KR19980075703A - 미니밀 연속주조용 알루미늄 탈산강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로-로외 정련법에 의해 준비된 열연 및 냉연용 알루미늄 킬드강에 관한 것으로 특히, [Si] 농도간 낮고 연주주편내 비금속 개재물의 양이 적은 미니밀 연속주조용 알루미늄 탈산강의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 전기로에 의해 제조된 용강을 레이들로 출강할 때 레이들내의 슬래그중에 존재하는 T.Fe+MnO의 함량이 15중량% 이상이 되도록 조절하면서 출강하며, 출강완료후에는 슬래그의 양이 용강톤당 12kg 이하가 되도록 슬래그를 제거하는 제1공정과, 상기 제1공정에 의해 슬래그가 제거된 용강을 알루미늄 탈산에 의해 용강중 용해산소가 0.5-5ppm이 되게 조절함과 동시에 슬래그중 산화칼슘/산화규소/산화알루미늄의 중량%값이 0.25∼0.45이고, T.Fe+MnO의 함량이 5중량% 이하가 되도록 슬래그 성분을 조절하는 제2공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미니밀 연속주조용 알루미늄 탈산강의 제조방법이다.

Description

미니밀 연속주조용 알루미늄 탈산강의 제조방법

본 발명은 전기로-로외 정련법에 의해 준비된 열연 및 냉연용 알루미늄 킬드강에 관한 것으로 특히, [Si] 농도가 낮고 연주주편내 비금속 개재물의 양이 적은 미니밀 연속주조용 알루미늄 탈산강의 제조방법에 관한 것이다.

현대 대량 생산 체제하에서의 강재의 제조는 일단 용융 상태의 용강을 제조한 다음 일정 형상으로 주조하여 응고시킨 뒤 압연 등의 가공 공정을 거쳐 제조하고 있다. 용융 상태의 용강을 제조하는 방법으로는 크게 용광로-전로법과 전기로법으로 대별된다. 용광로-전로법은 1차로 용광로내에서 철광석을 원료로 하여 선철을 제조한 뒤 전로에서 2차 처리하여 용강을 제조하는 방법으로서 비교적 경제적이므로 오늘날 가장 보편적으로 이용되고 있다. 이에 반해 전기로법에서는 고철을 용해하여 용강을 제조하고 있으므로 제품의 가격과 고철 원료의 수급 등 시황에 민감하고 원가도 높아 적용에 제한을 받아 왔다. 전로와 전기로에서 제조된 용강은 레이들(Ladle)이라는 용강 보관 용기에 출탕되어 후속되는 주조공정에 적합하도록 처리되고 있다. 용강의 주조는 조괴법과 연속주조법이 이용되고 있는데 조괴법은 제품의 품질 특성은 좋으나, 생산성, 실수율 및 에너지의 경제성이 낮은 단점이 있기 때문에 일부 특수강 및 고급강에 한정적으로 적용되고 있다. 반면에 연속주조법은 조괴법의 단점을 해결하고 또한 제품의 품질이 균일하도록 제어할 수 있는 장점이 있어 오늘날 널리 이용되고 있다.

표면 성상과 품질이 양호한 냉연 강판 소재로는 림드강(Rimmed steel), 캡트강(Capped steel) 및 알루미늄 킬드강(Al-killed steel)이 주로 사용되고 있다.

림드강 및 캡트강은 주조시 핀홀(Pin hole)과 같은 결함을 일으키고 응고층의 성장이 불안정하여 연속주조법으로는 제조하기가 곤란하다. 따라서, 연속주조법에 의해 생산되는 열연 및 냉연 강판은 알루미늄 킬드강이어야 한다. 알루미늄 킬드강에서는 강중에 실리콘([Si])이 함유되어 있으면 가공성과 도금성이 매우 불량하게 되고 제품용도에서 큰 제한이 되므로 통상 [Si]는 0.03% 이하가 되도록 엄격하게 관리하고 있다. 강중에 혼입되는 [Si]은 전기로에서 용강을 제조할 때 생성되어 레이들에 유입되는 전기로 슬래그로부터 기인되므로 전기로에서 출강시 슬래그가 혼입되는 것을 감지하고 혼입되지 않도록 하는 각종 방법과 장치가 고안되고 실용화되고 있다. 레이들 내에 전기로 슬래그가 혼입되는 것은 자연 현상인 용강의 와류(Vortex)에 슬래그가 섞여 나오는 현상이므로 슬래그의 유입을 막으면 필연적으로 전기로에서 출강되는 용강의 실수율이 낮아지게 되는 문제가 있다.

본 발명은 연속주조에 의해 생산되는 냉연용 알루미늄 킬드강을 제조하는데 있어서 [Si]의 혼입을 막을 수 있는 방법을 제공함으로써 상기 문제점을 해결하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 강중 실리콘 농도와 레이들 슬래그양과의 관계를 나타낸 그래프.

도 2는 강중 실리콘 농도와 레이들 슬래그중 T.Fe+MnO의 관계를 나타낸 그래프.

도 3은 슬래그중 산화칼슘/산화규소/산화알루미늄의 중량%비와 강중 산소 농도와의 관계를 나타낸 그래프.

도 4는 슬래그중 산화철과 산화망간의 합이 강중 산소 농도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 전기로에서 출강시에 레이들에 혼입된 슬래그(Slag)중에 존재하는 T.Fe+MnO의 함량을 15중량% 이상이 되도록 조절하여 출강하며 출강 완료후 슬래그를 용강톤당 12kg 이하가 되도록 제거하는 것을 특징으로 하는 제1공정과, 출강 완료 및 슬래그 제거후 용강을 알루미늄으로 탈산하여 강중 용해 산소를 0.5-5ppm으로 조절함과 동시에 용강처리용 슬래그를 형성시킬 목적으로 매용제를 투입하되 형성되는 슬래그중 산화칼슘/산화규소/산화알루미늄의 중량%의 비 즉((%CaO)/(%SiO₂)/(%Al₂O))의 값이 0.25-0.45, T.Fe+MnO를 5중량% 이하가 되도록 조절하면서 강버블링(Strong bubbling)하여 레이들 슬래그를 형성시킨 뒤 용강을 승온하여 온도를 조절하는 제2공정으로 구성된다.

본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

통상 제조되고 있는 알루미늄 킬드강에는 용강의 탈산 특성과 강의 기계적 성질을 향상시킬 목적으로 제품중 알루미늄 농도가 0.01-0.07중량%가 될 수 있는 양만큼의 알루미늄을 첨가한다. 용강에 알루미늄을 첨가하면 산화물이 생성되는데 생성된 산화물은 90-95%가 슬래그층으로 분리 제거되지만 강중에 잔존하게 되는 산화물은 비금속 개재물로 되어 후속 공정이나 제품의 사용시 각종 결함을 유발하거나 강의 기계적 성질을 저하시키므로 잔류 산화물량을 극력 낮추도록 노력하고 있다. 따라서 산화물계 비금속 개재물의 흡수능력이 큰 슬래그로써 용강을 처리해야 한다.

산화물계 비금속 개재물의 흡수능력이 큰 슬래그에 대해서는 많은 보고와 특허 등이 발표되어 있는데, 어느 경우를 보더라도 환원성 분위기의 유지가 가능하도록 산화도가 낮아야 하는 것으로 알려져 있다. 그런데 슬래그의 산화도는 산화철(FeO, Fe₂O₃등), 산화망간(MnO 등)과 같은 저급 산화물의 양이 많을수록 높아지므로 산화물계 개재물의 저감을 위해서는 용강과 접촉하고 있는 슬래그 중에 포함되어 있는 이들 저급 산화물의 농도를 감소시켜야만 한다.

전기로에서 용해 및 정련시에는 산화성 분위기가 유지되는 것이 일반적이기 때문에 전기로에서 만들어지는 슬래그 역시 강산화성으로 되어 FeO, MnO 저급 산화물의 양이 30-60중량% 정도로 많고 따라서 강중 비금속 개재물의 흡수능을 저하시키므로 레이들내의 유입을 극력 억제하거나 별도의 처리를 통하여 유입된 슬래그의 유해성을 저감시켜야 한다.

이와 같은 목적으로 가장 널리 사용되고 있는 방법은 알루미늄 등을 함유하고 있는 슬래그 탈산제를 투입하여 저급 산화물을 저감시키는 방법으로써 현재 수종의 특허가 출원 또는 등록되어 있다(예:대한민국특허 들록번호 56122호, 60757호 및 출원번호 1992년 제10826호). 상기 특허들을 보면 용강중 비금속 개재물을 줄이고 청정도를 향상시킬 목적으로 레이들 슬래그중 T.Fe+MnO 농도가 1.5-3중량% 이하가 되도록 조절하고 있다.

그러나, 이와 같이 레이들 슬래그중 T.Fe+MnO 농도를 낮게 유지하면 강중 [Si] 농도가 증가하게 되어 [Si] 농도를 알루미늄 킬드강에서 억제하는 농도 즉 0.03중량% 이하로 억제할 수 없다. 이것은 레이들 슬래그를 구성하는 한 항목인 전기로 슬래그 중에는 산화규소가 상당량 포함되어 있는데 출강시에 레이들에 유입된 전기로 슬래그는 주편의 결함인 핀홀(pin hole)이나 블로우 홀(blow hole) 또는 연속주조시 브레이크 아웃(break-out) 등 문제를 방지하기 위해 필수적으로 진행되는 탈산 작업시에 슬래그중 산화규소가 Si로 환원되어 용강중으로 혼입되기 때문이다. [Si] 혼입을 막기 위해 그 근원이 되는 전기로 슬래그의 유입이 없도록 하는 것은 이론적으로 가능하지만 전술한 바와 같이 출강실수율이 저하되기 때문에 실제에 있어서는 상업성과 경제성을 감안하여 작업할 수 밖에 없다.

전기로 슬래그의 레이들내 유입량은 작업 방법에 따라 달라지지만 통상 용강톤당 20-90kg 정도이다. 전기로 슬래그의 유입량이 증가할수록 유입된 전기로 슬래그로부터 [Si]이 용강중으로 혼입되는 정도가 증가된다. 도 1에는 전기로 슬래그의 유입량에 따른 강종 [Si] 농도를 나타낸 것으로 이와 같은 사실을 잘 보여주고 있다. 특히, 도 1로부터 보면 슬래그의 유입량이 용강톤당 12kg을 초과하면, 강중 [Si]는 급격히 증가하며, 알루미늄 탈산강의 상한 허용값인 0.03%를 초과하게 된다. 한편, 강중 [Si] 농도는 전기로 슬래그의 유입량 뿐만 아니라 출강후 레이들 슬래그중의 T.Fe+MnO 농도에 따라 달라진다. 즉 도 2에 보인 바와 같이 강중 [Si]는 레이들 슬래그중의 T.Fe+MnO 농도가 감소되도록 증가하는 경향이 있는데 레이들 슬래그중의 T.Fe+MnO 농도가 15중량% 이하가 되면 급격히 증가하고 그 농도 역시 알루미늄 탈산강의 상한 허용값인 0.03%를 초과하게 된다. 따라서 본 발명의 제1공정에서는 도 1 및 도 2에 보인 결과로부터 얻어진 결과에 기초하여, 출강후 레이들 슬래그중 T.Fe+MnO 농도가 15중량% 이상이 되도록 조절하였고, 전기로 슬래그가 과량으로 유입되면 후속 처리전에 제거하여 그 양을 용강톤당 12kg 이하로 유지한 것이다.

제1공정과 같이 처리된 용강은 LF(Ladle Furnace)라고 불리는 로외정련로에서 처리하게 된다. 로외정련로에서 처리하는 목적은 크게 두가지로서 (1) 용강의 가열 (2) 정련을 통한 탈산, 탈황 및 비금속 개재물의 제거로 요약된다. 이 두가지 목적을 달성하는데에는 레이들 슬래그의 조성을 적정한 범위로 제어하는 것이 무엇보다도 중요하다. 전기로를 이용한 용강의 제조시 레이들 슬래그는 산화칼슘, 산화규소, 산화알루미늄이 주성분이다. 이 슬래그 조성에서 용강의 정련에 효과적인 슬래그 조건을 알아보기 위해 전기로에서 회수된 슬래그와 고주파 유도로를 이용하여 1600℃에서 실험을 실시하였다. 도 3은 이와 같이 조제된 슬래그중 산화칼슘/산화규소/산화알루미늄의 중량%의 비 즉 ((%CaO)/(%SiO₂)/(%Al₂O₃))의 값이 변화됨에 따른 강중 전산소 농도(T.[O])의 변화를 보여주는 그림으로 이 값이 0.025 이하 또는 0.045 이상에서는 T.[O]값이 높은 것을 보여주고 있다. 강중에 존재하는 산소는 존재 형태에 따라 원자 상태로 용해된 용존 산소와 산화물과 결합된 개재물상의 산소로 구분된다. 알루미늄 탈산강에서는 용존 산소는 수 ppm 이하이며 작업조건에 따라 별로 변하지 않으므로 강중 전산소 농도가 높다는 것은 산화물상의 산소 즉 개재물의 양이 많아서, 강의 청정도가 낮고 결함 발생율이 높다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에서는 슬래그중(산화칼슘/산화규소/산화알루미늄)의 중량% 비율을 0.025-0.045로 유지하여 고청정강을 제조할 수 있도록 하였다.

강중 전산소 농도는 위에서 설명한 레이들 슬래그중 산화칼슘/산화규소/산화알루미늄의 중량%의 비외에도 슬래그중 (T.Fe+MnO)에 따라 달라진다. 도 4는 슬래그중 (T.Fe+MnO)와 강중 산소 농도와의 관계를 보인 것으로 (T.Fe+MnO)값이 적어질 수 있도록 T.[O]가 감소되어 5중량% 이하가 되면 최저치를 보이게 된다.

강중 산소 농도가 높다는 것은 강의 청정도가 좋지 않다는 것 즉 비금속 개재물의 양이 많아서 강의 품질이 저하된다는 의미와 같다. 따라서 본 발명에서는 (T.Fe+MnO)를 5중량% 이하로 한정하였다. 이상에서 본 발명의 제2공정에서 슬래그를 산화칼슘/산화규소/산화알루미늄의 중량%의 비 즉 ((%CaO)/(%SiO₂)/(%Al₂O₃))의 값이 0.025-0.45, (T.Fe+MnO)가 5중량% 이하로 한정한 이유를 설명하였다.

한편, 전기로에서 제조되는 용강중에는 산소 농도가 조건에 따라 500-2000ppm 정도 함유되어 있다. 강중 용존 산소 농도가 약 10ppm 이상인 용강이 응고되면 핀홀(pin hole)이나 블로우 홀(blow hole) 등 결함을 일으키거나, 후속 공정인 연속주조시 브레이크 아웃(Break-out) 등 문제를 야기한다. 뿐만 아니라, 강중 용존 산소 농도가 높으면 다음 공정에서 투입하는 칼슘의 실수율이 저하된다. 따라서 용존 산소 농도를 5ppm 이하로 억제하는 것이 좋다. 그러나, 강중 용존 산소 농도가 너무 낮으면 소비되는 탈산제의 양이 증가되어 원가 상승 요인이 되므로 0.1ppm 이하는 바람직하지 않다.

이상에서 설명한 제2공정과 같이 처리된 용강은 LF에서 승온후 연속주조공정으로 보내어진다.

본 방법에 의하여 전기로 슬래그로부터 Si의 혼입을 방지할 수 있으므로 용강중 [Si]의 농도를 0.03중량% 이하로 억제하면서 강중 비금속 개재물을 줄이고 청정도가 향상된 알루미늄 탈산강의 제조가 가능하다.

Claims (1)

1. 전기로에 의해 제조된 용강을 레이들로 출강할 때 레이들내의 슬래그중에 존재하는 T.Fe+MnO의 함량이 15중량% 이상이 되도록 조절하면서 출강하며, 출강완료 후에는 슬래그의 양이 용강톤당 12kg 이하가 되도록 슬래그를 제거하는 제1공정과,

   상기 제1공정에 의해 슬래그가 제거된 용강을 알루미늄 탈산에 의해 용강중 용해산소가 0.5-5ppm이 되게 조절함과 동시에 슬래그중 산화칼슘/산화규소/산화알루미늄의 중량%값이 0.25∼0.45이고, T.Fe+MnO의 함량이 5중량% 이하가 되도록 슬래그 성분을 조절하는 제2공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미니밀 연속주조용 알루미늄 탈산강의 제조방법.