KR101796089B1 - 강의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 강의 제조 방법은 제 1 용강 및 망간이 함유된 용탕을 마련하는 과정, 저장소 내로 질소 가스를 공급하여, 상기 저장소 내에 수용된 용탕에 질소를 취입함으로써, 상기 용탕 중 질소 함량(wt%)을 요구 질소 함량(wt%)으로 조절하는 과정 및 질소가 취입된 상기 용탕과 제 1 용강을 합탕하여, 망간 및 질소를 함유하는 용강인 제 2 용강을 제조하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 용탕과 용강을 합탕하기 전에, 용탕에 질소를 취입하여, 질소 함량을 조절한 후에, 이를 용강과 합탕함으로써, 제조하고자하는 고질소 고망간강의 질소 함량에 부합하도록 조절한다. 이에, 종래와 같이 다량의 고체 원료를 용융시키면서 질소를 취입하지 않으므로, 고온의 열에 의한 망간 산화를 최소화 또는 방지할 수 있다. 또한, 실시예에서는 종래와 같이, 다량의 고체 원료를 투입하지 않고, 제조된 용융물 상태의 용탕에 필요에 따라 소량의 망간 함유 비철 또는 FeMn 합금철을 투입하기 때문에, 고체 원료 투입에 따른 온도 하락 문제를 최소화 또는 방지할 수 있다.

Description

강의 제조 방법{Method for manufacturing steel}
본 발명은 강의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질소의 첨가가 용이한 강의 제조 방법에 관한 것이다.
망간을 5 내지 25 wt%로 높게 함유하고 있는 고망간강은 극저온인성이 높고, 강도가 높으면서도, 동시에 가공성이 우수하여, 자동차용 고강도 고성형성 강재의 재료로 널리 사용되고 있다.
그러나, 고망간강은 항복강도가 약 300MPa에 불과하고, 인장 강도도 1GPa를 넘지 못한다는 단점이 있어, 연신율을 유지하면서 더 높은 강도를 가지는 고망간강을 제공할 필요가 있다. 이를 위해, 질소 함량을 높인 고망간강의 제조가 시도되고 있다.
강도 및 연신율을 향상시키기 위해 질소 함량을 높이는 방법 중 하나로, 한국등록특허 1193718과 같이, 아크 전기로에 고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철을 투입하여 용융시키면서 질소를 가질하는 방법이 있다. 이 경우, 아크 전기로에 장입된 다량의 고체 원료들(고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철)을 용융시켜야 하기 때문에, 전기로 고열로 가열되어야 하며, 아크에 의한 고열로 인해 망간이 산화되는 문제가 있다.
또 다른 방법으로는 한국등록특허 1450177와 같이, 진공 용해로에서 고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철을 용융시킨 후, 용해로 내부를 1.5 내지 2.5 bar 까지 가압하여 가질하는 방법이 있다. 그러나 이러한 방법의 경우에도 다량의 고체 원료들을 용융시켜야 하기 때문에, 고열에 의한 망간 산화 문제가 발생되며, 용해로 내부를 가압하는데 까지의 시간이 필요하여 조업 시간이 길어지는 문제가 있다.
또한, 상술한 아크 전기로 및 진공 용해로의 경우, 고체 합금철 투입에 따른 용강의 온도 확보가 어려운 문제가 있다.
한국등록특허 10-1450177 한국등록특허 10-1193718
본 발명은 질소의 함량을 용이하게 높일 수 있는 강의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 강의 제조 방법은, 제 1 용강 및 망간이 함유된 용탕을 마련하는 과정; 저장소 내로 질소 가스를 공급하여, 상기 저장소 내에 수용된 용탕에 질소를 취입함으로써, 상기 용탕 중 질소 함량(wt%)을 요구 질소 함량(wt%)으로 조절하는 과정; 및 질소가 취입된 상기 용탕과 제 1 용강을 합탕하여, 망간 및 질소를 함유하는 용강인 제 2 용강을 제조하는 과정;을 포함한다.
상기 용탕 중 질소 함량(wt%)을 요구 질소 함량(wt%)으로 조절하는 과정은, 상기 제 2 용강의 목표 제조량인 제 2 용강량(T)과, 합탕할 제 1 용강의 합탕량(T)과, 합탕할 제 2 용강의 목표 질소 함량(wt%)을 이용하여, 상기 제 2 용강에 요구되는 질소 필요량(T)을 산출하는 과정; 상기 제 2 용강 중 요구되는 질소 필요량(T)과, 상기 용탕의 합탕량(T)을 이용하여, 상기 제 2 용강을 제조하기 위해 상기 용탕에 요구되는 상기 요구 질소 함량(wt%)을 산출하는 과정; 산출된 상기 요구 질소 함량(wt%)을 만족시키기 위한, 용탕의 온도, 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%), 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 도출하는 과정; 상기 저장소 내 용탕으로 질소를 취입하면서, 상기 도출된 용탕의 온도를 만족하도록 상기 용탕의 조절하고, 상기 도출된 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%)을 만족하도록 상기 용탕의 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 조절하는 과정;을 포함한다.
상기 제 2 용강에 요구되는 질소 필요량(T)을 산출하는 데 있어서 수학식 1을 이용하고,
[수학식 1]
Figure 112016086881181-pat00001
상기 용탕에 요구되는 질소 함량(wt%)을 산출하는데 있어서, 수학식 2를 이용한다.
[수학식 2]
Figure 112016086881181-pat00002
상기 제 1 용강 합탕량(T)과, 제 2 용강의 목표 망간 함량(wt%), 상기 용탕 중 망간 함량(wt%)을 이용하여, 상기 용탕의 합탕량(T)을 산출하는 과정을 포함한다.
상기 용탕의 합탕량(T)을 산출하는데 있어서, 수학식 3을 이용한다.
[수학식 3]
Figure 112016086881181-pat00003
상기 용탕의 온도 및 상기 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%), 상기 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 상기 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 도출하는데 있어서, 수학식 4를 이용한다.
[수학식 4]
Figure 112016086881181-pat00004
Figure 112016086881181-pat00005
Figure 112016086881181-pat00006
도출된 상기 망간 함유 용탕의 온도 및 탄소(C) 함량(wt%)을 만족하도록 상기 용탕의 온도 및 탄소(C) 함량(wt%)을 조절하고, 도출된 상기 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 만족하도록 상기 용탕의 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%)을 조절하는데 있어서, 상기 망간 함유 용탕의 온도는, 상기 저장소 내로 질소를 취입하면서, 상기 저장소 내에서 용탕을 승온시키거나, 보온하여 도출된 망간 함유 용탕의 온도로 조절하고, 상기 용탕에 요구되는 질소 함량(wt%)을 만족하기 위한, 상기 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%)이 도출되면, 망간이 함유된 상기 용탕을 마련하는 과정에서 상기 용탕이 상기 도출된 탄소 함량(wt%)을 만족하도록 조절하며, 상기 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 상기 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 각각의 함량(wt%)은, 상기 저장소로 크롬(Cr) 함유 원료 및 알루미늄(Al) 함유 원료를 투입하여 조절한다.
산출된 상기 용탕에 요구되는 질소 함량이 1wt% 미만인 경우, 상기 용탕의 온도 및 상기 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 조절하고, 산출된 상기 용탕에 요구되는 질소 함량이 1wt%를 이상인 경우, 상기 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 상기 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 조절한다.
질소가 취입된 상기 용탕과 상기 제 1 용강을 합탕하는데 있어서, 상기 저장소에서 요구 질소 함량(wt%)으로 조절된 용탕을 상기 수학식 3에 의해 산출된 상기 용탕 합탕량(T)으로 준비하여, 상기 제 1 용강과 합탕한다.
상기 용탕과 상기 제 1 용강을 합탕시켜 제조된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)을 측정하는 과정; 측정된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)을 목표 질소 함량(wt%)과 비교하는 과정; 상기 측정된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 목표 질소 함량(wt%)을 만족하는 경우, 상기 제 2 용강을 이용하여 주조를 개시하는 과정; 상기 측정된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 상기 목표 질소 함량(wt%)을 만족하지 못하는 경우, 추가로 질소 함량(wt%)을 조절하는 과정;을 포함한다.
상기 추가로 질소 함량(wt%)을 조절하는 과정은, 측정된 상기 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 목표 질소 함량(wt%)에 비해 낮은 경우, 질소를 포함하는 합금을 투입하는 과정; 및 측정된 상기 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 목표 질소 함량(wt%)에 비해 높은 경우, 상기 제 2 용강에 대해 탈가스를 실시한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 용탕과 용강을 합탕하기 전에, 용탕에 질소를 취입하여, 질소 함량을 조절한 후에, 이를 용강과 합탕함으로써, 제조하고자하는 고질소 고망간강의 질소 함량에 부합하도록 조절한다.
따라서, 실시예에서는 종래와 같이 다량의 고체 원료를 용융시키면서 질소를 취입하지 않으므로, 고온의 열에 의한 망간 산화를 최소화 또는 방지할 수 있다. 또한, 실시예에서는 종래와 같이, 다량의 고체 원료를 투입하지 않고, 제조된 용융물 상태의 용탕에 필요에 따라 소량의 망간 함유 비철 또는 FeMn 합금철을 투입하기 때문에, 고체 원료 투입에 따른 온도 하락 문제를 최소화 또는 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고질소 고망간강 제조 방법을 나타낸 순서도
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 용탕을 제조하는 과정을 나타낸 순서도
도 3은 목표로하는 망간 및 질소 함량을 가지도록 고질소 고망간강을 제조하기 위해, 용강과 합탕되는 용탕 중 요구되는 질소 함량의 예시를 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고질소 고망간강 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 용탕을 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다. 도 3은 목표로하는 망간 및 질소 함량을 가지는 강의 제조를 위해, 용강과 합탕되는 용탕 중 요구되는 질소 함량의 예시를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 강의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도 및 연신율의 향상을 위하여, 망간 및 질소가 다른 강에 비하여 높은 농도 예컨대, 망간(Mn)이 5 내지 25 wt%, 질소(N)가 0.02 내지 0.3 wt%로 함유된 강의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 용융물 상태의 용탕에 질소를 취입하여 질소 함량을 조절함으로써, 종래와 같이 고열에 의한 망간의 산화 또는 온도 감소 등의 품질 하락 문제 발생을 최소화 또는 방지하면서, 질소 함량 조정이 용이한 고질소 고망간 용강 제조 방법을 제공한다.
실시예에서는 고질소 고망간강 전체를 100wt%라 할 때, 망간(Mn)이 5 내지 25 wt%, 질소(N)가 0.02 내지 0.3 wt%, 탄소(C)가 0.04 내지 1.5 wt%, 잔부인 철(Fe)과 기타 불순물을 포함하는 고질소 고망간강을 제조한다.
이하, 도 1 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 강의 제조 방법을 설명한다.
도 1을 참조하면, 강의 제조 방법은 크게, 용강을 마련하는 과정(S100), 망간 및 질소 함량이 조정된 용탕을 마련하는 과정(S200), 용탕과 용강을 합탕하여, 고질소 고망간 용강을 제조하는 과정(S300), 제조된 고질소 고망간 용강을 샘플링하여 질소 함량을 측정하여 목표하는 질소 함량과 비교하는 과정(S400), 측정된 고질소 고망간 용강의 질소 함량이 목표 질소 함량에 부합 또는 만족하는 경우 주조를 실시하는 과정(S600), 측정된 고질소 고망간 용강의 질소 함량이 목표 질소 함량에 부합 또는 만족하지 않는 경우, 질소 함량을 조정하기 위한 정련을 실시하는 과정(S500)을 포함한다. 여기서, 주조 과정은 연속 주조 방법 또는 잉곳 주조 방법 중 어느 하나의 방법일 수 있다.
용강을 마련하는 과정(S100)은 고로에서 생산된 용강을 전로에 장입하여 정련하는 과정(S110), 전로로부터 용강을 출강하는 과정(S120)을 포함한다. 여기서, 전로에서 용강을 정련하는 과정(S110)은 용강 중, 탄소(C), 인(P), 황(S) 적어도 하나의 성분을 조정하는 과정으로서, 전로에 산소를 취입하여 용강을 취련하거나, 탈린제, 탈황제 등의 부원료 등을 투입하여 실시된다.
용탕을 마련하는 과정(S200)은 망간이 함유된 용탕을 마련하는 과정(S210), 망간 함유 용탕에 질소를 취입하여, 질소 및 망간이 함유된 용탕을 마련하는 과정(S220)을 포함한다. 실시예에서는 용융물 상태인 용탕이 저장된 저장소로 질소를 공급하여, 상기 용탕으로 질소를 취입한다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 질소를 취입하기 전의 망간 함유 용탕을 제 1 용탕으로 명명하고, 망간 함유 용탕 또는 제 1 용탕으로 혼용하여 사용한다. 그리고, 질소를 취입하여 질소의 함량이 조정된 망간 함유 용탕을 제 2 용탕과 혼용하여 사용한다.
또한, 질소가 취입된 망간 함유 용탕 즉, 제 2 용탕과 혼합될 용강을 제 1 용강, 제 1 용강과 제 2 용탕이 합탕된 상태의 용강을 제 2 용강이라 명명한다.
망간 함유 용탕 즉, 제 1 용탕을 마련하는데 있어서(S210), 도 2에 도시된 바와 같이, FeMn 합금철 및 망간이 99% 이상 함유된 망간 함유 비철 중 적어도 하나를 용융시켜(S211, S213) 마련한다. 즉, FeMn 합금철 또는 망간 함유 비철을 사용하거나, FeMn 합금철과 망간 함유 비철을 혼합하여 제조할 수 있다.
이때, FeMn 합금철은 망간광석, 환원제 및 부원료를 전기로 또는 고로에서 환원시켜서 제조된 FeMn 합금철이나, 이를 별도의 정련로에서 탄소를 제거하는 등의 정련을 실시하거나(S213), 실시하지 않을 수 있다. 이에, 용융된 FeMn 합금철에 별도의 정련 과정이 진행되지 않는 경우, 탄소 함량이 많은 용융 FeMn 즉, 고탄 FeMn 합금철이 저장소로 투입되며, 용융된 FeMn 합금철에 대해 정련 과정을 거치는 경우, 중탄 또는 저탄의 FeMn 합금철이 저장소로 투입된다.
망간 함유 비철을 용융시키는 설비는 아크(arc) 열을 사용하는 전기로 또는 유도 가열 수단을 가지는 용해로일 수 있다.
그리고, 제 1 용탕이 FeMn 합금철 없이 망간 함유 비철로만 이루어지는 경우, 저장소 외부에서 망간 함유 비철을 용융시킨 후 저장소로 투입한다. 다른 예로, 제 1 용탕이 FeMn 합금철과 망간 함유 비철로 이루어지는 경우, 용융된 FeMn 함급철과 용융된 망간 함유 비철을 저장소로 투입하거나, 용융된 FeMn 합금철을 저장소로 투입한 후, 고체 상태의 망간 함유 비철을 투입시켜, 상기 망간 함유 비철을 저장소에서 용융시켜 제 1 용탕을 제조할 수 있다.
본 발명에서는 융융물 상태인 망간 함유 용탕(제 1 용탕)에 대해 질소를 취입하여 용탕 중 질소 함량을 높인다. 이때, 망간 함유 용탕(제 1 용탕)이 내부 공간을 가지는 저장소 내에 수용 또는 저장된 상태에서, 상기 저장소로 질소를 공급하여 용탕으로 질소를 취입하여 질소 함량을 조절한다. 그리고 이미 질소 함량 조절이 종료된 용탕 즉, 제 2 용탕을 용강과 합탕한다. 다른 말로 하면, 용강을 합탕하기 전에 질소 함량이 조절된 용탕을 마련하고, 이를 용강과 합탕한다.
즉, 종래와 같이 고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철을 아크 전기로에 장입하여 아크열로 용융시키면서 질소를 취입하여 고질소 고망간 용강을 제조하거나, 고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철을 진공 용해로 내에 장입하고, 상기 진공 용해로를 가압하면서 질소를 취입하여 고질소 고망간 용강 제조하지 않고, 실시예에서는 용융물 상태인 제 1 용탕에 질소를 취입하여 제 2 용탕을 마련하고, 이를 용강과 합탕한다.
이에, 실시예에 의하면, 종래와 같이 다량의 고체 원료(고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철) 용융시키는 조업 단계에서 질소가 투입되지 않으므로, 고온의 열에 의한 망간 산화를 최소화 또는 방지할 수 있다. 또한, 실시예에서는 종래와 같이, 다량의 고체 원료(고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철)를 투입하지 않고, 제조된 용융물 상태의 용탕에 필요에 따라 소량의 망간 함유 비철 또는 FeMn 합금철을 투입하기 때문에, 고체 원료 투입에 따른 온도 하락 문제를 최소화 또는 방지할 수 있다.
실시예에 따른 저장소는 용탕을 가열 또는 보온하는 기능을 가지며, 가스의 취입이 가능하도록 설계된 수단이다. 예컨대, 저장소는 용탕의 수용이 가능한 내부 공간을 가지며 상측이 개방된 용기, 용기의 상측 개구를 폐쇄하는 커버, 용기를 가열하는 가열부를 포함한다. 그리고, 커버를 관통하여 용기 내부로 일부가 삽입되도록 랜스가 설치되거나, 가열부의 하부에 마련된 노즐이 마련될 수 있다. 여기서, 랜스 및 노즐 중 적어도 어느 하나를 통해 질소를 취입한다.
그리고, 가열부는 유도 가열 수단으로써, 용기 주변에 설치된 유도 코일과, 유도 코일에 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함할 수 있다. 이러한, 저장소는 제강 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 용해로 또는 보온로 중 어느 하나일 수 있다.
이하에서는, 목표하는 망간 및 질소 함량을 가지는 고질소 고망간강을 제조하기 위해, 용탕의 제조 방법과, 용탕 합탕량에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 목표하는 질소 함량을 가지는 고질소 고망강을 제조하기 위해서는, 제 1 용강에 용탕을 합탕한 용강의 양, 즉 제 2 용강량과, 제조하고자하는 고질소 고망간 용강 즉, 제 2 용강의 목표 질소 함량을 이용하여, 제 2 용강 중 질소 필요량(T)을 산출한다. 이를 수학식으로 표현하면 하기의 수학식 1과 같다. 여기서, 제 2 용강량은 제조하고자 하는 제 2 용강의 목표량일 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016086881181-pat00007
그리고 수학식 1에 의해 산출된 제 2 용강의 질소 필요량(T)과, 제 1 용강과 합탕할 용탕 합탕량을 이용하여, 용탕에 요구되는 질소 함량(wt%)을 산출하며, 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016086881181-pat00008
여기서, 용탕 합탕량(T)은, 제조하고자 하는 제 2 용강량, 제 2 용강의 목표 망간 함량(wt%), 제조된 용탕의 망간 함량(wt%)에 따라 결정 또는 산출된다. 또한, 용탕 합탕량(T)은 제조된 용탕 중 망간 함량이 부족한 경우, 용강으로 추가로 투입되는 망간 함유 합금철의 투입량(T)에 따라 달라진다. 여기서 망간 함유 합금철의 투입량(T)은 5 내지 10T으로 제한되는 것이 바람직하다. 상술한 가변값을 활용하여 용탕 합탕량을 산출하는 방법을 식으로 나타내면 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure 112016086881181-pat00009
그리고, 수학식 3에 의해 산출된 용탕 합탕량과 수학식 1에 의해 산출된 제 2 용강의 질소 필요량을 수학식 2에 적용하면, 용탕 중, 요구되는 질소 함량이 산출된다.
여기서, 용탕 중, 요구되는 질소 함량(wt%)은 제 1 용강과 합탕되어 제 2 용강이 제조되었을 때, 목표로 하는 질소 함량(wt%)이 되도록 하는 조건이다. 실시예에서는 저장소 내 용탕으로 질소를 취입하면서, 용탕 중 실제 질소 함량(wt%)이 수학식 2에 의해 산출된 용탕 중, 요구되는 질소 함량(wt%)이 되도록 한다.
그런데, 용탕으로 질소를 취입하더라도, 용탕이 가지는 질소 포화 용해도 이상으로 질소가 취입되면, 용탕 중으로 질소가 용해되지 않는다. 이에, 목적하는 고농도의 질소 함량을 가지도록 하기 위해서는 용탕의 질소 용해도를 높일 필요가 있다. 용탕 중 질소 함량은 용탕 내 질소의 용해도에 따라 달라지며, 용탕의 질소 용해도는 용탕 중 탄소 함량의 증가함에 감소한다. 그리고, 용탕 중 탄소 함량이 과도하게 증가하면, 제조하고자 하는 용강 중 질소 함량 증가에 제한이 된다. 따라서, 망간 함유 용탕 중 탄소는 1.5 wt% 이하로 하며, 탄소 함량을 망간 함유 용탕의 제조 시에 정련 과정을 통해 제어될 수 있다.
또한, 제조하고자 하는 제 2 용강에서 질소 및 망간 각각을 목표 함량으로 제어하기 위한, 용탕에 요구되는 질소 함량이 1 wt% 미만인 경우(즉, 수학식 2에 의해 산출된 값이 1 wt% 미만인 경우), 탄소 함량을 조절함으써 용탕 중 질소 함량을 1wt% 미만까지 제어가 가능하다. 하지만, 용탕에 요구되는 질소 함량이 1 wt% 이상인 경우(즉, 수학식 2에 의해 산출된 값이 1 wt% 이상인 경우)에는 탄소 함량 조절만으로 용탕 중 질소 함량을 1wt%를 초과하도록 제어가 힘들다. 따라서, 이 경우에는 탄소 외에 다른 재료 즉, Cr 및 Al 중 적어도 하나를 투입하여 용탕 중 Cr 및 Al 중 적어도 하나의 함량을 조정하여, 용탕 내 질소 용해도를 높임으로써, 용탕 중 질소 함량을 1wt%를 초과하도록 할 수 있다.
그런데, Al의 경우 1 wt%를 초과하는 경우, AlN으로 정출되어 오히려 질소 용해도를 떨어뜨리고, 주조 중에 Al으로 인한 품질 저하 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 실시예에서는 1 wt% 이하로 Al을 투입한다.
또한, 용탕 내 질소 용해되는 용탕의 온도에 의해서도 달라진다. 즉, 동일한 조성의 용탕의 경우, 온도가 높은 용탕의 경우 질소 용해도가 낮은 경향이 있다. 따라서, 고질소 고망간 용강을 제조하는데 있어서, 용탕의 온도를 적절히 제어할 필요가 있다.
상술한 바와 같이, 용탕 중 질소 용해도는 용탕 중 탄소(C) 함량, 크롬(Cr) 함량, 알루미늄(Al) 함량과, 온도에 따라 달라지며, 용탕 중 질소 용해도에 따라 용탕 중 질소 함량이 달라진다. 이를 수학식 4로 표현하면 아래와 같다.
[수학식 4]
Figure 112016086881181-pat00010
Figure 112016086881181-pat00011
Figure 112016086881181-pat00012
수학식 4의 '용탕에 요구되는 질소 함량(wt%) '은 수학식 2에 의해 산출된 '용탕에 요구되는 질소 함량(wt%) '과 동일한 값이다. 즉, 수학식 2에 의해 '용탕에 요구되는 질소 함량(wt%) '이 산출되면, 이를 수학식 4의 '용탕에 요구되는 질소 함량(wt%) '에 적용한다. 그리고, 수학식 4의 '용탕에 요구되는 질소 함량(wt%) '을 만족하기 위한 용탕 온도(℃), 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%), 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%), 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%)을 도출한다.
여기서, 용탕의 온도(℃), 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%), 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%)은 저장소 내 용탕으로 질소 취입시에 조절한다. 그러나, 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%)은 망간 함유 용탕 제조 시에 조절한다. 즉, 수학식 4에 의해, '용탕에 요구되는 질소 함량(wt%)'을 만족하기 위한 용탕 중 탄소 함량(wt%)이 도출되면, 망간 함유 용탕 제조시 정련 조업을 통해 도출된 '용탕에 요구되는 탄소 함량(wt%)'이 되도록 제조한다. 그리고, 용탕으로 질소 취입시에는 용탕의 온도(℃), 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%), 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 조절한다.
용탕의 온도(℃)는 저장소의 가열부의 조절을 통해, 도출된 용탕 온도로 조절이 가능하다. 그리고, 수학식 2에 의해 산출된 용탕 중, 요구되는 질소 함량(wt%)이 1 wt%를 초과하는 경우, 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 도출된 함량으로 조절한다. 이를 위해 FeCr 및 Al을 포함하는 합금 원료를 용탕으로 투입하여, 산출된 용탕 중 질소 함유량을 만족하도록 조절한다.
하지만, 용탕의 요구되는 질소 함량이 1wt% 초과하는 경우가 아니더라도, 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 도출된 함량으로 조절하여도 문제가 없다. 이의 경우, 용탕의 질소를 맞추기 위해 용탕 온도를 융점 근처까지 낮추거나, 탄소함량을 매우 낮추는 것보다 용이하게 용탕 중의 질소 함량을 제어할 수 있다.
상술한 방법으로 저장소 내에서 목적하는 함량의 망간 및 질소를 가지는 용탕이 마련되면, 이를 제 1 용강과 합탕(S300)하여, 고질소 고망간 용강 즉, 제 2 용강을 제조한다. 이때, 제 1 용강과 합탕되는 용탕의 합탕량은 상술한 수학식 3을 통해 산출된 용탕 합탕량이 되도록 한다.
그리고, 제조된 제 2 용강 중, 질소 함량을 측정하여, 측정된 질소 함량이 목표 질소 함량을 만족하는지 판단한다(S400). 이때, 측정된 질소 함량이 목표 질소 함량을 만족하는 경우, 주조를 실시한다(S600).
그러나, 제 2 용강 중, 질소 함량이 목표 함량을 만족하지 않는 경우, 질소 함량을 조절하는 정련을 실시한다(S500). 즉, 제 2 용강 중, 질소 함량이 목표 함량에 비해 낮은 경우, 질소를 포함하는 합금 예컨대, 질화 망간을 투입하여 목표 질소 함량으로 조절한다. 반대로, 제 2 용강 중, 질소 함량이 목표 함량에 비해 높은 경우, 진공탈가스 설비(RH; Reinstahl Huten Werke Heraus) 또는 진공 탱크 탈가스 설비(VTD; Vacuum Tank Degasser)를 이용하여 탈가스를 실시하여, 질소 함량이 낮아지도록 제어한다.
이러한 정련 후에 다시 측정된 정련 함량이 목표 질소 함량이 만족하는지 여부를 판단하여, 주조를 실시하거나 다시 정련을 실시한다.
이와 같이 본 발명의 실시형태에 의하면, 종래와 같이 다량의 고체 원료(고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철) 용융시키는 조업 단계에서 질소가 투입되지 않으므로, 고온의 열에 의한 망간 산화를 최소화 또는 방지할 수 있다. 또한, 실시예에서는 종래와 같이, 다량의 고체 원료(고체 상태의 FeMn 합금철, 망간 함유 비철, 고철)를 투입하지 않고, 제조된 용융물 상태의 용탕에 필요에 따라 소량의 망간 함유 비철 또는 FeMn 합금철을 투입하기 때문에, 고체 원료 투입에 따른 온도 하락 문제를 최소화 또는 방지할 수 있다.
S100: 용강 마련 과정
S200: 용탕 마련 과정

Claims (11)

  1. 제 1 용강 및 망간이 함유된 용탕을 마련하는 과정;
    저장소 내로 질소 가스를 공급하여, 상기 저장소 내에 수용된 용탕에 질소를 취입함으로써, 상기 용탕 중 질소 함량(wt%)을 요구 질소 함량(wt%)으로 조절하는 과정; 및
    질소가 취입된 상기 용탕과 제 1 용강을 합탕하여, 망간 및 질소를 함유하는 용강인 제 2 용강을 제조하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 용탕 중 질소 함량(wt%)을 요구 질소 함량(wt%)으로 조절하는 과정은,
    상기 제 2 용강의 목표 제조량인 제 2 용강량(T)과, 합탕할 제 2 용강의 목표 질소 함량(wt%)을 이용하여, 상기 제 2 용강에 요구되는 질소 필요량(T)을 산출하는 과정;
    상기 제 2 용강 중 요구되는 질소 필요량(T)과, 상기 용탕의 합탕량(T)을 이용하여, 상기 제 2 용강을 제조하기 위해 상기 용탕에 요구되는 상기 요구 질소 함량을 산출하는 과정;
    을 포함하는 강의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용탕 중 질소 함량(wt%)을 요구 질소 함량(wt%)으로 조절하는 과정은,
    산출된 상기 요구 질소 함량(wt%)을 만족시키기 위한, 용탕의 온도, 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%), 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 도출하는 과정;
    상기 저장소 내 용탕으로 질소를 취입하면서, 상기 도출된 용탕의 온도를 만족하도록 상기 용탕의 온도를 조절하고,
    상기 도출된 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%)을 만족하도록 상기 용탕의 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 조절하는 과정;
    을 포함하는 강의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 용강에 요구되는 질소 필요량(T)을 산출하는 데 있어서 수학식 1을 이용하고,
    [수학식 1]
    Figure 112016086881181-pat00013

    상기 용탕에 요구되는 질소 함량(wt%)을 산출하는데 있어서, 수학식 2를 이용하는 강의 제조 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112016086881181-pat00014
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 용강 합탕량(T)과, 제 2 용강의 목표 망간 함량(wt%), 상기 용탕 중 망간 함량(wt%)을 이용하여, 상기 용탕의 합탕량(T)을 산출하는 과정을 포함하는 강의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 용탕의 합탕량(T)을 산출하는데 있어서, 수학식 3을 이용하는 강의 제조 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112016086881181-pat00015
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 용탕의 온도 및 상기 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%), 상기 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 상기 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 도출하는데 있어서, 수학식 4를 이용하는 강의 제조 방법.
    [수학식 4]
    Figure 112017078028568-pat00016

    Figure 112017078028568-pat00017

    Figure 112017078028568-pat00018
  7. 청구항 6에 있어서,
    도출된 상기 망간 함유 용탕의 온도 및 탄소(C) 함량(wt%)을 만족하도록 상기 용탕의 온도 및 탄소(C) 함량(wt%)을 조절하고, 도출된 상기 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 만족하도록 상기 용탕의 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 알루미늄(Al) 함량(wt%)을 조절하는데 있어서,
    상기 망간 함유 용탕의 온도는, 상기 저장소 내로 질소를 취입하면서, 상기 저장소 내에서 용탕을 승온시키거나, 보온하여 도출된 망간 함유 용탕의 온도로 조절하고,
    상기 용탕에 요구되는 질소 함량(wt%)을 만족하기 위한, 상기 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%)이 도출되면, 망간이 함유된 상기 용탕을 마련하는 과정에서 상기 용탕이 상기 도출된 탄소 함량(wt%)을 만족하도록 조절하며,
    상기 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 상기 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 각각의 함량(wt%)은, 상기 저장소로 크롬(Cr) 함유 원료 및 알루미늄(Al) 함유 원료를 투입하여 조절하는 강의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    산출된 상기 용탕에 요구되는 질소 함량이 1wt% 미만인 경우, 상기 용탕의 온도 및 상기 용탕 중 탄소(C) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 조절하고,
    산출된 상기 용탕에 요구되는 질소 함량이 1wt%를 이상인 경우, 상기 용탕 중 크롬(Cr) 함량(wt%) 및 상기 용탕 중 알루미늄(Al) 함량(wt%) 중 적어도 하나를 조절하는 강의 제조 방법.
  9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    질소가 취입된 상기 용탕과 상기 제 1 용강을 합탕하는데 있어서,
    상기 저장소에서 요구 질소 함량(wt%)으로 조절된 용탕을 상기 수학식 3에 의해 산출된 상기 용탕 합탕량(T)으로 준비하여, 상기 제 1 용강과 합탕하는 강의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용탕과 상기 제 1 용강을 합탕시켜 제조된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)을 측정하는 과정;
    측정된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)을 목표 질소 함량(wt%)과 비교하는 과정;
    상기 측정된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 목표 질소 함량(wt%)을 만족하는 경우, 상기 제 2 용강을 이용하여 주조를 개시하는 과정;
    상기 측정된 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 상기 목표 질소 함량(wt%)을 만족하지 못하는 경우, 추가로 질소 함량(wt%)을 조절하는 과정;
    을 포함하는 강의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 추가로 질소 함량(wt%)을 조절하는 과정은,
    측정된 상기 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 목표 질소 함량(wt%)에 비해 낮은 경우, 질소를 포함하는 합금을 투입하는 과정; 및
    측정된 상기 제 2 용강의 질소 함량(wt%)이 목표 질소 함량(wt%)에 비해 높은 경우, 상기 제 2 용강에 대해 탈가스를 실시하는 과정;
    을 포함하는 강의 제조 방법.
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