KR101828185B1 - 연속 주조용 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조 방법 - Google Patents

연속 주조용 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 주조용 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 몰드 플럭스는 초정상(primary crystal phase)로서 산화 알루미늄 및 산화 마그네슘을 함유하는 스피넬 결정상을 포함하고, 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100%에 대하여, 16.0 wt% 내지 31.0 wt% 범위를 갖는 CaO(산화 칼슘), 28.0 wt% 내지 40.0 wt% 범위를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3) 및 6.0 wt% 내지 10.0 wt%의 범위를 갖는 산화 마그네슘(MgO)을 함유하며, 상기 CaO(산화 칼슘)과 상기 산화 알루미늄(Al2O3)의 비율(CaO의 함량/Al2O3의 함량)로 표현된 염기도가 0.5 내지 0.9의 범위를 갖는 몰드 플럭스가 제공될 수 있다.

Description

연속 주조용 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조 방법{Mold flux for continuous casting and method of continuous casting steel using the same}
본 발명은 연속 주조 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연속 주조용 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 업계에서는 연료의 가격 증가와 이산화탄소(CO2) 배출에 대한 강력한 규제로 인해 연비 향상이 요구되고 있다. 자동차의 경량화는 연비 향상을 위한 가장 효과적이고 경쟁력 있는 방법으로 제시되고 있으며, 이를 위해 초경량 강판의 개발 및 생산이 뒤따라야 한다. 이에 철강 업계에서는 첨가 시 무게의 감소를 가져오는 알루미늄(Al)을 다량 함유한 초경량 강판에 대한 연구 개발을 진행하고 있다.
전 세계적으로 철강 제품의 대략 90% 이상이 연속 주조 공정을 통해 생산되고 있으며, 연주 공정에서 강 표면의 품질을 확보하기 위해서는 강종에 따라 적절한 물성의 몰드 플럭스(mold flux)를 사용하는 것이 필수적이다. 상기 몰드 플럭스는 연주 공정에서 강의 1차 냉각을 담당하며, 구리 몰드 내에 첨가되는 산화물의 일종으로 대기로부터의 탕면 보호, 질화물과 같은 개재물의 정련, 몰드 내 열전달, 및 주편의 윤활에 핵심적인 역할을 수행한다.
종래에 중탄강 또는 고탄강의 연속 주조용 몰드 플럭스는 CaO-SiO2 조성을 기반으로 하고 있다. 그러나, 알루미늄(Al)을 함유하는 강판의 경우 아직 개발 및 연구가 진행되고 있는 강으로 연주 공정을 통한 생산에 있어 해결해야할 문제가 다수 존재한다. 예컨대, 현재 고부가가치 자동차용 경량 강판으로 주목받고 있는 TWIP(Twinning Induced Plasticity) 강과 TRIP(Transformation Induced Plasticity) 강의 경우에도 대략 1~2% 정도의 높은 함량의 알루미늄(Al)이 포함되며, 용강 중의 알루미늄(Al)과 몰드 플럭스 내에 다량 함유되어 있는 SiO2가 주조 중에 급격하게 반응하여 플럭스 내의 Al2O3와 SiO2의 함량이 설계된 플럭스의 조성과 상이해 질 수 있다. 따라서, 상기 몰드 플럭스의 주요 물리 화학적 특성인 점성과 결정화 현상에 큰 변화가 발생하며, 그 결과 상기 몰드 플럭스의 열전달 및 윤활과 같은 기능이 악화되어 초경량 강판의 신뢰성 있는 대량 생산이 어려울 수 있다.
따라서, 알루미늄을 함유하는 강의 연속 주조 공정에서 알루미늄과 반응하지 않으며, 열전달 및 윤활 기능이 저하되지 않는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 알루미늄을 함유하는 강의 연속 주조 공정에서 알루미늄과 반응하지 않으며, 열전달 및 윤활 기능이 저하되지 않아 알루미늄 강의 신뢰성 있는 연속 주조 공정이 가능한 몰드 플럭스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 몰드 플럭스를 이용한 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 강의 연속 주조 공정에 사용되는 분말 형태의 몰드 플럭스로서, 상기 몰드 플럭스는 초정상(primary crystal phase)로서 산화 알루미늄 및 산화 마그네슘을 함유하는 스피넬 결정상을 포함할 수 있다. 상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100%에 대하여, 16.0 wt% 내지 31.0 wt% 범위를 갖는 CaO(산화 칼슘), 28.0 wt% 내지 40.0 wt% 범위를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3) 및 6.0 wt% 내지 10.0 wt%의 범위를 갖는 산화 마그네슘(MgO)을 포함하고, 상기 산화 칼슘(CaO)과 상기 산화 알루미늄(Al2O3)의 비율(CaO의 함량/Al2O3의 함량)로 표현된 염기도가 0.5 내지 0.9의 범위를 가질 수 있다. 상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100%의 잔량으로서, 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 형석(CaF2), 9.0 wt% 내지 11.0 wt% 범위를 갖는 산화 나트륨(Na2O), 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 산화 붕소(B2O3), 및 2.0 wt% 내지 5.0 wt% 범위를 갖는 산화 리튬(Li2O) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 몰드 플럭스의 상기 스피넬 결정상이 생성되는 결정화 온도는 1050 ℃ 내지 1250 ℃ 범위를 가질 수 있다. 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100% 중 상기 산화 마그네슘(MgO)의 6.0 wt% 이하면, 상기 몰드 플럭스는 상기 초정상으로서 알루민산 칼슘(calcium aluminate) 결정상이 나타나고, 상기 산화 마그네슘(MgO)의 10.0 wt% 이상이면, 상기 몰드 플럭스는 해당 온도에서 액상과 고상이 공존하는 상태를 가질 수 있다. 상기 몰드 플럭스의 점도는 특정 온도에서 1.43 푸아즈(poise) 내지 2.78 푸아즈의 범위를 가질 수 있다. 상기 강은 알루미늄 합금 강이며, 상기 합금 강은 1 wt% 내지 10 wt% 범위의 알루미늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연속 주조용 몰드 내에 용강을 제공하는 단계; 및 상기 몰드 내의 상기 강에 분말 형태의 몰드 플럭스를 제공하여 주편을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 몰드 플럭스는, 초정상(primary crystal phase)로서 산화 알루미늄 및 산화 마그네슘을 함유하는 스피넬 결정상을 포함하는 연속 주조 방법이 제공될 수 있다. 상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100%에 대하여, 16.0 wt% 내지 31.0 wt% 범위를 갖는 CaO(산화 칼슘), 28.0 wt% 내지 40.0 wt% 범위를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3) 및 6.0 wt% 내지 10.0 wt%의 범위를 갖는 산화 마그네슘(MgO)을 포함하고, 상기 CaO(산화 칼슘)과 상기 산화 알루미늄(Al2O3)의 비율(CaO의 함량/Al2O3의 함량)로 표현된 염기도가 0.5 내지 0.9의 범위를 가질 수 있다. 상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100%의 잔량으로서, 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 형석(CaF2), 9.0 wt% 내지 11.0 wt% 범위를 갖는 산화 나트륨(Na2O), 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 산화 붕소(B2O3), 및 2.0 wt% 내지 5.0 wt% 범위를 갖는 산화 리튬(Li2O) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 몰드 플럭스의 상기 스피넬 결정상이 생성되는 결정화 온도는 1050℃ 내지 1250℃ 범위를 가질 수 있다. 상기 몰드 내에 알루미늄을 함유하는 강을 제공하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 알루미늄의 함량은 1 wt% 내지 10 wt% 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 초정상(primary crystal phase)로서 산화 알루미늄 및 산화 마그네슘을 함유하는 스피넬 결정상을 포함하는 몰드 플러스를 제공함으로써, 알루미늄을 함유하는 강의 연속 주조 공정에서 상기 알루미늄과 반응하지 않으며, 열전달 및 윤활 기능이 저하되지 않아 알루미늄 강의 신뢰성 있는 연속 주조 공정이 가능한 몰드 플럭스가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 몰드 플럭스를 이용한 연속 주조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 주형 내 몰드 플럭스의 존재 형태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 응고 슬래그의 XRD(X-ray Diffraction Spectroscopy) 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 공정에 주조된 강의 미세 조직을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다.
본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.
이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.
일반적으로 제강 공정은 용선 예비처리 공정, 전로 정련 공정, 이차 정련 공정 및 연속 주조 공정 순으로 진행될 수 있다. 상기 연속 주조 공정은 도 1를 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1를 참조하면, 턴디쉬(Tundish; 1) 내의 용강(4)을 침지 노즐(2)을 통해 연속 주조 몰드(3) 내에 주입하여 일정 형상의 주편(슬라브, 빌렛, 블룸, 빔블랭크를 총칭함)으로 제조되며, 이때 몰드(3) 내에서의 냉각 작용에 의해 고체 형태의 응고 셀(Shell; 5)을 형성하게 된다. 또한, 냉매를 이용하여 냉각되는 몰드(3)와 접촉된 표면만이 응고된 얇은 주편인 응고 셀(5)과 몰드(3)간의 마찰에 의해 상기 응고 셀(5)이 파단되는 브레이크 아웃(Breakout) 현상을 막기 위해 윤활제로서 분말 또는 과립 형상의 합성 슬래그(slag)인 몰드 플럭스(mold flux; 7)를 투입하게 된다. 본 발명에서 몰드(3)는 구리 모드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 주형 내 몰드 플럭스의 존재 형태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 연속 주조 몰드(3) 내에서 몰드 플럭스(7)의 기능이 설명될 수 있다. 몰드 플럭스(7)는 윤활 기능과 함께 주편에서 몰드(3)로의 열유속을 제어하는 전열 제어 기능 또는 열전달 기능을 갖고 있다. 즉, 몰드 플럭스(7)는 연속주조 몰드(3) 내의 용강(4) 위로 투입되어 몰드 플럭스 파우더층(20), 소결층(30), 액상층(40) 즉, 미용융층, 반용융층, 및/또는 용융 슬래그층과 같은 다층 구조를 형성하면서 용융하게 되고, 이 용융 슬래그가 상하로 진동하는 몰드(3)와 응고 셀(5)간의 틈 사이로 유입되어 얇은 막인 몰드 플럭스 필름(50, 60) 즉, 슬래그 필름(Slag Film)을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 몰드 플럭스 필름(50, 60)은 다시 2 가지 상으로 나뉘어 질 수 있다. 몰드(3)에 가까운 쪽은 응고되어 고상(50)의 유리질(Glass) 혹은 결정질(Crystalline)의 제 1 상으로 존재하며, 응고 셀(5)에 가까운 쪽은 액상(60)의 제 2 상으로 존재할 수 있다. 이와 같은 몰드 플럭스 필름(50, 60)은 주편에서 몰드로의 열전달을 결정하는 가장 중요한 인자이며, 특히 고상의 몰드 플럭스 필름(50)이 결정질(crystalline)로 존재할 경우 전열량(Heat Flux Density)을 현저히 낮추는 효과를 나타내게 된다.
액상층(40)은 주편의 원활한 윤활 기능에 중요한 역할을 하며, 몰드 방향의 결정질 고체와 유리질 고체는 주편에서 몰드(3)로의 열전달을 제어할 수 있다. 몰드 플럭스(7)는 강의 표면 품질 확보에 있어서 주편의 초기 응고 과정에서 열전달과 윤활 기능에 핵심적인 역할을 수행하기 때문에, 강종에 따라 적절한 물리화학적 특성을 가지는 몰드 플럭스의 개발 및 적용이 필수적이다.
종래의 CaO-SiO2 성분을 함유하는 중탄강 또는 고탄강용 몰드 플럭스의 경우, 강종에 관계없이 CaF2의 함량을 대략 10 % 내지 25 %까지 첨가하여 낮은 융점과 함께 커스피다인(cuspidine)(3CaO-2SiO2-CaF2) 결정상의 형성을 통해 구리 몰드에서의 초기 응고를 제어하였지만, 강 내의 높은 알루미늄(Al) 함량으로 인한 몰드 플럭스 내의 SiO2와의 반응성 때문에 SiO2의 함량을 줄이는 것이 필요할 수 있다. 탄소의 함량이 0.399 % 이상인 경우 고탄강으로, 탄소의 함량이 0.1 ~ 0.399 %인 경우 중탄강으로 구분될 수 있다.
전술한 CaO-SiO2 계 몰드 플럭스는 알루미늄 함량이 높은 TWIP, TRIP 초경량 강판의 주조에 적용시 몰드 플럭스 내의 SiO2와 용강 내의 알루미늄(Al)이 반응을 하여 몰드 플럭스 내의 SiO2 함량은 감소하며 Al2O3의 함량은 증가하게 된다. 따라서, 몰드 플럭스의 점성, 결정화 특성, 융점 같은 물성이 설계한 플럭스의 물성과 상이한 특성을 보이며, 강의 초기응고 과정에서 열전달과 윤활에 문제가 발생하여 조업상에 많은 어려움이 있다.
용강 내 알루미늄(Al)의 반응을 억제하기 위해 이용되는 CaO-Al2O3 성분을 함유하는 몰드 플럭스의 경우, 침상형의 알류미늄산칼슘(Calcium Aluminate) 상이 초정상(primary crystal phase)으로 과도하게 형성되며, 이로 인한 몰드 플럭스의 높은 결정화율 때문에 구리 몰드 내의 전열량이 지나치게 감소할 수 있다. 또한, 액상의 몰드 플럭스가 결정질 고상으로 빠르게 결정화 현상이 일어남에 따라 윤활 기능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 본 발명에서, 초정상은 고온에서 액상 상태인 몰드 플럭스(7)에서 온도가 감소함에 따라 초기 생성된 결정상을 칭한다. 본 발명에서, 상기 초정상은 도 2의, 몰드(3)와 몰드 플럭스 필름(50, 60) 사이에서 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 알루미늄(Al) 함유 강의 연속 주조를 위한 CaO-Al2O3-MgO 성분을 함유하는 몰드 플럭스가 제공될 수 있다. 더하여, 알루미늄(Al) 함유 강의 연속 주조를 위한 몰드 플럭스는 CaO-Al2O3-MgO 성분에 기초하여 다양한 융제(Na2O, CaF2, B2O3)가 첨가될 수 있다. CaO-Al2O3-MgO 성분을 함유한 몰드 플러스는 종래의 커스피다인(cuspidine)이나 알루민산 칼슘(Calcium Aluminate) 결정상이 아닌 스피넬(Spinel) 결정상이 초정상으로 형성되어 복사열과 전도에 의한 열전달 제어가 가능하다. 본 발명에서 스피넬(Spinel) 상을 초정상으로 갖는 CaO-Al2O3-MgO 성분을 함유하는 몰드 플럭스는 SiO2를 사전에 배제시킴으로써 용강 내 알루미늄(Al)과의 반응성을 억제하고, 스피넬 결정상의 비교적 느린 성장 속도와 등방성(isotropic) 결정구조를 통해 균일한 열전달을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 알루미늄을 1 wt% 내지 10 wt% 함유하는 강의 연속 주조용 몰드 플럭스의 기본 조성은 CaO-MgO-Al2O3 성분을 포함하며 강 내부의 알루미늄과 반응할 수 있는 SiO2 성분이 포함되지 않는다. 3CaO-2SiO2-CaF2를 함유하는 기존의 몰드 플럭스의 경우, 초정상으로 석출된 커스피다인(3CaO-2SiO2-CaF2) 결정상은 연속 주조 공정에서 다음의 2 가지 이유로 열전달 현상이 억제될 수 있다. 첫 번째는 결정상의 결정립계에서의 복사열이 산란(scattering)이 일어나는 현상이며, 두 번째는 몰드 플럭스의 응고 과정에서 수축 현상으로 인한 에어 갭(air gap) 증가로 계면의 열저항(interfacial thermal resistance)가 증가하는 것이다.
따라서, 커스피다인 결정상 아닌 스피넬 결정상 같은 균일한 열전달이 가능한 결정상으로 대체하는 것이 필요하다. 본 발명에서는 CaO-MgO-Al2O3 성분을 포함하는 몰드 플러스를 조성함으로써, 초정상을 스피넬(MgO·Al2O3) 결정상으로 대체할 수 있다. 더하여, CaO-MgO-Al2O3 성분을 함유하는 몰드 플럭스는 융점이 대략 1500℃ 이상으로 높게 나타나며, 몰드 플럭스로 사용하기 위해서 Na2O, B2O3, Li2O, CaF2 같은 융제를 첨가하여 융점을 최적화할 수 있다. 또한, 스피넬 결정 구조가 초정상으로 석출될 수 있는 조건은 하기와 같다.
CaO-Al2O3 함유하는 몰드 플럭스는 초정상으로 침상형의 알류미늄산칼슘 상이 과도하게 형성되어, 강의 표면 품질이 악화되거나 주조 중 윤활이 저하되는 문제이 발생할 수 있다. 본 발명에서 초정상으로 이용하는 스피넬 결정상 또는 스피넬 결정 구조(MgO·Al2O3)는 알류미늄산칼슘 결정상에 비해 성장이 느리고 등방성 결정 구조를 가지기 때문에 비교적 균일한 열전달 제어가 가능하다.
또한, 본 발명의 CaO-Al2O3-MgO 성분을 함유하는 몰드 플럭스의 점성과 융점을 감소시키기 위해서는 CaO의 비율이 증가되어야 하지만, CaO/Al2O3 비율이 증가하게 되면 스피넬 결정상이 초정상으로 나타나지 않을 수 있다. 따라서, 스피넬 결정상을 초정상으로 형성하기 위해서 CaO/Al2O3 비율이 0.9 이하인 조성물에서, Na2O, CaF2, B2O3, Li2O와 같은 융제의 함량을 최적화 시킴으로써 조업 조건에 맞는 물성을 도출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 몰드 플럭스의 조성물은 하기와 같다. 고알루미늄강의 연속 주조 공정에 사용되는 분말 형태의 몰드 플럭스는, 16.0 wt% 내지 31.0 wt% 범위를 갖는 CaO(산화 칼슘), 28.0 wt% 내지 40.0 wt% 범위를 갖는 산화 알루미늄(Al2O3) 및 6.0 wt% 내지 10.0 wt%의 범위를 갖는 산화 마그네슘(MgO)을 포함하고, CaO(산화 칼슘)과 산화 알루미늄(Al2O3) 비로 표현된 염기도가 0.5 내지 0.9의 범위를 가지며, 초정상(primary crystal phase)을 스피넬 결정상으로 갖는다. 또한, 상기 몰드 플럭스는 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 형석(CaF2), 9.0 wt% 내지 11.0 wt% 범위를 갖는 산화 나트륨(Na2O), 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 산화 붕소(B2O3), 2.0 wt% 내지 5.0 wt% 범위를 갖는 산화 리튬(Li2O) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나 이상 용제를 더 포함할 수 있다.
상기 몰드 플럭스의 상기 초정상이 생성되는 결정화 온도는 1050℃ 내지 1250℃ 범위를 가지며, 특정 온도(대략 1350 ℃)에서의 상기 몰드 플럭스의 점도는 1.43 푸아즈(poise) 이상 2.78 푸아즈 이하의 범위를 갖는다. 상기 고알루미늄강의 1 wt% 내지 10 wt% 범위의 알루미늄 함량을 가지며, 연속 주조 공정의 공정 온도는 1200 ℃ 내지 1400 ℃범위를 갖는다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 응고 슬래그의 XRD(X-ray Diffraction Spectroscopy) 패턴을 도시하는 그래프이다. 도 3은 1550 ℃에서 분당 50 ℃의 속도로 냉각 제어된 MgO 함량에 따른 응고 슬래그의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이며, 도 4는 1550 ℃에서 분당 50 ℃의 속도로 냉각 제어된 CaO/Al2O3 비율에 따른 응고 슬래그의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 0 wt% 내지 4 wt% 범위의 MgO 조성에서는 알루민산 칼슘(calcium aluminate) 결정상이 초정상으로 나타나며, 8 wt% MgO 조성에서는 스피넬(spinel) 결정상이 초정상으로 나타남을 알 수 있다. 또한, MgO의 wt%가 높아질수록 몰드 플럭스의 융점이 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 10 wt% 이상의 MgO 조성에서는 융점이 과도하게 증가하여, 1550 ℃의 온도에서 몰드 플럭스가 액상 및 고상이 함께 공존하는 상태가 형성될 수 있다. 따라서. 10 wt% 이상의 MgO 조성에서 온도를 하강하게 되면 녹지 않는 결정상들이 성장하는 것이 관찰되며, 이는 초정상이 아닐 수 있다. 그러므로, 본 발명에서 CaO-MgO-Al2O3 성분을 함유하는 몰드 플러스 내에서 MgO가 6.0 wt% 내지 10.0 wt%의 범위를 갖는 것이 적당할 수 있다.
도 4를 참조하면, CaO/Al2O3 비율이 1.0 이상으로 증가함에 따라 CaO-MgO-Al2O3 성분을 함유하는 몰드 플러스는 스피넬 결정상에서 알류미늄산칼슘 결정상으로 변화하였다. CaO/Al2O3의 비율이 0.5 이하로 낮아질 경우에는 과도한 Al2O3 함량에 의해 점성이 매우 높게 측정되는 것으로 관찰되었다. 그러므로, 본 발명에서 CaO/Al2O3의 비율은 0.5 내지 0.9의 범위를 갖는 것이 적당할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연속 주조 공정에 주조된 강의 미세 조직을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 전술한 범위의 몰드 플럭스 조성물을 1500 ℃에서 분당 50 ℃의 속도로 1000 ℃까지 냉각시킨 시편의 미세 조직을 나타낸다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1: 턴디쉬,
2: 침지 노즐,
3: 몰드,
4: 용강,
5: 응고 셀,
7: 몰드 플럭스,
20: 파우더층,
30: 소결층,
40: 액상층,
50, 60: 몰드 플럭스 필름.

Claims (14)

  1. 강의 연속 주조 공정에 사용되는 분말 형태의 몰드 플럭스로서,
    상기 몰드 플럭스는 용융 상태에서 초정상(primary crystal phase)으로서 산화 알루미늄(Al2O3) 및 산화 마그네슘(MgO)을 함유하는 스피넬 결정상을 포함하며,
    상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량에 대하여, 28.0 wt% 내지 40.0 wt% 범위의 상기 산화 알루미늄 및 6.0 wt% 내지 9.0 wt%의 범위의 상기 산화 마그네슘에 16.0 wt% 내지 31.0 wt% 범위의 CaO(산화 칼슘)을 더 포함하고,
    상기 CaO(산화 칼슘)과 상기 산화 알루미늄(Al2O3)의 비율(CaO의 함량/Al2O3의 함량)로 표현된 염기도가 0.5 내지 0.9의 범위를 갖는 몰드 플럭스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서
    상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100%의 잔량으로서, 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 형석(CaF2), 9.0 wt% 내지 11.0 wt% 범위를 갖는 산화 나트륨(Na2O), 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 산화 붕소(B2O3), 및 2.0 wt% 내지 5.0 wt% 범위를 갖는 산화 리튬(Li2O) 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 몰드 플럭스.
  4. 제 1 항에 있어서
    상기 몰드 플럭스의 상기 스피넬 결정상이 생성되는 결정화 온도는 1050 ℃ 내지 1250 ℃ 범위를 갖는 몰드 플럭스.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서
    상기 몰드 플럭스의 점도는 1.43 푸아즈(poise) 내지 2.78 푸아즈의 범위를 갖는 몰드 플럭스.
  7. 제 1 항에 있어서
    상기 강은 알루미늄 합금 강인 몰드 플럭스.
  8. 제 7 항에 있어서
    상기 합금 강은 1 wt% 내지 10 wt% 범위의 알루미늄을 포함하는 몰드 플럭스.
  9. 연속 주조용 몰드 내에 용강을 제공하는 단계; 및
    상기 몰드 내의 상기 용강에 분말 형태의 몰드 플럭스를 제공하여 주편을 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 몰드 플럭스는 용융 상태에서 초정상(primary crystal phase)으로서 산화 알루미늄(Al2O3) 및 산화 마그네슘(MgO)을 함유하는 스피넬 결정상을 포함하며,
    상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량에 대하여, 28.0 wt% 내지 40.0 wt% 범위의 상기 산화 알루미늄 및 6.0 wt% 내지 9.0 wt%의 범위의 상기 산화 마그네슘에 16.0 wt% 내지 31.0 wt% 범위의 CaO(산화 칼슘)을 더 포함하고,
    상기 CaO(산화 칼슘)과 상기 산화 알루미늄(Al2O3)의 비율(CaO의 함량/Al2O3의 함량)로 표현된 염기도가 0.5 내지 0.9의 범위를 갖는 연속 주조 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서
    상기 몰드 플럭스는 상기 몰드 플럭스의 전체 중량 100%의 잔량으로서, 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 형석(CaF2), 9.0 wt% 내지 11.0 wt% 범위를 갖는 산화 나트륨(Na2O), 8.0 wt% 내지 15.0 wt% 범위를 갖는 산화 붕소(B2O3), 및 2.0 wt% 내지 5.0 wt% 범위를 갖는 산화 리튬(Li2O) 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 연속 주조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서
    상기 몰드 플럭스의 상기 스피넬 결정상이 생성되는 결정화 온도는 1050℃ 내지 1250℃ 범위를 갖는 연속 주조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 몰드 내에 알루미늄을 함유하는 용강을 제공하는 단계를 더 포함하는 연속 주조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서
    상기 알루미늄의 함량은 1 wt% 내지 10 wt% 범위를 갖는 연속 주조 방법.
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