KR20130034249A - 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법 - Google Patents

극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공분위기에서 환류가스 유량과 진공도 조절로 탈탄처리를 수행하는 단계, 상기 용강 내에 망간계 금속화합물과 실리콘계 금속화합물이 혼합된 첨가제를 투입시키는 단계, 상기 용강 내에 남아있는 산소 성분을 제거하기 위하여 탈산제를 투입시키는 단계, 및 상기 용강에 투입된 첨가제와 탈산제가 반응하여 복합산화물로 형성되고, 상기 복합산화물이 상기 용강 상부로 부상되는 단계를 포함하는 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법을 제공한다.

Description

극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법{RH REFINING METHOD FOR MANUFACTURING ULTRA-LOW-CARBON STEEL}
본 발명은 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용강 내 미세 성분 조정에 있어서, 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법에 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.
특히, 이와 같은 탈가스 공정을 통하여 탄소함량이 약 50ppm이하로 조정된 극저탄소강은 일반 냉연강판으로부터 전기강판 및 고장력강 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
관련된 선행기술로는 한국 특허공개 제2001-0112884호(공개일; 2001.12.22)가 있다.
본 발명은 진공 순환탈가스 정련 처리시 용강 내 생생되는 탈산개재물을 최소화하여 용강 청정도를 향상시킬 수 있는 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법은, 진공분위기에서 환류가스 유량과 진공도 조절로 탈탄처리를 수행하는 단계, 상기 용강 내에 망간계 금속화합물과 실리콘계 금속화합물이 혼합된 첨가제를 투입시키는 단계, 상기 용강 내에 남아있는 산소 성분을 제거하기 위하여 탈산제를 투입시키는 단계, 및 상기 용강에 투입된 첨가제와 탈산제가 반응하여 복합산화물로 형성되고, 상기 복합산화물이 상기 용강 상부로 부상되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 용강 양을 기준으로 망간계 금속화합물 0.6 내지 0.95 kg/ton와 실리콘계 금속화합물 0.2 내지 0.3 kg/ton이 혼합된 혼합물일 수 있다.
상기 망간계 금속화합물은 망간(Mn), 페로망간(Mn-Fe), 메탈망간(Mn-metal)중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 실리콘계 금속화합물은 실리콘(Si), 페로실리콘(Fe-Si), 메탈실리콘(Si-metal) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 탈산제는 알루미늄 또는 알루미늄계 화합물일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법에 따르면, 용강 내의 탈산개재물 및 복합산화물 등을 부상분리시켜 효과적으로 제거하여 용강의 청정도를 상승시키는 효과가 있다.
동시에, 본 발명은 진공 순환탈가스 장치 내벽의 지금 부착량을 감소시키고 환류가스노즐 막힘 현상을 감소시켜 진공 순환탈가스 장비 내화물의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법을 나타내기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 진공 순환탈가스 장치의 구성을 나타내기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일·유사한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 극저탄소강의 정련방법은 진공 순환탈가스 장치(RH)를 이용하여 용강을 진공 정련하는 것으로서, 구체적으로는 환류가스 유량과 진공도를 조절하여 용강 내의 미세 성분을 조정하는 것이다.
진공 순환탈가스 장치(RH)는 용강 내 탈산개재물 및 복합산화물의 제거 속도를 향상시키기 위하여 용강환류량을 최대로 하게 되는데, 이는 진공조 내벽에 지금 부착량을 증가시켜 진공 순환탈가스 장치(RH) 내화물의 수명을 단축시키게 된다. 이를 방지하기 위해, 용강 내 탈산개재물 및 복합산화물의 분리 및 제거를 용이하게 하고 용강의 청정도를 유지하는 것이 중요하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법을 나타내기 위한 순서도이다.
본 순서도를 참조하면, 진공 순환탈가스 정련방법은 탈탄처리를 수행하는 단계(S1), 상기 용강 내에 첨가제를 투입시키는 단계(S2), 상기 용강 내에 탈산제를 투입시키는 단계(S3), 및 산화된 첨가제 및 탈산제가 반응하여 복합산화물을 형성시키고 부상되는 단계(S4)를 포함할 수 있다.
상기 탈탄처리를 수행하는 단계(S1)는 도 2에서 보듯이, 노즐(26)을 통하여 진공 순환탈가스 장치(20) 내부로 환류가스를 유입시키고, 환류관(25)을 순환하도록 용강을 환류시켜 균일화시키면서 용강 내의 탄소(C)와 산소(O)를 반응시켜 산화탄소가스(CO 또는 CO2) 상태로 만들어 배기구(23)를 통하여 제거시키는 단계이다. 이 때, 환류가스로는 아르곤가스(Ar)가 주로 사용된다.
환류가스 유량과 진공도는 용강환류량에 영향을 미치며, 일반적으로 환류가스 유량이 많아지면 용강환류량이 높아지면서 탈탄반응이 촉진된다.
또한, 탈탄처리가 종료된 이후에는 용강 내 용존 산소량을 측정하고, 측정된 용강 내 산소를 제거시키기 위하여 탈산처리를 수행한다.
상기 용강 내에 첨가제를 투입시키는 단계(S2)는 탈탄처리가 종료되고 탈산처리가 시작되기 이전에 수행된다. 첨가제는 합금철투입구(22: 도 2)를 통해 진공 순환탈가스 장치(20) 내 용강으로 투입된다.
첨가제는 망간계 금속화합물과 실리콘계 금속화합물이 혼합된 혼합물로서, 구체적으로는 정련시키는 용강 양을 기준으로 망간계 금속화합물 0.6 내지 0.95 kg/ton와 실리콘계 금속화합물 0.2 내지 0.3 kg/ton이 혼합되어 있는 것이다. 또한, 첨가제로서 혼합되는 망간계 금속화합물은 망간(Mn), 페로망간(Mn-Fe), 메탈망간(Mn-metal)중 적어도 하나 이상을 포함하고, 실리콘계 금속화합물은 실리콘(Si), 페로실리콘(Fe-Si), 메탈실리콘(Si-metal) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
첨가제로서 혼합된 망간계 금속화합물이 0.6kg/ton 미만이거나 실리콘계 금속화합물이 0.2kg/ton미만인 경우, 탈산처리 시 생성되는 Al2O3와 복합산화물을 생성시키는 정도가 미비하여 첨가제의 투입 의의가 저하될 수 있다. 또한, 첨가제로서 혼합된 망간계 금속화합물이 0.95kg/ton 초과이거나 실리콘계 금속화합물이 0.3kg/ton초과인 경우, 탈산처리 시 생성되는 Al2O3와 복합산화물을 생성시키고 남은 첨가제 성분이 용강의 최종 성분에 영향을 미치게 되어 수득하고자 하는 용강의 조성을 맞추기 위하여 추가적인 공정이 더 요구될 수 있다.
또한, 용강 내에 첨가제를 투입시키는 단계(S2)는 첨가제가 용강 내의 산소와 반응하여 산화되는 단계를 더 포함한다.
즉, 망간계 금속화합물과 실리콘계 금속화합물이 혼합된 첨가제가 전체 용강 양에 비하여 미량 투입되고, 투입된 첨가제가 용강 내의 산소와 반응하여 산화되면서 망간산화물(MnO)과 실리콘산화물(SiO2)을 소량 생성시키게 되는 것이다.
용강 내에 탈산제를 투입시키는 단계(S3)는 첨가제의 투입 후에 용강 내에 남아있는 산소 성분을 제거하기 위하여 탈산제를 투입시키는 것이다. 탈산제는 첨과제와 같이 합금철투입구(22: 도 2)를 통해 진공 순환탈가스 장치(20) 내 용강으로 투입된다. 탈산제로는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄계 화합물이 사용된다.
탈산제의 투입량은 이전 수행된 탈탄처리를 수행하는 단계(S1)의 완료 이후에 측정된 용강 내의 용존 산소량을 기준으로 결정되는데, 일반적으로 400ppm 내지 450ppm 정도의 용존 산소량이 측정되고 이에 따라 440 내지 500kg/ton의 알루미늄(Al) 탈산제가 투입된다. 상기된 투입량은 일반적으로 실시되는 예를 보여주기 위한 것이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 용강 내에 탈산제를 투입시키는 단계(S3)는 탈산제가 용강 내의 산소와 반응하여 산화되는 단계를 더 포함한다.
즉, 알루미늄 탈산제가 일정량 투입되고, 투입된 탈산제가 용강 내의 산소와 반응하여 산화되면서 산화알루미늄(Al2O3; 알루미나)이 생성되어 용강 내 용존 산소량을 감소시키게 되는 것이다.
일반적으로 탈산제를 투입하여 생성된 산화알루미늄은 탈산개재물이라고도 하며, 이와 같은 탈산개재물은 진공 순환탈가스 장치(20)의 진공조(21) 내벽에 지금으로 부착되어, 용강의 청정도를 저하시키거나 진공 순환탈가스 장치(20) 내화물의 수명을 단축시키는 원인 물질이 된다.
그러나, 본 발명에서는 용강 내에 첨가제를 투입시키는 단계(S2)와 용강 내에 탈산제를 투입시키는 단계(S3)를 순차적으로 수행시킴으로써, 첨가제와 탈산제가 산화된 후 복합산화물을 형성시키고 부상되는 단계(S4)를 거치게 된다.
구체적으로, 복합산화물이 부상되는 용강 상부로 부상되는 단계(S4)는 이전 단계(S2, S3)를 통하여 상기 용강에 투입되어 산화된 첨가제와 탈산제가 반응하여, 복합산화물이 형성되고 용강 상부로 부상되면서 제거가 용이한 상태로 되는 것이다.
복합산화물은 첨가제가 산화되어 생성된 망간산화물(MnO) 및 실리콘산화물(SiO2)과 탈산제가 산화되어 생성된 산화알루미늄(Al2O3)이 반응하여, 망간산화물-실리콘산화-산화알루미늄(MnO-SiO2-Al2O3)로 결합된 것이다. 복합산화물은 용강 온도인 1500 내지 1550℃에서 액상개재물의 형태로서 용강보다 비중이 낮아 용강 상부로 부상되고 용강 상단에 형성된 슬래그와 함께 제거하기 용이하게 된다.
이와 같이 탈산개재물을 복합산화물의 형태로 부상분리시키는 방법은 단순한 용강환류에 의하여 탈산개재물을 부상분리시키는 방법에 비하여, 용강 내의 탈산개재물을 보다 용이하게 제거시켜 고청정 상타의 극저탄소강 제조를 가능하게 하고 이를 위한 진공 순환탈가스 반응시간을 단축시킬 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법에 따르면, 용강 내의 탈산개재물 및 복합산화물 등을 부상분리시켜 효과적으로 제거하여 용강의 청정도를 상승시키는 효과가 있다.
동시에, 본 발명은 진공 순환탈가스 장치 내벽의 지금 부착량을 감소시키고 환류가스노즐 막힘 현상을 감소시켜 진공 순환탈가스 장비 내화물의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
상기와 같은 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법은 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: 진공 순환탈가스 장치
21: 진공조
22: 합금철투입구
23: 배기구
25: 환류관
26: 노즐

Claims (4)

  1. 진공분위기에서 환류가스 유량과 진공도 조절로 탈탄처리를 수행하는 단계;
    상기 용강 내에 망간계 금속화합물과 실리콘계 금속화합물이 혼합된 첨가제를 투입시키는 단계;
    상기 용강 내에 남아있는 산소 성분을 제거하기 위하여 탈산제를 투입시키는 단계; 및
    상기 용강에 투입된 첨가제와 탈산제가 반응하여 복합산화물로 형성되고, 상기 복합산화물이 상기 용강 상부로 부상되는 단계;를 포함하는 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 용강 양을 기준으로 망간계 금속화합물 0.6 내지 0.95 kg/ton와 실리콘계 금속화합물 0.2 내지 0.3 kg/ton이 혼합된 혼합물인 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 망간계 금속화합물은 망간(Mn), 페로망간(Mn-Fe), 메탈망간(Mn-metal)중 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 실리콘계 금속화합물은 실리콘(Si), 페로실리콘(Fe-Si), 메탈실리콘(Si-metal) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈산제는 알루미늄 또는 알루미늄계 화합물인 극저탄소강 제조를 위한 진공 순환탈가스 정련방법.

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