KR100925151B1 - 제강공정에 사용되는 Ａｌ－Ｍｇ계 탈산제 제조방법 및 이에 이용되는 Ｍｇ 투입용 치구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정의 용강 탈산과정에 사용되는 알루미늄-마그네슘계(Al-Mg) 탈산제의 제조방법에 관한 것으로, Mg 투입용 치구를 이용하여 여러 형태의 Mg을 Al 용탕 내부에 투입하여 신속히 용해하여 반사로에서 Mg 산화를 최소화할 수 있으며, Mg을 용탕내 침적 후 용해과정에서 신속히 교반하여 용탕내 Mg의 균질화를 촉진시켜 탈산제의 원료가 되는 Al과 Mg의 연속적인 용해 및 탈산제를 만들기 위한 연속주조가 가능하여 탈산제의 생산성을 높일 수 있다. 또한 본 발명은 Al 용탕 내부에 첨가되는 Mg의 성분비를 3 ~ 10 wt%로 갖는 Al-Mg계 탈산제를 제공하여 용강의 탈산효과를 개선할 수 있다.

탈산제, 용강, 마그네슘, 알루미늄, 투입용 치구

Description

제강공정에 사용되는 Ａｌ－Ｍｇ계 탈산제 제조방법 및 이에 이용되는 Ｍｇ 투입용 치구{Manufacturing method of Aluminum based Magnesium deoxidizer used in steel refining process and jig for inputting Magnesium used in the same}

본 발명은 전로 또는 전기로의 제강 공정에서 과잉 산소를 이용하여 탄소 등의 불순물을 제거한 다음 용강과 슬래그 중에 남아 있는 산소를 제거할 때 사용되는 알루미늄-마그네슘계 탈산제 및 그의 제조방법 그리고 이에 이용되는 Mg 투입용 치구에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 반사로를 이용하여 알루미늄(Al)을 용해한 후 용탕에 남아 있는 드로스(dross)를 제거한 다음, Mg 투입용 치구를 이용하여 탈산제내의 Mg 성분에 상응하는 괴상 및 판상의 Mg 또는 Mg 스크랩(scrap)의 적당량을 용탕 내부에 침하, 용해시켜 일정 형태의 몰드에서 연속 주조하는 Al-Mg계 탈산제 및 그의 제조방법 그리고 이에 이용되는 Mg 투입용 치구에 관한 것이다. 본 발명 방법에 의한 Al-Mg계 탈산제 생산은 기존에 사용되던 배치식 방법인 표면용해 칠드 몰드법에 비하여 물리화학적 규격에 관한 품질이나 생산성 측면에서 훨씬 우수하고 Mg의 산화를 최소화할 수 있는 방법이다.

일반적으로 제강 공정 후 용강 중에 용존산소가 존재하게 되면 이들 용존산 소는 용강의 응고과정에서 기포 또는 산화물을 생성하여 제품의 품질을 떨어뜨리는 원인으로 작용하고 있어, 제강공정에서는 탈산작업을 위하여 산소와의 친화력이 뛰어난 금속을 첨가하여 용존산소의 양을 일정량 이하로 감소시키고 있다.

대표적인 금속 탈산제로는 실리콘(Si)와 알루미늄(Al)이 있는데, Si 탈산제는 강의 연성을 떨어뜨리고 표면의 미려함을 해치기 때문에 압연제품의 생산에는 적합하지 않아 구조용강에 주로 사용되고 있으며, Al 탈산제는 미려한 표면이 요구되는 자동차 판재용강에 주로 사용되고 있다.

용강중에 투입된 Al 탈산제는 용강중의 산소와 반응하여 알루미나(Al₂O₃) 슬래그층을 형성하게 되는데 이때 알루미나 생성을 위한 자유에너지 값이 매우 낮기 때문에 탈산효과가 뛰어나 용강중에 다른 산화물들을 쉽게 환원시킬 수 있다.

최근 들어 Al 보다 산소와의 친화력이 높아 탈산 효과가 더 좋은 Mg을 탈산제로 사용하기 위한 노력이 진행되고 있는데, Mg은 증기압이 커서 강에 첨가시 Mg 기포로 인하여 격렬한 반응을 하고 용강 상부에 첨가시에는 연소되어서 강중에 잔류시킬 수 없게 되어 실수율 저하로 제철 공정에서의 사용이 한계를 보이고 있다. 더불어 이때 발생하는 백색의 Mg 증기는 공정의 진행사항에 대한 판단을 할 수 없게 만들어 생산성과 강의 품질을 저하시키는 원인으로 작용하게 되는 문제점이 있었다.

또한 Mg는 대기 중에서 가열할 경우에도 산화가 빠르게 진행되고, 특히 용탕상태에서 대기와 접촉하는 경우 강한 산화반응을 보이고 있어 탈산제 제조를 위한 용해작업이 매우 엄격한 조건하에서 이루어져야 하고, 제조비용이 높아지는 단점이 있었다.

종래 Al-Mg계 탈산제 생산은 표면용해 칠드 몰드법에 의하였는데, 이 방법은 배치식 방법으로 알루미늄 용탕 표면에 마그네슘을 투입하여 용해한 후 얻어진 Al-Mg 용탕을 칠드 몰드에 부으면서 바람을 이용하여 날려보내 반월 모양을 형성하여 Al-Mg계 탈산제를 만들었다. 상기와 같은 종래의 방법은 물리화학 규격에 관한 품질이나 생산성이 낮고 상기와 같이 Mg 산화로 인한 여러 가지 문제점들이 있었다.

본 발명은 순수 Mg 탈산제의 생산과 사용에서 나타나는 문제점 및 기존의 Al-Mg계 탈산제 제조방법의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 물리화학 규격에 관한 품질이나 생산성이 향상되고 Mg 산화를 최소화할 수 있어 용강의 탈산에 사용시 Mg 탈산제의 단점을 보완한 Al-Mg계 탈산제와 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제강공정에 사용되는 탈산제에 있어서, Al 용탕에 Mg 또는 Mg 합금을 첨가하여 Mg을 Al 용탕 내부에서 용해하여 연속 주조한 Al-Mg계 탈산제를 제공한다.

본 발명에 의하여 제조된 Al-Mg계 탈산제는 Mg이 3 ~ 10 wt%이고, Al이 85 ~ 95 wt%이고 나머지 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법에 있어서, Al 용탕에 Mg 또는 Mg 합금을 첨가하여 Mg을 Al 용탕 내부에서 용해한 후 연속주조하는 단계를 포함하는 Al-Mg계 탈산제 제조방법을 제공한다.

나아가 본 발명은 Al-Mg계 탈산제 제조시 Al 용탕 내부로 Mg 또는 Mg 합금을 투입하기 위한 치구에 있어서, 상기 치구는 Mg 또는 Mg 합금을 수용할 수 있는 컨테이너형으로, 일 측면에 Mg 또는 Mg 합금을 장입하기 위해 구비된 개구와 측면 및 하면 중 적어도 일면에 형성된 다수개의 홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Mg 투입용 치구를 제공한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제와 그의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제는 용융 Al에 괴상, 판상 또는 스크랩 등 여러 형태의 95% 이상의 순도를 가지는 Mg 또는 Mg 합금을 3 ~ 10 wt% 첨가한 다음 Mg을 Al 용탕 내부에서 용해하여 일정한 형태로 몰드에서 연속 주조하여 응고시킨 것이다.

Mg의 용융점은 650℃이고 Al의 용융점은 660℃이므로 용해공정에서 온도의 추가 상승은 없으나 상술한 바와 같이 공기 중에 용해가 가능한 Al과 달리 Mg은 격렬한 산화가 일어나므로 Al 용탕 내부에서 신속히 용해하고 Mg의 성분을 균일하게 유지하여 연속주조가 가능하도록 하는 것이 매우 중요하다.

따라서 본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제는 Al 용탕 내부에서의 용해방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. Mg의 비중은 1.74로 Al 비중 2.70 보다 작아 Al 용탕 위에 첨가시에는 Mg이 용탕 내로 침강하지 않고 Al 용탕 표면에 부유된 채 산화되어 Mg의 용해실수율이 크게 저하되는 데, 본 발명에 의한 용탕 내부에서의 용해방법은 이를 방지할 수 있다.

본 발명은 Mg을 Al 용탕 내부에서 용해시킬 때 적용할 수 있는 특수 제작된 Mg 투입용 치구를 제공한다. 도 1은 Mg을 채운 후 Al 용탕 내로 장입시켜 Mg를 단시간에 용해시킬 수 있는 본 발명에 의한 Mg 투입용 치구(10)의 개략적 사시도이다.

상기 Mg 투입용 치구(10)는 Mg 또는 Mg 합금을 수용할 수 있는 컨테이너형으로 일 측면에 Mg 또는 Mg 합금을 장입하기 위한 개구(12), 측면 및 하면 중 적어도 일면에 형성된 다수개의 홀(14) 및 일측에 구비된 치구 교반수단인 교반용 치구 연결봉(18)을 포함하여 Mg 또는 Mg 합금을 수용하여 Al 용탕 내에 투입될 수 있도록 구성된다.

상기 Mg 투입용 치구(10)는 육면체형, 원통형, 뿔대형 등을 포함한 다양한 형태로 구성될 수 있고, 용융점이 높은 Ni함량이 높은 내열강과 같은 재질로 제조된다. Al에 비해 비중이 작은 Mg가 용해 후 Al 용탕 표면으로 급속히 부상하는 것을 방지하기 위해, 상기 Mg 투입용 치구(10)는 홀(14)을 형성하지 않아 상면이 폐쇄된 Mg 부상 방지면(16)으로 구성한 육면체형 또는 원통형으로 형성할 수 있다.

상기 개구(12)는 괴상, 판상 또는 스크랩의 Mg 또는 Mg 합금 등을 장입하기 위한 구성요소이다.

또한 상기 홀(14)은 치구 표면에 형성된 원형, 사각형, 마름모, 오각형 등 다양한 형태의 유탕 유동홀이다. 상기 홀(14)은 Al과 Mg 용탕을 이동시켜 용해와 신속한 합금화를 유도하기 위해 치구의 하면과 측면에 가능한 한 최대 점유율로 형성하며, 다양한 크기의 Mg 재료를 활용하기 위하여 직경이 20 ~ 100mm인 것이 바람 직하며 현재의 Mg 재료의 크기는 Φ40mm인 것이 더욱 바람직하다.

상기 교반용 치구 연결봉(18)은 교반 동력원과 연결되어 Mg 투입용 치구(10)를 측방향으로 교반하여 Mg 성분을 균일하게 유지할 수 있도록 한다.

상기 Mg 투입용 치구(10)는 용해된 Mg이 치구로부터 Al 용탕 표면으로 급속히 부상하여 산화되는 것을 방지하기 위해 Al 용탕 표면으로부터 거리(d)가 100 mm 이상이 되도록 위치하는 것이 바람직하고, Mg 용해과정의 관찰과 제어가 용이한 100 ~ 200mm에 위치하도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 의한 Mg 투입용 치구(10)를 이용하면 Mg를 신속하게 용해할 수 있고 이렇게 용해된 Mg는 Al과 용융상태에서뿐만 아니라 고체상태에서도 10 wt% 이하 범위에서 300℃까지 완전 고용체를 이루기 때문에 Mg의 선택적 산화를 최소화시킬 수 있다.

상기와 같이 반사로를 이용하여 Mg를 직접 용융시켜 연속 주조하여 안정된 Al-Mg계 탈산제를 생산하는 본 발명에 의한 방식은 추가비용 없이 탈산제의 생산성과 품질을 개선할 수 있는 효과적이고 유일한 방법이다.

본 발명에 의해 제조된 Al-Mg계 탈산제는 Mg가 3 ~ 10 wt%이고, Al이 85 ~ 95 wt%이고 나머지 불순물로 이루어진다. 종래의 Al 탈산제에 비하여 최대 120% 이상의 향상된 탈산효과를 기대할 수 있다.

상기 Mg 조성비를 3 ~ 10 wt%로 하는 이유는 탈산효과 및 백연에 의한 문제를 고려하여 선정된 것이다. 즉, Mg 함량이 3 wt% 이하이면 탈산효과가 낮은 문제점이 있고, Mg 함량이 10 wt% 이상이면 백연발생과 폭발의 문제가 있기 때문이 다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제는 Al 용탕 내부에 탈산효과가 뛰어난 Mg을 3 ~ 10 wt% 첨가하여 일정 모양을 갖도록 연속주조로 생산됨으로써 탈산효과를 개선할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제의 제조방법은 물리화학 규격에 관한 품질이나 생산성이 향상되고 Mg 산화를 최소화할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

나아가, 본 발명에서 사용된 Mg 투입용 치구를 이용하면 Al 용탕내로 Mg를 쉽게 침강시켜 용해시킬 수 있어, Mg 용해 실수율을 표면 용해시에 비해 최대 61% 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서 본 발명은 제강공정에 사용되는 탈산제 분야에 매우 유용한 발명이라 할 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시예 1.

Al-Mg계 탈산제를 제조하기 위하여 반사로의 Al 용탕 내부로 Mg을 침강시켜 용해를 시킬 수 있는 Mg 투입용 치구(도 1)를 제작하여 Mg의 용해 실수율을 90%까지 증대시킬 수 있었다(표 1). 이때 도 2에 도시된 바와 같이, Mg 투입용 치구(10)는 Al 용탕 표면으로부터 거리(d)를 200mm에 위치시켜 가벼운 Mg 용탕이 표면으로 부상하는 것을 최대한 방지하였다. 표 1은 탈산제 종류에 따른 Mg 실수율을 나타낸다.

탈산제 종류	기존 표면 용해방식	용탕 내부 용해방식 (본 발명 방식)
Al-Mg3	45%	90%
Al-Mg5	37%	87%
Al-Mg8	19%	80%

실시예 2.

투입된 Mg이 Al 용탕에 용해되어 신속히 균일한 용탕이 될 수 있도록 Mg 투입용 치구(10)를 교반시킨 후 Al-Mg 용탕을 연속주조기를 이용하여 한 변이 50mm x 50mm(상부), 45mm x 45mm(하부), 15mm(높이)인 사각뿔대 형태의 잉곳을 주조하였다. 각 실시예별로 주조된 탈산제에 대하여 Al 및 Mg 함유량을 측정하였다. 그 측정결과를 표 2 및 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, Mg 함량이 높아질수록 Mg의 성분변화가 심하여 투입 간격을 짧게 해야 하며, 그렇게 해도 Mg의 수율은 3 wt% Mg 탈산제 보다 8 wt% Mg 탈산제가 10% 저하되어 산화 손실이 많음을 알 수 있다. 이것은 Mg 투입 후와 투입 전의 성분편차가 커지는 것을 의미하나 평균적인 성분은 유지되는 것을 알 수 있다. 표 2는 연속 주조공정 중 Mg 투입량 및 투입시간 변화에 따른 용탕내 Mg 성분변화를 나타낸다.

탈산제 종류	투입량(Kg)	시간간격(분)	제품성분		Mg 수율
			1th 투입직후	2th 투입전
Al-Mg3	185	60	3.2 wt% Mg	2.9 wt% Mg	90%
Al-Mg5	215	40	5.3 wt% Mg	4.8 wt% Mg	87%
Al-Mg8	280	30	8.5 wt% Mg	7.5 wt% Mg	80%

주) 제품 5.5 ton/h 연속 생산기준

실시예 3.

다음은 Mg 성분 변화에 따른 탈산 효과에 대하여 실험한 결과를 도 4에 나타내었다. 실험은 100 ton급 전로(LD-Converter)에서 이루어졌는데 탈산제 종류별 일정량을 투입하여 일정 수준까지 감소하는 용존 산소량(<5ppm)으로 그 효과를 분석하였다. 그 결과 기존 95 wt% Al 탈산제에 비해 92 wt% Al-3 wt% Mg 탈산제가 가장 높은 탈산 효과 증가율을 보여주고 있다.

이상의 실험 결과는 본 발명의 범위내의 조성을 갖는 탈산제는 탈산능이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였으나, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 균등물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제 제조시 Al 용탕 내부로 Mg 또는 Mg 합금을 투입하기 위한 Mg 투입용 치구의 개략적 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 Mg 투입용 치구의 Al 용탕 내부의 위치를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제 제조시 Mg 투입 간격에 따른 Al-Mg 용탕 내의 Mg 성분 변화를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명에 의한 Al-Mg계 탈산제의 탈산능을 보여주는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : Mg 투입용 치구 12 : 개구

14 : 홀 16 : Mg 부상 방지면

18 : 교반용 치구 연결봉

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법에 있어서,

   Mg 또는 Mg 합금을 Mg 투입용 치구를 이용하여 Al 용탕 내부에 투입하여 Al 용탕 내부에서 용해한 후 연속주조하는 단계를 포함하며,

   상기 Mg 투입용 치구는, Mg 또는 Mg 합금을 수용할 수 있는 컨테이너로,

   일 측면에 Mg 또는 Mg 합금을 장입하기 위해 구비된 개구; 및

   측면 및 하면 중 적어도 일면에 형성된 다수개의 홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 Mg 투입용 치구는 일측에 형성된 치구 교반수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 Mg 투입용 치구는 상면이 폐쇄된 Mg 부상 방지면을 구비한 육면체형 또는 원통형인 것을 특징으로 하는 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 Mg 투입용 치구는 Al 용탕 표면에서 100 ~ 200mm에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법.
8. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 Al-Mg계 탈산제는 Mg이 3 ~ 10 wt%이고, Al이 85 ~ 95 wt%이고 나머지 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법.
9. Al-Mg계 탈산제 제조시 Al 용탕 내부로 Mg 또는 Mg 합금을 투입하기 위한 치구에 있어서,

   상기 치구는 Mg 또는 Mg 합금을 수용할 수 있는 컨테이너로,

   일 측면에 Mg 또는 Mg 합금을 장입하기 위해 구비된 개구; 및

   측면 및 하면 중 적어도 일면에 형성된 다수개의 홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법에 이용되는 Mg 투입용 치구.
10. 제9항에 있어서, 상기 치구는 치구 교반수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제강공정에 사용되는 Al-Mg계 탈산제 제조방법에 이용되는 Mg 투입용 치구.

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