KR20000042047A - Tundish flux for producing purified steel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연속주조조업에서 턴디쉬내 용강중의 재산화방지와 용강중 비금속 개재물 흡수를 위해 사용되는 턴디쉬 플럭스에 관한 것으로, 상세하게는 산업용 폐기물로 버려지고 있는 제강공정의 슬래그를 활용한 턴디쉬 플럭스에 관한 것이다.The present invention relates to a tundish flux used for preventing the reoxidation of molten steel in the tundish and absorption of non-metallic inclusions in the molten steel in the continuous casting industry, and in particular, a tundish flux utilizing slag of the steelmaking process that is being discarded as industrial waste. It is about.
연속주조공정은 도 1에 그 일례가 도시된 바와 같이, 레이들(100)로부터 몰드(102) 사이에 턴디쉬(101)를 위치시키고, 용강을 주편으로 제조한다. 여기서, 턴디쉬(101)는 중간용기로서 기능을 수행하며, 그 상부에는 용강을 보호하기 위한 물질(104)이 덮여 있다. 강의 주조방식이 조괴작업(ingot casting)에서 연속주조(continuous casting)로 전환된 이후, 상당히 긴 시간동안 턴디쉬에서는 용강 보호를 위한 물질로 탄화왕겨를 이용하여 왔다. 왕겨는 대기에 의한 과다한 재산화를 방지하며, 대기의 차가운 공기로부터 용강을 보호하는 단순한 기능만을 수행하여 왔기에 플럭스라기 보다는 턴디쉬 보호재라는 이름으로 칭해져 왔다.In the continuous casting process, as shown in FIG. 1, the tundish 101 is placed between the ladle 100 and the mold 102, and molten steel is manufactured as a cast steel. Here, the tundish 101 serves as an intermediate container, and the upper portion of the tundish 101 is covered with a material 104 to protect the molten steel. Since the casting of steel has been switched from ingot casting to continuous casting, carbide chaff has been used as a material for protecting molten steel in tundish for quite a long time. Chaff has been termed a tundish protective material rather than a flux because it has only a simple function of preventing excessive reoxidation by the atmosphere and protecting molten steel from the cold air of the atmosphere.
왕겨의 주성분은 SiO2이며, 융점은 1600℃ 정도로 매우 높다. 따라서, 턴디쉬 용강온도(1540-1560℃)에는 고상으로 존재하고 있어, 대기중 산소로부터 용강을 보호함에 있어서는 적합하지 못한 물질임을 알 수 있다. 또한 탄소함량이 극히 낮은 극저탄소강의 주조시에는 탄화왕겨에 의한 C의 혼입(pick-up)을 우려하여 탄소함량을 보다 낮춘 회화왕겨를 사용하고 있는 실정이다.The main component of the rice husk is SiO 2 , and its melting point is about 1600 ° C. Therefore, it exists in the solid state at the tundish molten steel temperature (1540-1560 degreeC), and it turns out that it is not suitable for protecting molten steel from oxygen in air | atmosphere. In addition, in the case of casting of ultra low carbon steel having a very low carbon content, the present invention is using a painting chaff having a lower carbon content due to fear of pick-up of C by carbonized chaff.
최근 들어 청정강 제조에 대한 관심이 고조되면서, 단순한 단열특성과 재산화방지의 기능에서 나아가, 개재물 흡수능력까지 지닌 턴디쉬 플럭스의 개발이 요청되고 있다. 이러한 플럭스는 양호한 유동성과 적정한 CaO/Al2O3비율 및 CaO/SiO2비율을 갖는 물질이어야 한다.Recently, with increasing interest in the manufacture of clean steel, there is a demand for the development of tundish fluxes with the ability to absorb the inclusions, in addition to the functions of simple thermal insulation and property prevention. This flux should be a material with good flowability and an appropriate CaO / Al 2 O 3 ratio and CaO / SiO 2 ratio.
그러나 왕겨는 전술한 바와 같이 고융점이므로 부상하는 개재물을 흡수 및 제거할 수 있는 능력이 없다. 오히려, 왕겨는 용강을 오염시키는 바람직하지 못한 물질이다. 실제로 용강과 접하고 있는 분위기 중에서 FeO, MnO 및 SiO2등 저급산화물은 강중의 Al을 재산화시키는 작용을 하기 때문이다.However, chaff has a high melting point as described above, and thus does not have the ability to absorb and remove floating inclusions. Rather, chaff is an undesirable substance that contaminates molten steel. This is because lower oxides such as FeO, MnO, and SiO 2 act to reoxidize Al in the steel in an atmosphere in contact with molten steel.
왕겨가 갖는 이러한 문제점의 개선과 함께 고청정강을 제조해야 하는 현실에 당면하여, 여러 종류의 턴디쉬 플럭스가 개발되어 조업에 적용되고 있으며, 그 종류는 크게 (1)염기성 턴디쉬플럭스와 (2)폐기물재료를 활용한 턴디쉬플럭스로 구분할 수 있다.In the face of improving the problem of chaff and the need to manufacture high-purity steel, various kinds of tundish fluxes have been developed and applied to the operation. ) It can be divided into tundish flux using waste materials.
(1) 아래 표 2에는 현재 개발된 염기성 턴디쉬 플럭스를 열거한 것이다.(1) Table 2 below lists the currently developed basic tundish flux.
그러나, 표 2에 나와 있는 대부분의 턴디쉬 플럭스는 내화물 침식특성이 불량하거나, 개재물 흡수능이 낮거나, 값이 비쌈으로 인해, 실제 적용에 있어서는 상당한 문제점을 내포하고 있다.However, most of the tundish fluxes shown in Table 2 have significant problems in practical applications due to poor refractory erosion properties, low inclusion absorption, or high value.
(2)한편, 폐기물재료를 활용한 턴디쉬플럭스가 개발되어 현재 상용화되어 있다. 대표적인 예로는, 발전소 연돌에서 회수되는 재(Fly Ash)를 재활용한 턴디쉬 플럭스가 있다. 이 플럭스는 기존의 왕겨에 비해 저렴한 특징을 갖추고 있지만 이 역시 SiO2가 주요 조성으로, 고융점이며 알루미나 개재물에 대한 흡수능이 전혀 없는 플럭스이다.(2) Meanwhile, tundish fluxes using waste materials have been developed and are now commercially available. A typical example is a tundish flux that recycles fly ash recovered from power plant stacks. The flux is cheaper than conventional rice hulls, but again SiO 2 is the main composition, which has a high melting point and no absorption of alumina inclusions.
또 다른 예로, 제강공정에서 발생되는 PI(powder injection)슬래그를 활용한 턴디쉬 플럭스가 개발되었으나, 처리 및 취급 그리고 사용상에 많은 문제점을 가지고 있다. 이 플럭스는 PI 슬래그에 경소 돌로마이트를 첨가한 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 특정 슬래그만을 회수하는 것은 제강공정의 특정상 굉장히 번거롭고 까다로운 작업이 아닐 수 없다. 또한, 회수과정에서 발생된 산화된 미분철은 턴디쉬에 투입된 후 강을 재산화시키는 작용을 하는 것으로 드러났다. 또한, PI슬래그는 산업의 동향에 따라 주문이 변경되는 API재의 생산 변동에 의존하게 됨으로써 기초 소재의 공급형태가 불안정한 양상을 가지고 있다. 따라서, 제강공정에서 발생된 슬래그를 활용하기 위해서는 보다 편리한 회수방법과 회수시 혼입된 미분철의 감소방법 그리고 안정적인 물량 공급방안이 확보되어야만 한다.As another example, a tundish flux utilizing a PI (powder injection) slag generated in a steelmaking process has been developed, but there are many problems in processing, handling and use. This flux is characterized by the addition of light dolomite to the PI slag. However, recovering only specific slag is a very cumbersome and difficult task in the steelmaking process. In addition, the oxidized fine iron generated in the recovery process has been found to act to reoxidize the steel after being put into the tundish. In addition, PI slag relies on production fluctuations of API materials whose orders change according to industry trends, resulting in unstable supply of basic materials. Therefore, in order to utilize the slag generated in the steelmaking process, a more convenient recovery method, a method of reducing fine iron mixed in the recovery, and a stable supply method must be secured.
따라서, 본 발명은 현재 산업용 폐기물로 버려지고 있는 제강공정의 슬래그를 활용하여, 강중의 개재물 흡수능, 용강의 재산화 방지효과, 내화물 침식특성 등의 전반특성이 양호한 턴디쉬 플럭스 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a tungsten flux having good overall characteristics such as the ability to absorb inclusions in steel, preventing reoxidation of molten steel, and refractory erosion characteristics by utilizing the slag of the steelmaking process currently discarded as industrial waste. .
도 1은 연주공정의 레이들-턴디쉬-몰드를 나타내는 개략도1 is a schematic diagram showing a ladle-tundish-mold of a playing process
도 2는 발명재와 비교재의 특성을 평가한 그래프2 is a graph evaluating the characteristics of the invention and the comparative material
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 ... 레이들(Ladle) 101 ... 턴디쉬(Tundish)100 ... Ladle 101 ... Tundish
102 ... 몰드(Mold) 103 ... 침지노즐(Submerged Entry Mozzle)102 ... Mold 103 ... Submerged Entry Mozzle
104 ... 턴디쉬 플럭스(Tundish Flux)104 ... Tundish Flux
105 ... 롱 노즐105 ... long nozzle
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 턴디쉬플럭스는, 중량%로, 알루미늄드로스:7.5-12.5%, 탄소분:5-15%, 경소돌로마이트:5-10%, 왕겨:5-15% 및 나머지 제강슬래그로 조성된다.The tundish flux of the present invention for achieving the above object, in weight percent, aluminum dross: 7.5-12.5%, carbon content: 5-15%, light dolomite: 5-10%, chaff: 5-15% and the rest It is made of steel slag.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
최근 환경보호에 대한 관심이 고조되면서 철강재의 제조과정에서 발생되는 슬래그의 처리문제도 향후 해결해야 할 중요사안으로 떠오르고 있다. 특히, 제강공정에서 발생된 슬래그는 MgO 및 CaO 등 염기성 산화물의 함량이 높아서 매립용 골재 또는 시멘트 원료로도 부적합하다는 평가를 받고 있어 그 폐기 방안이 막연하다.Recently, with the growing interest in environmental protection, the treatment of slag generated in the manufacturing process of steel has emerged as an important issue to be solved in the future. In particular, the slag generated in the steelmaking process has a high content of basic oxides such as MgO and CaO, and is considered to be unsuitable for landfill aggregates or cement raw materials.
제강슬래그는 크게, 대부분을 차지하고 있는 전로 슬래그와 전체중 10% 미만인 레이들 슬래그로 나눌 수 있다. 표 1은 제강공정에서 발생되는 슬래그류에 대한 화학성분을 나타낸 것으로, 발생되는 슬래그의 평균조성은 40-42%의 CaO, 9-10%의 SiO2, 9-10%의 MgO, 4-6%의 Al2O3, 20%의 FeO + MnO 를 보이고 있다.Steel slag can be largely divided into converter slag, which accounts for the majority, and ladle slag, which is less than 10% of the total. Table 1 shows the chemical composition of the slag generated in the steelmaking process, the average composition of slag generated is 40-42% CaO, 9-10% SiO 2 , 9-10% MgO, 4-6 Al 2 O 3 , 20% FeO + MnO.
이러한 슬래그는 다량의 FeO와 MnO를 함유하고 있는 것 외에는 양질의 플럭스로서의 자질을 충분히 갖추고 있다. 본 발명은 이러한 (a)제강공정의 슬래그를 턴디쉬플럭스로 재활용하면서, 그 특성이 양호한 플럭스를 제공하기 위해, 여기에 (b)알루미늄드로스, (c)탄소분, (d)경소돌로마이트 및 (d)왕겨를 혼합한 복합조성의 턴디쉬 플럭스를 개발하였는데, 이를 다음이하에 세분하여 설명한다.Such slag has sufficient quality as a good flux except that it contains a large amount of FeO and MnO. The present invention provides (b) aluminum dross, (c) carbon powder, (d) light dolomite, and (a) to provide a flux having good characteristics while recycling the slag of the steelmaking process (a) as a tundish flux. d) We developed a composite tundish flux consisting of chaff, which is described in detail below.
(a)제강슬래그(a) Steel slag
제강슬래그는 위 표 2와 같이 양질의 플럭스로서의 자질을 가지고는 있으나, 20% 수준의 FeO와 MnO를 포함하고 있어 이 슬래그를 그대로 턴디쉬 플럭스로 활용하게 되면 300kg 당 60-70kg의 산소와 130-150kg의 Al2O3를 발생시키게 되어 턴디쉬내 용강을 재산화시키는 작용을 한다. 따라서, 이를 억제하기 위해서는 슬래그중 FeO와 MnO를 환원시킬 수 있는 물질을 첨가하는 것이 요구되며, 본 발명에서는 이를 위해 후술하는 성분들을 첨가한다. 제강슬래그의 첨가량은 이들 성분의 상대적인 양으로 정해진다.Steel slag has high quality flux as shown in Table 2, but it contains 20% FeO and MnO. When slag is used as a tundish flux, 60-70kg of oxygen and 130- It generates 150kg of Al 2 O 3 , which acts to reoxidize molten steel in tundish. Therefore, in order to suppress this, it is required to add a substance capable of reducing FeO and MnO in the slag, and the present invention adds the components described below for this purpose. The amount of steelmaking slag added is determined by the relative amounts of these components.
(b)알루미늄드로스(b) aluminum dross
알루미늄드로스는 대략 50% 금속알루미늄이 함유되어 있어 제강슬래그의 산화철과 산화망간에 대한 환원제로 활용될 수 있다. 그러나, 제강슬래그중 FeO와 MnO를 전부 환원시키기 위해서는 15-25%의 알루미늄드로스를 첨가하는 것이 바람직하다.Aluminum dross contains approximately 50% metal aluminum and can be used as a reducing agent for iron oxide and manganese oxide in steelmaking slag. However, in order to reduce all FeO and MnO in steelmaking slag, it is preferable to add 15-25% of aluminum dross.
(c)탄소분(c) carbon powder
제강슬래그에 알루미늄드로스만 첨가하게 되면, 플럭스조성은 고온에서 알루미늄산화에 의해 투입직후 순시간에 40-60%의 알루미나를 함유한 슬래그 조성으로 변화하게 되어 개재물흡수능을 상실하게 된다. 본 발명에서는 이를 억제하기 탄소분을 5-15%첨가한다. 그 이유는 탄소분이 15%이상 첨가되면 강중으로 혼입되는 탄소의 양이 많아지는 문제가 있으며, 5%미만에서는 FeO, MnO등 저급산화물 감소에 거의 효과가 없기 때문이다.When only aluminum dross is added to the steelmaking slag, the flux composition is changed to a slag composition containing 40-60% of alumina immediately after the injection by aluminum oxidation at a high temperature, and thus the inclusion absorbing ability is lost. In the present invention, 5-15% carbon content is added to suppress this. The reason is that when the carbon content is added more than 15%, the amount of carbon mixed into the steel increases, and less than 5% has little effect on reducing lower oxides such as FeO and MnO.
이와 같이 턴디쉬플럭스를 조성하게 되면 슬래그 조성을 35-50%의 CaO, 25-40%의 Al2O3, 5-7%의 MgO, 4-6%의 SiO2, 3%미만의 (FeO +MnO) 조성으로 유도할 수 있어 개재물흡수능과 재산화억제 차원은 만족하게 되나 침식능측면에서는 부족하다.In this way, the composition of the tungsten flux is composed of 35-50% CaO, 25-40% Al 2 O 3 , 5-7% MgO, 4-6% SiO 2 , less than 3% (FeO + It can be derived from MnO) composition, so it is satisfactory to absorb inclusions and to suppress reoxidation, but it is insufficient in terms of erosion ability.
이를 보완하기 위해 (d)경소돌로마이트와 (e)왕겨를 첨가하여 SiO2및 MgO 성분을 증가시키는 것이 효과적이다.To compensate for this, it is effective to increase SiO 2 and MgO components by adding (d) small dolomite and (e) chaff.
(d)경소돌로마이트는 5-10% 첨가하는 것이 바람직한데, 이는 5%미만 첨가되는 경우 슬래그중 MgO 상승효과가 작으며, 10%이상 첨가시에는 슬래그 융점을 높여 조성의 부적정화를 초래할 뿐 아니라 원가상승에 미치는 영향이 크기 때문이다. 이러한 경소돌로마이트는 C 함량이 1% 이하가 되도록 CO2를 사전에 충분히 분해시킨 광석을 이용하는 것이 바람직하다. 만일, 경소돌로마이트중 C 함량이 이 범위를 초과하면 CaCO3또는 MgCO3의 분해시 발생되는 CO2가 강을 재산화시킬 염려가 있기 때문이다.(d) It is preferable to add 5-10% of small dolomite, which is less than 5% of MgO synergistic effect in the slag, when the addition of more than 10% increases the melting point of the slag, resulting in inadequate composition This is because the impact on cost increases is huge. It is preferable to use ore from which CO 2 is sufficiently decomposed in advance so that the small borodolite has a C content of 1% or less. If the C content in the light dolomite exceeds this range, the CO 2 generated during the decomposition of CaCO 3 or MgCO 3 may cause the steel to be reoxidized.
(e)왕겨는 내침식성 향상과 함께 부피를 증가시켜 단열성을 보여하는 측면에서 의미가 크다. 이러한 측면에서 왕겨는 5-15%첨가하는 것이 바람직한데, 이는 5%미만 첨가하는 경우 SiO2함량증가에 미치는 영향이 작고 15%이상 첨가하는 경우 강중의 SiO2함량의 과다한 증가를 초래하여 개재물 흡수능을 감소시킬 뿐 아니라 플럭스 제조원가를 상승시킨다.(e) Chaff is significant in terms of showing insulation by increasing its volume and improving its corrosion resistance. In this regard, it is desirable to add 5-15% of rice hull, which has a small effect on the increase of SiO 2 content when it is less than 5% and an excessive increase of SiO 2 content in steel when more than 15% is added. In addition to reducing the cost, the flux manufacturing cost is increased.
이러한 본 발명의 플럭스 성분들의 입도는 반응성을 고려할 때 20mm 이하가 바람직하다. 한편, 이상과 같이 조성되는 본 발명의 턴디쉬플럭스의 특징을 예를 들어 설명하면, 염기도는 약 4, (CaO/Al2O3)는 약 1.6, (FeO + MnO) 함량은 약 2% 미만, MgO와 SiO2함량은 약 10-12%, 그리고 플럭스 융점은 약 1395℃로 매우 우수한 플럭스임이 확인되었다.The particle size of the flux components of the present invention is preferably 20 mm or less in consideration of reactivity. On the other hand, when explaining the characteristics of the tundish flux of the present invention as described above, for example, the basicity is about 4, (CaO / Al 2 O 3 ) is about 1.6, (FeO + MnO) content is less than about 2% The MgO and SiO 2 contents were about 10-12%, and the flux melting point was about 1395 ° C.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[실시예]EXAMPLE
기존의 턴디쉬플럭스와 본 발명의 턴디쉬플럭스에 대한 물성을 평가하고 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 본 발명의 플럭스는 입도 20mm이하로, 그 성분은 알루미늄드로스:10중량%, 탄소분:7중량%, 경소돌로마이트:7중량%, 왕겨:7중량% 및 나머지 제강슬래그로 배합한 것을 이용하였다.The properties of the conventional tundish flux and the tundish flux of the present invention were evaluated and the results are shown in Table 1 below. The flux of the present invention was 20 mm or less in particle size, and the components thereof were blended with aluminum dross: 10 wt%, carbon content: 7 wt%, light dolomite: 7 wt%, rice husk: 7 wt%, and the remaining steel slag.
표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 턴디쉬 플러스는 강의 청정도측면에서 종래의 왕겨플럭스 보다 크게 향상되었으며, 또한, 용강의 재산화도 발생하지 않았고 내화물 침식도 경미하였다. 무엇보다 두드러진 것은 턴디쉬 플럭스의 가격을 종래 대비 1/5 수준으로 대폭 절감하게 되었다. 한편, 본 발명의 플럭스특성을 도 2에 종래재와 대비하여 나타내었는데, 여기서 플럭스C-L은 표 2에 기재된 플럭스이다.As shown in Table 3, the tundish plus of the present invention was greatly improved than the conventional chaff flux in terms of cleanliness of the steel, and also no reoxidation of molten steel occurred and mild refractory erosion. Most notably, the price of tundish fluxes has been significantly reduced by one-fifth. On the other hand, the flux characteristics of the present invention are shown in FIG. 2 as compared with the conventional materials, where flux C-L is the flux described in Table 2.
상술한 바와 같이, 본 발명은 산업용 폐기물로 버려지고 있는 제강공정의 슬래그를 활용하여, 강중의 개재물 흡수능, 용강의 재산화 방지효과, 내화물 침식특성 등의 전반특성이 양호한 턴디쉬 플럭스 제공하는 유용한 효과가 있다.As described above, the present invention utilizes the slag of the steelmaking process, which is discarded as industrial waste, and has a useful effect of providing a tundish flux having good overall characteristics such as absorption of inclusions in the steel, prevention of reoxidation of molten steel, and refractory erosion characteristics. There is.
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