KR101545976B1 - 극저탄소강의 정련방법 - Google Patents

Abstract

극저탄소강의 정련방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법은 용강의 계면장력을 감소시키도록 용강에 유황(S)을 투입하는 단계 및 용강 내의 탄소(C)를 제거하도록 용강을 탈탄처리하는 단계를 포함한다.

Description

극저탄소강의 정련방법{Method for refining ultra low carbon steel}

본 발명은 극저탄소강의 정련방법에 관한 것이다.

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.

2차 정련은 전로에서 1차 정련되어 나온 용강 내 성분을 미세 조정하여 최종제품의 성분이나 재질 등을 요구조건에 맞게 제어하는 공정이다. 2차 정련의 핵심이 되는 공정은 탈가스 공정으로서 진공 탈가스(RH) 장비를 이용하여 용강 내 탄소, 질소, 산소, 수소 등을 제거한다.

이와 같은 진공 탈가스 공정은 아르곤(Ar) 등의 비활성가스의 구동력에 의해 베셀 내를 순환하는 용강의 유동이 발생하게 되므로, 이러한 용강의 유동과 비활성가스에 의해 용강 내의 가스 성분을 제거하여 최종 제품에서 요구하는 품질 특성을 확보할 수 있게 된다.

특히, 이와 같은 탈가스 공정을 통하여 탄소함량이 약 50ppm이하로 조정된 극저탄소강은 일반 냉연강판으로부터 전기강판 및 고장력강 등 다양한 용도로 사용되고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0033104호(2012.04.06, 극저탄소강의 정련방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 용강의 정련 시 탈탄능을 향상시켜 용강의 최종 도달 탄소의 함량을 낮게 가져갈 수 있는 극저탄소강의 정련방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 용강의 계면장력을 감소시키도록 용강에 유황(S)을 투입하는 단계 및 용강 내의 탄소(C)를 제거하도록 용강을 탈탄처리하는 단계를 포함하는 극저탄소강의 정련방법이 제공된다.

여기서, 용강을 탈탄처리하는 단계는 진공탈가스장치에서 환류가스를 취입하며 수행될 수 있다.

유황(S)을 투입하는 단계는 용강에 황화철(FeS)을 투입하여 수행될 수 있다.

황화철(FeS)은 용강 1톤당 0.1~0.7kg을 투입할 수 있다.

그리고, 극저탄소강의 정련방법은 용강을 탈탄처리하는 단계 이후에, 용강 내의 유황(S)을 제거하도록 용강을 탈황처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 용강의 정련 시 탈탄능을 향상시켜 용강의 최종 도달 탄소의 함량을 낮게 가져갈 수 있는 극저탄소강의 정련방법을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법에서 유황(S)의 투입량에 따른 용강의 계면장력 변화를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법에서 유황(S)의 투입량에 따른 실험 결과를 나타내는 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 극저탄소강의 정련방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법에서 유황(S)의 투입량에 따른 용강의 계면장력 변화를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법에서 유황(S)의 투입량에 따른 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법은 용강(10)의 계면장력을 감소시키도록 용강(10)에 유황(S)을 투입하는 단계(S100)로부터 시작된다.

여기서, 계면장력이란 물질이 가지는 3가지 상태 중에서 서로 다른 2가지 상태의 물질이 서로 만났을 때의 경계면의 넓이를 감소시키려고 하는 일반적인 힘으로서, 계면장력이 감소할수록 경계면의 넓이는 증가할 수 있다.

다음으로, 용강(10) 내의 탄소(C)를 제거하도록 용강(10)을 탈탄처리할 수 있다(S200).

용강(10) 내에서 탈탄이 일어나는 기구는 다양할 수 있다. 그 중에서 도 3에 도시된 바와 같이, 용강(10) 내에 기포가 존재할 시에 그 기포를 기점으로 탈탄 반응이 발생할 수 있다.

구체적으로, 용강(10)의 탈탄 반응은 용강(10) 내의 탄소(C)와 산소(O)가 반응하여 탄소산화물(CO)를 형성하는 과정에서 이루어질 수 있다. 이 경우, 용강(10)내에 기포가 존재할 때 기포 내의 탄소산화물(CO)의 분압은 상대적으로 낮은 상태로 유지될 수 있다.

이에 따라, 용강(10) 내에 있는 탄소(C)와 산소(O)가 반응하여 기포 내로 포집되는 탈탄 반응이 발생할 수 있다. 그러므로, 용강(10) 내의 기포를 다량으로 발생시킨다면 용강(10)의 탈탄 반응을 더욱 활성화할 수 있다.

한편, 용강(10) 내에 유황(S)의 투입량을 증가시키는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 용강(10)의 계면장력이 감소하여 상대적으로 크기가 작은 기포가 다량으로 발생할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법은 용강(10)의 탈탄처리 이전에 용강(10)에 유황(S)을 투입함으로써, 용강(10)의 정련 시 탈탄능을 향상시켜 용강(10)의 최종 도달 탄소의 함량을 낮게 가져갈 수 있다.

본 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법에서, S200 단계는 진공탈가스장치에서 환류가스를 취입하며 수행될 수 있다. 여기서, 진공탈가스장치란 진공상태에서 환류가스 유량과 진공도 조절로 탈탄처리를 수행하는 장치로서, 도 2에 도시된 바와 레이들(100), 베셀(200), 상승관(210), 하강관(220)을 포함할 수 있다.

레이들(100)은 용강(10)을 수용하는 부분으로, 전로에서 출강되는 용강(10)을 수용하고 정련 공정을 수행하는 용기이며, 레이들(100)의 상부에는 베셀(200)이 배치될 수 있다. 이 경우, 레이들(100)은 별도의 운반 장치 및 승하강 장치와 결합되어 용강(10)을 이동시킬 수 있다.

베셀(200)은 레이들(100)에 수용된 용강(10)을 전달받아 정련하는 부분으로, 내부에 공간이 형성된 진공조일 수 있다. 이 경우, 베셀(200)은 내부에 공간이 형성되는 원통형 형상으로 원통형의 철피와 내화물을 구비하여 형성될 수 있고, 고온의 용강(10)에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위하여 철피에서 내측 방향으로 단열재, 영구장 및 내장 연와로 이루어진 내화물층 구조가 형성될 수 있다.

또한, 베셀(200)은 상부베셀과 하부베셀로 구성될 수 있으며, 상승관(210) 및 하강관(220)이 하부베셀과 연결되어 용강(10)이 주로 하부베셀 영역에서 순환될 수 있다.

상승관(210)은 레이들(100)에 수용된 용강(10)을 베셀(200)로 유입시키도록 베셀(200)에 형성되는 부분이고, 하강관(220)은 베셀(200)로 유입된 용강(10)을 레이들(100)로 배출시키도록 베셀(200)에 형성되는 부분으로, 레이들(100)에 수용된 용강(10)은 상승관(210)을 통해 베셀(200)로 유입된 후 하강관(220)을 통해 다시 레이들(100)로 배출되는 방식으로 순환하며 정련될 수 있다.

즉, 레이들(100) 상부에 베셀(200)를 위치시키고, 고온 고압의 스팀을 구동력으로 베셀(200) 내의 압력을 진공으로 낮추어서 레이들(100)에 담겨 있는 용강(10)을 상승관(210)을 통해 흡입 상승시키고 하강관(220)을 통해 하강시킬 수 있다. 이와 같은 과정으로 용강(10)을 순환 유동시키며 진공 탈가스 처리를 수행할 수 있다.

이 경우, 상승관(210) 및 하강관(220)은 상하부가 개방된 파이프 형상으로 형성되어, 상부가 베셀(200)의 하부와 연결되고 하부는 레이들(100) 내의 용강(10)에 침적되어 용강(10)을 순환시킬 수 있다.

그리고, 상승관(210)은 환류 가스 취입을 위한 환류 가스 취입 노즐을 포함할 수 있다. 이 경우, 환류 가스는 아르곤(Ar) 등의 비활성가스가 사용될 수 있다.

진공탈가스장치를 사용한 용강(10)의 탈탄처리시에는, 용강(10) 내의 기포를 다량으로 발생시키기 위해 용강(10) 내부로 주입되는 환류가스 등의 가스량을 증가시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 주입되는 가스량을 증가시킬수록 정련 과정에서의 용강(10)의 온도가 하락하게 되고, 가스 취입부의 내화물 용손이 증가할 수 있는 등의 문제가 발생할 수 있다.

반면, 상술한 바와 같이 용강(10) 내에 유황(S)의 투입량을 증가시키는 경우, 용강(10)의 계면장력이 감소하여 상대적으로 크기가 작은 기포가 다량으로 발생할 수 있다. 즉, 진공탈가스장치에 주입되는 가스량을 증가시키지 않더라도 용강(10) 내의 기포를 다량으로 발생시켜 탈탄 반응을 보다 활성화할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 극저탄소강의 정련방법은, 진공탈가스장치에서 환류가스를 취입하며 용강(10)을 탈탄처리하는 경우에 더욱 효과적일 수 있다.

본 실시예에 따른 극저탄소강 정련방법에서, S100 단계는 용강(10)에 황화철(FeS)를 투입하여 수행될 수 있다. 일반적으로 유황(S) 자체만의 유통 내지 취급은 용이하지 않을 수 있으므로, 상대적으로 유통 내지 취급이 용이한 금속과 유황(S)의 화합물을 용강(10)에 투입하는 것이 보다 용이할 수 있다.

한편, 용강(10)의 정련 과정에서 유황(S)을 투입하기 위해 철(Fe) 아닌 다른 금속, 즉 불순물이 용강(10)에 유입되는 것은 품질 관리면에서 바람직하지 않다. 따라서, 본 실시예에 따른 극저탄소강 정련방법은, S100 단계에서 황화철(FeS)을 투입함으로써, 유황(S)의 투입을 보다 용이하게 함과 동시에 불순물의 유입을 최소화할 수 있다.

여기서, 황화철(FeS)은 용강(10) 1톤당 0.1~0.7kg을 투입할 수 있다. 상술한 바와 같이 S100 단계에서 유황(S)의 투입량을 늘일수록 S200 단계에서 탈탄능은 향상될 수 있으나, 유황(S)의 투입량이 지나치게 증가하는 경우 최종 제품의 품질 면에서 바람직하지 않을 수 있다.

구체적으로, 다른 탈탄 영향 조건은 동일하게 유지하고 용강(10)의 유황(S) 투입량을 다르게 하여 진공탈가스 후 최종 탄소 성분을 비교한 실험 결과는 도 4와 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 용강(10)의 유황(S) 투입량이 높을수록 진공탈가스 후 도달 탄소 성분이 낮아지는 것을 알 수 있다. 즉, 동일한 탈탄 시간 처리 후 에 더 낮은 탄소 성분을 얻을 수 있다.

그러나, 통상의 극저탄소강은 용강(10) 내의 유황(S) 성분이 지나치게 높을 경우, 이후 압연 공정에서 스케일이 다량 발생할 수 있는 등 품질 면에서 바람직하지 않으므로 유황(S) 성분에 상한선을 두고 있다.

따라서, 용강(10)의 유황(S) 투입량이 200ppm 이상인 경우에는 탈탄 반응 후 요구되는 유황(S) 성분 상한선을 맞추기 어렵고, 100ppm 이하에서는 탈탄능 향상 효과가 미미할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 극저탄소강의 정련 방법에서, S100 단계는 황화철(FeS)이 용강(10) 1톤당 0.1~0.7kg을 투입하도록 제어하여, 탈탄능 향상 효과와 동시에 요구되는 유황(S) 성분 상한선을 충족시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 극저탄소강의 정련 방법은, S200 단계 이후에, 용강(10) 내의 유황(S)을 제거하도록 용강(S)을 탈황처리하는 단계(S300)를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 탈탄 반응 후 용강(10) 내의 유황(S) 성분이 지나치게 높은 경우, 품질 면에서 바람직하지 않을 수 있으므로, S200 단계 이후에 별도의 탈황처리를 하여 용강(10) 내의 유황(S) 성분을 적절하게 조절할 수 있다.

이 경우, 용강(10)의 탈황처리를 위해 용강(10)에 산화칼슘(CaO)를 투입함으로써, 다음의 반응식 1과 같이 탈황처리를 수행할 수 있다.

- 반응식 1 -

2S + 2CaO → 2CaS + O₂

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 용강
100: 레이들
200: 베셀
210: 상승관
220: 하강관

Claims (5)

1. 용강 내에 유황을 투입함으로써 용강의 계면장력이 감소되고, 상기 용강의 계면장력이 감소됨에 따라 상기 용강에 발생한 기포 내의 산소와 상기 용강 내의 탄소가 반응하는 제1 탈탄단계; 및
   진공탈가스장치에서 상기 용강내로 환류가스를 취입하여 수행되는 제2 탈탄단계;를 포함하는 극저탄소강의 정련방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 유황(S)을 투입하는 단계는
   상기 용강에 황화철(FeS)을 투입하여 수행되는 것을 특징으로 하는 극저탄소강의 정련방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 황화철(FeS)은
   상기 용강 1톤당 0.1~0.7kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 극저탄소강의 정련방법.
   
5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2탈탄단계 단계 이후에,
   상기 용강 내의 유황(S)을 제거하도록 상기 용강을 탈황처리하는 단계;
   를 더 포함하는 극저탄소강의 정련방법.

Images