제조공정
산업 제조
전로(BOF), 전기로(EAF), EOF 등 1차 제강로에서 탭아웃한 용강 중 고품질·특수 용도 강재는 래들에서 추가 정련을 거칩니다. 이를 통칭해 래들 야금, 래들 정련, 또는 2차 제강이라 합니다. 래들 야금은 엄격한 성분 허용오차와 균일성이 요구되는 고급 강재 생산에 필수적이며, 주요 목적은 다음과 같습니다.
필요한 강종에 따라 다음 공정 중 하나 이상을 조합 적용합니다.
래들 처리는 약 45년 전 수소 제거용 래들-래들 및 래들-잉곳 금형 진공 탈가스 공정으로 시작되었습니다. 1950년대 후반 도르트문트-회르더(DH) 공정과 루르슈탈-헤라우스(RH) 공정 등 효율적 진공 탈가스기가 보급되었고, 1960년대 중반에는 VAD(진공 아크 탈가스), ASEA-SKF 공정, VOD(진공 산소 탈탄) 공정이 고크롬강 처리에 성공적으로 적용되었습니다. 1970년대 초반에는 AOD 공정 등 전로 공정이 도입되었습니다.
1970년대 초 입상 플럭스 주입과 아르곤 교반이 결합되었고, 곧이어 코어드 와이어(cored wire) 급재 기술이 합금 원소 첨가와 개재물 형상 제어에 적용되었습니다.
용강의 온도와 성분 균질화를 위해 아르곤 기체 버블링으로 교반합니다. 중간 정도의 기체 유량(예: 0.6 Nm³/분 미만)에서는 래들 바닥에 다공성 내화물 플러그를 설치해 사용합니다. 다공성 플러그는 용융 금속에 아르곤을 침투시켜 교반을 유도하는 역할을 합니다. 오늘날 대부분 래들은 바닥 플러그를 갖추고 있으나, 플러그 고장 시 백업용으로 상부 랜스 방식도 병행 설치합니다.
래들 퍼니스는 1차 제강 공정에서 2차 정련 작업을 분담해 부담을 덜어주는 설비입니다. 주요 기능은 다음과 같습니다.
래들 루프는 일반적으로 수냉식에 내화물 센터/델타 섹션을 갖추며, 기존 래들과 연동되어 운전 위치에서 래들 상부를 완전히 덮도록 설계됩니다.
산소를 랜스로 분사해 알루미늄/실리콘을 산화시키는 발열로 용강을 재가열하는 방식입니다. RH-OB 공정에서는 평균 열효율 20~30%, 재가열 효율 약 80%가 보고되었습니다. RH-KTB 공정은 침지 취입구 대신 상부 랜스로 산소를 공급하며 열효율은 유사합니다. 산소 재가열 히트와 비재가열 히트의 주강 총 산소 함량을 비교한 결과 유의미한 차이는 없었습니다.
래들 정련은 탈산, 탈황, 탈인, 합금 원소 제어 첨가, 개재물 변질 등을 포괄합니다.
페로망간, 페로실리콘, 실리코망간, 알루미늄으로 탈산합니다. 일반적으로 실리코망간/페로망간/페로실리콘으로 1차 탈산 후 알루미늄으로 최종 탈산합니다. 이 방식은 질소 픽업 최소화, 인 재역전 최소화, 1차 제강 중 알루미늄 손실 최소화 등 장점이 있습니다. 현재 합성 슬래그(칼슘-알루미노 실리케이트) 사용이 일반화되어 탈산 생성물 용해를 돕고 탈산 활성을 높입니다. 부분 탈산된 강은 코어드 와이어로 칼슘 실리사이드(Ca-Si)를 주입해 추가 탈산할 수 있습니다. 알루미늄 킬링 강은 통상 용존 산소 5 ppm 미만입니다.
초저유황 강종(20 ppm 이하)은 완전 킬링 상태에서 칼슘 알루미네이트 슬래그 존재 하에 래들 탈황으로만 달성 가능합니다. 실용적 시간 내 탈황을 위해 강-슬래그 간 우수한 혼합이 필수적이며, 황 제거 속도는 교반 시 가스 유량에 크게 의존합니다. 플럭스 분사법(대표적 조성: CaO 70%, CaF₂ 30%)은 상부 슬래그+가스 교반 대비 약 15% 빠른 탈황 속도를 보입니다. 래들 탈황 시 욕온 저하가 동반되므로 재가열이 필요합니다.
1차 제강 시 열철 인 함량이 높을 때 래들 탈인이 필요합니다. 산화철 함유 석회계 산화성 슬래그로 처리해 인을 제거합니다.
알루미나/실리카 개재물을 액상 칼슘 알루미네이트/실리케이트로 변질시켜 구형화하는 개재물 형상 제어 기술입니다. 칼슘 비점(1,491°C)이 제강 온도보다 낮아 기화하므로, 페로스태틱 헤드 압력을 이용해 기화 방지를 위해 최대 깊이에서 주입합니다. 칼슘 회수율은 주입량 증가에 따라 감소하므로, 강재 청정도와 총 산소 함량에 맞춰 주입량을 조정해야 합니다.
진공 탈가스는 본래 수소 제거용이었으나 현재는 2차 정련 핵심 공정으로 발전했습니다. 압력 의존 반응을 이용하며, 제강 중 용해된 산소, 수소, 질소 중 수소와 질소를 제거합니다. 최근 20년간 초저탄소강(ULC, 탄소 30 ppm 이하) 생산용으로 활용도가 급증했습니다.
탈가스 방식은 래들째 진공 하에 두는 비순환식과 용강을 순환시키는 순환식으로 나뉩니다. 순환식: RH, RH-OB, RH-KTB, DH 등. 비순환식: 래들/탱크 탈가스기(VAD, VOD), 스트림 탈가스기.
래들 탈가스 시 상층에서 하층으로 갈수록 탈가스 효과가 떨어집니다(하층은 페로스태틱 압력 영향). 욕 교반으로 전 용강을 진공에 노출시키는 것이 중요합니다. 순환/비순환식 모두 아르곤을 승강/교반 가스로 사용합니다. 수소/질소 제거 효과는 두 방식 간 큰 차이가 없으며, 선택은 용강-주조기 매칭, 투자비/운영비로 결정됩니다.
RH/RH-OB(KTB) 탈가스기의 목적 중 하나는 알루미늄 킬링 전 탄소 탈산으로 용존 산소를 낮춰 알루미늄 사용량을 절감하는 것입니다. 완전 킬링 저유황 강에서는 진공 탈가스 중 질소 제거도 일부 가능합니다.
AOD 공정은 스테인리스강 및 크롬, 알루미늄 등 산화성 원소 함유 고급 합금에 주로 쓰입니다. 1차 용해 후 AOD 용기로 이송해 ①탈탄 ②환원 ③탈황 3단계 정련을 수행합니다. 1954년 유니온 카바이드 린데 사업부 발명(1992년 프랙스에어).
핵심은 탈탄용 산소를 아르곤/질소와 혼합해 침지 취입구로 분사하는 것으로, 아르곤 희석이 크롬 등 귀금속 원소 산화를 최소화합니다. AOD는 스테인리스강, 실리콘강, 공구강, 니켈/코발트 합금 생산에 널리 쓰이며, 높은 금속 수율과 낮은 원재료 비용, 탄소 0.01% 이하 정밀 제어, 0.001% 미만 신속 탈황 및 납 제거, 청정 강재와 고생산성 달성이 장점입니다.
일본제철(Nippon Steel)이 개발한 CAS-OB 공정은 밀봉된 아르곤 버블링 하에 산소 상부 분사로 성분 조정을 수행합니다. 알루미늄과 산소 기체를 상부 랜스로 동시 분사해 Al₂O₃ 생성 발열로 화학적 가열을 실현합니다. 가열과 동시에 페로알로이와 카버라이저를 연속 급재해 성분 조정도 병행합니다. 실제 가열 속도는 첨가-온도 측정 간 시간 차에 따른 열손실로 추정치보다 약간 낮습니다.
제조공정
강철 아연도금 강철 아연도금은 강철에 아연을 도금해 내식성을 확보하는 것을 의미합니다. 아연 코팅을 도포하는 주요 상업적 방법으로는 용융 아연도금, 연속 아연도금 공정, 전기 아연도금, 아연 도금, 기계 도금, 아연 스프레이, 아연 도장 등이 있습니다. 이러한 각 아연 코팅 방법은 고유한 특성을 가지며, 이 특성들은 적용 가능성뿐만 아니라 상대적 경제성과 예상 수명에도 영향을 미칩니다. 가공 방법, 기재 금속과의 부착력, 모서리/가장자리/나사산 보호, 경도, 코팅 밀도, 두께는 서로 다른 코팅 간에 크게 다를 수 있습니다. 아연도
내식성과 비용의 차이 고려하기 강철과 스테인리스강은 모두 실질적인 응용 분야부터 매우 작은 부품까지 광범위한 제품에서 발견되는 신뢰할 수 있는 금속입니다. 그렇다면 어느 것이 더 나을까요? 답은 상황에 따라 다릅니다! 강철의 경제성은 많은 프로젝트에 이상적인 금속입니다. 일반적으로 인프라, 선박, 가전제품, 무기, 자동차에 사용됩니다. 반면 스테인리스강은 더 비싸지만 비반응성, 밝은 마감을 가지며 조리기구와 식기, 수술 기구, 산업 장비, 옥외 현장 시설물에서 자주 볼 수 있습니다. 강철과 스테인리스강은 특성과 장점이 다르므로 상호