KR19990042921A - 고청정 알루미늄 탈산강 제조용 후럭스 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 탈산강 제조시 산화물계 비금속 개재물의 저감 및 형태 제어를 통하여 용강의 청정도를 향상시키고, 주조시 노즐 막힘을 방지하는 것을 목적으로 투입하는 칼슘제 후럭스 와이어에 관한 것이다.

본 발명의 고청정 알루미늄 탈산강 제조용 후럭스 와이어는, 외부는 철피로 이루어지고 철피로 싸여진 중심부에는 산화칼슘과 산화알루미늄 화합물 그리고 금속 마그네슘의 분말 혼합물이 들어 있는 와이어로서, 중심부의 혼합물은 산화칼슘과 산화알루미늄이 중량비로 (65∼35):(35∼65)로 포함되고, (산화칼슘+산화알루미늄) 양의 3-10중량%에 해당하는 금속 Mg 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성이다.

Description

고청정 알루미늄 탈산강 제조용 후럭스 와이어

본 발명은 알루미늄 탈산강 제조시 산화물계 비금속 개재물의 저감 및 형태 제어를 통하여 용강의 청정도를 향상시키고, 주조시 노즐 막힘을 방지하는 것을 목적으로 투입하는 칼슘제 후럭스(Flux) 와이어에 관한 것이다.

통상 상온에서 사용되고 있는 강재에는 그 제조 공정 특성상 필히 산화물계 비금속 개재물이 존재하고 있다. 특히 알루미늄 탈산강에는 알루미나계 비굼속 개재물로서 존재하는 것이 일반적인데, 이들은 강재의 연성, 파괴 인성, 피로 특성, 응력 부식 등을 유발할 뿐만 아니라, 용융 철강을 주조하는 과정에서 내화물제 노즐 내벽에 부착되어 용강의 흐름을 방해하고 주조 작업을 중단시키는 문제를 유발하므로 그 양을 일정 수준 이하로 낮추거나 강중에 잔류하는 비금속 개재물이 유해성이 적은 형태와 크기 및 조성으로 유지되도록 노력하고 있다.

산화물계 개재물의 경우에는 그 기원을 살펴보면, 강재의 건전한 주조 조직을 얻기위해 제강 과정에서 필수적으로 실시하는 탈산에 의해 생성되는 탈산 생성물, 후속 처리시 용강의 온도 강하 및 주조시 응고 과정에서 산소의 용해도 감소로 인해 석출되는 산화물, 용강 상부 슬래그에 의해 용강이 산화되어 생기는 산화물, 대기, 내화물 등과 접촉하여 반응이 진행되면서 생긴 반응 생성물, 각종 슬래그, 제강 원료 및 내화물 조각 등이 직접 흔입된 이물질 등으로 분류할 수 있다.

이중 대기 또는 내화물과 용강과의 반응에 의해 생기는 개재물은 아르곤과 같은 보호가스를 사용하거나 용강에 안정한 내화물을 선택함으로써 그 양을 저감할 수 있으며, 각종 슬래그, 제강 원료 및 내화물 조각등이 직접 흡입된 이물질은 처리에 주의를 기울인다면 그 발생을 억제할 수 있다.

그러나 기타 탈산 생성물과 산화물들은 용강이 갖고 있는 물리, 화학적 특성에 의해 필연적으로 발생되기 때문에 어느 수준 이하로 제거하기가 곤란하다.

제강 과정에서 이러한 산화물들은 슬래그상으로 부상 제거된다. 산화물들이 슬래그층으로 부상되는 속도는 입자 크기가 클수록, 비중이 작을수록 빠르기 때문에 산화물이 이러한 특성을 갖도록 조정하는 것이 청정강 제조에 효과적이다.또한 용강 상부 슬래그는 부상된 산화물의 흡수능이 크고, 용강을 재오염시키지 않는 성질을 갖도록 하는 것이 중요하다.

알루미늄 탈산강의 탈산 생성물 및 재산화 생성물은 주로 미세한 알루미나 인데 , 알루미나 입자들이 서로 부착되어 클러스터(Cluster)를 이루고 있다. 이 클러스터의 내부에는 용강이 포함되어 있어 클러스터 전체의 겉보기 비중이 커져 슬래그 층으로 부상이 어렵게 된다. 또한 알루미나 입자들은 융점이 용강 온도보다 높아서 대형으로 성장하기가 어려워 그만큼 제거하기가 어렵다.

한편, 용강중에 칼슘(Ca) 성분을 공급하게 되면, 강중 알루미나와 칼슘이 결합하여 액체상의 칼슘-알루미나 화합물을 형성하게 된다. 칼슘 알루미네이트는 대형으로 성장하기가 용이하고 비중도 작아 슬래그 층으로 부상제거되기 쉽다. Ca를 이용하여 산화물계 비금속 개재물의 유해성을 저감하는 기술에 대해서는 그 구체적인 작용 원리와 실시예에 대해서 많은 문헌과 특허자료 등의 기술 자료로부터 용이하게 얻을 수 있다. 이들을 종합해 보면 Ca 이 이용되고 있는 형태는 칼슘 단체 금속, 칼슘 합금, 산화칼슘등 매우 다양하다.

그러나 칼슘은 산화물 상태로 이용되는 경우를 제외하고는 증발 및 기화가 쉽게 되고 대기와의 반응성이 크기 때문에 용강중에 통상적으로 투입하는 방법으로는 처리중 손실이 많고, 용강을 비산하게 하여 작업성이 나쁘며 실수율이 낮은 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하는 방안의 하나로 칼슘을 분말상태로 만들어 용강 내부에 깊이 투입하는 방법이 이용되고 있다. 구체적으로는 칼슘또는 칼슘 함유물을 랜스를 통하여 강중에 기체와 함께 취입하거나 칼슘을 칼슘보다 융점이 높은 철피(Steel Sheet)로 싸서 포탄(Bullet) 형태로 발사하거나 심이 있는 와이어(Cored Wire) 형태로 공급하는 방법이 이용되고 있으나, 어느 경우에도 칼슘의 손실, 용강의 비산 등의 문제를 해결해 주지는 못한다.

반면 산화물 상태의 칼슘인 산화칼슘은 증발되기 어렵고 매우 안정하고 작업성도 양호하지만 융점이 높아 반응 속도와 효율이 떨어지는 단점이 있다. 특히, 산화 칼슘을 철피로 싸서 와이어 형태로 공급하는 방법으로는 강중 알루미나계 개재물의 제어가 곤란하다.

본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 산화 칼슘계 후럭스를 와이어 피딩법에 의해서 알루미늄 탈산 용강에 공급하는 방법으로도 효과적으로 알루미늄 탈산강중 알루미나계 비금속 개재물을 제어하고 용강의 청정도를 향상시킬 수 있는 산화칼슘계 후럭스 심을 구비한 고청정 알루미늄 탈산강 제조용 후럭스 와이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고청정 알루미늄 탈산강 제조용 후럭스 와이어는, 외부는 철피로 이루어지고 철피로 싸여진 중심부에는 산화칼슘과 산화알루미늄 화합물 그리고 금속 마그네슘의 분말 혼합물이 들어 있는 와이어로서, 중심부의 혼합물은 산화칼슘과 산화알루미늄이 중량비로 (65∼35):(35∼65)로 포함되고, (산화칼슘+산화알루미늄) 양의 3-10중량%에 해당하는 금속 Mg 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명을 구체적으로 설명하기에 앞서 본 발명의 원리를 설명하면, 제철, 제강 과정에서는 강재의 기계적 성질을 향상시키기 위해 용강을 탈산해야만 하는데 탈산제 투입시 반드시 산화물이 생성된다. 생성된 산화물은 용강보다 가볍기 때문에 대부분 부상되어 슬래그층으로 흡수되지만 일부 잔류하게 되는 개재물은 강의 기계적 성질을 저하시키거나 후속 연주 공정에서 노즐 막힘과 같은 문제를 일으킨다.

이러한 산화물계 개재물의 유해성은 특히 알루미나의 경우가 뚜렷하다. 알루미나는 융점이 용강보다 높고 부착성이 좋아서 제강 과정에서 각종 내화물벽에 쉽게 부착되는 성질을 갖고 있기 때문이다. 뿐만 아니라 강중 알루미나는 그 크기가 작아 슬래그층으로 부상 제거되는 속도 역시 매우 느리다. 알루미나의 유해성을 줄이기 위한 대책이 여러 가지가 있는데 그중 하나가 용강층에 칼슘을 공금하는 방법이다. 강중에 투입된 칼슘이 쉽게 알류미나와 결합하여 융점이 낮은 CaO-Al₂0₃화합물을 형성하는 성질을 이용한 것이다. 융점이 낮은 CaO-Al₂0₃화합물은 자기들끼리 합체 성장되어 크기가 커져 슬래그층으로 부상 제거되는 속도가 빠르고 용강중에 잔류하더라도 주조증 노즐 막힘의 문제를 일으키지 않는다.

이러한 목적으로 금속 칼슘이 주고 이용되는데, 칼슘은 용강중에 통상적으로 투입하는 방법으로는 처리중 손실이 많고 용강을 비산하게 하여 작업성이 나쁘며 실수율이 낮은 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 종래에 주로 사용되던 금속 칼슘 대신에 강중에 투입하여도 안정한 산화 칼슘계 후럭스를 이용하고자 하였다. 다만 산화 칼슘계 후럭스는 금속 칼슘에 비해 반응 속도가 느리고 효율이 낮으므로 이를 보완하기 위해 산화 알루미늄과의 화합물 상태로 구성하였다. 산화 칼슘과 산화 알루미늄 화합물은 통상 융점이 낮고 값이 싸며, 안정하므로 용이하고 경제적으로 제조할 수 있다.

이때 혼합물의 구성비로서 산화칼슘양이 중량비 65% 이상이 되면, 투입된 후럭스가 액상이 되기 어려워 개재물 제거 효과가 떨어지며, 35 중량% 이하가 되면 후럭스는 알루미나계 개재물의 제어 기능이 없어지게 되므로, 본 발명에서는 산화칼슘과 산화알루미늄의 구성비를 중량비, (65-35):(35-65)로 제한 하였다.

한편, 본 발명 범위에 있는 후럭스를 와이어 피딩법을 이용하여 용강에 공급하는 경우 금속 Ca 와이어에 비해 처리 효율이 낮아지는 담점이 확인되었다.

이것은 와이어 외부 철피가 녹자 마자 강중에 노출된 산화 칼슘제 후럭스가 너무 안정하여 활성이 없으므로 강중에 골고루 분산되지 못하고 곧바로 슬래그층으로 부상되기 때문인 것으로 추정되며, 본 발명에서는 이와 같은 단점을 보완하여 후럭스 효과를 증대시키기 위해 금속 마그네슘을 일부 혼합 사용하였다.

즉, 본발명에서는 금속 마그네슘이 용강 온도에서 쉽게 기화되며, 용강에 용해되지 않으므로 용강을 오염시키지 않으며 함께 투입된 산화 칼슘계 후럭스를 용강중으로 분산시킬 수 있다는 점에 착안하여, (산화칼슘+산화알루미늄) 양의 3-10 중량 % 에 해당하는 금속 Mg을 혼합하였다.

이때 금속 마그네슘의 구성비가 10 % 이상이 되면, 금속 마그네슘의 기화에 의해 발생된 가스가 용강을 비산시키고 작업성이 나빠지며, 3 % 이하가 되면 금속 마그네슘의 분산 효과가 보이지 않게 되므로, 본 발명에서는 금속 마그네슘의 구성비를 (산화칼슘+산화알루미늄) 양의 3-10 중량 %로 제한하였다.

다음에 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

이 실시예는 본 발명 공정을 예증하기 위한 것이며, 이것으로 본 발명을 한정하려고 하는 것은 아니다.

실시예 1

본 실시예에서는 산화칼슘계 후럭스 와이어의 효과를 알아보기 위해 고주파 대기 유도 용해로를 이용하여 1600 ℃에서 실험을 실시한 결과에 관한 것이다. 즉 후럭스중 산화 칼슘과 산화 알루미늄의 조성비를 변경하여 실험한 경우에 대하여, 칼슘 처리를 하지 않는 경우 그리고 금속 칼슘 와이어를 사용한 경우와 비교하고자 하였다.

먼저 용강 80kg을 용해한 뒤 0.25kg 알루미늄으로 용강을 탈산한 뒤 슬래그 조재제를 2kg 투입하였다. 슬래그가 형성된 다음 본 발명재 및 비교재로서 금속 마그네슘이 들어 있지 않은 와이어를 후럭스 양이 2kg이 되도록 용강에 투입한 뒤, 와이어 용해가 완료된 시점에서 용강 시편을 채취, 청정도를 분석하였다. 이때 용강의 청정도 지수로 T.[O]를 채택하였다.

통상 강의 청정도는 비금속 개재물의 양을 의미하며, 비금속 개재물은 대부분 산화물이므로 T.[O]가 낮을수록 용강의 청정도가 높다는 의미를 갖게 된다.

아래 표 1 은 T.[O] 분석 결과를 요약한 것이다.

구 분	후 럭 스 구 성 비(중량%)	T.[O](ppm)
	산화 칼슘		산화 알루미늄
비 교 재 1	30	70	30
발 명 재	35	65	25
	50	50	25
	55	45	23
	65	35	26
비 교 재 2	70	30	29
종 래 재 1	금속 Ca 와이어 공급	22
종 래 재 2	금속 Ca 및 후럭스 와이어 미투입	28

표 1 에서 알수 있는 바와 같이 후럭스 와이어를 사용하는 경우 산화 칼슘 구성비가 35∼65 중량% 범위에서 종래재 1로 나타낸 금속 칼슘을 사용하는 것보다는 T.[O] 저감 효과, 즉 청정도 개선 효과가 떨어지지만 후럭스처리를 하지않을 경우(종래재 2)에 비해 T.[O] 저감 효과가 인정된다.

실시예 2

본 실시예 2는 본 발명에서 제공하는 후럭스에 포함된 마그네슘의 효과를 예증하기 위한 것으로 실험 방법은 실시예 1과 유사하다.

먼저 용강 80kg을 용해한 뒤 용강을 1600℃로 유지한 뒤, 0.25kg 알루미늄으로 용강을 탈산한 뒤 슬래그 조재제를 2kg투입하였다. 슬래그가 형성된 다음 본 발명재와 같이 금속 마그네슘이 포함되어 있는 후럭스 와이어를 후럭스양이 2kg이 되도록 용강에 투입한 뒤, 와이어 용해가 완료된 시점에서 용강 시편을 채취하여 T.[O] 를 분석하였다. T.[O] 결과는 표 2 에 나타내었다.

구 성 비	금속 마그네슘 구성비 (%)
산화칼슘	산화알루미늄	0	3	6	9
35	45	25	24	24	23
50	50	25	23	21	21
55	45	23	21	19	19

표 2 에서 보는 바와 같이 금속 마그네슘 함유량이 증가 할수록 T.[O]가 낮아지며 3 중량% 이상이 되면 금속 칼슘 와이어인 22 ppm 과 동등 또는 그 이하 수준의 T.[O] 확보가 가능함을 알수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 종래와 비교시 경제적으로 저렴한 비용으로 동등 또는 그 이상의 야금학적 성질을 가지는 알루미늄 탈산강 을 제조하는등 유용한 효과가 얻어진다.

Claims (1)

1. 알루미늄 탈산강중 비금속 개재물 제어를 위해 칼슘산화물을 공급하기 위해 사용되는 후럭스 와이어에 관한 것으로, 와이어 외부는 철피로 이루어지고 철피로 싸여진 중심부는 산화칼슘과 산화알루미늄 화합물 그리고 금속 마그네슘의 분말 혼합물로 이루어진 와이어로서, 중심부의 혼합물의 구성비로, 산화칼슘과 산화알루미늄이 중량비 (65∼35):(35∼65)로 포함되고, (산화칼슘+산화알루미늄) 양의 3∼10 중량% 에 해당하는 금속 Mg으로 구성된 고청정 알루미늄 탈산강 제조용 후럭스 와이어.