KR100226898B1 - 알루미늄 탈산강의 용강청정제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강정련설비중 RH진공탈가스 장치에서 알루미늄 탈산강 정련시 사용되는 용강 청정제 조성물에 관한 것이며, 그 목적은 RH진공조 내화물의 침식을 억제하면서 알루미나계 비금속개재물을 효과적으로 제거할 수 있는 용강 청정제 조성물을 제공함에 있다.

본 발명은 중량%로, CaO : 43-48%, Al₂O₃: 37-42%, MgO : 5-15%, SiO₂: 2.0%이하로 조성되는 알루미늄 탈산강의 요강청정제 조성물에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

알루미늄 탈산강의 용강 청정제 조성물

제1도는 본 발명에 의한 용강 청정제 조성물을 설명하기 위한 CaO-Al₂O₃계 상태도

제2도는 본 발명과 비교재의 비금속개재물 정련 능력을 비교한 그래프

제3도는 본 발명과 비교재의 RH진공조 내화물의 침식정도를 비교한 그래프

본 발명은 제강 정련 설비 중 RH 진공탈가스 장치에서 알루미늄 탈산 강정련시 사용되는 요강 청정제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 RH진공조 내화물의 침식을 억제하면서 알루미나계 비금속 개재물을 효과적으로 제거할 수 있는 용강 청정제 조성물에 관한 것이다.

제강공정에서 용강에는 수많은 비금속 개재물들이 존재한다. 이러한 비금속재재물들은 전로 슬래그, 레이들슬래그, 각종 정련용 내화물 및 탈산생성물 등으로부터 발생되며, 알루미늄 탈산강에서는 이러한 비금속 개재물중 탈산 생성물인 알루미나계 비금속개재물이 대부분을 차지한다. 따라서, 제강정련공정에서는 이러한 알루미나계 비금속개재물을 저감시키기 위한 목적으로 용강 정련중 청정제를 첨가한다. 종래 용강중 알루미나계 비금속개재물을 제거하기 위하여 널리 사용되는 청정제 조성물의 화학성분은 예를들면 CaO 55중량%, Al₂O₃44중량 %, T.Fe와 MnO의 합이 1,0 중량%이하인 조성물을 들 수 있다. 이러한 용강청정제는 용강 탈산 전후 RH진공조를 통해 용강에 첨가되며, 그 첨가량은 용강 1톤탕 0.7내지 1.5Kg에 달한다. 그러나, 이러한 종래의 용강청정제 조성물이 RH진공조를 통해 용강에 첨가되는 경우 용강 청정제가 RH진공조 내화물의 침식을 조장함으로써, RH진공조 내화물의 수명을 크게 단축시키는 결점을 지니고 있다. 이는 일반적으로 사용되는 RH진공조 내화물이 MgO 50내지 52중량%, Cr₂O₃18내지 중량%인 MgO-Cr₂O₃계 내화물이기 때문이다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, RH 진공조에서 알루미늄 탈산강 정련시 용강중 알루미나계 비금속개재물을 용이하게 제거하면서도 RH진공조 내화물의 용손을 억제시키는 알루미늄 탈산강의 용강 청정제 조성믈을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 중량%로, CaO:43-48%, Al₂O₃:37-42%, MgO:5-15%, SIO₂:2.0%이하, 휘발성분:3%이하로 조성된 알루미늄 탈산강의 용강청정제 조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

제강공정에서는 용강중 P,S,C,Si 등의 불순물을 제거하기 위하여 전로에서 다량의 산소를 브로잉(blowing)하며, 이러한 불순물이 목표함량이하로 제거되면 용강중 산소함량이 500내지 1000ppm에 달한다. 이러한 함량의 용존산소를 가진 용강을 진공탈가스 설비로 이송한후, RH진공탈가스 설비에서 탈가스정련을 실시하고, 이어서 용강을 탈산한다. 용강의 탈산에는 산소와 친화력이 크고 값이 비교적 싼 Si,Mn,Al등이 탈산제로 널리 사용되고 있다. 이러한 탈산제는 용강중에 하기식(1)과 같은 반응으로 탈산생성물을 생성시킨다. 하기식(1)에서 M은 탈산제, MmOn은 탈산생성물을 나타내며, 탈산생성물은 용융점이 매우 높기 때문에 일반적으로 용강에서 고체상태로 존재한다.

mM + n[O] = MmOn(s) (1)

이러한 비금속 개재물이 용강에 잔류하는 경우, 비금속 개재물은 연속주조 공정에서 용강응고시 블랙아웃(break-out)을 유발하거나 열연코일, 냉연코일 등 제품에서 결함을 유발하는 원인으로 작용한다. 따라서, 탈산시 생성되는 비금속개재물을 일정수준 이하로 제거해야 한다.

이를 위한 본 발명의 본 조성물은 제 1도에 도시된 CaO와 Al₂O₃2원계 상태도의 a에 해당되며, 융점은 1450-1500℃이다. 이 조성물을 알루미늄 탈산강의 탈산 전후 용강에 첨가하는 경우, 하기식 (2)와 같이 탈산생성물인 알루미나 비금속개재물을 쉽게 흡수할 수 있다. 하기식(2)와 같은반응을 통해 발생되는 반응생성물은 그 조성이 제 1도의 b, 즉 융점이 1400℃부근인 12CaO·7Al₂O₃계 비금속개재물이 되고, 이개재물은 용강에서 액체상태를 유지한다. 따라서, 용강에서 액체 상태를 유지하는 12CaO·7Al₂O₃계 비금속개재물은 그 비중이 3.0g/㎤정도로 용강의 비중 6.8g/㎤보다 현저하게 가볍고, 용강과의 표면장력이 매우 작아서 구형을 유지함으로써 용강 표면으로 부상분리된다. 이러한 액체 상태의 비금속개재물이 용강표면으로 부상분리되면서 용강중 비금속개재물을 추가로 흡수하여 크기가 더욱 커지므로 비금속개재물의 부상분리가 더욱 용이해진다. 상기와 같은 과정을 통해 탈산전후 용강에 첨가된 용강청정제는 탈산생성물인 알루미나계 비금속개재물을 흡수하여 제거한다.

(청정제)+Al₂O₃(탈산생성물)=12CaOㆍ7Al₂O₃(2)

상기와 같이 본 발명의 조성물은 탈산생성물을 12CaOㆍ7Al₂O₃계 비금속개재물로 만들기 위해 CaO를 43-48%, Al₂O₃를 37-42%로 한정한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, CaO가 43중량% 미만의 경우 12CaOㆍ7Al₂O₃가 형성되기 보다는 CaOㆍAl₂O₃등이 형성되므로 개재물 융점이 높아져 개재물이 용강에서 고체상태로 존재하게 되어 액체 상태로 존재하는 개재물 보다 부상분리가 어렵기 때문에 소기의 청정도를 얻기가 곤란하고, CaO가 48중량%를 초과하는 경우에는 3CaOㆍAl₂O₃등이 형성되어 개재물의 융점이 증가되므로 불리하다. 또한 Al₂O₃가 37중량% 미만의 경우 3CaOㆍAl₂O₃등이 형성되기 쉽고 42중량%를 초과하는 경우에는 CaOㆍAl₂O₃등이 형성되므로 부상분리가 용이하지 못하다.

한편, RH에서 사용되는 MgO-Cr₂O₃계 진공조내화물은 용강청정제가 용해되어 비금속 개재물을 흡수함으로써 생성된 정련슬래그(이하, ' 정련슬래그'라 한다)의 침투 및 화학반응으로 인하여 침식된다. 정련슬래그의 침투는 주로 진공조내화물의 기공을 통해 일어나고, 기공을 통한 슬래그의 침투거리는 하기식(3)과 같다. 여기서, 1은 슬래그의 침투거리이며 단위는 ㎝, α는 슬래그의 표면장력이며 단위는 dyne/㎝, r은 모서리관의 반경이며 단위는 ㎝, θ는 내화물과 슬래그의 접촉각, η는 슬래그의 점도이며 단위는 dyme sec/㎠, t는 정련 시간으로 단위는 초를 각각 의미한다. 식(3)으로부터 슬래그의 표면장력과 기공의 반경이 작을수록, 접촉각과 슬래그의 점도가 클수록 슬래그의 침투길이가 감소됨을 알 수 있다.

이때, 진공조내화물의 기공크기를 인위적으로 조절하는 것이 매우 어려우며, 정련 슬래그의 표면장력은 400내지 600dyne/㎝ 정도로 유사하고, 진공조내화물과 정련슬래그의 접촉가이 매우 작은 것으로 알려져 있다. 정련반응을 효율적으로 수행하기 위해 정련슬래그의 조성변화는 매우 적으며, 용강온도가 매우 높기 때문에 슬래그 조성이나 정련온도의 변화에 따른 정련슬래그의 점도변화는 거의 없다. 따라서, 정련슬래그의 진공조내화물 침투길이는 정련시간이 기렁짐에 따라 길어진다. 기공을 통해 진공조내화물에 침투한 정련슬래그는 주변의 내화물과 반응하며, 이때 슬래그와 접촉하는 내화물계면에서는 진공조내화물의 MgO성분이 용출되기 시작한다. 이러한 MgO용출반응은 정련슬래그중 MgO함량이 포화용해도인 5내지 10중량%에 이를 때까지 진행된후 반응이 중단된다. RH진공조 내화물에서는 이러한 MgO용출반응이 반복해서 일어남으로써 진공조내화물이 침식된다. 따라서, 본 발명에 의한 용강청정제 조성물에서 MgO은 상기 슬래그중 MgO의 포화용해도를 고려하여 5내지 15중량%로 함유함으로써, 진공조내화물의 기공을 통해 침투한 슬래그와 반응시 MgO의 용출을 억제할 수 있다. 즉, 진공조내화물과 정련슬래그의 반응계면에서 화학반응을 일으키는 정련슬래그가 처음부터 MgO포화용해도에 근점하는 MgO함량을 가짐으로써, 반응계면에서의 MgO용출반응을 억제할 수 있다. MgO가 15%를 넘으면 실시예에서도 확인할 수 있듯이, 정련능은 다소 개선되나 침식억제 효과가 떨어진다.

본 발명 조성물에서 SiO₂의 함량은 용강청정제 제조원료로부터 불가피하게 들어오는 불순물이며, 이는 용강청정의 알루미나계 개재물 제거능력이나 진공조내화물 침에 거의 영향을 미치지 않으나 그 함량이 많아지면 용강중 용해 알루미늄 성분을 낮출 수 있으므로 별도로 알루미늄 첨가가 요구되므로, SiO₂는 2중량%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

통상적으로 CaO, Al₂O₃에는 휘발성분(이산화탄소나 결정수)등이 소량 포함되어 있으며, 본 발명에서와 같이 CaO가 43-48%, Al₂O₃가 37-42% 함유되면, 이들 휘발성분은 약 3%이하 정도 함유되게 된다. 이러한 휘발성분은 용강에 적용되는 경우 고온의 열에 의해 분해되어 날아가 버리기 때문에 본 발명에서 별다른 영향을 미치지 않는다. 다만, 이들 휘발성분이 양이 너무 많아지면 용강청정제의 투입량이 많아지게 되어 경제성에서 불리하다. 본 발명의 조성물에서는 이들 휘발성분의 함량을 통상 함유될 수 있는 양을 고려하여 3%이하로 제한한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예]

250톤 RH 진공탈가스 장치에서 용강을 탈가스 정련한후, 용강 1톤당 1.2내지 1.6Kg의 알루미늄을 첨가시켜 용강을 탈산하였다. 용강을 탈산한 직후 매 차지(Charge)마다 표 1의 본발명 용강청제(A-C)또는 비교재를 각각 용강 1톤당 0.8킬로그램 첨가하여 동일시간 정련한후, 용강시료를 채취하여 용강중 전산소량(total oxygen)을 분석하고 그 결과를 제 2도에, 그리고 동일한 조건으로 RH에서 연속 50차지 정련한후, 진공조내화물을 해체하여 내화물의 침식깊이를 조사하고, 그 결과를 제 3도에 나타내었다.

제 2 도는 본 발명의 용강청정제(A-C)와 비교재의 용강청정능력, 즉 청정제 첨가후 용강중 전산소량을 도시한 것으로써, 본발명 조성물(A-C) 및 비교재의 전산소량이 각각 28.5, 29.3, 30.1, 30.5ppm으로 나타났다. 이는 본 발명의 용강청정재(A-C)조성물이 알루미나계 비금속 개재를 제거능력에 있어서 유사하거나 본 발명이 약간 우수한다는 것을 입증하는 것이다.

제 3 도는 본 발명의 조성물(A-C)와 비교재의 RH 진공조내화물 침식지수를 도시한 것이며, 비교재물 100으로 할 때, 본 발명 조성물의 침식정도를 나타낸 것이다. 제 3 도로부터 본발명 용강청정제 조성물(A-C)의 내화물 침식지수가 비교재의 20내지 30%수준으로써 비교재보다 현저하게 낮음을 알수 있다. 여기서, 내화물침식지수가 낮다는 것은 RH진공조 내화물의 침식이 덜 일어난다는 것을 의미하며, 본발명의 조성물(A-C)의 내화물침식지수가 비교재보다 낮다는 것은 진공조내화물의 침식을 억제하는 효과를지고 있음을 입증한다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의한 용강 청정제 조성물을 RH진공탈가스 장치에서 알루미늄 탈산강의 탈산 생성물을 저감시키는데 사용하면 용강중의 알루미나계 개재물 정련효과를 향상시킬수 있을 뿐만 아니라 RH 진공조 내화물의 침식을 억제시켜 RH진공조 내화물의 수명을 연장시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로, CaO : 43-48%, Al₂O₃: 37-42%, MgO : 5-15%, SiO₂: 2.0%이하, 휘발성분(Ignition loss):3%이하로 조성되는 알루미늄 탈산강의 요강청정제 조성물.