KR100398400B1

KR100398400B1 - 타이타늄 함유 스테인레스강의 정련공정에서 슬래그조성제어방법

Info

Publication number: KR100398400B1
Application number: KR10-1999-0056173A
Authority: KR
Inventors: 송효석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2003-09-19
Also published as: KR20010055097A

Abstract

본 발명은 타이타늄(Ti)을 함유하는 스테인레스강의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 VOD(Vacuum Oxygen decarburization) 정련공정에서 타이타늄의 실수율을 높이고 연속주조 공정에서의 침지노즐 막힘현상을 방지하기 위한 적정 슬래그조성 제어 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, VOD에서 산소를 취입하여 탈탄하고 이어 탈산한 다음, Ti를 첨가하여 타이타늄 함유 스테인레스강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 산소취입 종료후에 용강중에 알루미늄 농도가 0.05-0.15% 되도록 Al으로 탈산하여 슬래그중 (%SiO₂)농도를 5%이하로 유지하고, 이어 생석회를 투입하여 슬래그중 (%CaO)/(%SiO₂+%Al₂O₃)의 비가 2.0∼2.5범위가 되도록 하는 것을 포함하여 이루어지는 타이타늄 함유 스테인레스강의 정련공정에서 슬래그조성 제어방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

타이타늄 함유 스테인레스강의 정련공정에서 슬래그조성 제어방법{Method for controlling slag in refining process of stainless steel containing Ti}

본 발명은 타이타늄(Ti)을 함유하는 스테인레스강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VOD(Vacuum Oxygen decarburization) 정련공정에서 타이타늄 의 실수율을 높이고 연속주조 공정에서의 침지노즐 막힘현상을 방지하기 위한 적정슬래그조성 제어 방법에 관한 것이다.

타이타늄 함유 스테인레스강은 진공정련설비인 VOD에서 제조되고 있으며, 강중 탄소, 질소농도를 각각 150ppm이하로 규제하고 있으며, 특히 내식성 및 용접부의 인성을 향상시키기 위해 타이타늄과 [C+N]농도비를 6배 이상으로 조절하고 있다. 실제 제조공정에서의 타이타늄의 농도는 0.2%∼0.5%이다.

타이타늄 함유 스테인레스강의 VOD정련공정은, 먼저 용강중 탄소를 제거하기 위하여 진공상태에서 산소를 불어넣어 탄소의 제거를 완료한 다음, Ti을 첨가하기전에 탈탄과정중에 공급된 산소에 의해 발생되는 금속산화물과 용강중에 용해된 용존산소를 낮추기 위해 알루미늄으로 탈산한다. 이는 슬래그중 크롬, 철등의 산화물들이 타이타늄을 산화시키기므로 이들 산화물들을 타이타늄 보다 산화력이 강한 알루미늄으로 미리 환원시키는 것이다.

따라서, 지금까지는 알루미늄의 적중율을 높이는게 중요하다는 인식하에 알루미늄의 투입량을 최적화하는데 촛점을 맞추어 왔다. 즉, 아래의 관계식 1과 같은 과잉산소량(취입된 산소중에 금속산화에 소비된 산소량)에 대한 상대적인 알루미늄의 투입량을 경험식(관계식 2)으로 도출하여 사용하였다.

[관계식 1]

과잉산소량=총산소 사용량(Nm³)-탈탄에 소요된 산소량(Nm³)

여기서, '총산소 사용량'은 탈탄기에 공급된 산소량을 의미하며, '탈탄에 소요된 산소량'은 탈탄전후의 탄소량 차이로서 계산되는 실제 탄소와 반응한 산소량이다.

[관계식 2]

알루미늄 투입량(kg)=A×과잉산소량(Nm³)+B

여기서, A, B는 상수

그런데, 이러한 관계식 1, 2를 통해 결정된 알루미늄을 첨가하더라도 타이타늄의 농도규격을 벗어나는 경우가 발생한다. 이에 따라, 타이타늄 원단위 증가에 의한 제조원가 상승은 물론이고, 타이타늄 농도조절을 위한 후공정에서의 처리시간이 과다하게 소요됨에 따른 생산성 저하 그리고 공정지연에 따른 저온 주조율이 높아져 제품품질을 저하시키게 된다. 또한, 타이타늄 산화물에 의한 노즐 막힘 및 제품 결함등의 문제를 야기하게 된다.

도 1에는 용강중 타이타늄 산화물에 의해 연속주조시 발생하는 노즐막힘 현상을 보여준다. 이것은 타이타늄과 슬래그성분의 반응에 의해 생성된 타이타늄산화물에 의해 기인하는 것이다. 슬래그와 타이타늄의 반응에 의해 용강중에 타이타늄 산화물이 생성되면 실수율이 낮아지기 때문에 타이타늄를 더 많이 투입하여야 하며, 이 경우 타이타늄 산화물계 개재물에 의한 주조시 노즐막힘 발생을 유발시킨다. 도 2는 실제의 VOD조업에서 타이타늄 실수율과 열연코일 표면에서의 개재물 수의 관계를 보여주는 것이다. 여기서 개재물 수는 강의 청정도를 대표할 수 있는 것으로, 열연코일 1m에서 발견되는 개재물 수를 측정한 것이다. 도 2에서 보듯이 개재물 수는 타이타늄 실수율이 낮은 경우에 증가하는 것을 알 수 있다.

본 발명자들은 과잉산소량에 기초하여 알루미늄의 투입량을 최적화하는 종래정련방법의 근본적인 문제를 인식하고, 그 원인을 찾기 위한 일련의 연구과정에서 본 발명을 완성하게 된 것으로, 본 발명은 VOD에서 산소취입 종료후, 알루미늄(Al) 탈산후의 슬래그 조성이 타이타늄 실수율에 크게 영향을 미치는 것에 착안하여 VOD에서의 타이타늄 투입전에 슬래그조성의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 Ti첨가강에서 침지노즐 막힘을 나타낸 것으로,

도 1(a)는 개재물로 막힌 침지노즐의 사진이고

도 1(b)는 개재물의 조성

도 2는 타이타늄 실수율과 열연코일 표면의 개재물 수의 관계를 나타내는 그래프

도 3은 슬래그중 (SiO₂)농도와 Ti감소량의 관계를 나타내는 그래프

도 4는 슬래그중 염기도와 타이타늄 실수율의 관계를 나타내는 그래프

도 5는 기존재와 발명재의 타이타늄 실수율 비교한 막대 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬래그조성제어 방법은, VOD에서 산소를 취입하여 탈탄하고 이어 탈산한 다음, Ti를 첨가하여 타이타늄 함유 스테인레스강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 산소취입 종료후에 용강중에 알루미늄 농도가 0.05-0.15% 되도록 Al으로 탈산하여 슬래그중 (%SiO₂)농도를 5%이하로 유지하고, 이어 생석회를 투입하여 슬래그중 (%CaO)/(%SiO₂+%Al₂O₃)의 비가 2.0∼2.5범위가 되도록 하는 것을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자들은 종래 타이타늄의 성분규격을 맞추기 위해 슬래그중에 산화물들을 알루미늄으로 산화시키는데도, 타이타늄의 산화되는 원인을 면밀히 조사한 결과, 슬래그중에 SiO₂성분을 주목하게 되었다. 즉, 본 발명자들은 슬래그중에 SiO₂가 타이타늄의 산화에 가장 직접적인 영향을 미치는 것을 알아내고, SiO₂가 티타늄의 산화를 시키지 못하도록 슬래그조성을 제어하는 것이 더욱 효과적이라는 결론에 도달하였다.

슬래그중에 존재하는 SiO₂는 타이타늄과의 산화력의 차이에 의해 용강중의 타이타늄에 의해 용이하게 환원될 수 있는데, 반응식은 다음과 같이 쓸수 있다.

(SiO₂) + [Ti] = (TiO2) + [Si] --- (1)

따라서, 타이타늄 실수율을 높이기 위해서는 하기 반응을 최대한 억제해야 한다. 열학적인 측면으로볼때, 슬래그중 (SiO₂)의 활동도를 낮추거나 용강중 타이타늄의 활동도를 낮추어야 한다. 용강중 타이타늄 활동도는 용강성분 조정에 의해 낮출 수 있는데, 용강성분은 강종에 따라 이미 결정되므로 임의로 조정할 수 없다. 이에 반해, 슬래그중 (SiO₂)의 활동도는 ① 슬래그중 SiO₂의 농도 또는 ② 슬래그염기도 즉, (%CaO)/(%SiO₂+%Al₂O₃)의 비 조절에 의해 낮출수 있다.

본 발명에서는 상기 ①②를 모두 제어하여 슬래그중 (SiO₂)의 활동도를 낮출수 있는 정련조건(슬래그조성 제어방법)을 설정하였다.

먼저, 통상의 방법에 따라 VOD에서 산소를 취입하여 탈탄을 종료하고, 이어 알루미늄을 투입하는데, 그 투입량은 용강중 알루미늄 농도 0.05%-0.15%가 되도록 하여 슬래그중 SiO₂의 농도가 5%이하가 되도록 한다.

도 3에 나타난 바와 같이, 슬래그중의 SiO₂의 농도가 커지면, 타이타늄 첨가할 때의 타이타늄농도와 이후 턴디쉬에서의 타이타늄 농도를 비교할때 그 차이가 점점 커짐을 알 수 있다. 즉, 슬래그중 SiO₂의 농도가 높을 수록 타이타늄 손실은 증가하는 것을 보여준다. 그런데, 슬래그중 SiO₂농도가 5%이하에서는 타이타늄 농도차가 50ppm이하로 안정적임을 알 수 있다. 슬래그중에 SiO₂의 농도를 5%이하로 가져갈려면 용강중에 알루미늄의 농도가 적어도 0.05%이상 되도록 첨가하여야 하는데 만일 용강중 알루미늄 농도가 0.15%를 초과하게 되면 용강중의 알루미나 개재물이 증가하여 노즐막힘의 원인이 되기 때문에 알루미늄의 첨가량은 용강중 알루미늄 농도가 0.05∼0.15%가 되도록 첨가한다.

이와 함께 슬래그중 (SiO₂)의 활동도를 낮추기 위해서는 상기에서 언급한 바와 같이 슬래그의 염기도 즉, (%CaO)/(%SiO₂+%Al₂O₃)의 비 조절한다. 종래에는 과잉산소에 기초하여 알루미늄을 투입하고 염기도를 조절하지 않고 바로 타이타늄을 투입하였는데 이런 방법으로는 근본적으로 타이타늄 실수율에 큰 편차를 나타낼 수 밖에 없게 된다. 이와는 달리, 본 발명에서는 슬래그의 염기도를 2.0-2.5으로 조절하여 슬래그중 (SiO₂)의 활동도를 최대한 낮춘다. 즉, 슬래그 염기도는 즉, (%CaO)/(%SiO₂+%Al₂O₃)의 비로 나타내는데, 이는 산성산화물과 염기성 산화물의 비로서 염기도가 높을 수록 (SiO₂)의 활동도를 감소시켜 동일한 슬래그중 (SiO₂)농도에서도 (SiO₂)의 반응성을 떨어뜨려 타이타늄과의 반응이 크게 억제시키게 된다. 따라서 슬래그 염기도가 높을 수록 타이타늄 실수율은 향상되지만, 슬래그 염기도가 너무 높으면, 슬래그의 융점이 증가하게 되어 액상의 슬래그를 만들수 없기 때문에 슬래그의 정련능력을 상실하는 문제가 생긴다.

상기와 같이 슬래그의 조성을 제어한 다음, 통상의 방법에 따라 타이타늄을 첨가하여 목표성분으로 맞추면 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

타이타늄을 함유하는 스테인레스강을 대상으로 실제 VOD조업에서 기존재와 본 발명재의 효과를 비교하였다. 기존재에서는 VOD에서의 과잉산소량에 따라 알루미늄을 첨가하었는데, 이때의 슬래그 염기도를 알아본 결과 1.2∼1.8이었다. 이어 타이타늄을 첨가하였다.

이에 반해, 본 발명에서는 용강중 알루미늄 농도가 0.05-0.15%가 되도록 알루미늄을 첨가한 후, 슬래그 염기도를 2.0∼2.5로 되도록 생석회를 투입하고 타이타늄을 첨가하였다.

도 4는 기존재와 발명재의 타이타늄 실수율과 슬래그 염기도의 관계를 나타낸 것으로, 슬래그 염기도가 증가할 수록 타이타늄 실수율은 증가하며, 특히 염기도 2이상에서 크게 증가함을 보이고 있다.

또한, 도 5는 기존재와 발명재의 타이타늄 실수율의 평균을 나타낸 것이다. 타이타늄 실수율은 기존재 47%인데 반해서 발명재는 73%로 향상되었으며, 이에 따라 노즐 막힘정도도 기존재 대비 크게 감소하여, 본 발명의 효과가 탁월함을 입증하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 VOD에서 탈탄을 위한 산소취입을 종료한 후에 슬래그의 조성을 제어하면 타이타늄의 실수율을 높일 수 있고 용강의 청정성을 향상시킬 수 있음은 물론, 연속주조공정에서 침지노즐의 막힘현상을 개선할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

VOD에서 산소를 취입하여 탈탄하고 이어 탈산한 다음, Ti를 첨가하여 타이타늄 함유 스테인레스강을 제조하는 방법에 있어서,

상기 산소취입 종료후에 용강중에 알루미늄 농도가 0.05-0.15% 되도록 Al으로 탈산하여 슬래그중 (%SiO₂)농도를 5%이하로 유지하고, 이어 생석회를 투입하여 슬래그중 (%CaO)/(%SiO₂+%Al₂O₃)의 비가 2.0∼2.5범위가 되도록 하는 것을 포함하여 이루어지는 타이타늄 함유 스테인레스강의 정련공정에서 슬래그조성 제어방법.