WO2018043835A1

WO2018043835A1 - 합금강 제조방법

Info

Publication number: WO2018043835A1
Application number: PCT/KR2016/014842
Authority: WO
Inventors: 한웅희; 안종태; 강수창; 백준정; 송민호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-03-08
Also published as: CN109661479A; US20190211425A1; EP3505650A1; BR112019004016A2; KR20180024286A; KR101853769B1; EP3505650A4; JP2019526708A; US11441211B2

Abstract

본 발명은 합금강 제조방법에 관한 것으로서, 보온로에서 제1합금강을 제조하는 과정; 상기 보온로에서 상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정; 상기 제1합금강과 용강을 합탕하여 상기 제1합금강 내 합금 함량보다 적은 합금 함량을 가지는 제2합금강을 제조하는 과정;을 포함하여, 합금강을 제조하는 과정에서 합금철의 용해와 저장을 연속적으로 실시함으로써 합금철의 온도 저하를 억제 혹은 방지할 수 있다.

Description

합금강 제조방법

본 발명은 합금강 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합금강의 온도 하락이나 오염을 억제할 수 있는 합금강 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고망간강은 1~5 wt% 정도의 망간을 함유하는 강을 의미한다. 최근에는 자동차용 고강도 고성형성 강재 등과 같은 고기능성 제품이 개발되면서, 망간 함유량이 25wt% 정도까지 증가한 고망간강이 생산되고 있다.

고망간강은 전로 정련이 완료된 용강을 출강하는 과정에서 망간을 함유하는 금속이나 합금(이하, 합금철이라 함)을 투입하여 망간 농도를 제어하여 제조된다. 이때, 용강에 투입되는 합금철의 양이 증가하면 합금철을 용해하는데 필요한 열량이 증가하게 되어 용강의 전로 종점 온도를 높여 요구되는 열량을 확보할 수 있다.

그러나 이와 같이 용강의 전로 종점 온도를 높이는 경우 산소 취입량이 증가하여 용강 중 산소 농도가 증가하여 용강 산화에 의한 수율 감소와 함께 높은 용강 온도에 의해 전로의 내화물이 침식되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 높은 용존 산소량으로 인해 출강 중 탈산제의 투입량을 증가시키게 되고, 이로 인해 슬래그량이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 높은 용강의 온도에 의해 합금철 투입 시 대기 산화 발생량이 증가하여 수율이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있고, 그 중 전로 출강 이후 래들 퍼니스(Ladle Furnace, LF), 진공정련(Rheinstahl and Heraeus, RH) 등과 같은 2차 정련 공정에서 용강의 온도를 높이고, 합금철을 추가 투입하여 용강 중 합금철의 농도를 보정하는 방법이 적용되고 있다. 그러나 2차 정련에서의 시간당 온도를 보정할 수 있는 능력의 한계로 인하여 합금철의 투입량이 제한되고, 장시간의 처리 시간이 요구되어 연연주수 증가에 한계가 있어 주편의 대량 생산에 어려움이 있다. 또한, 제강 공정에서의 처리 시간 증가는 생산 단가의 상승 요인으로 작용을 하게 되는 문제점이 있다.

이에 최근에는 합금철을 용해시킨 용융 합금철을 마련하고, 이를 용강과 합탕하여 고망간강을 제조하는 기술이 적용되고 있다. 이 기술은 용융 합금철을 이용하기 때문에 소량의 열보상이나 고상의 합금철을 용융시킬 때 필요한 열원을 확보할 필요 없이 고망간강을 제조할 수 있는 이점이 있다. 그러나 용융 합금철을 제조하고 합탕까지 소요되는 시간동안 대기와의 접촉으로 인해 흡질 현상이 발생하여 용융 합금철 중 질소 함량이 과도하게 증가하게 된다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이 망간강 중 망간의 함량이 높아질수록 질소의 포화 용해도가 급격하게 증가하는 문제점이 있다. 이로 인해 용융 합금철 중 또는 합탕으로 제조된 고망간강 중 질소 함량을 제어하기 위한 추가 공정이 요구되고, 이로 인한 처리 시간의 증가와 함께 추가 비용이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 합금강의 청정도를 확보할 수 있는 합금강 제조방법을 제공한다.

본 발명은 추가 공정 시간을 생략 또는 단축하여 합금강 제조에 소요되는 시간을 단축함으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 합금강 제조방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 합금강 제조방법은, 보온로에서 제1합금강을 제조하는 과정; 상기 보온로에서 상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정; 상기 제1합금강과 용강을 합탕하여 상기 제1합금강 내 합금 함량보다 적은 합금 함량을 가지는 제2합금강을 제조하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 보온로에서 제1합금강을 제조하는 과정은, 상기 보온로에 제1용강을 장입하는 과정; 상기 제1용강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 보온로에 제1용강을 장입하는 과정에서, 상기 제1용강의 탕면에 위치하는 슬래그를 상기 보온로에 유입시키는 과정을 포함하고, 상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서, 상기 슬래그를 이용하여 상기 제1합금강의 탕면에 슬래그층을 형성할 수 있다.

상기 보온로에서 제1합금강을 제조하는 과정은, 정련이 완료된 제1용강을 출강하는 과정; 상기 제1용강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제3합금강을 제조하는 과정; 상기 제3합금강을 보온로에 장입하는 과정; 및 상기 제3합금강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하여 상기 제3합금강 중 합금 함량보다 많은 합금 함량을 가지는 제1합금강을 제조하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서, 상기 제1합금강에 합금철과 용융 합금철 중 적어도 어느 한 가지를 투입하는 과정을 적어도 1회 이상 수행하여 상기 제1합금강 중 합금 함량을 높이는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서, 상기 보온로에 용강을 추가로 장입하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서, 상기 제1합금강 중 합금 함량은 25wt% 초과, 50wt% 이하를 갖도록 제어할 수 있다

상기 제1합금강을 제조하는 과정 및 상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정 중 적어도 어느 하나의 과정에서 상기 보온로에 열원을 공급하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제2합금강을 제조하는 과정은, 정련이 완료된 제2용강을 출강하는 과정에서 상기 제2용강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제조되는 제4합금강을 합탕하는 과정을 포함하고, 상기 제4합금강 중 합금 함량은 상기 제1합금강 중 합금 함량보다 적을 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 보온로에 용강을 장입하고, 합금철과 용융 합금철을 투입하여 제1합금강을 제조하고, 제1합금강을 용강과 합탕하여 목표로 하는 합금 함량을 가지는 제2합금강을 제조할 수 있다. 이때, 제1합금강은 금속이나 합금철을 용해하여 제조되는 용융 합금철 중 합금 함량보다 적고 제2합금강 중 합금 함량보다 많은 합금 함량을 가질 수 있다. 이에 용융 합금철을 용강과 합탕하여 합금강을 제조하는 종래기술에 비해 합금강을 제조하는 과정에서 대기와의 접촉으로 발생할 수 있는 합금강의 오염, 예컨대 흡질을 억제 혹은 방지할 수 있다.

따라서 합금강의 청정도를 확보하여 후속 공정을 생략하거나 후속 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있으므로 합금강의 생산성을 향상시킬 수 있다. 이에 주조에 필요한 합금강을 효과적으로 제공할 수 있으므로 주조 효율도 향상시킬 수 있다.

도 1은 용강 중 망간 함량에 따른 질소 포화 용해도의 변화를 보여주는 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 합금강 제조방법을 보여주는 순서도.

도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 합금강 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도.

도 4는 본 발명의 다른 변형 예에 따른 합금강 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 합금강 제조방법은, 합금 함량이 높은 제1합금강과 용강을 합탕하여 목표로 하는 합금 함량을 갖는 제2합금강을 제조할 수 있다. 즉, 고상의 합금철을 용강에 투입하여 합금강을 제조하거나, 용융 합금철을 용강과 합탕하여 합금강을 제조하는 종래의 합금강 제조방법과는 달리, 목표로 하는 합금 함량보다 많은 합금의 함량을 가지는 제1합금강과 용강을 합탕하여 제2합금강을 제조할 수 있다. 여기에서 제1합금강은 외부와 차단되는 보온로에서 제조되어 제1합금강이 대기와의 접촉으로 인해 오염, 예컨대 흡질되는 현상을 억제하면서 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지할 수 있다. 따라서 제1합금강의 청정도를 확보할 수 있어 용강과 합탕으로 제조되는 제2합금강의 후속 공정을 생략하거나 단축할 수 있고, 이를 통해 전체 공정 시간을 단축할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 합금강 제조방법을 보여주는 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조 방법은, 제1합금강은 전로에서 정련이 완료된 제1용강을 보온로에 장입하는 과정(S110)과, 제1용강이 주입된 보온로에 합금철과 용융 합금철 중 적어도 어느 한 가지를 투입하여 제1합금철을 제조하는 과정(S120)과, 제2용강을 마련하는 과정(S130) 및 제1합금강과 제2용강을 합탕하여 제2합금강을 제조하는 과정(S140)을 포함할 수 있다. 여기에서 합금철이라 함은 순수한 금속이나 합금일 수 있으며, 예컨대 망간 금속이나 망간을 함유하는 망간 합금일 수 있다. 그리고 용융 합금철은 망간 금속이나 망간을 함유하는 망간 합금을 별도의 용해로에서 용해시켜 제조된 것일 수 있다. 제1합금강은 망간 이외에 니켈이나 크롬 등 다양한 물질을 함유할 수 있으며, 이하에서는 제1합금강이 망간을 함유하는 예에 대해서 설명하며, 망간 금속이나 망간 합금은 망간이라 하고, 망간 금속이나 망간 합금을 용해시킨 것은 용융 망간이라 한다.

제1합금강은 목표로 하는 합금 함량 또는 합금 농도, 즉 망간 함량(또는 망간 농도)을 가지는 제2합금강보다 합금 함량이 높을 수 있으며, 용융 합금철보다는 합금 함량이 적을 수 있다. 예컨대 제1합금강 중 망간 함량은 25wt% 초과, 50wt% 이하일 수 있다. 제1합금강 중 망간 함량의 상한을 50wt% 이하로 설정한 것은, 일반적으로 강 중 합금의 함량이 50wt% 이하인 경우에는 합금강(alloy steel)으로 보고, 50wt%를 초과하는 경우 합금철(alloy)으로 보기 때문이다. 그리고 앞서 언급하였지만, 망간강 중 망간 함량이 증가할수록 질소의 포화용해도가 급격하게 증가하기 때문에 망간 함량이 지나치게 증가하는 경우 흡질 현상으로 인해 후속 공정으로 탈질 처리가 불가피하고 탈질 처리에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 따라서 망간 함량이 50wt%를 초과하는, 예컨대 망간을 80wt% 정도 함유하는 용융 합금철과 용강을 합탕하여 합금강을 제조하는 종래기술에 비해 망간 함량이 낮은 용융 합금강을 용강과 합탕하여 합금강, 예컨대 제2합금강을 제조함으로써 용융 합금강의 흡질을 억제하여 최종적으로 제조되는 합금강 중 질소 함량을 저감시킬 수 있다.

제1합금강 제조 시 제1용강으로 고상의 망간을 투입하는 경우 합금철은 제1용강의 열에 의해 용해될 수도 있고, 열원을 추가로 제공하여 망간을 용해시킬 수도 있다. 이때, 제1용강의 열에 의해 합금철이 용이하게 용해될 수 있도록 합금철을 예열하여 투입할 수 있으며, 보온로에는 제1합금강을 제조 시 필요한 열원을 제공할 수 있도록 유도 코일 등의 열원 공급 수단이 구비될 수 있다.

또한, 제1합금강 제조 시 제1용강으로 용융 망간을 투입하는 경우 필요에 따라 열원을 추가로 제공할 수도 있고, 제공하지 않을 수도 있다. 만약, 열원을 추가로 제공하는 경우 고상의 망간을 투입할 때보다 적은 양의 열원이 제공될 수 있다.

보온로에서 제조된 제1합금강은 제2용강과의 합탕 전까지 보온로 내부에서 융점 이상의 온도로 유지될 수 있다. 이때, 제1합금강을 유지하는 동안 제1합금강 중 질소 성분을 제거하기 위한 보온로 내에서 탈질 처리를 추가로 수행할 수도 있다.

한편, 보온로에 저장되는 제1합금강의 탕면에 슬래그를 형성하여 제1합금강의 흡질 현상을 억제할 수도 있다. 다시 말해서 제1합금강을 제조하기 위해 보온로에 제1용강을 장입하는 과정에서 제1용강의 탕면에 존재하는 슬래그가 제1용강과 혼입되어 보온로로 장입될 수 있다. 슬래그는 CaO-Al₂O₃를 주성분으로 하며, 보온로 내에서 제1용강의 탕면을 덮어 보온로 내부에 존재하는 대기와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 슬래그는 제1용강을 보온로에 장입하는 과정에서 보온로 내부로 자연스럽게 유입될 수도 있고, 강제적으로 유입되어 제1용강의 탕면에서 슬래그층을 형성할 수 있다. 이 경우 망간이나 용융 망간을 주입하여 제1합금강을 제조하고, 제1합금강을 유지하는 동안 흡질이 억제되어 제1합금강의 탈질 처리를 생략할 수도 있고, 추가 탈질 처리 시간을 단축시킬 수 있다.

그리고 보온로에서 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 동안 망간이나 용융 망간을 추가로 투입하여 제1합금강 중 망간의 함량을 전술한 범위 내에서 점차적으로 증가시킬 수 있다. 이와 같이 제1합금강의 망간 함량을 점차적으로 증가시키면, 나중에 제2용강과 합탕되는 제1합금강의 양을 저감시킬 수 있다. 이에 제1합금강과 합탕되는 제2용강의 양이 상대적으로 증가하기 때문에 주조에 필요한 제2합금강의 양을 충분히 확보할 수 있고, 제1합금강을 제조하는데 소요되는 시간이나 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

이때, 제1합금강에 망간이나 용융 망간을 지속적으로 투입하게 되면, 제1합금강의 망간 함량이 제시된 범위를 초과할 수 있다. 이러한 경우 제1용강을 추가 투입하여 제1합금강 중 망간 함량을 제시된 범위로 조절할 수 있다.

제1합금강 제조 시 보온로 내부에 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 가스를 취입하여 제1용강과 망간 및 용융 망간을 균일하게 교반하여 혼합할 수 있다.

이와 같은 방법으로 제조되는 제1합금강은 합탕 시 사용되는 1회분량보다 많은 양을 제조하여 보온로에 저장될 수 있으며, 이를 통해 필요에 따라 합탕 과정을 연속적으로 수행할 수 있다.

제1합금강이 제조되고, 보온로에서 융점 이상의 온도로 유지하는 동안 제1합금강과의 합탕을 위해 제2용강을 제조할 수 있다. 제2용강은 전로 정련이 완료된 탄소강일 수 있으며, 예컨대 제2용강은 0.2 내지 0.4wt% 정도의 탄소를 함유할 수 있다.

이후, 제2용강이 마련되면 보온로에 저장되는 제1합금강을 출강하여 제2용강과 제1합금강을 합탕함으로써 제2합금강을 제조할 수 있다. 이때, 목표로 하는 제2합금강 중 망간 함량과 제조된 제1합금강의 망간 함량에 따라 제1합금강과 제2용강의 합탕 비율을 조절할 수 있다.

이와 같은 방법으로 합금강, 예컨대 제2합금강을 제조한 이후 제2합금강을 주조 설비로 이송하여 주조를 수행할 수 있다. 이때, 제2합금강을 주조 설비로 이송하기 전 제2합금강의 망간 함량을 미세 조정하거나 제2합금강 중 불순물을 제거하기 위해 LF 공정이나 진공 처리 등의 정련 공정을 수행할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 합금강 제조방법을 다양한 변형 예를 통해 설명한다.

도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 합금강 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 다른 변형 예에 따른 합금강 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다. 여기에서는 전술한 본 발명의 실시 예와의 차이점을 설명하며, 그 이외에 제1합금강의 탕면에 슬래그층을 형성하는 과정, 보온로에 열원을 공급하는 과정, 제1합금강 중 망간 농도를 제어하기 위해 제1용강을 추가 투입하는 과정 등을 동일하게 수행할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 변형 예에 따른 합금강 제조방법은, 보온로 외부에서 제3합금강을 제조하는 과정(S210)과, 제3합금강을 보온로에 장입하는 과정(S220)과, 보온로에 망간과 용융 망간 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제1합금강을 제조하는 과정(S230)과, 제2용강을 마련하는 과정(S240)과, 제1합금강과 제2용강을 합탕하여 제2합금강을 제조하는 과정(S250)을 포함할 수 있다. 본 변형 예는 제1합금강을 제조하는 과정 이외에 앞서 설명한 본 발명의 실시 예와 거의 동일한 방법으로 합금강을 제조할 수 있다.

제3합금강의 제조는 정련이 완료된 제1용강에 망간과 용융 망간 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제조될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 제1합금강을 제조하기 위하여 제1용강을 보온로에 직접 장입하였다면, 변형 예에서는 제1용강을 보온로에 장입하지 않고 보온로 외부에서 제3합금강을 제조한 후 보온로에 장입하여 제1합금강을 제조하는데 사용할 수 있다.

예컨대 전로에서 정련이 완료된 제1용강을 출강하는 과정에서 망간과 용융 망간 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제3합금강을 제조할 수 있다. 이때, 제3합금강은 이후 제조될 제1합금강 중 망간 함량보다 적은 망간 함량을 갖도록 제조될 수 있다. 이는 제3합금강 중 망간의 함량이 지나치게 높은 경우 대기와의 접촉으로 인해 흡질 현상이 급격하게 일어날 수 있기 때문이다. 예컨대 제3합금강 중 망간 함량은 약 0.5 내지 20wt% 정도의 범위를 갖도록 제조될 수 있다.

제3합금강을 보온로에 장입한 이후에는 실시 예에서와 거의 동일한 방법으로 망간과 용융 망간을 추가로 투입하여 제1합금강을 제조하고, 제2용강과 합탕하여 제2합금강을 제조할 수 있다.

이외에도 제3합금강을 보온로에 장입하고, 제1용강 및 망간과 용융 망간을 추가 투입하여 제1합금강을 제조할 수도 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 변형 예에 따른 합금강 제조방법은, 보온로에 제1용강을 장입하는 과정(S310)과, 제1용강에 망간과 용융 망간 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제1합금강을 제조하는 과정(S320)과, 제2용강을 마련하는 과정(S330)과, 보온로에 외부에서 제4합금강을 제조하는 과정(S340)과, 제1합금강과 제4합금강 및 제2용강을 합탕하여 제2합금강을 제조하는 과정(S350)을 포함할 수 있다.

본 변형 예는 앞서 설명한 본 발명의 실시 예에 의한 제2합금강의 제조방법에 보온로에 외부에서 제조되는 제4합금강을 추가로 제조하여 합탕하는 과정을 조합하여 수행될 수 있다. 제4합금강은 정련이 완료된 제3용강을 이용하여 제조될 수있으며, 전술한 제3합금강의 제조와 거의 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 제4합금강은 제1합금강 중 망간 함량보다 적은 망간 함량을 갖도록 제조될 수 있다. 또한, 제4합금강은 제3합금강과 동일하거나 유사한 합금 함량을 갖도록 제조될 수 있다. 이는 제4합금강이 보온로 외부에서 제조되기 때문에 대기와의 접촉으로 인해 제4합금강으로의 흡질이 발생할 수 있으므로 흡질을 억제하기 위해서 제4합금강 중 망간 함량을 비교적 낮게 제어하는 것이 좋기 때문이다.

이와 같은 방법으로 제2합금강을 제조하는 경우, 제1합금강의 제조량을 크게 증가시키지 않아도 되므로, 제1합금강 제조나 유지하는데 소요되는 시간과 에너지를 절감할 수 있다. 또한, 제1합금강 중 망간의 함량을 높이기 위한 부담을 피하면서도 품질이 우수한 합금강을 제조할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 합금강 제조방법으로 제조된 합금강의 흡질 정도와 생산성의 향상 정도를 알아보는 실험 예에 대해서 설명한다. 여기에서 합금 물질로는 망간이 사용되었다.

먼저, 보온로 내에 합금강을 일정 시간 동안 유지할 때 망간의 함량에 따른 흡질 정도를 살펴보았으며, 그 실험 결과를 아래의 표1에 기재하였다. 본 실험에서는 합금강 및 용융 합금철을 보온로에 장입하고, 각각의 장입량이 100톤에 도달한 시점으로부터 일정 시간이 경과한 후 시료를 채취하여 질소 함량을 측정하였다.

실험 예1

망간 함량이 47.8wt%인 합금강을 24시간 동안 보온로에 유지한 후 합금강에 함유되는 질소 농도를 측정하였다. 실험 예 1에서는 합금강 상부에 슬래그층을 형성하지 않았다.

실험 예2

망간 함량이 45.9wt%인 합금강을 26시간 동안 보온로에 유지한 후 합금강에 함유되는 질소 농도를 측정하였다. 실험 예2에서는 합금강의 탕면에 슬래그층을 형성하였다.

실험 예3

망간 함량이 81.5wt%인 용융 합금철을 49시간 동안 보온로에 유지한 후 합금강에 함유되는 질소 함량을 측정하였다. 앞서 설명한 바와 같이 망간 함량이 50wt%를 초과하는 경우에는 합금강보다 용융 합금철에 가깝다.

구분	망간 함량(wt%)	질소 함량(wt%)	제1합금강의 보온로 내 유지 시간(시간)
실험 예1	47.8	0.086	24
실험 예2	45.9	0.041	26
실험 예3	81.23	0.112	21

실험 예1과 실험 예2의 결과를 비교해보면, 실험 예1의 합금강과 실험 예2의 합금강은 망간의 함유량은 약 2wt% 정도로 망간의 함유량 차이는 크게 나타나지 않는다. 그러나 합금강 중 질소 함유량을 비교해보면, 실험 예2의 합금강이 실험 예1의 합금강에 비해 질소 함량이 거의 절반 정도밖에 안 되는 것을 알 수 있다. 이는 실시 예2의 경우 합금강의 탕면에 슬래그층을 형성하여 보온로 내에서 합금강이 보온로 내에서 대기와의 접촉이 방지되어 흡질이 방지되었기 때문인 것으로 판단된다.

그리고 실험 예1, 2와 실험 예3의 결과를 살펴보면, 실험 예3의 용융 합금철의 경우 실험 예1 및 2의 합금강에 비해 망간 함량이 거의 2배 가까이 많이 함유되어 있다. 실험 예3의 용융 합금철은 보온로 내에서 다량의 질소 성분이 유입되어 실험 예1 및 2의 합금강에 비해 2 내지 5배 가까이 많은 질소가 함유되어 있는 것을 알 수 있다. 게다가 실험 예 3의 경우 실험 예 1 및 2에 비해 보온로 내 유지 시간이 짧은 데도 불구하고 높은 질소 함량을 나타내고 있다. 도 1은 망간강이 대기와 접촉하는 상태에서 질소의 포화 용해도를 나타내고 있지만, 망간 강의 특성 상 망간의 함량이 증가할수록 질소의 포화용해도가 급격하게 증가하여 흡질이 활발하게 일어나기 때문이다.

이와 같은 실험 결과를 통해 대기와의 차단이 억제된 상태에서도 망간 함량이 증가할수록 흡질 현상이 급격하게 발생하기 때문에 망간 함량을 적절한 범위 내로 조절하는 경우 흡질 현상을 억제하여 합금강의 오염을 최소화할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

다음 실험에서는 본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조방법으로 합금강을 제조할 때 보온로 내부에서 합금강 중 합금의 함량, 즉 망간의 함량을 제시된 범위 내에서 증가시킴에 따라 합금강 중 질소 함량의 변화를 측정하였다.

실험 예 4

정련이 완료된 용강을 보온로에 장입하고, 망간 금속, 망간 합금철 및 용융 망간 합금철의 투입량에 투입하여 합금강을 제조하고, 그 투입량에 따른 질소 함량의 변화를 측정하였다.

구분	망간 함량(wt%)	질소 함량(wt%)
실험 예4	0.4	0.011
	18.3	0.039
	37.1	0.046

상기 표 2를 참조하면, 용강에 투입되는 망간 금속, 망간 합금철 및 용융 망간 합금철의 투입량이 증가할수록 합금강에 함유되는 질소 함량이 점차적으로 증가한다. 그러나 망간 금속, 망간 합금철 및 용융 망간 합금철의 투입량에 따라 합금강의 질소 함량이 증가하더라도 상기 실험 예3의 용융 합금철과 같이 질소 함량은 급격하게 증가하지 하지 않고 비교적 낮은, 예컨대 실험 예1 및 2의 합금철의 질소 함량 수준을 유지함을 알 수 있다.

마지막으로 본 발명에 따른 합금강 제조방법으로 합금강을 제조할 때, 합금강과 용강의 합탕에서 주조까지 소요되는 시간을 측정하는 실험을 수행하였다.

실험 예 5

전로 출강 중 제1용강에 망간 금속을 투입하여 용해시킨 후 보온로에 장입하고, 보온로에 용융 망간합금을 투입하여 49wt%의 망간 함량을 갖는 제1합금강을 제조하였다. 그리고 전로 정련이 완료된 제2용강을 출강하면서 망간 금속을 10톤 투입하면서, 80톤의 제1합금강을 합탕하여 제2합금강을 제조하였다. 이후 LF 공정에서 제2합금강에 망간 금속을 5톤 장입하여 제2합금강이 목표로 하는 망간 함량, 예컨대 21.7wt%을 갖도록 제어한 다음 주조 설비로 이송하였다. 이때, 제1합금강과 제2용강의 합탕, 즉 제2용강의 출강으로부터 주조 설비로 이송하는데 소요되는 시간은 230분으로 측정되었다.

실험 예6

정련이 완료된 용강을 출강하면서 망간 금속을 투입하여 1차적으로 망간 함량이 제어된 합금강을 제조하였다. 이후 LF 공정에서 1차적으로 망간 함량이 제어된 합금강에 망간을 추가 투입하여 목표로 하는 망간 함량을 갖는 합금강을 제조하여 주조 설비로 이송하였다. 이때, LF 공정에서 합금강에 투입되는 망간 금속의 양은 15톤으로 여러 번에 걸쳐 분할 투입될 수 있으며, 이에 망간 금속의 투입과 승온 공정이 여러 번에 걸쳐 반복적으로 수행될 수 있다. 이러한 공정을 통해 24.3wt%의 망간 함량을 갖는 합금강을 제조하고, 주조 설비로 이송하였다. 이때, 용강의 출강으로부터 주조설비로 이송하는데 소요되는 시간은 361분으로 측정되었다.

구분	망간 함량(wt%)	질소 함량(wt%)	생산시간(분)전로출강->연주공급
실험 예5	21.7	0.0091	230
실험 예6	24.3	0.0219	361

상기 표 3을 참조하면, 실험 예 5의 경우, 용강의 출강으로부터 주조 설비로 이송되어 주조에 사용되기까지 소요되는 시간이 실험 예 6에 비해 131분 단축된 것을 알 수 있다. 이는 합탕 후 실시되는 LF 공정에서 소요되는 시간으로, 실험 예5의 경우, 주로 보온로에서 제조된 제1합금강을 이용하여 제2합금강 중 망간 함량을 제어하기 때문에 앞서 설명한 실험 예1, 2 및 4에서와 같이 제2합금강 중 질소 함량을 낮게 제어할 수 있어 LF 공정에서 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

반면에, 실험 예6의 경우 용강의 전로 출강 시 망간 금속을 투입 및 용해시켜 합금강을 제조하고, LF 공정에서 합금강 중 망간 함량을 제어하기 위해 망간 금속을 추가 투입한다. 이때, 실험 예6의 LF 공정에서 합금강에 투입되는 망간 금속의 투입량은 실험 예5의 LF 공정에서 제2합금강에 투입되는 망간 금속의 투입량보다 3배 많은 양이 투입된다. 이에 실험 예 6에서는 합금강에 투입되는 망간 금속을 여러 번에 걸쳐 분할 투입하고, 망간 금속을 투입할 때마다 합금강의 온도를 높이기 위한 공정을 수행하게 된다. 이에 실험 예6은 LF 공정에 소요되는 시간이 증가할 밖에 없고, 이에 따라 주조에 사용되는 합금강을 제공하는데 많은 시간이 소요될 수 밖에 없다.

또한, 표 3을 참조하면 실험 예6의 경우 실험 예5에 비해 LF 공정 시간이 오래 소요되기 때문에, LF 공정 완료 후 합금강 중 질소 함량이 실험 예5에 비해 적게 측정되는 것이 바람직하다. 그러나 실험 예6의 경우 합금강 제조가 대기에 노출된 상태로 이루어지기 때문에 LF 공정 전 합금강 중 초기 질소 함량이 매우 높고 LF 공정으로 제거할 수 있는 능력에 한계가 있어 실험 예5에 의해 제조된 제2합금강 중 질소 함량이 더 낮게 측정되는 것이다.

이와 같은 실험 결과를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 합금강 제조방법은 용융 합금철에 비해 합금 함량이 낮은 합금강과 용강을 합탕하여 목표로 하는 합금 함량을 갖는 합금강을 제조함으로써 대기와의 접촉으로 인한 오염, 예컨대 흡질 현상을 최소화할 수 있을 알 수 있었다. 또한, 합금강의 오염이 최소화되어 후속 처리 공정, 예컨대 LF 공정에서 소요되는 시간을 단축하여 합금강 제조에서 주조까지 소요되는 전체 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따른 주조방법은, 망간 등과 같은 합금을 함유하는 합금강을 이용하여 주편 등과 같은 주조물을 주조하는 방법으로, 주조를 수행하기 이전에 합금강이 대기에 노출되는 시간을 최대한 단축하여 합금강이 대기에 의해 오염되거나 온도 하락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 본 발명은 주조를 수행하기 직전 합금강을 제조하여 주조에 사용하되, 합금강의 제조를 주조가 수행되는 주조설비에서 수행함으로써 합금강의 온도 하락이나 대기와의 접촉으로 인한 오염을 최소화할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 고상의 합금철을 용해하여 용융 합금철을 마련하고, 융점 이상의 온도로 저장하였다가 주조 직전 용강과 합탕하여 합금강을 제조하고, 이를 주조에 사용함으로써 합금강 제조 과정에서 발생할 수 있는 온도 하락이나 대기와의 접촉으로 인한 오염을 최소화할 수 있다. 또한, 합금강의 제조와 주조가 연속적으로 수행되기 때문에 합금강 제조 후 주조까지 소요되는 시간을 단축하여 합금강의 온도 하락이나 오염으로 인한 추가 공정을 배제할 수 있다. 따라서 추가 공정으로 인한 비용 증가를 억제하고, 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 합금강 제조방법은 합금강의 청정도를 확보하여 후속 공정을 생략하거나 후속 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있으므로 합금강의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims

보온로에서 제1합금강을 제조하는 과정;

상기 보온로에서 상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정;

상기 제1합금강과 용강을 합탕하여 상기 제1합금강 내 합금 함량보다 적은 합금 함량을 가지는 제2합금강을 제조하는 과정;

을 포함하는 합금강 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 보온로에서 제1합금강을 제조하는 과정은,

상기 보온로에 제1용강을 장입하는 과정;

상기 제1용강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하는 과정을 포함하는 합금강 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 보온로에 제1용강을 장입하는 과정에서,

상기 제1용강의 탕면에 위치하는 슬래그를 상기 보온로에 유입시키는 과정을 포함하고,

상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서,

상기 슬래그를 이용하여 상기 제1합금강의 탕면에 슬래그층을 형성하는 합금강 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 보온로에서 제1합금강을 제조하는 과정은,

정련이 완료된 제1용강을 출강하는 과정;

상기 제1용강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제3합금강을 제조하는 과정;

상기 제3합금강을 보온로에 장입하는 과정; 및

상기 제3합금강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하여 상기 제3합금강 중 합금 함량보다 많은 합금 함량을 가지는 제1합금강을 제조하는 과정;을 포함하는 합금강 제조방법.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서,

상기 제1합금강에 합금철과 용융 합금철 중 적어도 어느 한 가지를 투입하는 과정을 적어도 1회 이상 수행하여 상기 제1합금강 중 합금 함량을 높이는 과정을 포함하는 합금강 제조방법.
청구항 5에 있어서,

상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서,

상기 보온로에 용강을 추가로 장입하는 과정을 포함하는 합금강 제조방법.
청구항 6에 있어서,

상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정에서,

상기 제1합금강 중 합금 함량은 25wt% 초과, 50wt% 이하를 갖도록 제어하는 합금강 제조방법.
청구항 7에 있어서,

상기 제1합금강을 제조하는 과정 및 상기 제1합금강을 융점 이상의 온도로 유지하는 과정 중 적어도 어느 하나의 과정에서 상기 보온로에 열원을 공급하는 과정을 포함하는 합금강 제조방법.
청구항 8에 있어서,

상기 제2합금강을 제조하는 과정은,

정련이 완료된 제2용강을 출강하는 과정에서 상기 제2용강에 합금철 및 용융 합금철 중 적어도 어느 하나를 투입하여 제조되는 제4합금강을 합탕하는 과정을 포함하고,

상기 제4합금강 중 합금 함량은 상기 제1합금강 중 합금 함량보다 적은 합금강 제조방법.