KR890002980B1 - 강철의 개재물형상 조절방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

강철의 개재물형상 조절방법

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 일반적으로 강의 생성에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 기계적 성질을 가지는 강을 생산하기 위한 강내의 개재물 형상의 변경에 관한 것이다.

[기술배경]

재재물은 강내의 산화물 또는 황화물로서 연성, 파괴인성, 파괴강도 및 응력 부식 저항과 같은 강의 기계적 성질에 해로운 영향을 미친다. 개재물이 길고 얇은 형상보다는 오히려 구(球) 형으로 개재물의 형성을 조절할 수 있다면, 개재물의 해로운 영향이 상당히 감소 될 수 있다고 밝혀졌다. 이러한 형상조절은 열간가공 조작동안에 그 형상을 유지하고 또 형상이 본질적으로 구형인 착 개재물 (complex inclusions)을 형성하도록 통상의 산화물 및/또는 황화물 형성 원소와 결합하는 물질을 강에 첨가 함으로써 이루어진다. 개재물 형상조절을 위해 첨가될 수 있는 첨가물의 하나로서 칼슘이 있다. 그러나, 칼슘은 지금까지는 개재물 형상 조절 첨가물로서의 칼슘의 이용도를 떨러뜨리는 단점을 갖고있다.

칼슘은 제 강온도에서 비교적 높은 증기압을 갖고 또 용융강에 비해 비교적 낮은 밀도를 갖는다. 게다가 칼슘은 강내에서 비교적 한정된 용해도를 갖는다. 따라서 개재물 형상을 조절하도록 산화물 및 황화물 개재물을 성공적으로 현형시키기 위해 강에 필요한 양의 칼슘을 효과적으로 제공하기가 매우 어렵다. 칼슘은 높은 증기압 때문에 강 욕(steel bath)에 용해하히 보다는 오히려 기화하려는 경향이 있다. 칼슘은 또한 한정된 용해도와 낮은 밀도 때문에 용해하기 전에 용융강에서 떠올라 슬래그 속으로 슬어가려는 셩향이 있다. 따라서, 칼슘은 개재물 형상 조절 첨가물로서 효과적으로 사용하기 위해서 특수하고 고가의 기술이 사용되었다. 한가지 기술은 분말형 칼슘 함유 화합물을 래들내의 용탕 표면아래의 깊은 고서에 주입하는 방법이다. 이 기술은 필요한 주입장치가 고가이고 그 유지비가 비경제적이며, 주입공정는 용탕에 온도손실을 초래하고 또 주입공정은 불가피하게 스플래싱(splashing)용탕위로 공기모부터 불필요한 질소, 산소 및 수소를 강으로 유입시키는 단점을 갖고 있다. 또 다른 기술은 강 덮개(Steel Sheath)내에 넣어진 칼슘금속과 같이 심선(cored wire)으로서 칼슘을 용탄에 도입하는 것이 있다. 이 기술의 단점은 심선이 고가이고, 심선이 첨가될 수 있는 속도의 제한뿐 아니라 보통 존재하는 슬리그층을 침투하기 위한 문제점 때문에 강의 많은 배치(baatch)를 효과적으로 처리하기가 어렵다는데 있다.

이와같은 단점에도 불구하고, 탈슘은 일반적으로 개재물형상 조절을 위한 적합한 첨가물이다. 그 이유는 칼슘이 산화 및 황화 개재물을 변형시켜서 강 전체에 걸쳐 매우 균일하게 분포된 우수한 형상의 개재물을 제고하기 때문이다. 게다가, 칼슘의 사용은 전체 개재물 함량에 악영향을 미치지 않고 또 주조작압 동안에 일부강이 노즐을 막는 경향을 감소시킨다. 따라서, 좀 고가이기는 하나, 칼슘첨가에 의해 개재물이 조절되므로 양호한 기계적 성질 및 우수한 주조성을 갖는 강을 얻을 수 있다. 따라서, 고가이며 복잡한 방법을 사용치 않고 충분한 양의 칼슘을 용탕에 성공적으로 첨가시키기 위해 개재물 형상조절 첨가물로서 칼슘이 사용될 수 있게하는 방법을 제공함이 바람직스럽다.

본 발명의 목적은 강내의 개재물 형상을 조절하기 위한 개선된 방법을 재공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 칼슘이 개재물 형상을 조절하는데 사용되어질 수있는 강의 생산을 위한 개선된 공정을 제공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 복잡하거나 또는 고가인 부가적 기술을 요하지 않으면서,칼슘이 개재물의 형상조절에 사용될 수 있고 또 용융 강에 성공적으로 첨가될 수 있는 강제조공정을 제공함에 있다.

[발명의 요약]

상기한 목적 및 다른 목적들은 다음에 의해 당업자에게 분명히 인식될 것이다. 개재물의 형상이 일반적으로 구형인 강생산공정으로서, (A) 0.005중량％ 이하의 황 함량과, 0.005％이하의 용해된 산소함량 및 3000°F를 초과하지 않는 온도를 갖는 고도로 정련된 강을 만들고, (B) 존재하는 황 함량의 3 내지 25배의 양으로 칼슘을 상기 고도로 정련된 강에 첨가하는 것을 포함한다. 본원에서 사용하는 용어 "개재물"은 모든 강중에 존재하는 산소 및/또는 황 함유상(phase)을 의미한다.

또한, 본원에서 사용하는 용어 "레들"은 강 정련용기로부터 턴디시(tundish)또는 중형과 같은 또 다른 용기를 용융강을 옮기기 위해 사용되는 내화물로 라이닝된 용기를 의미한다. 또, 본원에서 사용하는 "턴디시"란 레들로부터 주형으로 용융강을 옮기기위한 연속 주조 공정에서 사용하는 내화물로 라이닝한 용기를 의미한다.

본 발명의 공정에서 용융강은 황과 산소가 매우낮은 수준으로 정련된다. 이렇게 고도로 정련된 강은 용탕의 0.005중량％ 이하의 황 함량과 용탕의 0.005중량％ 이하의 용해된 산소함량을 갖는다. 이렇게 낮은 수준의 황과 산소를 갖게 할 수 잇는 어떤 강 정련 공정도 본 발명의 공정을 실시하는 데 유용하다. 이러한 정련공정들로는 AOD, VAD와 염기성 탈황 슬래그를 사용하는 다른 레들 공정 및 페린(perrin)뿐만 아니라 다른 레들 노 공정들이 있다. 당업자들에게는 이들 제강용어 및 그 의미들이 친숙할 것이다.

본 발명의 공정과 관련하여 사용하기에 특히 적합한 강 정련 공정은 적어도 하나의 삽입 송풍구(Submerged tuyere)를 갖춘 정련 용기내에 담겨있는 용융금속 및 함금을 정련하기 위한 공정이 AOD 공정 또는 아르곤 산소 탈탄공정으로 이들 공정은 다음을 포함한다. (a) 최대 90％의 희석가스를 함유하는 산소함유 가스를 상기 송풍구를 통하여 용탕내로 주입하고(여기서 상기 희석가스는 용탕의 탈탄중에 형성된 가스 기표내의 일산화탄소 분압을 감소시키는 작용과, 전체 분사 가스 흐름속도를 사실상 바꾸지 않으면서 용탕에 대한 산소의 공급속도를 바꾸는 작용 및/또는 보호유체로서의 역할 기능을 한다). 그 다음에 (b) 상기 송풍기를 통해 용탕내로 분무가스(sparging gas)를 주입 하는것, (여기서, 상기 분무가스는 탈가스, 탈산, 기화에 의해 또는 슬래그 와의 반응이나 이후의 앤트랩먼트(entrapment)와 함께 불순물의 부유에 의해 용탕에서 불순물을 제거하는 작용을 한다). 유용한 희석 가스로는 아르곤, 헬륨, 수소, 질소, 수증기 또는 탄화수소와 이산화탄소를 포함한다. 유용한 분무가스로는 아르곤, 헬륨,질소, 일산화탄소, 이산화탄소고 포함된다. 아르곤과 질소가 적합한 희석 및 분무가스이다. 아르곤, 질소 및 이산화탄소가 적합한 보호유체이다.

AOD 공정이 본 발명과 관련하여 사용하기에 특히 바람직한데, 왜냐하면 이 공정은 탈황제로서 저렴한 석회를 기본으로한 슬래그를 사용하여 매우낮은 수준으로 빠르게 탈황시킬 수 있기 때문이다. 더우기, 이 탈황방법은 탕산/탈황 단계동안에 형성된 산화 개재물내의 칼슘의 존재를 초래하는 결과가 된다. 이것은 완전한 개재물 형상 조절을 확실하게 해주고, 더 나아가 요구되는 형상조절 첨가물의 양을 감소시킨다.

고도로 정련된 강의 온도는 칼슘이 첨가될 대 300°F를 초과하지 않아야 한다. 이것은 중요한데, 왜냐하면 3000°F 이상의 온도는 개재물의 형상을 훌륭하게 조절하는 칼슘의 능력에 유해한 효과를 가질것이기 때문이다. 특히 3000°F를 초과하는 온도에서는 칼슘이 대부분 기화할 것이다. 전술한 바와같이, 본 발명의 공정의 가장 중요한 정점중의 하나는 복잡하고 비경제적인 절차가 필요없이 간단하게 칼슘을 첨가할 수 있다는데 있다. 칼슘을 고도로 정련된 용융강에 언제든지 첨가할 수 있지만, 가능하다면, 용탕이 하나의 용기에서 다른 용기로 옮겨질 때 칼슘을 용융강에 첨가하는 것이 바람직하다.

가장 바람직 하게는 그러한 첨가는 이동 스트림(stream)에 대해 행하는 것이다. 왜냐하면, 이동 또는 주입스트림의 작용이 탈슘을 단지 용기내의 용융강에 첨가하는 경우보다 더욱 빠르게 용탕전체를 통해 칼슘을 혼합시키고 분산시키는 역할을 하기 때문이다. 고도로 정련된 강에 칼슘을 첨가하기 위한 적당한 시기의 예로는 용탕이 정련용기나 정련레들에서 이동레들, 턴디시 또는 주형으로 이동될 때, 또는 용탕이 이동 용기에서 주형으로 이동될 때 이다. 이 방법은 첨가시간을 짧게하고 따라서 온도 손실을 더욱 적은 가스를 함유하게 한다.

사실상 슬래그와의 첩촉을 피하는 방법으로 용탕에 칼슘을 첨가하는 것이 중요한데, 왜냐하면 슬래그와의 접촉이 칼슘이 원하는 개재물 형상조절을 하도록 작용하는 용탄내로보다 오히려 슬래그내로 용해되려 하기 때문이다. 슬래그와의 접촉을 사실상 피하는 것이 바람직한 또 다른 이유은 고도로 정련된 강이 하나의 용기에서 다른 용기로 부어질 때 칼슘을 첨가 하는 것이 바람직 스럽기 때문이다. 이러한 점에서, 적절한 카버(cover)를 마련하도록 충분한 슬래그를 남겨둔 상태에서 탈슘 첨가전에 일부의 슬래그를 욕(bath)으로부터 제거하는것 또한 바람직하다.

칼슘형상조절 첨가물은 분말이나 조각(chunks)이나 단광(briquetts)등과 같은 어떤 적절형 형태로 첨가될 수 있다. 강에 형상조절 첨가물의 첨가가 쉽고 용통성이 있다는 것이 본 발명 공정이용의 주요한 특징이다. 칼숨의 기화보다는 용탕에 칼슘의 유지를 용이하게하는 칼시바(Calsiber) TM, 칼슘-실리콘, 하이퍼갈(Hypercal)TM 및 인코-칼(Inco-cal)TM 과 같은 칼슘화합물의 형태로 칼슘을 첨가하는 것이 바람직하다.

첨가될 칼슘의 양은 변할수 있고 또 이 양은 제조할 강의 유형, 용탕 및 슬래그의 조건 및 화학적성질 즉, 욕과 다른 인자들에 좌우된다. 일반적으로, 칼슘은 용탕내의 황 존재량의 3내지 25배의 중량으로 첨가되고, 바람직하게는 용탕중의 황 존재량의 10 내지 20배의 중량으로 첨가된다. 형상조절 첨가물을 용탕에 첨가한후, 용탕는 주형으로 운반되거나 또는 제품으로 만드은 연속 주조기로 운반된다.

본 발명 공정을 실행하기위한 특히 바람직한 방법은 AOD 용기와 같은 곳에서 용탕을 정련한 후 용탕에 알루미늄 첨가하는 방법이다. 알루미늄은 탈산제로서의 역할을 하므로 형상조절첨가물의 첨가에 의해 얻어지는 결과물을 개선시킨다. 최종 알루미늄 함량은 적어도 0.005중량％ 이어서 적게 용해된 산호함량을 보장해야 하지만, 높은 알루미늄함향은 최종 개재물 함량에 불필요한 증가를 초래할 수 있고 개재물 형상조절에 필요한 칼슘의 양을 증가시킬 수 있으므로 최종 알루미늄 함량은 0.05중량％를 초과하면 안된다.

본 발명의 공정에 의해 생산된 강내의 개재물은 일반적으로 구형이고 또 열간가공중에도 그 형태를 사실상 유지하므로 강은 길쭉한 개재물에 의해 발생되는 기계적 성질이 감소되지 않는다. 칼슘은 간단한 레들첨가에 의한 형상조절 첨가물로써 사용될 수 있고 복잡한 부가적 시술이 필요치 않다.

본 발명의 공정이 어떻게 상기의 유효한 결과를 낳게 했는지는 확신할 수 없다. 어떠한 이론에 종속되기를 원치는 않고, 관찰된 장점에 대한 적어도 일부의 이유가 설명될 수 있는 다음을 기술한다. 상기한 정점의 열쇠는 강에 형상조절 첨가물을 첨가하기전에 강을 고도로 정련된 상태로 했기 대문이라고 생각된다. 용탕에 매우 적은 양의 황 및 산소가 존재하므로, 종래에 필요했던 용해된 칼슘보다 더 적은 양이 필요하게 된다. 게다가, 필요한 낮은 수준으로의 탈황은 염기성 석회 함유슬래그를 필요로하고 일부양의 칼슘이 강에 존재하게 하고 또한 요구되는 칼슘의 양을 감소시킨다. 이들 효과는 또한 간단하고 경제적인 레들 첨가방법으로 충분하고도 미세분말의 공기분사 또는 비경제적인 칼슘 심선첨가가 필요없게 되는 필요한 전체 칼슘양을 감소시는 효과도 갖고 있다.

다음의 실시예는 본 발명 공정을 더욱 예증하기 위한 것이고, 이것으로 본 발명을 한정하려 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

등급 4150 저합금 강의 42톤 용량을 AOD 전로내에서 정련하고, 적절한 커버를 마련할 슬래그를 남겨두고 일부분의 슬래그를 전로로부터 가만히 따른다. 출탕하기전에 AOD 용기에 정돈첨가하여 중량 ％로 나타낸 다음과 같은 화학적 조성물을 얻었다.

산호 황은 용해 및 화합된 산소 양쪽 모두를 나타낸다. AOD 용기로부터 고등급 알루미나 레들내로 용탕을 출탕(tapping)하면서, 레들이 약1/3정도 찼을때 출탕스트림에 40파운드(약18kg)짜리 4개의 백(bags)을 던져서, 14내지 17％의 칼슘을 함유하는 160파운드(약72.5kg)의 칼시바 TM의 첨가가 이루어졌다. 용융강이 출탕온도는 2970°F(약1632℃)였다.

용융강은 포오러스 플러그(porous plug)를 통하여 아르곤으로서 1분간 레들에서 천천히 교반한다. 교반이 완결된 후 바다주입 주출조작(battom poured teeming operation)을 12분간 수행하였다. 최종 생성물의 화학적 특성은 외부직경과 중간-반경주괴의 위치 양쪽에서 취해졌고, 다음과 같다.

최종의 생산물을 평가한 결과 비-금속개재물은 넓게 분산된 칼슘변형 산화물과 산황화물이라는 것이 밝혀졌다. 황은, 칼슘과 관련이 있었고 환화망간은 전혀 관측되지 않았다. 강의 기게적 성질은 약 4 내지 1의 열간 가공 단면수축 후에는 대략 균등성이었다. 개재물의 부피％는 0.028(％)였다.

Claims (8)

1. 강 제조 공정에 잇어서, 개재물의 형성이 구형이고, (A)0.005중량％ 이하의 황 함량과, 0.005중량％ 이하의 용해된 산소 함량 및 3000°F를 초과하지 않는 온도를 갖는 고도로 정련된 용융강을 만드는 단계와, (B)상기 고도를 정련된 강에 황 존재량의 3 내지 25재의 칼슘을 첨가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 강 제조공정.
2. 제1항에 있어서, 칼슘이 황 존재량의 10 내지 20배의 양으로 첨가됨을 특징으로하는 강 제조공정.
3. 제1항에 있어서, 최종 알루미늄 함량이 0.05내지 0.005중량％가 되게하는 양으로 알루미늄을 (B)단계전에 용탕에 첨가함을 특징으로 하는 강제조공정.
4. 제1항에 있어서, 단게(A)의 고도를 정련된 용융강이 AOD 공정으로 만들어짐을 특징으로 하는 강 제조공정.
5. 제1항에 있어서, 칼슘이 칼시바 TM 의 형태임을 특징으로 하는 강 제조공정.
6. 제1항에 있어서, 고도로 정련된 용융강의 스트림을 주입하고, 이 스트림에 칼슘을 첨가시키는 것을 포함함을 특징으로하는 강 제조공정.
7. 제1항에 있어서, 고도로 정련된 용융강이, 석회를 기본으로한 슬래그와 탈황 반응하여, 부분적으로 제조됨을 특징으로 하는 강 제조공정.
8. 제1항에 있어서, 고도로 정련된 용융강과 관련된 슬래그가 단계(B) 이전에 부분적으로 제거됨을 특징으로 하는 강 제조공정.