강을 레들로 출강시 상기 레들에 탄산칼슘계 플럭스를 추가로 투입하는 3단계를 포함하여 용강 내 함유된 질소 함량을 저감한다.

탄산칼슘은 생석회(CaO)를 만드는 원료로 저렴하고 구입이 용이한 광물이다.

탄산칼슘은 900~950℃ 온도영역에서 CaCO₃ → CaO + CO₂↑의 흡열반응이 발생하며 이 과정에서 생석회와 이산화탄소로 분해된다. 이때, 발생되는 이산화탄소는 분압에 의해 대기 중으로 방출되는데, 이 과정에서 용강 내 존재하는 질소를 흡착하여 제거하게 된다.

그리고, 분해 반응의 또 다른 생성물인 생석회는 탈린 반응에 기여함으로써 전기로에 장입되는 생석회를 일부 대체할 수 있는 부가적 효과를 가진다.

생석회에 의한 탈린 반응식은 4CaO+ P₂O₅ →4CaO·P₂O₅(슬래그)이다. 탈린 반응이 진행됨에 따라 생성된 슬래그는 전기로 노내를 보호하고, 외부의 대기가 용강과 접촉되는 것을 방지하여 용강의 질소 흡수를 방지한다.

제1단계에서 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 5~10kg을 투입한다.

제1단계에서 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 5kg 미만으로 투입되면 이산화탄소 발생량이 낮아 질소 제거 효율이 낮고, 용강 1톤당 10kg을 초과하여 투입되면 질소 제거 효율은 높으나 용강 온도를 떨어뜨려 조업에 지장을 초래한다.

제1단계에서 탄산칼슘계 플럭스는 생석회(CaO)와 함께 투입된다. 이는 스크랩 용해시에 탄산칼슘계 플럭스를 단독으로 투입하면 슬래그 형성이 늦어 질소 제 어에 불리하기 때문이다.

생석회는 용강 1톤당 5~10kg을 투입하는 것이 바람직하다. 이는 스크랩 용해시에 투입되는 탄산칼슘계 플럭스의 함량을 고려한 것으로 용강 1톤당 5kg미만으로 투입되면 승온 효율 확보가 어렵고, 용강 1톤당 10kg을 초과하면 슬래그 총량을 증가시켜 슬래그 오버플로우가 발생할 수 있다.

제2단계에서 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 10~15kg이 투입된다.

제2단계에서 전기로에 투입되는 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 10kg 미만이면 질소 제거 효과가 없고, 투입량이 용강 1톤당 15kg을 초과하면 슬래그 양이 증가하고 용강 온도 저하에 따른 에너지 투입량이 증가하게 된다.

제3단계에서 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 3~5kg이 투입된다. 제3단계에서 탄산칼슘계 플럭스를 추가로 투입하는 것은 용강 중 질소 함량을 효율적으로 저감시킨다.

전기로의 용강을 레들로 출강 중 레들에 탄산칼슘계 플럭스를 투입하면 레들 내의 용강 표면과 대기 계면에서 CO₂기체의 분압이 증가되고, 그에 따라 상대적으로 대기의 질소 분압이 낮아지므로 출강 중 대기로부터 질소 유입이 억제되는 효과가 발생한다.

제3단계에서 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 3kg미만으로 투입되면 그 효과가 미비하고, 투입량이 용강 1톤당 5kg을 초과하면 출강 중 용강의 온도 손실량이 크게 증가하는 문제가 발생한다.

탄산칼슘계 플럭스는 전기로의 용강이 레들에 1/5~2/5정도 출강한 시점에 투입한다. 탄산칼슘계 플럭스는 용강이 충분히 레들 내에 출강되지 않은 상태에서 미리 분해되면 효과가 없고, 용강이 레들 내에 출강 완료된 시점에서 레들 내에 투입되면 이후 반응의 시간확보가 어려운 문제점이 있으므로 전기로의 용강이 레들에 1/5~2/5정도 출강한 시점에 투입하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 전기로 조업의 스크랩 용해시, 정련시, 그리고 출강 중에 탄산칼슘계 플럭스를 용강에 투입하여 조업하면 출강 종료 후 용강의 질소함량이 50ppm미만으로 제어된다.

이는 진공 탈가스 장비 없이 기존의 전기로만을 이용하여 저질소강을 제조하기 위한 용강의 정련방법이다.

이 외에도 탄소계 물질을 적극적으로 투입하는 방법을 고려해볼 수 있다. 우선, 스크랩을 용해하는 단계에 선철, 무연탄, 코크스 등의 탄소계 물질을 투입하고 스크랩 용해 이후 승온기에 코크스, 분탄 등을 투입하며, 마지막으로 출강시 무연탄을 투입한다.

투입된 탄소계 물질은 용강 내의 탄소와 반응하여 CO가스를 생성하게 되는데, 이때, 생성된 CO가스가 용강 내의 질소를 포집하여 대기로 함께 방출되므로 용강 내 질소함량을 낮추게 된다.

그러나 상술한 탄소계 물질을 이용하는 방법은 선철의 경우 용해성이 열위하여 전력 에너지의 증가를 유발하고, 출강 직전까지 미처 용해되지 못하고 미용해 상태로 남아 있는 선철이 조업상 문제점을 유발한다. 또한 저질소강의 경우 탄소함 량을 제한하고 있어 탄소계 물질의 장입에는 한계가 있다.

또한, 무연탄, 코크스 등 탄소계 물질 자체에 질소 함량이 높게 함유되어 있어 CO가스에 의한 탈질 및 흡질 효과가 발생하더라도 결과적으로 질소 자체 함유량에 의해 그 효과가 상쇄되는 문제점이 있다.

또한, 출강 중에 탄소계 물질을 투입하는 경우에는 탄소의 연소에 따른 화염과 가시분진의 급격한 발생으로 조업사고가 발생될 우려가 있다.

이하, 본 발명에 따른 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법을 실시예와 비교예를 통해 상세하게 설명하기로 한다.

실시예: 용해시에 전기로에 생석회 5~10kg/ton와 탄산칼슘 5~10kg/ton을 투입하여 슬래그 형성과 탈질이 수행되도록 하였으며, 이후 정련시에 전기로에 탄산칼슘 10~15kg/ton을 투입하여 추가 탈질을 수행하고, 전기로의 용강을 레들로 출강시 레들에 탄산칼슘을 3~5kg/ton 투입하여 용강 중 질소 함량이 저감되도록 하였다.

하기, 표 1은 탄산칼슘 투입방법에 따른 전기로 출강 후 용강 중 질소함량을 실험한 결과를 나타낸 것이다.

구분	용해시		정련시		출강		질소함량
구분	생석회	CaCO₃	생석회	CaCO₃	생석회	CaCO₃	용해시	정련시	출강
비교예1	10	-	10	-	5		46	56	67
비교예2	10	-	10	5	5	-	48	58	70
비교예3	10	-	5	10	5	-	44	52	65
비교예4	10	-	-	15	-	3	48	55	64
비교예5	-	-	-	10	-	5	49	55	59
비교예6	-	15	-	15	5	-	52	59	70
비교예7	5	15	-	15	5	-	33	36	51
실시예1	5	10	-	15	-	5	34	34	43
실시예2	5	5	-	15	-	3	29	33	42
실시예3	5	10	-	15	-	5	33	36	47

[여기서, 생석회와 탄산칼슘의 투입량은 용강 1ton 기준이다]

표 1에서 스크랩이 모두 용해된 시점의 질소변화를 살펴보면, 생석회를 5~10kg범위로 투입한 경우 질소함량이 50ppm을 만족하나, 생석회와 탄산칼슘을 함께 투입한 경우 스크랩이 모두 용해된 시점의 질소함량이 더 저감되었다.

비교예1은 생석회만을 투입한 경우로 용해시에 질소함량이 46ppm이었으나 정련시에는 56ppm으로 증가하였으며, 출강 후에는 약 11ppm의 질소 픽업이 발생하여 67ppm이상을 나타내었다.

비교예2는 정련시에 생석회와 함께 탄산칼슘을 복합 투입하였으나 질소함량이 용해시에 48ppm, 정련시에 58ppm, 출강 후에 70ppm으로 탄산칼슘을 첨가하더라도 용강 내 질소 저감 효과가 낮았다.

비교예6은 용해시에 탄산칼슘을 단독으로 첨가한 경우로 용해시에 52ppm, 정련시에 59ppm, 출강 후에 70ppm으로 용강 내 질소 저감 효과가 낮았다.

그에 반해, 용해시에 생석회와 탄산칼슘을 복합 투입하고, 정련시에 탄산칼슘을 투입하며, 추가로 출강시 탄산칼슘을 투입한 실시예1 내지 실시예3의 경우 출강 후 용강 내 질소 함량이 50ppm이하로 제어되었다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

Claims

전기로, 2차정련(LF)설비를 이용하여 용강을 정련하되,

용강 내 존재하는 질소를 제거하도록 탄산칼슘(CaCO₃)계 플럭스를 스크랩 용해시, 정련시, 출강시의 3단계로 나누어 투입하여 조업하는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법.
전기로에서 스크랩의 용해시 생석회와 탄산칼슘계 플럭스를 복합 투입하는 1단계와,

상기 스크랩이 용해된 후에, 용강의 정련시에 상기 전기로에 탄산칼슘계 플럭스를 단독 투입하는 제2단계와;

상기 용강이 정련된 후에, 상기 전기로의 용강을 레들로 출강시 상기 레들에 탄산칼슘계 플럭스를 추가로 투입하는 3단계를 포함하여 용강 내 함유된 질소를 저감하는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 제1단계에서,

상기 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 5~10kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 제2단계에서,

상기 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 10~15kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 제3단계에서

상기 탄산칼슘계 플럭스는 용강 1톤당 3~5kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법.
청구항 2 또는 청구항 5에 있어서,

상기 제3단계에서

상기 탄산칼슘계 플럭스는 전기로의 용강이 레들에 1/5~2/5정도 출강한 시점에 투입하는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제조방법.