KR100951100B1 - 액상형 고정탄소를 이용한 과립형 몰드 플럭스의 제조방법 및 액상형 고정탄소의 제조 공급 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 연속 주조 공정에서 주형내의 용강 상부에 투입되는 부자재인 과립형 몰드 플럭스를 생산하는 과정에서, 현탁액을 제조할 때 고정탄소를 액체 상태로 투입하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 연속 주조 공정에 적용되어 균일한 보온효과를 수행함으로써 중간 완제품인 응고 주편의 품질을 향상시키고, 조업 사고의 원인이 될 수 있는 슬래그 베어의 과성장 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

몰드 플럭스, 보온기능, 용융 속도, 고정탄소, 고정탄소 분산제, 액상형 고정탄소

Description

액상형 고정탄소를 이용한 과립형 몰드 플럭스의 제조방법 및 액상형 고정탄소의 제조 공급 설비{Method of Manufacturing Granular Mold Flux Using Liquid Free Carbon, and Apparatus for Manufacturing and Supplying Liquid Free Carbon}

본 발명은 용강의 연속 주조공정에서 소모성 부자재로 사용되는 몰드 플럭스의 제조방법 및 상기 제조방법에 사용되는 액상형 고정탄소의 제조 공급 설비에 관한 것이다.

일반적으로 몰드 플럭스라함은 연속 주조 설비인 주형(Mold:(1)) 내의 용강(6) 상부에 도포되어 도 1과 같은 구성으로 이루어진다. 이는 용강(6)의 열을 받아 하부는 용융층(5), 중부는 소결층(4), 상부는 미용융층(3)으로 분류된다. 이 중 용융층(5)은 주형(1)과 주편(Solidified steel shell) 사이로 유입되어 주편의 윤활 및 열전달 제어 기능을 수행한 후, 응고된 주편에 고체 상태로 부착되어 주형(1) 하부에서 주편에 분사되는 냉각수에 의해 제거되면서 소모된다. 주형(1) 상부에 설치된 용강의 저장기인 래들(Ladle)에서부터 주형(1)을 거쳐 중간 완제품인 주편이 응고되면서 지나는 경로를 스트랜드(Strand)라고 하며, 연주기 사양에 따라 래들 한 개당 2~6개의 스트랜드로 구성되어 있다. 몰드 플럭스는 이와 같이 주편이 스트랜드를 지나는 과정 중 주형(1) 내에서의 초기 응고 과정에 첨가되어 주조 작업 상황 및 냉각된 주편 제품의 품질에 중요한 영향을 미치는 역할을 하게 된다.

용강주입구(7)를 통해 주형(1) 내로 유입된 용강(6)은 주형(1)을 통과하면서 균일한 두께로 응고가 이루어져야 한다. 주편의 표면결함 중 대부분은 주편의 응고 속도가 알맞지 않거나 불균일하게 응고될 때, 주편 각 부분에서의 응고속도 편차에 의해 응력이 발생하여 생긴 크랙이나 다른 결함들에 의해 생기게 된다. 이런 결함 문제들을 해결하기 위한 몰드 플럭스의 과제는, 용융되어 주형(1)과 주편 사이로 유입된 슬래그가 적정한 윤활기능과 열전달 기능을 수행해야 할 뿐만 아니라, 주형(1) 내에 유입된 용강(6)이 적정온도를 유지하도록 보온기능을 수행해야 하는 것이다.

본 발명의 내용은 몰드 플럭스가 용융된 후의 구성 성분으로서 나타내는 물성인 주형(1)으로의 열전달 제어나 윤활 기능에 관한 내용이 아니라, 미용융 상태나 용융과정 중에 용강(6)의 상부에서 수행하게 되는 역할인 보온 기능과 관련된 내용이다.

몰드 플럭스의 보온기능을 설명하기 위해 몰드 플럭스가 덮고 있는 용강(6)의 상부면에서 일어나는 열방출 과정을 설명하면 다음과 같다. 용강(6)의 경우 주형(1)으로의 열전달을 제외한 대기로의 열방출은, 용강(6)으로부터 발산되는 빛의 복사파에 의한 복사열과 공기 입자들간의 열전달로 나눌 수 있다. 용강(6)의 표층에 몰드 플럭스를 도포할 경우, 용강(6)과 접촉하는 용융층(5)은 투명하기 때문에 복사파가 쉽게 통과하여 복사열이 방출되지만, 소결층(4)과 미용융층(3)은 불투명하기 때문에 복사파가 차단되어 보온되고, 미용융층(3)과 소결층(4)에서의 열전달에 의한 방출은 몰드 플럭스 입자들 사이의 틈을 통한 열의 대류와 입자들간의 열전달을 통해 이루어짐과 동시에 몰드 플럭스의 용융을 진행시킨다. 몰드 플럭스를 통한 열전달 및 용융과정은 상기와 같고, 도포층의 보온기능에 대해 미시적인 설명을 보충하면 다음과 같다.

용강(6) 상부에 새로운 몰드 플럭스가 도포되면 용강(6)으로부터의 열과 산소의 공급으로 연소 온도가 낮은 고정탄소가 먼저 연소되고, 그 연소열과 용강(6)으로부터의 열공급으로 구성 원료들 중 용융점이 낮은 원료부터 용융이 진행되면서 고융점 원료들로 열이 전달되어 점차 용융이 진행된다. 몰드 플럭스에 사용되는 고정탄소의 연소 온도는 400℃ 이상 700℃ 이하의 범위에 있다. 고정탄소의 연소과정에는 열이 필요하므로, 몰드 플럭스 내의 고정탄소의 함량이 많아질수록 타 원료들의 용융점보다 낮은 온도에서 연소가 일어나는 고정탄소에 열이 먼저 공급되게 되고, 전체 고정탄소의 연소시간도 느려진다. 그 결과로 용융속도 또한 느려지게 되는 것이다. 뿐만 아니라, 고정탄소의 함량이 증가하면 연소시 발생하는 연소열량이 많아지고, 보온효과는 상승되는 것이다.

고정탄소는 이렇게 몰드 플럭스의 용융속도를 조절하여 용강(6)위에 도포된 불투명층 두께를 유지함으로써 복사열을 차단하고, 주조 속도에 적당한 용융 슬래그층을 유지하며, 연소시 발열에 의해 용강(6)을 보온하는 작용을 하는 것이다.

몰드 플럭스 내의 고정탄소가 상기의 기능을 발휘하기 위해서는 제품에 따 른 적정 투입 함량과 균일한 분산이 매우 중요하다.

몰드 플럭스 내에 투입된 고정탄소의 함량이 너무 적으면, 용융이 과다하게 일어나게 되고, 불투명 미용융층(3)이 부족하게 되어 복사열의 방출이 증가하게 되므로 주형(1)내의 용강(6) 상부가 응고되는 문제를 야기하기도 한다. 반대로 고정탄소의 함량이 너무 많을 때에는 용융 속도가 너무 느려져서, 윤활을 하기 위한 용융층(5)이 부족하여 주편이 고착되는 사고인 구속성 브레이크아웃(breakout)이 발생하게 되는 것이다.

몰드 플럭스 내에서 고정탄소의 균일 분산의 중요성에 대해 설명하면 다음과 같다. 고정탄소의 분산이 균일하지 않게 되면, 몰드 플럭스의 용융속도가 불균일해지고, 용강(6)을 덮고 있는 용융층(5)의 두께도 부분에 따라서 불균일하게 된다. 결과적으로 용강(6)에 대한 보온효과도 불균일하게 된다는 것을 뜻한다.

또 다른 문제는 슬래그 베어(Slag bear: (2))의 문제다. 슬래그 베어(2)는 용융 슬래그층과 주형(1) 동판이 접촉되는 부분에서 형성되는데, 정상적인 것은 조업상에 문제가 되지 않을 정도의 작은 크기로 생성된다. 슬래그 베어(2)는 주형(1)의 진동폭(Stroke)이나 용강(6)의 유동이 큰 경우, 용융 슬래그가 주형(1) 벽에 부착된 채로 응고되어 생성되는 것으로, 주편과 주형(1) 사이로 유입되지 못하고 주형(1) 벽에 부착 응고된 슬래그를 말한다. 이때, 몰드 플럭스 내의 고정탄소 함량이 적정치 못하거나, 불균일 할 경우에 작게 형성된 슬래그 베어(2)를 과성장 하게 만든다. 그 과정은, 몰드 플럭스 내의 고정탄소가 불균일하게 분산 되어 있는 경우, 고정탄소가 적은 부분은 완전 용융이 이루어져 슬래그 유입구 쪽으로 확산 이 동을 하게 되고, 이때 고정탄소의 함량이 불균일하게 많은 부분은 미용융 상태로 확산되어 작게 형성된 슬래그 베어(2)에 부착되는 것이다. 또는 고정탄소가 불균일하게 많은 부분의 용융이 지연되어서 소결층(4)이 두꺼워지므로, 이런 부분이 슬래그 베어(2)에 부착되어 성장하게 되는 것이다. 미용융된 부분은 용융된 부분보다 비중이 낮기 때문에 미용융된 부분은 윗부분에 형성된 슬래그 베어(2)에 부착하게 되고, 몰드 플럭스내에서 고정탄소의 분산이 불균일 할수록 슬래그 베어(2)의 성장 속도는 빨라져서, 작업자가 제거하지 못했을 경우 주편의 윤활기능을 하는 용융 슬래그의 유입량이 불균일해져서 표면에 크랙이 발생하거나 더 심한 경우 슬래그의 유입이 차단되어 구속성 브레이크아웃(Breakout)사고를 야기한다. 주조 속도가 느렸던 과거에는 상기와 같은 문제점들이 더 적을 수 있었으나, 현재와 같이 주조 속도가 빨라지게 되면서, 주형(1) 안으로 용강(6)의 유입이 빨라지게 되고, 용강(6)의 유동도 심해진다. 이런 조건하에서 몰드 플럭스의 용융 속도 제어가 불균일하게 되면 상기 문제점들이 심각하게 발생하게 되는 것이다.

실제 몰드 플럭스 내의 고정탄소 함량의 불균일 및 물성이 부적합 할 때, 문제가 가장 민감하게 나타나는 강종의 주조 상황에 대해 설명하면 강중 고정탄소 함량에 따라 분류된 중탄소강의 경우, 응고 중에 타 강종에 비해 응고시 수축율이 높아서 초기 응고 중에 몰드 플럭스에 의한 영향이 조업 상황 및 주편 품질에 민감하게 나타난다. 그래서 보온이 불균일하면 수축의 편차가 생기고, 슬래그 베어(2)에 의해 용융 슬래그의 유입이 불균일해지면, 크랙 발생 위험이 증가하게 되는 것이다. 그런 이유로 몰드 플럭스 내의 고정탄소를 균일하게 분산시키고자 하는 방법에 대한 연구가 계속 진행되어 왔다.

고정탄소를 포함하여 일반적인 몰드 플럭스 제조에 사용되는 원료들에 대해 설명하면 다음과 같다.

구성원료들은 통상적으로 물성을 나타내기 위한 역할에 따라 분류하는데, 몰드 플럭스의 용융속도를 제어하기 위한 골재(Skeleton material)인 고정탄소(Free Carbon) 종류, 구성 함량 중 50중량% 이상을 차지하는 CaO-SiO₂-Al₂O₃계열의 기재(Base Material) 종류, 용융 온도 및 점도의 하향 조절을 위해 첨가되는 융재(Melting Material) 및 기타 첨가물들로 구성된다. 몰드 플럭스 구성의 모든 함량은 중량%로 적용된다.

몰드 플럭스 내에 존재하는 탄소는 원료들 중 CaCO₃, Na₂CO₃, Li₂CO₃, MgCO₃ 등과 같이 화학적인 결합 상태로 존재하는 탄소와 상기에서 언급한대로 본 발명에 적용되는 고정탄소로 분류 할 수 있다. 몰드 플럭스 업종에서 지칭하는 일반적인 탄소란 고정탄소를 말한다. 고정탄소는 주로 석탄이나 코크스 등에서 수분, 회분(Ash), 휘발분 등을 제외한 주성분이 탄소인 고체를 입자 크기에 따라 분쇄하여 분류한 것을 말한다.

몰드 플럭스에 사용되는 고정탄소는 입자의 크기에 따라 조립(Coarse particle) 고정탄소와 미립(Fine particle) 고정탄소로 분류하는데, 종류에 따라 연소반응을 시작하는 온도와 발열량이 다르며, 통상적으로 미립일수록 연소 온도가 더 낮다. 이런 특성들을 이용하여 몰드 플럭스의 용융을 제어한다. 도 2에서 보는 바와 같이 몰드 플럭스 내의 고정탄소 함량이 증가 할수록 용융시간이 더 오래 걸림을 알 수 있다. 또한, 미립 고정탄소의 용융 속도 제어 성능이 조립 고정탄소보다 우수하다는 것은 몰드 플럭스 관련 자료들에서 쉽게 알 수 있다.

통상적인 몰드 플럭스 내의 고정탄소의 함량은 주조 강종과 속도에 따라 결정되며, 미립과 조립을 합하여 0~25중량%을 사용한다.

본 발명은 과립형 몰드 플럭스의 제조 공정에서 고정탄소를 투입하는 방법을 새롭게 하여 제품내의 고정탄소 분산성을 향상시키는 신기술에 관한 내용이며, 이를 설명하기에 앞서 일반적인 몰드 플럭스와 그 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.

몰드 플럭스는 그 형상에 따라 크게 과립형(Granule type)과 분말형(Powder type)으로 분류할 수 있다. 분말형은 원료들을 기계적인 단순 혼합 과정으로 제조한다. 과립형은 막대형(Cylinder type)과 중공과립형(Hollow granule type)으로 나뉘는데, 그 제조 과정에서 원료들과 물, 과립형상을 유지하기 위한 결합재(Binder)등을 혼합하여 현탁액으로 만드는 과정은 동일하다. 이후 중공과립형은 뜨거운 공기층이 있는 건조기 내부로 분사된 현탁액이 중력의 영향으로 건조기 벽을 따라 아래로 흘러 내리면서 구형이 형성되고 내부의 수분이 빠져나가면서 구형 내부가 빈 형태로 제조되며, 막대형은 현탁액을 압출 방식으로 건조시키면서 밀려나온 것을 잘라서 제조한다. 초기에는 몰드 플럭스가 대부분 분말형이었으나, 작업현장에서 발생하는 분진 문제와 단순히 기계적으로 혼합하므로 미립 고정 탄소의 분산이 균일하지 못한 문제가 있었다. 이를 개선하고자 과립형으로 제조하는 방법을 개발하 였다.

과립형의 제조 과정 중 본 발명이 속하는 현탁액을 제조하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

현탁액의 제조시에는 먼저 물에 고정탄소 분산제를 넣어 혼합한 후 고정탄소를 투입하여 분산을 시킨다. 그 다음에 원료들을 투입하여 혼합하는 과정을 통해 현탁액을 제조하여야 한다. 그 이유는 몰드 플럭스 제조에 사용되는 일반적인 다른 원료들은 물에 용해되거나 쉽게 분산이 되지만, 고정탄소는 원료 입자에 대한 물의 표면 장력이 과대하여 스스로 분산되지 못하고 덩어리 상태로 존재하게 되기 때문에 여기에 다른 원료들을 넣게 되면 원료들과 고정탄소가 균일하게 혼합되지 않는다. 그래서, 오히려 분말형보다 고정탄소의 분산이 더 불균일한 결과를 초래한다. 당 업종에서 일반적인 고정탄소 분산제는 고정탄소에 대한 물의 계면장력을 저하시켜 물과의 혼합성을 향상시키는 계면활성제 종류를 말한다. 고정탄소와 물과의 혼합성에 대해 설명하면, 조립은 미립에 비해 입자의 크기가 커서 입자들간의 접촉 표면적이 작으므로, 표면마찰력이 작아진다. 그래서, 혼합시 다른 원료들과의 충돌만으로도 대부분 분산이 되지만, 입자들간의 표면 마찰력이 크고 물의 표면장력도 큰 미립 고정탄소는 분산제가 없이는 분산이 어려우며, 제품 내에 미립 고정탄소의 함량이 많은 제품일수록 분산제와 혼합시간이 길어져야 하고 제품의 생산 시간 또한 지연된다.

과립형 몰드 플럭스의 개발로 미립 고정탄소의 분산이 더 균일해 졌지만, 미립 고정탄소의 함유량이 증가하게 되면 생산시간이 지연되고, 생산성을 높이고자 혼합 시간을 줄이게 되면 고정탄소의 분산이 불균일한 문제가 자주 발생하였다. 미립 고정탄소는 상기에 설명한 바와 같이 용융 속도 제어 효과가 조립 고정탄소보다 더 크므로, 분산이 균일하지 않을 경우 몰드 플럭스가 용융시에 불균일 용융 문제가 더욱 확연히 드러나게 된다.

본 발명은 과립형 몰드 플럭스의 제조 공정에서 고정탄소를 투입하는 방법을 새롭게 하여 제품내의 고정탄소 분산성을 향상시키는 신기술로서, 종래의 과립형 몰드 플럭스 제조 공정 중 현탁액의 제조시 미립형 고정탄소를 액체 상태로 만들어 투입하는 방법을 개발함으로써 종래의 제조법보다 제품내의 고정탄소가 균일하게 분포하도록 하는 데 그 목적이 있다.

종래의 현탁액 제조방법은 생산성을 향상시키는 문제와 고정탄소의 균일 분산이라는 문제를 동시에 해결하기에는 어려움이 있었다. 고정탄소의 분산을 저해하는 원료들의 투입에 유의해야 하며, 혼합 시간이나 현탁액의 온도, 작업자의 실수 등의 원인에 의해 고정탄소의 분산이 불균일 할 경우가 종종 발생하였다.

그래서, 본 발명은 미리 균일하게 분산시킨 액체 상태의 고정탄소를 현탁액 제조 과정에 투입하게 되면, 제품내에서 분산이 더욱 균일하게 이루어 질 것이라는 개념에서 출발하였다.

즉, 본원 발명의 제 1 형태는 액상형 고정탄소를 이용한 과립형 몰드 플럭스의 제조 방법에 관한 것으로서, 현탁액 제조를 위한 현탁액 제조기(Screw blunger)의 외부로부터 액상형 고정탄소를 제조하는 단계; 및 제조된 액상형 고정탄소를 현탁액 제조기로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원 발명의 제 2 형태는 과립형 몰드플럭스의 제조시 사용되는 액상형 고정탄소의 제조 및 공급을 위한 설비에 관한 것으로서, 액상형 고정탄소를 제조하기 위한 제조용기; 상기 제조용기 내에서 고정탄소를 분산시키기 위한 교반기; 상기 제조용기 내의 분말형 고정탄소와 고정탄소 분산제의 혼합효율을 높이기 위해 혼합물을 강제 순환시키는 혼합 순환 펌프; 상기 제조용기에서 제조된 액상형 고정탄소를 저장하기 위한 저장기; 및 상기 저장기로부터 액상형 고정탄소를 현탁액 제조기로 이송하기 위한 이송배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 과립형 몰드 플럭스를 제조하는 경우, 고정탄소가 균일하게 분산된 과립형 몰드 플럭스를 얻을 수 있고, 이러한 과립형 몰드 플럭스를 연속 주조 공정에 적용할 경우, 용강의 보온 효과가 균일하게 되고 또한 슬래그 베어가 현저히 줄어들게 되므로, 표면 품질이 향상된 주편을 얻을 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명이 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

우선, 분말형 고정탄소와 물을 혼합하여 액상형 고정탄소를 제조한다. 액상형 고정탄소의 제조시 유의해야 할점은 물과 분말형 고정탄소의 혼합 비율의 조정이다. 즉, 물에 대한 분말형 고정탄소의 비율이 너무 낮을 경우, 물의 양이 많아서 현탁액 1회 제조시 투입되는 액상형 고정탄소의 양이 많아지므로, 제조용기와 저장기의 부피가 커져야 하며, 혼합 시간도 길어진다. 또한, 물에 대한 분말형 고정탄소의 비율이 너무 높을 경우는 액상형 고정탄소의 탁도가 높아져서 분산을 위한 순 환 및 이송이 어려웠다. 따라서, 물과 분말형 고정탄소의 혼합 비율은 4:1(중량비)가 바람직하다.

다음으로, 상기 제조된 액상형 고정탄소를 적용하여 몰드 플럭스의 제조를 위한 현탁액을 제조한다.

액체 상태로 제조된 고정탄소를 현탁액을 제조할 때 투입하는 방법은 저장기에 보관하였다가 계량기를 통하여 액체 탄소내에 포함된 미립 고정탄소의 함량이 기존 제품내에 함유된 함량과 동일하도록 투입하는 것이다.

이때 사용되는 액상형 고정탄소의 제조 공급 설비는 도 6에 나타낸 바와 같다. 즉, 도 6에서 보는 바와 같이 본 발명의 액상형 고정탄소의 제조 공급 설비는 액상형 탄소 제조용기와 교반기, 혼합 순환 펌프, 저장기 및 이송 배관으로 이루어진다. 분말형 고정탄소를 제조용기 내에서 분산제와 물과 함께 교반기만 사용하여 혼합할 때에는 분말형 고정탄소가 물위에 부유하여서 분산시간이 오래 걸렸다. 그래서 제조용기 하부에 혼합 순환 펌프를 설치하여 혼합액을 강제 순환 시킴으로써, 뭉쳐져 있던 미립 고정탄소 덩어리는 펌프를 통과하면서 파쇄되고, 분산제와의 접촉효율도 향상되기 때문에 분산에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

제조된 액상형 고정탄소를 현탁액 제조에 적용 생산함에 있어서 유의점은, 미립 고정탄소의 함량이 많은 제품의 경우에는 액상형 고정탄소의 투입량을 늘리게 되므로, 현탁액 제조기(Screw blunger) 내에 투입되는 물의 양을 액상형 탄소내에 포함된 물의 양만큼 줄여야 한다는 것이다. 몰드 플럭스 제조용 현탁액 제조시 물의 투입량이 너무 많으면, 현탁액의 농도가 묽어지게 되고, 건조 과정에서 노즐을 통해 분사 할 때, 분진의 발생이 현저히 증가하게 된다. 또한, 물의 투입량이 너무 적을 때에는, 현탁액의 농도가 너무 탁해서 노즐을 통한 분사가 어려워지고, 분사 압력을 높이게 되면 연료의 소모량이 증가하고 노즐의 마모도 빨라지게 된다. 따라서 현탁액 제조시 물의 함량이 매우 중요하다. 그렇기 때문에, 본 발명과 같이 액체 상태로 고정탄소를 공급할 경우, 액상형 고정탄소에 포함된 물의 양만큼 현탁액 제조시 감해 주어야 한다. 이를 위해, 아래와 같은 식에 따라 현탁액 제조기(Screw blunger) 내에 투입하는 물의 양과 액상형 고정탄소의 투입량을 결정한다.

(1) 액상형 고정탄소(100%) = 분말형 고정탄소(20%) + 물(80%)

(2) 액상형 고정탄소의 투입량×0.2 = 기존품의 미립 고정탄소 투입량

(3) 현탁액의 물 투입량 = 기존품의 물투입량 - 액상형 고정탄소의 투입량×0.8

몰드 플럭스 제조업자들이 제조된 제품내의 고정탄소가 균일하게 분산되었는지를 확인하는 시험법에는 현미경을 사용하여 덩어리 형태의 고정탄소가 존재하는지를 확인하는 방법과, 용융 형상을 확인하여 균일하게 용융되는 지를 확인하는 것이다.

용융 형상 확인 실험법은, 용강(6) 상부에서 용융이 진행되는 용융 슬래그의 온도와 유사한 1300℃의 고온 전기로 내에서 도 4와 같은 형상의 용기에 몰드 플럭스 제품을 담아서 넣어 두었다가 일정 시간 경과 후 용융이 진행된 형상을 확인하는 것인데, 이 실험은 몰드 플럭스가 하부에서 열을 공급받아서 용융되는 실제 공정을 정확히 모사한 것은 아니지만, 열로 인하여 균일하게 용융되는지를 확인함으 로써 고정탄소의 균일 분산 정도를 확인할 수 있는 실험법이다.

상기 실험에서, 구형의 크기가 균일하게 형성되어 분포하고 성장한다는 것은 고정탄소의 분포가 균일하여 용융속도를 제어하는 기능을 균일하게 발휘하고 있다는 것을 의미한다. 고정탄소가 완전히 분산되지 못하고, 입자들이 뭉쳐진 상태로 존재하면, 용융 속도를 제어하는 효과도 부족하여 형성된 구형이 불균일할 뿐만 아니라, 크기도 더 커지게 된다. 다른 제조업체들에서의 실험법이 시료의 양과 수, 전기로 내에서의 유지 시간 등에 있어서 다를 수 있지만 평가하는 방법은 동일하다.

이 실험에서 유의해야 할 점은 용기의 모양이 도 4와 같이 모서리 부분을 둥글게 만들어야 한다는 것이다. 모서리 부분을 각진 형태로 만들게 되면, 시료에 대한 열 공급이 용기 중앙부와 모서리 부분이 달라지게 된다. 즉, 모서리 부분은 측면에서 받는 열의 공급이 더 많아서 용융이 더 빨라지게 되므로, 고정탄소의 균일 분산을 확인하기가 어려워진다. 그리고, 서로 다른 제품에 대해 고정탄소의 균일 분포 정도를 비교하고자 한다면 각 시료의 무게를 동일하게 해야 한다.

[실시예]

본 발명을 실시함에 있어서, 진행 과정은 액상형 고정탄소의 제조와 현탁액 제조의 적용에 있어서 문제점 해결, 실험법을 통한 균일 분산의 확인, 실제 연주조업에 제품을 적용하여 그 효과를 검증하는 단계로 이루어졌다.

우선, 분말형 고정탄소와 물을 혼합하여 액상형 고정탄소를 제조하였다. 액상형 고정탄소의 제조시 물과 분말형 고정탄소의 혼합 비율을 4:1로 규정하였다.

종래법에 의해 현탁액 제조기에서 분말형 고정탄소를 분산시킨 후 타원료를 투입하기 전의 고정탄소 분산액을 채취하여, 본 발명에 의해 제조된 액상형 고정탄소와 고정탄소 입자의 분산 정도를 전자 현미경으로 비교하였다. 도 3에서 (가)는 종래법에 의한 고정탄소 분산액이며, (나)는 본 발명의 액상형 고정탄소이다. 도면에서 비교 가능한 바와 같이 종래법에 의한 고정탄소의 분산은 입자들이 덜 분산되어 덩어리 상태로 존재하는 것을 확인할 수 있었다.

제조된 액상형 고정탄소를 적용하여 현탁액을 제조하였다. 현탁액 제조시, 현탁액 제조기 내에 투입하는 물의 양과 액상형 고정탄소의 투입량은 하기 식에 의하여 결정하였다.

(1) 액상형 고정탄소(100%) = 분말형 고정탄소(20%) + 물(80%)

(2) 액상형 고정탄소의 투입량×0.2 = 기존품의 미립 고정탄소 투입량

(3) 현탁액의 물 투입량 = 기존품의 물투입량 - 액상형 고정탄소의 투입량×0.8

본 발명을 적용하기 위한 몰드 플럭스 제품의 선정은 중탄소강용 제품으로, 주조 속도가 빠른 주형(1)인 슬래브(Slab)형과 박판(Thin Slab)형에 대해 실시하였다. 몰드 플럭스 제품내의 고정탄소 총함량은 1.0~15중량%이며, 이중 미립 고정탄소의 함량은 0.5~5중량%이다.

본 발명의 적용에 앞서 도 4는 선정 제품을 종래 생산법으로 탄소 분산제와 탄소의 혼합 시간에 따라 용융 형상을 확인한 것이다. 확인 가능한 바와 같이 혼합 시간이 길어질수록 용융 형상이 균일한 것을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의해 제조된 제품의 용융형상을 실험하였다.

본 발명에 적용한 실험법은 용기에 동일한 양(50g씩)을 담은 시료를 세 개 준비하여 전기로 내에서 각각 1분, 3분, 5분 동안 유지한 후 그 용융량과 균일 용융 정도를 확인하였다. 이와 같은 시간으로 유지한 이유는 고정탄소의 연소가 700℃ 이하에서 이루어져 소결반응이 일어나므로, 1300℃에서는 1분 정도가 경과하면 소결층(4)이 표면에 형성되는 것을 확인할 수 있고, 그 이후는 용융이 진행되어 구형이 형성 및 성장하는 것을 확인할 수 있기 때문이다.

그 결과는 도 5와 같고, 종래법에 의한 결과인 도 4와 비교하면 용융이 훨씬 균일하게 이루어질 뿐만 아니라, 형성되는 구형의 형상이 더 작은 것을 알 수 있다. 이로써, 본 발명을 적용한 제품이 종래법에 의한 제품보다 용융이 균일할 뿐만 아니라 용융속도를 제어하는 효과도 향상됨을 알 수 있었다.

본 발명에 의해 제조된 제품을 연속 주조 공정에 적용하여 그 효과를 검증하였다. 검증 방법은 일반적으로 몰드 플럭스 개선품을 시험할 때 적용하는 방법으로서, 동일한 용강(6)의 조건하에서 종래품과 개발품을 서로 다른 스트랜드에 적용하여 그 작업 상황(즉, 슬래그 베어(2)의 제거 횟수 비교) 및 품질 결과(즉, 표면 품질 비교)를 비교하는 것이다. 그 결과는 아래 표와 같다.

주형 타입	몰드플럭스 내의 고정탄소 총함량 (중량%)	슬래그 베어 제거횟수		표면 품질(결함율: %)
		종래품	본 발명	중래품	본 발명
슬래브	10.4	5	양호	2.1	1.0
슬래브	9.5	5	양호	2.4	1.1
슬래브	10.0	4	양호	2.3	1.3
박판	5.8	4	없음	0.8	0.4
박판	4.3	3	없음	0.7	0.4
박판	6.3	4	없음	0.8	0.3
박판	5.5	4	없음	0.8	0.4

래들(Ladle) 1 회(1 Heat)를 주조하는 동안에 슬래그 베어(2)를 제거한 횟수로 작업상황을 평가하였고, 표면 품질에 대한 평가는 차기 공정인 압연 공정에서 전체 투입된 응고 주편의 양에 대한 결함이 발생한 주편의 양을 백분율(%)로 비교평가하였다. 슬래브형의 주조에서는 본 발명에 의해 제조된 제품의 적용시 작은 슬래그 베어의 발생이 있었지만, 제가할 필요가 없을 정도의 작은 크기로 형성되었는바, 그 결과를 '양호'로 기재하였다.

상기 시험 결과에서 확인 가능한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 과립형 몰드 플럭스를 연속 주조 공정에 적용하면 슬래그 베어가 현저히 줄어들었음을 알 수 있었다. 슬래그 베어가 줄어들면, 용융 슬래그의 균일 유입이 확보되고, 이로써 주편에서 주형으로 열을 균일하게 전달하여 균일 응고가 일어나게 한다는 것은 제강 공정에서 익히 알려져 있는 사실인바, 상기와 같은 효과로서 주편의 표면 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

도 1은 주조 작업 중 주형(1) 내에서의 용강(6)과 몰드 플럭스의 용융, 유입 거동을 나타내는 모식도.

도 2는 몰드 플럭스 내의 고정탄소 함량과 종류에 따른 용융 속도와의 관계도.

도 3은 분말형 고정탄소 분산액과 액상형 고정탄소를 현미경을 이용하여 고정탄소의 분산도를 확인한 비교도.

도 4는 종래의 분말형 고정탄소를 적용한 현탁액 제조시 미립 고정탄소의 혼합 시간 차이에 따른 몰드 플럭스 용융성의 균일도를 비교한 실험도.

도 5는 본 발명의 액상형 고정탄소를 적용한 몰드 플럭스의 용융성 균일도 실험 결과도.

도 6은 본 발명의 액상형 고정탄소의 제조 설비와 현탁액 제조기로의 공급을 나타내는 경로도.

부호의 설명

1 … 주형 2 … 슬래그 베어

3 … 미용융층 4 … 소결층

5 … 용융층 6 … 용강

7 … 용강주입구

Claims (2)

1. 삭제
2. 과립형 몰드플럭스의 제조시에 사용되는 액상형 고정탄소의 제조 및 공급을 위한 설비로서,

   액상형 고정탄소를 제조하기 위한 제조용기;

   상기 제조용기에서 제조된 액상형 고정탄소를 저장하기 위한 저장기; 및

   상기 저장기로부터 액상형 고정탄소를 현탁액 제조기로 이송하기 위한 이송 배관을 포함하고,

   상기 제조용기는 그 내부에 고정탄소를 분산시키기 위한 교반기를 구비하고 있으며,

   상기 제조용기의 하부에는 제조용기 내부의 혼합물을 강제 순환시키기 위한 혼합 순환 펌프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액상형 고정탄소의 제조 공급 설비.

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