KR101857996B1 - 표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법 - Google Patents

표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법 Download PDF

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Abstract

표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 용강을 포함하는 몰드 내로 몰드 파우더를 투입하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 용강 상에 형성되는 용융 슬래그층의 위치별 두께 차이가 10mm 미만이다. 따라서, 오스테나이트계 스테인리스강 용강의 탈산 및 미세 정련에 의한 용강 온도 조정을 완료한 후 레이들에서 턴디쉬로 주입되는 용강온도 및 턴디쉬에서 몰드로 토출되는 제트류를 제어하여 용융 슬래그의 위치별 두께를 제어하며, 몰드 파우더를 투입을 최적화하여 주편 표층에 몰드 파우더의 혼입을 저감시켜 주편의 흑색띠흠 발생을 저감하여 오스테나이트계 스테인리스강 연주 주편 표면의 결함을 개선할 수 있다.

Description

표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING METHOD OF AUSTENITIC STAINLESS STEEL WITH IMPROVED SURFACE DEFECT}
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 스테인리스강에서 304강은 범용 및 일반강으로 생산되어 내식성, 내열성, 기계적 성질이 우수하여 주방용품, 가정용품, 건축자재 등에 사용된다.
이때, 상기 304강을 연속주조로 제조하는 경우, 상기 연속주조에서 사용되는 몰드파우더 중의 탄소의 함량이 적절하게 제어되지 않을 경우에는, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 냉연코일에서 흑색띠흠 등과 같은 블랙 밴드(black band)성 결함이 냉연코일에서 발생이 다발하여 문제가 된다.
오스테나이트계 스테인레스강의 흑색띠흠은 주로 주편 중심부에서 발생한다. 주편중심부는 주변부대비 온도가 낮고 몰드파우더의 용융이 늦어서 용융 슬래그층의 두께를 확보하지 못하고 슬래그 베어는 과다 성장하기 때문이다.
일반적으로 몰드파우더의 조성 중 카본은 모든 몰드파우더의 성능결정에 가장 중요한 인자이다. 카본의 주요 역할은 투입 몰드 파우더의 용융 속도를 제어하고 용강이 대기와의 반응으로 인한 재산화를 억제하여 안정적인 주조 환경과 건전한 주편 품질을 확보하는데 있다. 그러나 몰드 파우더 중 카본의 함량이 지나치게 많거나, 몰드 파우더의 용융 풀 깊이가 얇으면 용강 중으로 침탄이 되어 최종 연주 주편에 흑색띠흠을 발생시켜 주편 표면에 검은색의 띠 형태로 보이게 된다.
이때, 상기 블랙 밴드성 결합을 제거하기 위하여, 상기 오스테나이트계 스테인리스강의 냉연공정에서 추가로 코일 정정 또는 코일 연삭 등의 CG (Coil Grinding) 처리를 필요로 하는 등 별도의 공정을 필요로 한다. 이 경우 고가의 주편손실이 발생하고, 주편을 열연공장으로 이송하는 과정에 시간이 소요되어 물류에 많은 문제가 발생하게 된다.
흑색띠흠 결함을 저감하기 위한 종래의 기술 중 선행문헌 1에는 저탄소계 스테인레스 불룸의 경우 기존에 사용되는 몰드 파우더내 프리탄소가 3.5% 정도 함유되어 저탄소계 불룸용강에 탄소가 침투하여 크롬 카바이드계 화합물을 만들어 크랙을 유발시키는 문제점이 있었으며, 이에 염기도에 따라 용강열에 의한 몰드 파우더의 용융, 몰드 슬래그 풀 형성 및 몰드와 주편사이로의 몰드 파우더의 윤활 특성이 달라지는데 염기도(CaO/SiO2)를 개선하여 양호한 주편표면 상태를 얻을 수 있음이 개시된다.
또한, 연속주조용 몰드파우더는 선행문헌 2에 의하면 각종 원료를 혼합한 혼합 타입, 카본을 제외하는 원료를 미리 소성한 소성 타입 또는 미리 용융한 용융 타입의 분말 또는 과립으로 구성되는 강의 연속주조용 몰드파우더에 있어서 비표면적 95 BET-m2/g 이상이고 또한 pH8 미만의 카본 블랙을 0.2~5 중량％함유해서 이루어지는 것이 개시된다. 용융 속도 조정제인 탄소질 원료로서 비표면적 95 BET-m2/g 이상이고 또한 pH8 미만의 카본 블랙을 0.2~5 중량％함유함으로써 분산도의 안정성을 향상시켜 그것에 따라 용융찌꺼기화 속도 안정성을 향상시켜 그 사용 시에는 용융파우더 슬러그층 두께의 불균일을 없애 최종적으로는 주편 품질의 열화, 브레이크 아웃 등의 조업 트러블을 방지할 수 있으며, 또한 제조 시에는 로트 간의 분산도의 차이를 없애 로트 아웃의 빈도를 격감시키고 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있음이 개시된다.
종래의 연구에서는 탄소의 침탄으로 인해 생긴 주편의 결함은 후공정의 최종제품 품질에도 막대한 영향을 끼치므로 몰드파우더의 개량에 의해 개선하고자 하였다. 이러한 기술은 흑색띠흠을 제거하기 위하여 몰드파우더의 물성을 흑색띠흠을 저감하는 방향으로 개선한 것으로 흑색띠흠이 주편 전체, 불룸 전체에 발생하는 경우에 개선 할 수 있는 사례이다.
본 발명의 경우, 흑색띠흠의 발생 정도가 1%이하로 아주 낮고, 몰드 파우더의 개선보다는 몰드 내 용강과 용융 몰드 파우더 그리고 몰드 간의 최적화에 의해 결함이 감소가 가능함을 인식하고 본 발명을 진행하였다. 종래에는 연속 주조 후 주조 표면을 육안으로 관찰하여 침탄 여부를 육안으로 확인할 수 없기 때문에 낮은 결함율임에도 불구하고 전면을 그라인딩하거나 후공정에서 발견된 결함을 연삭하여 제거하였다. 이러한 경우 최종제품의 품질은 향상시킬 수 있으나 실수율이 저하되고, 별도의 연삭 비용을 부담해야 하는 등의 단점이 있으므로 가능한 한 표면 연삭없이 양호한 제품을 생산하는 것이 절실히 요구되어 왔다.
(선행문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-0650779호(2006.11.30 공고) (선행문헌 2) 일본 특허공개 제1993-038560호(1993.02.19 공개)
본 발명의 실시예들은 용융 슬래그의 위치별 두께를 제어하여 연주 주편의 흑색띠흠 발생을 저감할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법은, 오스테나이트계 스테인리스강의 용강을 포함하는 몰드 내로 몰드 파우더를 투입하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 용강 상에 형성되는 용융 슬래그층의 위치별 두께 차이가 하기 식 (1)을 만족한다.
|t1 - t2| < 10mm --- 식 (1)
여기서, t1은 용융 슬래그층의 에지부 두께(mm), t2는 용융 슬래그층의 중심부 두께(mm)이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융 슬래그층의 위치별 두께 차이가 -3 내지 6mm 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연속 주조시 턴디쉬의 주조 온도와 이론 응고 온도의 차이값인 주조 온도 과열도(△T)를 20 내지 40℃로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용강에 침지되는 침지 노즐을 통하여 턴디쉬로부터 연속적으로 용강을 토출하며, 상기 침지 노즐로부터 토출되는 용강의 토출각은 -15 내지 0° 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용강에 침지되는 침지 노즐의 주변 영역에 상기 몰드 파우더를 미투입할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융 슬래그층 상에 투입된 상기 몰드 파우더는 주조 폭 전체에 대하여 하기 식 (2)로 정의되는 투입 영역에 대한 미투입 영역의 면적 비율이 20 내지 100% 일 수 있다.
미투입 영역 면적 / 투입 영역 면적 X 100 --- 식 (2)
본 발명의 실시예들은 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조시, 용강의 탈산 및 미세 정련에 의한 용강 온도 조정을 완료한 후 레이들에서 턴디쉬로 주입되는 용강온도 및 턴디쉬에서 몰드로 토출되는 제트류를 제어하여 용융 슬래그의 위치별 두께를 제어하며, 몰드 파우더를 투입을 최적화하여 주편 표층에 몰드 파우더의 혼입을 저감시켜 주편의 흑색띠흠 발생을 저감하여 오스테나이트계 스테인리스강 연주 주편 표면의 결함을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 공정 중 몰드 내 용강의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 오스테나이트계 스테인리스강의 주편 표면의 흑색띠흠을 나타내는 사진이다.
도 4는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강의 주편 표면의 흑색띠흠의 발생 빈도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 내 용강의 유동 패턴을 측정하기 위한 nail board test에 따라 측정된 용융 슬래그의 위치별 두께를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 내 용강의 유동 패턴을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 파우더 투입 패턴을 설명하기 위한 도면들이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
연속 주조 공정이 이루어지는 연속 주조 장치는 전기로-정련로를 거치는 제강공정에서 정련된 용강을 담아 이송하는 레이들(ladle)(1)에 담겨 연속 주조 공정에서의 주조가 시작된다. 상기 레이들(1)의 하부에 턴디쉬(2)가 위치되고, 턴디쉬(2)의 하부에는 용강을 소정의 두께와 폭을 갖는 주편으로 생산하는 몰드(10)가 설치된다.
이때 레이들(1)의 저면에는 턴디쉬(2)로 용강을 유출시키는 통로인 쉬라우드 노즐(shroud nozzle)(미도시)이 설치되고, 턴디쉬(2)의 저면에는 용강을 몰드(10)로 유출시키는 통로인 침지 노즐(11)이 설치된다.
그리고, 레이들(1)과 쉬라우드 노즐 사이에는 턴디쉬(2)로 유입되는 용강의 양을 제어하는 레이들 슬라이드 게이트(미도시)가 설치되고, 상기 턴디쉬(2)와 침지 노즐(11) 사이에는 몰드(10)로 유입되는 용강의 양을 제어하는 턴디쉬 슬라이드 게이트(미도시)가 설치 될 수 있다.
이렇게 구성되는 연속 주조 장치에서 진행되는 연속 주조 공정은 레이들(1)에 수용된 용강을 쉬라우드 노즐을 통하여 턴디쉬(2)로 주입하고, 턴디쉬(2)에 주입된 용강을 침지 노즐(11)을 통하여 수냉되는 동판 몰드(10)에 연속적으로 주입시켜 용강을 1차 냉각시킨다. 이때, 몰드(10) 상단에는 몰드(10)와 응고셀(17) 간의 윤활 역할을 하는 몰드 파우더(15)가 연속적으로 투입된다. 이후, 1차 냉각된 주편(3)의 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각을 하면서 인발시킴에 따라 용강을 응고시켜 주편(3)을 제조한다. 이후 일정한 크기로 절단하여 생산된다.
도 2는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 공정 중 몰드 내 용강의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 2는 오스테나이트 스테인리스강 주편 표면에 흑색띠흠이 발생하는 몰드 내에 몰드 파우더의 투입시 용강의 흐름 및 용융 슬래그 등의 생성 및 작용에 관한 도면이다.
강의 연속 주조에 있어서 침지노즐(11)을 통해 주입된 용강(M) 표면 위로 몰드 파우더(15)가 투입되면 용강(M)으로부터의 열에 의해 용강(M) 표면에서부터 용융 슬래그층(12), 카본 농화층(13) 및 미용융의 원파우더층의 층형 구조를 형성한다. 미용융의 원파우더층은 소결층(14)과 몰드 파우더(15)로 구분되고 용융 슬래그층(12)은 탄소용해도가 낮아서 고용되기 어렵기 때문에 용융 슬래그층(12) 위에 카본 농화층(13)이 위치한다.
상기 용융 슬래그층(12)은 강의 상기 응고셀(17)과 상기 몰드(10) 사이에 흘러 들어가 소비된다. 상기 용융 슬래그층(12)은 상기 몰드(10)와 상기 응고셀(17)과의 윤활 작용, 용강 중에서 부상하는 개재물의 용해, 흡수 작용, 용강의 산화방지, 보온 작용, 상기 응고셀(17)과 상기 몰드(10) 간의 열매체로서의 작용을 하게 된다.
일정 두께의 상기 용융 슬래그층(12) 두께를 확보하면서 상기 몰드(10)와 상기 응고셀(17) 사이에 일정량의 액상의 용융 슬래그가 흘러 들어가면서 건전한 주편을 얻을 수 있는 것이다. 특히 상기 용융 슬래그층(12)의 두께가 중요한데, 너무 얇으면 미용융의 원파우더층과 용강 탕면이 가까워져 약간의 탕면 변동으로 상기 용융 슬래그층(12)과 미용융의 원파우더층 사이의 농화되어 있는 상기 카본 농화층(13)과 접촉하기 쉬운 상태가 되기 때문에 침탄되기 쉬워져 결함이 발생하기 용이하다.
다만, 상기 용융 슬래그층(12)이 너무 두꺼우면 슬래그 베어(16)를 생성하는 등의 문제가 있다. 또한 상기 용융 슬래그층(12)이 너무 얇거나 두꺼워도 원파우더층의 불균일 유입이나 유입 부족을 일으켜 쉽고 균열이나 브레이크 아웃의 원인이 된다. 또한 침지 노즐(11) 주위는 연속 주조 초기에는 예열상태에 따라 온도가 낮고, 주조 중에도 침지 노즐(11)에 의해 토출된 용강류가 최종적으로 만나는 점이므로 상대적으로 온도가 낮아서 용융이 부족하여 상기 용융 슬래그층(12)의 두께가 얇고 슬래그 베어(16)는 과다하게 성장하는 문제가 있다.
도 3은 종래의 오스테나이트계 스테인리스강의 주편 표면의 흑색띠흠을 나타내는 사진이다. 도 4는 종래의 오스테나이트계 스테인리스강의 주편 표면의 흑색띠흠의 발생 빈도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 종래의 연속 주조 공정에 따라 제조된 304강 주편 표면 사진이며, 주편 표면에 흑색띠흠 결함이 발생함을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 주편의 중심부에서 주로 흑색띠흠이 발생함을 알 수 있으며, 이는 상기 설명한 바와 같이 침지 노즐(11) 주위가 주변에 비하여 상대적으로 온도가 낮아 용융이 부족함에 따라 용융 슬래그층(12)의 두께가 얇아져 침탄이 발생하기 때문에 주편의 중심부에 주로 흑색띠흠이 발생한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 내 용강의 유동 패턴을 측정하기 위한 nail board test에 따라 측정된 용융 슬래그의 위치별 두께를 나타내는 그래프이다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 내 용강의 유동 패턴을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2 및 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 오스테나이트계 스테인리스강의 용강(M)을 포함하는 몰드(10) 내로 몰드 파우더(15)를 투입하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 용강(M) 상에 형성되는 용융 슬래그층(12)의 위치별 두께 차이가 하기 식 (1)을 만족한다.
|t1 - t2| < 10mm --- 식 (1)
여기서, t1은 용융 슬래그층의 에지부 두께(mm), t2는 용융 슬래그층의 중심부 두께(mm)이다.
상기 용융 슬래그층(12)의 위치별 두께 차이가 10mm 이상인 경우에는 다만, 상기 용융 슬래그층(12)의 에지부가 너무 두꺼워 슬래그 베어(16)가 과다하게 성장하여 상기 슬래그 베어(16)와 응고셀(17) 사이로의 상기 용융 슬래그층(12)의 유입 경로가 저해되어 윤활능 저하, 응고 불균일에 따른 연주 주편 표면 품질 저하를 야기하며, 상대적으로 상기 침지 노즐(11) 주위, 즉 상기 용융 슬래그층(12)의 중심부는 용융 슬래그층의 두께가 얇기 때문에 주편 중심부 측에 흑색띠흠이 발생하게 되는 문제점이 있다.
예를 들어, 바람직하게는 상기 용융 슬래그층(12)의 위치별 두께 차이가 -3 내지 6mm 일 수 있다.
상기 용융 슬래그층(12)의 위치별 두께 차이가 -3mm 미만인 경우, 상기 용융 슬래그층(12)의 에지부의 두께가 너무 얇아 미용융의 원파우더층의 불균일 유입을 일으켜 쉽고 균열이나 브레이크 아웃의 원인이 된다. 상기 용융 슬래그층(12)의 위치별 두께 차이가 6mm 초과인 경우, 상기 용융 슬래그층(12)의 에지부에서의 슬래그 베어(16)가 과다하게 성장하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 용융 슬래그층(12)의 위치별 두께 차이가 -3 내지 6mm 인 것이 바람직하다.
이러한 상기 용융 슬래그층(12)의 두께를 달성하기 위하여, 예를 들어, 연속 주조시 턴디쉬의 주조 온도와 이론 응고 온도의 차이값인 주조 온도 과열도(△T)를 20 내지 40℃로 제어할 수 있다. 이때 상기 주조 온도 과열도(△T)는 하기와 같이 정의될 수 있다.
주조 온도 과열도(△T) = 턴디쉬 온도 - 이론 응고 온도
이 때, 상기 과열도(T)란 연속 주조시 양호한 조업성과 주편 품질 확보를 위해 상기 이론 응고 온도에 추가로 보정하는 온도를 말하며, 이론 응고 온도란 용강이 응고하기 시작하는 온도를 나타낸 것이다.
본 발명에서는 상기 주조 온도 과열도(△T)는 20 내지 40로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 주조 온도 과열도(△T)가 20 미만으로 작게 되면 개재물의 분리 부상이나 주조성이 불리한 단점이 있을 뿐만 아니라 용강의 조기 응고에 따른 노즐 막힘이 발생할 수 있는 문제가 있다. 반면에 주조 중 온도 하락 구간과의 연결을 위하여 주조 온도가 과도하게 높아 상기 주조 온도 과열도(△T)가 40를 초과하게 되면, 강한 유동장의 영향으로 상기 침지 노즐(11) 주변부 즉, 주편 중심부에서 소용돌이(vortex)가 발생하여 상기 용융 슬래그층(12)의 두께가 감소하며 상기 카본 농화층(13)과 접촉하기 쉬운 상태가 되기 때문에 침탄되기 쉬워져 표면 결함이 증가하게 되며, 몰드 내 용강의 응고가 늦어져 주조재의 특정 부위가 밝은 빛을 띄는 현상이 발생함으로써 주조 및 압연공정이 불안정해지며, 과열도가 더욱 커져 미응고가 발생하게 되면 응고층이 얇아져 구속성 응고층 터짐이 발생하는 현상인 응고층 터짐(break out)이 일어나 대형사고로 번질 수 있기 때문이다.
또한, 이러한 상기 용융 슬래그층(12)의 두께를 달성하기 위하여, 예를 들어, 예를 들어, 상기 용강에 침지되는 침지 노즐(11)을 통하여 턴디쉬로부터 연속적으로 용강을 토출하며, 상기 침지 노즐(11)로부터 토출되는 용강의 토출각(α)은 -15 내지 0° 일 수 있다. 상기 용강의 토출각(α)은 상기 침지 노즐(11) 토출구의 형상을 변형하여 용이하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 토출구가 하향으로 형성된 경우 용강의 토출각 역시 하향으로 제어될 수 있다.
전형적 몰드내 용강의 유동 패턴은 단일 회전류(single flow)와 이중 회전류(double flow)로 대표된다. 이와 같은 토출각의 제어는 몰드 내 용강의 유동 패턴이 이중 회전류를 가지도록 하기 위한 것이다.
도 7을 참조하면, 상기 침지 노즐(11)로부터 토출되는 용강의 토출각(β)이 0°를 초과하여 상향으로 토출되는 경우, 일반적으로 단일 회전류를 형성하게 되며, 이때에 상기 침지 노즐(11) 주변부 즉, 주편 중심부에 용강이 유동하지 않아 용강의 온도가 낮아지게 되는 데드 존(dead zone)(P)이 형성하게 되어 카본 농화층(13)이 주편 표층 조직에 혼입될 가능성이 높아지게 된다.
도 6을 참조하면, 몰드 내 용강의 유동 패턴이 이중 회전류를 가짐을 알 수 있으며, 이는 용강이 몰드를 향하여 토출된 후 몰드의 상부 및 하부를 따라 각각의 용강 흐름이 형성되게 됨을 알 수 있다. 도 7을 참조하면, 몰드 내 용강의 유동 패턴이 단일 회전류를 가짐을 알 수 있으며, 이는 용강이 몰드를 향하여 토출된 후 몰드의 하부를 따라 용강 흐름이 형성되게 된다.
본 발명에서는 몰드 내 용강의 유동 패턴을 이중 회전류를 가지도록 하기 위하여, 상기 침지 노즐(11)로부터 토출되는 용강의 토출각(α)은 -15 내지 0° 로 제어하는 것이 바람직하다.
상기 침지 노즐(11)로부터의 용강 토출각(α)이 -15° 미만인 경우, 상기 침지 노즐(11)로부터 토출된 용강이 몰드(10)의 하부를 따라 내려가는 용강의 흐름만이 형성되며 상부를 따라 올라가는 용강의 흐름이 형성되지 않아 단일 회전류가 형성되게 된다. 상기 침지 노즐(11)로부터의 용강 토출각(α)이 0°초과인 경우, 몰드 내 용강의 상부로 토출되어 단일 회전류가 형성되게 된다.
다만, 상기 침지 노즐(11)로부터의 용강 토출각(α)이 -15 내지 0°로 제어되어 용강이 이중 회전류를 가지는 경우라도, 주조 온도가 과다하게 높아 상기 주조 온도 과열도(△T) 40를 초과하는 경우 용강 토출각이 상대적으로 상향각인 경우라고 하더라도 이중 회전류가 형성이 되지만 강한 유동장의 영향으로 상기 침지 노즐(11) 주변부 즉, 주편 중심부에서 소용돌이(vortex)가 발생하여 상기 용융 슬래그층(12)의 두께가 감소하며 상기 카본 농화층(13)과 접촉하기 쉬운 상태가 되기 때문에 침탄되기 쉬워져 표면 결함이 증가하게 된다.
따라서, 상기 용융 슬래그층(12)의 위치별 두께 차이가 10mm 미만을 만족하도록 하기 위하여는, 상기 용강 토출각(α)을 -15 내지 0°로 제어하여 이중 회전류를 형성하여야 할 뿐만 아니라 상기 주조 온도 과열도(△T)를 20 내지 40로 동시에 제어하는 것이 바람직하다.
상기 도 5 및 도 6은 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조시 주조폭 1,240mm, 하향 15°인 침지 노즐을 사용하여 연속 주조시의 용융 슬래그의 위치별 두께 그리고 용강의 유동 패턴를 도시한 것이다. 상기 도 5는 몰드 내 용강의 유동 패턴을 측정하기 위한 nail board test에 따라 측정된 용융 슬래그의 위치별 두께를 나타내는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조시 주조폭 1,240mm으로 하향 15°인 침지 노즐을 사용하는 경우 약한 이중 회전류 형태를 유지하는 것을 확인 할 수 있었다.
이하 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 1-6
오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조시 하기 표 1의 조건에 따라 연주 주편을 제조하였으며, 연주시 몰드 내 용융 슬래그 및 슬래그 베어를 확인하고 주편의 표면의 결함 여부를 육안으로 확인하여 하기 표 2에 나타내었다.
주조온도 과열도 (℃) 침지 노즐 토출각 (°)
실시예 1 21 -15
실시예 2 22 0
실시예 3 30 -15
실시예 4 30 0
실시예 5 40 -15
실시예 6 39 0
비교예 1 50 -15
비교예 2 51 0
비교예 3 51 -30
비교예 4 11 -15
비교예 5 12 0
비교예 6 10 -30
비교예 7 19 -30
비교예 8 31 -30
비교예 9 40 -30
용융 슬래그 두께 차이 (에지부-중심부, mm) 슬래그 베어 넓이 비율 (에지부/중심부, %) 흑색띠흠 유무
실시예 1 6 95 X
실시예 2 5 94 X
실시예 3 -2 102 X
실시예 4 -3 103 X
실시예 5 0 107 X
실시예 6 -2 105 X
비교예 1 10 113 O
비교예 2 13 125 O
비교예 3 16 134 O
비교예 4 11 114 O
비교예 5 15 115 O
비교예 6 30 124 O
비교예 7 16 119 O
비교예 8 11 120 O
비교예 9 13 117 O
상기 표 1 및 표 2를 참조하면, 주조 온도 과열도(△T)가 20 내지 40°인 구간에서는 침지 노즐의 토출각이 0°에서 하향 15°도 사이에서는 용융 슬래그층의 에지부 대비 중심부의 두께 차이가 -3에서 6mm로, 10mm 미만이며 슬래그 베어의 넓이 비율은 110% 이하로 적절히 제어되었을 때, 표층 이상 조직이 발생하지 않고 열간 압연 후 제품의 흑색띠흠이 발생하지 않았다.
과열도가 40° 초과인 구간에서는 침지 노즐의 토출각에 상관없이 용융 슬래그층의 에지부 대비 중심부의 두께 차이는 10mm 이상이며 슬래그 베어의 넓이 차이는 113% 이상이고 표층 이상 조직이 발생하였고 열간 압연 후 제품에서는 흑색띠 결함이 발생함을 확인하였다.
주조온도가 상대적으로 높은 경우에는 침지노즐각이 상대적으로 상향각인 경우에 이중 회전류가 생성되지만 강한 유동장의 영향으로 주편 중심부에서 소용돌이 생성에 의한 결함 발생이 높아지게 되는 것을 확인하였다. 주조온도가 상대적으로 낮은 경우에는 침지노즐의 토출각과 무관하게 용융 슬래그층의 에지부 대비 중심부의 두께 차이는 10mm 이상이며 슬래그 베어의 넓이 차이는 110% 이상이고 표층 이상 조직이 발생하였고 열간 압연 후 제품에서는 흑색띠 결함이 발생함을 확인하였다. 또한, 주조온도가 낮은 경우에는 이중 회전류가 일부 만들어지지만 약한 편류가 발생하고 주편 중심부에 데드 존(dead zone)이 형성되어 표층 이상 조직과 제품의 흑색띠흠 결함이 발생함을 확인하였다.
이에 본 발명은 주조 온도 과열도(△T)를 제어하고 침지 노즐 토출구에서 빠져나온 토출류가 몰드 단변부에 부딪힌 후 상, 하 흐름으로 나누어져 그 형태가 상향 흐름이 이루어지는 형태로 제어한 경우 표층 이상조직과 흑색띠흠이 대폭 감소함을 확인하였다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 주조 중 온도 하락 구간과의 연결을 위하여 주조 온도가 과도하게 높아 상기 주조 온도 과열도(△T)가 40를 초과하는 경우에, 결함이 발생하고 있어 후술할 내용과 같이 몰드 파우더 투입 패턴을 추가적으로 제어할 수 있다.
침지 노즐의 주변 영역, 즉 주편 중심부에서의 주조 온도 저하에 따른 데드 존(dead zone)이 형성 및 카본 농화층이 주편 표층조직에 혼입을 고려하여, 침지 노즐의 주변 영역의 온도를 상대적으로 증가시키는 경우 주편의 표면 결함을 감소시킬 수 있을 것으로 예상하였으며, 따라서, 몰드 파우더를 침지 노즐의 주변 영역에 투입하지 않고 자연적으로 용융된 용융 슬래그에 의해 주편 중심부의 온도 저하를 방지할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 파우더 투입 패턴을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 오스테나이트계 스테인리스강의 용강(M)을 포함하는 몰드(10) 내로 몰드 파우더(15)를 투입하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법에 있어서, 상기 용강에 침지되는 침지 노즐의 주변 영역(A)에 상기 몰드 파우더(15)를 미투입할 수 있다.
예를 들어, 상기 용융 슬래그층 상에 투입된 상기 몰드 파우더는 주조 폭 전체에 대하여 하기 식 (2)로 정의되는 투입 영역(B-A)에 대한 미투입 영역(A)의 면적 비율이 20 내지 100% 일 수 있다.
미투입 영역 면적(A) / 투입 영역 면적(B-A) X 100 --- 식 (2)
상기 몰드 파우더 투입 영역(B-A)에 대한 상기 몰드 파우더 미투입 영역(A)의 면적 비율이 20 내지 100%인 경우, 상기 침지 노즐 주변 영역(A)의 용강 온도를 확보하여 충분한 용융 슬래그층(12)의 두꼐를 확보할 수 있으며 이에 따라 주편 표면 결함을 감소시킬 수 있다.
상기 몰드 파우더 투입 영역(B-A)에 대한 상기 몰드 파우더 미투입 영역(A)의 면적 비율이 20% 미만인 경우, 주조 중에 온도가 낮은 용강에 의해 용융풀이 얼게되어 침지 노즐 주위에 과다하게 고상 슬래그가 둘러 쌓이게 되고 이에 따라 충분한 용융 슬래그층을 확보하지 못하여 주편 표면 결함이 발생하게 되는 문제점이 있다. 상기 몰드 파우더 투입 영역(B-A)에 대한 상기 몰드 파우더 미투입 영역(A)의 면적 비율이 100% 초과인 경우, 몰드 파우더 미투입 영역이 과다하여 오픈된 용융 슬래그의 복사에 의한 냉각으로 용강 메니스커스 표층이 과다 냉각되어 주편 표층 결함이 증가하였으며 주조 중 편류발생이 관찰되어 주조 중단되는 문제점이 있다.
이하 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 7-9
오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조시 하기 표 3의 조건에 따라 몰드 파우더 미투입 영역을 설정하고, 주조온도 과열도 50℃, 침지 노즐 토출각 0°로 설정하여 연주 주편을 제조하였으며, 주편의 표면의 결함 여부를 육안으로 확인하여 나타내었다.
투입 영역에 대한 미투입 영역의 면적 비율(미투입 영역/투입 영역, %) 흑색띠흠 유무
실시예 7 100 X
실시예 8 50 X
실시예 9 30 X
실시예 10 20 X
비교예 10 0 O
비교예 11 10 O
비교예 12 120 O
비교예 10 및 11에서와 같이 몰드 파우더의 미투입 영역이 10% 이하로 너무 작아지면, 충분한 용융 슬래그층을 확보하지 못하여 주편 표면 결함이 발생함을 알 수 있으며, 비교예 12에서와 같이 몰드 파우더의 미투입 영역이 너무 커지면 용강 메니스커스 표층이 과다 냉각되어 주편 표층의 결함이 발생함을 알 수 있었다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1: 레이들 2: 턴디쉬
3: 주편 10: 몰드
11: 침지 노즐 12: 용융 슬래그층
13: 카본 농화층 14: 소결층
15: 몰드 파우더 16: 슬래그 베어
17: 응고셀 M: 용강

Claims (6)

  1. 오스테나이트계 스테인리스강의 용강을 포함하는 몰드 내로 몰드 파우더를 투입하는 단계를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법에 있어서,
    상기 용강 상에 형성되는 용융 슬래그층의 위치별 두께 차이가 하기 식 (1)을 만족하며,
    상기 용강에 침지되는 침지 노즐의 주변 영역에 상기 몰드 파우더를 미투입하며, 상기 용융슬래그층 상에 투입된 상기 몰드 파우더는 주조 폭 전체에 대하여 하기 식(2)로 정의되는 투입 영역에 대한 미투입 영역의 면적 비율이 20 내지 100%인 표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법.
    |t1 - t2| < 7mm --- 식 (1)
    여기서, t1은 용융 슬래그층의 에지부 두께(mm), t2는 용융 슬래그층의 중심부 두께(mm)이다.
    미투입 영역 면적/ 투입 영역 면적 * 100 ---식(2)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 슬래그층의 위치별 두께 차이가 -3 내지 6mm 인 표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    연속 주조시 턴디쉬의 주조 온도와 이론 응고 온도의 차이값인 주조 온도 과열도(△T)를 20 내지 40℃로 제어하는 표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용강에 침지되는 침지 노즐을 통하여 턴디쉬로부터 연속적으로 용강을 토출하며,
    상기 침지 노즐로부터 토출되는 용강의 토출각은 용강이 토출되는 토출구를 기준으로 하향으로 0 내지 15° 인 표면 결함이 개선된 오스테나이트계 스테인리스강의 연속 주조 방법.



  5. 삭제
  6. 삭제
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