KR101243246B1 - 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법에 관한 것으로, 전기로(EAF)-정련로(AOD)-성분조정(LT)-턴디쉬(tundish)-연속주조공정(strip casting 공정)을 거치는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서, 상기 전기로의 출탕온도를 조정하는 단계와, 상기 정련로의 출강온도를 조정하는 단계와, 상기 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계와, 상기 턴디쉬의 주조온도를 과열도 △T로 제어하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법을 제공하며, 용강의 고융점 개재물의 발생을 최소화함으로써 개재물 개수를 대폭 저감하여 표면결함의 감소로 인해 스테인리스강의 청정도를 크게 향상시킬 수 있다.

전기로, 정련로, 성분조정, 스트립 캐스팅, 온도 조정, 과열도, 청정도

Description

오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법{MANUFACTURING METHOD OF AUSTENITIC STAINLESS STEEL PLATE WITH GOOD CLEANNESS}

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기로(EAF) 출탕후 정련로(AOD)에서의 탈탄 및 탈산 과정 이후의 온도 및 주조래들 정련시의 용강온도 조절과 주조온도 제어 등을 통하여 주조래들로 옮겨진 용강의 개재물수를 최소화함으로써 스테인리스강의 청정도를 향상시킬 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 스트립 캐스팅 장치는 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 공급하여 그 용강으로부터 직접 수mm 두께의 박판제품을 연속적으로 제조하는 설비를 말한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스트립 캐스팅 장치를 통한 박판 제품은 냉각수에 의해 냉각되면서 회전하는 한 쌍의 주조롤과, 이들의 측면을 밀봉하는 에지댐에 의해 형성된 용강풀로 용강이 공급된 후 주조롤 표면과 접촉 응고되면서 얇은 응고셀을 형성하게 되고, 이 응고셀들이 최근접점에서 합체되어 일정한 두께로 연속주조되는 형태로 생산되게 된다.

이와같은 스트립 캐스팅 장치로 제조된 오스테나이트계 스테인리스강은 표면 품질이 매우 중요한데, 표면 결함에 영향을 미치는 인자중 고융점 비금속 개재물의 조성 및 개수 등이 큰 문제가 되고 있다. 즉, 개재물이 제품의 표면에 잔류해 있을 경우 표면을 손상시키거나 균열 발생의 원인이 된다. 그러나, 비금속 개재물은 용강의 탈산과정과 온도 제어를 위한 합금철 투입 등의 공정을 통해서 필연적으로 발생하기 때문에 개재물의 발생 자체를 막을 수는 없으므로 개재물의 발생을 최소화시켜야 한다.

도 2는 일반적인 스테인리스강 제조공정을 나타내는 모식도이고, 도 3(a)는 스테인리스강의 경질 개재물의 형상을 나타내는 도면이며, 도 3(b)는 경질 개재물에 의한 냉연코일의 표면결함을 나타내는 도면이다.

도 2을 참조하면, 전기로(EAF:Electric Arc Furnace)에서 용융되어 생성된 용탕, 즉 전기로 용탕을 장입래들에 출탕하고, 상기 장입래들을 기울여 상기 용탕의 상부에 부상하고 있는 슬래그의 일부를 제거한다. 그리고 배재장에서 나머지 잔류하는 슬래그를 제거한 전기로 용탕을 정련로에 투입한다. 상기 용강은 정련로(AOD:Argon Oxygen Decarburization)에서 탈탄 중에 크롬, 철 등의 유가금속들이 산화되어 용강 성분의 손실을 야기하며, 산소 가스를 용강 중에 취입하여 탄소를 제거하기 때문에 크롬산화물이 생성되고, 이를 다시 환원시키기 위해서 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 염기성 플럭스와 함께 탈산제로 규소철(FeSi)을 함께 첨가하며, 탈산 및 개재물의 제거를 촉진하기 위해서 불활성 가스로 용강을 교반시킨다.

그러나, 이와 같은 규소의 투입에 의한 탈산의 경우, 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이 규소와 산소가 반응하여 하기 [반응식1]의 반응에 의해 규소산화물(SiO₂)이 생성되고, 또한 규소를 환원제로 이용하는 경우에도 실리콘 합금 내 알루미늄이 함유되어 있기 때문에 용강중 알루미늄의 농도가 일정치 이상이 되는 경우에는 마그네슘 알루미네이트계 알루미나 또는 [반응식2]의 반응에 의해 알루미늄 산화물(Al₂O₃)의 개재물이 생성되어 용강 내에 고융점 개재물이 필연적으로 존재하게 되는 문제점이 있다.

[반응식1] Si+20 = SiO₂

[반응식2] 2Al + 3O = Al₂O₃

또한 환원 정련과정과 정련로에서 주조래들로 옮겨지는 과정에서 용강의 온도가 100℃ 이상 떨어지게 되는데, 이 때 용강중 알루미늄과 규소는 용강 온도 하강에 의해 용해도가 낮아지면서, 용강중 산소와 결합하는 산화반응이 촉진되기 때문에 규소산화물 및 알루미나 개재물이 생성된다. 즉, 용강온도의 하강이 클수록 고융점 개재물의 개수는 증가하게 된다. 주조래들로 옮겨진 용강의 온도가 주조 공정에서 응고될 때까지 지속적으로 하강하면서 알루미늄의 산화 반응이 개재물의 조성 변화를 일으켜, 개재물중 알루미나의 농도를 높이게 된다.

이와 같이 생성된 미세한 비금속 개재물들은 1600 ~ 1700℃의 용강 내부에서 미세한 고체 입자로 부유하므로, 각 입자들간의 응집, 성장이 어렵고, 부력에 의해 용강 상부로 떠올라 제거되지 못하고 계속 용강중에 체류하게 된다. 또한, 이러한 개재물들은 정련로(AOD)에서 주조래들로 출강할 때, 용강내로 혼입된 슬래그와 서 로 반응하면서 대형 개재물로 변화하고 최종적으로 제품 표면 품질에 악영향을 미치는 슬래그성 개재물과 고융점 스피넬(spinel) 개재물의 석출상이 결합되어 있는 형상을 보이게 된다.

그동안 이러한 개재물의 개수, 크기 등을 제어하기 위해 여러가지 기술들이 적용되어 왔다. 공개된 문헌을 참조하면, 한국공개특허 제2002-0022275호, 한국공개특허 제2001-0063536호, 일본공개특허 제1995-188861호는 이미 생성된 개재물 혼입을 방지하거나 억제하는 방법으로 개재물 발생을 최소화하려는 본 발명과는 무관하다. 그리고, 한국공개특허 제2004-0056706호는 개재물중 알루미나의 농도를 감소시키기 위해 돌로마이트 래들을 이용하는 방법을 제시하고 있으나, 이 방법 역시 용강중 개재물의 수를 줄이기에는 곤란하다. 또한, 일본공개특허 제1999-267312호와 일본공개특허 1998-158720호, 프랑스특허 E.I.7603020603호에서는 정련로 슬래그의 염기도와 슬래그 중의 알루미나 및 마그네시아의 농도를 규제함으로써 고융점 개재물의 생성을 방지하는 방법에 관해 개시되어 있으나, 상기 특허들은 개재물의 성분 제어를 목적으로 하기 때문에 본 발명과 같은 개재물수를 최소화시키는 방법을 제공하지는 못하고 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 발명으로, 본 발명의 목적은 전기로(EAF) 출탕후 정련로(AOD)에서의 탈탄 및 탈산 과정 이후 주조래들로 옮겨진 용강의 개재물수를 최소화할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 전기로-정련로-성분조정-턴디쉬-연속주조 공정을 거치는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서, 상기 전기로의 출탕온도를 조정하는 단계와, 상기 정련로의 출강온도를 조정하는 단계와, 상기 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계와, 상기 턴디쉬의 주조온도를 과열도 △T로 제어하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법을 제공한다.

이 때, 상기 전기로의 출탕온도를 1,600 ~ 1,620℃로 조정하는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 전기로 출탕후 정련로의 탈탄공정에서 온도 상승을 제어하여 상기 정련로의 출강온도를 1,680 ~ 1,700℃로 조정하는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만아니라, 상기 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계는, 상기 정련로 출강 후 주조래들에서 성분 및 온도 조정후의 온도를 1,580 ~ 1,600℃로 조정하는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 과열도 △T를 70 ~ 80℃로 제어하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 전기로(EAF) 출탕후 정련로(AOD)에서의 탈탄 및 탈산 과정 이후의 온도 및 주조래들 정련시의 용강온도 조절, 주조온도 제어 등을 통하여 주조래들로 옮겨진 용강의 개재물수를 최소화함으로써, 스테인리스강 가공시에 개재물의 연성을 향상시킬 뿐만 아니라, 개재물에 기인한 표면결함이나 균열 감소로 인하여 스테인리스강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 개재물 크기에 따른 분석 결과를 나타낸 그래프로서, (a)는 비교예1, (b)는 발명예1을 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 결함지수를 종래와 비교하여 나타낸 그래프, 도 6은 본 발명의 정련방법을 도시한 플로우 차트이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하여 전기로(EAF)-정련로(AOD)-성분조정(LT:Ladle Treatment)-턴디쉬(Tundish)-연속주조 공정(Strip Casting 공정)을 거치는 오스테나이트계 스테인리스강의 제조공정은 전기로의 출탕온도를 조정하는 단계와, 정련로의 출강온도를 조정하는 단계와, 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계와, 상기 턴디쉬의 주조온도를 과열도 △T로 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이 때, 본 발명에서 전기로(EAF)의 출탕온도를 조정하는 단계는 아크열을 이용하여 스크랩 및 합금철을 용해하는 전기로 조업을 완료한 후의 출탕온도를 1,600 ~ 1,620℃로 조정하는 것이다(S1 단계). 출탕온도를 상기 범위로 한정한 것은 출탕온도가 1600℃ 미만으로 낮게 되면 스크랩 및 합금철의 용해시간이 길어져 전체 공정시간이 많이 소요되므로 생산성이 저해되고, 출탕온도가 1620℃를 초과하면 고온에 따른 강중 평형 산소농도가 증가하여 산화 개재물의 생성을 촉진시키므로 청정도가 나빠지기 때문이다.

한편, 정련로에서는 탈탄을 위하여 산소 가스를 불어넣어 탄소를 이산화탄소로 산화시키는데, 이 때 발생한 산화열에 의해 온도가 상승하게 되므로 상기 전기로 출탕후에는 정련로(AOD)의 온도 상승을 제어하여 정련로 출강온도를 1,680 ~ 1,700℃로 조정한다(S2 단계). 이 때, 출강온도가 1,680℃ 미만으로 낮게 되면 다음 공정인 성분조정(LT) 작업 진행시 온도 하강폭이 커져 주조가 불가능한 문제가 발생할 수 있고, 출강온도가 1,700℃를 초과하게 되면 용강중 산소가 높아져서 강 중 개재물수가 급격히 증가할뿐만 아니라 정련로 및 주조래들 내화물의 용손이 심해져서 내화물의 수명이 감소되고 용강의 청정도를 악화시키기 때문이다.

그리고, 용강을 상기 정련로에서 출강하여 주조래들로 이송한 후에는 상기 주조래들에 도착온도가 1650 ~ 1660℃ 에 이르게 되는데, 성분조정을 위한 합금철 투입 및 용강 교반시간 동안 주조래들에서 성분 및 온도 조정후의 온도를 1,580 ~ 1,600℃로 조정한다(S3 단계). 이 때, 상기 온도가 1,580℃ 미만이면 용강중 규소 및 알루미늄의 용해도가 떨어져 규소산화물, 알루미나 개재물의 개수가 급격히 증가하여 청정도가 나빠지고, 상기 온도가 1,600℃를 초과하게 되면 내화물의 용손으로 인해 내화물의 수명이 감소되고 용강의 청정도가 오히려 나빠지기 때문이다.

위와 같이 알곤 가스를 주조래들 하부로부터 취입하여 교반을 실시하면서 최종성분 및 온도 조정을 완료한 후에는 턴디쉬의 주조온도를 용강의 과열도 △T로 제어하여 스테인레스강의 주편을 제조한다(S4 단계). 여기서, 용강의 과열도 △T는 아래와 같이 정의한다.

과열도(△T) = 턴디쉬 온도 - 이론응고온도

이 때, 상기 과열도(△T)란 연속주조시 양호한 조업성과 주편 품질 확보를 위해 상기 이론응고온도에 추가로 보정하는 온도를 말하며, 이론응고온도란 용강이 응고하기 시작하는 온도를 나타낸 것이다. 본 발명에서는 상기 과열도 △T를 70 ~ 80℃로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 과열도가 70℃ 미만으로 작게 되면 개재물의 분리 부상이나 주조성이 불리한 단점이 있을 뿐만 아니라 용강의 조기 응고에 따른 노즐 막힘이 발생할 수 있는 문제가 있다. 반면에 과열도가 80℃를 초과하게 되면, 응고가 늦어져 주조재의 특정 부위가 밝은 빛을 띄는 현상이 발생함으로써 주조 및 압연공정이 불안정해지며, 과열도가 더욱 커져 미응고가 발생하게 되면 응고층이 얇아져 구속성 응고층 터짐이 발생하는 현상인 응고층 터짐(break out)이 일어나 대형사고로 번질 수 있기 때문이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련방법데 대하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 전기로-정련로-주조래들-연속주조 공정을 통한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조공정에서는 스크랩, 페로크롬(FeCr)을 원료로 하여 90톤 전 기로에서 용해하고, 출탕시 온도를 조정한다. 그리고, 전기로 출탕후 정련로에서 알곤-산소 혼합가스를 이용한 탈탄 정련을 실시한다. 탈탄 정련후 산화된 크롬을 환원 및 회수하기 위하여 실리콘과 함께 생석회와 형석을 첨가하고, 알곤 가스를 불어 환원 정련을 행한 후 주조래들로 이송한다. 주조래들로 이송하기 전 출강온도를 조정하고, 주조래들에서는 용강상부의 슬래그를 용강무게의 1.5~2.0%가 되도록 일부만 제거하고 알곤 가스를 주조래들 하부로부터 취입하여 교반을 실시하면서 최종 성분 및 온도 조정을 행한다.

상기 교반 작업 완료후, 연속주조를 통해 스테인리스강의 슬라브 주편을 제조하고, 주편 표면을 현미경으로 검사하여 표면의 개재물 개수 및 크기를 조사한 뒤, 이를 0에서 10 사이의 수준으로 구분한 스테인리스강의 청정도 지수로 나타내었다. 여기서 청정도 지수 10은 표면에 개재물이 존재하지 않는 것을 나타낸다.

그리고, 아래의 [표1]에 본 발명의 실시예에서 사용한 오스테나이트계 스테인리스강의 성분을 나타내었고, [표2]에는 실험조건과 그에 따른 청정도 지수를 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

[표2]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전기로의 출탕온도를 1,600 ~ 1,620℃, 정련로의 출강온도를 1,680 ~ 1,700℃, LT(Laddle Treatment)후 용강온도를 1,580 ~ 1,600℃, 과열도 △T를 70 ~ 80℃로 제어함으로써, 종래의 비교예에 비해 현저히 높은 청정도 지수를 나타냄을 알 수 있다.

도 4는 개재물의 크기별 분석 결과를 나타낸 그래프로서, (a)는 비교예3, (b)는 발명예2를 나타낸 그래프이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 발명예2의 경우에는 비교예3에 비하여 개재물의 개수가 대폭 감소하였고, 그 크기도 작음을 알 수 있다. 이는 본 발명에 의한 오스테나이트계 스테인리스강 정련방법이 산소농도의 변화가 기복이 심하지 않고 일정하면서도 산소농도가 낮아 고융점 개재물의 발생을 감소시키기 때문이다.

도 5는 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 결함지수를 종래와 비교하여 나타낸 그래프로서, 상기 표2의 결과는 모두 도5에 그래프로 나타내었으며, 이로부터 본 발명에 의한 용강중 개재물 저감 효과가 매우 우수함을 알 수 있다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 스트립 캐스팅 공정의 구성을 설명한 개략도.

도 2는 일반적인 스테인리스강 제조공정을 나타낸 모식도.

도 3a는 스테인리스강의 개재물의 형상을 나타낸 도면.

도 3b는 개재물에 의한 코일의 표면결함을 나타낸 도면.

도 4는 개재물의 크기별 분석을 나타낸 그래프로서, (a)는 비교예1, (b)는 발명예1을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 결함지수를 종래와 비교하여 나타낸 그래프.

도 6은 본 발명의 정련방법을 도시한 플로우 차트.

*도면의 주요부호에 관한 설명*

1. 주조롤 2. 래들

3. 턴디쉬 4. 침지노즐

5. 메니스커스 쉴드 6. 브러쉬롤

7. 에지댐 8. 주편

9. 핀치롤 10. 수냉장치

11. 권취코일 12. 열간압연기

13. 로드셀 14. 용강풀

15. 롤갭검출기

Claims (5)

1. 전기로-정련로-성분조정-턴디쉬-연속주조 공정을 거치는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서,

   상기 전기로의 출탕온도를 조정하는 단계와,

   상기 정련로의 출강온도를 조정하는 단계와,

   상기 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계와,

   상기 턴디쉬의 주조온도를 과열도 △T로 제어하는 단계를 포함하되,

   상기 전기로 출탕후 정련로의 탈탄공정에서 온도 상승을 제어하여 상기 정련로의 출강온도를 1,680 ~ 1,700℃로 조정하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전기로의 출탕온도를 1,600 ~ 1,620℃로 조정하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법.
3. 삭제
4. 전기로-정련로-성분조정-턴디쉬-연속주조 공정을 거치는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서,

   상기 전기로의 출탕온도를 조정하는 단계와,

   상기 정련로의 출강온도를 조정하는 단계와,

   상기 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계와,

   상기 턴디쉬의 주조온도를 과열도 △T로 제어하는 단계를 포함하되,

   상기 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계는,

   상기 정련로 출강 후 주조래들에서 성분 및 온도 조정후의 온도를 1,580 ~ 1,600℃로 조정하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법.
5. 전기로-정련로-성분조정-턴디쉬-연속주조 공정을 거치는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서,

   상기 전기로의 출탕온도를 조정하는 단계와,

   상기 정련로의 출강온도를 조정하는 단계와,

   상기 성분조정시 용강의 온도를 조정하는 단계와,

   상기 턴디쉬의 주조온도를 과열도 △T로 제어하는 단계를 포함하되,

   상기 과열도 △T를 70 ~ 80℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법.

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