KR101301435B1 - 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 생석회가 투입되는 탈탄공정 및 환원/탈류공정을 포함하는 AOD 정련로를 이용한 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 있어서, 상기 탈탄공정시 상기 생석회의 미소성 부분으로부터 배출되는 탄소가 용강으로 픽업되는 탄소 픽업이 억제되도록, 상기 용강의 표면을 덮는 염기도 1 내지 4의 범위의 액상 슬래그를 형성하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법이 제공된다.

Description

오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법{Method for refining the austenitic stainless steel}
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, AOD 정련로를 이용한 스테인리스강의 정련공정 중 슬래그 형성을 위해 필수적으로 사용하는 부원료로부터 픽업되는 탄소를 최소화하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 관한 것이다.
스테인리스강 제강공정 중 가장 필수적인 공정은 탄소, 질소, 황 등의 불순물을 제거하는 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 정련로를 이용하는 정련공정이다.
AOD의 정련과정은 크게 탈탄기와 환원/탈류기로 나눌수 있다. 이중, 탈탄기는 고탄역 탈탄기(1.8% → 0.5%), 중탄역 탈탄기(0.5% → 0.08%), 저탄역 탈탄기(0.08% → 0.02%)로 구분되며, 각각의 단계에 적합한 비율로 정해진 아르곤 및 산소 가스가 횡취 또는 상취로 취입되어 용강의 탈탄이 이루어진다.
이러한 AOD 탈탄과정에서는 부원료로 생석회가 다량 투입되는데, 스테인리스강 AOD 탈탄과정에 생석회를 투입하는 이유는 다음과 같다. 첫째, 내화물의 용손을 방지하기 위함이다. AOD 정련과정 초기의 용강에는 약 0.2%의 규소가 함유되어 있는데, 이 규소는 산소 취입 초기에 산화되어 용강표면에 규산화물층을 형성하며, 이 규산화물층은 AOD 정련로 내부의 내화물 침식의 직접적인 원인이 된다. 따라서, 이러한 규산화물이 내화물을 침식하지 않도록 생석회를 투입함으로써 규산화물을 내화물에 무해한 슬래그로 만들어 준다. 둘째, 크롬산화물의 환원을 원활하게 하기 위함이다. 산소 취입에 의한 탈탄과정 중에는 용강 중 탄소의 연소 뿐만 아니라 크롬 성분도 다량 산화된다. 이렇게 산화된 크롬은 정련 과정 말기에 Si를 투입하여 용강 중으로 환원하게 되는데, 이 과정이 원활하게 이루어지기 위해서는 크롬 산화물이 액상 슬래그가 되어야 하며, 이를 위해서 생석회가 반드시 필요하다. 셋째, 용강 탈류를 위함이다. 즉, 생석회를 투입하여 일정한 염기도의 슬래그가 형성되어야 용강 중의 황이 제거될 수 있기 때문에, 생석회의 사용이 필수적이다.
상기한 바와 같은 이유로, 일반적인 스테인리스강 AOD 정련과정에는 약 70 ~ 90 kg/ton-steel의 생석회를 투입하여 탈탄 정련을 수행하고 있다.
한편, 생석회는 석회석의 소성과정을 통해 얻어진다. 석회석은 CaCO3의 화학식을 가지며, 대기압에서 900℃ 이상의 열을 가하면 CaCO3→CaO+CO2↑의 반응이 일어나 기체상태인 이산화탄소(CO2)가 배출되는 동시에 고체상태인 생석회(CaO, 生石灰, quick-lime)가 얻어진다. 열분해시 배출되는 이산화탄소는 원 중량의 약 40%로, 분해한 순간 생성된 생석회는 결정이 미세하고 다음과 같은 성질을 갖는다. 상기와 같은 과정을 통해 생성된 생석회는 비표면적이 크고, 결정간의 공극은 적지만 공극률이 크며, 부피 비중이 작으며, 반응성이 크다.
일반적으로 상기한 것과 같은 상태의 생석회를 연소 생석회라고 한다. 연소 생석회는 결정이 미세하고 표면적이 크므로 반응성이 커서 공정의 신속한 진행을 기대할 수 있다. 연소 생석회를 장시간 그대로 소성하면 미세한 결정이 차차 조대화하여 부피가 감소하는 동시에 밀도가 높은 생석회가 얻어지는데 이를 경소 생석회라고 한다. 더욱 소성도를 높이면 반응성이 대단히 낮은 사소 생석회가 된다. 따라서, 생석회의 소성기술은 원하는 생석회의 밀도, 반응성 및 입계를 얻기 위한 제어기술 중심으로 발전되어 왔다.
한편, 생석회의 소성은 석회석으로부터의 이산화탄소의 배출이 외부에서 내부로 진행되면서 이루어지는데, 내부의 소성이 진행됨에 따라 이미 소성된 표면은 기공이 줄어들면서 밀도가 높아져 이산화탄소의 배출을 저해하는 방향으로 작용한다. 이에 따라, 외곽의 과소(hard burned)를 회피하면서 내부의 소성을 진행시키는 것은 고도의 제어기술을 요하며, 미량의 이산화탄소가 미소성된 상태로 내부에 잔류하는 것은 불가피하다고 할 수 있다. 따라서, 고온의 정련공정에 쓰이는 생석회에는 맥석 등의 불순물 함량 이외에도 잔류 이산화탄소의 양을 요구품질로 관리하고 있다. 하지만, 품위가 높은 생석회를 부원료로 사용하는 것 이외에 생석회 중 잔류 이산화탄소가 용강 중 탄소농도에 미치는 영향을 효과적으로 제어하기 위한 기술은 절대적으로 부족한 실정이다.
본 발명의 목적은 AOD 정련로를 이용한 스테인리스강 제강공정 중 용강 탈탄공정에서 탄소 함량이 낮은 고순도의 스테인리스강을 제조하기 위여, 투입되는 생석회로부터 탄소가 픽업(pick up)되는 문제점을 해결할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 생석회가 투입되는 탈탄공정 및 환원/탈류공정을 포함하는 AOD 정련로를 이용한 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 있어서, 상기 탈탄공정시 상기 생석회의 미소성 부분으로부터 배출되는 탄소가 용강으로 픽업되는 탄소 픽업이 억제되도록, 상기 용강의 표면을 덮는 염기도 1 내지 4의 범위의 액상 슬래그를 형성하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법이 제공된다.
상기 환원/탈류공정에는 환원제 및 슬래그 조제제 중에서 선택되는 적어도 어느 하나가 투입될 수 있다.
상기 탈탄공정에 이용되는 생석회의 중량이 100%일 때, 상기 환원제의 중량은 상기 생석회 중량의 10% 내지 25%의 범위로, 상기 슬래그의 조제제의 중량은 상기 생석회 중량의 20% 내지 40%의 범위로 제어될 수 있다.
상기 환원제 또는 상기 슬래그 조제제는 각각 투입량이 분할되어 상기 생석회와 상호 교대로 투입되도록 제어될 수 있다.
상기 환원제는 Al 및 FeSi 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 슬래그를 형성하는 슬래그 조제제는 형석, 보론 산화물, CaO-SiO2계 화합물, 월라스토나이트(wollastonite), 해트루라이트(Hatrurite), 라나이트(Larnite) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 생석회의 순도는 93% 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 생석회가 투입되는 탈탄공정 및 환원/탈류공정을 포함하는 AOD 정련로를 이용한 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 있어서, 상기 탈탄공정시 상기 생석회의 미소성 부분으로부터 배출되는 탄소가 용강으로 픽업되는 탄소 픽업이 억제되도록, 상기 환원/탈류공정시 환원제의 투입 시점부터 불활성가스를 상기 AOD 정련로의 상부에서 취입하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법이 제공된다.
상기 불활성가스는 아르곤 및 질소 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 AOD 정련로의 상부에서 취입하는 상기 불활성가스의 유량은 상기 용강 톤당 1.0 내지 5.0Nm3/min·t의 범위로 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, AOD 정련로를 이용한 스테인리스강의 정련공정 중 슬래그 형성을 위해 필수적으로 사용하는 부원료로부터 픽업되는 탄소를 최소화하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법을 제공할 수 있다.
따라서, AOD 정련로를 이용한 스테인리스강의 정련공정 중 이산화탄소와 용강 간의 반응을 효과적으로 차단할 수 있으며, 탄소 픽업을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 비교예에 따라 석회석을 투입하지 않은 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 실시예에 따라 입도가 1.7mm 내지 4.75mm인 석회석을 투입한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 실시예에 따라 입도가 0.9mm 내지 1.7mm인 석회석을 투입한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 실시예에 따라 미리 형성시킨 액상 슬래그 상부에 석회석을 투입한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 실시예에 따라 석회석을 투입하고 아르곤 상취를 실시한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 상기한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 다만, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려, 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 특허청구범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.
전술한 바와 같이, 스테인레스 제강공정에 사용되는 생석회 중에는 미량의 이산화탄소(약 0.6wt%이하)가 잔류하게 되며, 생석회의 투입량을 고려하면 스테인레스 용강, 특히, 매우 낮은 탄소농도가 요구되는 강종의 용강 중 탄소농도에 미치는 영향은 매우 크다고 할 수 있다. 실제로, AOD 정련공정 말기의 탄소농도는 예측된 탄소농도보다 높게 측정되고 있으며, 이는 생석회 중 잔류 이산화탄소가 1600℃ 이상의 고온에서도 쉽게 배소되지 않고 슬래그 재화와 함께 용강으로 픽업되었기 때문이라고 판단된다. 아래 [표 1]은 생석회 순도에 따른 대략적인 탄소 픽업량의 농도 증가를 나타낸 것이다.
생석회 순도 ~ 85% 85 ~ 90% 90 ~ 93%
탄소 픽업량 약 100ppm 약 50ppm 약 20ppm
표 1에서 알 수 있듯이, 생석회의 순도가 낮아짐에 따라 탄소 픽업량은 증가하는 경향을 확인할 수 있으며, 이와 같이 저품위의 생석회에 의해 탄소농도가 증가하면 정련시간 특히, 탈탄시간을 지체시킬 뿐만 아니라, 탈탄공정을 위한 산소취입량 및 환원용 FeSi/생석회 투입량도 결과적으로 증가하게 되는 악순환을 초래하게 된다. 탈탄공정 말기에서 약 20ppm이상 탄소농도가 증가하게 되면 탈탄시간이 급격하게 증가하고 추가적으로 필요한 생석회의 양은 약 150kg이상이 되어, 스테인레스강 생산공정의 정상적인 운영에 큰 차질을 야기하게 된다. 하지만, 상기하였듯이 실제로는 품위가 높은 부원료를 사용하는 것 이외에 생석회 중 잔류 이산화탄소가 용강 중 탄소농도에 미치는 영향을 효과적으로 제어하기 위한 노력은 절대적으로 부족한 실정이다.
따라서, 본 발명은 AOD 정련로를 이용한 스테인리스강 제강공정 중 용강 탈탄공정에서 탄소 함량이 낮은 고순도의 스테인리스강을 제조하기 위여, 투입되는 생석회로부터 탄소가 픽업(pick up)되는 문제점을 해결하기 위한 방법, 보다 상세하게는 AOD 정련로를 이용한 스테인리스강 제강공정 중 슬래그 형성을 위해 필수적으로 사용하는 부원료인 생석회에 소량 함유되어 있는 탄소가 정련공정 중 용강으로 픽업되어 용강의 탈탄 효율을 저해하는 현상을 경감 또는 방지하는 방법을 제공하고자 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 실시예 및 비교예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법을 설명한다.
상기한 목적을 달성하기 위해서는 이하와 같은 방안을 고려해 볼 수 있다.
우선, 생석회의 미소성부의 CaCO3가 더 이상 분해하지 않도록 하여 이산화탄소가 방출되지 않도록 하는 방법이 있을 수 있다.
석회석 표면을 과소시키면 치밀하고 밀도가 높은 층이 형성될 것으로 예상되지만, 탄소의 픽업을 방지하지는 못하였다. 또한, 분위기 가스를 고압으로 유지하면, 생석회 내부의 이산화탄소의 방출을 억제할 수도 있으나, 이는 현실적으로 불가능한 방법이다.
한편, 용강 표면에 투입된 생석회에서 배출된 이산화탄소는 다음과 같은 과정을 통하여 용강으로 픽업되는 것으로 예상된다. 즉, 석회석 중의 이산화탄소 성분이 고온에서 석회석으로부터 분해되어 방출되고(식(1) 참조), 이 중 탄소는 식(2) 또는 식(3)과 같은 용강 중 성분과의 산화?환원반응을 통하여 용강으로 픽업된다.
CaCO3 = CaO + CO2 (g) (1)
CO2 + [Si]in steel = [C]in steel + (SiO2) (2)
CO2 + [Cr]in steel = [C]in steel + (Cr2O3) (3)
이 때, 생석회로부터 이산화탄소의 배출을 효과적으로 방지할 수 없다면, 식(2) 및 식(3)과 같은 이산화탄소와 용강 간의 반응을 차단함으로써 탄소 픽업을 억제할 수 있다. 따라서, 생석회에서 배출된 이산화탄소로부터의 탄소 픽업을 방지하기 위해서는 일단 배출된 이산화탄소와 용강의 반응을 차단하는 방법이 가장 현실성이 높다고 판단된다.
실제 AOD 정련로를 이용하는 스테인리스 용강의 탈탄공정에 있어서, 탈탄기 말기의 액상 슬래그의 형성은 다음과 같이 이루어진다. 정련로에 투입된 생석회는 조업 말기의 환원/탈류기에 투입되는 FeSi 합금철에 의해 용강이 탈산되면서 생성되는 SiO2와 결합함으로써, 비로서 액상 슬래그화 된다. 즉, AOD에 투입된 생석회는 환원/탈류기 이전의 탈탄기에는 고체 상태로 존재하며, 내부의 미소성부로부터 분해되어 나온 이산화탄소가 용강 표면에서 반응하여 탄소 픽업이 발생하게 된다.
일반적으로 AOD 정련로에 투입되는 순도 93% 이하인 생석회의 양은 용강 톤당 약 50kg 내지 60kg으로 100톤 용량의 AOD 정련로의 경우 약 5톤 내지 6톤의 생석회가 투입되며, 이 생석회의 대부분이 탈탄기의 초기 및 중기에 투입된다. 이렇게 투입된 생석회는 탈탄기의 산소 취입에 의해 발생하는 크롬 산화물(Cr2O3)과 함께 혼합되어 용강 표면에 고체 생석회 및 크롬 산화물 혼합물층을 형성한다. 탈탄기 초기에 용강 중의 규소가 산소 취입에 의해 산화되어 규소산화물을 형성하는데, 그 양은 용강 톤당 약 3 kg 내지 4kg 정도로 다량 투입되는 생석회와 결합하여 액상의 슬래그를 형성하기에는 매우 부족한 양이다. 따라서, 탈탄기의 용강 표면은 고체 생석회 및 크롬 산화물이 대부분이며 일부 극소량의 CaO-SiO2-Cr2O3계 액상 슬래그가 존재하므로, 생석회의 미소성부로부터 발생하는 이산화탄소 가스가 용강 표면과의 접촉을 차단할만큼 충분한 양의 액상 슬래그가 형성되지 못하고 있다. 이와 같은 상황에서 액상 슬래그의 존재량을 증가시키기 위해서는, 탈탄과정 중에 Al 또는 FeSi 등의 환원제(탈산제)의 투입이 필요하다. 투입된 Al 또는 FeSi는 다음과 같은 반응을 통해 액상 슬래그를 형성한다.
[Si] + Cr2O3 = SiO2 + [Cr] (4)
SiO2 + CaO = CaO-SiO2 (액상 슬래그) (5)
[Al] + Cr2O3 = Al2O3 + [Cr] (6)
Al2O3 + CaO = CaO-Al2O3 (액상 슬래그) (7)
액상 슬래그의 염기도는 내화물 용손 방지와 적정 수준의 점성을 확보하기 위해 1 내지 4 정도가 되도록 제어한다. 액상 슬래그의 염기도가 1 미만이면 내화물 용손이 발생하고, 4 초과이면 액상분율이 너무 작아 생석회와 용강의 반응을 차단하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 현재 실제 조업에서 행해지고 있는 것처럼, 탈탄기 중기에 용강 톤당 30kg 내지 40kg의 생석회가 일시에 투입되면 상기 염기도의 액상 슬래그를 형성시키기 위해서 다량의 환원제를 일시 투입해야 하는 부담이 있다. 산술적으로 20kg 전후의 환원제 투입이 필요하다. 더구나, 일반적으로 생석회의 투입량은 크롬의 산화량, 환원/탈류기에 투입되는 환원제의 양 및 목표 염기도에 의해 좌우되므로 극단적으로 감소시키는 것은 곤란하므로 본 발명에서는 다음과 같은 방법으로 생석회를 분할 투입하고 환원제를 일정 비율로 동시 투입한다.
목표 탄소농도가 낮은 강종 기준으로 용강 중 탄소농도가 0.1%에 도달한 시점으로부터 탈탄기 종료까지([%C] = 0.02%)의 평균 소요시간은 약 25분이며 이 시간 동안 2 내지 10회에 걸쳐서 용강 톤당 약 8kg의 생석회를 투입하며 그 사이 사이에 생석회 중량의 약 10% 내지 25%에 해당하는 환원제를 교차 투입한다. 환원제의 중량이 10% 미만이면 내화물 용손이 발생하고, 25% 초과이면 액상분율이 너무 작아 생석회와 용강의 반응을 차단하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 환원제의 투입시기를 앞당김으로써 탈탄 산소효율의 현저한 저하가 우려되어 환원제의 분할투입이 곤란한 경우에는, 적당량의 슬래그 조제제를 같은 방법으로 분할 투입한다. 슬래그 조제제로는 형석, 보론 산화물, CaO-SiO2계 화합물, 월라스토나이트(wollastonite), 해트루라이트(Hatrurite), 라나이트(Larnite) 등을 사용할 수 있으며 투입량은 생석회 중량의 20% 내지 40%로 한다. 슬래그 조제제의 중량이 20% 미만이면 액상 슬래그의 염기도가 맞지 않거나 액상분율이 부족하고, 40% 초과이면 총 슬래그의 양이 노무 증가하여 부산물 처리비용이 증가되고, 정련공정 자체에 부담이 되는 문제점이 있다.
이하에서는 불활성 가스인 아르곤 또는 질소의 상부 취입에 의한 이산화탄소의 희석방법을 실제 AOD 정련로의 스테인리스 용강 탈탄 정련공정에 적용하기 위한 구체적인 방법으로 설명한다.
일반적으로 AOD 정련로를 이용하는 공정의 탈탄은 크롬을 함유하고 있는 스테인리스 용강의 특성상, 각 탄소농도 구역별로 서로 다른 비율의 불활성 가스 및 산소의 혼합 가스를 반응로 저부의 횡취 튜이어를 통하여 취입함으로써 그 탈탄 과정이 진행된다. 이에 부가적으로 탄소농도가 1.0% 내지 1.8% 정도로 높은 영역에서는 상취 랜스를 통해 순수 산소를 취입함으로써 탈탄속도를 높이고 있다.
한편, 용강에 투입된 생석회는 비중 차이로 인해 용강 표면에 부상되어 있는데, 용강 현열에 의해 가열되어 용강과 거의 같은 온도로 유지되며 사소(Dead Burned) 상태가 되어 있다. 이러한 상태에서도 내부의 미소성부(CaCO3)에서는 이산화탄소가 분해되어 나와 용강에 탄소를 공급할 것으로 예상된다. 실제 조업에서 조사된 결과, 이신화탄소에 의한 탄소 픽업은 주로 반응로 내부의 가스 기류의 유동이 상대적으로 작은 시기, 즉, 탄소농도가 0.02% 내지 0.1% 정도로 낮은 저탄역의 탈탄기에 저유량의 횡취 가스가 사용되는 시기에 주로 관찰되고 있다. 따라서, 이러한 시기에 용강 표면의 이산화탄소를 집중적으로 희석해야 하며, 희석가스 취입을 위해 상취 랜스를 이용한다. 특히 AOD 정련로의 상취 랜스는 초기 탈탄기를 제외하고는 거의 사용하는 경우가 없으므로 설비적 제한 요소가 없고 추가 투자비용의 부담이 없는 것이 장점이다.
실제 생석회로부터의 탄소 픽업은 그 대부분이 환원/탈류기에 슬래그 재화와 함께 일어나는 것으로 확인되고 있으므로, 용강으로의 탄소 픽업을 막기 위해서 환원기에 환원제 투입시점인 산소저취의 종료시점으로부터 환원/탈류기의 종료시점, 즉, AOD 정련로는 이용한 정련 종료시점까지 아르곤 상취를 실시한다. 상취 유량은 상사성을 고려하며 용강 톤당 1.0 내지 5.0Nm3/min?t으로 하고, 이는 실험적으로 용강 표면에 농화된 이산화탄소를 희석시키기에 충분한 양임이 확인되었다.
이러한 구성요소를 통해 생석회에서 발생하는 이산화탄소와 용강과의 접촉 및 용강으로 탄소 픽업을 효과적으로 회피할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시예를 설명한다.
생석회의 미소성 부분으로부터의 탄소 픽업을 모사하기 위해서 고온에서 스테인레스 용강위에 석회석(CaCO3)를 투입하여 용강 중 탄소농도 변화를 조사하였다.
먼저, 약 800g의 SUS304 잉곳(하기 [표 2]에 초기 조성을 나타냄)을 준비하여 MgO 도가니에 넣고 정밀 유도용해장치에 설치하였다. 정밀 유도용해장치의 내부를 진공배기한 후, 탈산처리를 한 불활성가스로 치환하면서 약 1650도까지 승온시켜 스테인레스 시료를 용해시켰다. 설정온도에 도달한 것을 확인한 후, 초기시료를 채취한 뒤 일정량의 석회석을 일시에 투입하고 그 시점을 t=0으로 하여 일정 시간 간격(5분, 10분, 15분, 20분, 30분, 45분, 60분, 90분 등)으로 시료를 채취하였다. 석회석 투입량은 약 8.6g으로 하였으며 그 양은 용강 중 초기 탄소농도의 10% 픽업에 필요한 양의 약 50배에 해당한다.
wt% C Si S Cr Ni N
0.05 0.4 0.004 18.0 8.0 0.03
용강 표면에 슬래그를 투입하는 경우에는 슬래그의 조성이 염기도가 약 1.2일때 MgO 포화가 되도록 CaO, SiO2, MgO 분말을 잘 혼합하여 스테인레스 시료의 용해가 확인된 후에 상부로부터 일시에 투입하였고, 투입양은 약 67g로 하였다. 여기서, 염기도는 CaO 중량비를 SiO2 중량비로 나눈 값이다. 슬래그의 용해가 확인된 후에 소정량의 석회석을 투입하였다. 아르곤 상취를 실시하는 경우에는 석회석 투입 직후로부터 용강 표면 위에 위치한 랜스(랜스 높이: 약 15mm)를 이용하여 약 500ml/min의 유량으로 상취를 실시하였다. 또한, 비교를 위해 동일 성분의 스테인레스 시료를 석회석 투입 없이 약 90분간 보지하면서 시료를 채취하였다.
도 1은 본 발명에 비교예에 따라 석회석을 투입하지 않은 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다. 시간이 경과함에 따라 탄소농도는 완만하게 감소하는 것을 알 수 있으며, 이는 분위기의 산소분압 저하로 용강 중 평형산소농도가 감소되었기 때문에 식(8)의 반응에 의해 탈탄이 일어난 것으로 생각된다.
[C]in steel + [O]in steel → CO(g)↑
도 2는 본 발명에 실시예에 따라 입도가 1.7mm 내지 4.75mm인 석회석을 투입한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명에 실시예에 따라 입도가 0.9mm 내지 1.7mm인 석회석을 투입한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다. 비교예와 동일 분위기 및 온도 조건에서 석회석을 투입하였다. 석회석의 입도에 따라서는 탄소농도의 큰 차이가 없으나, 석회석을 투입할 경우 용강 중 탄소농도는 급격히 증가하며 100분이 경과하는 동안 탄소농도는 약 750ppm까지 증가하여 그 증가폭은 약 250ppm 정도까지에 이르게 된다. 이는 석회석 중의 이산화탄소 성분이 고온에서 석회석으로부터 분해되어 방출되고(식(1)), 식(2) 또는 (3)과 같은 산화?환원반응을 통하여 용강으로 픽업되는 것으로 생각된다. 이와 같이, 생석회이 재화될 때 내부의 미소성부분이 노출되면서 배출되는 이산화탄소가 탄소 픽업의 원인이 되고 있음을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 실시예에 따라 미리 형성시킨 액상 슬래그 상부에 석회석을 투입한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다. 용강 표면에 석회석이 투입된 도 2 및 도 3과는 다르게, 약 100분이 경과하는 동안 탄소농도의 변화는 거의 보이지 않는다. 석회석으로 배출된 이산화탄소와 용강 간의 접촉이 효과적으로 차단된 것으로 판단할 수 있다. 슬래그 위에서 발생한 이산화탄소는 슬래그에도 어느 정도 용해될 수 있지만 기상-슬래그 간 평형에 도달한 후에 슬래그-용강 간 평형으로 이동하는 것은 상당한 시간이 소요될 것으로 예상된다.
도 5는 본 발명에 실시예에 따라 석회석을 투입하고 아르곤 상취를 실시한 용강 중 탄소농도 변화를 나타낸 그래프이다. 석회석 투입과 동시에 아르곤 상취를 실시한 경우, 용강 중 탄소농도는 증가하지 않았다. 그러나, 도 1과 같이 탄소농도가 감소되지 않은 것은 발생한 이산화탄소에 의한 용강 중 탄소 픽업이 아르곤 상취에 의해 이산화탄소의 희석효과가 억제되었기 때문이라고 볼 수 있다. 즉, 용강 표면에 농화되어 있는 이산화탄소의 농도를 희석시키는 효과로 인해, 용강으로 픽업되는 탄소의 량이 대폭 감소하여, 도 5에서와 같이 탄소농도의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다.
이상의 본 발명의 실시예에 따르면, 용강 표면에 액상 슬래그를 형성시키거나 아르곤 상취를 실시함으로써 이산화탄소와 용강 간의 반응을 효과적으로 차단할 수 있으며 탄소 픽업을 방지할 수 있음을 확인하였다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 생석회가 투입되는 탈탄공정 및 환원/탈류공정을 포함하는 AOD 정련로를 이용한 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 있어서,
    상기 탈탄공정시 상기 생석회의 미소성 부분으로부터 배출되는 탄소가 용강으로 픽업되는 탄소 픽업이 억제되도록, 상기 용강의 표면을 덮는 염기도 1 내지 4의 범위의 액상 슬래그를 형성하며,
    상기 환원/탈류공정에는 환원제 및 슬래그 조제제 중에서 선택되는 적어도 어느 하나가 투입되며, 상기 환원제 또는 상기 슬래그 조제제는 각각 투입량이 분할되어 상기 생석회와 상호 교대로 투입되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탈탄공정에 이용되는 상기 생석회의 중량이 100%일 때, 상기 환원제의 중량은 상기 생석회 중량의 10% 내지 25%의 범위로, 상기 슬래그의 조제제의 중량은 상기 생석회 중량의 20% 내지 40%의 범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 Al 및 FeSi 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그를 형성하는 슬래그 조제제는 형석, 보론 산화물, CaO-SiO2계 화합물, 월라스토나이트(wollastonite), 해트루라이트(Hatrurite), 라나이트(Larnite) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 생석회의 순도는 93% 이하인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법.
  8. 생석회가 투입되는 탈탄공정 및 환원/탈류공정을 포함하는 AOD 정련로를 이용한 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법에 있어서,
    상기 탈탄공정시 상기 생석회의 미소성 부분으로부터 배출되는 탄소가 용강으로 픽업되는 탄소 픽업이 억제되도록, 상기 환원/탈류공정시 환원제의 투입 시점부터 불활성가스를 상기 AOD 정련로의 상부에서 취입하며, 상기 불활성가스의 유량은 상기 용강 톤당 1.0 내지 5.0Nm3/min·t의 범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 불활성가스는 아르곤 및 질소 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련방법.
  10. 삭제
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