KR20190011078A - 강의 정련방법 - Google Patents

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KR20190011078A KR1020170093588A KR20170093588A KR20190011078A KR 20190011078 A KR20190011078 A KR 20190011078A KR 1020170093588 A KR1020170093588 A KR 1020170093588A KR 20170093588 A KR20170093588 A KR 20170093588A KR 20190011078 A KR20190011078 A KR 20190011078A
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Abstract

본 발명은 강의 정련방법에 관한 것으로서, 용강을 마련하는 과정과, 상기 용강을 취련하는 과정과, 상기 용강의 응고온도를 산출하는 과정과, 상기 응고온도를 이용하여 용강의 탄소 농도를 산출하는 과정 및 상기 산출된 탄소 농도를 이용하여 취련 조건을 결정하는 과정을 포함하고, 용강을 취련하는 과정에서 용강의 성분 분석을 실시간으로 수행함으로써 취련 종료 시 용강의 온도 및 탄소 농도의 적중률을 향상시킬 수 있다

Description

강의 정련방법{A refining method for molten steel}
본 발명은 강의 정련방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정련 효율을 향상시킬 수 있는 강의 정련방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인리스강의 제조공정은 스테인리스 고철과 합금철을 용해하여 스테인리스 용탕을 제조하는 전기로 공정과, 스테인리스 용탕의 탄소 제거, 승온 및 성분을 제어하는 정련로 공정, 그리고 스테인리스 용강을 이용하여 주조하는 공정을 포함한다.
이러한 공정 중 산소를 취입하여 탈탄, 승온 및 성분제어를 실시하는 정련로 공정에 사용되는 대표적 설비는 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 설비이다.
AOD 설비는 산소와 불활성가스를 스테인리스 용탕에 취입하는 장치인 횡취 투이어와, 반응용기 상부에서 산소를 취입하는 장치인 상취랜스와, 정련 도중 용탕의 온도 측정과 성분분석용 시료 채취를 실시하는 서브랜스를 포함한다.
이와 같은 AOD 공정에서는 산소를 취입하여 탈소를 제거할 때 유가금속인 크롬(Cr)의 산화를 동반하기 때문에 탈탄을 마친 후, 산화력이 강한 Fe-Si이나 Al 등을 반응용기 내에 투입하여 슬래그 중의 크롬산화물을 다시 용강 중으로 회수하는 환원단계를 거친다.
한편, AOD 공정은 용강의 성분에 따라 탈탄 후 용강의 목표 탄소 농도를 결정하고, 이에 따라 취련조건을 산출하여 취련을 실시한다. 그리고 취련 중 서브랜스를 이용하여 용강을 채취한 후 분석실에 용강 중 탄소 농도를 측정한 다음, 측졍 결과에 따라 취련조건을 재산출하고, 재산출된 취련조건을 이용하여 취련을 실시한다. 그런데 취련 중 용강의 성분을 측정하는데 비교적 오랜 시간이 소요되어 효율적인 취련을 실시하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 용강의 성분을 분석하고, 이를 이용하여 취련조건을 재산출하는 동안 과취가 발생할 수 있다. 이 경우 크롬 산화물의 발생이 증가하고, 이에 따라 환원제의 사용량이 증가할 수 있으며, 정련로 내 용강의 체류 시간이 증가하여 내화물의 손상이 불가피하다는 문제점도 있다.
KR 2003-0052730 A KR 1183836 B
본 발명은 정련 효율을 향상시킬 수 있는 강의 정련방법을 제공한다.
본 발명은 내화물의 수명을 향상시킬 수 있는 강의 정련방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 강의 정련방법은, 용강을 마련하는 과정; 상기 용강을 취련하는 과정; 상기 용강의 응고온도를 산출하는 과정; 상기 응고온도를 이용하여 용강의 탄소 농도를 산출하는 과정; 및 상기 산출된 탄소 농도를 이용하여 취련 조건을 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 용강을 취련하는 과정 이전에, 상기 용강의 온도와 탄소 농도를 측정하는 과정; 및 상기 용강의 온도와 탄소 농도에 따라 취련 조건을 산출하는 과정;을 수행할 수 있다.
상기 용강을 취련하는 과정은 서로 다른 취련 조건을 갖는 적어도 하나 이상의 취련 단계를 포함할 수 있다.
상기 용강을 마련하는 과정 이전에 상기 탄소 농도 데이터를 마련하는 과정을 포함하고, 상기 탄소 농도 데이터는 상기 각 취련 조건으로 용강을 취련했을 때 예측되는 용강의 탄소 농도를 포함할 수 있다.
상기 용강의 응고온도를 산출하는 과정은, 상기 용강을 채취하는 과정; 및
시간에 따라 상기 채취된 용강의 온도를 측정하는 과정;을 포함하고, 상기 채취된 용강의 온도를 측정하는 과정에서 상기 측정되는 온도가 일정 시간동안 변화하지 않고 유지되는 온도를 상기 응고온도로 산출할 수 있다.
상기 용강의 탄소 농도를 산출하는 과정은, 하기의 식을 이용하여 수행할 수 있다.
식) 응고온도 = A × C + M
여기에서 A와 M은 용강 중 Cr, Ni 및 탄소 농도에 따라 정해지는 상수, C는 탄소 농도임.
상기 용강이 Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하며, 상기 탄소 농도 데이터가 0.4wt% 이상인 경우, 상기 A는 -57.006이고, 상기 M은 1452.6일 수 있다.
상기 용강이 Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하며, 상기 탄소 농도 데이터가 0.15wt% 이하인 경우, 상기 A는 -94.461이고, 상기 M은 1467.8 일 수 있다.
상기 용강이 Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하며, 상기 탄소 농도 데이터가 0.15wt% 초과, 0.4wt% 미만인 경우, 상기 A는 -89.196이고, 상기 M은 1467.3일 수 있다.
상기 용강이 Cr을 15.5wt% 이상, 16.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 8.5wt% 이상, 11wt% 미만으로 포함하는 경우, 상기 A는 -73.132이고, 상기 M은 1455.9일 수 있다.
상기 취련 조건을 결정하는 과정은, 상기 탄소 농도 데이터와 상기 산출된 탄소 농도를 비교하는 과정; 및 상기 탄소 농도 데이터와 상기 산출된 탄소 농도를 비교한 결과에 따라 취련 조건을 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 취련 조건을 결정하는 과정은, 상기 산출된 탄소 농도와 상기 탄소 농도 데이터의 차이값의 절대값이 상기 탄소 농도 데이터의 3% 미만인 경우, 취련이 정상적으로 이루어지는 것으로 판단하고, 상기 산출된 취련 조건을 유지하는 것으로 결정할 수 있다.
상기 취련 조건을 결정하는 과정은, 상기 산출된 탄소 농도와 상기 탄소 농도 데이터의 차이값의 절대값이 상기 탄소 농도 데이터의 3% 이상인 경우, 상기 산출된 취련 조건을 변경하는 것으로 결정하고, 취련 조건을 재산출하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 취련 조건을 재산출하는 과정은, 상기 산출된 탄소 농도가 상기 탄소 농도 데이터보다 낮은 경우, 상기 취련 조건을 산출하는 과정에서 산출된 취련 시간보다 취련 시간을 단축시키도록 취련 조건을 재산출할 수 있다.
상기 취련조건을 재산출하는 과정은, 상기 산출된 탄소 농도가 상기 탄소 농도 데이터보다 높은 경우, 적어도 상기 취련 조건을 산출하는 과정에서 산출된 취련 시간을 유지할 수 있도록 취련 조건을 재산출할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 스테인리스 강의 정련 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 용강을 취련하는 과정에서 용강의 성분 분석을 실시간으로 수행함으로써 취련 종료 시 용강의 온도 및 탄소 농도의 적중률을 향상시킬 수 있다.
또한, 최적의 조건으로 취련을 실시하여 취련 시간을 단축할 수 있고, 과취로 인한 크롬 산화물의 생성을 억제하여 환원제의 사용량을 감소시킬 수 있다. 또한, 정련로 내 용강의 체류 시간을 단축하여 정련로 내화물의 용손을 억제하여 내화물의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법을 보여주는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에서 취련 조건의 일 예를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에서 용강 중 탄소 농도를 측정하는 원리를 설명하기 위한 그래프.
도 5는 용강의 응고온도와 용강 중 탄소 농도를 측정한 결과를 보여주는 그래프.
도 6은 취련 중 측정된 용강의 응고온도를 이용하여 탄소 농도를 산출하는 제어부의 일부 구성을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에 의한 정련 시간 단축 효과를 설명하기 위한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에 의한 정련로 내화물의 수명 향상 효과를 설명하기 위한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 강의 정련방법이 적용되는 정련장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 강의 정련장치는 용강에 아르곤(Ar), 산소(O2) 및 질소(N2) 중 어느 하나의 가스를 용강에 취입할 수 있는 상취랜스(300) 및 횡취노즐(110)을 이용하여 용강 중 탄소 성분을 제거할 수 있다. 이와 같은 정련장치는 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 설비로 명명될 수 있다.
정련장치는 내부에 용강을 수용할 수 있는 공간이 형성되는 정련로(100)와, 정련로(100)의 상부에 구비되고 탈탄 및 교반을 위해 취입된 가스와 투입된 원료에서 발생되는 분진을 집진하는 집진후드(200)와, 정련로(100)의 상부에서 용강에 가스(아르곤(Ar), 산소(O2) 및 질소(N2) 중 적어도 어느 하나의 가스일 수 있으며, 이하에서는 가스라 한다.)를 취입하는 상취랜스(200)와, 상취랜스(200)의 일측에 구비되고 용강의 샘플을 채취하고 온도를 측정하기 위한 서브랜스(400)와, 목표 성분의 적중을 위한 원료를 투입하는 원료투입기(500)와, 정련로(100)의 하부 측면에서 용강으로 가스를 취입하기 위한 횡취노즐(110)을 포함할 수 있다.
또한, 용강의 성분, 용강의 온도 등을 이용하여 취련조건을 산출하고, 산출된 취련조건을 이용하여 상취랜스(200), 서브랜스(400), 횡취노즐(110) 및 원료투입기(500)의 동작을 제어하는 제어부(600)를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 상취랜스(200)와 횡취노즐(110)으로 용강에 가스를 취입하여 용강을 교반하면서 탈탄 반응을 일으켜 용강 중 탄소를 제거할 수 있다. 그리고 이 과정에서 발생하는 금속산화물, 예컨대 크롬 산화물은 원료투입기(500)를 통해 원료, 예컨대 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 등과 반응하여 환원될 수 있다.
용강을 취련하는 과정에서 서브랜스(400)를 이용하여 용강 샘플을 채취할 수 있다. 서브랜스(400)는 채취된 용강의 온도 변화를 측정하고, 측정된 결과는 제어부(600)로 전달될 수 있다. 이때, 서브랜스(400)에는 채취된 용강 샘플을 저장할 수 있는 챔버(미도시)와, 챔버에 저장된 용강 샘플의 온도를 측정할 수 있는 온도측정기(미도시)를 포함하는 프로브(미도시)가 구비될 수 있다. 용강 샘플이 저장되는 챔버는 용강 중으로 탄소 성분이 픽업되는 것을 방지하기 위하여 내벽에 알루미나 등으로 형성된 코팅층을 구비할 수 있다.
제어부(600)는 이전 조업들을 진행하면서 마련된 탄소 농도 데이터를 저장하고 있을 수 있다. 탄소 농도 데이터는 취련 전 용강의 탄소 농도와, 취련을 진행함에 따라 변화하는 용강 중 탄소 농도를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(600)는 서브랜스(400)에서 전달된 측정 결과를 이용하여 용강의 응고 온도를 측정하고, 측정된 응고 온도를 이용하여 용강 중 탄소 농도를 산출할 수 있다. 그리고 제어부(600)는 산출된 탄소 농도를 이용하여 용강의 취련조건을 재산출하고, 재산출된 취련조건에 따라 상취랜스(200) 및 횡취노즐(110)의 동작을 제어할 수 있다. 이와 관련해서는 나중에 상세히 설명하기로 한다.
이와 같은 구성을 통해 본 발명은 취련 중 용강의 탄소 농도를 실시간으로 산출하여 조업에 반영할 수 있다. 따라서 분석실에서 이루어지던 용강 중 탄소 분석 시간을 단축하여 정련 효율을 향상시킬 수 있고, 정련로의 내화물의 수명을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법을 보여주는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에서 취련 조건의 일 예를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에서 용강 중 탄소 농도를 측정하는 원리를 설명하기 위한 그래프이고, 도 5는 용강의 응고온도와 용강 중 탄소 농도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이고, 도 6은 취련 중 측정된 용강의 응고온도를 이용하여 탄소 농도를 산출하는 제어부의 일부 구성을 보여주는 도면이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에 의한 정련 시간 단축 효과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법에 의한 정련로 내화물의 수명 향상 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련방법은, 용강을 마련하는 과정(S100)과, 용강의 온도 및 탄소 농도를 측정하는 과정(S102)과, 취련 시 용강의 탄소 농도 변화를 예측하여 취련조건을 산출하는 과정(S104)과, 산출된 취련조건으로 취련하는 과정(S106)과, 용강 샘플을 채취하여 용강의 온도를 분석하여 응고온도를 측정하는 과정(S108)과, 측정된 응고온도를 이용하여 용강의 탄소 농도를 산출하는 과정(S110)과, 기 저장되어 있는 탄소 농도 데이터(CE)와 산출된 탄소 농도(CC)를 비교하는 과정(S112)과, 탄소 농도 데이터(CE)와 산출된 탄소 농도(CC)를 비교한 결과에 따라 취련조건을 결정하는 과정을 포함할 수 있다.
용강은 전기로에서 제조되고, Cr과 Ni을 포함하는 스테인리스 용강일 수 있다.
전기로에서 제조된 용강은 래들에 수강된 정련장소로 이송되어, 정련로(100)에 장입될 수 있다.
정련로(100)에 용강을 장입하기 전 또는 장입한 후 용강을 채취하여 용강의 온도와 성분을 측정한다. 이때, 용강의 성분은 용강 중 탄소 농도(CM)를 포함할 수 있다.
그리고 측정된 용강의 온도와 성분에 따라 취련 중 및 취련 후 용강이 목표로 하는 성분을 갖도록 취련조건을 산출한다. 이때, 취련조건은 취련 후 예측되는 탄소 농도를 고려하여 산출될 수 있다. 이때, 예측되는 탄소 농도는 취련 단계마다 목표로 하는 탄소 농도이거나 이전 조업에서 누적되는 데이터를 이용하여 마련된 탄소 농도 데이터일 수 있다. 이하에서는 예측되는 탄소 농도를 탄소 농도 데이터(CE)라 한다.
용강의 취련은 서로 다른 취련 조건을 갖는 적어도 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 예컨대 용강의 취련은 도 3에 도시된 바와 같이 예컨대 5단계로 이루어질 수 있는데, 각 단계마다 목표로 하는 탄소 농도가 다르기 때문에 취련 조건 역시 상이할 수 있다. 이에 취련조건은 각 단계에서 용강의 탄소 농도 데이터(CE)를 고려하여 각 단계마다 서로 다른 취련 조건을 갖도록 산출될 수 있다.
취련조건이 산출되면, 상취랜스(300)와 횡취노즐(110) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 가스를 취입하면서 취련을 실시할 수 있다.
취련 중 서브랜스(400)에 구비되는 프로브를 이용하여 용강 샘플을 채취할 수 있다. 용강 샘플의 채취는 1단계 내지 5단계 중 적어도 어느 한 단계에서 수행될 수 있으며, 예컨대 각 단계가 종료될 때마다 수행할 수 있다.
채취된 용강 샘플은 프로브에서 냉각되면서 온도 변화가 발생하게 된다. 프로브는 용강 샘플의 온도를 시간에 따라 지속적으로 측정하여 제어부(600)에 측정 결과를 전송할 수 있다.
제어부(600)에서는 프로브에서 전송되는 용강 샘플의 온도를 분석하여, 용강의 응고온도를 측정할 수 있다. 도 4의 (a)를 참조하면, 응고온도는 용강 중 탄소 농도가 낮아질수록 감소한다. 또한, 용강 중 탄소 농도에 따라 응고온도가 달라진다. 이러한 특징을 이용하여 용강의 온도 측정을 통해 채취된 용강 샘플의 응고온도를 측정할 수 있다. 도 4의 (b)를 참조하면, 물질이 액상에서 고상으로 상변이될 때 온도가 변화하지 않고 일정 시간 동안 일정하게 유지되는 구간이 발생하게 되면, 이 구간에서의 온도를 응고온도로 측정할 수 있다.
한편, 정련 과정에서 스테인리스 강은 1600 내지 1750℃ 정도의 온도를 갖고, 응고온도는 1450℃ 정도이다. 따라서 응고온도를 신속하게 측정하기 위해서는 프로브의 냉각능을 향상시켜 채취된 용강 샘플을 강제적으로 냉각시킬 수도 있다.
채취된 용강 샘플의 응고온도가 측정되면, 제어부(600)에서는 측정된 응고온도를 이용하여 용강 샘플의 탄소 농도(CC)를 산출할 수 있다. 제어부(600)는 도 6에 도시된 바와 같이 모니터를 통해 작업자에게 취련 중 측정되는 용강 온도 및 응고온도를 수치 및 그래프로 제공하고, 응고온도를 이용하여 산출되는 탄소 농도(CC) 등을 수치로 제공할 수 있다.
용강 중 Cr 및 Ni 농도가 높은 경우, 강종에 따라 Cr 및 Ni 농도의 변화폭이 크기 때문에 Cr 및 Ni 농도에 따른 탄소 농도(CC)의 변화를 고려해야 한다. 따라서 다양한 강종의 스테인리스 강을 제조할 때 탄소 농도를 정확하게 측정하기 위해서는 강종 별 또는 Cr 및 Ni 농도에 따른 탄소 농도(CC)를 측정하기 위한 식을 다르게 적용해야한다.
용강 샘플의 탄소 농도(CC)는 하기의 식1로부터 산출할 수 있다.
식1) 응고온도 = A × CC + M
여기에서 A와 M은 용강 중 Cr, Ni 및 탄소 농도 데이터(CE)에 따라 정해지는 상수이고, CC는 탄소 농도이다.
상기 식1을 Cr, Ni 및 탄소 농도 데이터(CE)에 따라 구분하면 하기의 식2 내지 5로 나타낼 수 있다.
Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하는 용강을 이용하는 경우, 하기의 식2 내지 4를 이용하여 탄소 농도(CC)를 산출할 수 있다. 이때, 탄소 농도 데이터는 용강 샘플을 채취한 시점에서 탄소 농도 데이터(CE)를 의미한다. 예컨대 탄소 농도 데이터(CE)는 초기 산출된 취련 조건으로 1단계 취련을 완료하였을 때 예측되는 용강 중 탄소 농도를 의미할 수 있다.
그리고 Cr을 15.5wt% 이상, 16.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 8.5wt% 이상, 11wt% 미만으로 포함하는 용강을 이용하는 경우 상기 식 4를 이용하여 탄소 농도(CC)를 산출할 수 있다.
식2) 응고온도= -57.006×CC+1452.6 (탄소 농도 데이터(CE)가 0.4wt% 이상인 경우)
식3) 응고온도= -94.461×CC+1467.8 (탄소 농도 데이터(CE)가 0.15wt% 이하인 경우)
식4) 응고온도= -89.196×CC+1467.3 (탄소 농도 데이터(CE)가 0.15wt% 초과, 0.4wt% 미만인 경우)
식5) 응고온도= -73.132×CC+1455.9
여기에서 상기 식2 내지 4는 도 5에 도시된 OES(Optical Emission Spectroscopy) 분석 결과를 이용하여 도출되었다. 탄소 농도와 응고온도는 거의 비례관계를 가지며 변화할 수 있다. 그러나 탄소 농도와 응고온도가 완전히 비례하는 것이 아니기 때문에, 보다 정확한 탄소 농도(CC)를 산출하기 위하여 탄소 농도 데이터(CE)에 따라 a, b 및 c 구간으로 구분하고 각 구간에서 탄소 농도(CC)를 산출하기 위한 식을 도출하였다.
이와 같이 채취된 용강 샘플의 탄소 농도(CC)가 산출되면, 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE)를 비교한다. 여기에서 탄소 농도(CC)란 용강 샘플 채취 시 용강의 탄소 농도를 의미할 수 있다. 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE)의 비교란, 하기 식6)에 기재된 바와 같이 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE) 간의 차이 또는 편차를 의미한다.
식6) CC-CE=ΔC
산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(Cㄸ)와 비교한 결과, 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE)의 편차, 또는 차이값의 절대값(│ΔC│)이 탄소 농도 데이터(CE)의 3% 이상인 경우에는 취련조건을 재산출(S114)한 후 재산출된 취련조건으로 취련을 실시(S116)할 수 있다.
반면, 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(Cㄸ)와 비교한 결과, 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE)의 편차, 또는 차이값의 절대값(│ΔC│)이 탄소 농도 데이터(CE)의 3% 미만인 경우에는 초기 산출된 취련조건을 그대로 유지하여 취련을 수행할 수 있다.
아래의 표1에 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE)를 비교한 예를 나타내었다. 여기에서 실험예1 내지 3은 Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하는 용강을 이용하여 수행되었다.
용강온도
(℃)		 응고온도
(℃)		 탄소 농도 데이터
(wt%)		 산출된 탄소 농도
(wt%)		 편차
실험 예1 1690 1430 0.410 0.3964 0.0136
실험 예2 1691 1428 0.418 0.4315 -0.0135
실험 예3 1711 1425.8 0.470 0.4701 +0.0001
실험 예1 내지 3은 용강 샘플 채취 시점에서 탄소 농도 데이터(CE)가 4wt% 이상이므로 탄소 농도(CC) 산출 시 상기 식1을 적용하였다.
상기 표1을 참조하면, 실험예1의 경우 용강 샘플의 응고온도는 1430℃로 측정되었고, 측정된 응고온도를 식2에 대입한 결과, 용강 샘플의 탄소 농도(CC)는 0.3964wt%로 산출되었다. 이때, 취련조건 산출 시 용강 샘플 채취 시점의 탄소 농도 데이터(CE)는 0.410wt%로 취련 중 채취된 용강 샘플의 산출된 탄소 농도(CC)보다 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 산출된 탄소 농도(CC)는 탄소 농도 데이터(CE)보다 더 높게 나타나고 있다. 이때, 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE)의 차이값은 탄소 농도 데이터(CE)의 약 3.3% 정도로 나타났다. 이는 취련 효율이 높아 용강 중 탄소가 목표로 하는 양보다 많이 제거되었다는 것을 의미한다. 이 경우 초기 산출된 취련조건을 유지한 상태로 취련을 실시할 수 있으나, 취련 시간을 그대로 유지한다면 과취가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 따라서 가스 취입 조건은 그대로 유지하더라도 취련 시간은 단축하도록 취련조건을 재산출할 수 있다.
그리고 실험예2의 경우, 용강 샘플의 응고온도는 1428℃로 측정되었고, 측정된 응고온도를 식2에 대입한 결과, 용강 샘플의 탄소 농도는 0.4315wt%로 산출되었다. 이때, 취련조건 산출 시 용강 샘플 채취 시점의 탄소 농도 데이터(CE)는 0.418wt%로 취련 중 채취된 용강 샘플의 탄소 농도(CC)보다 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 산출된 탄소 농도(CC)와 탄소 농도 데이터(CE)의 차이값은 탄소 농도 데이터(CE)의 약 3.2% 정도로 나타났다. 이는 취련 효율이 낮아 용강 중 탄소가 목표로 하는 양보다 적게 제거되었다는 것을 의미한다. 이 경우 취련 효율을 향상시킬 수 있도록 초기 산출된 취련조건을 재산출할 수 있다. 즉, 용강으로 취입되는 가스의 유량이나 유속 등을 변경하여 취련조건을 재산출할 수 있다. 이때, 적어도 초기 산출된 취련조건에서 산출된 결정된 취련 시간을 유지할 수 있도록 취련조건을 재산출할 수 있다. 이는 취련 시간이 길어지면, 용강 중 Cr의 산화가 불가피하고, 용강을 수용하고 있는 정련로 내화물이 용손될 수 있기 때문이다.
또한, 실험예3의 경우, 용강 샘플의 응고온도는 1425.8℃로 측정되었고, 측정된 응고온도를 식2에 대입한 결과, 용강 샘플의 탄소 농도(CC)는 0.4701wt%로 산출되었다. 이때, 취련조건 산출 시 용강 샘플 채취 시점의 탄소 농도 데이터(CE)는 0.470wt%로 취련 중 채취된 용강 샘플의 탄소 농도(CC)보다 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 산출된 탄소 농도는 탄소 농도 데이터와 거의 일치하는 것을 알 수 있다. 이는 초기 산출된 취련조건대로 취련이 원활하게 이루어지고 있다는 것을 의미할 수 있다. 이 경우, 초기 산출된 취련조건을 그대로 유지하면서 취련을 수행할 수 있다.
이와 같이 취련을 수행한 다음, 원료투입기(500)를 통해 실리콘, 알루미늄 등과 같은 환원제 등의 원료를 투입하여 취련 중 생성된 Cr 산화물을 환원시키고, 용강의 성분을 조정(S118)할 수 있다.
그리고 산출된 취련조건 또는 재산출된 취련조건으로 취련을 실시한 다음, 용강의 성분을 분석(S120)하고 분석 결과에 따라 취련을 완료하거나 추가로 취련을 수행할 수 있다.
이와 같은 방법으로 반복해서 용강을 정련한 결과, 취련 중 용강의 응고온도를 측정하고, 이를 이용하여 용강 중 탄소 농도를 산출하고, 조업에 실시간으로 적용함으로써 전체 정련 시간을 단축할 수 있었다. 도 7에 도시된 것처럼, 종래의 방법으로 용강을 정련할 때 소요되는 시간을 100%라 할 때, 본 발명을 적용한 경우에는 약 10% 정도의 정련 시간을 단축할 수 있었다.
그리고 이와 같이 정련 시간이 단축됨에 따라 정련로에서 용강이 정체되는 시간이 단축되기 때문에 도 8에 도시된 것처럼, 정련로 내화물의 수명을 48% 정도 향상시킬 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 정련로 200: 후드
300: 상부랜스 400: 서브랜스
500: 원료투입기 600: 제어부

Claims (15)

  1. 용강을 마련하는 과정;
    상기 용강을 취련하는 과정;
    상기 용강의 응고온도를 산출하는 과정;
    상기 응고온도를 이용하여 용강의 탄소 농도를 산출하는 과정; 및
    상기 산출된 탄소 농도를 이용하여 취련 조건을 결정하는 과정;
    을 포함하는 강의 정련방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용강을 취련하는 과정 이전에,
    상기 용강의 온도와 탄소 농도를 측정하는 과정; 및
    상기 용강의 온도와 탄소 농도에 따라 취련 조건을 산출하는 과정;을 수행하는 강의 정련방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 용강을 취련하는 과정은 서로 다른 취련 조건을 갖는 적어도 하나 이상의 취련 단계를 포함하는 강의 정련방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 용강을 마련하는 과정 이전에 상기 탄소 농도 데이터를 마련하는 과정을 포함하고,
    상기 탄소 농도 데이터는
    상기 각 취련 조건으로 용강을 취련했을 때 예측되는 용강의 탄소 농도를 포함하는 강의 정련방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 용강의 응고온도를 산출하는 과정은,
    상기 용강을 채취하는 과정; 및
    시간에 따라 상기 채취된 용강의 온도를 측정하는 과정;을 포함하고,
    상기 채취된 용강의 온도를 측정하는 과정에서 상기 측정되는 온도가 일정 시간동안 변화하지 않고 유지되는 온도를 상기 응고온도로 산출하는 강의 정련방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 용강의 탄소 농도를 산출하는 과정은,
    하기의 식을 이용하여 수행하는 강의 정련방법.
    식) 응고온도 = A × C + M
    여기에서 A와 M은 용강 중 Cr, Ni 및 탄소 농도에 따라 정해지는 상수, C는 탄소 농도임
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용강이 Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하며, 상기 탄소 농도 데이터가 0.4wt% 이상인 경우,
    상기 A는 -57.006이고, 상기 M은 1452.6인 강의 정련방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 용강이 Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하며, 상기 탄소 농도 데이터가 0.15wt% 이하인 경우,
    상기 A는 -94.461이고, 상기 M은 1467.8 인 강의 정련방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 용강이 Cr을 16.5wt% 이상, 18.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 7wt% 이상, 8.5wt% 미만으로 포함하며, 상기 탄소 농도 데이터가 0.15wt% 초과, 0.4wt% 미만인 경우,
    상기 A는 -89.196이고, 상기 M은 1467.3인 강의 정련방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 용강이 Cr을 15.5wt% 이상, 16.5wt% 미만으로 포함하고, Ni을 8.5wt% 이상, 11wt% 미만으로 포함하는 경우,
    상기 A는 -73.132이고, 상기 M은 1455.9인 강의 정련방법.
  11. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취련 조건을 결정하는 과정은,
    상기 탄소 농도 데이터와 상기 산출된 탄소 농도를 비교하는 과정; 및
    상기 탄소 농도 데이터와 상기 산출된 탄소 농도를 비교한 결과에 따라 취련 조건을 결정하는 과정;
    을 포함하는 강의 정련방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 취련 조건을 결정하는 과정은,
    상기 산출된 탄소 농도와 상기 탄소 농도 데이터의 차이값의 절대값이 상기 탄소 농도 데이터의 3% 미만인 경우, 취련이 정상적으로 이루어지는 것으로 판단하고, 상기 산출된 취련 조건을 유지하는 것으로 결정하는 강의 정련방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 취련 조건을 결정하는 과정은,
    상기 산출된 탄소 농도와 상기 탄소 농도 데이터의 차이값의 절대값이 상기 탄소 농도 데이터의 3% 이상인 경우, 상기 산출된 취련 조건을 변경하는 것으로 결정하고, 취련 조건을 재산출하는 과정을 포함하는 강의 정련방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 취련 조건을 재산출하는 과정은,
    상기 산출된 탄소 농도가 상기 탄소 농도 데이터보다 낮은 경우, 상기 취련 조건을 산출하는 과정에서 산출된 취련 시간보다 취련 시간을 단축시키도록 취련 조건을 재산출하는 강의 정련방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 취련조건을 재산출하는 과정은,
    상기 산출된 탄소 농도가 상기 탄소 농도 데이터보다 높은 경우, 적어도 상기 취련 조건을 산출하는 과정에서 산출된 취련 시간을 유지할 수 있도록 취련 조건을 재산출하는 강의 정련방법.
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