KR20090062188A

KR20090062188A - 청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법

Info

Publication number: KR20090062188A
Application number: KR1020070129303A
Authority: KR
Inventors: 이상범; 변선민; 신동익
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-06-17

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)후 성분조정(LT) 단계시 저취교반세기를 조정하는 단계로 이루어진 탄소를 저감하기 위한 청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법을 제공한다.

정련, 진동센서, 스테인리스강

Description

청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법{Method of refining ferritic stainless steel for improving cleanliness}

본 발명은 청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법에 관한 것으로, 특히 AOD, VOD 공정을 거친 후 성분조정(LT) 단계에서 저취 교반을 일정하게 제어하여, 용강의 재산화를 최소화하고 개재물 혼입을 방지하여 스테인리스강의 표면품질에 악영향을 미치는 용강내 개재물 개수를 최소화함으로써 청정도를 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인리스강은 표면 품질이 매우 중요하다. 그리고 이 표면 품질에 영향을 미치는 인자중에서 고융점 개재물의 조성 및 개수등이 중요한 인자가 되고 있다. 즉 개재물이 제품의 표면에 잔류해 있을 경우 표면을 손상시키거나 균열 발생의 원인이 된다. 그러나, 비금속 개재물은 용강의 탈산과정과 온도 제어를 위한 합금철 투입등에 의하여 필연적으로 발생하기 때문에 개재물의 발생을 최소화시켜야 한다. 본 발명은 AOD, VOD 공정을 거친 스테인리스 용강을 성분조정(LT) 단계에서 저취 교반을 일정하게 제어하여 용강내 개재물 개수를 최소화함으로써 청정도를 향상시키는 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법을 제공한다.

본 발명은 정련 공정으로써 AOD 공정 및 VOD 공정을 통해 생산되는 페라이트계 스테인리스강의 청정도 향상방법에 관한 것으로, 특히 전기로에서 용해된 원료를 알곤(Ar)-산소 탈탄법(AOD)으로 정련하고, 진공-산소 탈탄법(VOD)으로 2차정련후에, VOD 탱크 내에 위치한 래들에서 성분 및 온도 조정한 후 턴디쉬를 경유하여 연속주조하는 스테인리스강 정련방법이다. 특히 VOD 정련 후부터 주조래들에서 성분 및 온도 조정 후까지의 저취 교반 세기를 조정하여, 용강 중 개재물의 발생을 최소화 시키고 개재물 부상분리를 촉진함으로써 스테인리스 제품 가공 시 개재물에 의해 발생하는 표면 결함을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인리스강은 표면 품질이 매우 중요하며, 표면 결함에 영향을 미치는 인자에는 여러 가지가 있지만 그 중에서도 고융점 비금속 개재물의 조성 및 개수 등이 큰 문제가 되고 있다. 즉, 개재물이 제품의 표면에 잔류해 있을 경우 표면을 손상시키거나 균열발생의 원인이 된다. 그러나, 비금속 개재물은 용강의 탈산 과정과 온도 제어를 위한 합금철 투입 등에 의해서 필연적으로 발생하기 때문에 개재물의 발생을 최소화 시켜야 한다.

스테인리스강의 알곤-산소 탈탄법(AOD) 및 진공-산소 탈탄법(VOD)에 의한 정련 시에는 산소가스를 용강 중에 취입하여 탄소를 제거하기 때문에 크롬산화물이 생성되며, 이를 환원시키기 위해서 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 염기성 플럭스와 함께 탈산제로써 규소철(FeSi) 또는 알루미늄을 함께 첨가하고 탈산 및 개재물의 제거를 촉진하기 위해서 불활성 가스로 용강을 교반시킨다.

그러나 이와 같은 규소의 투입에 의한 탈산의 경우, 하기 (1)식의 반응에 의해 규소산화물(SiO₂)이 생성되고, 알루미늄의 투입에 의한 탈산의 경우 (2)식의 반응에 의해 알루미늄산화물(Al₂O₃)로 되어 용강 내에는 고융점 개재물이 필연적으로 존재하게 되는 것이다.

[Si] + 2[O] = (SiO₂) --- (1)

2[Al] + 3[O] = (Al₂O₃) --- (2)

또한, 강의 물리적 특성을 향상시키기 위해 투입되는 Ti와 같은 원소는 하기 (3)식의 반응에 의해 티타늄산화물(TiO₂)이 되어 스테인리스강 표면 품질에 악영향을 미치게 된다.

[Ti] + 2[O] = (TiO₂) --- (3)

용강 중 알루미늄, 규소 및 티타늄은 용강 온도 하강에 의해 용해도가 낮아지면서, 용강 중 산소와 결합하는 산화반응이 촉진되기 때문에 용강온도의 하강이 클수록 고융점 개재물의 개수는 증가하게 된다. 이와 같이 생성된 미세한 비금속 개재물들은 1600~1700℃의 용강 내부에서 미세한 고체 입자로 부유하므로, 부력에 의해 용강 상부로 떠올라 제거되지 못하고 계속 용강 중에 체류하게 된다.

따라서, 이 개재물들을 강제로 제거하기 위해서 AOD 및 VOD 정련 후에 래들 하부에서 Ar과 같은 불활성 가스를 취입하여 용강을 교반시키는 작업(이하 저취라 칭함)을 수행한다. 이러한 저취 작업은 래들 바닥에 설치되어 있는 포러스 플러그(porous plug)를 사용하며, 이 때 사용하는 포러스 플러그는 내화물로 제작된 것으로서, 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 품질의 편차를 초래하게 된다. 일반적으로 교반세기가 작을 경우 개재물의 부상분리가 이루어 지지 않으며, 교반세기가 너무 클 경우에는 용강 상부의 슬래그가 혼입되어 오히려 강의 청정도를 저하시키게 된다.

따라서, 용강 내부의 개재물을 제거하기 위해서는 저취에 의한 교반 세기를 적정으로 유지시켜야 하고 이를 위해서는 포러스 플러그로 취입되는 유량을 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 이를 위해서 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 약하 여 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, 페라이트계 스테인리스강의 정련방법에 있어서, 전기로 출탕 후 AOD, VOD에서의 탈탄 및 탈산 과정이후 VOD 탱크내 주조래들에 위취한 용강에 대하여 개재물의 개수를 최소화하여 스테인리스강의 청정도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공하고자 한다. 특히 정확한 교반세기를 측정하고, 이를 이용한 LT 작업을 통하여 개재물에 기인한 표면 결함을 감소시킬 수 있는 스테인리스강의 고청정 정련방법을 제공하는데 발명의 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 페라이트계 스테인리스강의 정련시 청정도 향상을 목적으로, VOD 탱크 외벽에 진동센서 부착위치를 선정하고, 진동센서로부터 출력된 주파수 중에서 특정 주파수만을 측정하는 단계와 이와 같이 측정된 특정 주파수값을 이용하여 2차 정련과정(VOD) 후 성분조정(LT)단계에서 저취 교방 세기를 조정하는 단계를 포함하는 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 주파수만는 10~45㎐의 주파수 영역대에서 발생하는 진동지수만을 측정하는 것이 바람 직하다. 또한, 성분조정시 저취교반세기를 조정하는 단계는 진동센서로부터 측정된 진동지수로부터 보정된 저취교반세기를 30~50으로 제어함으로써, 용강중 개재물의 발생을 최소화하여 스테인리스 가공시 개재물에 의해 발생하는 표면 결함을 방지할 수 있도록 한다.

본 발명에 의하면, 10~30% 크롬을 함유하고, 타이타늄 함량이 0.1%이하이고 탄소함량이 500ppm이하인 페라이트계 스테인리스강을 VOD 설비에서 생산 시, 용강의 청정도 향상을 위하여 VOD 설비 외벽에 부착된 진동센서를 이용한 래들저취교반제어를 행함으로써, 용강 중 고융점 개재물 발생을 억제하고 개재물 개수를 대폭 저감하여 제품의 표면 품질을 향상시키는 효과가 있다.

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

도 1에 VOD 탱크 외벽에 진동센서가 부착된 실제 위치를 나타내었고 도 2에 개략도를 나타내었다. 본 발명에 따르면, VOD 설비에서 성분 조정 및 개재물 부상분리의 목적으로 수행하는 저취작업에 의해 형성되는 용강의 교반세기를 측정하는 방법에 있어서, 상기 VOD 외벽에는 특정위치에 저취교반에 의한 래들의 진동에서 비롯된 VOD 외벽의 진동을 측정하는 센서가 부착되어 있으며, 이 센서로부터 출력 된 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. 특정 주파수 영역대 이외의 진동지수는 용강의 교반세기와 무관한 노이즈이므로 정밀한 측정을 방해하며, 반드시 제거되어야 한다.

또한 본 발명에 따르면, VOD 설비에서 용강의 성분과 개재물 부상분리를 목적으로 수행하는 저취조업 시에 용강과 대기의 접촉에 의한 개재물 발생 및 개재물이 용강 중으로 혼입되지 않는 청정도 향상 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 수준의 값을 갖는 교반세기가 30~50을 유지하도록 저취가스의 유량을 제어함으로써 청정도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 실시예와 함께 교반세기를 보정하는 방법과 청정도를 향상시킬 수 있는 방법을 설명한다.

[실시예]

본 발명에서 명시한 10~30% 크롬을 함유하고, 타이타늄 함량이 0.1%이하이고 탄소함량이 500ppm이하인 페라이트계 스테인리스강을 VOD 설비에서 생산 시, 상기 도 1, 2에서 설명한 위치에 진동센서를 부착하고 10~45㎐의 주파수 영역대에서 발생하는 진동지수만을 측정하면 도 3과 같은 진동지수와 저취가스유량과의 상관관계가 나온다. 여기서 하나의 점은 한 번의 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 진동지수값에 적당한 상수를 곱하면 도 4와 같이 유량과 같은 값을 갖는 교반세기를 얻을 수 있다.

도 5에 본 발명에서 제안한 교반세기와 용강의 개재물 개수와의 관계를 나타내었고, 도 6에 교반세기와 제품의 결함지수와의 관계를 나타내었다. 도면에 보이는 바와 같이 종래 기술의 경우 즉, 저취가스의 유량으로는 얻을 수 없는 교반세기와 용강의 청정도와의 관계 및 교반세기와 제품의 결함율과의 관계를 얻을 수 있으며, 이 때 교반세기의 값이 30~50을 벗어날 경우 청정도가 악화되고 및 결함율이 증가함을 알 수 있다. 이로부터 본 발명에 의한 용강 중 개재물 저감효과의 타당성을 입증할 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 아 니다. 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 본 발명에 의한 진동센서가 실제 부착된 위치를 나타낸 사진도,

도 2는 본 발명에 의한 진동센서 부착위치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 진동지수와 래들저취유량과의 관계를 나타낸 도면.

도 4는 진동지수를 교반세기로 보정한 후 본 발명에서 제안하는 교반세기와 저취유량과의 관계를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에서 제안한 교반세기와 스테인리스강의 개재물 개수의 관계를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에서 제안한 교반세기와 스테인리스강의 결함지수의 관계를 나타낸 도면.

Claims

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)후 성분조정(LT) 단계시 저취교반세기를 조정하는 단계로 이루어진 탄소를 저감하기 위한 청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.
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 청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.
제1항에 있어서,

상기 특정 주파수는 10~45㎐의 주파수 영역대인 청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.
제1항에 있어서,

상기 2차정련(VOD)후 성분조정(LT) 단계에서 상기 진동센서로부터 측정된 진동지수를 저취유량으로 보정한 저취교반세기를 30~50으로 제어하는 청정도 향상을 위한 페라이트계 스테인리스강의 정련 방법.