KR20190142355A - 고망간강의 용제 방법 및 고망간강의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

망간을 5 질량％ 이상 함유하는 고망간강을 용제할 때에, 높은 망간 수율을 얻을 수 있고, 고효율로 용제를 할 수 있는, 고망간강의 용제 방법을 제공하는 것.
망간을 5 질량％ 이상 함유하는 강을 용제할 때에, 전로 (1) 에서, 용선 (용탕 (2)) 에 탈탄 처리를 실시함으로써, 용선을 탄소 농도가 낮은 용강 (용탕 (2)) 으로 하는 탈탄 공정 (스텝 S100) 과, 탈탄 공정 후, 전로 (1) 에 수용된 용강에, 망간원 및 실리콘원을 첨가함으로써, 용강을 환원 처리하는 환원 공정 (스텝 S102) 과, 환원 공정 후, 진공 탈가스 장치 (5) 에서, 용강에 진공 탈가스 처리를 실시하는 탈가스 공정 (스텝 S104) 을 구비하고, 환원 공정에서는, 목표로 하는 강의 망간 농도에 따라서 망간원을 첨가하고, (1) 식을 만족하도록 실리콘원을 첨가한다.

Description

고망간강의 용제 방법
본 발명은 고 (高) 망간강의 용제 방법에 관한 것이다.
망간은, 강 중에 첨가함으로써, 강 재료의 강도를 향상시키는 이점이 있다. 또, 망간은, 불가피적 불순물로서 강 중에 잔류하는 황과 반응하여 MnS 를 형성하고, 유해한 FeS 의 생성을 방지하여 강 재료에 있어서의 황의 영향을 억제하는 등의 이점이 있다. 이점으로부터, 강 재료의 대부분은, 망간을 함유하고 있다. 최근에는, 구조물의 경량화를 목적으로 하여, 높은 인장 강도와 높은 가공성을 양립시킨, 탄소 함유량이 낮고, 망간 함유량이 많은, 저탄소·고망간강이 개발되어, 라인 파이프용 강판이나 자동차용 강판 등으로서 널리 사용되고 있다.
제강 공정에 있어서, 용강 중의 망간 농도를 조정하기 위해서 사용하는 망간원으로는, 망간 광석이나 고탄소 페로망간 (탄소 함유량 : 7.5 질량％ 이하), 중탄소 페로망간 (탄소 함유량 : 2.0 질량％ 이하), 저탄소 페로망간 (탄소 함유량 : 1.0 질량％ 이하), 실리코망간 (탄소 함유량 : 2.0 질량％ 이하), 금속 망간 (탄소 함유량 : 0.01 질량％ 이하) 등이 일반적으로 사용된다. 또, 이들 망간원에서는, 망간 광석을 제외하고, 탄소 함유량이 낮아질수록 고가가 된다. 따라서, 제조 비용의 저감을 목적으로 하여, 저렴한 망간원인, 망간 광석이나 고탄소 페로망간을 사용하여 망간 함유강을 용제하는 방법이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 고망간강을 용제하는 방법으로서, 전로의 취련 종료 후, 하취 (底吹) 가스에 의한 린싱 처리를 실시하고 나서 레이들로 출강할 때에, 탄소 농도가 1.0 질량％ 이상의 고탄소 페로망간을 투입한 후에 알루미늄을 투입하여 탈산 처리하고, 그 후, RH 가스 탈가스 처리를 실시하는 방법이 제안되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는, 고망간강을 용제하는 방법으로서, 망간 광석을 사용하여, 망간 광석을 환원하면서 용선의 탈탄 정련을 실시하고, 탈탄 종료 후에는 알루미늄에 의한 용강의 탈산 처리를 실시하지 않은 채 용강을 진공 탈가스 설비로 반송하여, 산소 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 분사하여 탈탄 처리를 실시하는 용제 방법이 제안되어 있다.
그리고, 특허문헌 3 에는, 고망간강을 용제하는 방법으로서, 망간 농도가 8 질량％ 이상인 고 Mn 용선을, 0.1 질량％ 이하의 탄소 농도가 될 때까지 감압하에서 탈탄 정련할 때에, 정련 기체를 반송 가스로 하여, Mn 산화물을 함유하는 분체상의 탈탄 정련용 첨가제를 용선에 분사하는 방법이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 2013-112855호 일본 특허공보 제4534734호 일본 공개특허공보 평5-125428호
그런데, 특허문헌 1 ∼ 3 의 고망간강의 용제 방법에서는, 전로에서의 용선의 탈탄 취련시에 전로 내에 투입한 망간 광석을 환원하거나, 전로로부터의 출강시나 레이들 정련시, 진공 탈가스 정련시에 망간원을 용강에 첨가하거나 함으로써 용강의 망간 농도를 높이고 있다.
그러나, 이와 같은 용제 방법에 있어서, 탈탄 취련시 혹은 출강시에 망간원을 첨가한 경우, 첨가된 망간원의 수율이 낮기 때문에, 다량의 망간원을 첨가할 필요가 있어, 처리 시간의 증가와 망간 비용의 증가가 문제가 된다. 또, 출강시나 레이들 정련시, 진공 탈가스 정련시에 망간원을 첨가하는 경우, 망간원의 용해에 의한 열 로스가 발생하기 때문에, 전로 이후의 프로세스에서 용강을 승열시킬 필요가 출현한다. 그러나, 레이들 정련 장치나 진공 탈가스 장치에 의한 용강의 승열 처리는, 전로에서의 승열 처리에 비해 효율이 나쁘고 처리에 드는 비용의 증가가 문제가 된다. 특히, 망간 농도가 5 질량％ 이상인 고망간강에서는, 이들 문제가 현저해진다.
그래서, 본 발명은 상기 과제에 착안하여 이루어진 것으로, 망간을 5 질량％ 이상 함유하는 고망간강을 용제할 때에, 높은 망간 수율을 얻을 수 있고, 고효율로 용제를 할 수 있는, 고망간강의 용제 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 망간을 5 질량％ 이상 함유하는 강을 용제할 때에, 전로에서, 용선에 탈탄 처리를 실시함으로써, 상기 용선을 탄소 농도가 낮은 용강으로 하는 탈탄 공정과, 이 탈탄 공정 후, 상기 전로에 수용된 상기 용강에, 망간원 및 실리콘원을 첨가함으로써, 상기 용강을 환원 처리하는 환원 공정과, 상기 환원 공정 후, 진공 탈가스 장치에서, 상기 용강에 진공 탈가스 처리를 실시하는 탈가스 공정을 구비하고, 상기 환원 공정에서는, 상기 망간원의 첨가량에 따라서, (1) 식을 만족하도록 상기 실리콘원을 첨가하는 것을 특징으로 하는 고망간강의 용제 방법이 제공된다.
Figure pct00001
xMn : 망간원 중의 망간 농도 (질량％)
xSi : 실리콘원 중의 실리콘 농도 (질량％)
WMn : 망간원의 첨가량 (㎏/t)
WSi : 실리콘원의 첨가량 (㎏/t)
본 발명의 일 양태에 의하면, 망간을 5 질량％ 이상 함유하는 고망간강을 용제할 때에, 높은 망간 수율을 얻을 수 있고, 고효율로 용제를 할 수 있는, 고망간강의 용제 방법이 제공된다.
도 1 은 본 발명의 일 양태에 관련된 고망간강의 용제 방법을 나타내는 플로 차트이다.
도 2 는 전로를 나타내는 모식도이다.
도 3 은 진공 탈가스 장치를 나타내는 모식도이다.
이하의 상세한 설명에서는, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 본 발명의 실시형태를 예시하여 많은 특정한 세부에 대해서 설명한다. 그러나, 이러한 특정한 세부의 설명이 없어도 하나 이상의 실시양태를 실시할 수 있음은 분명할 것이다. 또한, 도면은 간결하게 하기 위해서, 주지의 구조 및 장치가 개략도로 도시되어 있다.
<고망간강의 용제 방법>
도 1 ∼ 도 3 을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 고망간강의 용제 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는, 고로로부터 출선된 용선에 대해, 후술하는 정련 처리를 실시함으로써, 망간을 5 질량％ 이상 함유하는 용강인 고망간강을 용제한다.
먼저, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 전로 (1) 에 수용된 용선인 용탕 (2) (「용철」이라고도 한다) 에 탈탄 처리를 실시하는 탈탄 공정을 실시한다 (S100).
용탕 (2) 은, 고로로부터 출선된 용선으로, 고로로부터 출선된 후에 용선 레이들이나 토페도 카 등의 용선을 수용 가능한 반송 용기에 의해 다음 공정이 되는 제강 공장으로 반송된다. 또한, 전로 (1) 에서 사용되는 석회원 등의 매용제를 줄이기 위해서는, 용선을 전로 (1) 에 장입하기 전에, 용선의 인 농도를 저감시키는 탈린 처리가 실시되는 것이 바람직하다. 탈린 처리에서는, 용선 반송 용기에 수용된 용선에 대해, 산화철 등의 고체 산소나 기체 산소와 같은 산소원과, 석회를 함유하는 매용제가 첨가되고, 용선이 기체 산소나 교반용의 기체에 의해 교반됨으로써 탈린 반응이 진행된다. 또한, 탈린 처리에서는, 전로 (1) 에서 사용되는 매용제를 최대한 줄이기 위해서는, 용선의 인 농도를 고망간강의 최종적인 성분 규격의 상한 농도보다 낮게 하는 것이 바람직하다. 또한, 후공정에 있어서 첨가되는 망간원으로부터의 용선에 대한 인 픽업이나, 슬래그로부터의 복린 (復燐) 에 의한 인 농도의 상승이 우려되기 때문에, 용선의 인 농도가 성분 규격의 상한치보다 0.05 mass％ 정도 낮아질 때까지 탈린 처리를 실시하고, 그 후, 처리에 의해 발생한 슬래그를 제거하는 (「제재 (除滓) 한다」고도 말한다) 것이 보다 바람직하다. 또한, 용선의 인 농도를 성분 규격의 상한치보다 낮게 하기 위해서는, 탈린 처리 전에 탈규 처리가 실시되어, 효율적인 탈린 반응을 저해하는 규소를 미리 제거해 두는 것이 바람직하다.
탈탄 공정에서는, 탈탄 처리를 실시하기 전에, 반송 용기에 의해 반송된 용선인 용탕 (2) 을, 용선 레이들에 옮겨 부은 후에, 1 차 정련로인 전로 (1) 에 장입한다. 또한, 용탕 (2) 을 장입하기 전에, 철원이 되는 스크랩이 노체 (10) 에 장입되어도 된다.
전로 (1) 는, 관용적인 전로 설비이며, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 노체 (10) 와, 상취 (上吹) 랜스 (11) 와, 복수의 하취 노즐 (12) 과, 슈트 (13) 를 구비한다. 노체 (10) 는, 상부에 개구부인 노 입구를 갖는 술통형 또는 서양배형의 정련로이고, 내부에 내화물이 형성된다. 상취 랜스 (11) 는, 노체 (10) 의 상방에 배치되고, 연직 방향 (도 2 의 상하 방향) 으로 승강 가능하게 구성된다. 상취 랜스 (11) 는, 하단에 복수의 노즐 구멍이 형성되고, 이 복수의 노즐 구멍으로부터, 도시를 생략한 공급 설비로부터 공급되는 적어도 산소를 함유하는 산화성 가스를, 노체 (10) 에 수용된 용탕 (2) 에 분사한다. 복수의 하취 노즐 (12) 은, 노체 (10) 의 저부에 형성되고, 도시를 생략한 공급 장치로부터 공급되는 아르곤이나 질소 등의 불활성 가스인 교반 가스를 노체 (10) 에 수용된 용탕 (2) 에 불어넣음으로써, 용탕 (2) 을 교반시킨다. 슈트 (13) 는, 노체 (10) 의 상방에 배치되고, 석회를 함유하는 매용제나 합금철 등의 각종 부원료를 저장하는 도시를 생략한 복수의 노의 상측 호퍼에 접속되어, 각 노의 상측 호퍼로부터 반출되는 부원료를 노체 (10) 내부에 첨가한다.
탈탄 공정에서는, 하취 노즐 (12) 로부터 불어넣는 교반 가스에 의해 노체 (10) 에 수용된 용탕 (2) 을 교반시키면서, 상취 랜스 (11) 로부터 용탕 (2) 에 산화성 가스를 분사 (「송산 (送酸)」이라고도 한다) 하여, 용탕 (2) 에 산소를 공급함으로써, 대기압하에서 탈탄 처리 (「탈탄 취련」이라고도 한다) 를 실시한다. 탈탄 취련에서는, 상취 랜스 (11) 에 의해 용탕 (2) 에 불어넣는 산소와 용탕 (2) 중의 탄소가 반응함으로써, 탈탄 반응이 진행된다. 또한, 고망간강의 성분 규격에 Cr 이나 Ni 가 함유되는 경우 (첨가가 필수인 경우) 에는, 탈탄 취련 중에, Cr 이나 Ni 를 함유하는 합금철 등의 부원료를, 슈트 (13) 를 통해서 용탕 (2) 에 첨가한다. 탈탄 공정에서는, 용탕 (2) 의 탄소 농도가 소정의 범위가 될 때까지 탈탄 취련이 실시되어, 용탕 (2) 이 탄소 농도가 높은 용선에서 탄소 농도가 낮은 용강이 된다. 이 때의, 탄소 농도의 소정의 범위는, 0.05 질량％ 이상 0.2 질량％ 이하인 것이 바람직하다. 이는, 탈탄 공정 후의 용탕 (2) 의 탄소 농도가 0.05 질량％ 미만이 되는 경우, 용탕 (2) 의 산소 포텐셜이 높아져, 망간원의 수율이 저하되어 버리기 때문이다. 한편, 탈탄 공정 후의 용탕 (2) 의 탄소 농도가 0.2 질량％ 보다 커지는 경우, 2 차 정련 공정에서의 탈탄 처리가 필요하게 되어, 처리 비용이 증가한다. 그리고, 용탕 (2) 의 탄소 농도가 소정의 범위가 되면, 노체 (10) 내에 대한 산화성 가스의 공급을 정지하여, 탈탄 공정이 종료된다.
탈탄 공정 후, 용탕 (2) 이 수용된 노체 (10) 내에, 망간원과 실리콘원을 첨가하고, 용강인 용탕 (2) 을 환원 처리하는 환원 공정을 실시한다 (S102). 망간원은, 망간을 함유하는 광석이나 합금, 금속이다. 망간원에는, 예를 들어, 망간 광석이나 고탄소 페로망간, 중탄소 페로망간, 저탄소 페로망간, 실리코망간, 금속 망간 등을 사용할 수 있다. 실리콘원은, 실리콘 (규소) 을 함유하는 광석이나 합금, 금속이다. 실리콘원에는, 예를 들어, 페로실리콘이나 실리코망간 등을 사용할 수 있다. 망간원 및 실리콘원은, 슈트 (13) 를 통해서 노 입구로부터 첨가되어도 되고, 또, 스크랩의 장입에 사용되는 스크랩 슈트 (도시 생략) 를 사용하여 노체 (10) 의 노 입구로부터 첨가되어도 된다. 그리고 망간원과 실리콘원을 첨가할 때에는, 복수의 하취 노즐 (12) 로부터 교반 가스를 불어넣고 용탕 (2) 을 교반시키면서 첨가시킨다.
환원 공정에서는, 고망간강의 성분 규격인, 목표로 하는 망간 농도에 따른 첨가량으로 망간원을 첨가한다. 요컨대, 망간원의 첨가량은, 목표로 하는 망간 농도에 따라서, 망간원의 망간 함유량이나 용탕 (2) 의 탄소 농도 등에 의해 결정된다. 이 때, 망간원의 수율의 실적이 고려되어도 된다. 또, 환원 공정에서는, 용탕 (2) 의 망간 농도를 목표로 하는 농도로 할 필요는 없고, 후술하는 탈가스 공정에서 조정 가능하도록, 용탕 (2) 의 망간 농도를 목표로 하는 농도보다 낮은 농도로 해도 된다. 또한, 열 효율의 관점에서는, 탈가스 공정에서의 망간원의 첨가량에 대하여, 환원 공정에서의 망간원의 첨가량을 가능한 한 많게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 처리에 드는 비용을 저감하는 관점에서는, 탄소 등의 망간 이외의 성분 조정에 영향이 없으면, 망간 광석이나 탄소 농도가 높은 저렴한 망간원을 가능한 한 사용하는 것이 바람직하다.
실리콘원은, 하기 (1) 식을 만족하는 첨가량으로 첨가된다. (1) 식에 있어서, xMn 은 망간원 중의 망간 농도 (질량％), xSi 는 실리콘원 중의 실리콘 농도 (질량％), WMn 은 망간원의 첨가량 (㎏/t), WSi 는 실리콘원의 첨가량 (㎏/t) 을 각각 나타낸다. 요컨대, 실리콘원은, 첨가하는 망간원의 첨가량에 따른 양만큼 첨가된다.
Figure pct00002
또, 환원 공정에서는, 망간원 및 실리콘원을 첨가한 후, 복수의 하취 노즐 (12) 로부터 교반 가스를 불어넣고, 소정 시간, 용탕 (2) 을 교반시킨다.
여기서, 탈탄 공정 후의 용탕 (2) 은 산소 포텐셜이 높기 때문에, 이 용탕 (2) 에 망간원을 첨가하면, 망간원 중의 망간은 용탕 (2) 내에 머무르지 않고, 산화되어 산화망간 (MnO) 이 되어서 슬래그 (3) 에 함유된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 망간원에 추가하여 실리콘원을 첨가하기 때문에, 망간원 중의 망간이나 탈탄 공정에 의해 발생한 슬래그 (3) 중의 산화망간이, 하기 (2) 식으로 나타내는 반응에 의해 환원됨으로써, 용탕 (2) 의 망간 농도가 높아진다. 또, 실리콘원 중의 실리콘이 우선적으로 산화됨으로써, 용탕 (2) 의 산소 포텐셜이 내려간다. 이로써, 망간원 중의 망간이 용탕 (2) 에 머무르기 쉬워져, 용탕 (2) 의 망간 농도가 높아진다.
2(MnO)＋[Si] = (SiO2)＋2[Mn] ··· (2)
또한, 환원 공정에서는, 슬래그 (3) 중의 SiO2 의 농도 (질량％) 에 대한 CaO 의 농도 (질량％) 의 비로 정의되는, 슬래그 (3) 의 염기도 (CaO/SiO2) 가, 1.6 이상 2.4 이상이 되도록, 노체 (10) 내에 석회를 첨가하는 것이 바람직하다. 이로써, 슬래그 (3) 의 재화 (滓化) 및 하기 (3) 식으로 나타내는 용탕 (2) 의 탈황이 촉진된다.
2[S]＋[Si]＋2(CaO) = 2(CaS)＋(SiO2) ··· (3)
또한, 실리콘원의 첨가량이 (1) 식의 범위보다 낮아지는 경우, 요컨대 실리콘원의 첨가량이 적은 경우, 산화망간의 환원 반응이 진행되지 않게 되기 때문에, 용탕 (2) 의 망간 농도를 높게 할 수 없게 된다. 한편, 실리콘원의 첨가량이 (1) 식의 범위보다 높아지는 경우, 요컨대 실리콘원의 첨가량이 많은 경우, 염기도를 조정하기 위한 석회의 첨가량이 지나치게 많아지기 때문에, 정련 처리에 드는 비용이 커진다. 또, 실리콘원의 첨가량이 많은 경우, 용탕 (2) 의 실리콘 농도가 높아져, 성분 규격치의 상한을 초과할 가능성이 있다. 이와 같은 경우, 다음 공정에 있어서 용탕 (2) 의 실리콘 농도를 저감시키는 탈실리콘 처리를 실시할 필요가 생기기 때문에, 바람직하지 않다.
또한 환원 공정에서는, 환원 처리가 종료되면, 노체 (10) 의 용탕 (2) 을 레이들로 옮겨 붓는다 (「출강」이라고도 한다). 이 때, 미리, 용탕 1 t 당에 대한 양으로, 5 ㎏/t 이상 10 ㎏/t 이하의 석회를 레이들 내에 미리 놓아 두는 것이 바람직하다. 레이들에 석회를 미리 놓아 둠으로써, 출강시의 백연 (白煙) 의 발생을 방지함과 함께, 슬래그 (3) 로부터의 복황에 의한 용탕 (2) 의 황 농도의 상승을 억제할 수 있다.
환원 공정 후, 진공 탈가스 장치 (5) 에서 용강인 용탕 (2) 에, 진공 탈가스 처리를 실시하는 탈가스 공정을 실시한다 (S104). 진공 탈가스 장치 (5) 는, VOD 방식의 탈가스 장치로, 레이들 (4) 에 수용된 용탕 (2) 을, 감압하에서 교반 처리함으로써 탈가스 처리를 실시한다. 진공 탈가스 장치 (5) 는, 진공조 (50) 와, 배기관 (51) 과, 교반 가스 공급 경로 (52) 와, 상취 랜스 (53) 와, 공급구 (54) 를 갖는다. 진공조 (50) 는, 레이들 (4) 을 내부에 수용 가능한 용기로, 레이들 (4) 을 내부에 출입 가능하게 착탈식의 상측 덮개 (500) 를 갖는다. 배기관 (51) 은, 진공조 (50) 의 측면에 형성되고, 도시를 생략한 배기 장치에 접속된다. 교반 가스 공급 경로 (52) 는, 진공조 (50) 의 외부에서부터 내부로 배치되고, 진공조 (50) 의 내부측 선단이 레이들 (4) 의 취입구 (40) 에 접속된다. 또, 교반 가스 공급 경로 (52) 는, 진공조 (50) 의 내부측 선단이 도시를 생략한 교반 가스 공급 장치에 접속되어, 교반 가스 공급 장치로부터 공급되는 아르곤 가스 등의 교반 가스를 레이들 (4) 의 취입구 (40) 에 공급한다. 상취 랜스 (53) 는, 상측 덮개 (500) 의 중앙에 삽입 통과되어, 연직 방향 (도 3 의 상하 방향) 으로 승강 가능하게 구성된다. 또, 상취 랜스 (53) 는, 하단에 노즐 구멍이 형성되어, 도시를 생략한 공급 설비로부터 공급되는 적어도 산소를 함유하는 산화성 가스를 노즐 구멍으로부터, 레이들 (4) 에 수용된 용탕 (2) 에 산화성 가스를 분사한다. 공급구 (54) 는, 상측 덮개 (500) 에 형성되고, 석회를 함유하는 매용제나 합금철 등의 각종 부원료를 저장하는 도시를 생략한 복수의 노의 상측 호퍼에 접속되어, 각 노의 상측 호퍼로부터 반출되는 부원료를 레이들 (4) 에 수용된 용탕 (2) 에 첨가하는 투입구이다.
탈가스 공정에서는, 레이들 (4) 을 진공조 (50) 내에 수용한 후, 취입구 (40) 로부터 교반 가스를 불어넣음으로써 용탕 (2) 을 교반시키면서, 배기 장치를 사용하여 배기관 (51) 으로부터 배기를 실시하여, 진공조 (50) 내를 감압함으로써 진공 탈가스 처리를 실시한다. 이와 같은 진공 탈가스 처리를 함으로써, 용탕 (2) 중의 가스 성분 (질소나 수소 등) 의 제거나, 용탕 (2) 의 성분의 균일화, 용탕 (2) 의 개재물 등의 제거, 용탕 (2) 의 온도의 조정 등을 실시한다. 또, 탈가스 공정에서는, 진공 탈가스 처리를 실시할 때에, 진공 탈가스 처리의 처리 전 혹은 처리 도중의 용탕 (2) 의 성분에 따라서, 목표로 하는 성분 범위가 되도록, 성분 조정용의 부원료를 공급구 (54) 를 통해서 용탕 (2) 에 첨가한다. 이 때, 진공 탈가스 처리 전의 용탕 (2) 의 망간 농도가 목표 농도보다 낮은 경우에는, 금속 망간이나 고탄소 페로망간, 저탄소 페로망간 등의 망간원을, 성분 조정을 위해서 필요한 양만큼 용탕 (2) 에 첨가한다. 또, Al, Ni, Cr, Cu, Nb, Ti, V, Ca, B 등의 성분 조정이 필요한 경우에는, 각 성분을 함유하는 부원료를 용탕 (2) 에 첨가한다. 나아가, 탈황 등을 목적으로, CaO 함유 물질이나 MgO 함유 물질, 알루미늄 함유 물질, Al2O3 함유 물질, SiO2 함유 물질 등의, 슬래그 (3) 의 조성의 조정이나 탈황 반응의 촉진에 사용되는 부원료를 용탕 (2) 에 첨가해도 된다.
또, 탈가스 공정에서는, 하기 (4) 식으로 나타내는 교반 동력 (ε) (W/t) 이, 300 W/t 이상, 1300 W/t 이하가 되는 조건으로 용탕 (2) 을 교반하는 것이 바람직하다. 교반 동력 (ε) 이 300 W/t 미만이 되는 경우, 교반력이 작아지기 때문에, 탈질 처리나 탈수소 처리에 시간을 필요로 하여, 진공 탈가스 처리의 처리 시간이 연장되기 때문에 바람직하지 않다. 또, 교반 동력 (ε) 이 1300 W/t 보다 큰 경우, 용탕 (2) 으로 슬래그 (3) 가 딸려들어가는 양이 많아져, 슬래그계 개재물에서 기인한 불량률이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, (4) 식에 있어서, Qn 은 교반 가스의 유량 (Nm3/min), Tl 은 용탕 (2) 의 온도 (K), Wm 은 용탕 (2) 의 중량 (t), ρl 은 용탕 (2) 의 밀도 (㎏/㎥), h 는 레이들 (4) 내의 용탕 (2) 의 깊이인 탕면 높이 (m), P1 는 분위기 압력 (Torr), η 는 에너지 전달 효율 (－), Tn 은 교반 가스의 온도 (K) 를 각각 나타낸다. 또, 1 Torr 는 (101325/760) Pa 이다.
Figure pct00003
또한 탈가스 공정에서는, 용탕 (2) 의 온도가 탈가스 공정 종료 후의 목표로 하는 온도보다 낮은 경우에는, 진공 탈가스 처리 중에 용탕 (2) 의 온도를 높이는 승온 처리를 실시해도 된다. 승온 처리에서는, 공급구 (54) 로부터 용탕 (2) 에 알루미늄을 첨가한 후, 상취 랜스 (53) 로부터 산소를 함유한 산화성 가스를 용탕 (2) 에 분사한다. 이로써, 용탕 (2) 내의 알루미늄과 산화성 가스의 산소가 반응함으로써, 용탕 (2) 의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 승온 처리에서는, (5) 식 및 (6) 식으로부터 계산되는, 상취 랜스 (53) 로부터 분사되는 산화성 가스의 분류 (噴流) 의 동압 (P) (㎪) 을, 10 ㎪ 이상, 50 ㎪ 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 동압 (P) 을 상기 범위로 제어함으로써, 용탕 (2) 으로부터의 망간의 증발을 최저한으로 억제하면서도, 효율적으로 용탕 (2) 을 승열시킬 수 있다. 또한, (5) 식에 있어서, ρg 는 산화성 가스의 밀도 (㎏/Nm3), U 는 상취 랜스 (53) 의 노즐로부터 분출되는 산화성 가스의 노즐 선단에서의 유속 (m/sec) 을 각각 나타낸다. 또, (6) 식에 있어서, F 는 산화성 가스의 유량 (Nm3/h), S 는 상취 랜스 (53) 의 노즐의 단면적 (㎡) 을 나타낸다.
Figure pct00004
탈가스 공정을 거침으로써, 목표로 하는 소정의 성분 농도의 용강이 용제된다. 또한, 탈가스 공정의 다음은, 용제된 용강을 연속 주조함으로써, 슬래브 등의 소정 형상의 고망간강의 주편이 제조된다.
<변형예>
이상에서, 특정 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 이들 설명에 의해 발명을 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다. 본 발명의 설명을 참조함으로써, 당업자에게는, 개시된 실시형태와 함께 각종 변형예를 포함하는 본 발명의 다른 실시형태도 분명하다. 따라서, 특허청구범위에 기재된 발명의 실시형태에는, 본 명세서에 기재한 이들 변형예를 단독 또는 조합하여 포함하는 실시형태도 망라하는 것으로 해석되어야 한다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 진공 탈가스 장치 (5) 가 VOD 방식의 정련 장치로 했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 진공 탈가스 장치 (5) 는, RH 방식의 탈가스 장치나 DH 방식의 탈가스 장치여도 된다. 또한, 진공 탈가스 장치가 RH 방식의 탈가스 장치인 경우, 망간의 증발을 억제하기 위해, 진공조의 조내 공간 압력이 50 Torr ∼ 100 Torr 가 되는 조건에 있어서, 하기 (7) 식으로 나타내는 용강의 환류량 (Q) (t/min) 을 150 t/min 이상, 200 t/min 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 용강의 탈질소나 탈수소가 필요한 경우에는, 50 Torr 미만의 조내 공간 압력으로 처리를 실시해도 되지만, 탈질소 및 탈수소 후에는 50 Torr 이상 100 Torr 이하의 조내 공간 압력으로 처리를 실시하는 것이 바람직하다. (7) 식에 있어서, K 는 정수, G 는 침지관으로부터 불어넣는 환류용의 취입 가스의 유량 (NL/min), D 는 침지관의 내경 (m), P2 는 외부 압력 (Torr), P3 은 진공조의 조내 공간 압력 (Torr) 을 각각 나타낸다.
Figure pct00005
또, 상기 실시형태에서는, 전로 (1) 에서 제조된 용강인 용탕 (2) 만을, 진공 탈가스 장치 (5) 에서 처리하는 용탕 (2) 으로서 사용하는 것으로 했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 전로 (1) 에서 제조된 용강에, 다른 정련로에서 용제한 용강을 합한 합탕을, 진공 탈가스 장치 (5) 에서 처리하는 용탕 (2) 으로서 사용해도 된다. 이 경우, 다른 정련로에서 용제한 용강의 망간 농도를 높게 함으로써, 전로 (1) 에서 제조되는 용강의 망간 농도를 낮게 할 수 있다.
그리고, 상기 실시형태에서는, 환원 공정에는, 망간원 및 실리콘원을 첨가한 후, 복수의 하취 노즐 (12) 로부터 교반 가스를 불어넣고, 소정의 시간, 용탕 (2) 을 교반시키는 것으로 했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 환원 공정에서는, 교반 가스를 불어넣는 것에 추가하여, 상취 랜스 (11) 로부터의 산화성 가스를 분사해도 된다. 특히, 용탕 (2) 의 온도를 상승시킬 필요가 있는 경우에는, 산화성 가스에 의한 산화 반응에 의해 승열 처리를 실시해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 탈탄 처리 전에 용선에 탈린 처리를 실시하는 것으로 했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 탈탄 처리 전에, 탈린 처리에 추가하여, 용선 중의 황 농도를 저감하는 탈황 처리가 실시되어도 된다. 탈황 처리는, 설비 구성에 따라서, 탈린 처리 전 혹은 탈린 처리 후에 실시해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 용선 반송 용기에 수용된 용선에 대해 탈린 처리를 실시하는 것으로 했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 탈린 처리는, 예를 들어, 전로형 정련로에 수용된 용선에 대해, 상취 랜스로부터 산화성 가스를 분사함으로써 처리를 실시하는 방법이어도 된다.
<실시형태의 효과>
(1) 본 발명의 일 양태에 관련된 고망간강의 용제 방법은, 망간을 5 질량％ 이상 함유하는 강을 용제할 때에, 전로 (1) 에서, 용선 (용탕 (2)) 에 탈탄 처리를 실시함으로써, 용선을 탄소 농도가 낮은 용강 (용탕 (2)) 으로 하는 탈탄 공정 (스텝 S100) 과, 탈탄 공정 후, 전로 (1) 에 수용된 용강에, 망간원 및 실리콘원을 첨가함으로써, 용강을 환원 처리하는 환원 공정 (스텝 S102) 과, 환원 공정 후, 진공 탈가스 장치 (5) 에서, 용강에 진공 탈가스 처리를 실시하는 탈가스 공정 (스텝 S104) 을 구비하고, 환원 공정에서는, 목표로 하는 강의 망간 농도에 따라서 망간원을 첨가하고, (1) 식을 만족하도록 실리콘원을 첨가한다.
상기 (1) 의 구성에 의하면, (2) 식의 환원 반응을 촉진시킬 수 있기 때문에, 첨가된 망간원 중의 망간이 용탕 (2) 중에 머무르기 쉬워진다. 또, 망간원의 첨가를 전로 (1) 내에서 실시하기 때문에, 망간원의 첨가에 의한 열 로스 (용탕 (2) 의 온도의 저하) 를 억제할 수 있다. 그리고, 망간원의 첨가 후에, 전로 (1) 내에서 용탕 (2) 을 승열 처리할 수 있기 때문에, 효율적으로 승열 처리를 실시할 수 있다. 또한, 환원 반응의 촉진에 충분한 양 이상의 과잉된 실리콘원의 첨가를 억제할 수 있어, 탈가스 공정에 있어서 탈실리콘 처리를 할 필요가 없어지기 때문에, 짧은 처리 시간에 효율적으로 탈가스 처리를 실시할 수 있다. 탈가스 처리 시간이 길어지면, 처리에 드는 비용이 증대되는 것에 더하여, 생산 능률이 저하되게 된다. 요컨대, 상기 (1) 의 구성에 의하면, 망간을 5 질량％ 이상 함유하는 고망간강을 용제할 때에, 높은 망간 수율을 얻을 수 있어, 고효율로 고망간강을 용제할 수 있다.
(2) 상기 (1) 의 구성에 있어서, 진공 탈가스 장치 (5) 로서, 용강을 수용하는 레이들의 바닥으로부터 교반 가스를 불어넣음으로써 용강을 교반하는 장치를 사용하고, 탈가스 공정에서는, (4) 식으로 나타내는 교반 동력 (ε) 이, 300 W/t 이상, 1300 W/t 이하가 되는 조건으로, 용강을 교반하면서 진공 탈가스 처리를 실시한다.
상기 (2) 의 구성에 의하면, 탈질 처리나 탈수소 처리에 소요되는 시간을 짧게 할 수 있고, 나아가 용탕 (2) 에 슬래그 (3) 가 딸려 들어가는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 진공 탈가스 처리의 처리 시간을 짧게 할 수 있다.
실시예 1
다음으로, 본 발명자들이 실시한 실시예 1 에 대해 설명한다. 실시예 1 에서는, 고로로부터 출선된 용선에 대해, 탈규 처리 및 탈린 처리의 용선 예비 처리를 실시하여, 인 농도를 0.010 질량％ 로 하였다. 이 용선에 대해, 상기 실시형태와 동일하게, 탈탄 공정, 환원 공정 및 탈가스 공정을 실시함으로써, 망간 농도가 5 질량％ 이상인 고망간강을 용제하였다. 또한, 용제된 고망간강의 성분은, 탄소 농도 : 0.145 질량％ 이상 0.155 질량％ 이하, 망간 농도 : 24 질량％ 이상 25 질량％ 이하, 실리콘 농도 : 0.1 질량％ 이상 0.2 질량％ 이하, 황 농도 : 0.002 질량％ 이하, 질소 농도 : 100 ppm 이하, 수소 농도 : 5 ppm 이하였다.
탈탄 공정에서는, 상기 실시형태와 동일하게, 용선 예비 처리를 실시한 용선인 용탕 (2) 에 탈탄 처리를 실시하여, 탄소 농도가 0.05 질량％ 가 될 때까지 탈탄 취련을 실시하고 용강으로 하였다.
환원 공정에서는, 탈탄 처리를 실시한 용강인 용탕 (2) 에, 고탄소 페로망간과 금속 망간을 망간원으로서 첨가하고, 페로실리콘을 실리콘원으로서 첨가하였다. 그리고, 교반 가스에 의해 용탕 (2) 을 교반시키면서, 추가로 상취 랜스 (11) 로부터의 송산을 계속적으로 실시하여 환원 처리를 실시함으로써, 망간원을 용해시켜, 용탕 (2) 의 망간 농도를 상승시켰다. 실리콘원의 첨가량은, (1) 식을 만족하는 것으로 하였다. 또, 환원 공정에서는, 망간원과 함께, 석회를 첨가하였다. 환원 처리 종료시의 용탕 (2) 의 망간 농도는, 대략 24 질량％ 였다. 또한, 환원 공정에서는, 전로 (1) 로부터 레이들 (4) 에 용탕 (2) 을 옮겨 부을 (출강할) 때, 출강되는 용탕 (2) 에 대해, 금속 알루미늄을 용강 1 톤당 약 0.8 ㎏ 첨가하였다.
탈가스 공정에서는, 환원 공정을 거친 150 톤의 용강인 용탕 (2) 에 대해, 상기 실시형태와 동일하게, VOD 방식의 진공 탈가스 장치 (5) 를 사용하여 탈가스 처리를 실시하였다. 탈가스 공정에서는, 레이들 (4) 의 취입구 (40) 로부터, 2000 Nl/min 의 유량의 Ar 가스를 용탕 (2) 에 불어넣고 교반시키면서, 진공조 (50) 의 조내 공간 압력을 2 Torr 로 하여 탈가스 처리를 실시하였다. 또, 탈가스 공정에서는, 탈가스 처리 중에, 용탕 (2) 에 금속 망간 및 고탄소 페로망간을 첨가하여 성분 조정을 실시하였다.
또, 실시예 1 에서는, 비교로서 환원 공정에 있어서 실리콘원의 첨가량이 (1) 식을 만족하지 않는 조건으로도 고망간강의 용제를 실시하였다 (비교예 1). 또한, 비교예 1 에서는, 환원 공정에 있어서의 실리콘원의 첨가량 이외의 조건에 대해서는, 실시예 1 과 동일하게 하였다.
표 1 에 실시예 1 의 결과로서, 환원 공정에 있어서의 실리콘원의 첨가량, Mn 수율, 출강시의 용탕 (2) 의 실리콘 농도 및 탈가스 공정에 있어서의 탈가스 처리에 소요된 시간을 나타낸다. 또한, 표 1 에 있어서, 0.013 × WMn × xMn/xSi 는 (1) 식에 나타내는 범위의 하한치, 0.150 × WMn × xMn/xSi 는 (1) 식에 나타내는 범위의 상한치를 각각 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 에서는, 실리콘원의 첨가량 (WSi) 이 (1) 식의 범위 내되는 실시예 1-1 ∼ 1-6 의 6 조건, 및 실리콘원의 첨가량 (WSi) 가 (1) 식의 범위 밖이 되는 비교예 1-1 ∼ 1-4 의 4 조건의 합계 10 조건에 의해 고망간강을 용제하였다. 또, 표 1 에 있어서의 Mn 수율은, 환원 공정에 있어서 사용된 망간원에 함유되는 망간이 용탕 (2) 에 얼마나 첨가되었는지, 요컨대, 망간원에 함유되는 망간분 (分) 이, 환원 공정 전후에서의 용탕 (2) 의 망간 농도의 증가에 얼마나 기여했는지를 나타내는 것이다.
Figure pct00006
표 1 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1-1, 1-2 의 조건에서는, 다른 조건에 비해 망간 수율이 46 ％ 이하로 낮은 위치가 되었다. 이는, 실리콘원의 첨가량이 적었기 때문에, (2) 식으로 나타내는 슬래그 (3) 의 환원 반응이 충분히 진행되지 않았던 것이 원인이라고 생각된다. 비교예 1-1, 1-2 에서는, Mn 수율이 낮았기 때문에, 탈가스 공정에 있어서 실리콘원을 첨가하여 환원 처리를 실시하고, 그 후 성분 및 온도의 조정을 실시할 필요가 있어, 탈가스 공정에 소요된 시간이 실시예 1-1 ∼ 1-6 에 비해 길어졌다.
또, 비교예 1-3, 1-4 의 조건에서는, 망간 수율은 높아졌지만, 출강시의 실리콘 농도가 규격 상한치인 0.20 질량％ 를 초과하였다. 이는, (2) 식으로 나타내는 슬래그 (3) 의 환원 반응이나 (3) 식으로 나타내는 탈황 반응에서 소비되는 양 이상의 실리콘이 용탕 (2) 에 공급되었기 때문으로 생각된다. 비교예 1-3, 1-4 에서는, 출강시의 실리콘 농도가 높았기 때문에, 탈가스 처리 공정에 있어서 탈실리콘 처리를 실시할 필요가 있어, 탈가스 공정에 소요된 시간이 실시예 1-1 ∼ 1-6 에 비해 길어졌다. 또한, 탈실리콘 처리에서는, 상취 랜스 (53) 로부터 산화성 가스를 용탕 (2) 에 분사함으로써, 용탕 (2) 에 함유되는 실리콘이 산화 제거된다.
한편, 실시예 1-1 ∼ 1-6 의 조건에서는, 환원 공정에 있어서 높은 망간 수율을 얻을 수 있고, 나아가 필요 이상으로 실리콘원이 첨가되지 않았기 때문에 출강시의 실리콘 농도를 낮게 할 수 있었다. 이 때문에, 탈가스 공정에 소요되는 시간을 짧게 할 수 있었다.
실시예 2
다음으로, 본 발명자들이 실시한 실시예 2 에 대해 설명한다. 실시예 2 에서는, 실시예 1-4 와 동일한 용제 방법으로, 탈가스 공정에서의 교반 동력 (ε) 을 변경한 복수의 조건으로 고망간강의 용제를 실시하였다. 또한, 용제된 고망간강의 성분은, 탄소 농도 : 0.145 질량％ 이상 0.155 질량％ 이하, 망간 농도 : 24 질량％ 이상 25 질량％ 이하, 실리콘 농도 : 0.1 질량％ 이상 0.2 질량％ 이하, 황 농도 : 0.002 질량％ 이하, 질소 농도 : 100 ppm 이하, 수소 농도 : 5 ppm 이하였다.
구체적으로는, 탈탄 공정으로서 실시예 1-4 와 동일하게, 전로 (1) 에서 용선 예비 처리를 실시한 용선인 용탕 (2) 에 탈탄 처리를 실시하여, 탄소 농도가 0.05 질량％ 가 될 때까지 탈탄 취련을 실시하고 용강으로 하였다. 이어서, 환원 공정으로서 실시예 1-4 와 동일하게, 35 ㎏/t 의 실리콘원을 첨가하여 용탕 (2) 에 환원 처리를 실시하였다. 환원 처리 종료시의 용탕 (2) 의 망간 농도는, 대략 24 질량％ 였다. 또한, 탈가스 공정으로서 실시예 1-4 와 동일하게, 진공 탈가스 장치 (5) 에서 용탕 (2) 에 탈가스 처리를 실시하였다. 탈가스 공정에서는, 레이들 (4) 의 취입구 (40) 로부터 불어넣은 Ar 가스의 유량을 조정함으로써, 교반 동력 (ε) 을 임의로 변경한 복수의 조건으로 탈가스 처리를 실시하였다.
표 2 에 실시예 2 의 결과로서, 환원 공정에 있어서의 실리콘원의 첨가량, Mn 수율, 출강시의 용탕 (2) 의 실리콘 농도, 탈가스 공정에 있어서의 교반 동력 및 탈가스 공정에 있어서의 탈가스 처리에 소요된 시간을 나타낸다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 에서는, 탈가스 공정에 있어서의 교반 동력이 상이한 실시예 2-1 ∼ 2-10 의 10 조건으로 고망간강을 용제하였다. 또한, 실시예 1-4 에 있어서의 탈가스 공정에서의 교반 동력 (ε) 은, 실시예 2-1 에 상당한다. 또, 실시예 2-1 ∼ 2-10 에 있어서, 상기 이외의 용제 조건에 대해서는, 실시예 1-4 와 동일하게 하였다.
Figure pct00007
표 2 에 나타내는 바와 같이, 교반 동력 (ε) 이 300 W/t 이상, 1300 W/t 이하가 되는 실시예 2-3 ∼ 2-8 의 조건에서는, 교반 동력 (ε) 이 300 W/t 미만이 되는 실시예 2-1, 2-2 나 교반 동력 (ε) 이 1300 W/t 초과가 되는 실시예 2-9, 2-10 에 비해, 탈가스 처리에 소요되는 시간이 짧아지는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 용탕 (2) 에 적절한 교반 동력을 부여하고 교반을 실시함으로써, 진공 탈가스 처리에서의 탈수소, 탈질소 및 개재물의 부상이 촉진되었기 때문으로 생각된다.
이에 대하여, 교반 동력 (ε) 이 300 W/t 미만이 되는 실시예 2-1, 2-2 의 조건에서는, 교반이 약했기 때문에, 탈수소나 탈질소에 시간이 소요되었기 때문에, 탈가스 처리에 소요되는 시간이 길어지는 결과가 되었다. 또, 교반 동력 (ε) 이 1300 W/t 초과가 되는 실시예 2-9, 2-10 의 조건에서는, 교반이 지나치게 강했기 때문에, 용탕 (2) 에 대해 슬래그 (3) 가 딸려들어간 양이 많아져, 용탕 (2) 중의 슬래그계 개재물을 부상시키는 데 시간이 소요되었기 때문에, 탈가스 처리에 소요되는 시간이 길어지는 결과가 되었다.
1 : 전로
10 : 노체
11 : 상취 랜스
12 : 하취 노즐
13 : 슈트
2 : 용탕
3 : 슬래그
4 : 레이들
40 : 취입구
5 : 진공 탈가스 장치
50 : 진공조
51 : 배기관
52 : 교반 가스 공급 경로
53 : 상취 랜스
54 : 공급구

Claims (2)

  1. 망간을 5 질량％ 이상 함유하는 강을 용제할 때에,
    전로에서, 용선에 탈탄 처리를 실시함으로써, 상기 용선을 탄소 농도가 낮은 용강으로 하는 탈탄 공정과,
    그 탈탄 공정 후, 상기 전로에 수용된 상기 용강에, 망간원 및 실리콘원을 첨가함으로써, 상기 용강을 환원 처리하는 환원 공정과,
    상기 환원 공정 후, 진공 탈가스 장치에서, 상기 용강에 진공 탈가스 처리를 실시하는 탈가스 공정을 구비하고,
    상기 환원 공정에서는, 상기 망간원의 첨가량에 따라서, (1) 식을 만족하도록 상기 실리콘원을 첨가하는 것을 특징으로 하는 고망간강의 용제 방법.
    Figure pct00008

    xMn : 망간원 중의 망간 농도 (질량％)
    xSi : 실리콘원 중의 실리콘 농도 (질량％)
    WMn : 망간원의 첨가량 (㎏/t)
    WSi : 실리콘원의 첨가량 (㎏/t)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 탈가스 장치로서, 상기 용강을 수용하는 레이들의 바닥으로부터 교반 가스를 불어넣음으로써 상기 용강을 교반하는 장치를 사용하고,
    상기 탈가스 공정에서는, (4) 식으로 나타내는 교반 동력 (ε) 이, 300 W/t 이상, 1300 W/t 이하가 되는 조건에서, 상기 용강을 교반하면서 진공 탈가스 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 고망간강의 용제 방법.
    Figure pct00009

    Q : 교반 가스의 유량 (Nm3/min)
    Tl : 용강의 온도 (K)
    Wm : 용강의 중량 (t)
    ρl : 용강의 밀도 (㎏/㎥)
    h : 탕면 높이 (m)
    P2 : 분위기 압력 (Torr)
    η : 에너지 전달 효율 (－)
    Tn : 교반 가스의 온도 (K)
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