KR100868431B1 - 탈탄촉진제를 이용한 용강의 정련방법 - Google Patents

Abstract

탈탄촉진제를 이용한 용강의 정련방법이 제공된다.

본 발명은, 진공탈가스 설비를 이용하여 용강을 2차 탈탄정련하는 공정에 있어서, 상기 설비로부터 배출되는 배가스 중 일산화탄소(CO)의 농도가 2%이하가 되는 탈탄정체시점에, C 0.05중량%이하와 잔여 철산화물 및 불가피한 불순물로 이루어진 탈탄촉진제를 용강 ton당 0.1~0.24kg범위로 투입하는 것을 특징으로 하는 용강 2차정련방법에 관한 것이다.

탈탄정련, 탈탄촉진제, 탈탄정체점

Description

탈탄촉진제를 이용한 용강의 정련방법{Method for refining the molten steel by using decarburization propellant}

도 1은 금속소재내의 고용원소에 의한 강화기구를 나타내는 모식도이다.

도 2는 종래의 용강 탈탄반응 기본 사이클을 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 탈탄촉진제 투입에 따른 탈탄반응 사이클을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 용강의 2차정련시 탈탄촉진제를 이용한 용강의 정련방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 소재의 고용강화를 유발하여 가공성을 저해하는 용강중 탄소성분을 15ppm 이하로 안정적으로 제거할 수 있는 탈탄촉진제를 투입하여 2차 탈탄반응을 이용한 용강 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 강중에 탄소, 질소등의 침입형원소가 함유될 때, 도 2와 같이, Fe 격자가 변형되어 내부응력이 증가할 뿐만 아니라 전위 이동방해로 강도가 상승하게 되며, 이에 따라 재료의 가공성이 나빠지게 된다. 따라서 심가공 소재를 제조하기 위해서는 용강내 탄소 및 질소를 제거하는 것이 매우 중요하다.

용강중 질소함량은 통상 전로정련 조업후 20ppm 이하로 낮게 유지될 수 있으나, 탄소함량의 경우는 용선단계에서 약 4.0~4.5중량%로 높아 별도의 탈탄공정을 거치지 않으면 안된다. 용강중 탈탄반응은 하기 반응식 1과 같이 강중에 있는 탄소가 잉여 산소와 반응하여 일어남이 일반적이다. 그러나 통상 대기압하에서 이루어지는 전로정련중에는 지속적으로 산소공급을 하더라도 탄소함량이 0.03중량% 이하의 낮은 탄소농도에서는 하기 반응식 1 보다는 반응식 2에 의한 반응이 우선적으로 일어나 탄소함량을 0.01중량% 이하로 제어하기가 곤란하다는 문제가 있다.

따라서 용강중 탄소함량을 0.01중량% 이하로 제어하기 위해서는 별도의 탈탄공정을 거치지 않으면 안된다.

2C + O₂ →2CO

2Fe + O₂ → 2Fe0

일반적으로 감압하에서는 물질의 이동속도가 증가하므로 용강내부의 탄소와 산소의 이동속도가 증가한다. 따라서 상기 반응식1의 CO 반응을 촉진하게 되어 별도의 산소공급 없이 추가적인 탈탄반응이 일어나 [C] 을 0.01중량% 이하로 낮게 제어할 수 있다. 그러므로 용강중 [C]함량을 0.01% 이하로 낮게 제어할 것이 요구되 는 극저탄소강 제조을 위해서는, 전로정련을 통해 [C]을 0.03~0.04중량% 수준까지 제거한후, 진공설비를 이용하여 수 Torr 까지 감압한 상태에서 용강을 처리하는 것 통상적인 조업방법이다.

따라서 이러한 종래기술의 한계를 극복하기 위하여, 진공설비에서 추가적인 탈탄조업 기술이 개발되어 적용되고 있는데, 그 일예로써 대한민국 특허출원 1998-37185호에 게시된 발명을 들 수 있다. 구체적으로 상기 특허출원에서는 용철 또는 용강에 수소와 아르곤의 혼합가스를 혼합비 1:1 ∼ 4:1의 범위로 취입시킴으로서, 상기 용철 및 용강중에 함유된 탄소 및 질소를 동시에 탈탄([C]을 30ppm 이하 제어) 및 탈질하는 것을 특징으로 하는 수소계 가스 취입에 의한 동시 탈탄 및 탈질방법을 제시하고 있다.

또다른 예로서 대한민국 특허출원 출원번호 1999-41267호에 개시된 발명을 들 수 있는데, 이 출원에서는 진공도와 배가스 농도 분석을 통해 용강중 [C]를 20ppm 이하로 제어함을 제시하고 있다.

그러나 상기 기술들은 별도의 탈탄, 탈질 동시 제어기술, 진공처리중인 용강의 상태를 확인하여 목표제어를 위한 탈탄종료시점 판단등을 통한 극저탄소강 제조기술로서 근본적인 탈탄능력 개선을 통한 [C] 제어한계를 낮추는 기술은 아니다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 한계를 극복하기 위해 마련된 것으로, 진공탈가스 설비를 이용한 2차정련공정의 탈탄정체기에 소정량의 탈탄촉진제를 용 강중에 투입함으로써 용강내 탄소농도를 15ppm이하까지 효과적으로 제어할 수 있는 하여 용강의 2차정련방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 진공탈가스 설비를 이용하여 용강을 2차 탈탄정련하는 공정에 있어서, 상기 설비로부터 배출되는 배가스 중 일산화탄소(CO)의 농도가 2%이하가 되는 탈탄정체시점에, C 0.05중량%이하와 잔여 철산화물 및 불가피한 불순물로 이루어진 탈탄촉진제를 용강 ton당 0.1~0.24kg범위로 투입하는 것을 특징으로 하는 용강 정련방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

일반적으로 진공탈가스 설비내의 진공감압하에서 탈탄반응이 일어나는 과정은 크게 3단계로 나뉘어진다.

상세하게 설명하면, 1단계는 용강내 함유된 탄소[C]가 용강중의 산소[O₂]와 만나 용강내부에서 서로 반응하여 탈탄이 일어나는 내부탈탄 단계로 탈탄초기에 주로 일어난다. 그리고 상기 2단계는 탄소의 농도가 낮아져 1단계 내부탈탄이 정체기에 이를 때, 용강내 공급되는 환류가스의 기포를 반응 Site로 하여 탈탄이 이루어지는 기포탈탄 단계를 말하며, 3단계는 상기 기포탈탄후 용강표면 및 설비와의 접촉면에서 주로 일어나는 표면탈탄 단계를 말한다.

도 2는 이러한 종래의 통상적인 용강 탈탄반응 기본 사이클을 나타내는 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 극저탄소강 제조를 위한 용강의 2차탈탄정련 작업시, 진공설비로 부터 배출되는 배가스 중 일산화탄소(CO)의 농도가 2% 이하가 되는 시점에 도달하면 더이상의 탈탄 변화가 없음을 알 수 있다. 즉, 이러한 종래공정에 의하면 상술한 탈탄이 거의 완료되는 3단계 표면 탈탄 완료시점에서 용강중 탄소함량이 최대 20ppm ~ 16ppm 수준으로 낮아질 수 있으나, 더 이상의 탈탄은 기대하기 어려운 상황이다.

따라서 본 발명은 이러한 종래 2차 탈탄정련공정의 한계를 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 용강 탈탄이 더 이상의 진행됨이 없이 정체되어 있을 때, 다시 말하면, 진공탈가스 설비로부터 배출되는 배가스 중 일산화탄소(CO)의 농도가 2% 이하가 되는 시점에서 소정의 조성으로 마련된 탈탄촉진제를 소정량 용강에 투입함으로써 상술한 탈탄정체점 아래까지 용강중 탄소를 효과적으로 제거할 수 있다.

본 발명의 탈탄촉진제를 설명한다.

본 발명에서 이용하는 탈탄촉진제는, C 0.05중량%이하와 잔부 철산화물로 조성되어 있다.

먼저, 본 발명의 탈탄촉진제는 탄소를 0.05중량%이하로 함유해야 하는데, 이러한 탄소는 하기 반응식 1과 같이 용강중에 들어가 용존산소와 급격하게 반응하여 제거된다. 그러나 만일 탈탄촉진제중 탄소 함량이 0.05%를 초과시에는 촉진제중 탄소가 용강 및 촉진제중 철산화물로 재반응시 탄소 함량초과로 적정한 초극저 (즉,10ppm 이하)도달시까지 다시 많은 시간이 소요되며, 아울러, 생산된 제품의 불 량을 초래할 수 있다.

[반응식 1]

2C + O₂ →2CO

그리고 본 발명의 탈탄촉진제는 잔여분으로 철산화물을 포함하고 있다. 이러한 철산화물은 용강중에서 융해되면서 산소를 용강중에 유리시키며, 이러한 산소가 상기 반응식 1을 통하여 용존탄소를 효과적으로 제거할 수 있는 것이다. 즉, 본 발명에서 탈탄촉진제중 철산화물은 촉진제내의 탄소와 혼합투입되어 반응정체점에서 CO 반응을 유리하게 발생되도록 한다.

또한 본 발명에서는 이러한 철산화물로써 FeO와 Fe₂O₃ 산화물을 이용할 수 있으며, 탈탄촉진제 전체중량에 대하여 FeO를 85중량%이상으로 포함한 철산화물을 이용함이 보다 바람직하다.

그리고 상기 탈탄촉진제에는 불순원소로서 [Mn],[P],[S]등을 미량 함유할 수도 있다.

본 발명에서는 2차전련공정중 진공탈가스 설비로부터 배출되는 배기스중 CO%가 2%이하가 되는 탈탄정체시점에, 상기와 같이 마련된 탈탄촉진제를 용강내에 투입한다. 이때, 이러한 탈탄촉진제 투입량을 용강 ton당 0.1~0.24Kg으로 제한함이 바람직하다. 만일 그 투입량이 용강 톤당 0.1Kg미만이면 투입량이 작아 탈탄촉진반 응이 기대할 수 없으며, 0.2 Kg을 초과하면 2차 반응이 활성화되었으나 CO% 반응사이클이 너무 커서 탈탄정체점 아래로 떨어지는 시간이 과도하게 소요되어 처리시간이 길어지는 문제점이 있으며, 아울러, 용강의 온도 Drop과 용강의 청정성을 저해하는 문제점도 있다.

보다 바람직하게는, 용강 1ton당 0.15~0.20Kg의 탈탄촉진제를 투입하는 것이다.

도 3은 본 발명의 탈탄촉진제 투입에 따른 탈탄반응 사이클을 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 이러한 탈탄촉진제의 투입으로 탈탄반응 사이클(Cycle)이 이루어지며, 순간적인 CO 반응에 의해 탈탄정체점 아래까지 탈탄반응이 지속되어 용강의 탄소함량을 10ppm 이하수준까지 안정하게 제어 할수 있음을 알 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

전로로부터 공급된 극저탄소강 제조용 용강 300톤을 RH-TOB (TOB OXYZEN BLOWING) 설비에 장입한후, 그 하부로부터 통상의 조건으로 Ar 환류가스를 취입하면서 2차탈탄정련을 실시하였다. 그리고 이러한 탈탄정련중 상기 설비로부터 배출되는 배가스 중 일산화탄소(CO)의 농도를 측정하였으며, 그 함량이 2%에 도달할때까지 계속하여 정련작업을 계속하였다.

상기 설비로부터 배출되는 배가스 중 일산화탄소(CO)의 농도가 2%에 도달하였을때, 중량%로, C: 0.040%, P: 0.020%, S: 0.0012%, Mn:0.10%, 잔부 철산화물로 이루어진 탈산촉진제를 하기 표 1과 같이 그 투입량을 달리하여 용강에 투입하였다. 그리고 이러한 탈산촉진제 투입에 따른 탈탄의 정도를 평가하여 또한 하기 표 1에 나타내었다.

삭제

탈산촉진제 투입량 (kg/st-t)	현 상	용존탄소[C]감소량 (ppm)	종합평가
0.01	반응없음	0	X
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10	2차 탈탄 촉진현상 경미	1	△
0.11		1
0.12		2
0.13		3
0.14		3
0.15	1분 이내에 안정하게 탈탄 정체점 아래로의 탈탄이 가능함	4	O
0.16
0.17
0.18
0.19
0.20	촉진 효과는 있으나 탈탄 정체점 아래로의 탈탄에 2분이상 소요	5	△
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25	용강의 온도 Drop과 청정성에 불리한 영향을 발생시킴	5	X

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 탈탄촉진제 투입량을 용강 ton당 0.1~0.24Kg 으로 제어한 경우, 전반적으로 탈탄정체점 아래로의 추가탈탄이 가능함을 알 수 있다. 특히, 탈산촉진제 투입량이 0.15~0.20Kg으로 제어한 경우 보다 신속하게 탈탄정체점 아래로의 탈탄이 가능함을 알 수 있다.

이에 반하여, 탈산촉진제 투입량이 0.1kg미만에서는 그 투입에 따른 탈탄반응이 없었으며, 0.24Kg을 초과한때에는 용강의 온도 Drop 및 청정성이 좋지 않았다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 진공탈가스 설비를 이용한 2차정련공정의 탈탄정체기에 소정량의 탈탄촉진제를 용강중에 투입함으로써 용강내 탄소농도를 15ppm이하까지 효과적으로 제어할 수 있다. 그러므로 용강중 탄소함량이 15ppm이하일 것이 요구되는 초심가공용 강소재를 안정적으로 생산 할 수 있으며, 이에 따라 고수익성을 담보할 수 있다.

Claims (3)

1. 진공탈가스 설비를 이용하여 용강을 2차 탈탄정련하는 공정에 있어서,

   상기 설비로부터 배출되는 배가스 중 일산화탄소(CO)의 농도가 2%이하가 되는 탈탄정체시점에, C 0.05중량%이하와 잔여 철산화물 및 불가피한 불순물로 이루어진 탈탄촉진제를 용강 ton당 0.1~0.24kg범위로 투입하는 것을 특징으로 하는 용강의 정련방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탈탄촉진제를 용강 ton당 0.15~0.20kg범위로 투입하는 것을 특징으로 하는 용강의 정련방법.
3. 제 1항에서, 상기 철산화물은 FeO와 Fe₂O₃의 혼합산화물인 것을 특징으로 하는 용강의 정련방법.

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