KR100387931B1

KR100387931B1 - 탄소량이0.01%이하인극저탄소용강의정련방법

Info

Publication number: KR100387931B1
Application number: KR10-1998-0056795A
Authority: KR
Inventors: 최수호; 정준양; 김웅래
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2003-11-17
Also published as: KR20000041028A

Abstract

본 발명은 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소 용강의 정련방법에 관한 것으로서, 전로 출강후에 슬래그탈산을 실시하는 단계와, RH 공정 이후에 슬래그 탈산제로서 CaCO₃-Al계 탈산제와 알루미늄 칩을 래들 슬래그 상부에 투입하는 단계와, RH 공정에서 도착저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물을 저감시키기 위해 상기 RH 공정후에 래들에서 하부 버블링을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하므로 저급산화물의 발생량을 저감시키고 또한 래들에서 하부 버블링을 적용하여 개재물의 부상분리를 촉진시킴으로써, 연주공정의 슬라브에서의 전체 산소 농도를 감소시키고 용강의 청정도를 개선시켰다.

Description

탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소 용강의 정련방법

본 발명은 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소 용강을 슬래그 탈산 및 버블링에 의해 정련하는 방법에 관한 것이고, 특히 제강의 이차정련공정(진공탈가스 공정: RH 공정)에서의 슬래그 탈산처리를 통하여 슬래그 중 저급산화물(FeO, MnO)의 저감시키고, 래들 하부 버블링[Ladle Bottom Bubbling: 사용가스 아르곤(Ar)]을 통하여 용강 중의 미세개재물을 저감시킬 수 있는 탄소량이 0.01 중량% 이하인 극저탄소 용강의 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정은 선행공정인 제선공정에서 용선을 수선한 후 예비처리 공정에서 [S]와 [Si]를 정련하고, 전로에서 [C]와 [P]를 정련하는 조업으로 이루어진다. 이때, 전로조업에서 정련된 용강을 다음 단계, 즉 이차정련공정인 진공탈가스설비(RH설비), 분체취입설비 또는 버블링설비에서 정련처리함으로써 용강의 성분이 미세조정되거나 용강중 개재물을 제거하게 된다.

이러한 제강공정, 특히 전로공정에서 용강을 정련할 때, 필연적으로 슬래그(slag)가 발생되며, 이러한 슬래그 중 FeO 또는 MnO와 같은 저급산화물은 통상 20∼25% 수준으로 전로 출강시 용강과 함께 래들(ladle)로 유출되고, 전로 이후 공정에서 용강 상부에 지속적으로 잔류하게 된다.

도 1은 RH설비에서 승온조업시 슬래그와 용강의 반응상태를 도시한 도면이고, 도 2은 RH 조업시 산소취입량에 따른 슬래그 중 Total Fe+MnO 변화량을 나타낸 그래프도이다.

도 1을 참조하면, 전로공정에서 Al을 이용하여 용강을 탈산한 이후에, 용강과 함께 래들에 유출된 전로 슬래그 중 저급산화물(FeO, MnO)은 용강에 잔류하고 있는 Al과 반응하여 Al₂O₃등과 같은 비금속 개재물의 산화물을 형성하고, 이러한 비금속 개재물들은 용강 중에 존재한다. 또한, RH 공정에서 저온재에 대한 승온조업시 하기 식 1)과 같은 반응에 의하여 비금속 개재물(Al₂O₃)을 형성된다. 이렇게 형성되어 용강 중에 존재하는 비금속 개재물들은 최종 냉연소재에서 치명적인 결함(흠)으로 발생하게 된다.

3/2O₂+ 2Al = Al₂O₃(개재물) + Q(반응열에 의한 승온) .........(1)

도 2를 참조하면, RH 조업조건 중 산소취입량(OB; oxygen blowing) 증가에 따라 슬래그 산화도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 산소취입량이 증가하면 용강이 재산화되기 때문이다.

따라서, 전로에서 출강되는 용강과 함께 유출된 슬래그 중의 저급산화물을 제거하기 위하여, 일반적으로 출강직후에 래들 슬래그 상부에 슬래그 탈산제(CaCO₃-Al계)를 투입하여 슬래그 중의 FeO, MnO을 환원시켜 제거하는 방법이 적용되고 있다.

그러나, 이러한 슬래그 탈산방법에 의해서 1차적으로 저급산화물을 저감시키는 효과는 있지만, RH 공정 특성상 도착저온재의 산소취입에 의한 승온 조업을 실시할 때 산소취입량 증가에 따라 RH 공정중 슬래그 산화도가 증가하여 용강의 재산화에 의한 강의 오염도가 증가된다.

따라서, 연주공정 이전까지 용강의 재산화를 억제하기 위한 이차정련 공정(RH 공정) 후에 저급산화물을 추가적으로 저감시키기 위한 새로운 슬래그 탈산법 적용과, RH공정에서 승온작업시 발생하는 개재물(Al₂O₃)의 저감을 위한 래들(LADLE)에서의 새로운 조업방법이 필요하게 되었다.

상술한 바와 같은 슬래그 탈산 작업을 실시할 경우, 1차적인 저급산화물의 저감효과는 있지만, 전로출강 조업여건(유출되는 슬래그량 편차)에 따라서 저급산화물 저감효과가 미흡한 실적을 나타내는 경우가 많다.

또한, 전로의 다음 공정인 이차정련공정(RH 공정)에서 도착저온재에 대한 과도한 승온조업시, 슬래그 내에 저급산화물(FeO+MnO)이 증가하여 용강의 재산화 및 Al₂O₃(개재물)의 증가로 용강의 오염정도가 심각해지며, 더구나 RH 공정이 이차정련의 최종공정으로서 연주공정으로 보내기 이전에 강의 품질을 개선시킬 수 있는 공정상의 방법은 현재로서는 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이차정련공정(RH 공정)에서 슬래그 탈산을 효율적으로 실시하고, RH 승온조업시 개재물(Al₂O₃)의 발생을 저감시키기 위해 RH 공정 후 일정시간(약 3분) 동안 래들에서의 하부 버블링을 실시하여 용강의 청정도를 개선시킬 수 있는 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소용강의 정련방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 RH설비에서 승온조업시 슬래그와 용강의 반응상태를 개략적으로 도시한 도면;

도 2는 RH 조업시 산소취입량에 따른 슬래그 산화도를 나타낸 그래프;

도 3은 본 발명에 따라서 RH 공정후 슬래그 탈산제를 투입하고 래들 하부 버블링 작업을 나타낸 모식도;

도 4는 본 발명에 따른 용강 정련방법의 시행 흐름도.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소용강의 정련방법은 전로 출강후에 슬래그탈산을 실시하는 단계와, RH 공정 이후에 슬래그 탈산제로서 CaCO₃-Al계 탈산제와 알루미늄 칩을 래들 슬래그 상부에 투입하는 단계와, RH 공정에서 도착저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물을 저감시키기 위해 상기 RH 공정후에 래들에서 하부 버블링을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 RH 공정후 슬래그 탈산제(CaCO₃-Al계, Al칩)를 투입하는 작업과 래들 하부에서 버블링을 실시하는 작업을 도시한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용강 정련방법의 시행 흐름도이다.

본 발명에 따른 정련방법은 이차정련공정(RH 공정) 후에 실시하는 슬래그 탈산조업을 대상으로 하며, 대상강종은 극저탄소강 ([C]≤0.01wt%)이고, 슬래그 탈산을 실시하기 위한 탈산제는 하기 표 1의 조성 및 규격과 같다.

또한, RH 공정후, 슬래그 탈산을 위해 투입되는 탈산제의 투입량은 다음과 같은 가정하에서 이론적인 투입량으로 계산될 수 있다.

＜ 전제조건 ＞

래들 슬래그량 : 3Ton,

RH 공정종료시 슬래그 중 전체 Fe함량 : 4%,

전체 Fe중 FeO의 양 : ≒ 90% → 전체 Fe을 FeO로 환산시 0.9 사용,

CaCO₃-Al계 탈산제중 금속 Al양 : 47%,

Al 칩 중 금속 Al양 : 95%,

슬래그 탈산제 실수율 50%,

슬래그 탈산후 목표 Fe : 1.5%,

＜ 탈산반응식 ＞

3(FeO) + 2Al = 3Fe + (Al₂O₃) .........(2)

→ FeO와 반응하는 Al 몰 비는 214.5/54,

슬래그 중의 FeO의 양 = 슬래그량 × 전체 Fe함량/100 × 0.9

= 3 ton × 4%/100 × 0.9 = 108Kg,

탈산후 잔류되는 FeO의 양 = 슬래그 량 × 전체 Fe함량/100 × 0.9

= 3 ton × 1.5%/100 × 0.9 = 40.5Kg,

슬래그 탈산시 제거될 FeO양 = 108 - 40.5 = 67.5Kg,

FeO을 제거하기 위해 필요한 Al양 = 67.5 ×54/215.5 = 16.9Kg,

실수율 고려시의 필요한 Al양 = 16.9Kg/0.5 = 33.8Kg.

따라서, CaCO₃-Al계 탈산제 투입량 설정은 하기와 같이 산출한다.

Al 실수율 고려시 필요한 CaCO₃-Al계 탈산제의 양은 = 33.8Kg/0.47 = 71.9Kg.

또한, Al 칩(CHIP) 탈산제 투입량 설정은 하기의 식에 의하여 산출한다.

Al 실수율 고려시 필요한 Al 칩의 양은 = 33.8Kg/0.96 = 35/9Kg.

이와 같은 이론적인 계산에 의거하여, RH 공정 후 래들(LADLE) 상부의 슬래그에 투입되는 슬래그 탈산제 투입량을 35∼70Kg/CH로 선정하였다. 그리고, RH 설비의 저온재에 대해 과다한 승온조업시 발생하는 개재물(Al₂O₃)을 저감시키기 위해 실시되는 RH 공정후 래들에서의 최적의 하부 버블링 조건에서 버블링 유량(Ar 가스 유량) 30∼50N㎥/Hr 으로 설정하고 버블링 시간을 3분으로 설정하였다.

본 발명에 따른 용강의 정련과정은 도 4와 같다.

상술된 바와 같이, 제강공정에서 발생하는 슬래그는 용강의 정련시 필연적으로 발생하지만, 슬래그의 화학적 성분이 적정하지 못할 경우 이러한 슬래그에 의해 오히려 용강이 오염된다. 이러한 슬래그 중 대표적인 성분은 FeO나 MnO와 같은 저급산화물이다.

이러한 저급산화물은, 용강탈산 물질인 Al에 비하여 화학적으로 불안정하기 때문에, Al과 반응하여 Al₂O₃와 같은 비금속 개재물을 형성하며, 또한 제강의 이차정련공정인 RH 공정에서 저온재에 대한 승온조업시에도 상기 식 (1)에 의해, 용강중 Al₂O₃(개재물)의 함량이 증가하여 용강의 오염정도가 심각해지는 문제점이 발생된다.

본 발명에 부합되는 강종은 저급산화물의 영향이 크고 이차정련 공정인 RH설비를 필수적으로 거치는 탄소함량이 0.01 중량%이하인 극저탄소강을 대상으로 하며, 슬래그 탈산제로는 통상 하기 표 1의 CaCO₃-Al계 탈산제를 용강톤당 1.85∼2.65Kg 정도로 사용하고 있다. 또한, 상술한 바와 같이 슬래그 중 저급산화물을 줄이기 위해 RH 공정후에 도 3에 도시된 바와 같이 CaCO₃-Al계 탈산제와 Al 칩(chip)을 용강에 투입하여 슬래그 탈산작업을 실시한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 탈산작업을 실시할 때, CaCO₃-Al계 슬래그 탈산제를 사용하는 경우는 하기 반응식 (3), (4) 및 (5)로 설명되고, Al 칩을 사용하는 경우는 하기 반응식 (4) 및 (5)로 설명될 수 있다.

CaCO₃= Ca0 + CO₂(반응온도 900℃, Boiling action)......(3),

3FeO + 2Al = Al₂O₃+ 3Fe...............(4),

3MnO + 2Al = Al₂O₃+ 3Mn.................(5).

본 발명에 사용된 슬래그 탈산제의 조성은 상기 표 1에 나타내었으며, 슬래그 탈산제는 적정포대(예를 들어, 5Kg 포대 또는 7Kg 포대)를 사용하여 적종투입량(예를 들어, CaCO₃-Al계는 0.2∼0.3Kg/T-S, Al 칩은 0.1∼0.2Kg/T-S)으로 설정된 후에 래들 슬래그 상부에 수동으로 투입된다.

이 후에, RH 공정에서 저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물(Al₂O₃)을 저감시키기 위해서 RH 공정후에 실시되는 래들 하부 버블링 조업에서 버블링 유량(Ar가스 유량)은 30∼50N㎥/Hr로 설정되고 버블링 시간은 3분으로 설정된다.

본 발명에 의해 적용되는 극저탄소 용강의 정련과정은 도 4에 도시되어 있으며, 각 과정에 따른 슬래그 탈산 작업후에 얻어지는 슬래그 중 FeO + MnO 저감량은 이차정련공정(RH) 시작 직전시 분석한 슬래그 분석치를 기준으로 하여 확인할 수 있다.

상기 설명의 결과(효과)는 하기 표 2에 나타내었으며, 본 발명에 따른 새로운 슬래그 탈산방법을 적용함으로써 저급산화물의 발생량을 저감시키고 또한 래들에서 하부 버블링을 적용하여 개재물의 부상분리를 촉진시킴으로써, 연주공정의 슬라브에서의 전체 산소 농도가 현저히 감소하고 용강의 청정도가 개선되었음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의하여 이차정련공정에서 슬래그 탈산을 효율적으로 실시하고, RH 공정에서 승온조업시 개재물의 발생을 저감시키기 위해 일정시간 동안 래들에서 버블링을 실시하여 용강의 청정도를 개선하는 효과가 있다.

Claims

탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소 용강의 정련방법에 있어서,

전로 출강후에 슬래그탈산을 실시하는 단계와,

RH 공정 이후에 슬래그 탈산제로서 CaCO₃-Al계 탈산제와 알루미늄 칩을 래들 슬래그 상부에 투입하는 단계와,

RH 공정에서 도착저온재에 대한 과다한 승온조업시 발생하는 개재물의 저감시키기 위해 상기 RH 공정후에 래들에서 하부 버블링을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소 용강의 정련방법.
제1항에 있어서,

상기 하부 버블링에서 버블링 유량은 30∼50N㎥/Hr로 설정하고, 버블링 시간은 3분으로 설정하는 것을 특징으로 하는 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소 용강의 정련방법.
제1항에 있어서,

상기 CaCO₃-Al계 탈산제는 0.2∼0.3Kg/T-S 정도 투입되고, 상기 알루미늄 칩은 0.1∼0.2Kg/T-S 정도 투입되는 것을 특징으로 하는 탄소량이 0.01% 이하인 극저탄소 용강의 정련방법.