KR102288415B1 - 턴디시 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법 - Google Patents

턴디시 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 턴디시 플럭스는, 전체 중량%에 대하여, 산화칼슘(CaO)을 40 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)을 25 중량% 내지 40 중량%, 산화규소(SiO2)를 5 중량% 내지 10 중량%, 산화보론(B2O3)을 2 중량% 내지 10 중량% 및 불가피한 불순물을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 플럭스에 의하면, 개재물의 용해도 또는 개재물 제거 효율이 종래에 비해 높다. 이에 따라, 종래에 비해 개재물에 의한 결함 발생이 억제 또는 방지된 주편을 제조할 수 있고, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

턴디시 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법{TUNDISH FLUX AND CASTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 턴디시 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 턴디시 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법에 관한 것이다.
주조 공정은 턴디시 내 용강을 주형으로 주입하고, 주형 내에서 반응고된 주편을 인발하여 슬라브, 블룸, 빌렛, 빔 블랭크 등과 같은 다양한 형상의 주편을 제조하는 공정이다.
이러한 주조 공정 시에, 턴디시 내 용강의 개재물 제거, 용강 재산화에 의한 개재물 발생 및 용강의 온도 하락을 억제하기 위하여, 턴디시 내 용강 탕면을 플럭스로 커버한다.
플럭스는 고상 또는 파우더 상태로 마련되며, 주조 초기에 소정량의 용강이 수용되어 있는 턴디시로 상기 플럭스를 투입한다. 턴디시로 플럭스가 투입되면, 이는 용강의 열에 의해 용융된다. 이에 용강 탕면 상에 용융된 플럭스 즉, 플럭스 풀이 소정 두께로 형성된다. 즉, 용강 탕면이 플럭스 풀에 의해 커버된다. 용강 탕면에 플럭스 풀이 형성되면, 용강 중 개재물이 플럭스 풀로 용해되어 흡수되며, 이에 용강 중 개재물이 제거된다. 또한, 플럭스 풀이 대기와 용강 간의 접촉을 차단하기 때문에, 용강의 재산화 및 온도 하락을 억제한다.
한편, 턴디시로 공급된 고상의 플럭스는 소정 시간이 경과되어야 용융된다. 그런데, 주조 초기에는 투입된 플럭스가 용융될 시간이 부족하여, 플럭스 풀의 생성량 부족하고, 그 두께가 얇다. 이에, 주조 초기에 형성된 플럭스 풀은 개재물에 대한 용해도가 낮고, 대기와의 차단 효과가 약하다. 이로 인해, 용강 중 개재물 제거율이 낮고, 용강의 재산화에 의한 개재물이 다량 발생됨에 따라, 주편 표면 또는 내부에 용강 중 개재물에 의한 결함이 발생된다.
한국등록특허 KR1233836
본 발명은 개재물 용해도가 향상된 턴디시 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법을 제공한다.
본 발명은 용강의 재산화 및 이로 인한 개재물 발생을 억제 또는 방지할 수 있는 턴디시 플럭스 및 이를 이용한 주조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 주조시에 턴디시로 투입되는 턴디시 플럭스로서, 전체 중량%에 대하여, 산화칼슘(CaO)을 40 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)을 25 중량% 내지 40 중량%, 산화규소(SiO2)를 5 중량% 내지 10 중량%, 산화보론(B2O3)을 2 중량% 내지 10 중량% 및 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 턴디시 플럭스 전체 중량%에 대하여, 상기 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 10 중량% 포함될 수 있다.
상기 턴디시 플럭스는 2 중량% 내지 10 중량% 산화나트륨(Na2O) 및 2 중량% 내지 10 중량%의 불화칼슘(CaF2) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 턴디시 플럭스는 2 중량% 내지 6 중량% 산화나트륨(Na2O) 및 2 중량% 내지 6 중량%의 불화칼슘(CaF2) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 턴디시 플럭스 전체 중량%에 대하여, 상기 산화칼슘(CaO)이 50 중량% 내지 60 중량%, 상기 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 34 중량%, 상기 산화규소(SiO2)가 6 중량% 내지 9 중량% 포함될 수 있다.
상기 턴디시 플럭스의 융점은 1310℃ 이하이다.
상기 턴디시 플럭스의 융점은 1280℃ 이하일 수 있다.
상기 턴디시 플럭스는 1400℃에서의 점도가 7 poise 이하이다.
상기 턴디시 플럭스는 1400℃에서의 점도가 2 poise 이상, 4 poise 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 주조 방법은 턴디시 플럭스를 마련하는 과정; 턴디시에 용강을 공급하는 과정; 상기 턴디시 내로 상기 턴디시 플럭스를 투입시켜, 상기 턴디시 내 용강 탕면 상에 플럭스 풀을 형성하는 과정; 및 상기 턴디시의 용강을 주형으로 공급하고, 상기 주형에서 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정;을 포함한다.
용강이 수용된 래들을 상기 턴디시에 복수번 교체 연결하여, 상기 턴디시로 용강을 연속으로 공급하는 복수 차지의 주조를 실시하며, 상기 복수 차지의 주조 중, 첫 번째 래들의 용강을 턴디시로 공급하는 첫 번째 차지 주조에서 상기 턴디시로 상기 턴디시 플럭스를 투입하며, 상기 복수 차지의 주조 중, 마지막 차지 주조시에 상기 턴디시 내 플럭스 풀의 융점이 1400℃ 이하이다.
상기 턴디시로 투입된 상기 턴디시 플럭스는 8분 내에 모두 용융된다.
상기 첫 번째 차지 주조 시에 턴디시 내 플럭스 풀의 두께가 10mm 이상이다.
상기 복수 차지의 주조 중, 첫 번째 차지에서부터 마지막 차지의 주조까지 상기 주형 내 용강 산소 함량이 20ppm 이하이다.
본 발명의 실시예들에 따른 플럭스에 의하면, 개재물의 용해도 또는 개재물 제거 효율이 종래에 비해 높다. 이에 따라, 종래에 비해 개재물에 의한 결함 발생이 억제 또는 방지된 주편을 제조할 수 있고, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 플럭스의 융점이 종래에 비해 낮아, 용융 속도가 빠르다. 이에, 실시예들에 따른 플럭스를 이용하는 경우, 종래에 비해 짧은 시간 내에 많은 양의 플럭스를 용융시킬 수 있다. 이로 인해, 주조 초기에 충분한 양 및 두께의 플럭스 풀이 형성됨에 따라, 주조 초기의 재산화 및 온도 하락을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 플럭스의 융점이 낮아, 복수 차지의 주조를 연속 실시하더라도, 플럭스의 고화를 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 연속 주조 초기에서부터 말기까지 개재물에 의한 결함 발생이 억제 또는 방지된 주편을 제조할 수 있고, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 주조 설비를 도시한 도면이다.
도 2는 제 1 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스를 이용한 실험시에 시편의 침식 속도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실험 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스를 턴디시로 투입시켰을 때, 시간에 따른 플럭스의 용융 상태를 찍은 사진이다.
도 5는 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 일곱 번의 차지를 연속 실시하는 주조를 실시할 때, 각 차지시 마다 주형 내 용강 중 산소 함량(ppm)을 측정한 결과이다.
도 6은 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 여섯 번 차지(charge)의 주조를 연속 실시할 때, 턴디시 내 플럭스의 상태를 차지 순번에 따라 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 7은 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 여섯 번 차지(charge)의 주조를 연속 실시할 때, 두 번째, 네 번 째, 여섯 번째 차지 시에 턴디시 내 플럭스의 융점을 측정한 결과이다.
도 8은 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 여섯 번 차지의 주조를 연속 실시할 때, 각 차지시 마다 주형 내 용강 중 산소 함량(ppm)을 측정한 결과이다.
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.
본 발명은 개재물 용해도 또는 개재물 제거 효율이 향상된 턴디시 플럭스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 용강의 재산화 및 온도 하락을 억제 또는 방지할 수 있는 턴디시 플럭스에 관한 것이다. 여기서, 개재물 용해도란, 플럭스로 개재물이 용해되는 정도를 의미한다.
본 발명의 실시예들에 따른 턴디시 플럭스 설명에 앞서, 먼저 턴디시 플럭스가 적용되는 일반적인 주조 방법에 대해 설명한다.
도 1은 일반적인 주조 설비를 도시한 도면이다.
주조 공정은 턴디시(100) 내에 수강되어 있는 용강(M)이 침지 노즐(400)을 통하여 주형(300)으로 유입되면, 냉각되어 있는 주형(300) 내에서 용강(M)의 응고가 시작되어 중간 제품인 반응고 상태의 주편이 얻어지는 공정이다. 주형(300)으로부터 인발된 반응고 주편은 상기 주형(300)의 하측에서 일 방향으로 나열 배치된 복수의 세그먼트(미도시)를 따라 이동하면서 성형 및 추가 냉각되어 완전 응고된 주편이 된다.
턴디시(100)는 래들(200)로부터 용강을 제공받아, 이를 주형(300)으로 공급한다. 이를 위해, 래들(200)을 턴디시(100) 상측으로 이동시키고, 상기 래들(200)의 하부에 연결된 노즐(이하, 래들 노즐(220)), 예컨대 쉬라우드 노즐(Shoroud nozzle)의 하부가 턴디시(100) 내부에 위치되도록 한다. 이에, 래들(200) 내 용강은 래들 노즐(220)을 통해 턴디시(100)로 공급된 후, 침지 노즐(400)을 통해 주형(300)으로 공급된다.
턴디시(100)는 내부 공간을 가지는 본체(110) 및 본체(110)의 상측을 덮는 커버 부재(140)를 포함한다. 커버 부재(140)에는 래들 노즐(220)이 삽입되는 구멍 및 샘플링을 위한 구멍이 마련될 수 있다.
또한, 턴디시(100)는 래들 노즐(220)이 삽입되는 위치의 외측에 위치하도록 본체(110) 내 상부에 설치된 상부 둑(weir)(120) 및 상부 둑(120)의 외측에 위치하도록 본체(110) 내 바닥에 설치된 하부 둑(weir)(130)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 턴디시(100)의 하측에 2 개의 주형(이하, 제 1 및 제 2 주형(300: 300a, 300b))이 배치되는 경우, 래들(200)이 턴디시(100) 상측에 위치될 때, 래들 노즐(220)이 제 1 주형(300a)과 제 2 주형(300b) 사이에 위치되도록 배치된다. 그리고, 상부 둑은 한 쌍으로 마련되며, 한 쌍의 상부 둑(이하, 제 1 및 제 2 상부 둑(120: 120a, 120b))은 래들 노즐(220)을 중심으로 하여 양 측에 각기 위치되도록 본체(110) 내 상부에 연결될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 상부 둑(120a, 120b)의 하단은 본체(110) 내 바닥면과 이격되도록 설치된다.
또한, 하부 둑(130) 역시 한 쌍으로 마련될 수 있으며, 한 쌍의 하부 둑(이하, 제 1 및 제 2 하부 둑(130: 130a, 130b))은 턴디시(100)와 주형을 연결하는 침지 노즐과 상부 둑 사이에 위치하도록 설치될 수 있다. 즉, 턴디시(100)와 제 1 주형(300a)을 연결하는 제 1 침지 노즐(400a)과 제 1 상부 둑(120a) 사이에 제 1 하부 둑(130a)이 위치되고, 턴디시(100)와 제 2 주형(300b)을 연결하는 제 2 침지 노즐(400b)과 제 2 상부 둑(120b) 사이에 제 2 하부 둑(130b)이 위치된다.
그리고, 상부 둑(120)의 상하 연장 길이는 하부 둑(130)의 연장 길이에 비해 길게 형성될 수 있다. 또한, 상부 둑(120)의 하단이 하부 둑(130)의 상단에 비해 낮게 위치하도록 마련된다.
턴디시(100) 또는 본체(110)의 내부 공간은 제 1 상부 둑(120a)과 제 2 상부 둑(120b) 사이의 공간인 중앙 영역(111a), 중앙 영역(111a)의 일측 외측에 위치된 공간인 제 1 외측 영역(111b) 및 중앙 영역(111a)의 타측 외측에 위치된 공간인 제 2 외측 영역(111c)으로 분할될 수 있다. 여기서, 제 1 외측 영역(111b)은 본체(110) 내 일 측벽과 제 1 상부 둑(120a) 사이의 공간이고, 제 2 외측 영역(111c)은 본체(110) 내 타 측벽과 제 2 상부 둑(120b) 사이의 공간으로 설명될 수 있다. 이러한 턴디시(100)에 의하면 래들 노즐(220)을 통과하여 턴디시(100) 내 중앙 영역(111a)으로 공급된 용강(M)의 일부는 제 1 상부 둑(120a)과 제 1 하부 둑(130a) 사이의 통로를 통해 제 1 외측 영역(111b)으로 이동하고, 제 2 상부 둑(120b)과 제 2 하부 둑(130b) 사이의 통로를 통해 제 1 외측 영역(111b)으로 이동한다. 그리고 제 1 및 제 2 외측 영역(111b, 111c)으로 이동된 용강은 제 1 및 제 2 침지 노즐(400a, 400b)을 통해 제 1 및 제 2 주형(300a, 300b)으로 공급된다.
턴디시(100)는 상술한 바와 같이 래들(200)로부터 용강(M)을 제공 받는데, 이하 래들(200)의 용강(M)이 턴디시(100)로 공급되는 과정을 간략히 설명한다. 래들(200)의 바닥에는 용강(M)의 배출되는 통로인 배출구(210)가 마련되어 있고 배출구(210) 내에는 산화크롬 및 산화규소 등과 같은 금속 산화물을 포함하는 필러(filler)가 충진되어 있다. 필러는 래들(200) 내 수용된 용강(M)의 열에 의해 소결되며, 이에 따라 배출구(210)가 소결된 필러에 의해 폐쇄되어 있다. 이 상태에서 래들 노즐(220)에 마련되어 있는 게이트(221)를 오픈(open)시키면, 배출구(210) 내에서 소결되어 있던 필러(filler)가 용강(M)의 하중에 의해 파괴된다. 이에 배출구(210)가 자연 개공(개방)됨으로써, 래들(200) 내 용강(M)이 배출구(210) 및 래들 노즐(220)을 통과하여 턴디시(100)로 공급된다.
한편, 주편을 주조하는데 있어서, 턴디시(100)로 용강(M)을 연속으로 공급하여 주편을 주조하는 연속 주조를 실시할 수 있다. 즉, 턴디시(100) 내 용강(M)이 주형(300)으로 완전히 배출되기 전에 또는 턴디시(100) 내에 용강이 비워지기 전에 상기 턴디시(100)로 용강을 공급한다. 이를 위해, 용강(M)이 수용되어 있는 래들(200)을 턴디시(100)에 복수번 연결한다. 즉, 턴디시(100) 내 용강(M)이 모두 배출되기 전에, 턴디시(100) 상측에 위치된 빈 래들(200)을 용강(M)이 수용되어 있는 다른 래들(200)로 교체하여 연결하며, 이를 복수번 실시한다. 일반적으로, 하나의 래들(200)에 수용된 용강을 이용하여 주편을 주조하는 것을 1 차지(charge)라고 한다. 그리고, 첫 번째(최초) 래들, 두 번째 래들, 세 번째 래들, … 순서로 래들을 교체하면서 주편을 주조하는데, 래들의 순번 또는 교체되는 순번에 따라 그 주조를 첫 번째 차지, 두 번째 차지, 세 번째 차지, … 로 명명한다.
한편, 래들(200)에 수강되어 턴디시(100)로 이동되는 용강(M)은, 그 전에 불순물을 제거하는 정련 조업을 마친 용강이다. 불순물을 제거하는 정련 조업은 용강 중 황(S)을 제거하는 예비 탈황 과정, 전로 내 용강으로 산소를 취입하여 용강 중 인(P) 및 탄소(C)를 제거하는 전로 정련 과정 및 용강 중 산소(O)를 제거하는 탈산 과정을 포함한다.
용강 중 산소(O)를 제거하는 탈산을 실시하는데 있어서, 용강으로 탈산제 예컨대 알루미늄(Al)을 투입한다. 그런데 탈산 조업시에 용강 중 금속 산화물 예컨대 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 개재물이 생성되고, 이 개재물은 주편의 표면 또는 내부 결함의 요인이 된다. 이에, 용강 중 개재물 제거를 위해 진공탈가스 설비 예컨대 RH(Rheinstahl-Heraus)를 이용하여 버블링(bubbling)을 실시하고 있지만, 이 단계에서 용강 중 개재물을 목적하는 소정 함량 이하로 낮추는 데는 한계가 있다.
이에, 주조 공정에서 추가로 개재물을 제거하고 있으며, 이를 위해 턴디시(100) 상부에 개재물이 용해되어 흡수될 수 있는 턴디시 플럭스(이하, 플럭스(F))를 투입한다. 이때, 턴디시 내에 채우고자 하는 용강 목표량의 40% 내지 45%의 용강이 채워진 시점에 턴디시(100)로 플럭스(F)를 투입한다.
또한, 복수의 차지를 연속 실시하는 연속 주조 시에, 최초 차지 즉, 첫 번째 차지에서 턴디시(100)로 플럭스(F)를 투입한 후, 마지막 차지까지 추가로 플럭스를 투입하지 않는다. 즉, 첫 번째 차지에서 턴디시로 투입된 플럭스를 사용하여 복수 차지의 연속 주조를 실시한다.
플럭스(F)는 고상 또는 파우더 상태로 마련되며, 턴디시(100) 내 용강(M)으로 플럭스(F)가 투입되면, 플럭스(F)가 용강의 열에 의해 용융된다. 이에, 용강(M) 탕면 상에 소정 두께의 용융된 플럭스층 또는 액상의 플럭스층이 형성된다. 여기서 용융된 플럭스층 또는 액상의 플럭스층은 플럭스 풀(pool)(FP)로 명명될 수 있다. 이렇게, 플럭스(F)가 용융되어 액상의 플럭스 풀(FP)이 마련되면, 용강(M) 중 개재물이 상기 플럭스 풀(FP)로 용해되어 흡수되며, 이로 인해 용강으로부터 개재물이 제거된다. 즉, 고상의 플럭스(F)가 용융되어 액상의 플럭스 풀(FP)이 형성되어야, 용강(M) 중 개재물이 상기 플럭스 풀(FP)로 용해되어 제거될 수 있다.
플럭스 풀(FP)의 개재물 흡수능은 상기 플럭스 풀(FP)의 개재물 용해도가 증가함에 따라 향상된다. 여기서, 플럭스 풀(FP)의 개재물 용해도란, 플럭스 풀(FP)이 개재물을 용해시킬 수 있는 정도를 의미한다.
플럭스 풀(FP)이 충분한 개재물 용해도를 가지려면, 플럭스 풀(FP)의 점도를 낮게 확보해야 할 필요가 있다. 즉, 플럭스 풀(FP)의 점도가 충분히 낮을 때, 플럭스 풀(FP)의 개재물 용해도가 향상된다.
상술한 바와 같이, 턴디시(100)로 투입되는 플럭스(F)는 고상 또는 파우더 상태로서, 턴디시(100) 내 용강(M)으로 투입된 플럭스(F)가 용융되어야만 개재물의 용해 또는 흡수가 가능하다. 이에 투입된 고상의 플럭스(F)가 빨리 용융될 수록 또는 플럭스 풀(FP)이 빨리 형성될 수록 개재물 제거에 유리하다.
그런데, 고상 플럭스(F)의 융점이 높으면 턴디시(100)로 플럭스(F)가 투입되었을 때 용융될 때까지 장시간의 시간이 필요하게 된다. 이에, 플럭스(F)가 투입된 직후 또는 주조 초기에는 플럭스의 용융 또는 플럭스 풀이 부족한 상태에서 주조가 실시됨에 따라, 용강 중 개재물을 충분히 제거할 수 없어, 이로 인한 결함이 발생될 수 있다. 따라서, 플럭스의 빠른 용융을 위해, 융점이 낮은 플럭스를 마련할 필요가 있다.
또한, 턴디시(100)는 커버 부재(140)로 커버되어 있지만, 대기와의 접촉을 완벽히 차단할 수 없다. 이에, 턴디시(100) 내 용강(M)은 대기와의 접촉에 의해 산화(이하, 재산화)될 수 있으며, 이에 따라 용강 중에 대량의 개재물이 발생될 수 있다. 즉, 대기 중 산소와 용강 중 산화 성분 예컨대 알루미늄(Al)이 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 개재물이 다량 발생될 수 있다. 이러한 개재물은 주편의 표면 및 내부 결함 등을 발생시키는 요인이 된다. 그리고, 턴디시(100)에는 별도의 열원이 제공되지 않기 때문에, 턴디시(100) 내에 수용된 용강은 점차 그 온도가 하락하게 되며, 이에 턴디시(100) 내에서 용강이 응고될 수 있다. 그리고, 용강의 온도 하락 및 응고에 의해 주형(300)으로 용강을 공급하는 침지 노즐(400)이 막힐 수 있으며, 이러한 경우 조업을 중단해야 한다.
이에, 턴디시(100) 내 용강의 재산화 및 온도 하락을 억제 또는 방지하기 위한 목적으로도 턴디시(100)로 플럭스(F)를 투입한다. 즉, 턴디시(100) 내 용강(M) 탕면을 플럭스 풀(FP)이 커버함에 따라, 용강(M)과 대기와의 접촉 및 용강의 온도 하락을 억제 또는 방지할 수 있다.
그런데, 고상 플럭스의 융점이 높으면 턴디시로 플럭스가 투입되었을 때 용융될 때까지 장시간의 시간이 필요하게 된다. 이에, 플럭스가 투입된 주조 초기에 플럭스의 용융이 부족하게 되고, 이에 용강 탕면에서 일부 영역에 플럭스 풀이 형성되지 않을 수 있다. 이에, 용강 탕면의 일부가 대기에 노출될 수 있다. 또한, 플럭스가 충분이 용융되어 플럭스 풀의 두께가 10mm 이상이 되어야 대기와 용강 간의 직접적인 접촉을 억제할 수 있다. 그런데, 플럭스가 투입된 주조 초기에는 플럭스의 용융이 부족하기 때문에, 플럭스의 두께가 10mm 이상이 되지 못한다. 이에, 주조 초기에 플럭스 풀에 의한 용강의 재산화 억제 효과가 낮다. 따라서, 용강의 재산화 및 온도 하락 억제를 위해 융점이 낮은 플럭스를 마련할 필요가 있다.
또한, 용융된 플럭스 즉, 플럭스 풀(FP)의 점도가 높으면, 용강(M) 탕면 상에서 플럭스가 넓게 또는 고르게 퍼지지 않는다. 다른 말로 설명하면, 용강(M) 탕면에 플럭스 풀(FP)이 고르게 형성되지 않고, 일부 영역에 형성되지 않아 용강(M) 탕면의 일부가 노출될 수 있다. 이러한 경우 노출된 탕면을 통해 용강이 재산화가 일어난다. 따라서, 용강의 재산화 방지를 위해 플러스 풀의 점도를 낮게 확보해야 할 필요가 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 플럭스의 성분과 관련하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 플럭스(F)는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3) 및 산화규소(SiO2)를 포함하고, 이외 불가피한 불순물이 포함될 수 있다. 또한, 플럭스는 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
여기서, 산화규소(SiO2)는 플럭스(F) 제조를 위해 인위적으로 첨가되는 성분은 아니다. 플럭스(F) 제조를 위해 혼합되는 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 원료 및 산화칼슘(CaO)을 포함하는 원료 각각에 산화규소(SiO2)가 포함되어 있어, 플럭스 내에 산화규소(SiO2)가 포함되게 된다.
상술한 바와 같이, 플럭스는 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있는데, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2) 각각의 포함 여부에 따라 서로 다른 플럭스로 나누어 설명한다.
즉, 산화보론(B2O3)을 포함하고, 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2)을 포함하지 않는 플럭스를 제 1 실시예에 따른 플럭스, 산화보론(B2O3) 및 산화나트륨(Na2O)을 포함하고, 불화칼슘(CaF2)을 포함하지 않는 플럭스를 제 2 실시예에 따른 플럭스, 산화보론(B2O3) 및 불화칼슘(CaF2)을 포함하고, 산화나트륨(Na2O)을 포함하지 않는 플럭스를 제 3 실시예에 따른 플럭스, 산화보론(B2O3), 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2)을 모두 포함하는 플럭스를 제 4 실시예에 따른 플럭스로 명명한다.
구분 CaO Al2O3 SiO2 B2O3 Na2O CaF2
제 1 실시예 ○ ○ ○ ○ X X
제 2 실시예 ○ ○ ○ ○ ○ X
제 3 실시예 ○ ○ ○ ○ X ○
제 4 실시예 ○ ○ ○ ○ ○ ○
표 1을 참조하여 다시 설명하면, 제 1 실시예에 따른 플럭스는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3) 및 산화규소(SiO2)를 포함하며, 제 2 실시예에 따른 플럭스는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3), 산화규소(SiO2) 및 산화나트륨(Na2O)을 포함한다. 또한, 제 3 실시예에 따른 플럭스는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3), 산화규소(SiO2) 및 불화칼슘(CaF2)을 포함하고, 제 4 실시예에 따른 플럭스는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3), 산화규소(SiO2), 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2)을 포함한다.
이러한 실시예들에 따른 플럭스는 융점이 1310℃ 이하, 보다 구체적으로는 1250℃ 이상, 1310℃ 이하로 낮다. 그리고, 플럭스 투입 후 8분 이내, 보다 구체적으로는 6분 내지 7.5분 내에 완전히 용융된다.
또한, 플럭스의 융점은 1250℃ 이상, 1280℃ 이하일 수 있다. 그리고, 1400℃에서 점도가 7 poise 이하, 보다 구체적으로는 2 poise 이상, 7 poise 이하로 낮다. 또한, 플럭스의 점도는 2 poise 이상, 4 poise 이하일 수 있다. 그리고, 이러한 플럭스 풀의 개재물 용해도 또는 제거 효율이 종래에 비해 높다.
이하, 제 1 실시예에 따른 플럭스에 대해 구체적으로 설명한다. 성분 함량을 설명하는데 있어서 '하한치 내지 상한치'의 형태로 설명되는데, 이들은 '하한치 이상, 상한치 이하'를 의미한다.
제 1 실시예에 따른 플럭스(F)는, 플럭스(F) 전체 중량%에 대하여, 40 중량% 내지 60 중량%의 산화칼슘(CaO), 25 중량% 내지 40 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 2 중량% 내지 10 중량%의 산화보론(B2O3) 및 5 중량% 내지 10 중량%의 산화규소(SiO2)를 포함한다. 플럭스(F)는, 보다 바람직하게, 플럭스(F) 전체 중량%에 대하여, 산화칼슘(CaO)이 50 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 34 중량%, 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 10 중량%, 산화규소(SiO2)가 6 중량% 내지 9 중량% 포함될 수 있다.
산화칼슘(CaO) 및 산화알루미늄(Al2O3)은 턴디시 플럭스를 구성하는 베이스 물질로서, 플럭스(F) 전체 중량%에 대하여 산화칼슘(CaO)은 40 중량% 내지 60 중량% 포함되고, 산화알루미늄(Al2O3)은 25 중량% 내지 40 중량% 포함된다. 보다 바람직하게는 산화칼슘(CaO)은 50 중량% 내지 60 중량% 포함되고, 산화알루미늄(Al2O3)은 25 중량% 내지 34 중량% 포함될 수 있다.
한편, 산화칼슘(CaO)이 40 중량% 내지 60 중량%를 벗어나거나, 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 40 중량% 범위를 벗어나는 경우, 플럭스(F)의 융점 및 플럭스 풀(FP)의 점도가 높은 문제가 있다. 이에, 턴디시(100)로 투입된 플럭스(F)의 용융 속도가 늦고, 개재물 용해도가 낮으며, 용강 탕면 전체에 플럭스 풀(FP)이 균일하게 퍼지지 않아, 탕면이 노출되는 문제가 발생될 수 있다.
산화규소(SiO2)는 플럭스 내에 5 중량% 내지 10 중량%로 함유되는데, 이는 플럭스 제조를 위한 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 원료 및 산화칼슘(CaO)을 포함하는 원료 각각에 산화규소(SiO2)가 포함되어 있기 때문이다. 즉, 40 중량% 내지 60 중량%의 산화칼슘(CaO), 25 중량% 내지 40 중량%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 플럭스 제조를 위해 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 원료 및 산화칼슘(CaO)을 포함하는 원료를 혼합하면, 상기 플럭스(F) 내에 5 중량% 내지 10 중량%의 산화규소(SiO2)가 포함되게 될 수 있다. 다른 예로, 50 중량% 내지 60 중량%의 산화칼슘(CaO), 25 중량% 내지 34 중량%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 플럭스 제조를 위해 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 원료 및 산화칼슘(CaO)을 포함하는 원료를 혼합하면, 상기 플럭스(F) 내에 6 중량% 내지 9 중량%의 산화규소(SiO2)가 포함되게 될 수 있다.
산화보론(B2O3)은 플럭스(F) 전체 중량%에 대하여 2 중량% 내지 10 중량%로 포함된다. 보다 바람직하게는 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 산화보론(B2O3)은 주로 융점을 저하시키는 기능을 한다. 그런데, 산화보론(B2O3)이 2 중량% 미만인 경우 융점을 저하시키는 효과가 미미하다. 이에 따라, 플럭스의 융점이 높아, 턴디시(100)로 투입된 플럭스(F)의 용융 속도가 늦은 문제가 있다.
한편, 산화보론(B2O3)의 함량이 증가할 수록 플럭스의 융점이 감소하는 경향이 있다. 그리고, 융점이 낮을수록 플럭스가 빨리 용융되므로, 주조 초기의 개재물 제거, 용강 재산화 및 온도 하락을 방지하는데 유리하다. 그리고, 일반적으로 턴디시로 투입되는 플럭스는 제조되는 강종에 상관없이 동일한 성분 조성의 플럭스를 사용한다. 그런데, 대부분의 강종은 용강 중 보론(B) 함량을 특별히 제한하지 않으나, 두께가 두꺼운 후판(厚板)과 같은 강종을 제조하는 경우 보론(B)의 함량을 소정 함량 이하로 제한한다.
이에, 산화보론(B2O3)이 다량 함유된 플럭스는 후판과 같이 보론(B) 함량의 제한이 필요한 강종 제조시에 사용할 수 없다. 이는, 플럭스 내 보론(B)이 용강으로 픽업되어 용강 중 보론(B) 함량을 증가시키기 때문이다. 또한, 보론(B) 함량 제한이 필요한 강종의 제조를 위해 플럭스를 별도로 마련하는 경우, 그에 따른 비용이 추가된다.
따라서, 보론(B) 함량이 제한되지 않는 강종과 보론(B) 함량이 제한되는 강종에 상관없이 범용으로 사용될 수 있는 플럭스를 마련할 필요가 있다. 이에, 실시예에서는 산화보론(B2O3)이 플럭스 전체 중량%에 대하여 10 중량% 이하로 포함되도록 마련한다. 한편, 산화보론(B2O3)이 10 중량%를 초과하는 경우, 이는 보론(B) 함량의 제어가 필요한 강종 예컨대 후판 제조에 사용되지 못하게 될 수 있다.
이러한 플럭스(F)는 파우더 또는 과립 상태로 마련되는데, 그 입경이 10mm 이하가 되도록 마련된다. 바람직하게는 0.1mm 내지 10mm, 보다 바람직하게는 0.1mm 내지 7mm의 입경을 가지도록 마련된다.
한편, 플럭스(F)를 구성하는 입자들의 입경이 10mm를 초과하는 경우, 플럭스의 용융 속도가 늦어 충분한 용융 속도를 확보할 수 없을 수 있다. 그리고, 입경이 작을수록 용융 속도가 증가하지만, 입경이 너무 작은 경우 플럭스(F)를 턴디시(100)로 투입시키거나, 제조된 플럭스(F)를 이송시킬 때, 분진이 다량 발생되어 조업에 어려움이 발생될 수 있다. 따라서, 0.1mm 내지 10mm의 입경을 가지도록 플럭스를 마련하는 것이 바람직하다.
상술한 플럭스(F)는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3) 및 산화규소(SiO2)를 포함한다. 하지만 이에 한정되지 않고, 플럭스(F)는 산화나트륨(Na2O)을 더 포함할 수 있다.
즉, 제 2 실시예에 따른 플럭스는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3) 및 산화규소(SiO2)를 포함하고, 산화나트륨(Na2O)을 더 포함한다. 보다 구체적으로, 플럭스(F)는 플럭스 전체 중량%에 대하여, 40 중량% 내지 60 중량%의 산화칼슘(CaO), 25 중량% 내지 40 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 2 중량% 내지 10 중량%의 산화보론(B2O3), 5 중량% 내지 10 중량%의 산화규소(SiO2) 및 2 중량% 내지 10 중량%의 산화나트륨(Na2O)을 포함한다. 보다 바람직하게 플럭스는, 산화칼슘(CaO)이 50 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 34 중량%, 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 10 중량%, 산화규소(SiO2)가 6 중량% 내지 9 중량%, 산화나트륨(Na2O)이 2 중량% 내지 6 중량% 포함될 수 있다.
산화나트륨(Na2O)은 융점 및 점도를 낮추는 효과가 있는 물질로서, 플럭스 전체 중량%에 대하여 2 중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 2 중량% 내지 6 중량% 포함된다. 그런데, 산화나트륨(Na2O)이 2 중량% 미만인 경우, 산화나트륨(Na2O)의 첨가에 의한 융점 및 점도를 저하시키는 효과가 미미할 수 있다.
한편, 산화나트륨(Na2O)은 플럭스 중 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여 Na2O-Al2O3 형태의 고융점 결정상을 생성시킬 수 있다. 그리고 고융점 결정상이 생성되거나, 그 생성량이 많을수록 플럭스(F)의 융점이 상승된다. 또한, 플럭스(F) 내 고융점 결정상의 함량이 많을수록 플럭스 풀(FP)의 점도가 높다. 따라서, 산화나트륨(Na2O)에 의한 고융점 결정상 생성을 억제시키기 위하여, 산화나트륨(Na2O)의 함량을 10 중량% 이하로 조절한다.
한편, 산화나트륨(Na2O)이 10 중량%를 초과하는 경우, 산화나트륨(Na2O)과 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응량이 많아, 다량의 고융점 결정상이 생성될 수 있다. 그리고 이로 인해, 플럭스의 융점이 증가하고, 점도가 증가될 수 있다.
상술한 제 2 실시예에 따른 플럭스(F)는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3), 산화규소(SiO2) 및 산화나트륨(Na2O)을 포함한다. 하지만 이에 한정되지 않고, 플럭스(F)는 산화나트륨(Na2O)을 포함하지 않고, 불화칼슘(CaF2)을 더 포함한다.
즉, 제 3 실시예에 따른 플럭스(F)는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3) 및 산화규소(SiO2)를 포함하고, 불화칼슘(CaF2)을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 플럭스(F)는 플럭스 전체 중량%에 대하여, 40 중량% 내지 60 중량%의 산화칼슘(CaO), 25 중량% 내지 40 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 2 중량% 내지 10 중량%의 산화보론(B2O3), 5 중량% 내지 10 중량%의 산화규소(SiO2) 및 2 중량% 내지 10 중량%의 불화칼슘(CaF2)을 포함한다. 보다 바람직하게 플럭스는, 산화칼슘(CaO)이 50 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 34 중량%, 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 10 중량%, 산화규소(SiO2)가 6 중량% 내지 9 중량%, 불화칼슘(CaF2)이 2 중량% 내지 6 중량% 포함될 수 있다.
불화칼슘(CaF2)은 융점 및 점도를 낮추는 효과가 있는 물질로서, 플럭스 전체 중량%에 대하여 2 중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 2 중량% 내지 6 중량% 포함된다. 그런데, 불화칼슘(CaF2)이 2 중량% 미만인 경우, 불화칼슘(CaF2)에 첨가 의한 융점 및 점도를 저하시키는 효과가 미미할 수 있다.
한편, 불화칼슘(CaF2)은 산화알루미늄(Al2O3)과 반응하여 CaO-Al2O3 형태의 고융점 결정상을 생성시킬 수 있고, 이 고융점 결정상은 플럭스의 융점 및 플럭스 풀의 점도를 증가시키는 요인이 된다. 따라서, 불화칼슘(CaF2)에 의한 고융점 결정상 생성을 억제시키기 위하여, 불화칼슘(CaF2)의 함량을 10 중량% 이하로 조절한다.
하지만, 불화칼슘(CaF2)이 10 중량%를 초과하는 경우, 불화칼슘(CaF2)과 산화알루미늄(Al2O3) 간의 반응량이 많아, 다량의 고융점 결정상이 생성될 수 있다. 그리고 이로 인해, 플럭스의 융점이 증가하고, 점도가 증가될 수 있다.
상술한 제 2 및 제 3 실시예에 따른 플럭스(F)는 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2) 중 어느 하나가 포함된다. 하지만 이에 한정되지 않고, 플럭스(F)는 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2) 모두를 포함할 수 있다.
즉, 제 4 실시예에 따른 플럭스(F)는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화보론(B2O3) 및 산화규소(SiO2)를 포함하고, 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2)을 더 포함한다. 보다 구체적으로, 플럭스(F)는 플럭스 전체 중량%에 대하여, 40 중량% 내지 60 중량%의 산화칼슘(CaO), 25 중량% 내지 40 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 2 중량% 내지 10 중량%의 산화보론(B2O3), 5 중량% 내지 10 중량%의 산화규소(SiO2), 2 중량% 내지 10 중량%의 산화나트륨(Na2O) 및 2 중량% 내지 10 중량%의 불화칼슘(CaF2)을 포함한다. 보다 바람직하게 플럭스는, 산화칼슘(CaO)이 50 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 34 중량%, 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 10 중량%, 산화규소(SiO2)가 6 중량% 내지 9 중량%, 산화나트륨(Na2O)이 2 중량% 내지 6, 불화칼슘(CaF2)이 2 중량% 내지 6 중량% 포함될 수 있다.
상술한 바와 같은 제 1 내지 제 4 실시예들에 따른 플럭스는 융점이 1310℃ 이하로 낮고, 1400℃에서의 점도가 7 poise 이하로 낮다. 또한, 종래의 플럭스에 비해 개재물 용해도가 높아, 개재물의 흡수율 또는 제거율이 높다.
표 1은 제 1 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스의 성분 조성, 융점, 점도 및 침식율을 나타낸 표이다. 도 2는 제 1 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스를 이용한 실험시에 시편의 침식 속도를 나타낸 그래프이다. 도 3은 실험 장치를 도시한 도면이다.
제 1 실험예는 종래의 플럭스로서 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화규소(SiO2)를 포함하고, 산화보론(B2O3), 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2)을 포함하지 않는다. 그리고 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스는 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2) 및 산화보론(B2O3)을 포함한다. 또한, 제 3 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스는, 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2) 중 적어도 하나를 더 포함한다.
제 1 내지 제 5 실험예는 모두 산화칼슘(CaO)이 40 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 40 중량%, 산화규소(SiO2)가 5 중량% 내지 10 중량%로 포함되어 있다. 그리고, 제 2 내지 제 5 실험예는 모두 산화보론(B2O3)이 2 중량% 내지 10 중량%로 포함되어 있다. 또한, 제 3 및 제 5 실험예는 산화나트륨(Na2O)이 2 중량% 내지 10 중량%로 포함되며, 제 4 및 제 5 실험예는 불화칼슘(CaF2)이 2 중량% 내지 10 중량%로 포함되어 있다.
이에, 제 2 실험예는 제 1 실시예에 따른 플럭스, 제 3 실험예는 제 2 실시예에 따른 플럭스, 제 4 실험예는 제 3 실시예에 따른 플럭스, 제 5 실험예는 제 4 실시예에 따른 플럭스로 설명될 수 있다.
구분 CaO
(중량%)		 Al2O3
(중량%)		 SiO2
(중량%)		 Na2O
(중량%)		 B2O3
(중량%)		 CaF2
(중량%)		 융점(℃) 점도(poise)
(@1400℃)		 침식율
(%/m
min)
제 1 실험예 56.87 37.60 5.31 0 0 0 1371 23.7 0.536
제 2 실험예 60.00 29.51 5.32 0 5.09 0 1271 3.01 0.918
제 3 실험예 55.54 31.64 5.10 2.59 5.12 0 1303 3.5 1.457
제 4 실시예 57.18 26.62 5.06 0 5.43 5.71 1279 6.43 0.868
제 5 실험예 53.77 28.24 5.35 2.11 5.37 5.15 1283 2.19 1.563
점도는 제 1 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스 각각을 1400℃의 온도로 가열하고, 1400℃의 온도에서 점도 측정기로 측정한 것이다.
그리고, 침식율은 도 3에 도시된 실험 장치를 이용하여 실험하여 얻은 결과이다. 먼저 도 3을 참조하여 실험 장치에 대해 설명한다.
도 3을 참조하면, 실험 장치(10)는 내부 공간을 가지는 튜브(11), 튜브(11) 내부에 설치되며 플럭스(F)가 수용될 수 있는 도가니(12), 도가니(12)를 가열하는 히터(13), 시편(S)의 하부가 도가니(12) 내부에 삽입될 수 있도록 상기 시편(S)을 지지하고, 회전 가능한 회전체(14), 도가니(12)의 온도를 측정할 수 있는 측온기(15)를 포함한다.
튜브(11)는 쿼츠(quartz)를 포함하는 재료로 마련될 수 있다. 히터(13)는 튜브(11)의 외측에서 상기 튜브(11)의 외주면을 둘러 싸도록 설치될 수 있다. 여기서 히터(13)는 저항 가열 방식으로 히팅되는 발열선을 포함하는 수단일 수 있다. 측온기(15)는 도가니의 하부에 위치되도록 적어도 일부가 튜브(11) 내부에 위치되도록 설치될 수 있다. 이러한 측온기(15)는 예컨대 열전대(thermo couple)일 수 있다.
시편(S)은 용강 중 개재물과 동일한 성분으로 마련되며, 본 실험을 위해 사용된 시편(S)은 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어져 있다.
실험을 위하여, 도가니(12) 내에 플럭스(F)를 장입시키고, 히터를 동작시켜 플럭스를 용융시킨다. 이에, 도가니 내에 플럭스 풀(FP)이 마련된다. 플럭스 풀(FP)이 형성되면 회전체(14)를 하강시켜 시편(S)의 하부를 플럭스 풀(FP)로 침적시킨다. 그리고, 회전체(14)를 이용하여 시편(S)을 소정의 시간 동안 회전시킨다.
이러한 실험은 제 1 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 별도로 실시된다. 그리고 실험시마다 도가니(12)로 투입되는 플럭스의 양, 시편(S)이 플럭스 풀(FP)로 침적되는 깊이, 침적시키는 시간, 회전 시간, 회전 속도를 모두 동일하게 하였다. 그리고, 실험시마다 사용되는 시편(S)은 그 조성, 크기 및 질량이 동일하다.
침식율은, 플럭스 풀(FP)로 침적되기 전 시편(S)의 무게(시편의 최초 무게)와 실험이 종료 된 후 시편(S)의 무게 간의 차이를 통해 산출할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면,
실험 시작 전에 시편(S)의 무게(시편의 최초 무게)를 측정하고, 실험이 종료된 후에 시편(S)의 무게를 측정한다. 그리고, 시편(S)의 최초 무게와 실험 종료 후 시편의(S) 무게 간의 차이를 산출한다. 여기서, 산출된 무게가 플럭스 풀(FP)로 용해되어 감소된 무게(이하, 감소 무게)이다.
그리고, 감소 무게를 시편(S)의 최초 무게로 나누면(감소 무게/시편의 최초 무게) 무게 감소 비율이 산출된다. 또한, 산출된 무게 감소 비율에 100%를 곱셈하여 % 단위의 무게 감소 비율(%)을 산출할 수 있다. 이후, 산출된 무게 감소 비율(%)을 시편(S)이 플럭스 풀(FP)에 침적된 전체 시간(min)으로 나누면, 시간 당 예컨대, 분(min) 당 무게 감소 비율(%/min)이 산출되며, 이를 침식율(%/min)로 정의한다.
표 1을 참조하면, 산화보론(B2O3)이 포함된 제 2 내지 제 5 실험예가 산화보론(B2O3)이 포함되지 않은 제 1 실험예에 비해 융점 및 점도가 낮고, 침식율이 높다. 즉, 제 1 실험예는 융점이 1360℃ 이상으로 높고, 점도는 23 poise 이상으로 높다. 이에 반해 제 2 내지 제 5 실험예는 융점이 1310℃ 이하로 낮고, 점도는 7 poise 이하로 낮다.
또한, 침식율을 비교하면, 제 1 실험예는 0.6 이하로 낮으나, 제 2 내지 제 5 실험예는 0.8 이상으로 높다.
여기서, 시편(S)은 개재물과 동일한 물질로 이루지고, 시편(S)이 도가니 내 플럭스 풀(FP)로 용융되어 상기 시편의 무게가 감소하는 것이기 때문에, 산출된 침식율이 높을수록 플럭스 풀이 개재물에 대한 용해도 또는 개재물 제거 효율이 높은 것으로 해석할 수 있다. 따라서, 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스에 의해 생성된 플럭스 풀이 제 1 실험예에 비해 개재물 용해도 및 개재물 제거 효율이 높음을 알 수 있다.
도 2는 상술한 바와 같이, 플럭스에 침적된 시간에 따른 시편의 무게 감소 비율 나타낸 것이다. 즉, 플럭스에 침적된 시간 경과에 따라 시편의 감소 무게를 누적 계산하고, 이를 시편의 최초 무게로 나누어 비율화하여 나타내면 도 2와 같다.
도 2에서 제 1 실험예를 예를 들어 설명하면, 시편이 플럭스에 침적된 시간이 10분이 되었을 때 시편의 최초 무게의 약 6%가 감소된 상태이다. 또한, 시편이 플럭스에 침적된 시간이 20분이 되었을 때 시편의 최초 무게의 약 9%가 감소된 상태이다. 그리고 이렇게 시간에 따른 무게 감소 비율 변화를 통해 무게 감소 속도를 알 수 있다. 여기서, 시편의 무게 감소는 시편이 플럭스 풀로 용해 즉, 침식되어 일어나는 것이므로, 도 2의 무게 감소 속도는 시편의 침식 속도로 해석될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 2 내지 제 5 실험예는 제 1 실험예에 비해 침식 속도가 빠르다. 이는 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스에 의해 형성된 플럭스 풀이 제 1 실험예에 비해 개재물의 용해 속도가 빠름을 의미한다.
이렇게 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스는 제 1 실험예에 비해 점도가 낮고, 침식율 및 침식 속도가 높다. 따라서, 제 1 실험예에 비해, 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스를 이용하여 주조할 때, 용강의 개재물을 용해시켜 제거하는 개재물 제거 효율이 향상된다. 따라서, 개재물에 의한 결함 발생이 억제 또는 방지된 주편을 제조할 수 있고, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스의 융점이 제 1 실험예에 비해 낮다. 따라서, 제 1 실험예에 비해, 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스의 용융 속도가 빠르다. 이에, 제 1 실험예에 비해 제 2 내지 제 5 실험예에 따른 플럭스를 이용하는 경우, 짧은 시간 내에 상대적으로 많은 양 또는 두께가 두꺼운 플럭스 풀을 생성할 수 있다. 따라서, 주조 초기에 충분한 양 및 두께의 플럭스 풀(FP)이 형성됨에 따라, 주조 초기의 재산화 및 온도 하락을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
표 1 및 도 2로 다시 돌아가 제 2 내지 제 5 실험예를 비교하면, 제 3 및 제 5 실험예의 침식율은 1.4 이상으로 제 2 및 제 4 실험예(1 이하)에 비해 높고, 제 3 및 제 5 실험예의 침식 속도가 제 2 및 제 4 실험예에 비해 빠르다. 이로부터, 제 2 및 제 4 실험예에 비해 제 3 및 제 5 실험예에 따른 플럭스에 의해 형성된 플럭스 풀이 개재물 용해도 또는 개재물 제거 효율이 높음을 알 수 있다.
이를 다른 말로 설명하면, 산화보론(B2O3), 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2) 중, 산화보론(B2O3)을 포함하는 플럭스(제 2 실험예), 산화보론(B2O3) 및 불화칼슘(CaF2)을 포함하는 플럭스(제 4 실험예)를 사용할 때에 비해, 산화보론(B2O3) 및 산화나트륨(Na2O)을 포함하는 플럭스(제 3 실험예), 산화보론(B2O3), 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2)을 모두 포함하는 플럭스(제 5 실험예)를 사용할 때, 용강 중 개재물 제거 효율이 향상됨을 알 수 있다.
또한, 제 3 실험예와 제 5 실험예를 비교하면, 산화보론(B2O3) 및 산화나트륨(Na2O)을 포함하는 플럭스(제 3 실험예)를 사용할 때에 비해 산화보론(B2O3), 산화나트륨(Na2O) 및 불화칼슘(CaF2)을 모두 포함하는 플럭스(제 5 실험예)를 사용할 때, 용강 중 개재물 제거 효율이 향상됨을 알 수 있다.
도 4는 표 1의 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스를 턴디시로 투입시켰을 때, 시간에 따른 플럭스의 용융 상태를 찍은 사진이다. 도 5는 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 일곱 번의 차지를 연속 실시하는 주조를 실시할 때, 각 차지시 마다 주형 내 용강 중 산소 함량(ppm)을 측정한 결과이다.
실험을 위해, 도 1에 도시된 바와 같은 실제 주조 설비의 턴디시(100)로 제 1 및 제 3 실험예에 따른 플럭스를 투입하였다. 즉, 턴디시(100)의 중앙 영역(111a) 및 제 1 외측 영역(111b)에 제 1 실험예에 따른 플럭스를 투입하고, 제 2 외측 영역(111c)에 제 3 실험예에 따른 플럭스를 투입하였다.
턴디시(100) 내에 총 70톤(ton)의 용강을 공급하는데, 턴디시 내에 용강이 30 톤(ton)이 되는 시점에 제 1 및 제 3 실험예에 따른 플럭스를 투입하였다. 이때, 중앙 영역(111a), 제 1 외측 영역(111b) 및 제 2 외측 영역(111c)으로 투입되는 플럭스의 양을 130kg으로 동일하게 하였다.
턴디시(100) 내부는 제 1 및 제 2 상부 둑(120a, 120b)에 의해 분리되어 있기 때문에, 중앙 영역(111a), 제 1 및 제 2 외측 영역(111b, 111c) 각각으로 투입된 플럭스는 서로 혼합되지 않는다.
턴디시(100)로 플럭스의 투입이 완료된 후, 제 1 실험예에 따른 플럭스가 투입된 제 1 외측 영역(111b)의 상측 및 제 3 실험예가 따른 플럭스가 투입된 제 2 외측 영역(111c)의 상측 각각에서 사진을 촬영하였다. 보다 구체적으로, 커버 부재(140)에 샘플링을 마련된 구멍을 이용하여 촬영하였다. 이때, 시간 경과에 따라 사진을 촬영하였으며, 이를 정리하여 도 4와 같이 나타내었다.
또한, 상술한 바와 같이 턴디시(100)의 중앙 영역(111a) 및 제 1 외측 영역(111b)에 제 1 실험예에 따른 플럭스, 제 2 외측 영역(111c)에 제 3 실험예에 따른 플럭스를 투입하여 일곱 번 차지의 주조를 연속을 실시할 때, 각 차지시 마다 주형(300) 내 용강 중 산소 함량(ppm)을 측정하였다. 즉, 각 차지시 마다 제 1 주형(300a) 내 용강(M) 및 제 2 주형(300b) 내 용강(M) 각각을 샘플링하여 산소 함량을 측정하였고, 이를 정리하여 도 5와 같이 나타내었다.
여기서, 제 1 주형(300a) 내 용강은, 턴디시(100) 내에서 제 1 실험예에 따른 플럭스에 의해 커버되어 있던 용강이고, 제 2 주형(300b) 내 용강은 턴디시(100) 내에서 제 3 실험예에 따른 플럭스에 의해 커버되어 있던 용강이다.
도 4를 참조하면, 제 1 외측 영역(111b)에 투입된 플럭스(제 1 실험예)는, 투입된 후 약 14분이 되는 시점에 완전 용융되었다. 반면, 제 2 외측 영역(111c)에 투입된 플럭스(제 3 실험예)는 투입된 후 약 6.9분 만에 되는 완전 용융된 것을 알 수 있다. 이로부터, 제 3 실험예에 따른 플럭스가 제 1 실험예에 따른 플럭스에 비해 융점이 낮고, 용융 속도가 약 2 배 빠름을 알 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 차지 순번이 증가함에 따라 용강 중 산소(O) 함량이 감소하는 경향을 가지는데, 제 3 실험예가 제 1 실험예에 비해 산소(O) 함량이 낮음을 알 수 있다.
한편, 용강 중 개재물은 금속 산화물 형태로 존재하기 때문에, 용강 중 산소(O) 함량을 통해 용강 중 개재물 함량을 상대적으로 알 수 있다. 즉, 용강 중 산소(O) 함량이 낮을 때 높을 때에 비해, 용강 중 개재물 함량이 상대적으로 낮은 것으로 해석할 수 있다. 이에, 도 5를 통해, 제 1 실험예에 비해 제 3 실험예에 따른 플럭스 사용시에 용강 중 개재물 제거 효율이 높음을 알 수 있다.
도 6은 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 여섯 번 차지(charge)의 주조를 연속 실시할 때, 턴디시 내 플럭스의 상태를 차지에 따라 촬영하여 나타낸 사진이다. 도 7은 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 여섯 번 차지(charge)의 주조를 연속 실시할 때, 두 번째, 네 번 째, 여섯 번째 차지 시에 턴디시 내 플럭스의 융점을 측정한 결과이다. 도 8은 제 1 실험예에 따른 플럭스 및 제 3 실험예에 따른 플럭스 각각을 이용하여 여섯 번 차지의 주조를 연속 실시할 때, 차지 마다 주형 내 용강 중 산소 함량(ppm)을 측정한 결과이다.
실험을 위해, 도 1에 도시된 바와 같은 실제 주조 설비의 턴디시(100)로 플럭스를 투입하여, 여섯 번 차지의 주조를 연속으로 실시하였다. 이때, 턴디시(100)의 중앙 영역(111a), 제 1 및 제 2 외측 영역(111b, 111c) 모두에 제 1 실험예에 따른 플럭스를 투입하여 여섯 번의 차지의 주조를 연속으로 실시하였다. 또한, 마찬가지로 턴디시의 중앙 영역(111a), 제 1 및 제 2 외측 영역(111b, 111c) 모두에 제 3 실험예에 따른 플럭스를 투입하여 여섯 번의 차지의 주조를 연속으로 실시하였다.
턴디시 내에 총 70톤(ton)의 용강을 공급하는데, 턴디시 내에 용강이 30 톤(ton)이 되는 시점에 플럭스를 투입하였다. 그리고, 제 1 및 제 3 실험예에 따른 플럭스의 투입량을 130kg으로 동일하게 하였다.
또한, 실제 주조 조업시에 복수의 차지의 주조를 연속으로 실시할 때, 턴디시 내 용강(M)의 보온을 위해 회화왕겨가 투입된다. 이에, 실험시에도 래들(200)이 교체될 때마다 또는 새로운 차지가 시작할 때마다 턴디시(100)로 회화왕겨를 투입하였다.
이렇게 투입된 제 1 및 제 3 실험예에 따른 플럭스를 이용하여 여섯 번 차지의 주조를 연속으로 실시한다. 이때, 두 번째 차지에서부터 여섯 번째 차지까지 각 차지시 마다 턴디시(100) 중앙 영역(111a)의 상측에서 사진을 촬영하였으며, 이를 정리하여 도 6과 같이 나타내었다.
그리고, 여섯 번 차지의 연속 주조를 실시하면서, 두 번째, 네 번 째, 여섯 번째 차지 시에 턴디시 내 플럭스를 샘플링하여 융점을 측정하였고, 이를 정리하여 나타낸 것이 도 7이다.
또한, 여섯 번 차지의 연속 주조를 실시하면서, 두 번째 차지에서부터 여섯 번째 차지까지 각 차지시 마다 주형 내 용강 중 산소 함량(ppm)을 측정하였으며, 이를 정리하여 나타낸 것이 도 8이다.
도 6의 제 1 실험예의 세 번째 차지의 사진을 보면, 상대적으로 채도가 높은 또는 어두운 부분이 있는데, 이 부분이 플럭스 풀이 고화된 부분이다. 또한, 세 번째 차지에 비해, 네 번째 차지, 다섯 번째 차지, 여섯 번째 차지에서 전체적으로 채도가 높거나 어둡다. 이는, 세 번째 차지에 비해 네 번째 차지, 다섯 번째 차지, 여섯 번째 차지에서의 플럭스 풀의 고화 면적이 확대(또는 증가)하기 때문이다.
또한, 플럭스의 고화는 상술한 바와 같은 채도 또는 명암뿐만 아니라, 사진이 아닌 육안으로 표면의 거칠기를 파악하여 알 수도 있다. 제 1 실험예의 세 번째 차지를 예를 들어 설명하면, 부분적으로 고화가된 부분은 그 표면이 돌과 같이 거칠지만, 나머지 영역은 그렇지 않다. 이에, 육안으로 표면 거칠기를 파악하여 슬래그 풀의 고화여부 또는 고화 면적을 알 수 있다.
제 1 실험예의 경우 세 번째 차지에서 플럭스의 고화 현상이 발생되기 시작한다. 그리고 네 번째 차지부터는 고화된 면적이 증가한다. 플럭스의 고화는 래들 교체시마다 래들의 필러(filler) 및 회화왕겨가 투입되어, 턴디시 내 플럭스의 융점이 높아지기 때문이다.
반면, 제 3 실험예의 경우 여섯 번째 차지에서까지도 고화가 발생되지 않았다. 이는, 제 3 실험예에 따른 플럭스가 제 1 실험예에 비해 융점이 낮아, 고화 현상이 제 1 실험예에 비해 완화되기 때문이다. 따라서, 제 3 실험예에 따른 플럭스는 제 1 실험예에 비해 고화가 늦게 시작되거나, 고화되지 않는다. 이에 플럭스의 사용 차지 횟수 또는 사용 시간을 늘릴 수 있다.
상술한 바와 같은 제 1 및 제 3 실험예 각각의 고화 여부 및 고화 면적은 도 6의 사진 상에서의 채도 또는 명암으로 파악하거나, 작업자가 육안으로 표면 거칠기를 파악하여 판단한 것이다.
플럭스가 고화되거나, 고화된 량이 증가하면 턴디시로 투입된 플럭스의 융점이 증가한다. 도 7을 참조하면, 제 1 실험예는 네 번째 차지 시 융점이 1400℃를 초과하는 반면, 제 3 실험예는 여섯 번째 차지(마지막 차지)까지도 융점이 1350℃를 넘지 않고, 1400℃ 이하이다.
이로부터, 래들 교체시마다 동일량으로 래들 필러 및 회화왕겨가 투입되더라도, 제 3 실시예에 따른 플럭스를 사용하는 제 1 실시예에 비해 턴디시 내 플럭스의 융점을 낮게 유지할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8을 참조하여 각 차지에 따른 주형 내 용강 중 산소 함량(O)을 비교하면, 제 3 실험예가 제 1 실험예에 비해 낮다. 이를 통해, 제 1 실험예에 비해 제 3 실험예에 따른 플럭스 사용시에 개재물 제거 효율이 높음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 플럭스 또는 상기 플럭스에 의해 형성된 플럭스 풀은 개재물의 용해도 또는 개재물 제거 효율이 종래에 비해 높다. 이에 따라, 종래에 비해 개재물에 의한 결함 발생이 억제 또는 방지된 주편을 제조할 수 있고, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예들에 따른 플럭스의 융점이 종래에 비해 낮아, 용융 속도가 빠르다. 이에, 실시예들에 따른 플럭스를 이용하는 경우, 종래에 비해 짧은 시간 내에 많은 양의 플럭스를 용융시킬 수 있다. 이로 인해, 주조 초기에 충분한 양 및 두께의 플럭스 풀이 형성됨에 따라, 주조 초기의 재산화 및 온도 하락을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 플럭스의 융점이 낮아, 복수 차지의 주조를 연속 실시하더라도, 플럭스의 고화를 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 연속 주조 초기에서부터 말기까지 개재물에 의한 결함 발생이 억제 또는 방지된 주편을 제조할 수 있고, 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
100: 턴디시 200: 래들
M: 용강 F: 플럭스
FP: 플럭스 풀

Claims (14)

  1. 전체 중량%에 대하여, 산화칼슘(CaO)을 40 중량% 내지 60 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)을 25 중량% 내지 40 중량%, 산화규소(SiO2)를 5 중량% 내지 10 중량%, 산화보론(B2O3)을 2 중량% 내지 10 중량% 포함하고,
    2 중량% 내지 10 중량%의 산화나트륨(Na2O) 및 2 중량% 내지 10 중량%의 불화칼슘(CaF2) 중 적어도 하나를 포함하며,
    불가피한 불순물을 포함하는 턴디시 플럭스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 턴디시 플럭스 전체 중량%에 대하여, 상기 산화보론(B2O3)이 5 중량% 내지 10 중량% 포함된 턴디시 플럭스.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 턴디시 플럭스는 산화나트륨(Na2O)이 2 중량% 내지 6 중량%로 포함되고, 불화칼슘(CaF2)을 포함하지 않거나,
    상기 턴디시 플럭스는 불화칼슘(CaF2)이 2 중량% 내지 6 중량%로 포함되고, 산화나트륨(Na2O)이 포함되지 않거나,
    상기 턴디시 플럭스는 산화나트륨(Na2O)이 2 중량% 내지 6 중량%로 포함되고, 불화칼슘(CaF2)이 2 중량% 내지 6 중량%로 포함된 턴디시 플럭스.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 턴디시 플럭스 전체 중량%에 대하여, 상기 산화칼슘(CaO)이 50 중량% 내지 60 중량%, 상기 산화알루미늄(Al2O3)이 25 중량% 내지 34 중량%, 상기 산화규소(SiO2)가 6 중량% 내지 9 중량% 포함된 턴디시 플럭스.
  6. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 턴디시 플럭스의 융점은 1310℃ 이하인 턴디시 플럭스.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 턴디시 플럭스의 융점은 1280℃ 이하인 턴디시 플럭스.
  8. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 턴디시 플럭스는 1400℃에서의 점도가 7 poise 이하인 턴디시 플럭스.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 턴디시 플럭스는 1400℃에서의 점도가 2 poise 이상, 4 poise 이하인 턴디시 플럭스.
  10. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 턴디시 플럭스를 마련하는 과정;
    턴디시에 용강을 공급하는 과정;
    상기 턴디시 내로 상기 턴디시 플럭스를 투입시켜, 상기 턴디시 내 용강 탕면 상에 플럭스 풀을 형성하는 과정; 및
    상기 턴디시의 용강을 주형으로 공급하고, 상기 주형에서 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정;
    을 포함하는 주조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    용강이 수용된 래들을 상기 턴디시에 복수번 교체 연결하여, 상기 턴디시로 용강을 연속으로 공급하는 복수 차지의 주조를 실시하며,
    상기 복수 차지의 주조 중, 첫 번째 래들의 용강을 턴디시로 공급하는 첫 번째 차지 주조에서 상기 턴디시로 상기 턴디시 플럭스를 투입하며,
    상기 복수 차지의 주조 중, 마지막 차지 주조시에 상기 턴디시 내 플럭스 풀의 융점이 1400℃ 이하인 주조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 턴디시로 투입된 상기 턴디시 플럭스는 8분 내에 모두 용융되는 주조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 첫 번째 차지 주조 시에 턴디시 내 플럭스 풀의 두께가 10mm 이상인 주조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수 차지의 주조 중, 첫 번째 차지에서부터 마지막 차지의 주조까지 상기 주형 내 용강 산소 함량이 20ppm 이하인 주조 방법.
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