KR20090066797A

KR20090066797A - 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법

Info

Publication number: KR20090066797A
Application number: KR1020070134497A
Authority: KR
Inventors: 임종근; 이교수; 기준완; 송효석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-06-24
Also published as: KR100922059B1

Abstract

본 발명은 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법에 관한 것으로, 본 발명의 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법은 정련로에서 고크롬 스테인리스강의 용강을 정련시키기 위해 산소를 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계; 상기 용강의 환원 단계에서 상기 용강에 실리콘을 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계; 상기 용강 상부에 형성된 슬래그 량을 기준으로 50kg/t-slag의 알루미늄을 상기 용강에 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계: 상기 정련로로부터 상기 용강 및 슬래그를 출강시켜 상기 래들로 이송시키는 단계; 상기 래들에 불활성 기체를 취입시켜 상기 래들에 영입된 용강을 교반시키는 단계; 상기 용강에 하기식에 의해 도출된 알루미늄을 취입시켜 상기 용강을 탈산하는 단계; 및 상기 용강에 티타늄을 투입시키는 단계를 포함한다.

탈산, 래틀, 알루미늄, 알루미늄 취입량, 염기도

Description

티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법{METHOD FOR MANUFACTURING HIGH CHROME STAINLESS STEEL INCLUDING TITANNIUM}

본 발명은 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법에 관한 것으로, 스테인리스강의 정련 방법을 변경하여 정련단계를 간소화시킬 수 있는 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인레스강 중에서, 400계 스테인리스강의 용강에는 산소가 포함되는데 이러한 산소는 크롬과 친화력이 강하여 크롬의 함량이 높아질 수록 산소 농도가 증가한다. 또한, 용강의 정련 공정은 용강에 산소를 취입하여 이루어지기 때문에 정련 후의 용강에 많은 산소가 존재하게 된다. 이후, 정련 공정이 수행되면 용강 내의 산소를 제거하기 위해 실리콘과 티타늄과 같은 산소와 친화력이 좋은 탈산제를 취입시킨다. 이는 용강의 산소가 충분히 탈탄되지 않을 경우, 용강 내에 알루미나, 또는 티타늄 산화물이 형성되어, 산화물에 의한 노즐 막힘현상이 발생될 수 있으며, 압연 과정에서 강 표면에 결함이 발생될 수 있기 때문이다.

한편, STS439와 같은 스테인리스강은 내식성을 확보하기 위해서 티타늄(Ti)이 첨가된다. 그러나, 티타늄은 도 1에서 보는 바와 같이 일반적인 탈산제인 실리 콘보다 높은 산소 친화력을 가지고 있어 티타늄보다 산소친화력이 높은 알루미늄을 이용하여 탈산을 수행해야 한다.

이러한, 티타늄이 첨가된 고크롬 스테인리스강(STS439)의 정련은 도 2와 같이 전기로-정련로(AOD)-정련로에서 생성된 슬래그를 완전 배제하는 단계-진공정련로(VOD)-래들(LT)을 통해 연속 주조된다. 보다 구체적으로, 정련로에서 용강에 산소를 취입시켜 조탈탄을 실시한다. 이후, 조탈탄에 의해 발생된 슬래그를 완전히 배제하고, 조탈탄된 용강을 진공정련로로 이동시킨다. 진공정련로로 이동된 용강에 산소를 취련시킨 후, 환원 단계에서 알루미늄에 의한 탈산이 이루어지며, 탈산 공정에 의해 슬래그가 형성된다. 또한, 진공정련로에서 정련된 용강을 래틀 단계에서 합금성분을 조절한다.

그러나, 티타늄이 함유된 고크롬 스테인리스강을 정련시키기 위해서는 정련로, 진공정련로 및 래들을 통해 정련 공정이 수행되어, 정련 단계가 복잡해지며, 정련 시간이 증대되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점들을 해소하기 위해 도출된 발명으로, 본 발명은 티타늄이 함유된 스테인레스강의 정련공정을 정련로와 래들을 통해 목표로 하는 산소 농도와 청정도를 확보할 수 있는 티타늄이 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법을 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법은 정련로에서 고크롬 스테인리스강의 용강을 정련시키기 위해 산소를 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계; 상기 용강의 환원 단계에서 상기 용강에 실리콘을 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계; 상기 용강 상부에 형성된 슬래그 량을 기준으로 50kg/t-slag의 알루미늄을 상기 용강에 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계: 상기 정련로로부터 상기 용강 및 슬래그를 출강시켜 상기 래들로 이송시키는 단계; 상기 래들에 불활성 기체를 취입시켜 상기 래들에 영입된 용강을 교반시키는 단계; 상기 용강에 하기식에 의해 도출된 알루미늄을 취입시켜 상기 용강을 탈산하는 단계; 및 상기 용강에 티타늄을 투입시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 티타늄이 함유된 고크롬 스테인레스강의 정련공정을 정련로, 진공정련로 및 래들을 삼중으로 거치지 않고 정련로 및 래틀을 통해 목표로 하는 스테 인레스강의 산소 농도와 청정도로 설정할 수 있다. 이에 따라, 정련 공정 단계를 단순화시킬 수 있으며, 정련 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 스테인레스강의 산소 농도가 감소되어 가공성 및 내식성이 향상된 스테인리스 강을 생산할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 도시한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 티타늄이 함유된 고크롬 스테인리스강의 정련공정을 나타내는 단계도이다.

도 3을 참조하면, 티타늄이 함유된 고크롬 스테인리스강은 전기로-정련로(AOD)-래틀(LT)을 통해 연속 주조된다. 즉, 본 발명에서는 티타늄이 함유된 고크롬 스테인리스강의 정련공정은 정련로, 진공정련로 및 래틀을 삼중으로 거치지 않고, 정련로(AOD:Argon Oxigen Decarburization) 및 래들(LT:Ladle Treatment)에서만 정련되어 정련 단계 및 정련 시간을 감소시킬 수 있다.

이하에서는 티타늄이 함유된 고크롬 스테인리스강의 정련방법을 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

고크롬(17~19 wt%) 스테인리스강에 티타늄을 첨가시키기 위해서는 전기로로부터 출강된 용강에 산소를 취입시켜 용강을 1차적으로 탈산시킨다. 이후, 환원 단계에서 실리콘(Si)을 용강에 취입시켜 용강 내에 존재하는 산소를 완전히 제거한다. 또한, 산소와 실리콘에 의해 용강 표면에 형성된 슬래그 량을 기준으로 용강 내에 알루미늄을 50Kg/t-slag 투입시킨다. 즉, 1톤의 슬래그당 알루미늄을 50Kg 투입시킨다. 이에 따라, 용강은 복합 탈탄된다. 또한, 슬래그의 염기도는 용강의 유동성 확보와 탈확 능력을 확보하도록 1.6 내지 2.0으로 설정하며, 바람직하게 1.8로 설정한다. 슬래그의 염기도가 2.0을 초과하면 탈황효율은 높아지나 용강의 유동성이 저하되며, 1.6 미만으로 설정되면 유동성은 좋아지나 탈황효율이 저하된다.

정련로에서 탈산을 마친 용강은 슬래그와 함께 래틀로 출강된다. 또한, 산소에 의한 용강에 개재물의 형성을 감소시키기 위해서는 용강 내에 슬래그를 만들어 슬래그를 이용하여 개재물을 포집하거나, 용강 내의 산소 농도(T[O])를 낮게 유지해야된다. 이에 따라, 정련로에서 래틀로 슬래그를 1000 내지 2000kg 이송시킨다. 이와 같이, 슬래그를 1000 내지 2000kg으로 설정하는 이유는 LT 단계에서 용강 내에 투여되는 알루미늄의 과다 투입을 억제하고, 산화물과 같은 개재물의 포집 능력을 확보하기 위해서이다. 또한, 도 4를 살펴보면, LT 단계에서 래들 상부에 슬래그의 유, 무에 따라 용강의 산소 농도가 변화됨을 알 수 있다. 래들 상부에 슬래그가 존재할 때 용강의 산소농도는 38ppm을 나타내는 반면, 래들 상부에 슬래그가 존재하지 않을 때 용강의 산소농도는 65ppm을 나타낸다. 즉, 도 4를 참조하면, 래들 내에 슬래그가 존재함에 따라 용강의 산소농도가 더 낮아져 스테인리스강의 품질이 향상된 것을 알 수 있다.

이후, 래들의 하부에 설치된 저취로부터 용강 내부에 아르곤 가스를 취입시킨다. 용강 내부에 아르곤 가스가 취입되면 용강을 교반시킨다. 또한, 교반공정 후, 용강 내부에 하기와 같은 수학식에서 도출된 알루미늄을 취입시킨다. 알루미늄의 양은 (래들에 영입된 슬래그량(Kg)/염기도+1)×0.18 + 래들에 영입된 용강량(kg)×0.07/100와 같은 식에 의해 도출될 수 있다. 이때, (래들에 영입된 슬래그량(Kg)/염기도+1)×0.18은 슬래그를 탈산시키며, 래들에 영입된 용강량(kg)×0.07/100은 용강을 탈산시킨다.

이와 같이, 교반된 용강에 상기와 같이 도출된 양의 알루미늄을 투입시켜, 용강을 재탈산시킨다. 이와 같이, 용강에 알루미늄이 첨가되면, 용강 내의 산소가 탈산되어 용강 내의 산소 농도가 낮게 나타난다. 이는 도 5를 통해서 알 수 있다. 도 5를 참조하면, LT 단계에서 용강에 알루미늄이 투입되면 알루미늄이 첨가되지 않은 용강에 비해 산소 농도가 현저히 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 알루미늄을 이용하여 용강을 탈산시키면, 티타늄의 실수율이 높아져 산화물에 의한 결합을 방지할 수 있다.

이후, 용강에 티타늄을 투입시켜 티타늄이 포함된 고크롬 스테인리스강을 제조한다. 또한, 전술한 방법에 의해 제조된 스테인리스강은 크롬을 17~19wt%, 실리콘을 0.6wt% 이하, 알루미늄을 0.15wt% 이하 포함되도록 형성된다.

[실시예]

본 실시예에서는 100톤 용량의 정련로와 래들을 사용하여 티타늄이 함유된 고크롬 스테인라스강을 생산하였다.

실시예는 STS439강을 선정하였으며, 강의 조성은 표 1에서 나타낸다.

	C	Si	Cr	Ti	N
성분	≤0.030	≤1.00	17.00~19.00	0.20+4X(C+N)~1.10	0.030≤

이하에서는 표1과 같은 조성을 갖는 용강을 정련로, 진공정련로 및 래들을 거친 스테인리스강(종래재)과, 정련로와 래들만 거친 스테인리스강(발명재)의 청정도와 산소 농도를 비교하도록 한다.

우선, 발명재인 스테인리스강은 전술한 방법과 같이 용강을 정련로에서 산소 취련시킨 후, 환원 단계에서 실리콘을 용강 내에 투입시켜 용강 내의 산소를 완전히 탈산시킨다. 이후, 정련로에 담겨진 용강을 출강시켜 래들 내부에 이송시킨다. 이때, 정련로에서 생산된 슬래그 중 2000kg을 래들 내부로 이송시킨다. 래들로 이송된 용강에 아르곤 가스를 취입시킨 후 용강을 교반시킨다. 용강이 교반되면, 용강에 슬래그와 용강의 조성을 감안하여 알루미늄을 첨가시킨다. 이후, 용강에 티타늄을 투입시켜 티타늄이 첨가된 고크롬 스테인리스 강을 제조한다.

반면, 종래재인 스테인리스강은 정련로에서 탈산 공정이 수행된 용강을 진공정련로로 이송시킨다. 이때, 정련로에서 형성된 슬래그는 진공정련로로 이송되지 않는다. 또한, 진공정련로로 이송된 용강은 탈산공정되어 래들로 이송된 후, 래들에서 티타늄을 첨가시켜 티타늄이 첨가된 고크롬 스테인리스 강을 제조한다.

표 2는 발명자와 종래재의 청정도 및 산소농도를 나타낸다.

	발명재	기존재
청정도(FAC)	37.5ea/cm²	39.5ea/cm²
산소농도(T(0))	14ppm	17ppm

이와 같이, 본 발명의 정련방법에 의해 형성된 발명재는 표 2에서는 보는 바와 같이, 종래재의 청정도(FAC)와 산소농도가 거이 유사하게 나타난다.

즉, 발명재는 정련로에서 발생한 슬래그를 래들로 출장시키며, 슬래그 조성과 양을 계산하여 용강에 알루미늄을 추가적으로 투입시켜 용강을 탈산시킴에 따라 진공정련로를 거치는 기존재와 유사한 탈탄 효율을 나타내고 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 정련방법은 진공정련로 단계가 생략되어도 종래의 스테인리스강과 유사한 청정도와 산소 농도를 나타낼 수 있다. 또한, 정련단계가 한 단계 이상 감소되어 정련시간이 감소된다. 또한, 스테인리스강은 진공정련(VOD) 과정을 생략하여 진공정련로에서 고온 상태하에서 조업과 아르곤 교반에 의한 래들 내화물의 용손을 방지 할 수 있다. 이에 따라, 래들의 수명을 향상시킬 수 있다. 즉, 진공정련로의 경우 래들에서 작업이 이루어지며, 교반력이 강하여 래들 내화물이 손상되어 래들 내화물의 수명이 단축된다. 그러나, 본 발명은 진공정련을 생략함으로써 래들 내화물 수명을 향상시킬 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 할 것이다.

도 1은 티타늄이 함유된 스테인리스강의 제조공정을 나타내는 단계 순서도이다.

도 2는 실리콘, 티타늄, 알루미늄의 첨가량에 따른 산소 농도를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 티타늄이 함유된 스테인리스강의 제조공정을 나타내는 단계 순서도이다.

도 4는 LT 단계에서 슬래그 유, 무에 따른 산소 농도를 나타내는 그래프이다.

도 5는 알루미늄 농도에 따른 산소 농도를 나타내는 그래프이다.

Claims

전기로-정련로(AOD)-래들(LT)을 통해 연속 주조되는 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법에 있어서,

상기 정련로에서 고크롬 스테인리스강의 용강을 정련시키기 위해 산소를 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계;

상기 용강의 환원 단계에서 상기 용강에 실리콘을 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계;

상기 용강 상부에 형성된 슬래그 량을 기준으로 50kg/t-slag의 알루미늄을 상기 용강에 취입시켜 상기 용강을 탈산시키는 단계:

상기 정련로로부터 상기 용강 및 슬래그를 출강시켜 상기 래들로 이송시키는 단계;

상기 래들에 불활성 기체를 취입시켜 상기 래들에 영입된 용강을 교반시키는 단계;

상기 용강에 하기식에 의해 도출된 알루미늄을 취입시켜 상기 용강을 탈산하는 단계; 및

상기 용강에 티타늄을 투입시키는 단계;

를 포함하는 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법.

(래들에 영입된 슬래그량(Kg)/염기도+1)×0.18 + 래들에 영입된 용강량(kg)×0.07/100
제1 항에 있어서,

상기 정련로로부터 상기 래들로 영입되는 슬래그의 량은 1000 내지 2000kg인 것을 특징으로하는 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법.
제1 항에 있어서,

상기 용강 상부에 형성된 슬래그의 염기도는 1.6 내지 2.0인 것을 특징으로하는 티타늄 첨가된 고크롬 스테인리스강의 정련방법.