KR100535729B1 - 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CaO/SiO₂ 중량비가 0.50 내지 1.20 이고, 알카리 금속, 알카리 토금속, 또는 다른 금속들의 산화물, 탄산염, 또는 불화물로 이루어진 그룹에서 선택된 한 또는 둘 이상을 포함하고, 또한 0.5 내지 5 중량비의 탄소분말을 포함하며, 1 내지 7 중량비의 LiO₂를 포함하고, 0.5 내지 8.0 중량비의 불소를 포함하며, 정출(晶出)온도는 1000 내지 1200 ℃ 이며, 표면장력이 250 dyne/cm 또는 그 이상이고, 1300 ℃에서의 점도 (푸아즈 ; poise)와 주조속도 V(m/min) 간의 관계가 식 6.0 V

Description

박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더{MOLDING POWDER FOR CONTINUOUS CASTING OF THIN SLAB }

본 발명은 두께가 150mm 이하인 박판 슬래브의 연속주조용 몰드 파우더에 관한 것이다.

연속주조용 몰드 파우더는 주요 원료로서 포트랜드 시멘트(Portland coment), 합성 칼슘 실리케이트(calcium silicate), 울라스토나이트(wollastonite), 황함유 슬래그 등을 포함하며, 필요에 따라 실리카 재료를 첨가할 수 있고, 융합 조절 첨가제로서 소다 재(soda ash), 형석(fluorite), 불소 화합물, 및 알카리 금속과 알카리 토금속 화합물을 첨가할 수 있고, 또한, 용융속도 조절 첨가제로서 탄소분말을 첨가할 수도 있다.

몰드 파우더는 몰드 내의 용융강 표면에 첨가되고, 자체가 소모되면서 여러가지 역할을 한다. 몰드 파우더의 주요 기능은: (1)몰드와 응고된 셸(shell)을 윤활하는 기능, (2)개재물(inclusion)의 분해 및 흡수 기능, (3)용융강의 단열기능, (4)열전달 속도의 조절기능 등을 포함한다. 윤활기능(1)과 분해 및 흡수기능(2)과 관련하여, 몰드 파우더의 연성 전환점(softening point)과 점도를 조절하는 것이 중요하며, 따라서 몰드 파우더의 화학조성을 조절하는 것이 필요하다. 단열기능(3)과 관련하여, 주로 탄소 분말에 의해 조절되는 파우더 분포도, 부피비중(bulk density), 융점 등과 같은 파우더의 성질은 중요한 것으로 취급된다. 열전달 속도 조절기능(4)과 관련하여, 정출(晶出,crystallization) 온도 등을 조절하는 것이 중요하며, 따라서 화학조성을 조절하는 것이 필요하다. 강의 연속주조에 관한 기술의 세계적인 진보속도는 괄목할만 하고 또한 계속적으로 이루어지고 있다. 또한, 열장입 압연(hot charge rolling)(HC) 및 직송 압연(hot direct rolling)(HD) 비율이 계속 높아지고 있고, 에너지 절감을 위해 초고속 주조를 적극 적용하고 있으며, 몰드 파우더에 대한 요건이 점점 엄격해지고, 몰드 파우더는 더욱 다양해 지고 있다.

박판 슬래브 연속주조는 종래의 연속 슬래브 주조방법으로 부터 개발되었으며, 낮은 열전달로 생산비용을 절감하기 위해 이용되어 왔다. 일본에는 그러한 주조법을 이용하는 곳이 별로 없지만, 주로 미국에서 널리 이용되고 있으며, 유럽 등 다른 수십개국에서도 이용하고 있으며, 또한 여러 다른 나라에서 그러한 주조 설비를 건설중에 있다.

박판 슬래브 연속주조방법에는 몇가지 형태의 제조 공정이 있다. 그 공정에는 (1) SMS Schloemann-Siemag의 콤팩트-스트립-공정(compact-strip-production : CSP)과, (2) Mannesmann Demag의 인-라인-스트립-공정(in-line-strip-production : ISP)과, (3) Tippins-samsung의 티핀스 삼성 공정(Tippins samsung process : TSP)과, (4) Danieli의 가요성 박판 슬래브 롤링과, (5) Voest-Alpine Industrienlagenbau : VAI)의 박판 슬래브 연속주조 및 롤링 기술과, (6) Sumitomo Heavy Industries의 중간두께 슬래브라는 공정(중간이라 칭하지만 100mm 이하는 박판 슬래브에 속한다)이 포함된다.

박판 슬래브 연속주조 공정의 주요 특징은 주조된 스트립을 즉시 열간 압연하고 또한 권취(coiled)까지 하는 것이다. 결과적으로, 주조로 부터 권취까지 수분내에 완제품 또는 반제품을 얻을 수 있다. 종래 일반 슬래브를 연속주조하는 경우에, 그 공정은 주조 슬래브 스트립을 가열로(加熱爐)로 이송하고 거친압연기(roughing-down mill)를 통해 열간 압연하는 반면, 박판 슬래브 연속주조 공정의 경우에는, 그 공정을 가열로(加熱爐) 다음에서 바로 실시하고 압연공정의 대상물 크기를 작게하기 위한 거친 압연공정없이 즉시 압연한다. 그러한 이유로, 박판 슬래브 연속주조방법의 주조속도는 분당 3 미터 이상으로 아주 빠르며, 몰드의 두께를 감소시킬 수 있다.

통상적으로, 박판 슬래브 연속주조에 사용하는 몰드 파우더의 주원료는 포트랜드 시멘트, 황 함유 슬래그, 합성 슬래그, 울라스토나이트, 다이칼슘 실리케이트(dicalcium silicate) 등이며, 융합 조절용 첨가제로는 Na₂CO₃, Li₂CO₃, MgCO_3, CaCO_3, SrCO_3, MnCO₃,BaCO₃ 와 같은 탄산염 뿐만 아니라, NaF, Na₃AlF₆, 불소, MgF₂, LiF, 붕사(borax) 및 리티아 휘석(spodumene)이 사용되며, 용융 속도 제어용 첨가제로는 주로 탄소를 함유하는 원료가 이용된다.

한편, 합성 칼슘 실리케이트를 주원료로 포함하는 몰드 파우더(반 용융형)와, 탄소분말 없이 몰드 파우더를 먼저 용융시키고 적절한 크기의 입자로 분쇄한 후 탄소분말을 첨가하는 완전 용융형 몰드 파우더(용융형) 역시 종래의 일반 슬래브 주조공정에 이용된다.

일본 특허 공개공보 제 2-165853 호에는 주성분이 CaO, SiO₂ 및 Al₂O₃ 이고, 그 CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.5 내지 0.95 이며, 알카리 금속, 알카리 토금속, 또는 다른 금속들의 산화물, 탄산염, 또는 불화물 중의 하나 이상을 포함하고, 용융속도 제어용 첨가제로서 탄소분말을 이용하는 몰드 파우더를 사용하여 강(steel)을 고속연속주조하는 방법이 개시되어 있으며, 그 방법에서 이용하는 몰드 파우더는 1250 ℃에서의 표면장력이 290 dyne/cm 이상이고, 응고 온도가 1000 ℃ 이하이며, 1300 ℃에서의 점도 (푸아즈 ; poise)와 주조속도 V(m/min) 간의 관계가 식 3.5 V 6.0 을 만족시킨다. 이때 주조 스트립의 폭이 600mm 이상일 때 주조기가 주조속도 V 1.2 m/min로 작동한다. 그러나, 상기 공개된 특허 출원의 바람직한 실시예에 따르면, 주조속도가 1.2 내지 2.0 m/min로서, 3.0 m/min 이상의 주조속도를 가지는 초고속 연속주조 방법이 아니라는 것을 알 수 있다. 또한, 주조속도가 3.0 m/min 이상인 초고속 주조에 사용하기에는 종래의 몰드 파우더의 점도가 너무 낮기 때문에, 응고된 셸과 몰드 사이에서 유동하는 용융 파우더와 용융 강 간의 열전달이 균일하지 않고, 안정된 품질을 얻을 수 없으며, 작업 안정화를 기할 수 없다. 따라서, 상기 공개 특허에 개시된 주조 방법과 주조속도가 3.0 m/min 이상인 본 발명의 초고속 연속주조 방법은 완전히 상이한 주조방법이다.

오늘날, 초저탄소강(탄소함량이 100 ppm 이하), 저탄소강(탄소함량이 0.02 내지 0.07 중량%), 중탄소강(탄소함량이 0.08 내지 0.18 중량%), 고탄소강(탄소함량이 0.18중량% 이상)과 같은 일반 탄소강과, 스레인레스와 같은 특수강들은 박판 슬래브 연속주조방법에 의해 주조된다. 박판 슬래브 연속주조의 특징은, 전술한 바와 같이, 주조속도가 약 3 내지 8 m/min인 초고속주조방식이고, 몰드 두께를 줄일 수 있다는 것이다. 또한, SMS 등의 주조기의 몰드는 특별한 형상을 가진다. 이는 몰드 두께가 아주 얇기 때문에 침잠되는 주입노즐을 삽입할 수 없기 때문이다. 그러한 이유로, 침잠 주입노즐이 삽입되는 깔대기부가 확장되고 결과적으로 몰드의 가로면이 직선형이 되지 않고 중간부분이 팽창하는 형태가 된다. 따라서, 몰드의 팽창된 깔대기부에 열응력이 발생하고, 또한 열전달이 균일하지 않게 된다. 결과적으로, 박판 슬래브 연속주조의 경우에 가장 큰 문제점은 초고속 주조로 인해 열전달이 균일하지 않고, 종래 연속 슬래브 주조에서는 잘 발생하지 않는 표면 크랙이 초저탄소강, 저탄소강, 고탄소강과 같은 강에서도 발생한다는 점이다. 마찬가지로, 다른 회사에서 실시하는 박판 슬래브 연속주조방법에서도 초고속주조 때문에 열전달이 균일하게 일어나지 않고 유사한 표면 크랙도 문제가 되고 있다.

또한, 초고속 주조이기 때문에, 몰드내의 용융면 높이가 불안정하고 변화가 크며, 그러한 이유로 파우더 슬래그가 메니스커스부(meniscus)에서 용융강내로 유입되어 강판 품질의 심각한 열화를 일으킨다.

종래의 연속 슬래브 주조에서, 몰드내의 열전달을 감소시켜 균일한 고체 셸을 형성하는 방법이 전술한 표면 크랙문제를 해결하는데 효과적이며, 이러한 방법은 몰드 파우더내의 CaO의 SiO₂에 대한 중량비를 증가시켜 정출온도를 높임으로서 이루어진다. 그러나, 주조속도가 3 m/min 를 초과하는 초고속 주조에서는, SiO₂에 대한 CaO의 중량비를 높이는 것은 몰드와 응고된 셸 사이의 마찰을 증대시키고 몰드 파우더에 의한 윤활성을 급격히 악화시켜 단락(breakout)을 발생시키기 쉬우므로, 그러한 방법으로 전술한 문제점을 해결할 수는 없다.

다시 말하면, 박판 슬래브 연속주조에서, 표면 크랙 발생을 증가시키지 않고 몰드내에서 파우더 슬래그가 혼입(entrapped)되는 것을 감소시키거나 또는 안정된 주조를 가능하게 하는 몰드 파우더가 아직까지는 개발되어 있지 않다.

한편, 탄소가 0.10 내지 0.16 중량%의 포정(peritectic)범위로 함유된 중탄소강은 과도한 열전달, 불균질한 슬래그 유동 등, 또는 초고속 주조에 기인한 초기 응고 인자들로 인해 주조할 수 없다. 따라서, 포정(包晶) 범위의 탄소를 함유한 중탄소강은 현재까지는 박판 슬래브 연속주조방법으로 주조할 수 없다.

결과적으로, 본 발명의 목적은 박판 슬래브 연속주조방법으로 주조할 때 표면 크랙 발생을 증가시키지 않고 몰드내에서 파우더 슬래그가 혼입되는 것을 감소시켜 안정된 주조를 가능하게 하는 몰드 파우더를 제공하는 것이다.

전술한 문제점들을 해결하기 위해 여러가지 연구를 한 결과, 본 발명의 발명자는 전술한 결점들을 해결할 수 있는 몰드 파우더를 개발하였다.

특히, 본 발명은 3 m/min 이상의 주조속도로 강을 박판 슬래브 연속주조방법에 따라 주조하는데 이용하는 몰드 파우더에 관한 것으로서, 그 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더는:

그 몰드 파우더내에서 CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.50 내지 1.20 이고;

그 몰드 파우더는 알카리 금속, 알카리 토금속, 또는 다른 금속들의 산화물, 탄산염 또는 불화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 또한 0.5 내지 5 중량비의 탄소분말을 포함하며;

1 내지 7 중량비의 LiO₂를 포함하고;

0.5 내지 8.0 중량비의 불소를 포함하며;

정출온도는 1000 내지 1200 ℃ 이며;

1300 ℃에서의 표면장력이 250 dyne/cm 이상이고;

1300 ℃에서의 점도 (푸아즈 ; poise)와 주조속도 V(m/min) 간의 관계가 식 6.0 V 100.0 을 만족시킨다.

또한, 본 발명은 특히, 본 발명은 3 m/min 이상의 주조속도로 중탄소강을 박판 슬래브 연속주조방법에 따라 주조하는데 이용하는 몰드 파우더에 관한 것으로서, 그 중탄소강의 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더는:

그 몰드 파우더내에서 CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.70 내지 1.20 이고;

그 몰드 파우더는 알카리 금속, 알카리 토금속, 또는 다른 금속들의 산화물, 탄산염 또는 불화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 또한 0.5 내지 5 중량비의 탄소분말을 포함하며;

1 내지 7 중량비의 LiO₂를 포함하고;

0.5 내지 8.0 중량비의 불소를 포함하며;

정출온도는 1050 내지 1200 ℃ 이며;

1300 ℃에서의 표면장력이 250 dyne/cm 이상이고;

1300 ℃에서의 점도 (푸아즈 ; poise)와 주조속도 V(m/min) 간의 관계가 식 6.0 V 85.0 을 만족시킨다.

전술한 문제점들을 해결하기 위해 여러가지 연구를 한 결과, 본 발명의 발명자는 이하의 결과를 얻을 수 있었다.

전술한 바와 같이, 초고속 주조로 인한 과도한 열전달, 불균질성 등의 문제가 발생하며, 그러한 문제로 인해 표면 크랙 결함이 증가하고, 용융 금속의 높이가 요동함으로 인해 용융금속내로 파우더 슬래그가 혼입된다. 몰드 파우더의 정출을 촉진하는 것 만으로는 주조 스트립의 표면 크랙을 방지할 수 없다. 이는 전술한 바와 같이 주조 스트립의 단락을 일으키기 때문이다. 그러나, 이하의 방법을 이용하여 그 문제를 해결할 수 있다.

슬래그 필름과 몰드 사이에 공기층을 형성함으로서 열전달을 조절할 수 있다. 다시 말해서, 그러한 공기층을 형성함으로서 열전달을 줄일 수 있고 급격하지 않게 냉각할 수 있어, 응고 셸이 균질하게 형성되며 표면 크랙이 발생하지 않는다. 그러한 공기층을 형성하기 위해서는, 슬래그 필름의 두께를 반드시 조절하여야 하며, 따라서 몰드 파우더의 소비량과 점도를 조절하는 것이 중요하다. 종래의 방법에 따라 보통 두께의 슬래브를 고속 주조할 때, 단락 방지의 관점에서 볼때 윤활기능이 중요한 것으로 간주되나, 초고속 주조에서는 몰드 파우더의 높은 점도로 인해 슬래그 필름의 두께가 감소되기 때문에 공기층이 형성되고, 응고된 셸 쪽의 슬래그 필름은 그 응고된 셸에 달라 붙었다가 떨어진다. 결과적으로, 점도를 높게함으로서 열전달을 조절할 수 있고, 슬래그 필름이 얇고 균일하기 때문에 열전달도 균일하게 이루어 진다. 또한, 중탄소강의 경우에, 정출온도를 조절함으로서, 전술한 공기층과 함께 몰드내의 열전달을 조절할 수 있다.

또한, 전술한 내용에서 볼 때, 점도를 높인다면, 용융된 파우더가 몰드내의 용융 강내로 보다 적게 혼입될 것이며, 이 또한 유리한 점이 된다. 또한, 초고속 주조중에 몰드와 응고 셸 간에 발생하는 마찰이 슬래그 필름과 몰드 사이에 형성된 공기층에 의해 경감되어, 단락 및 표면 크랙을 방지하는 이점이 된다.

고속 주조 조건들 중에서 몰드 파우더의 점도를 높이는 것은, 그 몰드 파우더의 감소로 인한 단락등의 문제를 야기한다. 그러나, 3 m/min 이상의 초고속 주조에서는 높은 점도만에 의한 소모량 감소효과는 적다. 슬래그 필름의 낙하는 응고 셸의 이동속도 즉, 주조 속도에 의해 영향을 받는 것으로 생각된다. 결과적으로, 전술한 정도까지 점도를 높이더라도 안정되게 주조 작업을 할 수 있다는 것이 확실하다.

이하에서는 본 발명에 따른 몰드 파우더에 관해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 몰드 파우더내에서 CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.50 내지 1.20 인 것이 바람직하다. CaO의 SiO₂에 대한 중량비가 1.20을 초과하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 정출온도가 1200 ℃를 초과하여 너무 높게되기 때문이며, 결정상(結晶相) 증가에 따라, 응고 셸과 파우더 슬래그 필름 사이의 마찰력이 높아지고 단락이 발생하며, 또는 강의 품질을 저하시키는 측면 크랙을 증가시키게 된다. 또한, CaO의 SiO₂에 대한 중량비가 0.5 미만인 것은 바람직하지 않은데, 이는 몰드 파우더의 정출온도가 낮아져 결정화가 잘되지 않기 때문이며, 따라서 슬래그 필름의 두께가 불균일하게 되고 열전달도 불균일하게 된다. 중탄소강용 몰드 파우더 경우에, CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.70 내지 1.20 인 것이 바람직하다. 이경우 중탄소강용 몰드 파우더로서, CaO의 SiO₂에 대한 중량비가 0.70 미만인 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 정출온도가 1050℃ 이하로 떨어져, 슬래그 필름의 결정 층이 얇아지고 열이 너무 빨리 전달되기 때문에 주조 스트립의 표면에 크랙을 발생시키기 때문이다.

용융속도 조절용 첨가제로서 탄소분말을 0.5 내지 5.0 중량비 첨가하는 것이 바람직하다. 공정 또는 품질 측면에서 볼때 탄소가 0.5 중량비 미만으로 첨가되는 것은 바람직하지 않은데, 이는 슬래그형성반응이 가속되고, 슬래그 층의 두께가 너무 두꺼워져 슬래그를 포함한 패치(patch)가 증가하기 때문이다. 또한, 탄소가 5 중량비를 초과하여 첨가되는 것도 바람직하지 않은데, 이는 용융속도가 지나치게 느려지기 때문이다. 또한, 탄소가 0.5 내지 4.5 중량비 범위내에서 첨가되는 것이 더욱 바람직하다.

LiO₂는 개재물을 흡수하는데 필수적인 요소라는 것을 발견했다. 다시 말하면, 박판 슬래브 등을 초고속 주조 하는중에. 만약 메니스커스부의 유동속도가 빠르지 않다면, 개재물이 다시 용융강내로 혼입 된다. 그러한 이유로, 개재물 흡수속도를 증가시키는 것이 중요하고, 이러한 흡수속도 증가에는 LiO₂가 효과적이다. 1 내지 7 중량비의 LiO₂를 포함하는 것이 바람직하다. LiO₂ 함량이 1 중량비 미만인 것은 바람직하지 않은데, 이는 그렇게 적은 양으로는 효과가 너무 작기때문이다. 또한 LiO₂ 함량이 7 중량비를 초과하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 정출이 충분히 일어나지 않기 때문이다.

몰드 파우더의 정출을 조절하는데 불소함량이 매우 중요하다. 그러나 많은 양을 사용하는 것은 바람직하지 않은데 이는 정출온도가 너무 높아지기 때문이고, 그 정출온도는 후술하는 1200 ℃를 초과하게 된다. 또한, 불소 함량이 8.0 중량비를 초과하게 되면, 침잠되는 주입노즐이 너무 빨리 침식되고, 주조 기계의 침식 또한 촉진되어 해롭게 된다. 결과적으로, 불소 함량이 0.5 내지 8.0 중량비인 것이 바람직하다. 또한, 불소 함량이 0.5 중량비 미만이 것은 바람직하지 않은데 이는 정출이 충분히 일어나지 않고 표면장력이 급격히 증가하기 때문이다. 불소 함량이 1.0 내지 6.5 중량비 인것이 가장 바람직하다.

몰드 파우더의 정출온도는 몰드내의 열전달을 조절하는데 극히 유익하다. 그러나, 전술한 바와 같이, 정출온도를 1200 ℃ 초과로 하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 응고된 셸과 슬래그 필름 사이의 마찰력이 증가하고 표면 크랙 및 단락 발생빈도가 급격히 상승하기 때문이다. 그러한 온도 초과는 주조 스트립의 품질 및 안정된 작업을 해치기 때문에 바람직하지 않으며, 이는 용융 표면의 변화에 따른 영향으로 인해 슬래그 포함현상이 쉽게 일어나기 때문이다. 따라서, 정출온도가 1000 내지 1200 ℃인 것이 바람직하다. 한편, 정출온도가 1000 ℃ 미만인 경우도 바람직 하지 않은데, 이는 슬래그 필름과 주조 스트랜드(strand) 사이의 고착현상이 커지게 되어 그 슬래그 필름이 롤러에 의해 가압될 때 주조 스트립에 결함을 발생시키기 때문이다.

또한, 중탄소강용 몰드 파우더에서는, 정출온도가 1050 내지 1200 ℃ 인것이 바람직하고, 1050 내지 1150 ℃ 인 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 증가된 점성으로 인해 슬래그 필름과 몰드 사이에 형성되는 전술한 공기층의 크기가 감소되기 때문에, 정출온도가 1050 ℃ 미만인 것은 바람직하지 못하다. 이러한 공기층 감소는 주조 스트립의 크랙현상을 촉진시킨다. 정출온도가 1200 ℃ 를 초과하는 것 역시 바람직하지 못한데 이는 마찰력이 커지고 크랙이나 단락이 발생할 위험이 있기 때문이다.

몰드 파우더의 표면장력은 파우더가 강내로 혼입되는 것을 방지하는데 매우 중요하다. 특히 3 m/min 이상의 초고속 주소속도로 박판 슬래브를 연속주조하는 경우에, 몰드의 메니스커스부에서 용융강의 유동속도가 빠르고, 그러한 이유로, 용융강의 유동에 의해 벗겨지는 파우더 슬랙으로 인한 용융강 내의 분말 개재물 형성이 급격히 증가하고 코일(제품) 품질에 큰 결함을 발생시킨다. 침잠되는 주입노즐 근방에서 용융강의 메니스커부에 소용돌이가 발생하기 때문에, 파우더 슬래그가 혼입되어 코일의 품질 저하가 발생한다. 결과적으로, 파우더 개재물을 줄이는 것이 코일 품질을 개선하는데 중요한 역할을 한다. 표면장력이 250 dyne/cm 이상이면 파우더 개재물로 인한 결함이 상당히 감소한다는 것을 발견했다. 결과적으로, 몰드 파우더의 표면장력을 조절하여 1300 ℃ 에서 250 dyne/cm 이상으로 유지하는 것이 중요하다. 그러나, 표면장력이 250 내지 500 dyne/cm 범위내인 것이 바람직한데, 이는 표면장력이 500 dyne/cm을 초과할 경우 단락 감지용 열전쌍(熱電雙)의 온도가 불규칙하게 되어 단락 경보기의 오작동을 일으킬 수 있기 때문이다.

몰드 파우더의 점도는 공정 및 품질 면에서 중요하다. 전술한 바와 같이, 종래의 연속 슬래브 주조에서 표면 크랙이 발생하지 않는 종류의 강에서도 박판 슬래브 연속주조에서 주조 스트립의 크랙현상이 발생하는 문제가 있다.

종래의 몰드 파우더는 정출온도를 높게 설정함으로서 몰드내에서 원할하게 열을 전달하지 못하는 경향이 있으며, 따라서 주조 스트립의 품질을 열화시킬 뿐만 아니라 단락 등이 발생하기 때문에 작업상 불이익을 초래한다. 슬래그 필름과 몰드 사이에 공기층을 형성함으로서, 작업 안정성에 영향없이, 몰드내의 열전달을 적게할 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 목적 때문에, 슬래그 필름의 두께를 조절하는 것이 중요하며, 그 두께는 점도 조정을 통해 조절될 수 있다.

종래의 박판 슬래브 연속주조 경우에, 사용되어 소모되는 몰드 파우더는 공정 안전성을 우선하거나, 또는 윤활성을 우선하였다. 그러나, 본 발명에 따른 몰드 파우더는, 전술한 바와 같이 슬래브 필름 두께를 조절함으로서 열전달을 조절하기 위해 종래의 몰드 파우더 보다 점도가 상당히 크다. 본 발명에 따른 몰드 파우더의 1300 ℃에서의 점도는 1.5 내지 20 푸아즈(poise)이며, 바람직하게는 2 내지 20, 보다 바람직하게는 2.5 내지 20 푸아즈의 점도를 갖는다. 몰드내의 열전달을 조절하기 위해, 주조 속도와 점도와의 관계를 고려하는 것이 중요하다. 일련의 실험을 통해, 박판 슬래브 연속주조에서 주조 스트립의 품질과 작업 안정성을 확보하기 위해 점도가 식 6.0 V 100.0 을 만족시키는 것이 중요하다는 것을 본 발명의 발명자가 발견했다. 여기서, 은 몰드 파우더의 1300 ℃ 에서의 점도를 푸아즈로 나타낸 것이다. V는 주조속도(m/min)를 나타낸다.

상기 식의 상한치를 초과하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 응고 셸과 몰드 사이의 마찰력이 커져 주조 스트립에 크랙이 발생하고 단락이 발생할 수 있기 때문이다. 한편 상기 식의 하한치 미만인 것도 바람직 하지 않은데, 이는 불균일한 유동이 증가하기 때문이다. 결과적으로, 상기 식을 만족시키는 것이 중요하다.

본 발명에 따른 중탄소강용 몰드 파우더에서, 박판 슬래브 연속 주조시 주조 스트립의 품질과 작업 안정성을 확보하기 위해, 점도가 식 6.0 V 85.0 을 만족시키는 것이 중요하다.

본 발명에 따른 100 중량비의 몰드 파우더에 금속을 추가로 첨가하여 몰드 파우더를 발열성으로 만들 수도 있다. 그 경우에, 그 금속을 6 중량비 미만으로 첨가하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 6 중량비 이상 첨가하는 경우에 슬래그 형성시간이 상당히 길어지기 때문이다.

사용되는 몰드 파우더를 지름이 1.5 mm 미만인 입자가 90 중량비 이상을 차지하는 입상(granule)으로 만들 수도 있다. 지름이 1.5 mm 미만인 입자가 90 중량비 미만인 경우는 바람직하지 못한데, 이는 그 경우 몰드 파우더의 단열 특성이 현저히 감소하고 데켈(deckel) 및 슬래그 함유 패치가 형성되기 때문이다.

전술한 입상 제품은 압출 입상화(extrusion granulation), 교반 입상화, 유동 입상화, 롤 입상화, 스프레이 입상화 등과 같은 일반적인 입상화 방법을 이용하여 입상화 할 수 있다. 또한, 일반적인 전분과 같은 유기물 형태로 부터 물유리(water glass)와 같은 무기물 형태까지 여러가지를 결합제로 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 박판 강 슬래브 연속주조용 몰드 파우더를 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

표 1 에는 본 발명에 따른 제품과 비교 제품 간의 혼합비, 화학조성, 및 물리적 성질을 기재하였다. 이러한 두 제품들을, 각각 초저탄소강(ULC;30 내지 60 ppm의 탄소함량), 저탄소강(LC;0.04 내지 0.06 wt%의 탄소함량), 중탄소강(MC;0.18 wt%의 탄소함량), 고탄소강(HC;0.25 내지 1 wt%의 탄소함량)으로 이루어진 5 내지 20개의 장입물에 사용하였고 그 결과를 표 2에 도시하였다. 3.0 내지 8.0 m/min 의 주조속도로 박판 슬래브 연속주조를 실시하면서 측정하였다.

표 1 에서, 본 발명 제품 1,2,3,4,6,7,9,10, 및 12 내지 15와 비교 제품 1에서는 주원료로서 CaO/SiO₂ 의 중량비가 1.10인 합성 칼슘 실리케이트를 이용하였으며, 나머지에서는 CaO/SiO₂ 의 중량비가 1.35인 합성 칼슘 실리케이트를 이용하였다. 또한, 표 1 의 모든 몰드 파우더 경우에, SiO₂ 재료로서 유리 분말, 규조토, 리티아 휘석을 이용하였다. 용제(flux) 재료로 사용된 Na₂CO₃, Li₂CO₃, MnCO₃, SrCO₃, NaF, Na₃AlF₆, CaF₂, Al₂O₃, MgO, LiF, TiO₂, ZrO₂, B₂O₃ 를 표 1 에 주어진 화학조성에 따라 섞어 혼합기로 혼합한다. 또한, 모든 몰드 파우더에서, 표 1 의 화학조성에 따라 첨가되는 탄소원으로는 카본 블랙 및 코우크(coke) 분말을 이용하였다. 본 발명 제품 9에는 추가로 금속 Si를 2.8 중량비 첨가하였고, 본 발명 제품 10에는 4.4 중량비의 Ca-Si 합금을 상기와 마찬가지로 첨가하여 혼합하였다. 또한, 본 발명 제품 7은, 90 중량비의 물과 10 중량비의 소듐 실리케이트로 이루어진 용매를 20 내지 30 중량비 첨가하고 혼합하여 슬러리를 형성한 후에 스프레이 입상화(granulated) 단계 및 건조 단계를 거친 입상화 제품이다. 본 발명 제품 8은, 95 중량비의 물과 5 중량비의 전분 페이스트(paste)로 이루어진 용매를 10 내지 16 중량비로 첨가하고 교반혼합하여 입상화 및 건조 단계를 거친 것이다.

표 2에 기재한 결과에서, 단락의 는 단락현상이 발생하지 않은 것을 나타내는 것이고, 는 한번 발생한 것을 나타낸 것이며, X는 2번 이상 발생한 것을 나타낸 것이다. 파우더 개재물의 경우에, 는 불량율이 0%이고, 는 불량율이 1% 이하, X는 불량율이 1%를 초과한 것을 나타내는 것이다. 핀홀과 크랙의 경우에도, 는 핀홀과 크랙이 발생하지 않은 것을 나타내는 것이고, 는 평방미터당 하나가 발생한 것을 나타낸 것이며, X는 평방미터당 2개 이상 발생한 것을 나타내는 것이다.

실시예 2

표 3 에는 본 발명에 따른 제품과 비교 제품 간의 혼합비, 화학조성, 및 물리적 성질을 기재하였다. 이러한 두 제품들을, 각각 아포정(sub-peritectic) 중탄소강(0.08 내지 0.15 wt%의 탄소함량)인 4 내지 20의 장입물에 사용하였고, 그 결과를 표 4에 도시하였다. 3.0 내지 8.0 m/min 의 주조속도로 박판 슬래브 연속주조를 실시하면서 측정하였다.

표 3 에서, 본 발명 제품 19,20,24, 및 25에서는 주원료로서 CaO/SiO₂ 의 중량비가 1.35인 합성 칼슘 실리케이트를 이용하였으며, 나머지에서는 CaO/SiO₂ 의 중량비가 1.10인 합성 칼슘 실리케이트를 이용하였다. 또한, 표 3 의 모든 몰드 파우더 경우에, SiO₂ 재료로서 유리 분말, 규조토, 리티아 휘석을 이용하였다.

또한, 용제(flux) 재료로 사용된 Na₂CO₃, Li₂CO₃, MnCO₃, SrCO₃, NaF, Na₃AlF₆, CaF₂, Al₂O₃, MgO, LiF, TiO₂, ZrO₂, 및 B₂O₃ 를 표 3 에 주어진 화학조성에 따라 섞어 혼합기로 혼합하였다. 또한, 모든 몰드 파우더에서, 표 3 의 화학조성에 따라 첨가되는 탄소원으로는 카본 블랙 및 코우크 분말을 이용하였다. 본 발명 제품 24에는 추가로 금속 Si를 2.5 중량비로 첨가하였고, 본 발명 제품 25에는 4.4 중량비의 Ca-Si 합금을 상기와 마찬가지로 첨가하여 혼합하였다.

또한, 본 발명 제품 22는, 90 중량비의 물과 10 중량비의 소듐 실리케이트로 이루어진 용매를 20 내지 30 중량비로 첨가하고 혼합하여 슬러리를 형성한 후에 스프레이 입상화 단계 및 건조 단계를 거친 입상화 제품이다. 본 발명 제품 24는, 95 중량비의 물과 5 중량비의 전분 페이스트로 이루어진 용매를 10 내지 16 중량비로 첨가하고 교반혼합하여 입상화 및 건조 단계를 거친 것이다.

표 4에 기재한 결과에서, 단락의 는 단락현상이 발생하지 않은 것을 나타내는 것이고, 는 한번 발생한 것을 나타낸 것이며, X는 2번 이상 발생한 것을 나타낸 것이다. 파우더 개재물의 경우에, 는 불량율이 0%이고, 는 불량율이 1% 이하, X는 불량율이 1%를 초과한 것을 나타내는 것이다. 핀홀과 크랙의 경우에도, 는 핀홀과 크랙이 발생하지 않은 것을 나타내는 것이고, 는 평방미터당 하나가 발생한 것을 나타낸 것이며, X는 평방미터당 2개 이상 발생한 것을 나타내는 것이다.

본 발명은 박판 슬래브 연속주조기로 주조하는 중에 주조 스트립의 표면 크랙 발생을 증가시키지 않으면서도 몰드내에서 파우더가 혼입되는 것을 방지하여 안정된 주조가 가능하게 하는 몰드 파우더를 제공한다.

Claims (8)

1. 3 m/min 이상의 주조속도로 박판 슬래브 연속주조방법에 따라 강을 주조하는데 사용되는 몰드 파우더에 관한 것으로서:

   그 몰드 파우더에서 CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.50 내지 1.20 이고;

   그 몰드 파우더는 알카리 금속, 알카리 토금속, 또는 다른 금속들의 산화물, 탄산염 또는 불화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 또한 0.5 내지 5 중량비의 탄소분말을 포함하며;

   1 내지 7 중량비의 LiO₂를 포함하고;

   0.5 내지 8.0 중량비의 불소를 포함하며;

   정출온도는 1000 내지 1200 ℃ 이며;

   1300 ℃에서의 표면장력이 250 dyne/cm 이상이고;

   1300 ℃에서의 점도 (푸아즈 ; poise)와 주조속도 V(m/min) 간의 관계가 식 6.0 V 100.0 을 만족하는 것을 특징으로 하는 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.
2. 제 1 항에 있어서, 100 중량비의 상기 몰드 파우더에 6 중량비 이하의 금속 분말 또는 합금 분말을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 몰드 파우더는 지름이 1.5mm 미만인 입자가 90 중량비 이상인 입상인 것을 특징으로 하는 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.
4. 3 m/min 이상의 주조속도로 박판 슬래브 연속주조방법에 따라 중탄소강을 주조하는데 사용하는 몰드 파우더에 관한 것으로서:

   그 몰드 파우더에서 CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.70 내지 1.20 이고;

   그 몰드 파우더는 알카리 금속, 알카리 토금속, 또는 다른 금속들의 산화물, 탄산염 또는 불화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 또한 0.5 내지 5 중량비의 탄소분말을 포함하며;

   1 내지 7 중량비의 LiO₂를 포함하고;

   0.5 내지 8.0 중량비의 불소를 포함하며;

   정출온도는 1050 내지 1200 ℃ 이며;

   1300 ℃에서의 표면장력이 250 dyne/cm 이상이고;

   1300 ℃에서의 점도 (푸아즈 ; poise)와 주조속도 V(m/min) 간의 관계가 식 6.0 V 85.0 을 만족하는 것을 특징으로 하는 중탄소강 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.
5. 3 m/min 이상의 주조속도로 박판 슬래브 연속주조방법에 따라 탄소함량이 0.08 내지 0.18 중량비인 중탄소강을 주조하는데 사용하는 몰드 파우더에 관한 것으로서:

   그 몰드 파우더에서 CaO의 SiO₂에 대한 중량비는 0.70 내지 1.20 이고;

   그 몰드 파우더는 알카리 금속, 알카리 토금속, 또는 다른 금속들의 산화물, 탄산염 또는 불화물로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 또한 0.5 내지 5 중량비의 탄소분말을 포함하며;

   1 내지 7 중량비의 LiO₂를 포함하고;

   0.5 내지 8.0 중량비의 불소를 포함하며;

   정출온도는 1050 내지 1200 ℃ 이며;

   1300 ℃에서의 표면장력이 250 dyne/cm 이상이고;

   1300 ℃에서의 점도 (푸아즈 ; poise)와 주조속도 V(m/min) 간의 관계가 식 6.0 V 85.0 을 만족하는 것을 특징으로 하는 중탄소강 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 100 중량비의 상기 몰드 파우더에 6 중량비 이하의 금속 분말 또는 합금 분말을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 중탄소강 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 몰드 파우더는 지름이 1.5mm 미만인 입자가 90 중량비 또는 그 이상인 입상인 것을 특징으로 하는 중탄소강 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 몰드 파우더는 지름이 1.5mm 미만인 입자가 90 중량비 또는 그 이상인 입상인 것을 특징으로 하는 중탄소강 박판 슬래브 연속주조용 몰드 파우더.