KR970005383B1 - 고 실리콘(Si)용선으로 저 인[P]강의 제조방법 - Google Patents

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Description

고 실리콘(Si)용선으로 저 인[P]강의 제조방법

본 발명은 고로조업에서 노 상황이 좋지 않아 고 실리콘(Si)용선 출선시 제강에서 조업의 영향을 받지 않고 저인[P]강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 인의 함량이 0.02% 이하로 함유된 저인강은 주로 피아노 선재 등의 고급강으로 사용되고 있다.

이러한 저인강을 제조하기 위해 고로의 용선을 전로로 출강한 후 탈탄, 탈규, 탈인 등의 정련조업을 행하는데, 용선에 함유된 Si는 정련조업중 열원으로 중요한 반면, 과량 함유되는 경우 용선의 염기도가 낮아져 저인강의 제조가 어려워지므로 저인강 제조시에는 적정 Si가 함유된 용선이 요구되고 있다.

그러나, 고로의 정기수리 및 휴지후 가동이나 행잉(hanging)현상등 고로조업이 불안정하여 코크스를 증량 투입하는 경우 고 Si 용선이 필연적으로 출선되고 있다.

따라서 고 Si 용선을 가지고도 전로에서 안정적으로 저[P]강을 제조할 수 있는 방법이 필요한데 종래, 고 Si 용선으로 저 P강을 제조하는 방법으로 더블 슬래그(double slag)법 및 슬래그레스법(slagless process)이 알려져 있다.

상기한 더블 슬래그법은 Si가 0.07% 이하 함유된 용선을 90% 이상의 용선비(용선과 스크랩의 장입비)로 하여 전로에 장입한 후 염기도 : 5-6정도의 고염기도, 형석투입량 600-800kg/용선-톤, 소결광 : 15-25kg/용선-톤의 조건으로 15-16분 동안 1차 취련한 다음, 상기 1차 취련후 슬래그를 배재하지 않고, 염기도 5-6 정도, 형석 : 200-300kg/용선-톤, 소결광 15-30kg/용선-톤, CaO : 2-2.5kg/용선-톤 투입하고 3-4분 동안 2차 취련하는 방법으로써, 1차취련후 [C] : 0.4-0.7%, 및 [P] : 0.03-0.06%로 용선을 처리한 다음, 2차취련후 [C] : 0.4-0.7% 및 [P] : 0.008-0.015%의 저[P]강을 제조하는 방법이다.

그러나, 상기한 더블 슬래그법은 부원료 투입량 증가로 취련중 분출이 심하게 되고, 형석 다량 사용으로 인하여 노체침식이 심하고, 또한, 1,2차 취련이 끝난후, 전차지 슬래그의 완전배제하고, 다음 1차 정련하기 때문에 노체슬래그 코팅이 불가능할 뿐만 아니라 제강시간이 길어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

특히, 상기 더블슬래그법은 Si가 0.7%이하 함유된 용선에서 저인강을 정련하는 방법으로 Si가 0.7%이상 함유하는 용선으로 저인강을 제조할 수 없다.

한편, 상기 슬래그레스법은 우선 저 Si 용선(Si 0.20% 이하)을 [P]의 함량이 0.04%이하가 되도록 예비처지를 행한 다음, 예비처리된 용선을 전로에 장입하여 하드블로우(hard blow)하여 종점[P]이 0.006-0.02%가 되도록 취련하는 방법이다.

상기한 슬래그레스법은 취련시간이 짧고, 전로부원료 투입량이 감소되고, 극저[P]강을 제조할 수 있는 장점은 있지만, 용선예비처리를 행하고, 또한 고용선비 조업을 행하는 문제점이 있다.

상기한 두가지 종래방법중 더블슬래그법은 거의 사용하지 않고 있으며, 상기 슬레그레스법이 제한적으로 사용되고 있을 뿐이나, 이 방법은 Si가 0.7% 이상 함유된 용선으로 저인강을 제조할 수 없는 단점이 있다.

이와같이 Si가 0.7%이하 함유된 용선으로 저인강을 제조하는 방법은 제안되어 있으나, 실질적을 고로조업이 불안정하여 상기 범위보다 Si가 많은 용선이 출선되는 경우 예를들면 Si가 0.7% 이상 함유된 다량의 용선이 출선되므로 이들을 이용해야 하는 경우 상기 종래방법으로는 저인강을 제조할 수 없다. 이에 따른 정련방법이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

Si가 0.7% 이상 함유된 용선의 정련조업에서는 Si가 다량 함유되어 있어 염기도가 높아지므로 부원료를 다량 첨가하게 되고 따라서 노내슬래그량이 많아져 슬래그층이 두꺼워진다.

이때, 정련조업중 발생하는 가스가 두꺼운 슬래그층에 의해 빠져나가지 못하고 슬래그와 용강을 로 밖으로 밀어내면서 빠져나가는 슬로핑현상이 생긴다. 이러한 슬로핑현상이 발생되면 취련이 중단되고, 조강생산에 악영향을 미치므로 고 Si 함유 용선으로 저인강을 제조하지 못하고 있는 실정이다.

그래서, Si가 0.7% 이상 함유하는 용선이 고로에서 출선되면 주선기(Pig Machine)로 형선을 만들어 주물공장으로 판매하거나 제강공장 고철야드에 수송하여 사용가능한 강종에 소량씩 사용하고 있다

본 발명자들은 상기한 종래방법들의 문제점을 개선하기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 고규소 용선을 1,2차 취련단계로 나누어 각 취련단계에서 적정량의 부원료와 소결광을 투입하여 취련하므로써, Si가 0.7% 이상 함유된 용선으로 저 P강을 전로에서 안정적으로 제조하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 0.7-2.0% Si 함유 용선을 용선비 65-85%로 하여 전로에 장입하고 염기도가 2.0-3.0이 되도록 CaO계 부원료를 투입하고, 그리고 소결광의 최종투입이 취련끝나기전 0.5-1.5분내에 완료되도록 소결광을 15-30kg/용선-톤 투입하여 5-6분동안 1차 취련하는 단계; 상기 1차취련후 슬래그를 30% 이상 배출하는 단계; 및 염기도가 3.5-5.0이 되도록 CaO를 투입하고, 그리고 10-40kg/용선-톤의 소결광을 투입하여 종점[P]가 0.008-0.013%가 되도록 10-14분 동안 2차취련하는 단계를 포함하여 구성되는 고 실리콘 용선으로 저 인[P]강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

용선중의 Si는 제강 정련과정에서 열원으로 중요한 성분이 되지만 과량으로 함유되어 있으면 탈탄, 탈인반응 등을 저해하고 산성 슬래그 생성으로 염기도 저하 및 노체침식의 원인이 되며, 탈 Si 반응시 다량의 슬래그 생성으로 분출이 극대화되어 출강실수율을 저하시키는 등 유해원소로서 작용하기 때문에 적정의 Si함유량이 요구된다.

상기 Si은 산소와 반응하여 SiO₂를 생성하는데 SiO₂는 그 자체로는 불안정하기 때문에 효과적인 탈규소를 위해서는 염기성 물질과 결합시켜 SiO₂를 안정한 형태로 고정시킬 필요가 있다. 상기 염기성 물질로는 CaO를 사용하고 있으며, 탈규소 반응은 다음과 같다.

[Si] +2[O] = [SiO₂]

[Si]+2[O]+2[CaO] = [2CaO·Sio₂]

그리고, 상기 SiO₂는 다른 산화물에 비하여 표준생성자유에너지가 낮기 때문에 용선내의 산소 포텐셜이 낮은 경우에도 Si은 다른 원소보다도 우선적으로 산화반응을 하며, 통상, 6분이내에 거의 산화된다.

한편, 용선중 Si의 함량이 높을수록 염기도가 낮아져 취련중 용강[P]가 높게 되고, 슬래그 발생량이 많아진다. 따라서 슬래그층이 두꺼워지고 슬로핑(slopping)발생율이 높아진다.

이에, 본 발명은 슬로핑이 발생하지 않도록 상기한 Si의 역할, 탈규 소반응, 및 Si의 영향 등을 고려하여 1차 취련 조건을 탈규소반응이 충분히 일어나도록 조절함으로써 1차 취련시 충분히 탈규소 처리한 후, 1차 취련 슬래그를 일정량 이상 배출한 다음, 2차 취련을 하여 저인[P]강을 제조하는 방법이다.

본 발명이 적용될 수 있는 고 Si 함유용선으로는 Si의 함량이 0.7-2.0wt%인 고 Si 용선이 바람직하다. 그 이유는 Si 함량이 0.7wt% 미만의 경우 종래 취련방법으로 저인강을 쉽게 제조할 수 있으며, Si가 0.07wt% 이상의 경우 저인강 제조에 특정한 기술이 요구되기 때문이다. 또한, 용선이 고로에서 출강되는 경우 Si 함유량이 2.0wt% 이상되는 경우가 거의 없기 때문에 용선중 Si 함량은 2.0wt% 이하로 한다. 이때, 용선의 조성은 통상적인 C : 4.0-4.3%, P : 0.1-0.2, Mn : 0.3-0.56, S : 0.01-0.05 및 상기 Si로 이루어져 있으면 가능하다.

본 발명에 따라 고 Si 용선으로 저 P강을 제조하기 위해서는 우선 용선비 65-85%로 용선을 스크랩과 함께 전로에 장입하고, 염기도가 2.0-3.0이 되도록 CaO계 부원료를 투입하고, 그리고 소결광을 15-30kg/용선-톤 투입하여 5-6분 동안 1차 취련해안 하는데, 1차 취련에서는 탈규소반응이 주 목적이라고 할 수있다.

본 발명에 있어 1차 취련시 슬로핑이 생기지 않고 탈규처리하기 위하여 용선의 평균 Si량을 제어하는 것이 중요하다. 즉, 용선비를 적정하게 조절하여 용선의 규소함량을 낮출수가 있는데, 이때, 적절한 용선비가 65-85%이다. 그 이유는, 용선비가 65% 이하인 경우에 열원으로써의 역할을 하는 Si의 양이 적어 Si와 산소와 산화반응에 의한 산화열이 부족하게 되어 Si에 의한 충분한 열원확보가 곤란하고, 85% 이상인 경우에는 평균 Si량이 높아 슬로핑 현상이 심하게 발생되기 때문이다.

본 발명에 있어서 1차 취련시 염기도가 2.0 이하인 경우에는 염기도가 낮아서 P의 제거가 미흡하고, 3.0이상인 경우에는 슬로핑 현상이 심하게 되므로 1차 취련시 염기도가 2.0-3.0%이 되도록 CaO등이 투입되어야 한다.

본 발명에 있어 1차 취련시 투입되는 소결광은 슬래그를 부풀게 하고, 또한 냉각제의 역할을 수행하는데, 그 투입량은 15-30kg/용선-톤으로 제한하는 것이 바람직하다.

그 이유는 소결광의 15kg/용선-톤 이하인 경우에는 슬래그가 충분히 부풀지 않아 배재가 어렵고, 30kg/용선-톤 이상인 경우에는 짧은 시간에 많은 양을 투입해야 하므로 슬로핑 현상이 심하게 되기 때문이다.

그리고, 상기 소결광은 순차적으로 일정량씩 투입되는데, 취련이 끝나기 전 0.5-1.5분 내에 최종투입이 완료되도록 해야한다.

본 발명에 있어 1차 취련시간은 5∼6분 정도가 바람직한데, 그 이유는 5분 이하일 경우에는 취련시간이 너무 짧아서 탈규소반응이 충분치 않아 Si가 충분히 제거되지 않고, 6분 이상인 경우에는 슬로핑 현상이 발생될 우려가 있기 때문이다.

상기와 같이 1차 취련이 완료된 다음에는 슬래그를 배출시켜야 하는데, 그 배출량은 30% 이상이 되어야 한다.

그 이유는 배재량이 30% 이하인 경우에는 슬래그중의 Si가 과량 잔류하게 되어 다음 공정인 2차 취련시 슬로핑을 유발시키게 된다.

상기와 같이 슬래그를 배출시킨 다음, CaO 및 소결광을 투입하여 2차 취련을 10-14분동안 행하게 된다.

2차 취련시의 염기도는 3.5-5.0이 되어야 하는데, 염기도 조절을 위하여 CaO를 투입한다. 2차 취련시의 염기도가 3.5-5.0이 되어야 하는 이유는 상기 염기도가 3.5 이하인 경우에는 탈인이 충분히 이루어지지 않아 목표로 하는 저 P강을 제조하기가 곤란하고, 5.0 이상인 경우에는 노내 슬래그의 부피가 커지게 되어 슬로핑 현상이 발생되기 때문이다.

2차 취련시 투입되는 소결광의 투입량은 10-40kg/용선-톤이 바람직하다.

그리고, 상기 2차 취련시간이 10분 이하인 경우에는 탈인이 충분히 일어나지 않아 저인강 제조가 어렵고, 14분 이상에서는 취련이 과도하여 용강중의 용존산소량이 높아져 출강중 합금화 투입량이 많아지게 되어 용강중의 탈산생성물이 과도하여 강의 품질저하에 주원인으로 작용하게 되므로, 상기 2차 취련시간은 10-14분 정도가 바람직하다.

상기와 같이 1차 취련, 슬래그 배출 및 2차 취련단계를 거침으로서, 용선주의 [P]가 0.008-0.013%의 종점 [P]까지 저하된다.

상기와 같이 취련이 완료된 용선은 C : 0.4-0.6%, Mn : 0.06-0.12%, S : 0.005% 이하, P : 0.008-0.013% 함유하여 이루어지는데, 필요에 따라 합금성분을 첨가하여 목표로 하는 강을 제조한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

1.0-1.5% 함유 용선을 하기 표 1과 같은 조건으로 1차 및 2차 취련하여 용강을 제조하고, 이때 1차, 2차 취련후의 용선성분을 측정한 다음, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 비교예(1-3), 발명예(1-3) 모두 전 차지(charge) 슬래그로 노체내부에 코팅을 한 후 1,2차 취련을 실시하였고, 취련 패턴은 M-1로 하였다.

* 염기도(V) 계산에서 Si량의 적용

1차 취련시에는 전 장입량의 평균 Si량을 적용하였고, 2차 취련시에는 전 장입량의 평균 Si량에서 1차 취지후 슬래그 배재량으로 빠져나간 값을 적용하였다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 표 1의 대상모재는 용선중 Si 함유량이 1.0-1.5%에 해당하는 고 실리콘 용선을 선택하였고, 전 장입량은 113톤을 기준으로 하고 평균 Si 함유량을 낮추기 위해 용선비를 조정하였다.

냉각제로 사용되는 소결광은 열배합 계산에 의해 투입량을 설정, 사용하였고 투입 시점에 변화를 주어 1차 취지(吹止)후 조성된 슬래그 배재율을 조사하고 이것이 2차 취련에 어떠한 영향을 미치고 있는지 알아낸 것이다.

보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

비교예(1)은 고 실리콘 용선에 대하여 용선비가 너무 낮아 즉, 고철 사용량이 너무 많아 2회 장입에 의한 대기시간 발생과 열원 부족에 따른 소결광 미투입으로 1차 취지후 슬라그 배재율이 저조하였고, 2차 취련시 노내 실리콘이 높은 상태가 되어 슬로핑 발생이 극심하여, 정상적인 취련이 이루어지지 않고(취련 비상정지발생) 슬래그 재화불량으로 종점[P]제어가 잘 이루어지지 않았다.

종점[P]제어의 실패 이유는 용선비가 너무 낮아 소결광 투입불가에 따른 1차 슬래그 배재 불량 및 2차취련시 과도한 슬로핑에 의한 슬래그 조제 불량이 원인이었다.

비교예(2)는 용선비 및 소결광 투입량이 너무 적고, 취련 시간이 너무 짧아서 미용해된 슬래그가 부풀지않았고 슬래그 배재율이 저조하였으며, 2차 취련에서는 심한 슬로핑 발생이 일어나고, 염기도가 낮고, 취련시간이 짧아 [P]제어에 실패하였다.

이는 1차 취련시간이 너무 짧고 슬래그 배재불량으로 2차 취련시 저 염기도 조업이 되어 종점탄소를 너무 높게 캐치(Catch)한 것이 주실패의 원인이었다.

비교예(3)은 고 용선비에 따른 소결광이 다량 투입되는 문제점이 있었다.

즉, 1차 취련시 소결광 투입량이 많아 취련시간을 7분동안 하였으나 취련 6분경부터 슬로핑이 발생하고, 이것을 진정시키기 위해 투입한 진정제로 인하여 슬래그 배재율이 소결광 투입량에 비해 예상보다 저조하였다.

또한, 2차 취련시에도 다량의 소결광 투입으로 취련 2-8분 돌안 계속적인 슬로핑 발생이 있어 결과적으로 염기도가 낮아져 종점 (P)제어에 실패하였다.

이는 과도한 고 용선비 조업으로 취련중 다량의 냉각제(소결광)투입에 의한 슬로핑 발생으로 슬래그 배재율 저하 및 염기도 저하에 따른 종점 [P]제어가 불량하였다.

반면에 발명예(1-3)은 고 실리콘 용선을 본 발명조건으로 조업한 경우로써, 1차 취련시 슬로핑 발생이 거의 없어 진정제의 투입이 필요없었으며, 슬래그 배재율이 극대화되어 탈규소 반응이 충분히 일어나 Si가 효과적으로 제거되었고, 또한 탈피도 되었음을 알 수 있었다.

또한 2차 취련시에도 슬로핑 발생은 거의 일어나지 않아서 염기도가 초기상태를 유지할 수 있어 종점[P]의 양을 용이하게 제어할 수 있었다.

또한, 슬로핑이 발생하지 않아 분진 발생량도 적었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용선비를 낮추고, 또한 저염기도 조업으로 부원료 사용량 절감, 취련중 슬로핑 감소로 출강 실수율을 향상시킬 분만 아니라 분진발생을 감소시킬 수 있는 고 Si 용강으로 저 P강을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 0.7-2.0% Si 함유용선을 용선비 65-85%로 하여 전로에 장입하고 염기도가 2.0-3,0이 되돈록 CaO계 부원료를 투입하고, 그리고 소결광의 최종 투입이 취련 끝나기 전 0.5-1.5분 내에 완료되도록 소결광을 15-30kg/용선-톤 투입하여 5-6분 동안 1차 취련하는 단계; 상기 1차 취련후 슬래그를 30% 이상 배출하는 단계; 및 염기도가 3.5-5.0이 되도록 CaO를 투입하고, 그리고 10-40kg/용선-톤의 소결광을 투입하여 종점[P]가 0.008-0.013%가 되도록 10-14분 동안 2차 취련하는 단계를 포함하여 구성되는 고 실리콘 용선으로 저 인[P]강의 제조방법.