KR101443353B1 - 쾌삭강의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

쾌삭강의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법은 용강이 수용된 레이들을 레이들 퍼니스로 이송하여 용강을 승열하는 단계, 용강을 복황시키도록 용강에 산성 산화물을 투입하는 단계 및 용강에 칼슘(Ca)을 투입하는 단계를 포함한다.

Description

쾌삭강의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF FREE CUTTING STEEL}

본 발명은 쾌삭강의 제조 방법에 관한 것이다.

쾌삭강이란 흔히 절삭성이라고 불리우는 강재의 피삭성(machinability)을 고도로 향상시킨 강을 의미한다. 이러한 쾌삭강은 자동차의 유압부품, 프린터 등에 사용될 수 있는 사무자동화 기기의 샤프트(Shaft), 절삭부품 등의 소재로 널리 사용되고 있으며 점차 그 용도나 수요가 증가하는 추세에 있다.

쾌삭강은 기본적으로 우수한 기계 절삭성을 지녀야 하며, 이를 위하여 고유한 성분이나 개재물을 포함하게 된다. 특히, 일반적인 강재의 경우 유황(S)의 함량을 100ppm 이하로 제어하지만, 쾌삭강의 경우 유황의 함량을 약 300~700ppm으로 제어할 필요가 있다.

이에 따라, 통상의 일반적인 강재의 경우 정련 과정을 통해 탈황, 즉 유황을 제거하는 것이 목적이지만, 쾌삭강은 유황의 함량을 보존하거나 필요에 따라 오히려 첨가할 필요가 있다.

한편, 쾌삭강의 정련 후반부에 유황을 첨가하게 되는 경우, 공정 작업 시간이 증가하고 원가가 상승할 우려가 있다. 또한, 온도 감소량의 편차가 커져 연속 주조 공정에서의 온도 제어능이 열위해질 수 있는 등 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 쾌삭강의 정련 과정 중 탈황을 최소화하여 유황의 보충이 필요 없거나 최소한의 유황만을 보충하여도 무방한 쾌삭강의 제조 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0018347호(2010.02.17, 절삭성이 우수한 친환경 무연쾌삭강 및 그 제조방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 용강의 정련 시 유황의 탈황을 최소화하여 용강 내 유황의 함량을 일정 이상 유지 가능한 쾌삭강의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 용강이 수용된 레이들을 레이들 퍼니스로 이송하여 용강을 승열하는 단계, 용강을 복황시키도록 용강에 산성 산화물을 투입하는 단계 및 용강에 칼슘(Ca)을 투입하는 단계를 포함하는 쾌삭강의 제조 방법이 제공된다.

여기서, 쾌삭강의 제조 방법은 용강을 승열하는 단계와 용강에 산화물을 투입하는 단계 사이에, 레이들을 진공정련설비로 이송하여 용강을 진공정련하는 단계를 더 포함할 수 있다.

쾌삭강의 제조 방법은 용강에 칼슘(Ca)을 투입하는 단계 이후에, 용강에 유황(S)을 보충하는 단계를 더 포함할 수 있다.

용강에 산성 산화물을 투입하는 단계는, 용강에 밀스케일을 투입하여 수행될 수 있다.

그리고, 밀스케일은 용강 1톤당 1.0~2.5kg을 투입할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 용강의 정련 시 용강에 산성 산화물을 투입하여 용강을 복황시킬 수 있으므로, 유황의 탈황을 최소화하여 용강 내 유황의 함량을 일정 이상 유지 가능한 쾌삭강의 제조 방법을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법에서 밀스케일의 투입량에 따른 실험 결과를 나타내는 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 쾌삭강의 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법에서 밀스케일의 투입량에 따른 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법은 용강(10)이 수용된 레이들(100)을 레이들 퍼니스(ladle furnace, LF)로 이송하여 용강(10)을 승열하는 단계(S100)로부터 시작된다.

여기서, 레이들(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전기로에서 출강되는 용강(10)을 받아서 운반하는 데 사용되는 용기로서, 별도의 운반 장치와 결합되어 용강(10)을 운반할 수 있다.

그리고, 레이들 퍼니스는 용강(10)을 승열하기 위해 형성된 설비로서, 사전에 레이들 퍼니스에 형성된 탄소 전극봉을 통해 전기 아크를 용강(10)에 공급함으로써 용강(10)의 온도를 증가시키는 등 다양한 방법으로 용강(10)을 승열할 수 있다.

한편, 용강(10)의 승열을 실시하는 도중에 필요한 경우 합금철이나 부원료를 첨가하기도 하며, 경우에 따라서는 용강(10) 시료 채취와 용강(10)의 산소 농도를 측정하기도 한다.

이와 같이, 용강(10)을 승열하는 과정을 통해 용강(10) 내의 유황(S) 함량이 감소하는 탈황 반응이 일어날 수 있다. 이 경우, 용강(10)의 승열 과정에서의 탈황 반응은 다음의 반응식 1과 같을 수 있다.

- 반응식 1 -

2S + 2CaO → 2CaS + O₂

상기의 반응식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 용강(10) 내에서의 탈황 반응을 촉진시키는 조건은 염기성 산화물(CaO)이 많거나 산소(O₂)가 적은 조건일 수 있다. 따라서, 탈황 반응을 촉진시키는 조건의 반대 조건일수록 용강(10) 내의 탈황 반응을 역으로 일으키는 복황 반응이 일어날 수 있다.

다음으로, 용강(10)을 복황시키도록 용강(10)에 산성 산화물을 투입할 수 있다(S300). 즉, 상술한 바와 같이 용강(10) 내에 산성 산화물이 많을수록 복황 반응이 일어나거나 탈황 반응이 저하될 수 있다.

이로 인해, 쾌삭강의 정련 과정 중 탈황을 최소화하여, 용강(10) 내의 유황 함량이 쾌삭강의 제조에 적합한 정도로 일정 수준 보존될 수 있다.

다음으로, 용강(10)에 칼슘(Ca)를 투입할 수 있다(S400). 이 경우, 칼슘은 칼슘 와이어(Ca wire) 형태로 용강(10)에 투입될 수 있다. 이와 같이, 용강(10)에 칼슘을 투입하여 이후 연속 주조 과정에서 용강(10)을 유연화하여 작업성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법은 용강(10)의 정련 시 용강(10)에 산성 산화물을 투입하여 용강(10)을 복황시킬 수 있으므로, 유황의 탈황을 최소화하여 용강(10) 내 유황의 함량을 일정 이상 유지 가능한 쾌삭강의 제조 방법을 구현할 수 있다.

그리고, 이에 따라 별도의 유황 보충이 필요 없거나 최소한의 유황만을 보충하여도 쾌삭강을 제조할 수 있으므로, 공정 작업 시간을 단축하고 원가를 절감할 수 있으며, 연속 주조 공정에서의 온도 제어능을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법은, S100 단계와 S300 단계 사이에 레이들(100)을 진공정련설비(200)로 이송하여 용강(10)을 진공정련하는 단계(S200)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 진공정련설비(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 용강(10)이 담긴 레이들(100) 전체를 수용한 상태로 내부를 진공 상태로 만든 후 용강(10)과 슬래그를 교반시켜 탈탄, 탈수소, 탈질소, 개재물 제거 등을 수행할 수 있는 설비일 수 있다.

한편, 전기로 처리 종료 후 유황의 함량이 200~300ppm인 용강(10)은 상술한 S100 단계 및 S200 단계를 거치면서 용강(10) 내 유황 함량이 약 50ppm까지 감소할 수 있다.

만약, 진공정련 단계 이전에 용강(10)에 산성 산화물을 투입한다면, 복황 반응이 일어나더라도 진공정련 단계를 거치면서 다시 탈황 반응이 일어나 유황의 함량 제어가 어려울 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 쾌삭강 제조 방법은, 진공정련 단계 이후에 용강(10)에 산성 산화물을 투입하여 복황 반응이 일어나도록 하는 것이, 용강(10) 내 탈황 반응을 최소화하는 데 더욱 바람직할 수 있다.

본 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법은, S400 단계 이후에 용강(10)에 유황(S)을 보충하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 유황은 유황 와이어(S wire) 형태로 용강(10)에 투입될 수 있다.

즉, S300 단계를 통해 탈황 반응을 최소화하였으나, 쾌삭강의 제조에 요구되는 유황 함량에 여전히 못미치는 경우라면 용강(10)에 일정 부분 유황을 보충할 필요가 있다.

한편, S500 단계의 유황의 보충은 S300 단계를 거친 후 최소한의 유황만을 보충하는 것이므로, S300 단계를 거치지 않은 경우보다 공정 작업 시간을 단축하고 원가를 절감할 수 있으며, 연속 주조 공정에서의 온도 제어능을 향상시킬 수 있음은 당연하다고 할 수 있다.

본 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법에서, S300 단계는 용강(10)에 밀스케일(mill scale)을 투입하여 수행될 수 있다. 여기서, 밀스케일이란 산화철(FeO, Fe₂O₃) 등과 같이 강의 가공 과정에서 강의 표면에 생성되는 산화물 피막을 일컫는다.

이와 같은 산화철은 산성 산화물에 해당하고, 용강(10)의 정련 과정에서는 필연적으로 밀스케일이 생성되므로, 별도의 산성 산화물을 마련하지 않고 밀스케일을 용강(10)에 투입하여 쾌삭강을 제조할 수 있다.

이로 인해, 쾌삭강의 제조에 따른 원가를 더욱 절감하고, 첨가물 운송 등에 따른 시간과 비용을 절약할 수 있는 등 생산성 면에서 더욱 바람직할 수 있다.

여기서, 밀스케일은 용강(10) 1톤당 1.0~2.5kg을 투입할 수 있다. 상술한 바와 같이 S300 단계에서 밀스케일 등의 산성 산화물을 투입할수록 용강(10) 내 유황 함량을 높일 수 있으나, 밀스케일 등의 산성 산화물 투입량이 지나치게 많은 경우 용강(10) 내 산소 농도가 크게 증가하는 등 문제가 있을 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, Case 1 및 2의 경우, 밀스케일을 투입하지 않거나 소량의 밀스케일을 투입함에 따라, 용강(10) 내 유황 함량이 높지 않고 제강 소요 시간이 길어지며, 온도 감소량이 증가하는 등 쾌삭강의 제조에 적합하지 않은 조건이 발생할 수 있다.

반면, Case 5의 경우, 밀스케일을 지나치게 많이 투입함에 따라, 용강(10) 내 유황 함량은 높게 유지되나, 용강(10) 내 산소 함량이 크게 증가하여 용강(10)의 품질을 열위하게 만들 수 있다.

한편, Case 3 및 4의 경우, 밀스케일의 투입량을 일정 범위로 제한함에 따라, 용강(10) 내 유황 함량도 비교적 높게 유지되고, 용강(10) 내 산소 함량 역시 비교적 낮게 유지됨을 알 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 쾌삭강의 제조 방법은, 밀스케일을 용강(10) 1톤당 1.0~2.5kg을 투입하여, 용강(10) 내 유황 함량을 적절하게 유지시킴과 동시에 산소 함량이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 용강
100: 레이들
200: 진공정련설비

Claims (5)

1. 용강이 수용된 레이들을 레이들 퍼니스로 이송하여 상기 용강을 승열하는 단계;
   상기 레이들을 진공정련설비로 이송하여 상기 용강을 진공정련하는 단계;
   상기 용강을 복황시키도록 상기 용강에 산성 산화물을 투입하는 단계; 및
   상기 용강에 칼슘(Ca)을 투입하는 단계;
   를 포함하는 쾌삭강의 제조 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 용강에 칼슘(Ca)을 투입하는 단계 이후에,
   상기 용강에 유황(S)을 보충하는 단계;
   를 더 포함하는 쾌삭강의 제조 방법.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 용강에 산성 산화물을 투입하는 단계는,
   상기 용강에 밀스케일을 투입하여 수행되는 것을 특징으로 하는 쾌삭강의 제조 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 밀스케일은
   상기 용강 1톤당 1.0~2.5kg을 투입하는 것을 특징으로 하는 쾌삭강의 제조 방법.
   

Images