KR101104799B1 - Refining method of enamel molten steel containing high concentration titanium and nitrogen - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 고티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련방법은, 탈탄 반응 시에 환류 가스로서 아르곤 가스를 취입하여 환류량 증가에 따른 겉보기 탈탄 반응 속도정수(kc)를 증가시키는 방법으로 탈탄 반응 시간을 단축시켰으며, 탈산 반응 이후 진공도 및 환류가스 유량에 따른 질소 상승량을 예측하여 실조업에 수식모델을 통해 적용하므로 성분목표치 제어에 의한 품질향상 및 성분격외(불량품,여재)를 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.In the refining method of enamel steel containing high titanium and high nitrogen according to the present invention, the decarburization reaction time is increased by blowing argon gas as reflux gas during decarburization reaction and increasing the apparent decarburization rate constant according to the increase in the reflux amount. After the deoxidation reaction, it predicts the amount of nitrogen increase according to the degree of vacuum and the reflux gas flow rate and applies it to the production industry through a mathematical model, so that it is possible to improve the quality by controlling the target value and reduce out of the component gap (defective product, media). Can be.
아르곤, 질소, 용강, 환류, 알에이치, 진공 탈가스 처리, 탈탄, 탈산.Argon, nitrogen, molten steel, reflux, H, vacuum degassing, decarburization, deoxidation.
Description
도 1은 일반적인 알에이치 장치의 구성을 보여준다.1 shows a configuration of a general H device.
도 2는 종래의 진공 탈가스 장치에서의 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 제조 과정을 보여준다.Figure 2 shows the manufacturing process of enamel steel containing high titanium high nitrogen in a conventional vacuum degassing apparatus.
도 3은 본 발명에 의한 진공 탈가스 장치에서의 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법을 보여준다.3 shows a method for refining enamel steel containing high titanium and high nitrogen in a vacuum degassing apparatus according to the present invention.
도 4는 가질 시간과 용강 중의 질소 농도간의 관계를 나타내는 그래프이다.
4 is a graph showing the relationship between the time to have and the nitrogen concentration in molten steel.
본 발명은 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공 탈가스 처리 공정에서 아르곤(Ar) 가스 취입에 의해 용강을 환류시키는 상태로 탈탄 반응을 수행하고, 환류 가스로서 사용되는 아르곤 가스를 질소(N2) 가스로 교체한 후 용강이 환류되는 상태에서 탈산 반응을 수행하며, 탈산 반응 이후 Ti 투입에 의해 용강의 성분을 조정하는 고 티타늄 고 질소를 함유 한 법랑강의 정련 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for refining enameled steel containing high titanium and high nitrogen, and more particularly, a decarburization reaction is performed while refluxing molten steel by argon (Ar) gas blowing in a vacuum degassing process, and reflux gas. The deoxidation reaction is carried out in the state where molten steel is refluxed after replacing argon gas used as nitrogen (N2) gas, and refining of enameled steel containing high titanium and high nitrogen to adjust the composition of molten steel by Ti injection after the deoxidation reaction. It is about a method.
고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강은 일반적으로 0.05wt% 이하의 탄소(C), 0.15~0.25wt%의 망간(Mn), 0.02wt% 이하의 규소(Si), 0.017wt% 이하의 인(P), 0.01~0.03wt%의 황(S), 0.02~0.05wt%의 알루미늄(Al), 0.005~0.01wt%의 질소(N), 0.009~0.015wt%의 티타늄(Ti)이 포함되는 법랑강을 일컫는다.Enamel steels containing high titanium and high nitrogen typically contain 0.05 wt% or less of carbon (C), 0.15-0.25 wt% of manganese (Mn), 0.02 wt% or less of silicon (Si), and 0.017 wt% or less of phosphorus ( P), enamel containing 0.01 ~ 0.03wt% sulfur (S), 0.02 ~ 0.05wt% aluminum (Al), 0.005 ~ 0.01wt% nitrogen (N), 0.009 ~ 0.015wt% titanium (Ti) Refers to the river.
진공 탈가스 처리 설비는 고청정 용강을 생산하기 위해 전로에서 출강되는 용강의 성분 및 온도의 미세 조정과 용강 중의 불순물 처리를 수행할 수 있도록 구성된 장치이다. 그 중에서도 알에이치(RH) 탈가스 설비는 일반적으로 기포의 펌프(pump) 원리를 이용하는 것으로서, 그 작동 원리는 다음과 같다.Vacuum degassing facility is a device configured to perform fine adjustment of the composition and temperature of molten steel exiting the converter to produce high clean molten steel and impurity treatment in molten steel. Among them, RH degassing equipment generally uses the pumping principle of bubbles, and the operating principle thereof is as follows.
도 1에 도시한 바와 같이, 진공조(14) 하단에 형성되는 상승 침적관(11a) 및 하강 침적관(11b)을 래들(ladle)(12) 내부의 용강(13)에 일정깊이 침적시키고, 진공조(14) 내부를 대략 0.3~2토르(torr) 정도 감압시키게 되면, 래들(12) 내의 용강은 진공조(14)의 압력에 해당하는 만큼의 높이만큼 상기 침적관을 통해 진공조(14) 내부에서 상승하게 된다. 이때, 상기 상승 침적관(11a)의 일측으로 불활성 가스의 취입을 위해 설치되는 노즐(nozzle)(15)을 통해 아르곤 가스(Ar Gas)를 취입하면, 아르곤 가스가 취입되는 상승 침적관(11a) 내부는 아르곤 기포에 의해 겉보기 밀도가 작아지게 되고 이에 따라 아르곤 기포가 상승 침적관(11)을 따라 상승하게 된다. 상기와 같은 아르곤 기포의 상승에 의해 진공조(14)내로 유입되는 용강(13)은 미립적이 되고, 표면적이 증가되어 비산되며, 각종반응 및 탈가스는 진공조(14)내로 유입된 용강(13)의 자유계면(Free Surface)에서 특히 활발하게 진행되게 된다. 이와 같은 현상이 진공조(14)와 래들(12) 사이에서 폐쇄회로를 형성하며 연속적으로 진행되어 일측의 하강 침적관(15b)을 통해 래들(12)로 하강되는 용강의 순환 작용, 다른 표현으로 환류 작용이 일어남에 따라 탈가스와 개재물 부상 분리가 일어나게 된다.As shown in FIG. 1, the rising and falling pipes 11a and 11b, which are formed at the bottom of the
전술한 바와 같은 진공 탈가스 처리 장치(RH)는 제조하고자 하는 용강의 특성에 따라 여러 가지 다양한 방법으로 사용되는 바, 그 중에서도 특히 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑(enamel)강을 제조하는 종래의 기술로서는 도 2에 도시된 바와 같은 공정을 따르게 된다.Vacuum degassing apparatus (RH) as described above is used in a variety of ways depending on the characteristics of the molten steel to be produced, in particular of the conventional production of enamel steel containing high titanium and high nitrogen The technique follows a process as shown in FIG.
종래의 고 티탄 고 질소 법랑강 제조는 진공 탈가스 처리 공정 이전에 용선을 전로에서 정련한 후, 미탈산 상태로(용존산소 : 700~1000ppm) 출강하여 레들 내부로 장입하고, 레들 슬래그의 염기도 확보를 위하여 3~5kg/T-S의 생석회와, 슬래그 중 산화도를 저감하기 위해 알루미늄(Al)을 용강의 상층부에 5~1.0kg/T-S 투입한 후, 용강 상층부의 슬래그를 충분히 용융시키고 용강 온도의 균일화를 위하여 불활성 가스로 교반(Bubbling)하는 작업을 실시하게 된다.Conventional manufacturing of high titanium high nitrogen enamel steel is performed by refining molten iron in a converter before vacuum degassing process, and then tapping it into a non-deoxidized state (dissolved oxygen: 700 ~ 1000ppm), charging it into the ladle, and securing the base of ladle slag. In order to reduce 3 ~ 5kg / TS of quicklime, and to reduce the degree of oxidation in slag, 5 ~ 1.0kg / TS of aluminum (Al) is added to the upper layer of molten steel, and then the slag of the upper layer of molten steel is sufficiently melted and the molten steel temperature is equalized. In order to perform the operation (Bubbling) with an inert gas for.
이후 진공 탈가스 처리 및 성분 조정을 위해 래들과 진공조 내부의 용강은 도 1에 나타낸 바와 같은 원리에 따라 먼저 노즐을 통해 상승 침적관 내부로 질소 가스를 취입하여 환류되는 단계(S10)가 실행되며, 이때 환류 가스로서 질소 가스를 사용하는 이유는 환류 과정 중 용강 내부로 자연스럽게 질소 성분이 녹아들어 포함될 수 있도록 하기 위함이다. 다음 단계로 환류되는 용강의 상층부로 고압의 순 산소를 취입하여 용강 중의 탄소 성분을 제어하는 탈탄 반응(S20)이 실행되고, 탈탄 반응이 마쳐진 그 다음 단계에서는 용강 중의 용존 산소 제거를 위하여 알루미늄(Al)을 투입하는 탈산 반응(S30)이 실행된다. 상기와 같은 단계가 마쳐지고 나면 진공 탈가스 처리의 마지막 단계로서 용강 상층부로 페로 티타늄(Fe-Ti)을 투입하여 티타늄(Ti) 성분을 조정하는 단계(S40)가 실행됨에 의해 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑 강의 특성을 갖는 용강을 제조할 수 있게 된다.Thereafter, the molten steel in the ladle and the vacuum chamber for the vacuum degassing treatment and the component adjustment are first refluxed by blowing nitrogen gas into the rising deposition tube through the nozzle according to the principle as shown in FIG. 1. In this case, the reason why the nitrogen gas is used as the reflux gas is to allow the nitrogen component to be naturally dissolved into the molten steel during the reflux process. In the next step, a decarburization reaction (S20) is performed to control the carbon component in the molten steel by blowing high pressure pure oxygen into the upper layer of the molten steel, and in the next step after the decarburization reaction is completed, aluminum (for removing dissolved oxygen in the molten steel) The deoxidation reaction (S30) which throws in Al) is performed. After the above step is completed, as a final step of vacuum degassing, ferro titanium (Fe-Ti) is introduced into the molten steel to adjust the titanium (Ti) component (S40). It is possible to produce molten steel having the properties of enameled steel.
그러나, 전술한 바와 같이 탈탄 조업 중에 질소 가스를 환류 가스로 사용하는 경우, 탈탄 효율이 저하되며 탈탄 반응 중에 탈질 반응에 의해서 투입되는 질소가 용강 중에 포함되는 효율이 적어지게 되고, 또한 경우에 따라 질소 농도의 편차가 크게 발생하는 것으로 나타났으며, 이로 인하여 용강의 질소성분을 목표치 맞게 제어하는 것이 매우 어려웠다. 아울러, 질소 성분을 맞추기 위한 환류 시간(가질시간)이 길어져서 총 정련 시간이 길어질 뿐만 아니라 질소 성분을 목표치에 맞추기 못하는 경우가 자주 발생되는 등 생산성을 저해하는 문제점이 있었다. However, as described above, when nitrogen gas is used as the reflux gas during the decarburization operation, the decarburization efficiency is lowered, and the efficiency of nitrogen contained in the molten steel during the decarburization reaction is reduced. It was found that the variation in concentration was large, which made it very difficult to control the nitrogen content of molten steel according to the target value. In addition, as the reflux time (false time) to match the nitrogen component is long, the total refining time is not only long, there is a problem that inhibits productivity such that the nitrogen component often fails to meet the target value.
종래의 조업방법에 있어서 탈탄 반응과 가질 방법에 있어서 문제점을 나열하면 다음과 같다. 먼저, 질소 가스와 용강 중의 질소 성분과의 평형 반응은 아래 식과 같이 나타낼 수 있다.Problems in the decarburization reaction and the method to have in the conventional operation method are as follows. First, the equilibrium reaction between nitrogen gas and nitrogen components in molten steel can be expressed as follows.
상기 식(2)에서 질소 가스의 경우 질소의 분압이 1이기 때문에 1600℃에서 용강 중의 평형 질소 농도는 약 450ppm이다. 이와 같은 반응은 순철과 용강 간의 반응이며, 용강 중의 기타 원소에 의해서 질소의 평균 농도의 차이가 발생한다. 일반적으로 Ti, Zr, Mn, V, Cr, Nb, Ni, Co등은 질소의 용해도를 증가시키며, B, C, Si, P, Ge, Al, Sn, W등은 질소용해도를 감소시키는 것으로 알려졌다.In the formula (2), since the partial pressure of nitrogen is 1 in the case of nitrogen gas, the equilibrium nitrogen concentration in molten steel is about 450 ppm at 1600 ° C. Such a reaction is a reaction between pure iron and molten steel, and a difference in the average concentration of nitrogen occurs due to other elements in the molten steel. In general, Ti, Zr, Mn, V, Cr, Nb, Ni and Co increase nitrogen solubility, while B, C, Si, P, Ge, Al, Sn and W reduce nitrogen solubility. .
1기압에서의 질소의 흡질 속도는 아래의 식(3)으로 표시할 수 있다.The absorption rate of nitrogen at 1 atmosphere can be expressed by the following equation (3).
여기서, KL은 겉보기 물질이동계수(cm/sec), A는 반응계면적(㎠), V는 용철의 체적(㎠), [%N]S는 질소의 평형 농도, [%N]는 질소의 실제 농도를 의미한다.Where K L is the apparent mass transfer coefficient (cm / sec), A is the reaction surface area (cm 2), V is the volume of molten iron (cm 2), [% N] S is the equilibrium concentration of nitrogen, and [% N] is the nitrogen Means the actual concentration.
겉보기 물질 이동계수는 표면활성화제(O2, S)가 첨가되면 현저하게 감소하게 된다. 그러나 합금원소의 경우 질소 용해도에는 영향을 미치지만 물질이동계수에는 영향을 미치지 못하며, 산소가 공존할 경우 물질이동계수가 크게 감소하는 경향을 나타낸다. 겉보기 물질이동계수가 일정할 경우, 반응용기가 결정되면 용강의 체적은 반응용기에 따라서 결정되므로 용강의 흡질 속도를 증가시키기 위해선 반응 계면적을 증가시키는 것이 유일한 방법이다. 즉, 탈탄 과정에서 용강 내에 질소의 용해도를 감소시키는 탄소 함량이 높고, 계면 활성화 원소인 산소가 높은 경우에서는 질소의 평균 용해도 및 겉보기 물질 이동 속도가 낮기 때문에 환류 가스로 질소를 취입하여도 흡질이 원활하게 이루어지지 못하는 문제점을 가지고 있다. The apparent mass transfer coefficient is significantly reduced with the addition of surface activators (O 2 , S). However, the alloying element affects nitrogen solubility but does not affect the mass transfer coefficient, and when oxygen coexists, the mass transfer coefficient tends to decrease significantly. If the apparent mass transfer coefficient is constant, the volume of molten steel is determined according to the reaction vessel when the reaction vessel is determined. Therefore, the only method is to increase the reaction interface area to increase the absorption rate of the molten steel. In other words, when the carbon content to reduce the solubility of nitrogen in the molten steel during the decarburization process is high, and the oxygen as an interfacial activation element is high, the average solubility of nitrogen and the apparent transport rate of nitrogen are low, so even if the nitrogen is injected into the reflux gas, the absorption is smooth. There is a problem that can not be made.
다음은 탈탄 반응 중 질소(N2)취입에 의한 문제점을 논하고자 한다. 용강의 탈탄 반응은 용강에서 탄소 원자의 물질 이동을 율속(律速) 반응으로 가정할 수 있 으며 용강의 탄소농도를 다음 식(4)와 같이 나타낼 수가 있다.Next, the problems caused by nitrogen (N 2 ) injection during the decarburization reaction will be discussed. The decarburization reaction of molten steel can assume the rate-of-change reaction of carbon atoms in molten steel, and the carbon concentration of molten steel can be expressed by the following equation (4).
상기 식에서 [C]o와 [C]t는 각각 초기시간 및 시간 t에서의 용강 중 탄소(%)를 각각 나타낸다. [C] o and [C] t in the above formulas represent carbon (%) in molten steel at the initial time and time t, respectively.
Kc는 겉보기 탈탄반응 속도정수로 식(5)와 같이 나타낼 수가 있다. Q는 알에이치 설비에서 용강의 환류속도(ton/min), V는 래들(Laddle)내 용강량(ton) ak는 탈탄 반응 용량 계수를 의미한다. K c is the apparent decarburization rate constant, which can be expressed as Eq. (5). Q is the reflux rate (ton / min) of molten steel in the HH plant, and V is the molten steel (ton) a k in the ladle.
위의 식(4), (5)에서 탈탄 반응에 영향을 미치는 인자는 용강의 환류 속도, 진공도, 탈탄 반응 용량계수이며 그 외 산소농도가 탈탄반응에 영향을 미치는 것으로 보고 있다.In the above equations (4) and (5), the factors affecting the decarburization reaction are the reflux rate, vacuum degree, decarburization capacity coefficient of molten steel, and other oxygen concentrations affect the decarburization reaction.
여기서 용강의 환류속도 Q는 다음 식(6)으로 정리 할 수 있다.Here, the reflux rate Q of molten steel can be summarized by the following equation (6).
용강의 환류속도는 환류가스 유량(G), 침적관 내경(D), 진공도 Pv가 클수록 증가하는 것을 알 수 있다. 질소(N2)를 탈탄 중에 취입하는 경우, 탈질 및 과질이 동시에 일어남으로써 가질량을 알 수가 없을 뿐만 아니라 취입되는 질소 가스 중의 일부가 용존 질소로 흡수되기 때문에 취입되는 가스 량이 감소하는 효과를 나타낸다. 따라서, 탈탄 중에 환류 가스로 질소를 사용하는 경우에서는 탈탄 속도가 감소 되는 문제점을 나타낸다.It can be seen that the reflux rate of the molten steel increases as the reflux gas flow rate (G), the inner diameter of the deposition tube (D), and the vacuum degree P v increase. When nitrogen (N2) is blown in decarburization, the amount of gas blown is reduced because denitrification and overtreatment occur at the same time, and the amount of gas blown is reduced because some of the blown nitrogen gas is absorbed into dissolved nitrogen. Therefore, when nitrogen is used as the reflux gas during decarburization, the decarburization rate is reduced.
따라서, 종래의 고 티탄 고 질소 법랑강 제조 방법은 알에이치 설비의 전체 환류 시간 동안에 환류 가스를 질소로 사용하는 경우 정확한 가질량을 알 수 없고, 탈탄 반응 속도의 저하로 탈탄 시간이 길어지며, 또한 제어하고자 하는 질소 성분의 목표치 제어가 어렵다는 문제점이 있었다.
Therefore, the conventional method for producing high titanium high nitrogen enamel steel does not know the exact amount of retained gas when reflux gas is used as nitrogen during the entire reflux time of the RH facility, and the decarburization time is long due to the reduction of the decarburization reaction rate. There was a problem that it is difficult to control the target value of the nitrogen component to be controlled.
본 발명은 상기 전술한 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 고 티타늄 고질소를 함유한 법랑강의 정련 과정 중 진공 탈가스 처리 과정에서 일차적으로 상승 침적관 내부로 아르곤 가스를 취입하여 용강 환류 조업을 실시하고, 아르곤 가스에 의해 환류되는 용강에 고압의 순산소를 분사하여 탈탄 반응을 수행하며, 탈탄 반응이 종료된 후에는 용강의 순환을 위한 환류가스로 아르곤 가스 대신 질소 가스를 취입하여 용강 중에 질소 성분을 가하는 상태로 탈산 반응 및 목표 티타늄 성분 조정을 수행하는 방법에 의해, 탈탄 반응 수행 시간을 단축하고, 용강 중 용존 질소 량의 예측을 가능하게 함으로써, 우수한 품질의 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, in the vacuum degassing process during the refining process of enamel steel containing high titanium high nitrogen, blow argon gas into the rising deposition pipe to perform molten steel reflux operation , Injecting high pressure pure oxygen into molten steel refluxed by argon gas to perform decarburization reaction.After the decarburization reaction is completed, nitrogen gas is injected into the reflux gas for circulation of molten steel instead of argon gas, Refining the enameled steel with high quality titanium and high nitrogen by shortening the decarburization reaction time and making it possible to predict the amount of dissolved nitrogen in molten steel by performing deoxidation reaction and target titanium component adjustment in the state of addition. The purpose is to provide a method.
아울러, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급된 목적들에 국한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법은, 탈탄 반응 및 탈산 반응이 수행되고, 용강 중의 질소와 티타늄의 성분을 제어하는 진공 탈가스 장치에 의한 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법에 있어서, 상기 진공 탈가스 장치의 상승 침적관 내부로 아르곤 가스를 취입하여 용강을 환류시키고, 용강 중의 탄소 성분을 제어하기 위한 탈탄 반응을 수행하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계에서 상승 침적관 내부로 취입되는 아르곤 가스 대신 질소 가스를 취입하여 용강을 환류시키고, 용강 중의 용존 산소 성분을 제어하기 위한 탈산 반응을 수행하는 제 2 단계와, 상기 탈산 반응 완료 후 첨가물 투입에 의해 용강 중의 티타늄 성분을 조정하는 제 3 단계를 포함한다.The method for refining enameled steel containing high titanium high nitrogen according to the present invention for achieving the above object is carried out by a degassing reaction and a deoxidation reaction, and by a vacuum degassing apparatus for controlling the components of nitrogen and titanium in molten steel. In the refining method of enamel steel containing titanium high nitrogen, a first step of blowing argon gas into the rising deposition pipe of the vacuum degassing apparatus to reflux molten steel and performing a decarburization reaction to control the carbon component in the molten steel And a second step of refluxing molten steel by blowing nitrogen gas instead of argon gas blown into the rising deposition tube in the first step, and performing a deoxidation reaction to control dissolved oxygen components in the molten steel, and the deoxidation reaction is completed. And a third step of adjusting the titanium component in the molten steel by the addition of additives.
또한, 상기 제 2 단계는 질소 취입량과, 용강량, 반응효율계수간의 상관 관계를 이용하여 질소 상승량을 예측하는 제 2-1 단계를 포함하며, 상기 반응효율계수는 0.2~0.3 사이의 값이며, 질소 취입이 5~7분간 이루어지는 단계를 포함한다.In addition, the second step includes a step 2-1 of estimating the amount of nitrogen increase by using the correlation between the nitrogen injection amount, the molten steel, the reaction efficiency coefficient, wherein the reaction efficiency coefficient is a value between 0.2 ~ 0.3 , Nitrogen injection is carried out for 5 to 7 minutes.
아울러, 상기 제 3 단계는 질소 취입량과, 용강량, 반응효율계수간의 상관 관계를 이용하여 질소 상승량을 예측하는 제 3-1 단계를 포함하며, 상기 반응효율계수는, 0.4~0.5 사이의 값이고, 상기 제 3 단계 또는 상기 제 3-1 단계는 질소 취입이 8~10분간 이루어지는 단계를 포함한다. In addition, the third step includes a step 3-1 for estimating the amount of nitrogen increase by using the correlation between the nitrogen injection amount, the molten steel, the reaction efficiency coefficient, wherein the reaction efficiency coefficient, the value between 0.4 ~ 0.5 The third step or the step 3-1 includes a step in which nitrogen blowing is performed for 8 to 10 minutes.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the high titanium high nitrogen-refining method of enamel steel according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법을 보여주는 동작 흐름도이다.3 is an operation flowchart showing a method for refining enamel steel containing high titanium and high nitrogen according to the present invention.
전로에서 출강되는 용강은 래들로 장입되고 상기 래들은 수강 대차(Ladle transfer car)에 의해 이동되어 진공 탈가스 장치와 결합됨에 따라 용강의 탈탄 및 탈산 그리고 성분 조정과 같은 정련 작업이 실시된다.The molten steel exiting the converter is charged with ladles and the ladles are moved by a ladle transfer car to be combined with a vacuum degassing apparatus to perform refining operations such as decarburization and deoxidation of molten steels and composition adjustment.
상기 진공 탈가스 장치, 바람직하게는 알에이치(RH) 장치에 의한 용강의 정련 과정은 먼저 상기 진공 탈가스 장치에 구비되는 상승 침적관 내부로 아르곤 가스를 취입하여 용강을 환류시키고, 고압의 순산소를 취입하여 용강 중의 탄소 성분을 제어하기 위한 탈탄 반응을 수행하는 제 1 단계(S100~S110)가 실행되어 질소를 환류 가스로 사용할 경우보다 빠른 시간에 탈탄 반응이 일어날 수 있도록 한다. The refining process of molten steel by the vacuum degassing apparatus, preferably RH apparatus, first blows argon gas into the rising deposition tube provided in the vacuum degassing apparatus to reflux the molten steel, and pressurizes the pure oxygen at high pressure. Blowing the first step (S100 ~ S110) to perform the decarburization reaction to control the carbon component in the molten steel is carried out so that the decarburization reaction can occur in a faster time than when using nitrogen as the reflux gas.
상기 제 1 단계(S100~S110)에서 탈탄 반응이 끝나면 상승 침적관 내부로 취입되는 아르곤 가스 대신 질소 가스를 취입하여 용강을 환류시키고, 용강 중의 용존 산소 성분을 제어하기 위해 Al 등을 투입하여 탈산 반응을 수행하는 제 2 단계(S200~S210)가 실행된다.After the decarburization reaction is completed in the first step (S100 ~ S110), the molten steel is refluxed by injecting nitrogen gas instead of argon gas blown into the rising deposition tube, and deoxidation reaction is performed by adding Al to control the dissolved oxygen component in the molten steel. The second step (S200 ~ S210) to perform the.
상기 제 2 단계(S200~S210)에서 상기 탈산 반응이 완료되면, 페로 티타늄 등과 같은 티타늄 성분 조정을 위한 첨가물을 투입하여 용강 중의 티타늄 성분을 조정하는 제 3 단계(S300)가 실행되어 목표로 하는 용강 내 질소 함유량과 티타늄 함량이 얻어질 때까지 용강의 환류가 계속 진행되게 된다.When the deoxidation reaction is completed in the second step (S200 ~ S210), the third step (S300) for adjusting the titanium component in the molten steel by adding an additive for adjusting the titanium component, such as ferro titanium, is carried out to the target molten steel The reflux of the molten steel continues until the nitrogen content and the titanium content are obtained.
또한, 상기 제 2 단계(S200~S210)는 질소 취입량과, 용강량, 반응효율계수간의 상관 관계를 이용하여 계산에 의해 질소 상승량을 예측하는 제 2-1 단계를 포함하며, 이 때 상기 반응효율계수는 0.2~0.3 사이의 값이며, 질소 취입이 5~7분간 이 루어지는 단계를 포함하는 바. 이와 같은 제 2 단계(S200~S210) 또는 제 2-1 단계에서의 반응효율계수와 질소 취입 시간은 구체적인 실시예를 통하여 후술하기로 한다. In addition, the second step (S200 ~ S210) includes a 2-1 step of predicting the amount of nitrogen rise by calculation using the correlation between the nitrogen injection amount, the molten steel, the reaction efficiency coefficient, wherein the reaction The efficiency coefficient is a value between 0.2 and 0.3 and includes a step of nitrogen injection for 5 to 7 minutes. The reaction efficiency coefficient and the nitrogen blowing time in the second step (S200 ~ S210) or step 2-1 will be described later through specific examples.
아울러, 상기 제 3 단계(S300)는 질소 취입량과, 용강량, 반응효율계수간의 상관 관계를 이용하여 질소 상승량을 예측하는 제 3-1 단계를 포함하며, 상기 반응효율계수는, 0.4~0.5 사이의 값이고, 상기 제 3 단계(S300) 또는 상기 제 3-1 단계는 질소 취입이 8~10분간 이루어지는 단계를 포함하는 바, 마찬가지로 이와 같은 제 3 단계(S300) 또는 제 3-1 단계에서의 반응효율계수와 질소 취입 시간은 구체적인 실시예를 통하여 후술하기로 한다. In addition, the third step (S300) includes a 3-1 step of predicting the amount of nitrogen rise by using the correlation between the nitrogen injection amount, the molten steel, the reaction efficiency coefficient, the reaction efficiency coefficient, 0.4 ~ 0.5 The third step (S300) or the 3-1 step includes the step of nitrogen injection is carried out for 8 to 10 minutes, likewise in the third step (S300) or 3-1 step The reaction efficiency coefficient and the nitrogen blowing time of will be described later through specific examples.
탈탄 속도를 빠르게 하기 위한 한 방법으로서 탈탄 반응 속도정수(Kc)값을 크게 하기 위해서는 탈탄 반응 시에 아르곤 가스를 사용하며, 아르곤 가스의 유량은 160~200 N/m3로 설정한다. 상기와 같이 아르곤 가스의 유량을 설정하는 이유는 아르곤 가스의 유량이 160 N/m3이하일 때 같은 조건의 최저 진공도에서 속도 정수(Kc)값이 낮아지고 180N/m3이상이면 속도정수(Kc)값에 큰 변화가 없기 때문이며, 진공조 내부 용강 비산에 의한 발생 지금량이 증가되는 문제를 고려한 최적 유량 설정범위이다.In order to increase the decarburization reaction rate constant (Kc) as a method for increasing the decarburization rate, argon gas is used during the decarburization reaction, and the flow rate of argon gas is set to 160 to 200 N / m 3 . The reason for setting the flow rate of argon gas as described above is that the rate constant (Kc) is lowered at the minimum vacuum degree under the same conditions when the flow rate of argon gas is 160 N / m 3 or less, and the speed constant (Kc) is 180 N / m 3 or more. It is because there is no big change in the value, and it is an optimum flow rate setting range in consideration of the problem that the amount of current generated by molten steel scattering in the vacuum chamber is increased.
성분 조정을 위해 티타늄을 첨가한 후의 용강 중 질소 가질량은 티타늄 첨가 전과 다른 거동을 보이게 되는 바, 다음과 같은 방법으로 계산될 수 있다.Nitrogen content in molten steel after the addition of titanium for the component adjustment shows a different behavior than before the addition of titanium, and can be calculated by the following method.
법랑재 기준성분: [C]=0.005%, [Mn]=1.2%, [Si]=0.02%, [P]=0.02%, [S]=0.020%, [sol-Al]=0.030%, [Ti]= 0.1%. Enamel Base ingredients: [C] = 0.005%, [Mn] = 1.2%, [Si] = 0.02%, [P] = 0.02%, [S] = 0.020%, [sol-Al] = 0.030%, [ Ti] = 0.1%.
an = fN[%N] : 티타늄 첨가후의 활동도(fN은 상호작용계수,[%N]은 질소 용해도) a n = f N [% N]: Activity after addition of titanium (f N is the interaction coefficient and [% N] is the nitrogen solubility)
an´=fN´[%N]´ : 티타늄 첨가전의 활동도a n ´ = f N ´ [% N] ´: activity before titanium addition
질소 용해도와 상호작용계수 사이에는 다음과 같은 식이 성립된다. The equation between the solubility of nitrogen and the interaction coefficient is:
[%N]´=fN/fN´[%N] ------식(7)[% N] ´ = fN / fN´ [% N] ------ Equation (7)
log fN = log fN C + log fN MN+ log fN SI +log fN P log f N = log f N C + log f N MN + log f N SI + log f N P
+log fN S+ log fN Al+ log fN Ti ---식(8)+ log f N S + log f N Al + log f N Ti --- Equation (8)
여기서 식(8)의 우항을 각각 계산하면,If we calculate the right term in equation (8),
1) log fN´ C = 0.005×(0.13)=0.0065 , fN C = 10-0.00065 = 1.01) log f N ´ C = 0.005 × (0.13) = 0.0065, f N C = 10-0.00065 = 1.0
2) log fN´ MN = 1.2×(-0.025)=-0.03, fN MN = 10-0.024 = 0.942) log f N ´ MN = 1.2 × (-0.025) =-0.03, f N MN = 10-0.024 = 0.94
3)log fN´ SI = 0.02×(0.047)=0.0.00094, fN SI = 10-0.00094 = 1.0Log f N ´ SI = 0.02 × (0.047) = 0.0.00094, f N SI = 10-0.00094 = 1.0
4) log fN´ P = 0.010×(0.045)=0.00045 , fN P = 10-0.00045 = 1.04) log f N ´ P = 0.010 × (0.045) = 0.00045, f N P = 10-0.00045 = 1.0
5) log fN´ S = 0.020×(0.007)=0.0.000014, fN S = 10-0.00014=1.005) log f N ´ S = 0.020 × (0.007) = 0.0.000014, f N S = 10-0.00014 = 1.00
6) log fN´ Al = 0.030×(-0.028)=-0.00084, fN Al = 10-0.00084=0.996) log f N ´ Al = 0.030 × (-0.028) =-0.00084, f N Al = 10-0.00084 = 0.99
7) log fN´ Ti = 0.12×(-0.53)=-0.0636, fN Ti = 10-0.0636=0.867) log f N ´ Ti = 0.12 × (-0.53) =-0.0636, f N Ti = 10-0.0636 = 0.86
식(8)에 의해 By equation (8)
fN´= 1.0×0.94 ×1.0×1.0×1.0×0.99×0.86=0.80f N ´ = 1.0 × 0.94 × 1.0 × 1.0 × 1.0 × 0.99 × 0.86 = 0.80
마찬가지 방법으로 티타늄 첨가 후의 경우 식 (8)에 의해 계산되는 fN은 In the same way, after adding titanium, f N calculated by Equation (8) is
fN = 0.93 f N = 0.93
식(7)에 의해By equation (7)
[%N]´= fN/fN´[%N]= 0.93/0.800[%N]=1.16[%N] [% N] ´ = f N / f N ´ [% N] = 0.93 / 0.800 [% N] = 1.16 [% N]
즉, 질소의 용해도는 티타늄 첨가 후 1.16배 증가함을 알 수 있다.
In other words, it can be seen that the solubility of nitrogen increases 1.16 times after the addition of titanium.
표 1TABLE 1
상기 표 1은 탈산 반응 이후부터 티타늄 투입 이전까지 취입되는 질소가스에 의한 용강 내 질소 상승량과 실수율을 나타낸다.Table 1 shows the amount of nitrogen in the molten steel and the real rate by the nitrogen gas blown from the deoxidation reaction to before the titanium input.
환류가스 및 진공도에 따라서 조업 시 상승량을 조사해본 결과, 환류가스로 서 사용되는 질소가스의 유량이 증가됨에 따라 질소의 상승량이 많아짐을 알 수 있다. 그리고 분압이 낮아짐(진공도가 0mbar에 가까워짐)에 따라서 평형하는 질소가 낮아짐으로 질소의 상승량이 적어짐을 볼 수 있다. 또한, 실수율은 0.20~0.28% 사이임을 알 수 있다.
As a result of investigating the increase in operation according to the reflux gas and the vacuum degree, it can be seen that the increase in nitrogen increases as the flow rate of nitrogen gas used as reflux gas increases. As the partial pressure is lowered (the degree of vacuum is closer to 0 mbar), the amount of nitrogen rises as the equilibrium nitrogen is lowered. In addition, it can be seen that the real rate is between 0.20 ~ 0.28%.
표 2Table 2
상기 표 2는 티타늄 투입 이후부터 질소 취입이 완료되기까지의 용강 내 질소 상승량을 나타낸다.Table 2 shows the amount of nitrogen in the molten steel from the titanium input to the completion of nitrogen injection.
표 2에 나타난 바와 같이 표 1과 비교하여 볼 때, 티타늄(Ti) 첨가 후 질소 용해도가 증가함에 따라 이론적 질소 상승량이 증가됨을 알 수 있으며, 실수율은 0.44~0.47% 사이임을 알 수 있다.As shown in Table 2, when compared with Table 1, it can be seen that the theoretical nitrogen increase is increased as the nitrogen solubility is increased after the addition of titanium (Ti), it can be seen that the real rate is between 0.44 ~ 0.47%.
상기 질소 상승량의 예측치는 다음과 같은 식에 의해 계산된다. The estimated value of the nitrogen rise amount is calculated by the following equation.
질소 상승량(ppm) =Nitrogen Ascent (ppm) =
질소 첨가량(kg)/용강량(kg)×1000000×반응효율 계수---식(9) Nitrogen addition amount (kg) / molten steel amount (kg) X 1000000 X reaction efficiency coefficient--Formula (9)
상기 식(9)의 반응효율 계수는 표 1 및 표 2의 실수율에 따라 정해지는 값으로서 탈산 반응 이후부터 티타늄 투입 이전까지 표 1의 실수율 평균값인 0.25를 사용하고, 티타늄 투입 이후부터 질소 취입이 완료되기까지는 표 2의 실수율 평균값인 0.45를 사용한다.The reaction efficiency coefficient of Equation (9) is a value determined according to the real ratios of Tables 1 and 2, using 0.25, which is an average value of the real ratios of Table 1 from the deoxidation reaction to before the titanium addition, and the nitrogen injection is completed after the titanium addition. Until then, use the average of the real numbers in Table 2, 0.45.
도 4는 가질 시간과 용강 중의 질소 농도간의 관계를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between the time to have and the nitrogen concentration in molten steel.
도 4에 나타난 바와 같이, 초기 시간이 지난 후 일정 시간 이후부터는 질소의 농도가 선형적으로 증가하는 거동을 보이게 되는 바, 이와 같이 실험적으로 얻어진 데이터의 선형성을 고려하여 상기 반응효율 계수를 탈산 반응 이후부터 티타늄 투입 이전까지와, 티타늄 투입 이후부터 질소 취입이 완료되기까지의 시점으로 구분하여 각각 계산하게 된다.As shown in Figure 4, after a predetermined time after the initial time is shown that the concentration of nitrogen increases linearly, considering the linearity of the experimentally obtained data as described above after the deoxidation reaction To before the titanium input, and after the titanium input until the completion of the nitrogen injection is calculated separately.
또한, 상기와 같은 방법으로 얻어진 반응효율계수를 고려하여 목표하는 질소성분의 함량에 도달 할 수 있도록 한 가장 적정한 가질시간은 탈산 반응 이후부터 티타늄 투입 이전까지의 시점 동안 4~7분, 티타늄 투입 이후부터 질소 취입이 완료되는 시점 동안 8~10분인 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 티타늄 투입 이후의 가질량이 티타늄 투입 이전보다 더 크다는 사실을 전술한 바에 의해 알아냈으므로, 탈산 반응이 끝난 이후 곧 바로 티타늄을 투입하게 되면 그만큼 조업시간의 단축을 가져올 수 있게 된다.
In addition, considering the reaction efficiency coefficient obtained in the above manner, the most appropriate holding time to reach the target nitrogen content is 4 ~ 7 minutes from the deoxidation reaction to the time before the addition of titanium, after the addition of titanium From the experiment was found that from 8 to 10 minutes during the completion of the nitrogen injection. Since it has been found out that the amount of the retained titanium after loading is larger than that before the addition of titanium, if titanium is added immediately after the deoxidation reaction, the operation time can be shortened.
표 3TABLE 3
상기 표 3은 본 발명에 의한 고 티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련 방법에 따라 법랑강(HWU05120ZTM , 질소범위:50~110(목표80))을 제조할 경우, 질소 취입량과, 용강량, 반응효율계수간의 상관 관계를 나타내는 식 (9)를 이용하여 예측되는 용강 중의 질소 농도와 실험을 통하여 얻어지는 질소 농도를 비교하는 것으로서, 분석치와 예측치를 비교한 결과 ±5ppm의 오차범위를 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 예측치를 이용하여 정련조건을 조절함에 의해 용강의 질소 성분을 정확하게 조절하는 것이 가능하다.Table 3 shows the nitrogen injection amount, the molten steel amount, when the enamel steel (HWU05120ZTM, nitrogen range: 50 ~ 110 (target 80)) according to the method for refining enamel steel containing high titanium and high nitrogen according to the present invention Equation (9), which shows the correlation between the reaction efficiency coefficients, is used to compare the predicted nitrogen concentration in the molten steel and the nitrogen concentration obtained through the experiment. Can be. Therefore, it is possible to precisely control the nitrogen component of the molten steel by adjusting the refining conditions using the predicted value according to the present invention.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것 이다.
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the preferable Example, the scope of the present invention is not limited to a specific Example, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those of ordinary skill in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
본 발명에 의한 고티타늄 고 질소를 함유한 법랑강의 정련방법은, 탈탄 반응 시에 환류 가스로서 아르곤 가스를 취입하여 환류량 증가에 따른 겉보기 탈탄 반응 속도정수(kc)를 증가시키는 방법으로 탈탄 반응 시간을 단축시켰으며, 탈산 반응 이후 진공도 및 환류가스 유량에 따른 질소 상승량을 예측하여 실조업에 수식모델을 통해 적용하므로 성분목표치 제어에 의한 품질향상 및 성분격외(불량품,여재)를 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.
In the refining method of enamel steel containing high titanium and high nitrogen according to the present invention, the decarburization reaction time is increased by blowing argon gas as reflux gas during decarburization reaction and increasing the apparent decarburization rate constant according to the increase in the reflux amount. After the deoxidation reaction, it predicts the amount of nitrogen increase according to the degree of vacuum and the reflux gas flow rate and applies it to the production industry through a mathematical model, so that it is possible to improve the quality by controlling the target value and reduce out of the component gap (defective product, media). Can be.
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