KR20060035274A - 아연도금 강판용 용강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 아연도금 강판용 용강의 제조방법은 전로 정련작업에서 적정한 용존 산소를 취지하여 진공 탈가스 공정에서 용존 산소의 부족에 의한 용강의 강제 산화를 방지하고 용존 산소의 과잉시 탈산제의 과다 투입으로 인한 비금속 개재물의 발생을 최소화하며, 출강 단계에서 제조되는 래들 슬래그 내 저급 산화물을 제거할 때 실리콘계 슬래그 탈산제를 이용하여 래들 슬래그의 염기도를 적정하게 유지하고 비금속 개재물의 흡수 능력을 향상시켜 냉연공정에서 아연도금 강판의 제조시 제강성 결함을 줄일 수 있는 장점이 있다.

전로, 정련, 아연도금 강판, 알루미늄, 실리콘, 탈산

Description

아연도금 강판용 용강의 제조방법 {Method for manufacturing molten steel for galvanized steel plate}

도 1은 종래의 작업 진행을 나타낸 공정 순서도.

도 2는 본 발명의 아연도금 강판용 용강의 제조과정을 나타낸 공정 순서도.

본 발명은 용강의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전로에서 생산하는 강종 중 냉연과정에서 아연도금을 실시하는 강종을 위한 용강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로에서는 수백 종의 강종을 생산하며 특히 그 중에서도 냉연공정에서 아연도금을 한 후에 풀림 처리를 하는 강종을 위한 전로 정련방법은 고온에서 출강 작업이 진행되므로 적정한 용존산소를 확보하기 어렵다. 또한 슬래그 내 저급 산화물과 생석회에 대한 알루미나 비율을 제어하는 데 어려움이 있다.

도 1을 참조하면 일반적인 아연도금 강판용 용강의 제조방법은 다음과 같다.

정련작업을 개시하기 전에 작업자는 주원료 조건을 확인하고, 전로의 여러가지 열정산 조건을 확인하며 전후 사정을 비교하여 열정산을 실시한다. 이 때 노내 에 투입되는 현열 및 발생되는 발열이 적은 경우에는 마이너스 열배합이 되어 전로 정련이 완료된 후에 용존 산소가 급속하게 증가한다. 반면 상기 현열 및 발생되는 발열이 많은 경우에는 냉각제의 투입을 결정하게 되고, 이어서 고철과 용선을 전로에 장입한다. 그리고 고압의 산소 가스를 취입하여 취련 작업을 개시하고 취련 작업의 진행 중에 냉각제, 조제제, 매용제 등이 투입되며, 이들은 상기 열정산 작업에서 산출된 양에 따라 투입하게 된다. 취련 진행 80% 시점, 즉 탈탄 반응이 율속 단계에 접어들면 전로 내 용강의 온도와 용강 중에 함유된 탄소 함량을 측정하고, 이 때 측정된 온도와 탄소 함량에 따라 최종 산소량을 산정하며 최종 산소량에 도달했을 때 취련을 완료한다. 취련이 완료되면 온도와 산소를 측정하고 이 때 측정된 값이 목표 값에 근접하면 출강 작업을 실시한다. 출강 작업 시에는 래들 내 슬래그 조제를 위하여 생석회가 투입되고, 생석회의 재화를 촉진하기 위해서 형석이 투입된다. 출강이 완료되면 래들 슬래그 내의 저급 산화물을 제거하기 위해서 알루미늄계 슬래그 탈산제를 이용하여 슬래그 탈산을 실시한다.

하기 표 1 은 출강이 완료된 후의 래들 슬래그 조성이다.

여기서 T.Fe는 전로에 다량 취입된 산소로 인해 철이 산화되어 형성된 철 산화물로 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ 등 다양하고도 복잡한 산화물로 구성되며, 출강 후의 래들 슬래그에는 10 내지 13% 포함되어 있다.

이러한 래들 슬래그에 상기 알루미늄계 슬래그 탈산제를 이용하여 슬래그 탈산을 실시하면 다음과 같은 조성을 갖는다.

상기 표 2에서 알 수 있듯이 래들 슬래그의 탈산 작업으로 인해 슬래그 내의 저급 산화물인 T.Fe, MnO, P₂O₅ 등을 저감할 수 있다. 이 때 용강 중의 용존 산소량에 따라 래들 슬래그에 투입하는 알루미늄계 슬래그 탈산제의 투입량을 다르게 한다.

이와 같이 래들 슬래그의 탈산 작업을 실시하면 슬래그 내의 저급 산화물을 저감할 수 있고, 래들 슬래그는 비금속 개재물의 흡수를 위하여 적정한 생석회 대 알루미나의 비를 유지하여야 한다. 그러나 종래에는 슬래그 탈산제를 전부 알루미나계로 사용함으로써 알루미나 비율이 생석회 함량에 비해 매우 크기 때문에 적정 비를 맞출 수가 없다. 그리하여 래들 슬래그는 비금속 개재물을 흡수할 수 있는 능력이 부족해지고 용강은 다량의 비금속 개재물을 포함하게 된다. 이러한 용강을 사용하여 아연도금 강판을 제조하면 냉연공정시 제강성 결함을 발생시키고, 아연도금시 흠이 발생하는 등 품질 저하의 원인이 된다.

또한 전로 정련작업 전에 실시하는 상기 열정산 단계에서 전로 내에 들어가는 현열 및 전로 정련작업 중에 발생하는 발열을 참조하여 마이너스 열정산이 되는 경우에 종래에는 전로 내에 코크스 등을 투입하여 열원을 보정하였으나, 코크스를 투입하게 되면 전로에 취입되는 산소 유량이 늘어나면서 전로 정련시간을 증가시키고 그에 따라 생산성을 저하시키는 문제점이 있다.

또한 종래에는 정련 작업을 진행하며 취련 진행 80% 시점에서 용강의 온도와 용강의 탄소 함량을 측정하여 정확하게 최종 산소 유량을 산정하였으나, 후공정, 즉 진공 탈가스 공정에서 요구하는 용존 산소의 기준을 산출할 수 있는 적절한 방법이 없어 일반적으로 450 내지 1000ppm의 용존 산소를 포함하여 출강을 진행하였다. 그러나 이러한 방법은 후공정에서 용존 산소의 부족으로 인한 용강의 강제 산화가 발생하거나 용존 산소의 과잉으로 인한 탈산제의 과다투입으로 비금속 개재물이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전로 정련작업에서 적정한 용존 산소를 취지하여 진공 탈가스 공정에서 용존 산소의 부족에 의한 용강의 강제 산화를 방지하고 용존 산소의 과잉시 탈산제의 과다 투입으로 인한 비금속 개재물의 발생을 최소화하며, 출강 단계에서 제조되는 래들 슬래그 중 저급 산화물을 제거할 때 비금속 개재물의 흡수가 용이하도록 슬래그 탈산 방법을 개선하여 품질을 향상시키는 아연도금 강판용 용강의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 아연도금 강판용 용강의 제조방법은 열정산을 실시하는 단계, 상기 열정산 단계에서 정산된 열원이 부족한 경 우에 전로에 페로실리콘을 투입하여 열원을 보정하고 생석회를 투입하여 염기도를 보정하는 단계, 전로에 고철과 용선을 장입하는 단계, 취련 작업을 하고 취련 진행 중에 용강 내 종점 산소량을 예측하여 산소 유량을 보정하는 단계, 상기 취련 작업 단계를 마친 용강을 래들로 이송하는 출강 작업을 하고 래들 슬래그를 생성하는 단계 및 상기 래들 슬래그를 탈산하는 단계를 포함한다.

상기 취련 작업을 하고 취련 진행 중에 산소 유량을 보정하는 단계는, 취련 진행 75 내지 85% 시점에서 온도와 탄소를 측정하여 하기 식

즉, 산소 유량 = (측정 시점의 산소 유량) + (보정산소량)

= 측정 시점의 산소 유량

+[1220+(1928×탄소 함유량)+(1.06×종점 산소량)]

과 같이 취입 산소 유량을 다시 결정하여 취입하는 것을 특징으로 한다. 여기서 종점 산소량은 550 내지 650ppm인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 래들 슬래그의 탈산 단계는, 실리콘계 슬래그 탈산제를 투입하여 슬래그를 탈산하는 1차 슬래그 탈산 단계 및 알루미늄계 슬래그 탈산제를 투입하여 슬래그를 탈산하는 2차 슬래그 탈산 단계를 포함한다.

상기 1차 슬래그 탈산 단계에서는 래들 슬래그의 염기도를 5.5 내지 6.0으로 조정하는 것을 특징으로 하며 상기 실리콘계 슬래그 탈산제는 CaCO₃를 35 내지 40wt%, Si를 40 내지 42wt% 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 아연도금 강판용 용강의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 아연도금 강판용 용강의 제조방법의 공정 진행도를 나타낸 것이다.

먼저 전로 정련작업을 수행하기 전에 열정산을 실시하는 단계에서 전로 내에 들어가는 현열 및 전로 정련작업 중에 발생하는 발열을 참조하여 마이너스 열정산이 되는 경우에 페로실리콘을 투입하여 열원을 보정한다. 또한 상기 페로실리콘의 투입에 따라 변하는 염기도(CaO/SiO₂)를 보정하기 위해 생석회를 투입하게 된다. 이와 같이 열정산 단계에서 열원 부족시 투입하는 페로실리콘의 투입과 염기도 보정을 위한 생석회의 투입에 따른 용강 온도의 변화는 다음과 같다.

상기 표 3과 같이 열원을 보정하는 페로실리콘(Fe-Si)은 100kg을 투입할 때 용강의 온도가 8.7℃ 상승하며, 염기도를 보정하는 생석회는 1000kg을 투입할 때 용강의 온도가 5.5℃ 하강한다.

다음 표 4는 상기와 같은 페로실리콘과 생석회의 투입량에 따른 온도 변화를 나타낸 것이다.

상기 표 4를 이용하여 열원 부족시 열원 보정을 위해 페로실리콘을 투입하고 그에 따른 염기도의 보정을 위해 생석회를 투입한다.

그리하여 전로에 고철과 용선을 장입하고 고압의 산소 가스를 취입하여 불순물을 제거하는 취련 작업을 개시한다. 이 때 상기 열정산에 의해 정산된 양에 따라 냉각제, 조재제, 매용제 등이 투입된다. 그리고 취련 진행 75 내지 85% 시점에서 노내 온도와 탄소 함량을 측정하고 그 측정값을 이용하여 산소 유량을 다시 결정한다. 본 발명은 진공 탈가스 도착 산소를 일정하게 유지하도록 적정한 종점 산소로조정하기 위하여 종점 산소, 즉 취련 완료 시점에서의 용존 산소를 예측하고 하기 식에 의하여 취입 산소 유량을 결정한다.

보정 산소량 = 1220 + (1928 × 탄소 함량) + (1.06 × 종점 산소)

산소 유량 = 측정 시점의 산소 유량 + 보정 산소량

상기 식에서 종점 산소는 취련 완료시 용강 내 용존 산소로서 본 발명은 550 내지 650ppm을 기준으로 한다.

예를 들어, 취련 진행 80% 시점에서 산소 유량이 10300Nm³일 때 용강의 온도와 탄소 함량을 측정하였더니 용강의 온도는 1612℃, 탄소 함량은 0.56%이었다. 이 때 종점의 용존 산소를 550ppm으로 목표로 할 경우에 상기 식을 이용하여 보정 산소량을 산정하여 산소 유량을 다시 결정할 수 있다.

보정 산소량 = 1220+(1928×0.56)+(1.06×550)

= 2882.68 Nm³

산소 유량 = 10300 Nm³ + 2882.68 Nm³

= 13182.68 Nm³

이와 같이 상기 식을 이용하여 보정한 산소 유량으로 취입하여 취련 작업을 진행하면 종점 산소가 진공 탈가스 공정에 도착하는 산소량을 일정하게 유지하도록 적정하게 조정되고, 그로 인해 진공 탈가스 공정에서 용존 산소의 부족에 의한 용강의 강제 산화를 방지하고 용존 산소의 과잉시 탈산제의 과다 투입으로 인한 비금속 개재물의 발생을 최소화할 수 있다.

상기와 같은 취련 방법으로 적적한 용존 산소를 취지한 후 전로 내 용강을 래들로 이송시키는 출강 작업을 진행한다. 출강 작업 시에는 생석회를 투입하여 래들 슬래그를 생성하고 생석회의 재화를 촉진하기 위하여 형석을 투입한다. 출강 작업이 완료되면 래들 슬래그 내의 저급 산화물을 제거하기 위하여 슬래그 탈산 작업을 실시하는데, 본 발명은 실리콘계 슬래그 탈산제를 이용하여 슬래그를 탈산하는 1차 슬래그 탈산 단계와 알루미늄계 슬래그 탈산제를 이용하여 슬래그를 탈산하는 2차 슬래그 탈산 단계로 진행된다.

상기 1차 슬래그 탈산 단계에서 사용되는 실리콘계 슬래그 탈산제는 CaCO₃ 35 내지 40wt%, Si 40 내지 42wt% 또는 기타 불순물을 포함하는 조성으로 이루어지고, 래들 슬래그에 상기 실리콘계 슬래그 탈산제를 투입하면 다음과 같은 반응이 일어난다.

2 FeO + Si = Fe + SiO₂

MnO + Si = Mn + SiO₂

상기 반응식 1 및 반응식 2와 같이 실리콘계 슬래그 탈산제를 투입하여 래들 슬래그 내 저급 산화물을 제거할 수 있다.

또한 1차 슬래그 탈산 단계에서는 실리콘계 슬래그 탈산제를 이용하여 래들 슬래그의 염기도를 5.5 내지 6.0으로 조정하도록 한다. 이는 염기도가 5.5 이하인 경우에는 염기도 저하에 의한 슬래그 중 인(P) 성분이 복인되는 문제점이 발생하고, 반면 염기도가 6.0 이상인 경우에는 비금속 개재물의 흡수 능력이 크게 저하되기 때문이다.

상기 1차 슬래그 탈산 단계에서 투입되는 실리콘계 슬래그 탈산제의 투입량을 구하기 위하여 먼저 슬래그 개질제로 투입되는 생석회와 형석, 그리고 일반적으로 래들 내로 유출되는 슬래그를 이용하여 래들 슬래그량을 다음과 같이 구한다.

래들 슬래그량 = 생석회 + 형석 + 래들로 유출되는 슬래그

상술한 바와 같이 래들 슬래그의 염기도를 5.5 내지 6.0으로 조정하기 위하여 상기 식에서 구한 래들 슬래그량을 이용한 하기 식에 의하여 필요한 SiO₂ 함량을 구하고 실리콘계 탈산제의 투입량을 산정한다.

필요 SiO₂wt% = (래들 슬래그 중 생석회(wt%) / 목표 염기도)

- 래들 슬래그 중 SiO₂(wt%)

실리콘계 탈산제 투입량 = (래들 슬래그량 × 필요 SiO₂wt% × (Si/SiO₂))

/(실리콘계 탈산제 중 실리콘 함량 × 실리콘 실수율)

상기 식을 이용하여 래들 슬래그 내 염기도를 5.5 내지 6.0으로 맞추기 위한 실리콘계 탈산제의 투입량을 산정할 수 있다.

예를 들어, 3000kg의 래들 슬래그 성분 중 SiO₂ 함량이 4.5%이고, CaO 함량이 43%이고, 기타 불필요한 불순물이 포함되었을 때 염기도를 6.0으로 조정하기 위해 상기 식을 이용하여 다음과 같이 실리콘계 탈산제 투입량을 산정한다.

필요 SiO₂wt% = (래들 슬래그 중 생석회(wt%) / 목표 염기도)

- 래들 슬래그 중 SiO₂(wt%)

= (43 / 6) - 4.5

= 2.26(%)

실리콘계 탈산제 투입량 = (래들 슬래그량 × 필요 SiO₂wt% × (Si/SiO₂))

/(실리콘계 탈산제 중 실리콘 함량 × 실리콘 실수율)

=(3000 × 2.26 × 0.46) / (0.4 × 0.3)

= 259.9 (kg)

이와 같은 1차 슬래그 탈산 단계가 완료되면 남은 저급 산화물을 탈산하기 위하여 알루미늄계 슬래그 탈산제를 이용하는 2차 슬래그 탈산 단계를 진행한다. 래들 슬래그에 알루미늄계 슬래그 탈산제를 투입하면 다음과 같은 반응이 일어난다.

(T.Fe) + Al = Fe + Al₂O₃

상기 반응식 3과 같이 알루미늄계 슬래그 탈산제를 투입하여 래들 슬래그 내 저급 산화물을 제거할 수 있다.

2차 슬래그 탈산 단계에서는 1차 슬래그 탈산을 마친 래들 슬래그 중 저급 산화물을 이용하여 알루미늄계 슬래그 탈산제의 투입량을 산정하는데 다음 표는 1차 슬래그 탈산 단계 후의 래들 슬래그 조성을 나타낸 것이다.

상기 표 5와 같은 1차 슬래그 탈산을 마친 래들 슬래그 조성을 이용하여 하기 식과 같이 알루미늄계 슬래그 탈산제의 투입량을 산정한다.

알루미늄계 탈산제 투입량 = 래들 슬래그량

× (슬래그 중 T.Fe(wt%)-목표 T.Fe(wt%)) × (Al /Al₂O₃)

/(알루미늄계 탈산제 중 알루미늄 함량 × 알루미늄 실수율)

상기 식을 이용하여 산정한 투입량의 알루미늄계 슬래그 탈산제를 래들 슬래그에 투입하여 탈산 작업을 실시하면 T.Fe와 같은 저급 산화물을 저감할 수 있다.

예를 들어, 1차 슬래그 탈산 단계를 마친 3000kg의 래들 슬래그 성분 중 T.Fe 함량이 8.0 wt%이고 2차 슬래그 탈산 후 T.Fe 함량을 3.0wt%로 조정하는 것을 목표로 한다. 알루미늄 실수율은 30%를 기준으로 하며, 알루미늄계 슬래그 탈산제의 조성은 CaCO₃가 35 내지 40%이고, Al이 38 내지 42%이고, 기타 불필요한 원소를 포함한다.

알루미늄계 탈산제 투입량 = 래들 슬래그량

× (슬래그 중 T.Fe(wt%)-목표 T.Fe(wt%)) × (Al /Al₂O₃)

/(알루미늄계 탈산제 중 알루미늄 함량 × 알루미늄 실수율)

= 3000 × (8-3) × (27/102) / (0.4×0.3)

= 330.88 (kg)

이와 같이 본 발명은 실리콘계 슬래그 탈산제와 알루미늄계 슬래그 탈산제를 이용하여 래들 슬래그를 탈산함으로써 저급 산화물을 제거하고, 래들 슬래그의 염기도를 5.5 내지 6.0으로 조정함으로써 비금속 개재물의 포집을 용이하게 하여 냉연공정시 제강성 결함을 줄일 수 있다.

이하, 본 발명에 대한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

상기 표 6에서 알 수 있듯이 실시예1 내지 실시예9는 실리콘계 슬래그 탈산 제를 사용하여 진공 탈가스 공정에서의 생석회에 대한 알루미나 비가 비금속 개재물의 흡수 능력이 우수한 1.2 내지 1.6 이내에 적합하게 조절이 가능하다. 또한 종점 산소를 550 내지 650ppm으로 제어할 수 있고, 저급 산화물인 래들 슬래그 내 T.Fe도 3 내지 4로 저감되어 비금속 개재물의 포집이 용이하다. 또한 진공 탈가스 공정에 도착하는 산소량도 적합하여 비교예1 및 비교예2와 같은 강제 산화를 방지하고, 용강을 탈산시키는 알루미늄의 사용량도 일정하도록 하였다.

본 발명에 의한 아연도금 강판용 용강의 제조방법은 전로 정련작업에서 열원 부족시 페로실리콘과 생석회를 투입하여 보정함으로써 용존 산소의 급속한 증가를 방지하고, 취련 진행 75 내지 85% 시점에서 측정한 용강 온도와 탄소 함량을 이용하여 취입하는 산소 유량을 보정하고 진공 탈가스 공정시 용존 산소가 일정하게 유지되도록 종점 산소를 제어하여 진공 탈가스 공정에서 용강의 강제 산화를 막거나 탈산제의 투입량을 줄여 비금속 개재물의 함량을 최소화하며, 실리콘계 슬래그 탈산제를 이용하여 래들 슬래그의 염기도를 적정하게 유지하고 래들 슬래그의 비금속개재물 흡수 능력을 향상시켜 냉연공정에서 아연도금 강판을 제조시 제강성 결함을 줄이는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 열정산을 실시하는 단계;

   상기 열정산 단계에서 정산된 열원이 부족한 경우에 전로에 페로실리콘을 투입하여 열원을 보정하고 생석회를 투입하여 염기도를 보정하는 단계;

   전로에 고철과 용선을 장입하는 단계;

   취련 작업을 하고 취련 진행 중에 용강 내 종점 산소량을 예측하여 산소 유량을 보정하는 단계;

   상기 취련 작업 단계를 마친 용강을 래들로 이송하는 출강 작업을 하고 래들 슬래그를 생성하는 단계; 및

   상기 래들 슬래그를 탈산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강판용 용강의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 취련 작업을 하고 취련 진행 중에 산소 유량을 보정하는 단계는,

   취련 진행 75 내지 85% 시점에서 온도와 탄소를 측정하여 하기 식

   즉, 산소 유량 = (측정 시점의 산소 유량) + (보정산소량)

   = 측정 시점의 산소 유량

   +[1220+(1928×탄소 함유량)+(1.06×종점 산소량)]

   과 같이 취입 산소 유량을 다시 결정하여 취입하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강판용 용강의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 종점 산소량은 550 내지 650ppm인 것을 특징으로 하는 아연도금 강판용 용강의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 래들 슬래그의 탈산 단계는,

   실리콘계 슬래그 탈산제를 투입하여 슬래그를 탈산하는 1차 슬래그 탈산 단계; 및

   알루미늄계 슬래그 탈산제를 투입하여 슬래그를 탈산하는 2차 슬래그 탈산 단계를 포함하는 아연도금 강판용 용강의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 1차 슬래그 탈산 단계에서는 래들 슬래그의 염기도를 5.5 내지 6.0으로 조정하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강판용 용강의 제조방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 실리콘계 슬래그 탈산제는 CaCO₃를 35 내지 40wt%, Si를 40 내지 42wt% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강판용 용강의 제조방법.

Images