KR100408133B1 - 스테인레스강의정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미량의 탄소 및 질소가 함유된 스테인레스강의 정련방법에 관한 것으로, 특히 스테인레스강을 정련하는 과정에서 슬래그 중에 함유된 유가금속을 환원시켜 회수할 수 있도록 하기 위하여, 전로나 정련로 등에 불활성 가스를 주입하여 희석탈탄작업을 실시하는 단계와, 불순물이 포집된 슬래그의 재화를 유도하여 산화크롬과의 반응이 용이하도록 형석을 6~7.5kg/T 투입하여 1∼2분간 환류하는 환원탈류단계, 상기 슬래그의 탈산을 위한 가탄제를 2~7Kg/T 투입하여 2∼3분분간 환류하는 탈산단계 및, 후처리 공정인 진공상태에서 탈탄처리하는 단계로 이루어져, 후처리 공정인 진공탈탄처리시의 문제점을 최소화하면서 슬래그에 포함된 유가금속을 효과적으로 환원할 수 있게 한 것이다.

Description

스테인레스강의 정련방법{Method for Refining Stainless Melton Steel}

본 발명은 미량의 탄소 및 질소가 함유된 스테인레스강의 정련방법에 관한 것으로, 특히 스테인레스강을 정련하는 과정에서 슬래그 중에 함유된 유가금속을 환원시켜 회수할 수 있도록 된 스테인레스강의 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스테인레스 조용강의 탈탄을 위한 정련처리 방법은 아르곤이나 질소 등과 같은 불활성 가스를 불어 넣어주는 희석탈탄법과 진공상태에서 작업을 실시하는 진공탈탄법으로 대별되는 바, 상기한 미량의 탄소 및 질소가 함유된 스테인레스강의 경우에는 먼저 전로나 정련로 등에 불활성 가스를 주입하여 희석탈탄작업을 한 후에 각종 진공설비를 이용하여 진공에서 탈탄작업을 실시하게 된다.

여기서, 상기한 희석탈탄법의 단계에는 크게 용강 중에 함유된 탄소만을 선별하여 제거하기 위하여 불활성 가스 또는 산소를 4-5단계로 취입하는 탈탄단계와, 탈산제 또는 부원료로 생석회 및 형석을 투입하여 환원시키고 슬래그의 염기도를조정하여 유황을 제거하는 환원탈류단계로 구별할 수 있다.

그러나, 상기한 탈탄단계에서 용강 중의 탄소농도에 따라 취입되는 산소의 양과 불활성가스의 비율을 적당히 조절하여 산화를 최대한 방지하면서 탈탄작업을 시행해야 하는데, 이를 조절하는 과정에 어려움이 있어 탈탄단계 후에도 다량의 크롬이나 망간 등의 유가금속이 산화되어 슬래그화 된다는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 환원탈류단계에서 슬래그 중에 함유된 유가금속 산화물을 회수하는 환원과 용강 중에 불순물로 존재하는 유황을 슬래그로 제거하는 탈류를 동시에 진행하게 된다.

여기서, 상기 환원탈류단계에서 환원효율에 영향을 미치는 요인으로는 용강 온도와, 용강교반력, 슬래그의 조건, 탈산제의 종류 및 탈산정도 등이 있는데, 용강의 온도는 낮을수록, 용강의 교반력은 클소록, 슬래그의 염기도는 높을수록, 탈산제는 강탈산제일수록 유리한다.

또한, 상기 탈류효율에 영향을 미치는 요인으로는 모든 조건은 동일하고 용강의온도가 높아야한다는 점만 차이가 있다. 그리고, 상기한 탈류를 위해서는 슬래그 및 용강의 산호도가 낮을수록 유리하므로 슬래그 중 산화물의 환원이 완전하고 용강 중의 탈산제로 사용되는 실리콘이나 알루미늄의 농도가 일정량 이상 잔류해야만 탈류가 잘 일어나게 된다.

한편, 상기 스테인레스강의 슬래그중에 함유된 유가 금속산화물을 최대한 회수하는 것은 경제적으로 유리할 뿐만 아니라 탈류를 위해서도 필수적인 조건이므로 효과적인 산화물의 환윈기술은 스테인레스강의 정련과정에서 무엇보다도 중요한 기술중의 하나이다. 현재까지의 일반화되어 있는 유가금속의 환원방법은 실리콘이나 알루미늄과 같은 강탈산제와 슬래그의 염기도를 높일 목적으로 생석회 및 형성 등을 투입하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 상기 강탈산제로 알루미늄을 투입하는 경우에는 알루미늄과 금속산화물이 반응하여 산화알루미늄이 발생되게 되므로 정련로 내부의 내화물을 손상시키게 될 뿐만 아니라 알루미늄의 단가가 고가이므로 다량 투입하는 것을 경제적으로 커다란 손실을 가져오게 되어 특수한 경우를 제외하고는 거의 사용하지 않고 있는 실정이다.

따라서, 상기한 알루미늄 보다 가격이 저렴한 실리콘을 통상적으로 이용하고 있기는 하지만, 상기한 실리콘을 투입하면 탈산력이 떨어지게 되어 많은 분량을 투입해야 할 뿐만 아니라 상기 실리콘과 금속산화물이 반응하는 하는 경우 산화실리콘이 슬래그화되어 염도를 낮추게 되므로, 염기도 상승을 위해 또다시 다량의 생석회를 투입해야만 한다.

또한, 상기한 생석회의 투입량이 많은 경우에는 슬래그의 용점이 높아져 용해가 되지 않게 되어 고유의 역할인 불순물의 포집력이 떨어지게 되므로 융점을 낮추기 위한 형석 등의 매용제가 필요하게 되며, 이러한 매용제는 생석회의 투입량과 비례하게 되므로 다량으로 투입해야 한다.

그러므로, 상기 실리콘으로 탈산작업을 시행하는 경우에는 탈산제 또는 염기도 조정용 실리콘 및 생석회의 투입이 불가피해지게 되므로 슬래그의 분량이 증가되어, 상기 정련로 내부의 내화물을 손상시키게 될 뿐만 아니라 내화물 보수비용이증가된다는 문제점이 있었다.

한편, 상기한 극저 탄소 및 질소 스테인레스강을 제조하는 경우에는 정련로나 전로에서 조탈탄 및 탈질을 한 후에 출강하여 진공로에서 최종으로 탈탄 및 탈질을 하게 되는데, 이때 후공정인 진공탈탄처리시의 부하를 줄이기 위해 선행공정인 환원탈류 공정을 실시하지 않거나 환원작업만 시행하게 된다.

즉, 상기한 탈류작업을 실시하지 않는 이유는, 첫째로 탈류작업시 다량의 실리콘을 투입하여 슬래그 중의 유가 금속산화물의 환원과 계면활성화 원소인 산소제거작업을 동시에 시행해야 하므로 대기중의 질소가 로 내부로 유입되어 탈질작업에 많은 부하가 요구되기 때문이고, 둘째로 용강 중의 실리콘 농도가 높아져 진공처리시 산소를 취입하면 실리콘이 먼저 산화되어 슬래그화가 되므로 탈탄효율이 저하되기 때문이다. 따라서, 선행공정인 환원탈류작업을 실시하지 않고 바로 출강하거나 용강 중의 실리콘 농도를 최소화하면서 환원작업만을 하게 되는 것이다.

한편, 고크롬강의 경우에는 탈질작업이 어렵기 때문에 환원탈류작업이 용이하지 않아 환원탈류작업을 실시하지 않고 바로 출강하게 되며, 저크롬강의 경우에는 환원작업을 실시하고 출강하게 된다.

그런데, 상기 환원탈류작업을 실시하지 않고 출강하게 되면 슬래그중에 포함된 유가금속의 손실이 크게 되며, 환원만 실시하고 출강하게 되면 용강 중에 포함된 실리콘의 농도를 최소화해야 하는 문제가 발생되므로 효과적인 환원작업이 불가능하다는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 정련로의 환원탈류단계에서 고화된 슬래그의 용해를 위해 적량의 형석을 투입하고 탈산제로 적량의 가탄제를 투입하여 슬래그 중에 함유된 유가금속을 탈탄생성물의 발생됨이 없이 환원하는 동시에, 용강 중의 실리콘 농도가 최소화된 상태에서 환원작업을 실시할 수 있도록 된 스테인레스강의 정련방법을 제공하는데에 그 목적이 있다.

도 1은 본 실시예에서 가탄제 투입량과 슬래그 중의 유가 금속산화물 농도와의 관계를 나타낸 도면이다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스테인레스 용강에 불활성 가스를 주입하여 희석탈탄작업을 실시하는 단계와, 불순물이 포집된 슬래그의 재화를 유도하여 산화크롬과의 반응이 용이하도록 형석을 6~7.5Kg/T 투입하여 1~2분간 환원탈류하는 단계, 탈산을 위해 가탄제를 2~7Kg/T 투입하여 2~3분간 환류탈산하는 단계 및, 후처리 공정인 진공상태에서 탈탄처리하는 단계로 이루어져 있다.

따라서, 상기한 단계로 이루어진 스테인레스강의 정련방법은, 적정량의 형석과 가탄제를 투입하므로써, 후처리 공정인 진공탈탄처리시의 문제점을 최소화하면서 슬래그 중의 유가금속을 효과적으로 환원할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명은 전로나 정련로 등에서의 스테인레스 용강에 불활성 가스를 주입하여 희석탈탄작업을 실시한다. 그 후, 불순물이 포집된 슬래그의 재화를 유도하여 산화크롬과의 반응이 용이하도록 형석을 6~7.5Kg/T 투입하여 1~2분간 환원탈류시킨다. 여기서, 상기 환원탈류단계의 개시시점에서 형석을 투입하면 슬래그 재화를 유도하게 되어 유동성이 확보되고, 이 슬래그 중의 유가금속 산화물 특히 산화크롬이 가탄제와 반응이 용이한 상태로 된다.

상기 형석의 투입량이 적거나 환류시간이 짧으면, 환원이 충분히 진행되지 않으며, 형석의 투입량이 많거나 환류시간이 길어지면 노체 용손 우려가 있어 바람직하지 않다.

그 다음, 가탄제를 2~7Kg/T 투입하여 2~3분간 환류하는 탈산시키고, 후처리공정인 진공상태에서 탈탄처리하면 종래에 비하여 유가금속을 회수하면서 정련할 수 있다.

즉, 상기 가탄제의 투입시키는 탈탄후 고화된 슬래그가 형석투입에 의해 일단 재화된 시점에 투입하여 슬래그와 가탄제의 반응이 용이하도록 함이 바람직하다.

[표 1] 가탄제 투입량과 슬래그 중 유가금속산화물 농도 비교

한편, 상기 표 1에서 나타낸 바와 같이 탈산을 목적으로 투입하는 가탄제는 용강 탄소함량이 높은 경우에도 진공탈탄처리 작업에서 제거할 수 있으므로 크게 문제가 되지 않지만, 진공탈탄처리 작업시간이 연장되므로 적정량을 투입하는 것이바람직하다. 즉, 최적의 가탄제 투입량은 산소를 취입하는 탈탄단계 완료후 슬래그로 존재하는 유가 금속산화물 중에 포함된 산소량과 용강에 잔존하는 산소량을 합친 총산소량을 고려하여 투입시킴이 바람직하다.

상기 표 1에서와 같이, 상기 스테인레스강을 정련하는 경우 탈탄단계 완류후의 산소량은 슬래그로 존재하는 유가 금속산화물과 용강에 잔존하는 산소량을 합쳐서 통상적으로 4~8N㎥/T 정도 존재한다. 따라서, 상기 형석에 의해서 슬래그가 전부 재화되지 못하여 슬래그 중의 산소가 가탄제와 전부 반응할 수 없으므로 유가 금속산화물 및 용강 중에 존재하는 산소량을 탈산시킬 수 있는 분량만큼의 가탄제를 투입함이 바람직하다. 즉, 탄소와 산소는 이론적으로 1Kg 대 0.93N㎥로 반응하므로 가탄제 투입량의 한계는 2~7Kg/T의 범위로 제한함이 바람직하다.

또한, 상기 가탄제의 투입후 2-3분간 환류하는 것이 필요한데, 환류시간이 짧으면 환원이 충분하지 않으며, 너무 길면 노체 용손 우려가 있어 바람직하지 않다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로하여 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

도 1은 유도용해로에서 시험한 가탄제 투입량과 슬래그 중의 유가 금속산화물 농도와의 관계를 나타낸 도면이다. 도 1에서와 같이, 가탄제 투입시 슬래그 형태로 된 유가 금속산화물 중 크롬 산화물이 크게 감소함을 알 수 있다. 가탄제 투입량과 유가금속의 환원량을 비교해 보면 가탄제 투입량을 증가시켜도 일정량 이상의 유가 금속산화물을 환원시킬 수 있게 되며, 최적의 총산소량은 상술한 바와 같이 2~7Kg/T정도가 최적임을 알 수 있다. 즉, 상기한 분량의 가탄제를 초과해도 초과분은 용강속에 용해되어 탄소농도를 증가시키는데 이용되므로 슬래그 중에 유가금속산화물의 농도는 크게 저하되지 않게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스테인레스강의 정련방법에 의하면, 적정량의 형석과 가탄제를 투입하므로써, 후처리 공정인 진공탈탄처리시의 문제점을 최소화하면서 슬래그에 포함된 유가금속을 환원시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 스테인레스강의 정련방법에 있어서,

   스테인레스 용강에 불활성 가스를 주입하여 희석탈탄작업을 실시하는 단계와,

   불순물이 포집된 슬래그의 재화를 유도하여 산화크롬과의 반응이 용이하도록 형석을 6~7.5Kg/T 투입하여 1~2분간 환류탈류하는 단계와,

   탈산을 위해 가탄제를 2~7Kg/T 투입하여 2~3분간 환류탈산하는 단계 및

   후처리 공정인 진공상태에서 탈탄처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 스테인레스강의 정련방법.