초록 ▼

스텐레스강의 우수한 특성중의 하나인 내식성의 향상을 위해서는 현재보다 더욱 높은 청정도가 요구되고 있다. 특히 내식성의 감소를 방지하기 위해서는 스텐레스강 중의 인 함량이 200 ppm 이하로 유지되어야 하나, 현재 대부분의 국내외 스텐레스강 생산업체에서는 인의 함량규제치를 400 ppm 이하로 설정하고 있다. 이는 스텐레스강 제조시 인의 정련한계 때문이며, 날이 갈수록 스텐레스강의 원료조건이 열악하여 스텐레스 제품의 인 함량은 계속 증가추세에 있다. 최근 국내 스텐레스강 제품의 고부가가치화 및 제조기술의 국제 경쟁력 강화를 위한

스텐레스강의 우수한 특성중의 하나인 내식성의 향상을 위해서는 현재보다 더욱 높은 청정도가 요구되고 있다. 특히 내식성의 감소를 방지하기 위해서는 스텐레스강 중의 인 함량이 200 ppm 이하로 유지되어야 하나, 현재 대부분의 국내외 스텐레스강 생산업체에서는 인의 함량규제치를 400 ppm 이하로 설정하고 있다. 이는 스텐레스강 제조시 인의 정련한계 때문이며, 날이 갈수록 스텐레스강의 원료조건이 열악하여 스텐레스 제품의 인 함량은 계속 증가추세에 있다. 최근 국내 스텐레스강 제품의 고부가가치화 및 제조기술의 국제 경쟁력 강화를 위한 스텐레스강의 탈린기술 개발에 대한 중요성이 매우 절실하게 인식되고 있다. 그러나 스텐레스강은 일반강과 달리 높은 함량의 크롬 (~18% )이 함유되어 인의 활동도를 낮추고, 산화정련시 산소와의 친화력이 큰 크롬이 우선적으로 산화되어 슬래그의 유동성이 저하되는 등 효율적인 탈린기술개발의 어려움이 많다. 최근에 보고되고 있는 환원 정련기술 또는 BaO, $Li_2O$, $Na_2O$ 등의 강염기성 산화물을 이용한 산화정련법은 고가의 flux 원가 및 환경문제 등으로 공정에의 적용에는 한계가 있다.
스텐레스강의 제조공정중에서 용철의 온도가 ${1400^{\circ}C}$ 정도로 비교적 낮고 탄소 함량이 높은 AOD 탈탄공정 개시전의 용철 조건이 열역학적으로 탈린반응에 가장 유리한 조건으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 상기의 스텐레스 용철 조건에서 경제적인 flux로 널리 사용되는 CaO 계 슬래그를 대상으로 탈린효율의 향상을 위한 강염기성 산화물의 첨가효과를 측정하여 실조업 적용이 가능한 경제적인 고효율 정련 flux 조성을 도출하고자 하였다. 2차년도에 걸친 연구기간중. 1차년도에서는 CaO-$CaF_2$ 및 CaO-$SiO_2$-$CaF_2$계 슬래그계에 강염기성 산화물로 알려진 BaO의 첨가 효과를 조사한 결과, BaO는 슬래그의 용점을 낮추고 염기도를 증가시켜 탈린효율을 상승시키지만, 슬래그중 CaO의 활동도를 높게 유지할 수 있는 조건(CaO 포화)에서 그 효과가 극대화될 수 있는 것을 발견하였다. 2차년도에 있어서는 CaO-$SiO_2$-$CaF_2$계 슬래그에 $Li_2O$, $K_2O$ 등 알카리 금속 산화물의 첨가 효과를 조사한 결과, 이들은 고염기도 CaO계 슬래그내에서 활동도가 매우 높아 용철중 탄소등과 반응하여 슬래그내 잔류 함량이 낮지만 탈린효율을 크게 상승시켜 반응평형론적으로는 90% 이상의 탈린효율을 기대할 수 있음이 밝혀졌다. 또한 1, 2차년도에 걸쳐 확인된 탈린능이 우수한 슬래그 조성에 대하여 유도로 실험을 수행하여 스텐레스 용철의 탈린거동을 조사한 결과, 용철중 Cr의 산화에 의한 슬래그의 물성 변화가 탈린반응 효율에 영향을 끼치며, 슬래그의 산화도에 따라 탈린반응 및 복린반응이 진행되었다. 염기성 산화물의 carbonate 형태로의 청가는 $CO_2$가스의 발생으로 슬래그/용철간의 산소 분압 향상에 기여하여 복린반응을 억제하는데 효과적이다.

Abstract ▼

Recently there has been an increased demand for low phosphorus stainless steels. However, the average phosphorus content in stainless steel tends to increase every year through the recycling scrap. This situation prompted studies on proper ways for the phosphorus removal from high chromium containin

Recently there has been an increased demand for low phosphorus stainless steels. However, the average phosphorus content in stainless steel tends to increase every year through the recycling scrap. This situation prompted studies on proper ways for the phosphorus removal from high chromium containing iron melts. However, the chromium lowers the activity of phosphorus and the chromium is oxidized preferentially at high oxygen potential. In addition, the chromium oxide, $Cr_2O_3$, generated forms high melting point compounds in slag such as CaO$\cdot$ $Cr_2O_3$ lowering the slag fluidity. Several strong basic fluxes such as BaO based fluxes for oxidizing dephosphorization or Ca and $CaC_2$, containing fluxes for reducing dephosphorization have been reported as highly efficient systems for dephosphorization of stainless hot metal. However, high cost and hazardousness of these fluxes limit their application in practice.
It is desired to develop a cost effective and less hazardous dephosphorization process for stainless hot metal. One way of doing this is to add a small amount of strong basic oxides, such as BaO, $Li_2O$, $K_2O$ and $Na_2O$ to conventional CaO based slag to improve dephosphorization capability. In thermodynamic point of view, a high carbon stainless iron melt in the AOD vessel before decarburization has proper conditions for dephosphorization because of its low temperature and high carbon content which increases the activity coefficient of phosphorus in iron melt. In this study, therefore, the equilibrium phosphorus distribution ratios between CaO-$CaF_2$-BaO and CaO-$SiO_2$-$CaF_2$-MO(BaO, $Li_2O$ and $K_2O$) slags and Fe-18%Cr-$C_{gaL}$-P melts at 1300~${1400^{\circ}C}$ under 1 atm CO. BaO decreases the melting point of slags and improves the fluidity, it also increases the slag basicity and hence to increase dephosphorization capability of slag. The effect is maximized when the slag remains CaO saturated. High CaO and BaO activities are essential for a high phosphate capacity of slag. $Li_2O$ and $K_2O$ shows high activities in CaO based slags and they are highly reactive with molten iron. Even at very low content in slag, they increase the phosphate capacity of slag significantly. Dephosphorization experiments for stainless hot metal were also carried out using an induction furnace. The chromium oxidation by iron oxide in flux affects the dephosphorization behaviors. The extent of oxidation or iron oxide content in slag is an important factor in controlling dephosphorization and rephosphorization during the practice. $CO_2$, generated from the carbonates of basic oxides enhance the dephosphorization efficiency by increasing the oxygen potential at the slag/metal interface.

목차 Contents

• 표지...1
• 목차...2
• 제출문...3
• 연구계획서 요약문...4
• 연구결과 요약문...5
• PROJECT SUMMARY...6
• 1. 서론...7
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 2-1. 스텐레스 요철의 탈린반응에 대한 열역학적 고찰...9
• 2-2. 탈린 슬래그의 조성에 관한 고찰...14
• 2-3. 실험방법...17
• 3. 결과 및 고찰...21
• 3-1. 탈린 평형실험...21
• 3-2. 유도용해로 실험에 의한 스텐레스 용철의 탈린 거동...27
• 4. 결론...31
• 5. 인용문헌...33
• 논문발표 목록서...35
• 자체평가서...36
• 연구참여 인력현황표...37
• 연구비 집행내역서...39