KR20210018921A

KR20210018921A - 규소계 합금, 이의 생성 방법 및 그러한 합금의 용도

Info

Publication number: KR20210018921A
Application number: KR1020217000516A
Authority: KR
Inventors: 아멜리에 디외도네; 올레 스베인 클레반
Original assignee: 엘켐 에이에스에이
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2039-06-07
Also published as: SI3802899T1; JP2023065357A; NO20180804A1; CA3101607A1; TWI707960B; EP3802899B1; CA3101607C; ES2928412T3; US11542578B2; BR112020025119A2; TW202003876A; MX2020013376A; JP2021528559A; WO2019240589A1; NO349296B1; PY1945186A; US20210140020A1; CN112400030B; PL3802899T3; GEP20237563B

Abstract

본 발명은 45 내지 95 중량%의 Si; 최대 0.05 중량%의 C; 0.4 내지 30 중량%의 Cr; 0.01 내지 10 중량%의 Al; 0.01 내지 0.3 중량%의 Ca; 최대 0.10 중량%의 Ti; 최대 25 중량%의 Mn; 0.005 내지 0.07 중량%의 P; 0.001 내지 0.02 중량%의 S; 잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물을 포함하는 규소계 합금, 상기 합금의 생성 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

규소계 합금, 이의 생성 방법 및 그러한 합금의 용도

본 발명은 크롬을 함유하는 규소계 합금, 이의 생성 방법 및 그러한 합금의 용도에 관한 것이다. 본 발명은, 또한, 크롬 및 망간을 함유하는 규소계 합금, 이의 생성 방법 및 그러한 합금의 용도에 관한 것이다.

페로규소(FeSi)는 규소와 철의 합금이며, 강 제품의 제조에 있어서 중요한 첨가제이다. 그러한 합금은 일반적으로 페로규소 합금으로 지칭되지만, 규소 함량이 높을 때 그리고/또는 합금화 원소들의 함량이 높을 때, 합금 내에 매우 소량의 철이 존재할 것이며, 이에 따라 용어 규소(Si) 합금이 또한 그러한 합금을 나타내는 데 사용된다. 페로규소 형태의 규소는 강으로부터 산소를 제거하는 데 사용되고, 합금화 원소로서 강의 최종 품질을 개선하는 데 사용된다. 다시 말해 규소는 강도 및 내마모성, 탄성(스프링강), 내스케일성(내열성 강)을 증가시키고, 전기 전도성 및 자기변형(전기강)을 낮춘다. 표 1에서의 Elkem에 의해 제조된 종래 기술의 페로규소 고품질품(ferrosilicon quality)의 예를 참조한다. LAl(저알루미늄), HP(High Purity, 고순도)/SHP(Semi High Purity, 준고순도) 및 LC(저탄소) 페로규소와 같은 특수 페로규소가 전기강, 스테인리스강, 베어링강, 스프링강, 및 타이어 코드 강과 같은 특수 강 고품질품을 생성하는 데 사용된다.

[표 1]

페로크롬은, Cr 수준이 등급에 따라 전형적으로 50 중량% 내지 70 중량%인, 크롬 및 철의 합금이다.

페로크롬 합금 내의 주요 오염 원소는 탄소이며, 이는 0.03 내지 최대 9.5 중량%일 수 있다. 시판 Cr 합금의 예는, 전형적으로 최대 8 중량%의 탄소 함량을 갖는 고탄소 페로크롬(HC FeCr), 전형적으로 최대 9.5 중량%의 C를 갖는 차지 크롬(charge chrome)(chCr), 전형적으로 1 내지 2 중량%의 C를 갖는 중탄소 페로크롬(MC FeCr), 및 최대 0.1 중량%의 C 내지 최대 0.03 중량%의 C를 갖는 상이한 유형의 저탄소 페로크롬(LCFeCr)이다. 최대 9.5 중량%의 상이한 탄소 함량을 갖는 다른 합금이 이용될 수 있다. FeSiCr은 주로 LC FeCr의 생산 시 원료로서 사용되지만, 또한 Si 및 Cr 단위의 공급원으로서 강 생산자에 의해 직접 사용될 수 있다. 그러한 재료는 전형적으로, 탄소 함량이 최대 0.05%까지 보장될 수 있으면서, 30 중량% 초과의 Cr 함량 및 30 내지 50%의 Si 함량을 보유한다. 하기 표 2는 강 제조 산업에서 사용되는 시판 페로크롬 및 FeSiCr 합금의 예를 나타낸다.

[표 2]

페로크롬은, 스테인리스강 등급이 최소 10.5 중량%의 Cr을 함유하기 때문에, HC FeCr 또는 chCr 형태의 스테인리스강 제조에 주로 사용된다. 이는 강에 그의 스테인리스 특성을 제공하는 데 필요한 최소 수준이다. 많은 다른 강 등급은, Cr 첨가가 경도 및 내스케일성을 증가시키는 것을 돕기 때문에, 주로 0.5 중량% 내지 2 중량% 범위의 Cr 첨가를 포함한다. 그러한 강의 예는 공구강, 내열성 강, 고강도 강이다. 강 생산자는 고탄소 페로크롬 등급을 가능한 한 많이 사용하는 것을 목표로 하는데, 이는 그가 Cr 단위당 가장 낮은 가격을 갖기 때문이다. 그러나, 일부 응용의 경우, 탄소 함량이 정밀하게 제어될 필요가 있을 때, 특히 제강 공정의 마지막 단계에서 첨가될 때에는, 중탄소 및 저탄소 페로크롬 등급이 사용되어야 한다.

더욱이, 강 등급은, 망간이 인성 및 강도와 같은 강의 최종 특성을 개선하는 합금화 원소이기 때문에, 전형적으로 0.2 내지 2 중량% 범위의 Mn을 통상 함유한다. 따라서, 넓은 범위의 강 등급은, 스프링강 및 공구강과 같이, 합금화 원소로서 Cr 및 Mn 둘 모두를 동시에 함유한다. Cr 수준이 최대 20 중량%이면서 Mn 함량이 10 또는 심지어 15 중량%만큼 높을 수 있는 200 시리즈 스테인리스강 등급은 다른 예이다.

강 제조에 사용되는 시판 Mn 합금의 예는, 탄소 함량이 전형적으로 6 내지 8 중량%인 고탄소 페로망간(HC FeMn), 전형적으로 1 내지 2 중량% C를 갖는 중탄소 페로망간(MC FeMn) 및 약 0.5 중량% C를 갖는 저탄소 페로망간(LCFeMn)이다. C를 최대 0.04 중량%까지 낮춘 전기분해 망간이 또한 이용될 수 있다. 최대 8%의 상이한 탄소 함량을 갖는 다른 합금이 이용될 수 있다. Mn 합금 내의 최저 탄소 함량이 전기분해 망간에서 발견된다는 점에 또한 주목해야 하는데, 이의 생산 공정은 환경 문제를 일으키는 것으로 알려져 있고 생산 비용이 매우 높다. 하기 표 3은 강 제조 산업에서 사용되는 시판 망간 합금의 예를 나타낸다.

[표 3]

따라서, 본 발명의 목적은 강 제조 산업을 위한 낮은 탄소 함량을 갖는 새로운 규소계 합금을 제공하는 것이다.

다른 목적은 상기 Si계 합금의 생성 방법을 제공하는 것이다.

추가의 목적은 상기 Si계 합금의 용도를 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 이점은 하기의 설명에서 명백해질 것이다.

제1 태양에서, 본 발명은 규소계 합금에 관한 것으로, 상기 규소계 합금은

45 내지 95 중량%의 Si;

최대 0.05 중량%의 C;

0.4 내지 30 중량%의 Cr;

0.01 내지 10 중량%의 Al;

0.01 내지 0.3 중량%의 Ca;

최대 0.10 중량%의 Ti;

최대 25 중량%의 Mn;

0.005 내지 0.07 중량%의 P;

0.001 내지 0.02 중량%의 S;

잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물을 포함한다.

일 실시 형태에서, 규소계 합금은 50 내지 80 중량%의 Si를 포함한다.

다른 실시 형태에서, 규소계 합금은 64 내지 78 중량%의 Si를 포함한다.

일 실시 형태에서, 규소계 합금은 최대 0.03 중량%의 C를 포함한다.

일 실시 형태에서, 규소계 합금은 0.01 내지 0.1 중량%의 Ca를 포함한다.

일 실시 형태에서, 규소계 합금은 최대 0.06 중량%의 Ti를 포함한다.

일 실시 형태에서, 규소계 합금은 0.04 내지 0.3 중량%의 Mn을 포함한다.

일 실시 형태에서, 규소계 합금은 0.3 내지 25 중량%의 Mn을 포함한다.

일 실시 형태에서, 규소계 합금은 1 내지 20 중량%의 Cr을 포함한다.

제2 태양에서, 본 발명은 상기에 정의된 바와 같은 규소계 합금의 생성 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 액체 베이스 페로규소 합금을 제공하는 단계, Cr 공급원 및 선택적으로 Mn 공급원을 상기 액체 페로규소 내로 첨가하여 용융물을 얻는 단계, 및 상기 얻어진 용융물을 정련하는 단계를 포함하고, 정련하는 단계는 상기 용융물의 주조(casting) 전 및/또는 동안에, 형성된 탄화규소 입자를 제거하는 단계를 포함한다.

일 실시 형태에서, 첨가된 Cr 공급원은 고탄소 페로크롬 합금, 중탄소 페로크롬 합금, 저탄소 페로크롬 합금, Cr 금속, 또는 이들의 혼합물의 형태이다.

일 실시 형태에서, 첨가된 Mn 공급원은 고탄소 페로망간 합금, 중탄소 페로망간 합금, 저탄소 페로망간 합금, Mn 금속, 또는 이들의 혼합물의 형태이다.

일 실시 형태에서, 액체 베이스 페로규소 합금은

Si: 45 내지 95 중량%;

C: 최대 0.5 중량%;

Al: 최대 2 중량%;

Ca: 최대 1.5 중량%;

Ti: 최대 0.1 중량%;

Cr: 최대 0.4 중량%

Mn: 최대 0.3 중량%;

P: 최대 0.02 중량%;

S: 최대 0.005 중량%;

일 실시 형태에서, Al을 첨가하여 Al 함량을 0.1 내지 10 중량% 범위 이내로 조정한다.

다른 태양에서, 본 발명은 강의 제조에 있어서의 첨가제로서의 상기에 정의된 바와 같은 규소계 합금의 용도에 관한 것이다.

일 실시 형태에서, 본 발명은 전기강의 제조에 있어서의 첨가제로서의 상기에 정의된 바와 같은 규소계 합금의 용도에 관한 것이다.

본 발명은, 탄소 함량이 낮고 크롬 함량이 최대 30 중량%인 새로운 규소계 합금을 제공한다. 본 발명은 또한, 탄소 함량이 낮고 크롬 함량이 최대 30 중량%이고 망간 함량이 최대 25 중량%인 새로운 규소계 합금을 제공한다.

본 발명에 따른 합금은 하기 조성을 갖는다:

Si: 45 내지 95 중량%;

C: 최대 0.05 중량%;

Cr: 0.4 내지 30 중량%;

Ca: 0.01 내지 0.3 중량%;

Ti: 최대 0.10 중량%;

P: 0.005 내지 0.07 중량%;

S: 0.001 내지 0.02 중량%;

Mn: 최대 25 중량%;

Al: 0.01 내지 10 중량%;

잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물.

본 출원에서, 용어 규소계 합금과 페로규소계 합금은 상호교환 가능하게 사용된다. Si는 강 용융물에 첨가될 이 합금 내의 주요 원소이다. 전통적으로, 75 중량%의 Si 또는 65 중량%의 Si가 사용된다. 75 중량%의 Si를 갖는 페로규소는 첨가될 때, 거의 온도 중립적(temperature neutral)인 65 중량%의 Si보다 강 용융물의 더 높은 온도 증가를 제공한다. 50 중량% 미만의 Si를 갖는 페로규소는 오늘날 강 산업에 거의 사용되고 있지 않은데, 이는, 강 내의 목표 Si 함량에 이르기 위해서 많은 양의 합금이 첨가되어야 할 것이며 이는 제강 동안 난제를 야기할 것임을 의미한다. 80% 초과는 오늘날 거의 사용되고 있지 않은데, 그 이유는 Si계 합금 내의 규소 함량이 증가할 때 규소 단위당 생산 비용이 증가하기 때문이다. 따라서, 바람직한 Si 범위는 50 내지 80 중량%이다. 다른 바람직한 Si 범위는 64 내지 78 중량%이다.

크롬은 전형적으로 규소계 합금의 생성에 있어서 불순물이다. 그러나, 본 발명자들은 놀랍게도, 탄소 함량을 낮게 유지하면서, 0.4 내지 30% 범위의 크롬을 갖는 규소계 합금을 합금화하는 것이, 특히 Si 및 Cr을 함유하고 낮은 탄소 함량을 필요로 하는 강 고품질품의 생성에 사용하는 데 있어서 탁월한 특성을 갖는 합금을 제공한다는 것을 알아내었다. 다른 가능한 Cr 범위는 1 내지 25%, 1 내지 20%, 또는 1 내지 15% 또는 또한 2 내지 10%이다.

일부 응용의 경우, 탄소를 낮게 유지하면서 Cr을 함유하는 Si계 합금에서 더 높은 Mn 함량을 갖는 것은 또한 우수한 해법인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 불순물 수준을 초과하여 Mn 함량을 상승시키는 것은 일부 응용에 유리할 수 있다.

망간은 전형적으로 규소계 합금의 생성에 있어서 불순물로서, 전형적으로 최대 0.3 중량%, 예컨대, 0.04 내지 0.3 중량% 범위에 있다. 크롬을 함유하는 본 발명의 규소계 합금은 탄소 함량을 낮게 유지하면서 0.3 내지 25 중량% 범위의 합금화 원소로서 망간을 함유할 수 있다. 이는, 특히 낮은 탄소 함량을 필요로 하는 강 고품질품의 생성에 사용하는 데 있어서 탁월한 특성을 갖는 합금을 제공한다. 다른 적합한 Mn 범위는 1 내지 20 중량%, 또는 1 내지 15 중량% 또는 또한 2 내지 10 중량%이다.

탄소는 이러한 새로운 합금에 대해 목표가 되는 강 등급 내의 원치 않는 주요 원소이며, 본 발명에 따른 이러한 새로운 합금에서 가능한 한 낮아야 한다. 상기 합금 내의 탄소의 최대 함량은 0.05 중량%이다. 최대 0.03 중량%의 C 함량이 가능하거나, 입수가능한 현재의 저탄소 페로규소 등급품에서와 같이, 최대 0.02 중량%, 또는 심지어 최대 0.01 중량%가 가능하다. 탄소를 완전히 제거하는 것은 어려울 수 있으며, 이에 따라 통상 0.003 중량%의 C가 본 발명에 따른 합금 내에 존재할 수 있다.

합금 내의 크롬이 증가함에 따라, 본 발명에 따른 새로운 규소계 합금 내의 탄소 함량은 최대 0.05 중량%일 수 있다.

그에 대응하여, 합금 내의 크롬 및 망간이 증가함에 따라, 본 발명에 따른 새로운 규소계 합금 내의 탄소 함량은 최대 0.05 중량%일 수 있다.

알루미늄은 전형적으로 규소계 합금의 생성에 있어서 불순물로서, 전형적으로 표준 등급에서 노(furnace) 밖으로 나올 때 대략 1 중량%이다. 매우 낮은 알루미늄 함량을 필요로 하는 일부 강의 경우, 이는 본 발명의 규소 합금에서 최대 0.01 중량%까지 정련될 수 있다. 전기강과 같은 다른 강에서, 알루미늄이 또한 합금화 원소로서 첨가된다. 따라서, 일부 경우에는 본 발명에 따른 합금 내에 최대 5 중량% 또는 심지어 최대 10 중량%의 알루미늄을 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.

칼슘은 규소계 합금의 생성에 있어서 불순물이고, 제강 및 주조 동안 노즐 막힘(nozzle clogging)과 같은 문제를 피하기 위해 낮게 유지되어야 한다. 본 발명에 따른 합금에서, 칼슘 범위는 0.01 내지 0.3 중량%이다. 유리하게는, 칼슘 범위는 0.01 내지 0.1 중량%, 예컨대, 최대 0.05 중량%이다. 본 발명에 따른 합금을 생성하기 위한 출발 재료 내의 칼슘 함량이 상기 합금 내의 원하는 칼슘 함량보다 더 높으면, (공기 및/또는 순수 산소로부터의) 산소에 의해 블로잉/교반하여, 이에 의해 산화칼슘 - 이는 슬래그로서 제거될 수 있음 - 을 형성함으로써, 생성 동안 칼슘이 제거될 수 있다.

티타늄은 규소계 합금의 생성에 있어서 불순물로서, 원료 혼합물에 따라, 전형적으로 75 중량% FeSi 규격품에서 노 밖으로 나올 때 약 0.08 중량%이다. 그러나, 일부 강 등급에서는, 해로운 함유물의 형성을 피하기 위해 낮은 함량의 티타늄이 종종 유익하다. 따라서, 본 발명에 따른 새로운 합금에서는 최대 0.06 중량% 또는 최대 0.03 중량%, 또는 심지어 최대 0.01 중량%의 Ti 수준이 전기강의 생성에서와 같은 일부 응용에서 유리하다. 미량의 Ti가 본 발명에 따른 합금에 존재할 수 있어서, Ti의 최소 수준은 0.003 중량%일 수 있다. 레이들(ladle) 내에서 Ti를 정련하는 것은 어려울 수 있으며, 이에 따라 우수한 노 작업 및 원료 선택은 낮은 티타늄 함량을 성공적으로 얻는 것에 기여한다.

인은 규소계 합금의 생성에 있어서 불순물이고, 시판 등급의 Si계 페로합금에서 통상 0.03 중량% 미만이다. Cr 합금은 통상 Si 합금에서와 유사한 범위의 P 수준을 함유한다. 그러나, P는 통상적으로 Mn 합금에서 훨씬 더 높으며, 이에 따라 Mn과 합금화하는 것은 최종 Si 합금에서 더 높은 P 함량으로 이어질 수 있다. 따라서, 본 발명에서의 P 수준은 최대 0.07 중량%이지만, 예컨대 크롬을 함유하는 Si-합금에서 Mn 첨가가 일어나지 않는 경우 최대 0.03 중량%까지 감소될 수 있다. 본 발명의 규소 합금의 첨가로부터 기원되는 강 내의 P 함량이 규소 합금, 크롬 합금, 및 망간 합금의 개별적인 첨가로부터의 것과 동일하거나 그보다 약간 더 낮을 것이라는 것에 유의하는 것이 중요하다.

황은 통상 규소 합금 생성에서 낮고, 시판 등급의 규소 합금에서 통상 0.003 중량% 미만이다. 그러나, S는 통상적으로 Cr 합금에서 더 높고 Mn 합금에서 약간 더 높으며, 이에 따라 Cr 및/또는 Mn과 합금화하는 것은, 목표가 되는 Cr 및 Mn 함량에 따라, 최종 규소 합금에서 더 높은 S로 이어질 수 있다. 따라서, S 수준은 본 발명에서 최대 0.02 중량%이다. 본 발명의 규소 합금의 첨가로부터 기원되는 강 내의 S 함량이 규소 합금, 크롬 합금, 및 Mn 합금의 개별적인 첨가로부터의 것과 동일하거나 그보다 약간 더 낮을 것이라는 것에 유의하는 것이 중요하다.

일 실시 형태에서, 본 발명에 따른 합금의 조성은 하기를 포함한다:

Si: 64 내지 78 중량%;

C: 최대 0.03 중량%;

Cr: 1 내지 25 중량%;

Ca: 0.01 내지 0.05 중량%;

Ti: 최대 0.06 중량%;

P: 0.005 내지 0.07 중량%;

S: 0.001 내지 0.02 중량%;

Mn: 0.04 내지 20 중량%;

Al: 0.01 내지 10 중량%;

잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물.

다른 실시 형태에서, 본 발명에 따른 Si 합금의 조성은, Mn의 첨가 없이, Cr과 합금화된 페로규소를 포함한다. 따라서, Mn은 불순물로서 존재함:

Si: 45 내지 95 중량%;

C: 최대 0.05 중량%;

Cr: 0.4 내지 30 중량%;

Ca: 0.01 내지 0.3 중량%;

Ti: 최대 0.10 중량%;

P: 0.005 내지 0.03 중량%;

S: 0.001 내지 0.02 중량%;

Mn: 0.04 내지 0.3 중량%;

Al: 0.01 내지 10 중량%;

잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물.

다른 실시 형태에서, 본 발명에 따른 Si 합금의 조성은, Mn이 첨가된, Cr과 합금화된 페로규소를 포함한다. 따라서, Mn은 합금화 원소로서 존재함:

Si: 45 내지 95 중량%;

C: 최대 0.05 중량%;

Cr: 0.4 내지 30 중량%;

Ca: 0.01 내지 0.3 중량%;

Ti: 최대 0.10 중량%;

P: 0.005 내지 0.07 중량%;

S: 0.001 내지 0.02 중량%;

Mn: 0.3 내지 25 중량%;

Al: 0.01 내지 10 중량%;

잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물.

본 발명에 따른 합금은 탄소를 합금화 원소로서 또는 불순물 원소로서 포함하는 Cr 공급원을 액체 Si계 합금에 첨가함으로써 제조된다. Cr 공급원은 고체 또는 액체 크롬 단위의 형태, 크롬 페로합금 또는 크롬 금속의 형태, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 크롬 공급원은 통상의 불순물/오염물을 포함할 수 있다. 크롬 공급원은, 예를 들어, 고탄소 페로크롬, 중탄소 페로크롬, 저탄소 페로크롬, 또는 크롬 금속 또는 이들의 혼합물과 같은 페로크롬 합금일 수 있다. 예를 들어 상기 표 2에 주어진 바와 같은 시판 크롬 페로합금, 또는 시판 크롬 금속 또는 그러한 합금들의 둘 이상의 조합이 본 발명에 사용하기에 적합하다. 바람직하게는, 첨가된 Cr은 고탄소 페로크롬 또는 중탄소 페로크롬의 형태이다.

크롬 공급원으로부터 첨가된 탄소는 규소와 반응하여 고체 SiC(탄화규소) 입자를 형성할 것이며, 이는, 바람직하게는 레이들 내에서 교반하면서, 정련 동안 용융물로부터 레이들 내화물로 또는 주조 공정 전 또는 동안에 형성된 임의의 슬래그로 제거된다. 형성된 SiC 입자에 대해 충분히 큰 수용체를 갖기 위하여 필요하다면 슬래그 형성제가 첨가될 수 있다. 이는, 낮은 탄소 함량을 갖고 크롬을 함유하는 본 발명에 따른 Si 합금을 생성하며, 이때 원소들의 범위는 상기에 나타낸 바와 같다.

망간이 최종 제품에 존재하여야 한다면(최대 25%), 고체 또는 액체 망간 단위의 첨가가 Cr 첨가와 함께 레이들 내에서 이루어질 수 있다. Mn을 첨가하여 Mn 함량을 0.3 내지 25 중량% 범위 이내로 조정할 수 있다. Mn 공급원은 고체 또는 액체 망간 단위의 형태, 망간 합금 또는 망간 금속의 형태, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 망간 공급원은 통상의 불순물/오염물을 포함할 수 있다. 망간 합금은, 예를 들어, 고탄소 페로망간, 중탄소 페로망간, 저탄소 페로망간 또는 이들의 혼합물과 같은 페로망간 합금일 수 있다. 예를 들어 상기 표 3에 주어진 바와 같은 시판 망간 합금, 또는 그러한 합금들의 둘 이상의 조합이 본 발명에 사용하기에 적합하다. 바람직하게는, 첨가된 Mn은 고탄소 페로망간 또는 중탄소 페로망간의 형태이다.

망간 공급원으로부터 첨가된 탄소는 크롬 공급원에 의해 첨가된 탄소에 대해 전술된 바와 동일한 방식으로, 규소와 반응하여 고체 SiC(탄화규소) 입자를 형성할 것이며, 이는, 바람직하게는 레이들 내에서 교반하면서, 정련 동안 용융물로부터 레이들 내화물로 또는 주조 공정 전 또는 동안에 형성된 임의의 슬래그로 제거된다. 형성된 SiC 입자에 대해 충분히 큰 수용체를 갖기 위하여 필요하다면 슬래그 형성제가 첨가될 수 있다. 이러한 방법에 의해, 낮은 탄소 함량을 갖고 크롬 및 망간을 함유하는 본 발명에 따른 Si 합금이 생성되며, 이때 원소들의 범위는 상기에 나타낸 바와 같다.

출발 재료에 대한 조성의 일례는 노로부터의 액체 FeSi일 수 있지만, 도달하고자 하는 최종 사양에 따라 많은 다른 것들이 가능하다. 표준 페로규소 또는 고순도 페로규소와 같은 임의의 시판 규소계 합금을 재용융시키는 것이 또한 가능한 출발 재료일 수 있다.

따라서, 가능한 출발 재료는 하기를 포함할 수 있다:

Si: 45 내지 95 중량%;

C: 최대 0.5 중량%;

Al: 최대 2 중량%;

Ca: 최대 1.5 중량%;

Ti: 최대 0.1 중량%;

Cr: 최대 0.4 중량%

Mn: 최대 0.3 중량%;

P: 최대 0.02 중량%;

S: 최대 0.005 중량%;

잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물.

알루미늄이 최종 제품에 존재하여야 한다면(최대 10%), 고체 또는 액체 알루미늄 단위의 첨가가 레이들 내에서 이루어질 수 있다. 대안적으로,

노로부터의 액체 페로규소 중의 알루미늄은 노에 대한 원료의 선택에 의해 증가될 수 있다. Al을 첨가하여 Al 함량을 최대 10%로 조정할 수 있다.

본 발명에 따른 합금을 생성하기 위하여, 일반적으로 알려진 기법에 따라 슬래그 정련, 스키밍(skimming) 및/또는 교반을 수반하는 추가의 단계들이 수행될 수 있으며, 이는 특히, 본 발명에 의해 청구된 낮은 수준의 탄소에 도달하기 위해서이다. 그러한 단계들은 주조 공정 전 또는 동안에 또는 조합하여 수행될 수 있다.

하기 실시예는 본 발명의 범주를 제한함이 없이 본 발명을 예시한다.

실시예 1

페로규소를, 바닥이 공기로 교반 중인 탭핑(tapping) 레이들 내로 평상시처럼 탭핑하여 넣었다. 액체 페로규소의 양은 약 7800 ㎏이었다. 표 4는 페로크롬의 첨가 전의 출발 재료의 화학 조성을 나타낸다.

[표 4]

탭핑 후, 레이들을 합금화 및 주조 영역으로 끌고 갔다. 이어서, 67.61 중량%의 Cr, 7.23 중량%의 C, 0.92 중량%의 Si; 잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물을 갖는 401 ㎏의 덩어리진 HCFeCr을, 최종 제품 중의 3 중량%의 Cr에 도달할 목적으로 액체 페로규소 내로 첨가하였다. Cr 수율이 알려져 있지 않기 때문에, HCFeCr을 100 ㎏의 4개의 배치(batch)로 각각 8 내지 10분의 기간에 걸쳐 그리고 3 중량%의 Cr 목표치에 도달할 때까지 점진적으로 첨가하였다. (첨가는 더 짧은 시간에 또는 더 긴 시간에 걸쳐 행해질 수 있음). 전체 첨가 공정 동안 바닥 교반을 유지하였다. HCFeCr 합금을 첨가한 후, 형성된 SiC 입자를 정련 동안 제거하고, 액체 재료를 주철 주형 내로 주조하는 주조 영역으로 레이들을 끌고 갔다.

생성된 본 발명에 따른 새로운 합금의 샘플을, 주조 후, 사전-파쇄(pre-crushed) 스테이지에서 취하였다. 결과가 표 5에 나타나 있다.

모든 샘플을 Al, Cr, Si, P, Ca, Ti, Mn에 대해서는 XRF(Malvern Panalytical로부터의 Zetium®)를 사용하여 분석하였으며, C에 대해서는 LECO® CS-220(연소 분석)을 사용하였다.

[표 5]

그러한 방법을 적용함으로써, 본 발명자들은 낮은 탄소 수준을 달성하였으며, 이는 고규소 합금 내의 탄소의 낮은 용해도에 의해 설명될 수 있다. 그러나, 현재의 저탄소 페로규소 등급품에서와 같은 정도로 낮은 탄소 수준에 도달할 수 있었다는 것은 놀라운 일이었다(표 1 참조).

본 발명에 따른 합금은, 공정 시간 및 품질을 개선함으로써, 페로크롬 합금과 조합하여 더 낮은 저탄소 유형의 페로규소로서 필요한 합금화 원소 Si 및 Cr을 개별적으로 첨가하는 것에 의한 현재의 방법들에 대한 비용-효율적인 대안이다. 상기 합금은 또한, 강 생산자가 강 내의 전체 탄소 함량을 감소시키고, 페로규소/Si계 합금과 저탄소 페로크롬 합금의 형태의 크롬을 개별적으로 첨가하는 것에 의해서보다 더 낮은 수준에 도달하는 것을 도울 수 있었다. 게다가, 상기 합금은 강 생산자가 더 높은 Cr 수준을 갖는 새로운 등급품을 제조할 수 있게 하였으며, 동시에 단지 하나의 합금 첨가제만을 사용하여 강 내의 탄소 함량을 낮게 유지할 수 있게 하였다.

본 발명에 따른 합금은 또한, 공정 시간 및 품질을 개선함으로써, 페로크롬 및 페로망간 합금 또는 망간 금속과 조합하여 더 낮은 저탄소 유형의 페로규소로서 필요한 합금화 원소 Si, Cr 및 Mn을 개별적으로 첨가하는 것에 의한 현재의 방법들에 대한 비용-효율적인 대안이다. 상기 합금은 또한, 강 생산자가 강 내의 전체 탄소 함량을 감소시키고, 페로규소/Si계 합금, 저탄소 페로크롬 합금 형태의 크롬, 및 저탄소 페로망간 또는 망간 금속의 형태의 망간을 개별적으로 첨가하는 것에 의해서보다 더 낮은 수준에 도달하는 것을 도울 수 있었다. 게다가, 상기 합금은 강 생산자가 더 높은 Cr 수준 및 더 높은 Mn 수준을 갖는 새로운 등급품을 제조할 수 있게 하였으며, 동시에 단지 하나의 합금 첨가제만을 사용하여 강 내의 탄소 함량을 낮게 유지할 수 있게 하였다.

본 발명의 상이한 실시 형태를 기술하였지만, 그 개념을 포함시킨 다른 실시 형태가 사용될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 상기에 예시된 본 발명의 이들 및 다른 실시예는 단지 예로서 의도되며, 본 발명의 실제의 범주는 하기 청구항으로부터 결정되어야 한다.

Claims

규소계 합금으로서,
45 내지 95 중량%의 Si;
최대 0.05 중량%의 C;
0.4 내지 30 중량%의 Cr;
0.01 내지 10 중량%의 Al;
0.01 내지 0.3 중량%의 Ca;
최대 0.10 중량%의 Ti;
최대 25 중량%의 Mn;
0.005 내지 0.07 중량%의 P;
0.001 내지 0.02 중량%의 S;
잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물을 포함하는, 규소계 합금.
제1항에 있어서, 상기 규소계 합금은 50 내지 80 중량%의 Si를 포함하는, 규소계 합금.
제2항에 있어서, 상기 규소계 합금은 64 내지 78 중량%의 Si를 포함하는, 규소계 합금.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소계 합금은 최대 0.03 중량%의 C를 포함하는, 규소계 합금.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소계 합금은 0.01 내지 0.1 중량%의 Ca를 포함하는, 규소계 합금.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소계 합금은 최대 0.06 중량%의 Ti를 포함하는, 규소계 합금.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소계 합금은 0.04 내지 0.3 중량%의 Mn을 포함하는, 규소계 합금.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소계 합금은 0.3 내지 25 중량%의 Mn을 포함하는, 규소계 합금.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 규소계 합금은 1 내지 20 중량%의 Cr을 포함하는, 규소계 합금.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 규소계 합금의 생성 방법으로서,
액체 베이스 페로규소 합금을 제공하는 단계, Cr 공급원 및 선택적으로 Mn 공급원을 상기 액체 페로규소 내로 첨가하여 용융물을 얻는 단계, 및 상기 얻어진 용융물을 정련하는 단계를 포함하고, 상기 정련하는 단계는 상기 용융물의 주조 전 및/또는 동안에, 형성된 탄화규소 입자를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
제10항에 있어서, 상기 첨가된 Cr 공급원은 고탄소 페로크롬 합금, 중탄소 페로크롬 합금, 저탄소 페로크롬 합금, Cr 금속, 또는 이들의 혼합물의 형태인, 방법.
제10항에 있어서, 상기 첨가된 Mn 공급원은 고탄소 페로망간 합금, 중탄소 페로망간 합금, 저탄소 페로망간 합금, Mn 금속, 또는 이들의 혼합물의 형태인, 방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 베이스 페로규소 합금은,
Si: 45 내지 95 중량%;
C: 최대 0.5 중량%;
Al: 최대 2 중량%;
Ca: 최대 1.5 중량%;
Ti: 최대 0.1 중량%;
Cr: 최대 0.4 중량%
Mn: 최대 0.3 중량%;
P: 최대 0.02 중량%;
S: 최대 0.005 중량%;
잔부로서의 Fe 및 통상적인 양으로 존재하는 우연적 불순물을 포함하는, 방법.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, Al을 첨가하여 Al 함량을 최대 10 중량%로 조정하는, 방법.
강의 제조에 있어서의 첨가제로서의 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 규소계 합금의 용도.
제15항에 있어서, 전기강(electrical steel)의 제조에 있어서의 용도.