KR101877460B1 - 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 시시예에 따른 몰드 플럭스는 연속 주조에 사용되는 몰드 플럭스에 있어서, 상기 몰드 플럭스는 주형 내 응고셀로부터 방출되는 복사선을 차단하기 위하여 금속 재질의 입자 또는 세라믹 재질의 입자가 첨가되며, 상기 금속 재질의 입자 또는 세라믹 재질의 입자는 주형 외부에서 용해된 몰드 플럭스를 주형 탕면으로 주입하는 과정에서 함께 투입하여 액상 슬래그 속으로 효율적으로 분산된다.

Description

몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법{MOLD FLUX AND METHOD OF CONTINUOUS CASTING OF STEEL USING THE SAME}

본 발명은 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철강의 연속 주조 공정에 사용되는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법에 관한 것이다.

철강의 연속 주조 공정은 1960년대 이후 전 세계적으로 널리 보급된 기술로 이전의 행하여지던 잉곳 캐스팅 공정에 비하여 생산성 향상, 수율 향상 등 많은 장점이 있어 널리 사용되는 공정이다. 연속 주조 공정에서 주편의 품질과 생산성은 주형 내 응고의 제어에 의해 정해진다.

일종의 버퍼 역할을 하는 턴디쉬(tundish)로부터 침적형 노즐을 통하여 용강이 주형 내로 유입되면 용강과 주형이 맞닿는 부위인 메니스커스(meniscus)에서부터 응고가 시작된다.

이때, 응고로 인하여 형성되는 응고셀이 직접 주형과 접촉하게 되면 응고셀과 주형간의 마찰로 인해 응고셀이 파열될 수 있기 때문에 주형 벽면과 응고셀 사이에 윤활제 역할을 하는 몰드 플럭스를 투입한다.

연속 주조 공정 시 탕면에 도포하는 몰드 플럭스는 탕면 용강의 현열로 용해된 후 메니스커스 부위에서 주형 벽면으로 유입되면서 슬래그 필름으로 존재하는데, 주형 벽면에 가까운 쪽에는 고상 필름이 존재하고 응고셀에 가까운 쪽에는 액상 필름이 존재한다. 이와 같은 몰드 플럭스는 용강에서 주형 벽면으로 열전달의 속도를 제어하며, 윤활능을 가진다.

액상 필름 및 고상 필름을 통한 열전달은 각각 전도(conduction) 및 복사(radiation)의 두 가지 경로로 이루어지며, 슬래그 필름과 관련된 열저항은 계면 열저항을 포함하여 총 5가지가 존재한다.

주형 내 초기 응고단계, 즉 매니스커스 부근에서의 응고 단계에서 전열량이 일정 이상으로 커지게 되면 표면 부위에 크랙성 결함이 발생하여 최종 제품의 품질을 저하시키고, 심하게는 주조 도중 내부의 미용융 용강이 크랙(crack)으로 통해 빠져나와 폭발하는 브레이크 아웃(break out)이 발생할 수 있다.

따라서, 효율적인 방법으로 초기 응고단계에서의 전열량을 낮추는 소위 초기 완냉화 기술이 필요하게 된다. 종래의 조업에서는 고상필름의 열저항을 높임으로써 초기 응고단계에서의 전열량을 낮추고자 하였다. 즉, 결정질의 분율이 높은 고상 슬래 필름을 메니스커스 부근에 형성하여 이를 통과하는 복사선을 차단하는 것이다. 단, 이 방식을 적용할 경우 고상 필름의 유동성이 나빠지기 쉬워서 고상 필름의 파단 및 이로 인한 주형과 응고쉘간 윤활능이 저하될 수 있다.

한국등록특허공보 제10-0749027호

본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

액상 몰드 플럭스의 금속 혹은 세라믹 재질의 미세입자의 효과적인 투입 및 최종적으로 주형 벽면에서의 액상 몰드 플럭스 필름 내로의 해당 입자의 효과적인 분포를 성공적으로 이루기 위하여 안출된 것으로, 액상의 몰드 플럭스 필름을 통한 복사 열전달을 효과적으로 차단하기 위하여 주형 외부에서 용융시킨 몰드 플럭스를 주형으로 주입하는 소위 용융 몰드 플럭스 주입기술을 기반으로 용융 몰드 플럭스가 주입되는 주입관에 금속 혹은 세라믹 입자를 투입하여 용융 몰드 플럭스 내에 분산시켜 주형으로 주입하여 최종적으로는 주형 벽면에 존재하는 액상의 몰드 플럭스 필름 내에 금속 또는 세라믹 입자가 효과적으로 분산되도록 하여 응고쉘로부터 방출되는 복사파를 효과적으로 차단하는 특성을 갖추는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스는, 연속 주조에 사용되는 몰드 플럭스에 있어서, 상기 몰드 플럭스는 주형 내 응고셀로부터 방출되는 복사선을 차단하기 위하여 금속 재질의 입자 또는 세라믹 재질의 입자가 첨가된다.

상기 몰드 플럭스는 상기 주형의 외부에서 용해된 후 상기 금속 재질의 입자 또는 상기 세라믹 재질의 입자가 첨가될 수 있다.

상기 몰드 플럭스는 상기 금속 재질의 입자 또는 상기 세라믹 재질의 입자가 취입(blowing)될 수 있다.

상기 몰드 플럭스는 상기 금속 재질의 입자 또는 상기 세라믹 재질의 입자가 피딩(feeding)될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용한 연속 주조방법은, 주형 내 응고셀로부터 방출되는 복사선을 차단하기 위하여 금속 재질의 입자 또는 세라믹 재질의 입자가 첨가되는 몰드 플럭스를 주형 내에 투입하는 단계; 및 상기 몰드 플럭스를 응고하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스 및 이를 이용한 연속 주조방법은 액상의 몰드 플럭스 필름 내에 금속 또는 세라믹 재질의 입자가 균일하게 분산됨으로써, 응고셀의 표면으로부터 방출되는 복사 에너지가 주형으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 주형 내 전체 전열량, 특히 초기 응고 단계에서의 전열량을 효과적으로 저하시킬 수 있으며 동시에 연속 주조 주형 내에서 응고셀과 주형 사이의 윤활능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 연속 주조 공정에서 주형 내에서 발생하는 야금학적 현상을 개략적으로 도시한 개략도이고,
도 2는 도 1의 연속 주조 공정에서 주형 내에 열 전달을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스에 금속 또는 세라믹 재질의 입자를 첨가하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용한 연속 주조방법을 순차적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스에 금속 또는 세라믹 재질의 입자를 첨가하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

주형은 주형 내에서 주형 탕면(mold top surface)과 주형 벽면(mold wall surface)으로 구분될 수 있는데, 주형 탕면에는 항상 일정한 속도의 용강 유동이 존재하고, 주형 벽면에서는 진동하는 주형 벽면과 일정한 주조 속도로 하측으로 유동하는 응고셀 간에 상대적인 속도 차이에 의해서 전단율이 정해진다.

본 실시예에서, 몰드 플럭스는 주형 내 응고셀로부터 방출되는 복사선을 차단하기 위하여 금속 재질의 입자 또는 세라믹 재질의 입자가 첨가된다. 구체적으로, 주형 벽면에 형성되는 슬래그 필름 중 액상의 몰드 플럭스의 필름 내에 해당하는 몰드 플럭스보다 밀도가 높은 금속 재질의 입자 또는 세라믹 재질의 입자를 첨가한다.

금속 또는 세라믹 재질의 입자가 액상의 몰드 플럭스 필름 내에 첨가되어 분산되면 응고셀의 표면으로부터 방출되는 복사에너지가 주형으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 이에 따라, 주형 내 전체 전열량, 특히 초기 응고단계에서의 전열랑을 효과적으로 저하시킬 수 있으며 동시에 연속 주조 주형 내에서 응고셀과 주형 사이의 윤활능을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 금속 또는 세라믹 재질의 입자는 액상 몰드 플럭스 필름의 내부에 균일하게 분산되는 것이 바람직하다.

우선, 고상 입자와 액상 몰드 플럭스의 분산형태를 제조하기 위하여 액상의 몰드 플럭스를 주형 외부에서 용해한 후 제1주입관(110)을 통해 주형 탕면으로 주입한다. 그리고, 금속 또는 세라믹 재질의 입자를 제1주입관(110)에 첨가한다. 이후, 주형 탕면 슬래그 pool에 분산된 금속 또는 세라믹 재질의 입자는 주형 벽면의 슬래그에 유입되면서 주형 벽면으로 이동하며, 주형 벽면의 액상 슬래그 필름 내에 균일하게 분산되어 존재하게 된다.

본 실시예에서, 금속 또는 세라믹 재질의 입자는 취입(blowing)되거나 또는 피딩(feeding)된다.

예를 들어, 파우더 챔버(130)에 수용된 파우더를 제2주입관(120)을 통해 carrier gas와 함께 용융 몰드 플럭스의 노즐 속으로 취입하거나 또는 파우더를 wire 형태로 제조하여 피딩하여 첨가할 수 있다. 이에 따라, 액상의 몰드 플럭스 필름 내부에 금속 또는 세라믹 재질의 입자가 균일하게 분산되어 첨가될 수 있다.

결과적으로, 액상 slag film을 통한 복사열전달을 현저하게 억제할 경우 별도의 부작용 없이 주형 내 전열량을 효과적으로 낮출 수 있음을 발견하였다. 즉, 종래 조업 방식에서 고상 slag film이 수행하던 복사열전달 차단 효과를 액상 slag film을 통하여 구현할 경우에는 고상 slag film 내의 결정질 분율을 낮게 유지하여도 전열량 제어가 가능하기 때문에 결정상 들 간의 망목상 형성으로 인한 윤활능 저하 문제가 생겨나지 않기 때문이다.

따라서, 복사열전달 차단이 가능한 액상 slag film을 형성하는 몰드 플럭스 제품을 크랙민감강 연속주조에 적용할 경우 주형 내 열전달과 윤활을 모두 만족스럽게 제어할 수 있게 되므로 연속 주조 공정의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. 연속주조 주형 내의 응고된 강철 (응고쉘) 표면에서 내뿜는 복사에너지를 효과적으로 분산하여 복사열전달을 차단할 수 있도록 적절한 밀도와 개수, 그리고 크기 분포를 갖는 미세입자를 포함하는 액상의 slag film을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 몰드 플럭스를 제안한 바 있다.

그러나, 이와 같은 미세한 입자를 함유하는 액상 몰드 플럭스 필름을 어떻게 형성할 것인가에 대한 구체적인 방법이 제안되고 있지 않기 때문에, 액상 몰드 플럭스로의 금속 혹은 세라믹 미세입자의 효과적인 투입 및 최종적으로 주형 벽면에서의 액상 몰드 플럭스 필름 내로의 해당 입자의 효과적으로 분포하고 액상의 몰드 플럭스 필름을 통한 복사열전달을 효과적으로 차단해야 한다. 이를 위해, 주형 외부에서 용융시킨 몰드 플럭스를 주형으로 주입하는 소위 용융 몰드 플럭스 주입기술을 기반으로, 용융 몰드 플럭스가 주입되는 주입관에 금속 혹은 세라믹 입자를 투입하여 용융 몰드 플럭스 내에 분산시켜 주형으로 주입하여 최종적으로는 주형 벽면에 존재하는 액상의 몰드 플럭스 필름 내에 상기 금속 혹은 세라믹 입자가 효과적으로 분산되도록 하여 응고쉘로부터 방출되는 복사파를 효과적으로 차단할 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용한 연속 주조방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용한 연속 주조방법은 몰드 플럭스를 주형 내에 투입하는 단계(S100)와 몰드 플럭스를 응고하는 단계(S200)를 포함한다.

몰드 플럭스를 주형 내에 투입하는 단계(S100)는 주형 내 응고셀로부터 방출되는 복사선을 차단하기 위하여 금속 재질의 입자 또는 세라믹 재질의 입자가 첨가되는 몰드 플럭스를 주형 내에 투입한다. 우선, 몰드 플럭스를 주형 외부에서 용해한 후 주형 탕면에 주입한다. 이후, 금속 또는 세라믹 재질의 입자를 첨가한다. 이에 따라, 주형 벽면의 액상 슬래그 필름 내에 금속 또는 세라믹 재질의 입자가 균일하게 분산될 수 있다.

몰드 플럭스를 응고하는 단계(S200)는 몰드 플럭스의 열저항을 증가시키고 전열량을 감소시키며 몰드 플럭스를 응고한다.

본 실시예에서, 금속 또는 세라믹 재질의 입자는 금속 또는 세라믹 재질의 입자는 취입(blowing)되거나 또는 피딩(feeding)된다. 예를 들어, 파우더를 carrier gas와 함께 용융 몰드 플럭스의 노즐 속으로 취입하거나 또는 파우더를 wire 형태로 제조하여 피딩하여 첨가할 수 있다. 이에 따라, 액상의 몰드 플럭스 필름 내부에 금속 또는 세라믹 재질의 입자가 균일하게 분산되어 첨가될 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 제1주입관
120 : 제2주입관
130 : 파우더 챔버

Claims (8)

1. 연속 주조에 사용되는 몰드 플럭스를 용해시키는 단계;
   상기 용해된 몰드 플럭스에 액상 몰드 플럭스보다 밀도가 높은 금속 재질의 입자를 분산시키는 단계; 및
   상기 금속 입자가 분산된 액상 몰드 플럭스를 주형으로 주입하는 단계를 포함하며,
   상기 금속 입자를 통해 복사선을 분산시키는 것을 특징으로 하는
   연속 주조 시 주형 벽면에서 주형 내 응고셀로부터 방출되는 복사선을 차단하는 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1주입관을 통해 액상 몰드 플럭스를 주형 내에 투입하는 단계; 및
   제2주입관을 통해 상기 액상 몰드 플럭스보다 밀도가 높은 금속 재질의 입자를 캐리어 가스(carrier gas)와 함께 상기 제1주입관에 취입(blowing)하여 상기 액상 몰드 플럭스에 분산시키는 단계를 포함하고,
   상기 금속 재질의 입자는 주형 벽면에서 응고셀로부터 방출되는 복사선을 분산시킴으로써 차단하기 위한 것인
   몰드 플럭스를 이용한 연속 주조방법.
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7. 삭제
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