KR20000039140A - 인성분을 함유한 무방향성 전기강의 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인(P)성분을 함유한 무방향성 전기강강의 정련방법에 관한 것으로, 그 목적은 전로 취련종점에서의 용강온도를 하향화함에 따라 소재의 제조원가를 절감시키고 용강품질을 향상시킬 수 있는 정련방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 전로에서 용강을 정련하고 이 용강을 진공탈가스설비의 진공조로 환류하면서 탈탄 및 탈산처리하여 C:0.008%이하, P:0.020%이상을 함유하는 무방향성 전기강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 전로 취련종점에서의 용강온도를 1640-1660℃로 하고, 탄소(C)함량을 0.07-0.11%로 하여 출강하는 단계;와 상기 용강의 환류개시후 7분이내에 산소상취를 개시하여 탄소를 탈탄하는 단계;를 포함하여 이루어지는 인성분을 함유한 무방향성 전기강의 정련방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

본 발명에 따라 무방향성 전기강판을 정련하면 전로 취련종점에서 슬래그(Slag)중 산화철 함량은 종래 방법 대비 9%하향됨으로써 전로 취련중 용강회수율이 향상되며, 취련종료시점에서의 인(P)함량이 높아져 목표로 하는 용강의 인(P)성분을 맞추기 위해 추가로 투입되는 인(P)의 투입량을 절감 시킬 수 있다.

Description

인성분을 함유한 무방향성 전기강의 정련방법

본 발명은 인(P)성분을 함유한 무방향성 전기강강의 정련방법에 관한 것으로, 상세하게는 전로 취련종점에서의 용강온도를 하향화함에 따라 소재의 제조원가를 절감시키고 용강품질을 향상시킬 수 있는 정련방법에 관한 것이다.

모터 및 변압기 등 전기기기의 철심재료로 사용되는 무방향성 전기강판에는 기계적강도를 확보하기 위해 인(P)성분이 대개 0.02%이상 함유되고 있다. 이러한 무방향성 전기강의 정련방법은, 전로의 취련종료시점에서 탄소성분을 0.035%, 인을 0.020%이하로 하고 온도는 1680℃이상으로 하여 출강한 다음, 진공탈가스 설비에서 감압하에서 용강을 환류시켜 용강중의 탄소를 진공중에서 일산화탄소(CO)로 만들어 제거하고, 이어 실리콘(Si), 인(P)등을 첨가하여 용강중의 산소제거와 성분조정을 실시한 뒤, 연속주조공정으로 공급하고 있다.

상기 기존의 무방향성 전기강의 정련방법에서는 소재 제조원가의 상승과 품질을 열화시키는 2가지의 문제점을 안고 있다.

첫 번째는, 용강을 전로에서 1차정련하고 이어 진공탈가스공정에서 용강중의 탄소(C)성분을 제거해야 하기 때문에, 전로에서는 용강의 진공탈가스 처리시 떨어지는 용강온도 부족분을 보상키 위해 취련 종료시점에의 용강온도를 1680℃이상의 고온으로 유지하여야 한다. 이를 위해 전로에서 용강중에 산소를 취입하여 용강중에 함유한 C, Si, Mn, P과 철(Fe)을 산소와 반응시켜 그 산화열로 용강온도를 올리게 된다. 그러나, 이러한 망간(Mn), 인(P)과 같이 소재에 필요한 유가성분이 상당량 산화 제거되기 때문에 출강후 소재의 목표 성분 관리범위내 필요한 양만큼 망간(Mn), 인(P)등의 합금철을 추가적으로 투입해야 하기 때문에 제조원가가 상승되는 문제와 철(Fe)이 산화철(FeO)로 산화제거되기 때문에 용강의 회수율이 하락하는 문제가 있다.

두 번째로, 전로에서 용강의 취련중 생성된 산화철(FeO)은 산소와의 결합력이 약하여 산소친화력이 높은 원소(Al, Si등)가 있으면 용강중으로 산소를 공급하는 산소공급원으로 작용하여 용강중에 산화규소(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃)등의 유해 산화성 개재물을 생성시키는 원인이 되어 용강청정성을 저하시키는 역할을 한다. 이러한 산화철은 출강 후에도 용강상부의 슬래그(Slag)층에 존재하여, 용강 탈산후에 지속적으로 용강중에 산소를 공급함으로써 용강중에 산화물을 생성시켜 용강청정성을 저하시키는 원인이 되고 있다.

이러한 문제점들이 무방향성 전기강의 정련분야에서 계속 지적되고 있으나, 전로의 취련종점에서 용강의 온도를 하향화할 수 있는 방법이 제시되지 못해 정련기술이 답보상태에 놓여있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기의 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전로 취련종료시점에서의 용강온도를 하향화할 수 있도록 하여 유가성분의 추가적인 투입량을 줄이고 용강청정성을 확보할 수 있는 정련방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 전로 취련종점에서의 탄소함량에 따른 진공탈탄처리중의 온도변화를

나타내는 그래프

도 2는 전로 취련종점에서의 탄소함량에 따른 진공탈탄에 걸리는 시간의 변화를

나타내는 그래프

도 3은 산소상취시점에 따른 용강의 온도하락경향을 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정련방법은,

전로에서 취련종료시점에서의 용강온도를 1640-1660℃로 하고, 탄소(C)함량을 0.07-0.11%로 하여 출강하는 단계;와, 이 용강을 진공탈가스설비의 진공조로 환류개시후 7분이내에 산소상취를 개시하여 탄소를 탈탄하는 단계;를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 진공탈가스공정에서 탈탄반응에 의해 생기는 일산화탄소(CO)를 다시 산소상취로 이산화탄소로 만들어 용강의 온도를 상승시킴으로서 전로에서 취련종료시점에서 용강의 온도를 하향시키는데, 그 특징이 있다. 이를 전로에서의 정련공정과 진공탈가스에서의 정련공정으로 나누어 설명한다.

[전로에서의 정련공정]

전로에서의 정련은, 취련 종료시점에서의 용강온도와 용강중 탄소함량을 관리하는 것이 필요하다. 먼저, 취련 종료시점에서의 용강온도는 하향화하는데, 구체적으로 1640-1660℃로 관리한다. 이는 온도가 1640℃ 보다 낮을 경우 진공탈가스 설비에서 인위적으로 용강온도를 추가적으로 올리는 작업이 필요하게 되어 원가상승 및 용강품질저하의 원인이 되고, 1660℃이상이 될 경우는 오히려 냉각제를 투입해야 하는 문제가 생기기 때문이다. 이와 같이 온도를 관리하면 용강온도의 저온화에 따라 노체 내화물의 수명을 향상시키는 효과가 있다.

전로 취련종점에서의 용강중 탄소(C)함량은 0.07-0.11%로 상향화하는 것이 필요하다. 이는 용강중 탄소(C)함량이 0.07%이하일 경우는 진공탈탄처리중 일산화탄소(CO)발생량이 적어 후술하는 진공탈탄소처리중 산소상취시 진공조내에서 이산화탄소(CO₂)의 반응생성열이 적어져 용강온도 보상효과가 적어지기 때문에 전로 종점에서의 용강온도를 더 올려야 하고, 용강중 탄소(C)함량이 0.11%이상일 경우는 용강탄소의 성분목표(탄소함량:0.008%이하)로 관리하는데 탈탄작업시간이 길어져 작업성 및 원가 측면에서 불리해지기 때문이다. 또 다른 이유는, 취련종료시점에의 탄소함량을 기존의 질량%로 0.035%대비 대략 0.09%로 상향함에 따라, 용강중으로의 산소취입을 적게할 수 있으며, 이로 인해 전로취련시 용강중의 유가성분인 인(P)성분의 산화제거량이 적어져, 출강후 추가적으로 투입해야하는 인(P)의 투입량이 적어져 합금철 저감효과가 있으며, 또한 철(Fe)의 산화제거량이 적어져 용강회수율이 상승하는 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

[진공탈가스공정]

상기와 같이 전로에서 1차정련한 다음, 용강을 진공탈가스설비의 진공조로 환류하면서 탈탄하는데, 본 발명은 상취랜스로 산소를 추가로 공급하여 효과적으로 일산화탄소를 이산화탄소로 만들어 상향화되어 있는 탄소를 제거하면서 용강온도의 하락을 막는다. 즉, 전로 취련종료시점에서의 용강중 [C]함량을 0.07-0.11%로 할 경우 용강중에 평형하는 용존산소량은 300ppm이하로, 진공탈가스 설비에서 탈탄작업을 할 때 용강중의 탄소성분을 일산화탄소(CO)만들어 제거하는데 필요한 산소가 부족하기 때문에 부족분의 산소를 공급하는 것이 필요하고 또한, 탄소와 산소의 반응 계면적을 확대시켜 탈탄제거능을 향상시키기 위함이다.

좀 더 자세하게 설명하면, 기존의 진공탈가스설비에서의 용강중 탈탄작업은, 용강중에 탄소(C)가 약 0.035%함유되므로 산소가 약 400ppm이상 함유하게 되어 이 용강을 진공조내에서 약 0.01기압이하의 저진공에서 용강을 빠른 속도로 교반시키면 용강중의 탄소는 식 1과 같이 제거된다.

C + O = CO_(g)

이에 반해 본 발명에서는 전로 취련종점에서의 탄소(C)를 약 0.09%로 하고, 이 용강을 환류하면서 환류개시후 7분이내에 진공조의 상부로부터 산소를 취입을 개시함으로써 상기 화학식(1)과 같이 용강중의 일산화탄소 반응을 촉진시키고, 이때 발생하는 용강으로부터 발생하는 일산화탄소(CO)는 배기되기전 상취랜스에 의해 공급되는 산소와 진공조 내부에서 식2와 같이 이산화탄소로 변화면서 발열반응을 한다.

CO+O=CO_2(g)ΔH=-1531kcal/mol

이때 발생하는 반응열로 탈탄처리중의 용강온도 하락량이 저감되며, 이는 전로 취련종료시점에서의 용존탄소(C)함량에 따라 다소의 차이가 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 취련 종료시점에서의 용존탄소가 0.09%일 경우 용강온도 하략량은 약 25℃이상 저감시킬 수가 있다. 이와 같이 진공탈탄소 처리중에 용강의 온도 하락량을 약 25℃이상 저감 시킬 수 있기 때문에 전로 취련종료시점에서의 용강온도를 약 25℃이상 하향화 할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

중량%로 C:0.008%이하, Si:0.40%이상, P:0.02%이상 함유하고 기타 원소를 함유하는 무방향성 전기강판을 제조하기 위해 330톤 용강을 정련하기 위한 종래의 정련방법과 본 발명의 정련방법을 아래 표 1에 나타내었고, 이러한 양 정련방법에 있어 조업조건에 따른 결과를 분석하고 그 결과를 도 1, 2, 3에 나타내었다.

구분	전로취련종점	진공탈탄조업시 산소상취조업	비고
	온도(℃)			탄소함량(%)
종래의 방법	1680	0.035	미실시
본 발명의 방법	1650	0.090	실시

(1) 이러한 정련방법에 있어, 전로 취련종점에서의 용강탄소 함량에 따른 진공 탈탄처리중 온도 하락관계가 도 1에 나타나 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 정련방법에서는 용강의 온도하락 속도가 분당 -1.62℃이었으나, 본 발명에 따라 전로 취련종료시점에서 탄소함량을 0.07-0.11%범위로 관리하고, 산소 상취조업에 의한 진공탈탄처리하는 경우 분당 약 -0.23℃로 25℃이상의 용강온도 하락분을 보상할 수 있었다.

(2) 다음으로 전로 취련종료시점에서 탄소함량에 따른 진공탈탄소처리시 탈탄작업에 걸리는 시간과의 관계를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 알 수 있듯이, 용강중 탄소함량이 0.11%범위 까지는 용강의 탈탄작업에 걸리는 시간이 종래의 정련방법에 걸리는 시간과 유사하나 0.011%를 넘어 갈 때는 탈탄작업에 걸리는 시간이 연장됨을 알 수 있다.

(3) 다음으로 산소상취 시점에 따른 탈탄처리중 용강의 온도 하락경향을 도 3에 나타내었다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 용강의 탈탄작업중 산소상취 취입개시 시점이 늦을수록 용강중에서의 일산화탄소 발생량이 적어지고, 이에 따라 산소상취에 의한 이산화탄소 생성열이 적어져 그만큼 탈탄처리중 용강의 온도하락량이 증가되는 것으로 나타났다.

(4) 상기와 같은 정련조업에서 얻어진 조업결과를 아래 표 2에 나타내었다.

구분	전로 취련종점	비고
	슬래그(Slag)중산화철(주로 FeO)함량%		용강중 인함량(%)
종래의 방법	27	0.018
본 발명의 방법	18	0.030

표 2에서와 같이 전로 취련종점에서 슬래그(Slag)중 산화철 함량은 종래방법 대비 9%하향됨으로써 전로 취련중 용강회수율이 향상되는 것을 알 수 있으며, 취련종료시점에서의 인(P)함량이 높아져 목표로 하는 용강의 인(P)성분을 맞추기 위해 추가로 투입되는 인(P)의 투입량을 절감 시킬수 있음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전로 취련종료시점에서의 용강온도를 상당히 하향화할 수 있음에 따라 전로 노체 내화물의 수명향상이 가능하고, 슬래그중 산화철의 생성저감을 통한 용강회수율의 향상과 용강품질을 향상시킬수 있었으며, 또한 합금철 투입량 저감을 통한 제조원가 절감이 가능하다. 또한, 진공탈탄공정에서는 탈탄처리중 용강온도 하락량이 적어져 작업성의 향상과 산소상취 조업중 이산화탄소의 생성열에 의해 진공조내 지금부착을 저감시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전로에서 용강을 정련하고 이 용강을 진공탈가스설비의 진공조로 환류하면서 탈탄 및 탈산처리하여 C:0.008%이하, P:0.020%이상을 함유하는 무방향성 전기강을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 전로 취련종료시점에서의 용강온도를 1640-1660℃로 하고, 탄소(C)함량을 0.07-0.11%로 하여 출강하는 단계;

   상기 용강의 환류개시후 7분이내에 산소상취를 개시하여 탄소를 탈탄하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 인성분을 함유한 무방향성 전기강의 정련방법.