KR20140002898A

KR20140002898A - 용강의 온도 예측방법

Info

Publication number: KR20140002898A
Application number: KR1020120069694A
Authority: KR
Inventors: 장철호; 박근호; 이중범
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-09
Also published as: KR101388066B1

Abstract

본 발명은 전로에서 일차정련이 완료된 용강을 전로로부터 진공탈가스 정련을 위한 래들로 이송시키는 단계, 상기 래들로 이송된 용강의 초기 온도를 측정하는 단계, 상기 용강을 진공탈가스 공정으로 정련하고, 상기 진공탈가스 정련을 위하여 대기중인 래들의 공래들시간과 상기 진공탈가스 정련을 위하여 공급된 산소 취입량(TOB량)을 하기 관계식에 대입하여 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 분당 온도감소량을 계산하는 단계, 및 상기에서 측정된 상기 용강의 초기 온도와 상기에서 계산된 상기 용강의 분당 온도감소량을 이용하여 상기 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 온도를 산출하는 단계를 포함하는 용강의 온도 예측방법을 제공한다.

Description

용강의 온도 예측방법{FORECASTING OF TEMPERATURE OF MOLTEN STEEL}

본 발명은 용강의 온도를 예측하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저탄소강 제조를 위하여 진공탈가스 공정을 통한 탈탄처리 시 용강의 온도감소량을 예측하는 방법에 관한 것이다.

철광석을 용해한 형태인 용선에 탈린, 탈탄, 탈산 등의 공정을 순차적으로 수행하여 용선 내 불순물을 제거하는 1차정련 과정을 거쳐 용강을 제조하게 된다. 불순물이 제거된 용강은 2차정련 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.

관련된 선행기술로는 한국특허공개 제2005-65923호(공개일; 2005.06.30, 명칭; 정련에서 주조 사이의 턴디쉬간 용강온도 드랍 예측방법)가 있다.

본 발명은 진공탈가스 공정에서 탈산처리 중인 용강의 온도감소량을 정확히 예측함으로써, 냉각제 또는 보온제의 공급 및 TOB 실시 정도를 적절히 조절하는 것이 가능하여 연주공정으로 이송되는 용강의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 진공탈가스 공정에서의 용강의 온도 예측방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 용강의 온도 예측방법은, 전로에서 일차정련이 완료된 용강을 전로로부터 진공탈가스 정련을 위한 래들로 이송시키는 단계, 상기 래들로 이송된 용강의 초기 온도를 측정하는 단계, 상기 용강을 진공탈가스 공정으로 정련하고, 상기 진공탈가스 정련을 위하여 대기중인 래들의 공래들시간과 상기 진공탈가스 정련을 위하여 공급된 산소 취입량(TOB량)을 하기 관계식에 대입하여 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 분당 온도감소량을 계산하는 단계, 및 상기에서 측정된 상기 용강의 초기 온도와 상기에서 계산된 상기 용강의 분당 온도감소량을 이용하여 상기 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 온도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

관계식

여기서, A는 연연주 회차에 따른 계수로서 1 내지 1.5 사이의 값이고, TOB량은 탈탄을 위하여 래들 상부에 취입시키는 산소의 양(Nm3)이며, 공래들시간(min)은 래들에 전로로부터 용강이 이송되기 이전 대기시간을 측정한 값일 수 있다.

상기 용강의 초기 온도 및 산소함량을 측정하는 단계는, 상기 진공탈가스 공정이 개시된 이후 3분 시점의 상기 용강의 초기 온도 및 산소함량을 측정할 수 있다.

상기 용강의 온도를 산출하는 단계는, 상기 용강의 초기 온도에서 상기 용강의 분당 온도감소량과 상기 진공탈가스 공정이 개시된 이후 상기 진공탈가스 공정 중 임의의 시점까지의 시간을 분으로 곱한 값을 감하여, 상기 진공탈가스 공정 중 임의의 시점에서의 상기 용강의 온도를 산출할 수 있다.

상기 임의의 시점은, 상기 진공탈가스 공정이 완료된 시점일 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 진공탈가스 공정에서 탈산처리 중인 용강의 온도감소량을 정확히 예측함으로써, 냉각제 또는 보온제의 공급 및 TOB 실시 정도를 적절히 조절하는 것이 가능하여 연주공정으로 이송되는 용강의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 극저탄소강의 제조 방안을 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 용강의 온도 예측방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 진공탈가스 공정을 순서에 따라 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 진공탈가스 설비를 개념적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

일반적으로, 탄소함량이 70ppm 이하인 극저탄소강을 제조하기 위해서는, 도 1과 같은 진공탈가스 설비(이하, 'RH'라고도 함)를 이용하여 용강(M)을 정련하게 된다.

RH 정련에서는 전로(50)에서 미탈산 상태로 출강된 용강(M)이 진공조(20)에 도달하면, 먼저 소정의 환류가스공급기(미 도시됨)로부터 아르곤가스(Ar Gas)를 취입하면서 침적관을 래들(10)에 수강된 용강(M)에 침지시키며, 동시에 진공펌프(미 도시됨)를 가동시켜 진공조(20)의 내부를 수 내지 수십 토르(Torr)로 감압시킨다. 이때, 래들(10) 내의 용강(M)이 대기와 진공조(20) 내부의 압력 차이에 의해서 용강(M)이 진공조(20)의 내부로 더욱 상승하면서 용강(M)에서는 아래 반응식1의 탈탄반응이 진행된다. 탈탄 반응이 진행됨에 따라 용강(M) 중 탄소함량이 감소된다.

반응식 1

C + O = CO(gas)↑

그리고, 상기의 반응성을 향상시키기 위해서는 래들(10)과 진공조(20) 사이의 용강(M)의 순환이 빠르게 되도록 교반력을 높여야 한다. 용강(M)의 순환은 진공조(20)의 하부에 환상으로 배열되어 있는 상승관(21)과 하강관(25)을 통하여 이루어지는 데, 도 2에 도시된 바와 같이 상승관(21) 내부로 환류가스로서 불활성가스(Ar)를 취입하여 상승관(21) 내부의 용강(M) 내에 가스기포를 내포시켜 용강(M)의 비중을 낮춤으로써 상대적으로 비중이 높은 하강관(25) 측의 용강(M)과의 비중차이에 의해 강(M)이 순환되도록 구성되어 있다.

한편, 진공조(20)를 사용하여 용강(M)을 진공탈가스 정련을 하는 경우에 진공조(20)에서 탄소함량이 70ppm 이하로 감소하는 데 15분 이상이 걸리고 용강 탈탄 공정 중 용강 온도가 낮아진다.

따라서, 극저탄소강의 탈탄시간을 단축하기 위하여 진공조(20)의 천정에 기체산소 취입용 랜스(30)를 설치하고, 용강(M)의 탈탄 중 랜스(30)를 통하여 진공조(20)내 용강(M) 탕면에 기체산소를 고속으로 분사한다.

이와 같은 제강 공정에서 극저탄소강의 생산 프로세스는, 전로(50)에서 미탈산 출강한 용강(M)을 진공탈가스 설비인 RH에서 탈탄 작업을 실시하여 생산한다. 예비처리부터 2차정련의 공정 전체가 청정도 향상을 위해 중요한 공정이지만, 특히 2차정련의 마지막 공정인 RH 공정의 조업 변수가 용강(M)의 청정도 제어에 큰 영향을 미친다. 극저탄소강을 생산할 때, RH에서의 작업 사항을 살펴보면 미탈산 용강(M)을 진공조(20) 내에 환류시켜 용강(M)의 탄소를 감소시키는 탈탄 공정과, 알루미늄(Al)을 첨가하여 산소를 감소시키는 탈산 공정, 및 생성된 알루미나 개재물(Al₂O₃)을 부상 분리시키는 분리 공정으로 구분된다.

이러한 공정들을 거친 용강은 연주공정을 위하여 턴디쉬로 공급된다. 이때, 턴디쉬로 공급되는 용강의 온도가 제어되지 않을 경우 연주공정에서 주조 속도가 변경되므로 몰드 레벨 헌팅을 유발하여 몰드 슬래그 등이 주조 중 혼입되어 슬라브 품질을 열위하게 한다. 따라서, 제강공정에서 연주공정으로 용강을 이송시키기 이전인 RH 공정에서 용강의 온도를 제어하게 된다.

구체적으로는, RH 탈산 후 온도가 과잉 또는 부족한 경우 용강의 온도 조정작업이 실시된다. 그러나, 추가적인 온도 조정을 위해 냉각제를 투입하거나 TOB(Top of Blowing)를 실시하면 용강(M)의 청정도를 극히 열위하게 만든다. 그러므로 용강(M)의 청정도 향상을 위해 탈산 전의 용존 산소량을 정확히 예측하는 방법이 필요하다.

본 발명에서는 용강(M)의 청정도 향상을 위해 RH 공정에서 연주공정으로 이송되는 용강의 온도를 정확히 예측할 수 있는 용강의 온도 예측방법을 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 용강의 온도 예측방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다. 본 순서도를 참조하면, 용강의 온도 예측방법은 용강을 진공탈가스 정련을 위한 래들(10)로 이송시키는 단계(S10), 용강의 초기 온도 및 산소함량을 측정하는 단계(S20), 용강의 분당 온도감소량을 계산하는 단계(S30), 및 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 온도를 산출하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.

본 발명을 위하여 우선, 용강을 전로(50)로부터 진공탈가스 정련을 위한 래들(10)로 이송시킨다.(S10) 이때 이송되는 용강은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 전로(50)에서 일차정련이 완료된 용강이며, 이를 도 1의 (b)와 같이 진공탈가스 정련을 위한 래들(10)로 이송시키고, 이어 도 1의 (c)와 같이 진공탈가스 진공조(20)를 설치하여 RH를 게시하는 것이다.

이때, 래들(10)에 수용된 용강의 초기 온도 및 산소함량을 측정한다.(S20)

용강의 초기 온도는 열전대(thermocouple)와 온도센서 등의 온도측정수단(미 도시됨)을 이용하여 측정될 수 있다. 또한, 용강의 산소함량은 래들(10)의 용강에 침지되어 용강 내의 산소량을 측정하는 프로브 등의 산소측정수단(미 도시됨)을 이용하여 측정될 수 있다. 여기서, 측산하는 용강 내에서 프로브에 흐르는 전류량을 측정하여 용강 내의 산소량을 알 수 있다. 상기 측온과 측산은 RH 진공시작 후 대략 3분 시점에서 실시될 수 있다. 이 시점의 탄소량은 3분 동안 약간의 탈탄 반응이 일어났기 때문에 진공이 가해지기 전의 탄소량보다는 조금 줄어들 것이다. 즉, 측온시의 탄소량은 진공이 가해지기 전의 탄소량에서 측온한 시점(몇 분 시점에)에 따라 계산방법이 달라질 것이다. 예컨대, 진공이 개시된 후 늦게 측온하면 할수록 그 만큼 용강 중 탄소량이 더 감소될 것이기 때문이다.

이 후, 래들(10)의 공래들시간과 래들(10)에 공급된 산소 취입량(TOB량)을 이용하여 용강의 분당 온도감소량을 계산한다.(S30) 즉, 용강을 진공탈가스 공정으로 정련하고, 진공탈가스 정련을 위하여 대기중인 래들(10)의 공래들시간과 진공탈가스 정련을 위하여 공급된 산소 취입량(TOB량)을 이용하여 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 분당 온도감소량을 계산하는 것이다.

용강의 분당 온도감소량은 RH 공정 개시 시점의 용강의 초기 온도에서 RH 공정 완료 시점의 용강의 최종 온도까지의 온도변화를 분당 비율로 나타낸 값이다. 이러한 용강의 분당 온도감소량은 일정 범위에서 선택된 계수에서 TOB로 인해 증가한 온도 정도를 감산하고 래들(10)의 대기시간 동안 손실된 온도 정도를 보정한다.

구체적으로, 상기 용강의 분당 온도감소량은 아래 관계식에 의해 계산될 수 있다.

관계식

여기서, A는 연연주 회차에 따른 계수이고, TOB량은 탈탄을 위하여 래들(10) 상부에 취입시키는 산소의 양(Nm³)이며, 공래들시간(min)은 래들(10)에 전로(50)로부터 용강이 이송되기 이전까지의 대기시간을 측정한 값이다.

상기에서 계수 A는 연연주 회차에 따라 1 내지 1.5 사이의 값일 수 있다. 바람직하게는 계수 A는 래들(10)의 연연주 회차가 1회차인 경우 1.48이고, 래들(10)의 연연주 회차가 2회차인 경우 1.23이며, 래들(10)의 연연주 회차가 3회차 이상인 경우 1.05일 수 있다. 이는 연연주 회차가 증가됨에 따라 용강의 열에 의하여 래들(10)이 예열되는 효과가 발생되어, 용강의 온도변화 편차가 줄어들기 때문에 연연주 회차에 따른 계수를 다르게 설정할 필요가 있는 것이다.

그리고, TOB량에는 기체산소의 취입 시 용강 온도의 증가계수를 서로 곱하여 TOB 량에 따라 증가되는 온도정도를 계산한다. 여기서 온도의 증가계수는 0.002로 설정된다. 상세하게는, 용강에 산소를 공급할 때 탑랜스(Top Lance)를 이용하여 용강에 산소를 공급하게 되는데, 이때 산소가 용강에 용해되어 용존 산소을 높이기도 하지만, 취입된 산소 중 일부는 아래 반응식와 같이 용강 중 철을 산화시켜 열을 발생시켜 용강의 온도감소량을 줄이게 된다.

반응식 2

Fe + O = FeO + 열 (발열반응)

그러므로, 용강의 분당 온도감소량을 구하기 위하여 상기 계수 A에서 TOB로 인해 증가한 온도 정도를 감산하게 되는 것이다.

또한, 공래들시간에 따른 용강의 온도감소량을 보정해야 하는데, 공래들시간이란 전술된 바와 같이 래들(10)에 전로(50)로부터 용강이 이송되기 이전까지의 대기시간을 말한다. 일반적으로 공래들 대기시간이 길어지면 RH 공정 중 온도감소량이 커지므로 이를 감안하여 보정하는 것이다. 이 경우, 제강 공정 중에 소요되는 기본 공래들시간(min)이 80분이므로, 이를 기준으로 하여 공래들시간을 계산하기 위하여 해당 래들(10)의 공래들 대기시간에서 80분을 감산하여 공래들시간을 결정하고, 결정된 값에 래들(10)의 공래들 대기시간에 따른 온도변화계수 0.0025를 곱하여, 공래들시간에 따른 온도 변화량을 보정하게 되는 것이다.

이때, 공래들시간이 기준 공래들시간인 80분 보다 작으면 래들(10)의 공래들(10) 대기시간에 따른 온도의 감소가 기본 공래들시간 80분인 경우보다 더 적어지므로, 계산된 공래들시간에 따른 용강의 온도감소량이 음의 값을 갖게 되어, 계산시 용강의 분당 온도감소량을 줄이게 된다. 반대로, 공래들시간이 기준 공래들시간인 80분보다 크면 래들(10)의 공래들 대기시간에 따른 온도의 감소가 기본 공래들시간 80분인 경우보다 더 커지므로, 계산된 공래들시간에 따른 용강의 온도감소량이 양의 값을 갖게 되어, 계산시 용강의 분당 온도감소량을 늘리게 된다.

전술된 방법에 따라 용강의 분당 온도감소량이 계산되고, 이후 측정된 상기 용강의 초기 온도 및 산소함량(S20)과 상기에서 계산된 상기 용강의 분당 온도감소량(S30)을 이용하여 상기 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 온도를 산출한다.(S40)

RH 중인 용강의 온도는 전술된 단계에서 측정된 용강의 초기 온도에, 전술된 용강의 분당 온도감소량과 RH 공정 시간을 곱한 값을 가산하여 산출한다.

만일, RH 공정 중인 용강의 온도를 예측하고자 하는 경우에는, 용강의 초기 온도에서 상기 용강의 분당 온도감소량과 RH 공정이 개시된 이후 RH 공정 중 임의의 시점까지의 시간을 분으로 곱한 값을 감하여, RH 공정 중 임의의 시점에서의 상기 용강의 온도를 산출하게 된다. 또한, 여기서 임의의 시점은 진공탈가스 공정이 완료된 시점일 수 있다. 즉, RH 공정이 완료된 용강의 온도를 예측하고자 하는 경우에는, 용강의 초기 온도에서 용강의 분당 온도감소량과 RH 공정이 개시된 이후 RH 공정이 완료된 시점까지의 시간을 분으로 곱한 값을 감하여, RH 공정이 완료된 시점에서의 상기 용강의 온도를 산출하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 아래의 표 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

구분	연연주계수 "A"	TOB 량	공래들시간(min)	용강의 분당 온도감소량
실시예1(연연주 1회차)	1.48	30	99	1.47
실시예2(연연주 2회차)	1.23	100	85	1.04
실시예3(연연주 3회차)	1.05	150	120	0.85
실시예4(연연주 4회차)	1.05	0	148	1.22

<실시예 1>

본 발명의 실시예1로서, 연연주 1회차를 살펴보면, 용강의 분당 온도감소량은 연연주 계수 "1.48"에서 TOB에 따른 온도계수 "0.002"와 TOB량 "30"을 곱한 값을 감산하고, 공래들시간에 따른 온도계수 "0.0025"와 공래들시간 99에서 기본 공래들시간 80을 차감한 "19"를 곱한 값을 가산하여, RH 중인 용강의 분당 온도감소량 "1.47"을 산출할 수 있다.

또한, 초기 용강의 온도에서 상기 "1.47"과 RH 처리 시간을 곱한 값을 가산하여, RH 처리 중인 용강의 온도를 예측할 수 있다.

<실시예 2>

본 발명의 실시예2로서, 연연주 2회차를 살펴보면, 용강의 분당 온도감소량은 연연주 계수 "1.23"에서 TOB에 따른 온도계수 "0.002"와 TOB량 "100"을 곱한 값을 감산하고, 공래들시간에 따른 온도계수 "0.0025"와 공래들시간 85에서 기본 공래들시간 80을 차감한 "5"를 곱한 값을 가산하여, RH 중인 용강의 분당 온도감소량 "1.04"를 산출할 수 있다.

또한, 초기 용강의 온도에서 상기 "1.04"와 RH 처리 시간을 곱한 값을 가산하여, RH 처리 중인 용강의 온도를 예측할 수 있다.

<실시예 3>

본 발명의 실시예3로서, 연연주 3회차를 살펴보면, 용강의 분당 온도감소량은 연연주 계수 "1.05"에서 TOB에 따른 온도계수 "0.002"와 TOB량 "150"을 곱한 값을 감산하고, 공래들시간에 따른 온도계수 "0.0025"와 공래들시간 120에서 기본 공래들시간 80을 차감한 "40"를 곱한 값을 가산하여, RH 중인 용강의 분당 온도감소량 "0.85"를 산출할 수 있다.

또한, 초기 용강의 온도에서 상기 "0.85"와 RH 처리 시간을 곱한 값을 가산하여, RH 처리 중인 용강의 온도를 예측할 수 있다.

<실시예 4>

본 발명의 실시예4로서, 연연주 4회차를 살펴보면, 용강의 분당 온도감소량은 연연주 계수 "1.05"에서 TOB에 따른 온도계수 "0.002"와 TOB량 "0"을 곱한 값을 감산하고, 공래들시간에 따른 온도계수 "0.0025"와 공래들시간 148에서 기본 공래들시간 80을 차감한 "68"를 곱한 값을 가산하여, RH 중인 용강의 분당 온도감소량 "1.22"를 산출할 수 있다. 여기서는, TOB에 따른 온도계수 "0.002"와 TOB량 "0"을 곱한 값은 "0"이되므로, TOB 처리에 대한 보정은 이루어지지 않는다.

또한, 초기 용강의 온도에서 상기 "1.22"와 RH 처리 시간을 곱한 값을 가산하여, RH 처리 중인 용강의 온도를 예측할 수 있다.

상기와 같은 용강의 온도 예측방법은 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: 래들
20: 진공탈가스 진공조
21: 상승관
25: 하강관
30: 랜스
50: 전로

Claims

전로에서 일차정련이 완료된 용강을 전로로부터 진공탈가스 정련을 위한 래들로 이송시키는 단계;
상기 래들로 이송된 용강의 초기 온도를 측정하는 단계;
상기 용강을 진공탈가스 공정으로 정련하고, 상기 진공탈가스 정련을 위하여 대기중인 래들의 공래들시간과 상기 진공탈가스 정련을 위하여 공급된 산소 취입량(TOB량)을 하기 관계식에 대입하여 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 분당 온도감소량을 계산하는 단계; 및
상기에서 측정된 상기 용강의 초기 온도와 상기에서 계산된 상기 용강의 분당 온도감소량을 이용하여 상기 진공탈가스 정련 중인 상기 용강의 온도를 산출하는 단계;를 포함하는 용강의 온도 예측방법.

관계식

여기서, A는 연연주 회차에 따른 계수로서 1 내지 1.5 사이의 값이고, TOB량은 탈탄을 위하여 래들 상부에 취입시키는 산소의 양(Nm³)이며, 공래들시간(min)은 래들에 전로로부터 용강이 이송되기 이전 대기시간을 측정한 값임.
청구항 1에 있어서,
상기 용강의 초기 온도를 측정하는 단계는,
상기 진공탈가스 공정이 개시된 이후 3분 시점의 상기 용강의 초기 온도 및 산소함량을 측정하는 용강의 온도 예측방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용강의 온도를 산출하는 단계는,
상기 용강의 초기 온도에서 상기 용강의 분당 온도감소량과 상기 진공탈가스 공정이 개시된 이후 상기 진공탈가스 공정 중 임의의 시점까지의 시간을 분으로 곱한 값을 감하여, 상기 진공탈가스 공정 중 임의의 시점에서의 상기 용강의 온도를 산출하는 용강의 온도 예측방법.
청구항 3에 있어서,
상기 임의의 시점은,
상기 진공탈가스 공정이 완료된 시점인 용강의 온도 예측방법.