KR100361613B1 - 극저탄소·저질소강의 출강중 흡질 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저탄소·저질소강의 제강공정중 대기로부터 질소가 용강중으로 흡입되는 것을 방지하는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 극저탄소·저질소강을 제조하는 제강공정중 탈탄 및 환원탈류를 행하는 정련공정에 있어서, 상기 정련공정이 행해지는 정련로중의 슬래그 염기도를 2.2∼2.6으로 조정하고, 총생석회 투입량의 14∼17중량%의 형석을 투입하는 것을 특징으로 하는 극저탄소·저질소강의 출강중 흡질 방지방법에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의해 용접부의 내식성 및 인성을 크게 저하시키는 용강중의 질소함량을 최소화함으로써, 보다 우수한 품질의 극저탄소·저질소강을 생산할 수 있다.

Description

극저탄소·저질소강의 출강중 흡질 방지방법

본 발명은 극저탄소·저질소강의 제강공정중 대기로부터 질소가 용강중으로 흡입되는 것을 방지하는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 슬래그의 염기도 및 형석투입량을 조절하여 슬래그의 유동성을 향상시킴으로써 출강시 용강과 대기의 접촉을 최대한 차단함으로써, 질소가 용강중으로 픽업(Pick Up)되는 것을 최소화하려 하는데 그 특징이 있는 극저탄소·저질소강의 출강중 흡질 방지방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인레스강에 속하는 극저탄소·저질소강은 오스테나이트계 스테인레스강보다 응력부식균열 현상이 없고 값이 싼 장점을 가지고 있으나, 내식성, 인성, 가공성 등이 나빠 이를 개선하기 위해 크롬함량을 증가시키거나, 탄소 및 질소를 낮추는 것이 필요하다.

특히, 페라이트계 스테인레스 강에서의 강중 질소는 용접부의 내식성 및 인성을 크게 저하시키기 때문에 가능한한 극한까지 제어하는 것이 필요하다.

이러한 용강중의 질소농도는 용강중의 크롬함량에 의해 밀접한 영향을 받으며 크롬함량이 증가할수록 용강중의 질소용해도는 증가한다.

따라서, 스테인레스강과 같은 고크롬 함유강의 경우 일반 탄소강과 비교하여 용강상태에서 용강상태에서 대기로부터 쉽게 질소를 흡수할 뿐만 아니라 용강중의 질소를 제거하기도 매우 어려운 실정이다.

한편, 스테인레스강의 제조시 제강공정에서 용강중의 질소를 제거하는 방법은 크게 2가지가 있으며, 그 중 희석식 탈탄방법을 적용하는 정련로 공정에서는 탈탄반응시 발생하는 CO가스와 정련로 횡취 풍구(Tuyere)에서 취입되어지는 아르곤가스에 의해 용강중 질소를 제거하고 있으며, 진공탈탄 방법을 적용하는 용강래들 진공처리 설비에서는 탈탄반응시 발생하는 CO가스와 래들바닥에서 취입되어지는 아르곤가스에 의해 질소를 제거하고 있다.

특히, 상기의 진공처리하에서는 분위기의 질소분압이 낮아짐에 따라 탈질효과가 매우 크다.

그러나, 스테인레스강과 같은 고크롬 함유강에서 용강중의 질소를 제거하는데는 한계가 있으며, 특히 극저질소강 생산시에는 긴 처리시간과 그에 따른 원가부담으로 생산성 저하는 물론 경제적 부담도 가중된다.

따라서, 용강중의 질소를 효과적으로 제거하는 방법과 더불어 용강중으로 질소가 흡질되는 것을 방지하는 방법도 극저탄소·저질소강의 제조시 매우 중요한 기술이다.

즉, 약 70%를 차지하고 있는 성분이 질소인 대기와 스테인레스강과 같은 고크롬 함유강이 접촉하는 것을 최대한 방지하는 것이 필요하며 특히, 출강시 용강이 대기에 노출되는 표면이 매우 커 이때 상당량의 흡질이 이때 발생하므로 출강중의 질소흡입을 방지하는 것이 매우 중요하다.

따라서, 정련로 출강시 최대한 흡질을 방지하는 것이 극저탄소·저질소강의 생산시 매우 중요하다.

지금까지 개발된 정련로 출강시 흡질방지 기술로서는 정련로에서 산소취련을 완료한 후 환원탈류를 실시하지 않는 즉, 용강에 다량의 산소가 남아있는 상태에서 출강함으로써 표면활성화 원소인 산소가 용강표면에 막을 형성함으로써 대기의 침투를 방지하는 방법이 있고, 출강시 돌로마이트(CaCO₃, MgCO₃) 투입에 의한 CO₂가스 발생유도로 출강류가 대기와 접촉하는 것을 방지하는 방법이 있다.

전자의 흡질 방지기술은 정련로 다음 공정에서 환원과 탈황을 해야하는 부담이 있어 추가의 설비 및 처리공정이 필요한 문제점을 갖고 있으며, 후자의 경우 즉, 출강시 돌로마이트를 투입하는 방법은 돌로마이트를 출강중에 투입하면 약 900℃에서 하기 식(1)과 같은 분해반응이 일어나 CO₂가스가 발생됨으로써 용강이 대기와 접촉하는 것을 방지하는 효과에 의해 질소 픽업을 저감시킬 수는 있으나, 이와 같은 반응은 흡열반응이므로 용강의 온도를 떨어뜨리는 단점이 있다.

CaCO₃·MgCO₃→CaO·MgO + 2CO₂……… (1)

CO₂+ Si → SiO₂+ C ……… (2)

또한, 상기 식(2)와 같이 CO₂가스와 용강중의 실리콘이 반응하여 탄소의 환원이 일어나 용강으로의 탄소픽업이 발생함으로 409L과 같은 극저탄소·저질소강에는 적용하기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 정련로내 슬래그의 염기도를 조절하고, 슬래그의 유동성을 향상시키기 위해 투입되는 형석의 양을 조절함으로써 출강시 유동성이 향상된 슬래그로 인해 용강과 대기와 접촉을 최대한 차단함으로써 대기로부터의 흡질을 방지할 수 있는 극저탄소·저질소강의 출강중 흡질 방지방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 409L 강의 제강공정을 나타내는 공정순서도,

도 2는 형석비와 출강중 질소픽업의 관계를 나타내는 그래프도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 극저탄소·저질소강을 제조하는 제강공정중 탈탄 및 환원탈류를 행하는 정련공정에 있어서, 상기 정련공정이 행해지는 정련로중의 슬래그 염기도를 2.2∼2.6으로 조정하고, 총생석회 투입량의 14∼17중량%의 형석을 투입하는 것을 특징으로 하는 극저탄소·저질소강의 출강중 흡질 방지방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.

먼저, CaO/SiO₂로 표현되는 슬래그의 염기도를 2.2∼2.6으로 한정하는 이유는 염기도가 2.2 미만이면 대기로부터의 질소의 방지하기 위한 슬래그의 양이 적어 그 역할을 수행하지 못하며, 2.6을 초과하면 슬래그에 의한 흡질방지 효과가 더 이상 증가하지 않을뿐더러 환원탈류시간이 과다하게 소모되기 때문이다.

또한, 슬래그의 융점강하를 유도해 슬래그의 유동성을 향상시키기 위해 투입되는 형석을 총생석회 투입중량의 14∼17중량%로 한정하는 이유는,

14중량% 미만에서는 슬래그의 유동성이 충분하지 못하여 대기로부터의 질소 픽업량이 많아 효과가 미미하며, 17중량%를 초과하면 질소픽업 저감효과가 크게 나타나지 않기 때문이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

<실시예>

출강중 질소픽업을 최소화하기 위한 시험을 극저탄소, 저질소 강종인 409L에 대해 실시하였다.

표 1.

구 분	C	Si	Mn	P	S	N	Cr
상 한(중량%)	0.020	0.70	0.50	0.035	0.010	0.0150	11.60
하 한(중량%)	0	0.30	0	0	0	0	11.0

상기 표 1은 409L 강종의 성분규격을 나타내고, 도 1은 409L의 제조공정을 나타내고 있다.

도 1에서 알수 있는 것처럼 409L은 정련로에서 탈탄, 탈질 및 환원 탈류 등의 정련작업이 이루어지고 B/B(BUBBLING) 공정에서는 성분 및 온도의 미세조정이 실시된다.

따라서 본 강종의 제조시 정련로에서의 정련공정이 매우 중요함을 알 수 있다.

정련로에서의 정련작업은 탈탄단계와 환원탈류단계로 크게 구분되어지고 탈질은 탈탄과 동시에 일어난다.

먼저, 탈탄단계는 통상 6단계로 나누어지는데 크롬을 포함한 스테인레스강에서 크롬보다 탄소를 우선 산화시켜 제거하는 것이 중요하다.

즉, 크롬을 포함한 용강에서 탈탄은 용강온도가 높을수록 CO 분압이 낮을수록 잘 일어난다.

정련로에서는 이러한 조건을 만족시키기 위해 내화물 용손을 방지하는 조건에서 1700℃내외로 최대한 온도를 높이고 산소 및 불활성가스를 동시에 취입함으로써 불활성가스로 탈탄시 발생하는 CO가스의 분압을 저하시켜 탈탄을 실시한다.

또한 탈질은 탈탄단계에서 탈탄과 동시에 진행되어지는데 즉, 탈탄중에 탈탄시 발생하는 CO가스와 불활성가스인 아르곤에 용강중의 질소가 흡착되어 제거되어 진다.

한편, 탈탄작업은 크롬의 산화를 최대한 억제하도록 진행되지만 탈탄 초기에는 용강온도가 낮아서, 또 탈탄말기에는 용강중의 탄소농도가 낮아서 어느정도의 크롬이 산화 되어진다.

이렇게 산화된 크롬산화물은 탈탄단계 완료후 진행되는 환원 탈류단계에서 거의 대부분 환원되어진다.

환원탈류 단계에서는 환원과 탈류가 동시에 진행되어 지는데 횡취풍구로 불활성가스인 아르곤을 취입하여 용강을 강교반하고 크롬산화물을 환원하기 위한 탈산제로 실리콘을 투입하는 것으로 진행되어 진다.

환원과 탈류는 동일 메카니즘으로 일어나는데 즉, 용강온도가 높을수록, 용강중의 산소분압이 낮을수록, 슬래그의 염기도가 높을수록 잘 일어난다.

염기도는 하기 식(3)과 같이 표현된다.

염기도 = CaO / SiO₂………… (3)

2Cr₂O₃+ 3Si → 3SiO₂+ 4Cr ………… (4)

상기 식(3)에서 SiO₂는 식(4)처럼 탈산제로 투입되는 Si이 크롬산화물과 반응하여 크롬을 환원시키면서 발생하고 CaO는 순생석회를 말한다.

염기도가 높을수록 슬래그의 융점이 상승하게 되므로 실조업에서는 정련로에서 액상화가 가능한 범위내에서 염기도를 조정한다.

통상 정련로 환원탈류단게에서 염기도는 2 내외로 작업을 한다.

그러나, 슬래그의 염기도가 2일 경우에도 융점은 1800℃ 내외로 용강온도인 1700℃ 보다 높으므로 액상화 되지 않아 슬래그와 용강의 반응성이 저하하여 환원탈류가 원활하게 진행되어 진다.

반면에 형석의 사용량이 증대할수록 슬래그의 유동성 증대하는데 슬래그의 유동성이 좋으면 슬래그와 노체내화물과 반응성이 좋아져 내화물을 급격하게 용손시키는 문제점이 있다.

따라서, 될 수 있는한 형석의 사용량을 최소화 하는 것이 원가측면에서 유리하다.

작업현장에서 형석투입량은 형석비에 의해 결정되어지며, 하기 식 (5)와 같다.

형석비 = 형석투입량 / 총생석회투입량 × 100 ………… (5)

상기와 같은 모든 조건들을 수렴하여 실험을 실시한 결과 하기 표 2와 같은 결과치 및 도 2와 같은 그래프를 얻었다.

표 2.

구 분	형석비(총생석회 투입량 대비)	염기도	작업수	질소픽업 범위(ppm)
실시예 1	11∼14 중량%	1.8∼2.2	6	50∼100
		2.2∼2.6	7	50∼100
실시예 2	14∼17 중량%	1.8∼2.2	6	20∼50
		2.2∼2.6	6	15∼35
실시예 3	17∼20 중량%	1.8∼2.2	2	30∼50
		2.2∼2.6	3	15∼40

상기 표 2에서와 같이 정련로중의 슬래그 염기도를 2.2∼2.6으로 조절하고, 투입되는 형석의 양을 총생석회 투입량의 14∼17중량%를 투입했을 때, 용강중으로 흡입되는 질소의 양이 가장 적은 것을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의해 용접부의 내식성 및 인성을 크게 저하시키는 용강중의 질소함량을 최소화함으로써, 보다 우수한 품질의 극저탄소·저질소강을 생산할 수 있다.

Claims (1)

1. 극저탄소·저질소강을 제조하는 제강공정중 탈탄 및 환원탈류를 행하는 정련공정에 있어서,

   상기 정련공정이 행해지는 정련로중의 슬래그 염기도를 2.2∼2.6으로 조정하고, 총생석회 투입량의 14∼17중량%의 형석을 투입하는 것을 특징으로 하는 극저탄소·저질소강의 출강중 흡질 방지방법.