KR100428570B1

KR100428570B1 - 타이타늄 함유 스테인레스강의 알루미늄 탈산방법

Info

Publication number: KR100428570B1
Application number: KR10-1999-0053540A
Authority: KR
Inventors: 송효석; 박종환
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2004-04-28
Also published as: KR20010048740A

Abstract

본 발명은 VOD(Vaccum Oxygen Decarburization)정련공정에서 타이타늄(Ti)의 첨가전에 알루미늄으로 탈산하는 스테인레스강의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 알루미늄의 투입량을 최적화하여 타이타늄의 실수율을 높이고 용강의 청정성을 향상시키며 연속주조공정에서의 침지노즐 막힘현상을 방지할 수 있는 알루미늄의 탈산방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, VOD에서 산소를 취입하여 탈탄하고, Al탈산한 다음 Ti를 첨가하여 타이타늄 함유 스테인레스강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 산소취입을 종료한후에 용존산소와 용강의 온도를 측정하고, 산소취입전후의 크롬농도분석치로 크롬산화량을 구한 다음, 이들과 알루미늄 첨가량의 상관관계를 사전에 구하는 단계;와 실조업에서 산소취입을 종료하고 용존산소와 용강의 온도를 측정하고, 산소취입전후의 크롬농도분석치로 크롬산화량을 구하고 이를 상기에서 구한 상관관계에 대입하여 알루미늄의 투입량을 결정하는 단계;

상기에서 결정한 양으로 알루미늄를 투입하여 탈산하는 것을 포함하여 이루어지는 스테인레스강의 탈산방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

타이타늄 함유 스테인레스강의 알루미늄 탈산방법{Method for deoxidizing stainless steel containing Ti by Al}

본 발명은 VOD(Vaccum Oxygen Decarburization)정련공정에서 타이타늄(Ti)의 첨가전에 알루미늄 탈산하는 스테인레스강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이타늄의 실수율을 높이고 연속주조공정에서의 침지노즐막힘현상을 방지할 수 있는 알루미늄 탈산방법에 관한 것이다.

타이타늄 함유 스테인레스강은 강중 탄소, 질소농도를 각각 150ppm이하로 규제하고 있으며, 특히 내식성 및 용접부의 인성을 향상시키기 위해 타이타늄의 농도는 약 0.2∼0.5%로 조절하면서 타이타늄과 [C+N]의 농도를 6배이상으로 관리하고 있다.

일반적으로 타이타늄 스테인레스강은 진공정련설비인 VOD에서 탈탄하고, 알루미늄으로 탈산한 다음 타이타늄을 첨가하여 제조하고 있다. 슬래그중의 크롬, 철 등의 산화물 등은 타이타늄을 산화시키기 때문에 이들 산화물을 알루미늄으로 미리 환원한후 타이타늄을 첨가하여 실수율을 높이고 있는 것이다. 이 방법에 의해 용강중 비연성 산화물인 TiO₂가 감소되면 용강의 청정도가 개선될 뿐 아니라, 타이타늄 산화물에 의한 노즐막힘이 방지되고 코일의 표면결함을 방지할 수 있다.

이를 위해서는 알루미늄의 적중율을 높이도록 투입량을 최적화하는 것이 필요하다. 만일 알루미늄의 탈산량이 과다하면 알루미늄의 농도규격을 맞추지 못하는 문제가 발생될 뿐 아니라, 알루미늄의 원단위가 증가하고 강중 알루미나(Al₂O₃)가 다량 생성되어 알루미나 개재물에 의한 노즐막힘 및 코일표면의 결함을 유발시키게 된다.

현재의 VOD정련공정에서 알루미늄의 탈산은, 탈탄중에 공급된 산소에 의해 발생되는 금속산화물과 용강중에 용해된 용존산소를 낮추기 위하여 행해지고 있다.그 투입량은 아래의 관계식 1과 같은 과잉산소량과 알루미늄의 투입량의 상관관계를 경험식으로 구하여 결정하고 있다(관계식 2).

[관계식 1]

과잉산소량=총산소 사용량(Nm³)-탈탄에 소요된 산소량(Nm³)

여기서, '총산소 사용량'은 탈탄을 위해 공급된 산소량을 의미하며, '탈탄에 소요된 산소량'은 탈탄전후의 탄소량 차이로서 계산되는 산소소비량이다.

[관계식 2]

알루미늄 투입량(kg)=A×과잉산소량(Nm³)+B

여기서, A, B는 상수

그러나, 실제 VOD정련조업에서 상기 관계식 2에 따라 결정된 알루미늄을 첨가하면 알루미늄의 첨가량이 과다하거나 부족하게 되는 경우가 자주 발생하는 문제점이 있다. 알루미늄의 첨가량이 부족하면 투입한 타이타늄이 금속산화물 환원에 소비되기 때문에 타이타늄 성분의 부족하게 되고 노즐막힘 및 제품결함 등의 문제를 야기하게 된다. 또한, 알루미늄의 첨가량이 과다하게 되면 알루미늄의 농도규격상한을 초과하여 다시 산소를 취입하여 알루미늄을 제거해야 하기 때문에 제조공정이 길어지고 용강의 청정도를 나쁘게 하는 원인이 된다.

도 1에는 알루미늄 탈산불량시 발생하는 노즐막힘 현상(도 1a)과 개재물의주요성분(도 1b)이 제시되어 있다. 또한, 도 2에는 실제의 VOD조업에서 종래의 방법(관계식 2)에 따라 계산한 알루미늄의 투입량과 실제투입량과의 관계가 제시되어 있다. 여기서 실제투입량은 관계식 2에 의해 결정된 Al의 투입량을 첨가하고 성분분석을 통해 부족한 알루미늄을 추가로 보정한 량을 의미한다. 도 2에서 보듯이, 그 편차가 150kg에 이르고 있으며, 이 양을 용강중 알루미늄 농도로 환원하면 약 ±0.2%에 해당하는데, 이 농도는 용강의 탈산이 부족하거나 또는 성분규격범위 (0.15%)를 초과하게 되는 것이다.

본 발명자들은 종래의 알루미늄 탈산방법에서 알루미늄의 농도편차가 발생되는 근본적인 원인을 야금학적으로 정밀분석하고 그 해결방안을 찾기 위한 일련의 연구과정에서 본 발명을 완성하여 이를 제안하게 이르렀다.

본 발명은 VOD정련공정에서 알루미늄의 투입량을 정확히 결정할 수 있는 방법의 도출로 타이타늄의 실수율을 높이고 용강의 청정성을 향상시키며 연속주조공정에서의 침지노즐 막힘현상을 방지할 수 있는 알루미늄의 탈산방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 알루미늄 탈산한 Ti첨가강에서 침지노즐의 막힘을 나타낸 것으로

도 1a는 개재물로 막힌 침지노즐의 사진,

도 1b는 개재물의 주요조성 그래프

도 2는 종래방법에 따라 계산된 Al투입량과 실제 보정하여 투입된 Al투입량의 관계를 나타내는 그래프

도 3은 종래방법과 본 발명에서 알루미늄의 성분적중율을 나타내는 그래프

도 4는 종래방법과 본 발명에서 알루미늄투입량과 농도편차를 비교한 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 알루미늄 탈산방법은, VOD에서 산소취입을 종료하고 용존산소와 용강의 온도를 측정하고, 산소취입전후의 크롬농도분석치로 크롬산화량을 구하고, 이들과 알루미늄 첨가량의 상관관계를 사전에 구하는단계;와

실조업에서 산소취입을 종료하고 용존산소와 용강의 온도를 측정하고, 산소취입전후의 크롬농도분석치로 크롬산화량을 구하고 이를 상기에서 구한 상관관계에 대입하여 알루미늄의 투입량을 결정하는 단계;

상기에서 결정한 양으로 알루미늄를 투입하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 종래의 Al탈산방법에서 Al농도편차가 생기는 것은, 알루미늄의 투입량을 결정하는데 기준이 되는 과잉산소량 그 자체의 부정확성에 있다는데 주목하였다. 과잉산소량은 용강중 용존산소로 용해되는 산소, 크롬과 반응하여 슬래그중에 잔류하는 산소, 그리고, 용강과 반응하지 않고 배가스 그대로 배기되거나 또는 CO가스의 2차연소에 소비되는 산소로 구분될 수 있다. 이중에서 용강과 반응하지 않는 산소는 조업조건에 따라 크게 변화하기 때문에 정량화하는 것이 불가능하다. 그래서, 지금까지 과잉산소는 관계식 1과 같이 총산소사용량에서 탈탄에 소요된 산소량을 제외하여 결정하였고, 이러한 이유로 하여 알루미늄의 농도편차는 더욱 커지는 것이었다.

본 발명에서는 이러한 원인 분석결과에 근거하여, 알루미늄의 투입량은 실제 알루미늄의 투입량의 기준이 되는 용존산소, 그리고, 크롬과 반응하여 슬래그중에 잔존하는 산소에 근거하여 투입하는 것이 필요하다는 결론에 도달하였다.

또한, VOD정련공정에서 산소취입종료후의 용강온도는 조업조건에 따라 약 1650∼1800℃까지 크게 변화하는데, 이러한 용강의 온도는 알루미늄의 증발량에 영향을 미친다. 알루미늄은 용융온도가 660℃로 저융점물질로서, 용강온도가 높아지면 알루미늄의 증기압이 높아져 알루미늄의 증발량이 증가하므로 알루미늄의 증발된다. 특히 VOD와 같은 진공(100밀리바 이하)상태에서 온도가 높아지는 경우에 알루미늄의 증발손실은 더욱 커지게 된다.

이와 같이 알루미늄은 탈산에는, 용존산소, 크롬과 반응하여 슬래그중에 존재하는 산소, 용강의 온도가 중요한 영향을 미침을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 VOD정련공정에서 산소취련을 종료하고 산소프로브(Prove, 산소농담전지)로 용존산소량을 측정하고, 서브랜스로 용강의 온도 또한 측정한 다음, 산소취입전후의 크롬농도분석치를 통해 크롬산화량을 구해서, 이들이 알루미늄의 첨가량에 미치는 영향을 분석하였다. 이 조업데이터를 회귀분석한 결과 아래와 같은 경험식을 도출할 수 있었다.

[관계식 3]

알루미늄 첨가량=C1×크롬산화량(kg) + C2×T + C3×a(ppm) + C4

여기서, T는 용강온도, a는 산소프로브로 측정한 용존산소의 농도, C1, C2, C3, C4는 상수

본 발명의 조업의 일례에 따르면, 상기 관계식 3에서 상수는 C1은 0.78(표준편차 0.4), C2는 0.013(표준편차 1.1), C3은 0.031(표준편차 0.4), C4는 50(표준편차 1830)으로서, 이때의 R²은 0.81이었다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

중량%로, C:0.01∼0.02%, Si:0.4%이하, Mn:0.5%이하, Cr:17.4∼18.0%, Ti:0.2∼0.4%, Al:0.05∼0.15%, N:0.015%이하의 강종을 대상으로 하여 실제 VOD조업에서 종래의 방법과 본 발명의 방법에 따라 알루미늄의 투입량을 결정하여 알루미늄탈산한 다음, 알루미늄성분의 적중율(도 3)과 Al투입량편차 그리고 Al농도편차(도 4)를 알아보았다. 아래 표 1은 종래의 방법에 따라 과잉산소량에 의해 결정된 Al투입량이고, 표 2는 본 발명에 따라 용존산소, 용강온도, Cr산화량에 의해 결정된 Al투입량이다.

과잉산소량(Nm³)	Al투입량(kg)
400	532
410	552
339	408
475	684
420	572
453	640

크롬산화량(kg)	T(용강온도, K)	a(용존산소,ppm)	Al투입량(kg)
283.15	1652	450	278
684	1724	805	628
447.45	1693	620	395
366.3	1695	597	302
690.9	1706	768	650
422.8	1695	589	509
647.4	1689	715	589
279.65	1716	320	270
378.35	1701	557	516
608.4	1755	809	550
Al첨가량=C1×크롬산화량 + C2×T + C3×a + C4여기서, C1은 0.78, C2는 0.013, C3는 0.031, C4는 50

도 3에서 알 수 있듯이, 종래방법에서는 알루미늄 농도의 적중율이 40% 정도인데 반해, 본 발명의 탈산방법에서는 알루미늄 농도의 적중율이 87%로 향상되었으며, 이에 따라 노즐막힘정도도 기존재 대비 크게 감소하였다.

또한, 도 4에서 알 수 있듯이, 알루미늄 투입량의 편차가 종래방법에서는 ±150kg과 비교하여 본 발명에서는 ±25kg으로 크게 개선되었으며, 성분편차의 경우도 ±0.2%에서 ±0.025%로 감소하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 VOD정련공정에서 알루미늄의 첨가량을 크롬산화량, 용존산소, 용강의 온도를 실측하면서 알루미늄의 투입량을 결정하여 투입하게 되면 알루미늄성분의 적중율이 개선되어 타이타늄의 실수율을 높일 수 있고 연속주조공정에서의 침지노즐막힘현상을 방지할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

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

상기 산소취입을 종료한후에 용존산소와 용강의 온도를 측정하고, 산소취입전후의 크롬농도분석치로 크롬산화량을 구하고, 이들과 알루미늄 첨가량의 상관관계를 사전에 구하는 단계;와

실조업에서 산소취입을 종료하고 용존산소와 용강의 온도를 측정하고, 산소취입전후의 크롬농도분석치로 크롬산화량을 구하고 이를 상기에서 구한 상관관계에 대입하여 알루미늄의 투입량을 결정하는 단계;

상기에서 결정한 양으로 알루미늄를 투입하여 탈산하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 타이타늄 함유 스테인레스강의 알루미늄 탈산방법.
제 1항에 있어서, 상기 상관관계는 다음의 관계식, 알루미늄 첨가량=C1×크롬산화량(kg) + C2×T + C3×a(ppm) + C4(여기서, T는 용강온도, a는 산소프로브로 측정한 용존산소의 농도, C1, C2, C3, C4는 상수)을 만족함을 특징으로 하는 타이타늄 함유 스테인레스강의 알루미늄 탈산방법.