KR100530338B1 - 극저탄소 냉연강판 제조용 몰드 플럭스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저탄소 냉연강판 제조를 위한 몰드 플럭스에 관한 것으로, 그 목적은 탄소가 0.01% 미만 함유된 냉연강판 슬라브를 연속주조할 때 발생하는 슬래그성 개재물 결함을 저감하기 위한 몰드 플럭스를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 몰드 플럭스는, 중량%로, CaO: 25~ 40%, SiO₂: 25~ 40%, Al₂O₃: 1~ 6%, Na₂O: 2~ 5%, F: 5~ 10%, free [C]: 1~5%, Cr₂O₃: 3~ 7% 및 잔부 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

Description

극저탄소 냉연강판 제조용 몰드 플럭스{Mold Flux for manufacturing extremely low carbon cold rolled steel sheet}

본 발명은 극저탄소 냉연강판 제조를 위한 몰드 플럭스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소가 0.01% 미만 함유된 냉연강판 슬라브를 연속주조할 때 발생하는 슬래그성 개재물 결함을 저감하기 위한 몰드 플럭스에 관한 것이다.

연속주조 공정은, 도1에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(1) 내 수강되어 있는 용강(2)이 침지노즐(3)을 통해 몰드(4)로 유입되면, 수냉되어 있는 몰드(4) 내에서 용강의 응고가 개시되어 중간 제품인 주편(슬라브)이 얻어지면서 이루어진다. 이때, 연속주조중 몰드 내 용강 위에 몰드 플럭스(5)가 투입되어 미용융층, 반용융층 및 용융 슬래그층을 형성하면서 이 용융 슬래그가 상하로 진동하는 몰드(4)와 응고쉘(6) 간의 틈 사이로 유입되어 얇은 막(slag film)을 형성한다. 이 슬래그 필름은 연속주조기 아래 방향으로 인발되는 주편과 함께 따라 내려 가면서 주편을 냉각시키기 위해 뿌려지는 물에 의해 씻겨지면서 소모된다.

몰드 플럭스는 용강 위에 투입되는 분말 또는 과립 형상의 인공합성 슬래그로서, 수냉되는 몰드와 접촉된 표면 만이 응고된 얇은 응고쉘이 파단되는 것을 방지하기 위한 윤활 작용을 한다. 또한, 몰드 플럭스는 주편과 몰드 간의 마찰력을 감소시키는 윤활 작용 이외에도 용강으로부터 분리 부상되는 비금속 개재물의 흡수 용해, 용강을 도포하여 대기와의 재산화 방지, 대기로의 열방출을 억제시켜 용강을 보강 유지시키는 역할 뿐만 아니라 주편에서 몰드로의 열전달 매체 역할을 한다.

종래의 슬라브 연주기에서 극저 탄소 함유, 예컨데 탄소를 0.01% 미만 함유한 냉연강판 슬라브를 주조할 때에는 슬라브 표층에 슬래그성 개재물 결함이 다량 발생하는 경우가 많았다. 이것은 몰드 플럭스의 용융 슬래그가 용강이 접촉하는 몰드 메니스커스(meniscus) 부분에서 용강 와류(vortex)에 의해 불규칙적으로 용강 중으로 혼입된 후, 일부는 재부상되어 응고쉘 직하에 포착되기 때문이다. 즉, Fe-C 상태도에서도 알 수 있는 바와 같이, 탄소 성분이 극소량(0.01% 미만) 함유된 용강의 경우 액상선과 고상선 간의 온도 차이가 작게 되어 몰드 내 메니스커스 부분에서의 응고쉘 후크(hook)(7)가 길게 성장하므로써, 동일 조건에서 용강 내 개재물이 후크 직하에 포착되기 쉽기 때문이다. 이러한 결함은 열간압연과 냉간압연을 통해 많은 냉연코일로 제작되는 과정에서 슬리버(sliver) 결함으로 잔존하게 된다. 극저 탄소 냉연강판의 경우 대부분 표면 품질이 엄격한 용도로 사용되므로 이러한 결함은 심각한 문제로 대두되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 용융 슬래그의 용강 내로의 혼입을 최소화하므로써, 슬래그성 개재물 결함을 줄일 수 있는 몰드 플럭스를 제공하는데 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 중량%로, CaO: 25~ 40%, SiO₂: 25~ 40%, Al₂O₃: 1~ 6%, Na₂O: 2~ 5%, F: 5~ 10%, free [C]: 1~5%, Cr₂O₃: 3~ 7% 및 잔부 기타 불가피한 불순물로 조성되는 극저탄소 냉연강판 제조용 몰드 플럭스를 제공함에 그 기술적 특징이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 몰드 플럭스에서 점도와 표면장력은 비례관계에 있으며, 점도는 용제(R₂O= Na₂O+ Li₂O+ K₂O)의 양이 감소할수록 증가하는 경향이 있다. 또, 한가지 고려해야 할 사항은 몰드 플럭스의 소모량이다. 소모량은 주조속도와 점도가 증가할수록 감소하므로 점도와 표면장력이 과도하게 높을 경우 소모량이 부족한 문제가 나타나게 된다. 일반적으로, 몰드 플럭스가 주편과 몰드 간에서 충분한 윤활 능력을 갖고, 구속성 주편터짐을 방지하기 위해서는 0.3Kg/㎡ 이상의 소모량을 나타내야 한다. 이하에서는 이러한 점을 고려하여 본 발명에 따른 몰드 플럭스의 성분 조성을 한정하는 이유를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 몰드 플럭스는 자체의 표면장력을 크게 하여 슬래그- 용강 간의 계면장력을 증가시키므로써, 용융 슬래그가 용강 중으로 혼입되기 어렵도록 함에 특징이 있다. 즉, 본 발명에서는 종래의 몰드 플럭스와 비교하여 점도와 표면장력을 증가시키기 위해서는 용제량과 점도 하향 성분인 F를 감소시키고, 점도 상향 성분인 Al₂O₃를 증가시키는 것이 필요하다.

우선, 본 발명의 몰드 플럭스 중에 함유되는 CaO 성분과 SiO₂ 성분은 염기도 조정 성분으로서, 상기 CaO가 40중량%(이하, 단지 %라 한다) 초과하여 첨가되거나 SiO₂를 25% 미만으로 첨가되는 경우 , 슬래그의 점도가 매우 떨어지므로 용강 내에 슬래그 유입인 과다해져 바람직하지 않다. 반면, CaO가 25% 미만으로 첨가되거나 SiO₂가 40% 초과하여 첨가되면, 슬래그의 점도가 과도하게 높아지게 되어 용강 내 슬래그 유입이 곤란해지므로 몰드의 윤활능이 떨어져서 구속성 주편터짐(break-out)의 가능성이 커지게 된다.

이러한 조성 범위를 만족한 상태에서 몰드와 주편 간의 윤활능이 확보되도록 슬래그 필름상의 결정질층을 최소화하기 위하여 CaO와 SiO₂ 함량의 비율, 즉 염기도(CaO/SiO₂)가 0.95~ 1.15의 범위로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, Al₂O₃의 함량이 6%를 초과하여 첨가되면 점도 증가와 더불어 용강 내의 비금속 개재물 흡수능이 저하되며, 1% 미만 첨가되는 경우 슬래그의 Al₂O₃ 흡수능력과다로 인해 주조중 슬래그 점도가 과다하게 증가하여 윤활능이 저하된다.

상기 Na₂O 성분은 2% 미만으로 첨가될 경우 몰드 플럭스의 용융점이 상승되어 원활한 슬래그 유입이 어려우며, 5% 초과 첨가되는 경우 점도와 표면장력이 지나치게 낮아지므로 용강 혼입 억제 효과를 기대하기 어렵다.

상기 F 성분은 10% 초과 첨가되는 경우 슬라그의 결정질율이 과도하게 상승되고, 몰드 내 주편의 냉각속도가 저하되어 응고쉘의 두께가 얇아지게 된다. 또한, F 성분이 5% 이하로 첨가되는 경우 점도가 급격히 증가되어 윤활능이 저하된다.

또한, free [C]을 1% 미만으로 첨가하면 몰드 내 용강면의 보온성이 떨어져 슬래그 윤활능이 저하되고, 5%를 초과하여 함유되는 경우 몰드 플럭스의 용융 속도가 느려져 주편과 몰드 사이에 원활한 슬래그 유입이 이루어지지 않는다. 상기 free [C] 함량이 증가할수록 용강으로의 침탄(carbon pick-up)이 증가하므로 free [C] 함량을 1~2%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 Cr₂O₃ 성분은 통상적으로 몰드 플럭스에 첨가하지 않는 성분이나 표면장력 상승을 위해 본 발명에서는 몰드 플럭스 내에 Cr₂O₃ 성분을 3~ 7% 범위로 유지한다. 만일 본 발명에 따른 몰드 플럭스 내에 함유되는 Cr₂O₃ 성분이 3% 미만일 때에는 몰드 플럭스의 점도를 감소시켜 몰드 슬래그가 용강에 혼입되고, 7% 초과시에는 윤활능이 저하되어 소모량 확보가 되지 않는다.

한편, 본 발명의 몰드 플럭스는 그 점도를 1.7~ 2.0poise(1300℃)의 범위가 되도록 함이 바람직하다. 그 이유는 점도가 1.7 미만인 경우에는 용강 내의 비금속 개재물 흡수능이 급격히 저하되는 등 몰드 플럭스의 기능을 제대로 수행하지 못하게 되며, 2.0을 초과하는 경우에는 윤활능이 저하되어 적정한 소모량이 확보가 되지 않는다.

또한, 본 발명의 몰드 플럭스는 표면장력의 범위가 410~ 440dyne/cm로서, 이 범위를 초과할 경우에 윤활능이 저하되어 적정한 소모량 확보가 되지 않는다.

이러한 본 발명에 따른 몰드 플럭스는 냉연강판의 제조에 적합하며, 바람직하게는 극저탄소 냉연강판 제조에 적용하는 것이다. 보다 바람직하게는 탄소함량이 0.01% 미만, Ti 함량이 0.045~ 0.065% 함유된 냉연강판 슬라브의 연속주조에 적용하는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

중량%로, 탄소 0.005%, Ti이 0.005% 함유한 냉연강판 슬라브를 연속주조기에서 주조속도 1.5m/min의 속도로 연속주조하여 제조하였다. 이때, 표1과 같은 성분과 특성을 갖는 몰드 플럭스를 투입하였다.

구분	화학조성(중량%)								점도(poise, 1300℃)	표면장력(dyne/cm)
	CaO	SiO2	CaO/SiO2	Al2O3	Na2O	F	free [C]	Cr2O3
종래재1	34.9	36.4	0.96	5.3	12.6	9.0	1.8	-	0.67	390
종래재2	41.3	41.3	1.00	5.3	2.7	7.9	1.5	-	1.20	405
비교재1	38.5	37.8	1.02	6.1	7.8	8.3	1.5	3.0	1.50	388
비교재2	38.0	39.2	0.97	5.9	3.7	9.1	1.6	2.5	1.70	405
비교재3	33.6	32.7	1.03	7.1	10.3	9.8	1.4	5.1	0.97	370
발명재1	36.8	32.2	1.08	5.7	3.3	8.1	1.8	4.5	1.95	428

종래 몰드 플럭스와 본 발명의 몰드 플럭스를 실제 슬라브 연주기에 적용하여 작업성, 소모량, 구속성 주편터짐 및 슬라브 표층의 슬래그성 개재물 발생 정도 등을 비교한 결과를 표 2에 함께 나타내었다.

구분	슬래그성 개재물(개/㎡)	작업성(육안관찰)			소모량(Kg/㎥)	구속성 주편터짐
		화염 및 분진	퍼짐성 및 피복성	slag bear
종래재1	2.86	양호	양호	미흡	0.38	발생없음
종래재2	2.20	미흡	양호	양호	0.35	발생없음
비교재1	1.50	양호	양호	미흡	0.33	발생없음
비교재2	1.30	미흡	양호	양호	0.33	발생없음
비교재3	2.50	양호	양호	미흡	0.37	발생없음
발명재1	0.75	양호	양호	양호	0.31	발생없음

실제 슬라브 연속주조기에서의 반복 실험 결과, 슬라브의 슬래그성 개재물 결함 발생이 표 2에서와 같이, 본 발명재를 사용할 때 크게 개선되었음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 몰드 플럭스는 높은 점도와 표면장력의 특성으로 인해 용융 슬래그의 용강으로의 혼입을 감소시키는 작용이 매우 우수하다. 특히, 본 발명에 따른 몰드 플럭스는 극저탄소 냉연강판 슬라브 제조시 표층부의 슬래그성 개재물 결함 발생을 현저히 감소시키는 매우 유용한 효과가 있다.

도1은 연속주조용 몰드에서의 몰드 플럭스의 역할을 나타내는 모식도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 .... 턴디쉬 2 .... 용강 3 .... 침지노즐

4 .... 몰드 5 .... 몰드 플럭스

Claims (2)

1. 중량%로, CaO: 25~ 40%, SiO₂: 25~ 40%, Al₂O₃: 1~ 6%, Na₂O: 2~ 5%, F: 5~ 10%, free [C]: 1~5%, Cr₂O₃: 3~ 7% 및 잔부 기타 불가피한 불순물로 조성되는 극저탄소 냉연강판 제조용 몰드 플럭스.
2. 제1항에 있어서,

   상기 몰드플럭스는 염기도(CaO/SiO₂)가 0.95~ 1.15이고, 점도가 1.7~ 2.0 poise(1300℃)이며, 표면장력이 410~ 440dyne/㎝ 범위인 것을 특징으로 하는 극저탄소 냉연강판 제조용 몰드 플럭스.