KR20200053870A - 탈산제 및 용강 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탈산제 및 용강 처리 방법에 관한 것으로서, 탈산제를 알루미늄; 및 페로망간을 함유하고, 상기 알루미늄과 상기 페로망간이 합금으로 형성되도록 하여, 알루미늄을 단독으로 탈산제로 사용할 때보다 알루미늄의 실수율을 향상시켜 용강의 탈산 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

탈산제 및 용강 처리 방법{Deoxidizer and processing method for molten steel}
본 발명은 탈산제 및 용강 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실수율을 향상시켜 탈산 효율을 향상시킬 수 있는 탈산제 및 용강 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제강공정은 용선 예비처리 공정, 전로 정련공정, 2차 정련공정 및 연속주조 공정 순으로 진행되고, 상기 공정이 완료된 후에 최종적으로 원하는 강판을 얻을 수 있다. 그 중 전로 조업 방법은 전로 내부에 고철과 용선의 주원료를 장입하고, 랜스를 이용하여 산소를 불어넣어 용선 중 불순물인 탄소(C), 인(P), 실리콘(Si) 등을 슬래그로 제거함으로써 용강을 제조할 수 있다.
전로 조업을 통해 제조된 용강 중에는 다량, 예컨대 300ppm 이상의 용존 산소가 존재하게 된다. 용존 산소는 주조 시 주편에 기포성 결함이나 알루미나(Al2O3) 등과 같은 비금속 개재물을 생성하기 때문에 반드시 제거되어야 한다. 이에 전로에서 용강을 출강할 때 탈산 공정을 수행하거나, 2차 정련공정에서 용강 중 용존 산소를 제거하기 위한 탈산 공정을 수행하고 있다.
한편, 용강 중 용존 산소를 제거하는 과정에서 탈산제를 용강에 투입할 수 있다. 탈산제는 용강에 투입되어 용강 중 산소와 반응하여 개재물을 형성하고, 이렇게 형성된 개재물을 부상되면서 용강의 탕면에 슬래그로 형성될 수 있다.
탈산제로 사용되는 물질 중 알루미늄은 산소와의 반응성이 매우 크기 때문에 용강 중 용존 산소를 제거하는데 주로 사용되고 있다. 그런데 알루미늄은 용강 및 슬래그보다 비중 및 융점이 낮기 때문에 용강으로 완전하게 투입되지 못하고 슬래그나 용강의 탕면 부근에서 용해되기 쉽다. 또한, 알루미늄은 슬래그에서 대기 중의 산소와 반응하여 쉽게 산화되기 때문에 용강에 투입된 양대비 탈산에 기여하는 양, 즉 실수율이 매우 낮은 문제점이 있다. 실제 조업에서도 알루미늄의 실수율은 50% 미만에 지나지 않는 것으로 보고되고 있다. 또한, 탈산제로 사용되는 알루미늄(Al)은 고가이므로, 알루미늄의 손실율을 보상하기 위해 알루미늄을 추가 투입하게 되면 제강공정에서의 운용비용이 증가하여 생산의 원가를 상승시키는 문제점이 있다.
KR 2003-0089955 A
본 발명은 실수율을 향상시켜 탈산 효율을 향상시킬 수 있는 탈산제 및 용강 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 탈산제는, 알루미늄; 및 페로망간을 함유하고, 상기 알루미늄과 상기 페로망간이 합금으로 형성될 수 있다.
합금 전체에 대하여, 0중량% 초과 40중량% 이하의 알루미늄과, 60중량% 초과 100중량% 미만의 페로망간을 포함할 수 있다.
합금 전체에 대하여, 4 내지 25중량%의 알루미늄과, 75 내지 96중량%의 페로망간을 포함할 수 있다.
합금 전체에 대하여, 4 내지 12중량%의 알루미늄과, 88 내지 96중량%의 페로망간을 포함하고, 상기 페로망간은 페로망간 전체에 대하여 2중량% 초과 7.5중량% 이하의 탄소를 함유할 수 있다.
상기 합금은, 4 내지 25중량%의 알루미늄과, 75 내지 96중량%의 페로망간을 포함하고, 상기 페로망간은 페로망간 전체에 대하여 0중량% 초과 2중량% 이하의 탄소를 함유할 수 있다.
상기 합금의 크기는 10 내지 100㎜일 수 있다.
상기 합금은 4 내지 7g/㎤의 비중과, 1170 내지 1250℃의 융점을 가질 수 있다.
상기 합금은 표면의 적어도 일부에 산화방지막을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 용강 처리 방법은, 알루미늄과 페로망간을 함유하는 합금을 마련하는 과정; 용강을 출강하는 과정; 및 상기 용강에 상기 합금을 투입하여 탈산하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 합금을 마련하는 과정은, 페로망간과 알루미늄을 마련하는 과정; 상기 페로망간을 용해시키는 과정; 상기 알루미늄을 용해시키는 과정; 및 용해된 알루미늄과 페로망간을 냉각시켜 합금으로 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 페로망간과 알루미늄을 마련하는 과정은, 상기 페로망간과 상기 알루미늄을 합한 전체에 대하여, 4 내지 30중량%의 알루미늄과, 70 내지 96중량%의 페로망간을 마련할 수 있다.
상기 알루미늄을 용해시키는 과정은, 용해된 페로망간의 현열을 이용하여 용해시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 페로망간과 상기 알루미늄은 서로 다른 용해로에서 용해시키고, 용해된 페로망간과 용해된 알루미늄을 혼합하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 합금을 파쇄하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 합금의 표면 적어도 일부에 산화방지막을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 알루미늄을 페로망간과 합금으로 제조하여 용강의 탈산제로 사용할 수 있다. 이에 알루미늄을 단독으로 탈산제로 사용할 때보다 알루미늄의 실수율을 향상시켜 용강의 탈산 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 알루미늄을 페로망간과 합금으로 형성하여 탈산제로 사용하면, 알루미늄을 단독으로 탈산제로 사용할 때보다 비중 및 융점을 증가시킬 수 있다. 따라서 용강 탈산 시 탈산제가 용강 중으로 원활하게 침투 또는 침지하여 대기와의 접촉이 억제되고, 용해가 지연되어 용해로 인해 대기와의 접촉 면적이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이에 탈산제 중 알루미늄이 대기 중 산소에 의해 산화되서 손실되는 것을 억제함으로써 알루미늄의 실수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 알루미늄의 함량에 따른 탈산제의 고상 비중 변화를 보여주는 그래프.
도 3은 제1페로망간-알루미늄의 평형상태도.
도 4는 제2페로망간-알루미늄의 평형상태도.
도 5는 알루미늄의 함량에 따른 탈산제 중 질소 함량의 변화를 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 방법에서 탈산제를 마련하는 과정을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제를 이용하여 용강을 탈산할 때 탈산제 중 알루미늄의 함량에 따른 알루미늄의 실수율 변화를 보여주는 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 알루미늄의 함량에 따른 탈산제의 고상 비중 변화를 보여주는 그래프이다. 도 3은 제1페로망간-알루미늄의 평형상태도이고, 도 4는 제2페로망간-알루미늄의 평형상태도이고, 도 5는 알루미늄의 함량에 따른 탈산제 중 질소 함량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제는, 알루미늄(Al)과 페로망간(FeMn)을 용해시켜 합금으로 형성될 수 있다. 이때, 합금, 다시 말해서 탈산제는 0중량% 초과 40중량% 이하의 알루미늄과, 60중량% 초과 100중량% 미만의 페로망간을 포함할 수 있다. 또는, 탈산제는 4 내지 30중량%의 알루미늄과, 70 내지 96중량%의 페로망간을 포함할 수 있다. 이와 같은 탈산제는 4 내지 7g/㎤의 비중과, 1170 내지 1250℃의 융점을 가질 수 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제는 10 내지 100㎜의 크기로 형성될 수 있다. 또한, 탈산제는 표면의 적어도 일부에 산화방지막을 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 탈산제는 알루미늄과 페로망간을 함유하는 합금으로 형성될 수 있다. 이때, 탈산제는 0중량% 초과 40중량% 이하의 알루미늄과, 60중량% 초과 100중량% 미만의 페로망간을 포함할 수 있다. 또는, 4 내지 30중량%의 알루미늄과, 70 내지 96중량%의 페로망간을 포함할 수 있다. 이러한 탈산제는 4 내지 7g/㎤ 또는 4.5 내지 6.5g/㎤의 비중과, 1170 내지 1250℃의 융점을 가질 수 있다.
여기에서 탈산제의 비중과 융점을 상기와 같은 범위로 제어하는 이유는 다음과 같다.
알루미늄은 2.8g/㎤ 정도의 비중과 600℃ 정도의 융점을 갖고, 산소와의 반응성이 매우 높은 물질이다. 그리고 페로망간은 7.3g/㎤ 정도의 비중과, 1250℃ 정도의 융점을 갖고, 알루미늄보다 산소와의 반응성이 낮은 물질이다.
예컨대 용강의 탈산을 위해 알루미늄을 단독으로 용강에 투입하면, 알루미늄이 슬래그를 통과하지 못해 용강 중으로 침투하지 못할 수 있다. 즉, 슬래그의 비중은 4g/㎤ 미만이고, 용강의 비중은 약 7,2g/㎤ 정도로, 알루미늄보다 비중이 크기 때문에 알루미늄 중 일부는 슬래그에 배치되고 일부는 용강의 탕면 부근에 배치될 수 있다. 이 경우, 알루미늄이 대기 중 산소와의 반응으로 산화되서 용강 중 용존 산소를 제거하는데 기여할 수 없다.
또한, 알루미늄은 슬래그와 용강의 온도보다 낮은 융점을 갖기 때문에 슬래그를 통과해서 용강 중으로 침투하지 못한 경우, 슬래그나 용강의 탕면 부근에서 슬래그와 용강의 온도에 의해 용해될 수 있다. 이 경우, 알루미늄이 용해되면서 표면적이 증가하여 대기와의 접촉면적이 증가하기 때문에 대기 중 산소에 의해 더 활발하게 산화되므로 결과적으로는 알루미늄의 실수율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 알루미늄을 알루미늄보다 비중 및 융점이 높은 페로망간과 합금으로 형성하여 탈산제로 사용하면, 알루미늄을 단독으로 사용할 때보다 탈산제의 비중 및 융점을 증가시키고 산소와의 반응성을 저감시킬 수 있다.
이때, 탈산제의 비중은 적어도 슬래그의 비중보다 크게 제어할 수 있다. 이와 같은 범위로 제어하기 위해서는 알루미늄의 함량을 탈산제 전체에 대해서 40중량% 이하로 할 수 있다. 도 2는 알루미늄과 페로망간을 합금화했을 때 알루미늄의 함량에 따른 탈산제의 고상 비중 변화를 보여주고 있다. 도 2를 참조하면, 탈산제의 비중을 슬래그의 비중보다 크게 하기 위해서는, 탈산제 전체에 대해서 알루미늄을 40중량% 이하로 함유하도록 해야되는 것을 알 수 있다. 이때, 알루미늄의 함량이 상기 범위를 초과하면, 탈산제의 비중이 슬래그의 비중보다 낮아질 수 있다. 이에 탈산제가 슬래그를 통과해서 용강으로 침투하지 못하고 슬래그나 용강의 탕면 부근에서 대기 중 산소와의 반응으로 산화되서 용강 중 용존 산소를 제거하는데 기여할 수 없다. 따라서 탈산제의 비중을 슬래그의 비중보다 큰 4.5g/㎤ 이상으로 제어하기 위해서는 알루미늄의 함량을 30중량% 이하로 하는 것이 좋다.
반면, 알루미늄의 함량이 적으면 탈산제의 비중이 커져서 탈산제가 용강 중으로 용이하게 투입될 수 있다. 그러나 탈산제의 비중이 용강의 비중과 비슷해지기 때문에 탈산제가 용기의 바닥쪽으로 이동하여 탈산제와 용강 중 용존 산소 간의 반응 효율이 저하되거나, 탈산에 소요되는 시간이 증가할 수 있다. 따라서 탈산제의 비중을 용강의 비중보다는 작은 6.5g/㎤ 이하로 제어하는 것이 좋으며, 탈산제의 비중을 이와 같이 제어하기 위해서는 알루미늄을 4중량% 이상으로 할 수 있다.
그리고 탈산제의 융점은 적어도 알루미늄의 융점보다 높게 제어할 수 있다. 전술한 바와 같이 알루미늄을, 알루미늄보다 높은 페로망간과 합금으로 형성하면 알루미늄을 단독으로 사용할 때보다 탈산제의 융점을 높일 수 있다. 탈산제의 융점이 증가하면, 슬래그나 용강의 탕면 부근에서 바로 용해되지 않고 용강 중에서 서서히 용해됨으로써 용강 중 용존 산소를 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 페로망간은 페로망간 중 탄소의 함량에 따라 제1페로망간과, 제2페로망간으로 구분될 수 있다. 이때, 페로망간 중 탄소의 함량이 2중량% 초과 7.5중량% 이하인 경우에는 제1페로망간이라 하고, 페로망간 중 탄소의 함량이 0중량% 초과 2중량% 이하인 경우에는 제2페로망간이라 한다.
탈산제 제조 시 페로망간에 함유된 탄소는 알루미늄과 반응하여 탄화알루미늄((Al4C3)을 형성할 수 있다. 탄화알루미늄은 대기 중 수분(H2O)와 반응하여 수화반응을 일으킬 수 있다. 수화 반응은 탈산제의 부피를 팽창시키고, 이로 인해 탈산제가 부서져서 세분화되는 분화 현상을 일으킬 수 있다. 탈산제가 팽창되거나 이로 인해 분화되면, 탈산제의 강도가 낮아지고 탈산제의 크기가 작아져 용강 중에서 빠르게 용해되어 버리기 때문에 용강의 탈산 효율이 저하될 수 있다.
이러한 수화 반응은 탈산제를 보관하는 과정에서 발생할 수 있기 때문에 탈산제를 제조한 후 빠른 시간 내에 사용한다면 문제가 되지 않는다. 그러나 탈산제를 보관해야 하는 경우에는 탈산제 제조 시 탄화알루미늄이 형성되지 않는 범위로 알루미늄의 함량을 조절할 수 있다. 이때, 페로망간 중 탄소 함량에 따라 탄화알루미늄이 형성되는 알루미늄의 함량은 다를 수 있다.
도 3은 제1페로망간-알루미늄의 평형상태도로서, 온도에 따라 제1페로망간과 알루미늄의 상태를 보여주고 있다. 도 3을 참조하면, 탄소 함량이 비교적 높은 제1페로망간과 알루미늄을 용해시키는 경우, 탈산제의 융점 범위인 1170 내지 1250℃에서 알루미늄의 함량이 약 12중량%를 초과하면 탄화알루미늄이 형성되는 것을 알 수 있다. 즉, 알루미늄의 함량이 12중량% 이하인 범위에서 페로망간과 알루미늄은 액상으로 존재한다. 그러나 알루미늄이 12중량%를 초과하게 되면 알루미늄 중 일부가 제1페로망간 중 탄소와 반응하여 탄화알루미늄을 형성하게 된다. 이에 제1페로망간과 알루미늄으로 탈산제를 제조하는 경우, 탈산제는 4 내지 12중량%의 알루미늄과, 88 내지 96중량%의 제1페로망간을 이용하여 제조하는 것이 좋다.
그리고 도 4는 제2페로망간-알루미늄의 평형상태도로서, 온도에 따라 제2페로망간과 알루미늄의 상태를 보여주고 있다. 도 4를 참조하면, 탄소 함량이 비교적 낮은 제2페로망간과 알루미늄을 용해시키는 경우, 탈산제의 융점 범위인 1170 내지 1250℃에서 알루미늄의 함량이 약 25중량%를 초과하면 탄화알루미늄이 형성되는 것을 알 수 있다. 즉, 알루미늄의 함량이 25중량% 이하인 범위에서 페로망간과 알루미늄은 액상으로 존재한다. 그러나 알루미늄의 함량이 25중량%를 초과하게 되면 알루미늄 중 일부가 제2페로망간 중 탄소와 반응하여 탄화알루미늄을 형성하게 된다. 이에 제2페로망간과 알루미늄으로 탈산제를 제조하는 경우, 탈산제는 4 내지 25중량%의 알루미늄과, 75 내지 96중량%의 제2페로망간을 이용하여 제조하는 것이 좋다.
한편, 망간은 질소와의 친화력이 높은 특징을 가지고 있다. 이에 페로망간을 이용하여 탈산제를 제조하면, 탈산제를 제조하는 과정에서 탈산제에 대기 중 질소가 흡수되는 흡질 현상이 발생할 수 있다. 그리고 이와 같은 탈산제를 이용하여 용강을 탈산하면, 탈산제 중 질소가 용강으로 흡수되어 용강 중 질소 농도가 증가할 수 있다. 특히, 제1페로망간에 비해 망간 함량이 높은 제2페로망간을 이용하여 탈산제를 제조하는 경우 흡질 현상이 더욱 활발하게 일어날 수 있다.
그러나 페로망간과 알루미늄가 합금화된 탈산제를 이용하여 용강을 탈산하면, 용강 중 질소가 탈산제 중 알루미늄과 알루미늄 질화물(AlN)을 형성하면서 슬래그로 제거되기 때문에 용강 중 질소 함량을 저감시킬 수 있다. 도 5는 탈산제 제조 시 알루미늄의 함량을 변화시키고, 제조된 탈산제 중 질소 함량을 측정한 결과를 보여주고 있다. 도 5에서는 제2페로망간을 단독으로 사용하여 탈산제를 제조한 경우, 탈산제 중 질소 함량이 0.03 내지 0.045중량% 수준인 것으로 나타나 있다. 그런데 탈산제 중 알루미늄의 함량을 증가시키면, 탈산제 중 질소 함량이 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 탈산제 중 알루미늄의 함량을 약 7중량% 이상으로 하면, 탈산제 중 질소 함량을 0.01중량% 이하로 제어할 수 있다. 따라서 페로망간을 함유하는 탈산제를 사용함에 따라 발생할 수 있는 흡질 현상을 저감시키기 위해서는 탈산제 중 알루미늄의 함량을 7중량% 이상으로 하는 것이 좋다.
본 발명의 실시 예에 따른 탈산제는 10 내지 100㎜의 크기를 갖는 입자 형태로 제조될 수 있다. 탈산제의 크기가 지나치게 작은 경우에는 용강에 투입 시 탈산제가 빨리 용해되어 탈산 효율이 저하될 수 있다. 이와 같이 탈산제가 빨리 용해되면, 탈산제의 표면적이 증가해서 대기와 접촉하는 면적이 증가하게 된다. 이에 산소와의 반응성이 높은 물질로 제조된 탈산제가 대기 중 산소에 의해 산화되서 실수율이 저하될 수 있다.
반면, 탈산제의 크기가 지나치게 커지면 탈산제의 용해가 지연되어 용강을 탈산하는데 소요되는 시간이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 탈산제가 용강 중에서 용해되면서 용강의 온도를 저하시키게 되므로, 용강을 승온시키기 위한 공정을 추가로 실시해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 탈산제는 표면의 적어도 일부에 산화방지막을 포함할 수 있다. 즉, 탈산제는 산소와의 반응성이 높은 알루미늄과 페로망간으로 제조되기 때문에 용강에 투입되기 전까지 대기 중 산소와의 접촉을 차단함으로써 산화되는 것을 방지하는 것이 좋다. 이때, 산화방지막은 탈산제에 실리콘 오일 등의 산화방지제를 도포하는 방식 등을 이용하여 형성될 수 있다. 탈산제의 표면에 산화방지막을 형성하면, 탈산제를 보관하는 과정에서 발생할 수 있는 수화 반응이나 분화 현상도 억제할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 방법에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 방법에서 탈산제를 마련하는 과정을 순차적으로 보여주는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용강 처리 방법은, 페로망간과 알루미늄을 함유하는 합금을 마련하는 과정(S100)과, 용강을 출강하는 과정(S200) 및 용강에 합금을 투입하는 과정(S300)을 포함할 수 있다.
페로망간과 알루미늄을 함유하는 합금, 즉 탈산제는 다음과 같은 방법으로 마련할 수 있다.
도 7을 참조하면, 페로망간과 알루미늄을 함유하는 합금을 마련하는 과정은, 페로망간과 알루미늄을 마련하는 과정(S110)과, 페로망간을 용해시키는 과정(S120)과, 알루미늄을 용해시키는 과정(S130) 및 용해된 페로망간과 알루미늄을 냉각시켜 합금을 형성하는 과정(S140)을 포함할 수 있다.
먼저, 페로망간과 알루미늄을 함유하는 합금, 즉 탈산제를 제조하기 위한 원료인 알루미늄과 페로망간을 마련할 수 있다. 이때, 페로망간과 알루미늄은 적어도 페로망간과 알루미늄을 합한 전체에 대하여, 4 내지 30중량%의 알루미늄과, 70 내지 96중량%의 페로망간을 마련할 수 있다. 또는, 페로망간으로 탄소 함량이 비교적 높은 제1페로망간을 사용하는 경우에는, 탈산제 전체에 대해서 제1페로망간 88 내지 96중량%와, 알루미늄 4 내지 12중량%의 비율로 마련할 수 있다. 그리고 페로망간으로 탄소 함량이 비교적 적은 제2페로망간을 사용하는 경우에는, 탈산제 전체에 대해서 제2페로망간 75 내지 96중량%와, 알루미늄 4 내지 25중량%로 마련할 수 있다.
원료가 마련되면, 페로망간, 예컨대 제1페로망간 또는 제2페로망간을 용해로에 장입하여 용해시킬 수 있다. 이때, 용해로 내부의 온도를 1250℃ 이상의 온도로 가열해서 페로망간을 용해시킬 수 있다.
다음, 페로망간이 용해되면, 페로망간의 종류에 따라 미리 마련된 알루미늄을 용해로에 장입하여 용해시킬 수 있다. 이때, 알루미늄의 융점은 600℃ 정도이기 때문에 용해된 페로망간, 예컨대 페로망간 용탕의 현열에 의해 알루미늄을 용해시킬 수 있다.
여기에서는 페로망간 용탕의 현열에 의해 알루미늄을 용해시키는 것으로 설명하였으나, 용해로에 페로망간과 알루미늄을 함께 장입하여 용해시킬 수도 있다. 또는 페로망간과 알루미늄을 서로 다른 용해로에서 각각 용해시킨 후, 페로망간 용탕과 알루미늄 용탕을 혼합할 수도 있다.
페로망간과 알루미늄이 용해되면, 용해로에서 페로망간과 알루미늄이 혼합된 용탕을 출탕한 다음, 용탕을 주조 설비로 이송하여 냉각시킴으로써 알루미늄과 페로망간을 합금(FeMnAl)으로 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 합금은 덩어리 형상으로 제조될 수 있다.
이와 같이 탈산제가 제조되면, 파쇄설비에서 덩어리 형상의 탈산제를 파쇄하여 입자 형태로 만들 수 있다. 그리고 입자들로부터 10 내지 100㎜ 정도의 크기를 갖는 입자들을 선별하여 탈산제로 사용할 수 있다.
다음, 탈산제의 표면의 적어도 일부에 산화방지막을 형성할 수 있다. 이때, 산화방지제로 실리콘 오일을 사용할 수 있으며, 탈산제에 실리콘 오일을 도포하여 산화방지막을 형성할 수 있다. 산화방지제는 액상으로 탈산제에 도포하면 탈산제의 표면에 부착되어 산화방지막을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 산화방지막은 탈산제를 용강에 투입할 때까지 탈산제의 표면에 유지되서 대기 중 산소와의 반응을 억제함으로써 탈산제가 산화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 탈산제를 보관하는 경우, 산화방지막에 의해 탈산제가 대기와 접촉하는 것이 방지되어 대기 중 수분이 탈산제로 침투하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 따라서 대기 중 수분에 의해 탈산제의 부피가 팽창하거나 분화되는 것을 억제할 수 있으므로 탈산제의 보관을 용이하게 하고, 탈산제의 품질 저하를 억제할 수 있다.
이후, 탈산제를 용강에 투입하기 위해 탈산제 투입 호퍼에 저장하거나, 별도의 보관 장소에 저장할 수 있다.
정련로에서 용강의 정련이 완료되면, 용강을 래들 등과 같은 용기에 출강할 수 있다. 이때, 용강은 실리콘을 이용하여 탈산하는 강을 제외하고 다양한 종류의강종이 사용될 수 있다.
그리고 용강을 출강하면서 용강에 탈산제를 투입하여 용강 중 용존 산소를 제거, 즉 용강의 탈산을 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제를 이용하여 용강의 탈산을 실시한 경우, 알루미늄의 실수율을 검증하기 위한 실험 예에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 탈산제를 이용하여 용강을 탈산할 때 탈산제 중 알루미늄의 함량에 따른 알루미늄의 실수율 변화를 보여주는 그래프이다.
먼저, 알루미늄과, 제1페로망간과 알루미늄을 이용하여 합금, 예컨대 제1합금과, 제2페로망간과 알루미늄을 이용하여 합금, 예컨대 제2합금을 마련하였다. 이때, 알루미늄은 알루미늄 함량이 97중량% 이상인 알루미늄 금속으로 마련하였다. 그리고 제1합금은 5 내지 9중량%의 범위에서 알루미늄의 함량을 변화시키면서 복수개로 제조하였고, 제2합금은 12 내지 15중량%의 범위에서 알루미늄의 함량을 변화시키면서 복수개로 제조하였다. 그리고 알루미늄, 제1합금 및 제2합금을 파쇄하여 10 내지 100㎜ 정도의 크기를 갖는 입자들로 형성하였다.
그리고 실험을 위해 용강 중 용존 산소의 함량, 예컨대 초기 용존 산소의 함량을 변화시키면서, 탈산제로 알루미늄(실험 예1), 제1합금(실험 예2) 및 제2합금(실험 예3)을 용강에 각각 투입하였다(실험 예1). 이때, 탈산제를 용강에 투입하기 전, 용강 중 초기 용존 산소의 함량을 측정하고, 용강의 성분, 예컨대 초기 성분을 분석하였다.
탈산제를 용강에 투입한 이후 용강 중 용존 산소의 함량을 측정하고, 용강의 성분을 분석하였다.
측정 결과들 및 분석 결과들과 하기의 식1을 이용하여 탈산제 중 알루미늄의 실수율을 평가하였으며, 그 결과는 도 8에 도시된 바와 같다.
식1)
Figure pat00001
여기에서 탈산에 사용된 알루미늄의 양은 탈산제 투입 전 용강 중 초기 용존 산소의 함량과 탈산제 투입 후 용강 중 용존 산소의 함량으로부터 도출될 수 있다. 그리고 용존 알루미늄의 양은 성분 분석을 통해 도출될 수 있다. 이와 같이 알루미늄의 실수율을 평가하는 방법은 공지의 기술로서, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 탈산제로 알루미늄을 단독으로 사용한 실험 예1의 경우, 알루미늄의 실수율이 합금을 사용한 실험 예2 및 3에 비해 낮은 것을 알 수 있다. 특히, 실험 예1은 용강 중 용존 산소의 함량에 관계없이 알루미늄의 실수율이 모두 50% 이하로 매우 낮게 나타났다.
반면, 알루미늄을 페로망간과 합금으로 제조한 실험 예2 및 3의 경우, 알루미늄을 단독으로 사용한 실험 예1에 비해 알루미늄의 실수율이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실험 예3이 실험 예2에 비해 알루미늄의 실수율이 대체로 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 제1합금과 제2합금은 알루미늄의 함량이 다르기 때문에 서로 다른 비중과 융점을 가질 수 있데, 제2합금이 제1합금에 비해 용강을 탈산하기 더 좋은 비중 및 융점을 갖도록 제조되었기 때문으로 추측된다.
그리고 실험 예2 및 3은 용강 중 초기 용존 산소의 함량에 따라 특정 범위에서 알루미늄의 실수율이 현저하게 높게, 예컨대 50% 이상으로 나타난 것을 알 수 있다. 이때, 실험 예2 및 3에서 알루미늄의 실수율이 50% 이상으로 나타난 용강 중 초기 용존 산소의 함량 범위는 0.03 내지 0.07중량%였다. 이 범위는 정련 공정, 예컨대 전로 조업이 완료된 용강을 미탈산 상태로 출강하는 경우, 용강 중 용존 산소의 함량 즉, 초기 용존 산소의 함량에 포함된다. 따라서 전로 정련 후 수행되는 용강의 탈산 공정에서 알루미늄과 페로망간의 합금으로 형성된 탈산제를 사용하면 알루미늄의 실수율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이처럼, 알루미늄을 페로망간과 합금으로 제조하여 탈산제로 사용하면, 알루미늄을 단독으로 사용할 때보다 알루미늄의 실수율을 향상시킬 수 있었다. 또한, 탈산제 중 알루미늄의 함량을 조절하여 탈산제의 비중 및 융점을 제어하면, 알루미늄의 실수율을 더욱 향상시킬 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 알루미늄; 및
    페로망간을 함유하고,
    상기 알루미늄과 상기 페로망간이 합금으로 형성되는 탈산제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    합금 전체에 대하여, 0중량% 초과 40중량% 이하의 알루미늄과, 60중량% 초과 100중량% 미만의 페로망간을 포함하는 탈산제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    합금 전체에 대하여, 4 내지 25중량%의 알루미늄과, 75 내지 96중량%의 페로망간을 포함하는 탈산제.
  4. 청구항 1에 있어서,
    합금 전체에 대하여, 4 내지 12중량%의 알루미늄과, 88 내지 96중량%의 페로망간을 포함하고,
    상기 페로망간은 페로망간 전체에 대하여 2중량% 초과 7.5중량% 이하의 탄소를 함유하는 탈산제.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 합금은, 4 내지 25중량%의 알루미늄과, 75 내지 96중량%의 페로망간을 포함하고,
    상기 페로망간은 페로망간 전체에 대하여 0중량% 초과 2중량% 이하의 탄소를 함유하는 탈산제.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합금의 크기는 10 내지 100㎜인 탈산제.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 합금은 4 내지 7g/㎤의 비중과, 1170 내지 1250℃의 융점을 갖는 탈산제.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 합금은 표면의 적어도 일부에 산화방지막을 포함하는 탈산제.
  9. 알루미늄과 페로망간을 함유하는 합금을 마련하는 과정;
    용강을 출강하는 과정; 및
    상기 용강에 상기 합금을 투입하여 탈산하는 과정;을 포함하는 용강 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 합금을 마련하는 과정은,
    페로망간과 알루미늄을 마련하는 과정;
    상기 페로망간을 용해시키는 과정;
    상기 알루미늄을 용해시키는 과정; 및
    용해된 알루미늄과 페로망간을 냉각시켜 합금으로 형성하는 과정;을 포함하는 용강 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 페로망간과 알루미늄을 마련하는 과정은,
    상기 페로망간과 상기 알루미늄을 합한 전체에 대하여, 4 내지 30중량%의 알루미늄과, 70 내지 96중량%의 페로망간을 마련하는 탈산제.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 알루미늄을 용해시키는 과정은,
    용해된 페로망간의 현열을 이용하여 용해시키는 과정을 포함하는 용강 처리 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 페로망간과 상기 알루미늄은 서로 다른 용해로에서 용해시키고,
    용해된 페로망간과 용해된 알루미늄을 혼합하는 과정을 더 포함하는 용강 처리 방법.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합금을 파쇄하는 과정을 포함하는 용강 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 합금의 표면 적어도 일부에 산화방지막을 형성하는 과정을 포함하는 용강 처리 방법.
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