KR900007443B1 - 용강의 흡질방지방법 - Google Patents

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Description

용강의 흡질방지방법

제1도는 전로출강산소함량에 따른 용강중 질소증가량을 나타내는 그래프.

제2도는 래들 슬래그 조성중 TiO₂함량과 투입 40분후의 용강중 질소증가량 관계를 나타내는 그래프.

제3도는 RH 처리시 Mn 합금철 및 AI 탈산제 투입방법에 따른 질소증가량을 나타내는 그래프.

제4도는 전로출강이후 연속주조시의 소강질소함량을 나타내는 그래프.

제5도는 제품청정도를 나타내는 그래프.

제6도는 TiO₂를 함유하는 래들 슬래그 두께별 질소증가량 및 Al 탈산제 실수율관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 전로출강으로부터 RH 진공처리 및 연속주조시까지의 용강상태에서 강중질소증가량을 0.0005wt%(이하, %로 칭함) 이하로 안정화할 수 있는 용강의 흡질방지방법에 관한 것이다.

강중질소가 제품재질에 미치는 영향은 냉연강판에 있어서 소성 이방성(

)을 저하시켜 가공성을 나쁘게하고, 입계석출에 의한 시효경화현상과 내부식성을 약화시킨다.

특히, 최근 공업화되고 있는 연속소둔공정에서는 10분 이하의 짧은 처리시간으로 탈질효과가 없기 때문에 소재질소가 전량 잔존하게되므로 제품에 미치는 질소영향은 더욱 심각하게 됨에 따라서 질소 0.0025% 이하의 소재를 제조할 수 밖에 없게 되었다.

그러나, 1550-1650°의 고온용강상태에서는 강중질소용해도가 매우 높고 전로출강, 가스교반 및 본체취입등의 2차정련과정과 연속주조등으로 용강이 대기와 접촉하는 것이 심화되었으며 질소 0.004% 이하에서는 진공탈질효과도 기대할 수 없기 때문에 전료정련후의 종점질소를 낮게 제조하는 기술과 종점질소수준을 최대한 주조 완료시까지 유지하는 흡질방지기술이 핵심기술로 되었다.

그러나 최근의 전로공정은 상하취복합정련과 장입용선비를 90% 이상으로 하고 고철을 선별하여 사용함에 따라 전로정련후의 종점질소는 0.0020% 이하로 안정화되고 평균적으로는 0.0015%의 저질소강을 정련 할수 있게 되었다.

1차정련된 용강은 래들에 출강하는 동안과 가스교반분체취입등의 2차정련 및 연속주조동안까지 대기와 접촉하면서 평균 0.0020% 질소증가를 가져오기 때문에 질소 0.0025% 이하의 제품생산은 불가능해지는 것이다. 저질소광을 제조하는 방법으로는 고질소함량에서 탈질하는 것과 이후의 질소가 증가하는 것을 방지하는 2가지 방법이 있다.

탈질방법으로는 탄소함량이 높고 온도가 낮으며 질소함량이 높은 용선단계에서 하는 것이 유리하고, 전로정련에서도 탈탄반응과 더불어 탈질 효과가 있다.

용선단계에서 탈질은 가스생성을 강제적으로 발생시킴으로써 이루어지며 이를 위해 고가의 알칼리금속류를 운반가스와 함께 분체취입설비를 통하여 취입하고 이때 심한분진과 내화물의 침식을 감수해야 하는 결점이 있다. 탈질에 대한 공지기술로써는 일본 특허공보 소 48-14282호 및 소 48-3028호 등이 있다. 소 48-14282호는 용선중에 소다회(Na₂CO₃)와 석회석(CaCO₃)을 아르곤등 불활성가스와 함께 용선톤당 8Kg 이상 취입하여 0.003% 까지 탈질시키는 방법이나 최근에는 상하취복합전로정련에 의해서도 0.0010% 까지의 저질소를 얻을 수 있으므로 별도의 용선처리는 바람직하지 못하다.

더구나, 용선탈질에 사용되는 소다회는 매우고가이고 심한분진과 래들 내화물의 침식이 극심하여 실용적이지 못한 결점이 있다.

일본 특허공보 소 48-3048호는 용선단계에서 소다회, 석회석, 밀스케일, 철광석등을 불활성가스와 함께 취입하여 용선톤당 0.8Nm³정도의 가스를 발생시켜 탈질하는 방법으로써 실용성이 문제되고 있다.

이와같이 종래기술은 대부분이 용선단계에서 알킬리 토금속불화물, 알칼리 토금속염화물, 알칼리 금속탄산염 및 철산화물에 의한 탈질방법에 관한 것이다.

그러나 최근의 전로분야가 설비와 조업기술면에서 발전하여 종점질소를 0.0010% 까지도 가능해짐에 따라 극저질소강 제조를 위해서는 이후의 흡질을 방지하는 기술이 요구되어 왔으며, 불활성가스의 분위기 처리가 적용되고 있으나 연속주조 턴디쉬에서 적용가능하고 출강과 래들 정련등에서는 효과적인 공지기술이 없는 실정이다.

현재 적용되고 있는 연주공정의 불활성가스 분위기에서도 출강이후 질소는 0.0015% 이상 증가하고 있고, 불활성가스 취입이 부족한 경우 적어도 0.0020% 증가하여 전로정련후 질소 0.002% 이하의 수준을 유지할 수 없기 때문에 0.0025% 이하의 소강질소가 필요한 냉연극심가공용, 고탄소 특수선재 제품개발에 어려움이 있다.

본 발명은 LD 상하 취복합전로 정련용강을 래들에 출강하는 단계로부터 연속주조를 완료하는 동안 대기중 질소가 용강내로 용해 확산함으로써 용강중질소가 증가하는 현상을 기본적으로 방지하는 흡질방지 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 전로 출강단계에서 강중산소량을 0.04% 이상으로 하고 래들 슬래그 조성중 TiO₂량이 10-40%가 되도록 출강말기에 Ti0₂광석등을 첨가하며 이 슬래그 두께가 80-120mm가 되도록 하는 제1공정과 RH 진공처리시 Mn 합금철을 진공탈탄기에 전량투입하고, Al 탈산제는 탈탄후 2회 이상 분할 투입하는 제2공정에 의해서 출강이후 질소증가량을 0.0005% 이하가 되도록 하는 용강의 흡질방지 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 Mn 합금철은 Mn 함유 75% Mn 합금철을 용강톤당 0.27-0.8Kg 투입하고, 상기 Al 탈산제의 1차투입량은 용강톤당 0.9-1.5Kg 및 2차 투입량은 0.4-0.6Kg으로 하는 것이 더욱바람직하다.

이하, 상기 제1공정, 제2공정 및 제반조건의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.

일반적으로, 전로취련말기에 철광석을 투입하여 전로출강시 용강중 산소량을 조절하고, 출강말기에 TiO₂광석을 투입하여 슬래그 중의 TiO₂량을 조절하는데, 이때 투입되는 철광석 및 TiO₂광석의 양은 용강중의 탄소함량증가를 고려하여 그 양을 선택하여야 한다.

제철소에서의 일 조업에서는 상기 철광석을 전로취련말기에 용강톤당 50-70Kg 투입하여 전로출강시 용강중 산소량을 0.04% 이상으로 조절한다.

이렇게 하면, 출강시 노출되는 출강류내로 흡입되는 대기중의 질소는 산소의 높은 저항에 의해 흡입속도량이 떨어져 질소흡입량을 현저히 저감시킬수가 있다.

또한, 상기 TiO₂광석의 투입량은 출강말기에 전로 슬래그가 래들 상부에 유출되는 과정에서 TiO₂100% 함량기준으로 용강톤당 0.7-2.8Kg을 투입하여 래들 슬래그 중의 TiO₂량을 10-40wt%로 조절한다.

이때, 래들 슬래그 두께는 출강구에 부착된 스토프식 차단장치와 Fe-Al 와이어로 구성된 두께 측정장치에 의해 80-120mm가 되도록 조절한다.

전로정련된 용강의 래들수강단계에서 출강류와 낙하와류용강이 대기와 접촉하는 비표면적이 크며, 1650℃이상의 고온상태이므로 대기중 질소흡입이 가장 용이하고 많은 양이 증가되는데, 용강중 산소는 표면활성원소로써 이때 질소가 흡입되는 과정에서 강한 저항력으로 작용함에 따라 질소의 흡입속도, 흡입량을 미소하게 해준다. 따라서 출강시 산소는 0.04% 이상에서 효과적이며 0.04% 이하는 흡질방지가 적을뿐 아니라 진공탈탄효과도 낮아진다.

출강말기 TiO₂광석의 투입에 의해 조절되는 래들 슬래그 조성중 TiO₂는 10% 이상에서 슬래그 유동성을 증가시켜 용강-슬래그 계면탈질을 촉진하는 한편 슬래그 산화도가 증가하여 대기중 질소흡입에 강한 저항력을 갖고, 40% 이상에서는 슬래그 의 융점이 낮아지므로 인해 슬래그 의 유동성이 지나치게 증가되어 흡질방지효율이 감소되므로, 10-40%가 바람직하다.

또한 TiO₂10-40%의 슬래그는 80-120mm 두께에서 흡질방지에 효과적인데, 그 이유는 80mm 이하에서는 흡질이 증가하고 120mm 이상에서는 Al 탈산실수율이 50% 이하로 낮아지기 때문이다.

RH 처리시 Mn 성분조성용 Mn 합금철은 진공탈탄기에 전량투입하면 저장고로부터의 미소한 대기흡입이 있더라도 탈탄 CO 기포에 의하여 용강계면상부에서 배출가스화하여 제거될 수 있으므로 흡질을 완전하게 방지하며, 망간합금철의 양은 합금철의 망간함유량을 고려하여 그양이 선택되는데, 75% 망간함유합금철을 기준으로 그 첨가량이 0.27Kg 이하에서는 극심가공용등으로 사용되는 최종제품이 필요로 하는 망간함량을 충족시키지 못하고 0.80Kg 이상에서는 망간이 과량함유되어 기계적성질이 좋지 않기 때문에 그 함량을 0.27-0.80Kg으로 하는 것이 바람직하다. Al 탈산제는 질소증가가 방지되도록하기 위하여 저장고 진공도를 RH 진공조와 같게 2회이상 분할 투입한다.

Al 탈산제의 투입량 및 2차투입시기는 저장고 진공도와 RH 진공조의 진공도가 같아지는 점을 고려하여 다양하게 선텍될 수 있으며, Al 탈산 실수율을 증가시키기의해 1차로 용강톤당 0.9-1.5Kg 및 2차로 0.4-0.6Kg을 분할투입하는 것이 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

하기 표1과 같이, 전로출강시 용강내의 산소량 및 출강말기 TiO₂광석 투입에 의한 슬래그 조성중 TiO₂의 량 및 슬래그 의 두께를 조절한 다음, 망간합금철 및 Al 탈산제투입방법을 변화시키면서 RH 처리를 행하여 주편을 제조하였다.

[표 1]

상기와 같이 제조된 본 발명재(1,2,3) 및 비교재(4,5,6)의 각각에 대하여 실수율, 질소증가량, 소강질소함량 및 주편청정도를 측정하여 상기 표1에 나타내었다. 또한, 본 발명을 보다 명확히 하기위해, 상기 출강시 용강산소량에 따른 출강시 질소증가량을 제1도에, 슬래그 중의 TiO₂량에 따른 질소증가량을 제2도에, 본 발명재(1,2,3) 및 비교재(4,5,6)에 대하여 RH 처리시 질소증가량. 소강중의 질소함량, 및 주편청정도를 제3도, 제4도 및 제5도에 각각 나타내었다.

제1도는 전로정련후 출강산소량에 따른 출강완료후에 질소량을 보여준 것으로 출강시의 질소증가 한계치를 0.0003%로 했을때 본 발명(1-3)에서는 0.0003% 이하이나 비교재(4-6)에서는 0.007% 까지 증가한다. 산소량 0.04% 이하에서는 흡질방지효과가 현저히 낮아지며 이는 산소의 적정량이 있을때 표면활성원소로서의 구동력을 작용하기 때문이다.

제2도는 출강시 래들 슬래그 에 Ti 광석을 투입하여 슬래그 조성중 TiO₂함량에 따른 투입 40분후의 질소증가량을 나타낸 것이다. 질소증가 한계치를 0.0002%로 했을때 본 발명(1-3)에서는 0.0002% 이하이나 비교재(4-6)에서는 0.0010% 까지 질소증가를 가져와서 슬래그 조성중 TiO₂함량은 10-40%가 효과적임을 알 수 있다.

TiO₂10-40%에서 흡질방지효과가 있는 것은 용강과 접촉하고 있는 계면 슬래그 유동성을 증가시켜 계면탈질효과가 있고 슬래그 산화도가 높아지므로 대기중 질소가 흡입하는 것을 억제해주기 때문이다. 통상 CaO 45% 이상의 슬래그 는 CaO가 증가할수록 경화되어 부분적으로 슬래그 층 균열이 발생하고 이 균열된 사이는 대기와 용강이 직접접촉하는 통로역할을 하게되므로 질소증가량이 많아진다. 제3도는 RH 진공처리 Mn 합금철 및 Al 탈산제투입방법에 따른 진공처리단계 질소증가를 보인것이다. 본 발명(1-3)의 Mn 합금철은 진공탈탄기에 전량투입하고, 탈탄후 Al 분할투입시 질소증가는 전혀없으며 종래법인 비교재(4-6)와 같이 탈탄후 연속투입했을때 질소는 0.0006% 까지 증가하고 있다.

비교재에서 연속투입시 저장고의 진공도는 진공조수준과 큰차이가 생겨 대기가 흡입하게되고 흡입대기는 강중산소량이 0.051% 이하여서 노출된 용강계면에 용이하게 흡입될 수 있다.

그러나 본 발명과 같이 Mn 합금철을 진공탈탄기에 투입하고 Al 탈산제는 탈탄후 분할투입하면 저장고의 진공도를 RH 진공조수준과 같게할 수 있으므로 진공처리중 질소가 흡입되는 것을 방지해준다. 소강질소함량은 제4도와 같이 본 발명(1-3)에서는 0.0024% 이하이나 비교재(4-6)에서는 0.0032-0.0042%로써 본발명의 질소증가량은 0.0004% 이하, 비교재에서는 0.0021%를 나타내고 있다.

제5도는 주편의 청정도를 나타낸 것으로써 TiO₂함량이 10-40%에서 용강개재물에 미치는 영향이 없는것을 알 수 있으며 청정도 0.03% 수준은 전산소 0.005% 이하, 개재물크기 150마이크론 이하일때의 품질수준이므로 0.0025% 이하의 극저질소와 함께 청정도도 우수한 것이다.

실시예 2

상기 실시예1과 동일하게 하여 주편을 제조하였는데, 단지, 슬래그 중의 TiO₂함량을 25%로 고정하고 슬래그 두께를 변화시켰으며, 슬래그 두께에 따른 질소증가량 및 Al 탈산제 실수율을 측정하여 표2 및 제6도에 나타내었다.

[표 2]

상기 표2 및 제6도에 나타난 바와같이, 제강조업에서 Al 실수율은 50% 이상이 목표이고 질소증가는 0.0002% 이하가 요구되므로 이 범위에 속하는 슬래그 두께는 80-120mm 임을 알 수 있다. 80mm 이하에서는 Al 실수율이 증가하는 반면 질소가 증가하고, 120mm 이상에서는 질소중가는 0.0002%이나 Al 실수율이 50% 이하로써 Al 투입량증가와 청정도를 저하시키는 원인이되기 때문에 TiO₂10-40%의 슬래그 두께는 80-120mm일때 상호장점을 가질수 있다.

상기와 같이, 본 발명은 전로종점질소 0.0020% 이하의 용강을 연속주조단계까지 0.0025% 이하의 소강질소가 되도록 흡질방지함으로써, 냉연연속소둔용 극심가공소재 및 내충격성 및 내식성이 우수한 소재를 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 냉연연속소둔용 극심가공소재 및 내충격성과 내식성이 우수한 소재로 사용되는 용강의 흡질을 방지하는 방법에 있어서, 전로취련말기에 철광석을 투입하여 전로출강시용강중 산소량을 0.04wt% 이상으로 조절하고, 출강말기에 Ti0₂광석을 투입하여 래들 슬래그 중의 TiO₂량을 10-40wt%로 조절하며 스토프식 차단장치와 두께 측정장치에 의해 래들 슬래그 두께를 80-120mm로 조절하는 제1공정과 RH 처리시 Mn 함유 75% Mn 합금철을 용강톤당 0.27-0.8Kg 범위내에서 전량을 탈탄기에 투입하고 탈탄만료직후에 용강톤당 0.9-1.5Kg의 Al 탈산제를 1차 투입한후 0.4-0.6Kg 을 분할투입하는 제2공정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용강의 흡질방지 방법.

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