KR20110071811A - Ａｏｄ-ｌｔ 정련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AOD-LT 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ti를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어, AOD정련공정에서 탈산처리시 스테인레스 용강에 Al을 투입하여 슬래그의 염기도(CaO/Al₂O₃)를 적절히 조절한 후, LT공정에서 Ti를 투입함으로써, 강재 내 고융점개재물의 발생을 억제할 수 있는 AOD-LT 정련방법에 관한 것이다.

Ti, 염기도, 슬래그, 개재물

Description

ＡＯＤ-ＬＴ 정련방법{Refining Method of Molten Steel with AOD-LT Facility}

본 발명은 AOD-LT 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ti를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어, AOD정련공정에서 슬래그의 염기도(CaO/Al₂O₃)를 적절히 조절한 후 LT공정에서 Ti를 투입함으로써, 강재 내 고융점개재물의 발생을 억제할 수 있는 AOD-LT 정련방법에 관한 것이다.

AOD-LT(Argon Oxygen Decarburization-Ladle Treatment)공정은 AOD 정련 공정 이후 LT 처리하는 공정으로 이루어진 일련의 과정을 의미한다. 그 중 AOD 공정은 레이들내 아르곤 가스와 산소 가스를 함께 취입하여 용강내 존재하는 탄소를 제거하는 공정이다.

상기 공정은 다양한 종류의 용강을 처리하는데 사용되고 있으나, 탈탄기능이 약한 전기로를 통해 용강을 제조하는 스테인레스 제강에 사용되는 경우가 많다. 전 기로를 통해 스테인레스강을 제조하는 과정을 간단히 설명하자면, 스테인레스 용강은 전기로에서 출탕된 후, AOD-LT에서 탈탄, 환원탈류 과정을 겪게 된다.

상술한 바와 같이, 탈탄 공정은 Ar가스와 함께 O₂가스를 취입함으로써 용강의 탈탄을 도모하는 공정이다. 그런데, 상기 공정에 의해 용강이 산화되어 용강 중 산소 포텐셜이 높아지게 되므로 용강 내 존재하는 Cr 등의 고가금속이 산화됨과 동시에 슬래그의 탈류능이 감소한다.

따라서, 상기 탈탄 공정 이후에는 환원 탈류공정이 수행되게 되는데, 환원성 분위기에 의해 슬래그의 탈류능이 증가함과 동시에 산화되어 슬래그 내에 존재하던 Cr이 환원되어 용강 내로 회수되게 된다.

종래의 상기 환원 과정에서는 환원성 분위기를 유지하기 위하여 Si를 투입하여 용강 및 슬래그를 탈산하는 경우가 일반적이었다. 이 때, CaS에 의한 탈류 반응을 촉진하기 위하여, 즉, 슬래그의 탈류능을 증진시키기 위하여 슬래그에 CaO를 첨가하게 되는데, 그 결과 슬래그는 CaO-SiO₂계의 조성을 가지게 된다. 상기 Si는 비교적 약한 탈산원소이므로 Si에 의해 환원 탈류되는 경우에는 슬래그의 산화도가 높을 뿐만 아니라 용강의 산소 포텐셜도 비교적 높게 된다.

상기 AOD공정 이후에는 레이들내 불활성 가스를 취입하여 용강을 교반시키면서 합금철을 첨가시켜 성분의 미세조정을 행하거나 또는 개재물의 부상분리를 도모하는 LT공정이 수행된다. Ti 함유 스테인레스 강의 경우에도 상기 LT공정에서 Ti 성분 조정을 실시하는 것이 일반적이다.

그러나, 상기 LT공정에서 Ti를 첨가할 때, 슬래그 및 개재물 중의 SiO₂ 및 용존산소와 반응에 의해 Ti 실수율이 하락하고, 개재물 중 TiO₂함량이 높아져 CaO·TiO₂와 같은 고융점 개재물의 형성으로 제품의 표면결함을 야기시키는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, LT공정에서 Ti 투입 이전에 Al을 투입하여 슬래그 중의 SiO₂와 용존산소를 줄임으로써 Ti 실수율을 향상시키는 방법이 제시되고 있으나, LT공정에서 투입함에 따른 교반력저하로 Al 탈산능의 저하 및 강의 청정도 향상의 제약과 용강/슬래그간의 반응 열위에 따른 개재물 조성제어 측면에서 불리한 단점이 있다.

또한, 상기 방법에 따라, AOD에서 Si로 용강을 탈산하고, AOD에서 레들로 출강한 후 레들 처리단계에서 Al을 투입하고, 이후 Ti 및 Ca를 투입하는 경우, 주편 내에는 CaO·TiO₂ 및 Al₂O₃·MgO(스피넬)의 고용점 개재물이 존재하며, 주편내 고융점 개재물 발생율이 35% 정도로 매우 높아 최종제품표면에 결함이 발생하며, 이외에도 연속주조 중 개재물로 인한 침지노즐 막힘 발생으로 생산성 하락 문제도 발생한다.

한편, 기존의 AOD Si탈산 방법으로 염기도 상향을 통해 주편내 고융점 개재물 발생율을 감소시킬 수 있으나, CaO-SiO₂계에서 염기도 상향시 슬래그 융점 급증에 따른 탈황 효율 부족이 발생하여 조업 불안정을 초래하고, LT공정에서 Al투입에 따른 반응성 부족등으로 Ti 실수율 하락 및 단독 Al₂O₃ 개재물 발생이 증가하는 문제가 발생한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 종래기술로는 국내 공개특허공보 제2005-0055849호가 있다. 상기 발명에는 개재물 중 TiN의 형성을 억제하기 위한 방법이 제시되어 있으나, 제품결함을 유발하는 고융점 개재물인 Al₂O₃, CaO·TiO₂ 및 스피넬(Al₂O₃·MgO) 개재물의 무해화 방법은 제공하지 못하고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면에 따르면 AOD-LT 정련공정에서 Ti 첨가시 Ti실수율의 하락을 방지할 수 있는 정련방법이 제공된다.

본 발명의 또 하나의 측면에 따르면, 고융점개재물의 형성을 억제할 수 있는 AOD-LT 정련방법이 제공된다.

본 발명은 Ti함유 오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어, AOD공정에서 Al탈산을 통해 슬래그 염기도(CaO/Al₂O₃)를 조절하는 단계; 및 LT공정에서 Ti를 투입하는 단계를 포함하는 AOD-LT 정련방법을 제공한다.

이 때, 상기 AOD공정에서 Al탈산을 통해 슬래그 염기도를 조절하는 단계는 슬래그 염기도를 1.8~2.1의 범위로 조절하는 것을 포함한다.

또한, 상기 Ti 투입 단계 후, Ca를 추가적으로 투입할 수 있으며, 이 때 용강 중 Ca의 함량이 0.001~0.003중량%의 범위가 되도록 Ca를 투입할 수 있다.

본 발명은 AOD-LT정련공정을 통해 강재 내 고융점개재물의 발생이 억제시켜 표면 품질이 우수한 Ti함유 오스테나이트계 스테인레스강을 제조할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 AOD-LT 정련방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 깊이 연구한 결과 AOD공정에서 탈산처리시 Si를 대신하여 Al을 투입하고, 또한 슬래그의 염기도를 적절한 범위로 제어할 경우 강재 내 고융점 개재물의 발생을 억제할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 본 발명은 스테인레스강의 AOD 정련 공정에서 Si 대신에 Al을 첨가하여 탈산을 수행하며, CaO를 첨가함으로써 슬래그를 CaO-Al₂O₃계로 조정하는 것을 하나의 특징으로 한다. 상기 AOD공정에서 Al을 이용하여 탈산을 하는 이유는 기존의 Si탈산 과정과정에서 SiO₂계 슬래그가 발생하여 Ti 첨가시 TiO₂가 생성되는 것을 방지하기 위한 것이며, 본 발명은 AOD공정에서 Al로 탈산을 행함으로써 Al₂O₃를 미리 형 성시킴으로써 후공정인 LT공정에서 저융점 개재물의 형성을 용이하게 하기 위한 것이다.

또한, 상기 슬래그의 염기도는 1.8~2.1의 범위로 변화시키는 것이 바람직한데, 이는 표면 품질의 저하를 유도하는 고융점 슬래그의 생성을 방지하기 위한 것이다. 통상 슬래그의 염기도는 CaO/SiO₂(각 성분의 중량비를 의미함) 또는 CaO/Al₂O₃로 표시하는 경우가 많은데 본 발명에서 의미하는 슬래그 염기도는 후자를 의미한다. 이 때, CaO-Al₂O₃계 슬래그는 용강 중 개재물을 흡수할 수 있는 적절한 범위의 염기도를 가지는 것이 바람직하다.

상기와 같이 염기도의 범위를 정하는 이유는 Al₂O₃계 개재물이 흡수될 수 있도록 충분한 양의 CaO가 존재하게 하는, 즉, 슬래그내 Al₂O₃의 활동도를 낮게 유지 동시에 너무 융점이 높아지지 않도록 적절한 범위의 Al₂O₃가 존재하도록 하기 위함이다. 본 발명에서는 종래의 슬래그 염기도보다 다소 높은 범위로서 1.8 이상의 값을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 이는 AOD 공정이 비교적 초기 공정으로서 추가적인 정련공정에서 Al₂O₃계 산화물이 추가적으로 발생하여 슬래그의 염기도가 낮아질 수 있음을 감안한 것이다.

슬래그의 염기도가 1.8미만인 경우 Al₂O₃함량이 높아 스피넬(Al₂O₃·MgO) 개재물 발생율이 높아져 제품의 표면결함을 유발하는 단점이 있으며, 염기도가 2.1을 초과할 경우 상기한 스피넬 발생율이 감소하고, 동시에 슬래그 융점 상승에 따른 탈황 효율 하락으로 조업에 장애를 초래하는 문제가 발생할 수 있으므로 AOD 탈산직후의 슬래그 염기도는 1.8~2.1의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 AOD공정을 마치고 LT공정에서 Ti를 투입한다. 용강이 충분히 탈산되고 슬래그의 산화도도 낮기 때문에 Ti의 실수율은 충분히 확보될 수 있다. 뿐만 아니라, 경질의 Ti계 개재물이 형성되지 않으므로 상기 Ti계 개재물에 의한 용강 청정도의 악화도 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 AOD 공정과 LT 공정에 의해 Ti를 함유하는 스테인레스 용강을 제조하는 방법으로서, 상기 AOD 공정의 환원탈류기에 Al을 첨가하고 상기 LT 공정에서 Ti를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 상기 Ti가 첨가된 스테인레스 용강에 Ca를 첨가하는 과정을 더 포함할 수도 있다. 상기 Ca는 용강내에 투입될 경우 경질 Al₂O₃계 개재물을 저융점 CaO-Al₂O₃계 개재물로 변화시킬 수 있다. 즉, 일반적으로 AOD 출강시에는 대기와의 접촉으로 용강의 재산화가 일어나고, 출강~LT처리시간동안의 온도하락에 따른 개재물 형성이 일어나게 되는데, 이 때 강중의 Al과 O의 반응으로 인해 단독의 Al₂O₃가 형성되며, 이러한 개재물은 고융점 개재물로서 노즐막힘 및 제품표면결함의 원인이 되기 때문에 형상제어가 필요한 것이다.

따라서, AOD에서 Al 탈산을 실시한 후 출강된 용강을 LT처리함에 있어서 LT공정에서 Ca를 투입하게 되면, 하기 반응식 1의 반응에 의해 단독 Al₂O₃ 개재물은 저융점 개재물로 조성변화가 일어난다.

12[Ca] + 11Al₂O₃ → 8[Al] + 12CaO·7Al₂O₃(저융점 개재물)

상기 반응식 1에 따라, 상기 투입되는 Ca의 함량은 적절하게 조절되어 되어야 하며, 바람직하게는 용강 중 Ca의 함량 범위가 0.001~0.003중량%가 되도록 첨가되는 것이 좋다. 강중 Ca함량이 0.001중량% 미만인 경우 CaO-Al₂O₃계 저융점 개재물 형성을 위한 Ca함량이 부족하여, Al₂O₃ 단독개재물 비율이 높아지는 단점이 있으며, 0.003중량%를 초과하는 경우에는 단독개재물 감소효과가 미약하며, Ca 함량이 과량으로 투입되는 경우 CaS 형성으로 인해 내식성이 감소하기 때문에 추가적인 Ca함량 증가시 개재물 조성제어 효과가 미미하므로, 상기 Ca의 함량은 0.001~0.003중량%의 범위로 투입되는 것이 바람직하다.

상기 Ca 투입 이후 가스 버블링과 같은 추가적인 용강 교반에 의해 용강 중 개재물과 Ca가 충분히 반응하는 과정이 후속될 수 있지만, 이는 통상의 방법에 준하면 되므로 그에 대하여 특별히 상세하게 설명하지는 않는다.

이하, 실시예를 통해 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

AOD의 환원탈류기에서 Al 또는 Si로 용강을 탈산하여 하기 표 1에 기재된 바와 같이 슬래그의 염기도를 1.6~2.5로 변화시켰다. 이후 LT 처리시 Ti를 용강톤당 3Kg 첨가하였으며, Ca를 첨가하여 하기 표 1에 기재된 값으로 조정하였다. 그에 따른 Ti 실수율, 주편 내 고융점 개재물 발생율 및 탈황 효과를 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다.

구분	AOD 슬래그 조성(%)				Ti 실수율 (%)	주편내 고융점 개재물 발생율(%)	[Ca] (%)	탈황
	CaO	SiO2	Al2O3	염기도
비교예 1	56.0	29.0	4.8	C/S=1.9	85	35%	0.0015	◎
비교예 2	57.6	<1	36.0	C/A=1.6	95	23%	0.0013	◎
발명예 1	60.0	<1	33.3	C/A=1.8	94	8%	0.0017	◎
발명예 2	62.6	<1	30.3	C/A=2.1	94	4%	0.0014	○
비교예 3	67.3	<1	26.4	C/A=2.5	93	3%	0.0018	△

(C: CaO, S: SiO_2, A: Al₂O₃)

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조조건을 만족하는 발명예 1 및 2는 Ti 실수율이 증가되고, 주편 내 고융점 개재물 발생율이 저감되었으며, 이와 동시에 탈황 효과가 우수한 것을 알 수 있다.

반면, 종래의 방법과 동일하게 환원탈류기에 Si로 탈산한 경우인, 비교예 1은 비교적 산화도가 높은 슬래그가 형성되었기 때문에 이후 Ti의 투입에 의해 Ti산화물이 다량형성되며 그 결과 CaO-TiO₂계 고융점 개재물이 다량 생성되었던 것이다. 이에 따라, Ti 실수율 또한 본 발명에서 제시한 Al 탈산 방법에 비해, 낮은 수치를 나타내고 있다.

비교예 2는 Al로 탈산한 경우이나 염기도가 1.6 정도로서 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어난 경우이다. 염기도가 낮기 때문에 추가적으로 Al₂O₃개재물을 흡수할 여력이 부족하여 용강내 Al₂O₃계 개재물이 다량존재하거나 MgO등의 성분과 반응하여 스피넬형 개재물이 다량형성되었다.

상기 비교예 1과 비교예 2에 의해서는 추가적인 Ca 첨가를 통하여 개재물 형상제어를 도모하였음에도 고융점 개재물의 비율을 감소시키지 못하였음을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 환원탈류기에 Al탈산함과 동시에 염기도를 적절한 범위로 제어한 경우에는 고융점 개재물의 비율을 10% 이하로 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.

한편, 비교예 3과 같이 염기도가 과다하게 높을 경우에는 스피넬 발생율이 3%로 낮아졌으나, 탈황 효율 또한 감소하는 것을 알 수 있었다. 상기 탈황의 평가는 100ppm을 기준으로 하였으며, 용강내 황의 함량이 100ppm미만인 경우에 탈황 효율이 양호한 것으로 판단하였다.

[실시예 2]

본 발명자들은 본 발명에서 제안한 슬래그 염기도의 범위인 1.8~2.1을 만족하도록 슬래그의 염기도를 제어하여 AOD 공정을 행하였으며, LT단계에서 Ca를 투입하였다. 상기 투입되는 Ca는 용강 내에서 그 함량이 0.0005~0.0037중량%의 범위로 되도록 투입하였으며, Ca함량에 따른 주편 내 Al₂O₃ 단독개재물의 비율을 측정하여, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

구분	[Ca] (%)	Al2O3 단독개재물 비율(%)
비교예 4	0.0005	13%
비교예 5	0.0011	4%
발명예 3	0.0023	2%
발명예 4	0.0028	1%
비교예 6	0.0037	1%

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 투입된 Ca의 함량이 0.0005%인 경우, Al₂O₃ 단독개재물 비율이 13%로, Ca의 함량범위가 0.0011~0.0028%인 경우에 비하여 높은 실정임을 알 수 있다.

이에 더하여, 비교예 6은 발명예 4에 비래 투입되는 Ca의 함량이 많으나, Al₂O₃ 단독개재물 비율이 저감 효과는 발명예 4와 비슷한 수준으로 나타났다.

도 1은 슬래그의 염기도에 따른 고융점 개재물 발생율을 나타낸 그래프이다.

Claims (4)

1. Ti함유 오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어, AOD공정에서 Al탈산을 통해 슬래그 염기도(CaO/Al₂O₃)를 조절하는 단계; 및

   LT공정에서 Ti를 투입하는 단계를 포함하는 AOD-LT 정련방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬래그 염기도는 1.8~2.1의 범위로 조절하는 것을 포함하는 AOD-LT 정련방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 Ti 투입 후, Ca를 추가적으로 투입하는 것을 포함하는 AOD-LT 정련방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 Ca의 투입은 용강 중 Ca의 함량이 0.001~0.003중량%의 범위가 되도록 하는 AOD-LT 정련방법.

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