KR20130014923A

KR20130014923A - 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법

Info

Publication number: KR20130014923A
Application number: KR1020110076672A
Authority: KR
Inventors: 이영익
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-02-12
Also published as: KR101258776B1

Abstract

본 발명은 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제강공정에 관한 것으로서, 구체적으로 스테인리스강을 정련 후 성분 조정하는 공정에 있어서 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정은 다음과 같은 단계를 포함한다. 제1 단계에서는 래들(ladle) 도착 후 슬래그 배체 전 미세 버블링을 실시한다. 제2 단계에서는 부상된 슬래그를 배제한다. 제3 단계에서는 재산화 방지 플럭스를 투입한다. 제4 단계에서는 합금철을 투입한다. 제5 단계에서는 버블링한다.
본 발명에 따르면 듀플렉스 스테인리스강의 정련 및 성분조정 공정에서 미세 슬래그를 최소화함으로써 연속 주조 공정 중의 침지노즐 막힘 현상을 최소화 할 수 있다.

Description

듀플렉스 스테인리스강 제조 방법{Manufacturing method of duplex stainless steel}

본 발명은 듀플렉스 스테인리스강 제강공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 듀플렉스 스테인리스강의 연속주조시 침지노즐이 막히는 것을 방지하기 위한 성분조정(Laddle treatment)공정에 관한 것이다.

전기로 공정을 거쳐 나온 용탕은 탄소 함유량이 많고 상당량의 규소, 황과 같은 불순물이 함유되어 있어 경도가 높고 취약한 성질을 가진다. 이러한 용탕을 잘 늘어나면서 강인한 강으로 만들려면 정련 공정을 통하여 탄소의 량을 줄이고 불순물을 제거하여야 한다. 이러한 공정을 제강이라고 한다.

제강공정은 정련 공정(AOD, Argon Oxygen Decarburization) - 성분조정 공정(LT, Ladle Treatment) - 연속주조 공정(C/C, Continuous Casting)을 통하여 이루어 진다.

연속 주조 공정은 용강을 연속 주조형 주형에 주입하고 반 응고된 강편을 주형의 하부에서 연속으로 빼내어 빌렛, 슬래브 등의 제품을 제조하는 것이다.

본 발명의 과제는 듀플렉스 스테인리스강의 제강 공정 중 미세 슬래그를 최소화 함으로써 용강의 청정도를 향상시킬 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 과제는 연속주조 공정에서 침지노즐이 막히는 것을 방지할 수 있는 정련 공정, 특히 성분조정 공정을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정은 다음과 같은 단계를 포함한다.

제1 단계에서는 중량%로, C: 0 내지 0.030% 이하, Si: 0.35 내지 0.65%, Mn: 1.4 내지 1.7%, P: 0 내지 0.03% 이하, S: 0 내지 0.0010% 이하, Cr: 22.1 내지 22.6%, Ni: 5.05 내지 5.45%, Mo: 2.5 내지 2.7%, Ti: 0 내지 0.005% 이하, Cu: 0 내지 0.5% 이하, Al: 0 내지 0.15%와 철(Fe), 기타 불가피한 불순물을 포함하고, B: 20 내지 35ppm, N: 1650 내지 1900ppm을 포함하는 스테인리스강을 래들(ladle) 도착 후 슬래그 배체 전 미세 버블링을 실시한다.

제2 단계에서는 부상된 슬래그를 배제한다.

제3 단계에서는 재산화 방지 플럭스를 투입한다.

제4 단계에서는 합금철을 투입한다.

제5 단계에서는 버블링한다.

상기 듀플렉스 스테인리스강은 할 수 있다.

상기 미세 버블링은 1.5~2.5BAR 의 압력하에서 15분 내지 25분 동안 실시할 수 있다.

또한 상기 제3 단계에서 상기 플럭스는 생석회와 알루미나가 1:1로 혼합된 플럭스를 뜻하며, 생석회 및 형석을 함께 투입할 수 있다.

나아가 상기 합금철은 최대 용강 100톤 당 500Kg을 투입할 수 있다.

또한 상기 제5 단계는 15분 내지 20분 동안 실시하는 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정.

본 발명에 따르면 듀플렉스 스테인리스강의 정련 및 성분조정 공정에서 미세 슬래그를 최소화함으로써 연속 주조 공정 중의 침지노즐 막힘 현상을 최소화 할 수 있다.

또한 본 발명에 따른면 침지 노즐의 막힘 현상을 최소화 함으로써 연속적인 제강 공정의 중단을 방지하고 생산성을 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 연속 주조 설비의 모습을 나타내는 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 성분조정 공정의 모습을 나타내는 개략도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.

1. 전체 제강 공정

제강공정은 정련 공정(AOD, Argon Oxygen Decarburization) - 성분조정 공정(LT, Ladle Treatment) - 연속주조 공정(C/C, Continuous Casting)을 통하여 이루어 지거나, 정련공정(AOD) 이후에 진공탈탄(VOD, Vaccum Oxygen Decarburizatin) 공정을 추가로 포함할 수 있다.

정련공정(AOD)에서는 탈탄 작업과 슬래그의 제조를 통한 탈황(Desulfurization)과 탈산(Deoxidation)이 이루어진다. 즉, 정련 공정(AOD)에서는 아르곤(Ar)과 산소(O2) 혼합가스 또는 질소(N2)와 산소(O2) 혼합가스를 용탕 중에 취입한다. 용강 중에 산소(O2)가 공급되면 크롬(Cr)이 먼저 산화되면서 탈탄반응이 진행된다.

진공탈탄 공정(VOD)은 고크롬 용강의 진공 탈탄법이다. 진공탈탄법에서의 진공탈탄은 통상 이전 공정에서 예비 탈탄처리한 용강을 사용한다. 진공탈탄 공정에서는 진공 용기 내에 레이들을 넣고 레이들 바닥에 설치한 다공질 플러그를 통해 아르곤(Ar) 가스를 취입하여 용강을 교반하면서 상부에 설치한 랜스로부터 산소를 취입하여 탈탄처리를 한다. 생산성은 정련공정(AOD)보다 미흡하지만 고크롬 페라이트계의 극저 탄소(C), 질소(N)강 제조에 적합하다.

이후 성분조정 공정(LT, Ladle Treatment)에서는 탈산 후 교반을 통하여 성분 조정을 하게 된다. 성분조정 공정은 용강상태에서 성분 및 온도를 적중하기 위한 마지막 공정이다. 즉, 성분조정 공정에서 침적관중 상승 쪽으로 아르곤(Ar) 및/또는 질소(N2)를 취입하게 되면 상승관 내에서 버블(Bubble)이 형성되어 위로 올라가고 그 위치 에너지 차에 의하여 하강관 쪽으로 용강이 내려오게 되어 순환하게 된다. 용강이 순환하면서 래들 내에서 아르곤(Ar) 및 질소(N₂)기포의 파열과 함께 비산 및 포말층으로 탈가스가 이루어 진다.

연속주조 공정에서는 특정 온도로 출강된 용강을 래들터렛(ladle turret)을 통하여 연주기 주상으로 이송한 다음 중간 용기인 턴디시(tundish)로 주입한다. 턴디시에서는 용강 중 게재물을 부상 분리시키며 몰드(mold)내로 용강을 주입한다.

2. 연속주조 설비 및 침지 노즐 막힘 현상

도 1을 참조하여 연속 주조 설비에 대하여 설명한다. 도 1은 연속 주조 설비를 나타내는 개략도이다. 연속 주조 설비는 일 예로 크게 용강을 받는 래들(110)과 래들에서 용강을 수용하는 턴디쉬(130) 및 턴디쉬에서 용강을 받는 연속주조 주형(150)를 포함할 수 있다.

용강(M)을 수용하는 래들(110)에 구비된 쉬라우드 노즐(112)을 통해 하측의 턴디쉬(130)로 용강(M)이 공급된다. 그 다음, 턴디쉬(130)에 일정량의 용강(M)이 수용되고 용강에 함유된 슬래그 또는 비금속 개재물 등의 분리 부상이 이루어지면, 도 1과 같이 턴디쉬(130)의 출강구(132)의 하부에 배치된 슬라이딩 게이트(134)를 조작하여 턴디쉬(130)에 수용된 용강(M)은 출강구(132)와 그 직하부에 구비된 침지노즐(136)을 통해 주형(150)에 연속적으로 주입된다.

따라서, 주형(150)에 주입된 용강(M)은 주형내에서 응고되면서 하부로 연속 인발되고 주형 이후에 배치된 세그멘트 롤(152)들을 거치면서 주편(154) 즉, 슬래브 등으로 제조된다.

한편, 도 1에서 래들의 쉬라우드 노즐을 통하여 턴디쉬내로 유입될 때, 용강의 와류 발생 등으로 인하여 슬래그(S) 등의 개재물이 용강에 혼입되면서 턴디쉬 침지노즐을 통하여 주형으로 유입되는 문제가 발생될 수 있으며, 반복적으로 공정이 진행됨에 따라 침지노즐이 막히는 문제점이 발생할 수 있다.

3. 일 실시예에 따른 성분조정 공정

도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 성분조정 공정을 설명한다. 도 2는 일 실시예에 따른 성분조정 공정의 모습을 나타내는 개략도이다.

듀플렉스 스테인리스강을 정련 후 성분 조정하는 공정에 있어서 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정은 다음과 같은 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 스테인리스강은 중량%로, C: 0 내지 0.030% 이하, Si: 0.35 내지 0.65%, Mn: 1.4 내지 1.7%, P: 0 내지 0.03% 이하, S: 0 내지 0.0010% 이하, Cr: 22.1 내지 22.6%, Ni: 5.05 내지 5.45%, Mo: 2.5 내지 2.7%, Ti: 0 내지 0.005% 이하, Cu: 0 내지 0.5% 이하, Al: 0 내지 0.15%와 철(Fe), 기타 불가피한 불순물을 포함하는 듀플렉스 스테인리스강을 대상으로 한다. 이 외에도 B: 20 내지 35ppm, N: 1650 내지 1900ppm을 포함할 수 있다.

먼저 본 발명에 따른 제1 단계에서는 래들(ladle) 도착 후 상부에 존재하는 슬래그를 배제하기 전에 미세 버블링을 실시한다. 즉, 일반적으로 부상된 슬래그를 배제하기 전 미세 버블링을 실시하여 저하된 청정도를 어느 정도 복구하는 단계를 더 거친다.

미세 버블링은 1.5 내지 2.5BAR의 압력 하에서 15분 내지 25분 동안 실시할 수 있다. 버블링 압력이 상기 1.5BAR보다 작은 경우 실제 버블링 효과를 기대할 수 없고 2.5BAR 이상이 되면 부상되어 있는 슬래그가 다시 용강 중으로 혼입될 수 있으므로 압력의 상한 및 하한의 범위를 준수하여야 하며, 2.0BAR의 압력 하에서 수행하는 것이 바람직하다. 한편, 미세 버블링 시간이 15분 미만일 경우 용강 중의 슬래그가 분리부상하는 시간이 부족하고 25분을 초과하면 용강이 과도하게 냉각될 수 있으므로 시간을 준수하여야 한다. 단 상술한 미세 버블링의 압력 조건 및 시간 조건은 래들에 수용된 용강의 질량이 약 100톤인 경우를 기준으로 한다.

제2 단계에서는 슬래그를 배제한다. 즉, 상부에 부상되어 있던 슬래그와, 앞서 설명한 미세 버블링 단계를 통하여 개재물을 포집하면서 새로이 부상된 슬래그를 함께 배제시킨다. 슬래그를 배제함으로써 용강이 공기 중에 노출되는 나탕 상태가 된다.

제3 단계에서는 재산화 방지 플럭스를 투입한다. 플럭스란 금속 또는 합금을 용해할 때 용해한 금속면이 대기와 닿는 것을 방해할 목적으로 금속의 표면에 용해한 염류에 의한 얇은 층을 만들기 위해 사용하는 혼합염을 의미한다. 즉, 공기와 용강 사이에 존재하던 슬래그를 배제하고, 나탕 상태의 용강이 공기와 접촉하여 재산화되는 것을 방지하기 위하여 플럭스를 투입하게 된다. 한편, 플럭스는 용강 100톤에 대하여 약 200Kg를 투입할 수 있다. 플럭스로는 산화칼슘(CaO, 생석회)와 알루미나가 1:1로 혼합된 것을 사용할 수 있으며, 생석회 중 일부를 형석으로 대체하여 함께 투입할 수 있다.

제4 단계에서는 합금철을 투입한다. 또한 합금철은 각 합금 성분을 증량할 목적으로 투입되며, 특히 Fe-Mo, U-Ni 성분이 배제된 합금철을 투입하는 것이 바람직하다. 한편, 합금철은 용강 100톤을 기준으로 최대 500Kg을 투입할 수 있다.

제5 단계에서는 버블링을 통하여 개재물을 부상 분리시킨다. 이 때 버블링 시간은 15분 내지 20분, 바람직하게는 약 20분간 수행할 수 있다. 버블링 시간을 증가시킴으로써 부상분리되는 개재물의 양을 최대화 할 수 있다. 지나치게 버블링 시간을 길게 수행하는 경우에는 용강의 온도 조절이 어려워 이후의 공정에서 용강의 온도 조절을 위한 단계를 추가하여야 하는 등 경제적으로 불리하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정으로 구현될 수 있다.

110: 래들 130: 턴디쉬
132: 출강구 134: 슬라이딩 게이트
150: 연속주조 주형 152: 세그멘트 롤

Claims

중량%로, C: 0 내지 0.030% 이하, Si: 0.35 내지 0.65%, Mn: 1.4 내지 1.7%, P: 0 내지 0.03% 이하, S: 0 내지 0.0010% 이하, Cr: 22.1 내지 22.6%, Ni: 5.05 내지 5.45%, Mo: 2.5 내지 2.7%, Ti: 0 내지 0.005% 이하, Cu: 0 내지 0.5% 이하, Al: 0 내지 0.15%와 철(Fe), 기타 불가피한 불순물을 포함하고, B: 20 내지 35ppm, N: 1650 내지 1900ppm을 포함하는 스테인리스강을 정련 후 래들(ladle) 도착 후 슬래그 배제 전 미세 버블링을 실시하는 제1 단계;
부상된 슬래그를 배제하는 제2 단계;
재산화 방지 플럭스를 투입하는 제3 단계;
합금철을 투입하는 제4 단계; 및
버블링하는 제5 단계;를 포함하는 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 미세 버블링은 1.5~2.5BAR의 압력하에서 15분 내지 25분 동안 실시하는 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 단계에서 상기 플럭스는 생석회와 알루미나가 1:1로 혼합된 것으로, 생석회 및 형석을 함께 투입하는 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 합금철은 Fe-Mo, U-Ni을 배제한 성분으로 형성되는 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 합금철은 최대 용강 100톤 당 500Kg을 투입하는 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제5 단계는 15분 내지 20분 동안 실시하는 침지노즐 막힘 방지를 위한 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.