KR100835398B1

KR100835398B1 - 알루미늄 킬드강의 연속 주조용 노즐과 연속 주조법

Info

Publication number: KR100835398B1
Application number: KR1020047017476A
Authority: KR
Inventors: 오가타고지; 시미즈고이치; 아사노게이스케; 호키이도시유키; 요시토미조키
Original assignee: 구로사키 하리마 코포레이션; 엘더블유비 리프랙토리즈 컴퍼니
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2008-06-04
Also published as: CN1305602C; JP4249940B2; DE60326948D1; AU2003235985A1; EP1504831A4; BR0309646A; BR0309646B1; WO2003092929A1; JP2003320444A; EP1504831A1; CN1649684A; MXPA04010796A; US20050200057A1; EP1504831B1; KR20050006214A

Abstract

알루미늄 킬드강을 주조하기 위한 노즐에 CaO를 함유시킨 재질을 적용함에 있어서, 단일형뿐 아니라 분할형 등의 형태를 불문하고 주편 내의 대형 알루미나계 개재물의 분량을 저감시킬 수 있는 수단을 제공한다.

턴디쉬로부터 몰드로 용강을 주입하는 각 형태의 노즐의 각 내측 구멍의 면에 CaO함유 내화물을 적용하여, 얻어진 주편 내의 대형 알루미나계 개재물의 함유량은 노즐 내측 구멍의 면의 총면적과, 적용한 내화물 중의 CaO량 사이에 대단히 강한 상관성이 있다. 노즐 내측 구멍의 면의 총면적의 50% 이상을, CaO를 20질량% 이상 함유하는 내화물에 의해 형성하는 것으로 대형 알루미나계 개재물의 분량을 저감시킬 수 있다.

Description

알루미늄 킬드강의 연속 주조용 노즐과 연속 주조법{Nozzle for continuous casting of aluminum killed steel and continuous casting method}

본 발명은 알루미늄 킬드강의 연속 주조용 노즐과 그 사용 형태에 관한 것이다.

알루미늄 킬드강의 주조에 있어서는, 그 주조에 사용하는 노즐(이하, 노즐이라고 함)의 내측 구멍의 면에 알루미나가 부착되고, 그 부착된 알루미나는 합체되어 대형의 개재물(介在物)이 되며, 그것이 용강류(溶鋼流)와 함께 주편(鑄片) 내에 취입되어져서 주편의 결함이 되어 품질을 저하시키게 된다.

근년, 특히 박판 등의 고급강으로 주조되는 알루미늄 킬드강에 대해서는, 강재 품질의 엄격화가 요구되게 되고, 이에 따라 연속 주조에 있어서 턴디쉬(이하, TD라고 함)로부터 몰드로 용강을 주입할 때에 사용되는 노즐의 내측 구멍으로의 알루미나 부착을 방지하는 것에 많은 노력이 행해지고 있다.

그 대책의 하나로서, 노즐의 내면으로부터 아르곤 가스를 용강 내에 불어 넣어 물리적으로 알루미나의 부착을 방지하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법의 실시에 있어서, 아르곤 가스를 불어 넣는 양이 너무 많으면, 기포가 용강 내에 취입되어져 주편 내의 핀홀이 되어 결함이 된다. 따라서, 이 아르곤 가스의 분무는 가스 의 분무량에 제약을 가져와 알루미나의 부착을 방지하는 수단으로서 꼭 충분한 대책이 될 수 없다.

또한, 상기 대책의 하나로서, 노즐을 구성하는 내화재 자체에 알루미나 부착 방지 기능을 갖게 하는 방법도 있다. 이것은, 벽돌 중에 CaO를 함유시키고, 이 CaO를 부착된 알루미나와 반응시켜 저융물(低融物)을 생성시켜서, 그 이상의 알루미나의 부착을 막는 것으로, 예컨대 일본 특허공개 소61-44836호 공보에는 흑연과 소결 칼시아, 전융(電融) 칼시아 또는 CaO 성분을 포함하는 다른 요업용 원료를 조합한 원료를 주성분으로 한 내화물을 사용한 주조용 노즐이 개시되어 있다.

일반적으로, 강철을 주조할 때에 TD로부터 몰드로 용강을 주입하는 노즐로서는 도 1에 도시되는 분할된 복수 노즐을 조합한 분할형의 것과, 도 2에 도시되는 단일 노즐로 이루어지는 단일형의 것이 있다.

분할형의 노즐은 턴디쉬(1)의 바닥부 개구에 설치된 상부 노즐(2)과, 접동 노즐(3)과, 하부 노즐(4)과, 몰드(6) 내에 침지된 침지 노즐(5)을 조합한 것으로, 접동 노즐(3)의 개구부의 개구 정도를 조정함으로써 몰드(6) 내로의 유량을 제어한다. 이 분할형의 노즐은 우수한 유량 제어 기능을 가지고, 또한 탕면도 안정해진다. 이 때문에, 일정 조건 하에서의 안정된 주조가 가능한 것 이외에 안전성의 관점에서도 뛰어나 널리 보급되고 있다.

또한, 단일형의 노즐은 턴디쉬(1)의 바닥부 개구로부터 몰드(6) 내로의 유로를 한 개의 긴 침지 노즐(8)에 의해 형성한 것으로, 턴디쉬(1) 내에 배치된 롱 스토퍼(7)에 의해 턴디쉬(1) 바닥부 개구부의 개구 정도를 조정하여 몰드(6) 내로의 유량을 제어한다.

상기 CaO를 함유하는 재질을 상기 두 개 형태의 노즐의 내측 구멍의 면에 적용하면, 도 2에 도시되는 바와 같은 단일형 노즐의 경우에는, 내측 구멍의 면으로의 알루미나 부착은 확실히 감소되며 대형 알루미나계의 개재물도 감소된다. 그런데, 도 1에 도시되는 분할형의 일부 개소의 노즐에 적용한 경우에 있어서는, 단일형의 노즐에 적용한 경우와 비교하여 주편 내 대형의 알루미나계 개재물이 많아지는 경향으로 된다는 것이 밝혀졌다.

상기 단일형의 노즐을 사용한 주조 방법에서는, 노즐 내를 통과하는 용강과 공기는 거의 접촉하지 않지만, 분할형에서는 노즐의 이음매로부터 공기가 유입되고, 특히 접동 노즐(이하, SN이라고 함)은 사용 중에 접동시킬 필요가 있기 때문에 면 사이에서 실링이 어려워 면 사이에서 공기의 침입이 일어난다.

알루미늄 킬드강은 용강 내에 알루미늄이 용해되어 있고, 공기와 접촉하면 산화되어 알루미나를 생성한다. 이와 같이 생성된 알루미나는 주편 내로 들어가 알루미나계 개재물이 된다. 복수 노즐로 분할되어 있는 분할형 노즐의 경우, 특정된 노즐에 CaO함유계 내화물을 적용해도 알루미나가 CaO함유계 내화물을 적용하지 않은 노즐에 부착되고, 거기서 합체하여 대형화된 알루미나가 주편 내에 들어가게 된다.

본 발명의 목적은, 알루미늄 킬드강을 주조하기 위한 노즐에 CaO를 함유시킨 재질을 적용함에 있어서, 단일형뿐 아니라 분할형 등의 형태를 불문하고 주편 내에 서 대형의 알루미나계 개재물의 분량을 저감시킬 수 있는 노즐을 제공하는 데 있다.

또한 다른 목적은, 주편 내의 대형 알루미나계 개재물의 함유량을 대폭적으로 저감할 수 있고, 품질 불량률을 저감하는 알루미늄 킬드강의 주조법을 제공하는 데에 있다.

본 발명은 턴디쉬로부터 몰드로 용강을 주입하는 각 형태 노즐의 각 내측 구멍의 면에 CaO를 함유한 내화물을 적용하여 얻어진 주편 내의 대형 알루미나계 개재물의 함유량을 조사한 결과, 그 함유량은 노즐의 내측 구멍의 면의 총면적과 적용한 내화물 중의 CaO량 사이에 대단히 강한 상관성이 있고, 이 구체적인 수치 조건을 적용함으로써 완성되었다.

즉, 본 발명은 턴디쉬로부터 몰드로 용강을 주입하기 위해 사용되는 노즐의 내측 구멍의 면의 총면적의 50% 이상을 CaO가 20질량% 이상 함유된 내화물로 형성하는 것이다.

상기 도 1에 도시되는 분할형 노즐의 경우, CaO함유계 내화물을 내측 구멍의 면에 단위 부분적으로 적용해도, CaO함유계 내화물을 적용하지 않은 노즐에 알루미나가 부착되고, 부착된 알루미나가 합체하여 대형화된 알루미나가 주편 내에 들어가 버린다.

용강이 흘러 내려가는 노즐 내측 구멍의 면의 총면적의 50% 이상의 내측 구멍의 면에 CaO가 20질량% 이상 함유된 내화물을 적용함에 따라, CaO가 함유된 내화물이 갖는 알루미나를 흡착하는 작용과, CaO와 알루미나가 반응하여 생성되는 저융 물이 액상을 나타냄에 따른 내측 구멍의 면을 평활하게 하는 작용과, 알루미나의 부착을 방지하여 알루미나의 합체를 방지하는 작용과의 상승 효과에 의해 얻어진 주편 내의 알루미나계 대형 개재물의 함유량이 비약적으로 감소된다.

그 상승 효과를 발휘시키기에는, CaO를 함유하는 내화물은 노즐 내측 구멍의 면의 총면적의 50% 이상의 내측 구멍의 면에 적용하는 것이 필요하다. 50% 미만에서는 몰드 내에 유입되는 알루미나의 양을 감소시키는 작용이 적으며, 주편 내의 알루미나계 대형 개재물의 함유량을 저감하는 개선 효과가 작다. 바람직하게는 60% 이상이고, 가장 바람직한 것은 모든 노즐 내측 구멍의 면 전체를 CaO함유 내화물로 구성하는 것이다. 다만, CaO를 함유하는 내화물을 사용함으로써, 용손(鎔損), 마모 등이 발생하여 사용상 문제가 생기는 개소에는, 이에 대응하는 종래의 내화물을 사용하는 등 사용 조건에 맞추어 선택하는 것이 중요하다.

본 발명은, 노즐 전체가 상부 노즐과 침지 노즐, 또는 SN과 침지 노즐, 또는 상부 노즐과 SN과 침지 노즐, 또 도 1에 도시되는 바와 같이 상부 노즐과 SN과 하부 노즐과 침지 노즐이 조합되어 있는, 이른바 분할형의 경우에서도, 또한 도 2에 도시되는 침지 노즐 단체로 이루어지는 경우에서도 CaO함유 내화물이 노즐 전체 내측 구멍의 면의 총면적의 50% 이상을 차지하는 것이라면, 어느 경우에서도 적용이 가능하다. 또한, 상기 분할형에 있어서도 상부 노즐과 SN, 또는 SN과 하부 노즐이 일체가 된 노즐을 포함하는 경우에서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 상기 일체형에 있어서 노즐 내측 구멍의 면의 일부에 CaO함유 내화물을 적용해도 노즐 전체 내측 구멍의 면의 총면적의 50% 이상이 되도록 적용하면, 주편 품질의 대폭적인 개선 효과가 얻어진다.

노즐 내측 구멍의 면에 적용하는 내화물의 CaO함유량은, 20질량% 미만으로는 알루미나의 흡착 능력과 알루미나 부착 방지 능력이 작고, 주편 내의 알루미나계 대형 개재물의 함유량의 개선 정도가 적기 때문에, 20질량% 이상인 것이 필요하다.

주편 내의 큰 알루미나 개재물의 존재를 저감하는 효과 면에서 본다면, 내화물에 함유되는 CaO량의 상한은 없지만, CaO가 많아지면 용손이 커지거나 소화되어 버리기 쉬워질 경우가 있기 때문에, 사용 조건에 따라 적절히 조정하는 것이 중요하다. 일반적인 주조 조건에 있어서는, CaO량은 60질량% 정도 있으면 충분하다.

바람직한 내화물의 예를 나타낸다면, Mg0-Ca0계 내화물, Mg0-CaO-C계 내화물, ZrO₂-CaO계 내화물, ZrO₂-CaO-C계 내화물 등을 들 수 있다. 특히 Mg0-Ca0계 내화물, Mg0-Ca0-C계 내화물은 알루미나의 흡착 능력이 뛰어나 더 바람직하다.

CaO함유 내화물은 각 노즐의 적어도 용강이 접촉하는 내측 구멍의 면에 적용되어 있는 것이 중요하고, 내측 구멍의 면 이외의 부위는 이 내측 구멍의 면과 동일한 재질이라도 좋으며 일반적인 노즐에 사용되어 있는 내화물을 그대로 적용해도 된다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 노즐의 예로서, SN이 장착된 복수 노즐로 이루어지는 분할형 노즐의 구조를 나타낸다.

도 2는 본 발명을 적용될 수 있는 노즐의 예로서, 단일형 노즐의 구조 예를 나타낸다.

도 3은 노즐 내측 구멍의 면 전체에 차지하는 CaO함유 내화물의 면적 비율과 얻어진 주편 중에 존재한 대형 알루미나계 개재물의 관계를 나타낸다.

도 4는 노즐의 내측 구멍의 면을 형성하는 내화물의 평균 CaO 함유량과 얻어진 주편 중에 존재한 대형 알루미나계 개재물의 관계를 나타낸다.

본 발명을 도 1에 도시되는 분할 노즐에 적용한 실시예를 나타낸다.

재질		A	B	C	D
조성 질량%	CaO	40	50	-	-
	MaO	30	46	-	-
	Al₂O₃	-	-	70	96
	C	30	4	30	4

표 1은, 도 1에 도시되는 분할 노즐을 구성하는 각각의 노즐에 적용한 재질의 조성을 A∼D로 나타낸 것이다. 표 1에 표시되는 재질 A와 B는 본 발명에 관련된 CaO함유 재질이고, 재질 C와 D는 비교를 위한 CaO를 포함하지 않는 재질이다.

A∼D의 재질을 두께 10mm의 슬리브 형상으로 성형·소성·가공한 내화물 성형체를 제작하고, 노즐 내측 구멍에 삽입하여 몰타르로 접착하며, 도 1에 도시하는 노즐로 했다. 재질 A와 C를 침지 노즐에, B와 D를 상부 노즐과 SN과 하부 노즐에 적용했다.

표 2는, CaO함유 내화물을 적용한 각 노즐 내측 구멍의 면의 면적을 내측 구멍의 표면적으로서 나타낸 것이다.

	내측 구멍의 표면적(cm²)
상부 노즐	393
접동 노즐	438
하부 노즐	368
침지 노즐	915

이러한 노즐을 도 1에 도시되는 상부 노즐(2), SN(3), 하부 노즐(4)에다가 침지 노즐(5)을 조합하여 분할형의 연속 주조용의 노즐로 했다.

이 노즐에 사용한 재질이 주편의 품질에 미치는 영향을 조사하여, CaO함유 내화물의 적용 효과를 조사했다. 조사는 노즐의 조합을 바꾸고, 과(鍋)용량 250ton, TD용량 45ton, 주편의 인출 속도 1.0∼1.3m/분의 주조 조건 하에서 알루미늄 킬드강의 주조를 하며, 얻어진 주편에 포함되는 50μm 이상의 대형의 알루미나계 개재물의 면적 당의 개수에 의해 그 효과를 조사했다.

비교예

실시예

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

내측구멍 적용 재질

상부 노틀

D

B

D

B

D

B

D

B

접동 노즐

D

B

D

B

D

B

D

B

하부 노즐

D

B

D

B

D

B

D

B

침지 노즐

C

A

C

A

C

A

Cao 내측구멍부 면적% *1

0

19

21

17

43

39

38

62

64

61

57

83

79

100

개재물 개수 *2

100

90

87

92

75

80

82

15

13

16

22

6

7

3

*1 내측 구멍의 총면적에 대한 내측 구멍부의 CaO함유 재질이 차지하는 면적 비율

*2 대형 알루미나계 개재물의 개수(비교예 1을 100으로 한 지수)

표 3에 그 조사 결과를 나타낸다. 표 3에 있어서, 비교예 1의 분할형 노즐에서 얻어진 주편 내의 대형의 알루미나계 개재물의 개수를 100으로 하여 각 예시의 개수를 지수에 의해 제시했다. 따라서, 지수가 작을수록 대형의 알루미나계 개재물이 적은 품질이 양호한 주편임을 나타낸다.

도 3은 표 3의 결과를 도표화한 것으로, 노즐의 내측 구멍 면 전체에 차지하는 CaO함유 내화물의 면적 비율과 대형 알루미나계 개재물의 개수의 관계를 나타낸다.

도 3에서, 노즐 내측 구멍의 면 전체에 차지하는 CaO함유 내화물의 면적 비율이 50% 이상이 되면, 대폭적으로 개재물의 개수가 감소되어 주편의 품질이 양호하게 되어 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 주편의 품질은 CaO함유 내화물의 면적 비율이 더 증가됨에 따라 양호하게 되며, 모든 노즐 내측 구멍의 면에 CaO함유 내화물을 적용하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.

이어서, 도 1에 도시되는 노즐의 구조에 있어서 CaO함유 내화물 중 CaO함유량이 주편의 품질에 미치는 영향을 조사했다.

재질		A	B	E	F	G	H	I	J	K	L
조성 질량%	CaO	40	50	10	15	20	30	10	15	20	30
	MgO	30	46	60	55	50	40	76	71	66	56
	C	30	4	30	30	30	30	4	4	4	4

표 4는 표 1에 제시하는 A, B의 조성에 더하여 E∼L에 제시하는 조성의 CaO함유 내화물의 예시를 나타낸다. 이러한 CaO함유 내화물로부터 이전의 표 1에 제시 된 재질의 경우와 마찬가지로 두께 10mm의 슬리브 형상으로 성형·소성·가공한 내화물 성형체를 제작하고, 노즐에 내삽하며 몰타르로 접착하여 시험용의 노즐로 했다. 도 1에 있어서, A, E, F, G, H를 침지 노즐(5)에, B, I, J, K, L을 상부 노즐(2)과 SN(3)과 하부 노즐(4)에 적용했다.

각 노즐 내측 구멍의 표면적은 표 2와 같다.

표 5에, 이러한 노즐을 조합한 도 1에 제시된 분할형 노즐에 의해 상기와 같은 조건에 의한 주조를 해하여 주편의 품질을 조사한 결과를 나타낸다. 품질 평가의 방법은 표 3의 경우와 같다.

		비교예		실시예
		8	9	8	9	10
내측구멍 적용 재질	상부 노즐	I	J	K	L	B
	섭동 노즐	I	J	K	L	B
	하부 노즐	I	J	K	L	B
	침지 노즐	E	F	G	H	A
대형 알루미나 개재물 *1		80	65	20	14	3

*1 개재물 개수는 비교예 1을 100으로 한 지수로 나타냄.

표 5의 결과를 도 4로 정리하고 노즐 내측 구멍의 내화물의 평균CaO함유량과 대형 알루미나계 개재물 개수의 관계를 제시했다. 이 도면에 도시되는 바와 같이, 내측 구멍의 내화물 중 CaO의 평균 함유량이 20질량% 이상이면 주편의 품질이 대폭적으로 개선되는 것이 명백하다.

본 발명은 알루미늄 킬드강의 주조 때, 주편 내의 대형 알루미나계 개재물의 함유량을 대폭적으로 저감시키기 위해 분할형, 단일형을 불문하고 각종 노즐에 적용할 수 있다.

Claims

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내측 구멍의 면에 CaO함유 내화재가 설치된 연속 주조용 노즐을 사용하여, 알루미나의 부착을 방지하고, 주편 내에서 50μm 이상의 대형 알루미나계 개재물을 감소시키는 알루미늄 킬드강의 연속 주조 방법으로서,

상기 노즐은 상부 노즐과, 접동 노즐과, 하부 노즐과, 침지 노즐로 구비된 분할형 노즐이고,

상기 분할형 노즐의 각 부분 노즐들의 내측 구멍의 면의 면적들의 총합에 대한 상기 CaO 함유 내화재가 설치된 부분의 면적의 총합의 비가 50%이상이고,

상기 CaO 함유 내화재는, CaO함유량이 20질량%이상, 60질량%이하이고, 잔부가 MgO로 구성되는 MgO-CaO 내화재 또는 CaO함유량이 20질량%이상, 60질량%이하이고, C의 함유량이 4질량%이상, 30질량%이하이며, 잔부가 MgO로 구성되는 MgO-CaO-C 내화재인 알루미늄 킬드강의 연속 주조 방법.
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제6 항에 있어서,

상기 CaO 함유 내화재는 슬리브 형상으로 성형된 것을 특징으로 하는 알루미늄 킬드강의 연속 주조 방법.
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