KR20130002395A - 용강 내 수소 저감 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전로 취련 시 용강 내로 슬래그 진정제를 투입하는 단계와, 상기 전로 저취를 이용하여 용강을 린싱하는 단계와, 상기 린싱된 용강을 전로에서 출강하는 단계와, 상기 출강 후 설정된 시간이 경과된 후 가탄제를 투입하는 단계를 포함하는, 용강 내 수소 저감 방법에 관한 것이다.

Description

용강 내 수소 저감 방법{METHOD FOR REDUCING CONCENTRATION OF HYDROGEN IN MOLTEN METAL}

본 발명은 전로 취련을 거친 용강 내의 수소 농도를 감소시킬 수 있는 용강 내 수소 저감 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하여 용선을 제조 한 후, 용선에 탈황, 탈린, 탈탄, 탈산 등의 공정을 순차적으로 수행하여 용선 내 불순물을 제거하는 1차 정련 과정을 거쳐 용강을 제조하게 된다. 불순물이 제거된 용강은 2차 정련 과정을 거쳐 용강 내의 미세 성분 조절까지 완료되면, 연속주조 공정으로 이동하게 된다. 이후 연속주조 공정을 거쳐 반제품을 성형하고, 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 반제품은 최종적으로 얻고자 하는 형태의 제품으로 제조된다.

전로에서 스크랩의 용융과 일차 정련 작업이 이루어진 후, 출강되어 나온 용강 성분의 미세조정과 탈황작업을 하는 기구를 LF(Ladle Furnace)라고 한다. LF에서는 부원료를 첨가하고 Ar 버블링(bubbling) 한 후, 아크 가열하여 탈산, 탈황에 적당하도록 용강 성분을 조정하는 2차 정련이 이루어진다.

2차 정련이 완료된 용강은 출강구를 통하여 래들로 출강된다. 래들에 수강된 용강은 연속 주조 공정으로 이송되어 래들-턴디쉬-몰드를 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품으로 성형된다.

본 발명의 목적은, 전로 취련을 마친 용강 내 수소를 저감시켜 안정적인 연속 주조 공정을 수행할 수 있도록 하는 용강 내 수소 저감 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 용강 내 수소 저감 방법은, 전로 취련 시 용강 내로 슬래그 진정제를 투입하는 단계와, 상기 전로 저취를 이용하여 용강을 린싱하는 단계와, 상기 린싱된 용강을 전로에서 출강하는 단계와, 상기 출강 후 설정된 시간이 경과된 후 가탄제를 투입하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전로 저취를 이용한 용강의 린싱은, 2회 이상 반복적으로 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 전로 저취 시 사용되는 가스는 아르곤 가스인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 슬래그 진정제는 용강 1톤 당 0.5kg~1.5kg이 투입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 설정된 시간은, 2분인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 용강 내 수소 저감 방법에 의하면, 전로 취련을 마친 용강 내 수소를 저감시켜 안정적인 연속 주조 공정을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용강 내 수소 저감 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 용강 내 수소 방법을 순서에 따라 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 3은 용강 내 슬래그 진정제 투입에 따른 용강 내 수소 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 용강 내 가탄제 투입에 따른 용강 내 수소 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가탄제 투입에 따른 용강 내 수소 농도 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용강 내 수소 저감 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용강 내 수소 저감 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 용강 내 수소 방법을 순서에 따라 간략하게 나타낸 모식도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 전로(10)에서 용강(M)을 취련하고 출강하기 전에 전로(10) 상부로 슬래그 진정제(20)를 투입한다(S10). 이때 투입되는 슬래그 진정제(20)는 용강 1톤당 0.5kg~1.5kg이 투입될 수 있다. 이와 관련된 투입량의 한정 이유는 후술한다.

슬래그 진정제(20)는 소정의 휘발 성분을 포함하고 있는 물질로서, 전로(10) 내에서 슬래그 포밍(Slag Forming) 현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 투입되는 첨가제이다. 일반적으로 슬래그 진정제(20)는 알루미늄드로스, 코크스, 쌀겨, 제지슬러지 등이 사용되고 있으며 이를 압출 성형하는 등 분체로 만들어 사용하기도 한다. 슬래그 진정제(20)는 내부에 존재하는 휘발 성분으로 인하여 슬래그 내에 첨가되었을 때 슬래그에 기포를 형성시킨다. 이러한 기포는 용강(M)에서 발생한 가스가 슬래그를 뚫고 외부로 배출될 수 있는 통로 역할을 함으로써, 슬래그 포밍 현상을 방지하여 줄 수 있다.

일반적으로, 슬래그 진정제(20)는 전로 취련을 마치고 용강이 출강되는 시점에 투입하고, 바로 출강을 하게 된다. 그러나 이러한 경우 용강 내로 투입되는 슬래그 진정제의 양이 용강 1톤 당 약 2~3kg 필요한데 이러한 정도의 슬래그 진정제를 투입하고도 출강 후 용강 내의 수소농도는 약 7~10ppm 정도로 측정된다. 이 정도의 수소 농도는 향후 연속주조 공정에서 결함을 발생시킬 수 있는 수치이다.

슬래그 진정제(20)에는 일반적으로 15~20% 가량의 수분이 포함되어 있기 때문에 과량의 슬래그 진정제(20)를 투입하였을 때 용강(M) 내 수소 농도가 높아질 수 있다. 용강(M) 내에 수소 농도가 높아질 경우, 연속 주조 공정에서 몰드 플럭스의 결정화를 유발한다. 몰드 플럭스는 몰드 내의 미응고 용강(M)과 몰드 벽 사이의 마찰을 줄여주는 역할을 수행한다. 이러한 몰드 플럭스가 결정화 되면 몰드 플럭스와 미응고 용강(M) 사이의 마찰력이 커지면서, 몰드 벽과 접촉하는 부분에 위치한 냉각된 용강(M)의 응고껍질이 개구되어 내부의 용강(M)이 몰드 내로 누설되는 브레이크 아웃이 발생할 수 있다. 브레이크 아웃이 발생할 경우 조업이 하루이상 중단될 수 있기 때문에 생산성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이러한 브레이크 아웃 현상은 용강(M) 내 수소가 약 8ppm부근일 때 급증하는 경향이 있다. 물론, 향후 안정적인 연속 주조를 위하여 취련이 완료된 용강(M)을 탈가스 처리(RH, VD)할 수 있으나, 실제 공정에서 모든 용강(M)을 탈가스 처리하기에는 생산 효율이나 공정 스케줄 등의 문제로 인해 불가능한 경우가 많다. 그러므로 탈가스 처리를 하지 않고서도 용강(M) 내 수소 농도를 제어하여야 한다.

도 3 내지 도 4는 용강(M) 내 슬래그 진정제 및 가탄제(30) 투입량에 따른 용강(M) 내 수소 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3 내지 도 4의 결과는, 전로 취련 후 출강 직전에 슬래그 진정제(20)를 투입하고 바로 출강하였으며, 출강과 동시에 가탄제(30)를 투입하였을 때의 결과이다. 용강 내 수소 농도는 용강을 연속 주조 공정으로 이송한 후 턴디쉬에서 샘플링하여 측정하였다.

도 3과 같이, 용강 내로 투입된 슬래그 진정제(20)의 양은 약 200kg~1000kg까지이며 각 투입량에 따라 용강(M) 내 수소 농도값의 변화를 측정하였다. 도 3의 결과와 같이, 슬래그 진정제(20) 투입량이 증가할수록 용강(M) 내 수소농도가 증가하는 경향을 나타냈다. 또한, 일부 용강 내 수소 농도가 8ppm까지 상승되는 경우가 있음을 알 수 있다.

또한, 도 4에는 가탄제(30)를 투입하지 않은 경우의 용강 내 수소 농도를 측정한 값과 가탄제(30)의 투입량을 약 400kg까지 증가시키면서, 가탄제(30) 투입량에 따른 용강 내 수소 농도를 측정하여 비교하였다. 이때 용강 내 수소 농도는 용강을 연속 주조 공정의 턴디쉬로 이송한 후 턴디쉬 내에서 용강을 샘플링하여 측정하였다. 이 결과, 가탄제(30)의 투입량이 증가할수록 턴디쉬로 이송된 용강(M) 내 수소 농도 역시 함께 증가하는 것을 볼 수 있다. 이러한 가탄제(30) 투입량 증가에 따른 용강(M) 내 수소 농도 증가는 가탄제(30)에 포함되어 있는 4~5% 가량의 수분이 용강(M) 내로 유입되면서 발생한 것으로 볼 수 있다.

도 3 내지 도 4의 결과에서 공통적으로 슬래그 진정제(20)와 가탄제(30)를 용강 내에 투입하였을 때, 용강(M) 내 수소농도가 위험 농도인 8ppm까지 증가하는 경우도 다수 나타났다. 이러한 경향은 과도한 슬래그 진정제(20) 및 가탄제(30)의 투입이 안정적인 연속 주조 공정에 악영향을 미칠 수 있음을 보여준다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 사용되는 슬래그 진정제(20)는 용강(M) 1톤 당 0.5~1.5kg 인 것이 바람직하다. 만일 본 발명에서 슬래그 진정제(20)가 용강(M) 1톤 당 0.5kg 미만으로 투입되면 슬래그 포밍 방지 효과가 떨어질 수 있고, 1.5kg을 초과하는 경우 슬래그 진정제(20) 내에 함유되어 있는 수분으로 인해 용강(M) 내의 수소 농도가 증가할 수 있다. 본 발명에서 용강 1톤당 사용되는 슬래그 진정제(20)의 투입량이 적은 이유는 전로 취련 후 슬래그 진정제(20)를 투입한 후 바로 용강을 출강하지 않기 때문이다.

본 발명에서는 슬래그 진정제(20)를 용강으로 투입한 후, 전로 저취를 이용하여 용강(M)을 린싱한다(S20). 전로 저취는 전로(10) 바닥에 형성된 저취구(12)를 통하여 전로(10) 바닥으로 가스를 취입하는 것이다. 이때 사용되는 가스는 불활성 가스이면 어떠한 것이든 사용될 수 있으나, 바람직하게는 용강(M) 내의 성분에 영향을 미치지 않으면서 생산 공정상 비용이 저렴한 아르곤 가스를 사용하는 것이 좋다.

저취구(12)를 통해 아르곤 가스를 전로(10) 내부에 수용된 용강에 취입하여 용강을 교반함으로써 린싱 과정이 이루어지는데 이러한 린싱은 2회 이상 반복적으로 실시하는 것이 바람직하다. 용강의 린싱은 슬래그 진정제(20)와 용강(M)을 교반시켜 잘 섞일 수 있도록 하는 것으로서, 적은 양의 슬래그 진정제(20)를 사용하고도 그 효과를 최대로 높일 수 있게 하기 위함이다.

용강의 린싱이 완료되면 전로(10)에서 래들(L)로 용강(M)을 출강한다(S30). 용강(M)을 출강하기 위해서는 전로(10)를 경동하여 전로(10)에 형성된 출강구(11)를 통하여 용강(M)을 외부로 배출한다. 용강(M)을 수강하는 래들(L)은 이후 연속 주조 공정으로 이동되는 것일 수 있다.

래들(L)에 수강된 용강(M)에 설정된 시간이 경과 한 후 가탄제(30)를 투입한다(S40). 가탄제(30)는 합금철과 함께 투입될 수 있다. 가탄제(30)는 용강(M) 내 탄소 성분 제어를 위해 투입되는 부원료일 수 있다. 가탄제(30)는 탄소 성분을 함유하는 것일 수 있다. 또한, 합금철은 목적하는 합금의 종류에 따라 필요한 원소를 함유하는 합금철이 사용될 수 있다.

이때 설정된 시간은 2분일 수 있다. 즉 래들(L)에 용강을 수강한 후 2분 이상이 경과하면 그 때 가탄제(30)를 투입하는 것이 바람직하다.

래들(L)에 용강을 수강한 후 2분 이상의 시간이 경과한 후 가탄제(30)를 투입하는 이유는 도 5를 참고하여 설명한다. 도 5는 용강(M)을 래들(L)에 수강한 후 약 20초~ 약 140초의 시간이 경과한 후 가탄제(30)를 투입하였을 때 용강 내에 잔류하는 수소 농도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 이때 용강(M) 내에 잔류 수소 농도는 용강을 연속 주조 공정으로 이송한 후 턴디쉬에서 샘플링 하여 측정하였다.

전술한 바와 같이 용강 내 수소 농도가 8ppm 부근일 때 브레이크 아웃 현상이 급증하는 경향이 있으므로, 본 발명에서 용강 내 수소 농도는 7ppm 미만일 때 안정적인 연속 주조가 가능하다고 설정하였다. 도 3에서 용강 내 수소 농도가 7ppm이하의 값으로 유지되며 측정되는 구간은 붉은 점섬으로 표시한 120초 부근이다. 이때 120초는 래들(L)에 용강을 수강한 후 가탄제(30)를 투입하기 전에 경과된 시간이다. 이와 같은 실험 결과에 따라, 용강 내 수소 농도를 7ppm 이하로 저감시키기 위해서는 래들(L)에 용강을 수강한 후 약 2분이 경과한 후 가탄제(30)를 투입하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

이와 같은 결과로 보아, 본 발명의 실시예에 따른 용강 내 수소 저감 방법에 의하면 전로 출강 이후 연속 주조 공정에서 용강 내 수소 농도를 저감시킬 수 있어, 용강 내 수소 농도가 높을 때 발생할 수 있는 브레이크 아웃 등 생산 공정에 미칠 수 있는 악영향을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 용강 내 수소 저감 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 전로 11: 출강구
12: 저취구 20: 슬래그 진정제
30: 가탄제 M: 용강
L: 래들

Claims (5)

1. 전로 취련 시 용강 내로 슬래그 진정제를 투입하는 단계;
   상기 전로 저취를 이용하여 용강을 린싱하는 단계;
   상기 린싱된 용강을 전로에서 출강하는 단계; 및
   상기 출강 후 설정된 시간이 경과된 후 가탄제를 투입하는 단계를 포함하는, 용강 내 수소 저감 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전로 저취를 이용한 용강의 린싱은, 2회 이상 반복적으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 용강 내 수소 저감 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 전로 저취 시 사용되는 가스는 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는, 용강 내 수소 저감 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 슬래그 진정제는 용강 1톤 당 0.5kg~1.5kg이 투입되는 것을 특징으로 하는, 용강 내 수소 저감 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 설정된 시간은, 2분인 것을 특징으로 하는, 용강 내 수소 저감 방법.

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