KR101356771B1 - 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용강 내의 산소 함유량을 조절하여 성형강도가 우수한 철계 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로, 제선공정에서 제조된 용선과 철계 스크랩을 용해시킨 후 산화정련을 거쳐 용강을 준비하는 단계; 상기 용강을 탈산과정을 거치지 않고 턴디쉬에 제공하는 단계; 및 상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강에 수분사하는 단계;를 포함하는 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법을 제공한다.

Description

성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING IRON-BASED POWDERS WITH HIGH GREEN STRENGTH}
본 발명은 철계 분말의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탈산과정을 거치지 않고 출강하여 성형강도가 우수한 철계 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 및 기계에 필요한 복잡한 형상을 가지는 소결용 부품산업의 발전으로 그 원료로 사용되는 철계 분말의 사용량이 급증하고 있다.
소결용 부품은 원료인 철계 분말을 목적에 맞는 제조 제품의 형상을 가진 금형 내부에 충진시킨 후 4~7 ton/㎠ 의 고압을 가하여 압축 성형하고, 물리적 및 기계적 특성을 부여하기 위해 고온에서 소결처리를 하여 고밀도의 소결체를 얻는 과정을 거치게 된다.
특히 자동차용 소결 부품 제조를 위해서는 분말 자체가 적정 입도, 유동도, 겉보기 밀도, 성형밀도, 고청정도 등의 고밀도 소결체를 제조할 수 있도록 우수한 품질을 갖추어야 한다.
수분사 공정을 통해 제조된 철계 분말은 환원공정에 의한 철계 분말과는 달리 환원 공정시 분말 내부에서 산화물이 환원된 자리에 기공이 잔존하는 현상이 없어 내부 기공이 거의 존재하지 않으므로, 동일한 압력을 가했을 때의 성형밀도가 환원 철분에 비해 0.5g/㎤ 이상 높은 값을 나타내기 때문에 고밀도 소결 부품 제조에 적합한 것으로 알려져 있다.
또한, 철계 분말 제조시에는 성형성에 악영향을 미치는 탄소(C), 산소(O), 질소(N), 황(S), 인(P) 등 불순물의 최소화를 통해 철계 분말의 고청정도를 유지하는 것이 매우 중요하다.
고청정, 높은 성형 밀도 등의 우수한 품질과 더불어 철계 분말에 있어서 또 하나 요구되는 중요한 특성은 성형체의 강도이다. 성형체의 강도가 낮으면 복잡하거나 얇은 형상을 가진 성형체는 소결 전 이송 과정에서 부분 파손이 발생할 가능성이 높다. 부분 파손이 발생하면 불량품으로 분류되어 생산성에 악영향을 미치므로, 성형강도가 높은 것이 매우 중요하다.
종래에는 고철을 아크 전기로에서 재용해하여 탈탄, 탈린 등의 산소취련을 비롯한 정련 공정을 거쳐 용강화시킨 후, 수분사 공정 이전에 탈산과정을 거쳐 수분사 공정에 의해 철계 분말을 제조하였다.
그러나, 종래기술에서 수분사되는 용강의 표면장력이 높기 때문에 수분사 공정에서 용강이 분말화될 때 분말의 형상이 구형화되는 경향이 나타나 분말을 성형할 때 성형체의 성형강도가 낮아져 이송 중에 성형체에 원치 않는 파손이 일어나는 문제가 있었다.
본 발명은 용강내의 탈산과정을 생략하여 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법을 제공한다.
또한, 산소함유량과 황함유량을 조절하여 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 제선공정에서 제조된 용선과 철계 스크랩을 용해시킨 후 산화정련을 거쳐 용강을 준비하는 단계; 상기 용강을 탈산과정을 거치지 않고 턴디쉬에 제공하는 단계; 및 상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강에 수분사하는 단계;를 포함하는 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법을 제공한다.
상기 산화정련을 거쳐 준비된 용강은 탄소(C)를 0.001~0.1wt%, 인(P)을 0.001~0.02wt% 을 포함될 수 있다.
상기 턴디쉬에 제공되는 용강의 산소함량은 0.5~1.0wt%인 것이 바람직하다.
상기 턴디쉬에 제공되는 용강의 황의 함량이 0.1~0.2wt%가 되도록 상기 준비된 용강에 황함유 물질을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 턴디쉬에 제공되는 용강의 온도는 1530oC~1700oC 이고, 상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강의 토출속도는 100~3000kg/min, 상기 수분사에 사용되는 고압수의 압력은 50~300 bar인 것이 바람직하다.
이러한 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법은 수분사에 의해 제조된 철계 분말을 탈수, 건조 및 환원열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 환원열처리는 600~1200℃의 환원성 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 탈산과정을 생략하여 턴디쉬에 공급되는 용강의 표면장력 및 점성이 낮아져 우수한 성형강도를 가지는 분말을 제공할 수 있고 탈산제 사용이 제한되므로 제조원가를 절감할 수 있다.
또한, 용선에 함유된 황을 제거 하지 않아도 되기 때문에 온도하락을 방지할 수 있으며 공정시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 성형강도가 우수한 철계 철계 분말의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 턴디쉬에 연결된 노즐에서 배출되는 용강에 수분사하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 성형강도가 우수한 철계 분말 제조방법에 대하여 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조공정으로 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 철계 분말의 제조방법은 제선공정에서 제조된 용선과 철계 스크랩을 용해시킨 후 산화정련을 거쳐 용강을 준비하는 단계, 상기 용강을 탈산과정을 거치지 않고 턴디쉬에 제공하는 단계 및 상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강에 수분사하는 단계를 포함한다.
본 발명은 제선공정에서 제조된 용선을 이용하여 철계 분말 제조원료로 사용한다. 상기 제선공정은 일반적인 제선 설비인 고로 조업 또는 파이넥스 용융환원공정(FINEX), 코렉스 용융환원공정(COREX)을 포함한다.
출선된 용선은 1,500~1,600oC 범위에서 용선운반차로 운반되어 제강로로 장입된다. 상기 출선된 용선의 주요성분의 함량은 탄소(C) 4wt% 이상, 실리콘(Si) 0.1~1wt%, 망간(Mn) 0.1~0.5wt%, 인(P) 0.06~0.2wt%, 황(S) 0.005~0.1wt%, 크롬(Cr) 0.1wt% 이하, 티타늄(Ti) 0.1wt% 이하, 바나듐(V) 0.1wt% 이하, 구리(Cu) 0.01wt% 이하일 수 있다.
일반적으로 슬라브 등을 제조하는 연속 주조공정에서는 용선을 전로에 장입하기전 레이들(ladle)에 용선을 투입하여 용선예비처리과정에 의해 황을 0.005wt% 이하로 제어한다. 이러한 공정은 약45분이 소요되며, 용선의 온도가 최대 50 oC까지 하락하게 된다.
탈황처리는 레이들에 장입된 용선에 생석회 등을 첨가한 후 교반시킴으로써 용선에 포함된 황 성분을 제거하는 공정을 말한다.
제강공정은 제선공정에 의해 출선된 용선에 포함된 탄소, 규소, 망간, 인, 황과 같은 불순물을 경련하여 탄소 함량을 낮추고 불순물을 제거하는 공정을 말하며 전로 등이 사용될 수 있다.
본원 발명에서는 일반적인 제강공정에서 거치게 되는 용선예비처리 공정을 필요로 하지 않는다, 즉, 용선에 함유된 황을 예비처리과정에서 제거하지 않아도 되기 때문에 상기와 같은 온도하락을 방지할 수 있으며 공정시간을 단축시킬 수 있다.
황을 제거하는 공정은 용선예비처리 공정 이외에도 상기 제강 공정의 전로에서도 이루어 질 수도 있다.
황은 용강의 표면장력을 감소시킴으로써 후술할 수분사 공정에서 용강이 분말화될 때 분말의 형상을 비구형의 불규칙한 형상을 갖도록 하는 역할을 한다.
한편, 본 발명은 용선 외에 철계 스크랩을 제강로에 장입하여 용강을 준비할 수 있다. 여기서, 철계 스크랩의 원천(source)은 연속주조 공정에서 발생하는 스크랩, 열간압연 및 냉간압연에서 발생하는 스크랩, 자동차 냉연강판의 재활용 과정에서 발생한 함금성분의 총합이 0.5wt% 이하인 스크랩 등이 주로 쓰이게 되며, 특정 성분계(Ni, Cr, Mn, Mo)가 함유된 합금 철분을 제조하는 경우에 해당 성분이 0.5~5wt% 함유된 스크랩을 혼합 장입할 수 있다.
이어서, 제강로에 장입된 용선과 철계 스크랩을 용해하고 정련한다. 즉 제강공정을 거치게 되는데, 용선 및 철계 스크랩에 포함된 탄소, 규소, 망간, 인과 같은 불순물을 정련하여 탄소 함량을 낮추고 불순물을 제거한다. 상기 제강로는 전로(converter), 평로(open hearth furnace), 전기로 등이 사용될 수 있다.
상기 전기로는 저항로, 아크로, 유도로 등이 사용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 용선과 상기 철계 스크랩을 혼합한 용강 내 용선의 비율은 20~90wt% 범위로 유동적으로 조정할 수 있다.
순철분말(pure Fe powder)을 제조할 때는 스크랩의 비율을 높이는 것이 유리하고, 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr) 등의 특정 합금성분이 필요한 합금분말(alloyed Fe powder)을 제조할 때는 스크랩의 비율을 높이는 것이 유리하다.
이어서, 상기 철계 분말의 제조방법은 상기 턴디쉬에 공급되기 전의 용강에 포함된 황(S)의 함량이 0.1~0.2wt%가 되도록 상기 용강에 황 함유 물질을 첨가하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
용강내의 황의 함량을 증가시키는 물질을 첨가시킴으로써 용강의 점도를 감소(용강의 유동성은 증가)시켜 후술한 수분사시, 즉 낙하하는 용강에 고압수를 분사하는 공정에 의하여 제조된 분말의 형상이 구형이 아닌 불규칙한 형상을 갖도록 하여 분말을 압축 · 형성할 때 성형체의 성형강도를 증가시킬 수 있다.
상기 황(S)의 함량이 0.1wt% 보다 작은 경우 황 성분의 첨가로 인한 점도의 감소효과가 미미하며, 0.2wt% 보다 큰 경우 후술할 환원열처리 단계에서 황의 함량이 너무 높아 공정에서의 소요시간, 환원가스의 소비량이 많아져 생산성이 저하되며 제조원가가 상승된다.
상기 황의 함량을 증가 시키는 물질은 페로황(FeS) 등의 황을 함유하는 합금철이 사용될 수 있으며 상기 합금철은 정련된 용강을 레이들에 담아 턴디쉬에 공급하기 전에 상기 레이들에 첨가될 수 있다.
상기 제강공정에서는 상기 제선공정에서 출선된 용선을 상기 전로에서 30~60분 동안 산화반응을 통해 탄소를 0.001~0.1wt% 그리고 인(P)을 0.001~0.02wt% 범위로 정련한다.
이 경우, 용강의 성분 중 탄소함량을 0.001~0.1wt%로 유지시키는 이유는 용강을 수분사하여 분말화 할 때 탄소(C) 함량이 0.001wt%보다 낮으면 수분사 직후 분말의 표면에 FeO 산화층이 5~15㎛ 정도 발생하여 후속하는 환원열처리 공정에서 소요시간, 환원가스 소비량이 많아져 생산성이 저하되며 제조원가가 상승되기 때문이다.
한편, 탄소(C)함량이 0.1wt% 보다 높으면 환원열처리 공정을 거쳐도 분말내 탄소의 제거가 완전히 되지 않아 탄화물을 형성하게 되어 분말의 경도값 상승으로 분말의 성형성을 저하시키게 되기 때문이다.
한편, 용강의 성분 중 인(P)의 함량을 0.001~0.02wt%으로 유지시키는 이유는 인의 성분이 0.001wt% 수준으로 낮게 되기 위해서는 복재법(double-slag method)을 이용해 산화반응시간이 더 필요하기 때문에 전로 공정이 더 길어지게 되며, 0.02wt% 보다 높게 되면 최종 제품에 취성이 나타나게 되어 제품 수명이 저하되는 단점이 있기 때문이다.
일반적으로 슬라브 등을 제조하는 연속 주조공정에서는 최종제품의 내, 외부에 발생될 수 있는 각종 결함을 억제하기 위하여 Al, Si 성분이 함유된 탈산제를 넣어 용강내의 산소 함량을 낮춰준다.
그러나, 본 발명에서는 후술할 환원성 분위기 하에서 열처리 공정에 의해 산소함량을 제품요구수준인 0.2wt% 이하로 낮출 수 있기 때문에 탈산공정을 생략하고 턴디쉬로 바로 출강할 수 있다.
탈산공정을 거치지 않고 출강하는 용강의 산소함량은 0.5~1.0wt%의 범위이다. 산소함량이 0.5wt%보다 작은 경우 점도가 높아져 불규칙적인 형상의 분말을 제조하는 것이 어려우며, 산소함량이 1.0wt%보다 큰 경우 분말 내부에 발생되는 산화게재물에 의해 강도가 떨어질 수 있고, 또한 환원열처리 공정에서 소요시간, 환원가스 소비량이 많아져 생산성이 저하되며 제조원가가 상승된다.
또한, 탈산공정을 거쳐 용강내의 산소함량이 0.1wt% 이하로 제어되면 용강의 점성이 증가하여 수분사 공정 전에 턴디쉬에서 용강이 원활하게 배출되지 못하여 조업 중에 턴디쉬에 구비된 노즐이 막히는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 탈산과정을 거치지 않는 용강을 사용하는 것이 조업성, 경제성 등에서 유리하다.
상기 전로에서 산화정련을 거친 용강은 1550~1750℃ 온도 범위에서 레이들로 출강시키며, 상기 레이들에서 1530~1700℃ 온도의 용강을 100~3000kg/min의 토출속도로 레이들 하부의 턴디쉬에 출탕하고, 턴디쉬 하부에 위치한 내경 10mm~40mm인 원형의 세라믹 오리피스(노즐)를 통해 용강을 하부의 수분사공정 챔버 내로 낙하시킨다.
상기 레이들에서 용강이 1530℃ 미만이 되면 용강이 응고되어 공정이 더 이상 진행 될 수 없으며, 1700℃를 초과하면 레이들 내화물 및 턴디쉬 내화물에 과부하를 주어 조업이 매우 위험해질 수 있다.
용강의 토출속도가 100kg/min 보다 작으면 생산성이 떨어져 원가 상승의 요인이 될 뿐만 아니라, 10톤 이상의 용강을 처리하기에 매우 어려워진다. 반면에 용강의 토출속도가 3000kg/min 보다 크면 수분사 및 냉각을 위한 물이 많이 필요하기 때문에 전체적으로 장치의 규모가 기하급수적으로 증가하게 되어 투자비가 과도하게 들어가게 된다.
도2는 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강에 고압의 물을 분사하여 철계 분말을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
상기 수분사는 종래의 철계 분말 제조법에 사용되는 장치를 사용할 수 있다.
상기 노즐을 통하여 수분사공정 챔버로 유입되는 용강은 상기 챔버 상부에 위치한 수분사 노즐을 통해 50~300bar의 압력으로 분사된 고압수와 충돌로 인해 500㎛ 크기 이하인 액적으로 분리되며, 이 액적은 상기 챔버 내부에 20~80% 채워져 있는 냉각수 및 상기 분사된 물에 의해 급냉되어 150 ㎛ (100 mesh) 크기 이하의 비율이 80~95% 수준으로 분말화된다.
이 때 고온에서 물과 철이 직접 접촉하기 때문에 철계 분말의 표면은 산화층으로 덮이게 된다.
상기 고압수의 압력이 50bar보다 낮으면 분말의 표면조도가 낮아지게 되어 150㎛ (100 mesh) 이하의 분말의 80% 이상 얻을 수 없으며, 압력이 300bar 보다 높으면 분말의 평균입도가 작아져서 원하는 크기 범위의 분말의 얻을 수 없어 수율이 낮아진다.
상기 분말을 챔버내의 공정수 및 냉각수와 분리한 후 탈수처리 및 건조처리를 거쳐 함수량이 0.1wt%로 되도록 건조한 후 수소를 비롯한 환원성 기체를 흘려주면서 600~1200℃ 온도에서 산소함량 0.2wt%이하로 열처리해준다.
상기 환원열처리에 의해 상기 철계 분말의 황(S)의 평균함량이 0.01wt%이하가 되도록 관리한다. 황(S)의 평균함량이 0.01wt%를 초과하는 경우, 상기 환원열처리를 반복적으로 수행한다.
이후 분말을 분쇄공정, 분급공정, 혼합공정을 거쳐 평균 입자크기가 50~100㎛ 이고, 45㎛ 크기 이하의 비율을 40% 이하, 150㎛ 크기 이하의 비율을 80~95% 범위로 제어한다..
수분사 공정 직후 분말의 입도분포는 100mesh 이하가 80~95%로 되어야 후속 공정에서 손실되는 분말의 양을 최소화하여 분말 수율을 높일 수 있다.
80% 이하가 되면 100mesh 보다 큰 분말이 20%를 초과하게 되어 분말수율이 80% 밑으로 떨어져 큰 분말을 스크랩 처리를 하거나 하는 불필요한 작업을 해야하므로 바람직하지 못하며 분말수율이 95% 이상으로 높아지면 평균입도가 50mm 수준으로 낮아지게 되고, -325mesh 분말의 비율이 40% 를 초과하게 되어 분말 유동성이 나빠져 (30sec/50g 이상), 성형공정시 금형내에 분말 장입속도가 낮아져 생산성이 나빠지며, 유동성 저하로 인한 성형체 내부 밀도불균일 영역이 발생하게 된다.
또한 동일밀도 성형체에 대한 필요 성형압이 높아져서 금형에 반복적인 높은 압력이 가해져 금형수명이 저하되게 된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 의한 용강을 이용한 철계 분말의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
<실시예>
고로에서 제조된 용선을 용선예비처리를 거치지 않고 전로에서 제강처리 후 용강을 턴디쉬에 옮긴 후 고압의 수분사 장치를 이용하여 철계 분말을 제조하였다.
상기 용강은 제선공정을 통해 제조된 탄소함량이 높은 용선의 성분을 제어한 것으로 용강 상태에서 성분을 제어하기 위한 공정으로 진공 탈기 및 2차 정련 공정을 적용하였다.
산화 정련 공정을 거친 후 용강의 점성을 낮게 유지하여 분말 형성의 불규칙성을 높이고 수분사 조업의 안정성을 높이기 위해서 탈산 과정을 거치지 않았다.
본 발명을 적용함으로써 용강의 낮은 점성이 최종 분말 제품의 성형강도 및 조업 안정성의 효과를 구체적으로 평가하기 위하여 본 발명에 의한 철계 용강을 철계 분말과 탈산과정을 거친 용강을 이용한 철계 분말을 제조하였다. 철 분말의 품질 개선 효과를 확인하기 위하여 4가지 시편을 제조하였다.
첫번째는 고로에서 제조된 용선을 전로에서 철스크랩과 혼합한 뒤 제강공정을 거치고 탈산과정을 거치지 않은 용강을 얻은 후 목표에서 레이들로 출강하고, 턴디쉬 하부의 오리피스(노즐)를 통해 낙하하는 용강에 고압의 물을 분사하여 철 분말을 제조하였으며, 탈수 및 건조과정을 거친 분말에 대해 환원열처리를 실시하였다. (실시예1)
두번째는 고로에서 제조된 용선을 전로에서 철스크랩과 혼합한 뒤 제공 공정을 거치고 탈산공정을 거치지 않은 용강을 얻은 후 황 성분을 포함한 합금철을 투입한 후 고압수를 분사하여 분말을 제조하고, 실시예1과 동일 후공정을 거쳤다. (실시예2)
세번째는 상기 실시예 1과는 달리 탈산과정을 거친 용강을 사용하였다. (비교예 1)
네번째는 상기 실시예 2 와는 달리 탈산과정을 거친 용강을 사용하였다. (비교예2)
표1에 4가지 실시예의 철 분말의 성분을 나타내었다.
구분 탄소(wt%) 산소(wt%) 질소
(wt%)		 황(wt%) 인(wt%) 실리콘(wt%)
실시예 1 0.0022 0.151 0.0072 0.0067 0.0072 0.0074
실시예 2 0.0027 0.154 0.0067 0.0101 0.0076 0.0086
비교예 1 0.0020 0.148 0.0068 0.0063 0.0067 0.0087
비교예 2 0.0024 0.149 0.0067 0.0098 0.0065 0.0077
상기 표1에 나타난 바와 같이 모든 시편의 전체적인 성분이 비슷하도록 용강을 제조한 상태이기 때문에 모두 비슷한 성분치를 나타내지만, 실시예2, 비교예2의 경우 용강에 황을 함유한 합금철을 첨가하였기 때문에 황 성분이 다른 두 시편에 비해 약각 높계 나타남을 알 수 있다.
그러나, 산소의 함량은 탈산공정 실시 유무와 무관하게 비슷한 값을 나타내었으며, 이는 수분사에 의한 분말화 과정에서 산소가 포화되기 때문이다.
4가지 시편에 대하여 통상적으로 분말 특성을 평가하는 기준이 되는 겉보기 밀도, 유동도, 성형밀도, 성형강도를 평가하여 표2에 나타내었다.
구분 겉보기밀도
(g/cm3)		 유동도
(sec/50g)		 성형밀도
(g/cm3)		 성형강도
(MPa)
실시예 1 3.00 26.4 7.12 45
실시예 2 2.98 27.6 7.11 54
비교예 1 3.21 24.7 7.13 26
비교예 2 3.03 26.8 7.15 37
상기 표2에 나타낸 바와 같이 겉보기 밀도는 비교예1이 가장 높게 나타났는데, 이는 용강내의 산소 및 황의 함유량이 낮기 때문에 다른 3개의 시편에 비해 분말의 형상이 구형에 가깝기 때문이다. 같은 이유로 인하여 유동도 또한 비교예1이 가장 낮게 나타냈다.
성형밀도의 경우 600MPa 압력을 가할 때 모든 실시예 및 비교예 모두가 비슷한 값을 나타냈다. 이는 환원공정까지 마친 분말의 성분이 거의 동일하기 때문에 분말의 자체강도값이 비슷하기 때문인 것으로 판단된다.
성형강도의 경우, 비교예1이 가장 낮게 나타났는데, 분말의 형상이 구형에 가깝기 때문에 개별 분말간의 기계적 결합력이 떨어지게 때문인 것으로 판단된다. 성형강도는 탈산을 거치지 않은 용강에 황성분을 추가로 첨가한 실시예2에서 가장 높게 나타났으며, 이는 탈산과정을 거치지 않아 점성이 낮은 용강에 황을 추가로 첨가함으로썽 용강의 점성을 더 낮추었기 때문에 불규칙한 입자형태를 가지기 때문으로 판단된다.
일반적으로 상용분말의 경우 성형강도가 30~40MPa를 나타내기 때문에 본 4가지 시편중 중 비교예 1은 다소 낮은 강도값을, 비교예 2는 성형강도가 상용분말 수준과 비슷한 값을, 실시예 1과 2는 그 이상의 값을 나타냄을 알 수 있다.
상기 표2에 나타난 바와 같이 본 발명으로부터 용선에서 제조된 철 분말 성형체의 성형강도는 탈산공정을 거친 용강을 이용해 제조된 분말 성형체의 강도에 비해 1.5배 이상 높은 값을 나타내며, 시중에 구입이 가능한 상용분말에 비해서 성형강도값이 20% 이상 높을 값을 나타냄을 알 수 있다.
이는 동일한 분말 제조 조건(수분사 공정, 환원 공정)하에서 분말을 제조할 때, 탈산과정을 거쳐 산소 함량이 낮은 용강을 이용하는 경우 분말의 성형강도가 낮아져 성형체를 이송할 때 파괴가 일어날 우려가 있게 된다.
이 때문에, 성형강도가 높은 철 분말을 얻기 위해서는 용강의 탈산과정을 거치지 않거나, 용강에 황 성분을 추가로 투입해 주어야 함을 알 수 있으며, 이는 공정원가를 높이게 되는 원인이 된다.
반면, 탈산과정을 거치지 않아 산소함량이 0.5~1.0wt%인 용강을 수분사 공정에 적용하면 황 성분을 따로 첨가하지 않아도 상용분말에 준하는 성형강도 및 제반물성을 얻을 수 있다.
본 발명은 탈산제의 투입 또는 추가적인 황 성분의 첨가과정을 거치지 않고 황 성분을 일정량 포함하고 있는 용선을 활용하고 산화 정련을 거친 후 탈산과정을 거치지 않으므로 종래기술에 비해 매우 경제적으로 철계 분말을 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예를 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (9)

  1. 제선공정에서 제조된 용선과 철계 스크랩을 용해시킨 후 산화정련을 거쳐 용강을 준비하는 단계;
    상기 용강을 탈산과정을 거치지 않고 턴디쉬에 제공하는 단계; 및
    상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강에 수분사하는 단계;를 포함하며,
    상기 턴디쉬에 제공되는 용강의 산소함량은 0.5~1.0wt% 이고,
    상기 턴디쉬에 제공되는 용강의 온도는 1530oC~1700oC 인 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화정련을 거쳐 준비된 용강은 탄소(C)를 0.001~0.1wt%, 인(P)을 0.001~0.02wt% 을 포함하는 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법.
  3. 제선공정에서 제조된 용선과 철계 스크랩을 용해시킨 후 산화정련을 거쳐 용강을 준비하는 단계;
    상기 용강을 탈산과정을 거치지 않고 턴디쉬에 제공하는 단계; 및
    상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강에 수분사하는 단계;를 포함하며,
    상기 턴디쉬에 제공되는 용강의 산소함량은 0.5~1.0wt%인 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법.
  4. 제선공정에서 제조된 용선과 철계 스크랩을 용해시킨 후 산화정련을 거쳐 용강을 준비하는 단계;
    상기 용강을 탈산과정을 거치지 않고 턴디쉬에 제공하는 단계; 및
    상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강에 수분사하는 단계;를 포함하며,
    상기 턴디쉬에 제공되는 황의 함량이 0.1~0.2wt%가 되도록 상기 준비된 용강에 황함유 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하는 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항 있어서,
    상기 턴디쉬에 구비된 노즐을 통해 배출되는 용강의 토출속도는 100~3000kg/min인 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수분사에 사용되는 고압수의 압력은 50~300bar인 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법
  8. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수분사에 의해 제조된 철계 분말을 탈수, 건조 및 환원열처리하는 단계를 더 포함하는 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 환원열처리는 600~1200℃의 환원성 분위기에서 이루어지는 성형강도가 우수한 철계 분말의 제조방법.
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