KR20130002494A - Ｒｈ공정에서의 수소 농도 저감 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 환류식 탈가스 장비의 진공조 내부 압력을 설정된 진공도로 조절하여 용강을 래들과 진공조 내부에서 환류시키는 단계와, 상기 진공조 내부가 설정된 진공도에 도달하면 상기 진공조 상부에서 탑 랜스(Top Lance)를 하강하여 상기 진공조 내부 용강 상부에 위치시키는 단계와, 상기 하강된 탑 랜스를 통하여 상기 용강의 표면에 분사가스를 취입하여 상기 용강의 반응 표면적을 넓혀 탈수소를 수행하는 단계를 포함하는 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법에 관한 것이다.

Description

ＲＨ공정에서의 수소 농도 저감 방법{METHOD FOR DECREASING OF HYDROGEN CONCENTRATION ON RH PROCESS}

본 발명은 환류식 진공 탈가스(RH) 공정에서 용강 내에 포함되어 있는 수소 농도를 감소시킬 수 있는 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법에 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 및 환류식 탈가스 장비를 이용하여 용강 내 탄소, 질소, 산소, 수소 등을 제거한다.

본 발명의 목적은, 환류식 진공 탈가스 공정에서 용강의 탈수소 효율을 향상시켜 극저수소 용강을 제조할 수 있도록 하는 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법은, 환류식 탈가스 장비의 진공조 내부 압력을 설정된 진공도로 조절하여 용강을 래들과 진공조 내부에서 환류시키는 단계와, 상기 진공조 내부가 설정된 진공도에 도달하면 상기 진공조 상부에서 탑 랜스(Top Lance)를 하강하여 상기 진공조 내부 용강 상부에 위치시키는 단계와, 상기 하강된 탑 랜스를 통하여 상기 용강의 표면에 분사가스를 취입하여 상기 용강의 반응 표면적을 넓혀 탈수소를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 탈수소를 수행하는 단계에서, 상기 분사가스의 유량은 20~50Nm³/min인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 분사가스는 아르곤 가스인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 설정된 진공도는 15torr 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법에 의하면, 환류식 탈가스 공정에서 간단한 방법으로 용강의 탈수소 효율을 향상시켜 극저수소 용강을 제조할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 수소 농도 저감 방법을 순서에 따라 그림으로 나타낸 모식도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

일반적으로 용강 내 수소를 극저 수준으로 제거하여 제조된 극저수소강은 극한의 환경에서도 견딜 수 있는 고품질 강으로서, 주로 선박용 후판, 송유관용 후판, 철도 차량의 레일 등의 제조에 사용된다. 강 중의 수소 성분은 여러 가지 나쁜 영향을 미친다. 구체적으로 강중 수소 성분은 연속주조를 행할 때 몰드 플럭스의 점도를 저하시켜 구속성 주편터짐(break-out)을 일으킬 수 있음은 물론 주편 표면에 핀홀(pin hole)을 발생시켜 제품의 품질에 악영향을 주며, 주편 내부에 균열을 발생시키기도 한다. 또한, 강 중에 잔류하는 수소는 수소취성, 수소플레이크를 일으켜 최종 제품의 품질 저하의 원인이 된다.

그러나 제강 공정 중 용해와 정련은 주로 대기 중에서 이루어지기 때문에 용강 중에 산소, 수소, 질소 등 가스 성분이 다량 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 극저수소강을 제조하기 위해서는 용강 중에 포함되어 있는 수소 농도를 저감하는 것이 필요하다. 그러므로 극저수소강을 제조하기 위해서는 탈가스 정련을 반드시 수행하여 용강 내 탈수소 반응을 극대화하여야 한다. 그러나 용강 중 수소의 농도가 일정 수준 이하로 내려가면 탈수소 반응이 급격히 저하되어 극저 수준에 도달하기는 매우 어려울 뿐 아니라, 처리 시간이 길어지기 때문에 용강의 온도 하강을 고려하여 단시간에 탈수소 반응을 효율적으로 수행할 필요가 있다.

용강의 탈가스를 수행하기 위하여 전로에서 출강된 용강을 래들에서 수강하여 환류식 탈가스 장비로 이동시킨다. 환류식 탈가스 장비(RH)는 용강(M)을 수강한 래들(10)의 상부에서 용강 내 가스를 제거하는 장치이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법을 순서에 따라 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 수소 농도 저감 방법을 순서에 따라 그림으로 나타낸 모식도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 래들이 환류식 탈가스 장비로 이동되면 환류식 탈가스 장비의 진공조 내부 압력을 설정된 진공도로 조절한다(S10). 래들(10) 내에 수용된 용강(M)에는 침적관(20)이 침지되며, 침적관은 상승관(20a)과 하강관(20b)으로 이루어져있다. 용강(M)은 상승관(20a)을 따라 진공조(30) 내로 유입되며, 진공조(30) 내에서 용강(M)이 환류되면서 탈가스 처리된 후 하강관(20b)을 통하여 래들(10)로 돌아오게 된다. 이와 같은 침적관(20)을 통한 용강(M)의 환류는 상승관(20a)에 연결된 노즐(50)을 통해 환류가스를 불어넣는 방식으로 이루어진다. 환류가스는 아르곤 가스가 사용되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 환류식 탈가스 장비에서 진공조(30) 내부를 설정된 진공도로 조절한 후 용강(M)을 환류하여 탈가스를 실시하는 것이 바람직하다. 이때 진공조(30) 내부의 진공도는 15torr이하인 것이 바람직하다. 15torr를 초과하는 경우 진공도가 높기때문에 탈가스 반응이 원활히 이루어지지 않을 수 있다.

진공조(30) 내부의 진공도가 15torr이하가 되면 진공조(30) 상부에서 탑랜스(Top Lance, 40)를 하강시켜 진공조(30) 내의 용강(M) 상부에 위치시킨다(S20). 이때 탑랜스(40)는 용강(M)과 맞닿지 않고 용강(M) 상단부와 소정의 높이를 가지고 이격되어 위치된다. 탑랜스(40)는 내부로 가스가 이동되는 통로가 구비되어 있어 외부에서 유입되는 가스를 분사할 수 있는 것이다.

도 2에 도시한, 노즐(50)을 통하여 환류가스를 불어넣으면 상승관(20a)을 통해 진공조(30) 내로 용강(M)이 유입되고 진공조(30) 내에서 탈가스 공정이 수행된 용강(M)은 다시 하강관(20b)을 통해 래들로 내려가게 된다. 이와 같이 진공조(30) 내에서 용강(M)이 환류되면 탑랜스(40)를 통해 용강(M)의 상부 표면에 분사가스를 취입한다(S30). 분사가스는 아르곤 가스인 것이 바람직하다. 이는 불활성 가스로서 용강(M)의 산화를 일으키지 않고 용강(M) 내 타 원소와 반응을 일으키지 않으면서 용강(M) 상부 표면에 와동(cavity)을 발생시켜 탈가스가 이루어지는 표면적을 넓혀주는 역할을 할 수 있다. 전술한 바와 같이 용강(M) 내 수소가 일정한 농도에 다다르면 그 이하로 수소 농도를 떨어뜨리는 것은 매우 어려운 일이며, 이러한 수소 농도 저감 효율을 향상시키기 위해서는 용강(M)에서 탈가스 반응이 일어날 수 있는 반응 표면적을 넓혀주는 것이 필요하다. 본 발명과 같이 탑랜스(40)를 통하여 아르곤 가스를 진공조(30) 내부의 용강(M) 표면에 분사시켜주면 용강(M) 표면에 울렁거림과 미세 와동을 발생시켜 반응 표면적을 넓혀줄 수 있다.

이때 용강(M) 표면에 분사되는 분사가스의 유량은 20~50Nm³/min인 것이 바람직하다. 분사가스의 유량이 20Nm³/min 미만인 경우 용강(M) 와동 발생이 미미하여 결과적으로 용강(M)의 탈수소 반응에 미치는 영향이 거의 없을 수 있으며, 분사가스의 유량이 50Nm³/min 를 초과하면 분사가스의 압력이 너무 강하여 진공조(30) 내의 내화물 등 장비의 파손을 일으킬 수 있으며 공정 동안 용강(M)이 진공조(30) 내부 벽면에 튀는 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

진공조(30) 내에서 탈가스 공정을 수행하는 시간은 10분 이상일 수 있다. 탈가스 효율을 감안하여 바람직하게는 15분 이상 수행하는 것이 좋다. 물론 이러한 탈가스 공정 수행 시간은 용강(M) 내 최종 수소 농도 목표치에 따라 조절되는 것이 가능하다.

표 1에 본 발명의 실시예에 따른 용강 내 수소 농도 저감에 의한 결과를 나타냈다.

구분	처리 시간 (분)	최저 진공도 (torr)	탑랜스를 통한 분사가스 취입여부	분사가스 유량 (Nm3/min)	용강 내 최종 수소 농도 (ppm)
실시예1	15	0.8	O	50	0.9
실시예2	15	0.9	O	40	1.1
실시예3	15	0.8	O	20	1.3
비교예1	15	0.9	X	0	2.8
비교예2	15	0.7	O	15	2.6

표 1의 실시예1 내지 실시예 3은 본 발명의 실시예에 따라 용강 내 수소를 저감하기 위하여 환류 탈가스 장비에서 탑랜스(40)를 통해 용강 상부 표면에 분사가스로 아르곤을 분사한 것이다. 이때 분사가스의 유량을 변화시켜 탈수소 정련 후 용강 내 수소 농도를 측정한 결과를 나타냈다. 또한, 비교예 1은 탑랜스를 통한 분사가스 취입을 하지 않고 탈수소 정련 후 용강 내 수소 농도를 측정한 결과이며, 비교예 2는 탑랜스를 통해 취입한 분사가스 유량이 15Nm³/min 인 경우 탈수소 정련 후 용강 내 수소 농도를 측정한 결과이다. 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 내지 비교예 2는 모두 진공조 내의 최저 진공도가 0.7~0.9torr인 경우이며 이는 모두 오차범위 내에 있는 값이다.

표 1의 결과를 보면 탑랜스를 통해 취입한 분사가스의 유량이 20~50Nm³/min인 경우는 탈가스 공정 이후 용강 내 최종 수소 농도가 1.3~0.9ppm으로 측정되었다. 전술한 바와 같이, 용강 내 수소 농도를 2ppm이하로 낮추는 공정은 매우 어려운데 실시예 1 내지 실시예 3의 결과는 용강 내 최종 수소 농도가 2ppm이하이므로 용강 내 수소가 극저농도로 저감 되었음을 확인할 수 있다.

이러한 결과와 대비하여 비교예 1은 분사가스를 취입하지 않고 탈가스 공정을 수행하였는데 용강 내 최종 수소 농도가 2.8ppm으로 2ppm을 초과하는 것으로 나타났다. 또한, 비교예 2는 분사가스를 취입하였으나, 그 유량이 15Nm³/min인 경우로서 용강 내 최종 수소 농도가 2.3ppm으로 2ppm을 초과하는 것으로 나타났다. 그러므로 탑랜스를 통하여 용강 상부 표면에 분사가스를 20~50Nm³/min 취입하면서 탈가스 공정을 수행하는 경우 최종적으로 얻어지는 용강 내 수소 농도가 2ppm이하로 저감되면서 우수한 극저수소강용 용강이 제조되는 것을 확인할 수 있다.

상기와 같은 RH공정에서의 수소 농도 저감 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10 : 래들 20 : 침적관
20a: 상승관 20b: 하강관
30 : 진공조 40 : 탑랜스
50 : 노즐

Claims (4)

1. 환류식 탈가스 장비의 진공조 내부 압력을 설정된 진공도로 조절하여 용강을 래들과 진공조 내부에서 환류시키는 단계;
   상기 진공조 내부가 설정된 진공도에 도달하면 상기 진공조 상부에서 탑 랜스(Top Lance)를 하강하여 상기 진공조 내부 용강 상부에 위치시키는 단계; 및
   상기 하강된 탑 랜스를 통하여 상기 용강의 표면에 분사가스를 취입하여 상기 용강의 반응 표면적을 넓혀 탈수소를 수행하는 단계; 를 포함하는, RH 공정에서의 수소 농도 저감 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 탈수소를 수행하는 단계에서,
   상기 분사가스의 유량은 20~50Nm³/min인 것을 특징으로 하는, RH공정에서의 수소 농도 저감 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분사가스는 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는, RH공정에서의 수소 농도 저감 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 설정된 진공도는 15torr 이하인 것을 특징으로 하는, RH공정에서의 수소 농도 저감 방법.

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