KR101471505B1 - 전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법 - Google Patents

전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 몰드 플럭스를 강의 연속 주조 공정에서 주형 내 첨가제로 사용할 경우, 높은 접착력으로 인해, 낮은 분진률 및 파쇄율을 구현할 수 있고, 설비손실을 방지할 수 있으며, 강의 화염 발생을 감소시켜 용융속도를 안정적으로 유지할 수 있다.

Description

전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법{Starch solution containing mold flux and the manufacturing method thereof}
본 발명은 전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
몰드 플럭스란, 강의 연속 주조 공정에서 주형 내 첨가제로 사용하는 중요한 소모성 부자재로서, 이를 주형내 용강 위에 투입하면 용강의 열을 받아 미용융층, 소결층 및 용융 슬래그층의 3개 층을 나타낸다. 이러한 몰드 플럭스의 주된 기능은, 탄소 함량과 밀접하게 관계하여 용강의 응고를 방지하는 보온기능, 대기와의 접촉을 차단함으로써 대기에 의한 용강의 재산화를 방지하는 기능, 용강 표면으로부터 부상되는 개재물을 흡수하는 기능, 응고 셸(shell)과 주형간의 윤활 기능 및 응고 셸과 주형 간의 열전달 매체의 기능 등이 있다. 특히, 몰드 플럭스는 용강과 접촉하여 액상 슬래그(slag)로 변화되면서 주형과 응고 셸 사이에 유입되어 윤활 작용을 함으로써 연속 주조 공정의 조업 안정과 주편 표면 품질을 향상시키는 기능을 한다.
액상 슬래그는 주형과 응고 셸 사이에 원활히 유입되어 윤활 작용을 해야 하지만, 불규칙적인 탕면 변화를 갖고, 용강에서 부상된 개재물을 포함하는 연속 주조 조건 및 몰드 플럭스의 불균일한 용융에 의해 액상 슬래그는 주형 벽면에서 미세하게 응고가 진행되어 거시적인 크기의 응고 물질을 탕면 부위의 주형 벽면에서 형성하게 되는데, 이를 슬래그 베어(slag bear)라고 한다.
상기 슬래그 베어는 물리적으로 주형과 응고 셸 사이로 유입되는 액상 슬래그의 양을 제어하는 역할을 담당하게 되는데, 일반적으로 이 슬래그 베어는 지속적으로 성장하지 않고 응고와 용융이 균형을 이루면서 미세하게 존재해야 한다. 그러나, 슬래그 베어가 과다하게 성장될 경우, 액상 슬래그의 유입을 저해하는 원인을 주형과 응고 셸 간의 윤활 부족을 초래하게 되고, 심지어 응고 셸과 슬래그 베어가 융착되어 주조될 경우에는 슬래그 베어에 의해 열전달 효과가 떨어지며, 융착된 부위의 응고 셸은 정상의 응고 셸 두께보다 상대적으로 얇아지게 된다. 응고 셸이 주형을 빠져나올 때는 마찰력이 존재하는데 상대적으로 얇은 부위의 응고 셸에 인장응력(Tensile Strength)이 집중되어 이를 견디지 못하는 두께의 응고 셸은 찢어지면서 구속성 브래이크 아웃(Break Out)이 발생되어 설비 및 재산상 손실을 초래하게 된다. 따라서, 강의 연속 주조 작업시 슬래그 베어 성장에 직접적으로 영향을 미치는 몰드 플럭스의 기능을 개선하기 위해서는 균일한 용융 속도를 갖는 몰드 플럭스를 제조하여야 하는데, 이는 미립 탄소의 분산을 균일하게 함으로써 조절할 수 있다.
종래 기술에는, 전분 용액(젤)을 사용하지 않고, 단순히 고체 가루 상태의 전분을 스크류 블런저(Screw Blunger) 탱크에서 상온의 공업용수에 바로 투입하여 분산시킨 후, 여러 가지 기재 원료를 투입하여 슬러리(Slurry)를 제조하여 몰드 플럭스를 제조하였는 바, 이 경우에는 고체 가루 상태의 전분을 용해하지 않고 단지 침전 반응을 이용하여 전분 입자의 물리적인 분산을 유도하였다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 미세한 부분에서 편석을 초래하여 스타치에 의한 미립 탄소분산의 효과가 적었고, 연속 주조 조업 중에 슬래그 베어 성장으로 조업 중 성장된 슬래그 베어를 인위적으로 제거하는 작업이 불가피하였으며, 이로 인해 조업의 불안정성과 주편 품질 불량 문제를 초래하였다.
한국등록특허 10-0548703호
본 발명은 전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 몰드 플럭스는 타피오카 전분 및 광물 골재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 몰드 플럭스의 하나의 예로서,
타피오카 전분 및 광물 골재를 포함하는 몰드 플럭스를 제공할 수 있다.
또한, 상기 몰드 플럭스 제조방법의 하나의 예로서,
물 및 타피오카 전분을 혼합하여 전분 젤을 제조하는 단계; 및
전분 젤에 탄소 기재, 광물 골재 및 융재를 혼합하여 전분 용액을 제조하는 단계를 포함하는 몰드 플럭스 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 몰드 플럭스를 강의 연속 주조 공정에서 주형 내 첨가제로 사용할 경우, 높은 접착력으로 인해, 낮은 분진률 및 파쇄율을 구현할 수 있고, 설비손실을 방지할 수 있으며, 강의 화염 발생을 감소시켜 용융속도를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에서, 몰드 플럭스의 SEM 사진이다.
도 2는 일 실시예에서, 강의 연속 주조 중의 몰드 플럭스 단면의 모식도이다.
본 발명은 전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 몰드 플럭스의 하나의 예로서,
타피오카 전분 및 광물 골재를 포함하는 몰드 플럭스를 제공할 수 있다.
타피오카란, 열대작물인 카사바의 뿌리로부터 채취할 수 있으며, 종래에 사용하던 옥수수 전분 또는 밀 전분과 비교하여, 타피오카 전분은 아밀로오스(amylase)의 비율이 적어, 호화(gelatinization)하기 쉽고, 노화(staling)하기 어려운 성질을 갖고 있다. 이와 같은 성질로 인하여, 타피오카 전분을 사용한 몰드 플럭스는 몰드 플럭스 원료들 간의 바인더(binder)로써의 강한 응집력을 통하여 분진 발생을 억제할 수 있고, 높은 강도의 몰드 플럭스를 제조할 수 있다. 또한, 상기 타피오카 전분은 분말 형태일 수 있으며, 몰드 플럭스 내에서, 몰드 플럭스의 용융 속도를 균일하게 제어하여 슬래그 베어 성장을 억제하고, 조업의 안정성 및 높은 주편 품질을 얻을 수 있다.
상기 광물 골재는 특별히 한정되지 않으나, 규회석, 방해석, 빙정석, 실리카, 소다, 불화소다, 장석, 규소 산화물, 붕소 산화물, 불소 산화물, 마그네슘 산화물 및 보크사이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
몰드 플럭스 전체 100 중량부를 기준으로,
타피오카 전분 0.1 내지 5 중량부;
광물 골재 10 내지 50 중량부;
탄소 기재 15 내지 25 중량부;
융재 5 내지 15 중량부; 및
물 35 내지 40 중량부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 타피오카 전분은 몰드 플럭스 전체 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 4.5 중량부, 1 내지 4 중량부, 1 내지 3 중량부 또는 2 내지 4 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 광물 골재는 몰드 플럭스 전체 100 중량부를 기준으로, 10 내지 40 중량부, 10 내지 30 중량부, 20 내지 40 중량부 또는 30 내지 50 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 탄소 기재는 몰드 플럭스 전체 100 중량부를 기준으로, 18 내지 25 중량부 또는 18 내지 22 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 융재는 몰드 플럭스 전체 100 중량부를 기준으로, 7 내지 15 중량부 또는 8 내지 13 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 물은 몰드 플럭스 전체 100 중량부를 기준으로, 35 내지 38 중량부 또는 36 내지 38 중량부를 포함할 수 있다. 상기 몰드 플럭스 조성 내에서, 원료들 간의 강한 응집력을 구현할 수 있으며, 이를 통해, 종래에 1500℃가 넘는 높은 용강 온도에서 발생할 수 있는 화염 문제 또한 억제할 수 있어, 높은 품질의 주편을 제조할 수 있다.
상기 몰드 플럭스는 탄소 성분 및 융재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 탄소 성분은 특별히 한정되지 않으나, 미립 탄소, 재(ash), 코크스 및 흑연 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 탄소 성분은 몰드 플럭스 내에서 요융 속도를 균일하게 제어하여 슬래그 베어 성장을 억제할 수 있다.
또한, 상기 융재는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 소다, 불화소다, 리튬, 붕소 및 불소 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 상기 융재는 몰드 플럭스 내의 용융속도를 제어할 수 있다.
상기 상기 타피오카 전분, 광물 골재, 탄소 성분 및 융재를 포함하는 몰드 플럭스는 과립 형태일 수 있다. 예를 들어, 중공 과립 구조를 포함할 수 있으며, 이를 통해, 높은 응집력을 확인할 수 있다.
상기 몰드 플럭스를 0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 투입하고 5 분간 흔든 후 잔류물의 무게를 측정하였을 때, 하기 수학식 1에 의해 측정된 분진율이 2% 이하일 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013024109790-pat00001
또한, 몰드 플럭스를 15 mm 지름의 유리구슬 3개 및 15 mm 지름의 쇠구슬 1개가 든 0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 투입하고 5 분간 흔든 후 잔류물의 무게를 측정하였을 때, 하기 수학식 2에 의해 측정된 파쇄율이 20% 이하일 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112013024109790-pat00002

또한 본 발명은 몰드 플럭스의 제조방법을 포함할 수 있으며, 하나의 예로서,
물 및 타피오카 전분을 혼합하여 전분 젤을 제조하는 단계;
전분 젤과 탄소 기재, 광물 골재 및 융재를 혼합하여 전분 용액을 제조하는 단계를 통해 제조할 수 있다.
또한, 상기 전분 젤과 탄소 기재, 광물 골재 및 융재를 혼합하여 전분 용액을 제조하는 단계 후에, 스프레이 드라이(spray dry)를 이용하여 분사하는 단계를 더 포함하여 몰드 플럭스를 제조할 수 있다.
상기 물 및 타피오카 전분을 혼합하여 전분 젤을 제조하는 단계에서, 스크류 블런저 탱크에 상온의 공업용수 및 분말 형태의 타피오카 전분을 혼합하여 전분 젤을 제조할 수 있다.
그런 다음, 상기 제조된 전분 젤과 탄소 기재, 광물 골재 및 융재를 혼합하여 전분 용액을 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 광물 골재는 규회석, 방해석, 빙정석, 실리카, 소다, 불화소다, 장석, 규소 산화물, 붕소 산화물, 불소 산화물, 마그네슘 산화물 및 보크사이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 탄소 성분은 미립 탄소, 재(ash), 코크스 및 흑연 중 1 종 이상을 포함할 수 있고, 상기 소다, 불화소다, 리튬, 붕소 및 불소 중 1 종 이상을 포함할 수 있으며, 이를 통해 제조된 전분 용액은 균일한 분산도를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 몰드 플럭스는 연속 주조 공정에서 사용될 수 있으며, 이는 도 2를 통해 나타낼 수 있다. 상기 도 2는, 강의 연속 주조 중의 몰드 플럭스 단면의 모식도이며, 주형(1), 슬래그 베어(2), 침적 노즐(3), 미용융 층(플럭스 층)(4), 소결층(5), 용융 층(슬래그 층)(6), 응고 셸(7) 및 용강(8)으로 구성되어 있다.
이하, 실시예 등을 통해 본 발명을 더 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예 등은 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5
스크류 블런저 탱크에 상온의 공업용수 및 타피오카 전분을 혼합하여 전분 젤을 제조하였다. 그런 다음, 상기 전분 젤이 제조된 스크류 블런저에 탄소 기재, 광물 골재 및 융재를 혼합하여 전분 용액을 제조하였다. 상기 공업용수, 타피오카 전분, 탄소 기재, 광물 골재 및 융재의 조성(중량부)은 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
타피오카 전분 0.1 1 1.5 3 5
광물 골재 32.4 31.5 31 29.5 27.5
탄소 기재 20 20 20 20 20
융재 10 10 10 10 10
공업용수 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5
상기 실시예 4에서 제조된 몰드 플럭스의 SEM 사진을 도 1에 나타내었다. 이를 통해, 본 발명에 따른 몰드 플럭스는 과립 형태를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 1 내지 5
상기 실시예와 동일한 방법 및 조성을 몰드 플럭스를 제조하되, 타피오카 전분 대신 옥수수 전분을 이용하여 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5를 통해 제조된 몰드 플럭스를 이용하여 분진율 및 파쇄율을 측정하였다.
분진율은 각각의 예에서 제조된 몰드 플럭스 50 g을 0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 넣고 5 분간 흔든 후 잔류물을 얻어, 하기 수학식 1을 통해 측정하였다.
[수학식 1]
Figure 112013024109790-pat00003
또한, 파쇄율은 몰드 플럭스 50 g, 15 mm 지름의 유리구슬 3개 및 15 mm 지름의 쇠구슬 1개를 0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 넣고 5 분간 흔든 후 잔류물을 얻어, 하기 수학식 2를 통해 측정하였다.
[수학식 2]
Figure 112013024109790-pat00004
그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
분진율(%) 파쇄율(%)
실시예 1 1.7 18.4
실시예 2 1.5 14.3
실시예 3 1.1 13.6
실시예 4 0.9 12.0
실시예 5 0.8 13.1
비교예 1 4.1 42.9
비교예 2 3.8 39.6
비교예 3 4.2 35.2
비교예 4 4.0 33.7
비교예 5 3.9 32.8
상기 표 2를 보면, 옥수수 전분을 사용한 비교예 1 내지 5에 비해, 본 발명에 따른 타피오카 전분을 사용한 실시예 1 내지 5의 분진율 및 파쇄율이 현저히 낮게 나타났다. 이를 통해, 본 발명에 따른 몰드 플럭스의 균일한 분산도 및 높은 응집력을 통해 기계적 강도가 높다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5를 통해 제조된 몰드 플럭스를 이용하여 화염 발생 정도 측정 실험을 하였다. 구체적으로, 강의 연속 주조 공정에서 발생하는 화염을 육안으로 관찰하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
화염 발생
실시예 1 ◎
실시예 2 ◎
실시예 3 ◎
실시예 4 ○
실시예 5 △
비교예 1 X
비교예 2 X
비교예 3 XX
비교예 4 XX
비교예 5 XX
상기 화염 발생 정도는 ◎, ○, △, X, XX 순으로 증가하는 것을 의미한다.
표 3의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 몰드 플럭스는 화염의 발생 정도가 상대적으로 적은 것을 알 수 있으며, 특히 실시예 1 내지 3의 경우에 화염 억제 정도가 우수한 것을 확인하였다.
1: 주형
2: 슬래그 베어
3: 침적 노즐
4: 미용융 층(플럭스 층)
5: 소결층
6: 용융층 (슬래그 층)
7: 응고 셸
8: 용강

Claims (8)

  1. 몰드 플럭스 전체 100 중량부를 기준으로,
    타피오카 전분 0.1 내지 5 중량부;
    광물 골재 10 내지 50 중량부;
    탄소 기재 15 내지 25 중량부;
    융재 5 내지 15 중량부; 및
    물 35 내지 40 중량부를 포함하고,
    상기 몰드 플럭스는 중공 과립형이며,
    0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 투입하고 5 분간 흔든 후 잔류물의 무게를 측정하였을 때, 하기 수학식 1에 의해 측정된 분진율이 2% 이하이며,
    [수학식 1]
    Figure 112014107432073-pat00009

    15 mm 지름의 유리구슬 3개 및 15 mm 지름의 쇠구슬 1개가 든 0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 투입하고 5 분간 흔든 후 잔류물의 무게를 측정하였을 때, 하기 수학식 2에 의해 측정된 파쇄율이 20% 이하인 몰드 플럭스.
    [수학식 2]
    Figure 112014107432073-pat00010

  2. 제 1 항에 있어서,
    광물 골재는 규회석, 방해석, 빙정석, 실리카, 소다, 불화소다, 장석, 규소 산화물, 붕소 산화물, 불소 산화물, 마그네슘 산화물 및 보크사이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 몰드 플럭스.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 물 및 타피오카 전분을 혼합하여 전분 젤을 제조하는 단계; 및
    전분 젤과 탄소 기재, 광물 골재 및 융재를 혼합하여 전분 용액을 제조하는 단계를 포함하는 몰드 플럭스 제조방법으로서,
    몰드 플럭스 100 중량부를 기준으로,
    타피오카 전분 0.1 내지 5 중량부;
    광물 골재 10 내지 50 중량부;
    탄소 기재 15 내지 25 중량부;
    융재 5 내지 15 중량부; 및
    물 35 내지 40 중량부를 포함하고,
    상기 몰드 플럭스는 중공 과립형이며,
    제조된 몰드 플럭스를 0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 투입하고 5 분간 흔든 후 잔류물의 무게를 측정하였을 때, 하기 수학식 1에 의해 측정된 분진율이 2% 이하이며,
    [수학식 1]
    Figure 112014107432073-pat00011

    15 mm 지름의 유리구슬 3개 및 15 mm 지름의 쇠구슬 1개가 든 0.125 mm의 메쉬 사이즈를 갖는 시브에 투입하고 5 분간 흔든 후 잔류물의 무게를 측정하였을 때, 하기 수학식 2에 의해 측정된 파쇄율이 20% 이하인 몰드 플럭스 제조방법.
    [수학식 2]
    Figure 112014107432073-pat00012
KR1020130029823A 2013-03-20 2013-03-20 전분 용액을 포함하는 몰드 플럭스 및 이의 제조방법 KR101471505B1 (ko)

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