KR101388064B1

KR101388064B1 - 극저탄소강 제조용 플럭스

Info

Publication number: KR101388064B1
Application number: KR1020120069953A
Authority: KR
Inventors: 조종오; 이창오; 장철호; 태순재
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-04-25
Also published as: KR20140002944A

Abstract

본 발명은 극저탄소강 제조 시 RH 공정에서 용강 내 산소 농도를 확보할 수 있도록 래들 내로 투입하는 극저탄소강 제조용 플럭스에 관한 것으로, 극저탄소강 제조 시 전로 정련 완료 후 래들로 출강된 용강 내로 투입되는 부원료로, 중량%로, CaO: 45~47%, Al₂O₃: 10~20%, SiO₂: 3~5%, MgO: 6~8%, MnO: 2~4% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 극저탄소강 제조용 플럭스를 제공한다.

Description

극저탄소강 제조용 플럭스{FLUX FOR MANUFACTURING OF ULTRA LOW CARBON STEEL}

본 발명은 극저탄소강 제조용 플럭스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저탄소강 제조 시 RH 공정에서 용강 내 산소 농도를 확보할 수 있도록 래들 내로 투입하는 극저탄소강 제조용 플럭스에 관한 것이다.

일반적으로 철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈린 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다. 용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정을 거친 후 용강 내 성분을 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거치게 되고, 2차 정련이 완료되면 용강 내 성분 조정이 완료된다. 2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동하게 되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일, 후판 등 목표하는 최종 제품으로 제조된다.

이와 같은 용강의 정련 공정에 있어 용강이나 슬래그의 성분을 제어하거나, 용강의 산화를 방지하는 등의 목적을 가지고 플럭스 등이 투입될 수 있다. 이처럼 투입된 플럭스는 용강 중의 불순물을 제거하거나, 전극으로부터 탄소의 흡수를 막는 등 용강의 품질을 향상시키는 역할을 할 수 있다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제0759862호(등록일: 2007. 9. 12. 발명의 명칭:저온형 제강정련용 플럭스 조성물)가 있다.

본 발명은 극저탄소강 제조 시 전로 종점에서 확보된 용강 내 산소 농도를 RH 공정 시까지 유지할 수 있도록 하는 극저탄소강 제조용 플럭스를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 극저탄소강 제조용 플럭스는, 극저탄소강 제조 시 전로 정련 완료 후 래들로 출강된 용강 내로 투입되는 부원료로, 중량%로, CaO: 45~47%, Al₂O₃: 10~20%, SiO₂: 3~5%, MgO: 6~8%, MnO: 2~4% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 플럭스는 연속주조 공정에서 생성되는 래들 슬래그를 재료로 할 수 있다.

상기 플럭스는 상기 래들 내의 슬래그 양에 대하여, 상기 슬래그 양을 100%로 하였을 때 30~70%의 양으로 투입되는 부원료일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 극저탄소강 제조 시 전로 종점에서 확보된 용강 내 산소 농도를 RH 공정 시까지 유지할 수 있도록 하여 RH 공정에서 산소를 이용한 재취련을 방지하여, 재취련에 의한 용강 산화를 방지하고 공정 시간을 단축하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 극저탄소강 제조 시 전로-RH 공정 간 산소 농도 추이를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 극저탄소강 제조용 플럭스를 설명하기 위해 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 플럭스를 투입하였을 때의 극저탄소강 제조 공정 중 용강 내 산소 농도 변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

일반적으로 극저탄소강은 자동차 강판 등에 사용되는 핵심소재로 극저탄소강을 제조하기 위해서는 용강의 정련 단계에서 용강 내 탄소를 목표치까지 제거하여야 한다. 보다 상세하게 설명하면, 극저탄소강 제조 시 용강은 전로에서 1차 정련되고, 1차 정련된 용강을 래들로 출강하여 버블링스테이션(Bubbling station),RH 탈가스 장비로 이송하면서 용강 내 성분을 미세조정하는 2차 정련을 실시한다.

이와 같이 2차 정련까지 완료되어 용강 내 탄소 함량이 목표량까지 제어된 용강은 연속 주조 공정으로 이동하게 된다.

도 1은 본 발명과 관련된 제강 공정 중 전로 공정을 간략하게 나타낸 개념도이다. 도면을 참조하면, 일반적으로 전로(10)는 철광석이 용해된 형태의 용선(M)을 받아 수용하여 용선 내의 일정 원소의 함량을 조절하는 작업을 수행하여 출탕하기 위해 사용되는 것으로, 정련이 완료된 상태의 용강(M)은 출강구(11)를 통해 래들로 출탕한다.

전로(10) 취련은 먼저 전로(10)에 용선(M)이 장입되면 기울어져 있던 전로(10)를 똑바로 세운 후, 상부에서 가스를 취입할 수 있는 랜스(20)를 전로(10) 내부로 삽입하여 장입된 용선(M)의 상부로 고압의 가스를 불어넣게 된다. 이때 전로(10)의 하부에도 가스를 취입할 수 있는 저취 풍구가 설치될 수 있다. 즉, 전로(10)의 상부에서는 랜스(20)를 통해 가스를 용선의 상부에 불어넣고, 전로(10)의 하부 즉 장입된 용선(M)의 바닥에서는 가스 저취 풍구를 통해 아르곤 가스가 용선 내로 취입한다.

이때 용선(M) 내 저취풍구를 통해 불활성 가스 취입을 통해 용선을 교반하면서 상부에서 부원료를 투입하고 상부랜스를 통해 고압의 산소를 취입하여 용선(M) 내 정련 반응을 최대한 촉진할 수 있다. 이와 같이 산소 및 아르곤 가스와 부원료의 투입으로 인해 정련된 상태의 용강(M)의 상부에는 슬래그가 형성되며, 이 슬래그를 배제한 후 후속 공정을 위해 용강(M)을 출강구(11)로 출탕하고 이송시키게 된다.

일반적으로 극저탄소강 제조 시 전로 정련이 완료된 용강 내 산소 농도는 400~500ppm으로 제어되는 것이 적당하다. 이러한 산소 농도는 극저탄소강 제조에서 필수적으로 사용되는 RH 탈가스 공정 시 용강 내 탄소 함량을 극한(예를 들어, 0.002중량%)으로 제거하기 위해 필요한 산소 농도이다. 그러나, 대부분 전로 정련 종점에서 용강 내 산소 농도를 600ppm정도로 제어하고 있다.

이와 같이 전로 종점에서 목표로 하는 용강 내 산소 농도보다 높은 농도로 산소 함량을 제어하는 이유는 전로 정련 종점에서 용강 내 산소농도를 원래 목표치인 400~500ppm으로 제어하여 정련을 완료하여 래들로 출강하고 버블링장(Bubbling Station, 이하, 'BS'라 함)으로 이동하여 슬래그 탈산을 실시하게 되면, 이러한 과정을 거치는 동안 용강 내 산소 농도가 계속하여 떨어지기 때문이다. 이처럼 전로 정련 종점에서 용강 내 산소 농도가 RH 탈가스 공정으로 이송되는 동안 계속하여 유지되지 못하기 때문에 RH 탈가스 공정에 도달했을 때는 산소 농도가 400~500ppm미만으로 감소되어 원활한 탈탄이 수행되지 못하는 문제점이 발생하였다.

구체적으로, 전로 출강되어 래들에 수강된 용강이 버블링 스테이션으로 이동하여 슬래그 탈산제를 투입한 후 랜스를 통해 용강과 슬래그층을 교반함에 따라 슬래그 탈산을 실시한다. 이러한 버블링 스테이션 공정 중 투입된 슬래그 탈산제는 슬래그만을 탈산시키지 않고 교반에 의하여 용강과도 접촉하면서 용강의 탈산까지 일어나게 되어 용강 내 산소 농도가 감소될 수 있다.

이와 같은 전로 종점에서 RH 탈가스 공정까지에서 용강 내 산소 농도의 변화를 도 2에 도시하였는데,으며, 이를 참조하면 전로 종점에서 600ppm이상이었던 용강 내 산소 농도는 BS공정을 거치고 나면 500ppm 중반까지 감소되며, RH 탈가스 공정에 도착할 시점에는 400ppm 부근까지 감소되는 것을 확인할 수 있다.

이처럼 RH 도착 시 용강 내 산소 농도가 목표치보다 낮은 경우 RH 탈가스 공정에서 산소 가스를 이용하여 용강 내 산소 농도를 높이는 재취련을 다시 실시해야 한다. 그러나 산소 가스를 이용하여 재취련을 실시하게 되면 용간 표면부터 산소와 다시 반응하게 되어 하기 반응식 1과 같은 반응에 의하여 용강의 재산화를 발생시킨다.

반응식 1

Fe + 1/2O₂ = FeO(in slag)

또한, 전로 정련 시 반응이 완료된 용강에 다시 랜스를 통해 산소를 취입하게 되므로 대기 중 공기가 유입되면서 용강 내 질소 함량이 상승하게 되는 또 다른 문제를 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 전로에서 1차 정련된 용강을 래들로 출강 한 후, 용강을 버블링 스테이션으로 이동하여 슬래그 산화를 실시한 후 RH 탈가스 공정으로 용강을 이송하는 공정 중, 전로 출강 후 래들에 플럭스를 먼저 투입하도록 한다.

본 발명의 극저탄소강 제조용 플럭스는 극저탄소강 제조 시 전로 정련 완료 후 래들로 출강된 용강 내로 투입되는 부원료이다. 플럭스를 전로에서 래들로 출강할 때는 용강만 래들로 출강되지 않고 전로 내에 형성되었던 전로 슬래그도 일부 유출되어 래들로 함께 수강된다. 이처럼 전로 출강이 완료된 후 래들에 수강된 용강의 상단에 위치하는 전로 유출 슬래그의 본 발명의 플럭스를 공급하여 전로에서 유출된 슬래그 내의 염기도를 변화시켜주고, 동시에 슬래그 조성을 제어하여 줌으로써 전로 종점에서의 용강 내 산소 농도를 RH 탈가스 공정 시까지 유지할 수 있도록 하는 것이다. 이때 전로 유출 슬래그와 플럭스가 혼합되어 결정되는 래들 내 슬래그 염기도는 하기 관계식과 같이 정의할 수 있다.

관계식

본 발명에서 플럭스를 전로 유출 슬래그에 첨가하여 얻고자 하는 슬래그 염기도는 1.7~3.8의 범위에서 결정될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 플럭스는 구체적으로, 중량%로, CaO: 45~47%, Al₂O₃: 10~20%, SiO₂: 3~5%, MgO: 6~8%, MnO: 2~4% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 것일 수 있다.

플럭스를 구성하는 성분의 함량 제한의 이유는 하기와 같다.

CaO : 45~47중량%

CaO가 45중량% 미만인 경우 플럭스와 전로 유출 슬래그가 혼합되어 결정되는 슬래그 염기도가 과도하게 낮아지고, 이러한 경우 용강 내 산소 해리량이 감소되어 용강 내 산소 농도가 감소될 수 있으며, CaO가 47중량%를 초과하는 경우 플럭스와 전로 유출 슬래그가 혼합되어 결정되는 슬래그 염기도가 과도하게 높아짐으로 인해 오히려 산소 해리량이 감소하여 용강 내 산소 농도가 감소될 수 있다.

Al ₂ O ₃ : 10~20중량%

Al₂O₃가 10중량% 미만인 경우 플럭스와 전로 유출 슬래그가 혼합되어 결정되는 슬래그 염기도가 과도하게 높아지고, 이러한 경우 용강 내 산소 해리량이 감소되어 용강 내 산소 농도가 감소될 수 있으며, Al₂O₃가 20중량%를 초과하는 경우 플럭스와 전로 유출 슬래그가 혼합되어 결정되는 슬래그 염기도가 과도하게 낮아짐으로 인해 오히려 산소 해리량이 감소하여 용강 내 산소 농도가 감소될 수 있다.

SiO ₂ : 3~5중량%

SiO₂가 3중량% 미만인 경우 플럭스와 전로 유출 슬래그가 혼합되어 결정되는 슬래그 염기도가 과도하게 높아지고, 이러한 경우 용강 내 산소 해리량이 감소되어 용강 내 산소 농도가 감소될 수 있으며, Al₂O₃가 5중량%를 초과하는 경우 플럭스와 전로 유출 슬래그가 혼합되어 결정되는 슬래그 염기도가 과도하게 낮아짐으로 인해 오히려 산소 해리량이 감소하여 용강 내 산소 농도가 감소될 수 있다.

본 발명에서 MgO 및 MnO 성분은 플럭스의 제조 중 필연적으로 첨가되는 성분으로서 함유량이 상기 범위를 벗어나 보다 낮게 함유되어도 공정 중 핵심적인 문제를 유발하지는 않으며, 상기 범위보다 높은 것은 바람직하지 않을 수 있다. 또한, 본 발명의 플럭스에는 상기에서 언급한 성분들 이외에 황이나 산화철 등의 불가피한 불순물이 더 포함될 수 있으며, 이는 플럭스 제조 공정 중 불가피하게 혼입되는 정도일 수 있다.

본 발명의 플럭스는 연속주조 공정에서 용강이 래들에서 주형으로 출탕되고 난 후 래들 내에 잔류하는 래들 슬래그를 재료로 하는 것일 수 있다. 즉, 연속 주조 공정에서 발생된 부산물로서 폐기물인 래들 슬래그 중 상기 성분 범위를 만족하는 경우 그대로 플럭스로서 사용할 수 있다. 그러나 래들 슬래그 중 상기 성분 범위를 만족하지 않는 경우 이에 함유량이 부족한 소정의 원소를 첨가하거나 함류량이 초과하는 원소를 적당량 제거하여 이를 플럭스로 사용하는 것이 가능하다.

이와 같이 제조된 본 발명의 플럭스는 극저탄소강 제조 시 전로 정련이 완료되고 래들로 출강을 실시한 후, 전로에서 래들로 유출된 전로 유출 슬래그의 총량을 100%로 하였을 때, 전로 유출 슬래그 대비 30~70%의 양만큼 투입되는 부원료인 것이 바람직하다. 이와 같은 양으로 투입되어야 플럭스를 포함하여 생성되는 전체 슬래그 내의 염기도가 목표 수준으로 제어되며, 너무 적게 투입되는 경우 용강 내 산소농도가 감소되어 RH 탈가스 처리 효율이 떨어질 수 있으며, 과다하게 투입되는 경우에도 오히려 용강 내 산소농도가 감소될 수 있다.

도 4는 본 발명의 플럭스를 전로 출강 후 내 전로 유출 슬래그로 투입하여 BS 공정을 실시하고, RH 탈가스 공정에 도착했을 때 까지의 용강 내 산소 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 4의 결과와 같이, 본 발명의 플럭스를 투입하여 슬래그 염기도를 목표치로 확보한 후 BS 공정을 수행한 극저탄소강용 용강은 전로 종점에서 400~500ppm의 산소 농도가 BS 공정 중에도 감소되지 않았으며, RH 탈가스 공정 도착 시점에도 400~500ppm 수준을 계속하여 유지하고 있는 것으로 나타났다.

이와 같이 본 발명은 극저탄소강 제조 시 전로 종점에서 확보된 용강 내 산소 농도를 RH 공정 시까지 유지할 수 있도록 하여 RH 공정에서 산소를 이용한 재취련을 방지하여, 재취련에 의한 용강 산화를 방지하고 공정 시간을 단축하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 극저탄소강 제조용 플럭스는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 전로 11: 출강구
20: 랜스 M: 용강

Claims

극저탄소강 제조 시 전로 정련 완료 후 래들로 출강된 용강 내로 투입되어 래들 내 슬래그 염기도를 1.7 내지 3.8의 범위에서 결정하는 부원료로, 중량%로, CaO: 45~47%, Al₂O₃: 10~20%, SiO₂: 3~5%, MgO: 6~8%, MnO: 2~4% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 극저탄소강 제조용 플럭스.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭스는 연속주조 공정에서 생성되는 래들 슬래그를 재료로 하는 극저탄소강 제조용 플럭스.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭스는 상기 래들 내의 슬래그 양에 대하여, 상기 슬래그 양을 100%로 하였을 때 30~70%의 양으로 투입되는 부원료인 극저탄소강 제조용 플럭스.