KR20020057596A - 용강의 탈산공정에 사용되는 알루미늄-망간계 탈산제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정의 용강 탈산공정에 사용되는 탈산제에 관한 것으로, 본 발명은 알루미늄 용탕에 페로망간 또는 망간금속을 입자상태로 첨가하여 주조하고 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속을 입도범위 1-10mm 것을 사용하며, 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 및 망간금속의 첨가비는 알루미늄 용탕에 대하여 20 - 70wt%으로 하고, 알루미늄 용탕에 페로망간을 첨가할 경우에는 페로망간 중에 망간의 함유량이 50wt% 이상인 것을 사용하여 제조된 알루미늄-망간계 탈산제를 제공한다.

Description

용강의 탈산공정에 사용되는 알루미늄-망간계 탈산제{Aluminum-Manganese Deoxidizer Using for Deoxidation Process of Hot-Metal}

본 발명은 제강공정의 용강 탈산용으로 사용되는 탈산제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄에 망간합금을 첨가한 알루미늄-망간계 탈산제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강조업 중에 있는 용강은 탈탄작업 및 산소를 함유하고 있는 가스 또는 슬래그와 접촉하여 일정량의 산소가 불가피하게 용해된다. 이와 같이 용강 중에 용존산소가 존재하게 되면 이들 용존산소는 용강의 응고과정에서 기포 또는 산화물을 생성하여 제품의 품질을 떨어뜨리는 원인으로 작용하고 있다. 따라서 제강공정에서는 용존산소의 양을 일정량 이하로 감소시키는 탈산작업이 필요하다.

제강공정에서는 이러한 탈산작업을 위하여 산소와의 친화력이 뛰어난 금속을 첨가하며, 이러한 금속 탈산제로는 알루미늄이 주로 사용되고 있다. 용강중에 투입된 알루미늄은 용강중의 산소와 반응하여 알루미나(Al₂O₃) 피막층을 형성할 수도 있지만 알루미나 생성을 위한 자유에너지 값이 매우 낮기 때문에 탈산효과가 뛰어나며 용강중의 다른 산화물들을 쉽게 환원시킬 수 있다.

그러나 알루미늄은, 아래 표 1에서 알 수 있듯이, 용강 및 슬래그의 비중보다 비중이 낮기 때문에 용강에 투입된 알루미늄은 용강 중에서 완전히 용해되기 이전에 슬래그층 또는 용강표면으로 부상한다는 단점이 있다. 또한 투입된 알루미늄은 용강표면에 형성된 용강의 응고피막 때문에 용강과 직접 접촉하기도 전에 용강표면으로 부상할 수도 있고, 슬래그층에 용해되어 대기중의 산소와 반응하여 쉽게 산화될 수도 있다.

구 분	Al	용강	슬래그	Fe	Mn	Fe-Mn
비중(g/㎤)	2.7	6.9	3.0~3.5	7.8	7.4	7.4-7.6

실제 조업 중에 용강이 담긴 래이들에 알루미늄을 첨가하여 탈산할 경우 그 탈산율은 30-50%에 지나지 않는 것으로 보고되고 있다.

이와 같이 알루미늄을 탈산제로 사용할 경우 투입된 알루미늄의 손실율이 높고 알루미늄에 의한 탈산 생성물인 알루미나가 많이 생성되어 용강의 정련조업에 많은 지장을 초래하고 있다.

이러한 알루미늄 탈산제의 문제점을 개선한 것 중에 하나가 페로-알루미늄 (ferro-aluminium)이다. 페로-알루미늄은 비중이 알루미늄보다 높기 때문에 용강중으로 침투가 용이하다는 장점이 있다.

그러나 페로-알루니늄 합금을 제조하기 위해서는 1200℃가 넘는 고온에서 용융하여 제조하여야 함으로 제조 원가가 높다는 단점이 있다. 또한 페로-알루니늄 합금은 합금중에 포함된 철의 냉각능이 크기 때문에 이러한 합금을 용강에 투입할경우 용강의 열손실을 유발하게되고, 합금제조시 첨가되는 철에 의하여 불순물 원소가 유입되어 용강 자체를 오염시키는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 제조비용이 저렴하면서도 비중이 높고 탈산효과가 뛰어난 망간 또는 페로망간이 첨가되어 용강의 탈산에 사용되는 알루니늄-망간계 탈산제와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용강의 탈산공정에 사용되는 탈산제에 있어서, 알루미늄 용탕에 페로망간 또는 망간금속을 입자상태로 첨가하여 주조한 알루미늄-망간계 탈산제를 제공한다.

본 발명에 의하여 제조된 알루미늄-망간계 탈산제는 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속을 입도범위 1-10mm 것을 사용하고, 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 및 망간금속의 첨가비는 알루미늄 용탕에 대하여 20 - 70wt%으로 한다. 그리고 알루미늄 용탕에 페로망간을 첨가할 경우에는 페로망간 중에 망간의 함유량이 50wt% 이상인 것을 사용한다.

이와 같이 제조된 본 발명의 알루미늄-망간계 탈산제는 그 비중이 3.5 - 6 g/㎤ 범위내에 있다.

이하 본 발명에 의한 망간 또는 페로망간이 첨가된 알루미늄-망간계 탈산제와 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 알루미늄-망간계 탈산제는 용융 알루미늄에 페로망간 또는망간금속을 20 - 70 wt%로 첨가한 다음 일정한 형태로 응고시킨 것이다. 이때 첨가되는 페로망간 또는 망간금속의 입자크기는 1 - 10mm 범위이다.

페로망간 또는 망간금속을 알루미늄 용탕에 대하여 20wt% 이하로 첨가하는 경우에는 제조된 탈산제의 비중이 3.5 g/㎤ 이하로 되어 이러한 조성을 갖는 탈산제를 용강에 투입할 경우 슬래그의 비중보다 낮아 용강으로 침투가 잘 되지 않아 투입된 알루미늄의 실수율이 낮게 된다. 그리고 페로망간 또는 망간금속을 알루미늄 용탕에 대하여 70wt% 이상 첨가하는 경우에는 투입된 알루미늄의 실수율은 좋으나 알루미늄의 함량이 너무 낮아 탈산제의 투입량이 많아지게 된다. 따라서 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속의 첨가량은 알루미늄에 대하여 20-70 wt%가 바람직하다.

알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속은 응고후 각 탈산제간의 성분편차가 적어야 한다. 각 탈산제간의 성분편차를 최소화하기 위하여 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속은 일정한 크기의 입자상태로 첨가하는 것이 바람직하다. 이와 같이 입자상태의 페로망간 또는 망간금속을 알루미늄 용탕내에 첨가하게 되면 첨가된 입자들은 용탕내에 균일하게 분포하게 된다.

페로망간 또는 망간금속의 용융점은 각각 1300 -1400℃와 약 1240℃이고 알루미늄의 용융점은 660℃이므로 알루미늄 용탕에 첨가된 페로망간 또는 망간 금속은 알루미늄 용탕에 용융되지 않고 고체상태로 용탕내에 존재하며 알루미늄 용탕 자체의 대류현상에 의하여 용탕내에 균일하게 분포하게 된다.

그러나 알루미늄의 용탕에 첨가하는 첨가금속의 입자크기가 1mm이하일 경우에는 첨가금속과 알루미늄 용탕과의 비중차이 보다는 첨가금속과 알루미늄 용탕간에 형성되는 계면장력에 더 큰 영향을 받기 때문에 첨가금속들이 침강하지 않고 알루미늄 용탕 표면에 부유하게 되어 불균일하게 분포하게 된다.

그리고 알루미늄의 용탕에 첨가하는 첨가금속의 입자 크기가 10mm이상일 경우에는 첨가금속과 용탕간에 형성되는 계면장력 보다는 첨가금속과 알루미늄 용탕과 비중차이 더 큰 영향을 받게 되어 이러한 비중차이에 의하여 첨가금속은 알루미늄 용탕 내부로 가라앉게 되어 불균일하게 분포하게 된다.

따라서 첨가되는 페로망간 또는 망간금속의 입자 크기는 1 - 10mm 정도가 바람직하며, 이러한 범위내의 첨가금속 입자들은 알루미늄 용탕내에 균일하게 분포하게 된다.

본 발명의 탈산제 제조에 사용되는 페로망간은 일반적으로 사용되고는 공업용 페로망간으로서 페로망간 중에 망간의 함유량이 50wt%이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 페로망간 중에 함유된 망간 함량이 낮은 경우 기타 불순물들이 많이 함유되어 있어서 이들 분순물들이 용강내에 혼입되어 철강의 청정성을 나쁘게 한다. 그리고 망간의 함유량이 낮은 페로망간을 첨가하여 제조된 탈산제는 망간과 알루미늄에 의한 용강의 복합 탈산효과가 떨어진다. 따라서 탈산제 제조를 위하여 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간은 망간의 함유량이 50wt% 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 망간금속은 망간의 함유량이 99%이상인 공업용 금속망간을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 제조된 알루미늄-망간계 탈산제는 그 비중이 3.5 - 6 g/㎤ 정도가 되도록 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 비중을 갖는 탈산제는 종래의 알루미늄 탈산제에 비하여 비중이 2배정도 크고 슬래그의 비중보다 크기 때문에 용강에 투입할 경우 슬래그층을 지나 용강속으로 쉽게 침투할 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄-망간계 탈산제의 제조방법은 먼저 알루미늄을 용융하여 알루미늄 용탕을 형성한 다음, 앞에서 설명한 조성범위를 갖는 입자상태의 금속망간이나 페로망간을 첨가하여 알루미늄 용탕내에 균일하게 분포시킨 다음 주형에 주입하여 일정한 형태의 잉곳이나 펠렛으로 제조하는 것이다.

이와 같이 제조된 본 발명에 따른 알루미늄-망간계 탈산제를 용강의 탈산조업에 사용할 경우 약 1500℃이상인 용강내에 탈산제를 직접 투입하여 탈산작업을 하게 된다.

용강에 투입된 알루미늄-망간계 탈산제는 각 구성성분 금속간의 용융점 차이에 의해 알루미늄이 먼저 용해되면서 1차로 탈산작용을 하고, 탈산제는 알루미늄 함유량이 줄어듬에 따라 비중이 점차 증가하여 용강 내부로 깊숙이 침투하면서 용해되어 2차로 탈산작용을 하게된다. 따라서 본 발명에 따른 알루미늄-망간계 탈산제는 용강의 탈산력이 높고 알루미늄의 실수율이 종래의 알루미늄 탈산제보다 높다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

알루미늄-망간계 탈산제를 제조하기 위하여 먼저 알루미늄 용탕 1000kg을 준비하고, 여기에 아래 표 2에서와 같은 입도를 갖는 페로망간 또는 망간을 1000kg을 투입하였다. 알루미늄 용탕에 투입되는 페로망간은 망간의 함유량이 75 wt%이였고 망간금속은 망간의 함유량이 99%이었다.

투입된 페로망간 또는 망간금속이 알루미늄 용탕에 균일하게 분포되도록 혼합한 다음 페로망간 또는 망간금속이 분산되어 있는 알루미늄 용탕을 주형에 주입하여 한 변이 50mm의 정육면체 잉곳을 주조하였다.

이와 같이 주조된 탈산제는 각 실시예별로 10개씩 주조하였으며, 주조된 탈산제에 대하여 비중과 알루미늄 함유량을 측정하였다. 그 측정결과를 표 2에 함께 나타내었다.

구 분	조 성(wt%)	페로망간/망간금속의 입도(mm)	비중(g/㎤)	탈산제각 잉곳의알루미늄 함유량(wt%)
비교예 1	알루미늄 용탕:50페로 망간 :50	0.5	2.9-6.4	21-95
비교예 2		0.8	3.3-6.2	25-78
실시예 1		1	4.6-5.5	40-59
실시예 2		3	5.0-5.1	49-51
실시예 3		5	4.7-5.4	43-57
실시예 4		7	4.0-5.8	34-64
실시예 5		10	3.6-6.0	30-66
비교예 3		12	2.8-6.8	12-97
비교예 4		15	2.8-6.9	10-98
비교예 5	알루미늄 용탕:50망간 :50	0.5	2.9-6.5	20-95
비교예 6		0.8	3.4-6.2	24-80
실시예 6		1	4.6-5.6	39-58
실시예 7		3	4.9-5.0	49-52
실시예 8		5	4.6-5.3	44-57
실시예 9		7	4.0-5.8	34-63
실시예 10		10	3.5-6.0	32-66
비교예 7		12	2.9-6.7	13-98
비교예 8		15	2.8-6.8	9-98

표 2에서 알 수 있듯이 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속의 입도가 1mm 이하인 비교예 1,2 및 비교예 5,6의 경우, 각 잉곳의 비중 및 알루미늄 함유량의 편차가 매우 크게 나타났다. 이것은 입도가 작은 페로망간 또는 망간금속 입자를 알루미늄 용탕내에 투입할 경우 페로망간 입자 또는 망간금속 입자와 알루미늄 용탕간에 형성되는 계면장력이 커서 페로망간 또는 망간금속 입자가 알루미늄 용탕 표면에 부유하여 균일하게 혼합되지 못한 것이다.

또한 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속의 입도가 10mm 이상인 비교예 3,4 및 비교예 7,8의 경우에 있어서도 비중 및 알루미늄 함유량의 편차가 매우 크게 나타났다. 이것은 투입된 페로망간 또는 망간금속의 비중이 알루미늄 용탕보다 크기 때문에 페로망간 또는 망간금속 입자가 알루미늄 용탕 내에 가라 낮아 용탕내에서 균일하게 혼합되지 못하였기 때문이다.

그러나, 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 또는 망간금속의 입경이 1-10mm인 실시예 1 내지 실시예 10의 경우에는 각 잉곳의 비중의 편차 폭이 최저 3.5-6.0이었고, 최고 5.0-5.1이었으며, 알루미늄 함유량의 편차도 매우 좁게 나타났다. 이러한 사실은 본 발명의 범위내의 입도범위에 있는 페로망간 또는 망간금속 입자를 알루미늄 용탕내에 투입할 경우 페로망간 또는 망간금속과 알루미늄 용탕간의 비중차이와 계면장력간의 균형을 이루어 페로망간 또는 망간금속 성분이 균일하게 분포되어 있다는 것을 나타내고 있다.

다음은 페로망간 과 알루미늄 용탕과의 조성변화에 따른 탈산제의 탈산효과에 대하여 실험한 결과를 설명한다.

이러한 실험은 먼저 망간의 함유량이 75 wt%이고 입도가 3mm인 페로망간을 아래 표 3과 같이 조성을 변경하며, 알루미늄 용탕에 투입하였다. 페로망간이 완전히 균일하게 분산된 다음 알루미늄 용탕을 주형에 주입하여 200g단위의 잉곳으로 주조하였다.

이렇게 주조된 알루미늄-망간계 탈산제를 용존산소가 500ppm 함유되어 있고 탄소 및 실리콘 등 기타원소가 소량 함유된 1550℃의 용강 1000kg에 알루미늄 중량기준으로 2kg 투입하였다.

용강에 알루미늄-망간계 탈산제를 투입한 후 10분 동안 유지하고 강내에서의 용존산소와 알루미늄 실수율을 측정하였다. 이 측정결과를 표 3에 함께 나타내었다.

구 분	조성(wt%)	알루미늄 중량 기준 투입량(kg)	탈산제 기준투입량(kg)	비중(g/㎤)	용존산소(ppm)	알루미늄실수율(wt%)
비교예 9	알루미늄:20페로망간:80	2	10	6.5	5	63
실시예 11	알루미늄:30페로망간:70	2	6.7	5.9	5	66
실시예 12	알루미늄:50페로망간:50	2	4	5.1	5	65
실시예 13	알루미늄:70페로망간:30	2	2.8	4.2	6	52
실시예 14	알루미늄:80페로망간:20	2	2.5	3.6	7	49
비교예 10	알루미늄:90페로망간:10	2	2.2	3.2	7	22
비교예 11	알루미늄:100	2	0	2.7	7	18

표 3에서와 같이 순수 알루미늄 탈산제를 투입한 비교예 11과 페로망간을 10wt%이하로 첨가된 비교예 10 의 경우에 있어서는, 용존산소가 높아 용강 탈산력도 낮고 용강에서의 알루미늄 실수율이 30%이하로 떨어졌다.

또한 페로망간을 80%첨가한 비교예 9의 경우에 있어서는 용강의 탈산력 및 용강에서의 알루미늄 실수율은 우수하였다. 그러나 알루미늄 함량이 너무 낮아 실수율 향상을 감안하더라도 너무 많은 량의 탈산제를 첨가해야 하므로 비효율적이다.

이상의 실험 결과는 본 발명의 범위내의 조성을 갖는 탈산제는 탈산능이 뛰어나면서 경제적이라는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 알루미늄 용탕에 입도가 1 - 10mm 범위의 페로망간 및 망간금속을 20%내지 70%까지 첨가하여 알루미늄 망간계 탈산제를 제조함으로서 상대적으로 저온에서 탈산제를 제조할 수 있고, 제조 비용 또한 저렴하다.

또한 본 발명에 따라 제조된 알루미늄 망간계 탈산제는 종래의 알루미늄 탈산제보다 비중이 커서 용강에 쉽게 투입할 수 있으며, 용강 탈산력이 우수하며, 제강공정에서 알루미늄 실수율을 증대시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 용강의 탈산공정에 사용되는 탈산제에 있어서,

   알루미늄 용탕에 페로망간 또는 망간금속을 입자상태로 첨가하여 주조하여 알루미늄에 상기 페로망간 또는 망간금속이 균일하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 알루미늄-망간계 탈산제.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 페로망간 또는 망간금속의 입도는 1-10mm 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄-망간계 탈산제.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간 및 망간금속의 첨가비가 알루미늄 용탕에 대하여 20 - 70wt%인 것을 특징으로 하는 알루미늄-망간계 탈산제.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 알루미늄-망간계 탈산제는 그 비중이 3.5 - 6 g/㎤ 범위내 인 것을 특징으로 하는 알루미늄-망간계 탈산제.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 알루미늄 용탕에 첨가되는 페로망간은 페로망간 중에 망간의 함유량이 50wt% 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄-망간계 탈산제.