KR20100127550A

KR20100127550A - 극저탄소 청정강의 정련방법

Info

Publication number: KR20100127550A
Application number: KR1020090046043A
Authority: KR
Inventors: 이재협; 김해곤
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2010-12-06

Abstract

본 발명의 극저탄소 청정강의 정련방법은, 탈탄을 실행한 후 Si와 Mn을 소정의 양만큼 투입하여 탈산하고, Ar의 유량을 제1 유량으로 하여 취입하면서 용강 환류를 실시하는 제1 단계, 상기 용강 환류 후 용존 산소 측정하고 탈산에 필요한 Al량을 산출하는 제2 단계, 상기 산출된 Al량에 근거하여 Al을 투입하는 제3 단계 및 부상한 비금속 개재물을 제거하기 위해 용강 환류를 실시하는 제4 단계를 포함한다.

이에 따르면, 본 발명에 따른 극저탄소 청정강의 정련방법에서는, RH 공정에서 발생된 알루미나성(Al₂O₃) 개재물을 효율적으로 제거하여 용강의 청정성을 확보할 수 있는 이점이 있다. 또한, 고가인 Al를 사용하는 양이 감소함으로 인해 원가가 감소하는 이점이 있다.

RH 공정, 개재물, 용강 환류

Description

극저탄소 청정강의 정련방법{Method for refining extra low carbon steel having high cleaness}

본 발명은 극저탄소 청정강의 정련방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전로에서 출강된 미탈산 용강을 미세정련 탈산하는 과정에서 탈산제로 고가의 Al을 투입하기 전에 Si와 Mn을 미리 투입하여 Si-Mn 복합탈산에 의해 용존 산소를 미리 줄인 후 Al을 소량 투입함으로써, 용강 내에 존재하는 용존 산소를 알루미늄으로 탈산하는 반응 중 발생하는 비금속 개재물의 발생량을 저감시킬 수 있는 극저탄소 청정강의 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철강 제품의 고급화 및 다양화 추세에 따라 일반 냉연강판으로부터 전기 강판 및 고장력강 등 다양한 용도로 사용할 수 있는 극저탄소강에 대한 수요가 높아지고 있다.

극저탄소강의 제조 공정은 일반적으로 용선에 산소를 취입하는 전로 취련을 통해 탈탄과 더불어 탈린 작업이 동시에 수반된다.

그러나 극저탄소강의 제조시 전로 단독 공정만으로는 500ppm 이하의 C 를 함유한 용강의 제조가 곤란하므로 전로 출강 후 탈가스 공정(용강 중의 기체를 제거 하는 공정, 순환 탈 가스법)(이하 'RH 공정'이라 통칭함)에서의 탈탄 조업이 필수적이다.

RH공정에서 감압을 통한 탈탄 반응 후, 용존하는 산소를 제거하기 위해 강력한 탈산제인 Al을 용존 산소량에 맞추어 투입을 실시하게 되는데 이 때 하기 식 (1)의 반응에 의해 형성된 알루미나성(Al₂O₃) 비금속 개재물이 강 중에 남는다.

2[Al] + 3[O] → Al₂O₃ ----(1)

상기 알루미나성(Al₂O₃) 개재물은 용강에 잔존하여 철강제품의 기계적 성질이나 용접성 등을 열악하게 하거나, 연주공정에서 노즐 막힘이나 블랙아웃(BREAK OUT),압연공정에서는 표면결함을 일으키는 주원인이 되어 최종 제품 품질에 악영향을 미치게 된다.

따라서 이러한 개재물의 제거는 연속주조가 실시하기 이전 단계에서 용강으로부터 철저하게 분리 부상시켜야 하며, 이들을 용이하게 제거시키기 위하여, RH 공정에서는 용강 탈산 후 일정시간 동안 용강을 환류시키지만, RH 공정의 특성상 슬래그와 용강의 반응은 잘 이루어지지 않고, Al₂O₃ 개재물은 개재물의 부상 속도가 느려 제거가 더디게 이루어진다.

또한, 탈산 후 실시하는 용강 환류로 인해 Al₂O₃ 개재물이 슬래그 층으로 이동하는 것이 제한을 받게 된다.

따라서, RH 공정에서 발생된 알루미나성(Al₂O₃) 개재물이 효율적으로 제거되 지 않아 용강의 청정성을 확보하는 것이 어려운 문제점이 있다.

또한, 고가인 Al를 탈산제로 사용함으로 인해 RH 공정의 비용이 증가하는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전로에서 출강된 미탈산 용강을 미세정련 탈산하는 과정에서 탈산제로 고가의 Al을 투입하기 전에 Si와 Mn을 미리 투입하여 Si-Mn 복합탈산에 의해 용존산소를 미리 줄인 후 Al을 소량 투입함으로써, 용강 내에 존재하는 용존 산소를 알루미늄으로 탈산하는 반응 중 발생하는 비금속 개재물의 발생량을 저감시킬 수 있는 극저탄소 청정강의 정련 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 상기 제1 단계에서는, 상기 투입되는 Si와 Mn의 소정의 양은 용강 300톤을 기준으로 각각 300Kg 및 1500Kg이고, 상기 용강 환류의 실시는 1~2회일 수 있다.

또한, 상기 제3 단계에서는, Ar 유량을 상기 제1 유량보다 낮은 제2 유량으 로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 유량은 220~250Nm³/hr이고, 상기 제2 유량은 180~200Nm³/hr일 수 있다.

또한, 상기 제3 단계에서는, 산출된 Al량의 1.3~1.7배를 투입할 수 있다.

또한, 상기 제4 단계 후에는, Ar의 유량을 제1 유량으로 증가시킨 후, 합금철을 투입하여 용강 성분을 조정하고, 7~8분 동안 용강 환류를 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 극저탄소 청정강의 정련방법에서는, RH 공정에서 발생된 알루미나성(Al₂O₃) 개재물을 효율적으로 제거하여 용강의 청정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

또한, 고가인 Al를 사용하는 양이 감소함으로 인해 원가가 감소하는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 극저탄소 청정강의 정련방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 정련시 개재물의 부상분리를 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소 청정강의 정련방법을 도시한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 비교 예(a)와 일 실시예(b)의 극저탄소 청정강의 정련과정을 비교한 그래프이다.

본 발명의 극저탄소 청정강의 정련방법은 먼저 용선을 전로 설비에서 취련 후 출강하여 탈가스 공정(용강 중의 기체를 제거하는 공정, 순환 탈 가스법)(이하 'RH 공정'이라 통칭함)을 거친다.

도 1을 참조하면, 상기 RH 공정에서는, 상승관(60a)에 형성된 환류가스 공급장치(90)로부터 Ar 가스를 취입하면서 상승관(60a)과 하강관(60b)을 래들(10)의 용강(20)에 침지시키며, 그와 동시에 진공펌프(120)를 가동시켜 진공조(50) 내부의 압력을 소정의 압력, 예를 들면 55~75torr로 감소시킨다.

이때, 래들(10)내 용강(20)이 대기압과 진공조(50) 내부 압력의 차이에 의해서 진공조(50) 내부로 상승하게 되고 용강탕면(70)에서는 탄소와 산소가 결합하여 일산화탄소(CO) 가스가 생성되는 탈탄 반응이 진행된다.

RH 공정에서 탈탄을 실행하고 나면, 용강 중 산소함량은 300~400ppm에 달하므로, 용강(20)중 산소성분을 제거하기 위하여 탈산제를 첨가하는 탈산 공정으로 진행한다.

본 발명의 비교예에서는 정련과정에서 탈산제로 Al을 첨가하는 데 비해, 본 발명의 일 실시예에서는 정련과정에서 Al을 투입하기 전에 Si와 Mn을 미리 투입하여 용존산소를 미리 감소시키는 것으로, 이하에서는 비교예와 본 발명의 실시예를 비교하여 설명한다.

비교예와 같이, 탈산제로 Al을 바로 첨가하게 되면, 최종 제품 품질에 악영 향을 미치게 되는 알루미나성(Al₂O₃) 개재물이 강 중에 남게 되므로 상기 알루미나성(Al₂O₃) 개재물을 제거해야 하는 문제가 뒤따르게 된다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 용강 중 알루미나성(Al₂O₃) 개재물은 충돌, 합체 및 부상분리 과정을 통해 용강으로부터 슬래그 층으로 이동하게 됨으로써 제거가 되는데, 알루미나성(Al₂O₃) 개재물은 부상하는 속도가 느리기 때문에 제거가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 탈산 후 실시하는 용강 환류로 인해 알루미나성(Al₂O₃) 개재물이 슬래그 층으로 이동하는 것이 제한을 받게 된다.

이에 비해, 본 발명의 실시예에서는 탈산제로 Al을 첨가하기 전에, Si와 Mn을 미리 투입하여 Si-Mn 복합탈산에 의해 용존산소를 미리 줄인 후 Al을 소량 투입한다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소 청정강의 정련방법에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탈탄을 실행(S10 단계)한 후 Si와 Mn을 소정의 양만큼 투입하여 탈산하고, Ar의 유량을 제1 유량으로 하여 취입하면서 용강 환류를 실시한다(S20 단계). 투입되는 Si와 Mn의 소정의 양은 용강 300톤을 기준으로 각각 300Kg 및 1500Kg인 것이 바람직하다.

즉, 도 4 (a)에 도시된 비교예를 참조하면, 비교예에서는 탈탄 후 탈산 시 바로 Al을 투입하여 탈산하지만, 본 실시예에서는 도 4 (b)에 도시된 바와 같이, 탈탄 후 Al을 투입하기 전에 Si와 Mn을 투입한다.

본 발명의 실시예와 같이, Al을 투입하기 전에 미리 Si와 Mn이 투입함에 따라 용강은 Si-Mn 복합탈산(SiO₂-MnO)에 의하여 탈산이 진행되어 용존 산소는 소정 수준 이하로 줄어들게 된다.

용강의 균일화를 위하여 용강 환류를 1~2회 정도 실시하고, 이 때의 Ar의 유량은 제1 유량으로 한다. 여기서 제1 유량은 220~250Nm3/hr인 것으로 한다.

상기 용강 환류 후 용존 산소 측정 프로브를 이용하여 용존 산소 측정하고(S30 단계) 탈산에 필요한 Al량을 산출한다(S40 단계).

Si와 Mn이 미리 투입되어 용존 산소를 소정 수준 이하로 감소시켰으므로, 탈산제로 Al을 바로 투입하는 경우에 비해 용존 산소의 양이 적게 되므로 비교예에 비해 훨씬 적은 양의 Al을 탈산제로 투입할 수 있으므로, 알루미나성(Al₂O₃) 개재물의 발생이 저감되고, 고가의 Al 사용량을 감소시킬 수 있으므로 원가가 절감된다.

도 4 (b)에 도시된 바와 같이, Al량이 산출되면 Al을 투입하고, 이 경우 Ar 유량을 상기 제1 유량보다 낮은 제2 유량으로 감소시킨다(S50 단계). 상기 제2 유량은 180~200Nm3/hr인 것으로 한다.

여기서, 투입되는 Al량은 산출된 Al량의 1.3~1.7배인 것이 바람직하다. 추후 RH 공정을 거치는 동안 Al의 량이 감소하는 것을 고려하여, 산출된 Al량보다 좀 더 많은 양을 투입하여 여분을 두는 것이다.

Al이 투입되면 개재물 조성이 Al-Si-Mn계 산화물(Al₂O₃-SiO₂-MnO)로 변화하게 된다. 이 Al-Si-Mn계 산화물은 부상이 용이하여 용강으로부터 슬래그 층으로 쉽게 이동하므로 산화물이 쉽게 제거되는 이점이 있다.

용강을 균일화시키고 부상한 개재물을 제거하기 위해 Ar의 유량을 제2 유량으로 하여 약 5분 정도 용강 환류를 실시하면(S60 단계), 대부분의 개재물이 제거된다.

여기서, Ar의 유량을 제1 유량보다 낮은 제2 유량으로 감소시키는 이유는, 환류 속도를 늦춰줌으로써 슬래그 층으로 개재물이 용이하게 부상할 수 있도록 유도하기 위함이다.

도 4 (b)에 도시된 바와 같이, 용강 환류 후, Ar의 유량을 다시 제1 유량으로 증가시킨 후(S70 단계), 합금철을 투입하여 최종 조성에 필요한 용강 성분을 조정하고, 7~8분 동안 용강 환류를 실시하여 용강 조성을 균일화한다(S80 단계).

용강 환류 후, Ar의 유량을 다시 제1 유량으로 증가시키는 이유는, 상기 과정을 통해 비금속 개재물이 충분히 제거되었기 때문에 Ar의 유량을 다시 증가시켜 처리속도를 빠르게 하기 위함이다.

상기와 같이, 최종 조성에 필요한 합금철을 투입하고, 용강 조성 균질화를 위해 Ar 유량을 감소시켜 취입하면서 용강 환류를 7~8분 정도 실시하면 RH 공정은 끝나게 된다.

상기와 같은 극저탄소 청정강의 정련방법을 거쳐, 중량%로 C: 0 초과 0.003이하, Si: 0.4 이상 0.6 이하, Mn: 1.2 이상 1.5 이하, P: 0.9 이상 0.11 이하, S: 0 초과 0.015 이하, Al, 0.02 이상 0.06 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물의 합금조성을 갖는 극저탄소 청정강이 제조된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 탈산 및 Ar 취입 패턴을 조정함으로써 RH 공정 내 비금속 개재물의 발생이 감소될 뿐만 아니라, 발생된 비금속 개재물이 용이하게 부상함으로써 목표하는 청정강이 제조되는 것이다.

아래의 표 1은 상기 비교예와 본 발명의 실시예에 의한 RH 공정을 종료한 후, 용강 샘플링을 하여 전 산소(T.[O])의 값을 분석하여 얻은 결과를 나타낸 것이다.

표 1에 나타난 바와 같이, 전술한 탈산 조건 및 Ar의 유량 조건에 의해, 5차에 걸친 실험을 해 본 결과, 본 발명의 실시예에 따른 정련 방법에 의하면 비교예에 비하여 T.[O]의 값이 평균적으로 약 10% 정도 감소하는 효과가 있었다.

(단위: ppm)

T.[O]	1차	2차	3차	4차	5차	평균
비교예	17.6	15.8	18.1	16.2	15.8	16.7
실시예	15.8	14.1	14.7	15.5	13.9	14.8

또한 Si, Mn을 탈산제로 사용함으로써 상대적으로 고가인 Al 사용량을 감소시켜 원가 절감의 부가적인 효과도 얻을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 극저탄소 청정강의 정련방법을 설명하기 위한 개략도,

도 2는 정련시 개재물의 부상분리를 설명하기 위한 개략도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소 청정강의 정련방법을 도시한 순서도,

도 4는 본 발명의 비교예(a)와 일 실시예(b)의 극저탄소 청정강의 정련과정을 비교한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>

10: 래들 20: 용강

50: 진공조 70: 용강탕면

90: 환류가스 공급장치 120: 진공 펌프

Claims

용선을 전로 설비에서 취련 후 출강하여 탈가스 공정을 통해 용강을 정련하는 극저탄소 청정강의 정련방법에 있어서,

탈탄을 실행한 후 Si와 Mn을 소정의 양만큼 투입하여 탈산하고, Ar의 유량을 제1 유량으로 하여 취입하면서 용강 환류를 실시하는 제1 단계;

상기 용강 환류 후 용존 산소 측정하고 탈산에 필요한 Al량을 산출하는 제2 단계;

상기 산출된 Al량에 근거하여 Al을 투입하는 제3 단계; 및

부상한 비금속 개재물을 제거하기 위해 용강 환류를 실시하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저탄소 청정강의 정련방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 단계에서는,

상기 투입되는 Si와 Mn의 소정의 양은 용강 300톤을 기준으로 각각 300Kg 및 1500Kg이고, 상기 용강 환류의 실시는 1~2회인 것을 특징으로 하는 극저탄소 청정강의 정련방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제3 단계에서는,

Ar 유량을 상기 제1 유량보다 낮은 제2 유량으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 극저탄소 청정강의 정련방법.
청구항 3에 있어서,

상기 제1 유량은 220~250Nm³/hr이고, 상기 제2 유량은 180~200Nm³/hr인 것을 특징으로 하는 극저탄소 청정강의 정련방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제3 단계에서는,

산출된 Al량의 1.3~1.7배를 투입하는 것을 특징으로 하는 극저탄소 청정강의 정련방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제4 단계 후에는,

Ar의 유량을 제1 유량으로 증가시킨 후, 합금철을 투입하여 용강 성분을 조정하고, 7~8분 동안 용강 환류를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저탄소 청정강의 정련방법.