KR20160073681A - 강의 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 정련 방법에 관한 것으로서, 전로에서 처리된 용강을 래들로 출강하는 과정, 래들을 버블링 스탠드로 이송하는 과정, 버블링 스탠드에서 용강을 처리하는 과정, 래들을 LF 설비로 이송하는 과정, LF 설비에서 용강을 처리하는 과정, LF 설비에서 용강의 온도를 측정하는 과정 및 측정된 용강의 온도가 기준온도와 같거나 이보다 높을 경우, 니오븀을 함유하는 물질을 투입하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 강의 정련 방법에 의하면, 전로 조업 이후의 LF 조업에서 니오븀의 성분 조정을 수행하므로, 제조되는 강에서 니오븀을 정확한 범위로 조정할 수 있다. 즉, 정련 조업에서 니오븀의 성분 격외를 억제하거나 방지할 수 있다. 또한, 전로 출강 시에는 니오븀 합금철을 투입하지 않고, LF 조업에서 용강의 온도에 따라 니오븀 함유 물질의 투입 여부를 결정하여 투입하므로, 단순한 과정으로 니오븀 성분량을 용이하게 조절할 수 있다.

Description

강의 정련 방법{Refining method for steel}

본 발명은 강의 정련 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강에 함유되는 성분을 용이하게 제어하고, 안정화시킬 수 있는 강의 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 공정은 용선 예비처리 공정, 전로 정련 공정, 2차 정련 공정 및 연속주조 공정 순으로 진행되고 상기 공정들이 완료된 후에 최종적으로 원하는 강판을 얻을 수 있다.

이러한 공정들을 수행하여 제조되는 강은 수요자의 요구에 따라 각종 미소 성분을 첨가하게 제조된다. 예컨대, 여러 강종들 중에는 니오븀을 합금원소로 첨가하여 제조되는 경우가 있으며, 석유수송관으로 사용되는 API재 등이 이에 포함된다.

니오븀(Nb)이 함유되는 강종은 전로 공정 말미에 니오븀을 투입하여, 원하는 성분 조성을 얻게 된다. 즉, 전로 정련 작업이 완료된 후, 전로에 있는 용강을 래들로 출강하는 단계에서 수요자가 요구하는 성분을 맞추기 위해 니오븀 등을 포함하는 합금원소를 투입하게 된다. 합금원소가 투입되면서 탈산제와 페로망간, 니오븀, 크롬, 실리콘 등의 성분이 같이 혼합되어 들어가게 되며, 일부 합금원소는 용강 중의 산소와 반응하여 슬래그화 된다. 출강 작업이 완료되면, 용강이 수용된 수강 래들을 이후 정련 설비 예컨대, 밥(BAP; Bubbling, Al-wire feeding, Powder injection, 이하 'BAP')장, 래들 퍼니스(LF; Ladle Furnance, 이하 'LF')설비 등으로 이송하고 버블링을 수행하여 용강의 성분을 균일화하는 작업을 실시한다. 이들 정련 작업 중에 용강의 성분을 조정하기 위해 합금철이 투입될 수도 있다.

그러나, 상기와 같이 전로 출강 단계에서 니오븀 등 합금원소를 투입하는 경우, 상술한 바와 같이 슬래그화 되며, 후속 정련 조업에서 버블링이 수행될 때, 망간, 실리콘 등은 용강 중의 알루미늄과 슬래그의 계면 반응에 의해 치환되어 용강 중에 성분 균일화가 진행되지만, 니오븀 혹은 니오븀 합금의 경우는 다른 합금원소에 비하여 용융점이 높아 알루미늄에 의한 치환이 늦어지게 된다. 이에 원하는 니오븀 성분 범위에서 벗어나는 문제가 발생된다.

이에, 니오븀의 성분량을 조정하기 위해 후속하는 정련 조업 중에 니오븀 및 일부 성분을 추가 투입하는 성분 재조정 작업을 하게 된다. 그러나 이 경우, 후속 조업에서 용강의 승온시키고 버블링하게 되므로, 슬래그의 탈산이 진행되고 용강 및 슬래그의 온도가 높아지면서 슬래그 중에 존재하고 있던 니오븀이 알루미늄에서 의해 치환되면서 용강 중에 들어가게 된다. 이렇게 되면, 정련이 완료되는 시점에서는 니오븀이 전로 출강 과정에서 투입된 양과 후속 정련 과정에서 투입된 양이 합해져서 목표하는 성분 범위를 초과하여 벗어나게 되는 문제가 야기된다. 즉, 성분 격외가 발생되고, 이에 정련이 완료된 용강이 반송되는 문제도 발생하게 된다.

KR 2014-0100059 A1

본 발명은 용강의 성분 조정을 용이하고 정확하게 할 수 있는 강의 정련 방법을 제공한다.

본 발명은 합금철의 실수율 및 정련 조업의 효율성을 증가시킬 수 있는 강의 정련 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 강의 정련 방법은 전로에서 처리된 용강을 래들로 출강하는 과정; 상기 래들을 버블링 스탠드로 이송하는 과정; 상기 버블링 스탠드에서 용강을 처리하는 과정; 상기 래들을 LF 설비로 이송하는 과정; 상기 LF 설비에서 용강을 처리하는 과정; 상기 LF 설비에서 용강의 온도를 측정하는 과정; 및 측정된 용강의 온도가 기준온도와 같거나 이보다 높을 경우, 니오븀을 함유하는 물질을 투입하는 과정;을 포함한다.

상기 측정된 용강의 온도가 상기 기준온도 보다 낮은 경우, 상기 LF 설비의 전극을 이용하여 용강을 승온한다.

상기 기준온도는 니오븀을 함유하는 물질의 용융점 온도와 같거나 이보다 높은 온도이다.

상기 기준 온도는 니오븀을 함유하는 물질의 용융점 온도보다 10 내지 30℃ 높은 것이 바람직하다.

상기 기준 온도는 1570 ℃인 것이 바람직하다.

상기 버블링 스탠드에서 용강을 처리하는 과정은, 상기 래들에 가스를 취입하여 용강을 버블링 하는 과정을 포함한다.

상기 버블링 스탠드에서 상기 용강을 버블링하는 도중 또는 버블링 전이나 후에 용강의 온도와 산소기전력을 측정하고, 측정된 산소기전력의 값에 따라 알루미늄 투입 여부를 결정하는 과정을 포함한다.

상기 측정된 산소기전력 값이 150mV 이하인 경우, 알루미늄을 투입하는 과정을 포함한다.

상기 버블링 스탠드에서 용강을 버블링하는 과정은, 상기 용강의 상부 및 하부에 가스를 취입하며, 상부 및 하부로 취입되는 가스의 유량이 오차 범위 내에서 동일하다.

상기 LF 설비에서 용강을 처리하는 과정; 상기 래들에 합금철을 투입하는 과정과, 상기 래들에 가스를 취입하여 용강을 버블링 하는 과정을 포함한다.

상기 LF 설비에서 상기 용강 처리를 개시하고, 소정 시간 버블링한 후, 상기 LF 설비에서 용강의 온도를 측정한다.

상기 LF 설비에서 용강을 버블링하는 과정은, 상기 용강의 상부 및 하부에 가스를 취입하며, 하부로 취입되는 가스의 유량이 상부로 취입되는 가스 유량보다 큰 것이 바람직하다.

상기 니오븀을 함유하는 물질은 철과 니오븀의 합금을 포함한다.

상기 니오븀을 투입하는 과정은, 상기 LF 설비 조업에서만 수행한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 강의 정련 방법에 의하면, 전로 조업 이후의 LF 조업에서 니오븀의 성분 조정을 수행하므로, 제조되는 강에서 니오븀을 정확한 범위로 조정할 수 있다. 즉, 정련 조업에서 니오븀의 성분 격외를 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 전로 출강 시에는 니오븀 합금철을 투입하지 않고, LF 조업에서 용강의 온도에 따라 니오븀 함유 물질의 투입 여부를 결정하여 투입하므로, 단순한 과정으로 니오븀 성분량을 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 목표하는 니오븀 함량에 맞추어, 니오븀 합금철을 정확하게 투입할 수 있으므로, 합금철 사용량을 줄이고, 실수율을 증가시킬 수 있다. 또한, 전로 이후의 정련 공정을 제어하여, 성분 균일화를 얻을 수 있다.

또한, 성분 격외를 억제하므로 용강의 반송을 방지할 수 있고, 이로부터, 용강의 처리 효율을 증가시키고, 생산성을 향상시키며, 용강 처리에 소요되는 처리비용을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 방법에 사용되는 공정설비를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 방법을 개념적으로 도시한 공정 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 과정을 구체적으로 도시한 공정 순서도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실험결과는 나타내는 특성표.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명의 설명을 위해, 도면은 과장되거나 확대될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 방법에 사용되는 공정설비를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련을 수행하는 장치는, 용강을 1차로 정련하는 전로(100)와, 전로(100)로부터 용강을 래들(200)로 공급받아, 상기 래들(200)을 이송하는 수강대차(미도시), 래들(100)을 전달받아 래들(200)에 저장된 용강을 2차 정련하는 버블링 스탠드(300) 및 LF 설비(400)로 구성된다.

전로(100)는 용강을 생산하는 설비로, 고로에서 만들어진 용선을 주입받고, 주입된 용선에 산소 등의 산화성 가스를 불어넣어 용선에 포함되는 불순물을 단시간 내에 산화 제거함으로써 양질의 용강(M)을 생산하는 설비이다. 전로(100)의 일측에는 출탕구(150)가 형성되어 용강이 출탕구를 통해 배출될 수 있다.

래들(200)은 전로로부터 출강되는 용강을 수강하는 일종의 용기로 이후 각종 설비 위치로 이동하며, 내부에 저장된 용강을 정련하는 데 사용된다.

수강대차는 전로(100)와 버블링 스탠드(300) 및 LF 설비(400) 사이에서 용강이 채워지는 래들(200)이 안착되어, 경로를 따라 주행하는 대차이다. 수강대차에는 래들(200)의 하부에 가스를 취입할 수 있는 버블링부를 포함할 수도 있다.

버블링 스탠드(300)는 용강(M)의 2차 정련을 수행하는 설비 중 하나로, 버블링에 의해 용강의 성분 및 온도를 보정할 수 있다. 이때 버블링은 래들(200)의 바닥면 노즐 및 상부에서 투입되는 랜스에 의해서, 용강(M)의 하부 및 상부에서 가스를 취입하여 수행할 수 있다. 이러한 버블링에 의하여 용강을 교반시켜 용강의 청정도를 향상시키고 개재물을 포집할 수 있다. 또한, 합금철 투입기를 배치하여, 필요에 따라 각종 합금철 및 부자재를 투입할 수도 있다. 예를 들면, 버블링 스탠드는 일반적으로 알려진 BAP 장 설비를 활용할 수도 있다.

LF 설비(50)는 용강(M)의 2차 정련을 수행하는 설비 중 하나로, 버블링 및 승온에 의해 용강의 성분 및 온도를 보정할 수 있다. 버블링은 래들(200)의 바닥면 노즐 및 상부 랜스에 의해서, 용강(M)의 하부 및 상부에서 가스를 취입하여 수행할 수 있다. 또한, 전극봉(43)에 전원을 인가하여 용강의 온도를 상승시킬 수 있다. 예컨대, 교류 3상의 전극봉을 사용하여 용강에 아크(arc)를 인가하는데, 발생된 아크열에 의하여 용강을 승온시킬 수 있다. 또한, 합금철 투입기(42)를 이용하여 각종 합금철 및 부자재를 투입할 수도 있다. 이처럼 용강 성분 제어를 위한 합금철 투입 제어, 용강 온도 제어를 실시하고, 상부 랜스 및 하부 노즐을 이용해 버블링을 실시하여 용강을 교반시켜, 용강의 청정도 및 합금철 용해도를 증가시킬 수 있다.

이와 같은 강의 정련 설비와 연관지어, 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 방법에 대해서 이하에서 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 방법을 개념적으로 도시한 공정 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 과정을 구체적으로 도시한 공정 순서도이다.

본 발명의 실시 예의 강의 정련 방법은 전로에서 처리된 용강을 래들로 출강하는 과정, 래들을 버블링 스탠드로 이송하는 과정, 버블링 스탠드에서 용강을 처리하는 과정, 래들을 LF 설비로 이송하는 과정, LF 설비에서 용강을 처리하는 과정, LF 설비에서 용강의 온도를 측정하는 과정, 측정된 용강의 온도가 기준온도와 같거나 이보다 높을 경우, 니오븀을 투입하는 과정, 및 LF 설비에서 용강의 성분을 확인하는 과정을 포함한다.

여기서 강은 니오븀을 합금원소로 첨가하고 LF 조업을 거쳐서 처리하는 강종을 대상으로 할 수 있다. 예를 들면, 석유수송관으로 사용되는 API재 혹은 자동차용 강판 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 용강을 정련하기 위해 전로 조업(S100), 버블링 스탠드 조업(S200) 및 LF 조업(S300)을 거치게 되면, 이중 LF 조업(S300)에서 니오븀 성분을 투입한다. 특히, LF 조업(S300)에서만 니오븀 함유 물질을 투입할 수도 있다. 또한, 이때, LF 조업(S300)에서의 용강 상태를 측정한 후, 소정의 조건을 만족하는 경우, 니오븀 함유 물질을 투입한다. 한편, 버블링 스탠드(300) 및 LF 설비(400) 조업에서 교반 조건 등 각 조업 조건을 제어하여 성분 균일화를 달성할 수 있다. 또한, 정련 방법은 각 설비 사이를 래들을 이용하여 용강을 이동시키는 이송 과정을 포함한다. 하기에서, 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 전로에서 취련 작업을 완료한다(S101), 전로 조업은 용강의 불순원소들을 제거하는 1차적인 정련 공정이다. 전로 조업이 끝나고, 용강을 래들(200)로 출강하기 전에 조업 조건을 측정한다(S102). 예를 들면, 용강의 온도를 측정하고, 용강 샘플을 채취하여 성분을 분석한다. 측정된 조업 조건은 후속되는 공정에 활용된다.

이어서, 전로로부터 수강대차의 래들로 용강의 출강을 개시한다(S103). 용강의 출강은 전로의 경동으로 인해 용강(M)이 전로(100)로부터 배출시키는 것이다. 경동은 전로(100)가 기울어지는 것을 의미하며, 전로(100)가 경동되면 전로(100)의 일측에 형성된 출탕구(150)를 통해 용강이 출강된다.

출강이 개시되면, 출강이 진행되는 동안 합금철을 투입한다(S104). 예를 들면, 출강 중에는 전로에서 정련된 용강의 탈류효율을 향상시키기 위해 슬래그의 조성을 적절한 범위로 제어할 수 있도록 생석회와 같은 조제재를 투입할 수 있다. 이에, 발열반응을 나타내는 조제재를 투입함으로써 전로에서 래들로 용강이 출강할 때에, 용강의 온도 하락을 억제할 수 있다. 또한, 강의 성분 조성을 위하여 망간, 실리콘, 크롬, 바나듐 등 미량 성분의 합금철을 투입할 수도 있다. 다만, 이때, 니오븀 성분 조정을 위한 합금원소 혹은 합금철은 투입하지 않는다.

출강이 완료되면(S105), 용강이 수강된 래들(200)을 수강대차를 이용하여 버블링 스탠드(300)로 이동시킨다(S201).

수강 래들(200)이 버블링 스탠드(300)에 장착되면, 조업 조건을 측정하고(S202), 버블링을 수행한다(S203). 이때, 조업 조건으로 온도 및 산소 기전력을 측정할 수 있고, 또한, 용강 샘플링을 수행할 수도 있다. 조업 조건을 측정하는 과정과 버블링을 수행하는 과정을 동시에 수행할 수도 있고, 순차적으로 수행할 수도 있으며, 버블링을 시작한 후에 조업 조건을 측정할 수도 있다. 측정된 조업 조건은 이후 공정에서 활용된다. 예를 들면, 용강의 온도가 목표 온도보다 높거나 낮으면 이를 조정할 수 있으며, 샘플링에 의하여 용강의 성분을 확인하고, 성분 조정에 이용할 수 있다. 또한, 측정된 산소 기전력의 값에 따라 알루미늄(Al) 투입 여부 및 투입량을 결정할 수 있다. 즉, 측정된 산소 기전력을 이용하여 용강 중의 산소 농도를 알 수 있으며, 산출된 산소 농도 값에 따라 용강 중의 알루미늄 농도를 추정하여 슬래그 및 용강에 필요한 알루미늄 공급을 제어할 수 있다(S204). 알루미늄을 투입하는 것은 용강(M) 상부의 슬래그(S) 중의 산소를 알루미늄과 반응시켜 슬래그 중 산소를 저감시키기 위해서이며, 또한 용강 중에 존재하는 산소를 제거하기 위해서이다. 측정되는 산소 기전력 값이 150mV를 초과하면 산소 농도가 낮은 것을 나타내므로, 알루미늄을 투입하지 않는다. 즉, 알루미늄 투입 과정이 생략된다. 반면, 산소 기전력 값이 150mV 이하이면, 산소 농도가 높은 것을 나타내므로 알루미늄을 투입한다. 이때, 투입되는 알루미늄의 량을 측정되는 산소 기전력 값과 반비례한다. 즉, 산소 기전력이 작을수록 산소 농도가 높은 것을 의미하므로, 투입되는 알루미늄의 량을 증가시킨다.

또한, 버블링 스탠드(300) 조업에서 버블링은 전로 출강 시에 투입된 합금철 등을 균일화하기 위해 수행되며, 용강의 상부 및 하부 모두로 가스를 취입하여 수행한다. 상부 및 하부로 취입되는 가스는 불활성 가스일 수 있고, 예를 들면 질소(N2), 아르곤(Ar) 가스 등이 일 수 있다. 또한, 상부 및 하부로 취입되는 가스의 유량은 오차 범위 내에서 동일할 수 있다. 상부 및 하부로 모두 가스를 취입하여 교반능을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상부 버블링 및 하부 버블링 시 각기 시간당 60Nm³ 이상의 아르곤 가스를 공급할 수 있다. 60Nm³/hr 미만의 유량으로 버블링을 수행하면 유량이 약해서 용강을 교반시키는 힘이 약해서 버블링 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, 버블링 스탠드(300) 조업에서 3분 이상 유지하면, 버블링을 수행할 수 있다. 이는 버블링 스탠드(300)에서의 반응은 슬래그와 용강의 계면 반응이기 때문에 용강과 슬래그와의 접촉을 충분히 유지하기 위해서이다.

버블링 스탠드(300)에서 처리가 완료되면, 수강대차를 이용하여 래들(200)을 이동하여 LF 설비(400)로 이동시킨다.

이후 LF 설비(400)에서 조업을 개시한다(S301). 이때, 버블링 스탠드(300)에서 측정된 온도와 성분을 이용하여 LF 조업을 수행한다. 예를 들면, 온도는 주조하기 적정한 온도가 유지될 수 있도록 조정되며, 버블링 스탠드(300)에서 확인된 성분을 감안하여, 성분 미세 조정을 위한 합금철을 투입할 수 있다. 또한, 래들(200)에 가스를 취입하여 버블링을 수행한다(S302). 합금철 투입과 버블링은 동시에 수행될 수도 있고, 순차적으로 수행될 수도 있으며, 순서가 바뀔 수도 있다. 예를 들면, 버블링이 개시된 후, 1 내지 3분 후에 합금철 및 알루미늄을 투입할 수 있다. 이때, 성분 조성을 위해, 망간, 실리콘, 타이타늄, 인, 바나듐 등의 성분이 투입될 수 있다. 또한, 투입된 알루미늄은 슬래그 혹은 용강 탈산을 수행할 수 있다. 다만, 니오븀 혹은 니오븀 합금은 투입하지 않는다.

LF 설비(400)에서 버블링은 용강의 상부 및 하부에 가스를 취입하여 수행할 수 있고, 하부로 취입되는 가스의 유량이 상부로 취입되는 가스 유량보다 클 수 있다. 하부로 취입되는 가스의 유량을 크게 하여, 용강의 승온을 촉진시킬 수 있다. 예를 들면, 하부 버블링은 60Nm³/hr 이상의 아르곤 가스를 취입하고, 상부 버블링은 40Nm³/hr 이상의 아르곤 가스를 취입할 수 있다. LF 설비(400)에서의 상하부 버블링은 성분균일화 및 슬래그와 용강 중의 평형을 이루게 하기 위해서이다. 이처럼, LF 설비에서 합금철을 투입하고, 버블링을 수행하면, 합금철은 슬래그 위로 떨어지게 되고, 이때, 강한 강욕교반에 의하여 합금 성분이 용강 중으로 치환되게 된다.

LF 조업을 개시하고 5 내지 7분이 경과한 후에 LF 설비에서 용강의 온도를 측정하고 샘플링을 수행한다(S303). 이때, 소정 시간을 유지하는 것은, 용강이 충분히 교반되도록 하기 위해서이다. 충분한 버블링 후, LF 설비의 용강에서 측정된 온도를 기준온도와 비교한다(S304). 측정된 온도가 기준온도와 같거나 이보다 높은 경우에는 니오븀(Nb)을 함유하는 물질을 투입하고(S400), 측정된 용강의 온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우, LF 설비에서 용강을 승온한다(S305). 즉, LF 설비의 전극을 이용하여 용강을 가열하여 용강의 온도를 목적하는 온도로 승온한다. 이때, 니오븀을 함유하는 물질은 니오븀 단일 물질일 수도 있고, 니오븀과 다른 원소가 결합된 합금일 수도 있다. 예를 들면, 니오븀과 철을 함유하는 합금일 수 있고 통상 니오븀 함량이 60 내지 80중량% 정도이다.

니오븀은 희귀금속으로 용융점(녹는점)이 대략 2468℃로 매우 높고, 니오븀 함유 합금 예를 들어 니오븀과 철의 합금인 페로니오븀(FeNb)의 용융점은 대략 1550℃로 다른 합금철에 비하여 용융온도가 높다. 이에 용강에 첨가되는 니오븀 성분의 상태에 따라 다소 차이는 있지만, 니오븀은 높은 용융점으로 인해 탈산제(알루미늄)에 의한 치환이 다른 성분이 비하여 느리다. 이에, 용강에 니오븀 성분을 투입할 때, 용강의 온도를 조절하고, 니오븀 성분의 치환이 용이하게 이루어질 수 환경을 조성한 후, 니오븀 성분을 투입하면, 니오븀을 용강 내에 효율적이고 안정적으로 분포시킬 수 있다. 이에, 니오븀 성분을 투입하는 기준온도는 니오븀을 함유하는 물질의 용융점 온도와 같거나 이보다 높은 온도로 설정할 수 있다. 예를 들면, 1550℃ 이상으로 설정할 수 있다. 즉, 페로니오븀의 용융점을 기준온도로 설정할 수 있다. 이는 니오븀 단일 금속은 희귀금속으로 매우 고가이고 상기한 바와 같이 매우 높은 용융점을 가지기 때문에, 보다 저렴하고 저 용융점을 가지는 페로니오븀과 같은 합금을 사용하는 것이 여러 면에서 경제적이기 때문이다. 물론, 니오븀 성분 조정을 위하여 투입되는 자재가 페로니오븀으로 한정되는 것은 아니며, 니오븀을 공급할 수 있으면 충분하다. 또한, 기준온도는 니오븀을 함유하는 물질의 용융점 온도보다 높을 수 있다. 예를 들면, 기준온도를 1570℃로 설정할 수 있다. 이는, 공급된 니오븀 원료가 용융될 뿐만 아니라, 탈산제(예;알루미늄)와 치환되고, 용강으로 확산되는 속도까지 고려하기 때문이다. 즉, 기준온도를 니오븀을 함유하는 물질의 용융점 온도보다 10 내지 30℃ 정도 높게 설정하여, 투입된 니오븀 성분을 신속하게 용융시키고, 치환 및 확산시킬 수 있다. 이로부터 용강에서 니오븀 성분 조정을 신속하고 정확하게 수행할 수 있다. 또한, 니오븀 성분을 투입할 때 그 투입량은 목표하는 니오븀의 함량 및 니오븀 실수율에 따라 결정될 수 있다. 또한, 페로니오븀 등 합금철 상태로 투입할 때는 합금철에서 니오븀의 함유율도 고려한다. 예를 들면, 페로니오븀의 투입량은 하기와 같은 식에 의하여 결정할 수 있다.

Fe-Nb 투입량= 용강량X목표[Nb](%)/([Nb]함유율(%)X[Nb]실수율(%))

이처럼, 니오븀 투입이 종료된 후, 버블링을 계속하면서, 용강에서 샘플을 채취하여, 성분을 확인한다(S306). 이후, 측정된 각 성분이 목표하는 각 성분의 범위에 부합하지 않는 경우, 각종 합금철을 투입하여 성분 미세 조정(S307)을 실시한다. 이후, 소정 시간 버블링을 계속한다(S308). 이때 버블링은 8분 이상 실시할 수 있으며, 하부에서 아르곤 가스를 취입하는 하부 버블링을 수행할 수 있다. 이러한 버블링으로 니오븀 및 각종 합금철의 성분균일화를 달성하고, 용강의 청정도를 향상시키기 위해서이다. 즉, 비금속개재물을 포집하기 위해서이다. 8분 미만으로 버블링하는 경우에는 실수율이 저하되고 용강의 청정도가 저하되어 후속 공정에서 제강성 개재물이 검출될 수 있기 때문이다. 충분한 버블링이 수행된 후, LF 조업을 완료한다(S309). 물론, 니오븀 투입 후의 미세 성분 조정 작업 등은 생략될 수도 있다.

하기에서는 본 발명 실시 예에 의해서 정련되는 강의 특성 평가 결과를 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실험결과는 나타내는 특성표이다.

특성 평가를 위하여 용강을 준비하고, 각 조건별로 정련을 진행하고, Nb 성분량 및 변화를 측정하였다. 목표하는 니오븀의 성분 범위는 용강에 대하여 0.035 내지 0.04 중량% 였다. 종래예 및 실험예 모두 각기 용강 275톤을 사용하였으며, 최초 니오븀 투입량을 185kg으로 동일하게 하였으며, 니오븀 투입을 위해 니오븀 함량이 대략 65중량%인 페로니오븀을 사용하였다. 또한, 종래예 및 실험예 모두 전로 조업, 버블링 스탠드 조업 및 LF 설비 조업을 실시하였다. 각 조업의 세부 과정은 상기에서 상세히 설명되었으므로, 그 설명을 생략한다. 종래예에서는 페로니오븀을 전로 출강 과정에서 투입하였으며, 실험예에서는 LF설비에서 용강의 온도를 측정한 후 기준조건을 만족시킬 때, 즉, 용강 온도 1570℃ 이상에서 페로니오븀을 LF 설비에 투입하였다. 종래예1 및 2에서는 버블링 스탠드에서 버블링 조건 변화를 주었다. 즉, 종래예1은 상부 버블링을 수행하였으며, 종래예2는 상부 및 하부 버블링을 수행하였다. 실험예1 내지 3에서는 버블링 스탠드에서 종래예2와 동일한 상하부 버블링을 수행하였으며, LF설비에서 측정되는 산소 기전력에 따라 알루미늄 투입량을 변화시켰다. 상기의 정련 과정을 수행하면서, 각 단계에서 니오븀 함량을 측정하였다. 측정1은 버블링 스탠드 조업 중에 측정된 값이며, 즉, 전로 출강 시에 합금철이 투입된 후 측정된(버블링 스탠드에서 측정) 니오븀 함량 값이고, 측정2는 LF 설비 조업 말미, 즉 모든 합금철이 투입된 후 측정된 니오븀 함량 값이다. 또한, 측정3은 주편을 제조하는 연주 조업에서 측정된 니오븀 함량 값이다.

우선, 종래예에서는 측정1의 니오븀 함량이 모두 목표 성분 범위에 미치지 못하였다. 즉, 전로 출강 시의 페로니오븀 투입만으로 니오븀 조성을 맞출 수 없었다. 이에, 전로 출강 이후의 조업 과정에서 페로니오븀을 추가로 투입하였다. 종래예별로 55kg 및 46kf을 각기 추가로 투입하였다. 이러한 추가 투입은 기타 합금철이 투입되는 단계에서 동시에 이루어졌다. 추가 투입 후에, 측정2에서 측정된 니오븀 함량은 목표 성분 범위를 만족시켰다. 그러나, 용강의 정련이 종료되고, 연주 조업에서 측정된 종래예1 및 2의 니오븀 함량은 목표 성분 범위를 초과하였으며, 성분 격외가 발생되었다. 종래예에서는 전로 출강 중에 페로니오븀을 투입하였으므로, 충분히 용융 및 치환되지 못하여, 투입량에 비하여 용강에 치환 확산된 량이 적은 것을 알 수 있었다. 이 때문에 페로니오븀을 추가로 투입하는 경우, 정련 조업에서의 용강의 버블링 및 온도 상승에 의하여 슬래그의 탈산이 진행되고, 용강 및 슬래그의 온도가 높아지면서 슬래그 중에 존재하고 있던 니오븀이 알루미늄에 의하여 치환되면서 용강에 들어가게 된다. 이렇게 되면 정련이 완료되는 시점에서는 전로 출장 중에 투입된 니오븀과 추가로 투입된 니오븀의 양이 합해져서 결국 목표 성분 범위를 초과하게 되는 것이다. 이처럼 종래예에서는 용강 중의 니오븀 조성 범위를 맞추기가 매우 어렵고, 성분 격외가 발생되며, 불필요한 자재의 추가 투입이 야기된다. 한편, 버블링 스탠드에서 상부 버블링만 수행하는 것보다는 상하부 버블링은 모두 수행하는 경우, 성분 격외 되는 정도가 감소되는 것을 알 수 있었다.

반면, 실험예에서는 모두 목표 성분 범위를 달성하는 것이 관찰되었다. 우선, 실험예는 전로 출강 시에는 페로니오븀이 전혀 투입되지 않으므로 측정1에서는 니오븀이 매우 미량 검출되었다. 또한, LF 설비에서 용강 온도를 조정하고 페로니오븀을 투입한 후에 측정되는 측정2의 니오븀 함량은 모두 목표 성분 범위를 만족시키는 것이 관찰되었다. 이어서 별도의 추가 투입 없이, 연속 주조 조업에서 측정되는 측정2의 니오븀 함량도 모두 목표 성분 범위를 만족시키는 것이 관찰되었다. 이처럼, 실험예는 한 번의 투입으로 니오븀 조성을 정확하게 조정할 수 있었으며, 니오븀이 용강 내에서 신속하게 용융 및 치환되어 이후 조업에서 측정되는 함량 값에서 변동이 매우 작았다. 이로부터 본 발명의 실시 예는 니오븀 성분 조정을 매우 용이하고 정확하게 할 수 있으며, 별도의 추가 투입도 불필요한 것을 알 수 있었다. 한편, 니오븀을 투입하기 전에 버블링 스탠드에서 측정되는 산소 기전력에 따라 알루미늄을 투입하면, 이후 성분 조정 및 안정화에 유리한 것을 알 수 있었다. 즉, 버블링 스탠드에서 투입되는 알루미늄은 슬래그 중 산소와 반응하여, 산소와 니오븀이 반응하는 것을 저지하므로, 니오븀의 실수율이 저하되는 것을 방지하게 되므로 니오븀 성분 조성의 정확도를 상승시킬 수 있었다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100 : 전로 200 : 래들
300 : 버블링 스탠드 400 : LF 설비

Claims (14)

1. 강을 정련하는 방법으로서,
   전로에서 처리된 용강을 래들로 출강하는 과정;
   상기 래들을 버블링 스탠드로 이송하는 과정;
   상기 버블링 스탠드에서 용강을 처리하는 과정;
   상기 래들을 LF 설비로 이송하는 과정;
   상기 LF 설비에서 용강을 처리하는 과정;
   상기 LF 설비에서 용강의 온도를 측정하는 과정; 및
   측정된 용강의 온도가 기준온도와 같거나 이보다 높을 경우, 니오븀을 함유하는 물질을 투입하는 과정;을 포함하는 강의 정련 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 측정된 용강의 온도가 상기 기준온도 보다 낮은 경우, 상기 LF 설비의 전극을 이용하여 용강을 승온하는 강의 정련 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 기준온도는 니오븀을 함유하는 물질의 용융점 온도와 같거나 이보다 높은 온도인 강의 정련 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
   상기 기준 온도는 니오븀을 함유하는 물질의 용융점 온도보다 10 내지 30℃ 높은 강의 정련 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 기준 온도는 1570 ℃인 강의 정련 방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 버블링 스탠드에서 용강을 처리하는 과정은,
   상기 래들에 가스를 취입하여 용강을 버블링 하는 과정을 포함하는 강의 정련 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 버블링 스탠드에서 상기 용강을 버블링하는 도중 또는 버블링 전이나 후에 용강의 온도와 산소기전력을 측정하고,
   측정된 산소기전력의 값에 따라 알루미늄 투입 여부를 결정하는 과정을 포함하는 강의 정련 방법.
8. 청구항 7 에 있어서,
   상기 측정된 산소기전력 값이 150mV 이하인 경우, 알루미늄을 투입하는 과정을 포함하는 강의 정련 방법.
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 버블링 스탠드에서 용강을 버블링하는 과정은,
   상기 용강의 상부 및 하부에 가스를 취입하며, 상부 및 하부로 취입되는 가스의 유량이 오차 범위 내에서 동일한 강의 정련 방법.
10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 LF 설비에서 용강을 처리하는 과정;
    상기 래들에 합금철을 투입하는 과정과, 상기 래들에 가스를 취입하여 용강을 버블링 하는 과정을 포함하는 강의 정련 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 LF 설비에서 상기 용강 처리를 개시하고, 소정 시간 버블링한 후, 상기 LF 설비에서 용강의 온도를 측정하는 강의 정련 방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 LF 설비에서 용강을 버블링하는 과정은, 상기 용강의 상부 및 하부에 가스를 취입하며, 하부로 취입되는 가스의 유량이 상부로 취입되는 가스 유량보다 큰 강의 정련 방법.
13. 청구항 3에 있어서,
    상기 니오븀을 함유하는 물질은 철과 니오븀의 합금을 포함하는 강의 정련 방법.
14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 니오븀을 투입하는 과정은, 상기 LF 설비 조업에서만 수행하는 강의 정련 방법.
    

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