KR100623908B1 - 불소 성분을 함유하지 않는 강의 연속주조용 몰드 플럭스 및 이의 제조 방법 - Google Patents

불소 성분을 함유하지 않는 강의 연속주조용 몰드 플럭스 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스에서는 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 슬래그계(Slag System)로서 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계를 연속주조 조건에 적합하도록 단독 또는 조합으로 사용하여 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스를 제조한다. 이에 의해 균일한 용융 특성과 유동성 및 점도의 개선 또는 향상이 달성되어 연속 주조 공정에서의 원활한 작업성로 인해 조업 안정과 표면 품질의 향상에 기여할 수 있다.

Description

불소 성분을 함유하지 않는 강의 연속주조용 몰드 플럭스 및 이의 제조 방법{FLUORINE-FREE MOLD FLUX FOR THE CONTINUOUS CASTING OF STEEL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 분말형 제품 제조 공정 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 중공 과립형 제품 제조 공정 개략도,
도 3a는 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 분말형 제품 제조 방법을 나타내는 흐름도, 도 3b는 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 중공 과립형 제품 제조 방법을 나타내는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 분말 혼합기 2 : 포장기 호퍼
3 : 스크류 블런저 4 : 과립 건조기
본 발명은 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스에 관한 것이다. 흔히 상용되는 연속주조용 몰드 플럭스는 일반적으로 불소 성분을 0.5% ~ 15% 함유하고 있으며 주조된 주편의 표면에는 스케일(Scale, 산화철)과 함께 몰드 플럭스 슬래그(Slag, 鎔滓)가 잔류되며 이 잔류물 중의 불소 성분은 일부 휘발하나 대부분이 잔존한다. 더욱이 주편 응고 및 냉각을 위해 주편에 직접 살수되는 냉각수에 불소 성분이 용출되어 폐수의 불소 농도가 증가되어 수처리 설비에서 별도의 불소 처리를 하여야 한다. 따라서, 본 발명은 상용되는 연속주조용 몰드 플럭스와 달리 불소 성분을 함유하지 않는 신개념의 연속주조용 몰드 플럭스를 제공하기 위한 것이다.
통상, 몰드 플럭스란 강의 연속 주조 공정에서 주형 내 첨가제로 사용하는 중요한 소모성 부자재로서, 이를 주형내 용강 위에 투입하면 용강의 열을 받아 미용융층, 소결층, 용융 슬래그층의 3개 층을 나타내는데, 이러한 몰드 플럭스의 주된 기능은 탄소 함량과 밀접하게 관계하여 용강의 응고를 방지하는 보온 기능, 대기와의 접촉을 차단함으로써 대기에 의한 용강의 재산화를 방지하는 기능, 용강 표면으로부터 부상되는 개재물을 흡수하는 기능, 응고 셀과 주형간의 윤활 기능 및, 응고 셀과 주형 간의 열전달 매체의 기능을 수행한다. 특히, 몰드 플럭스는 용강과 접촉하여 액상 슬래그(Slag)로 변화되면서 주형과 응고 셀 사이에 유입되어 윤활 작용을 함으로써 연속 주조 공정의 조업 안정과 주편 표면 품질을 향상시키는 기능을 한다.
일반적으로, 몰드 플럭스는 SiO2, CaO, MgO, Al2O3, Na2O, Fe2O3, F, C 등으로 구성되어 있는 여러 화합물의 혼합 물질이다. 강의 연속주조 조건 즉, 강종 및 주조속도에 따라 몰드 플럭스의 화학 및 물리적 성질(용융점, 점도, 결정질율, 응고 온도 등)은 적절하게 조절되어야 한다. 강종의 구분은 대개 강 중의 탄소 함량에 따라 구분하며 극저탄소강(0.08wt%C 미만), 저탄소강(0.08 ~ 0.15 또는 0.18wt%C), 중·고탄소강(0.16 또는 0.19 ~ 0.7wt%C), 고탄소강(0.7wt%C 이상)으로 나누며 주조속도는 약 1.2 ~ 1.5m/min을 기준으로하여 낮은 쪽이 저속, 높은 쪽이 고속으로 구분된다. 따라서, 강종에 따라 요구되는 몰드 플럭스의 화학 및 물리적 성질은 저탄소강일수록 몰드플럭스의 결정화 경향이 크며 고탄소강에 비해 염기도, 용융점 및 점도가 높다. 또한 저속용 보다는 고속용 몰드 플럭스의 점도가 낮다.
또한 몰드 플럭스 중의 각종 산화물 종류에 따른 몰드 플럭스의 화학 및 물리적 성질 변화는 다음과 같이 요약된다. 몰드 플럭스의 점도는 SiO2와 Al2O3 의 증가에 따라 증가하나, CaO, MgO, Na2O, Fe2O3, F의 증가에 따라 감소한다. 응고온도는 CaO의 증가에 따라 증가하나, SiO2, Al2O3, MgO, Na2O, Fe2O3, F의 증가에 따라 감소한다. 또한 결정화 경향은 CaO, MgO, Na2O, F의 증가에 따라 증가하나, SiO2, Al2O3 의 증가에 따라 감소한다.
종래에 상용되는 몰드 플럭스는 불소 성분을 함유하고 있으며, 이것은 형석(Fluospar, CaF2), 불화 나트륨(Sodium Fluorite, NaF), 빙정석(Cryolite, Na3AlF6), 규소불화소다(Sodium Silicofluoride, Na2SiF6), 불소 성분을 포함하는 전융 원료(Premelted Material) 등의 형태로 포함된다. 또한 불소 성분은 점도를 낮추며, 응고온도를 낮추며, 결정화 경향을 증가시키는 역할을 한다.
본원 발명에서 주목할 부분은 불소 성분의 역할 및 기능을 대신할 수 있는 슬래그계를 확보하는데 있다. 즉, B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계를 상기의 연속주조 조건(강종, 주조속도 등)에 적합하도록 다른 산화물(SiO2, CaO, MgO, Al2O3 등)과 단독 또는 조합적으로 사용하여 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스를 제조함으로써 균일한 용융 특성과 유동성 및 개선 또는 향상된 점도를 얻음으로써 연속 주조 공정에서의 원활한 작업성으로 인해 조업 안정과 표면 품질의 향상에 기여할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 주편 응고 및 냉각을 위해 주편에 직접 살수되는 냉각수에 불소 성분의 용출을 방지하여 폐수의 불소 농도를 제로(Zero)화 함으로써 수처리 설비에서 별도의 불소 처리를 할 필요가 없는 극저탄소강, 저탄소강, 중·고탄소강 및 고탄소강의 저속 및 고속 연속주조에 적합한 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계를 상기의 연속주조 조건에 적합하도록 다른 산화물(SiO2, CaO, MgO, Al2O3 등)과 단독 또는 조합으로 사용하여 균일한 용융 특성과 유동성 및 개선또는 향상된 점도를 얻음으로써 연속 주조 공정에서의 작업성을 개선하여 조업 안정과 표면 품질의 향상에 기여하는 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 아래와 같은 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계를 상기의 연속주조 조건에 적합하도록 다른 산화물(SiO2, CaO, MgO, Al2O3 등)과 단독 또는 조합으로 사용하였다.
B2O3를 함유하는 슬래그계는, 전융 붕소 슬래그 조성물[특허출원 2003-14770호 참조, CaO-SiO2-B2O3-Na2O-Al2O3 슬래그계], 프리트(Frit, SiO2-CaO-B2O3 슬래그계), 회붕석(특허 제0079378호 참조, CaO-SiO2-B2O3-Al2 O3-MgO 슬래그계), 무수보락스(Borax Anhydrate, Na2B4O7)를 사용하나, 바람직하게는 전융 붕소 슬래그 조성물 및 프리트를 사용하는 것이 몰드 플럭스의 결정수분 함량을 줄여 수분에 기인하는 수소성 브레이크 아웃(Break Out, 용강유출 사고)을 최소화할 수 있다.
또한, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계는, 리튬 카보네이트(Lithium Carbonate, Li2CO3), 리티아 휘석(Spodumene, SiO2-Al2O3-Li2O 계) 및 상기의 전융 붕소 슬래그 조성물(CaO-SiO2-B2O3-Na2O-Al2O3 슬래그계), 합성소다칼슘실리케이트 조성물[특허출원 2002-3978호 참조, CaO-SiO2-Na2O-Al2O3 슬래그계], 소다회(Sodium carbonate, Na2CO3), 소디움 칼슘 실리케이트(Sodium Calcium Silicate, CaO-SiO2-Na2O 슬래그계), 전융망간슬래그 조성물(특허출원 2002-59050호 참조, MnO2-SiO2-CaO-Al2O3 슬래그계)를 사용하였다.
상기 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계는 상기의 연속주조 조건에 적합하도록 다른 산화물(SiO2, CaO, MgO, Al2O3 등)과 단독 또는 조합으로 사용될 수 있으며, 본 발명의 효과를 달성하기 위해 각각 표1, 표2와 같은 조건을 갖는 것이 바람직하다.
구 분 전융붕소슬래그 조성물 프리트 무수보락스 회붕석
화학성분 (wt%) SiO2 31.5 (20~50) 33.8 (25~45) - 21(8~35)
CaO 32.5 (20~50) 33.3 (25~45) - 39 (30~50)
Al2O3 2.3 (1~10) - - 2 (0.01~8)
Na2O 8.6 (1~15) - 29.3 (27.3~31.3) -
MgO - - - 1.7 (0.01~5)
B2O3 20.0 (5~35) 28.0 (5~50) 66.0 (64~68) 31.5 (20~50)
리튬 카보네이트 리티아 휘석 합성소다칼슘실리케이트 소다회 소디움 칼슘 실리케이트 전융 망간 슬래그 조성물
화학 성분 (wt%) SiO2 - 63.0 (60~66) 45.3 (40~48) - 41 (39~43) 25 (21~29)
CaO - - 43.2 (40~48) - 25 (23~27) 22 (19~27)
Al2O3 - 26.0 (23~29) 2.1 (1~5) - 2 (1~5) 14 (11~19)
Na2O - - 6.9 (2~10) 56.0 (53~59) 30 (28~32) -
Li2O 39.6 (37~43) 7.0 (5~9) - - - -
MnO2 - - - - - 32 (28~36)
CO2 58.6 (55~62) - - 40.7 (37~43) - -
표1, 2는 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계를 위한 원료의 화학조성이며 괄호 안의 숫자는 바람직한 화학조성의 범위를 나타낸다(단위는 중량%).
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 분말형 제품 제조 공정 개략도로서, 도시하는 바와 같이, 분말 혼합기(1)에 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계의 원료를 단독 또는 조합하여 기타 원료와 함께 혼합한 후 포장기 호퍼(2)로 이송하여 혼합된 몰드 플럭스를 포장한다.
도 2는 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 중공 과립형 제품 제조 공정 개략도로서, 도시하는 바와 같이, 스크류 블런저(3) 탱크의 공업용수에 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계의 원료를 단독 또는 조합하여 기타 원료와 함께 투입하여 슬러리를 제조하여 과립 건조기(4)에서 분사하여 냉각한 후 중공 과립형 몰드 플럭스를 포장한다.
도 3a, 3b는 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 분말 및 중공 과립형 제품의 제조 방법을 나타내는 흐름도로서, 본 발명의 제조 방법에 따라 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계의 원료를 사용하여 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스를 제조하여 포스코 광양제철소의 슬라브(Slab) 극저탄소강, 저탄소강, 중·고탄소강 및 고탄소강 연속 주조 공정에 적용하였다. 연속 주조 공정에 적용한 결과 브레이크 아 웃 발생이 없었으며, 주편 품질 역시 향상되었다.
<실시예>
(1) 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 제조
실시예 2는 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 전융 붕소 슬래그 조성물을 50%, 소다회를 7.5%로 하여 기타 원료와 함께 혼합하였으며, 실시예 3은 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 합성소다칼슘실리케이트를 45%, 전융 붕소 슬래그 조성물을 15%, 소다회를 11%, 리티아 휘석을 2%, 리튬 카보네이트를 5%로 하여 기타 원료와 함께 혼합하여 도 2의 과립 제품 공정을 통하여 제조하였다. 나머지 실시예 1, 4 ~ 14 역시 상기의 실시예 2, 3과 같이 정해진 화학성분 규격에 따라 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO 2를 함유하는 슬래그계의 원료를 단독 또는 조합하여 기타 원료와 함께 혼합하여 도 2의 과립 제품 공정을 통하여 제조하였다.
상기 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스를 표 3, 4, 5, 6과 같이 제조하여 포스코 광양제철소의 슬라브(Slab) 극저탄소강, 저탄소강, 중·고탄소강 및 고탄소강 연속 주조 공정에 적용하였다. 연속 주조 공정에 적용한 결과 브레이크 아웃 발생이 없었으며, 연속 주조 조업 안정 및 주편 품질이 향상되었음을 알 수 있었다.
구 분 극저탄소강 저속용 극저탄소강 고속용
기존품 실시예1 실시예2 기존품 실시예3 실시예4
화학성분 (wt%) 염기도 0.95 1.05 1.30 1.10 0.95 1.30
SiO2 36.5 35.2 28.2 36.3 24.0 27.4
CaO 34.6 37.0 36.6 39.8 22.9 35.6
MgO 5.0 5.5 3.3 0.8 7.6 5.1
Al2O3 6.5 7.5 4.9 6.0 8.8 5.0
MnO2 - - 0.1 - 0.1 -
Na2O 3.9 11.8 7.8 3.4 12.5 7.8
F 7.0 - - 6.7 - -
B2O3 1.0 7.5 9.2 - 7.0 9.2
Li2O - 2.0 - 0.4 1.9 -
C-free 1.24 1.4 1.6 2.1 1.5 1.6
용융점(℃) 1238 982 1128 1152 950 1094
점도(poise, at 1300℃) 3.57 1.72 3.41 1.32 1.63 2.58
구 분 저탄소강 저속용 저탄소강 고속용
기존품 실시예5 실시예6 기존품 실시예7 실시예8
화학성분 (wt%) 염기도 0.96 0.94 1.25 1.10 0.89 1.04
SiO2 33.9 30.8 28.5 31.0 25.2 24.6
CaO 32.6 29.0 35.6 34.2 22.3 25.6
MgO 3.8 2.4 3.0 8.1 5.5 9.7
Al2O3 3.8 3.1 2.8 3.0 2.9 3.1
MnO2 0.1 0.1 - 0.1 0.1 2.11
Na2O 7.1 12.1 11.0 6.6 14.7 11.32
F 7.1 - - 8.5 - -
B2O3 - 10.0 12.0 - 13.6 8.1
Li2O - 1.0 - 0.8 2.8 1.9
C-free 6.0 2.0 2.5 3.6 2.0 2.4
용융점(℃) 1143 902 925 1120 823 931
점도(poise, at 1300℃) 1.56 2.05 1.95 0.83 1.5 1.04
구 분 중·고탄소강용
기존품 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12
화학성분 (wt%) 염기도 1.22 1.22 1.40 1.27 1.50
SiO2 30.3 27.9 29.0 25.3 28.0
CaO 36.8 34.0 40.6 31.9 42.0
MgO 0.7 1.8 2.0 11.5 3.0
Al2O3 3.5 1.9 3.0 1.4 3.0
MnO2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Na2O 5.0 8.7 12.0 4.6 10.0
F 7.0 - - - -
B2O3 - 8.8 7.0 9.5 6.5
Li2O - 1.0 2.0 1.6 3.0
C-free 6.5 2.0 2.5 2.5 2.0
용융점(℃) 1127 971 1059 1043 1012
점도(poise, at 1300℃) 0.92 2.0 1.3 0.9 1.0
구 분 고탄소강용
기존품 실시예13 실시예14
화학성분 (wt%) 염기도 1.05 1.10 1.60
SiO2 26.6 25.4 25.8
CaO 28.0 28.0 41.2
MgO 8.8 3.0 4.5
Al2O3 2.3 2.5 3.0
MnO2 - - -
Na2O 9.7 14.0 12.3
F 9.9 - -
B2O3 6.0 8.1 7.2
Li2O 3.0 3.5 4.5
C-free 1.8 1.6 1.3
용융점(℃) 813 980 951
점도(poise, at 1300℃) 0.29 0.5 0.43
표 3은 극저탄소강 저속 및 고속용, 표 4는 저탄소강 저속 및 고속용, 표 5는 중·고탄소강용, 표 6은 고탄소강용으로 사용되는 불소 성분을 함유한 기존의 몰드 플럭스와 본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스 의 화학 및 물리적 특성을 나타낸 표이다.
본 발명에 따른 불소 성분을 함유하지 않는 친환경적 연속주조용 몰드 플럭스에 의하면 불소 성분의 역할을 대신할 수 있는 B2O3를 함유하는 슬래그계, Li 2O를 함유하는 슬래그계, Na2O를 함유하는 슬래그계 및 MnO2를 함유하는 슬래그계를 연속주조 조건(강종, 주조속도 등)에 적합하도록 단독 또는 조합적으로 사용함으로써 균일한 용융 특성과 유동성 및 점도가 개선 또는 향상됨으로써 연속 주조 공정에서 원활한 작업성 달성으로 인해 조업 안정과 표면 품질의 향상에 기여할 수 있다.

Claims (7)

  1. 극저탄소강, 저탄소강, 중·고탄소강 및 고탄소강용 몰드 플럭스로서, A의 조성을 갖고, 물성범위가 B 인 것을 특징으로 하는 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스.
    A. (1) 23 ~ 40wt%의 SiO2
    (2) 20 ~ 45wt%의 CaO
    (3) 0.5 ~ 10wt%의 MgO
    (4) 0.5 ~ 10wt%의 Al2O3
    (5) 0.5 ~ 10wt%의 MnO2
    (6) 2 ~ 15wt%의 Na2O
    (7) 5 ~ 15wt%의 B2O3
    (8) 0.5 ~ 10.0wt%의 C
    B. (1) 0.8~2.0의 염기도
    (2) 800 ~ 1200℃의 용융점
    (3) 0.2 ~ 5 poise의 점도
    (4) 0.1 ~ 30%의 결정질율
  2. 극저탄소강, 저탄소강, 중·고탄소강 및 고탄소강용 몰드 플럭스로서, A의 조성을 갖고, 물성 범위가 B 인 것을 특징으로 하는 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스.
    A. (1) 23 ~ 40wt%의 SiO2
    (2) 20 ~ 45wt%의 CaO
    (3) 0.5 ~ 10wt%의 MgO
    (4) 0.5 ~ 10wt%의 Al2O3
    (5) 0.5 ~ 10wt%의 MnO2
    (6) 2 ~ 15wt%의 Na2O
    (7) 5 ~ 15wt%의 B2O3
    (8) 1 ~ 10wt%의 Li2O
    (9) 0.5 ~ 10.0wt%의 C
    B. (1) 0.8~2.0 의 염기도
    (2) 800 ~ 1200℃의 용융점
    (3) 0.2 ~ 5 poise의 점도
    (4) 0.1 ~ 30%의 결정질율
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 B2O3계 원료로 전융 붕소 슬래그 조성물, 프리트, 회붕석 중 하나 이상을 포함하고;
    상기 B2O3 및 Na2O계 원료로 무수보락스를 포함하고;
    상기 Na2O계 원료로 합성 소다 칼슘 실리케이트, 소다회, 소디움 칼슘 실리케이트 중 하나 이상을 포함하고;
    상기 MnO2계 원료로 전융 망간 슬래그 조성물을 포함하고;
    상기 Li2O계 원료로 리튬 카보네이트, 리티아 휘석 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는 불소 성분을 함유하지 않는 연속주조용 몰드 플럭스.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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