KR20090062187A - 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로(EAF)-정련로(AOD)-2차정련(VOD)-성분조정(LT)-턴디쉬(Tundish)-연속주조 공정을 경유하며, Cr : 5~30%, Ti : 0.1%이하, C : 200ppm 이하인 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서, 상기 2차정련인 VOD 설비에서 VOD 탱크 외벽에 진동센서를 부착하는 단계와, 상기 진동센서로부터 출력된 주파수 중에서 특정 주파수만을 측정하는 단계와, 상기 2차정련(VOD) 중 산소취련탈탄기와 진공탈탄기의 저취교반세기를 조정하는 단계로 이루어진 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법에 관한 것이다.

정련, 진동센서, 스테인리스강

Description

탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법{Method of refining high Cr ferritic stainless steel for lowering C}

본 발명은 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법에 관한 것으로, 특히 VOD 공정에서 래들 저취의 교반 세기를 조정하여 용강 중 탄소를 최소화시키는 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인리스강은 전기로에서 용해된 원료를 아르곤(Ar)-산소 탈탄법(AOD)으로 정련후, 진공-산소 탈탄법(VOD)으로 2차정련을 실시한다. 이 후 VOD 탱크 내에 위치한 래들에서 성분 및 온도를 조정한 후 턴디쉬를 경유하여 연속주조를 실시하게 된다. 이 공정 중, 특히 VOD 공정에서 산소취련 탈탄기 및 그 후 진공 탈탄기 조업을 행할 때, 래들 하부에서 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 취입하여 용강을 교반시키는 작업을 행하게 되는데 이를 래들 저취로 칭한다. 본 발명은 이와 같은 래들 저취시 교반 세기를 조정하여 용강 중 탄소를 최소화시키기 위한 정련 방법에 관한 것으로, 고크롬 페라이트계 스테인리스 제품의 연신율을 증가시키고 내입계 부식성을 개선하도록 하는 것이다.

종래에 페라이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 연신율이 낮고 부식성이 떨어지는 문제점이 있어서 제한된 용도에만 사용되어 왔다. 그러나 페라이트계 스테인리스강은 니켈함량이 매우 낮아 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 가격이 저렴하다는 장점을 갖고 있기 때문에 연신율을 높이고 내입계부식성을 개선하여, 오스테나이트계 스테인리스강을 대체하려는 요구가 많은 실정이다.

한편, 용강 중 탄소 성분이 낮아질수록 연신율이 증가하고 내입계부식성이 개선된다는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 그리고, VOD 공정을 통해 생산되는 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 경우 아르곤(Ar)-산소 탈탄법(AOD)으로 조탈탄을 먼저 실시한다. 이후 진공-산소 탈탄법(VOD)에 의한 2차정련 시에는 산소가스를 용강 중에 취입하면서 동시에 하부 포러스 플러그(porous plug)에서 아르곤(Ar)가스를 취입하면 (1)식의 반응에 의해 탄소가 제거되어진다.

[C] + 1/2{O} = {CO} --- (1)

이때 탄소가 제거되면서 크롬산화물이 동시에 생성되어어진다. 그리고 산소가스로 제거할 수 있는 탄소 농도의 한계에 다다르게 되면, 진공의 수준을 5mbar 이하로 더욱 낮추고 하부 포러스 플러그에서 취입되는 Ar가스를 취입하면서 이를 이용하여 용강을 강하게 교반시킨다. 이와 같은 교반과정에서 용강 중 탄소와 크롬산화물이 서로 반응하여 탄소를 제거하게 되는데 이는 하기 (2)식의 반응을 통하여 이루어진다.

3[C] + (Cr₂O₃) = 2[Cr] + 3{CO} --- (2)

(1)식으로 대표되는 산소취련탈탄기와 (2)식으로 대표되는 진공탈탄기 중 저취 작업은 래들 바닥에 설치되어 있는 포러스 플러그(porous plug)를 사용한다. 이때 사용하는 포러스 플러그는 내화물로 제작된 것으므로 사용회수가 증가함에 따라 용강에 의한 침식 및 마모가 발생하게 된다. 이로 인해, 불활성 가스의 모든 취입량이 용강을 교반시키기 위해서 공급되지 못하고, 일부가 포러스 플러그의 침식부위를 통해 외부로 배출되기 때문에, 실제 용강 내에 공급되는 저취 가스의 양은 유량계에서 지시하는 가스의 양과 차이를 나타내게 된다.

이와 같은 교반 세기의 차이는 조업방법의 편차를 야기하여 최종적으로는 용강 중 탄소 농도의 편차를 초래하게 된다. 일반적으로 도 1에 나타낸 바와 같이 진공탈탄 시 탈탄속도는 저취교반유량에 비례하며 포러스 플러그가 정상적인 경우 저취교반유량은 교반세기에 비례한다.

반면, 교반세기가 너무 클 경우에는 용강이 넘치는 현상이 발생하여 VOD 탱크의 상부 커버에 달라붙게 되어 지금을 형성한다. 탈탄 조업 중 형성된 지금의 양이 증가하면 그 무게를 견디지 못하고 상부 커버로부터 탈락하여 용강 중으로 혼입되어 용강 중 탄소가 다시 증가하는 원인이 된다.

따라서, 용강 중 탄소를 최대한 제거하기 위해서는 저취에 의한 교반 세기를 적정 수준으로 유지시켜야 하고 이를 위해서는 포러스 플러그로 취입되는 유량을 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 이와 같은 포러스 플러그로 취입되는 유량을 정 확하게 측정하기 위한 여러가지 방안이 제안된 바 있다.

특히 대한민국 공개특허 2002-0032710, 미국특허 US 6,264,716 등은 진동센서를 래들 외면 또는 래들을 운반하는 래들카 측면에 부착하여 센서에서 출력되는 진동지수를 이용하여 래들내의 교반세기를 측정하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나 아직 이러한 기술이 스테인리스강 생산에 적용된 바는 없으며, 특히 VOD 탱크와 같은 정련용기 외벽에 부착하여 진동지수를 측정한 사례는 없다. 이는 VOD 탱크 외벽에 부착할 시에는 래들 또는 래들카에 부착하는 것에 비해 진동의 세기가 약하여 보다 정밀한 부착 위치 선정이 필요하기 때문이다. 또한 이와 같이 측정된 교반세기를 탈탄공정에 적용한 사례도 없다.

본 발명은 전술한 종래 조업 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련방법에 있어서, 전기로 출탕 후 AOD 조탈탄을 거쳐, VOD에서의 탈탄 과정에서 산소취련탈탄기와 진공탈탄기의 래들 하부 포러스 플러그에 의한 저취교반제어를 통해 스테인리스강의 탄소농도를 저감시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 정확한 교반세기를 측정하고, 이를 이용한 VOD 작업을 통하여 스테인리스강의 연신율을 높이고 내입계부식성을 개선하는 정련방법을 제공하는데 발명의 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련시 탄소 저감을 목적으로 VOD 탱크 외벽에 진동센서 부착위치를 선정하고, 진동센서로부터 출력된 주파수 중에서 특정 주파수만을 측정하는 단계와 이와 같이 측정된 특정 주파수값을 이용하여 2차 정련과정인 VOD에서 저취 교방 세기를 조정하는 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 VOD 탱크 외벽에 진동센서 부착위치를 선정시 진동센서를 VOD 탱크 내 래들의 손잡이와 맞닿는 거치대와 일직선상에 놓인 탱크 외벽의 위치로부터 상,하,좌,우 30cm 이내의 위치여야 하고, 진동센서로부터 출력된 특정 주 파수만는 10~45㎐의 주파수 영역대에서 발생하는 진동지수만을 측정하는 것이 바람직하다. 또한, VOD 조업시 저취교반세기의 조정은 산소취련탈탄기에는 진동센서로부터 측정된 저취교반세기를 400~600으로 제어하고 진공탈탄기에는 진동센서로부터 측정된 진동지수로부터 보정된 저취교반세기를 550~750으로 제어함으로써, 용강 중 탄소 농도를 최소화하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 15~30% 크롬을 함유하고, 타이타늄 함량이 0.1%이하이고 탄소함량이 200ppm이하인 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 VOD 설비에서 생산 시, 용강의 탄소농도 저감을 위하여 VOD 설비 외벽에 부착된 진동센서를 이용한 래들저취교반제어를 행함으로써, 용강 중 탄소를 제거하고, VOD설비 상부의 지금에 의한 탄소농도 증가를 억제하여 최종적으로 60ppm이하의 탄소농도를 얻을 수 있으며, 이는 제품의 연신율을 높이고 내입계부식성을 향상시키는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 래들저취교반제어를 통한 고크롬 페라이트계 스테인리스강 정련 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 VOD 탱크 외벽에 진동센서가 부착된 실제 위치를 나타내었고 도 3은 이를 개략화하여 나타내었다. 본 발명에 따르면, VOD 설비에서 탄소 제거를 목적으 로 수행하는 저취작업에 의해 형성되는 용강의 교반세기를 측정하는 방법에 있어서, 상기 VOD 외벽에는 특정위치에 저취교반에 의한 래들의 진동에서 비롯된 VOD 외벽의 진동을 측정하는 센서가 부착되어 있다.그리고 이 센서로부터 출력된 주파수 중에서 특정 주파수의 진동지수를 이용하여 저취교반의 세기를 측정하는 것을 특징으로 한다.

여기서 특정위치란 VOD 탱크 내 래들의 손잡이와 맞닿는 거치대와 일직선상에 놓인 탱크 외벽의 위치로부터 상, 하, 좌, 우 30cm 이내의 위치를 의미하며, 특정 주파수의 진동지수란 10~45㎐의 주파수 영역대에서 발생하는 진동지수만을 측정에 이용한다는 의미이다.

특정위치를 벗어난 곳에 진동센서를 부착할 경우 진동지수가 약하여 정밀한 측정이 불가능하다. 또한 특정 주파수 영역대 이외의 진동지수는 용강의 교반세기와 무관한 노이즈이므로 정밀한 측정을 방해하며, 반드시 제거되어야 한다.

또한 본 발명에 따르면, VOD 설비에서 탄소의 제거를 목적으로 수행하는 저취조업 시에 저취교반세기를 조정하여 탄소를 제거하는 방법에 있어서, 상기 진동센서로부터 측정된 진동지수는 양의 정수값을 갖게 되며, 포러스 플러그가 정상상태일 때의 유량과 비교하여 같은 값을 갖도록 보정해주어야 한다.

보정을 통해 유량과 같은 값을 갖는 교반세기가 산소취련탈탄기에는 400~600을 유지하고 진공탈탄기에는 550~750을 유지하도록 저취가스의 유량을 제어함으로써 용강 중 탄소농도를 최소화 시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 실시예와 함께 교반세기를 보정하는 방법과 탄소농도를 최고화 시 킬수 있는 방법을 설명한다.

[실시예]

본 발명에서 명시한 15~30% 크롬을 함유하고, 타이타늄 함량이 0.1%이하이고 탄소함량이 200ppm이하인 페라이트계 스테인리스강을 VOD 설비에서 생산 시, 상기 도 2 및 도 3에서 설명한 위치에 진동센서를 부착하고 10~45㎐의 주파수 영역대에서 발생하는 진동지수만을 측정하면 도 4와 같은 진동지수와 저취가스유량과의 상관관계가 나온다.

여기서 하나의 점은 한번의 조업을 의미하며 같은 유량에서 서로 다른 값의 진동지수가 나오는 것은 각각의 조업에 따라 사용 래들 및 래들의 사용회수가 변화하며 이에 따라 래들 하부의 포러스 플러그의 상태가 변화하기 때문이다. 이 때 가장 높은 값의 진동지수를 갖는 저취유량의 점들이 가장 정상적인 포러스 플러그 상태임을 알 수 있으며, 이를 잇는 직선을 보정에 사용하게 된다. 이 직선상의 진동지수 값에 적당한 상수를 곱하면 도 5와 같이 유량과 같은 값을 갖는 교반세기를 얻을 수 있다.

도 6에 본 발명에서 제안한 산소취련탈탄기의 교반세기와 2차정련(VOD) 조업 후 용강 중 탄소의 농도와의 관계를 나타내었고, 도 7에 진공탈탄기의 교반세기와 2차정련(VOD) 조업 후 용강 중 탄소의 농도와의 관계를 나타내었다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 경우 즉, 저취가스의 유량으로 제어할 경우에는 얻을 수 없는 교반세기와 용강의 탄소농도와의 관계를 얻을 수 있으며, 이 때 산소취련탈탄기와 진공탈탄기의 교반세기 값이 각각 400~600, 550~750 내로 제어될 경우 탄소농도가 60ppm이하가 되며, 이를 벗어날 경우 탄소농도가 증가하게 되는 것을 알 수 있다.

또한 도 8에 나타낸 교반세기와 VOD 상부 커버 지금부착량과의 관계를 통해 도 7에서 교반세기 값이 850 이상일 때 탄소농도가 재상승하는 것은 VOD 상부 커버에 달라붙어 있던 지금에 의한 것으로 지나친 교반은 억제되어야 함을 알 수 있다.

이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.

도 1은 진공탈탄 시 탈탄속도와 저취교반유량과의 관계를 나타낸 도면.

도 2는 진동센서가 실제 부착된 위치를 나타낸 사진.

도 3은 진동센서 부착위치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 진동지수와 저취유량과의 관계를 나타낸 도면.

도 5는 진동지수를 교반세기로 보정한 후 교반세기와 저취유량과의 관계를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에서 제안한 산소취련탈탄기의 교반세기와 산소취련탈탄기 종점 탄소농도와의 관계를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에서 제안한 진공탈탄기의 교반세기와 진공탈탄기 종점 탄소농도와의 관계를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에서 제안한 교반세기와 지금부착량과의 관계를 나타낸 도면

Claims (5)

1. 전기로(EAF)-정련로(AOD)-2차정련(VOD)-성분조정(LT)-턴디쉬(Tundish)-연속주조 공정을 경유하며, Cr : 5~30%, Ti : 0.1%이하, C : 200ppm 이하인 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서,

   상기 2차정련인 VOD 설비에서 VOD 탱크 외벽에 진동센서를 부착하는 단계와, 상기 진동센서로부터 출력된 주파수 중에서 특정 주파수만을 측정하는 단계와, 상기 2차정련(VOD) 중 산소취련탈탄기와 진공탈탄기의 저취교반세기를 조정하는 단계로 이루어진 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 VOD 탱크 외벽에 진동센서 부착위치는 VOD 탱크 내 래들의 손잡이와 맞닿는 거치대와 일직선상에 놓인 탱크 외벽의 위치로부터 상, 하, 좌, 우 30cm 이내인 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 특정 주파수는 10~45㎐의 주파수 영역대인 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 진동센서로부터 측정된 진동지수를 저취유량으로 보정한 저취교반세기를 400~600으로 제어하여, 최종적으로 60ppm이하의 탄소농도를 갖도록 하는 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 진동센서로부터 측정된 진동지수를 저취유량으로 보정한 저취교반세기를 550~750으로 제어하여, 최종적으로 60ppm이하의 탄소농도를 갖도록 하는 탄소를 저감하기 위한 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.

Images