KR20160014332A - 쾌삭강 제조 방법 - Google Patents

Abstract

쾌삭강 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 전기로에서 철 스크랩을 용융시켜 용강을 생성하는 단계; 상기 용강을 래들에 출강하는 단계; 상기 용강에 알루미늄 탈산제를 투입하여 상기 용강 내 산소를 제거하는 단계; 상기 용강 상부에 형성되는 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계; 래들 정련을 통해 상기 용강의 온도를 상승시키고 상기 용강 성분의 함량을 조정하는 단계; 상기 제강 슬래그에 MgO 성분을 투입하여 상기 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계; 탈가스 공정을 통해 상기 용강 내 수소를 제거하는 단계; 상기 용강에 질소 성분을 투입하는 단계; 상기 용강에 황 성분을 투입하는 단계; 및 상기 용강을 연주기로 이송하여 연속 주조하는 단계를 포함하는 쾌삭강 제조 방법이 제공된다.

Description

쾌삭강 제조 방법{METHODS FOR MANUFACTURING FREE CUTTING STEEL}

본 발명은 쾌삭강 제조 방법에 관한 것이다.

쾌삭강은 가공성이 우수하여 자동차용 크랭크 샤프트, 피스톤 로드 등으로 이용될 수 있다. 이러한 쾌삭강은 C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, V, N 등을 포함하여 이루어지며, 쾌삭강의 가공성은 S, N 등의 함량에 의해 결정될 수 있다. 자동차용 크랭크 샤프트 등으로 이용되는 쾌삭강은 다른 용도의 강재와 비교하여 상대적으로 높은 수준의 청정도가 요구될 수 있다. 이러한 요구에 대응하기 위하여, 쾌삭강의 제강 단계에서 형성되는 유해한 개재물의 수를 감소시킬 필요가 있다. 대표적인 유해 개재물로서는 MgO - Al₂O₃로 이루어지는 스피넬 구조의 고융점 개재물이 있다. 스피넬 구조의 고융점 개재물을 구성하는 MgO 성분은 제강 슬래그에 의해 침식되는 용강 래들의 MgO계 내화물로부터 유입되고, Al₂O₃ 성분은 용강 내 탈산 개재물의 형태로 존재할 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0215105호(1999. 08. 16, 고청정강의 제조방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은 용강 래들의 슬래그 라인 침식을 저감할 수 있는 쾌삭강 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전기로에서 철 스크랩을 용융시켜 용강을 생성하는 단계; 상기 용강을 래들에 출강하는 단계; 상기 용강에 알루미늄 탈산제를 투입하여 상기 용강 내 산소를 제거하는 단계; 상기 용강 상부에 형성되는 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계; 래들 정련을 통해 상기 용강의 온도를 상승시키고 상기 용강 성분의 함량을 조정하는 단계; 상기 제강 슬래그에 MgO 성분을 투입하여 상기 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계; 탈가스 공정을 통해 상기 용강 내 수소를 제거하는 단계; 상기 용강에 질소 성분을 투입하는 단계; 상기 용강에 황 성분을 투입하는 단계; 및 상기 용강을 연주기로 이송하여 연속 주조하는 단계를 포함하는 쾌삭강 제조 방법이 제공된다.

상기 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계에서, 상기 제강 슬래그에 생석회를 투입하여 상기 제강 슬래그의 염기도를 조절할 수 있다.

상기 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계에서, 상기 제강 슬래그의 염기도를 1.1로 조절할 수 있다.

상기 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계에서, 상기 제강 슬래그 내 MgO 성분의 포화 용해도는 15% 이상일 수 있다.

상기 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계에서, 상기 제강 슬래그 1톤당 MgO 성분을 150kg 이상 투입할 수 있다.

상기 질소 성분을 투입하는 단계에서, 상기 용강에 상기 질소 성분을 포함하는 질소 와이어를 투입할 수 있다.

상기 황 성분을 투입하는 단계에서, 상기 용강에 상기 황 성분을 포함하는 황 와이어를 투입할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 탈가스 공정 전 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시킴으로써, 용강 래들의 슬래그 라인 침식을 저감할 수 있다. 또한, 제강 슬래그의 염기도를 조절함으로써, 제강 슬래그 내 SiO₂의 활동도를 증가시켜 용강 내 스피넬 구조의 고융점 개재물인 MgO - Al₂O₃이 생성되는 것을 억제할 수 있고 용강 청정도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 SiO₂ 및 Al₂O₃의 함량에 따른 활동도 변화를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 제강 슬래그의 염기도에 따른 MgO 성분의 포화 용해도를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 쾌삭강 제조 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강 제조 방법을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쾌삭강 제조 방법은 용강을 생성하는 단계(S100), 용강을 출강하는 단계(S110), 용강 내 산소를 제거하는 단계(S120), 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계(S130), 용강 성분의 함량을 조절하는 단계(S140), 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계(S150), 용강 내 수소를 제거하는 단계(S160), 용강에 질소 성분을 투입하는 단계(S170), 용강에 황 성분을 투입하는 단계(S180) 및 연속 주조하는 단계(S190)를 포함할 수 있다.

먼저, 전기로에서 철 스크랩을 용융시켜 용강을 생성할 수 있다(S100).

철 스크랩을 전기로에 장입하고, 전기로에 설치된 전극 봉에 고전압의 전기를 공급하여 발생되는 아크 열에 의해 철 스크랩을 용융시킬 수 있다.

전기로에는 열원을 보충하기 위하여 LNG, 산소 가스, 가탄제 등이 취입될 수 있다. 전기로에 취입되는 산소 가스는 가탄제 및 기타 용강 내 함유된 C 성분과 산화 반응을 일으키면서 전기로 내에 열을 추가로 공급하게 되고, 이러한 열에 의해 용강의 온도는 보다 상승될 수 있다.

다음으로, 용강을 래들에 출강하고(S110), 용강에 알루미늄 탈산제를 투입하여 용강 내 산소를 제거할 수 있다(S120). 알루미늄 탈산제는 전기로의 1차 정련 조업 중 취입되어 용강 내 다량 함유된 산소 성분을 제거할 수 있다.

다음으로, 용강 상부에 형성되는 제강 슬래그의 염기도를 조절할 수 있다(S130).

용강 내 스피넬 구조의 고융점 개재물은 다음 반응을 차례로 거쳐 생성될 수 있다.

(반응 1)

3(SiO₂)_슬래그 + 4Al → 3Si + 2(Al₂O₃)_개재물

(SiO₂)_슬래그 + Ti → Si + (TiO₂)_개재물

Si + 2O → (SiO₂)_개재물

(반응 2)

(SiO₂)_개재물 + (Al₂O₃)_개재물 → (SiO₂ - Al₂O₃)_개재물

(반응 3)

4(Al₂O₃)_개재물 + 3Mg → 3(MgO - Al₂O₃)_개재물 + 2Al

상기 반응들의 아래 첨자 중 슬래그는 해당 성분이 제강 슬래그 내에 존재함을 의미하고, 아래 첨자 중 개재물은 해당 성분이 용강 내 개재물의 형태로 존재함을 의미한다.

반응 1에서 초기 제강 슬래그의 SiO₂ 활동도를 증가시키면, SiO₂ 개재물이 증가하게 되고, 반응 2에서 SiO₂ 개재물이 증가하게 되면 SiO₂ - Al₂O₃ 개재물 내의 Al₂O₃의 활동도는 감소하게 되며, 반응 3에서 Al₂O₃의 활동도가 감소하게 되면 MgO - Al₂O₃로 이루어지는 스피넬 구조의 고융점 개재물의 생성 구동력이 떨어지게 된다. 그 결과, 최종적으로 용강 내 스피넬 구조의 고융점 개재물의 생성을 억제할 수 있다. 따라서, 용강 내 스피넬 구조의 고융점 개재물의 생성을 억제하기 위해서는, 초기 제강 슬래그의 SiO₂ 활동도를 증가시킬 필요가 있다.

도 2는 SiO₂ 및 Al₂O₃의 함량에 따른 활동도 변화를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 제강 슬래그 내 SiO₂의 함량이 증가할수록 SiO₂의 활동도는 증가하는 것을 확인할 수 있다.

이를 바꾸어 말하면, 제강 슬래그의 염기도를 낮추면 용강 내 스피넬 구조의 고융점 개재물의 생성을 억제할 수 있다. 여기서, 염기도란 (CaO 함량 / (SiO₂ 함량 + Al₂O₃ 함량))을 의미한다.

제강 슬래그의 염기도는 제강 슬래그에 생석회(CaO)를 투입하여 조절할 수 있다. 예를 들어, 제강 슬래그에 생석회(CaO) 투입량을 증가시킴으로써 염기도를 낮출 수 있다.

하기 표 1은 제강 슬래그의 염기도에 따른 용강 청정도를 나타낸다.

염기도	1.7	1.1	1.0
T.[O]	26	22	23
청정도 지수	1460	1320	1340

상기 표 1을 참조하면, 제강 슬래그의 염기도가 1.1인 경우 용강 청정도가 향상되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 스피넬 구조의 고융점 개재물의 생성을 억제하기 위하여 제강 슬래그의 염기도를 낮추되, 용강 청정도를 향상시키기 위해서는 염기도를 1.1 아래로 조절하는 것은 바람직하지 않을 수 있다.

다음으로, 래들 정련을 통해 용강의 온도를 상승시키고 용강 성분의 함량을 조정할 수 있다(S140).

래들에 출강된 용강은 LF(ladle furnace) 설비 및 후술한 VD(vacuum degasing) 설비에 의해 2차 정련될 수 있다. 본 공정은 LF 설비에 의한 래들 정련에 관한 것으로서, 래들 정련에 의해 용강은 추후 조업의 수행을 위해 충분히 승온될 수 있고, 용강 성분, 즉 C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, V, N 성분 등의 함량을 조정할 수 있다.

용강의 승온은 아크열에 의해 이루어질 수 있으며, 래들의 하부에는 질소 가스가 주입되어 용강을 환류시킬 수 있으므로 이에 따라 용강 내 온도 분포 및 용강 내 성분 분포는 보다 균질화 될 수 있다.

다음으로, 제강 슬래그에 MgO 성분을 투입하여 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시킬 수 있다(S150).

스피넬 구조의 고융점 개재물의 생성을 억제하기 위하여, 제강 슬래그의 염기도를 낮춘 경우에는, 제강 슬래그 내 MgO 성분의 포화 용해도는 높아질 수 있고, 이로 인해 용강 래들의 슬래그 라인 침식이 활발하게 이루어질 수 있다. 용강 래들의 슬래그 라인은 MgO계 내화물로 이루어지는 것이 일반적이다.

따라서, 용강 래들의 슬래그 라인 침식을 줄이기 위해, 제강 슬래그와 슬래그 라인 사이의 반응이 가장 활발하게 일어나는 탈가스 공정 전에 경소 또는 MgO 성분을 투입함으로써 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시킬 필요가 있다.

도 3 및 도 4는 제강 슬래그의 염기도에 따른 MgO 성분의 포화 용해도를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제강 슬래그의 염기도가 각각 0.9, 1.0, 1.1 또는 1.8인 경우, MgO 성분의 포화 용해도를 확인할 수 있다.

예를 들어, 제강 슬래그의 염기도가 1.1인 경우, 제강 슬래그 내 MgO 성분의 포화 용해도는 15% 이상임을 확인할 수 있다. 따라서, 제강 슬래그 1톤(ton) 당 MgO 성분을 150kg 이상을 투입하면 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시킬 수 있을 것이다.

다음으로, 탈가스 공정을 통해 용강 내 수소를 제거할 수 있다(S160).

래들 정련이 완료된 후 래들은 VD 설비의 진공 챔버 내에 배치되어 용강에 대한 진공 탈가스 공정이 이루어질 수 있다.

진공 탈가스 공정을 통해 용강 내 수소(H)의 함량을 감소시킬 수 있고, 이에 수반되어 용강 내 S 성분 및 N 성분의 함량도 낮아질 수 있다.

다음으로, 용강에 질소 성분 또는 질소 와이어를 투입하고(S170), 황 성분 또는 황 와이어를 투입함으로써(S180), 진공 탈가스 공정 중 감소된 용강 내 질소 및 황 성분을 조절할 수 있다. 여기서, 질소 와이어는 질소 성분을 포함하는 파우더를 내부에 공간이 형성된 와이어 구조를 갖는 철피 내에 수용함으로써 형성될 수 있으며, 예를 들어 Fe-Mn-N 와이어일 수 있고, 황 와이어는 황 성분을 포함하는 파우더를 내부에 공간이 형성된 와이어 구조를 갖는 철피 내에 수용함으로써 형성될 수 있다.

다음으로, 용강을 연주기로 이송하여 연속 주조할 수 있다(S190).

상술한 공정들에 의해 성분 함량 조정이 완료된 용강은 래들의 이송에 따라 연주기로 이송된다. 래들 하부에는 슈라우드 노즐이 연결되어 래들 내 용강은 턴디쉬로 주입될 수 있으며, 용강은 침지 노즐을 통해 몰드로 주입되어 이러한 몰드를 통해 슬라브가 생성될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (7)

1. 전기로에서 철 스크랩을 용융시켜 용강을 생성하는 단계;
   상기 용강을 래들에 출강하는 단계;
   상기 용강에 알루미늄 탈산제를 투입하여 상기 용강 내 산소를 제거하는 단계;
   상기 용강 상부에 형성되는 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계;
   래들 정련을 통해 상기 용강의 온도를 상승시키고 상기 용강 성분의 함량을 조정하는 단계;
   상기 제강 슬래그에 MgO 성분을 투입하여 상기 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계;
   탈가스 공정을 통해 상기 용강 내 수소를 제거하는 단계;
   상기 용강에 질소 성분을 투입하는 단계;
   상기 용강에 황 성분을 투입하는 단계; 및
   상기 용강을 연주기로 이송하여 연속 주조하는 단계를 포함하는 쾌삭강 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계에서,
   상기 제강 슬래그에 생석회를 투입하여 상기 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 것을 특징으로 하는 쾌삭강 제조 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제강 슬래그의 염기도를 조절하는 단계에서,
   상기 제강 슬래그의 염기도를 1.1로 조절하는 것을 특징으로 하는 쾌삭강 제조 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계에서,
   상기 제강 슬래그 내 MgO 성분의 포화 용해도는 15% 이상인 것을 특징으로 하는 쾌삭강 제조 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제강 슬래그 내 MgO 성분을 포화시키는 단계에서,
   상기 제강 슬래그 1톤당 MgO 성분을 150kg 이상 투입하는 것을 특징으로 하는 쾌삭강 제조 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 질소 성분을 투입하는 단계에서,
   상기 용강에 상기 질소 성분을 포함하는 질소 와이어를 투입하는 것을 특징으로 하는 쾌삭강 제조 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 황 성분을 투입하는 단계에서,
   상기 용강에 상기 황 성분을 포함하는 황 와이어를 투입하는 것을 특징으로 하는 쾌삭강 제조 방법.

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