KR101400498B1 - 고순도 스테인리스강의 고속 탈탄 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정련로에서 0.03% 미만으로 탈탄하는 고순도 스테인리스강의 취련조업에서 기존과 달리 저부 횡취 취입에만 의존하지 않고, 상취용 랜스를 적극 활용하여 부가적으로 기체 산소와 아르곤 또는 질소의 혼합가스를 취입하는 저부 횡취 및 상부 상취를 동시에 이용하는 새로운 고속 탈탄 방법에 관한 것이다.
본 발명은 목표 탄소농도를 0.03% 미만인 오스테나이트 스테인리스강을 AOD 정련로를 이용하여 탈탄을 수행하는 방법에서, 상기 AOD 정련로 하부에 투이어를 이용하여 용강 속으로 산소를 포함하는 저부 횡취 혼합가스를 취입하고, 이때 상기 정련로의 상부에는 탈탄 초기에 상취 랜스를 통하여 산소를 취입하되, 이후 추가로 산소를 포함하는 상취 혼합가스를 탈탄 공정의 종료시까지 상기 저부 횡취 혼합가스와 동시에 취입하여 탈탄을 수행하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고속 탈탄 방법을 제공한다. .
본 발명에 의하면, AOD 상부의 상취 랜스를 적극적으로 활용하여 횡취와 상취의 복합적인 취련 방법을 도입함으로써, 단위시간에 용강으로 취입되는 산소의 총량을 증대하여, 기존 대비 용강의 탈탄 속도를 높임으로써, 정련로 용강 탈탄 조업 시간의 단축 효과를 거둘 수 있다.

Description

고순도 스테인리스강의 고속 탈탄 방법{High speed decarburization method for high purity stainless steel}

본 발명은 고순도 스테인리스강의 정련 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 정련로인 AOD(Argon oxygen decarburization)내에서 고순도 스테인리스강을 고속으로 탈탄하여 정련하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인리스강은 기지금속인 철 이외에 주된 성분으로서 크롬 및 니켈을 함유하고 있다. 이와 같은 스테인리스강은 화학성분만을 기준으로 크게 크롬계 및 크롬-니켈계로 분류할 수 있으며, 또한, 주된 성분의 함유량과 다른 원소들의 첨가량에 따라 여러가지 금속조직이 나타나게 되는데 그 금속조직에 따라 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 이상계(듀플렉스계, Dual phase, Duplex) 또는 석출경화계로 분류하는 것도 가능하다.

상기 스테인리스강은 각 종류별로 화학적, 물리적 특성이 상이하여 적절한 용도에 따라 구분되어 사용되고 있다. 한편, 스테인리스강의 종류와 조직은 주로 크롬과 니켈의 함량에 의해 결정되나, 강의 종류와 특징을 좌우하는 중요한 원소 중의 하나가 탄소이다. 탄소농도의 범위에 따라 탄소농도가 약 0.03% 미만인 경우 고순도 스테인리스강으로서 이상계 혹은 저탄역 L-grade 오스테나이트계로 구분이 가능하다. 또한, 상기 스테인리스강에서 0.1% 초과1.0% 이하는 주로 고탄소계열의 마르텐사이트계에 해당된다. 한편, 상기 범위 사이에 존재하는. 즉 탄소농도의 범위가 0.03~0.1%의 범주내에는 주로 범용의 오스테나이트계 스테인리스강이 분포되는 것으로 구분이 가능한다.

이와 같은 스테인리스강은 목표 탄소농도의 범위에 따라서 탈탄 정련방법도 구분하여 사용하여야 한다. 그런데 진공 탈탄정련(VOD)을 사용하는 일부 강종을 제외하면 대부분 정련로인 AOD(Argon oxygen decarburization)내에서 최종 탄소농도가 결정되므로 상기 정련로의 종점 탄소농도를 최종 탄소농도로 간주해도 좋다. 스테인리스 강의 정련로 공정은 강 중의 탄소, 질소, 황 등의 불순물을 제거하는 가장 중요한 공정의 하나로, 정련로 공정 중의 탈탄반응의 원리는 다음과 같다.

먼저 탈탄의 대표적인 반응 메커니즘은 용강으로 취입된 산소 가스가 1차적으로 크롬을 산화 시켜 크롬 산화물을 형성하고, 2차적으로 크롬 산화물과 용강 중의 카본이 반응하여 일산화탄소 가스를 형성하여 용강 외부로 배출된다. 이것이 가장 일반적인 스테인리스 용강의 산소 취련에 의한 탈탄 과정이다. 이를 반응식으로 표현하면 다음과 같다.

3/2 O₂ + 2[Cr] = Cr₂O₃ 반응식 (1)

Cr₂O₃ + 3[C] = 3CO + 2[Cr] 반응식 (2)

크롬을 함유하고 있는 스테인리스 용강의 탈탄에서 가장 중요한 과정은 반응식 (2)로 표현된 과정으로, 발생되는 CO 가스의 분압을 낮춰 주지 않으면 반응은 정반응으로 진행되지 못한다. 이를 위해 스테인리스 용강의 탈탄 정련과정에서는 희석탈탄이라는 방법을 사용하고 있는데, 이는 발생된 CO 가스를 불활성가스 또는 진공으로 희석시켜 그 분압을 낮춰 준다는 의미이다. CO 가스를 아르곤(Ar) 또는 질소(N₂)와 같은 불활성 가스로 희석시키는 방법의 대표적인 정련방법이 AOD내에서 수행되는 정련로 공정이다.

본 발명은 스테인리스강중에서 특히 목표 탄소농도가 0.03% 미만의 고순도 오스테나이트계 스테인리스강의 고속 탈탄방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 목표 탄소농도가 0.03% 미만인 고순도 오스테나이트계 스테인리스 강의 제강 공정 중 정련로 탈탄 공정에서 스테인리스 용강을 더 빠르고 효율 높게 탈탄하기 위한 오스테나이트계 스테인리스강의 고속 탈탄방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 정련로 취련 조업에서 저부 횡취 기체 취입에만 의존하지 않고, 상취용 랜스를 적극 활용한 저부 횡취 및 상부 상취를 동시에 이용하는 새로운 고속 탈탄 방법을 제시한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 목표 탄소농도 0.03% 미만인 고순도 오스테나이트계 또는 듀플렉스계 스테인리스강을 AOD 정련로를 이용하여 탈탄을 수행하는 방법에서, 상기 AOD 정련로 하부에 투이어를 이용하여 용강 속으로 산소를 포함하는 저부 횡취 혼합가스를 취입하고, 이때 상기 정련로의 상부에는 탈탄 초기에 상취 랜스를 통하여 산소를 취입하되, 이후 추가로 산소를 포함하는 상취 혼합가스를 탈탄 공정의 종료시까지 상기 저부 횡취 혼합가스와 동시에 취입하여 탈탄을 수행하는 고순도 스테인리스강의 고속 탈탄 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서 상기 저부 횡취 혼합 가스는 산소에 아르곤, 질소와 같은 불활성 가스를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명에서 상취 혼합 가스를 취입하기 전에 상취 랜스를 통하여 산소만을 취입하는 탈탄 1단계에서는 용강중 탄소 농도가 약 1%~2%에 해당되는 고탄역에서 수행하여 탄소 농도가 0.5%까지 감소되도록 한다.

또한, 본 발명에서 상기 상취 혼합 가스는 산소만을 취입하는 탈탄 1단계 후에 산소에 질소 또는 아르곤의 불활성 가스를 혼합하여 취입하는 탈탄 2 단계 내지 탈탄 5단계를 더욱 포함하되, 상기 탈탄 2단계 내지 탈탄 5단계에서의 상취 혼합가스의 혼합비는 상기 저부 횡취 혼합가스의 혼합비와 동일하게 제어한다.

또한, 본 발명에서 상기 상취 혼합 가스는 고탄역에서의 산소만을 취입하는 탈탄 1단계 종료후 취입하기 시작하여 탈탄기 종료인 탈탄 5단계까지 취입한다.

또한, 본 발명에서 상기 상취 혼합 가스에서 산소의 양은 상기 탈탄 1단계에서 상기 탈탄 5단계까지 점진적으로 감소하고 질소 또는 아르곤의 불황성가스의 양은 점진적으로 증가하도록 혼합된다.

또한, 본 발명에서 상기 상취랜스를 통하여 혼합가스를 추가적으로 취입하는 경우, 총 산소사용량은 저부 횡취 취입시의 산소량보다 120% ~ 150%로 제어하여 탈탄을 수행한다.

본 발명에 의하면, 정련로 취련 조업에서 저부 횡취 기체 취입에만 의존하지 않고, 상취용 랜스를 적극 활용하여 부가적으로 기체 산소와 희석가스 (아르곤 또는 질소)의 혼합가스를 취입하여 저부 횡취 및 상부 상취를 동시에 이용하는 오스테나이트계 또는 듀플렉스계의 고순도 스테인리스강의 새로운 고속 탈탄방법을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 기존의 탈탄 공정에 비하여 상취용 랜스를 이용할 수 있어 더욱 효율적인 탈탄공정을 수행할 수 있으며 특히 탄소농도가 0.03% 미만으로 낮은 고순도 스테인리스강에서 정련로 조업시간을 단축하여 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 노체 상부에 설치된 상취랜스를 통해 혼합가스 취입량을 증량하는 방법을 사용함으로써 혼합가스의 취입 속도를 최대화하면서, 노체의 진동을 최소화할 수 있는 큰 장점이 있다.

도 1은 목표 탄소농도가 0.02%인 고순도 오스테나이트 계 스테인리스강의 정련로 공정에서 통상조업과 탈탄 2~5단계에 산소+질소 혼합가스 상취를 실시한 경우, 단계 시간을 비교한 그래프도이다.
도 2는 스테인리스 강의 탈탄 취련시 AOD 로내 상황을 도식적으로 나타낸 것으로 (가)는 혼합가스 상취를 실시하는 않는 통상의 경우, (나)는 혼합가스 상취를 실시하였을 경우를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 발명예를 도시한 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 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.

일반적으로 스테인리스강의 탈탄 공정중 정련로내에서의 탈탄은 고탄역 (1.8%→0.5%) 탈탄, 중탄역 (0.5%→0.1%) 탈탄, 저탄역 (0.1%→0.05%) 탈탄으로 구분하며, 반응식(2)를 통해서 알 수 있듯이 탈탄이 진행됨에 따라 CO분압은 더욱 희석되어야만 한다. 그러므로 이때 각각의 단계에 적합한 산소 및 아르곤(또는 질소) 가스의 비율을 정하여 주로 용강 저부의 투이어(Tuyere) 를 통한 횡취로 취입하여, 발생하는 CO 가스를 불활성 Ar가스 또는 질소가스로 희석하면서 용강의 탈탄이 이루어 진다. 일반적으로 소정의 산소 대 불활성 가스 의 경우 복수의 취련단계를 이용하는데 각 단계의 혼합비 및 취련단계 개수 등은 목표 탄소농도에 따라 조정하게 된다.

즉, 목표 탄소농도의 범위가 0.03~0.1%인 통상적인 범용 오스테나이트 강종인 경우 주로 1단계 내지 적어도 4단계 내지 5단계로 이루어진 취련 패턴을 사용한다면, 목표 탄소농도의 범위가 0.03% 미만으로 낮은 고순도 강종의 경우 적어도 5단계 내지 6단계로 보다 많은 단계를 사용하게 된다. 또한, 탄소농도의 범위가 0.1를 초과하여 1.0%까지 높은 강종은 3단계 이전에 마치는 정련을 마치는 패턴을 갖고 있다.

그리고 각 취련 단계에서 취입되는 기체 산소량은 다음과 같은 원리로 결정된다. 예를 들어, 정련로 취련 1단계에서 용강 중 탄소농도를 1.8%에서 0.5%까지 낮추는 것이 목표라면, 용강량과 탄소농도를 고려하여 제거되어야 할 탄소의 절대량을 산출하고, 이를 연소시키기 위한 기체 산소량을 산출한다. 단, 스테인리스강의 특성상 용강에 취입되는 산소는 전량 탄소 연소에 이용되지 못하고 일정 비율의 산소는 크롬산화에 소모되기 때문에, 용강 중 탄소 농도와 크롬 농도에 따라 탈탄에 이용되는 산소의 비율을 경험적 또는 이론적으로 결정해 두고, 이를 각 취련 단계에 맞추어 적용함으로써, 실제 각 취련 단계에서 용강에 취입되어야 할 산소량을 결정하게 된다. 각 단계의 취련 시간은 기체 산소의 분당 취입 속도 (Nm³/min)와 각 단계에 설정된 취입 산소(O₂)량으로부터 취련에 필요한 시간을 산출할 수 있다.

한편, 정련로의 조업 시간을 단축하는 것은 제한된 시간 내에 더 많은 횟수의 배치(Batch) 조업이 가능함을 의미하고, 이는 생산성, 즉 단위시간당 생산량을 증대시키거나, 조업 준비 시간 및 설비 점검/정비 시간을 더 확보할 수 있기 때문에 매우 중요한 의미를 갖고 있다. 일반적인 정련로 조업에 있어서 조업 시간을 단축하기 위해서는 조업시간의 대부분을 차지하고 있는 탈탄 취련시간의 단축이 반드시 필요하다. 특히, 목표 탄소농도 0.03% 미만의 고순도 스테인리스 강은 정련로 탈탄 조업에 많은 시간이 소요되어 전후 공정시간 제어에 제한요소가 되고 있다. 이는 탄소 농도가 낮아질수록 탈탄 속도가 매우 늦어지는 특성이 있기 때문이며 이로 인하여 이와 같은 율속공정을 해소하고 생산성을 향상시키기 위하여는 정련로 탈탄시간의 단축이 대단히 중요하다. 또한 듀플렉스강의 경우에도 최종 탄소농도 뿐만 아니라 황 및 산소농도가 매우 낮아야 하기 때문에 정련로 조업시간이 대단히 지체되는 강종이며 특히 슬래그를 이용한 탈황에 필요한 시간을 확보하려면 탈탄시간의 단축이 매우 중요하다.

정련로 조업의 탈탄 취련 시간은 크게 두 가지 요소, 즉 기체 산소의 취입 속도와 총 취입량이 좌우하게 된다. 탈탄하고자 하는 양에 따라 총 취입량은 대체적으로 일정하고, 일정한 량의 기체 산소를 취입하는데 소요되는 시간을 보다 짧게 하기 위해서는, 설비 특성상 허용되는 기체 취입 속도 범위 내에서 최대한 빠른 속도로 취입하는 것이 방법이 된다. 그렇기 때문에, 대부분의 정련로 조업에서는 생산성을 최대한 높이기 위해 허용되는 최대 산소 취입 속도를 설정해 사용하고 있다. 여기서 설비 특성상 허용되는 기체 취입 속도 범위는 여러가지 요소, 즉 공급가스의 압력 및 최소/최대 유량 범위, 횡취 투이어의 내외관 직경, 내압 범위, 노체 진동 허용 능력 등에 따라서 산소를 비롯한 아르곤 또는 질소와 같은 기체의 취입 속도 범위가 결정된다.

한편 기체 취입속도의 허용 범위에 있어 가장 중요한 요소 중에 하나가 노체 진동에 관련된 것이다. 노체 진동은 설비의 내구성에 심각한 영향을 주기 때문에 노체 진동의 정도는 기체 취입 속도의 결정에 있어 반드시 고려해야 할 요소이다. 일반적인 기존의 정련로는 저부 횡취 투이어를 통해 기체 산소 및 아르곤 또는 질소의 혼합가스를 취입하게 되는데, 용강 속으로 직접 기체를 취입함에 따라 필연적으로 급격한 기체 팽창에 의한 노체 진동이 발생한다. 즉, 정련로 설비상 기체의 취입 속도 범위 내에서 노체 진동의 허용 한계를 고려하여 기체 취입 속도를 결정하고 있다. 따라서, 정련로 저부 횡취 기체의 취입 속도는 제한이 있으며, 대부분의 정련로에서는 취련 시간을 최소화하기 위해 상한에 가까운 기체 취입 속도를 사용하고 있어, 취입 속도 증대를 통해 탈탄 취련 시간을 단축하는 데에는 분명한 제한이 있다.

일반적인 정련로 공정에서는 산소와 아르곤 또는 산소와 질소를 혼합한 가스를 저부의 횡취 투이어로 용강에 직접 취입하고 상취 랜스는 주로 탄소 농도가 높은(1~2%) 고탄역에서 산소를 추가로 취입하는 보조적 용도로 사용되고 있다. 고탄역의 탈탄은 주로 산소 공급 속도가 율속하기 때문에, 탈탄속도를 높이기 위해서는 단위시간당 취입되는 산소 유량을 높일 필요가 있으며, 횡취를 통한 산소 공급량에는 한계가 있기 때문에, 상취랜스를 통하여 순 산소를 추가로 취입하여 탈탄 속도를 높이고 있다. 일반적으로 상취 랜스는 위와 같이 주로 탈탄 1단계라고 알려져 있는 고탄역의 탈탄을 보다 빠르게 하기 위해 추가의 산소 취입을 위해 사용되고 있으며, 중탄역 및 저탄역의 탈탄 단계에서는 상취랜스로 순산소를 취입하면 용강의 크롬 산화율이 지나치게 높아지기 때문에 통상 조업에서는 사용되지 않고 있다.

본 발명에서는 0.03% 미만의 범위로 탈탄하는 고순도 스테인리스강의 정련로 탈탄 과정에서 1단계 이후에 저취 또는 횡취로 용강 속으로 취입되는 산소 및 아르곤(또는 질소) 가스 외에, 추가로 상취 랜스를 통해 산소 및 아르곤(또는 질소) 가스를 취입함으로써 각 취련 단계에서 요구되는 산소량을 더 짧은 시간 내에 취입할 수 있는 새로운 방법을 제시한다.

정련로의 일반적인 탈탄 취련 패턴에서 탈탄 시간을 단축하기 위해서는 혼합가스의 단위시간당 취입량 증대가 필요하다. 즉, 저부 횡취로 취입되는 혼합기체의 취입속도를 높여야 하는데, 전술한 바와 같이, 용강 저부 횡취의 가스 취입 속도를 높이면 심각한 노체 진동이 발생하기 때문에 거의 모든 정련로에서는 저부 횡취 속도에 제한을 두고 있다. 따라서 혼합기체 취입속도를 높여 탈탄 시간을 단축하고자 할 때에는 저부 횡취 속도를 높이는 것은 현실적으로 불가능하므로, 이와 다른 수단이 필요하다.

본 발명에서 새로이 제안하는 방법은, 정련로 상부의 산소 상취랜스를 이용하여 산소+아르곤 또는 질소의 혼합가스를 취입하되, 저부 횡취 혼합가스의 혼합비와 동일하게 조정하여 취입하는 방법이 특징이다. 즉, 기존에 사용되고 있는 횡취 혼합가스의 혼합비는 각 단계의 탄소농도, 탈탄산소효율, 온도 등 용강 조건을 종합적으로 고려하여 최적에 가까운 조건으로 볼 수 있다. 이 저취 혼합비 보다 상취의 혼합비의 산소분압이 높이면 크롬 산화가 우선되는 조건으로 용강 상부에 크롬 산화물이 통상 조건보다 다량으로 발생할 우려가 있어, 탈탄 및 환원조업에 장애요소로 작용될 가능성이 있다. 반대로, 산소분압을 너무 낮추면 상취 랜스를 부가적으로 사용하여 산소 취입속도를 증대시키는 효과가 감소되는 문제가 있다. 그러므로 탈탄을 위한 반응을 동일한 조건에서 일어나도록 하되 산소의 취입속도만 증대시키기 위해서는 상부 취입가스의 혼합비는 저취의 혼합비와 동일한 혼합비를 사용하는 것이 최적의 조건이다.

저취로 부가적으로 산소를 취입하고자 할 때 더불어 중요하게 고려하여야 하는 부분이 탈탄산소효율이다. 취입된 산소가 어느 정도의 비율로 탄소와 반응하여 탈탄에 기여하는지를 나타내는 지표로, 실제 상황에서 상부로부터 취입되는 산소는 횡취를 통해 강욕 내로 취입되는 산소와 비교하여 탈탄에 쓰이는 효율이 낮을 것으로 예상된다. 1단계 이후에 취입되는 산소는 우선 크롬 산화물을 생성시키고 크롬 산화물이 용강 중의 탄소와 반응하여 비로소 탈탄이 일어나는 것으로 알려져 있다. 투이어로 취입된 산소와 크롬이 반응하여 생긴 크롬 산화물은 용강 내에서 표면까지 부상하면서 탄소와 반응할 수 있는 기회가 많은데 반해, 상취 산소에 의해 용강 표면에 발생한 크롬 산화물은 제한된 용강 접촉면에서만 용강 중 탄소와 반응할 수 있는 가능성이 있으며 미처 탈탄에 기여하지 못하고 탈탄기 종료까지 금속 산화물로 용강 상부에 잔존할 확률이 높다.

그러므로 같은 양의 산소를 취입해도 상부로부터 취입되는 경우에 저취의 경우만큼의 탈탄능력을 기대할 수 없다. 결국, 전술한 바와 같이 저취 가스의 혼합비와 동일한 혼합비의 상취 산소를 이용하여 동등한 수준의 탈탄양을 얻기 위해서는 저취만 사용했을 때 보다 더 많은 양의 산소를 사용하여야만 한다. 과거 연구(상취산소 제강법에 있어 탈탄반응 기구1, 2, 3: A. Masai et al., Tetsu-to-Hagane, 57(1971), S404~S406)에 따르면 일반적인 경우, 상취 가스 중 용강과 반응하지 못하고 탕면에 반사되는 비율이 15~25% 정도에 해당한다고 알려져 있다. 또한, 상부로부터 취입되는 산소의 효율은 상취 랜스의 노즐 직경, 랜스 높이, 상취 가스에 의한 캐비티 깊이 등에 의해 결정되고 현재 정련로의 설비조건을 대입하면 상취로 취입되는 산소는 약 40%의 탈탄효율을 가질 것으로 예상된다. 저취 산소의 평균적인 탈탄산소효율이 약 66%이므로 상취 산소의 탈탄산소효율은 저취산소의 그것의 약 절반에 해당함을 알 수 있다. 이것은 저취 산소의 일정 산소양을 상취 산소로는 그 양의 약 2배를 사용하여야만 동등한 탈탄효과를 기대할 수 있다는 의미이다. 그러므로 산술적으로 증가시켜야 하는 산소 사용량은 약 33%이며 탕면에 반사되는 비율 등의 변동범위를 고려하면 산소 사용량의 최적 증가분은 약 30~40%의 범위 내에 존재한다. 결과적으로 총 산소 사용량은 다소 증가하지만, 저취 산소와 같은 유속의 산소를 상취랜스를 통하여 취입하면 총 산소 취입속도는 2배 향상되고 탈탄시간은 단축된다.

실시예

이하 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 실시한 예를 설명한다.

목표 탄소농도가 0.02%인 오스테나이트 계 스테인리스강의 정련로 공정을 대상으로 2단계 이후 상취 랜스를 사용한 산소 추가 취입으로 탈탄시간이 단축 가능한지 조사하였다. 하기 [표 1]은 기존에 목표 탄소농도가 0.03% 미만이 고순도 오스테나이트 계 스테인리스강의 정련로 취련패턴을 나타낸 것이다.

한편, [표 2]는 정련로 2단계 이후 산소와 질소의 혼합가스 상취 패턴을 나타낸 것이다. 전술한 바와 같이 상취 가스의 혼합비는 저취 가스의 그것과 동일하게 설정하였으며 용강면에 충돌한 후 반응하지 못하고 반사되는 분율 및 탈탄산소효율을 고려하여 상취 랜스를 이용한 산소 추가 취입조건을 설정하였다. 2~5단계 산소 사용량은 비교예 대비 33%로 증가한 값을 사용하였다. 상취 산소를 추가적으로 취입한 실시예를 [표1]에 나타낸 통상의 취련조건을 사용한 비교예와 비교하였다.

[표1]과 [표2]에서 알 수 있듯이 약 250Nm³의 산소를 추가적으로 사용하고 혼합 가스 상취를 통하여 약 10분 정도의 시간이 단축될 것으로 예상할 수 있다.

한편 도 1은 목표 탄소농도가 0.02%인 고순도 오스테나이트 계 스테인리스강의 정련로 공정에서 통상조업과 탈탄 2~5단계에 산소+질소 혼합가스 상취를 실시한 경우, 단계 시간을 비교한 그래프도이고, 도 2는 스테인리스 강의 탈탄 취련시 AOD 로내 상황을 도식적으로 나타낸 것으로 (가)는 혼합가스 상취를 실시하는 않는 통상의 경우, (나)는 혼합가스 상취를 실시하였을 경우를 나타낸 도면이다. 도 2의 (가) 에서 AOD 정련로(1) 내에서 슬래그(2)가 덮여 있는 상태로 용강(3)의 하부에 투이어(4)를 이용하여 저부 횡취 혼합가스를 취입하여 정련을 실시하는 종래기술에 관한 것이며, 도 2(나)는 본 발명에 관한 것으로 상기 저부 횡취 혼합가스의 취입에 추가하여 상취 혼합가스를 상취랜스(5)를 이용하여 탈탄 공정의 종료시까지 상기 저부 횡취 혼합가스와 동시에 취입하는 것을 보여주고 있다.

실시예의 평균적인 2~5단계 소요시간을 비교예의 단계시간과 함께 [도1]에 나타내었다. 실시예의 경우, 산소 사용량 다소 증가시켰음에도 불구하고 비교예 대비 약 10.1분 감소하였으나, 이는 전술한 바와 같이 산소 사용량과 유속으로부터 단순 계산으로도 예상이 가능하다. 즉, 이 단축된 단계 별 소요시간은 탈탄양과 상관없이 설정된 패턴 조건에 따라 자동적으로 결정되는 것으로 탈탄시간으로 취급할 수 없다는 것을 의미한다. 실제 탈탄시간의 단축이 가능하다면 가정한 탈탄산소효율 등이 실제의 값과 유사하고, 그 결과 단계 종료 후 탄소농도 값이 동등한 수준이어야 한다.

탈탄단계		1단계	2단계	3단계	4단계	5단계
O2 : N2 or Ar 혼합비	상취	4.5:0	-	-	-	-
	저취	3:1	3:1	1:1	1:3	1:4
단계별 탄소농도(%)		0.5	0.15		0.05	0.02

탈탄단계		1단계	2단계	3단계	4단계	5단계
O2 : N2 or Ar 혼합비	상취	4.5:0	3:1	1:1	1:3	1:4
	저취	3:1	3:1	1:1	1:3	1:4
단축가능 시간(min)		-	1	2	5	2

탄소농도의 비교를 위해 4단계 이후와 정련로 종점의 용강 시편의 탄소농도를 조사한 결과, 평균 0.051wt%와 0.022wt%로 통상 조건과 동등한 수준이었으며, 2~5단계 단축시킨 시간만큼 전체 공정시간에 반영되어 약 9.4분 단축되었다. 즉, 2단계 내지 5단계 상취랜스를 통한 산소 추가 취입으로 공정시간 단축 및 생산성의 증대가 가능한 것으로 확인되었다.

본 발명에서 상기 상취랜스를 통하여 혼합가스를 추가적으로 취입하는 경우, 총 산소사용량은 저부 횡취 취입시의 산소량보다 120% ~ 150%로 증가되어 탈탄이 수행되는 것이 가장 바람직하다. 이는 상취랜스를 통하여 산소를 포함한 추가의 혼합가스가 포함되므로 산소량이 저부 횡취 취입시보다 증가하나 증가범위는 상기 120%~150%로 하는 것이 가장 효율적이다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1 : AOD 정련로 2 : 슬래그
3 : 용강 4 : 투이어
5 : 상취랜스

Claims (7)

1. 목표 탄소농도 0.03% 미만인 고순도 오스테나이트계 또는 듀플렉스계 스테인리스강을 AOD 정련로를 이용하여 탈탄을 수행하는 방법에서, 상기 AOD 정련로 하부에 투이어를 이용하여 용강 속으로 산소를 포함하는 저부 횡취 혼합가스를 취입하고, 이때 상기 정련로의 상부에는 탈탄 초기에 상취 랜스를 통하여 산소를 취입하되, 이후 추가로 산소를 포함하는 상취 혼합가스를 탈탄 공정의 종료시까지 상기 저부 횡취 혼합가스와 동시에 취입하여 탈탄을 수행하되,
   상기 상취 혼합가스가 취입되는 단계는, 산소만을 취입하는 탈탄 1단계 후에 산소에 질소 또는 아르곤의 불활성 가스를 혼합하여 취입하는 탈탄 2 단계 내지 탈탄 5단계를 더욱 포함하되, 상기 탈탄 2단계 내지 탈탄 5단계에서의 상기 상취 혼합가스의 혼합비는 상기 저부 횡취 혼합가스의 혼합비와 동일하게 제어되며,
   상기 상취 혼합가스는 고탄역에서의 산소만을 취입하는 탈탄 1단계 종료 후 취입하기 시작하여 탈탄기 종료인 탈탄 5단계까지 취입하며, 상기 상취 혼합가스에서 산소의 양은 상기 탈탄 1단계에서 상기 탈탄 5단계까지 점진적으로 감소하고, 질소 또는 아르곤 불활성가스의 양은 점진적으로 증가하도록 혼합되며, 탈탄 말기인 상기 탈탄 5 단계에서도 상기 상취 혼합가스에 산소가 포함되는 고순도 스테인리스강의 고속 탈탄 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 저부 횡취 혼합 가스는 산소에 아르곤, 질소와 같은 불활성 가스를 포함하여 이루어진 고순도 스테인리스강의 고속 탈탄 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 탈탄 1단계에서는 용강중 탄소 농도가 1%~2%에 해당되는 고탄역에서 수행하여 탄소 농도가 0.5%까지 감소되도록 하는 고순도 스테인리스강의 고속 탈탄 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 상취랜스를 통하여 혼합가스를 추가적으로 취입하는 경우, 총 산소사용량은 저부 횡취 취입시의 산소량보다 120% ~ 150%로 제어하여 탈탄을 수행하는 고순도 스테인리스강의 고속 탈탄 방법.

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