감압하 고 Cr 용강의 탈탄 반응에 관한 연구

Abstract

스테인레스 강은 Cr과 Ni이 첨가되는 300계 강과 Cr만 첨가되는 400계 강으로 나누어진다. 최근 Ni가격의 급등으로 인해 400계 강이 300계 강을 대체하고 있는 추세이다. 이를 위해서는 기존 400계 스테인레스 강 제품의 획기적인 품질 개선이 필요하며, 그 중에서도 제품의 고성형성을 위한 극저 C+N강 제조기술이 필수적이다. 전기로에서 출강되는 1.5~2wt%C 함유Fe-Cr 강의 탈탄 공정은 AOD 공정 후에 VOD 공정으로 진행된다. 본 연구에서는 VOD에서의 진공 탈탄 공정을 개선하기 위한 조업변수에 따른 스테인레스 용강의 탈탄 거동을 조사하였다. 감압 조건에서 스테인레스 용강 상부에 취입되는 산소에 의한 탈탄 반응은 용강 중 Cr의 산화반응과 동시에 진행되며, 용강 중 탄소 정련 한계는 용강 중 Cr 농도, 슬래그 중 Cr2O3의 활동도, 용강온도, 그리고 감압하 CO 가스의 분압에 좌우된다. VOD 조업에서의 탈탄기는 기체산소에 의한 VOD 탈탄기와 슬래그 중 Cr2O3에 의한 VCD 탈탄기로 구분된다. 본 연구에서는 VOD 탈탄기에서의 산소 유량, 초기 탄소농도 Al 및 slag 투입 과 황의 농도를 변수로 탈탄 거동을 조사하였다. VOD 탈탄 초기에는 초기 탄소농도와 무관하게 탈탄 속도가 매우 빨라서 공급되는 산소유량에 의해 탈탄 속도가 결정되는 단계임을 확인하였으며, 용강 중 탄소농도가 감소함에 따라 용강 표면에 생성된 Cr 산화물이 증가하였다. 슬래그의 첨가는 생성된 Cr 산화물의 용융에 도움이 되었으나 탈탄 반응 속도의 개선에는 효과적이지 못했다. 이는 탄소농도가 감소함에 따라 기체 산소의 탈탄 효율이 감소하기 때문이다. VCD 탈탄기에서는 용강 중 C의 Cr2O3와의 반응계면으로의 확산속도가 탈탄 반응 속도에 영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 로내 진공도가 높을수록 탈탄 속도가 증가하였다.; Stainless steels can be divided into ferritic stainless steels which contain Cr and austenitic stainless steels which contain Cr and Ni. Recently, ferritic stainless steels replace austenitic stainless steels because of low product cost. Therefore, there has been much effort on improving mechanical properties of ferritic stainless steels. For an example, VOD technology for the production of ultra low carbon and nitrogen steels is needed for high formability of ferritic stainless steels. Decarburization of Fe-Cr steels containing 1.5~2wt%C is carried out in AOD process to reduce [C] content to 0.3~0.5wt%C prior to VOD process. In this study, decarburization behavior of stainless steel melts in VOD was investigated as a function of operation parameters. During the oxygen blow in liquid stainless steels, oxidations of carbon and chromium occur simultaneously. The refining limit of carbon in the melt is determined by Cr content in melt, activity of Cr₂O₃ in slag, melt temperature and partial pressure of CO gas under reduced pressure. Decarburization steps in VOD process are divided into the initial decarburization by oxygen gas and the decarburization by Cr₂O₃ in slag in later stage. In this study, decarburization of Fe-18Cr-C melts was investigated under vacuum at 1650℃ as a function of oxygen flow pattern, initial carbon and sulfur contents and other operational parameters in VOD. In the initial stage of VOD process, the decarburization rate was determined by the oxygen flow rate. The reduced initial [C] content shortened the decarburization time. As the [C] content decreases to a critical level, Cr₂O₃ was formed on the melt surface and retarded the decarburization rate. Slag addition helped melting of solid Cr₂O₃ formed on the melt surface. However, this did not increase the decarburization rate significantly. This may be due to the reduction of activity of Cr₂O₃ in slag. Addition of Al in the melt significantly reduced decarburization rate due to the melt surface covering by Al₂O₃ during the oxygen blow. The sulfur content up to 200ppm did not affect the decarburization rate. However, the decarburization rate significantly decreased at the sulfur content of 350ppm in the melt.