KR100605712B1

KR100605712B1 - 알루미늄 및 황 첨가강의 연주침지노즐 클로깅 방지방법

Info

Publication number: KR100605712B1
Application number: KR1020010083194A
Authority: KR
Inventors: 안상복; 박정호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2006-08-01
Also published as: KR20030053143A

Abstract

본 발명은 산업기계, 자동차 등에서 크랭크 샤프트(Crank shaft), 커플링(Couplings), 커넥팅 로드(Connecting rods) 등의 소재로 사용되는 강을 연속주조(Continuous Casting)함에 있어서 연주침지노즐의 클로깅(Clogging)을 방지하는 방법에 관한 것으로서, 알루미늄과 황 첨가 용강을 제조함에 있어서, 연속주조 과정에서 발생되는 연주침지노즐의 클로깅 발생을 보다 효과적이고 보다 용이하게 방지하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 C: 0.3~0.6중량%, Al: 0.01~0.04중량%, 및 S: 0.02~0.04중량%를 함유하는 강을 제조함에 있어서, 용강의 알루미늄(Al) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/Al)을 0.06이상 또는 황(S) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/S)을 0.08 이상으로 조성하여 알루미늄 및 황 첨가강의 연속주조 시 연주침지노즐의 클로깅 발생을 방지하는 방법을 그 요지로 한다.

알루미늄, 황, 클로깅, 연속주조, 침지노즐

Description

알루미늄 및 황 첨가강의 연주침지노즐 클로깅 방지방법{Method for Reducing Nozzle Clogging for Molten Steel Containing Al and S}

도 1은 용강 중 Ca와 Al 함량에 따른 침지노즐 클로깅 발생 유무를 나타내는 그래프

도 2는 용강 중 Ca와 S 함량에 따른 침지노즐 클로깅 발생 유무를 나타내는 그래프

본 발명은 산업기계, 자동차 등에서 크랭크 샤프트(Crank shaft), 커플링(Couplings), 커넥팅 로드(Connecting rods) 등의 소재로 사용되는 강을 연속주조(Continuous Casting)함에 있어서 연주침지노즐의 클로깅(Clogging)을 방지하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 및 황 첨가강을 연속주조(Continuous Casting)함에 있어서 노즐의 클로깅(Clogging)을 방지하는 방법에 관한 것이다.

산업기계, 자동차 등에서 크랭크 샤프트(Crank shaft), 커플링(Couplings), 커넥팅 로드(Connecting rods) 등의 소재로 사용되는 강으로서, 상기 C 0.3~0.6중량%, Al 0.01~0.04중량%, S 0.02~0.04중량%를 함유하는 강을 들수 있다.

상기 C 0.3~0.6중량%, Al 0.01~0.04중량%, S 0.02~0.04중량%를 함유하는 강은 우수한 주조성(Castability) 및 기계적 가공성, 피로특성 등을 보장하기 위하여, 정련단계에서부터 용강에 함유되는 비금속 개재물(Non-metallic inclusion), 특히 알루미나(Al₂O₃)를 가능한 적게 내포하는 것이 요구된다.

종래 제강공정에서 상기 C 0.3~0.6중량%, Al 0.01~0.04중량%, S 0.02~0.04중량% 함유하는 강을 제조하는 방법은 먼저 전로나 전기로에서 정련작업이 완료된 C 0.03~0.08중량%의 용강을 레이들(Ladle)로 출강하면서 알루미늄, 가탄제, 합금철 등을 첨가한다.

여기서, 알루미늄은 용강탈산제로, 가탄제는 용강의 탄소성분 증량, 합금철은 망간(Mn), 실리콘(Si) 등 합금성분을 증량할 목적으로 각각 첨가한다.

이어서 용강을 담은 레이들을 레이들로(Ladle Furnace, 이하 LF라 한다)에 이송하여 용강 가열을 실시하고, 레이들을 진공정련 장치로 이송하여, 진공정련을 실시한다.

진공정련이 종료된 이후, 황화철(FeS) 와이어(Wire)를 피딩(Feeding)하고, 마지막으로 칼슘(Ca) 와이어(Wire)를 피딩함으로써, 용강정련을 종료하며, 이어서 연속주조(Continuous Casting)를 실시하게 된다.

상기와 같은 종래의 Al 및 S 첨가강의 제조방법에서는 연속주조 과정에서 침지노즐의 폐색(Clogging) 현상이 발생되는 문제점이 상존하며, 연속주조를 계속 진행하기 위하여 노즐내부로 환봉을 삽입하여 Clogging 물질을 제거하는 작업, 즉 봉쑤심 작업을 행하기도 하나, 극단적으로는 주조작업을 중단하기도 한다.

한편, 상기와 같은 연주 노즐 클로깅을 억제하기 위하여 용강 중 T-Ca 농도를 1~5ppm으로 제어하는 기술이 일본국 특허공개 평9-192799호 제시되어 있다.

그러나, 본 발명자등의 실험결과에 의하면 용강 중 T-Ca 농도를 1~5ppm 조성범위로 제어한다 하더라도, Al이나 S의 조성에 따라 노즐 클로깅이 다르게 나타나므로, 연주 노즐 클로깅을 완전히 억제할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 알루미늄과 황 첨가 용강을 제조함에 있어서, 연속주조 과정에서 발생되는 연주침지노즐의 클로깅 발생을 보다 효과적이고 보다 용이하게 방지하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 C: 0.3~0.6중량%, Al: 0.01~0.04중량%, 및 S: 0.02~0.04중량%를 함유하는 강을 제조함에 있어서, 용강의 알루미늄(Al) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/Al)을 0.06이상 또는 황(S) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/S)을 0.08 이상으로 조성하여 알루미늄 및 황 첨가강의 연속주조 시 연주침지노즐의 클로깅 발생을 방지하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기 용강을 생산하는 과정에서 하기 식(1) 및 식(2)의 반응을 연속으로 일으켜, 연속주조과정에서 침지노즐의 클로깅을 방지하기 위하여, 금속 칼슘(Ca)을 첨가하나, 일반적으로 성분 제한은 없다.

Ca(s) + [O] = (CaO)

12CaO(s) + 7Al₂O₃(s) = 12CaO·7Al₂O₃(s)

상기 식(1)에서 [O]는 용강에 용해되어 잔존하는 산소(이하, 용존산소)를 의미하며, 금속 Ca를 첨가하는 경우, 금속 Ca와 반응할 용존산소가 부족한 경우, 용강 또는 슬래그에 함유된 (FeO), (MnO) 등이 분해되어 용존산소를 공급하기도 한다.

상기 식(1)의 반응으로 생성된 CaO는 상기 식(2)와 같이 용강에 잔존하는 알루미나(Al₂O₃)와 반응하여 화합물 12CaO·7 Al₂O₃(이하, 12C7A라 함)를 형성하게 된다.

한편, 12C7A는 융점이 1400℃ 정도이므로 용강온도 1550~1650℃ 온도범위에서 액체상태가 되므로 구형으로 변하므로 슬래그 층으로 쉽게 부상할 수 있는 조건을 구비하게 되는 것이다.

상기와 같은 이유로 용강에 Ca를 취입하는 경우, 용강에 잔류하는 비금속 개재물 인 알루미나를 제거함으로써, 연속주조가 실시되는 동안 알루미나에 의한 침지노즐의 막힘을 방지할 수 있고, 알루미늄 탈산강의 경우 침지노즐 막힘을 방지할 목적으로 Ca를 취입하기도 한다.

한편, 본 발명자들이 상기 Al 및 S 첨가강, 즉 C 0.3~0.6중량%, Al 0.01~ 0.04중량%, S 0.02~0.04중량% 함유하는 강을 제조함에 있어서, 연속주조 과정에 클 로깅이 발생된 침지노즐을 해체하고 주사전자현미경(SEM)으로 분석한 결과, 클로깅을 유발하는 물질이 알루미나(Al₂O₃)와 황화칼슘(CaS) 등 두 가지임을 확인하였다. 여기서, Al₂O₃는 일반적으로 침지노즐의 클로깅을 유발하는 물질로 알려져 있는 반면에, 황화칼슘 CaS는 알려지지 않은 물질임을 확인하였다.

본 발명은 이러한 연구 및 실험결과에 근거하여 이루어진 것이다.

하기 식(3)와 식(4)는 각각 용강에서 CaS, Al₂O₃의 생성 화학반응을 나타낸 것이며, 하기 식에서 대괄호 [ ]는 해당성분이 용강에 용해상태로 잔존하는 것을 의미한다.

[Ca] + [S] = CaS(s)

2[Al] + 3[O] = Al₂O₃(S)

상기 식(1), (3) 및 (4)를 조합하면 용강에서 [Al], [S] 및 CaO의 반응으로 CaS가 형성되는 화학반응식을 하기 식(5)와 같이 유도할 수 있다.

2[Al] + 3[S] + 3CaO(s) = 3CaS(s) + Al₂O₃(s)

상기 식(5)로부터 용강 상태에서 [Al], [S] 및 CaO 농도에 따라 황화칼슘 CaS 및 Al₂O₃의 생성을 제어할 수 있음을 알 수 있고, 본 발명자 등은 상기 식 (5)에 착안하여, CaS 및 Al₂O₃ 생성을 억제함으로써, 노즐 클로깅을 방지하고자 한 것이다.

즉, 본 발명자등의 실험결과에 의하면 용강 중 T-Ca 농도를 일정범위로 제어한다 하더라도, Al이나 S의 조성에 따라 노즐 클로깅이 다르게 나타나는 것으로 밝혀졌다.

즉, 침지노즐 클로깅이 단순히 T-Ca 농도에 따라 지배되는 것이 아니라, 용강 중 Ca과 Al 비율 Ca/Al 비 및 Ca과 S의 비율 Ca/S비에 따라 민감하게 변화되는 것을 확인하였다.

여기서 Ca는 용해상태로 존재하는 Ca와 화합물로 존재하는 Ca를 모두 포함하는 전체 칼슘량(전 Ca)을 의미한다. 그 이유는 용해상태 Ca와 화합물로 존재하는 Ca를 구분하여 분석하는 방법이 현재 정립되지 않아서, 산업계에서는 일반적으로 전Ca를 분석하는 방법을 이용되기 때문이다.

본 발명에서는 용강의 알루미늄(Al) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/Al)을 0.06이상 또는 황(S) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/S)을 0.08 이상으로 조성하므로써 알루미늄 및 황 첨가강의 연속주조침지노즐의 클로깅이 방지된다.

본 발명에 있어서, 상기 [Ca]/[Al] 비율이 0.06이상인 경우에는 연주침지노즐의 클로깅이 거의 발생되지 않는 반면에, 0.06미만인 경우에는 클로깅의 발생빈도가 증가되므로, 상기 [Ca]/[Al] 비율은 0.06이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 [Ca]/[S] 비율이 0.08이상인 경우에는 클로깅이 거의 발생되지 않는 반면에, 0.08미만인 경우에는 발생빈도가 크게 증가되므로, 상기 [Ca]/[S] 비율은 0.08이상으로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하세 설명한다.

(실시예)

C: 0.3~0.6중량%, Al: 0.01~ 0.04중량%, 및 S: 0.02~0.04중량% 함유하는 강을 제조함에 있어서, 침지노즐의 클로깅을 방지하기 위하여, 목표성분을 충족시키는 범위 내에서 용강 중 Al, S 및 Ca 농도를 변경하는 실험을 실시하였다.

이 실험은 먼저, 100톤 전로에서 정련을 종료하고, 용강을 티밍레이들로 출강하면서 알루미늄, 가탄제, 합금철 등을 첨가하였다.

이어서, 용강을 담은 레이들을 LF로 이송하고, 용강온도를 1600~1620℃로 가열하고, 레이들을 RH 진공탈가스 장치로 이송하여, 진공정련을 실시하였다.

진공정련 말기에 금속 알루미늄을 첨가하여 Al 성분을 조정하고, 진공정련이 종료된 이후, 황화철(FeS) 와이어(Wire) 및 칼슘(Ca) 와이어를 순서대로 취입하였다. 이어서 연속주조(Continuous Casting)를 실시하며, 노즐 클로깅 발생여부를 조사하고, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.

도 1은 용강 중 Ca와 Al 함량에 따른 침지노즐 클로깅 발생 유무를 나타내는 것이고, 도 2는 용강 중 Ca와 S 함량에 따른 침지노즐 클로깅 발생 유무를 나타내는 것이다.

도 1에 나타난 바와 같이, Ca와 Al 함량비율에 따라 노즐 클로깅 발생이 달라짐을 알 수 있다. 이를 해석한 결과, [Ca]/[Al] 비율이 0.06이상인 경우, 즉 점선 위에서는 클로깅이 거의 발생되지 않는 반면에 점선 아래 영역에서는 클로깅이 전혀 발생하지 않는 것은 아니나, 발생빈도가 크게 증가됨을 알 수 있다.

따라서, 본발명에서는 노즐의 클로깅을 방지하기 위하여 용강에서 [Ca]/[Al] 비율 을 0.06 이상으로 한정한 것이다.

도 2에 나타난 바와 같이, Ca와 S 함량비율에 따라 노즐 클로깅 발생이 달라짐을 알 수 있다.

이는 [Ca]/[S] 비율이 0.08이상인 경우, 즉 점선 위에서는 클로깅이 거의 발생되지 않는 반면에 점선 아래 영역에서는 클로깅이 전혀 발생하지 않는 것은 아니나, 발생빈도가 크게 증가됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 노즐의 클로깅을 방지하기 위하여 용강에서 [Ca]/[Al] 비율을 0.08 이상으로 한정한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 Al 및 S 첨가 용강을 제조함에 있어서, 용강 중 화학성분 Al, S및 Ca함량을 적정범위로 제어함으로써, 연속주조과정에서 침지노즐의 클로깅이 발생되는 것을 효과적이고도 용이하게 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

C: 0.3~0.6중량%, Al: 0.01~0.04중량%, 및 S: 0.02~0.04중량%를 함유하는 강을 제조함에 있어서, 용강의 알루미늄(Al) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/Al)을 0.06이상 및 황(S) 함량에 대한 칼슘(Ca) 함량의 비율(Ca/S)을 0.08 이상으로 조성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 및 황 첨가강의 연주침지노즐의 클로깅 발생을 방지하는 방법