KR100420108B1

KR100420108B1 - 철을 포함한 고비중 정련용 합성플럭스 제조방법

Info

Publication number: KR100420108B1
Application number: KR10-2001-0044422A
Authority: KR
Inventors: 박영기
Original assignee: 호진산업(주); 박영기
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2004-03-02
Also published as: KR20030009793A

Abstract

본 발명은 제강공정에서 제강 정련용으로 사용되는 합성플럭스를 제조하는 방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 제강 정련용 합성플럭스의 제조방법은, 제강공정에서의 출강시 래들내로 유입된 슬래그 중량대비 0.05~0.2의 MgO와 생석회, 알루미늄을 투입하고, 아크가열장치에서 불활성기체로 교반하여 슬래그내에 철입자가 섞이도록 한 후 슬래그를 래들 잔류용강과 함께 슬래그 포트등의 용기에 낙하하여 혼합시킨 후 공냉하는 것으로서, 이 제조방법에 의해 생산된 플럭스는 CaO:40∼50wt%, SiO₂;6.5wt%이하, Al₂O₃:28∼40wt%, MgO:8~20Wt%, Fe: CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO의 중량대비 0.05~3.0, 잔부:기타 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

철을 포함한 고비중 정련용 합성플럭스 제조방법{THE METHOD OF MANUFACTURING A SYNTHETIC FLUX WITH HIGH SPECIFIC GRAVITY CONTAINING IRON FOR REFINING}

본 발명은 제강 정련용 합성플럭스를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다상세하게는, 플럭스 입자내 조성을 균일하게 하고 비중을 증가시켜 정련을 용이하게 하고 수강래들의 슬래그라인 부위의 내화물 수명을 연장할 수 있는 정련용 합성플럭스의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정은 처리시간, 성분, 온도를 제어하여 산화와 환원반응이 동시에 일어나므로 이에 따라 탈산생성물이 발생하고 비금속 개재물인 유황, 인등으로 인해 강재의 기계적 성질을 저하시킨다. 따라서 제강공정은 처리시간, 성분, 온도, 개재물을 제어하기 위해 용강을 만드는 전로 또는 전기로 등으로 이루어진 1차 정련공정과 승온설비(Ladle furnace ; 전기아크 가열장치), 탈가스 설비 등으로 이루어진 2차 정련공정으로 구성되어 있다. 1차 정련공정에서는 용해와 성분제어와 온도를 상승시키는데 후공정의 연주연결시간 등, 즉 생산성을 고려하여 일정시간내 처리를 해야하고 탈린이 잘되고 내화물 침식을 최소화되도록 적정온도로 출강해야 한다. 반면, 2차 정련공정은 일정시간내에 후공정인 연주의 주조 가능 온도와 래들이동, 2차정련기능인 교반, 성분조정, 탈류, 칼슘취입, 개재물 분리부상 제거에 필요한 온도를 승온설비를 이용하여 확보한다. 최근들어 철강 제품의 품질에 대한 요구가 엄격해지고, 생산성 향상에 대한 요구증대로 제강공정에서의 2차 정련공정에 대한 중요성이 강조되고 있다. 이러한 2차 정련공정은 정련목적에 따라 (1)용강의 화학 성분 조성, 탈산제 및 합금철 첨가,(2)용강 승온 및 온도 조정,(3)용강의 청정도 향상 및 비금속 개재물 제어,(4)강중 불순물(P,S,C,N,H 등)의 제거, (5)성분 및 온도의 균일화, (6)출강과 주조 사이의 조업시간 조정(완충효과)등으로 분류할 수 있는데, 특히 최근들어 강재 수요자의 요구품질이 엄격해지고, 고급화되는 추세에 따라 강중 비금속 개재물이 적은 고청정강에 대한 요구가 증가하고 있다. 이는 비금속개재물은 강재의 연성과 내피로성등 기계적 성질을 저하시킴은 물론 가공중 또는 사용시 각종결함, 파괴를 유발하기 때문이다. 또한 빌렛트 연주기등 소구경 노즐에서는 알루미나, 유황등의 비금속개재물이 일정이상 존재하면 노즐내에 부착, 누적되면서 폐쇄되어 결국 연속주조가 중단되기도 한다. 따라서 강 품질이 우수한 고청정 강재를 제조하기 위해서는 출강 및 탈산 완료후의 용강에서 비금속 개재물 흡수가 용이하고 우수한 탈류능을 가진 슬래그를 제조하는 것이 필요하다.

종래의 래들슬래그는 출강시 유입이 불가피한 15Wt%이상의 T.Fe를 함유한 1차정련슬래그와 출강중에 병행되는 탈산작업시 생성된 산화개재물로 형성되는데, 주로 CaO, SiO₂, Al₂O₃로 구성되며 소량의 MgO, FeO, MnO를 함유하고 있다. 그러나 이 슬래그는 융점이 높아 반응성이 저하되고 비금속 개재물의 흡수능력이 낮아 청정강 제조에는 비능률적이므로 적정 매용재 즉, 생석회와 표 1의 조성을 가진 합성플럭스, 규사와 합성플럭스 등을 첨가하여 저융점이며 탈류능력 및 개재물 포집능력이 우수한 조성을 가진 래들슬래그를 제조하는 방법과 랜스를 용강내에 침적하여 아르곤기체를 취입하는 것과 병행하여 강교반을 실시하여 분말의 플럭스를 미세 개재물과 결합한 후 약교반에 의해 분리부상되도록 하는 방법이 통용되고 있으나, 이러한 제조방법은 원료의 건조, 분쇄, 혼합, 괴상화소성 및 냉각등으로 제조공정이 복잡하고 제조비용이 큰 결점이 있으며 고체상태에서 혼합되기 때문에 CaO, SiO₂, Al₂O₃의 주성분이 완전히 섞이지 않으므로 래들에 첨가한 후 가열, 혼합하는 것이 필요하였다. 따라서 처리시간이 증가되고 교반에 의한 온도가 손실되며 교반에 의한 내화물의 용손이 증가되는 문제점이 있는 한편, 합성용제의 재화반응(滓化反應)을 촉진할 목적으로 저융점인 CaF₂, Na₂O등을 미량첨가하게 되는데, 이는 래들 내화물의 용손을 촉진하는 결점이 있다.

합성플럭스의 조성

성 분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	T.Fe+MnO	MgO	기 타
함량(Wt%)	35~45	15~40	15~40	1.0이하	3~5	2.5이하

일반적인 합성플럭스를 이용한 개재물 제거는 슬래그와 용강의 계면에서 일어나며 용강내 개재물이 분리부상되어 슬래그에 접촉되어야 가능하다. 또한 탈산시 생성되는 알루미나 개재물은 미세하기 때문에 여러 개의 미세개재물이 합쳐진 후 대형화되어야 분리부상이 되므로 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 이에 따라 통상의 제강공정에서는 2차 정련공정 말기에 개재물의 분리부상을 촉진하기 위해 약한 교반을 실시한다.

반면 2차 정련공정중 용강처리에 필요한 열원을 확보하는 장치로 전기아크가열장치(이하 아크가열장치)가 사용되고 있는데, 이는 탄소 전극봉과 용강사이에서 발생되는 아크저항열을 이용하여 슬래그층을 가열하고 이와 병행하여 아르곤가스로 교반함으로써 열을 용강으로 전달하여 온도를 상승시키는 장치이다. 이때 래들 슬래그는 전기아크열이 다량으로 발생할수록 합성플럭스등의 고체가 빨리 용융되므로 고청정 슬래그 제조에 유리하며, 아크안정성을 유지하고 발생하는 열량의 손실을 방지하기 위해 적정치의 슬래그 두께(양)가 필요하다.

그러나 이때 발생되는 아크열에 의해 슬래그층의 온도가 급격히 상승되어 매용제 투입후 고청정강용 저융점 조성의 슬래그가 만들어지나 용강온도 균일화를 위한 아르곤가스 취입에 의해 슬래그층이 상하 운동하게 되므로, 하기 표2의 조성을가진 래들 슬래그라인 부위의 내화물침식이 증가하게 되어 내화물의 수명이 크게 저하되는 문제점이 있었다.

래들슬래그라인 내화물 조성

성 분	MgO	C
함량(Wt%)	78이상	17이하

도 1은 본 발명의 제조공정 표시도.

도 2는 종래법과 본 발명의 MgO첨가에 의한 래들수명과 래들슬래그라인 연와 MgO 용출양 및 승온속도를 비교한 그래프.

도 3은 종래법과 본 발명의 철입자(Fe) 첨가에 의한 개재물량과 전산소량을 비교한 그래프.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 출강시에 알루미늄과 생석회를 투입하고, 출강하는 용강의 낙하 에너지와 용강의 현열을 이용하고, 출강시 래들내로 유입된 1차정련 슬래그와 혼합된 통상의 고청정강 제조용 슬래그에 표 3의 조성을 가진 MgO가 주성분인 매용제를 첨가하고, 가열장치에서 아크열과 용강의 현열로 용해한 후 아르곤 가스를 이용하여 강하게 교반함으로써 철입자(Fe0)가 슬래그중에 침투하게 하고, 연속주조후 주조후의 잔류용강과 고청정강 제조 및 래들보호용 슬래그를 슬래그포트 등의 용기에 수차에 걸쳐 부어 혼합되도록 하여 CaO, SiO₂, Al₂O₃가 주성분인 통상의 합성플럭스과 달리 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, Fe가 주성분인 본 발명의 고비중 정련용 합성플럭스를 제조하는데 그 특징이 있다. 이러한 제조방법에 의함으로써, 아크장치로 용강을 가열할 때 슬래그층에서 발생되는 아크열의 효율을 높이고 래들슬래그라인의 수명을 향상시키며 탈류율이 우수하고, 특히 Fe를 함유하여 비중을 높인 본 발명의 플럭스는 용강의 온도가 1600도이고 합성플럭스의 융점은 1350~1450도이므로 투입시 용강의 내부로 강하하고 용해되어 주위의 미세 알루미나 개재물을 흡착시켜 부상분리가 용이하게 되고, 내부의 철입자는 용강에 용해되어 용강에 남게되므로 용강의 실수율을 향상시킬 수 있다.

MgO를 함유한 매용제의 조성(Wt%)

성 분	MgO	CaO	SiO₂	Fe₂O₃
경소백운석	55	43	2이하	-
출강구 샌드	90이상	-	5이하	5이하

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전로에서 래들로 용강을 출강할 때에 용강탈산용 알루미늄 및 생석회를 투입하여 제조되는 통상의 고청정강 제조용 슬래그에 MgO가 함유된 매용제를 투입하여 래들내로 유입된 슬래그 중량대비 0.05~0.2의 MgO가 되도록 하고, 아크가열 장치에서 강교반시 슬래그에 용강입자가 섞이도록 하고, 연속주조후 래들내의 잔류용강과 슬래그를 슬래그 포트에 층층히 혼합되도록 한 후 냉각하여 제조하는 방법으로서, 비중이 큰 Fe가 제조된 플럭스의 CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO의 중량대비 0.05~3.0로 혼합 되도록 만들어진 고비중 정련용 플럭스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

산소를 사용하는 1차 정련공정에서, 출강직전 출강구 샌드 또는 출강중 경소백운석을 래들내로 유입된 슬래그 중량대비 0.05~0.2의 MgO가 되도록 투입하고, 유입된 슬래그와 MgO 매용제, 알루미늄을 용강의 낙하에너지와 현열을 이용하여 혼합한 후, 2차 정련공정인 가열장치에서 출강중 투입량을 포함하여 유입된 슬래그 중량대비 0.5~2.0의 생석회를 투입하여 아크열과 용강현열로 용해한 후 15~25Bar의압력과 40~100Nm³/Hr유량의 아르곤 가스를 이용하여 강교반함으로써 재차 혼합시키고 탈류를 실시하며, 용강중 Fe를 슬래그에 혼합시킨 후 연속주조후 래들에 남은 잔류용강과 고청정강 제조용으로 만든 슬래그를 슬래그 포트 등의 용기에 낙하시켜 재혼합하여 용강중 철입자(Fe)를 슬래그에 섞이게 한 후 슬래그 야드에서 분산, 응고시켜 대량으로 고비중 정련용 플럭스를 제조하는 것이다. 이때 제조된 본 발명의 조성은 CaO:40~50Wt%, SiO₂:6.5Wt%이하, Al₂O₃:28~40Wt%, MgO:8~20Wt%, 개재물 재생성의 원인이 되는 T.Fe+MnO:0.8Wt%이하, 기타 2Wt%이하로 구성되며, Fe는 CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO의 중량대비 0.05~3.0로 혼합된다.

상기 MgO 함유 매용제는 경소백운석, 백운석, 출강구 샌드등이 있으며 유입된 슬래그 중량대비 0.05~0.2의 MgO로 제한하는 것이 바람직한데, 이는 본 발명 플럭스중 MgO량을 8~16Wt%로 하기 위함이다.

상기 슬래그중 MgO량이 8Wt%이하인 경우에는 내화물중의 MgO가 용출되므로 내화물침식량이 증가하고 승온속도가 감소하는 문제점이 있는 반면, 16Wt%이상인 경우에는 슬래그 융점이 상승하여 탈류효율이 낮아지고 개재물 흡수능력이 저하되므로 MgO함유 매용제의 투입량은 합성플럭스중의 8~16Wt%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한 제조된 플럭스중 Fe는 CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO의 중량대비 0.05이하에서는 우수한 효과가 나타나지 않으며 3.0이상에서는 냉각제 역할을 하므로 승온속도가 저하되므로, 용강내부로 침투하여 미세개재물을 흡착 분리부상하여 청정성을 향상시키기 위해서는 Fe는 CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO의 중량대비 0.05~3.0로 제한하는 것이 바람직하다.

반면 산소를 사용하는 전로, 전기로등 1차정련 공정에서 래들로 유입된 슬래그는 Fe_nO_m및 MnO가 20Wt%이상 함유되어 있는데, 용강톤당 2.0~4.5Kg의 알루미늄과 반응하여 본 발명의 플럭스제조에 필요한 Al₂O₃의 공급원으로 작용하므로 종래법과 같이 보오크 사이트나 반토혈암등을 첨가할 필요가 없다

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

저탄소 알루미늄 킬드강 100톤을 전로에서 출강시키는 중 CaO:45Wt%, SiO₂:15Wt%, Al₂O₃:30Wt%, MgO:6Wt%, T.Fe+MnO:1.0Wt%, 기타 3Wt%인 종래법에 의한 합성플럭스 2Ton을 생석회0.5톤과 함께 투입하고, 가열장치에서 생석회를 1Ton추가투입한 후 아르곤 가스를 5분 취입하여 교반한 후 온도를 측정하고, 10분간의 승온실시후 온도를 측정하여 승온량을 조사하고, 아크가열 전후 MgO용출량 및 동일 조건 반복사용후 래들슬래그라인 수명을 조사하고, 주편에서 전산소량과 개재물량을 조사하였고, 동일 조건으로 본 발명에 따라 제조된 고비중 정련용 플럭스를 사용하여 조사한 결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다.

도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 고비중 정련용 플럭스의 경우, 종래법에 비하여 개재물량, 전산소량, MgO 용출량이 적은 반면, 래들수명 및 승온속도는 우수함을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 플럭스 구성성분들은 이미 재화를 이룬 상태이므로 구성성분이 단순히 혼합되어 있는 종래의 플럭스에 비해 용강상부에서 신속히 용해되고, 비중에 의해 용강내부로 침강하여 개재물을 흡착 분리부상함으로써 청정성 향상효과가 두드러 짐을 알수 있다.

또한 종래 플럭스는 재화하기 위해서는 유도로 같은 용융설비, 에너지가 필요하나 본 발명은 용강제조에 사용중인 슬래그 및 용강의 현열을 이용하고 낙하에너지와 교반에너지를 이용하여 혼합함으로써 별도의 설비와 에너지가 불필요하다.

한편 신속히 용해되고 상당량의 MgO를 포함하고 있어 승온속도가 향상되며 슬래그의 MgO포화상태를 만들어 줌으로써 내화물의 MgO용출속도를 저하시켜 래들수명이 향상되고 처리시간이 단축되어 처리말기 약한 교반시간을 충분히 유지할수있고, 종래 발생된 연주연결을 못해 조업중단하는 사례가 현저히 감소되었으며 Fe를 첨가함으로써 용강실수율 향상에 기여하였다.

반면 전기로에서는 슬래그포밍성 향상을 위해 CaO /SiO₂를 2~2.5로 유지하는데, 전기로는 고철과 내화물등에서 발생된 SiO₂가 슬래그내에 10~15Wt%가 존재하므로 본 발명의 플럭스는 SiO₂함량이 종래플럭스에 비해 적으므로 생석회 대용으로 사용이 가능하다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위내에서 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 가할수 있다. 따라서 본 발명은 예시된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정해지는 본 발명의 기술적 사상의 범위내에 속하는 모든 수정과 변형을 포함하는 것이다.

Claims

CaO:40∼50wt%, SiO₂;6.5wt%이하, Al₂O₃:28∼40wt%, MgO:8~20Wt%, Fe: CaO+Al₂O₃+SiO₂+MgO의 중량대비 0.05~3.0, 잔부:기타 불가피한 불순물로 구성되는 정련용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서, 전로 또는 전기로에서의 출강시 래들내로 유입된 슬래그 중량대비 0.05~0.2의 MgO와 생석회, 알루미늄을 투입하고, 아크가열장치에서 불활성기체로 교반하여 슬래그내에 철입자가 섞이도록 한 후 상기 슬래그를 래들 잔류용강과 함께 슬래그 포트등 용기에 낙하하여 혼합시킨 후 공냉하는 것을 특징으로 하는 고비중 정련용 플럭스를 제조하는 방법.
CaO:40∼50wt%, SiO₂;6.5wt%이하, Al₂O₃:28∼40wt%, Fe: CaO+Al₂O₃+SiO₂의 중량대비 0.05~3.0, 잔부:기타 불가피한 불순물로 구성되는 정련용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서, 전로 또는 전기로에서의 출강시 생석회, 알루미늄을 투입하고, 아크가열장치에서 불활성 기체로 교반하여 슬래그내에 철입자가 섞이도록 한 후 상기 슬래그를 래들 잔류용강과 함께 슬래그 포트등 용기에 낙하하여 혼합시킨 후 공냉하는 것을 특징으로 하는 고비중 정련용 플럭스를 제조하는 방법.
CaO:40∼50wt%, SiO₂:6.5wt%이하, Al₂O₃:28∼40wt%, MgO:8~20Wt%, 잔부:기타 불가피한 불순물로 구성되는 정련용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서, 전로 또는전기로에서의 출강시 래들내로 유입된 슬래그 중량대비0.05~0.2의 MgO와 생석회, 알루미늄을 투입하고, 아크가열장치에서 불활성 기체로 교반하여 슬래그를 공냉하는 것을 특징으로 하는 고비중 정련용 플럭스를 제조하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 투입되는 MgO원은 경소백운석, 백운석, 출강구 샌드인 것을 특징으로 하는 고비중 정련용 플럭스를 제조하는 방법.