KR20230028392A - 강재 스트립 제조 방법 - Google Patents

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잉고 슈슈터
토마스 헨켈
폴커 비그만
마르쿠스 라이퍼샤이드
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에스엠에스 그룹 게엠베하
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Abstract

본 발명은 강재 스트립을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법의 경우, 우선 용강이 제조되고, 그 다음 용강은 연속 주조 설비(2)에서 스트랜드(3)로 형성되고, 그 다음 스트랜드(3)는 가열 유닛(4) 내로, 그 다음 압연기(5) 내로 안내된다. 열간 압연된 강재 스트립들을 에너지 절약 방식으로 제조할 수 있도록 하기 위해, 그리고 추가 가공을 위해, 본 발명에 따라서 우선 용강이 제조되고, a) 출발 재료를 용융하는 용융 단계; b) 철과 탄소를 함유한 고체 출발 재료들뿐만 아니라 공기, 산소 및/또는 천연가스를 공급하는 공급 단계; c) 진공 시스템(7) 내로 용융물을 공급하는 공급 단계; d) 연속 주조 설비(2) 내로 용융물을 공급하는 공급 단계; e) 용융물을 주조하는 주조 단계; f) 가열 유닛(4) 내로 스트랜드(3)/슬래브를 공급하는 공급 단계; 및 g) 압연기(5) 내로 스트랜드(3)/슬래브를 공급하여 열간 압연 스트립(1)으로 스트랜드/슬래브를 압연하는 공급 및 압연 단계가 수행된다.

Description

강재 스트립 제조 방법
본 발명은 권취된 코일의 형태로, 또는 개별 마감 판금의 형태로 강재 스트립, 특히 열간 압연 스트립을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법의 경우, 우선 용강이 제조되고, 그 다음 용강은 연속 주조 설비에서 스트랜드로 형성되고, 그 다음 스트랜드는 분리되지 않은 상태로, 또는 개별 슬래브들로 분리되어 가열 유닛 내로 안내되고, 그 다음 가열된 스트랜드 또는 가열된 슬래브들은 뒤이은 압연기 내에서 압연되어 스트립을 형성한다. 이 경우, 스트립, 특히 열간 압연 스트립의 제조는 바람직하게는 주변 온도(20℃)로 스트랜드 또는 슬래브의 중간 냉각 없이 수행되어야 한다. 그에 따라, 눈에 보이는 자동차 부품들, 포장 플레이트, 가정용 기기들 또는 비곡물 지향 전기 철판(non-grain oriented electrical sheet)처럼, 시각적으로 수준 높은 표면들을 포함한 완제품들로의 추가 가공을 위해 제공되는 강재 스트립이 제공되어야 한다.
예컨대 자동차 외피 재료 또는 그에 견줄만한 정도로 수준 높은 표면들의 제조를 위한 ULC/IF 강재들로 이루어진 출발 재료로서의 열간 압연 스트립들은, 고로(blast furnace)(선철), 산소 제강 설비(BOF), 선택적인 진공 처리, 추가의 이차 야금 단계들, 및 슬래브로의 연속 주조뿐만 아니라 열간 압연 광폭 스트립 라인에서 열간 압연 스트립들로의 후속 압연의 공정 루트(process route)에 걸쳐 제조된다. 강도와 기타 바람직한 가공 특성들로 이루어진 의도되는 조합 특성을 달성하기 위해, 자체의 화학 조성물들을 포함한 제조할 용융물들은 Cu, Cr, Ni, Mo와 같은 동반 원소들의 혼합물들의 최대 함량뿐만 아니라 S, N 및 H의 의도되지 않은 함량의 엄수에 강하게 집중된다.
종래 루트는, 산소 제강 설비 내로의 장입 전에 선철의 탈황을 통해; 산소 제강 설비에서 산소 취입 동안 공정으로 인해 높은 탈탄소화 속도를 통한 질소 함량의 제한을 통해; 필요한 경우 20ppm(즉, 0.002중량 퍼센트) 이하로 진공 처리를 통한 탄소 함량의 감소를 통해; 이차 야금 처리 단계에서 분석의 미세 조정(fine adjustment)을 통해; 그리고 200㎜를 초과하는 두께를 갖는 슬래브로 강재를 주조하는 것을 통해; 요구되는 화학 조성물들의 제조를 가능하게 한다.
이런 루트에서, 통상적으로 주조된 슬래브는 슬래브 저장소에서 냉각되게 하고 그 다음 표면 검사를 받도록 한다. 이런 검사는 전체적으로 수행될 수 있거나, 또는 용융물의 대표적인 슬래브들에서 부분적으로만 수행될 수 있다. 검사된(그리고 필요한 경우 보수된) 슬래브들은 그에 후속하여 압연 프로그램으로 집계되고, 사전 계획된 순서로 하류에 연결된 가열 유닛 내로 삽입된다.
이런 절차를 통해, 슬래브들을 위한 제조 공정들(제강 공장 및 주조 작업) 및 열간 압연기는 시간뿐만 아니라 장소에 따라서도 서로 분리되어 있고 그에 따라 계획될 수 있다.
다양한 기공지된 해결책들은 DE 692 27 014 T2호, DE 697 13 639 T2호, EP 2 998 046 B1호, CN 106148639 A호, JP 2003064412 A호, KR 1063666 B1호, KR 2019076164 A호, KR 1017511 B1호 및 KR 1412566 B1호에 기술되어 있다.
그러나 단점은, 이른바 통합된 상기 야금 공장들(고로, 경우에 따른 코크스 공장 및 소결 설비, 그리고 전로를 포함함)이 상대적으로 많은 부지를 요구하고, 상대적으로 높은 CO2 배출량을 야기하고, 그 투자 비용도 높다는 점에 있다.
또한, 종래의 통합된 야금 공장들에서 단점은, 제강 공장 및 열간 성형부에서 개별 생산 단계들이 주로 시간 및 장소에 따라 서로 분리되어 있다는 점이다. 그로 인해, 주조된 슬래브들은 추가 가공 전에 대부분 주변 온도로 냉각된다.
주조 직후 에너지 절약식 직접 투입(direct insertion)은 상기 전제 조건들에서는 전혀 가능하지 않거나, 또는 단열 커버 아래에서 슬래브를 이송하는 것처럼 특별 조치들의 고려를 통해서만 가능하다.
따라서, 본 발명에 관한 것인 강종들의 제조의 기공지된 해결책의 단점은 에너지 효율이 부족하고 환경의 CO2 하중이 비교적 높다는 점에 있다.
그와 반대로 전기 아크로(EAF), 유도 용융로(IF)와 같이 주로 전기로 작동되는 용융 장치들은 보다 더 적은 부지를 요구하며, 그리고 기본적으로 오늘날 이미 장입 재료들을 그에 상응하게 선택할 경우 고품질의 강재를 생산할 수 있다. 그러나 이런 기술들은 지금까지 주로 보다 더 높은 합금의 고품질강 및 도구강뿐만 아니라 높은 내부 순도를 갖는 고품질의 특수강의 제조에서 우세하게 적용되고 있다. 150ppm 탄소 미만의 최저 탈탄소화(deepest-decarbonized) 용강들 및/또는 50ppm 질소 미만의 최저 탈질소화(deepest-denitrified) 용강들은 100t을 초과하는 장입 중량 및 50분 미만의 용융 시간을 갖는 전기 아크로들에서는 지금까지 재현될 수 없었다. 그 결과, 추가 가공을 위한 평균 질량 유량은 2t/min이다. 이런 질량 유량은 직접 투입의 보장을 위한 높은 슬래브 유출 온도를 갖는 연속 주조의 동시적 실현을 위해 충분하지 않다. 이를 위해, 통상적으로 질량 유량은 4t/min을 초과한다.
재가열된 연속 주조 슬래브에서 특유의 표면 결함들은, 특히 표면 온도가 각각의 강 조성에 따라서 700℃와 950℃ 사이인 이른바 저점도 범위에 있을 때 주조된 슬래브가 열간 압연 설비 이전의 재가열 유닛 내로 투입될 때 발생하기 때문에, 상기 재료들은 상기 범위 미만의 온도로 냉각되어야만 한다.
전술한 온도 범위는 각각의 강 조성에 대해 상이하게 한정되고, 재료의 시간-온도 변태도(TTT)에서 추론되고, 그리고/또는 야금학 시뮬레이션 방법[미세조직 모델(microstructure model)]에 의해 계산된다. 상업적으로 가용한 실제 시뮬레이션 도구들은 ThermoCalc/DICTRA, MatCalc 등에 의해 제공될 수 있다.
상술한 온도 범위에서 관찰되는 저점도(low viscosity) 및 이와 관련이 있으면서 재가열 시 오스테나이트 결정 입계를 따라서 균열을 형성하는 강재들의 경향은 오스테나이트-페라이트-오스테나이트의 미세조직 변태 시 밀도 변화와 관련이 있다. 냉각되는 강재가 자체에 유효하면서도 화학 조성물에 따르는 자신의 변태 온도(A3)에 도달한다면, 이전의 오스테나이트 결정 입계 상에서 핵 형성(nucleation)을 통해 미세조직 변태가 개시된다. 페라이트 분율은 자신의 더 낮은 밀도로 인해 팽창되지만, 보다 더 단단한 오스테나이트 분율에 의해 장력(tension)을 받고, 그에 이어서 크리프(creep)가 시작된다. 이런 미세조직 변태를 중단하고 강재를 다시 가열하면, 이전에 변태된 페라이트의 부피 분율은 수축되고, 그런 까닭에 장력 응력이 가해지게 된다. 변태하는 미세조직 영역들의 영역에서 질화물 및/또는 탄화물의 석출과 함께 상기 장력 응력은 결정 입계의 약화를 야기하고, 바람직하지 않은 경우에는 파열을 야기한다. 각각의 강종에 따라서, 상기 결정 입계 손상은 표면 근처에서만 발생하거나, 또는 더욱 깊어질 수 있다. 이렇게 손상된 표면들은 가공의 추가 과정에서 더 이상 회복되지 않고, 미세 균열로서 슬래브 표면들 상에서 보일 수 있고, 그리고 열간 압연 스트립 상에서 매우 미세한 표면 손상을 야기하고, 결국에는 가치 하락(devaluation)을 야기한다. 그에 따라, 이렇게 손상된 열간 압연 스트립들은 수준 높은 표면들을 위해 더 이상 이용될 수 없다.
재가열을 통한 표면 손상을 최소화하기 위해, 대개는 재가열로(reheating furnace) 내로의 직접 투입(고온 투입)으로서 사용되어서는 안 되는 온도 범위를 결정하거나, 또는 변태된 페라이트의 여전히 견딜 만한 분율을 결정하는 것이 도움이 된다.
이런 경우에, 슬래브의 직접 투입은 표면 근처의 미세 조직의 변태된 부피 분율이 10부피 퍼센트보다 더 적다는 것을 의미한다. 경험에 따라, 야금 전문가라면, 10K 이상인, 오스테나이트-페라이트 변태에 대한 시작 온도(A3)를 하회할 경우, 미세조직의 상기 부피 분율은 페라이트로서 존재하는 것으로 상정한다. 야금학 시뮬레이션 도구들은 오늘날 변태 시작의 보다 더 적합한 예측을 허용하고, 그리고 바람직하게는 한계 온도의 결정을 위해 사용되어야 한다.
그와 반대로, 미세조직이 최소한 75부피 퍼센트까지 변태되고 그에 따라 이전의 오스테나이트 결정 입계에 따르는 손상은 최소화될 때, 열간 투입이라고 한다. 일반적으로는, A1 + 20K의 온도에서 상기 미세조직 상태에 도달하는 것으로 상정된다. 여기서도, 상기 온도를 결정할 때 야금학 시뮬레이션 방법들의 사용이 선호된다.
직접 투입 방법은 비록 다양한 박슬래브 기술들과 함께 가용하기는 하지만, 그러나 여기서는 주조된 표면과 부피 간의 비율이 훨씬 더 크다는 문제점이 존재하고, 상기 비율은 제강 공장 및/또는 주조로 인한 표면 결함들의 발생 확률을 증가시킨다.
본 발명의 과제는, 특히 열간 압연된 강재 스트립을 최대한 에너지 절약 방식으로 제조할 수 있게 하도록, 도입부에 언급한 방법을 개선하는 것에 있다. 이와 관련하여, 특히, 예컨대 자동차 외피 및 그에 견줄만한 정도로 수준 높은 표면들을 위해 요구되는 것과 같은, 냉간 압연되고 경우에 따라 코팅된 고품질의 스트립들로 추가 가공이 가능해야 한다.
본 발명을 통한 상기 과제의 해결책은,
우선, 하기 화학 조성물, 즉
- 최대 0.02중량 퍼센트의 탄소, 바람직하게는 0.01중량 퍼센트 이하의 탄소,
- 0.01 내지 3.5중량 퍼센트의 규소, 바람직하게는 0.1중량 퍼센트 이하의 규소,
- 최대 2.5중량 퍼센트의 망간, 바람직하게는 1.0중량 퍼센트 이하의 망간,
- 0.01 내지 0.20중량 퍼센트의 구리, 바람직하게는 0.15중량 퍼센트 이하의 구리,
- 최대 0.40중량 퍼센트의 크롬 및 니켈, 바람직하게는 0.20중량 퍼센트 이하의 크롬 및 니켈,
- 각각 0.10중량 퍼센트 이하의 니오븀, 티타늄, 바나듐 및 붕소, 바람직하게는 0.05중량 퍼센트 이하의 티타늄, 바나듐 및 붕소,
- 최대 70ppm의 질소, 바람직하게는 50ppm 이하의 질소,
- 목표한 바대로 합금화되거나, 또는 불가피한 혼합물로서 장입 재료들을 통해 용융물 내에 도달하는, 철을 미포함한 선택적인 추가 원소들, 및
- 잔여 함량의 철을 포함하는 용강이 제조되고,
용강의 제조는 하기 단계들, 즉
a) (예컨대 전기 아크로, 유도로 또는 SAF의 형태로) 바람직하게는 전기로 작동되는 제련 유닛 내에서 철을 함유한 고체 출발 재료를 용융하는 용융 단계;
b) 평면욕상(flat bath phase)에서 (노 분위기에서 N의 흡수의 방지를 목적으로) 2분과 30분 사이, 바람직하게는 10분과 20분 사이의 기간에 걸쳐 연속해서 강력한 코흐 반응(Koch reaction)을 달성하기 위해, 제련 유닛 내로 철과 탄소를 함유한 고체 출발 재료들뿐만 아니라 공기, 산소 및/또는 천연가스를 연속해서 공급하는 연속 공급 단계; 및
c) 진공 시스템 내로 용융물을 공급하여 180ppm/min 탄소의 최대 탈탄소화 속도로 진공 시스템 내에서 용융물을 탈탄소화하는 공급 및 탈탄소화 단계;를 포함하고,
상기 단계들에 이어서, 하기 단계들, 즉
d) 연속 주조 설비 내로 상기와 같이 사전 처리된 용융물을 공급하는 공급 단계;
e) 연속해서 작동하는 연속 주조 설비 내에서 용융물을 주조하는 주조 단계;
f) 가열 유닛 내로 스트랜드 또는 이 스트랜드로 제조된 슬래브들을 공급하여 필요한 압연 온도를 설정하는 공급 및 설정 단계; 및
g) 압연기 내로 스트랜드 또는 슬래브들을 공급하여 스트립으로 스트랜드 또는 슬래브들을 압연하는 공급 및 압연 단계;가
수행되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 단계 a)는, 바람직하게는 고체 출발 재료들의 함량이 전체 장입 중량의 10 내지 70%에 상응하도록 실행된다.
또한, 단계 a)는, 고체 출발 재료들이 적어도 부분적으로 액상 장입 재료들로 대체되도록 실행될 수 있다.
단계 b)는, 바람직하게는 용융물 내로 분당 최소한 20kg의 탄소의 유입, 바람직하게는 분당 30kg과 150kg 사이의 탄소의 유입이 달성되도록 실행된다.
단계 b)에 따라서 연속해서 공급되는 재료는 바람직하게는 최소한 0.5중량 퍼센트, 매우 바람직하게는 1.0과 3.5중량 퍼센트 사이의 평균 탄소 함량을 함유한다.
또한, 단계 b)는, 바람직하게는 용융물이, 제련 유닛(6)에서부터 출탕 전에, 5 내지 60ppm, 바람직하게는 30ppm 이하의 질소 함량을 함유하도록 실행된다.
단계 c)는, 바람직하게는 30ppm/min과 60ppm/min 사이, 바람직하게는 40ppm/min과 50ppm/min 사이의 평균 탈탄소화 속도가 달성되도록 실행된다.
용융물은, 바람직하게는 단계 d)의 수행 이전에, 0.0005 내지 0.01중량 퍼센트, 바람직하게는 0.0040중량 퍼센트 미만의 탄소 함량을 함유한다.
스트랜드는, 바람직하게는 연속 주조 설비의 최종 세그먼트의 하류에서, 단계 e)의 수행 동안 최소한 A3 - 20K의 표면 온도, 바람직하게는 800℃를 상회하는 표면 온도(T1)를 보유한다.
스트랜드는, 바람직하게는 주조기에서의 유출 이후, 단계 e)의 수행 동안, 분리되지 않은 스트랜드로서, 또는 슬래브들로 분리되어, 최소한 800℃의 표면 온도, 바람직하게는 A3 - 20K보다 높은 온도를 보유하면서 직접적으로 가열 유닛 내로 유입된다.
단계 f)의 수행 동안 가열 유닛 내로 슬래브들의 유입 시, 바람직하게는 적어도 5㎜의 깊이까지, 바람직하게는 10㎜의 깊이까지 스트랜드 또는 슬래브의 표면 근처 영역들에서 페라이트의 부피 분율은 5부피 퍼센트 이하일 수 있다.
슬래브들은, 단계 f)의 수행 이전에도, 조정을 목적으로, 특히 검사 작업의 수행 및 표면 결함들의 보수를 위해 그리고 분리를 위해 생산 라인에서부터 배출될 수 있다. 배출된 슬래브들은 그 다음 바람직하게는 조정에 이어서 가열 유닛으로 공급되어 필요한 압연 온도로 가열된다. 단계 f)의 수행 동안 가열 유닛 내로 슬래브들의 유입 시, 최소한 5㎜의 깊이까지, 바람직하게는 10㎜의 깊이까지 슬래브의 표면 근처 영역들에서 페라이트의 부피 분율은 바람직하게는 최소한 75부피 퍼센트이다.
바람직하게는, 스트랜드의 주조, 가열 유닛의 통과 및 압연은 연속적인 공정으로 수행된다. 이는 절대적으로 연속적인 공정으로서, 또는 반연속적인 공정으로서도 수행될 수 있다(이런 경우, 단지 일부 섹션에서만 연속적으로 주조된다.). 다시 말해, 비록 결합되어 작동하는 연속 주조 및 압연 설비가 (다시 말해, 주조된 스트랜드의 직접 투입 조건에서) 제안되는 방법의 바람직한 구성이기는 하지만, 이는 강제적인 것은 아니다.
미세조직 함량은 바람직하게는 미세조직 변화 및 위상 형성의 열역학 및 동력학에 대한 공지된 야금학 시뮬레이션 방법들이 이용되는 조건에서 계산 모델을 통해 결정된다. 자동화 시스템으로서 실행되는 계산 모델은 주조 공정의 제어 및 조절을 위한 필요한 정보뿐만 아니라, 직접 투입에서 슬래브들의 제어를 위해, 또는 슬래브 조정부 내로의 배출을 위해 사용되는 필요한 결정 기준(decision criterion)들 역시도 제공한다.
전체 공정의 관리는 바람직하게는 상위의 공정 관리 시스템을 통해 제어되고, 그리고/또는 조절된다.
다시 말해, 제1 단계 a)에서, 제련 유닛 내에서 액상 출발 재료들[예: 액상 선철, 및/또는 용융 장치 내에 잔존하는 액체 섬프(liquid sump)]과 함께 고체 출발 재료들을 장입하는 것을 통해, 용융욕을 제조한다. 이는, 강 스크랩; 및 직접환원철(DRI), 환원철단광(HBI) 또는 고체 선철(PI; pig iron)처럼 "버진" 재료(virgin material)로서 지칭되는 철 담체(iron carrier);와 같은 고체 장입 재료들이 바스켓 단위로, 또는 로킹 런너(rocking runner), 예열 샤프트(preheat shaft) 등과 같은 다른 적합한 장치들을 경유하여 용융 장치 내로 이송되는 것을 통해 수행될 수 있다. 상기 장입 재료들의 함량은 달성할 출탕 중량의 최대 70%이다.
상술한 단계 b)에 따라서, 철과 탄소를 함유한 재료들의 추가 공급의 결과로, 용융물 내로 분당 최소한 65kg의 탄소의 유입은 상기 탄소량을 동시에 소모하는 조건에서 달성된다. 언급한 탄소 유입은 인위적으로 공급되는 산소 및 용융욕 내에 용해된 산소와 함께 하기와 같이 충분히 강력한 코흐 반응을 달성하고,
[C]용해됨 + [O]용해됨 = {CO}가스
또는
2[C]용해됨 + {O2}가스 = 2{CO}가스,
상기 코흐 반응은 다시금 전기 아크로 내에서 용융 공정 동안 물리적인 조건으로 인한 질소 흡수의 경향을 상쇄시킨다.
상술한 단계 b)는, 바람직하게는 용융물이 제련 유닛에서부터 출탕 시 바람직하게는 액상강(liquid steel) 내 30ppm 이하의 질소 함량을 함유하도록 실행된다.
연속해서 첨가되는, 철과 탄소를 함유한 재료들은 바람직하게는 해면철(DRI - 직접환원철) 및/또는 HBI(환원철단광)뿐만 아니라 액상 및/또는 고체 탈황 선철로도 구성된다. 재료 배합(material mix)의 선택된 혼합물은 바람직하게는 최소한 0.5중량 퍼센트, 매우 바람직하게는 1.0과 3.5중량 퍼센트 사이의 평균 탄소 함량을 함유한다.
상술한 단계 b)는 바람직하게는 제련 유닛의 공정 관리 시스템을 통해 제어되고, 그리고/또는 조절된다.
상술한 단계 c)는, 바람직하게는, 30ppm/min과 60ppm/min 사이, 바람직하게는 40ppm/min과 50ppm/min 사이의 평균 탈탄소화 속도가 달성되도록 실행된다. 또한, 상기 단계는 바람직하게는, 용융물이 최대 0.0020중량 퍼센트의 탄소 함량을 함유할 때까지 실행된다.
에너지 관점에서, 그리고 표면 품질에 대한 영향 인자들을 고려하는 조건에서, 매우 바람직한 것으로서 증명된 점에 따르면, 스트랜드는 연속 주조 설비의 최종 세그먼트의 하류에서(다시 말해 최종적으로 이송 방향에서 연속 주조기의 직하류에서) 바람직하게는 자체의 오스테나이트-페라이트 변태 온도(A3 - 20K)를 상회하는 최소한 800℃의 온도를 보유한다.
그 사이에, 바람직하게는, 스트랜드 또는 길이에 맞게 전단된 슬래브들은 가열 유닛에서의 유출구에서 1,050℃와 1,280℃ 사이의 평균 온도를 보유한다.
제안되는 방법을 통해, 고품질의 최종 제품의 제조가 가능하고, 직접 투입 방법은 주변 온도로의 중간 냉각 없이 개시되고; 여기서 실질적인 에너지 장점이 있다.
그에 따라, 제안되는 개념은, 예컨대 자동차 산업에서, 가정용품 산업에서, 그리고 포장 산업에서 요구되는 것과 같은 냉간 압연되고 경우에 따라 코팅되는 고품질의 스트립들로 추가 가공을 위한 열간 압연된 강재 스트립들의 에너지 절약식 제조를 가능하게 한다.
이를 위해, 전기 아크로(전기 용융로)에서는 주로 고체 장입 재료들(스크랩, DRI, HBI, 선철)이 용융되고, 그에 이어서 탈탄소화를 목적으로 진공 상태에서 언급한 이차 야금 처리(진공 시스템에서 이차 야금 처리를 위해 임의의 유형들이 고려되고, 특히 순환 탈가스 또는 탱크 탈가스가 고려된다.) 및 경우에 따라 탈황을 목적으로 하는 팬 스탠드 처리(pan stand treatment)가 수행된다. 그 다음, 연속 주조 설비 내에서 연속적인 주조가 수행된다. 제조된 슬래브들 또는 제조되는 연속 스트랜드는 언급한 가열 유닛들 내로 투입되어 열간 압연을 위해 필요한 온도로 가열되거나, 또는 자체 온도 프로파일과 관련하여 보상되고, 그리고 그에 뒤이어 압연기 내에서 열간 압연 스트립으로 압연된다.
이 경우, 바람직하게는 최소한 120분에 걸친 연속 작동 모드에서 연속 주조 설비의 주조 성능에 대해 측정할 때 최소한 5t/min의 총 생산성(처리량)이 제공된다.
기술한 방법은, 전기 아크로 내에서 최소한 25중량 퍼센트로 스크랩 장입율이 최대한으로 가능한 점과 동시에 0.2중량 퍼센트 이하의 Cu + Cr + Ni 함량뿐만 아니라, 120ppm 이하의 S 함량 및 50ppm 이하의 N 함량을 함유하는 스트립의 화학 조성물의 제조를 허용한다.
그에 따라, 기술한 본 발명에 따른 전로강 루트(electric-furnace steel route)를 통해, 예컨대 자동차 외피 재료 또는 그에 견줄만한 정도로 수준 높은 표면들의 제조를 위한 ULC/IF 강재들로 이루어진 출발 재료로서의 열간 압연 스트립의 제조가 가능하고, 그럼으로써 보다 더 유리한 투자 비용, CO2의 감소된 배출량, 재활용 가능성 및 보다 더 높은 정도의 유연성이 제공되게 된다.
또한, 바람직하게는 슬래브들의 직접 투입 시 신속한 생산 타이밍뿐만 아니라, 높은 표면 품질 역시도 제공된다.
그에 따라, 바람직하게는, 박슬래브의 연속 주조 및 압연 방법에 의해 공지된 주조열(casting heat)의 활용 장점이, (15중량 퍼센트 이상의) 높은 스크랩 비율에도 불구하고, 자체 표면 품질과 관련하여 예컨대 자동차 산업에서 외피 적용 분야를 위해 적합한 강종들의 제조를 허용하는 고체 장입 재료들을 기반으로 하는 강 제조 공정과 결부되는 상황이 활용된다.
그와 동시에, 기술한 절차는, 주조기에서부터 가열 유닛 내로 바람직하게는 800℃ 이상의 온도를 보유하는 슬래브들의 직접 투입을 통해, 압연 온도로 주조 스트랜드 또는 슬래브들의 에너지 절약식 재가열을 허용한다.
또한, 상기와 같이 제조된 슬래브들의 상기 유형의 직접 투입은, 800℃와 600℃ 사이의 온도로 슬래브들을 냉각하고 그 다음 뒤이어 필요한 열간 압연 온도로의 필요한 재가열 동안 발생하는 (예컨대 에지 영역에서, 그리고 슬래브 표면들 상에서 미세 균열과 같은) 표면 결함들을 최소한 90%로 대부분을 방지하게 해준다.
또한, 스크랩 및 다른 고체 장입 재료들을 기반으로 하는 조강(crude steel) 제조; 낮은 탄소 값 및 최소의 질소 함량의 설정을 위한 조강의 필요한 진공 처리; 및 각각의 강 조성을 위해 적합한, 오스테나이트-페라이트 변태의 시작 온도(A3 - 20K)를 상회하는 조건에서 하류에 연결된 가열 유닛 내로 스트랜드 또는 길이에 맞게 전단된 슬래브들의 유입을 보장하기 위한 높은 주조 성능의 요건을 갖는 연속 주조;의 물류 및 기술적 결합이 제공된다.
고체 장입 재료들은, 전기 아크로 내에서의 용융을 위해, 높으면서도 자체 최소 크기와 관련하여 하방 제한되는 탈탄소화 속도가 보장되도록 배합되어 장입된다. 상기 조강 단계의 생산 용량은, 바람직하게는 최종 가공 단계(연속 주조)에 의해 기설정되는 값을 최소한 10%만큼 초과한다.
이렇게 제조된 조강은 그에 후속하여 진공 시스템 내에서 필요한 C 함량으로 감소된다. 이는, 바람직하게는 상기 공정 단계의 생산 용량이 최종 가공 단계(연속 주조)에 의해 요구되는 값을 5% 초과하도록 탈탄소화 속도가 설정되는 방식으로 수행된다.
연속 생산하는 주조기는, 바람직하게는 최종 세그먼트에서 유출되는 스트랜드 또는 슬래브 유출 온도가 각각의 강재를 위해 필요한 저점도의 온도 범위를 약 20K 상회하도록 설정된다.
특별히 설정된 C 함량(예컨대 취입 탄소의 환원을 위한 높은 함량, 또는 탄소 취입을 통한 보다 더 적합한 공정 제어를 위한 낮은 함량)을 갖는 DRI/HBI의 장입은 공정을 촉진한다. 이미 이로써, 상술한 단계 b)의 범주에서, 이미 목표한 바대로, 전기 아크로 내에서 코흐 반응은 영향을 받을 수 있다.
또한, 예컨대 H2를 이용한 직접 환원을 통한, CO2 없이 제조되거나 CO2 환원된 DRI/HBI의 장입도 바람직하다. 또한, DRI의 고온 장입 역시도 가능하다.
본원에서 기술되는 방법의 범주에서 연속 주조, 또는 연속 주조 설비의 사용에 대해 다룬다는 점에 한해, 이는, 금속 스트랜드의 제조를 위해 통용되는 모든 가능성을 의미한다. 스트랜드가 영구 몰드에서 유출되고 수직 방향에서 수평 방향으로 아치형으로 편향되는 바람직하게 제공되는 연속 주조 설비 외에, 예컨대 30㎜ 내지 90㎜의 주조 두께를 갖는 박슬래브 주조 설비들 역시도 사용될 수 있거나, 또는 1㎜와 30㎜ 사이의 주조 두께를 갖는 스트립 주조 설비들 또는 이른바 트윈 롤러 설비들도 사용될 수 있다.
도면에는 본 발명의 일 실시예가 도시되어 있다.
단일의 도 1은 용강의 처리, 계속해서 이어지는 가열 유닛 및 압연기를 포함한 후속 연속 주조 설비를 도시한 개략도이다.
도 1에는, 열간 압연 스트립(1)을 제조할 수 있는데 이용되는 제조 설비가 개략적으로 도시되어 있다.
우선, 전기 아크로(6) 내에서 출발 재료의 용융이 수행된다. 그 다음, 용융물은 진공 시스템(7)으로 공급되고, 이곳에서 용융물은 이차 야금 방식으로 처리된다. 그에 이어서, 주조될 준비가 된 용융물은 연속 주조 설비(2) 내에 도달하고, 이곳에서 공지된 방식으로 스트랜드(3)(슬래브)가 주조된다. 연속 주조 설비(2) 직하류(특히 연속 주조 설비의 최종 세그먼트의 하류)에서 스트랜드(3)는 온도(T1)를 보유한다.
그 다음, 슬래브는 가열 유닛(4) 내에 도달하고, 이곳에서 슬래브는 온도(t2)로 가열되고, 그 다음 슬래브는 상기 온도를 보유하면서 압연기(5) 내에 도달하여 완성된 열간 압연 스트립(1)으로 압연된다.
기술한 방법에 의해서는, (예컨대 자동차 산업의 외피 제품용으로) 가능한 한 최고 품질의 강재는, 장입 재료들의 선택을 통해, 공정 관리의 최적화를 통해, 비금속 함유물의 방지를 통해, 그리고 90 내지 310㎜ 두께의 스트랜드로 연속 주조함으로써 (특히 진공 탈탄소화, 다시 말해 이차 야금 처리의 형태인) 하류에서의 공정 단계들과의 동기화를 통해, 전기 아크로에 의해 제조될 수 있다.
조강은, 바람직하게는 제련 유닛에서의 출탕 시, 0.020중량 퍼센트의 최대 탄소 함량을 함유하고, 그리고 언급한 것처럼 전기 아크로(6) 내에서 제조된다. 이 경우, 바람직하게는 고체 금속 장입 재료들이 이용되고, 공정 관리를 통해서는 낮은 함량의 의도되지 않은 동반 원소들(Cu, Cr, Ni) 및 최소 함량의 가스들(질소, 수소)을 함유하는 조강의 제조가 가능해진다. 제조된 조강은 진공 시스템(7) 내에서 탈탄소화되고 그에 후속하여 연속 생산하는 주조기(2) 상에서 스트랜드(3)로 성형된다.
금속 장입 재료들로서는 특히 스크랩, 선철 및 해면철(DRI 및/또는 HBI)이 사용되고, 이들은 적은 황 유입을 달성한다.
또한, 금속 장입 재료들은 낮은 함량의 의도되지 않은 동반 원소들을 함유한다.
새로운 장입 재료의 첨가는 의도되지 않는 동반 원소들과 관련하여 수행될 수 있고 제조할 강 브랜드(steel brand)에 매칭될 수 있다.
이 경우, 금속 장입 재료들은, 전체적으로 최소한 1중량 퍼센트의 탄소 유입이 가능해지도록 선택된다.
금속 장입 재료들의 공급은, 바람직하게는 전체 평면상 동안 강력한 코흐 반응이 제공되는 방식으로 수행되고, 이는 분당 최소한 65kg의 탄소의 첨가를 통해 보장된다.
용융 및 슬래그 제어는, 바람직하게는 출탕 전에 액상강 내에 30ppm 미만의 질소 함량이 달성되는 방식으로 수행된다.
조강 용융물의 탈탄소화는 진공 시스템(7) 내에서 120ppm/min 탄소의 최대 탈탄소화 속도로 주조기로의 배출 전의 탄소 함량이 0.010중량 퍼센트 미만이 될 때까지 수행된다.
또한, 조강 용융물의 탈탄소화는 진공 시스템(7) 내에서 바람직하게는 전체 탈탄소화 단계 동안 40 내지 50ppm/min 탄소의 평균 탈탄소화 속도로 가공이 이루어지는 방식으로 수행된다.
또한, 이차 야금 처리는 진공 시스템(7) 내에서 탈탄소화된 용강의 탈산소화를 위해서도 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 진공 시스템 내에서, 또는 경우에 따라 하류에 연결된 대기의 처리 시스템 내에서도 목표 조성(target composition) 및 온도 균일성의 설정을 위해서도 제공될 수 있다.
용융물의 주조는 연속해서 작동하는 주조기(2) 상에서 수행되고, 표면 상에서 최종 세그먼트에서의 유출 온도(온도 T1)는 바람직하게는 최소한 800℃로 존재한다.
연속 주조 설비(2)의 생산 시간은 바람직하게는 연속해서 연이어 주조되는 적어도 4개의 용융물을 포함한다.
또한, 1,050℃ 내지 1,280℃의 평균 유출 온도(온도 T2)의 설정을 위해 하류에 연결된 가열 유닛(4) 내로 상기와 같이 제조된 슬래브(3)의 직접적인 유입이 수행된다.
연속 주조기(2)의 최종 세그먼트에서의 슬래브(3)의 유출과 하류에 연결된 가열 유닛(4) 내로의 유입 사이에서 슬래브(3)의 자동 표면 검사가 수행될 수 있다.
표면 결함들이 있는 슬래브(3)들은 생산 라인에서부터 자동으로 배출되고 냉각 후에 보수될 수 있다. 보수된 슬래브들은 다시 생산 공정으로 반송될 수 있다.
그에 따라, 제안되는 방법의 기본 개념은, 전기 아크로(6) 내에서 용강의 처리; 진공 시스템(7) 내에서의 진공 처리; 및 연속 주조 설비(2)에서 유출되는 슬래브(3)들이 충분히 높은 온도를 보유함으로써 대개 표면 결함의 위험 없이 상기 슬래브들을 가열 유닛(4)[바람직하게는 워킹빔로(walking beam furnace)] 내로 투입하도록 바람직하게는 110㎜ 이상의 두께를 보유한 슬래브(3)들의 연속 주조;를 계획하는 것에 맞춰져 있다.
가열 유닛(4) 내로의 유입구에서 높은 슬래브 온도의 주요 요건을 보장하기 위해, 그 전에 전체 공정은 처리량 용량(throughput capacity)으로 최적화된다.
그에 따라, 슬래브 온도가 높은 상태에서, 높은 주조 속도, 및 그로 인해 다시금 진공 시스템(7)에서부터 용융물의 신속한 공급이 달성되고, 이는 다시금 전기 아크로(6) 내에서 짧은 처리 시간을 달성한다.
강재 내 질소 함량의 제한과 동시에 전기 아크로(6) 내에서의 짧은 처리 시간은, 상기에서 기술한 것처럼, 욕 내에서의 높은 코흐 반응, 및 용융상(melt phase) 동안 일정한 탈탄소화 속도를 요구한다. 이는, DRI, 및/또는 철과 탄소를 함유한 다른 장입 재료들의 연속적인 이송을 통해 지원된다.
최솟값으로 탄소 함량의 감소와 동시에 진공 상태에서의 신속한 처리는 요구되는 최소 탈탄소화 속도를 통해 촉진된다.
그에 따라, 제안되는 개념은 연이어 배치되는 복수의 유닛을 이용한 결합된 공정에 맞춰져 있고, 상기 유닛들의 공정들은, 마지막에 슬래브(3)들이, 후속하여 표면 결함을 형성하지 않으면서, 곧바로 가열 유닛(4) 내로 유입될 수 있도록, 물류적으로 상호 간에 연결되어 있다.
강재 스트립에 이르기까지 강 제조를 위한 본 발명에 따른 방법은 상위의 공정 관리 시스템을 통해 제어되고, 그리고/또는 조절될 수 있다.
1: 열간 압연 스트립
2: 연속 주조 설비
3: 스트랜드(슬래브)
4: 가열 유닛(재가열 유닛)
5: 압연기
6: 제련 유닛(전기 아크로)
7: 진공 시스템
T1: 연속 주조 설비의 최종 세그먼트 하류에서 스트랜드의 온도
T2: 가열 유닛에서의 유출구에서 스트랜드의 온도

Claims (18)

  1. 권취된 코일의 형태로, 또는 개별 마감 판금의 형태로 강재 스트립(1), 특히 열간 압연 스트립을 제조하기 위한 방법으로서, 우선 용강이 제조되고, 그 다음 용강은 연속 주조 설비(2)에서 스트랜드(3)로 형성되고, 그 다음 스트랜드(3)는 분리되지 않은 상태로, 또는 개별 슬래브들로 분리되어 가열 유닛(4) 내로 안내되고, 그 다음 가열된 스트랜드(3) 또는 가열된 슬래브들은 뒤이은 압연기(5) 내에서 압연되어 스트립(1)을 형성하는, 상기 강재 스트립 제조 방법에 있어서,
    우선, 하기 화학 조성물, 즉
    - 최대 0.02중량 퍼센트의 탄소, 바람직하게는 0.01중량 퍼센트 이하의 탄소,
    - 0.01 내지 3.5중량 퍼센트의 규소, 바람직하게는 0.1중량 퍼센트 이하의 규소,
    - 최대 2.5중량 퍼센트의 망간, 바람직하게는 1.0중량 퍼센트 이하의 망간,
    - 0.01 내지 0.20중량 퍼센트의 구리, 바람직하게는 0.15중량 퍼센트 이하의 구리,
    - 최대 0.40중량 퍼센트의 크롬 및 니켈, 바람직하게는 0.20중량 퍼센트 이하의 크롬 및 니켈,
    - 각각 0.10중량 퍼센트 이하의 니오븀, 티타늄, 바나듐 및 붕소, 바람직하게는 0.05중량 퍼센트 이하의 티타늄, 바나듐 및 붕소,
    - 최대 70ppm의 질소, 바람직하게는 50ppm 이하의 질소,
    - 목표한 바대로 합금화되거나, 또는 불가피한 혼합물로서 장입 재료들을 통해 용융물 내에 도달하는, 철을 미포함한 선택적인 추가 원소들, 및
    - 잔여 함량의 철을 포함하는 용강이 제조되고,
    상기 용강의 제조는 하기 단계들, 즉
    a) 제련 유닛(6) 내에서 철을 함유한 고체 출발 재료를 용융하는 용융 단계;
    b) 평면욕상에서 2분과 30분 사이, 바람직하게는 10분과 20분 사이의 기간에 걸쳐 연속해서 강력한 코흐 반응을 달성하기 위해, 상기 제련 유닛(6) 내로 철과 탄소를 함유한 고체 출발 재료들뿐만 아니라 공기, 산소 및/또는 천연가스를 연속해서 공급하는 연속 공급 단계; 및
    c) 진공 시스템(7) 내로 용융물을 공급하여 180ppm/min 탄소의 최대 탈탄소화 속도로 상기 진공 시스템(7) 내에서 용융물을 탈탄소화하는 공급 및 탈탄소화 단계;
    를 포함하고, 상기 단계들에 이어서, 하기 단계들, 즉
    d) 상기 연속 주조 설비(2) 내로 상기와 같이 사전 처리된 용융물을 공급하는 공급 단계;
    e) 연속해서 작동하는 상기 연속 주조 설비(2) 내에서 용융물을 주조하는 주조 단계;
    f) 상기 가열 유닛(4) 내로 스트랜드(3) 또는 이 스트랜드로 제조된 슬래브들을 공급하여 필요한 압연 온도를 설정하는 공급 및 설정 단계; 및
    g) 상기 압연기(5) 내로 스트랜드(3) 또는 슬래브들을 공급하여 스트립(1)으로 스트랜드 또는 슬래브들을 압연하는 공급 및 압연 단계;
    가 수행되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 a)는, 고체 출발 재료들의 함량이 전체 장입 중량의 10 내지 70%에 상응하도록 실행되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 a)는, 고체 출발 재료들이 적어도 부분적으로 액상 장입 재료들로 대체되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)는, 용융물 내로 분당 최소한 20kg의 탄소의 유입, 바람직하게는 분당 30kg과 150kg 사이의 탄소의 유입이 달성되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)에 따라서 연속해서 공급되는 재료는 최소한 0.5중량 퍼센트, 바람직하게는 1.0과 3.5중량 퍼센트 사이의 평균 탄소 함량을 함유하는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)는, 용융물이, 상기 제련 유닛(6)에서부터 출탕 전에, 5 내지 60ppm, 바람직하게는 30ppm 이하의 질소 함량을 함유하도록 실행되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)는, 30ppm/min과 60ppm/min 사이, 바람직하게는 40ppm/min과 50ppm/min 사이의 평균 탈탄소화 속도가 달성되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 용융물은, 단계 d)의 수행 이전에, 0.0005 내지 0.01중량 퍼센트, 바람직하게는 0.0040중량 퍼센트 미만의 탄소 함량을 함유하는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트랜드(3)는, 상기 연속 주조 설비(2)의 최종 세그먼트의 하류에서, 단계 e)의 수행 동안 최소한 A3 - 20K의 표면 온도, 바람직하게는 800℃를 상회하는 표면 온도(T1)를 보유하는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트랜드(3)는, 주조기에서의 유출 이후, 단계 e)의 수행 동안, 분리되지 않은 스트랜드(3)로서, 또는 슬래브들로 분리되어, 최소한 800℃의 표면 온도, 바람직하게는 A3 - 20K보다 높은 온도를 보유하면서 직접적으로 상기 가열 유닛(4) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 f)의 수행 동안 상기 가열 유닛(4) 내로 상기 슬래브들의 유입 시, 적어도 5㎜의 깊이까지, 바람직하게는 10㎜의 깊이까지 상기 스트랜드 또는 상기 슬래브의 표면 근처 영역들에서 페라이트의 부피 분율은 5부피 퍼센트 이하인 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬래브들은, 단계 f)의 수행 이전에, 조정을 목적으로, 특히 검사 작업의 수행 및 표면 결함들의 보수를 위해 그리고 분리를 위해 생산 라인에서부터 배출되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 배출된 슬래브들은 조정에 이어서 상기 가열 유닛(4)으로 공급되어 필요한 압연 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 단계 f)의 수행 동안 상기 가열 유닛(4) 내로 상기 슬래브들의 유입 시, 최소한 5㎜의 깊이까지, 바람직하게는 10㎜의 깊이까지 상기 슬래브의 표면 근처 영역들에서 페라이트의 부피 분율은 최소한 75부피 퍼센트인 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트랜드(3)의 주조, 상기 가열 유닛(4)의 통과 및 압연은 연속적인 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  16. 제11항 및/또는 제14항에 있어서, 미세조직 함량은 미세조직 변화 및 위상 형성의 열역학 및 동력학에 대한 공지된 야금학 시뮬레이션 방법들이 이용되는 조건에서 계산 모델을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 자동화 시스템으로서 실행되는 상기 계산 모델은, 주조 공정의 제어 및 조절을 위한 정보, 및 직접 투입에서 슬래브들의 제어 또는 조정부 내로의 배출을 위한 결정 기준들을 각각 제공하는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 공정의 관리는 상위의 공정 관리 시스템을 통해 제어되고, 그리고/또는 조절되는 것을 특징으로 하는 강재 스트립 제조 방법.
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