KR101786931B1 - 스테인리스 용강 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정련로(AOD) 공정 및 래들 처리(LT) 공정을 포함하는 스테인리스 용강의 정련방법에 있어서, 용강 내 개재물이 포함하는 Al₂O₃ 및 MgO의 함량을 제어하여 스캡 결함을 방지할 수 있는 스테인리스 용강의 정련방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 용강 슬래그의 염기도(Basicity)와 용강의 출강온도(T)를 조절함으로써 고융점 개재물의 석출을 방지하여 스캡 결함이 없는 우수한 품질의 스테인리스 강을 제조할 수 있다.

Description

스테인리스 용강 정련방법{METHOD FOR REFINING OF MOLTEN STAINLESS STEEL}

본 발명은 스테인리스 용강 정련방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스테인리스 용강의 정련로 공정(AOD)에서 슬래그 염기도 및 래들로의 출강온도를 조절하여 용강 내 개재물의 조성을 변화시켜 스캡 결함을 방지하는 스테인리스 용강의 정련방법에 관한 것이다.

스테인리스 강의 생산공정은 통상 전기로 공정(EAF) - 정련 공정(AOD) - 래들처리(LT) 공정 - 턴디쉬(Tundish) 공정 - 연속주조 공정으로 이루어진다. 정련 공정(AOD)은 스테인리스 용강 중 탄소, 산소 및 황 등의 불순물을 제거하는 가장 중요한 공정으로 크게 탈탄기와 환원기로 구분할 수 있다. 탈탄기에는 상취랜스와 투이어(Tuyere)를 통하여 산소를 취입함으로써 탄소를 제거하는데, 이 탈탄 과정 중에는 용강 중의 탄소의 연소뿐만 아니라, 크롬 성분도 다량 산화된다. 이렇게 산화된 크롬은 환원 과정을 통하여 용강 안으로 회수해야 하며, 이 공정을 환원기라고 한다. 크롬 산화물의 환원을 위해서는 크롬보다 산화력이 강한 금속원소를 투입해 주어야 하는데, 통상 스테인리스 강의 경우 실리콘(Si) 또는 알루미늄(Al)이 널리 사용된다.

환원기에서 실리콘(Si) 탈산을 실시하는 스테인리스 강의 경우, 정련 공정(AOD)의 탈탄기 때 투입된 생석회(CaO)와 정련로 내화물 침식을 방지하기 위해 투입된 돌로마이트(Dolomite) 성분에 의해 정련로 슬래그(AOD Slag) 성분은 주로 CaO-SiO₂-MgO을 구성하게 된다. 이 때, CaO-SiO₂-MgO 내 석출되는 Ca₂SiO₄(s) 산화물을 슬래그 내로 다시 용해시키기 위해서 형석(CaF₂)를 투입하고, 추가로 실리콘(Si) 탈산을 위해 투입되는 페로실리콘(Fe-Si) 내 알루미늄(Al)이 포함되어 있어, 슬래그는 최종적으로 CaO-CaF₂-SiO₂-MgO-Al₂O₃의 성분을 형성하게 된다. 이로 인해 슬래그 내에 생기는 Al₂O₃ 함량은 1 ~ 5wt% 수준이다.

이와 같이 생성된 정련로 슬래그(AOD Slag)와 용강 간 화학반응으로 인해 용강 내 Ca, Mg, Al, Si, O의 함량이 열역학적으로 결정되게 된다. 정련로 슬래그(AOD Slag)는 정련 공정이 종료된 후 주조 래들에 용강과 함께 부어지게 되고, 이 때 슬래그가 용강 내 혼탁되어 개재물 생성이 이루어지게 된다. 이러한 혼탁 개재물들은 슬래그와 유사한 성분계인 CaO-CaF₂-SiO₂-MgO-Al₂O₃를 구성하게 된다.

생성된 혼탁 개재물들은 용강 내 Ca, Mg, Al, Si, O 원소들과 반응하면서, 개재물 내 각 성분들의 함량을 결정하게 된다. 실리콘(Si) 탈산을 실시할 경우, 정련 공정(AOD) 기준으로 용존 산소는 30 ~ 70ppm을 이루게 된다. 용강 내 Ca 및 Mg의 경우 산소와의 친화력이 강하여 용강 내 20ppm 이하 함량만이 존재하게 된다.

상기의 용강 조건하에서 주조시까지 온도가 하강하면서 혼탁 개재물의 조성은 변하게 된다. 특히 개재물 내 MgO 및 Al₂O₃ 함량이 증가하면서 석출되는 스피넬(MgAl₂O₄) 상은 고융점 개재물로서 강의 연성을 떨어뜨리며, 압연 중에 압연방향으로 방추형의 스캡 또는 슬리버 결함을 유발시켜 표면 품질을 떨어뜨리게 된다. 이와 같은 스피넬(MgAl₂O₄) 상의 석출은 스테인리스 용강 정련 시 정련로 슬래그(AOD Slag)의 염기도, 출강온도, 합금철 내 불순물, Ca 처리 및 Tundish Flux 등의 영향을 받아 결정되는 용강 중 Mg, Al, O 및 개재물 내의 MgO와 Al₂O₃ 함량에 따라 하기와 같은 식에 의해 결정되게 된다.

MgO → Mg + O

2Al + 3O → Al₂O₃(s)

Mg + 2Al + 4O → MgAl₂O₄(s)

한국 공개특허공보 제10-2010-0045053호 (2010.05.03.)

본 발명은 스테인리스 용강의 정련로 공정(AOD)에서 슬래그 염기도 및 래들로의 출강온도를 조절함으로써 고융점 개재물 생성을 방지하여 스캡 및 슬리버 결함을 저감시킬 수 있는 스테인리스 용강 정련방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스 용강 정련방법은, 정련로 공정(AOD) 및 출강 후 래들 처리 공정(LT)을 포함하는 스테인리스 용강의 정련방법에 있어서, 용강 내 개재물이 포함하는 Al₂O₃ 및 MgO의 함량(wt%)이 하기 식 (1) 내지 (3)을 만족할 수 있다.

(1) Al₂O₃ + MgO ≤ 40

(2) Al₂O₃ = 55.86*B² - 135.94*B + 106.12

(3) MgO = 0.138*T - 224.93

여기서, B는 CaO/SiO₂로 표시되는 용강 슬래그의 염기도이고, T는 정련로에서 래들로의 출강 시 용강의 출강온도(℃)이다.

또한, 상기 용강은 하기 식 (4)에 따른 황(S)의 함량이 80ppm 미만일 수 있다.

(4) 145.82 - 49.75*B

또한, 상기 용강 슬래그의 염기도(B)는 1.75 이하일 수 있다.

또한, 상기 정련로에 투입된 CaO 함량을 기준으로 CaF₂를 5~15% 투입하여 상기 용강 슬래그의 염기도(B)를 조절할 수 있다.

또한, 상기 용강의 출강온도(T)는 1,650~1,720℃일 수 있다.

또한, 상기 래들 처리 공정(LT)은 상기 정련로 공정(AOD)의 슬래그를 1~3ton 잔류시켜 조제된 탑 슬래그(Top Slag)를 적용하여 조업할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스테인리스 용강 정련방법은 용강 내 혼탁 개재물의 함량을 저감하여 고융점 개재물의 석출을 방지함으로써 스캡 결함이 없는 우수한 품질의 스테인리스 강을 제조할 수 있다.

구체적으로는, 형석의 투입량을 통해 용강 슬래그의 염기도를 조절함으로써 Al₂O₃ 및 황(S)의 함량을 최적화할 수 있으며, 또한 용강의 출강온도를 조절함으로써 MgO의 함량을 줄일 수 있다.

도 1은 슬래그 염기도 및 Al₂O₃ 함량에 따른 용존 Al 및 O의 평형관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 슬래그 염기도에 따른 용존 Al 및 O의 함량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 정련로 슬래그(AOD Slag)의 염기도와 용강 내 황(S)의 함량 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 정련로 슬래그(AOD Slag)의 염기도와 개재물 내 Al₂O₃의 함량 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 정련로 용강(AOD)의 출강온도와 개재물 내 MgO의 함량 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6는 탑 슬래그(Top Slag) 적용 유무에 따른 주편 개재물 수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 개재물 내 MgO + Al₂O₃ 함량에 따른 스캡 결함 발생 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 2 및 비교예 6 내지 8의 슬래그 염기도 변화에 따른 주편 개재물 조성 분포를 나타내는 3원계 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 발명은 전기로 공정(EAF) - 정련 공정(AOD) - 래들 처리 공정(LT) - 턴디쉬(Tundish) 공정 - 연속주조 공정을 거치는 스테인리스 강의 제조방법에 보다 바람직하게 적용될 수 있다.

스테인리스 용강의 개재물 내 MgO 및 Al₂O₃ 함량이 증가하게 되면 고융점 개재물인 스피넬(MgAl₂O₄)의 석출이 용이해져, 스테인리스강 표면에 스캡 결함이 발생할 수 있다. 본 발명은 고융점 개재물인 스피넬(MgAl₂O₄) 상의 석출을 방지하게 위해, 용강 내 Al₂O₃ 및 MgO의 함량을 제어할 수 있는 스테인리스 용강 정련방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스 용강 정련방법은 정련로에서 용강을 탈산하는 공정 및 정련된 용강을 래들로 출강하여 래들에서 용강의 탈산과 성분 조정을 행하는 래들 처리 공정에 있어서, 용강 내 개재물이 포함하는 Al₂O₃ 및 MgO의 함량이 40wt% 이하를 만족하도록 하기 식 (1)이 적용될 수 있다.

(1) Al₂O₃ + MgO ≤ 40

정련 공정(AOD)의 탈탄기를 거친 후 크롬 산화물의 환원을 위해, 용강 탈산 단계에서는 실리콘(Si)이 투입되어 용강을 탈산한다. 투입된 실리콘(Si)은 크롬 산화물(Cr₂O₃)을 환원시키고 SiO₂를 형성한다. 이후 탈류 등을 위하여 생석회(CaO)가 투입되는데, 상기 형성된 SiO₂와 CaO의 비에 따라 용강 슬래그의 염기도(B)가 결정될 수 있다. 용강 슬래그의 염기도(Basicity = CaO/SiO₂)는 이산화규소(SiO₂) 양에 대한 생석회(CaO) 투입량의 비로 정의되며, 환원기에서 용강을 탈산할 때 투입되는 Si, CaO 및 CaF₂의 투입량에 의해 상기 염기도(B)가 조절될 수 있다. 형석(CaF₂)은 용강 슬래그에서 SiO₂와 CaO에 의해 석출된 Ca₂SiO₄(s) 산화물을 슬래그로 다시 용해시켜 슬래그의 유동성을 확보하기 위해 투입된다.

먼저, 정련로 내 용강 슬래그(AOD Slag)의 염기도(B)를 조절하여 Al₂O₃의 함량을 제어할 수 있다.

도 1은 슬래그 염기도(B) 및 Al₂O₃ 함량에 따른 용존 Al 및 O의 상관관계를 나타내며, 도 2는 슬래그 염기도에 따른 용존 Al 및 O의 함량 변화를 나타낸다.

도 1 및 2를 참조하면, 슬래그 내 Al₂O₃ 함량이 높을수록 슬래그와 평형을 이루는 용강 내 용존 알루미늄(Al)이 증가하며, 용강 내 용존 알루미늄(Al)과 산소(O)는 정련로 슬래그(AOD Slag)의 염기도(B)가 상승할수록 용존 산소(O)는 감소하고 용존 알루미늄(Al)은 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 슬래그와 평형하게 유지되는 용존 산소(O)가 감소하므로, 용강 내 존재하는 알루미늄(Al)이 Al₂O₃를 생성하지 않아 용존 알루미늄(Al)이 증가하게 된다. 이 높아진 용존 알루미늄(Al)은 용강 온도가 떨어짐에 따라 용강의 혼탁 개재물 내 Al₂O₃를 생성하는데 소모되어 개재물 내 Al₂O₃의 함량은 높아지게 된다. 따라서 정련로 슬래그의 염기도(B)를 낮춤으로써 슬래그와 평형을 이루는 용강 내 용존 알루미늄(Al)을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 제조된 주편에 존재하는 개재물 내 Al₂O₃ 함량을 제어할 수 있다.

도 3은 슬래그 염기도(B)와 용강 내 황(S)의 함량 관계를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 정련로 공정(AOD)에서 슬래그 염기도를 높일 경우, 용강 내 황(S) 함량은 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 액상 슬래그 내의 CaO가 S와 만나 CaS를 형성하게 되어 탈류가 가능하기 때문이다. 도 3으로부터 하기 식 (2)의 용강 내 황(S)의 함량과 슬래그 염기도(B)와의 상관관계식을 도출할 수 있다.

(2) [S], ppm = 145.82 - 49.75*B

상기 정련로 슬래그의 유동성을 확보하기 위해 투입되는 형석(CaF₂)은 CaO 함량 대비 5~25%를 투입하는 것이 바람직하다. 형석(CaF₂)은 슬래그 내 Ca₂SiO₄(s)를 용해시켜 슬래그 염기도(B)를 상승시키게 되므로, 혼탁 개재물 내 Al₂O₃ 함량을 저감시키기 위해서는 투입되는 형석(CaF₂)량을 낮추는 것이 필요하다. 그러나 투입되는 형석(CaF₂)량을 너무 낮출 경우, 슬래그 유동성 및 탈류에 필요한 염기도(B)가 확보되지 않을 수 있다. 따라서 혼탁 개재물 내 Al₂O₃ 함량을 저감시키면서 적정 수준의 황(S) 함량이 유지될 수 있도록 정련로 슬래그 염기도(B)를 조절해야 하며, 투입 형석(CaF₂)량은 CaO 함량 대비 5~15% 투입하는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우 정련로 슬래그 염기도(B)를 1.3 내지 1.75로 유지할 수 있다.

도 4는 정련로 슬래그의 염기도(B)와 주편 개재물 내 Al₂O₃의 함량 관계를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 정련로 슬래그의 염기도(B)가 증가할수록 주편 개재물 내 Al₂O₃의 함량이 증가하는 것을 알 수 있다. 주편 개재물 내 Al₂O₃의 함량은 용강의 용존 알루미늄(Al) 농도에 기인하며, 이로부터 Al₂O₃의 함량을 감소시키기 위한 염기도(B)와의 상관관계를 도출할 수 있다. 주편 개재물 내 Al₂O₃의 함량(wt%)과 정련로 슬래그 염기도(B)의 상관관계식은 하기 식 (3)과 같다.

(3) Al₂O₃ = 55.86*B² - 135.94*B + 106.12

상기 식 (3)에 의할 때, 슬래그 염기도(B)가 1.75를 초과하는 경우 Al₂O₃의 함량만으로 40wt%를 상회하게 되어 고융점 개재물 스피넬(MgAl₂O₄)의 석출이 용이한 환경이 조성될 수 있다.

이어서, 상기 정련로 슬래그(AOD Slag) 생성을 통한 환원기에서의 탈산 및 탈류 공정 후, 용강을 1,650 내지 1,750℃ 범위의 온도 하에서 래들로 출강할 수 있다. 고융점 개재물인 스피넬(MgAl₂O₄) 상의 석출을 방지하기 위해 용강의 혼탁 개재물 내 MgO 함량을 저감시켜야 하며, 이는 정련로 출강 시 용강의 출강온도(T)를 조절하여 MgO의 함량을 제어할 수 있다.

정련로 공정(AOD)은 탈탄기와 환원기로 분류될 수 있고, 탈탄기에서는 강종에 따라 다를 수 있으나 대략 2wt%의 탄소(C)를 0.05wt%까지 낮추는 조업을 하게 되며, 정련로 내화물은 돌로마이트(Dolomite, CaMg(CO₃)₂)를 사용하게 된다. 정련로 출강온도(T)가 높을 경우, 돌로마이트에 함유되어 있는 MgO 성분이 해리되어 용강 내 용존 마그네슘(Mg)을 상승시키게 된다. 이 상승된 용존 마그네슘(Mg)은 주조시까지 용강의 혼탁 개재물 내 MgO를 생성하는데 소모되어 주편의 개재물 내 MgO의 함량은 높아지게 된다.

도 5는 정련로 용강의 출강온도와 개재물 내 MgO의 함량 관계를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 주편 개재물 내 MgO 함량은 정련로 출강온도(T)가 높아질수록 상승하는 것을 알 수 있다. 고융점 개재물인 스피넬(MgAl₂O₄)의 석출을 방지하기 위해 개재물 내 MgO의 함량은 12wt% 이하로 제어되는 것이 바람직하며, 이를 위한 래들로의 용강 출강온도(T)는 1,650 내지 1,750℃의 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 개재물 내 MgO의 함량이 8wt% 이하로 제어되도록 출강온도(T)를 1,650 내지 1,720℃의 범위로 조절할 수 있다. 그러나, 스피넬(MgAl₂O₄)의 석출은 MgO뿐만 아니라 Al₂O₃의 함량에도 동시에 의존하게 되므로, 출강온도(T)는 반드시 임계적 의의를 가질 필요는 없으며, 상기 식 (1)을 만족하도록 염기도(B)와 함께 적절한 범위로 제어될 수 있다.

도 5로부터 도출되는 주편 개재물 내 MgO의 함량(wt%)과 출강온도(T)의 상관관계식은 하기 식 (4)와 같다.

(4) MgO = 0.138*T - 224.93

상기 정련로에서 출강 후, 래들 처리 공정(LT)에서는 정련로 슬래그를 1~3ton 잔류시켜 조제된 탑 슬래그(Top Slag) 조업을 적용하여 용강 내 개재물 수를 저감시킬 수 있다. 탑 슬래그 조업 적용 시 용강 내 혼탁 개재물들의 부상 분리를 통해 탑 슬래그로 개재물 흡수를 유도하여 혼탁 개재물을 저감 시키며, 스테인리스 제품 표면 품질을 개선시킬 수 있다.

도 6은 탑 슬래그(Top Slag) 적용 유무에 따른 주편의 단위면적당 개재물 수의 변화를 비교하여 나타낸다. 탑 슬래그 적용 시, 주편 단위면적당 개재물 수를 약 67%까지 저감할 수 있다.

또한, 탑 슬래그 조업을 위해 새롭게 슬래그를 제조하는 경우, 용강 온도를 떨어뜨릴 수 있어 정련로 슬래그를 유재하고 1~3ton 남겨 조업하는 것이 바람직하다. 슬래그가 1ton보다 적을 경우 개재물 흡수능이 떨어지고, 3ton이 넘을 경우 슬래그 내 황(S)이 다시 용강으로 픽업될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 스테인리스 강은 중량%로, Cr: 10~25%, Ni: 0~14%, Mo: 0~3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

스테인레스 용강을 정련로에서 실리콘(Si) 탈산 실시 후, 목표 염기도(Basicity) 범위 1.3~2.0 하에서 CaO를 투입하고, 투입된 CaO 함량을 기준으로 10~25% 범위하에서 형석(CaF₂)를 투입하였다. 정련로 공정(AOD) 내 환원기를 거친 용강의 출강온도(T)를 측정하고, 정련로 슬래그 성분을 분석하기 위해서 정련로 슬래그 샘플을 채취하였다. 정련로 출강 후, 탑 슬래그를 적용 또는 미적용하여 조업하였고, 이를 표 1에 나타내었다. 상기와 같이 탈산 및 성분 조정된 용강을 턴디쉬 공정 및 연속주조 공정을 거쳐 주편으로 제조하였다.

번호	Top Slag 유무	정련로 슬래그(AOD Slag)				슬래그 염기도	출강온도 (℃)	형석비 (%)	정련로 종점 황 (S) [ppm]	주편 개재물 수 (EA/mm2)	주편 개재물 조성 (평균)		스캡결함
		CaO [wt%]	SiO2 [wt%]	Al2O3 [wt%]	MgO [wt%]						Al2O3 [wt%]	MgO [wt%]
실시예 1	O	49.63	34.00	8.12	8.25	1.46	1711	13.6	71	83	24.92	11.00	X
실시예 2	O	53.84	35.19	4.22	6.75	1.53	1686	14	86	76	27.88	6.62	X
실시예 3	O	52.28	32.88	7.26	7.58	1.59	1688	12.4	61	81	29.03	7.71	X
실시예 4	O	50.59	34.18	6.87	8.36	1.48	1700	15.3	81	68	24.72	7.66	X
실시예 5	O	51.01	35.43	4.11	9.45	1.44	1674	13.3	74	101	22.76	7.01	X
실시예 6	O	50.03	34.50	8.22	7.25	1.45	1708	12.1	76	83	24.69	9.33	X
실시예 7	O	48.18	36.50	5.22	10.1	1.32	1676	8.7	88	68	26.73	5.95	X
실시예 8	O	49.62	36.48	4.68	9.22	1.36	1683	14.4	59	96	22.42	6.60	X
실시예 9	O	47.80	36.22	7.85	8.13	1.32	1718	15.3	92	71	27.10	11.85	X
실시예 10	O	49.15	37.52	5.65	7.68	1.31	1708	15.4	90	59	22.76	9.28	X
실시예 11	X	56.04	33.97	2.88	7.11	1.65	1712	18	75	169	23.8	11.22	X
비교예 1	O	48.18	36.50	5.22	10.1	1.32	1676	8.7	88	68	26.73	5.95	X
비교예 2	O	47.80	36.22	7.85	8.13	1.32	1718	15.3	92	71	27.10	11.85	X
비교예 3	O	49.15	37.52	5.65	7.68	1.31	1708	15.4	90	59	22.76	9.28	X
비교예 4	X	53.40	31.33	2.28	9.29	1.70	1709	25	42	186	33.17	10.06	O
비교예 5	X	47.05	28.45	2.46	15.96	1.65	1720	22	78	180	32.78	10.01	O
비교예 6	O	63.61	32.17	3.99	7.67	1.98	1681	23	22	72	52.61	6.51	O
비교예 7	O	60.75	31.95	6.39	7.60	1.90	1679	20	60	61	53.43	5.92	O
비교예 8	O	53.01	28.67	6.47	9.64	1.85	1713	23	60	64	43.56	9.04	O
비교예 9	O	52.81	28.26	7.60	9.04	1.87	1674	21	61	78	50.44	5.61	O
비교예 10	O	53.08	28.79	5.93	9.31	1.84	1692	20	42	60	49.64	7.09	O
비교예 11	O	54.65	28.15	6.73	8.86	1.94	1702	23	31	46	51.60	11.01	O
비교예 12	X	57.45	30.45	2.13	7.85	1.89	1718	19	33	321	53.26	9.25	O
비교예 13	X	53.75	29.85	2.05	10.95	1.80	1716	24	55	230	40.41	10.01	O
비교예 14	X	52.96	28.88	2.10	12.47	1.83	1710	20	36	242	49.62	8.58	O
비교예 15	X	52.45	28.65	2.48	13.31	1.83	1716	19	42	213	42.32	13.01	O
비교예 16	X	52.50	29.05	2.16	12.16	1.81	1706	22	50	198	46.71	10.79	O
비교예 17	X	52.45	29.15	2.21	12.40	1.80	1702	24	69	336	38.81	11.01	O
비교예 18	X	52.10	27.53	3.03	13.70	1.89	1714	21	52	206	50.46	13.76	O
비교예 19	X	53.97	30.67	1.96	10.33	1.76	1731	23	60	167	42.63	15.42	O
비교예 20	X	57.20	31.26	2.55	8.99	1.83	1729	20	42	320	35.8	10.98	O
비교예 21	O	56.52	31.40	2.95	9.13	1.8	1728	22	57	81	47.5	13.16	O
비교예 22	O	59.01	30.74	3.21	7.04	1.92	1728	18	49	86	56.7	14.46	O
비교예 23	O	54.21	30.67	2.57	9.74	1.77	1726	21	89	76	38.89	14.82	O

표 1은 정련로 슬래그 염기도, 출강온도, 탑 슬래그 적용에 따른 주편 개재물 내 MgO 및 Al₂O₃ 함량을 분석하기 위해, 주편 내 개재물 분석을 위한 시편을 채취하고 SEM-EDS을 통해 개재물 수와 조성을 분석하였고, 개재물 수와 MgO 및 Al₂O₃의 조성 평균 값을 나타내었다.

상기 표 1의 실시예 1 내지 11를 살펴보면, 슬래그의 염기도(B)가 1.3 내지 1.7의 범위를 만족하며, 출강온도(T)가 1,650 내지 1,720℃의 범위를 만족할 때 주편 개재물 내 Al₂O₃와 MgO의 총 함량이 40wt% 이하가 만족됨을 알 수 있었다. 또한, 출강온도(T)가 높아질수록 MgO의 함량이 증가하는 것을 알 수 있다.

다만, 상기 실시예 1 내지 11에서도 염기도(B)가 낮아짐에 따라 황(S)의 함량이 높아지는 것을 알 수 있으므로, Al₂O₃의 함량을 낮추기 위해 슬래그 염기도(B)를 1.35 이하로 조절하는 것은 바람직하지 않았다. 비교예 1 내지 3은 출강온도(T)를 만족하지만, 염기도(B)가 1.35 이하로 낮아 황(S)의 함량이 80ppm을 초과하게 됨을 보여준다.

실시예 11, 비교예 4 및 5, 비교예 12 내지 20은 래들 처리 공정(LT)에서 탑 슬래그를 적용하지 않고 조업하였다. 탑 슬래그 미적용으로 인해 주편의 단위면적당 개재물 수는 표 1에서 보듯이 대략 100개 이상으로 탑 슬래그 적용 주편보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 탑 슬래그를 적용하여 조업한 실시예 또는 비교예들과 비교할 때, 제조된 주편의 단위면적당 개재물 수가 2배 이상으로 증가한 것을 알 수 있었다.

비교예 6 내지 18은 용강 슬래그의 염기도(B)를 1.8 이상으로 하여 제조된 주편이다. 염기도(B)가 높아짐에 따라 주편 개재물 내 Al₂O₃의 함량이 매우 증가하여 Al₂O₃ 단독 함량만으로 38wt%를 초과하였다.

비교예 19 내지 23은 정련로 용강의 출강 시 출강온도(T)를 1,720℃ 이상으로 하여 제조된 주편이다. 출강온도(T)가 높아짐에 따라 주편 개재물 내 MgO의 함량이 13wt% 이상으로 증가하였고, 이러한 경우 Al₂O₃의 함량이 25wt% 이상만 되어도 고융점 개재물 스피넬(MgAl₂O₄)의 석출이 용이한 환경을 조성하게 된다.

도 7은 상기 표 1의 결과를 바탕으로 개재물 내 MgO + Al₂O₃ 함량에 따른 스캡 결함 발생 관계를 나타내었다. 도 7에 도시된 바와 같이, MgO + Al₂O₃ 값이 40wt%가 넘을 경우, 고융점 개재물 스피넬 (MgAl₂O₄)의 석출이 용이해져 제품에서 스캡 결함이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 스캡 결함을 저감시키기 위해서는 개재물 내 MgO + Al₂O₃ 값이 40wt% 이하가 되도록 제어되어야 한다.

도 8은 탑 슬래그를 적용하여 조업한 실시예 2 및 비교예 6 내지 8의 슬래그 염기도(B) 변화에 따른 주편 개재물 조성 분포를 나타낸다. 고염기도 조업이 실시된 비교예 6 내지 8의 주편 개재물 내 MgO + Al₂O₃값이 모두 40wt%를 넘어, 고융점 개재물 스피넬 석출 안정영역에 있는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 염기도를 1.58로 조절하여 조업한 실시예 2의 경우, 주편 내 모든 개재물들의 조성이 40wt%을 넘지 않아, 고융점 개재물 스피넬이 석출되지 않은 것을 확인할 수 있었다.

상기 표 1의 실시된 결과를 바탕으로 정련로 슬래그 염기도(B)에 따른 정련 공정(AOD)을 마친 용강 내 황(S) 함량과의 상관관계식인 식 (2)를 도출하고, 이를 도 3에 나타내었다.

상기 표 1의 실시된 결과를 바탕으로 정련로 슬래그 염기도(B)에 따른 주편 개재물 내 Al₂O₃ 함량과의 상관관계식인 식 (3)을 도출하고, 이를 도 4에 나타내었다.

상기 표 1의 실시된 결과를 바탕으로 용강의 출강온도(T)와 주편 개재물 내 MgO 함량과의 상관관계식인 식 (4)를 도출하고, 이를 도 5에 나타내었다.

상기 표 1의 실시된 결과를 바탕으로 주편 개재물 내 MgO 및 Al₂O₃ 함량의 합에 따른 스캡 결함 발생률의 상관관계식인 식 (1)을 도출하고, 이를 도 7에 나타내었다.

또한, 스테인리스 용강 제조시 Top Slag가 적용된 Charge(Ch.)들의 주편 개재물의 조성 변화를 3원계 상태도를 이용하여 비교하여 도 7에 나타내었다.

상술한 바에 있어서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 정련로 공정(AOD) 및 출강 후 래들 처리 공정(LT)을 포함하는 스테인리스 용강의 정련방법에 있어서,
   상기 정련방법에 의해 제조된 주편 내 개재물이 포함하는 Al₂O₃ 및 MgO의 함량(wt%)이 하기 식 (1) 내지 (3)을 만족하며,
   상기 정련로 공정(AOD)의 출강 시 상기 용강은 하기 식 (4)에 따른 황(S)의 함량이 80ppm 미만이며,
   상기 정련로에 투입된 CaO 함량을 기준으로 CaF₂를 5~15% 투입하여 상기 용강 슬래그의 염기도(B)를 조절하는 스테인리스 용강의 정련방법:
   (1) Al₂O₃ + MgO ≤ 40
   (2) Al₂O₃ = 55.86*B² - 135.94*B + 106.12
   (3) MgO = 0.138*T - 224.93
   (4) 145.82 - 49.75*B
   여기서, B는 CaO/SiO₂로 표시되는 용강 슬래그의 염기도이고, T는 정련로에서 래들로의 출강 시 용강의 출강온도(℃)이다.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 용강 슬래그의 염기도(B)는 1.75 이하인 스테인리스 용강의 정련방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 용강의 출강온도(T)는 1,650~1,720℃인 스테인리스 용강의 정련방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 래들 처리 공정(LT)은 상기 정련로 공정(AOD)의 슬래그를 1~3ton 잔류시켜 조제된 탑 슬래그(Top Slag)를 적용하여 조업하는 스테인리스 용강의 정련방법.
   

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