KR920006825B1 - 고청정 실리콘 탈산강의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

고청정 실리콘 탈산강의 제조방법

제1도는 전로를 통하여 실리콘 탈산강 제조시 슬래그 종성의 거동을 나타낸 CaO-SiO₂-Al₂O₃3원계 상태도.

제2도는 본 발명에 따라 생석회를 투입시 아크 승온속도의 변화를 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명 및 종래 방법에 따르는 승온속도의 변화를 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명 및 종래 방법에 따라 제조된 슬래그의 조성을 나타낸 CaO-SiO₂-Al₂O₃3원계 상태도.

제5도는 본 발명 및 종래 방법에 따라 제조된 슬래그의 산화도 및 강의 청정도를 나타낸 그래프.

제6도는 본 발명 및 종래 방법에 따라 제조된 강의 청정도를 나타낸 그래프.

본 발명은 전로에서 1차로 처리되는 용강을 전기 아크가열장치로 가열처리하여 고청정 실리콘 탈산강을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 생석회와 규사의 일정량을 단계별로 각각 투입하여 개질물 포집능력이 우수한 성분의 슬래그를 조성함으로서 고청정 실리콘 탈산강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 강재의 사용용도가 고급화되어 가고, 재질특성에 대한 제한이 엄격해짐에 따라 강중 비금속 개재물이 적은 고청정강에 대한 요구가 증가되고 있다.

이것은 비금속 개재물이 강재의 강도와 내피로 특성 등 기계적 성질을 저하시키는 것은 물론 가공중이나 사용시 각종 결함과 파괴를 유발하기 때문이다. 특히 실리콘 탈산강에서는 타이어 코드재에서와 같이 알루미아 또는 알루미나가 농화된 알루미네이트와 같은 비연성 산화물에 의해 제품의 피로특성이 저하되고 가공중에 단선이 되는 것이 잘 알려져 있으며, 규소강에서는 자성이 저하되는 결점이 나타나고 있으므로 이와 같은 개재물의 생성을 최대한 억제하는 것이 바람직한 것이다.

한편, 상기 개재물의 억제는 전로에서 출강된 용강을 교반하거나 탈산방법의 개선 혹은 용강성분의 조정등을 통하여 가능하지만, 이와 같은 방법들은 모두 개재물의 저감에는 한계가 있으며, 용강을 적절히 처리한다 하더라도 상부 슬래그가 부상되는 개재물의 흡수에 적합하지 않으면 부상된 개재물이 슬래그층으로 분리되지 못하고, 용강의 순환류에 휩쓸려 용강속으로 되돌아 간다.

따라서, 산화물계 비금속 개재물의 양을 저감하여 강품질이 우수한 고청정강의 제조를 위한 방법으로, 출강 및 탈산완료후 용강을 비금속 개재물의 흡수가 용이한 슬래그와 반응하도록 처리하고 있다. 상기와 같은 고청정강의 제조방법에는 용강의 처리를 위해 필연적으로 열이 필요하게 되는데, 전로에서 출강시 용강의 온도를 높이는 것은 전로의 야금학적 기능을 저하시키고 내화물침식이 심하여 원가상승 요인이 되며 전로 생산성도 저하될 뿐만 아니라, 용강의 온도를 올리는데에도 한계가 있다. 따라서 전로 이후의 단계에서 용강을 가열함으로써 전로에서의 출강온도 상승없이 용강 처리에 필요한 열원을 확보하고 있는데, 이러한 장치로서 전기 아크가열장치(LF, Ladle Furnace)가 사용되고 있다. 이는 탄소전극봉과 용강사이에 전기 아크를 발생시켜 이때 생기는 열로써 용강을 가열하는 장치이다. 이 경우 래들슬래그는 전기 아크열이 다량으로 발생하는 것일수록 고청정강의 제조에 유리하며, 발생하는 아크의 안정성과 열량의 손실을 줄이기 위해 적정치의 슬래그 두께(양)을 유지하고 있다.

한편, 전로 정련을 통해 제조되는 실리콘 탈산강에 있어서, 래들상부 슬래그는 출강시 유입이 불가피한 전로슬래그와 출강중에 병행되는 탈산 작업에 의해 형성되는데, 주로 CaO, SiO₂및 Al₂O₃로 구성되고 소량의 FeO, MnO를 포함하고 있다. 이 슬래그는 자체로는 융점이 높아 반응성이 저하되고 비금속 개재물의 제거속도가 낮아 청정강 제조에는 비능률적이기 때문에 종래 고청정 실리콘 탈산강의 제조방법에서는 출강중 또는 출강중에 유입되는 전로슬래그를 가급적 억제하거나 유입된 슬래그를 제거한 후, 적정 매용제를 투입하고 있다.

종래 실리콘 탈산강의 청정도를 향상시키기 위해 슬래그 형성을 목적으로 투입하는 매용제로는 하기 표 1에 보인 조성을 갖는 합성후락스(flux)가 가장 널리 이용되고 있다.

[표 1]

이 합성후락스는 자체로는 저융점이며 개재물 포집능력이 우수한 조성을 갖고 있으며 개재물 제거효과도 우수하다. 그러나, 상기 매용제는 청정도 향상측면만을 고려하여 개발된 것으로서 아크가열로의 열효율 측면을 고려되지 않는 것이므로 상기 매용제를 아크가열장치에 사용시에는 슬래그의 유동성이 지나치게 커서 아크와 동시에 생기는 전기적 유동현상에 의해 아크발생부위의 슬래그층 두께가 급변하여 아크발생 거동이 불안하고 열효율도 나빠진다.

또한, 제조과정중에 원료를 건조하거나 반응성을 향상시키기 위한 목적으로 다량의 열을 공급하여 소성하거나 용융냉각시키는 공정을 거치고 있으므로 제조과정이 복잡하고 별도의 제조장치가 필요하다. 또한, 합성후락스는 사전 배합비에 따라 그 조성이 결정되어 있기 때문에, 출강시에 유입이 불가피하고 완전배제가 불가능한 전로슬래그의 조건과 탈산 및 합금첨가 작업조건이 변경되는 경우에는 슬래그를 목표조성으로 유도하기가 어렵게 된다. 특히 청정강 제조에 유해한 것으로 알려져 있는 전로슬래그는 전로 조업상태에 따라 성분이 변하고 유입량이 달라지므로 조성이 일정한 합성후락스를 사용하는 방법으로는 래들슬래그의 조성을 목표한바대로 제어하기가 어려워 처리효과가 저하되고 그 재현성도 나쁘다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여, 출강시에 유입되는 전로슬래그를 유효하게 활용하고, 여기에 생석회, 규사와 같일 값싼 매용제를 유입되는 전로슬래그의 양에 따라 단계별로 투입하여 1차로 슬래그층 부위에서 발생하는 전기아크열의 효율을 높일 수 있는 슬래그를 조제하고 재차 슬래그를 개재물 포집능력이 우수한 조성으로 유도함으로서, 아크가열로의 열효율을 높이면서 고청정 실리콘 탈산강을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 전로로부터 출강중 실리콘을 함유하는 탈산재로 용강을 탈산하고 출강완료후 전기아크가열장치를 사용하여 CaO 35-57wt%, SiO₂35-57wt% 및 Al₂O₃8-10wt%의 슬래그를 조제하여 용강을 처리함으로써 알루미늄 농도가 50PPm 이하이고 실리콘 농도가 0.1중량% 이상인 고청정 실리콘 탈산강을 제조함에 있어서, 상기 출강완료후, 용강톤당 유입된 전로슬래그 8-25㎏에 전로슬래그 대비 중량비로 생석회 0.2-0.8을 투입하고 상취랜스를 통하여 아르곤 가스를 5-30N㎥/hr로 취입, 교반하면서 우선 승온에 유리한 슬래그를 조제한 다음 슬래그층에 침적된 탄소전극봉과 용강사이에 아크열을 발생시켜 용강을 가열하는 제1공정과, 이 용강에 규사를 유입된 전로슬래그 대비 중량비로 0.3-0.8을 투입, 최종 슬래그를 조제하여 용강을 처리하는 제2공정으로 구성된 고청정 실리콘 탈산강 제조방법에 관한 것이다.

개재물 포집능력이 우수한 슬래그를 조제함에 있어서, 통상, 비금속 개재물의 제거에 용이한 슬래그가 갖추어야 할 조건은 다음과 같은 것으로 알려져 있다.

(1) 슬래그가 비금속 개재물 성분의 활동도를 낮게 유지하고 그 성분의 용해도가 클것.

(2) 슬래그의 융점이 낮을것.

(3) 슬래그의 산소 포텐셜(Oxygen Potential)이 낮을것.

한편, 출강 및 탈산작업 완료후 래들슬래그는 주로 CaO, SiO₂, Al₂O₃로 구성되어 있고 소량의 FeO, MnO를 포함하고 있다. 따라서 래들슬래그를 상기 주요 3원소의 슬래그로 근사시킬때 제1도에 나타낸 영역의 조성을 갖는 슬래그 즉, CaO : 35-57wt%, SiO₂: 35-57wt%, Al₂O₃8-10wt%의 조성범위를 갖는 슬래그가 상기 조건(1), (2)를 만족하는 것으로 알려져 있다.

또한, (3)조건인 산소포텐셜은 슬래그 성분중에서 FeO와 MnO 성분에 의해 지배되며 용강을 산화, 오염 시키는 주요요인이 된다.

한편, 전로 정련작업을 용강에 산소를 취입하여 용강내 탄소, 인 등을 산화제거하는 것을 목표로 하기 때문에 전로 정련 후 슬래그도 산화성이 높게 유지된다. 즉, 통상의 전로슬래그는 취련조건 및 종점용강 상태에 따라 다르기는 하지만 35-55%의 산화칼슘과 5-15중량%의 산화규소, 20-40% 산화철, 3-5% 산화망간을 함유하고 있다. 출강시에 병형되는 탈산작업에 의해 산화철과 산화망간의 함량이 줄고, SiO₂함량이 증가되지만 래들에 있어서도 여전히 용강보다 슬래그층이 산소포텐셜이 높아 용강을 오염시킨다. 또한 슬래그의 융점은 조성에 따라 변하는데, 실리콘 탄산강의 경우에는 매용제를 투입하지 않으면 래들슬래그의 융점이 반응성이 저하되고 비금속 개재물의 제거속도가 낮아 청정강을 제조하기가 곤란하다.

따라서 비금속 개재물이 적은 고청정 실리콘 탈산강을 제조하기 위해서는 래들슬래그를 FeO+MnO 함량이 낮으면서 제1도의 영역이 되도록 CaO, SiO₂, Al₂O₃의 조성을 조절, 유도해야 한다.

한편, 상기 전로슬래그의 유입량을 통상적인 것으로, 용강 톤당 8-25㎏으로 관리하는 것이 매우 용이하므로 본 발명에서는 이와 같은 양의 전로슬래그를 기준으로 하여 상기 매용제인 생석회와 규사를 투입한다.

상기 생석회의 투입량이 전로슬래그 대비 중량비로 0.2 이하일 경우에는 제2도 및 제3도에 나타난 바와 같이, 첨가 효과가 확인되지 않고 0.8 이상을 초과하면 투입된 생석회의 미재화로 인해 생석회 자체가 열량을 흡수하므로 승온 속도의 증가 효과가 감속되기 때문에 상기 생석회의 투입량을 0.2-0.8 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기 아르곤 가스의 취입은 매용제를 충분히 혼합하고 재화에 필요한 시간을 충분히 확보하는 역활을 하게 되는데, 그 양이 5N㎥/h 이하일 경우에는 슬래그의 혼합이 불충분하여 개재물의 제거효과가 미흡하고, 30N㎥/h 이상일 경우에는 슬래그의 혼입으로 용강이 오염되기 때문에 아르곤 가스의 유입량은 5-30N㎥/hr로 함이 바람직하다.

상기 제1공정을 통하여 제조된 슬래그는 우선적으로 승온에 유리하도록 제조되어 있기 때문에 비금속 개재물 흡수측면에서는 비교적 불리하므로 용강의 승온작업이 완료된 이후 시점에서 다시 규사를, 유입되었던 전로슬래그 대비 중량비로 0.3-0.8 투입하여 제1도의 영역이 되도록 함으로서 래들슬래그를 개재물의 흡수에 용이하도록 한다. 이때 상기 규사의 투입량이 0.3 이하가 되거나 0.8 이상이 되는 경우에는 최종 슬래그중의 SiO₂성분의 과소 또는 과다로 인하여 슬래그의 개재물 포집능이 저하되므로 청정도 함께 효과가 적어진다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

100톤 용량의 잔사로부터 1680℃의 용강을 76중량% 품위의 Fe-Si 420㎏으로 탈산하면서 래들에 출강한 뒤, 아크발생 장치로인 LF(Ladle Furnace, 2차 정련장치의 일종)에서 유입된 전로슬래그를 기준으로 하여 생석회를 투입하였다. 유입된 전로 슬래그량으로 측정해 본 결과 그 양은 1000-1100㎏ 정도였으며, 생석회의 투입량은 유입된 전로슬래그 8-25㎏ 대비 중량비로 0.2-1.2만큼 변화시켜 보았다. 생석회 투입 후 아르곤 가스를 약 5분간 취입하고 용강의 온도를 측정한 뒤 아크가열을 15분 실시하고 또 다시 온도를 측정하여 승온량을 조사하였다. 또 비교예로서 매용제의 투입이 없는 경우와 종래의 합성후락스를 사용한 경우에 대해서도 동일한 시험을 실시하였다. 제2도에는 그 결과로서 생석회 투입량에 따른 승온속도의 변화를 나타내었다. 제2도에서 알 수 있듯이 투입된 생석회중의 CaO 성분은 래들슬래그를 통상의 조성(제1도의 X표시 조성)으로부터 CaO 45-60wt%, SiO₂30-45wt%, 기타불순물 10wt%내외의 조성(제1도의 영역)으로 이동시켜 아크효율을 증가시키는 것을 알 수 있다.

이때 생석회의 투입량이 전로 슬래그량의 0.8 이상을 초과하면 투입된 생석회의 미재화로 인해 효율이 떨어지는 반면 생석회 자체가 열량을 흡수하므로 승온 속도의 증가 효과가 감소되며 0.2 이하에서는 첨가 효과가 적게 나타났다. 또, 제3도에는 비교예로서 매용제를 투입하지 않은 경우와 전기한 표 1과 같은 조성의 합성후락스 600-800㎏을 투입한 경우에 대해서도 승온속도를 나타내었는데 이들로부터 본 발명의 경우 승온속도가 증가되는 것을 뚜렷히 알 수 있다.

[실시예 2]

상기 제1공정 완료후, 전로슬래그량의 중량 대비 0.1-0.2의 규사를 투입하고 저취 Plug를 통하여 약 5분간 처리한 뒤 블룸연주기로 연주된 주편의 청정도를 조사하였다. 강의 청정도는 강중 산화물계 개재물의 양으로 평가되기 때문에 여기서는 청정도 지수로서 전산 소량의 평균값을 기준으로 선택하였다. 하기 표 2에 그 결과를 나타냈는데 이로부터 규사 투입에 의해 강의 청정도가 향상된다는 점과 비교예인 합성후락스보다 본 발명의 경우가 그 효과면에서 우수하다는 것을 알 수 있다.

[표 2]

제4도에서 본 발명의 방법으로 슬래그를 조제한 전 경우에 대하여 종래 사용하던 후락스를 사용한 경우와 대비하여 래들슬래그 조성을 CaO-SiO₂-Al₂O₃3원 상태도에 나타낸 것이며 제5도는 처리된 용강을 블룸 연주기로 주조한 뒤 주편의 청정도를 처리 후 슬래그중 FeO+MnO 농도와 함께 비교한 것이다. 이로부터 본 발명의 경우 최종 슬래그중 FeO+MnO 농도를 낮게 유지하여 청정도를 향상시키며 그 재현성에 있어서도 종래의 합성후락스보다 우수함을 알 수 있다. 제6도는 본 발명의 청정도 향상 효과를 종합한 결과이다.

이상으로부터 본 발명의 경우 합성후락스를 사용한 경우보다 슬래그를 재현성 좋게 제어하는 기술이며 전산소량의 절대값에 있어서도 합성후락스보다 다소 낮은 값을 보여 본 발명이 종래 기술보다 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 아크가열로의 열효율을 높이면서 고청정 탈산강을 제조할 수 있는 효과가 있다. 게다가, 제강공장에서 용이하게 얻어지는 재료로서 목표슬래그를 간단히 값싸게 조제할 수 있으며 매용제의 투입량이 유입된 전로슬래그를 기준으로 결정되기 때문에 목표 슬래그 조성하는 율이 증가된다. 또한 Na₂O와 같이 내화물 침식을 조정하는 물질을 투입하지 않고 슬래그를 조제하므로 내화물 침식도 적어지는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 전로로부터 출강중 실리콘을 함유하는 탈산재로 용강을 탈산하고 출강완료후 전기아크가열장치를 사용하여 CaO 35-57wt%, SiO₂35-57wt% 및 Al₂O₃8-10wt%의 슬래그를 조제하여 용강을 처리함으로서, 알루미늄 농도가 50PPm 이하이고 실리콘 농도가 0.1중량% 이상인 고청정 실리콘 탈산강을 제조함에 있어서, 상기 출강 완료후, 용강톤당 유입된 전로슬래그 8-25㎏에, 전로슬래그 대비 중량비로 생석회 0.2-0.8을 투입하고 상취랜스를 통하여 아르곤 가스를 5-30N㎥/hr로 취입, 교반하여 우선 승온에 유리한 슬래그를 조제한 다음 슬래그층에 침적된 탄소전극봉과 용강사이에 아크열을 발생시켜 용강을 가열하는 제1공정과, 이 용강에 규사를 유입된 전로슬래그 대비 중량비로 0.3-0.8을 투입, 최종 슬래그를 조제하여 용강을 처리하는 제2공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고청정 실리콘 탈산강의 제조방법.