KR100333068B1 - 코크롬.티타늄함유스테인레스강의연속주조시노즐막힘방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고(高)크롬·티타늄 함유 스테인레스강의 연속주조시 노즐막힘을 방지하는 방법에 관한 것으로, 래들에서 정련시 티타늄을 첨가하기 전에 알루미늄을 첨가하여 탈산하고 규소화칼슘(Ca-Si)을 첨가하여 다시 탈산한 후 티타늄을 첨가함으로써 산화티타늄 생성을 최소화하고 강중 산소함량을 최소(수십ppm) 수준으로 낮춤으로써 용강의 응고를 억제하여 노즐막힘을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

고(高)크롬·티타늄 함유 스테인레스강의 연속주조시 노즐막힘 방지방법

발명은 고(高)크롬(Cr)·티타늄(Ti) 함유 스테인레스강의 연속주조시 노즐 막힘을 방지하는 방법에 관한 것으로서, 특히 고(高)크롬(10%-30%) 및 티타늄을 함유한 스테인레스 용강을 주조할 때 용강중 개재물이 노즐 내벽에 부착하여 성장하거나 용강이 노즐내벽에 접촉후 응고하여 성장함으로써 발생되는 노즐막힘을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고(高)크롬 및 티타늄을 함유한 스테인레스 용강을 전기로-정련로(AOD)-연속주조의 공정으로 주조할 때 턴디쉬에서 주형으로 용강이 통과하면서 턴디쉬 노즐(tundish nozzle) 내부 표면에 용강중에 존재하는 산화티타늄(TiO2)이 부착하여 성장하거나 용강이 응고하여 계속적으로 성장하게 되면 도 1과 같이 노즐 내경이 감소되어 결국은 주조를 중단하게 됨으로써 생산성 저하의 원인이 된다.

또한 주조중 일부 산화티타늄이 박리되어 주편에 혼입되면 주편내부에 대형개재물(≥20㎛)로 존재하여 열간 압연시 표면에 인클루젼 라인(inclusion line)이라는 대형 선상결함을 유발하여 품질상에도 커다란 문제를 야기시킨다.

특히 용강의 응고에 의하여 노즐막힘이 발생하는 경우는 주조중 빠른 속도로 노즐막힘이 일어나서 래들이나 턴디쉬에 용강을 잔류시킨 채 주조가 중단되기 때문에 생산성의 차질은 물론 작업성에도 큰 문제가 된다.

최근 문헌(1996, CAMP-ISIJ, P201)에 보고된 바에 의하면, 외부로부터 노즐내부에 가스를 공급하면 이들 기포에 의해 개재물의 부착이 방지되어 노즐막힘을 감소시킬 수 있다고 한다.

그러나 이 방법은 개재물이 노즐에 부착되는 것은 방지할 수 있다고 하더라도 부착되지 않은 개재물은 오히려 주형내로 혼입하게 되고, 일부 개재물은 부상하지만 일부는 주편에 잔류하기 때문에 주편내 개재물 분포가 많아지고 주형내 청정도가 저하되어 주편결함의 원인이 된다.

뿐만 아니라 이 방법은 용강의 온도를 저하시켜 용강의 응고에 의한 막힘을 조장할 우려가 있다.

또한 산화티타늄은 용강과의 접촉각이 90°보다 작아 용강내에 존재하는 것이 열역학적으로 안정하기 때문에 노즐내벽에 부착하여 성장하는 것은 용이하지 않지만 노즐내벽 부근에서 용강의 응고를 촉진시키는 핵생성부위가 되므로 용강의 응고에 의한 지금이 부착, 성장하게 되어 티타늄이 함유된 용강의 주조시 노즐막힘을 방지하는 방법으로서는 미흡하다.

한편 도 2에서 알 수 있듯이 크롬함량 10%이상에서는 크롬함량이 증가할수록 평형산소함량이 급격히 증가하여 크롬함량 20%-30% 범위에서는 평형산소함량이 1000ppm까지 증가하게 되고, 강중 산소 함량이 증가하면 도 3에서 나타난 바와 같이 용강의 표면장력이 급격히 감소됨으로써 주조시 노즐과 용강의 접촉면적이 증가하게 되어 노즐 외부로의 열전달이 빠르게 일어난다.

또한 용강내에 티타늄을 첨가하였을 때 생성되는 산화티타늄은 노즐내벽에서 용강의 응고를 촉진시키는 핵생성 부위로 작용하여 고(高)크롬·티타늄 함유강에서는 노즐막힘 문제와 주편의 품질저하 문제가 더욱 심각하다.

도 4에서 도시한 바와 같이 액체와 산화물간 계면장력이 낮으면 접촉각이 작아지게 되어 액체와 산화물간 접촉면적이 증가하게 되는데 이 원리가 노즐내벽 부근에서도 적용되어 용강으로부터 노즐외부로 열이 빠르게 전달됨으로써 용강의 온도가 저하된다.

따라서 용강중 산소가 높은 농도로 존재하면 주조시 용강의 응고를 촉진시키는 원인이 되는 것이다.

문헌(1992, CAMP-ISIJ, p1333)에 의하면 18% 크롬강에 알루미늄을 첨가하면 산소의 함량을 34ppm정도로 낮출 수 있는 성분계가 보고되어 있지만, 이 경우는 산화티타늄(TiO₂)에 의한 노즐막힘을 방지하는 방법에 대해서는 언급되어 있지 않다.

따라서 고(高)크롬(10%-30%) 및 티타늄을 함유한 용강의 주조시 산화티타늄 등의 개재물에 의한 노즐막힘과 응고에 의한 노즐막힘의 두가지 문제를 동시에 제거할 수 있는 기술이 요구되고 있으나 산소가 산화물과 용강의 계면특성에 미치는 영향을 명확히 규명하지 못하고 있기 때문에 이러한 문제점이 해결되지 못하고 있다.

본 발명은 고(高)크롬·티타늄을 함유한 스테인레스강을 연속적으로 주조할 때 개재물 또는 용강의 응고에 의한 노즐막힘을 효과적으로 제거하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 1단계로 래들에서 정련시 티타늄을 첨가하기 전에 알루미늄(Al)을 첨가하여 탈산하고 2단계로 규소화칼슘(Ca-Si)을첨가하여 다시 탈산한 후 티타늄을 첨가함으로써 용존산소의 최소화로 산화티타늄생성을 극소화하고 강중 산소함량을 수십ppm 수준으로 낮추어 노즐막힘을 방지하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 연속주조시 용강의 응고 및 개재물에 의한 턴디쉬 노즐막힘을 나타낸 개략도,

도 2는 스테인레스강중 크롬과 산소의 평형관계를 나타낸 그래프,

도 3은 용강중 산소함량 증가에 따른 계면장력의 변화를 나타낸 그래프,

도 4는 액체와 산화물간 접촉각 관계를 나타낸 모식도,

도 5는 종래 방법 및 본 발명 처리시 용강중 산소함량을 나타낸 그래프,

도 6은 종래 방법 및 본 발명 처리시 용강중 산화티타늄 분포비율을 나타낸 그래프,

도 7은 종래 방법 및 본 발명 처리시 지금부착두께 변화를 나타낸 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 턴디쉬 노즐 2: 턴디쉬 노즐 내벽

3: 지금 또는 개재물 부착층 4: 액체

5: 산화물

본 발명은 통상의 고(高)크롬·티타늄 함유 스테인레스강의 주조에 있어서, 티타늄을 첨가하기 전에 1단계로 알루미늄을 0.01%-0.3% 첨가하여 탈산하고 2단계로 규소화칼슘을 0.003%-0.008% 첨가하여 다시 탈산한 후 티타늄을 첨가하는 과정으로 구성된 노즐막힘방지방법에 관한 것이다. 이 같은 방법에서 상기 티타늄 첨가량은 통상의 고크롬·티타늄 함유 스테인레스강의 주조시 첨가되는 량과 동일한 0.1%-0.5%이다.

탈산시 알루미늄만을 첨가하면 용강내 산소함량이 감소하여 노즐내벽과 용강의 접촉각이 증가됨으로써 주조시 용강으로부터 노즐 외부로 열이 방출되어 발생하는 용강의 응고로 인한 노즐막힘은 감소하지만, 알루미늄 첨가시 생성되는 산화알루미늄으로 인해 노즐이 막히게 되는 문제가 발생하고, 동시에 티타늄 첨가시 생성되는 산화티타늄에 의해 노즐이 막히는 문제는 여전히 남는다.

따라서 알루미늄으로 탈산후 규소화칼슘(Ca-Si)을 처리해 산화알루미늄 개재물을 아래 반응식과 같이 융점 1300℃-1400℃의 저융점 복합개재물로 조성을 변화시킴으로써 산화알루미늄 개재물에 의한 노즐막힘을 방지할 수 있다.

[반응식]

nAl₂O₃+ mCaO + qSiO₂= nAl₂O₃·mCaO·qSiO₂

또한 칼슘은 알루미늄보다 탈산력이 강하므로 용강내 산소함량을 더 낮출 수 있고, 칼슘과 알루미늄의 탈산력이 티타늄의 탈산력보다 크므로 칼슘 및 알루미늄과 평형하는 산소의 농도는 티타늄과 평형하는 산소의 농도보다 낮아서 칼슘, 알루미늄으로 우선 탈산을 하게되면 티타늄을 첨가하여도 산화티타늄 생성이 열역학적으로 거의 일어나지 않게 된다.

도 5는 26% 크롬 함유강을 대상으로 종래 방법과 본 발명을 실시한 후 강중 산소함량을 비교하여 나타낸 것이다.

본 발명을 실시한 경우에는 강중 산소함량이 45-62ppm으로 크게 낮아져 주조시 노즐내벽과 용강의 접촉면적이 최소화되어 열이 용강으로부터 노즐외부로 방출되는 정도가 크게 감소하였다.

도 6은 26% 크롬 함유강을 대상으로 종래 방법과 본 발명을 실시한 후 용강중 산화티타늄의 분포비율을 비교한 것이다.

종래의 방법을 실시한 경우 산화티타늄 분포비율이 67-82%임에 비해 본 발명을 실시한 경우 18% 이하로 크게 감소하여 주조시 산화티타늄에 의한 응고촉진을 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다.

도 7은 26% 크롬 함유강을 대상으로 종래 방법과 본 발명을 실시한 후 노즐내벽의 지금부착두께를 비교한 것으로, 종래방법을 실시한 경우 10-16㎜인데 비해 본 발명을 실시한 경우는 4㎜이하로서 지금부착두께가 크게 낮아졌음을 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 상기와 같은 방법으로 탈산함으로써 용강중 산소함량이 감소하고 노즐내벽과 용강의 접촉각이 커져서 용강으로부터 노즐외부로의 열전달이 감소되어 용강의 응고가 감소되고 산화티타늄의 생성을 최소화하여 산화티타늄에 의한 용강의 응고촉진을 억제하여 용강의 응고에 의한 노즐막힘을 방지할 수 있어, 고(高)크롬·티타늄 함유 스테인레스강의 연속주조가 가능하여 생산성이 향상되고 품질도 크게 개선되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 통상의 고(高)크롬·티타늄 함유 스테인레스강의 연속주조에 있어서, 용강내 산소함량의 감소를 위하여 알루미늄(Al)을 0.01%-0.3% 첨가하여 탈산하고, 산화알루미늄 개재물의 조성을 저융점 복합개재물로 변화시키기 위하여 규소화칼슘(Ca-Si)을 0.003%- 0.008% 첨가하여 탈산한 후 티타늄(Ti)을 첨가함으로써 산화티타늄(TiO2)의 생성을 최소화하고 강중 산소함량을 수십ppm 수준까지 낮춤으로써 개재물이나 응고에 의한 노즐의 막힘을 방지할 수 있도록 하여서 됨을 특징으로 하는 고(高)크롬·티타늄 함유 스테인레스강의 연속주조시 노즐막힘 방지방법

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