KR20120023401A - 전로 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 정련 과정에서 용강 중 질소농도의 상승을 방지하기 위한 전로 정련방법에 관한 것으로, 전로 정련 과정에서 용강 중 질소농도가 상승하거나, 재취련으로 인해 질소농도가 상승하는 경우, 티타늄(Ti)을 투입하여 질소농도의 상승을 방지함으로써, 출강 중에 노구로 슬래그가 넘치는 현상이 없고, 생산성과 품질 향상의 효과가 있는 전로 정련 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 전로에서 열정산을 실시하는 실시단계; 상기 실시단계를 마친 후 정련 작업을 개시하는 개시단계; 상기 정련 작업 중 용강의 온도와 탄소량을 측정하는 측정단계; 상기 측정된 온도 및 탄소량으로 정련 완료시점에서의 질소농도를 예측하는 예측단계; 상기 예측된 질소농도가 목표치보다 높게 측정되는 경우 티타늄을 투입하는 투입단계; 상기 투입단계 후 전로 정련을 완료하는 완료단계; 상기 완료단계 후 용강 중 온도와 산소농도를 측정하는 측정단계; 상기 측정단계에서 측정된 온도와 산소농도를 분석하여 온도이상 및 성분이상이 예상되어 재취련을 실시할 경우 티타늄을 투입하는 투입단계 및 교반하는 단계를 포함하는 전로 정련방법을 그 요지로 한다.

Description

전로 정련방법{Method for Refining Molten Steel in Converter}

본 발명은 전로 정련 과정에서 용강 중 질소농도의 상승을 방지하기 위한 전로 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로 정련과정에서 용강 중의 질소농도가 상승되거나 상승될 것이라고 판단될 때, 티타늄을 투입하여 질소농도의 상승을 방지하는 전로 정련방법에 관한 것이다.

원료로부터 강을 제조하는 철강 제조 공정에 있어서는, 원료를 노내에 취입하여 철광석을 환원시키는 제선 공정을 거친 후, 불순 원소가 제거된 철광석으로부터 필요한 합금 원소를 첨가하고, 후속 공정을 위하여 승온시킬 목적으로 제강 공정을 실시하게 된다.

이러한, 제강 공정은 보통 용선 예비 처리, 전로 정련, 2차 정련으로 이루어지는데, 이러한 각 공정에 있어서 용선 예비 처리에서 황, 인등을 제거하고, 전로 정련에서는 순산소를 상취, 저취하여 불순물을 산화 정련하며, 2차 정련에서는 전로 정련시의 산소 취입에 따른 산소 및 산화물을 제거하도록 하고 있다.

강 중의 질소는 연속 주조시에 슬래브 내부에 AlN, VCN, NbCN등의 석출물을 형성하며, 압연중에 이러한 석출물들이 슬래브 내부의 국부적인 취성을 증가시키므로, 슬래브 제조 도중에 또는 최종 제품인 코일 및 플레이트 등의 제품으로 압연 도중에 표면 크랙을 유발시키는 문제점이 있으므로 수요자가 만족할만한 우수한 표면 품질을 지닌 제품으로 제조되기 위하여 상기 정련 단계서부터 용강에 함유된 가스 성분, 특히 질소를 가능한 한 적게 내포하는 것이 필요하다.

일반적으로, 전로정련방법은 도 1에서도 나타낸 바와 같이 전로(1)에 고철 및 용선을 장입하고, 전로 상부에서 랜스(3)를 통하여 산소를 공급하고, 하부에서는 질소 및 아르곤가스등의 불활성가스를 공급하여 용선중의 불순물을 제거하고 수요가가 원하는 품질의 용강을 만드는 공정이며, 전로정련이 완료된 용강은 래들로 출강된다.

상기와 같이 출강작업이 완료되면 도 2에 나타난 바와 같이 슬래그 포트에 일정량의 슬래그를 배재한 후 전로를 정립하여 코팅제를 투입한 다음, 질소분사코팅을 실시하고, 분사코팅이 완료되면 잔류슬래그 코팅을 실시한다.

상기와 같이 잔류 슬래그 코팅이 완료되면, 고철 및 용선을 장입하여 전로정련을 행하게 된다.

일반적으로 용선에 존재하는 질소농도는 도 5에 도시한 바와 같이 60~80ppm수준이며 하기 반응식(1) 또는 (2)에 의한 작용으로 제거된다.

[반응식 1]

Ti+N = TiN

[반응식 2]

C+O = CO

상기 반응식(1)은 전로 정련과정에서 용선중의 티타늄과 반응하여 TiN화합물을 형성하는 경우로서 TiN이 분리 부상 되어 제거되거나, 상기 반응식(2)의 반응에 의한 탈탄 반응 중에 강욕내에 형성된 CO(이산화탄소) 버블(bubble)이 부상하는 과정에서 CO기포내로 강욕 중의 [N]이 확산되면서 CO기포와 함께 배출되어 전로 정련이 완료되는 시점에서는 10~15ppm수준으로 제어되다가 용철 중의 탄소가 적어지고 산소가 증가하면서 질소농도도 증가하여 전로 정련이 완료되는 시점에서 20~25ppm수준으로 존재하게 된다.

그런데, 도 4에 보는 바와 같이 용강중의 산소가 증가되면서 탄소가 0.05%인 수준까지는 20ppm이하로 질소가 존재하게 되지만 용강중의 탄소가 적어지면서 그에 따라 산소농도가 700ppm이상이 되면 질소농도가 급격하게 증가됨을 알 수 있다. 상기와 같이 질소농도가 증가하는 이유는 전로 정련과정에서 사용되는 산소는 초음속으로 랜스(3)를 통해서 전로(1)내에 공급되며 취련말기가 되면 탄소부족으로 배가스발생량이 줄어 들고 초음속의 산소에 의해서 전로 내부가 부압이 발생되면서 외부에 존재하는 공기가 노구를 통해서 전로 내부로 들어오면서 공기중의 질소와 용강이 반응하면서 질소농도가 상승하게 되기 때문이다. 특히, 과취(종점산소 농도가 높게 취지되는 경우)되거나 재취련(목표하는 전로 출강온도보다 낮게 전로정련작업이 완료된 경우, 용강의 온도를 올리기 위해서 다시 산소를 불어넣는 전로정련방법)하는 경우에는 전로내의 압력이 대기압보다 낮아져 외부의 공기가 급속하게 흡입되면서 공기중의 질소와 용강과의 반응에 의하여 질소농도가 급격히 상승하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 종래에는 도2에 도시한 바와 같이 전로 정련과정에서 탈탄반응이 감소하는 시점에서 전로내의 용강의 온도와 탄소농도를 측정하여 종점산소농도가 700ppm이상이 예측되면 탄소계 원료를 투입하여 전로내의 배가스 발생량을 증가시켜 전로 내부를 대기압보다 높은 압력으로 유지하도록 하면서 배가스를 제어하는 IDF의 속도를 최대로 하도록 하였다. 상기와 같이 탄소계 원료를 투입하면 수요가가 요구하는 25ppm이하로 질소를 제어할 수가 있다.

그런데 탄소계 원료가 전로 내부에 들어가면 전로 슬래그와 탄소계 원료가 지속적으로 반응하여 출강 중에 노구로 슬래그가 넘치는 현상이 발생하게 되고,이로 인하여 출강 중 전로 노구로 넘친 슬래그가 래들내로 들어가 오염된 슬래그에 의해서 슬래그 중 P205가 탈산과정에서 복인이 되면서 성분이상에 의한 품질이상이 발생하게 되거나, 슬래그가 래들 뿐만 아니라 대차상부 혹은 대차가 움직이도록 설치되어 있는 레일 상부에 떨어져 대차가 인출되지 않아 연연주를 단락하게 되거나, 슬래그 넘침현상을 방지하기 위해서 장입측으로 전로를 경동하여 슬래그 포트내부에 슬래그를 배재하여 출강하기 때문에 생산성 저하의 원인이 되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 전로 정련 과정에서 열원부족 혹은 열정산 실수에 의해 용강 중의 산소가 700ppm이상 유지되어 질소농도가 상승하거나, 재취련으로 인해 질소농도가 상승하는 경우, 티타늄(Ti)을 투입하여 질소농도의 상승을 방지함으로써, 출강 중에 노구로 슬래그가 넘치는 현상이 없고, 생산성과 품질 향상의 효과가 있는 전로 정련 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이를 실현하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 전로 정련 방법은, 전로에서 열정산을 실시하는 열정산단계;

상기 열정산단계를 마친 후 전로 정련 작업을 개시하는 단계;

상기 정련 작업 중 용강의 온도와 탄소량을 측정하는 단계;

상기와 같이 측정된 용강의 온도 및 탄소량을 이용하여 정련 완료시점에서의 질소농도를 예측하는 단계;

상기와 같이 예측된 질소농도가 적절한 량보다 높게 측정되는 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 투입단계;

상기 티타늄 투입단계 후 전로 정련을 완료하는 단계;

상기와 같이 전로정련 완료단계 후 용강 중 온도와 산소농도를 측정하는 단계;

상기와 같이 측정된 온도와 산소농도를 분석하여 온도이상 및 성분이상이 예상되어 재취련을 실시할 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 투입 단계 및 상기 재취련을 실시할 경우에는 티타늄 투입단계 후에, 그리고 재취련을 실시하지 않을 경우에는 용강 중 온도와 산소농도를 측정 후에, 45초 이상 교반하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 정련 완료시점에서의 질소농도 예측단계에서는 정련 작업 중 용강의 온도와 탄소량을 측정하고, 이 측정된 값을 이용하여 하기 식(1)에 의해 종점 산소량(X)을 구하고, 이 종점 산소량(X)을 이용하여 하기 식(2)에 의해 종점 탄소량을 구하고, 이렇게 구한 종점 탄소량을 이용하여 도 4와 같은 종점 탄소량과 종점 질소량의 상관관계도에 의하여 질소농도를 예측하는 것이 바람직하다.

[관계식 1]

X = (실제온도 - 목표온도)+{(실제[C]×57)-(목표[C]×57)}

[관계식 2]

[C]% = 0.0022/[O]%

또한, 상기 예측된 질소농도가 적절한 량보다 높게 측정되는 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 투입단계에서는 상기 식(1)에 의해 구한 종점 산소량(X)을 이용하여 하기 식(3)에 의해 산정된 Ti투입량만큼 티타늄을 투입하는 것이 바람직하다.

[관계식 3]

Ti투입량 = 0.9797×X

또한, 상기 재취련을 실시할 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 단계에서는 하기 식(4)에 의해 산정된 Ti투입량 만큼 티타늄을 투입하는 것이 바람직하다.

[관계식 4]

Ti투입량 = 0.967×재취련 유량

상기 재취련을 실시할 경우에는 티타늄 투입단계 후에, 그리고 재취련을 실시하지 않을 경우에는 용강 중 온도와 산소농도를 측정 후에, 45초 이상, 바람직하게는 120초 이상 300초이하 전로 정립상태에서 교반한다.

상기 교반단계에서는 분당 저취 유량을 15N㎥이상 30 N㎥이하로 유지하면서 교반하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기한 본 발명의 전로 정련 방법을 바람직하게 구현할 수 있는 장치를 제공한다.

본 발명의 전로 정련방법에 의하면, 용강 중 과도한 산소가 존재하여 과취가 발생되는 경우에도, 용강 중의 질소농도를 안정적으로 제어할 수 있기 때문에 이중출강이나 강종변경의 경우를 줄임으로써 생산성을 향상시키고, 최종 제품인 슬래브, 코일 및 플래이트등의 표면 크랙을 줄여서 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 부합되는 전로정련장치의 일례를 나타내는 개략도
도 2는 종래방법을 따르는 전로정련공정의 플로우도
도 3은 본 발명을 따르는 전로정련공정의 플로우도
도 4는 종점 탄소와 질소와의 관계를 나타내는 그래프
도 5는 취련 중 산소와 질소의 거동을 나타낸 그래프
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전로
2 : 스커트
3 : 랜스
4 : 랜스모터
5 : 노상호퍼
6 : HMI(Human Machine Interface)
7 : 제어장치

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따르는 전로 정련방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 전로 정련 방법을 바람직하게 구현할 수 있는 장치의 일례가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따르는 전로정련공정의 일례를 나타내는 공정플로우가 도시되어 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 전로 정련 장치는 정련이 행해지는 전로(1), 이 전로내에 산소를 취입하는 랜스(3), 전로(1)에 티타늄을 수용하는 노상호퍼(5), 전로 정련이 완료된 시점에서 용강중의 질소함량을 예측하는 에이치엠아이(HMI; Human Machine Interface)(6), 이 에이치엠아이로 부터 예측된 질소함량에 근거하여 티타늄을 투입하도록 구성되는 제어부(7)를 포함한다. 도1에서 미설명 부호 2는 스커트를 나타내고, 4는 랜스 모터를 나타낸다.

본 발명에 따라 전로정련하기 위해서는 도 3에도 나타낸 바와 같이, 출강작업이 완료되면 일정량의 슬래그를 배재한 후 전로를 정립하여 코팅제를 투입한 다음, 질소분사코팅을 실시하고, 분사코팅이 완료되면 잔류슬래그 코팅을 실시한다.

다음에, 전로에서 열정산을 실시하는데, 이 단계에서는 목표로 하는 온도를 맞추기 위해서 용선중의 원소가 산소와 반응할 때 발생하는 반응열, 고철을 용융시키는데 필요한 열량, 정련 중 투입되는 부원료을 용융시키는데 필요한 열량 등에 대하여 입열, 현열, 출열 등을 계산하여 열정산을 실시한다.

다음에, 전로(1) 내에 고철 및 용선을 투입하고 랜스(3)을 하강시켜 산소를 공급하여 전로 정련(취련)을 개시한다.

다음에, 정련 작업 중 용강의 온도와 탄소량을 측정하는데, 이 단계에서는 탈탄반응이 둔화되는 시점에서 용강 중의 온도와 탄소 상태를 측정하도록 서브랜스에 프로브를 장착하여 용강 중 온도와 탄소 상태를 자동으로 측정하도록 하며 측정된 정보는 제어장치(7)를 거쳐 HMI(6)에 저장된다.

다음에, 상기와 같이 측정된 용강 중의 온도 및 탄소량에 대한 정보를 이용하여 HMI(6)에 의해 정련 완료시점에서의 질소농도를 예측한다.

상기 정련 완료시점에서의 질소농도는 정련 작업 중 용강의 온도와 탄소량을 측정하고, 이 측정된 값을 이용하여 하기 식(1)에 의해 종점 산소량(X)을 구하고, 이 종점 산소량(X)을 이용하여 하기 식(2)에 의해 종점 탄소량을 구하고, 이렇게 구한 종점 탄소량을 이용하여 도 4와 같은종점 탄소량과 종점 질소량의 상관관계도에 의하여 예측하는 것이 바람직하다.

[관계식 1]

X = (실제온도 - 목표온도)+{(실제[C]×57)-(목표[C]×57)}

[관계식 2]

[C]% = 0.0022/[O]%

다음에, 상기와 같이 예측된 용강 중의 질소가 적절한 양보다 높게 예측되면 예를 들어, X값이 -20이하가 되면, 제어장치(7)에서는 노상호퍼(5)의 피더에 명령을 내려 X값에 따라서 티타늄 투입량을 설정하게 된다.

이렇게 투입된 티타늄은 상기 반응식(1)에서와 같이 용강 중의 질소와 반응하여 질소가 제거된다.

상기 티타늄 투입량의 설정은 하기 식(3)에 따라 행하는 것이 바람직하다.

[관계식 3]

Ti투입량 = 0.9797×X

다음에, 용강의 온도가 후공정에서 요구하는 온도에 적합할 때 정련을 완료하게 된다.

상기 전로정련 완료단계 후 용강 중 온도와 산소농도 등을 측정하는데, 이 단계에서는 용강의 온도 및 산소농도를 측정하여 출강이 가능한 온도인가를 확인하게 된다. 온도 및 성분이상이 예상되어 재취련을 실시하는 경우에는 티타늄을 투입하는데, 이 때, 티타늄 투입량은 하기 식(4)에 의해 산정하는 것이 바람직하다.

[관계식 4]

Ti투입량 = 0.967×재취련 유량

재취련 유량이 HMI에 입력되면, 제어장치(7)는 예를 들면, 상기 식(4)에 의해서 티타늄 투입량을 산정하여 노상호퍼(5)의 피더에 전기적인 신호를 보내서 티타늄을 투입하게 되고 투입된 티타늄에 의해 상기 반응식(1)에서와 같은 반응으로 질소가 제거된다.

다음에, 상기 재취련을 실시할 경우에는 티타늄 투입단계 후에, 그리고 재취련을 실시하지 않을 경우에는 용강 중 온도와 산소농도를 측정 후에, 전로 정립상태에서 45초이상, 바람직하게는 120초 이상 300초 이하로 용강을 교반할 수 있다. 이 때 45초이상, 바람직하게는 120초 이상 실시하는 것은 티타늄이 전로내에서 용강과 충분히 반응할 수 있도록 충분한 반응시간을 확보하기 위해서이며 300초 이하로 교반하는 것은 300초를 초과하기 전에 이미 반응이 충분히 일어나서 더 이상 교반을 할 필요가 없기 때문이다.

상기 교반시에는 유량을 분당 15N㎥이상 30 N㎥이하로 실시하는 것이 바람직하다. 이는 15N㎥이하로 실시하는 경우 철정압에 의해서 충분한 교반을 하지 못하기 때문이며 30 N㎥이하로 교반하는 것으로 30N㎥이하의 유량으로 반응이 충분히 일어날 수 있어 그 이상으로 유량을 늘릴 필요가 없기 때문이다. 따라서, 상기 유량은 15N㎥이상 30 N㎥이하로 제한한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

도 2 및 도 3에 나타난 종래방법과 본 발명의 전로 정련방법에 따라 전로 정련을 행하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

	종점산소(ppm)	취련80%이후투입원료	투입량(Kg)	교반시간(초)	종점[N](ppm)	비고
종래예1	823	탄소계원료	300	30	25	이중출강
종래예2	795	탄소계원료	150	30	28	이중출강
종래예3	912	탄소계원료	500	30	27	삼중출강
종래예4	705	Ti	194	30	32	강종변경
종래예5	871	Ti	290	30	34	강종변경
종래예6	777	Ti	285	30	33	강종변경
본발명1	760	Ti	200	120	25
본발명2	913	Ti	180	150	26
본발명3	812	Ti	250	180	21

종래예 1~3은 도 2의 종래의 방법을 따른 것으로 취련80%(Dynamic)후 투입원료로서 탄소계원료를 투입하였다. 이 경우 종점 질소농도는 30ppm이하로 낮게 유지되나 출강을 이중 또는 삼중으로 하여 생산성 저하 및 슬래그 유출에 의한 성분격외가 발생하였다.

종래예 4~5는 취련80%이후 투입원료로서 Ti을 투입하고 본 발명에 따른 120초 이상의 아닌 30초의 교반시간을 적용한 경우이다. 이 경우 Ti을 투입하였기 때문에 슬래그 넘침현상은 발생하지 않았지만 종점 질소농도가 30ppm이상으로 높았기 때문에 강종을 변경하였다.

본 발명에 해당하는 본 발명 1~3은 취련80%이후 투입원료로서 Ti을 투입하였고 본 발명에 따라 120초 이상의 교반시간을 적용한 경우이다. Ti를 첨가하였기 때문에 슬래그의 유출현상이 없으면서 목적으로 한 종점 질소농도인 30ppm이하를 얻을 수 있었다.

Claims (6)

1. 전로에서 열정산을 실시하는 열정산단계;
   상기 열정산단계를 마친 후 전로 정련 작업을 개시하는 단계;
   상기 정련 작업 중 용강의 온도와 탄소량을 측정하는 단계;
   상기와 같이 측정된 용강의 온도 및 탄소량을 이용하여 정련 완료시점에서의 질소농도를 예측하는 단계;
   상기와 같이 예측된 질소농도가 적절한 량보다 높게 측정되는 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 투입단계;
   상기 티타늄 투입단계 후 전로 정련을 완료하는 단계;
   상기와 같이 전로정련 완료단계 후 용강 중 온도와 산소농도를 측정하는 단계;
   상기와 같이 측정된 온도와 산소농도을 분석하여 온도이상 및 성분이상이 예상되어 재취련을 실시할 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 투입 단계 및
   상기 재취련을 실시할 경우에는 티타늄 투입단계 후에, 그리고 재취련을 실시하지 않을 경우에는 용강 중 온도와 산소농도를 측정 후에, 45초 이상 교반하는 교반단계를 포함하여 이루어진 전로정련방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 정련 완료시점에서의 질소농도 예측단계에서는
   정련 작업 중 용강의 온도와 탄소량을 측정하고 이 측정된 값을 이용하여 하기 식(1)에 의해 종점 산소량(X)을 구하고, 이 종점 산소량(X)을 이용하여 하기 식(2)에 의해 종점 탄소량을 구하고, 이렇게 구한 종점 탄소량을 이용하여 종점 탄소량과 종점 질소량의 상관관계도에 의하여 질소농도를 예측하는 것을 특징으로 하는 전로정련방법.
   [관계식 1]
   X = (실제온도 - 목표온도)+{(실제[C]×57)-(목표[C]×57)}
   [관계식 2]
   [C]% = 0.0022/[O]%
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 예측된 질소농도가 적절한 량보다 높게 측정되는 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 투입단계에서는 상기 식(1)에 의해 구한 종점 산소량(X)을 이용하여 하기 식(3)에 의해 산정된 Ti투입량 만큼 티타늄을 투입하는 것을 특징으로 하는 전로정련방법.
   [관계식 3]
   Ti투입량 = 0.9797×X
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재취련을 실시할 경우 티타늄을 투입하는 티타늄 단계에서는 하기 식(4)에 의해 산정된 Ti투입량 만큼 티타늄을 투입하는 것을 특징으로 하는 전로정련방법.
   
   [관계식 4]
   Ti투입량 = 0.967×재취련 유량
   
5. 제1항에 있어서, 상기 교반단계에서 교반시간이 120초 이상 300초 이하인 것을 특징으로 하는 전로정련방법.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 교반단계에서는 유량을 분당 15N㎥이상 30N㎥이하로 유지하면서 교반하는 것을 특징으로 하는 전로정련방법.

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