KR20160072299A

KR20160072299A - 용강 정련방법

Info

Publication number: KR20160072299A
Application number: KR1020140179084A
Authority: KR
Inventors: 안성기; 유철종
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-23

Abstract

본 발명은 전로에서 출강되는 용강에 합금철을 투입하여 용강의 성분을 조절하는 용강 정련방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 정련방법은 강종에 따라 합금철의 종류 및 투입량을 산정하는 평량값 산출 단계; 산정된 합금철의 종류 및 투입량에 따라, 노상호퍼로부터 평량호퍼로 합금철을 평량하는 합금철 평량단계; 상기 전로에 수용된 용강을 출강하는 단계; 및 용강 출강 중 상기 투입호퍼에 저장된 합금철을 래들로 투입하는 단계;를 포함한다.

Description

용강 정련방법{METHOD FOR REFINING MOLTEN STEEL}

본 발명은 용강 정련방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전로 정련작업 중 출강 작업시 투입되는 합금철의 용융을 촉진하여 생산되는 용강의 성분을 균일하게 할 수 있는 용강 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강조업은 일반적으로 용선예비정련, 전로정련, 2차 노외정련 및 연속주조공정으로 구성되며, 전로 조업은 주원료인 용선 및 고철을 전로에 장입하여 랜스를 통하여 순산소를 분사하면서 용선 중 불순원소인 탄소, 규소, 망간, 인 등을 산화반응에 의해 제거하는 조업이고, 전로 정련이 완료된 용강은 수강래들로 출강된다.

전로 조업은 원하는 강종이 확정되면, 강종의 성분범위 따라서 합금철 및 부원료을 투입하여 사용자가 원하는 용강을 생산하게 되는데, 합금철 및 부원료의 투입은 전로정련 과정 중 전로 내에 투입하거나, 용강의 출강 중 수강래들에 투입하게 된다.

일반적인 전로 조업에 대해서는 "전로 정련방법 (한국공개특허 10-2000-0042510)" 등에서 구체적으로 공지되어 있으며, 전로 조업에서 투입되는 합금철은 용강의 제조원가에 미치는 영향도가 약 50% 이상 된다고 알려져 있다.

이러한 합금철은 강종의 성분범위에 따라서 해당 성분이 포함된 다양한 합금철 중 원하는 합금철을 선택하여 사용되는데, 이때, 합금철의 종류에 따라 합금철에 포함된 성분의 종류, 함유량 및 원가가 다양하다.

도 1은 종래 일반적인 용강 정련설비를 보여주는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 생산하고자하는 강번 및 강종이 확정되면, 작업자가 제어부(40)의 입력기에 선택된 강번 및 강종을 입력시키고, 취련 준비를 실시한다.

취련 준비가 완료되면 랜스를 하강시켜 취련 작업을 실시한다.

이때, 전로(1)에는 용선과 고철이 투입되며, 이를 용융시켜 용강을 만들고, 취련 작업이 시작되면 합금철 투입장치는 제어부(40)에 저장된 강번 및 강종에 따른, 합금철 모델을 이용하여 원소 범위를 확인하고 전로의 종점성분을 예측하여 합금철의 투입량을 산정하게 된다.

합금철 투입장치는 선정된 합금철의 투입량에 따라 합금철 평량을 실시하며, 제어부(40)는 선정된 합금철의 투입량에 따라, 노상호퍼(10)에 구비된 노상호퍼 피더(11)에 작동신호를 전송하여 합금철을 필요량에 따라 평량호퍼(20)에 공급하고, 평량호퍼 평량기(21)에서 공급된 합금철의 양을 산정된 합금철 투입량으로 평량을 완료한다.

전로(1)에서 취련 작업이 약 90% 완료되면, 평량호퍼(20)의 하부에 설치된 평량호퍼 피더(22)를 이용하여 평량호퍼(20)에 공급된 합금철을 투입호퍼(30)에 공급한다.

전로(1)에서 취련 작업이 완료되면, 전로(1) 내 용강을 래들(2)에 공급하는 출강작업을 실시하며, 이때, 투입호퍼(30)에 저장된 합금철을 투입호퍼 피더(31) 및 릴레이 슈트(32)를 이용하여 래들(2) 내부로 투입한다.

이와 같이, 래들(2)로 공급된 합금철은 용강의 고온에 의해 용융 혼합되어 원하는 강종으로 출강된다.

그러나, 전로(1)의 출강구는 내화물로써, 용강에 의해 소손이 발생되어 그 직경이 증가하게 되며 이에 따라, 출강류가 증가되어 전로(1) 내 용강을 래들(2)로 공급하는 시간이 단축되어 래들(2)에 공급되는 합금철이 충분히 용융되지 않아 용융불량을 유발하는 문제점이 있었다.

도 2는 합금철의 용융불량을 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 투입호퍼 피더(31)는 합금철의 투입량, 투입원료 및 출강시간에 따라, 래들(2)에 공급되는 합금철의 공급속도를 제어할 수 없어 합금철이 완전히 용융되지 않아 2차 정련공정에서 처리 불가로 반송되거나, 합금철의 성분이 균일화되지 않아 성분이상을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.

특히, 자동차 강판인 극저탄소강 생산시, 합금철과 함께 생석회를 투입한다. 이처럼 비금속 개재물을 제거하도록 투입되는 생석회의 경우 용융온도가 약 2560℃ 정도로 일시에 많은 량이 투입되면 용융이 이루어지지 않아 용융불량 또는 성분이상을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 합금철을 평량하는 과정 또는 합금철 평량이 완료된 후에 불가피하게 강종의 변경이 발생되는 경우 변경된 강종에 따라, 합금철 평량 작업을 다시 실시하여야한다.

이때, 작업자는 합금철의 평량값을 평량호퍼(20)를 통하여 알 수 있지만, 실제 투입호퍼(30) 내부의 합금철의 양을 알 수 없어 합금철을 다시 평량할 때, 성분이상을 유발하는 문제점이 있었다.

이에, 종래 합금철을 평량하는 과정 또는 합금철 평량이 완료된 후 강종이 변경된 경우, 투입호퍼(30) 내부에 수용된 합금철을 노하로 배출시키는 작업을 실시한다.

그러나, 노하로 배출된 합금철은 작업자에 의해 수동으로 선별작업을 진행하여 작업자의 업무부하가 증가되고, 합금철 선별작업에 많은 시간이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.

특히, 망간류 또는 원료가 비슷한 합금을 선별하는 경우 정확한 선별이 어려워 합금철 선별작업을 실시하지 않고 그대로 버려지고 있는 실정이다. 따라서, 선별되지 못하고 버려지는 합금철로 인한 제조원가가 상승되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 합금철 선별과정에서 이종의 합금철이 서로 섞이는 경우 혼류된 합금철 재사용으로 인한 품질저하가 발생되는 문제점을 가지고 있었다.

종래, 전로 정련작업시 합금철 투입량을 최소원가로 산출하고, 출강과정에서 합금철의 실수율이 일정하도록 용강 중의 산소량을 제어하는 기술에 대해서는 "용강 정련방법 (한국공개특허 10-2013-0126210)" 에 구체적으로 공지되어 있으며, 강종 변경으로 인하여 합금철의 평량 값이 변경된 경우 이전에 평량된 합금철을 용이하게 이용할 수 있는 합금철 투입장치 및 방법에 대해서는 "합금철 투입장치 및 그 투입방법 (한국공개특허 10-2012-0032327)" 에 구체적으로 공지되어 있다.

그러나, 출강 작업시 합금철의 투입량과 출강시간에 따라, 합금철의 공급속도를 제어할 수 없어 합금철의 용융불량으로 인하여 2차 정련공정에서 반송되거나, 성분이상을 유발하여, 생산성을 저하시키고 생산되는 제품의 품질을 저하시키는 문제점을 해결하지 못하였다.

한국공개특허 10-2000-0042510 (2000. 07. 15.)

본 발명은 용강 정련시 투입되는 합금철의 용융불량 및 성분이상을 최소화하여 생산되는 용강의 품질을 향상시킬 수 있는 용강 정련방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 취련 중 강종 변경시 변경 전에 평량된 합금철의 재사용을 용이하게 할 수 있는 용강 정련방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 용강 정련방법은 전로에서 출강되는 용강에 합금철을 투입하여 용강의 성분을 조절하는 용강 정련방법으로서, 강종에 따라 합금철의 종류 및 투입량을 산정하는 평량값 산출 단계; 산정된 합금철의 종류 및 투입량에 따라, 노상호퍼로부터 평량호퍼로 합금철을 평량하는 합금철 평량단계; 상기 평량호퍼에 수용된 합금철을 투입호퍼에 공급하는 합금철 준비단계; 상기 전로에 수용된 용강을 출강하는 단계; 및 용강 출강 중 상기 투입호퍼에 저장된 합금철을 래들로 투입하는 단계;를 포함한다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 정련방법은 상기 합금철 준비단계 이후에, 상기 투입호퍼에 수용된 합금철과 상기 평량값을 비교하는 합금철 비교단계; 및 상기 투입호퍼에 수용된 합금철과 평량값의 편차가 사전에 설정된 기준범위를 초과하는 경우, 상기 투입호퍼에 수용된 합금철을 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 합금철을 래들로 투입하는 단계는, 강종, 합금철 종류, 합금철 투입량 및 전로 출강속도에 따라 합금철 투입속도를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 합금철을 래들로 투입하는 단계는, 사전에 설정된 전로의 총 출강시간의 3/10 ~ 7/10 시점에 합금철 투입하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 정련방법은 상기 합금철을 래들로 투입하는 단계 이후에, 래들에 투입된 합금철의 용융이 촉진되도록, 용강을 교반하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전로 출강 중 투입되는 합금철이 완전히 용융되도록하여 용강 중 합금철의 용융불량 및 용강의 성분이상을 최소화하고, 생산되는 용강의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 취련 중 강종이 변경되는 경우, 이전에 평량이 완료되어 투입호퍼에 저장된 합금철을 보관하여 재사용함으로써, 원가를 절감시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

특히, 합금철의 선별작업으로 인한 작업자의 업무부하를 감소시키고, 선별과정에서 버려져 합금철이 낭비되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 일반적인 용강 정련설비를 보여주는 개략도이고,
도 2는 합금철의 용융불량을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 용강 정련방법이 실시되는 용강 정련설비를 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 용강 정련방법을 나타낸 순서도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되거나, 당업자에게 자명하다고 판단되는 내용은 생략될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 용강 정련방법이 실시되는 용강 정련설비를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 용강 정련방법을 나타낸 순서도이다.

먼저 본 발명을 설명하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른, 용강 정련방법이 실시되는 용강 정련설비를 도 3를 참조하여 설명한다.

본 발명이 실시되는 용강 정련설비는 합금철이 저장된 노상호퍼(10)와 강종에 따라 합금철을 평량하는 평량호퍼(20), 투입호퍼(30)와 강종 변경시 이전에 평량된 합금철을 저장하는 버켓(50)와 제어부(40), 및 전로(1)에서 출강되는 용강 및 투입호퍼(30)에서 공급되는 합금철이 수용되는 래들(2)을 포함한다.

이때, 제어부(40)는 제어기와 입력기로 구성되며, 입력기에 입력된 주원료 정보를 통하여 출강량을 산정하고 그에 따라 당 차지의 출강 시간을 예측하며, 강종에 따라 합금철의 종류 및 투입량을 산정하여 노상호퍼(10)와 평량호퍼(20) 및 투입호퍼(30)에 각각 작동신호를 전송한다.

또한, 래들(2)은 수용된 용강 및 합금철을 교반시켜 합금철의 용융을 촉진시키는 교반수단을 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 용강 정련설비를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 정련방법에 대해서는 도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 정련방법은 평량값 산출 단계와 평량호퍼(20)에서 합금철을 평량하는 1차 평랑단계와 투입호퍼(30)에서 공급된 합금철의 양을 평량값과 비교하는 합금철 비교단계와 용강을 출강하는 단계 및 합금철을 래들(2)로 투입하는 단계를 포함한다.

먼저, 고로에서 생산된 용선을 전로(1)에 장입하며, 이때, 제어부는 전로(1)에 장입되는 용선의 양이 입력되고 이를 이용하여 용강의 출강량을 산출한다.

전로(1)에서 출강되는 용강의 양은 전로에 장입되는 용선의 총합으로 산출하며, 일반적으로 전로(1)에서 장입된 용선의 총합의 약 94%에 해당되는 용강의 출강량이 된다.

이는 전로(1)에 장입된 용선 중 탄소량이 4.4% ~ 0.4%까지 산소와 반응하여 부생가스로 배출되며, 규소(Si), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 등이 반응하여 약 1.6%정도 없어지기 때문이다.

이와 같이, 연산된 용강의 출강량이 제어부(40)에 입력되면, 평량값 산출단계에서 제어부(40)는 합금철의 종류 및 투입량을 산정하는 단계에서 제어부(40)는 사전에 입력된 강종 및 강번 등 정보에 따라, 합금철의 종류 및 투입량을 산정한다.

합금철의 종류 및 투입량이 산정되면, 합금철 평량단계에서 제어부(40)는 산정된 합금철의 종류 및 투입량이 입력기에 입력되고, 이에 따라 제어기에서 노상호퍼 피더(11)에 작동신호를 전송하여 노상호퍼(10)에 저장된 함금철을 산정된 합금철의 정보에 따라 순차적으로 평량호퍼(20)로 평량하게 되며, 이때, 평량호퍼 평량기(21)를 이용하여 합금철의 평량을 수행하며 그 결과를 제어부(40)로 전송한다.

합금철 평량단계가 완료되면, 합금철 준비단계를 실시한다.

합금철 준비단계는 투입호퍼(30)를 이용하여 용강에 합금철을 투입할 수 있도록, 제어부(40)는 평량호퍼 피더(22)에 작동신호를 전송하여 평량호퍼(20)에 수용된 합금철을 투입호퍼(30)로 공급하게 된다.

합금철 준비가 완료되면, 합금철 비교단계에서 투입호퍼 평량기(33)를 이용하여 평량호퍼(20)로부터 공급받은 합금철과 제어부(40)에 입력된 평량값을 비교하여 그 결과를 제어부(40)로 전송한다.

이때, 제어부(40)는 투입호퍼 평량기(33)로부터 수신받은 합금철과 평량값의 오차가 사전에 설정된 기준범위를 초과하는 경우 합금철 평량이 잘못되었다고 판단하고, 투입호퍼(30)에 작동신호를 전송하여 투입호퍼(30) 내부에 수용된 합금철을 버켓(50)에 저장하고 합금철 평량단계부터 다시 실시하도록 작동신호를 전송한다.

이에, 취련 중 강종 변경되는 경우, 변경 전 평량되어 투입호퍼(30)에 수용된 합금철의 선별작업을 용이하게 함으로써, 작업자의 업무부하를 감소시키고, 선별과정에서 버려져 합금철이 낭비되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

합금철 비교단계가 완료되면, 용강을 출강하는 단계에서 전로(1) 내 수용된 용강을 래들(2)로 출강시킨다.

용강 출강이 시작되면, 합금철을 래들(2)로 투입하는 단계에서 제어부(40)는 입력된 강종, 합금철 종류 및 투입량과 전로(1)의 출강속도에 따라 합금철의 투입속도를 결정하고, 투입호퍼 피더(31) 및 릴레이 슈트(32)에 작동신호를 전송하여 전로(1)에서 용강 출강 중 투입호퍼(30)에 수용된 합금철을 래들(2)로 투입한다.

이때, 합금철의 투입속도는 전로(1)에서 출강되는 출강류의 지름에 대응하도록 투입호퍼 피더(31)의 개폐정도 및 릴레이 슈트(32)의 속도를 조절하며, 출강류의 지름보다 합금철 흐름의 지름이 커지지 않도록 제어한다.

즉, 래들(2)에 투입되는 합금철이 출강류에 비하여 너무 많아지지 않도록 합금철의 투입속도를 조절함으로써, 합금철의 용융을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 합금철을 래들(2)로 투입하는 단계는, 사전에 설정된 전로의 총 출강시간의 3/10 ~ 7/10 시점 사이에 합금철 투입하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 보다 바람직하게, 전로(1)의 총 출강시간의 3/10이 경과된 시점에 합금철 투입을 시작하여 전로(1)의 총 출강시간의 7/10이 경과된 시점에 합금철 투입이 종료한다.

이에, 합금철의 용융이 활발하게 진행되는 시점에 합금철을 투입함으로써, 합금철의 용융효율을 향상시켜 합금철의 용융불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

예를 들어, 합금철의 투입량이 15ton 이고, 전로(1)의 총 출강시간이 5분인 경우, 전로(1)의 출강이 시작된 후 90초가 경과되어 전로(1)에 수용된 용강 총량의 30%가 래들(2)로 출강이 된 시점에 합금철 투입을 시작하여, 출강 시작 후 210초가 경과되어 용강 총량의 70%가 래들(2)로 출강된 시점에 합금철 투입을 종료한다.

이때, 합금철의 총 투입량은 15ton이므로, 분당 7.5ton이 투입되도록 제어한다.

또한, 합금철 중 용융온도가 약 2560℃인 생석회 등 용융되기 어려운 합금철이 포함된 경우, 합금철의 투입속도를 느리게 제어함으로써, 합금철의 용융불량을 최소화할 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 정련방법은 합금철을 래들(2)로 투입하는 단계 이후에, 용강을 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다.

용강을 교반하는 단계는 합금철과 용강이 고루 혼합되도록 함으로써, 래들(2)에 투입된 합금철 일부가 용융되지 않아 합금철 재화불량이 발생되는 것을 최소화하고, 합금철의 용융을 촉진시키는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 전로 2: 래들
10: 노상호퍼 11: 노상호퍼 피더
20: 평량호퍼 21: 평량호퍼 평량기
22: 평량호퍼 피더 30: 투입호퍼
31: 투입호퍼 피더 32: 릴레이 슈트
33: 투입호퍼 평량기 40: 제어부
50: 버켓

Claims

전로에서 출강되는 용강에 합금철을 투입하여 용강의 성분을 조절하는 용강 정련방법으로서,
강종에 따라 합금철의 종류 및 투입량을 산정하는 평량값 산출 단계;
산정된 합금철의 종류 및 투입량에 따라, 노상호퍼로부터 평량호퍼로 합금철을 평량하는 합금철 평량단계;
상기 평량호퍼에 수용된 합금철을 투입호퍼에 공급하는 합금철 준비단계;
상기 전로에 수용된 용강을 출강하는 단계; 및
용강 출강 중 상기 투입호퍼에 저장된 합금철을 래들로 투입하는 단계;를 포함하는, 용강 정련방법.
에구항 1에 있어서,
상기 합금철 준비단계 이후에,
상기 투입호퍼에 수용된 합금철과 상기 평량값을 비교하는 합금철 비교단계; 및
상기 투입호퍼에 수용된 합금철과 평량값의 편차가 사전에 설정된 기준범위를 초과하는 경우, 상기 투입호퍼에 수용된 합금철을 저장하는 단계;를 더 포함하는, 용강 정련방법.
청구항 1에 있어서,
상기 합금철을 래들로 투입하는 단계는,
강종, 합금철 종류, 합금철 투입량 및 전로 출강속도에 따라 합금철 투입속도를 결정하는 것을 특징으로 하는, 용강 정련방법.
청구항 1에 있어서,
상기 합금철을 래들로 투입하는 단계는,
사전에 설정된 전로의 총 출강시간의 3/10 ~ 7/10 시점 사이에 합금철 투입하는 것을 특징으로 하는, 용강 정련방법.
청구항 1에 있어서,
상기 합금철을 래들로 투입하는 단계 이후에,
래들에 투입된 합금철의 용융이 촉진되도록, 용강을 교반하는 단계;를 더 포함하는, 용강 정련방법.