KR102210204B1 - 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주편 주조에 사용되는 몰드 플럭스로서, 전체 중량%에 대하여, 산화알루미늄(Al2O3)을 32 중량% 내지 38 중량%, 산화스트론튬(SrO)을 8 중량% 내지 12 중량%, 산화칼륨(K2O)을 8 중량% 내지 12 중량%, 불소(F)를 8 중량% 내지 12 중량%, 산화보론(B2O3)을 5 중량% 내지 8 중량%, 산화리튬(Li2O)을 3 중량% 내지 5 중량% 및 불가피한 불순물을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 몰드 플럭스에 의하면, 산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO)에 의한 성분 변화를 종래에 비해 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 몰드 플럭스는 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량을 종래에 비해 줄이고, 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼륨(K2O)를 포함하도록 몰드 플럭스를 마련한다. 따라서, 윤활능을 저해시키는 고융점 결정상의 생성을 억제 또는 방지할 수 있고, 몰드 플럭스에 의한 결함 발생을 방지할 수 있으며, 브레이크 아웃(break out) 등과 같은 조업 사고를 방지하여 안정적인 조업을 할 수 있다.

Description

몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법{MOLD FLUX AND CASTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법에 관한 것이다.
주조 공정은 소정 형상의 내부 공간을 가지는 몰드에 용강을 주입하고, 몰드 내에서 반응고된 주편을 연속적으로 인발하여 슬라브, 블룸, 빌렛, 빔 블랭크 등과 같은 다양한 형상의 주편을 제조하는 공정이다.
이러한 주조 공정 시에, 몰드 내의 용강 상부에 몰드 플럭스가 투입되고, 투입된 몰드 플럭스는 몰드와 응고 쉘 간의 틈 사이로 유입된다. 유입된 몰드 플럭스는 몰드 내벽과 응고 쉘 또는 반응고된 주편 간의 윤활 작용을 한다. 또한, 몰드 플럭스는 윤활 작용 이외에도, 용강으로부터 분리 부상되는 비금속 개재물을 흡수시켜 용해하고, 용강의 재산화 방지 및 대기로의 열 방출을 억제시켜 용강을 보온 유지시키는 역할을 한다.
한편, 전기 강판은 전기와 자기의 에너지 교환시 열로 손실되는 에너지양을 나타내는 철손을 감소시킨 강재로서, 타 강재에 비하여 전자기적 특성을 우수하게 만든 연질의 자성 재료이다. 이러한 전기 강판은 알루미늄(Al)이 고 함량으로 함유된 강재로서, 이의 제조를 위해 고 함량의 알루미늄(Al)이 함유된 용강이 사용된다.
그런데, 고 함량의 알루미늄(Al)이 함유된 용강을 이용하여 주조할 때, 몰드 플럭스의 주 성분인 산화규소(SiO2)와 용강 중 알루미늄(Al)이 반응하여, 몰드 플럭스 내 산화규소(SiO2)의 함량이 감소되고, 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 증가하는 성분 변화가 일어난다. 성분이 변화된 몰드 플럭스 내의 산화알루미늄(Al2O3)은 상기 몰드 플럭스 내 다른 성분인 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2) 및 산화나트륨(Na2O)과 반응하여 Ca-Al-O, Ca-Na-Al-O 및 Na-Al-Si-O와 같은 고융점 결정상이 생성시킨다.
그리고, 고융점 결정상에 의해 몰드 플럭스의 융점 및 점도가 급격하게 증가하고, 이에 따라 용융된 몰드 플럭스의 액상 비율이 낮아지게 된다. 이에, 몰드와 응고 쉘 사이로 몰드 플럭스의 유입이 원활하지 않거나, 낮은 액상 비율의 몰드 플럭스로 인해 윤활능이 부족하여, 응고 쉘이 터지거나 찢기는 브레이크 아웃(break out)이 발생될 수 있다.
따라서, 고 함량의 알루미늄(Al)을 함유하는 용강을 이용하여 주조를 하는 경우, 용강 성분의 엄격한 제어, 주편의 연속 생산량 제한 및 주조 속도 제어 중 적어도 하나를 통해 몰드 플럭스의 성분 변화를 최소화여 왔다.
그런데, 주편의 연속 생산량 및 주조 속도를 제한하는 경우, 생산량이 감소하는 문제가 있다. 또한, 전기 강판의 경우 낮은 철손과 높은 자속 밀도를 확보하기 위해, 더 높은 알루미늄(Al) 함량이 요구되는데, 용강 중 알루미늄(Al) 함량이 높아질수록 몰드 플럭스의 성분 변화 정도가 큰 문제가 있다.
한국공개특허 KR 10-2002-0044233
본 발명은 주편의 생산성을 향상시킬 수 있는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법을 제공한다.
본 발명은 윤활능을 확보할 수 있는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 몰드 플럭스는 전체 중량%에 대하여, 산화알루미늄(Al2O3)을 32 중량% 내지 38 중량%, 산화스트론튬(SrO)을 8 중량% 내지 12 중량%, 산화칼륨(K2O)을 8 중량% 내지 12 중량%, 불소(F)를 8 중량% 내지 12 중량%, 산화보론(B2O3)을 5 중량% 내지 8 중량%, 산화리튬(Li2O)을 3 중량% 내지 5 중량% 및 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 몰드 플럭스는 산화규소(SiO2)를 포함하지 않는다.
상기 몰드 플럭스의 융점은 1000℃ 내지 1300℃이다.
전체 중량%에 대하여, 상기 산화스트론튬(SrO)이 9 중량% 내지 10 중량% 포함다.
전체 중량%에 대하여, 상기 산화칼륨(K2O)이 9 중량% 내지 10 중량% 포함된다.
상기 몰드 플럭스는 산화칼슘(CaO)를 포함하고, 상기 산화칼슘(CaO)은 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6가 되도록 함량이 조절된다.
상기 산화칼슘(CaO)은 염기도(CaO/Al2O3)가 0.45 내지 0.55가 되도록 함량이 조절된다.
상기 몰드 플럭스는 5 중량% 이하의 산화나트륨(Na2O)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 주조 방법은 몰드 플럭스를 마련하는 과정; 몰드에 용강을 공급하는 과정; 및 상기 용강 상부에 상기 몰드 플럭스를 투입하여 주편을 주조하는 과정;을 포함한다.
상기 용강은, 용강 전체 중량%에 대하여 0.7 중량% 이상의 알루미늄(Al)을 포함한다.
상기 용강 상부로 투입된 몰드 플럭스는 상기 용강의 열에 의해 용융되고, 용융된 몰드 플럭스는 0.5 poise 내지 3 poise의 점도를 가진다.
상기 주편을 주조하는 과정에서, 상기 몰드 플럭스는 상기 용강으로부터 형성되는 응고 쉘과 상기 몰드 사이로 유입되고, 상기 응고 쉘과 몰드 사이로 유입된 몰드 플럭스는 측정 면적 내에서 액상이 차지하는 면적의 비율이 70% 내지 85%이다.
본 발명의 실시예에 따른 몰드 플럭스에 의하면, 산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO)에 의한 성분 변화를 종래에 비해 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 몰드 플럭스는 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량을 종래에 비해 줄이고, 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼륨(K2O)를 포함하도록 몰드 플럭스를 마련한다. 따라서, 윤활능을 저해시키는 고융점 결정상의 생성을 억제 또는 방지할 수 있고, 몰드 플럭스에 의한 결함 발생을 방지할 수 있으며, 브레이크 아웃(break out) 등과 같은 조업 사고를 방지하여 안정적인 조업을 할 수 있다.
또한, 성분 변화 및 고융점 결정상의 생성이 억제되기 때문에, 장시간 사용하더라도 몰드 플럭스는 그 윤활능을 유지할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용하면 장시간 동안 안정적으로 연속 주조를 실시할 수 있다. 그리고, 주편의 연속 생산량 및 주조 속도를 제한하지 않고도, 몰드 플럭스의 성분 변화를 억제할 수 있어, 주편 생산량을 향상시킬 수 있다.
도 1은 주조 공정 중 몰드 플럭스가 유입되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 2(a)는 표 1의 제 2 비교예에 따른 몰드 플럭스, 도 2(b)는 표 1의 제 1 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용하여 주조한 주편의 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한유 요소를 지칭한다.
도 1은 주조 공정 중 몰드 플럭스가 유입되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 주조 공정은 턴디시(미도시) 내에 수강되어 있는 용강(M)이 침지 노즐(10)을 통하여 몰드(20)로 유입되면, 냉각되어 있는 몰드(20) 내에서 용강(M)의 응고가 시작되어 중간 제품인 반응고 상태의 주편이 얻어지는 공정이다.
이러한 주조 공정 시에 몰드(20) 내의 용강(M) 상에는 몰드 플럭스(F)가 투입되어 용융되며, 용융된 몰드 플럭스(F)는 몰드(20)와 응고 쉘(I) 간의 틈 사이로 유입된다. 몰드(20)와 응고 쉘(I) 간의 틈 사이로 유입된 몰드 플럭스(F)는 몰드(20)의 하측으로 인발되는 주편과 함께 따라 내려가면서 주편을 냉각시키기 위해 분사되는 냉각수에 의해 씻겨가면서 소모된다.
몰드(20)로 투입되는 몰드 플럭스(F)는 분말 또는 과립 상태의 고상으로서, 용강(M) 상부로 투입되면, 용강(M)의 열에 의해 용융된다. 그리고, 용융된 몰드 플럭스(F)는 몰드(20)와 응고 쉘(I) 간의 틈 사이로 유입되어 윤활 작용을 한다.
그리고, 몰드 플럭스(F)가 적절한 윤활능을 가질 때, 응고 쉘(I)이 터지거나 찢어져, 용강(M)이 새어나오는 브레이크 아웃(break out) 발생을 방지할 수 있다. 또한, 몰드 플럭스(F)가 적절한 윤활능을 가질 때, 몰드 플럭스가 응고 쉘 내측 즉, 용강으로 침투하여 주편의 결함을 발생시키는 문제를 방지할 수 있다.
몰드 플럭스(F)의 윤활능은 몰드 플럭스(F)의 융점, 용강으로 투입된 몰드 플럭스의 점도 및 액상 비율(또는 액상율)에 따라 결정된다. 여기서, 몰드 플럭스(F)의 액상 비율이란, 측정 면적 내에서 액상이 차지하는 면적을 비율로 나타낸 것일 수 있다.
본 발명에서는 브레이크 아웃(break out) 및 주편 결함 발생이 방지 또는 억제되도록 윤활능을 확보할 수 있는 몰드 플럭스를 제공한다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 알루미늄(Al)이 0.7 중량% 이상, 보다 바람직하게는 1.0 중량% 이상인 고함량 알루미늄(Al) 함유 용강을 이용하여 주편을 주조하는데 있어서, 윤활능을 확보할 수 있는 몰드 플럭스를 제공한다.
한편, 몰드로 장입되는 용강 및 용강 탕면의 온도는 약 1300℃ 내지 1350℃이며, 냉각되고 있는 몰드 내벽과 인접한 부분에서의 용강 온도는 약 1000℃ 내외이다.
분말 또는 과립 상태의 몰드 플럭스는 용강 탕면으로 투입되어 용강의 열에 의해 용융된 후, 몰드와 응고 쉘 간의 틈 사이로 유입된다. 이때, 용강 탕면 상에서 용융된 몰드 플럭스의 점도가 확보되어야 몰드와 응고 쉘 사이의 틈으로 흐를 수 있고, 몰드와 응고 쉘 사이로 유입된 몰드 플럭스의 액상 비율이 확보되어야 몰드와 응고 쉘 간의 윤활능을 확보할 수 있다.
이에, 몰드 내 용강 탕면의 온도인 1300℃ 내지 1350℃에서의 몰드 플럭스의 점도, 몰드 내벽과 인접한 용강의 온도인 1000℃에서의 액상 비율이 확보된 몰드 플럭스를 마련할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에서는 1300℃에서의 점도가 0.5 poise 내지 3 poise, 1000℃에서의 액상 비율이 70% 내지 85%인 몰드 플럭스를 제공한다. 또한, 몰드 플럭스의 점도 및 액상 비율은 그 융점에 따라 달라지므로, 본 발명의 실시예에서는 융점이 1000℃ 내지 1300℃인 몰드 플럭스를 제공한다.
여기서, '0.5 poise 내지 3 poise'의 의미는 '0.5 poise 이상, 3 poise 이하'라는 의미이다. 그리고, 이후 설명되는 몰드 플럭스의 점도, 몰드 플럭스의 성분 함량, 온도, 액상 비율 등을 설명하는데 있어서, '하한치 내지 상한치'의 형태로 설명되는데, 이들은 '하한치 이상, 상한치 이하'를 의미한다.
한편, 몰드 플럭스의 융점이 1000℃ 미만이거나, 점도가 0.5 poise 미만이거나, 액상 비율이 85%를 초과하는 경우, 몰드 플럭스의 윤활능이 너무 커, 몰드와 응고 쉘 사이의 틈으로 몰드 플럭스가 과도하게 유입될 수 있다. 이러한 경우, 몰드 플럭스가 응고 쉘 내측 즉, 용강으로 침투할 수 있고, 이에 따라 주편 결함이 발생될 수 있다.
그리고, 용강은 냉각되고 있는 몰드에 의해 응고되는데, 이때 몰드의 온도가 몰드 플럭스를 거쳐 응고 쉘 및 용강으로 전달된다. 그런데, 몰드 플럭스의 액상 비율이 85%를 초과하는 경우, 몰드 플럭스로부터 응고 쉘 또는 용강으로의 열전달이 너무 커, 몰드 내에서 응고 쉘의 두께가 과도하게 두꺼워질 수 있다. 이러한 경우, 반응고된 주편이 몰드 외부로 인발되어 벤딩(bending)될 때, 과도한 스트레스를 받아 품질이 저하될 수 있다.
또한, 몰드 플럭스의 융점이 1300℃를 초과하거나, 점도가 3 poise를 초과하거나, 액상 비율이 70% 미만인 경우, 몰드와 응고 쉘 사이의 틈으로 몰드 플럭스의 유입이 부족하거나, 유입된 몰드 플럭스의 윤활능이 부족할 수 있다. 이렇게 윤활능이 부족하게 되면, 응고 쉘이 터지거나, 찢어져 용강이 새어나오는 브레이크 아웃(break out)이 발생될 수 있고, 이에 따라 몰드 하측으로 용강이 쏟아지는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 융점이 1000℃ 내지 1300℃, 1300℃에서의 점도가 0.5 poise 내지 3 poise, 1000℃에서의 액상 비율이 70% 내지 85%인 몰드 플럭스를 마련한다. 보다 바람직하게는, 융점이 1100℃ 내지 1250℃, 1300℃에서의 점도가 0.7 poise 내지 1.5 poise, 1000℃에서의 액상 비율이 75 중량% 내지 80 중량%인 몰드 플럭스를 마련한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 몰드 플럭스의 성분과 관련하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 몰드 플럭스는 용강 내 알루미늄(Al)과의 반응 주체 물질인 산화규소(SiO2)를 포함하지 않고, 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화스트론튬(SrO), 산화칼륨(K2O), 불소(F), 산화보론(B2O3) 및 산화리튬(Li2O)을 포함하고, 이외 불가피한 불순물이 포함될 수 있다. 또한, 몰드 플럭스는 산화나트륨(Na2O) 및 산화마그네슘(MgO)를 포함할 수 있다. 여기서, 몰드 플럭스는 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 즉, 의도하지 않은 다양한 성분이 포함될 수 있다. 여기서, 미량의 산화규소(SiO2)가 포함된 상태를 배제하지 않는다.
보다 구체적으로, 실시예에 따른 몰드 플럭스는 전체 중량%에 대하여, 산화알루미늄(Al2O3)을 32 중량% 내지 38 중량%, 산화스트론튬(SrO)을 8 중량% 내지 12 중량%, 산화칼륨(K2O)을 8 중량% 내지 12 중량%를 포함한다. 또한, 몰드 플럭스는 전체 중량%에 대하여, 불소(F)를 8 중량% 내지 12 중량%, 산화보론(B2O3)을 5 중량% 내지 8 중량% 및 산화리튬(Li2O)을 3 중량% 내지 5 중량% 포함한다.
보다 바람직하게, 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼륨(K2O) 각각은 9 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
그리고, 산화칼슘(CaO)은 몰드 플럭스의 염기도(CaO/Al2O3)를 조절하는 역할을 하는데, 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6가 되도록 투입된다. 여기서, 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 32 중량% 내지 38 중량%이므로, 0.4 내지 0.6의 염기도(CaO/Al2O3)를 가지기 위하여, 산화칼슘(CaO)은 12.8 중량% 내지 22.8 중량%의 함량을 가지도록 마련될 수 있다. 보다 바람직하게는 염기도(CaO/Al2O3)가 0.45 내지 0.55가 되도록 산화칼슘(CaO)의 함량이 조절될 수 있다.
그리고, 몰드 플럭스는 5 중량% 이하의 산화나트륨(Na2O), 2 중량% 이하의 산화마그네슘(MgO)을 포함할 수 있다. 또한, 몰드 플럭스는 산화나트륨(Na2O) 및 산화마그네슘(MgO) 중 적어도 하나를 포함하지 않을 수 있다(0 중량%)
이러한 실시예에 따른 몰드 플럭스는 융점이 1000℃ 내지 1300℃ 이고, 1300℃에서의 점도가 0.5 poise 내지 3 poise 이며, 1000℃에서의 액상 비율이 70% 내지 85%가 된다.
산화알루미늄(Al2O3)은 중성 산화물로 전체적인 몰드 플럭스 조성에 따라 염기성 혹은 산성으로 작용할 수 있다. 해당 조성에서는 SiO2 성분이 없기 때문에 주로 산성 산화물로 작용하여 몰드 슬래그 내 유리질 구조의 주체가 되어 용강 상으로 투입된 몰드 플럭스가 비정질 또는 유리질 상태가 되도록 하는 역할을 한다.
이러한 산화알루미늄(Al2O3)은 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 32 중량% 이상, 38 중량% 이하로 포함될 수 있다.
여기서, 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 32 중량% 미만인 경우 용강으로 투입된 몰드 플럭스가 비정질화되지 않거나 부족하여 점도가 상승하며, 이에 요구되는 윤활능이 얻기 어려울 수 있다.
한편, 몰드 플럭스 내 산화알루미늄(Al2O3)은 상기 몰드 플럭스 내 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O) 중 적어도 하나와 반응하여 Ca-Al-O 계 및 Ca-Na-Al-O 계 중 적어도 하나의 고융점 결정상을 생성시키며, 이에 몰드 플럭스의 융점이 급격하게 상승한다. 그리고, 몰드 플럭스는 몰드 내 용강으로 투입되어 용융되는데, 몰드 플럭스 내 고융점 결정상의 함량이 많을수록 그 점도가 증가하는 문제가 있다.
따라서, 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 38 중량%를 초과하면, 몰드 플럭스 내 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O) 중 적어도 하나와 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응량이 많아, 다량의 고용점 결정상이 생성될 수 있다. 그리고 이로 인해, 몰드 플럭스의 융점이 증가하고, 점도가 증가되어, 윤활능이 저하될 수 있다.
산화칼슘(CaO)은 몰드 플럭스가 0.4 이상, 0.6 이하의 염기도(CaO/Al2O3)를 가지도록 그 함량이 제어될 수 있다. 몰드 플럭스의 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 미만이면, 몰드 플럭스의 점도가 증가하여 응고 쉘과 몰드 사이로 몰드 플럭스의 유입이 감소하게 되고, 이로 인해 구속성 브레이크 아웃(Break Out)과 같은 조업 사고가 발생될 수 있다. 또한, 몰드 플럭스의 염기도(CaO/Al2O3)가 0.6을 초과하면, 몰드 플럭스의 융점이 높아져, 윤활능이 저해된다.
불소(F)는 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 8 중량% 이상, 12 중량% 이하로 포함될 수 있다. 한편, 불소(F)의 함량이 8 중량% 미만일 경우, 몰드 플럭스의 점도가 증가하여 윤활능이 저하될 수 있다. 반대로, 불소(F)의 함량이 12 중량%를 초과하는 경우, 점도가 너무 낮아 윤활능을 확보할 수 없게 된다. 또한, 불소(F)가 12 중량%를 초과하는 경우 냉각 매체로 물을 사용하는 주조 조업 중 H2O와 반응하여 HF를 다량 생성할 수 있고, 이에 따라 연속 주조 설비의 부식을 야기시킬 수 있다.
산화보론(B2O3)은 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 5 중량% 이상, 8 중량% 이하로 포함될 수 있다. 산화보론(B2O3)은 고융점 결정상의 생성을 억제하는 효과가 있는 물질이다. 그런데, 산화보론(B2O3)이 5 중량% 미만인 경우 결정상 생성을 억제하는 효과가 미미하며, 이에 따라 몰드 플럭스의 융점이 상승하고, 액상 비율이 감소하여 충분한 윤활능 확보가 어렵다. 또한, 산화보론(B2O3)이 8 중량%를 초과하면, 액상 비율 및 윤활능이 과도하게 증가한다. 이에, 몰드와 응고 쉘 사이의 틈으로 몰드 플럭스가 과도하게 유입될 수 있고, 이러한 경우, 몰드 플럭스가 응고 쉘 내측 즉, 용강으로 침투할 수 있고, 이에 따라 주편 결함이 발생될 수 있다. 그리고, 산화보론(B2O3)이 8 중량%를 초과하는 경우, 몰드 내 상부 영역에서 몰드의 내벽과 인접한 부근에 몰드 플럭스가 응고되어 고착되는 슬래그 림이 형성될 수 있다. 그리고 이러한 슬래그 림에 의해, 몰드와 응고 쉘 사이로 몰드 플럭스가 유입되는 채널이 좁아지는 문제가 발생된다.
산화리튬(Li2O)은 충분한 액상 비율 확보를 위해 첨가되는 성분으로서, 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 3 중량% 이상, 5 중량% 이하로 포함될 수 있다. 산화리튬(Li2O)이 3 중량% 미만이면, 몰드 플럭스의 융점이 1500℃ 이상으로 높아 1300℃의 온도에서도 용융되지 않고, 이에 1000℃에서 액상이 없거나 액상 비율이 아주 낮아, 윤활능 확보가 불가능하다. 또한, 산화리튬(Li2O)이 5 중량%를 초과할 경우, 3 중량% 미만일 때에 비해 융점 및 점도가 감소하고, 액상 비율이 증가하나, 융점이 1300℃를 초과하고 점도가 3 poise 초과하여 윤활능의 확보가 어렵다.
산화마그네슘(MgO)은 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 2 중량% 이하로 포함될 수 있다. 바람직하게는 산화마그네슘(MgO)이 함유되지 않을 수 있다(0 중량%).한편, 산화마그네슘(MgO)은 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여 마그네슘(Mg)과 알루미늄(Al)을 포함하는 고융점의 스피넬(spinel) 상을 형성할 수 있다. 이에, 산화마그네슘(MgO)이 2 중량%를 초과하는 경우, 고융점의 스피넬(spinel) 상이 다량 생성되며, 이에 몰드 플럭스의 융점 및 점도가 상승하는 문제가 있다. 따라서, 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 산화마그네슘(MgO)이 2 중량% 이하로 포함되도록 한다.
한편, 고 함량의 Al이 함유된 용강을 이용하여 주편을 주조할 때, 종래의 몰드 플럭스를 사용하면, 몰드 플럭스 내 산화규소(SiO2)와 용강 중 알루미늄(Al)이 반응하여, 몰드 플럭스 내 산화규소(SiO2) 함량이 감소되고, 산화알루미늄(Al2O3) 함량이 증가하는 성분 변화가 일어난다(반응식 참조).
[반응식]
SiO2(몰드 플럭스) + Al(용강) → Si(용강) + Al2O3(몰드 플럭스)
반면, 실시예에 따른 몰드 플럭스는 용강 중 알루미늄(Al)과의 반응 주체인산화규소(SiO2)를 포함하지 않도록 마련된다. 이에, 몰드 플럭스의 성분 변화를 종래에 비해 억제 또는 방지할 수 있다.
그리고, 종래의 몰드 플럭스는 산화칼슘(CaO)이 24 중량% 이상, 산화나트륨(Na2O)이 6 중량% 이상으로 함유되어 있다. 그리고, 상술한 바와 같이 몰드 플럭스 내 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)은 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여, Ca-Al-O 및 Ca-Na-Al-O와 같은 고융점 결정상을 생성시킨다.
그런데, 몰드 플럭스 내 산화알루미늄(Al2O3)이 고함량으로 함유되면, 몰드 플럭스 내 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O) 중 적어도 하나와 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응으로 인한 고융점 결정상이 형성될 수 있다. 그리고 이로 인해 몰드 플럭스의 융점 및 점도가 상승하고, 액상 비율이 감소하여 윤활능이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 산화알루미늄(Al2O3)이 고함량으로 함유되는 몰드 플럭스를 제조하는데 있어서, 상기 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여 고융점 결정상을 생성시키는 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량을 제한할 필요가 있다.
여기서, 산화칼슘(CaO)은 몰드 플럭스의 염기도(CaO/Al2O3)를 0.4 이상, 0.6 이하로 조절하기 위해 몰드 플럭스 내에 포함되어야 한다. 그런데, 산화알루미늄(Al2O3)과의 반응을 통한 고융점 결정상의 생성을 억제 또는 감소시켜야 하기 때문에, 산화칼슘(CaO)의 함량을 종래에 비해 감소시킨다.
이때, 산화칼슘(CaO)의 함량은 몰드 플럭스의 염기도(CaO/Al2O3)를 0.4 이상, 0.6 이하가 되도록 조절되므로, 실시예에 따른 산화칼슘(CaO)의 함량은 12.8 중량% 내지 22.8 중량%일 수 있으며, 이는 종래에 비해 감소된 함량이다.
산화나트륨(Na2O)은 상술한 바와 같이, 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여 고융점 결정상을 생성시키는 성분으로, 실시예에서는 종래에 비해 그 함량을 줄여, 몰드 플럭스 전체 중량%에 대해 5 중량% 이하로 포함되거나, 포함되지 않도록 제조한다. 산화나트륨(Na2O)의 함량이 5 중량%를 초과하면, 산화알루미늄(Al2O3) 과의 반응을 통한 고융점 결정상이 다량 생성되어 융점 및 점도를 증가시키며, 이로 인해 윤활능을 확보할 수 없는 문제가 있다.
이렇게, 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량을 감소시키거나, 함유되지 않도록 몰드 플럭스를 마련함으로써, 몰드 플럭스 내 산화알루미늄(Al2O3)과의 반응이 억제 또는 감소될 수 있다. 따라서, 산화알루미늄(Al2O3)의 함량이 높아도, 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O) 중 적어도 하나와 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응을 통한 고융점 결정상의 생성을 억제할 수 있다.
이와 같이, 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량을 감소시키므로, 상기 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 대체 재료가 필요하다. 이때, 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)에 비해 산화알루미늄(Al2O3)과의 반응성이 작으면서, 융점 및 점도 감소 기능을 할 수 있는 대체 재료가 필요하다.
실시예에 따른 몰드 플럭스는 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼륨(K2O)을 포함하는데, 이들이 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)과 유사한 기능을 하는 대체 재료일 수 있다. 보다 구체적으로, 산화칼슘(CaO)의 대체 재료로 산화스트론튬(SrO)을 사용하고, 산화나트륨(Na2O)의 대체 재료로 산화칼륨(K2O)을 사용할 수 있다. 이를 통해, Ca-Al-O 및 Ca-Na-Al-O와 같은 고융점 결정상의 생성을 억제시킬 수 있다.
여기서, 산화스트론튬(SrO)은 상술한 바와 같이 산화칼슘(CaO)의 대체 재료로서 투입되는 성분으로, 산화칼슘(CaO)에 비해 몰드 플럭스 내 산화알루미늄(Al2O3)과의 반응성이 낮다. 예를 들어 몰드 플럭스 내 동일한 함량의 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼슘(CaO)이 함유되어 있을 때, 산화스트론튬(SrO)과 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응에 의한 고융점 결정상의 생성량이 산화칼슘(CaO)과 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응에 의한 고융점 결정상의 생성량에 비해 작다. 이에, 종래에 비해 산화칼슘(CaO)의 함량을 줄이고, 산화스트론튬(SrO)을 포함시킴으로써, 종래에 비해 고융점 결정상의 생성량을 줄일 수 있다.
또한, 산화칼륨(K2O)은 상술한 바와 같이 산화나트륨(Na2O)의 대체 재료로서 투입되는 성분으로, 산화나트륨(Na2O)에 비해 몰드 플럭스 내 산화알루미늄(Al2O3)과의 반응성이 낮다. 예를 들어 몰드 플럭스 내 동일한 함량의 산화칼륨(K2O) 및 산화나트륨(Na2O)가 있을 때, 산화칼륨(K2O)과 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응에 의한 고융점 결정상의 생성량이 산화나트륨(Na2O)과 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응에 의한 고융점 결정상의 생성량에 비해 작다. 이에, 종래에 비해 산화나트륨(Na2O)의 함량을 줄이고, 산화칼륨(K2O)을 포함시킴으로써, 종래에 비해 고융점 결정상의 생성량을 줄일 수 있다.
산화스트론튬(SrO)은 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 8 중량% 이상, 12 중량% 이하로 포함될 수 있다. 한편, 산화스트론튬(SrO)의 함량이 8 중량% 미만일 경우, 산화칼슘(CaO)의 대체 재료로서의 투입 효과가 미미하다. 즉, 산화스트론튬(SrO)은 산화칼슘(CaO)의 대체 재료로 투입되는 성분으로서, 융점 및 점도를 저하시키고, 액상 비율을 증가시킨다. 그런데, 종래에 비해 산화칼슘(CaO)의 함량을 줄인 상태에서, 산화스트론튬(SrO)의 함량이 8 중량% 미만으로 작은 경우, 몰드 플럭스의 융점 및 점도가 높아지는 문제가 있다. 그리고 이렇게 높은 융점 및 점도로 인해 몰드 플럭스의 액상 비율이 낮아지고, 이로 인해 적절한 윤활능이 확보되지 못할 수 있다. 또한, 산화스트론튬(SrO)의 함량이 12 중량%를 초과하는 경우, 몰드 플럭스의 융점이 1500℃ 이상으로 높아, 몰드 플럭스가 용강 상부로 투입되더라도 용융되지 않는 문제가 있다.
산화칼륨(K2O)은 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여 8 중량% 이상, 12 중량% 이하로 포함될 수 있다. 그런데, 산화칼륨(K2O)의 함량이 8 중량% 미만일 경우, 산화칼륨(K2O)의 투입 효과가 미미할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 산화칼륨(K2O)은 산화나트륨(Na2O)의 대체 재료로 투입되는 성분으로, 융점 및 점도를 저하시키는 기능을 가진다. 그런데, 종래에 비해 산화나트륨(Na2O)의 함량을 줄인 상태에서, 산화칼륨(K2O)의 함량이 8 중량% 미만으로 작은 경우, 몰드 플럭스의 융점 및 점도가 높아지는 문제가 있다. 그리고 이렇게 높은 융점 및 점도로 인해 몰드 플럭스의 액상 비율이 낮아, 윤활능이 저하되고, 이로 인해 적절한 윤활능이 확보되지 못할 수 있다.
반대로, 산화칼륨(K2O)의 함량이 12 중량%를 초과하는 경우, 융점이 1500℃ 이상으로 높아, 몰드 플럭스가 용강 상부로 투입되더라도 용융되지 않는 문제가 있다. 이는 칼륨(K) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 고융점 결정상이 다량 생성되기 때문인 것으로 파악된다.
이하에서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 주조 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 몰드 플럭스와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 주조 방법은 전술한 몰드 플럭스를 마련하는 과정, 몰드(20)에 용강(M)을 주입하는 과정 및 상기 용강(M) 상부에 몰드 플럭스(F)를 투입하여 주편을 주조하는 과정을 포함한다.
먼저, 몰드 플럭스를 마련하는 과정은, 몰드 플럭스 전체 중량%에 대하여, 산화알루미늄(Al2O3)을 32 중량% 내지 38 중량%, 산화스트론튬(SrO)을 8 중량% 내지 12 중량%, 산화칼륨(K2O)을 8 중량% 내지 12 중량%, 불소(F)를 8 중량% 내지 12 중량%, 산화보론(B2O3)을 5 중량% 내지 8 중량% 및 산화리튬(Li2O)을 3 중량% 내지 5 중량% 포함하도록 마련한다.
그리고, 몰드 플럭스는 그 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6이 되도록 산화칼슘(CaO)의 함량이 조절되고, 0 중량% 이상, 5 중량% 이하의 산화나트륨(Na2O), 0 중량% 이상, 2 중량% 이하의 산화마그네슘(MgO)을 포함할 수 있으며, 이외 불가피한 불순물이 포함될 수 있다.
용강을 마련하는 과정은 정로 정련 등의 정련 과정을 통해 용강 전체 중량%에 대하여 알루미늄(Al)이 0.7 중량% 이상, 보다 바람직하게는 1.0 중량% 이상으로 다량 함유된 용강을 마련할 수 있다. 그리고, 용강은 전기 강판 제조를 위한 용강일 수 있다.
몰드 플럭스를 마련하는 과정과 용강을 마련하는 과정은 시계열적인 관계가 아니며, 몰드 플럭스와 용강 중 어느 하나를 먼저 마련하거나 몰드 플럭스와 용강을 동시에 마련할 수도 있음은 물론이다.
몰드 플럭스와 용강이 마련되면, 래들과 턴디쉬를 거쳐 침지 노즐(10)을 이용하여 몰드(20)에 용강(M)을 주입한다. 그리고, 몰드(20)에 용강(M)이 주입되면, 용강(M)의 상부에 몰드 플럭스(F)를 공급하여 주편을 주조한다.
용강(M) 상부에 공급된 몰드 플럭스(F)는 적어도 일부가 용융되며, 이는 몰드(20)와 응고 쉘(I) 간의 틈 사이로 유입되어, 표면만이 응고(응고 쉘)된 주편과 몰드(20) 사이에서 윤활 작용을 수행하며 주편이 주조된다.
이때, 본 발명이 실시예에 따른 주조 방법에서는 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량을 종래에 비해 줄이고, 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼륨(K2O)을 함유하는 몰드 플럭스를 사용한다. 이에, 몰드 플럭스 내 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O) 중 적어도 하나와 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응을 통한 몰드 플럭스의 성분 변화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, Ca-Al-O 계 및 Ca-Na-Al-O 계와 같은 고융점 결정상의 생성을 억제 또는 줄일 수 있다. 이에 따라 몰드 플럭스의 융점 및 점도 상승, 액상 비율 저하를 억제하여 윤활능을 확보할 수 있다.
이하에서는, 비교예들 및 본 발명의 실시예에 따른 주조 방법으로 주편을 주조하는 실험 예에 대하여 설명하기로 한다.
표 1 내지 표 4는 비교예들 및 실시예들에 따른 몰드 플럭스에 있어서, 점도, 융점(℃) 및 액상 비율(%)을 나타낸 표이다. 여기서, 비교예들 및 실시예들에 따른 몰드 플럭스는 모두 산화알루미늄(Al2O3)이 30중량% 이상으로 고농도로 함유되어 있다.
실험을 위하여, 비교예들 및 실시예들에 따른 몰드 플럭스를 마련하고, 이들의 융점, 점도 및 액상 비율을 측정하였다.
여기서, 융점은 비교예들 및 실시예들에 따른 몰드 플럭스 각각에 대해 가열 현미경(heating microscope)을 이용하여 측정하였다.
그리고, 점도는 비교예들 및 실시예들에 따른 몰드 플럭스 각각을 1300℃의 온도로 가열하고, 1300℃의 온도에서 일반적인 점도 측정기로 측정한 것이다.
또한, 비교예들 및 실시예들에 따른 몰드 플럭스의 액상 비율은, 고온 공초점 현미경(Confocal laser scanning microscope)로 측정하였다. 보다 구체적으로 설명하면 도가니에 몰드 플럭스를 장입하고, 1500℃로 가열 후 100℃/min의 속도로 냉각시키는 조건에서, 실시간으로 몰드 플럭스의 용융 및 응고 과정을 녹화하였다. 그리고 1000℃에 도달하였을 때, 녹화된 영상 내에서 액상이 차지하는 면적 비율을 계산하여 도출하였다.
기타 성분의 함량(중량%)은 산화마그네슘(MgO), 산화철(F2O3), 산화망간(MnO), 산화인(P2O5), 산화티타늄(TiO2)들 함량을 합한 값이다.
표 1은 제 1 실시예 및 제 1 내지 제 7 비교예들에 따른 몰드 플럭스에 있어서, 점도, 융점 및 액상 비율을 나타낸 표이다. 여기서 표 1은 산화스트론튬(SrO) 함유 여부에 따른 몰드 플럭스의 특성을 비교하기 위한 표이다.
구분 CaO/
Al2O3 		SiO2
(중량%)		 CaO
(중량%)		 Al2O3
(중량%)		 Na2O
(중량%)		 F
(중량%)		 Li2O
(중량%)		 B2O3
(중량%)		 K2O
(중량%)		 SrO
(중량%)		 기타성분
(중량%)		 점도
(poise)		 융점(℃) 액상 비율(%)
제1비교예 0.6 14.7 24.8 38.4 7 7.8 7.2 0 0 0 0.1 4.63 1334 50
제2비교예 0.9 16 26 30.3 10.7 11 1 2 0 0 3 1.98 1425 0
제3비교예 0.9 17.3 28 31.2 3.5 11 5 2 0 0 2 1.82 1383 58
제4비교예 0.5 10.8 17.3 34 4.6 11 4.7 7.7 0 7.7 2.2 3.71 1222 70
제5비교예 0.7 7.6 23.2 34 0 11 4.7 7.7 4.6 4.8 2.4 1.8 1124 89
제6비교예 0.5 10.8 17.3 34 0 11 4.7 7.7 4.6 7.7 2.2 4.49 956 87
제7비교예 0.6 2.8 20 34 0 9.9 4.4 7.7 9.6 9.6 2 1.56 1147 87
제1실시예 0.5 0 18.4 34 4.4 9.9 4.4 7.7 9.6 9.6 2 0.74 1237 79
표 1을 참조하면, 산화스트론튬(SrO)을 포함하는 제 1 실시예, 제 4 내지 제 7 비교예의 경우, 융점이 1300℃ 이하, 액상 비율이 70% 이상이다. 그러나, 산화스트론튬(SrO)을 포함하지 않는 제 1 내지 제 3 비교예의 경우 융점이 1300℃를 초과하도록 높고, 액상 비율이 60 중량% 이하로 낮다. 이는, 제 1 내지 제 3 비교예의 경우 산화스트론튬(SrO)을 포함하지 않고, 산화칼슘(CaO)의 함량이 24 중량% 이상으로 높아, 몰드 플럭스 내에서 산화알루미늄(Al2O3) 과의 반응에 의한 고융점 결정상이 대량 생성되기 때문이다. 반면, 제 1 실시예, 제 4 내지 제 7 비교예의 경우, 산화스트론튬(SrO)을 포함하도록 제조되며, 산화칼슘(CaO)이 23.2 중량% 이하로서, 제 1 내지 제 3 비교예에 비해 상대적으로 낮다. 이에, 제 1 실시예, 제 4 내지 제 7 비교예는 제 1 내지 제 3 비교예에 비해, 몰드 플럭스 내에서 산화알루미늄(Al2O3) 과의 반응에 의한 고융점 결정상의 생성량이 상대적으로 적어, 융점이 낮고, 액상 비율이 높다.
산화스트론튬(SrO)을 포함하는 제 1 실시예, 제 4 내지 제 7 비교예들을 비교하면, 산화스트론튬(SrO)을 포함하더라도, 염기도(CaO/Al2O3), 각 성분의 함량에 따라 점도, 융점 및 액상 비율 각각이 목표 점도(0.5 poise 내지 3 poise), 융점(1000℃ 내지 1300℃) 및 액상 비율(70% 내지 85%)을 만족하거나 만족하지 않을 수 있다.
제 1 실시예에 따른 몰드 플럭스의 조성을 보면, 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6, 산화알루미늄(Al2O3)이 32 중량% 내지 38 중량%, 산화나트륨(Na2O)이 5 중량% 이하, 불소(F)가 8 중량% 내지 12 중량% 이하, 산화리튬(Li2O)이 3 중량% 내지 5 중량%, 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 8 중량%, 산화칼륨(K2O)이 8 중량% 내지 12 중량%, 산화스트론튬(SrO)이 8 중량% 내지 12 중량%를 만족하고, SiO2를 포함하지 않는다(0 중량%). 이에, 제 1 실시예의 경우 점도가 0.74 poise로, 0.5 poise 내지 3 poise 이하의 범위를 만족하고, 융점이 1237℃로, 1000℃ 내지 1300℃의 범위를 만족하며, 액상 비율이 79 중량%로, 70% 내지 85%의 범위를 만족한다.
따라서, 제 1 실시예에 따른 몰드 플럭스를 몰드 내 용강 상으로 투입시켜 주편을 주조하는 경우, 몰드 플럭스의 적절한 윤활능을 확보할 수 있다. 이에, 몰드 플럭스의 윤활능 부족으로 인한 브레이크 아웃과 같은 조업 사고, 윤활능 과다로 인한 주편 결함 발생을 방지할 수 있다.
한편, 제 5 비교예의 경우 염기도(CaO/Al2O3)가 0.6을 초과하고, 산화규소(SiO2)를 포함하며, 산화칼륨(K2O) 및 산화스트론튬(SrO) 각각의 함량이 8 중량% 미만으로 낮다. 이에, 제 5 비교예에 따른 몰드 플럭스는 액상 비율이 85%를 초과하여 높다.
또한, 제 4 및 제 6 비교예의 경우 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6을 만족하나, 산화규소(SiO2)를 포함하고, 산화칼륨(K2O) 및 산화스트론튬(SrO) 각각의 함량이 8 중량% 미만으로 낮다. 이에, 제 4 및 제 6 비교예는 모두 점도가 3 poise를 초과하며, 또한, 제 6 비교예는 액상 비율이 85%를 초과한다.
그리고, 제 7 비교예는 제 1 실시예와 같이 염기도(CaO/Al2O3), 산화알루미늄(Al2O3), 산화나트륨(Na2O), 불소(F), 산화리튬(Li2O), 산화보론(B2O3), 산화칼륨(K2O), 산화스트론튬(SrO) 각각이 목표 범위를 만족하나, 산화규소(SiO2)를 포함하고 있다. 이에, 제 7 비교예의 액상 비율이 87 중량%로, 85%를 초과한다. 그리고, 제 7 비교예는 2.8 중량%의 산화규소(SiO2)를 포함하는데, 이는 몰드 플럭스 제조시에 의도적으로 추가한 것이다.
상술한 제 4 내지 제 7 비교예에 따른 몰드 플럭스를 몰드 내 용강 상으로 투입시켜 주편을 주조하는 경우, 몰드 플럭스에 의한 적절한 윤활능을 확보할 수 없다. 즉, 몰드와 응고 쉘 사이로 몰드 플럭스의 유입이 적거나, 유입된 몰드 플럭스의 액상 비율이 작아 윤활능이 부족할 수 있다. 이러한 경우 응고 쉘이 터지거나 찢어지는 브레이크 아웃(break out) 등의 조업 사고가 발생될 수 있다. 또한, 몰드와 응고 쉘 사이로 과도한 량의 몰드 플럭스가 유입되거나, 유입된 몰드 플럭스의 액상 비율이 과도하게 커, 몰드 플럭스가 응고 쉘 내측의 용강으로 투입되어 주편의 결함을 발생시킬 수 있다.
도 2(a)는 표 1의 제 2 비교예에 따른 몰드 플럭스, 도 2(b)는 표 1의 제 1 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용하여 주조한 주편의 사진이다.
몰드로 용강을 공급하여 주편을 주조할 때, 몰드를 진동시키며, 이에 따라 주편 표면에 오실레이션 마크(OSM; Oscillation Mark)가 형성된다.
그런데, 제 2 비교예에 따른 몰드 플럭스를 이용하여 제조된 주편(도 2의 (a))의 경우 그 간격 또는 그 높이가 불균일한 오실레이션 마크(OSM; Oscillation Mark)가 형성 되었다. 이는 제 2 비교예에 따른 몰드 플럭스의 경우 몰드와 응고 쉘 간 사이로 유입된 몰드 플럭스의 윤활능이 좋지 않기 때문이다. 반면, 제 1 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용하여 제조된 주편(도 2의 (b))의 경우, 그 간격 또는 그 높이가 균일한 오실레이션 마크(OSM; Oscillation Mark)가 형성 되었다. 이는 제 1 실시예에 따른 몰드 플럭스의 경우 몰드와 응고 쉘 간 사이로 유입된 몰드 플럭스의 윤활능이 우수하기 때문이다.
표 2는 제 2 실시예 및 제 8 내지 제 11 비교예들에 따른 몰드 플럭스의 점도, 융점 및 액상 비율을 나타낸 표이다. 여기서 표 2는 산화칼륨(K2O) 및 불소(F)의 함량에 따른 몰드 플럭스의 특성을 비교하기 위한 표이다.
구분 CaO/
Al2O3 		SiO2
(중량%)		 CaO
(중량%)		 Al2O3
(중량%)		 Na2O
(중량%)		 F(중량%) Li2O
(중량%)		 B2O3
(중량%)		 K2O
(중량%)		 SrO
(중량%)		 기타성분
(중량%)		 점도
(poise)		 융점(℃) 액상 비율(%)
제8비교예 0.4 0 18 43.3 5.5 6 5.6 9.6 0 9.3 2.6 5.39 1343 59
제9비교예 0.4 0 17.1 38.8 0 5.7 5 9.1 11 11 2.3 3.85 1287 71
제10비교예 0.5 0 20.1 37.9 0 7.4 4.1 5.7 11.9 9.9 3 3.2 1489 73
제11비교예 0.6 0 21.1 35.8 0 14.3 4 5.4 10.5 0.9 3 0.47 1163 89
제2실시예 0.5 0 17.9 36.6 0 11.7 4.2 6.4 10.8 9.2 3 0.84 1216 85
표 2를 보면, 제 8 및 제 9 비교예의 점도는 모두 3 poise를 초과하나, 이들을 비교하여 K2O에 따른 점도 하락 효과를 알 수 있다. 즉, 산화나트륨(Na2O)를 포함하고, 산화칼륨(K2O)를 포함하지 않는 제 8 비교예에 비해, 산화나트륨(Na2O)를 포함하지 않고, 산화칼륨(K2O)을 포함하는 제 9 비교예의 융점 및 점도가 더 낮고, 액상 비율이 높음을 알 수 있다. 다른 말로 하면, 산화나트륨(Na2O)을 포함시키지 않고, 이를 산화칼륨(K2O)으로 대체한 제 9 비교예가 그렇지 않은 제 8 비교예에 비해 융점 및 점도가 감소하고, 액상 비율이 증가함을 확인할 수 있다. 이를 통해, 산화칼륨(K2O)이 융점 및 점도의 하락, 액상 비율의 증가 효과가 있음을 알 수 있다.
그리고, 제 2 실시예는 점도(0.84 poise)가 0.5 poise 내지 3 poise 범위, 융점(1216℃)이 1000℃ 내지 1300℃ 범위, 액상 비율이 70% 내지 85%를 만족한다. 제 2 실시예에 따른 몰드 플럭스의 성분 조성을 보면, 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6 범위를 만족하고, 산화규소(SiO2)를 포함하지 않으며, 산화알루미늄(Al2O3), 산화나트륨(Na2O), 불소(F), 산화리튬(Li2O), 산화보론(B2O3), 산화칼륨(K2O), 산화스트론튬(SrO)이 각각의 범위를 만족한다.
그러나, 제 10 비교예는 점도가 3 poise를 초과하고, 융점은 1300℃를 초과한다. 그리고, 제 11 비교예는 점도가 0.5 poise 미만이며, 액상 비율이 85%를 초과한다. 이러한 제 10 및 제 11 비교예에 따른 몰드 플럭스의 성분 조성을 보면, 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6 범위를 만족하고, 산화규소(SiO2)를 포함하지 않으며, 산화알루미늄(Al2O3), 산화나트륨(Na2O), 산화리튬(Li2O), 산화보론(B2O3), 산화칼륨(K2O)이 각각의 범위를 만족한다. 그러나, 제 10 비교예는 불소(F)가 8 중량% 미만이고, 제 11 비교예는 불소가 12 중량%를 초과한다. 따라서, 제 10 및 제 11 비교예는 그 점도가 0.5 poise 미만으로 낮거나, 3 poise를 초과하도록 높다.
표 3은 제 3 실시예, 제 12 및 제 13 비교예에 따른 몰드 플럭스의 점도, 융점 및 액상 비율을 나타낸 표이다. 여기서, 표 3은 산화보론(B2O3)의 함량에 따른 몰드 플럭스의 특성을 비교하기 위한 표이다.
구분 CaO/
Al2O3 		SiO2
(중량%)		 CaO
(중량%)		 Al2O3
(중량%)		 Na2O
(중량%)		 F(중량%) Li2O
(중량%)		 B2O3
(중량%)		 K2O
(중량%)		 SrO
(중량%)		 기타성분
(중량%)		 점도
(poise)		 융점(℃) 액상 비율(%)
제12비교예 0.6 0 23 37.1 0 9.6 4.8 3.8 7.6 11.1 3 2.7 1337 67
제13비교예 0.6 0 20.6 34 0 10.1 4.7 9.1 8.5 10.8 2.2 1.65 1134 90
제3실시예 0.6 0 22 34 0 10.2 4.7 7.5 8.2 11.2 2.2 2 1234 83
제 3 실시예는 점도(2 poise)가 0.5 poise 내지 3 poise 범위, 융점(1234℃)이 1000℃ 내지 1300℃ 범위, 액상 비율(83%)이 70% 내지 85% 범위를 만족한다. 그리고, 제 3 실시예에 따른 몰드 플럭스는 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6 범위를 만족하고, 산화규소(SiO2)를 포함하지 않으며, 산화알루미늄(Al2O3), 산화나트륨(Na2O), 불소(F), 산화리튬(Li2O), 산화보론(B2O3), 산화칼륨(K2O), 산화스트론튬(SrO)이 각각의 범위를 만족한다.
그러나, 제 12 비교예는 융점이 1300℃를 초과하고, 액상 비율이 70% 미만이다. 또한, 제 13 비교예는 액상 비율이 85%를 초과한다. 이러한 제 12 및 제 13 비교예에 따른 몰드 플럭스의 성분 조성을 보면, 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6 범위를 만족하고, 산화규소(SiO2)를 포함하지 않으며, 산화알루미늄(Al2O3), 산화나트륨(Na2O), 불소(F), 산화리튬(Li2O), 산화스트론튬(SrO)이 각각의 범위를 만족한다. 그러나, 제 12 비교예는 산화보론(B2O3)이 5 중량% 미만이고, 제 13 비교예는 산화보론(B2O3)이 8 중량%를 초과한다. 따라서, 제 12 비교예는 액상 비율이 70% 미만인 67%로 낮으며, 이에 윤활능이 부족하다. 또한, 제 13 비교예는 액상 비율이 85%를 초과하는 90%로서, 윤활능이 너무 높은 문제가 있다.
표 4는 제 4 실시예, 제 14 및 제 15 비교예에 따른 몰드 플럭스의 점도, 융점 및 액상 비율을 나타낸 표이다. 여기서, 표 4는 산화리튬(Li2O) 함량에 따른 몰드 플럭스의 특성을 비교하기 위한 표이다.
구분 CaO/
Al2O3 		SiO2
(중량%)		 CaO
(중량%)		 Al2O3
(중량%)		 Na2O
(중량%)		 F(중량%) Li2O
(중량%)		 B2O3
(중량%)		 K2O
(중량%)		 SrO
(중량%)		 기타성분
(중량%)		 점도(poise
)		 융점
(℃)		 액상 비율(%)
제14비교예 0.6 0 24.8 38.2 4.6 11.7 2.3 5.7 0 9.3 3 - 1500 이상 0
제15비교예 0.4 0 14.8 33.8 5 11.3 9.1 5.3 10.1 8.2 2 3.17 1392 71
제4실시예 0.6 0 21.1 32.5 4.4 10.4 4.7 6.3 9.9 8.5 2 2.75 1283 70
표 4를 참조하면, 제 4 실시예는 점도(2.75 poise)가 0.5 poise 내지 3 poise 범위, 융점(1283℃)이 1000℃ 내지 1300℃ 범위, 액상 비율(70%)이 70% 내지 85% 범위를 만족한다. 그리고, 제 4 실시예에 따른 몰드 플럭스는 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6 범위를 만족하고, 산화규소(SiO2)를 포함하지 않으며, 산화알루미늄(Al2O3), 산화나트륨(Na2O), 불소(F), 산화리튬(Li2O), 산화보론(B2O3), 산화칼륨(K2O), 산화스트론튬(SrO)이 각각의 범위를 만족한다.
한편, 제 14 비교예는 융점이 1500℃ 이상이고, 이에 1300℃에서 점도의 측정이 불가하고, 1000℃ 에서의 액상 비율이 0%이다. 그리고, 제 15 비교예는 액상 비율은 70% 내지 85% 범위를 만족하나, 융점이 1300℃를 초과하고, 점도가 3 poise를 초과한다. 이는, 제 14 비교예의 경우 산화리튬(Li2O)이 3 중량% 미만이고, 제 15 비교예의 경우 산화리튬(Li2O)이 5 중량%를 초과하기 때문인 것으로 파악된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 몰드 플럭스에 의하면, 산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO)에 의한 성분 변화를 종래에 비해 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 몰드 플럭스는 산화칼슘(CaO) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량을 종래에 비해 줄이고, 산화스트론튬(SrO) 및 산화칼륨(K2O)를 포함하도록 몰드 플럭스를 마련한다.
따라서, 윤활능을 저해시키는 고융점 결정상의 생성을 억제 또는 방지할 수 있고, 몰드 플럭스에 의한 결함 발생을 방지할 수 있으며, 브레이크 아웃(break out) 등과 같은 조업 사고를 방지하여 안정적인 조업을 할 수 있다.
또한, 성분 변화 및 고융점 결정상 생성이 억제되기 때문에, 장시간 사용하더라도 그 윤활능을 유지할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 몰드 플럭스를 이용하면 장시간 동안 안정적으로 연속 주조를 실시할 수 있다. 그리고, 주조 속도 및 주편이 연속 생산량을 제안하지 않고도, 몰드 플럭스의 성분 변화를 억제할 수 있어, 주편 생산량을 향상시킬 수 있다.
10: 침지 노즐 20: 몰드

Claims (12)

  1. 주편 주조에 사용되는 몰드 플럭스로서,
    전체 중량%에 대하여, 산화알루미늄(Al2O3)을 32 중량% 내지 38 중량%, 산화스트론튬(SrO)을 8 중량% 내지 12 중량%, 산화칼륨(K2O)을 8 중량% 내지 12 중량%, 불소(F)를 8 중량% 내지 12 중량%, 산화보론(B2O3)을 5 중량% 내지 8 중량%, 산화리튬(Li2O)을 3 중량% 내지 5 중량% 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 몰드 플럭스는 산화규소(SiO2)를 포함하지 않는 몰드 플럭스.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스의 융점은 1000℃ 내지 1300℃인 몰드 플럭스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    전체 중량%에 대하여, 상기 산화스트론튬(SrO)이 9 중량% 내지 10 중량% 포함된 몰드 플럭스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    전체 중량%에 대하여, 상기 산화칼륨(K2O)이 9 중량% 내지 10 중량% 포함된 몰드 플럭스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스는 산화칼슘(CaO)를 포함하고,
    상기 산화칼슘(CaO)은 염기도(CaO/Al2O3)가 0.4 내지 0.6이 되도록 함량이 조절된 몰드 플럭스.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 산화칼슘(CaO)은 염기도(CaO/Al2O3)가 0.45 내지 0.55가 되도록 함량이 조절된 몰드 플럭스.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스는 5 중량% 이하의 산화나트륨(Na2O)을 포함하는 몰드 플럭스.
  9. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 몰드 플럭스를 마련하는 과정;
    몰드에 용강을 공급하는 과정; 및
    상기 용강 상부에 상기 몰드 플럭스를 투입하여 주편을 주조하는 과정;을 포함하는 주조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용강은, 용강 전체 중량%에 대하여 0.7 중량% 이상의 알루미늄(Al)을 포함하는 주조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 용강 상부로 투입된 몰드 플럭스는 상기 용강의 열에 의해 용융되고, 용융된 몰드 플럭스는 0.5 poise 내지 3 poise의 점도를 가지는 주조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 주편을 주조하는 과정에서,
    상기 몰드 플럭스는 상기 용강으로부터 형성되는 응고 쉘과 상기 몰드 사이로 유입되고,
    상기 응고 쉘과 몰드 사이로 유입된 몰드 플럭스는 측정 면적 내에서 액상이 차지하는 면적의 비율이 70% 내지 85%인 주조 방법.
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