KR20150089498A - 알루미늄 탈산강의 정련방법 - Google Patents

Abstract

알루미늄 탈산강의 정련방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법은, 래들 퍼니스(Ladle Furnace)로 출강된 용강의 상부에 형성되는 래들 슬래그의 조성이 100 중량부 기준으로 CaO: 55~65 중량부와 Al₂O₃: 20~25 중량부와 SiO₂: 3~5 중량부를 포함하도록 생석회(CaO)와 알루미늄(Al)과 규소(Si)의 투입량을 제어하여 래들 슬래그의 조성을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

알루미늄 탈산강의 정련방법{METHOD FOR REFINING AL-KILLED STEEL}

본 발명은 알루미늄 탈산강의 정련방법에 관한 것이다.

철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈린 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다. 용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정을 거친 후 용강 내 성분을 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거치게 된다. 2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동하게 되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일, 후판 등 목표하는 최종 제품으로 제조된다.

전로에서 스크랩의 용융과 1차 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.

이 경우, 전로에서 래들로 출강된 용강 내 비금속 개재물을 효과적으로 제거하는 동시에 연속주조 중 노즐막힘을 방지할 수 있도록, 용강의 저급 산화물의 제어를 촉진시키는 고가의 칼슘 와이어를 투입하여 소모시키게 된다.

관련한 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0782263호(2007.11.28 등록, 꼬임방지수단이 구비된 칼슘와이어 공급장치)가 있다.

본 발명의 실시예는, 고가의 칼슘 와이어를 소모시키는 대신에 래들 퍼니스 내 용강 상부에 형성되는 래들 슬래그의 조성을 제어함으로써, 연속주조 중 노즐 막힘 현상을 방지함과 동시에 용강의 청정도를 높여 제품의 품질을 개선할 수 있는 알루미늄 탈산강의 정련방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 래들 퍼니스(Ladle Furnace)로 출강된 용강의 상부에 형성되는 래들 슬래그의 조성이 100 중량부 기준으로 CaO: 55~65 중량부와 Al₂O₃: 20~25 중량부와 SiO₂: 3~5 중량부를 포함하도록 생석회(CaO)와 알루미늄(Al)과 규소(Si)의 투입량을 제어하여 상기 래들 슬래그의 조성을 제어하는 단계를 포함하는 알루미늄 탈산강의 정련방법이 제공된다.

상기 래들 슬래그의 조성을 제어함으로써 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물을 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 변화시킬 수 있다.

상기 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물은 상기 래들 슬래그로부터 칼슘을 공급받아 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화될 수 있다.

상기 알루미늄 탈산강의 정련방법은, 상기 래들 슬래그의 조성이 제어되도록, 상기 래들 퍼니스로 출강된 용강에 용강 톤당 7~8kg의 생석회와 용강 톤당 1~2kg의 알루미늄을 투입하는 단계; 상기 생석회와 상기 알루미늄이 투입된 상기 용강에 강버블링을 수행하는 단계; 상기 강버블링 이후에 상기 용강에 용강 톤당 2~3kg의 규소를 투입하는 단계; 및 상기 규소가 투입된 상기 용강에 약버블링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 강버블링을 수행하는 단계는 상기 래들 퍼니스에서 10~15분간 강버블링을 실시할 수 있다.

상기 약버블링을 수행하는 단계는 상기 래들 퍼니스에서 4~6분간 약버블링을 실시할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 고가의 칼슘 와이어를 소모시키는 대신에 래들 퍼니스로 출강된 용강 상부에 형성되는 래들 슬래그의 조성을 제어함으로써, 노즐 막힘 현상을 방지함과 동시에 용강의 청정도를 높여 제품의 품질을 개선할 수 있다.

도 1은 연속주조에서의 노즐 막힘 해소를 위하여 래들 퍼니스 내 용강에 칼슘 와이어를 투입한 이후의 용강의 청정도 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법에 따라 래들 퍼니스 내 용강을 처리하기 전과 처리한 후의 알루미나계 개재물의 상태 변화를 나타낸 비교도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법에 따라 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물은 상기 래들 슬래그로부터 칼슘을 공급받아 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화되는 원리를 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 연속주조에서의 노즐 막힘 해소를 위하여 래들 퍼니스 내 용강에 칼슘 와이어를 투입한 이후의 용강의 청정도 변화를 나타낸 그래프이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법에 따라 래들 퍼니스 내 용강을 처리하기 전과 처리한 후의 알루미나계 개재물의 상태 변화를 나타낸 비교도이다.

일반적으로, 전로 취련 중 다량의 산소를 취입(blowing)하여 정련된 용강은 용강 중에 500~900ppm의 산소를 포함하며, 이를 탈산시키기 위해서 알루미늄을 사용한다. 이에 따라 알루미나(Al₂O₃)의 발생은 불가피하며, 이러한 알루미나계 개재물은 그 특성상 결정립이 미세하고 응집력이 커서 고체상의 클러스터(cluster)를 형성하기 쉬우므로, 용강 중 미처 제거되지 못한 알루미나계 잔존물은 상온에서 사용되는 강재의 기계적 성질을 저하시키고 연속주조공정 중 침지노즐 내벽에 부착, 성장하여 용강의 노즐 통과를 방해하여 심한 경우 주조 공정을 중단시킨다.

따라서, 알루미나계 개재물의 양을 일정 수준 이하로 낮추거나 강중에 잔류하는 알루미나계 비금속 개재물의 미립자를 조대화(coarsening)시켜 부상을 촉진시킬 수 있는 형태와 크기 및 조성으로 제어할 필요가 있다.

이를 위해, 래들 퍼니스 정련 말기에 금속의 칼슘 와이어를 투입하는 방법이 사용된다. 이 경우, 용강 중 알루미나와 금속 칼슘이 결합하여 액체상의 칼슘 알루미나 화합물을 형성하므로, 비중이 작고 결정립이 대형으로 성장하기가 용이하여 래들 슬래그층으로 분리부상을 용이하게 유도할 수 있다.

그러나, 칼슘은 고온의 용강에서 증기압이 높아 용강 중 칼슘 농도를 일정수준으로 유지시키기 위한 추가적인 제어가 요구된다. 또한, 금속 칼슘(이 경우, 칼슘 와이어)을 용강에 투입하는 경우는 도 1에 도시된 바와 같이, 칼슘 와이어 투입 전에 비해 투입 후의 용강의 청정도가 악화되는 것을 도 1의 그래프를 통해 확인할 수 있다. 용강의 청정도가 악화됨으로 인해 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 칼슘 와이어는 매우 고가이므로 공정 중 사용이 반복될수록 제조 원가를 상승시킬 수 있다.

본 발명에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 탈산강의 정련방법에서 래들 슬래그(S)의 조성을 하기의 조성비와 같이 제어함으로써, 고가의 칼슘 와이어를 소모시킬 필요 없이 연속 주조 공정에서의 노즐 막힘 현상을 해소할 수 있으며, 칼슘 와이어의 투입이 생략됨에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 용강(M)의 청정도를 칼슘 와이어 투입 전의 상태로 유지시킬 수 있어 제품의 품질을 안정적으로 향상시킬 수 있다.

구체적으로 본 실시예에 따르면, 래들 퍼니스(Ladle Furnace, 10)로 출강된 용강(M)의 상부에 형성되는 래들 슬래그(S)의 조성이 100 중량부 기준으로 CaO: 55~65 중량부와 Al₂O₃: 20~25 중량부와 SiO₂: 3~5 중량부를 포함하도록 생석회(CaO)와 알루미늄(Al)과 규소(Si)의 투입량을 제어하여 상기 래들 슬래그(S)의 조성을 유지함으로써, 연속 주조 공정에서의 노즐 막힘 현상을 해소할 수 있고 고품질의 알루미늄 탈산강을 안정적으로 제조할 수 있다.

이와 같이, 용강(M) 상부에 형성되는 래들 슬래그(S)층의 조성을 상술한 조성비로 제어하여 유지함으로써, 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물을 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화시킬 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 고체상의 클러스터 형태인 알루미나계 개재물을 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물은 상술한 조성비를 갖는 래들 슬래그(S)로부터 칼슘(Ca)를 공급받아 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화될 수 있다.

도 4는 본 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법에 따라 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물은 상기 래들 슬래그(S)로부터 칼슘을 공급받아 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화되는 원리를 개략적으로 도시하고 있다.

따라서, 고가의 칼슘 와이어 소모 없이도 알루미나계 개재물(산화물)을 비중은 작고 결정립은 대형으로 성장시키기 용이한 액체상의 CaO-Al₂O₃계 화합물로 변화시킬 수 있어, 용강(M) 내에 잔류하는 산화물계 비금속 개재물을 용강(M) 상부에 위치하는 래들 슬래그(S)층으로 분리부상을 용이하게 유도할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 종래와 같이 고가의 칼슘 와이어를 투입할 필요 없이도, 용강(M) 중 알루미나계 개재물의 분리부상을 촉진시킬 수 있어 용강(M)의 산화도를 낮추고 강의 청정도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

이와 같이 래들 슬래그(S)의 조성비를 제어할 수 있도록, 본 실시예에 따른 알루미늄 탈산강의 정련방법은, 래들 퍼니스(10)로 출강된 용강(M)에 용강(M) 톤당 7~8kg의 생석회와 용강(M) 톤당 1~2kg의 알루미늄을 투입하는 단계(S10), 생석회와 알루미늄이 투입된 용강(M) 에 강버블링을 수행하는 단계(S20), 강버블링 이후에 용강(M)에 용강(M) 톤당 2~3kg의 규소를 투입하는 단계(S30), 규소가 투입된 용강(M)에 약버블링을 수행하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.

먼저, 래들 퍼니스(10)로 출강된 용강(M)에 용강(M) 톤당 7~8kg의 생석회와 용강(M) 톤당 1~2kg의 알루미늄을 투입할 수 있다(S10). 이때, 생석회와 알루미늄은 일정한 속도로 래들 퍼니스(10) 내의 용강(M)으로 동시에 투입될 수 있다. 이때, 용강(M)에 투입되는 알루미늄의 투입량은 강종별로 달라질 수 있으며, 용강(M) 톤당 1~2kg의 범위 내에서 강종별로 알루미늄의 투입량이 조정될 수 있다.

또한, 용강 중 알루미늄은 정련 중 용강 체류시간, 버블링시간 및 방법에 따라 알루미나로 변환되는 량이 달라질 수 있으므로 래들 슬래그(S)의 샘플을 채취하여 분석결과를 바탕으로 상술한 래들 슬래그(S)의 조성비를 갖도록 생석회와 알루미늄의 투입량을 조정할 수 있다.

다음으로, 생석회와 알루미늄이 투입된 용강에 강버블링을 수행할 수 있다(S20). 이때, 강버블링은 래들 퍼니스(10)에서 10~15분간 실시될 수 있다.

이와 같이 래들 퍼니스(10)에서 강버블링을 10~15분간 수행함으로써 용강(M)의 상부에 형성된 래들 슬래그(S)에 포함된 생석회(CaO) 성분에서 칼슘(Ca)을 분리하여 용강(M)으로 용해시켜 용강(M) 중에 알루미나계 개재물의 조성을 제어할 수 있다.

즉, 도 4에서 설명한 바와 같이, 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물은 상술한 조성비를 갖는 래들 슬래그(S)로부터 칼슘(Ca)를 공급받아 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화될 수 있다.

다음으로, 강버블링 이후에 용강(M)에 용강 톤당 2~3kg의 규소를 투입할 수 있다(S30). 이 경우, 규소의 투입량은 강종별로 용강 톤당 2~3kg의 범위 내에서 투입량이 조정될 수 있다.

다음으로, 규소가 투입된 용강(M)에 약버블링을 수행할 수 있다(S40). 이 경우, 약버블링은 래들 퍼니스(10)에서 4~6분간 실시될 수 있다.

이와 같이 래들 퍼니스(10)에서 약버블링을 4~6분간 수행함으로써, 고가의 칼슘 와이어 소모 없이도 알루미나계 개재물(산화물)을 비중은 작고 결정립은 대형으로 성장시키기 용이한 액체상의 CaO-Al₂O₃계 화합물로 변화시킬 수 있어, 용강(M) 내에 잔류하는 산화물계 비금속 개재물을 용강(M) 상부에 위치하는 래들 슬래그(S)층으로 분리부상을 용이하게 유도할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래와 같이 고가의 칼슘 와이어를 투입할 필요 없이도, 용강(M) 중 알루미나계 개재물의 분리부상을 촉진시킬 수 있어 용강(M)의 산화도를 낮추고 강의 청정도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

M: 용강
S: 래들 슬래그
10: 래들 퍼니스

Claims (6)

1. 래들 퍼니스(Ladle Furnace)로 출강된 용강의 상부에 형성되는 래들 슬래그의 조성이 100 중량부 기준으로 CaO: 55~65 중량부와 Al₂O₃: 20~25 중량부와 SiO₂: 3~5 중량부를 포함하도록 생석회(CaO)와 알루미늄(Al)과 규소(Si)의 투입량을 제어하여 상기 래들 슬래그의 조성을 제어하는 단계를 포함하는 알루미늄 탈산강의 정련방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 래들 슬래그의 조성을 제어함으로써 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물을 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 변화시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 탈산강의 정련방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 고체상의 알루미나(Al₂O₃)계 개재물은 상기 래들 슬래그로부터 칼슘을 공급받아 액체상의 CaO-Al₂O₃계 개재물로 상태 변화되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 탈산강의 정련방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 래들 슬래그의 조성이 제어되도록, 상기 래들 퍼니스로 출강된 용강에 용강 톤당 7~8kg의 생석회와 용강 톤당 1~2kg의 알루미늄을 투입하는 단계;
   상기 생석회와 상기 알루미늄이 투입된 상기 용강에 강버블링을 수행하는 단계;
   상기 강버블링 이후에 상기 용강에 용강 톤당 2~3kg의 규소를 투입하는 단계; 및
   상기 규소가 투입된 상기 용강에 약버블링을 수행하는 단계를 포함하는 알루미늄 탈산강의 정련방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 강버블링을 수행하는 단계는 상기 래들 퍼니스에서 10~15분간 강버블링을 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 탈산강의 정련방법.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 약버블링을 수행하는 단계는 상기 래들 퍼니스에서 4~6분간 약버블링을 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 탈산강의 정련방법.

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