KR20040093977A - 저탄소강 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로에서 경처리 출강된 용강을 탈가스공정에서 탈가스처리하여 중량%로 0.02~0.04%의 [C] 성분을 함유한 저탄소강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 탈가스공정 개시 후 7~8분경에 탈산효과 및 [Al] 성분보정을 위하여 Al을 용강에 투입하는 단계와, 상기 용강에 [C] 성분을 보정하기 위하여 가탄제를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하므로, 탈가스공정에서의 처리시간을 단축시킬 수 있다.

Description

저탄소강 제조방법{Method for manufacturing the low-carbon steel}

본 발명은 용강을 정련하는 제강공정의 전로공정과 탈가스공정에서 강의 불순물중 하나인 탄소[C]의 함량을 저감시킬 수 있는 저탄소강 제조방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 전로공정과 탈가스공정에서 제조원가를 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 개재물의 생성을 최소화시키면서 탄소함량을 0.02~0.04%로 저감시킬 수 있는 저탄소강 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 철강제품중 저탄소강은 탄소함량이 중량%로 0.02~0.04%인 강종을 의미한다. 이러한 저탄소강을 제조하기 위해서는 전로에서 출강된 용강은 반드시 탈가스공정을 경유하여야 한다. 즉, 탈가스 공정에서 용강의 성분 및 온도는 품질 청정성을 확보하기 위하여 연속주조작업에 적합하도록 미세하게 조정된다.

도 1은 일반적인 저탄소강 제조공정을 순차적으로 나타내는 개략도이다. 즉, 용광로(2)에서 용융된 고온의 용선이 전로(4)에서 정련처리되고, 전로(4)에서 출강된 용강은 RH탈가스 장치(6)에서 성분조정 및 온도조정된 후에 연주기(8)에 공급된다.

전로공정에서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전로 노내에 장입된 용선과 고철에 산소랜스(1)를 통해서 산소를 취입하여 용강을 정련하게 된다. 이때, 용강중에는 약 400~900ppm 정도의 산소가 다량으로 함유하게 된다. 통상, 강중 [C]범위가 0.03%이상인 철강제품에 대해서는 도 2b에 도시된 바와 같이 전로(4)에서 수강래들(4-1)로 용강을 출강하는 작업중에 Al 등의 탈산제를 함유하는 합금철(7)을 투입하여 용강에서 산소를 제거하는 중처리 출강법을 수행한다. 이때, 전로(4)에서용강을 출강하는 과정에서 철강제품의 화학성분을 조정하기 위하여 종점산소에 따른 Al 탈산제와 합금철(7)의 투입량은 하기 표 1에 나타낸다.

[표 1]

종점산소(ppm)	~ 400	500~	600~	700~	비고
Al 투입량(kg)	430	490	540	600	±20
[Al] 성분치	0.030 ~ 0.045%
Fe-Mn[M] 사용량(kg)	350 ~ 500 kg
[Mn] 성분치	0.14 ~ 0.20%

그리고, 전로(4)에서의 정련과정이 끝나면 용강품질의 청정성을 확보하기 위해 용강중 화학성분의 미세조정, 비금속 개재물 분리부상 및 온도 균일화 등의 목적으로 RH탈가스 장치(6)에서 탈가스처리를 수행한다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 수강래들(4-1)의 용강(11)은 진공조 베셀(6-1)과 수강래들(4-1) 사이에서 상승관(6-2)과 하강관(6-3)을 따라 환류되며, 이러한 환류과정을 통해서 용강(11) 중 가스가 제거되고, 비금속 개재물이 분리부상되며, 용강의 성분 및 온도를 균일시킨다. 그리고, 이러한 탈가스공정에서는 용강의 온도를 연속주조작업에 적합한 온도로 조정하기 위해 냉각 및 승온작업을 병행하게 된다.

즉, 종래의 저탄소강 탈가스공정 처리과정을 개략적으로 나타낸 도 4를 참조하면, 탈가스처리 2분경에 전로공정에 보낸 시료의 성분결과가 기준범위에 미치지 못하면 성분조정을 위해 용강에 합금철을 투입한다. 그리고, 측온샘플링을 통해서 용강의 샘플을 채취하여 분석실로 발송한다. 이때, 연속주조작업에 적합한 온도를 맞추기 위해 용강에 대한 승온작업 또는 냉각작업을 병행하게 된다. 이 후에, 분석이 완료된 용강의 성분분석치를 보고 요구되는 성분의 합금철을 용강에 투입하여 용강 내 성분을 미세조정하고 또한 측온샘플링을 통해서 탈가스공정 출발온도를 확인하여 탈가스공정을 종료한다.

한편, 전로 출강후 [C] 성분이 기준범위를 초과하여 탈가스공정에서 강제탈탄을 실시하기 위해서 산소를 취입하는 경우에, 강중 [Al] 성분이 제거되면서 탈탄반응이 일어난다. 결과적으로, 산소사용량이 증가되며 강중 [Al] 성분과 산소의 반응으로 용강온도가 상승되므로 냉각제를 투입하게 된다. 그러나, 강중 [Al] 성분을 조정하기 위해 Al을 투입해야 되므로, 용강 제조시 합금철의 사용량이 많아져 개재물이 증가되고 또한 탈가스공정의 처리작업시간이 지연된다.

즉, 탈가스공정 도착시료의 분석치에서 [C] 성분이 기준범위를 초과한 경우에 탈탄작업 및 합금철 투입에 의해서 탈가스공정의 처리작업시간이 지연된다. 그리고, 탈가스공정 처리시간이 지연되면 연주 연결시간이 부족하게 되어 개재물 부상시간이 부족해져서 용강의 청정도를 저해시킨다.

다시 말해서, 중처리 출강된 용강중 [C] 성분이 기준범위를 초과한 경우에, 탈가스공정에서 0.01~0.02% 정도의 [C] 성분을 제거되는 동안 강중 약 0.03~0.05% 정도의 [Al] 성분도 함께 제거되므로 상대적으로 많은 양, 예를 들어 180~220N㎥ 정도의 산소가 더 취입된다. 그리고, 산소취입중 강중 [Al]과 산소의 반응으로 용강온도가 상승하므로 이를 냉각시키기 위해 냉각제를 1,000~2,000kg 정도 투입한다. 이 후에, 약 150~180kg 정도의 합금철을 투입하여 강중 [Al] 성분을 조정하며, 이때 용강중 비금속 개재물인 알루미나성 불순물이 증가하고 복잡한 강제탈탄작업으로 인한 탈가스처리시간이 길어진다. 그리고, 연주 연결시간이 부족한 관계로 비금속 개재물의 부상시간이 부족해 용강의 품질이 저해되는 문제가 있었다.

본 발명은 상술된 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로 제강공정에서 [C] 0.02~0.04% 함유된 저탄소강 제조시 전로출강후 기준범위의 상한치를 초과한 [C] 성분을 탈가스공정에서 손쉽게 제어하면서 [Mn] 성분보정용 Fe-Mn[H]을 사용하여 용강에 첨가되는 합금철의 투입량을 최소화시켜 개재물생성을 줄일 수 있는 저탄소강 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 강제조공정을 개략적으로 나타낸 도면;

도 2a는 일반적인 전로공정에서 취련작업을 나타내고, 도 2b는 출강작업을 나타낸 도면;

도 3은 탈가스설비의 개략도;

도 4는 종래 탈가스공정의 처리작업도;

도 5는 본 발명에 따른 저탄소강 제조공정의 출강상태를 나타낸 도면;

도 6은 본 발명에 따른 탈가스 공정의 처리작업도;

도 7은 탈가스 공정 처리시간을 비교하여 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 용광로

4 : 전로

6 : RH탈가스 설비

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 전로에서 경처리 출강된 용강을 탈가스공정에서 탈가스처리하여 중량%로 0.02~0.04%의 [C] 성분을 함유한 저탄소강을 제조하는 방법은 상기 탈가스공정 개시 후 7~8분경에 탈산효과 및 [Al] 성분보정을 위하여 Al을 용강에 투입하는 단계와, 상기 용강에 [C] 성분을 보정하기 위하여 가탄제를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

먼저, 본 발명에 따르면, 용광로에서 생산된 용융물은 전로에서 정련처리된다. 전로에서 생산된 용강은 2차정련인 탈가스공정에서 [C]성분을 제어하도록 탈탄처리되고, 탈산효과와 Al 성분보정을 위하여 Al 탈산처리된다. 또한, [C]성분을 제어하기 위하여 가탄제가 투입된다. 한편, 약 6.6~6.7%의 [C]를 함유한 Fe-Mn[H]는 용강의 [Mn]성분을 보정하기 위하여 용강에 투입된다. Fe-Mn[H]의 투입결과, 용강 정련시 발생되는 개재물 생성량을 최소화시키면서 정련처리시간을 단축시킬 수 있다.

즉, 도 8에 나타난 바와 같이 전로취련완료후, 전로(4)의 용강 합금철의 투입없이 수강래들(4-1)로 출강된다. 이러한 용강은 250~450ppm 정도의 [O]성분과 0.07~0.10% 정도의 [Mn]성분을 함유한 상태로 탈가스 설비(6)에 도착한다. 탈가스 설비에서, 용강이 상술된 바와 같이 상승관(6-2)과 하강관(6-3)을 통해 환류되는 동안 탈가스작업이 진행된다. 용강이 환류하는 동안 약 65~75mBar 정도의 진공도가 형성된 진공조, 즉 베셀(6-1)에서 용강에 함유된 성분 [C]과 [O]에 의해 하기 식 1과 같은 탈산반응이 이루어진다.

[C] + [O] = CO(g) ----------------- (1)

도 6에 나타난 바와 같이, 용강(11)이 진공조(6-1)에서 1회 환류되는 싯점, 즉 처리후 2분경에 측온샘플링을 실시한다. 용강(11)의 시료를 채취한 후 온도와 산소를 측정하고, 그 측정치를 기준으로 용강에 대한 승온, 냉각, 과잉산소제거, 강제탈탄용 산소취입 등의 작업이 실시된다. 이때, 산소취입량은 하기 식 2에 의해 결정되고, 승온작업을 위한 Al 투입량은 하기 식 3에 의해 결정된다.

Q(N㎥) = 23 * △[C] ------------------(2)

QAl(kg) = △T * 용강량(t) / 25.72 ------(3)

하기 표 2는 탈가스공정에서 합금철 투입시 용강중 [O]의 반응결과를 나타낸다.

[표 2]

	사용량	산소 증감여부	효과
가탄제	30 kg	60 ppm down	온도 및 산소하강효과
Fe-Mn[H]	100 kg	25 ppm down	온도 및 산소하강효과
Fe-Mn[M]	100 kg	10 ppm down	온도 및 산소하강효과
Al	40kg	100 ppm down	온도상승과 산소하강효과
산소	30	100 ppm up	산소상승효과

표 2에 나타난 바와 같이, 용강의 온도와 [O] 함량이 높은 경우에 가탄제를 사용하면 용강온도와 산소함량을 저감시킨다. 30kg의 가탄제를 투입함으로써, [O]성분을 약 55~65ppm 정도로 제거하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따라서, 약 6.6~6.7%의 [C]성분을 함유하고 있는 Fe-Mn[H]를 용강에 투입하면 투입량 100kg 당 약 20~30ppm 정도의 [O]성분 제거효과가 있다. 특히, 용강에 대한 탈산처리 후에 Fe-Mn[H]를 투입하면 [C]성분 보정효과를 얻을 수 있다. 한편, Fe-Mn[H]는 Fe-Mn[M]에 비하여 상대적으로 저렴하므로, 2차정련의 탈가스공정에서 Fe-Mn[H]를 용강에 투입하는 경우에, 실수율면에서 그리고 비용면에서 양호한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 강중 산소제거 및 온도상승 효과를 얻고자 하는 경우에는 Al을 용강에 투입한다. 그리고, 강중 산소농도가 낮은 경우에 산소를 취입한다. 산소취입이 탈탄반응에 악영향을 미치지 않도록 하기 위하여 탈산전 산소 함유량을 100~200ppm정도로 유지한다.

전로에서 출강된 용강(11내 [C]농도는 약 0.025~0.050% 정도로 유지되고, 탈가스 공정 개시 후 7~8분경은 용강(11)중 [C]과 [O]의 반응이 거의 끝나고 아주 미세하게 탈탄되는 싯점이므로 [C]성분의 편차가 상대적으로 적은 용강을 얻을 수 있다.

이 싯점에서 측온샘플링을 실시하여 강중 [O]성분을 측정하여 과량의 [O]성분이 존재하면 탈산작업을 수행하게 된다. 이 후에, 진공조(6-1)에서 용강(11)를 1분간 환류시킨다. 이때, 강중 [C]성분 및 [Mn]성분을 맞추기 위해 하기 표 3에 나타난 바와 같이 강중 [Mn]성분을 고려해서 약 55~61kg 정도의 가탄제를 투입하거나 또는 가탄재와 함께 Fe-Mn[H]를 투입한다. 결과적으로, 강중 [C]성분과 [Mn]성분을 관리범위내에 안정적으로 유지하게 된다. 그리고, 일정시간의 환류공정이 완료되면, 측온샘플링을 실시하여 연주공정에 적정한 출발온도를 확인하고 탈가스처리를 마친다.

[표 3]

Fe-Mn[H]	[Mn]성분 상승치	가탄재	비 고
225 ±20 kg	0.05% up	43 ±3 kg	[C]성분 0.025~0.033 수준
315 ±20 kg	0.07% up	37 ±3 kg	"
450 ±20 kg	0.10% up	28 ±3 kg	"
540 ±20 kg	0.12% up	22 ±3 kg
미투입	적중	58 ±3 kg	"

이하, 본 발명에 따른 저탄소강 제조방법의 실시예를 설명한다.

전로(4)에서 경처리 출강된 용강(11)(276.1~276.5t)을 이용해서 0.02~0.04%의 [C]성분과 0.15~0.25%의 [Mn]성분을 갖는 저탄소강 제조용 용강을 준비한다. 하기 표 4는 용강제조조건을 나타낸다.

[표 4]

	출강량	종점산소	전로Al량	전로Mn사용량	전로[C]	RH강제탈탄량	RH Al사용량	RH Mn 사용량	RH[C]	RH처리시간	비고
				Fe-Mn[M]				Fe-Mn[H]				Fe-Mn[M]	Fe-Mn[H]
종래	276.2	551	478	482	-	0.041	150	179	120	-	0.032	27	강제탈탄
	276.1	578	505	518	-	0.032	-	46	112	-	0.034	19	일반처리
	276.3	741	567	557	-	0.027	-	44	128	-	0.030	18	"
	276.4	513	432	384	-	0.028		91	128	-	0.032	19	"
발명	276.1	429	-	-	-	0.043		240	-	601	0.033	18	"
	276.1	582	-	-	-	0.050		216	-	601	0.034	17	"
	276.3	730	-	-	-	0.038		232	-	451	0.030	17	"
	276.2	556	-	-	-	0.040		252	-	551	0.028	16	"

용강(11)중 일부에는 종래 실시예에 따라서 전로 출강시 종점산소에 따른 Al탈산이 수행되고 또한 [Mn]성분 보정을 위해 Fe-Mn[M]이 350~500kg 투입된다. 이 후의 탈가스공정에서 강제탈탄처리되고 또한 부족한 성분을 조정하기 위해 합금철이 첨가된다.

나머지 용강(11)에 대해서는 본 발명에 따라서, 전로 출강중 합금철을 투입하지 않고 탈가스공정에서 탈가스처리 후 7~8분경에 [C]성분의 편차가 상대적으로 적은 용강을 얻어 Al탈산처리하고 55~60kg의 가탄재를 투입하여 [C]성분을 안정적으로 얻는다. 한편, Fe-Mn[H]를 Al탈산 전에 용강에 투입하여 용강중 [O]성분 제거효과를 얻는다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, Fe-Mn[H]를 Al탈산 후에 용강에 투입하여 [C]성분 보정효과를 얻으면서 제조원가를 낮춘다.

결과적으로, [C] 0.02~0.04% 범위의 저탄소강을 얻기 위하여 본 발명에 따라서 용강제조작업을 수행하면, 탈가스공정에서 소요되는 처리시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 표 3에 나타난 바와 같이, [C] 0.02~0.04% 범위의 저탄소강을 제조함에있어서, 강제탈탄용 산소 사용량 및 전체Al 사용량과 Mn 사용량 그리고 처리시간이 종래에 비하여 양호하였다.

따라서, 본 발명에 의하여, 제강공정에서 [C] 0.02~0.04%의 저탄소강을 제조할 때, 용강중 [C]농도를 일정하게 제어할 수 있고 또한 용강에 첨가되는 Al량 및 Mn사용량 절감효과를 얻을수 있다. 또한, Fe-Mn[H]를 탈산전에 사용하면 용강중 [C] 제거효과를 얻을 수 있고 탈산후에 사용하면 [C]성분 보정효과는 물론 제조원가 하락효과를 얻을수 있다. 또, 전로공정에서의 용강의 성분분석치가 없을 때는 물론 탈가스공정 도착시료의 불량이 발생하더라도 안정적으로 [C]성분과 [Mn]성분을 범위내에 적중시킬 수 있어 처리시간이 일정하게 된다. 이처럼 용강제조시 산소사용량 및 Al사용량이 줄어들며, Fe-Mn[H]를 전량 사용할 수 있어 용강제조원가가 절감되는 효과가 있고 연속주조 공정전에 개재물 부상시간을 충분히 확보할 수 있어 품질향상에 큰 효과를 얻는다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지를 변경하지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (3)

1. 전로에서 경처리 출강된 용강을 탈가스공정에서 탈가스처리하여 중량%로 0.02~0.04%의 [C] 성분을 함유한 저탄소강을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 탈가스공정 개시 후 7~8분경에 탈산효과 및 [Al] 성분보정을 위하여 Al을 용강에 투입하는 단계와,

   상기 용강에 [C] 성분을 보정하기 위하여 가탄제를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저탄소강 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가탄제는 6.6~6.7 중량%의 [C]를 함유하고 있는 Fe-Mn[H]와 함께 투입되는 것을 특징으로 하는 저탄소강 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 Al을 투입하기 전에 6.6~6.7 중량%의 [C]를 함유하고 있는 Fe-Mn[H]를 상기 용강에 투입하는 것을 특징으로 하는 저탄소강 제조방법.