KR100833009B1 - 알루미늄 탈산강용 후락스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 탈산강용 후락스에 관한 것으로서, 알루미늄 탈산 용강에 투입하여 효과적으로 강중 알루미나계 개재물을 제어하고, 용강의 청정도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 연속 주조시 노즐 막힘을 방지할 수 있는 알루미늄 탈산강용 후락스를 제공하고자 하는데,그 목적이 있다.

본 발명은 산화칼슘: 35 ~ 45 중량 %, 산화알루미늄: 25 ~ 45 중량 %, 아연 분말: 4 ~ 8 중량 % 및 구리 분말: 8 ~ 16 중량 %로 이루어지는 알루미늄 탈산강용 후락스를 그 요지로 한다.

알루미늄, 용강, 탈산, 산화칼슘, 청정도, 개재물, 알루미나

Description

알루미늄 탈산강용 후락스{Flux for Al-Killed Steel}

본 발명은 알루미늄 탈산강용 후락스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 탈산강의 제조시 용강중에 투입되어 용강의 청정도를 향상시킬 수 있는 산화칼슘계 알루미늄 탈산강용 후락스에 관한 것이다.

통상 상온에서 사용되고 있는 강재에는 그 제조 공정 특성상 필히 알루미나가 형성된다.

상기 알루미나는 용강보다 비중이 작아 대부분 용강중에서 부상, 분리되지만 일부가 강중에 남아 비금속 개재물로 존재하게 된다.

강중 알루미나계 비금속 개재물은 강재의 연성, 파괴 인성, 피로 특성 등을 저하시키고, 응력 부식 등을 유발할 뿐만 아니라, 용융 철강을 주조하는 과정에서 내화물제 노즐 내벽에 부착되어 용강의 흐름을 방해하고 주조 작업을 중단시키는 문제를 유발하므로, 그 양을 일정 수준 이하로 낮추거나, 강중에 잔류하는 알루미나계 개재물의 조성이 변경되도록 하여 유해성이 적은 형태와 크기 및 조성으로 유지되도록 노력하고 있다.

상기 알루미나계 입자가 슬래그층으로 부상되는 속도는 입자 크기가 클수록, 비중 이 작을수록 빠르기 때문에 알루미나계 입자가 이러한 특성을 갖도록 조정하는 것이 청정강 제조 및 주조시 노즐막힘 방지에 효과적이다.

또한, 용강 상부 슬래그는 부상된 산화물의 흡수능이 크고, 용강을 재 오염시키지 않는 성질을 갖도록 하는 것이 중요하다.

알루미늄 탈산강의 탈산 생성물 및 재산화 생성물은 주로 미세한 알루미나인데, 강중에서 이들은 미세한 직경 5 마이크로미터 이하의 미세한 단독 입자로 존재하거나, 미세 알루미나 입자들이 서로 부착되어 클러스터(Cluster)를 이루고 있는 상태로 존재한다.

상기한 바와 같이 미세한 입자는 부상, 분리가 어려운 것이 물론이다.

또한, 클러스터상 알루미나 역시, 내부에는 용강이 포함되어 있어 클러스터 전체의 겉보기 비중이 커져 슬래그 층으로 부상이 어렵게 된다.

또한, 알루미나 입자들은 융점이 용강 온도보다 높아서 대형으로 성장하기가 어려워 그만큼 제거하기가 어렵다.

한편, 용강중에 칼슘 성분을 공급하게 되면, 강중 알루미나와 칼슘이 결합하여 액체상의 칼슘-알루미나 화합물을 형성하게 된다.

칼슘 알루미네이트는 대형으로 성장하기가 용이하고 비중도 작아 슬래그 층으로 부상 제거되기 쉽다.

Ca를 이용하여 산화물계 비금속 개재물의 유해성을 저감하는 기술과 관련하여 다양한 연구 결과가 기술문헌 및 특허자료등을 통해 보고되고 있다.

이들을 종합해 보면 Ca의 이용되고 있는 형태는 칼슘 단체 금속, 칼슘 합금, 산화 칼슘 등 매우 다양하다.

그러나, 칼슘은 산화물 상태로 이용되는 경우를 제외하고는 증발 및 기화가 쉽게 되고, 대기와의 반응성이 크기 때문에 용강중에 통상적으로 투입하는 방법으로는 처리중 손실이 많고, 용강을 비산(Splash)하게 하여 작업성이 나쁘며, 실수율이 낮은 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하는 방안의 하나로 칼슘을 분말(Powder) 상태로 만들어 용강 내부에 깊이 투입하는 방법이 이용되고 있다.

구체적으로는 칼슘 또는 칼슘 함유물을 칼슘보다 융점이 높은 철피(Steel sheet)로 싸서 심이 있는 와이어(Cored wire) 형태로 만든 다음 용강중에 쏘아 보내는 소위 와이어 피딩(Wire Feeding) 방법 또는 용강에 침지된 랜스를 통하여 기체와 함께 분사하는 분체취입법이 이용되고 있다.

그러나, 이러한 방법으로도 칼슘의 손실, 용강의 비산 등의 문제가 쉽게 해결되지 않는다.

다른 한가지 방법으로는 금속 칼슘 대신 산화물 상태의 칼슘, 즉 산화칼슘을 사용하는 방법이다.

이것은 금속 칼슘과 마찬가지로 산화 칼슘도 알루미나와 잘 반응하는 성질이 있을 뿐만 아니라, 용강중에서 증발되기 어렵고 매우 안정하여 작업성이 향호하다는 성질을 이용한 것이다.

산화 칼슘을 사용하는 경우에는 금속 칼슘의 공급에 사용되는 와이어 피딩법이나, 분체취입법을 사용할 수 있음은 물론이거니와 호퍼를 통한 투입도 가능하다.

특히, 호퍼를 통한 투입법은 와이어 피딩 장치나, 분체취입 장치와 같은 별도 장치의 설치가 필요없고, 투입용 칼슘 함유재료의 선택이 다양하며 처리비가 낮은 장점을 가지고 있다.

다만, 산화 칼슘계 후락스는 금속 칼슘계에 비하여 반응 속도가 느리고 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명자는 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 알루미늄 탈산 용강에 투입하여 효과적으로 강중 알루미나계 개재물을 제어하고, 용강의 청정도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 연속 주조시 노즐 막힘을 방지할 수 있는 알루미늄 탈산강용 후락스를 제공하고자 하는데,그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 산화칼슘: 35 ~ 45 중량 %, 산화알루미늄: 25 ~ 45 중량 %, 아연 분말: 4 ~ 8 중량 % 및 구리 분말: 8 ~ 16 중량 %로 이루어지는 알루미늄 탈산강용 후락스에 관한 것이다

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

제철, 제강과정에서는 강재의 기계적 성질을 향상시키기 위해 용강을 탈산해야만 하는데 탈산제 투입시 반드시 산화물이 생성된다.

알루미늄 탈산강에서는 필연적으로 알루미나가 생성된다. 알루미나는 용강보다 가 볍기 때문에 대부분 부상되어 슬래그 층으로 흡수되지만 일부 잔류하게 되는 개재물은 강의 기계적 성질을 저하시키거나, 후속 연주 공정에서 노즐 막힘과 같은 문제를 일으킨다.

알루미나는 융점이 용강보다 높고 부착성이 좋아서 제강 과정에서 각종 내화물벽에 쉽게 부착되는 성질을 갖고 있기 때문이다.

따라서, 용강이 연속주조되기 전 단계에서 강중 알루미나를 가급적 적은 함량까지 제거해야 한다.

현대 제강법에서 강중 알루미나는 용강층에서 부상되어 슬래그 층으로 분리, 제거된다.

강중에 존재하는 이물질 입자가 슬래그층으로 부상되는 속도는 입자 크기가 클수록, 비중이 작을수록 빠르다.

알루미늄 탈산강에 존재하는 알루미나는 대부분 직경 5 마이크로미터 이하의 미세한 단독 입자로 존재하거나, 미세 알루미나 입자들이 서로 부착되어 클러스터 (Cluster)를 이루고 있는 상태로 존재한다. 미세한 알루미나 입자는 그 크기가 너무 작아서 또한 클러스터상 알루미나는 내부에는 용강이 포함되어 있어 클러스터 전체의 겉보기 비중이 커져 슬래그 층으로 부상이 어렵게 된다.

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본 발명의 후락스에 포함되어 있는 산화 칼슘은 강중 알루미나와 만나면 쉽게 반응하여 칼슘알루미네이트계(CaO-Al₂O₃) 화합물로 변화되는 경향이 큰 성분으로서, 그 함량은 35-45중량%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 칼슘알루미네이트계 화합물은 그 속에 포함된 산화칼슘과 산화알루미늄의 농도비에 따라 융점이 달라지지만 특히 이들이 약 50 중량 %:50 중량 %로 존재하는 경우에는 융점이 1300℃ 정도까지 낮아진다.

즉, 칼슘알루미네이트계 화합물의 조성을 잘 조절하면 융점이 용강 온도인 1600℃ 정도 보다 낮은 화합물, 즉 액체 상태의 화합물이 형성될 수 있다.

액체상의 화합물은 충돌에 의해 쉽게 크기가 성장되어 용강층에서 부상되는 속도가 증가하여 제거 속도가 커진다.

뿐만 아니라, 융점이 낮아진 CaO-Al₂O₃ 화합물은 용강으로부터 완전히 제거되지 않아 용강중에 잔류하더라도 내화물에 부착되는 주조중 노즐 막힘의 문제를 일으키지 않는다.

본 발명의 후락스의 다른 한가지 중요 성분인 산화 알루미늄은 상기와 같은 산화칼슘의 효과가 빠르게 일어나도록 도와 준다.

즉, 산화칼슘은 알루미나와 쉽게 반응하여 저융점의 칼슘 알루미네이트계로 바뀌지만 산화칼슘이 미반응의 단독 상태에서는 융점이 2000℃ 이상으로 용강 처리 온도보다 월등히 높아서 고체 상태로 존재하므로 초기 반응이 다소 지연되는 경향이 있다.

그러나, 본 발명에서와 같이 산화 알루미늄을 첨가하면 산화알루미늄이 산화칼슘과 화합물을 만들어 빠르게 저융점화되어 결과적으로 반응 속도가 증가된다. 이 효과는 산화알루미늄 25 중량% 이상에서 뚜렷하게 얻어지며, 산화알루미늄이 너무 많이 포함되면 후락스중의 산화칼슘이 강중 알루미나를 포집하는 능력이 줄어들기 때문에 본 발명에서는 산화알루미늄의 첨가량을 45 중량% 이하로 한정한다. 또한, 본 발명에서 산화칼슘과 산화알루미늄은 기계적으로 혼합하여도 상기 효과를 얻을 수 있지만 사전에 용융하여 냉각한 화합물 즉 프리멜티드(Pre-melted) 된 것이라면 더욱 월등한 효과를 얻을 수 있다.

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한편, 본 발명 범위에 있는 후락스를 용강에 공급하는 경우, 금속 칼슘을 함유한 종래의 후락스에 비해 처리 효율이 낮아지는 문제점이 확인되었다.

이것은 강중에 투입된 산화 칼슘계 후락스가 너무 안정하여, 활성이 없으므로 투입된 지점에 집중적으로 모이게 되고 강중에 골고루 분산되지 못하기 때문이다.

즉, 통상 제강 공장의 용강을 담고 있는 용기인 레이들은 직경 2 ~ 4 m, 높이 3 ~ 4 m가 되는데 호퍼를 통하여 투입된 첨가물은 직경 0.5 m 내외에 집중된다. 이로 말미암아 투입된 후락스가 용강 전체에 골고루 분산되지 못하고 일부는 슬래그 층으로 부상되기 때문에 효율이 낮아지는 것으로 추정된다.

본 발명에서는 이와 같은 단점을 보완하여 후락스 효과를 증대시키기 위해 아연을 일부 혼합 사용한다.

즉, 본 발명에 포함된 아연은 용강 온도에서 기화되어 미세한 기포를 발생시키므로 투입된 산화 칼슘계 후락스를 용강중으로 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용강에 용해되는 양이 거의 없으므로 용강을 오염시키지 않으며, 강재의 성질에 악영향을 미치는 성분을 만들어내지 않는다.

본 발명에서는 상기한 점을 고려하여 아연 4 ~ 8 중량% 를 혼합한 것이다. 이 때 아연의 구성비가 8중량%를 초과하게 되면, 아연의 기화에 의해 발생된 가스가 너무 많아 용강을 비산시켜 작업성이 나빠지며, 4중량% 미만인 경우에는 후락스의 분산효과가 뚜렷하지 않게 된다.

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또한, 본 발명자는 상기 아연과 함께 구리를 8 ~ 16중량% 혼합 사용하면 알루미나 개재물의 제어 효과가 더욱 커지는 것을 확인하였다. 경제적인 측면을 고려하면, 구리의 함량은 8 ~ 12중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

삭제

이것은 산화칼슘, 산화알루미늄 및 구리로 구성된 기본 후락스는 비중이 용강에 비하여 현저하게 작아서 호퍼를 통하여 용강에 투입되었을 때 강욕 깊숙히까지 투입되기가 어려운데에 비하여 구리는 비중이 커서 후락스가 강욕 깊숙히까지 투입되도록 도와주는 효과가 있는 것으로 판단된다.

상기와 같이 조성되는 본 발명의 후락스는 호퍼를 통하여 알루미늄 탈산용강에 투입되는 방식에 보다 적절히 적용되는 것이다.

통상, 제강 공장에서는 호퍼를 통하여 투입되는 재료는 적정한 크기를 갖아야 한다. 이것은 후락스 입자가 너무 작으면 열류에 의하여 분산되어 환경을 오염시키고 이용율이 줄어들며, 너무 크면 반응에 시간이 많이 걸리고 취급에 불편하기 때문이다.

따라서, 본 발명에 부합되는 후락스는 동일한 크기를 구형으로 간주한 직경인 구상당직경 3 ~ 45 mm로 설정하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같이 조성되는 후락스를 준비하였으며, 이 때 각 후락스는 성분 물질을 혼합한 뒤 프레스로 찍어서 직경 10 mm 내외로 하였다.

고주파 대기 유도 용해로를 이용하여 용강 80 kg을 용해하고 1600℃가 되면, 슬래그 조재제를 2kg 투입하였다.

슬래그가 형성된 다음, 0.25 kg 알루미늄으로 용강을 탈산한 직후 상기와 같이 준비된 후락스 500g 을 호퍼를 통하여 용강에 투입한 뒤 20분 경과 시점에서 용강을 샘플링하고, 후락스의 효과 즉, 강중 알루미나계 개재물의 양이 적은 고청정 용강의 제조 효과를 파악하기 위하여 강중 T.[O]를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기와 같이 20분 경과 시점에서 용강을 샘플링한 것은 그 동안 경험에 의하면 고주파 유도로에서 알루미늄 및 후락스 투입후 약 15 분이 지나면 반응이 98 % 이상 완료되기 때문이다.

하기 표 1의 강중 T.[O]는 용강의 청정도를 평가하는 지표이다.

즉, 통상 강의 청정도는 비금속 개재물의 양을 의미하며, 비금속 개재물은 대부분 산화물이므로 T.[O]가 낮을수록 용강의 청정도가 높다는 의미를 갖게 된다.

실험 No.	구성비				T.[O]	비고
	산화칼슘	산화알루미늄	아연분말	구리분말
1	50	50	0	0	18	비교예1
2	49	49	2	0	17	비교예2
3	48	48	4	0	15	비교예3
4	46	46	8	0	13	비교예4
5	45	45	10	0	13	비교예5
6	43	43	14	0	14	비교예6
7	44	44	8	4	13	발명예1
8	42	42	8	8	10	발명예2
9	40	40	8	12	9	발명예3
10	38	38	8	16	10	발명예4
11	45	35	8	12	8 ~ 10	발명예5

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 후락스를 사용하는 경우가 본 발명의 범위를 벗어나는 후락스를 사용하는 경우에 비하여 청정도가 우수함을 알 수 있다.

한편, 구리 8 중량% 이상에서 T.[O] 저감 효과가 뚜렷하며 12중량% 이상에서도 우수한 효과를 나타내지만 (발명예 4)그 효과의 증가 둔화됨을 알 수 있다. 따라서, 경제성을 고려한다면, 구리 첨가량은 12 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

삭제

상술한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 탈산강용 후락스를 사용하는 경우에는 종래의 후락스를 사용하는 경우보다 경제적이고 야금학적으로도 동등 또는 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 산화칼슘: 35 ~ 45 중량%, 산화알루미늄: 25 ~ 45 중량 %, 아연 분말: 4 ~ 8 중량 % 및 구리 분말: 8 ~ 16 중량%로 이루어지는 알루미늄 탈산강용 후락스.
2. 제1항에 있어서, 구리분말의 함량이 8 ~ 12 중량%이고, 구상당 직경이 3 ~ 45 mm인 크기를 갖고, 그리고 호퍼를 통해 용강에 투입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 탈산강용 후락스.