KR100696853B1 - 청정도를 개선하기 위한 스테인레스강의 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인리스강의 정련방법에 관한 것으로, 스테인레스강의 래들 정련시 용강의 성분 및 온도 적중과 개재물의 부상분리 목적으로 각종 합금철 투입과 동시에 Ar가스 교반을 실시할때, 래들 용기내 용강 표면은 나탕이 발생되어 대기로부터 산소 및 질소가 혼입 되므로서 재산화로 생성된 산화물 및 질화물이 용강의 청정도 저하는 물론, 제품 표면결함의 원인이 되는 것을 방지하기 위하여, 상기 스테인레스강의 래들 정련 공정중 래들 하부에서 Ar 교반을 실시하여 용강의 나탕이 발생된 후, 합금철을 투입하기 직전에 상기 래들내의 나탕부위에 Ti을 1차로 투입한 다음에 2차로 합금철 및 냉각제를 투입하여 용강의 재산화 및 흡질을 방지하여 청정도를 개선하기 위한 스테인레스강의 정련방법을 제공한다.

스테인레스강, 용강, 정련, 청정도

Description

청정도를 개선하기 위한 스테인레스강의 정련 방법{a method of manufacturing the stainless steel for improving cleanliness}

도 1은 래들 처리후 용강표면의 산화물 조성에 따른 용강중 질소의 변화를 도시한 그래프도.

도 2는 래들 합금철 투입전,후 용강 산소의 변화량를 도시한 그래프도.

도 3은 래들 합금철 투입전,후 용강 질소의 변화량을 도시한 그래프도.

도 4는 스테인레스 용강 주조시 노즐 부착 두께의 변화를 도시한 그래프도.

도 5는 페라이트 스테인레스 열연코일 표면 개재물 수(청정도)의 변화를 도시한 그래프도.

도 6은 페라이트 스테인레스 열연코일 표면 코일그라인딩(CG)율을 도시한 그래프도.

본 발명은 청정도를 향상시키기 위한 스테인레스강의 정련방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스테인레스강의 래들 상부에서 용강 표면으로 합금철 투입시 대기로부터 산소 및 질소의 혼입을 최소화 하여 스테인레스강 표면 및 내부 품질의 청정도를 향상하기 위한 스테인레스강에서 용강의 재산화 및 흡질 방지방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인레스강 제강 정련 방법을 살펴보면, 전기로 -> AOD(Argon Oxygen Decarburization)-> VOD(Vacuum Oxygen Decar-burization) 공정, 또는 래들 개스교반 정련 (혹은, 래들 히팅(Ladle Furnace)공정) -> 연속 주조 공정으로 주편을 제조하게 된다.

이와 같은 공정중 주조전 용강의 목표 성분 및 온도를 확보하기 위해 래들 정련공정에서 용강 표면으로 각종 합금철(Al, Fe-Si, Fe-Cr, Fe-Ni, Ti, 냉각제 등)의 투입과 래들 개스 교반 정련을 동시에 실시하고 있지만, 합금철 투입시 용강표면에 나탕 발생이 불가피 하기 때문에 용강의 재산화 및 흡질에 의한 용강의 청정도 저하가 발생하고 이로 인하여 주조시 노즐 막힘 및 제강성 표면결함이 빈번하게 발생하고 있다.

이러한 래들내 합금철 투입시 발생되는 흡산 및 흡질 문제를 최소화 하기 위해서는 VOD공정을 이용할 수도 있으나, 범용 강종의 경우는 VOD 공정 이용시 원가상승과 정련시간 연장 및 VOD 처리시 온도 감소 문제를 해결하기 위해 AOD 출강온도 상승으로 로체 수명 감소로 인한 원가 상승, 생산성 저하 등의 현실적인 문제점들이 발생하게 된다.

따라서 범용 강종의 경우는 VOD를 생략하는 제강 공정이 유럽 제철소 및 미국 등의 회사에서는 주로 AOD 공정이 많이 이용되고 있으며, 이 경우는 출강후 래 들처리시 대기조건하에 정련을 하며, 목표 성분 및 온도를 적중시켜야 하기 때문에 냉각제 및 합금철 투입전에 래들내 Ar을 이용한 하부교반(Bottom bubbling)력에 의한 용강표면을 확보한 다음, 냉각제 및 합금철 등을 투입하고 있으며, 이때 용강 표면에 나탕이 발생되므로 재산화(흡산) 및 질소 픽업(pick up, 흡질)이 발생된다.

물론, 일반적으로 흡산 및 흡질 방지를 최소화 하기 위해 용강 상면에 슬래그(Top slag)를 주로 활용하지만, 투입시 재산화(흡산) 및 흡질은 발생문제가 여전히 잔류하고 있다. 그러므로 합금철 투입시 재산화에 의한 용강중 재산화 생성물 즉, TiO₂, CaO-TiO₂계, Al₂O₃, 등 고융점 산화물(융점> 1500 ^oC)과 흡질에 의해 발생된 TiN의 질화물들은 주조시 노즐막힘을 발생시켜 연주 생산성 저하 뿐만 아니라, 열연코일과 냉연코일 제품의 제강성 표면 결함을 야기시키고 있다.

따라서 이 같은 문제를 해결하기 위해 최근에 알려진 기술들을 설명한다.

먼저, 일본강광의 일본특허(특개 JP2001-232369, 2003-041315)의 "고청정강의 제조방법"에 의하면, 용강의 재산화로 발생된 재산화 슬래그(MnO+FeO)로부터 용강중 산소 증가를 방지하기 위해 Al을 아래 (1)식과 같이 투입하여 슬래그 개질을 통한 청정도를 향상시키는 기술이 알려져 있다. 그러나 이 방법의 경우 식 (2) 와 (3)에서 알 수 있듯이 슬래그중 FeO, MnO을 탈산하여 슬래그중 산화도를 감소시키므로서 용강중 산소의 감소는 가능하지만, 용강중 고융점 Al₂O₃ 의 생성되고, 이로 인하여 이들 알루미나 개재물은 노즐 막힘 및 제품 표함 결함을 야기시킬 수 있다.

(%FeO)Ws/300 < Q_Al < (FeO)Ws/100

3(FeO) +2Al = Al₂O₃ (융점:2020 ^oC) +3Fe

3(MnO) +2Al = Al₂O₃ (융점:2020 ^oC)+3Mn

또한, 신일본 제철의 일본특허(특개 JP2002-263808), "턴디쉬내 용강의 청정화 방법"에 의하면 턴디쉬에서의 재산화를 방지하기 위해 턴디쉬에 주조 개시 전에 Mg를 첨가하는 방법을 제시하고 있다. 물론, Mg는 용강중 투입과 동시에 산소와 친화력이 매우 높기 때문에 하기 식 (4)식과 같이 MgO 생성에 의한 용강중 산소 감소 효과는 매우 크다고 생각된다. 그러나 생성된 MgO는 용강중 Al₂O₃와 쉽게 반응하여 스피넬을 형성하기 때문에 이들 고융점 개재물도 알루미나와 같이 노즐막힘의 직접적인 원인은 물론, 제품 표면 선상 결함을 야기 시킬 수 있다.

Mg + O = MgO

MgO + Al₂O₃ = MgO.Al₂O₃ (융점:2135 ^oC, spinel)

또한 신일본 제철의 일본특허(특개 JP2001-335824), "고청정도강의 제조방법"에 의하면,전로로부터 용강 출강시 SiO₂와 Si 금속을 첨가하는 방법을 제시하고 있는데 이는 재산화 방지에는 그 효과가 그렇게 크지 못할 것으로 사료된다. 왜냐하면, 도 1의 래들 처리후 용강표면의 산화물 조성에 따른 용강중 질소의 변화에서 알 수 있듯이, 용강 표면에 SiO₂ 산화물이 존재하는 경우 질소는 계속 증가하고 있으며, 이는 용강의 재산화가 일어나고 있음을 의미하기 때문이다. 그러므로 출강시 용강의 청정도 향상을 목적으로 SiO₂와 Si 금속 첨가 방법의 경우에도 재산화를 방지 효과에는 한계가 있을 것으로 추정된다. 그 이유에 대해서는 후술하기로 한다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스테인레스강의 정련공정에서 합금철 투입시 나탕으로 인한 용강의 재산화 및 흡질 문제를 개선하여 청정도를 획기적으로 향상시키기 위한 스테인레스강의 정련방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 스테인레스강의 정련방법에서, 상기 스테인레스강의 래들 정련 공정중 래들 하부에서 Ar 교반을 실시하여 용강의 나 탕이 발생된 후, 합금철을 투입하기 직전에 상기 래들내의 나탕부위에 Ti을 1차로 투입한 다음에 2차로 합금철 및 냉각제를 투입하여 용강의 재산화 및 흡질을 방지하여 청정도를 개선하기 위한 스테인레스강의 정련방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서 상기 1차로 투입하는 Ti의 양은 하기의 식에 의하여 결정되는 것이 바람직하다.

W_{[ Ti ]투입량(g)}=0.006(D/2)²*(W_melt/100)

(D : 래들내 용강 나탕 직경(cm), W_melt : 용강량(톤))

또한, 본 발명에서, 상기 2차로 합금철 및 냉각제를 투입한 후에 래들 하부에서 가스 교반을 10분이상 연속하여 실시하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 도면 및 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 정련공정중, Ar 교반을 실시하면 용강의 나탕이 발생하게 된다. 이후, 합금철을 투입하기 직전에 상기 래들내의 나탕부위에 Ti을 1차로 투입한다. Ti를 용강 표면에 투입하면 아래와 같이 TiO₂가 생성된다.

Ti + O₂ = TiO₂

즉, 용강 표면에 생성된 TiO₂ 는 서로 쉽게 응집 성장 되지 않고, 나탕표면에 분산되어 커버링(covering) 효과를 나타내므로서 용강과 대기를 차단 시키는 역 할을 하게 되므로서 대기중의 산소나 질소 혼입을 방지할 수 있다.

도 1의 경우 상면에 SiO₂ 슬래그 경우는 질소가 증가 하지만, TiO₂ 경우는 질소 증가가 거의 일어나지 않음을 알 수 있다. 이는 개재물의 조성과 용강과의 접촉성질 때문으로 해석된다. 즉, SiO₂ 와 용강의 접촉각과 TiO₂와 용강의 접촉각이 각각, 약 120^o , 약 84 ^o 로서, SiO₂ 는 용강과 접촉성이 나쁘기 때문에 응집이 쉬워 용강 표면적이 커서 산소와 질소가 흡착하기 쉽다. 반면에, TiO₂는 용강과 접촉성이 양호하여 TiO₂ 개재물간 응집 성장이 어려워 용강 표면에 TiO₂가 나탕표면에 분산되어 존재하므로서 커버링(covering) 효과가 있어 대기중의 산소나 질소가 흡착, 반응하기가 어렵기 때문으로 생각된다.

이어서, 2차로, 합금철 및 냉각제를 투입하며, 래들 하부에서 가스 교반을 10분이상 실시한다.

(실시예)

하기 표 1은 본 발명에 관한 409강 제조시 실험예들을 나타낸 것이다.

상기 표 1에서 [Ti] 투입량=1.1~6.7g/ton-steel이고, 턴디쉬 노즐한개로 5 heat(예:강번 1,2,3,4,5 heat/노즐)를 주조하였다.

먼저, AOD에서 탈탄이 끝난 후 출강한 스테인레스 용강량 100톤을 기준으로 래들처리시 합금철 투입직전 Ti을 투입하지 않던 종래의 방법에 비해, Ti을 투입한 본 발명의 경우 산소농도의 변화, 질소 농도의 변화, 주조시, 노즐 부착 두께 등 품질 효과에 대하여 상세히 실험하였다.

먼저, 래들 처리 전후 산소 농도는 도 2와 같이 기존의 경우, 평균 32ppm 정도 증가하는 반면에, Ti을 투입한 본 발명의 경우는 산소 농도가 오히려 평균 18ppm 감소하는 경향을 보이고 있다. 이것은 재산화량이 크게 감소하고, 용강 내부에서 개재물의 부상분리 효과가 크기 때문으로 설명될 수 있다. 왜냐하면, 래들 처리전 후의 질소 농도 변화를 표 1 과 도 3에서도 알 수 있듯이 종래의 경우 약 12.3ppm 증가하는 반면에, 본 발명의 경우는 4.5ppm 수준으로서 매우 흡질이 적게 일어났슴을 보여주고 있기 때문이다. 이는 재산화량이 적었다는 것을 의미한다.

또한, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 주조시 노즐 부착 두께가 기존과 본 발명의 경우 각각, 약 12mm, 3mm 로서 본 발명의 경우가 현저하게 감소하였고, 이는 산화물이 적게 생성 되었기 때문으로 생각된다.

또한 도 5, 6은 본 발명에 관한 열연코일의 표면 개재물 수와 제강성 결함으로 인한 코일 그라인딩율을 각각 나타내고 있다. 상기 도, 5, 6에서 알 수 있는 바와 같이 종래와 본 발명의 처리 방법별 열연코일의 표면 개재물 수도 현저하게 감소 경향을 보이고 있으며, 코일 그라인딩율도 30% 에서 10% 수준으로 크게 감소하였음 보여 주고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 합금철 투입전 Ti을 투입함으로써, 용강의 재산화 및 흡질이 획기적으로 감소하여 청정도를 대폭적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 스테인레스강의 정련방법에 있어서,

   상기 스테인레스강의 래들 정련 공정중 래들 하부에서 Ar 교반을 실시하여 용강의 나탕이 발생된 후, 합금철을 투입하기 직전에 상기 래들내의 나탕부위에 Ti을 1차로 투입한 다음에 2차로 합금철 및 냉각제를 투입하여 용강의 재산화 및 흡질을 방지하고,

   상기 1차로 투입하는 Ti의 양은 하기의 식,

   W_{[Ti]투입량(g)}=0.006(D/2)²*(W_melt/100)

   (D : 래들내 용강 나탕 직경(cm), W_melt : 용강량(톤)),

   에 의하여 결정되는 청정도를 개선하기 위한 스테인레스강의 정련방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서

   상기 2차로 합금철 및 냉각제를 투입한 후에 래들 하부에서 가스 교반을 10분이상 연속하여 실시하여 청정도를 개선하기 위한 스테인레스강의 정련방법.

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