KR102090216B1 - 용융물 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전로 내 용융물로 산소를 취입하여 취련하는 과정, 취련 과정 중 용융물로 진정제를 투입하는 과정, 및 용융물을 출강하는 과정을 포함하고, 진정제를 투입할 때 용융물의 기 설정된 2차정련 계획에 따라 진정제의 투입량을 정하여, 용융물의 수소 농도를 저감할 수 있는 용융물 정련 방법이 제시된다.

Description

용융물 정련 방법{METHOD FOR REFINING MOLTEN MATERIAL}

본 발명은 용융물 정련 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용융물의 수소 농도를 저감할 수 있는 용융물 정련 방법에 관한 것이다.

용선은 제강 공정에서 불순 성분이 제거되고 성분 함량이 조정되고 합금 성분이 첨가되어 철강 제품이 필요로 하는 물성을 가진 용강으로 제조된다. 제강 공정은 예비처리 공정, 전로정련 공정, 2차정련 공정의 순서로 수행되며, 그중 2차정련 공정은 진공 탈가스 공정과 엘에프(Ladle Furnace) 정련 공정을 포함한다. 즉, 전로정련 공정에서 제조된 용강은 진공 탈가스 공정과 엘에프 정련 공정 중 적어도 하나 이상의 공정에서 2차정련되고, 이후 연속주조 공정에서 주편으로 제조된다.

이때, 용강의 수소 농도가 높으면 용강의 기계적 성질을 열화시킨다. 특히, 수소 농도가 높은 용강으로 연속주조 공정을 수행할 때, 수소에 의한 주편 터짐 현상이 발생할 수 있다. 일반적으로, 용강의 수소 농도가 8ppm 이상이면 연속주조 공정 중에 주편 터짐 현상이 발생한다.

한편, 전로정련 공정을 수행할 때 전로 내 슬래그가 전로 외부로 슬로핑되는 것을 방지하기 위하여 진정제가 전로 내 용선으로 투입되어야 한다. 이때, 진정제에 함유된 수분에 의하여 전로 내 용선의 수소 농도가 증가한다.

또한, 전로정련 공정 이후 전로 내 용강을 출강할 때 래들 내 슬래그의 재화를 촉진하고 용강의 탈린과 탈황을 유도하기 위하여 생석회가 래들 내 용강으로 투입되어야 한다. 이때, 생석회에 함유된 수분에 의해 래들 내 용강의 수소 농도가 증가한다. 결국, 전로정련 공정 이후 래들에 출강 완료된 용강의 수소 농도가 8ppm 이상이 되는 경우가 발생한다.

이러한 경우 2차정련 공정 중 엘에프 정련 공정만 단독 수행하도록 지시된 용강이라도 진공 탈가스 공정이 불가피하다. 즉, 엘에프 정련 공정만 단독 수행하도록 지시된 용강이라 할지라도 연속주조 공정 이전에 진공 탈가스 공정을 경유하여 수소 농도를 저감시켜야 한다. 이는 제강 공정의 리드 타임 증가를 야기한다.

또한, 엘에프 정련 공정만 단독 수행하도록 지시된 용강은 그에 맞게 합금철 투입량이 각각 정해지는데, 엘에프 정련 공정만 단독 수행하도록 지시된 용강이 진공 탈가스 공정을 경유하면 합금철의 투입량을 정해진 합금철 투입량보다 증량하는 것이 불가피하다. 예컨대 진공 탈가스 공정에서 용강에 포함된 Ca, Si 및 Al 등이 손실되기 때문에, 이의 손실 비율을 감안하여 정련 공정 중 용강으로 투입되는 Ca, Si 및 Al 등을 포함한 합금철의 투입량을 엘에프 정련 공정만 단독 수행하도록 지시된 용강에 맞도록 정해진 합금철 투입량보다 수 배 정도 약 두 배 이상 증량해야 한다. 이는 제강 공정의 비용 상승을 야기한다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.

KR 10-2014-0064351 A

본 발명은 용융물의 수소 농도가 증가하는 것을 억제할 수 있는 용융물 정련 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용융물 정련 방법은, 전로 내 용융물로 산소를 취입하여 취련하는 과정; 상기 취련 과정 중 상기 용융물로 진정제를 투입하는 과정; 및 상기 용융물을 출강하는 과정;을 포함하고, 상기 진정제를 투입할 때 상기 용융물의 기 설정된 2차정련 계획 중 엘에프 정련 공정의 여부 및 진공 탈가스 공정의 여부에 따라 상기 진정제의 투입량을 정한다.

상기 취련 과정과 출강 과정 사이에, 상기 취련을 종료한 후, 대기하는 과정; 상기 용융물로 소성된 냉각제를 투입하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 출강 과정은, 상기 용융물의 일부를 래들 내로 출강하는 과정; 상기 래들 내 용융물로 플럭스를 포함한 합금철을 투입하는 과정; 및 상기 용융물의 나머지를 출강하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 기 설정된 2차정련 계획은, 엘에프 정련 단독 공정, 진공 탈가스 단독 공정 및 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정을 포함하고, 상기 기 설정된 2차정련 계획이 진공 탈가스 단독 공정 및 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정일 때의 진정제 투입량보다 상기 기 설정된 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정일 때의 진정제 투입량이 작도록, 상기 진정제의 투입량을 정할 수 있다.

상기 기 설정된 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정일 때 상기 진정제의 투입량을 400㎏ 이하로 정할 수 있다.

상기 취련 과정은 스테틱 구간과 다이나믹 구간을 포함하고, 상기 취련 과정 중 적어도 다이나믹 구간에서 진정제를 투입하며, 상기 다이나믹 구간에서 상기 진정제의 투입량을 200㎏ 이하로 정하고, 상기 다이나믹 구간과 스테틱 구간을 합한 전체 구간에서 상기 진정제의 투입량을 400㎏ 이하로 정할 수 있다.

상기 다이나믹 구간의 시작 시점은 상기 취련 과정의 70% 내지 90%가 진행되는 동안의 어느 한 시점 또는 상기 전로 내 용융물이 탈탄 반응되는 속도가 감소하는 동안의 어느 한 시점일 수 있다.

상기 소성된 냉각제는 경소돌로마이트를 포함할 수 있다.

상기 합금철은 생석회를 더 포함하고, 상기 플럭스의 투입량은 상기 생석회의 투입량의 10wt% 내지 20wt%일 수 있다.

상기 플럭스는 제강 슬래그로부터 제조될 수 있다.

상기 플럭스는 전체 중량에 대하여 CaO를 50wt% 내지 56wt% 포함하고, Al₂O₃를 36wt% 내지 44wt% 포함하고, SiO₂를 0 내지 4wt%를 포함하고, 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

상기 진정제를 투입하는 과정과 합금철을 투입하는 과정에서, 상기 용융물의 수소 농도를 8ppm 미만으로 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 전로에서 용융물을 취련하는 중에 용융물의 기 설정된 2차정련 계획에 따라 진정제 투입량을 조절하여 용융물의 기 설정된 2차 정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정일 때 진정제 투입량을 줄일 수 있다. 이에, 용융물의 수소 농도가 증가하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

또한, 전로에서 취련을 종료한 후 대기 중에 용용물에 생석회와 플럭스를 함께 투입하여 슬래그의 재화를 촉진하고 용융물의 탈린과 탈황을 충분히 유도하면서 생석회의 사용량을 줄일 수 있다. 이에, 생석회에 의한 용융물의 수소 농도 증가를 억제 혹은 방지할 수 있다.

이로부터 용용물의 수소 농도를 8ppm 미만으로 제어할 수 있고, 따라서, 2차정련 공정 시 불필요하게 진공 탈가스 공정을 더 수행하지 않아도 되고, 이후 연속주조 공정을 원활히 수행할 수 있다. 이에, 전체 공정의 부하를 줄이고, 제조 원가를 낮추는 효과를 달성할 수 있으며, 주조된 주편의 품질을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 정련 방법의 순서도이다.
도 2는 전로정련 공정에서 진정제 투입량과 용융물의 수소 농도의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 플럭스 조정을 보여주는 표이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전로정련 공정의 결과를 비교예에 따른 전로정련 공정의 결과와 대비하는 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 정련 방법의 순서도이고, 도 2는 전로정련 공정에서 진정제 투입량과 용융물의 수소 농도의 관계를 보여주는 그래프이며, 도 3은 본 발명의 플럭스 조정을 보여주는 표이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 정련 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 용융물 정련 방법은 용강을 제조하기 위한 용융물 정련 방법으로서, 전로 내 용융물로 산소를 취입하여 취련하는 과정, 취련 과정 중 용융물로 진정제를 투입하는 과정, 및 용융물을 출강하는 과정을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 진정제를 투입할 때 용융물의 기 설정된 2차정련 계획에 따라 진정제의 투입량을 정한다. 즉, 용융물의 기 설정된 2차정련 계획에 기초하여 용융물이 이후의 2차정련 공정 시 진공 탈가스 공정 없이 엘에프 정련 공정을 단독으로 수행하도록 정해진 경우, 진정제의 투입량을 줄여서 용융물의 수소 농도를 8ppm 미만으로 제어할 수 있다. 여기서, "기 설정된"은 "미리 설정된"을 의미한다.

용융물은 전로정련 공정에서 사용되는 용선 및 용강을 포함할 수 있다. 실시 예에서는 전로 내에서 취련 중인 용융물을 용선이라 하고, 전로 내에서 취련이 완료된 후 래들 내로 출강되어 래들 내에 수용되는 용융물을 용강이라 한다. 즉, 전로 내에 장입되어 취련이 완료되기까지의 용융물을 용선이라 하고, 전로 내에서 원하는 온도로 냉각되고, 전로 내에서의 모든 과정이 종료된 후, 래들 내로 출강되는 용융물을 용강이라 한다.

기 설정된 2차정련 계획은 엘에프 정련 단독 공정, 진공 탈가스 단독 공정 및 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정을 포함할 수 있다. 전로정련 공정 이후에 2차정련 공정을 수행할 때, 용강이 엘에프 정련 공정만을 경유하고 2차정련 공정을 종료하도록 계획된 경우 엘에프 정련 단독 공정이라고 한다. 또한, 용강이 진공 탈가스 공정만을 경우하고 2차정련 공정을 종료하도록 계획된 경우 진공 탈가스 단독 공정이라고 한다. 또한, 용강이 엘에프 정련 공정과 진공 탈가스 공정을 순차 경유하고 2차정련 공정을 종료하도록 계획된 경우 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정이라고 한다. 이때, 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정으로 정해진 용융물은 엘에프 정련 단독재라 하고, 2차정련 계획이 진공 탈가스 단독 공정으로 정해진 용융물을 진공 탈가스 단독재라 하고, 2차정련 계획이 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정으로 정해진 용융물은 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합재라고 한다.

2차정련 계획은 연속주조 공정에서 원하는 용강의 물성에 따라 정해지는 것으로서, 용강의 강종별로 정해질 수 있다. 연속주조 공정에서 원하는 용강의 물성은 연속주조 공정에서 주조된 제품이 사용되는 목적에 따라 필요로 하는 용강의 기계적 성질에 맞춰 주어질 수 있다. 이를 실시 예에서 특별히 한정할 필요가 없다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 용융물 정련 방법의 각 과정에 대하여 설명한다. 이때, 엘에프 정련 단독재에 따른 용융물 정련 방법의 각 과정을 설명한다.

전로 내 용융물로 산소를 취입하여 취련하는 과정을 수행한다(S100). 용융물은 용선일 수 있고, 더욱 상세하게는, 예비처리 공정에서 탈황 공정이 종료된 용선일 수 있다. 우선, 전로 내에 생석회를 투입하고, 전로 내 헌열을 이용하여 생석회 중의 수소를 제거한 후, 전로 내에 고철을 투입한다. 이후, 용선을 전로 내로 투입하고, 랜스를 통하여 용선으로 산소를 취입하여 용선을 취련한다. 이때, 용선으로 취입되는 산소에 의한 용선내의 산화반응으로 탄소, 실리콘, 망간, 티타늄 및 인 등의 성분이 제거될 수 있다. 용선의 취련 중에는 후술하는 진정제 외에도 다양한 부원료가 투입될 수 있고, 실시 예에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

용선을 전로 내에 투입하기 전에 기 설정된 2차정련 계획에 기초하여 용선이 엘에프 정련 단독재임을 인지하는 과정을 수행할 수 있다. 즉, 2차정련 계획은 엘에프 정련 단독 공정, 진공 탈가스 단독 공정 및 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정을 포함하고, 각각에 따라 진정제 투입량이 달라지는데, 실시 예에서는 용선을 전로 내에 투입하기 전에 용선으로부터 제조된 용강에 대한 기 설정된 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정으로 계획된 강종임을 인지하고, 즉, 용선이 엘에프 정련 단독재임을 인지하고, 이에, 후술하는 다이나믹 구간에서의 진정제 투입량을 설정값 이하로 한정할 수 있다.

용선의 취련 과정은 스테틱 구간과 다이나믹 구간을 포함할 수 있다. 스테틱 구간에서는 전로 내 용선의 탈탄 반응이 활발하기 때문에, 탈탄 반응에서 생성되는 일산화 탄소가 수소를 용이하게 제거할 수 있다.

스테틱 구간의 시작 시점은 용선으로 산소를 취입하는 과정이 개시되는 시점이고, 스테틱 구간의 종료 시점은 후술하는 다이나믹 구간의 시작 시점에 의해 정해질 수 있다. 다이나믹 구간의 시작 시점은 취련 과정의 70% 내지 90%가 진행되는 동안의 어느 한 시점이거나, 전로 내 용선이 탈탄 반응되는 속도가 감소하는 동안의 어느 한 시점일 수 있다. 더욱 바람직하게는 다이나믹 구간의 시작 시점은 취련 과정의 75% 내지 85%가 진행되는 중의 어느 한 시점일 수 있다. 취련 75% 시점 내지 85% 시점 중의 어느 한 시점 이후부터는 용선 중 탈탄 반응의 속도가 천이되어 감소하는 율속단계 또는 탈탄 정체기에 접어들게 되고, 이 구간에서는 탈탄 반응 속도가 점차 둔화된다.

예컨대 전로 내 구비되는 서브 랜스의 프로브 등을 이용하여 취련 과정 중에 용선의 온도, 성분 함량 및 탄소 농도를 측정하고 이로부터 탈탄 반응의 반응 속도를 예측하여 탈탄 반응이 둔화되는 구간을 예측하고, 다이나믹 구간을 특정할 수 있다. 한편, 다이나믹 구간에서는 용선의 샘플링이 수행될 수 있다.

취련 과정 중 용융물로 진정제를 투입하는 과정을 수행한다(S200). 용융물은 용선일 수 있다. 한편, 취련 과정 중 적어도 다이나믹 구간에서 용선으로 진정제를 투입할 수 있다. 즉, 취련 과정 중 스테틱 구간에서는 탈탄 반응에 의하여 용선으로 수소가 침투하기 어렵기 때문에 진정제가 투입되지 않고, 다이나믹 구간에서는 탈탄 반응의 둔화에 따라 수소가 용선에 침투할 여건이 만들어지고, 따라서, 슬래그의 슬로핑이 발생할 수 있기 때문에, 전로 내 슬래그 상황에 따라 슬로핑이 발생하지 않도록 진정제를 투입하여 슬래그를 진정시키고, 그 볼륨을 낮춘다. 진정제는 펄프를 포함할 수 있으나, 이를 특별히 한정하지 않는다.

취련 시 용선내의 가스 발생 속도가 슬래그내의 가스 탈출 속도보다 클때 용강과 슬래그 사이에서 가스가 정체되면서 이의 압력에 의해 슬래그 볼륨이 커지고, 전로 외부로 슬로핑될 수 있다. 진정제는 이를 방지하는 역할을 하며, 진정제가 전로 내 용선에 투입되어 슬래그층에 도달하면 펄프의 휘발성에 의해 슬래그와 반응하며 슬래그 내부로 들어가고, 이에 의해, 용강과 슬래그 사이에 정체된 가스를 배출시킬 수 있다.

물론, 스테틱 구간에서 전로 내 슬래그 상황에 따라 슬로핑이 발생하지 않도록 진정제를 투입할 수도 있다. 이때, 투입되는 진정제의 투입량은 다이나믹 구간에서 용선으로 투입되는 진정제의 투입량에 영향을 끼칠 수도 있다. 예컨대 전체 취련 과정에서 용선으로 투입되는 진정제의 투입량이 정해지기 때문에, 스테틱 구간에서 진정제 투입량이 증가하면 다이나믹 구간에서 진정제 투입량을 상대적으로 줄일 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 용선에 진정제를 투입할 때 기 설정된 2차정련 계획에 따라 진정제의 투입량을 정한다. 더욱 상세하게는, 용선에 진정제를 투입할 때 기 설정된 2차정련 계획의 엘에프 정련 공정 여부 및 진공 탈가스 공정 여부에 따라서 진정제의 투입량을 정한다. 용선으로부터 제조되는 용강의 기 설정된 2차정련 계획이 진공 탈가스 단독 공정이거나 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정일 때의 진정제 투입량보다 용선으로부터 제조되는 용강의 기 설정된 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정일 때의 진정제 투입량이 작도록, 진정제의 투입량을 정할 수 있다.

즉, 기 설정된 2차정련 계획에 기초하여, 2차정련 공정 시 진공 탈가스 공정을 경유하도록 2차정련 계획이 수립된 강종의 경우, 진공 탈가스 정련 공정에서 수소 농도를 제어할 수 있으므로, 진정제의 투입량을 특별히 한정하지 않아도 무방하다. 반면, 실시 예와 같이 2차정련 공정 시 진공 탈가스 공정을 경유하지 않도록 2차정련 계획이 수립된 강종의 경우, 전로정련 공정 이후 수소 농도를 제어할 수가 없기 때문에, 전로정련 공정에서 수소 농도를 기준 농도 예컨대 8ppm 미만의 농도로 제어하기 위하여 진정제 투입량을 작게 수립할 수 있다.

실시 예에서는 용융물의 기 설정된 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정일 때 진정제의 투입량을 400㎏ 이하로 정한다. 이때, 다이나믹 구간에서 진정제의 투입량을 200㎏ 이하로 정하고, 다이나믹 구간과 스테틱 구간을 합한 전체 구간에서 진정제의 투입량을 400㎏ 이하로 정할 수 있다. 즉, 전체 취련 과정에서 볼 때 진정제 투입량이 400㎏ 이하가 되더라도, 더 나아가서, 다이나믹 구간에서의 진정제 투입량이 200㎏을 초과하지 않도록 진정제 투입 방식을 정할 수 있다.

이에 의하여, 진정제를 투입하는 과정에서, 용선의 수소 농도를 8ppm 미만으로 제어할 수 있다. 상기 수치 범위를 초과하면, 용선의 수소 농도가 8ppm을 초과하게 된다. 도 2를 참조하면, 전로정련 공정에서 다이나믹 구간의 진정제 투입량과 용선의 수소 농도의 관계를 볼 수 있다. 예컨대 전로정련 공정을 수행하면서 진정제 투입량을 다르게 하며 각각에서 다이나믹 구간의 종료 시 용선을 샘플링해본 결과를 종합하여 도 2에 표로 도시하였다. 도 2를 보면 다이나믹 구간에서 진정제 투입량이 600㎏ 이상이 되면, 다이나믹 구간에서 용선을 샘플링 한 결과 용선의 수소 농도가 8ppm 이상이 되는 것을 다수 확인할 수 있었다. 한편, 상기 수치 범위 미만일 경우, 진정제에 의한 슬래그 진정 효과를 원하는 정도로 얻을 수 없다.

예컨대 진정제는 함수율이 10% 이하가 되도록 관리되는데 이를 5% 까지 줄이면 원가 상승이 발생하므로, 진정제는 함수율을 10% 수준으로 관리한다. 함수율이 10%인 진정제가 다이나믹 구간에서 용선에 600㎏ 투입되고, 그중 8%가 용선과 반응하면, 약 8 내지 9ppm으로 용선의 수소 농도가 상승하게 된다.

실시 예가 적용되는 엘에프 정련 단독재에 해당하는 어느 한 강종을 선택하여 성분 범위의 일부를 발췌하고, 이의 일 예를 아래 표 1에 예시한다.

성분	C	Si	T-Al	S-Al	Ca
상한	0.08	0.25	0.05	0.05	0.004
하한	0.06	0.15	0.02	0.02	0.0005

상기의 표 1에 제시된 엘에프 정련 단독재는 칼슘 범위를 맞춰주기 위해 전로 내에서 취련이 완료된 용강의 출강 시 Ca-Si 성분을 가진 합금철을 120㎏ 내지 130㎏ 투입하면 되나, 예컨대 실시 예와 다르게 다이나믹 구간에서 진정제를 다량 투입하여 취련 중 용선의 수소 농도가 8ppm 이상이 되면, 이후 2차정련 공정 시에 진공 탈가스 공정을 추가해야 하고, 이 때의 손실량을 감안하여 전로 내에서 취련이 완료된 용강의 출강 시 Ca-Si 성분을 가진 합금철을 290㎏을 투입해야 한다. 또한, 알루미늄 성분도 진공 탈가스 공정 중의 손실을 감안하여 더 투입해야 한다.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 엘에프 정련 단독재의 전로정련 공정 시 다이나믹 구간에서의 진정제 투입량을 제어하고, 전체 취련 과정 동안의 진정제 투입량을 제어하여, 수소 농도를 저감시키고, 이에, 엘에프 정련 단독재가 수소 농도 조절을 위하여 불가피하게 진공 탈가스 공정을 경유하는 것을 방지하여, 공정의 리드 타임을 줄이고, 용강에 투입되어야 하는 합금철 중의 알루미늄과 칼슘실리콘 투입량을 감소시켜 제조 원가를 낮출 수 있다.

상기한 바와 같이, 취련 과정을 수행하는데, 스테틱 구간을 지나서 다이나믹 구간이 되면, 진정제를 용선으로 투입하는데, 이 구간에서의 투입량을 200㎏ 이하로 하고, 진정제를 투입하는 방식은 예컨대 정해진 투입량의 진정제를 소정량씩 분할하여 순차적으로 투입하는 방식을 사용할 수 있다. 물론, 이 외에 다양한 방식으로 진정제를 투입할 수 있다. 이후, 다이나믹 구간의 종료 시점에 취련 과정을 종료한다.

취련 과정 이후에, 상세하게는, 취련 과정과 출강 과정 사이에, 취련을 종료한 후, 대기하는 과정을 포함할 수 있고 이때, 용융물 예컨대 전로 내에서 취련이 종료된 용강으로 소성된 냉각제를 투입하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 대기 과정 중에 전로 내 용강으로 냉각제를 투입할 수 있다. 여기서, 소성된 냉각제는 경소돌로마이트를 포함할 수 있다.

즉 원석 상태인 돌로마이트를 용강 중에 투입하는 것이 아니고, 반응이 완료된 경소돌로마이트를 용강 중에 투입한다. 예컨대 돌로마이트는 정제된 것이 아니므로, 맥석을 다량 함유하고, 수분을 다량 함유하나, 경소돌로마이트는 정제된 것이므로, 수분과 맥석이 제거된 상태일 수 있다. 한편, 대기 과정 중에는 전로 내로 진정제가 투입되지 않도록 할 수 있다.

경소돌로마이트는 전로 내 용강과 슬래그 사이의 정체된 가스의 배출을 용이하게 하고, 용강 온도를 냉각시킬 수 있다.

예컨대 용강중에 투입된 경소돌로마이트가 분해되어 이산화탄소를 생성하고, 이산화탄소가 슬래그내로 들어가며 슬래그 층을 깨뜨려 가스를 방출시킬수 있다.

상기 대기 과정 중에 냉각제로서 경소돌로마이트를 투입하기 때문에, 종래의 돌로마이트를 투입할 때의 수분 유입 문제가 실시 예에서 해소될 수 있어 돌로마이트에 함유된 수분에 의한 슬래그 반응이 예방되고, 따라서, 슬래그 볼륨이 증가하지 않을 수 있어 진정제 투입을 생략할 수 있다.

용융물의 냉각이 완료되면, 용융물을 출강하는 과정을 수행한다(S300). 용융물은 용강일 수 있다. 우선, 전로 내 용강의 일부를 래들 내로 출강한다. 이후, 래들 내 용강이 60% 수준에 도달하면 래들 내 용강으로 플럭스를 포함한 합금철의 투입을 개시한다. 여기서, 60% 수준이 의미하는 것은, 래들에 담을 수 있는 기준 용강량을 100%라 할 때 용강을 수강중인 래들 내의 용강 수강량이 기준 용강량의 60%인 것을 의미한다.

래들 내 합금철의 투입을 개시하면, 래들 내 용융물로 플럭스를 포함한 합금철을 투입하는 과정을 수행한다(S400). 이때, 전로 내 용강의 나머지를 출강하는 과정을 함께 수행할 수 있다. 합금철은 용강에 투입되어 용강의 기계적 성질을 제어하고, 슬래그를 형성하여 용강이 재산화되는 것을 방지하고, 수소 농도를 저감할 수 있다. 즉, 합금철은 래들 내에 슬래그를 만들기 위해서 투입되는 것이다.

특히, 실시 예에서는 합금철이 생석회와 플럭스를 포함하고, 따라서, 합금철의 투입 시 생석회 외에 플럭스를 더 투입할 수 있다. 이때, 생석회의 용융점이 높기 때문에, 이를 쉽게 용융시키도록 아래 조성을 가진 플럭스를 더 투입한다.

생석회는 슬래그의 재화를 촉진시키고 용강 내의 인 및 황 성분을 제거하여 슬래그 중으로 포집하는 역할을 한다. 플럭스는 재화를 촉진시키고, 이후의 엘에프 정련 공정에서 용강이 필요로 하는 성분을 용강 중에 투입시키는 역할을 한다.

도 3을 참조하면, 플럭스는 플럭스의 전체 중량에 대하여 CaO를 50wt% 내지 56wt% 포함하고, Al₂O₃를 36wt% 내지 44wt% 포함하고, SiO₂를 0 내지 4wt%를 포함하고, 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 이때, 기타 불가피한 불순물은 S 및 P를 포함할 수 있는데, 이는 제강 슬래그로부터 기인하여 제거되지 않고 플럭스 내에 잔류하게 된 성분이다. 예컨대 S 는 전체 플럭스의 중량에 대해 0 내지 0.1wt% 포함될 수 있고, P 는 전체 플럭스의 중량에 대해 0 내지 0.05wt% 포함될 수 있다.

플럭스 내의 CaO 는 황을 포집하고, 슬래그 재화를 촉진시키는 역할을 한다. CaO 성분의 함량이 50wt% 미만이 되면 원활한 슬래그 생성이 어렵고, 이에, 합금철 중의 생석회의 함량을 늘려야 하므로, 비용 상승뿐만 아니라, 용강 내로 수소를 유입시키는 문제가 있다. CaO 성분의 함량이 56wt%를 넘어가면, Al₂O₃의 함량이 줄어들게 되고, 이는 슬래그의 유동성 약화와 점도 강화를 야기하게 된다.

플럭스 내의 Al₂O₃ 및 SiO₂는 슬래그의 유동성을 좋게 하여 용강 내에서 재화되는 슬래그가 덩어리로 뭉치는 것을 막는 역할을 한다. 이들 성분의 함량이 상기 수치 범위보다 부족하면 슬래그의 점도가 높아지는 문제가 있고, 이들 성분의 함량이 상기 수치 범위를 초과하면 플럭스 내의 CaO 함량을 줄이게 되어 슬래그 재화가 촉진되기 어려워진다.

플럭스를 투입하게 되면, 생석회 투입량을 줄일 수 있어 용강 중 수소 농도가 증가하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 합금철을 투입하는 과정에서, 용강의 수소 농도를 8ppm 미만으로 제어할 수 있다. 이때, 플럭스 투입량은 생석회의 투입량의 10wt% 내지 20wt%가 바람직하다.

한편, 실시 예에서는 전체 합급철 투입량 100wt%에 대하여 플럭스의 투입량을 10wt% 내지 20wt%로 하고 생석회 투입량을 80wt% 내지 90wt%으로 할 수도 있다.

플럭스의 투입량이 생석회의 투입량의 10wt% 미만이면 Al₂O₃ 가 적어 슬래그 재화가 되지 않고, 20wt% 이상이면 CaO 성분이 부족하여 이후 엘에프 정련 공정에서 정련 작업이 어렵게 된다.

상술한 플럭스는 제강 슬래그로부터 제조될 수 있다. 제강 슬래그를 다양한 방식으로 정제하여 하기의 조성을 갖는 플럭스를 제조할 수 있으며, 이의 정제 방식을 특별히 한정할 필요가 없으므로 실시 예에서는 설명을 생략한다.

이후, 용강이 담긴 래들을 엘에프 정련 공정을 위한 설비로 이송하여 엘에프 정련 공정을 수행하고, 이후, 엘에프 정련 공정을 종료한 후 연속주조 공정으로 용강을 이송한다.

한편, 진공 탈가스 단독재나 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합재의 경우에는 해당 강종에 따라 정해진 정련 방식으로 각 전로정련 공정을 수행하고, 이후, 각각에 맞는 2차정련 공정을 수행한 후, 연속주조 공정을 위한 설비로 용강을 이송할 수 있다.

상술한 바에 따르면, 용선의 취련 중에 진정제 투입 방식을 개선할 수 있다. 상세하게는 용선의 취련 중 투입되는 진정제의 투입량을 줄일 수 있다. 또한, 용강의 출강 중에 합금철 투입 방식을 개선할 수 있다. 상세하게는 용강의 출강 중 투입되는 생석회와 플럭스를 함께 투입하는 방식으로, 생석회의 투입량을 줄일 수 있다. 따라서, 전로정련 공정을 종료한 후 래들 내에 담긴 용강의 수소 농도를 8ppm 미만으로 저감할 수 있다. 이에, 이후 2차정련 공정의 엘에프 정련 공정 시 처리할 용강의 수소 농도가 8ppm 미만이 되어, 불필요하게 진공 탈가스 공정을 더 수행할 필요가 없고, 즉, 엘에프 정련 공정 이후 진공 탈가스 공정 없이 연속주조 공정을 바로 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전로정련 공정의 결과를 비교예에 따른 전로정련 공정의 결과와 대비하는 표이다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예를 전로정련 공정에 적용한 결과와 본 발명의 비교 예를 전로정련 공정에 적용한 결과의 대비를 통하여, 본 발명의 실시 예를 보다 구체적으로 설명한다.

비교예 1

엘에프 정련 단독재를 이용하여 전로정련 공정을 수행하는데, 다이나믹 구간에서 진정제 투입량을 1400㎏으로 하고, 합금철 투입 시 플럭스를 제외한 생석회만 투입하도록 하여, 공정을 수행하였다. 래들 내 용선의 수소 농도가 10.3ppm이 되는 결과를 얻었고, 이후, 엘에프 정련 단독재임에도 불구하고 진공 탈가스 공정을 수행하여 수소 농도를 제어한 후 연속주조 공정을 수행할 수 있었다.

비교예 2

엘에프 정련 단독재를 이용하여 전로정련 공정을 수행하는데, 다이나믹 구간에서 진정제 투입량을 800㎏으로 하고, 냉각제로서 소성되지 않은 원석 돌로마이트를 사용하였으며, 합금철 투입 시 합금철 투입량 1000kg에 대하여 플럭스의 투입량을 50kg으로 하고, 생석회 투입량을 950kg으로 하여, 공정을 수행하였다. 이에, 래들 내 용선의 수소 농도가 8.8ppm이 되는 결과를 얻었고, 이후, 엘에프 정련 단독재임에도 불구하고 진공 탈가스 공정을 수행하여 수소 농도를 제어한 후 연속주조 공정을 수행할 수 있었다.

비교예 3

엘에프 정련 단독재를 이용하여 전로정련 공정을 수행하는데, 다이나믹 구간에서 진정제 투입량을 700㎏으로 하고, 냉각제로서 소성되지 않은 원석 돌로마이트를 사용하였으며, 합금철 투입 시 합금철 투입량 1000kg에 대하여 플럭스의 투입량을 250kg으로 하고, 생석회 투입량을 750kg으로 하여, 공정을 수행하였다. 이에, 래들 내 용선의 수소 농도가 8.1ppm이 되는 결과를 얻었고, 이후, 엘에프 정련 단독재임에도 불구하고 진공 탈가스 공정을 수행하여 수소 농도를 제어한 후 연속주조 공정을 수행할 수 있었다.

실험예 1 내지 실험예 3

실험예 1 내지 실험예 3은 본 발명의 실시 예에 따른 조건으로 전로정련 공정을 수행한 것이고, 도 4를 참고하여 보면, 진정제 투입량을 줄이면서 적정량의 플럭스를 포함한 합금철을 사용함에 따라 4.5 내지 6.2ppm 의 수소 농도를 가진 용강을 제조할 수 있었다. 이 경우, 엘에프 정련 단독재를 2차정련 계획대로 진공 탈가스 공정을 경유시키지 않고, 엘에프 정련 공정만 수행한 수 연속주조 공정에서 주편을 주조하여 원하는 품질의 주편을 얻을 수 있었다.

상기의 결과를 대비하여 보면, 본 발명의 실시 예의 경우 비교 예들에 비하여 현저히 수소 농도가 저감된 용강을 얻을 수 있는 것을 확인하였고, 엘에프 정련 단독재의 전로정련 공정 이후 진공 탈가스 공정를 제외할 수 있음을 확인하였다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 용융물을 취련하는 용융물 정련 방법으로서,
   전로 내 용융물로 산소를 취입하여 취련하는 과정;
   상기 취련 과정 중 상기 용융물로 진정제를 투입하는 과정; 및
   상기 용융물을 출강하는 과정;을 포함하고,
   상기 진정제를 투입할 때 상기 용융물의 기 설정된 2차정련 계획 중 엘에프 정련 공정의 여부 및 진공 탈가스 공정의 여부에 따라 상기 진정제의 투입량을 정하여, 취련된 용융물의 수소 농도가 증가하는 것을 억제할 수 있고,
   상기 기 설정된 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정일 때 상기 진정제의 투입량을 400㎏ 이하로 정하고,
   상기 취련 과정은 스테틱 구간과 다이나믹 구간을 포함하고,
   상기 취련 과정 중 적어도 다이나믹 구간에서 진정제를 투입하며,
   상기 다이나믹 구간에서 상기 진정제의 투입량을 200㎏ 이하로 정하고, 상기 다이나믹 구간과 스테틱 구간을 합한 전체 구간에서 상기 진정제의 투입량을 400㎏ 이하로 정하는 용융물 정련 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 취련 과정과 출강 과정 사이에,
   상기 취련을 종료한 후, 대기하는 과정;
   상기 용융물로 소성된 냉각제를 투입하는 과정;을 포함하는 용융물 정련 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 출강 과정은,
   상기 용융물의 일부를 래들 내로 출강하는 과정;
   상기 래들 내 용융물로 플럭스를 포함한 합금철을 투입하는 과정; 및
   상기 용융물의 나머지를 출강하는 과정;을 포함하는 용융물 정련 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 기 설정된 2차정련 계획은,
   엘에프 정련 단독 공정, 진공 탈가스 단독 공정 및 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정을 포함하고,
   상기 기 설정된 2차정련 계획이 진공 탈가스 단독 공정 및 엘에프 정련과 진공 탈가스 복합 공정일 때의 진정제 투입량보다 상기 기 설정된 2차정련 계획이 엘에프 정련 단독 공정일 때의 진정제 투입량이 작도록, 상기 진정제의 투입량을 정하는 용융물 정련 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 다이나믹 구간의 시작 시점은 상기 취련 과정의 70% 내지 90%가 진행되는 동안의 어느 한 시점 또는 상기 전로 내 용융물이 탈탄 반응되는 속도가 감소하는 동안의 어느 한 시점인 용융물 정련 방법.
8. 청구항 3에 있어서,
   상기 합금철은 생석회를 더 포함하고,
   상기 플럭스의 투입량은 상기 생석회의 투입량의 10wt% 내지 20wt%인 용융물 정련 방법.
9. 청구항 3에 있어서,
   상기 플럭스는 제강 슬래그로부터 제조되는 용융물 정련 방법.
10. 청구항 3에 있어서,
    상기 플럭스는 전체 중량에 대하여 CaO를 50wt% 내지 56wt% 포함하고, Al₂O₃를 36wt% 내지 44wt% 포함하고, SiO₂를 0 내지 4wt%를 포함하고, 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용융물 정련 방법.
11. 청구항 3에 있어서,
    상기 진정제를 투입하는 과정과 합금철을 투입하는 과정에서,
    상기 용융물의 수소 농도를 8ppm 미만으로 제어하는 용융물 정련 방법.

Images