KR101481603B1 - 스테인레스 강 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전기로 내화물을 보호하고, 슬래그 내의 금속 산화물의 재용융을 증가시킬 수 있는 스테인레스 강의 제조 방법를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 스테인레스 강의 제조 방법은, 전기로 내에 용융된 용강에 돌로마이트를 1차 투입하여 용해하는 1차 용해 단계;및 상기 용강에 돌로마이트를 2차 투입하여 용해하는 2차 용해 단계;를 포함한다.

Description

스테인레스 강 및 그 제조 방법{Stainless steel and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 철강에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 스테인레스 강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기로를 이용하여 스테인레스 강을 생산할 때에, 원료를 용융한 후 승열기 단계를 거치게 된다. 상기 승열기 단계는, 용융된 원료 중 금속 및 비금속 성분이 산소에 의해 산화되어 형성된 슬래그로부터 고가의 금속 성분을 환원하여 용강에 재용해시키는 금속 회수 작업이 이루어진다. 상기 슬래그로부터 추출하여 용강에 재용해시키는 금속에는 크롬(Cr)이 포함되고, 상기 크롬의 환원을 위하여 페로실리콘(FeSi)을 투입한다. 그러나, 상기 페로실리콘도 고가의 합금철 원료이므로, 제조원가 상승 요인이 되므로 투입량 증대에는 한계가 있다.
전기로의 슬래그로부터 크롬과 같은 금속의 재용해를 높이기 위해서, 염기도를 적정 수준으로 조정할 필요가 있고, 이를 위하여 생석회(quick lime, CaO)를 투입한다. 이러한 생석회 투입은 전기로의 전극으로부터의 발생한 아크 열에 의한 내화물의 용손을 방지하는 효과도 있다.
그러나, 생석회 투입은 슬래그 내에 크롬 산화물 또는 실리콘 산화물의 함유량을 증가시키므로, 결과적으로 스테인리스 강 제조원가를 상승시킬 수 있고, 슬래그의 부피가 증가되어 전기로 내화물의 용손이 가중됨에 따라 전기로 사용횟수가 감소할 수 있다. 이에 따라, 전기로 교체 주기가 짧아지고, 보수를 위한 내화물 비용이 추가로 소요되어, 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전기로 내화물을 보호하고, 슬래그 내의 금속 산화물의 재용해를 증가시킬 수 있는 스테인레스 강의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 스테인레스 강의 제조 방법으로 제조된 스테인레스 강을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 스테인레스 강의 제조 방법은, 전기로 내에 용융된 용강에 돌로마이트를 1차 투입하여 용해하는 1차 용해 단계; 및 상기 용강에 돌로마이트를 2차 투입하여 용해하는 2차 용해 단계;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 1차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트가 용해되어 상기 전기로의 내화물 용손을 방지할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 2차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트가 용해되어 상기 전기로의 내화물 용손을 방지하고, 상기 용강 내의 금속 산화를 감소시키고, 슬래그 내의 금속의 재용융을 증가시키도록 상기 슬래그의 포밍(Foaming)을 활성화할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 1차 용해 단계는, 상기 돌로마이트를 상기 용강 100,000 kg에 대하여 1400 kg 내지 1600 kg 범위로 투입할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 1차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이 9000 kwh 내지 11000 kwh 범위의 시점일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 2차 용해 단계는, 상기 돌로마이트를 상기 용강 100,000 kg에 대하여 1400 kg 내지 1600 kg 범위로 투입할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 2차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이 29000 kwh 내지 31000 kwh 범위의 시점일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 1차 용해 단계에서 투입되는 상기 돌로마이트와 상기 2차 용해 단계에서 투입되는 상기 돌로마이트는 동일한 양일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 1차 용해 단계에서 투입된 상기 돌로마이트와 상기 2차 용해 단계에서 투입된 상기 돌로마이트는 전기로 슬래그의 염기도를 0.8 내지 1.2 범위로 조정하도록 투입될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 돌로마이트는 경소(輕燒) 돌로마이트를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 스테인레스 강의 제조 방법은, 원료를 전기로에 장입하는 장입단계; 상기 장입된 원료를 가열하여 용융하여 용강을 형성하고, 슬래그의 염기도 조정 및 내화물 보호를 위하여 돌로마이트를 투입하는 용융단계; 상기 용융된 원료로부터 형성된 슬래그에서 일부 금속을 환원하여 재용융하는 승열단계; 및 상기 용용된 원료를 상기 전기로에서 출탕하는 출탕단계;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 스테인레스 강은, 상술한 방법을 이용하여 제조한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 스테인레스 강은, 0.04 wt% 내지 0.07 wt% 범위의 탄소(C), 18.0 wt% 내지 18.6 wt% 범위의 크롬(Cr), 8.0 wt% 내지 8.4 wt% 범위의 니켈(Ni), 0.3 wt% 내지 0.5 wt% 범위의 실리콘(Si), 250 ppm 내지 500 ppm 범위의 질소, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 스테인레스 강은, 오스테나이트 스테인레스 강일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 스테인레스 강은, 304 스테인레스 강일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 스테인레스 강의 제조 방법은, 전기로 내화물의 주 성분인 MgO를 포함하는 돌로마이트를 생석회를 대체하여 투입함으로써, 생석회 투입량 절감과 전기로 내화물 수명을 증가시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인레스 강의 제조 방법을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인레스 강의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 본 명세서에서, "wt%"의 기재는 전체 용강에 대한 중량비를 의미한다. 본 명세서에서 사용된 "용해"는 일반적인 의미에서의 용해(dissolution)와 용융(melting)을 함께 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인레스 강의 제조 방법(S1)을 도시하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 스테인레스 강의 제조 방법(S1)은, 장입단계(S10), 용융단계(S20), 승열단계(S30), 및 출탕단계(S40)를 포함한다.
장입단계(S10)에서는, 철 스크랩 또는 합금 철과 같은 원료를 전기로에 장입한다.
용융단계(S20)에서는, 장입된 원료를 가열하여 용융하여 용강을 형성한다. 상기 원료의 용융은, 상기 전기로의 전극에 전류를 인가하여 발생한 아크열과 상기 전기로에 취입된 산소에 의하여 발생하는 산화열을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 슬래그의 염기도 조정 및 내화물 보호를 위하여 돌로마이트를 투입한다. 상기 원료에 용융 중에는, 상기 원료가 취입되는 산소에 의해 산화되어 슬래그(slag)를 형성할 수 있고, 상기 슬래그는 용융된 원료 상에 부유된다.
이러한 장입단계(S10)와 용융단계(S20)는 복수의 단계로서 반복하여 수행되도록 구성될 수 있다.
승열단계(S30)에서는, 상기 용융된 원료로부터 형성된 슬래그에서 일부 금속을 환원하여 재용융한다. 상기 슬래그 안에는 크롬과 같은 고가의 금속이 포함될 수 있고, 이를 환원처리하여 재용융하기 위하여, 환원용 물질인 페로실리콘(FeSi)을 투입할 수 있다. 또한, 미리 장입된 돌로마이트에 의하여 슬래그의 염기도가 제어될 수 있다.
출탕단계(S40)에서는, 상기 원료가 용융된 용강을 상기 전기로에서 출탕한다. 출탕된 용강은 다음 단계인 정련로에 투입될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인레스 강의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다. 도 2의 흐름도는 도 1의 단계 중 용융단계(S20)에 관련될 수 있다.
도 2를 참조하면, 스테인레스 강의 제조 방법(S100)은, 전기로 내에 용융된 용강에 돌로마이트를 1차 투입하여 용해하는 1차 용해 단계(S110), 및 상기 용강에 돌로마이트를 2차 투입하여 용해하는 2차 용해 단계(S120)를 포함한다.
상기 1차 용해 단계(S110)는, 전기로에 투입된 원료를 용융시켜 형성된 용강에 돌로마이트를 1차 투입하여 수행된다. 상기 원료는 고철 또는 스크랩 등일 수 있다. 상기 전기로에는, 약 100,000 kg (100 톤)의 용강이 형성될 수 있다. 상기 1차 용해 단계(S110)는, 상기 돌로마이트를 상기 용강 100,000 kg에 대하여, 예를 들어 약 1400 kg 내지 약 1600 kg 범위로, 예를 들어 약 1500 kg 투입하여 수행될 수 있다. 상기 돌로마이트를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이, 예를 들어 약 9000 kwh 내지 약 11000 kwh 범위인 시점일 수 있고, 예를 들어 약 10000 kwh인 시점일 수 있다. 상기 용강의 온도는 약 1500 ℃ 내지 약 1700 ℃ 범위일 수 있다.
상기 1차 용해 단계(S110)에서는, 상기 돌로마이트가 용해되어, 상기 전기로의 내화물 용손을 방지할 수 있다. 즉, 상기 전기로의 전극 아크열에 의하여 형성되는 열점(hot spot)에서의 내화물의 용손을 방지할 수 있다. 이는 상기 내화물의 주성분이 MgO이므로, MgO를 다량으로 포함하는 돌로마이트를 용해시킴으로써 상기 내화물로부터의 MgO의 확산을 방지하기 때문이다.
상기 2차 용해 단계(S120)는, 상기 용강에 돌로마이트를 2차 투입하여 수행된다. 상기 2차 용해 단계(S120)는, 상기 돌로마이트를 상기 용강 100,000 kg에 대하여, 예를 들어 약 1400 kg 내지 약 1600 kg 범위로, 예를 들어 약 1500 kg 투입하여 수행될 수 있다. 상기 돌로마이트를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이, 예를 들어 약 29000 kwh 내지 약 31000 kwh 범위인 시점일 수 있고, 예를 들어 약 30000 kwh인 시점일 수 있다. 상기 30000 kwh의 시점에서는, 용강의 원료인 스크랩이 95% 용융될 수 있고, 이는 슬래그 포밍에 더 유리하다. 이에 따라, 생석회를 투입하는 경우와 비교하여, 전기로 온도가 더 높은 시점에 돌로마이트가 투입되며, 전기로 온도가 높을수록 크롬 산화를 감소시킬 수 있다. 상기 용강의 온도는 약 1600 ℃ 내지 약 1700 ℃ 범위일 수 있다.
상기 2차 용해 단계(S120)에서는, 상기 돌로마이트가 용해되어, 상기 전기로의 내화물 용손을 방지할 수 있다. 또한, 상기 돌로마이트는 용해되어, 상기 용강 내의 금속 산화를, 예를 들어 크롬 산화, 감소시키고, 이후의 승열 공정에서 슬래그 내의 금속의 재용융을 증가시키도록 상기 슬래그의 포밍(Foaming)을 활성화할 수 있다. 이러한 돌로마이트의 투입에 의하여 전기로 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 0.8 내지 1.2 범위로 조정할 수 있다.
상기 1차 용해 단계(S110)에서 투입되는 상기 돌로마이트와 상기 2차 용해 단계(S120)에서 투입되는 상기 돌로마이트는 동일한 양일 수 있다. 그러나 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 돌로마이트는 약하게 소결된 경소(輕燒) 돌로마이트일 수 있다.
또한, 돌로마이트와 생석회를 혼합하여 투입하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
이어서, 상기 용강에, 페로실리콘(FeSi)을 200 kg을 투입하여 승열하여 슬래그에서 일부 금속을 환원하여 재용융한다. 이후, 상기 용강을 출탕하여 스테인레스 강을 제조한다.
상기 스테인레스 강은, 0.04 wt% 내지 0.07 wt% 범위의 탄소(C), 18.0 wt% 내지 18.6 wt% 범위의 크롬(Cr), 8.0 wt% 내지 8.4 wt% 범위의 니켈(Ni), 0.3 wt% 내지 0.5 wt% 범위의 실리콘(Si), 250 ppm 내지 500 ppm 범위의 질소, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 상기 스테인레스 강은, 상기 불가피한 불순물로서 황을 0.0001 wt 내지 0.010 wt% 범위로 포함할 수 있다.
상기 스테인레스 강은, 오스테나이트 스테인레스 강일 수 있다. 또한, 상기 스테인레스 강은 304 스테인레스 강일 수 있다.
실험예
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예와 비교예를 실험하였다.
본 발명의 실시예에서는, 100 톤의 용강에 총 3000kg의 경소 돌로마이트를 투입하였다. 상기 돌로마이트를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이 10000 kwh인 시점에서 상기 돌로마이트를 1500 kg을 1차 투입하였고, 30000 kwh인 시점에서 상기 돌로마이트를 1500 kg을 2차 투입하였다. 이에 따라, 전기로 슬래그의 염기도를 1.0 ± 0.2로 조정할 수 있다. 상기 용강 및 상기 돌로마이트가 용해된 후에, 페로실리콘(FeSi)을 200 kg을 투입하고, 상기 용강을 출탕하여 스테인레스 강을 형성하였다.
상기 비교예에서는, 100 톤의 용강에 총 3000kg의 생석회를 투입하였다. 상기 생석회를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이 10000 kwh인 시점에서 상기 생석회를 1500 kg을 1차 투입하였고, 27000 kwh인 시점에서 상기 생석회를 1500 kg을 2차 투입하였다. 이에 따라, 전기로 슬래그의 염기도를 1.2 ± 0.2로 조정할 수 있다. 상기 용강 및 상기 생석회가 용해된 후에, 페로실리콘(FeSi)을 200 kg을 투입하고, 상기 용강을 출탕하여 스테인레스 강을 형성하였다.
표 1은 본 발명의 실시예의 돌로마이트와 비교예의 생석회의 성분을 나타내는 표이다.
함량 (wt%) 돌로마이트 생석회
CaO 50 95
MgO 33 0.7
표 1을 참조하면, 비교예의 생석회는 대부분이 CaO로 구성되어 있으나, 본 발명의 실시예의 돌로마이트는 CaO 외에도 전기로 내화물의 주 구성성분인 MgO가 다량으로 포함되어 있다.
표 2는 본 발명의 실시예와 비교예의 전기로 슬래그의 성분을 비교한 표이다.
성분 본 발명 비교예
CaO 38.9 41.7
SiO2 30.6 33.1
MgO 11.2 7.4
Al2O3 6.4 5.8
Cr2O3 4.8 5.1
MnO 3.6 2.9
TiO2 2.0 1.7
FeO 1.5 1.4
S 0.064 0.065
P2O5 0.018 0.018
표 2를 참조하면, 비교예에서는 슬래그 내의 MgO가 7.4 wt%인 반면, 본 발명의 실시예에서는 슬래그 내의 MgO가 11.2 wt%로 증가하였다. 그러나, 비교예는 투입된 생석회는 MgO가 거의 포함하지 않으므로, 비교예의 슬래그 내의 MgO는 전기로 내화물이 용손(침식 용해)된 물질로 분석된다. 그러나, 본 발명의 실시예는 투입된 돌로마이트가 약 33 wt%의 MgO를 포함하므로, 본 발명의 슬래그 내의 MgO는 돌로마이트가 대부분 제공한 것으로 분석된다. 따라서, 본 발명은 전기로 내화물의 용손을 방지할 수 있다.
표 3은 본 발명과 비교예의 조업결과를 비교한 표이다.
성분 본 발명 비교예
생석회 원단위 (kg/T) 30.7 41.5
출탕 실수율(%) 94.6 94.9
슬래그내의 Cr2O3 농도 (wt%) 6.3 5.1
표 3을 참조하면, 생석회 원단위는 비교예가 41.5 kg/T인 반면, 본 발명의 실시예는 30.7 kg/T으로 나타났으며, 본 발명의 실시예가 비교예에 비하여 생석회 원단위가 감소되었다. 출탕 실수율 및 전기로 슬래그 내의 Cr2O3의 농도는 본 발명의 실시예와 비교예가 유사한 수준을 나타냈다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
S100: 스테인레스 강의 제조 방법,
S110: 1차 용해 단계,
S120: 2차 용해 단계,

Claims (9)

  1. 전기로 내에 용융된 용강에 돌로마이트를 1차 투입하여 용해하는 1차 용해 단계; 및
    상기 용강에 돌로마이트를 2차 투입하여 용해하는 2차 용해 단계를 포함하며,
    상기 1차 용해 단계는, 상기 돌로마이트를 상기 용강 100,000 kg에 대하여 1400 kg 내지 1600 kg 범위로 투입하며,
    상기 2차 용해 단계는, 상기 돌로마이트를 상기 용강 100,000 kg에 대하여 1400 kg 내지 1600 kg 범위로 투입하는, 스테인레스 강의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트가 용해되어 상기 전기로의 내화물 용손을 방지하는, 스테인레스 강의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트가 용해되어 상기 전기로의 내화물 용손을 방지하고, 상기 용강 내의 금속 산화를 감소시키고, 슬래그 내의 금속의 재용융을 증가시키도록 상기 슬래그의 포밍(Foaming)을 활성화하는, 스테인레스 강의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 용해 단계에서 투입되는 상기 돌로마이트와 상기 2차 용해 단계에서 투입되는 상기 돌로마이트는 동일한 양인, 스테인레스 강의 제조 방법.
  6. 전기로 내에 용융된 용강에 돌로마이트를 1차 투입하여 용해하는 1차 용해 단계; 및
    상기 용강에 돌로마이트를 2차 투입하여 용해하는 2차 용해 단계를 포함하며,
    상기 1차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이 9000 kwh 내지 11000 kwh 범위의 시점이며,
    상기 2차 용해 단계에서는, 상기 돌로마이트를 투입하는 시점은 전기로의 전력 사용량이 29000 kwh 내지 31000 kwh 범위의 시점인, 스테인레스 강의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 용해 단계에서 투입된 상기 돌로마이트와 상기 2차 용해 단계에서 투입된 상기 돌로마이트는 전기로 슬래그의 염기도를 0.8 내지 1.2 범위로 조정하도록 투입되는, 스테인레스 강의 제조 방법.
  8. 원료를 전기로에 장입하는 장입단계;
    상기 장입된 원료를 가열하여 용융하여 용강을 형성하고, 슬래그의 염기도 조정 및 내화물 보호를 위하여 돌로마이트를 투입하는 용융단계;
    상기 용융된 원료로부터 형성된 슬래그에서 일부 금속을 환원하여 재용융하는 승열단계; 및
    상기 용용된 원료를 상기 전기로에서 출탕하는 출탕단계를 포함하되,
    상기 용융단계는,
    상기 용강 100,000 kg에 대하여 1400 kg 내지 1600 kg 범위로 상기 돌로마이트를 1차 투입하여 용해하는 1차 용해 단계; 및
    상기 용강 100,000 kg에 대하여 1400 kg 내지 1600 kg 범위로 상기 돌로마이트를 2차 투입하여 용해하는 2차 용해 단계를 포함하는, 스테인레스 강의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법을 이용하여 제조한 스테인레스 강에 있어서,
    상기 스테인레스 강은 0.04 wt% 내지 0.07 wt% 범위의 탄소(C), 18.0 wt% 내지 18.6 wt% 범위의 크롬(Cr), 8.0 wt% 내지 8.4 wt% 범위의 니켈(Ni), 0.3 wt% 내지 0.5 wt% 범위의 실리콘(Si), 250 ppm 내지 500 ppm 범위의 질소, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 스테인레스 강.
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