KR101277592B1 - 제강용 플럭스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LF공정에서 용강 청정도를 확보하고 슬래그를 탈산하여 슬래그 중의 T.Fe를 저감시키는 제강용 플럭스에 관한 것으로, 중량%로 산화칼슘(CaO) 55~60%, 알루미나(Al₂O₃) 30~40%, 마그네슘(Mg) 9%이내, 및 불가피한 불순물 7%이내를 포함하는 제강용 플럭스를 제공한다.

Description

제강용 플럭스{STEEL REFINERY FLUX}

본 발명은 제강용 플럭스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LF공정에서 용강 청정도를 확보하고 슬래그를 탈산하여 슬래그 중의 T.Fe를 저감시키는 제강용 플럭스에 관한 것이다.

일반적으로 제조되는 강은 비금속 개재물인 Al₂O₃와 같은 산화물로 인하여 강의 성질이 저하되므로 강의 제조 과정 중에 이러한 불순물들을 제거하여야 한다. 또한, 용탕이 대기 중의 산소와 접하여 산화되며 강의 품질이 저하될 수 있으므로 용탕의 표면이 대기와 접촉하는 것을 방지하여야 한다.

이를 위하여 강의 제조 중 용탕의 표면에 플럭스를 투입하게 되는데 투입된 플럭스는 용탕이 전로 내 가스 및 대기와 접촉하는 부분들을 덮어 용탕과 전로 내 가스 및 대기와 직접 접하지 않도록 하는 역할을 한다.

뿐만 아니라, 투입된 플럭스는 용탕 중의 불순물을 제거하고, 전극으로부터 탄소의 흡수를 막는 등 강재의 품질을 향상시키는 역할을 할 수 있다.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제2006-0013251호 (공개일:2006.02.09)가 있다.

본 발명은 전로 출강 중 투입되는 생석회의 양을 저감시키고, LF공정에서 용강 청정도를 향상시키는 제강용 플럭스을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 마그네슘(Mg)을 첨가하여 산화 반응열을 발생시켜 용강 온도 감소를 줄이는 제강용 플럭스를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제강용 플럭는 중량%로 산화칼슘(CaO) 55~60%, 알루미나(Al₂O₃) 30~40%, 마그네슘(Mg) 9%이내, 및 불가피한 불순물 7%이내를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 마그네슘(Mg)은 슬래그의 Fe 산화물과 반응되어 슬래그 중의 T.Fe함량을 저감킬 수 있다.

또한, 상기 산화칼슘(CaO)과 알루미나(Al₂O₃)의 함량비에 따른 염기도는 1.3 ~ 1.7 범위일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전로 출강 중 투입되는 생석회 사용량을 감소시킴으로써, 용강내 수소에 의한 문제를 저감시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 LF 용강 청정도를 확보하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수강래들의 내화물 침식을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 LF 슬래그 염기도(C/A)에 따른 용강 청정도(T.[O])의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 Al₂O₃/CaO의 상태도를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

LF 슬래그의 성분은 주로 전로에서 출강 중에 투입하는 생석회 및 인공 플럭스에 의해 의존하나, 생석회는 대기 중의 수분에 의해 다공성원료이기 때문에 생석회 내 기공에 수분이 존재하는 부착수 및 결정수 등을 다량 포함할 수 있게 되어 수분이 다량 수반된 생석회 사용시 후속 공정인 연주 공정에 문제를 야기시킬 수 있다. 특히, 하절기에는 생석회 중의 수분 함량이 증가되어 수소 소스로 작용할 수 있다.

용강 중의 [H] 농도가 증가 할 경우, 연속주조시 반제품인 슬라브에서의 핀홀결함 발생에 의한 품질저하의 원인이 된다.

생석회에 수분이 부착된 부착수 혹은 생석회 중의 CaO성분과 H₂O가 수화반응을 일으켜 생성된 Ca(OH)₂가 다량 함유된 생석회를 용강에 투입하게 되면 분위기 중의 PH₂O가 상승하게 되고, 분위기 중의 수증기 분압인 PH₂O가 상승함에 따라 용강 중의 [H]농도는 상승하게 된다.

여기서, 생석회를 단독으로 사용하였을 경우와 비교하여 CaO-Al₂O₃계 플럭스를 사용 할 경우 CaO와 Al₂O₃의 결합으로 CaO-Al₂O₃ 또는 12CaO-7Al₂O₃ 등이 생성되고, 복합산화물이 생성된만큼 단독으로 존재하는 Free.CaO의 양이 상대적으로 적어져 대기 중의 수분과 반응하여 생성되는 Ca(OH)₂의 양이 줄어들게 된다.

따라서 CaO-Al₂O₃계 플럭스를 사용하였을 경우, 용강 중의 [H]농도를 저감 시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제강용 플럭스는 산화칼슘(CaO), 알루미나(Al₂O₃), 마그네슘(Mg), 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이때, 각 조성물은 중량%로 산화칼슘(CaO) 55~60%, 알루미나(Al₂O₃) 30~40%, 마그네슘(Mg) 9% 이내, 및 불가피한 불순물 7%이내로 이루어지며, 불가피한 불순물은 저급 산화물로 마그네슘(Mg)에 의해 쉽게 환원되는 원소들로 실리카(SiO₂) 및 산화철(Fe₂O₃) 등을 포함한다.

이러한, 이러한 불가피한 불순물이 7wt%이내의 범위에 있으면 마그네슘(Mg)이 불순물을 전원 환원시키고, 남은 마그네슘(Mg)는 슬래그 중의 T.Fe와 반응하게 된다.

그러나, 불가피한 불순물이 7wt%를 초과하면 마그네슘(Mg)이 전량 불순물과 반응하게되고 슬래그 중의 T.Fe 등과 반응하지 못하여 플럭스의 효과를 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제강용 플럭스의 기능을 만족시키기 위하여 플럭스 내의 산화칼슘(CaO)과 알루미나(Al₂O₃)의 함량비(wt%)가 1.3 ~ 1.7범위가 되도록 하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, CaO/Al₂O₃가 1.3 ~ 1.7 사이에서 용강의 품질이 우수한 것을 알 수 있으며, 1.3미만에서는 투입된 생석회의 양이 적어 슬래그 양이 줄어들어 개재물 흡수능이 저하되어 개재물이 많아지고, 1.7 초과에서는 다량 투입된 생석회로 인해 슬래그의 양(Volume)은 많아지겠지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 1700℃가 넘는 슬래그 융점을 갖고 있어, 슬래그 융점이 상승한 만큼 슬래그 유동성은 저하된다.

여기서, 도 1의 용강 내의 Total Oxygen(이하, T.[O])는 용강 품질평가의 대표적인 지표 중 하나로, 산화물과 결합된 산소의 양을 의미한다.

여기서, T.[O]의 값이 클수록 용강 내 산화물 및 비금속 개재물이 다량 존재하고, T.[O]값이 작을수록 용강의 청정도가 우수하다고 판단할 수 있다.

마그네슘(Mg)은 불순물을 환원시켜 산화마그네슘(MgO)을 생성시킬 때 다량의 산화 반응열을 발생시켜 용강의 온도가 떨어지는 것을 줄여준다. 따라서, 떨어진 온도를 올려야 하는 재가열을 방지할 수 있다.

산화마그네슘(MgO)을 사용하는 경우, 용강의 온도가 떨어지면서 슬래그의 유동성도 떨어지고 용강의 온도를 높혀주기 위해 재가열을 해야하는 번거로움이 발생된다.

또한, 마그네슘(Mg)은 슬래그 중의 T.Fe(Total Fe)함량을 줄여 용강 내의 Fe 회수율을 높일 수 있어, 1차 탈산 후 완전히 회수되지 않은 Fe를 2차적으로 회수한다.

슬래그 탈산 반응식은 다음과 같다.

반응식 1

Mg + FeO = MgO + Fe

이때, 비중이 높은 Fe는 용강으로 이동되어 슬래그의 T.Fe 함량은 감소시키고, 용강의 Fe 회수율을 상승시킨다. 즉, 마그네슘(Mg)는 Fe보다 산소 친화력이 높기 때문에 슬래그의 Fe 산화물과 반응되어 슬래그 중의 T.Fe 함량을 저감시킨다.

여기서, 마그네슘(Mg)의 함유량은 최대 9%이내가 되며, 더욱 바람직하게는 5%이내이다.

마그네슘(Mg)의 경우, 산화 반응열이 발생하여 용강의 온도를 떨어뜨리지 않은 효과를 발생할 수 있으나, 첨가 범위가 10%이상이 되면, 순간적으로 지나치게 강력한 산화 반응열을 발생시켜 비산 및 폭발 등의 문제를 일으킬 수 있으므로 마그네슘(Mg)의 함유량은 9% 이내에 있어야 하며, 더욱 바람직하게는 5%이내이다.

또한, 마그네슘(Mg)은 대기 중의 산소 또는 슬래그 중 산화철(FeO), 산화망간(MnO) 등의 저급 산화물들과 반응하여 산화마그네슘(MgO)를 생성시킨다.

산화 마그네슘을 생성시킨 반응식은 다음과 같다.

반응식 2

2Mg + O₂ = 2MgO

또한, [반응식 1]을 통해서도 산소와 결합하여 산화마그네슘(MgO)이 생성되는 것을 알 수 있다.

플럭스 내의 마그네슘(Mg)을 5%첨가하게 되면, 슬래그 중의 산화마그네슘(MgO)는 약 7~8%수준이 된다. 슬래그 조성의 특성상 산화마그네슘(MgO) 성분의 포화 용해도는 약 8%수준으로, 슬래그 내에 산화마그네슘(MgO) 함량이 포화용해도에 있지 않을 경우 래들(Ladle) 내화물의 산화마그네슘(MgO) 성분을 용출시키게되고, 용출된 만큼 내화물은 침식을 하게된다.

본 발명의 실시예에 따른 제강용 플럭스를 사용하였을 경우, 첨가된 마그네슘(Mg)에 의해 슬래그 내의 산화마그네슘(MgO)이 포화용해도에 가까운 수준에 있기 때문에 수강래들 내화물의 침식을 저감시킬 수 있다.

플럭스에 마그네슘(Mg)을 넣지 않을 경우 추가적으로 산화마그네슘(MgO)을 첨가하여야하며, 이로 인해 용강 제조원가는 상승된다.

따라서, 전로 출강 중에 본 발명의 실시예에 따른 제강용 플럭스를 투입하여 LF(Ladle fumace)조업을 하게되면, 하절기의 수소(H)의 함량에 대한 부담이 줄어들고, 고청정강 제조를 위한 CaO/Al₂O₃(C/A)확보가 가능하다.

또한, 플럭스 내의 마그네슘(Mg)으로 슬래그를 탈산하여 슬래그 중의 T.Fe를 저감시킬 수 있어 용강 품질 또한 향상될 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 제강용 플럭스는 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.

Claims (3)

1. 중량%로 산화칼슘(CaO) 55~60%, 알루미나(Al₂O₃) 30~40%, 마그네슘(Mg) 0% 초과 9%이내, 및 불가피한 불순물 7%이내를 포함하고,
   상기 마그네슘(Mg)은 슬래그의 Fe 산화물과 반응되어 슬래그 중의 T.Fe함량을 저감시키는 제강용 플럭스.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 산화칼슘(CaO)과 알루미나(Al₂O₃)의 함량비에 따른 염기도는 1.3 ~ 1.7 범위인 제강용 플럭스.

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