KR20230077719A - 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법을 개시한다. 상기 방법은 전로 제련 단계: 용철을 포함하는 합금 원료를 제련, 탈산 및 출강 합금화하는 단계; LF 정련 단계: 상기 전로 제련 단계에서 획득한 용강에 대해 슬래그 조절 및 정련을 수행하여 정련 용강을 획득하는 단계; RH 탈기 단계: 상기 정련 용강을 진공 탈기하는 단계; 및 연속주조 단계: 상기 RH 탈기 단계를 거쳐 획득한 용강을 연속주조하여 슬래브를 획득하는 단계를 순차적으로 포함한다. 본 발명은 용철 Si 함량에 따라 단일 이중 슬래그 영역을 구분하여 제련을 수행하여 제련 원료 소모를 크게 줄이고 제련 주기를 단축시키며 생산 프로세스를 가속화시킨다.
Description
본 발명은 철강 야금 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극지용 강의 초고인(超高燐) 용철의 저인강 제련 방법에 관한 것이다.
세계 에너지 부족이 날로 심화됨에 따라 각국은 극지대 오일 가스 에너지의 개발을 계속 늘리고 많은 해양 플랫폼을 건설하였다. 이에 따라 극지용 초저온 저항 강재에 대한 수요가 급증하였다. 극지 온도가 매우 낮아 철강 중 인 함량은 철강의 인성에 매우 중요하지만 현재 국내 용철의 인 함량은 편차가 비교적 크며 일부 제철소는 광석 원료의 영향을 받아 생산된 초고인 용철이 저인강 생산에 적합하지 않으므로 생산 속도가 심각하게 느려졌다. 사용자의 저인 고품질 강재에 대한 수요가 증가함에 따라, 최저 비용으로 전로를 사용하여 이러한 초고인 용철 제련 극지대용 저인강을 어떻게 구현할 것인가는 현 단계의 연구의 초점이 되었다. 현재 국내외 일부 기업은 전로 이중 연합법을 광범위하게 채택해 JFE의 LD-NRP법, 고베 철강의 H로, 바오스틸의 BRP법 등과 같은 저인강을 생산하고 있다. 이러한 공정은 장비에 대한 요구 기준이 비교적 높고, 전로 용철 역수송 과정에서 열손실이 크며 생산 효율이 비교적 낮다. 동일한 전로에서 용철 탈인과 탈탄을 연속적으로 수행하는 이중 슬래그 공법도 있으며 이 공정은 조작이 간단하여 새로운 장비가 필요하지 않으므로 국내외에서 광범위하게 채택되고 있다.
현재 고인 용철을 사용하여 저인강을 제련하는 특허가 비교적 많지만, 이러한 제련 공정은 일반적으로 공정 흐름이 길고 비용이 많이 드는 단점 등이 있다. 몇 가지 유사한 특허를 아래에 간략하게 설명한다.
특허 문헌 CN 109593907 A는 "저인강 제련 방법"을 개시하였다. 해당 특허는 전로 취입 제련 랜스 위치, 산소 공급 강도, 저취 유량 및 출강 슬래그 제어 등 단계를 제어하여 완제품 P≤0.005%의 합격 주조 슬래브를 생산하지만, 해당 방법은 인 함량이 0.10% 이하인 용철에만 적용된다.
특허 문헌 CN 109897933 A는 "전로에서 저인 청정강을 생산하는 고효율 제련 공정"을 개시하였다. 해당 특허는 전로 이중 슬래그법을 통해 저인강을 제련하지만, 제련 방법에 사용되는 용철 인 함량이 모두 0.13% 미만이고, 남은 슬래그 처리에서 인 반환 현상을 일으키기 쉬워, 초고인 용철 제련에 적합하지 않다.
특허 문헌 CN 109402323 A는 "초고인 용철의 초저인강 제련 방법"을 개시하였다. 해당 특허는 LF 정련 과정에서 석회와 용융 슬래그 개질제의 배합비를 최적화하여 철강 슬래그 성분에서 철강 슬래그의 인 용량을 증가시킴으로써, 철강 슬래그와 용강에서 인의 분배비를 증가시켜 탈인에 유리한 조건을 제공한다. 그러나 해당 제련 방법은 전로 제련 과정을 자세히 설명하지 않았으며, LF로 용강 중 P 함량이 비교적 낮은 수준이고, LF 정련 과정이 너무 오래 걸리므로 고효율 저비용의 대량 생산에 유리하지 않다.
종래 기술의 결점을 감안하여, 본 출원의 목적은 극지용 강의 초고인 용철 저비용 제련 방법을 제공함으로써, 인 함량이 0.150%보다 높은 용철을 이용해 인 함량이 0.007% 미만인 철강을 제련하는 요건을 구현할 수 있고, 강재의 연성-취성 전이 온도를 현저하게 낮추며 극지 및 극한 작업 조건의 요건을 충족할 수 있도록 보장하는 데에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기의 기술적 해결책을 채택한다.
극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법에 있어서,
전로 제련 단계: 용철을 포함하는 합금 원료를 제련, 탈산 및 출강 합금화하는 단계;
LF 정련 단계: 상기 전로 제련 단계에서 획득한 용강에 대해 슬래그 조절 및 정련을 수행하여 정련 용강을 획득하는 단계;
RH 탈기 단계: 상기 정련 용강을 진공 탈기하는 단계; 및
연속주조 단계: 상기 RH 탈기 단계를 거쳐 획득한 용강을 연속주조하여 슬래브를 획득하는 단계를 순차적으로 포함한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 P 원소의 함량이 ≥0.15wt%일 때, Si 원소의 함량은 0.15 내지 0.6wt%이고, S 원소의 함량은 ≤0.006wt%이고, As 원소의 함량은 ≤0.006wt%이며, 바람직하게는 상기 용철의 온도는 ≥1230℃이다. 용철 온도가 너무 낮으면 용강 후속 취입이 심각해지고 취입 손실이 발생하며 철강 원료 소모가 커 비용이 높아지고 용강 품질을 보장할 수 없으며 노 수명이 짧아지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 규소의 질량 함량이 ≥0.30%인 경우, 상기 원료는 폐철을 더 포함하며, 바람직하게는 상기 폐철의 질량/(용철+폐철의 질량)은 ≤8%이다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 규소의 질량 함량이 ≥0.30%인 경우, 이중 슬래그 공정을 채택해 상기 제련을 수행하며, 바람직하게는 상기 이중 슬래그 공정은 구체적으로, 상기 원료에 슬래그의 일부를 첨가한 후, 산소 랜스를 채택해 상기 원료에 산소를 불어넣고, 초기 슬래그가 완전히 용해된 후 산소 랜스를 전로에서 꺼내고 슬래그를 붓는 단계 1); 및 산소 랜스를 채택해 단계 1)에서 획득한 용강에 산소를 불어넣은 후, 남은 상기 슬래그를 분할 첨가하여 계속 제련하고, 제련 과정에서 용강의 TSC 온도와 C 함량을 측정하고, 측정 결과에 따라 석회 또는 소결광을 첨가할지 선택하여, 후속 단계에서 알칼리도를 보장하고 슬래그의 완전한 용해를 촉진시키는 단계 2)를 포함한다.
바람직하게는 상기 단계 2)에서 남은 상기 슬래그 첨가에서 용강의 TSC 온도 및 C 함량 측정까지의 시간은 70 내지 90초이다.
바람직하게는 상기 단계 2)에서 산소 취입의 총 시간(즉, 단계 2)의 총 반응 시간)은 240 내지 300초이다.
바람직하게는 상기 슬래그는 슬래그 형성제 및 냉각제를 포함하고, 바람직하게는 상기 슬래그 형성제는 석회 및 백운석이고, 상기 냉각제는 소결광이고, 바람직하게는 상기 단계 1)에서 상기 석회의 첨가량은 철강 1톤당 20 내지 22.5kg이고, 상기 백운석의 첨가량은 철강 1톤당 3.5 내지 5.5kg이고, 상기 소결광의 첨가량은 철강 1톤당 28.5 내지 32kg이다.
바람직하게는 단계 1)에서 상기 산소 블로잉 시간은 5 내지 6분이다.
바람직하게는 단계 1)에서 초기 슬래그가 완전히 용해된 후 15 내지 30초 이내에 산소 랜스를 전로에서 꺼낸다.
바람직하게는 상기 단계 2)의 상기 슬래그에서 상기 석회의 첨가량은 철강 1톤당 21 내지 25kg이고, 상기 백운석의 첨가량은 철강 1톤당 3.5 내지 5.0kg이고, 상기 소결광의 첨가량은 철강 1톤당 14 내지 20kg이다.
바람직하게는 상기 단계 2)에서 상기 TSC 온도는 1540 내지 1590℃로 제어하고, 탄소 함량은 0.25 내지 0.40wt%로 제어한다. 바람직하게는 측정한 TSC가 ≤1540℃일 때 상기 석회를 첨가하여 산소 취입 제련을 계속하고, 측정한 TSC가 ≥1590℃일 때 소결광을 첨가한다.
바람직하게는 상기 단계 2)에서, 측정한 TSC 온도 결과에 따라 상기 석회 또는 소결광을 첨가할지 선택하고 계속 불어넣어, 전로 TSO 온도가 1600 내지 1650℃로 제어되고 탄소 함량이 0.07 내지 0.09wt%로 제어되도록 보장하며, 바람직하게는 상기 전로 TSO 온도가 1600℃보다 낮으면 스폿 블로잉 승온을 수행한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 규소의 함량이 <0.30%인 경우, 상기 원료는 용철 및 폐철이며, 바람직하게는 상기 폐철이 상기 원료에서 차지하는 질량비는 ≤8%이다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 규소의 질량 함량이 <0.30%인 경우, 단일 슬래그 공정을 채택해 제련하며, 바람직하게는 상기 단일 슬래그 공정의 구체적인 과정은, 상기 원료에 석회, 소결광 및 백운석을 첨가하는 단계 a); 및 전체 과정에서 슬래그가 완전히 용해되면 TSC를 측정한 후, TSC 측정 결과에 따라 석회 또는 소결광 첨가를 선택하는 단계 b)를 포함한다.
바람직하게는 상기 단계 a)에서 상기 석회는 2 내지 3회차로 분할 첨가하고, 철강 1톤당 첨가량은 42.9 내지 46.2kg이고(즉, 용철 1톤당 42.9 내지 46.2kg 첨가), 바람직하게는 상기 소결광은 3 내지 4회차로 분할 첨가하고, 철강 1톤당 첨가량은 39.2 내지 42.8kg이며, 바람직하게는 상기 백운석은 2 내지 3회차로 분할 첨가하고, 철강 1톤당 첨가량은 8.57 내지 10.7kg이다.
바람직하게는 상기 단계 b)에서 1톤당 상기 용철에서 상기 석회 또는 소결광의 첨가량은 2.15 내지 3.57Kg이고, 바람직하게는 측정한 TSC가 ≤1540℃일 때 상기 석회를 첨가하여 계속 산소를 불어넣어 제련하고, 측정한 TSC가 ≥1590℃일 때 소결광을 첨가하며 냉각제로 사용하여 반응 속도를 제어한다.
바람직하게는 상기 단계 b)에서 TSO의 측정 결과에 따라 C 함량이 ≥0.10%이면 스폿 블로잉을 수행하여 용강의 C 및 P 함량을 제어한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서 제련 전체 과정은 질소 및 아르곤의 전로 저취를 채택한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 제련 7 내지 8분 전에 질소를 저취하며, 여기에서 1 내지 3분 전 질소 유량은 450 내지 580Nm3/h이고, 후속 단계에서 질소 유량을 800 내지 900Nm3/h로 증가시키고(질소의 부피는 압력이 1기압이고 온도가 0℃인 기체 부피임), 제련 질소 저취 7 내지 8분 후 아르곤으로 전환하고, 아르곤 가스 유량은 1000 내지 1100Nm3/h로 증가시킨다. 취입 제련 초기 단계에서 용융 풀의 교반을 강화하여 석회 용융 및 슬래그 형성 속도를 촉진한다. 취입 제련 후기에서 용융 풀 교반 강도를 증가시키고 슬래그강 반응 균형을 촉진하며 탈인 효과를 강화한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 전로 탄소 산소 평형(carbon-oxygen equilibrium)이 ≤0.0021이고 전로 측정 종점 탄소가 ≤0.045%이면 직접 출강하고, 전로 탄소 산소 평형이 >0.0032이면 전로 TSO 성분이 C: 0.06 내지 0.09wt%, P≤0.006wt%, S≤0.020wt%로 측정될 때까지 기다린 후 출강할 수 있고, 전로 탄소 산소 평형이 0.0021 내지 0.0032이면 노 측정 종점 탄소가 ≤0.045%이어야 하며, 그렇지 않으면 스폿 블로잉을 수행한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서, 상기 제련 후 상기 탈산 전에, 고-저-저 랜스 위치(2000mm-1500mm-500mm)를 채택해 질소로 슬래그 스플래싱을 수행하고, 슬래그 스플래싱 과정에서 반복적으로 랜스를 올려 가압하고, 스플래싱 슬래그 건조 후 질소 랜스를 닫고, 슬래그 스플래싱 시간은 140 내지 200초이다. 본 발명은 3단 랜스 위치를 채택하여 노 전체에서 슬래그 스플래싱을 구현할 수 있으며 스플래싱 슬래그 두께 균일도가 우수하다. 산소에 비해 강한 산화환원 반응이 일어나 슬래그 스플래싱에 적합하지 않으며 아르곤 가격이 비교적 높아 경제성이 떨어진다. 본 발명은 질소 슬래그 스플래싱을 채택해 전로 고알칼리도 최종 슬래그와 산소 생산 설비의 질소 부산물을 충분히 활용할 수 있어 비용이 비교적 낮다. 또한 본 발명은 직접 산소 랜스를 채택해 질소 취입 슬래그 스플래싱 조작이 간편하고 효율이 높다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서 알루미늄 망간 철을 채택해 상기 탈산을 수행하고, 상기 알루미늄 망간 철의 철강 1톤당 첨가량은 1.7 내지 2.5kg이다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 전로 제련 단계에서 상기 합금화에 채택하는 합금은 금속 망간, 페로실리콘, 페로니오븀, 페로바나듐 및 니켈판을 포함한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 LF 정련 단계에서, 상기 슬래그 조절에 사용되는 물질은 알루미늄 슬래그와 탄화칼슘이며, 바람직하게는 상기 슬래그 조절에 사용되는 물질은 석회를 더 포함하며, 바람직하게는 슬래그 조절에서 최종 슬래그까지 알칼리도는 ≥2.2이고, 출강 전 상부 슬래그는 반드시 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그이어야 하고, 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그는 유지 시간이 10분 이상이다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 LF 정련 단계에서 상기 슬래그 조절 후 알루미늄 와이어를 공급하여 알루미늄을 증가시키고 티타늄 와이어를 공급하여 티타늄을 증가시킨다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 LF 정련 단계에서 상기 정련의 시간은 30 내지 45분이다. 상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 LF 정련 단계에서 슬래그 조절에 사용되는 슬래그의 질량비는 석회:형석:탄화칼슘:알루미늄 슬래그=(3 내지 5):(3 내지 5):1:(1 내지 2)이다. 바람직하게는 석회:형석:탄화칼슘:알루미늄 슬래그=(4 내지 5):(4 내지 5):1:(1 내지 2)이다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 RH 탈기 단계에서, 상기 진공 탈기 시 진공도는 ≤133Pa이고, 유동 순환 시간은 15분 이상이고, 순수 탈기 시간은 5분보다 길다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 RH 탈기 단계에서 상기 진공 탈기 이후, 칼슘 알루미늄 와이어를 1로당 80 내지 100미터를 공급하고, 소프트 블로우는 10분 이상이다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 연속주조 단계에서 상기 용강의 과열도는 25℃ 이내로 제어한다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 연속주조 단계에서 175단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 1.25 내지 1.35m/min이다.
200단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 1.2 내지 1.4m/min이고, 250단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 1.1 내지 1.3m/min이고, 300단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 0.85 내지 0.95m/min이다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 상기 연속주조 단계에서, 몰드는 포정강 몰드 파우더를 채택하고, 턴디쉬는 턴디쉬 플럭스를 채택해 탄화된 왕겨와 결합해 덮어, 턴디쉬 액면이 잘 덮이도록 보장하고, 래들 슈라우드는 아르곤으로 밀봉하고, 유량은 90 내지 120L/min이다. 유량이 <90L/min이면 공기차단 효과를 나타내기 어렵고, 유량이 >120L/min이면 아르곤이 낭비된다.
상술한 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법은 바람직한 실시방식에 있어서, 질량백분율에 따라 상기 제련 방법으로 획득한 철강 성분 중 P 함량은 0.007wt% 미만이고, 보다 바람직하게는 상기 제련 방법으로 획득한 철강 성분은 질량백분율에 따라 C: 0.06 내지 0.10%, Si: 0.20 내지 0.35, Mn: 1.5 내지 1.65%, Nb: 0.010 내지 0.030%, V: 0.010 내지 0.035%, Ti: 0.010 내지 0.035%, Al: 0.015 내지 0.040%를 포함한다.
종래 기술과 비교할 때 본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.
1. 본 출원에 따른 극지용 강의 초고인 용철의 저인강 제련 방법은 용철 규소 함량에 따라 이중 슬래그 공정 채택 여부를 판단한다. 용철 규소가 ≥0.30%이면, 전로 제련은 이중 슬래그 공정을 채택하고, 용철 규소가 <0.30%이면, 전로는 단일 슬래그 공정을 채택한 다음 정련의 깊은 탈인 공정을 채택하여 추가적인 탈인을 수행한다. 상기 방법은 초고인 용철을 원료로 사용하여 인 함량이 0.007% 미만인 철강의 연속적이고 안정적인 제련할 수 있으며, 필요한 부자재 소비가 비교적 적고 생산 리듬이 빠르며 광범위한 활용 전망을 갖는다.
2. 용철 Si 함량에 따라 단일 이중 슬래그 영역을 구분하여 제련을 수행하여 제련 원료 소모를 크게 줄이고 제련 주기를 단축시키며 생산 프로세스를 가속화시킨다.
3. 초고인 용철은 최적화된 슬래그 형성 재료 배합비와 합리적인 산소 취입 유량, 산소 취입 시간을 채택하여 전로 제련을 통해 초저인 용철을 얻을 수 있다.
4. LF 정련 단계에서 합리적인 슬래그 배합비 및 제련 방식을 채택해 용강의 P 환원량을 감소시킨다.
5. 본 출원에 따른 극지용 강의 초고인 용철의 저인강 제련 방법은 비용이 상대적으로 저렴하고 공정이 간단하여 조작이 용이하다. 본 제련 방법으로 생산한 주조 슬래브로 압연한 강판은 극한 작업 환경, 종합적 성능 요건 기준이 높은 공정에 사용하기에 적합하다.
6. 본 발명의 제련, 연속 주조 후 철강 슬래브는 압연을 거친 후 강판 항복강도가 ≥420 MPa, 인장강도가 520 내지 680MPa, -52℃ 충격 에너지가 ≥100J, 단면 수축률이 ≥19%이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 이점을 강조하기 위해, 이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하며, 예시는 본 발명을 제한하기보다는 본 발명을 설명하는 방식으로 표현된다. 본 발명의 기술적 해결책은 하기에 나열된 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 구체적인 실시방식 사이의 임의 조합을 더 포함한다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 모든 기능은 유사한 목적을 제공하는 다른 동등하거나 대안적인 기능으로 대체될 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 각 특징은 일련의 동등하거나 유사한 특징 중 하나의 예시일 뿐이다.
실시예 1
극지용 강의 초고인 용철의 저인강 제련 방법:
(1) 전로 제련
140t 상하 반복 취입 전로를 채택하며, 원료 조성은 고인탈황 용철 141t(C: 5.65%, Mn: 0.213%, P: 0.151%, S: 0.002%, Si: 0.54%, As: 0.0020%, 용철 온도 1310℃), 폐철량은 10t이다. 이중 슬래그 공정을 채택해 제련하며, 제련 시 산소의 1차 랜스 취입 개시 단계에서 랜스 위치는 약 1500mm로 제어한다. 산소 랜스가 가동된 후 산소 랜스 유량은 약 25000m3/h로 조정하고 랜스 위치는 1800mm이고, 석회 3050kg, 소결광 3600kg 및 백운석 400kg을 첨가하며, 1회차 재료는 150초 취입 시작 전에 첨가를 완료한다. 초기 슬래그가 완전히 용해되고 30초 후에 랜스를 들어 올려 슬래그를 붓고 랜스를 들어 올리는 타이밍은 원칙적으로 약 5분이다.
2차 랜스를 가동해 질소 슬래그 제거를 수행한 후 산소를 전환하고 산소 랜스를 가동한 후 산소 랜스 유량을 약 24500m3/h로 조정하고, 랜스 위치를 약 1700mm로 조정한 후, 석회 3200kg, 소결광 2700kg, 백운석 550kg을 분할 첨가하고, 동시에 취입 제련이 건조되는 것을 방지한다. TSC 온도는 1540 내지 1590℃로, 탄소 함량은 0.25 내지 0.40%로 제어하고, TSC를 측정 완료한 후 석회 150kg을 첨가하고 TSO 온도를 1600 내지 1650℃로 조정한다. 마지막으로 고-저-저 랜스 위치(2000mm-1500mm-500mm)를 채택해 슬래그 스플래싱을 수행하며, 슬래그 스플래싱 과정은 반복적으로 랜스를 들어 올리고 누르고, 스플래싱 슬래그가 건조된 후 질소 랜스를 닫고 슬래그 스플래싱 시간은 186초이다. 전로 탄소 산소 평형이 ≤0.0021이고, 전로 측정 종점 탄소가 ≤0.045wt%일 때 출강하고, 전로 출강 온도는 1620℃이며, 출강 시 알루미늄 망간 철 260kg, 금속 망간 2100kg, 니켈판 120kg, 페로바나듐 60kg, 페로니오븀 50kg, 페로실리콘 440kg이다. 철강 유동에 따라 합성 슬래그 600kg, 예비 용융 슬래그 200kg을 첨가한다.
제련 전 과정에서 질소와 아르곤을 저취하고, 제련 전 8분 동안 질소를 저취한다. 여기에서 이전 3분 동안 질소 유량은 500m3/h이고, 이후 5분 동안 질소 유량은 850m3/h로 증가한다. 제련 질소 저취 8분 후 아르곤으로 전환하고, 아르곤 가스 유량은 1050m3/h로 증가한다.
(2) LF 제련
LF 정련은 석회 200kg, 형석 200kg, 탄화칼슘 50kg, 알루미늄 슬래그 80kg을 첨가하여 슬래그 조절을 수행한다. 알루미늄을 증가시키기 위해 알루미늄 와이어를 150m, 티타늄을 증가시키기 위해 티타늄 와이어를 130m 공급한다. 최종 슬래그의 알칼리도는 2.2 이상으로 제어한다.
제련 전체 과정에서 아르곤 저취 교반을 수행하며, 전기에는 아르곤 압력을 적절하게 높일 수 있고, 출강 전 작은 압력 소프트 블로우를 채택하여 개재물이 부유하도록 보장한다. 정련 아르곤 소프트 블로우 시간은 5분이며, 전체 정련 시간은 45분이다.
(3) RH 제련
RH 처리 시, 침지관 삽입 깊이는 400mm이다. 처리 시 진공도는 30Pa이고, 유동 순환 시간은 22분이고, 순수 탈기 시간은 10분이다. RH 처리 종료 후, 1로당 칼슘 알루미늄 와이어 90m를 공급하고 10분 동안 소프트 블로우를 수행하며, RH 제련 주기는 23분이다.
(4) 연속주조
몰드는 포정강 몰드 파우더를 채택하며, 턴디쉬는 턴디쉬 플럭스를 채택해 탄화된 왕겨와 결합하여 덮어 턴디쉬 액면이 잘 덮이도록 보장한다. 래들 슈라우드는 아르곤으로 막고 유량은 90L/min이며, 몰드는 비정현 진동 모드를 채택한다. 연속주조 슬래브 단면 크기는 250mm*2400mm이고, 드로잉 속도는 1.1 m/min이다.
해당 로 회차의 종점 상황은 C: 0.07%, Si: 0.28%, Mn: 1.52%, P: 0.006%, S: 0.001%, Nb: 0.025%, Ti: 0.015%, V: 0.025%, Ni: 0.11%, Als: 0.020%이다. 해당 로의 소모 상황은 철강 1톤당 석회가 48.53kg이고, 철강 1톤당 슬래그 총 소비는 54.41kg이고, 철강 1톤당 산소 소모는 47.05Nm3이다.
본 실시예의 방법을 채택해 5로차 철강을 생산하고, 철강 중 P 함량은 모두 0.007wt%보다 낮다. 획득한 철강 슬래브는 압연을 거친 후 강판 항복강도가 425 내지 510MPa, 인장강도가 520 내지 590MPa, -60℃ 충격 에너지가 150 내지 210J, 단면 수축률이 22 내지 32%이다.
실시예 2:
극지용 강의 초고인 용철의 저인강 제련 방법:
(1) 전로 제련
140t 상하 반복 취입 전로를 채택하며, 원료 조성은 고인탈황 용철 92%(C: 4.437%, Mn: 0.213%, P: 0.148%, S: 0.003%, Si: 0.294%, As: 0.0018%, 용철 온도 1316℃), 나머지는 폐철이다. 제련 시 단일 슬래그 공정을 채택하고 산소 랜스 취입 개시 단계에서 랜스 위치는 약 1500mm로 제어한다. 산소 랜스 가동 후 산소 랜스 유량은 약 26000m3/h로 조정하고, 랜스 위치는 1800mm이고 산소 공급 압력은 0.8 MPa이다. 제련 전 8분 동안 질소를 저취하고, 질소 저취 유량은 560m3/h이고, 이후 880m3/h로 증가한다. 저취 8분 후 아르곤으로 전환하고, 유량은 1200m3/h까지 증가시키고, 소결광 6200kg, 석회 6040kg, 백운석 800kg을 첨가하여, 후기 알칼리도를 보장하고 슬래그 용융을 촉진시킨다. 종점 랜스 위치는 약 1200mm로 제어한다. 마지막으로 고-저-저 랜스 위치(2000mm-1500mm-500mm)를 채택해 슬래그 스플래싱을 수행하며, 슬래그 스플래싱 과정은 반복적으로 랜스를 들어 올리고 누르고, 스플래싱 슬래그가 건조된 후 질소 랜스를 닫고 슬래그 스플래싱 시간은 163초이다. 전로 출강 온도는 1646℃이고, 출강 시 알루미늄 망간 철 240kg, 금속 망간 2040kg, 니켈판 120kg, 페로바나듐 60kg, 페로니오븀 50kg, 페로실리콘 440kg을 첨가하고 철강 유동에 따라 합성 슬래그 600kg, 예비 용융 슬래그 200kg을 첨가한다.
(2) LF 제련
LF 정련에서 석회 352kg, 형석 157kg, 알루미늄 슬래그 180kg, 탄화칼슘 20Kg을 첨가하여 슬래그 조절을 수행한다. 알루미늄을 증가시키기 위해 알루미늄 와이어 120m, 티타늄을 증가시키기 위해 티타늄 와이어 150m를 투입한다. 최종 슬래그의 알칼리도는 2.2 이상으로 제어한다.
제련 전체 과정에서 아르곤 저취 교반을 수행하며, 전기에는 아르곤 압력을 적절하게 높일 수 있고, 출강 전 작은 압력 소프트 블로우를 채택하여 개재물이 부유하도록 보장한다. 아르곤 소프트 블로우 시간은 5분이며, 전체 제련 시간은 42분이다.
(3) RH 제련
RH 처리 시, 침지관 삽입 깊이는 400mm이다. 처리 시 진공도는 30Pa이고, 유동 순환 시간은 22분이고, 순수 탈기 시간은 10분이다. RH 처리 종료 후, 칼슘 알루미늄 와이어 80m를 공급하고 10분 동안 소프트 블로우를 수행하며, RH 제련 주기는 22분이다.
(4) 연속주조
몰드는 포정강 몰드 파우더를 채택하며, 턴디쉬는 턴디쉬 플러스를 채택해 탄화된 왕겨와 결합하여 덮어 턴디쉬 액면이 잘 덮이도록 보장한다. 래들 슈라우드는 아르곤으로 막고 유량은 90L/min이며, 몰드는 비정현 진동 모드를 채택한다. 연속주조 슬래브 단면 크기는 300mm이고 드로잉 속도는 0.85m/min이다.
해당 로 회차의 종점 상황은 C: 0.07%, Si: 0.27%, Mn: 1.51%, P: 0.0065%, S: 0.001%, Nb: 0.026%, Ti: 0.015%, V: 0.026%, Ni: 0.12%, Als: 0.020%이다. 해당 로의 소모 상황은 철강 1톤당 석회가 47kg이고, 철강 1톤당 슬래그 총 소비는 51.5kg이고, 철강 1톤당 산소 소모는 47.79Nm3이고, 철강 재료 소모는 1톤당 1.10t이다.
본 실시예의 방법을 채택해 5로차 철강을 생산하고, 철강 중 P 함량은 모두 0.007wt%보다 낮다. 획득한 철강 슬래브는 압연을 거친 후 강판 항복강도가 440 내지 500MPa, 인장강도가 525 내지 605MPa, -60℃ 충격 에너지가 130 내지 190J, 단면 수축률이 23 내지 29%이다.
Claims (10)
- 극지용 강의 초고인(超高燐) 용철의 저비용 제련 방법에 있어서,
전로 제련 단계: 용철을 포함하는 합금 원료를 제련, 탈산 및 출강 합금화하는 단계;
LF 정련 단계: 상기 전로 제련 단계에서 획득한 용강에 대해 슬래그 조절 및 정련을 수행하여 정련 용강을 획득하는 단계;
RH 탈기 단계: 상기 정련 용강을 진공 탈기하는 단계; 및
연속주조 단계: 상기 RH 탈기 단계를 거쳐 획득한 용강을 연속주조하여 슬래브를 획득하는 단계;를 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 P 원소의 함량이 ≥0.15wt%일 때, Si 원소의 함량은 0.15 내지 0.6wt%이고, S 원소의 함량은 ≤0.006wt%이고, As 원소의 함량은 ≤0.006wt%이며, 바람직하게는 상기 용철의 온도는 ≥1230℃이고,
바람직하게는, 상기 전로 제련 단계에서, 상기 원료는 폐철을 더 포함하며, 바람직하게는 상기 폐철의 질량/(용철+폐철의 질량)은 ≤8%인 것을 특징으로 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 규소의 질량 함량이 ≥0.30%인 경우, 이중 슬래그 공정을 채택해 상기 제련을 수행하며, 바람직하게는 상기 이중 슬래그 공정은 구체적으로, 상기 원료에 슬래그의 일부를 첨가한 후, 산소 랜스를 채택해 상기 원료에 산소를 불어넣고, 초기 슬래그가 완전히 용해된 후 산소 랜스를 전로에서 꺼내고 슬래그를 붓는 단계 1); 및 산소 랜스를 채택해 단계 1)에서 획득한 용강에 산소를 불어넣은 후, 남은 상기 슬래그를 분할 첨가하여 계속 제련하고, 제련 과정에서 용강의 TSC 온도와 C 함량을 측정하고, 측정 결과에 따라 석회 또는 소결광을 첨가할지 선택하여, 후속 단계에서 알칼리도를 보장하고 슬래그의 완전한 용해를 촉진시키는 단계2);를 포함하고,
바람직하게는 상기 단계 2)에서 남은 상기 슬래그 첨가에서 용강의 TSC 온도 및 C 함량 측정까지의 시간은 70 내지 90초이고,
바람직하게는 상기 단계 2)에서 총 반응 시간은 240 내지 300초이고,
바람직하게는 상기 슬래그는 슬래그 형성제 및 냉각제를 포함하고, 바람직하게는 상기 슬래그 형성제는 석회 및 백운석이고, 상기 냉각제는 소결광이고, 바람직하게는 상기 단계 1)에서 상기 석회의 첨가량은 철강 1톤당 20 내지 22.5kg이고, 상기 백운석의 첨가량은 철강 1톤당 3.5 내지 5.5kg이고, 상기 소결광의 첨가량은 철강 1톤당 28.5 내지 32kg이고,
바람직하게는 단계 1)에서 상기 산소 블로잉 시간은 5 내지 6분이고,
바람직하게는 단계 1)에서 초기 슬래그가 완전히 용해된 후 13 내지 30초 이내에 산소 랜스를 전로에서 꺼내고,
바람직하게는 상기 단계 2)의 상기 슬래그에서 상기 석회의 첨가량은 철강 1톤당 21 내지 25kg이고, 상기 백운석의 첨가량은 철강 1톤당 3.5 내지 5.0kg이고, 상기 소결광의 첨가량은 철강 1톤당 14 내지 20kg이고,
바람직하게는 상기 단계 2)에서 상기 TSC 온도는 1540 내지 1590℃로 제어하고, 탄소 함량은 0.25 내지 0.40wt%로 제어하고,
바람직하게는 상기 단계 2)에서, 측정한 TSC 온도 결과에 따라 상기 석회 또는 소결광을 첨가할지 선택하고 계속 불어넣어, 전로 TSO 온도가 1600 내지 1650℃로 제어되고 탄소 함량이 0.07 내지 0.09wt%로 제어되도록 보장하며, 바람직하게는 상기 전로 TSO 온도가 1600℃보다 낮으면 스폿 블로잉 승온을 수행하는 것을 특징으로 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전로 제련 단계에서, 원료인 상기 용철 중 규소의 질량 함량이 <0.30%인 경우, 단일 슬래그 공정을 채택해 제련하며, 바람직하게는 상기 단일 슬래그 공정의 구체적인 과정은, 상기 원료에 석회, 소결광 및 백운석을 첨가하는 단계 a); 및 전체 과정에서 슬래그가 완전히 용해되면 TSC를 측정한 후, TSC 측정 결과에 따라 석회 또는 소결광 첨가를 선택하는 단계 b)를 포함하고,
바람직하게는 상기 단계 a)에서, 상기 석회는 2 내지 3회차로 분할 첨가하고, 철강 1톤당 첨가량은 42.9 내지 46.2kg이고, 바람직하게는 상기 소결광은 3 내지 4회차로 분할 첨가하고, 철강 1톤당 첨가량은 39.2 내지 42.8kg이며, 바람직하게는 상기 백운석은 2 내지 3회차로 분할 첨가하고, 철강 1톤당 첨가량은 8.57 내지 10.7kg이고,
바람직하게는 상기 단계 b)에서 1톤당 상기 용철에서 상기 석회 또는 소결광의 첨가량은 2.15 내지 3.57Kg이고, 바람직하게는 TSC≤1540℃일 때 상기 석회를 첨가하여 계속 산소를 불어넣어 제련하고, TSC≥1590℃일 때 소결광을 첨가하고,
바람직하게는 상기 단계 b)에서 TSO의 측정 결과에 따라 C 함량이 ≥0.10%이면 스폿 블로잉을 수행하여 용강의 C 및 P 함량을 제어하는 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전로 제련 단계에서 제련 전 과정은 질소와 아르곤의 전로 저취를 채택하고,
바람직하게는 상기 전로 제련 단계에서, 제련 7 내지 8분 전에 질소를 저취하며, 여기에서 1 내지 3분 전 질소 유량은 450 내지 580Nm3/h이고, 후속 단계에서 질소 유량을 800 내지 900Nm3/h로 증가시키고, 제련 질소 저취 7 내지 8분 후 아르곤으로 전환하고, 아르곤 가스 유량은 1000 내지 1100Nm3/h로 증가시키고,
바람직하게는 상기 전로 제련 단계에서, 전로 탄소 산소 평형(carbon-oxygen equilibrium)이 ≤0.0021이고 전로 측정 종점 탄소가 ≤0.045%이면 직접 출강하고, 전로 탄소 산소 평형이 >0.0032이면 전로 TSO 성분이 C: 0.06 내지 0.09wt%, P≤0.006wt%, S≤0.020wt%로 측정될 때까지 기다린 후 출강할 수 있고, 전로 탄소 산소 평형이 0.0021 내지 0.0032이면 노 측정 종점 탄소가 ≤0.045%이어야 하며, 그렇지 않으면 스폿 블로잉을 수행하는 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전로 제련 단계에서, 상기 제련 후 상기 탈산 전에, 고-저-저 랜스 위치를 채택해 질소로 슬래그 스플래싱을 수행하고, 슬래그 스플래싱 과정에서 반복적으로 랜스를 올려 가압하고, 스플래싱 슬래그 건조 후 질소 랜스를 닫고, 슬래그 스플래싱 시간은 140 내지 200초이고,
바람직하게는 알루미늄 망간 철을 채택해 상기 탈산을 수행하고, 상기 알루미늄 망간 철의 철강 1톤당 첨가량은 1.7 내지 2.5kg이고,
바람직하게는 상기 합금화에 채택하는 합금은 금속 망간, 페로실리콘, 페로니오븀, 페로바나듐 및 니켈판을 포함하는 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 LF 정련 단계에서, 상기 슬래그 조절에 사용되는 물질은 알루미늄 슬래그와 탄화칼슘이며, 바람직하게는 상기 슬래그 조절에 사용되는 물질은 석회를 더 포함하며, 바람직하게는 슬래그 조절에서 최종 슬래그까지 알칼리도는 ≥2.2이고, 출강 전 상부 슬래그는 반드시 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그이어야 하고, 황백색 슬래그 또는 백색 슬래그는 유지 시간이 10분 이상이고,
바람직하게는 상기 슬래그 조절 후 알루미늄 와이어를 공급하여 알루미늄을 증가시키고 티타늄 와이어를 공급하여 티타늄을 증가시키고,
바람직하게는 상기 정련의 시간은 30 내지 45분이고,
바람직하게는 슬래그 조절에 사용되는 슬래그의 질량비는 석회:형석:탄화칼슘:알루미늄 슬래그=(3 내지 5):(3 내지 5):1:(1 내지 2)인 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 RH 탈기 단계에서, 상기 진공 탈기 시 진공도는 ≤133Pa이고, 유동 순환 시간은 15분 이상이고, 탈기 시간은 5분보다 길고,
바람직하게는 상기 RH 탈기 단계에서 상기 진공 탈기 이후, 칼슘 알루미늄 와이어를 1로당 80 내지 100미터를 공급하고, 소프트 블로우는 10분 이상인 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
상기 연속주조 단계에서 상기 용강의 과열도는 25℃ 이내로 제어하고,
바람직하게는 상기 연속주조 단계에서 175단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 1.25 내지 1.35m/min이고, 200단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 1.2 내지 1.4m/min이고, 250단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 1.1 내지 1.3m/min이고, 300단면의 경우 상기 연속주조 시 드로잉 속도는 0.85 내지 0.95m/min이고,
바람직하게는 상기 연속주조 단계에서 몰드는 포정강 몰드 파우더를 채택하고, 턴디쉬는 턴디쉬 플럭스를 채택해 탄화된 왕겨와 결합해 덮어, 턴디쉬 액면이 잘 덮이도록 보장하고, 래들 슈라우드는 아르곤으로 밀봉하고, 유량은 90 내지 120L/min인 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법. - 제1항에 있어서,
질량백분율에 따라, 상기 제련 방법으로 획득한 철강 성분 중 P 함량은 0.007wt% 미만이고; 보다 바람직하게는 상기 제련 방법으로 획득한 철강 성분은 질량백분율에 따라 C: 0.06 내지 0.10%, Si: 0.20 내지 0.35, Mn: 1.5 내지 1.65%, Nb: 0.010 내지 0.030%, V: 0.010 내지 0.035%, Ti: 0.010 내지 0.035%, Al: 0.015 내지 0.040%를 포함하는 것을 특징으로 하는 극지용 강의 초고인 용철의 저비용 제련 방법.
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