KR100516457B1

KR100516457B1 - 쾌삭강의 연속주조용 내화물

Info

Publication number: KR100516457B1
Application number: KR10-2000-0032912A
Authority: KR
Inventors: 이백희; 이성욱
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2005-09-23
Also published as: KR20010112885A

Abstract

본 발명은 쾌삭강의 연속주조시 턴디쉬 등에 사용되는 내화물에 관한 것이며; 그 목적은 레들의 차지 횟수가 2회 이상으로 쾌삭강을 연연주하는 중에도 스토퍼나 침지노즐의 용손이 크게 저감되고 궁극적으로 주조조업을 안정화시킬 수 있는 쾌삭강의 연속주조용 내화물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 연속주조설비에 사용되는 내화물에 있어서, 중량%로, Al₂O₃: 53~57%, AlN: 28~34% 및 C: 13.0~17.0%를 포함하여 조성되고, 기공율이 19~21%인 것을 특징으로 하는 쾌삭강의 연속주조용 내화물에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

쾌삭강의 연속주조용 내화물{REFRACTORIES FOR CONTINUOUS CASTING OF FREE CUTTING STEEL}

본 발명은 쾌삭강의 연속주조시 턴디쉬 등에 사용되는 내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고산소함유 쾌삭강을 연속주조하는 경우 용손이 월등히 저감되어 턴디쉬의 스토퍼나 침지노즐의 상부에 매우 적합한 내화물에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조공정은 도1a에서와 같이, 레들(1)로부터 턴디쉬(2)내에 수강된 용강(3)이 침지노즐(5)을 통해 몰드(6)로 유입되면 몰드내에서 용강의 응고가 개시되어 중간제품인 주편(7)이 얻어진다. 이때, 연속주조중 용강의 양은 침지노즐의 상부에 위치한 스토퍼(4)의 개폐작용에 의하여 조절되는데, 턴디쉬의 스토퍼는 용강의 양의 조절뿐만아니라 주조완료시점 찌꺼기가 몰드내로 유입되는 것을 방지하는 마개 역할을 한다. 이러한 역할을 하는 턴디쉬의 스토퍼는 연속주조시 스토퍼 또는 침지노즐의 내화물의 용손으로 인해 그 재질에 따라 최종강의 품질에 중대한 영향을 미치게 됨은 당연하다. 구체적으로 스토퍼는 침지노즐 내벽과 면 접촉을 이루게 되며, 침지노즐의 내벽과 스토퍼의 간격이 2.5mm이내에서 조절이 이루어지는데, 연속주조중에 스토퍼와 침지노즐의 내부는 용손에 의하여 최초의 형상에 변경되지 않아야 용강의 양을 정확하게 조절할 수 있고, 이에 따라 몰드내로 용강의 레벨을 일정하게 유지함으로써 개재물의 혼입을 방지하여 주편의 품질을 건전화할 수 있다.

일반강의 연속주조에 있어 종래에는 상기 스토퍼나 침지노즐의 재질을 개선하여 내부품질을 향상시킨 방안들이 다수 제시되어 있다. 그 대표적인 예로서, 대한민국 특허공개 97-33243호에서는 Bi-S계 쾌삭강의 제조시 용강을 MgO계 코팅제로 도포된 스토퍼와 침지노즐을 사용한 방법이 제안되어 있다.

또한, 대한민국 특허공개 99-33471호에는 일반강에 사용되는 연속주조용 롱스토퍼 및 침지노즐이 제시되어 있다. 이 스토퍼 및 침지노즐은 Al₂O₃: 65-82중량%, 및 C: 18-35%로 조성된 것으로서, 주로 일반강을 연속주조함에 있어 스토퍼의 내침식성을 향상시킨 기술이다.

이외에도 일본 공개특허 95-204802호에 의하면 중량%로, MgO: 65~70%, 고정 탄소+SiC: 23~27%, Al₂O₃: 2.5~3.5% 및 SiO₂: 0.5~1.5%로 조성되고 그 기공율이 16.5~17.5%, 부피비중이 2.35~2.45g/㎤인 MgO계 내화물로 구성된 스토퍼가 제시되어 있다.

그러나, 쾌삭강의 경우 표1에서도 알 수 있듯이, 보통 산소가 약 30~60ppm 정도로 다량 함유되어 있기 때문에 연속주조에 의해 제조될 때 일반강에 비하여 턴디쉬의 스토퍼나 침지노즐의 내화물의 용손이 심한 편이다.

성분	화학조성(단위: 중량%)
성분	C	Si	Mn	P	S	sol. Al	Bi	B(ppm)	N(ppm)	O(ppm)
조성	0.036~0.084	0.05이하	1.20~1.40	0.070~0.090	0.270~0.330	0.010이하	0.08~0.16	80~130	70이하	20~50

더욱이, 표1과 같이 산소를 다량 함유한 쾌삭강을 연속주조할 때 상기한 스토퍼를 사용하는 경우 스토퍼의 용손뿐만아니라 몰드내의 용강 레벨의 교란이 심하여 연속주조조업이 불안정한 단점이 발생한다.

또한, 이와 같이 용강중의 산소가 높은 강의 연속주조시 내화물의 열충격 및 용손을 방지하기 위해 일본 공개특허 평8-208313호에는 알루미나와 AlN으로 이루어진 슬라이딩 노즐(sliding nozzle)이 제안되어 있으나, 알루미나와 AlN의 입도를 정확히 분급해야만 하는 제한이 따를 뿐만 아니라 레들의 차지(charge) 횟수가 2회 이상 연연주하는 경우 내화물의 용손 방지에 여전히 미흡한 단점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서 레들의 차지 횟수가 2회 이상으로 쾌삭강을 연연주하는 중에도 스토퍼나 침지노즐의 용손이 크게 저감되고 궁극적으로 주조조업을 안정화시킬 수 있는 쾌삭강의 연속주조용 내화물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 연속주조설비에 사용되는 내화물에 있어서, 중량%로, Al₂O₃: 53~57%, AlN: 28~35%, 및 C: 13.0~17.0%를 포함하여 조성되고, 기공율이 19~21%인 것을 특징으로 하는 쾌삭강의 연속주조용 내화물에 관한 것이다.

본 발명은 연속주조설비에 사용되는 내화물에 있어서, 중량%로, Al₂O₃: 53~57%, AlN: 28~34%, 및 C: 13.0~17.0%를 포함하여 조성되고, 그리고 기공율이 19~21%인 것을 특징으로 하는 쾌삭강의 연속주조용 내화물에 관한 것이다.이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

연속주조조업에 있어 스토퍼 및 침지노즐에 사용된 종래의 MgO계 내화물의 경우 용강중 MnO, FeO와 고융점 화합물이 형성되는 반면 알루미나계 내화물의 경우 이들 성분들과 저융점의 화합물을 형성하므로 상대적으로 주조중 용손이 쉽게 일어난다고 알려져 있다. 그러나, 쾌삭강과 같이 용강중 산소 함량이 높은 강을 연속주조할 때 MgO계 내화물을 사용하는 경우 용강중의 산소에 의해 오히려 용손이 심하여 안정된 조업이 불가능하다. 특히, 레들을 2차지(charge)이상 연연주하는 경우 턴디쉬 등의 내화물의 용손은 더욱 심할 수 밖에 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에 의한 연속주조용 내화물은 용강중의 산소 함량이 높은 쾌삭강에 매우 적합하도록 그 주성분이 Al₂O₃, AlN 및 탄소로 적절히 조성되어 있다. 나아가 본 발명의 내화물은 탄소 및 Al₂O₃를 기본 성분으로 하고, 여기에 AlN 성분을 함유함에 그 특징이 있으며, 이러한 본 발명의 내화물은 용손에 저항성이 큰 장점이 있다.

본 발명의 내화물에 대한 성분 및 조성을 구체적으로 살펴보면, 우선 알루미나는 내화물을 이루는 기본 모재로서 용강의 열에 의한 내화물의 팽창을 완충하는 역할을 하는데, 그 함량은 53~57중량%(이하, 단지 '%')가 바람직하다. 만일, 상기 알루미나 함량이 53%미만이면 상대적으로 AlN이 증가되어 모재의 열팽창에 대한 완충역할이 미흡하게 되어 내화물의 균열이 발생하기 쉬우며, 반대로 57%를 초과하면 상대적으로 AlN이 감소되어 내화물의 용손 정도가 심해질 수 있어 바람직하지 못하다.

또한, 탄소는 알루미나와 같이 모재의 열팽창에 대한 완충역할을 하는데, 탄소함량이 너무 높으면 산소와 반응할 수 있는 기회가 증대되어 많은 부분이 탈탄층을 형성하게 되어 용강중 내화물의 유실 속도가 크게 되어 바람직하지 않다. 즉, 스토퍼 등의 용손은 일차적으로는 내화물에 함유된 탄소가 산소와 반응하여 탈탄층이 생성되고, 이 탈탄층과 기타 함유된 주요성분이 용강중에서 유실되는 속도에 의해 좌우된다. 그러나, 탄소의 함량이 너무 작으면 용강의 온도에 의한 내화물 팽창시 완충 역할이 미흡하게 되어 초기에 내화물 균열 발생의 원인이 될 수 있어 적당한 탄소의 양을 포함함이 바람직하다. 본 발명의 경우 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 탄소의 함량을 종래보다 낮은 13~17%의 범위로 하였다.

또한, 상기 알루미나와 탄소는 주조 초기 균열 방지를 위하여 반드시 필요하지만, 특히 본 발명의 내화물의 주성분중 하나인 AlN는 알루미나와 더불어 치밀한 알루미나 소결층을 형성하여 용손방지에 큰 역할을 한다. 즉, 연속주조중 내화물의 기공에 포함된 CO가스가 AlN과 반응하여 새로운 알루미나 소결층이 생성되어 용강과 접촉한 내화물의 유실을 방지하고 유실된 알루미나는 연속주조중 지속적으로 보충하게 된다. 이를 위해 상기 AlN의 함량은 28~34% 정도가 바람직하다.

한편, 본 발명의 내화물은 적어도 약 19~21% 정도의 기공율을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 내화물은 상술된 바와 같이, 그 기공속에 CO가스가 생성되며, 그 CO가스로 인해 AlN과 더불어 치밀한 소결층이 형성되는데, 기공율이 너무 작으면 치밀하기는 하지만 스토퍼 등의 제작 비용이 높아지며, 너무 크면 내화물의 용손 방지에 바람직하지 못하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예1

하기표 2와 같은 조성을 갖는 내화물에 대하여 각각 용강에 대한 용손시험을 실시하고 각각의 내화물에 대한 침식결과를 표2에 나타내었다.

구분	화학조성(단위:중량%)
구분	MgO	Al₂O₃	C	AlN	SiO₂	기공율(%)	침식지수
종래재1	70	3.5	26.5	-	-	17	0.26
비교재1	-	55	20	25	-		0.27
발명재1	-	55	15	30	-	19.5	0.17
발명재2	-	35	13	52	-	19.5	0.22
비교재2	-	37	10	40	10		0.25
종래재2	-	90	-	10	-	19.5	0.22

상기 표2에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 내화물은 기존의 내화물에 비하여 침식이 크게 저감됨을 알 수 있었다.

실시예2

실시예1의 발명재와 같은 조성을 갖는 내화물과 종래재1의 내화물을 이용하여 스토퍼 및 침지노즐을 제작하고, 제작된 스토퍼와 침지노즐을 각각 장착한 연속주조장치에서 Bi-S계 쾌삭강 주편을 제조하였다. 이때, 주편의 조성은 표3과 같았으며, 레들은 100톤 용량의 레들을 사용하였다.

성분	화학조성(중량%)
성분	C	Si	Mn	P	S	sol. Al	Bi	B(ppm)	N(ppm)	O(ppm)
조성	0.055	0.011	1.31	0.087	0.29	0.002	0.13	103	40	48

이와 같은 연속주조조업후 사용된 스토퍼에 대하여 스토퍼의 선단으로부터 거리에 따라 용손정도를 측정하고, 그 결과를 표4에 나타내었다.

또한, 각각의 스토퍼를 절단한 다음, 그 선단부에 대한 용손 정도를 관찰하고, 그 결과를 도2 및 도3에 나타내었다.

선단으로부터 거리(mm)	스토퍼의 용손깊이(mm)
선단으로부터 거리(mm)	종래재1	발명재1
15	7	0.5
20	9	1
25	8.5	0.5

표4에서도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 내화물을 사용하여 쾌삭강을 연속주조하는 경우 스토퍼의 용손정도가 현저히 감소한 것으로 볼 때 본 발명의 내화물은 쾌삭강의 연속주조에 매우 유용함을 알 수 있었다.

도2a 및 도2b는 각각 종래재1 및 발명재1의 스토퍼 선단부의 용손 정도를 나타낸 것으로서, 종래의 스토퍼 선단부(도2a)는 발명재1(도2b)에 비하여 용손정도가 심한 것을 알 수 있다.

이러한 용손 정도의 차이는 각각의 스토퍼 선단부에서의 반응층을 보이는 도3에서도 관찰되고 있다. 즉, 종래재1(도3a)의 경우 반응계면에서 반응이 크게 일어난 반면 발명재1(도3b)의 경우 반응계면에서 새로운 알루미나층이 형성되어 더 이상의 침식이 진행되지 않음을 알 수 있었다.

실시예3

실시예2와 동일한 방법으로 Bi-S계 쾌삭강 주편(bloom)을 연속주조하는 동안 종래재와 발명재1의 내화물을 사용한 경우 몰드내에 시간에 따른 탕면 교란정도를 측정하고 그 결과를 도4에 나타내었다.

도4a 및 도4b는 각각 종래재와 본 발명재1의 내화물로 제작된 스토퍼 및 침지노즐을 사용했을 때 4개의 스트랜드(strand)상의 몰드내 탕면 레벨을 측정한 그래프이다. 도4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우 종래보다 훨씬 탕면이 안정된 것을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 내화물을 적용한 스토퍼나 침지노즐의 경우 용강중의 산소 농도가 높은 강에서 용손이 크게 저감되고 레들의 차지 횟수가 2회 이상 연연주하는 중에도 궁극적으로 주조조업을 안정화되는 효과가 있다.

도1a는 일반적인 연속주조장치의 개략 구성도

도1b는 도1a의 A를 확대한 스토퍼 및 침지노즐의 단면도

도2a 및 도2b는 각각 종래와 본 발명에 따른 스토퍼의 선단부에서의 용손 정도를 보이는 사진

도3a 및 도3b는 각각 종래와 본 발명에 따른 스토퍼의 선단부에 대한 반응층을 보이는 조직사진

도4a 및 도4b는 각각 종래 및 본 발명의 내화물을 적용한 스토퍼 및 침지노즐을 사용했을 때의 주형내 용강의 안정도를 나타내는 그래프

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 ..... 레들 2 ..... 턴디쉬

3 ..... 용강 4 ..... 스토퍼

5 ..... 침지노즐

Claims

연속주조설비에 사용되는 내화물에 있어서,

중량%로, Al₂O₃: 53~57%, AlN: 28~34% 및 C: 13.0~17.0%를 포함하여 조성되고, 그리고 기공율이 19~21%인 것을 특징으로 하는 쾌삭강의 연속주조용 내화물.