KR100435449B1

KR100435449B1 - 스테인레스강 정련로 슬래그의 분화방지방법

Info

Publication number: KR100435449B1
Application number: KR10-1999-0028827A
Authority: KR
Inventors: 송효석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2004-06-10
Also published as: KR20010010119A

Abstract

본 발명은 스테인레스강 정련시 발생하는 슬래그의 분화방지 방법에 관한 것으로, 그 목적은 스테인레스 정련 슬래그의 체적팽창에 의한 분진발생을 억제하기 위해 슬래그의 조성을 변화시켜 분화현상을 원초적으로 방지할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 정련로에서 용강을 탈탄한 다음 실리콘를 투입하여 용강의 탈산과 슬래그의 환원을 행한 후 용강과 슬래그를 레이들로 출강하는 스테인레스강의 정련방법에 있어서, 상기 슬래그의 환원후에 슬래그중 알루미나 농도가 10%이상 함유되도록 하여 CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)의 조성을 갖도록 하면서 용강중의 Al의 농도가 100ppm이하가 되도록 Al드로스를 투입하는 슬래그의 분화방지방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

스테인레스강 정련로 슬래그의 분화방지방법{METHOD FOR PREVENTING SLAG FROM DIFFERENTIATING IN REFINING PROCESS OF STAINLESS STEEL IN REFINING PROCESS OF STAINLESS STEEL}

본 발명은 스테인레스강 정련시 발생하는 슬래그의 분화방지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스테인레스 정련 슬래그의 체적팽창에 의한 분진발생을 억제하기 위해 슬래그의 조성을 변화시켜 분화현상을 원초적으로 방지할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인레스강 정련시에는 산소취입에 의한 탈탄반응 종료후 탈탄반응시 생성된 크롬 산화물의 환원을 실시하게 되는데, 이때 슬래그의 염기도는 환원 효율의 향상 및 탈황반응을 위해 1.8-2.5의 범위로 조절하게 된다. 그런데, 환원 종료후의 슬래그의 염기도가 1.6이상의 경우 슬래그가 냉각과정중 미세한 분으로 분화하여 공장 내외의 환경을 오염시킬 뿐만 아니라 슬래그의 재활용에도 큰 장애요인이 된다. 특히, 환경오염에 대한 규제가 더욱 엄격해지고 있기 때문에 스테인레스강 슬래그의 분화방지가 더욱 요구되고 있다.

스테인레스 용강의 환원 종료후의 슬래그는 염기도가 2부근에서 조절되기 때문에 슬래그의 대부분이 2CaO·SiO₂로 구성되고 있고 기타 금속산화물은 미량에 불과하다.

슬래그의 분화현상은 슬래그의 냉각과정에서 상기 2CaO·SiO₂가 온도에 따라 α, α', γ(혹은 β)의 상으로 결정변태함에 따라 생기는 것으로 알려져 있다. 이러한 변태과정 및 온도는 다음과 같다.

통상적인 대기중 냉각에 의해서는 α→α'→γ상의 변태과정을 거치지만 특정 조건하에서 α'→β상으로의 변태를 유도할 수 있다. 상기 각 상들의 밀도(g/cm³)는 α상:3.07, α':3.31, γ상:2.97, β상:3.28이다. 따라서, 상기 변태과정에서 α'→γ상으로의 변태시에는 체적팽창이 일어나게 되는데 정량적으로는 약 10%이상 팽창하기 때문에 냉각과정중 슬래그가 분화하게 된다. 그러나, α'→β상으로의 변태를 유도하는 경우에는 체적팽창에 의한 분화현상을 방지할 수 있게 된다.

종래의 슬래그 분화방지제 및 분화방지법중에서 정련용기내에 직접 분화방지제를 적용함으로서 슬래그의 분화를 방지하는 기술로는, (1)붕산(CB₂O₃·nH₂O) 첨가법(슬래그 용기 또는 정련용기내 직접투입) 및 (2) 회붕석(2CaO·B₂O₃) 첨가법(정련용기내 투입, 특허 056292호) (3)세레스타이트(SrSO₄) 첨가법(정련용기내 투입, 특허 078198호) 등이 있다.

(1)의 붕산첨가법은 붕산을 정련용기내에 첨가하는 방법으로서, 붕산의 소량 첨가만으로도 분화방지 효과가 있다고 알려져 있다. 그러나, 정련용기에서의 슬래그 유재시 슬래그의 낙하력에 의한 교반이 필요하기 때문에 균일한 혼합을 얻기가 곤란할 뿐만 아니라, 정련용기내에 잔류 또는 출강구 주위에 부착한 슬래그의 분화는 방지하기가 곤란한 문제점이 있다.

또한, (2)의 회붕석 첨가법의 경우에는 0.5-5중량%의 회붕석을 정련용기에 직접 투입하기 때문에 분화 방지효과가 우수하다. 그러나, 회붕석중에 함유된 B₂O₃가 환원되어 용강중의 [B]농도가 증가하기 때문에 최종제품의 [B]을 규제하는 강종에는 사용하지 못하는 문제점이 있다. 스테인레스강중의 [B]은 내식성을 크게 요구하는 용도로 사용되는 경우 약 10ppm이하가 바람직하다고 보고되고 있다.

또한, (3)의 세레스타이트 첨가법은 [B] 농도를 규제하는 스테인레스강 제조시에 발생하는 정련 슬래그 중량의 3.5-5중량%의 세렌스타이트를 정련과정중 산화단계에서 정련로내에 투입함으로써 슬래그분화를 방지하는 방법이다. 그러나, 정련로내에 세레스타이트를 첨가하는 경우 세레스타이트중에 함유된 유황이 용강중으로 들어갈 우려가 있고 상기 (2)의 회붕석 첨가법과 비교하여 슬래그 중량 대비 투입해야 하는 양이 비교적 많기 때문에(슬래그 중량의 3.5-5중량%) 정련로의 열 및 물질 수지에 혼란을 초래하여 정련로 고유의 기능인 탈탄, 탈황 및 온도조절 등을 곤란하게 할 우려가 있다.

이에 본 발명자들은 상기한 종래방법들의 문제점을 개선하기 위해 연구 및 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 스테인레스강의 제조시에 발생하는 정련 슬래그의 분화를 효과적으로 방지할 수 있는 향상된 스테인레스강 정련로 슬래그의 분화방지 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 Al드로스의 투입량과 슬래그 분화율과의 관계그래프로서,

도 1(a)는 슬래그 중량기준으로 투입할 때

도 1(b)는 용강 중량기준으로 투입할 때

도 2는 슬래그의 조건과 분화율과의 관계그래프로서,

도 2(a)는 슬래그중의 알루미나 농도조건에 따른 분화율

도 2(b)는 슬래그의 염기도 조건에 따른 분화율

도 3은 Al드로스를 슬래그 중량기준을 투입하는 경우 용강중 Al농도를 나타내는 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분화방지방법은, 정련로에서 용강을 탈탄한 다음 실리콘를 투입하여 용강의 탈산과 슬래그의 환원을 행한 후 용강과 슬래그를 레이들로 출강하는 스테인레스강의 정련방법에 있어서, 상기 슬래그의 환원후에 슬래그중 알루미나 농도가 10%이상 함유되도록 하여 CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)의 조성을 갖도록 하면서 용강중의 Al의 농도가 100ppm이하가 되도록 Al드로스를 투입하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 CaO-SiO₂-(MgO)의 슬래그의 냉각과정에서 α'→γ상변태로서 생기는 체적팽창을 근본적으로 방지하기 위해 알루미늄 제련과정의 부산물인 Al드로스를 이용하는데 그 특징이 있다.

Al드로스는 금속 알루미늄(Al)과 알루미나(Al₂O₃)가 주성분을 이루고 있는 비교적 자원이 풍부하고 저렴한 물질로, 보통 금속 Al이 20-40중량%, 알루미나가 40-70중량%, CaO 약 10중량%, 기타 여러가지 성분들을 함유하고 있다.

본 발명자는 정련로에서 용강을 탈탄한 다음 실리콘를 투입하여 용강의 탈산과 슬래그의 환원을 행한 후에 정련로내에 Al드로스를 직접 적용한 결과, CaO-SiO₂-(MgO)의 슬래그조성이 CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)의 슬래그조성으로 바뀌는 것을 확인하였고 또한, CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)로 조성되는 슬래그는 분화가 발생하지 않는 것을 확인하였다.

이와 같은 슬래그 조성의 변화는, Al 드로스중의 금속Al이 슬래그중의 SiO₂를 환원시켜 슬래그 조성을 CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO로 변화시키는 것과 함께, Al드로스중의 알루미나도 CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)의 슬래그조성에 필요한 알루미나의 공급원으로 작용하여 슬래그의 분화가 일어나는 결정상인 2CaO·SiO₂·MgO(메르비나이트, MerWinite)의 생성을 억제시키고 2CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃의 새로운 슬래그상(멜리라이트, MELILITE)을 생성시키는 것으로 분석되었다.

Al드로스는 상기와 같이 슬래그의 분화를 방지할 뿐 아니라, Al에 의한 SiO₂의 환원이 발열 반응이므로 정련로의 열보상측면에서도 효과가 있고, 용강의 탈산에도 유용하게 이용될 수 있다.

본 발명에서 CaO-SiO₂-(MgO)의 슬래그를 CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)의 슬래그조성으로 유도하기 위해서는, Al드로스를 적정량 첨가하는 것이 필요하다. 적어도 슬래그중 알루미나 농도가 10%이상 되도록 하면 슬래그 분화가 없는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)의 슬래그조성이 얻어진다. 본 발명의 실험에 의하면 Al드로스중의 금속Al이 약 35%이고, 알루미나가 50.5%의 경우에는 슬래그 중량기준으로 Al드로스를 5-6중량% 첨가하면 슬래그중 알루미나가 10%이상 되는 것이 확인되었다.

그리고, Al드로스의 첨가에 있어 고려해야 하는 중요한 것 중의 하나가 스테인레스강에서 용강중 [Al]농도를 100ppm이하로 낮게 하는 것이다. [Al]농도가 100ppm 보다 많아지면 연속주조에 사용되는 침적노즐의 막힘 현상이 증가된다. 용강과 슬래그가 담겨 있는 정련로내에 알루미늄 드로스를 첨가할 때 용강중 Al농도는 알루미늄 드로스 첨가량에 비례하여 증가하므로 알루미늄 드로스의 투입량을 최소한으로 해야한다. 본 발명의 실험에 의하면 Al드로스중의 금속Al이 약 35%이고, 알루미나가 50.5%의 경우에는 용강중량기준으로 Al드로스를 0.25-0.3중량% 첨가하는 것이 좋다. 그렇지 않으면, 분화방지억제효과도 떨어지며(0.25%이하), [Al]농도가 규제치인 100ppm 이상으로 증가하여 연속주조의 침적노즐 막힘현상이 증가하는문제를 야기 시킨다(0.3중량%이상).

상기와 같이 슬래그중의 알루미나의 농도가 10%이상 함유되도록 Al드로스를 첨가하는 경우에 있어서 CaO와 SiO₂가 조업조건에 따라 변화될 수 있다. 이 경우에는 염기도를 고려할 때 1.25이하가 되도록 Al드로스의 첨가량을 조절한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예]

하기표 1의 조성을 갖는 스테인레스강 40kg을 대기유도 용해로에서 용해한 후 산화를 방지하기 위하여 아르곤 가스를 흘려주면서 용강온도를 1650-1700℃로 조절한 후 용강상부에 하기 표 2의 조성의 실조업 슬래그 2kg을 투입하여 용해시킨 다음, 표 3의 조성을 갖는 알루미늄 드로스를 50g씩 증가시키면서 슬래그 상부에 첨가하는 실험을 하였다. 용강온도가 목표온도로 유지되고 슬래그가 용해되면 알루미늄 드로스를 50g씩 첨가하고 5분간 반응시킨 다음 슬래그와 용강샘플을 채취하여 용강성분중 [Al]의 농도를 분석하였고, 슬래그는 공기중에서 냉각시킨 다음 슬래그 분화정도를 측정하였다.

정련로 슬래그의 조성(중량%)
CaO	SiO₂	MgO	Cr₂O₃	Al
60	30	8.2	0.5	1.3

본 실시예에서의 슬래그 분화율은 슬래그 샘플량에 대하여 슬래그가 100메쉬 이하(149㎛)의 크기로 부서진 량의 비율로 계산한 값이다.

도 1에서 보듯이, 슬래그는 Al드로스를 첨가하지 않았을 때 60-90%정도 분화되던 것이 알루미늄 드로스 첨가량을 증가시킴에 따라 분화율은 감소하며, 슬래그 중량 기준 5%이상(도 1a) 또는 용강 중량기준 0.25%이상(도 1b) 첨가하면 슬래그의 분화가 거의 일어나지 않아 본 발명의 알루미늄 드로스가 슬래그 분화방지에 효과가 우수함을 알 수 있다.

도 2(a)는 슬래그중 알루미나 농도가 증가함에 따라 슬래그 분화율이 감소함을 나타내며, 슬래그 분화를 방지하기 위해서는 슬래그중 알루미나 농도가 10%이상 유지되는 것이 바람직함을 보여주고 있다. 도 2(b)는 슬래그 분화에 미치는 염기도의 영향을 나타낸 것으로 슬래그 염기도가 감소할수록 슬래그 분화는 감소하며 슬래그 염기도가 1.2l이하로 조절되어야 함을 나타낸다.

도 3은 용강중 Al농도에 미치는 Al 드로스 첨가량의 영향을 나타낸 것으로 용강중 Al농도는 Al드로스 첨가량이 증가함에 따라 증가하는데, Al드로스 량이 슬래그 중량기준으로 6%이하의 경우에는 용강중 Al 농도가 100ppm이하로 조절되는 것을 확인할 수 있다.한편, 본 발명의 실험에서 용강중량 기준으로 Al드로스의 양이 0.3%이하의 경우에도 용강중 Al 농도가 100ppm이하로 조절되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 Al드로스중의 Al과 알루미나가 슬래그 조성을 변화시켜 슬래그가 냉각중에도 상변태에 의한 부피변화를 일으키지 않아 슬래그의 분화을 방지할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

Claims

정련로에서 용강을 탈탄한 다음 실리콘를 투입하여 용강의 탈산과 슬래그의 환원을 행한 후 용강과 슬래그를 레이들로 출강하는 스테인레스강의 정련방법에 있어서,

상기 슬래그의 환원후에 슬래그중 알루미나 농도가 10%이상 함유되도록 하여 CaO-SiO₂-Al₂O₃-(MgO)의 주성분을 갖도록 하면서 용강중의 Al의 농도가 100ppm이하가 되도록 Al드로스를 투입함을 특징으로 하는 슬래그의 분화방지방법.
제 1항에 있어서, 상기 Al드로스의 투입은 슬래그의 염기도가 1.25이하가 되도록 행함을 특징으로 하는 슬래그의 분화방지방법.