KR20240045494A - 고실리콘강의 탄소 및 황 극한 제어를 위한 용강 정련 방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘강의 탄소 및 황 극한 제어를 위한 용강 정련 방법과 관련한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 용강 정련 방법은 전로에서 출강된 미탈산 용강을 RH 설비로 이송하고 탈탄 반응하여 1차 정련하는 단계; 상기 1차 정련된 용강에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여 상기 용강을 승온하면서, 상기 용강의 실리콘(Si) 함량을 조절하는 단계; 및 상기 페로실리콘 투입된 용강을 LF 설비로 이송하여 탈황 반응하여 2차 정련하는 단계;를 포함하며, 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강은 실리콘(Si)을 1.5 중량% 이상 포함한다.
Description
본 발명은 고실리콘강의 탄소 및 황 극한 제어를 위한 용강 정련 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 고실리콘강 제조시 탄소 및 황을 동시에 극한으로 제어하는 용강 정련 방법에 관한 것이다.
무방향성 전기강판은 강판 내부의 결정 방향이 모든 방향으로 균일한 제품으로, 일반 탄소강에 비해 실리콘(Si) 함량이 높으며, 전기 모터 코어 등에 사용된다. 한편, 무방향성 전기강판을 제조시 제강 공정에서 불순물을 극한으로 제어하여야 한다. 특히 무방향성 전기강판 제조시, 탄소(C) 성분은 다량으로 첨가되는 실리콘(Si)에 의해 SiC 등의 개재물이 발생하게 되며, 황(S) 성분은 망간(Mn)과 결합하여 MnS 등의 개재물을 생성한다.
생성된 개재물은, 무방향성 전기강판에서 도메인 벽(Domain wall)의 이동을 방해하기 때문에 철손이 증가하게 된다. 따라서 이러한 개재물의 생성을 억제하는 것이 무방향성 전기강판의 철손을 저감하는데 효과적이다. 따라서 고청정 무방향성 전기강판을 생산하기 위해서는, 용강 중의 탄소(C) 및 황(S) 함량을 극한으로 제어하는 것이 중요하다.
본 발명과 관련한 배경기술은 일본 등록특허공보 제7028376호(2022.03.02. 공고, 발명의 명칭: 고청정도 강 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고실리콘강 제조시 탄소 및 황을 극한으로 제어 가능한 용강 정련 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 정련시 전극 가열에 의한 탄소 픽업을 방지할 수 있는 용강 정련 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 용강 중 개재물 생성을 최소화할 수 있는 용강 정련 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 고실리콘강의 탄소 및 황 극한 제어를 위한 용강 정련 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 용강 정련 방법은 전로에서 출강된 미탈산 용강을 RH 설비로 이송하고 탈탄 반응하여 1차 정련하는 단계; 상기 1차 정련된 용강에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여 상기 용강을 승온하면서, 상기 용강의 실리콘(Si) 함량을 조절하는 단계; 및 상기 페로실리콘 투입된 용강을 LF 설비로 이송하여 탈황 반응하여 2차 정련하는 단계;를 포함하며, 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강은 실리콘(Si)을 1.5 중량% 이상 포함한다.
한 구체예에서 상기 2차 정련된 용강은 실리콘(Si) 1.5~5.0 중량%, 탄소(C) 20ppm 이하 및 황(S) 20ppm 이하를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 페로실리콘은 상기 1차 정련된 용강 톤 당 20kg 이상 투입될 수 있다.
한 구체예에서 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강의 실리콘 함량(W) 및 용강의 승온 온도(T)는 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다:
[식 1]
T = 12.828(W)-2.2245
(상기 식 1에서, W는 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강의 실리콘 함량(중량%) 이며, T는 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강의 승온 온도(℃) 이다).
한 구체예에서 상기 1차 정련된 용강은 온도가 1560~1590℃이고, 그리고 상기 페로실리콘을 투입한 직후의 용강은 온도가 1600~1650℃일 수 있다.
본 발명의 용강 정련 방법을 통해 고실리콘강 제조시 탄소 및 황을 극한으로 제어 가능하며, 실리콘 투입을 이용하여 용강을 승온하여, LF 정련시 흑연 전극 가열에 의한 탄소 픽업을 방지하며, 용강 중 개재물 생성을 최소화하여, 무방향성 전기강판 제조시 철손 증가를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 용강 정련 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 페로실리콘 투입 직후 용강 중 실리콘 함량과 용강 승온 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 페로실리콘 투입 직후 용강 중 실리콘 함량과 용강 승온 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
고실리콘강의 탄소 및 황 극한 제어를 위한 용강 정련 방법
본 발명의 하나의 관점은 고실리콘강의 탄소 및 황 극한 제어를 위한 용강 정련 방법에 관한 것이다. 하기 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 용강 정련 방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 용강 정련 방법은 (S10) 1차 정련 단계; (S20) 페로실리콘 투입단계; 및 (S30) 2차 정련 단계;를 포함한다.
보다 구체적으로 상기 용강 정련 방법은 (S10) 전로에서 출강된 미탈산 용강을 RH 설비로 이송하고 탈탄 반응하여 1차 정련하는 단계; (S20) 상기 1차 정련된 용강에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여 상기 용강을 승온하면서, 상기 용강의 실리콘(Si) 함량을 조절하는 단계; 및 (S30) 상기 페로실리콘 투입된 용강을 LF 설비로 이송하여 탈황 반응하여 2차 정련하는 단계;를 포함하며, 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강은 실리콘(Si)을 1.5 중량% 이상 포함한다.
이하, 본 발명의 용강 정련 방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 1차 정련 단계
상기 단계는 전로에서 출강된 미탈산 용강을 RH 설비로 이송하고 탈탄 반응하여 1차 정련하는 단계이다. 본 발명의 용강 정련 방법은, 탄소 및 황을 동시에 극한으로 제어하기 위해 RH 공정을 우선 실시하여 1차 정련한다.
본 발명은 전로에서 출강된 용강을 탈산하지 않고 RH 설비로 이송한다. 만일, 상기 전로에서 출강된 용강에 탈산제를 투입하여 탈산 후에 RH 설비로 이송시 탄소(C)의 산화 반응을 위한 산소가 부족하여 탈탄 반응이 발생하지 않게 된다.
한 구체예에서 상기 RH 설비 도착 시점의 용강 온도는 1580~1630℃, 예를 들면 1580~1610℃일 수 있다. 상기 조건에서 탈탄반응이 용이하게 발생할 수 있다.
한 구체예에서 상기 RH 공정은 통상의 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들면 통상의 RH 탈가스 장치를 사용하여 실시할 수 있다.
예를 들면 상기 RH 공정을 사용하여 용강을 1차 정련시 탈탄 및 탈산 반응이 발생할 수 있다.
일관제철 공정에서는 일반적으로 전로 출강된 용강을 LF 설비로 이송하여 처리 후 RH로 이송하여 처리하게 된다. 이 경우 LF 공정에서 탈황을 실시하고, RH 공정에서 탈탄 공정을 수행하게 된다. 그러나, LF 공정에서 탈황 과정을 거치면서 용강의 산소가 제거된다. 용강 중 산소는 주로 알루미늄(Al) 등에 의해 제거되고, RH 공정으로 용강이 이송될 경우 C의 산화 반응을 위한 산소가 없어 탈탄 반응이 일어나지 않게 된다. 따라서 본 발명은 RH 공정을 LF 공정 보다 우선 실시하여, 용강의 산소로 하여금 탈탄 반응이 먼저 일어나게 한 후, LF 공정에서 용강의 탈황을 발생하게 하는데 목적이 있다.
한 구체예에서 상기 RH 설비에서 1차 정련된 시점의 용강은 온도가 1560~1590℃일 수 있다. 상기 조건에서 페로실리콘에 의한 용강 승온을 통해, LF 정련시 흑연 전극에 의한 가열 없이 LF 정련이 실시 가능하여 극저 탄소량 제어가 가능할 수 있다.
(S20) 페로실리콘 투입단계
상기 단계는 상기 1차 정련된 용강에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여 용강을 승온하면서, 상기 용강의 실리콘(Si) 함량을 조절하는 단계이다.
본 발명은 목표 용강의 실리콘(Si) 함량에 따라, 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여, 실리콘(Si) 성분의 용해열에 의해 용강을 승온하여 LF 정련을 실시할 수 있다. 상기 페로실리콘을 투입하여 용강을 승온시, LF 정련시 흑연 전극을 이용한 용강 승온을 방지하여, 용강 중 탄소 픽업(pick up)을 방지하며, 극저 탄소량 제어가 가능할 수 있다.
상기 페로실리콘이 투입된 직후(또는, 2차 정련된 이후) 용강은 실리콘(Si)을 1.5 중량% 이상 포함한다. 상기 실리콘을 1.5 중량% 미만으로 포함시, 상기 용강의 승온 효과가 저하되어 극저 탄소량 제어가 어려울 수 있다. 예를 들면 상기 페로실리콘이 투입된 용강은 실리콘을 1.5~5.0 중량% 포함할 수 있다. 다른 예를 들면 상기 페로실리콘이 투입된 용강은 실리콘을 3.0~3.5 중량% 포함할 수 있다. 다른 예를 들면 상기 페로실리콘이 투입된 용강은 실리콘을 3.3~3.5 중량% 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 페로실리콘이 투입된 직후(또는 2차 정련완료 이후) 용강의 실리콘 함량(W) 및 용강의 승온 온도(T)는 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다:
[식 1]
T = 12.828(W)-2.2245
(상기 식 1에서, W는 상기 페로실리콘이 투입된 직후(또는 2차 정련완료 이후) 용강의 실리콘 함량(중량%) 이며, T는 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강의 승온 온도(℃) 이다).
상기 식 1을 참조하면, 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강중 실리콘의 1 중량% 증가할 때 약 11℃의 용강 승온이 발생할 수 있다. 자동차 구동 모터에 사용되는 무방향성 전기강판 제조시 실리콘(Si) 함량이 3.5 중량%인 경우, 약 42℃의 여유 승온온도가 확보 가능하여, LF 정련 시 전극에 의한 승온이 필요하지 않은 조건으로 탈황 작업이 가능하다.
한 구체예에서 상기 페로실리콘은 상기 1차 정련된 용강 톤 당 20kg 이상 투입될 수 있다. 상기 투입시 상기 페로실리콘의 용해열을 이용하여 용강을 승온하는 효과가 우수하며, LF 정련시 흑연 전극에 의한 가열 없이 LF 정련이 실시 가능하여 극저 탄소량 제어가 가능할 수 있다. 예를 들면 상기 페로실리콘은 상기 1차 정련된 용강 톤 당 30~70kg 투입될 수 있다. 다른 예를 들면 상기 페로실리콘은 상기 1차 정련된 용강 톤 당 40~55kg 투입될 수 있다.
한 구체예에서 상기 페로실리콘을 투입한 직후의 용강은 온도가 1600~1650℃, 예를 들면 1600~1630℃일 수 있다. 상기 조건에서 LF 정련시 설비에 구비된 흑연(graphite) 전극에 의한 가열 없이 LF 정련을 실시 가능하여 극저 탄소량 제어가 가능할 수 있다.
한 구체예에서 상기 1차 정련 완료 후 RH 설비를 출발한 시점의 용강은 온도가 1580~1650℃, 예를 들면 1580~1610℃일 수 있다. 상기 조건에서 LF 정련시 전극에 의한 가열 없이 LF 정련을 실시 가능하여 극저 탄소량 제어가 가능할 수 있다.
(S30) 2차 정련 단계
상기 단계는 상기 페로실리콘 투입된 용강을 LF(Ladle Furnace) 설비로 이송하여 탈황 반응하여 2차 정련하는 단계이다. 상기 LF 설비는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 상기 용강을 LF 설비로 이송 후, 용강에 아르곤(Ar) 가스 등을 취입하고 버블링하여 탈황 반응을 실시할 수 있다. 상기 용강에는 합금철 및 생석회 중 하나 이상 투입하고 가스를 취입하고 버블링할 수 있다. 상기 합금철은 철(Fe);과, 실리콘(Si) 알루미늄(Al) 및 망간(Mn) 중 하나 이상 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예를 들면 상기 2차 정련시 탈황 및 추가 탈산 반응이 발생할 수 있다.
한 구체예에서 상기 LF 설비로 이송하여 탈황 반응시, 아크 가열을 실시하지 않고 탈황 반응을 실시할 수 있다. 본 발명은 페로실리콘 투입에 의해 용강 승온하여 LF 정련을 실시하여 흑연 전극을 아크 가열하여 용강을 승온하지 않고 탈황 작업이 가능하며, 흑연 전극에 의한 탄소 픽업을 방지하여 극저 탄소량 제어가 가능할 수 있다.
한 구체예에서 상기 2차 정련된 용강은 실리콘(Si) 1.5~5.0 중량%, 탄소(C) 20ppm 이하 및 황(S) 20ppm 이하를 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 2차 정련된 용강은 실리콘(Si) 3.0~3.5 중량%, 탄소(C) 20ppm 이하 및 황(S) 20ppm 이하를 포함할 수 있다.
상기 LF 설비에 도착된 시점의 용강은 온도가 1560~1620℃, 예를 들면 1560~1590℃ 일 수 있다. 상기 조건에서 탈황반응이 용이하게 발생하며, LF 정련시 흑연 전극에 의한 가열 없이 LF 정련이 실시 가능하여 극저 탄소량 제어가 가능할 수 있다.
상기 2차 정련이 완료된 용강은, 연속 주조 설비로 이송하여, 연속 주조 공정을 통해 용강을 몰드에서 응고시켜 주편을 생산할 수 있다. 예를 들면 상기 2차 정련이 완료되어 LF 설비를 출발시의 용강은 온도가 1540~1590℃, 예를 들면 1540~1570℃ 이며, 연속 주조 설비 도착시의 용강은 온도가 1510~1580℃, 예를 들면 1510~1540℃ 일 수 있다. 상기 조건에서 주편의 개재물 생성을 최소화하며 전기강판 제조시 표면 품질과 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한편, 고실리콘강 등의 강종을 일관제철소에서 생산하기 위해서는, 전로 및 이차정련(RH, LF) 공정을 거처 연속 주조를 통해 제조된다. 그러나, 이차정련 공정에서 C 및 S를 동시에 극한으로 제어하는 것은 통상적인 방식으로는 불가능하였다.
그 이유는, 탄소(C)의 경우 (반응식 1) C + O → CO 반응에 의한 산화 반응에 의해 탈탄이 진행되며, 탄소(C) 함량을 극한으로 제어하기 위해서는 진공처리가 필수적인 반면, 황(S)의 경우 (반응식 2) S + CaO → CaS + O의 반응으로 환원 반응이기 때문에 탈탄반응과 동시에 일어나지 않기 때문이다.
반면, 본 발명의 용강 정련 방법을 통해 고실리콘강 제조시 탄소 및 황을 극한으로 제어 가능하며, 실리콘 투입을 이용하여 용강을 승온하여, LF 정련시 흑연 전극 가열에 의한 탄소 픽업을 방지하며, 용강 중 개재물 생성을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
전로에서 출강된 미탈산 용강을 RH 설비로 이송하고 통상의 방법으로 탈탄 및 탈산 반응하여 1차 정련하였다. 상기 RH 설비 도착 시점의 용강 온도는 1580~1610℃이며, RH 탈탄 완료 시점의 용강 온도는 1560~1590℃이었다.
상기 1차 정련된 용강에 페로실리콘(Fe-Si)을 상기 1차 정련된 용강 톤당 47kg를 투입하여 상기 용강을 승온하면서 실리콘(Si) 함량을 3.5 중량%로 조절하였다. 상기 Fe-Si 투입 직후 용강 온도는 Fe-Si 투입 전 온도 대비 약 42℃ 상승하였다.
그 다음에 상기 페로실리콘 투입된 용강을 LF 설비로 이송하고 탈황 및 추가 탈산 반응하여 용강을 2차 정련 후 연속 주조설비로 이송하였다. 이때 LF 설비의 흑연 전극을 통한 용강 승온 없이 2차 정련이 가능하였으며, 2차 정련된 용강은 실리콘(Si) 3.5 중량%, 탄소(C) 20ppm 이하 및 황(S) 20ppm 이하를 포함하였다.
비교예 1
일관제철 공정에서는 일반적으로 전로 출강된 용강을 LF 설비로 이송하여 처리 후 RH로 이송하여 처리하게 된다. 이 경우 LF 공정에서 탈황을 실시하고, RH 공정에서 탈탄 공정을 수행하게 된다. 그러나, LF 공정에서 탈황 과정을 거치면서 용강의 산소가 제거된다. 용강 중 산소는 주로 알루미늄(Al) 등에 의해 제거되고, RH 공정으로 용강이 이송될 경우 C의 산화 반응을 위한 산소가 없어 탈탄 반응이 일어나지 않게 된다.
비교예 2
상기 전로에서 출강된 용강에 탈산제를 투입하여 탈산을 실시한 다음, 탈산 용강을 RH 설비로 이송한 것을 제외하고 상기 실시예와 동일한 방법으로 용강을 정련하였다.
상기 비교예 2의 경우 RH 설비에서 1차 정련시 용강 중 산소량이 부족하여 탈탄 반응이 발생하지 않았으며, 비교예 2의 2차 정련된 용강은 실리콘(Si) 3.5 중량%, 탄소(C) 20ppm 초과 및 황(S) 20ppm 이하로 포함하여, 본 발명의 목표로 하는 탄소 함량을 달성하지 못하였으며, 실시예에 비해 연속주조에 의한 주편 제조시 SiC 등의 개재물 함량이 증가함을 알 수 있었다.
비교예 3
상기 1차 정련된 용강에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여 상기 용강의 실리콘(Si) 함량을 1.0 중량%로 조절하였다. 상기 Fe-Si 투입 직후 용강 온도는 Fe-Si 투입 전 온도 대비 약 11℃ 상승하였다. 그 다음에, 상기 페로실리콘 투입된 용강을 LF 설비로 이송하고 탈황 및 추가 탈산 반응하여 용강을 2차 정련 후 연속 주조설비로 이송하였다.
비교예 3은 용강의 추가적인 승온 없이 2차 정련이 불가능하여, LF 설비의 흑연 전극을 통해 용강을 승온한 다음 2차 정련을 실시하였다. 상기 비교예 3의 2차 정련된 용강은 실리콘(Si) 1.0 중량%, 탄소(C) 20ppm 초과 및 황(S) 20ppm 이하를 포함하여 본 발명의 목표로 하는 탄소 함량을 달성하지 못하였으며, 실시예에 비해 연속주조에 의한 주편 제조시 SiC 등의 개재물 함량이 증가함을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (5)
- 전로에서 출강된 미탈산 용강을 RH 설비로 이송하고 탈탄 반응하여 1차 정련하는 단계;
상기 1차 정련된 용강에 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여 상기 용강을 승온하면서, 상기 용강의 실리콘(Si) 함량을 조절하는 단계; 및
상기 페로실리콘 투입된 용강을 LF 설비로 이송하여 탈황 반응하여 2차 정련하는 단계;를 포함하며,
상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강은 실리콘(Si)을 1.5 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 용강 정련 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 2차 정련된 용강은 실리콘(Si) 1.5~5.0 중량%, 탄소(C) 20ppm 이하 및 황(S) 20ppm 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 용강 정련 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 페로실리콘은 상기 1차 정련된 용강 톤 당 20kg 이상 투입되는 것을 특징으로 하는 용강 정련 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강의 실리콘 함량(W) 및 용강의 승온 온도(T)는 하기 식 1의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 용강 정련 방법:
[식 1]
T = 12.828(W)-2.2245
(상기 식 1에서, W는 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강의 실리콘 함량(중량%) 이며, T는 상기 페로실리콘이 투입된 직후 용강의 승온 온도(℃) 이다).
- 제1항에 있어서, 상기 1차 정련된 용강은 온도가 1560~1590℃이고, 그리고
상기 페로실리콘을 투입한 직후의 용강은 온도가 1600~1650℃인 것을 특징으로 하는 용강 정련 방법.
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2022
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