KR19990049850A - 실리콘 단독 탈산 고청정 경강선재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선재 제품중 경강선재의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 실리콘 단독 탈산만으로도 용강중의 가스성분을 최소화 시킴으로써 고청정성의 경강선재를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전로정련된 용강을 레이들에 출강하여 노외정련한 다음, 노외정련된 용강을 턴디쉬내에 수강하여 연속주조함을 포함하여 구성되는 경강선재의 제조방법에 있어서, 전로로부터 용강의 출강전 상기 용강중의 산소용존량을 100-300ppm으로 하고, 상기 용강을 레이들로 출강시 용강중에 실리콘만 투입하여 용강중의 산소를 탈산시킨 다음, 탈산된 용강을 진공 탈가스처리를 하여 용강중의 가스성분을 산소: 10ppm이하, 수소: 5ppm이하, 및 질소: 35ppm이하로 제어하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬내에 장입한 후 턴디쉬내의 슬래그 조성을 염기도 0.8-1.2의 범위로 조절함을 포함하여 구성되는 실리콘 단독 탈산 고청정 경강선재의 제조방법에 관한 것에 관한 것이다.

Description

실리콘 단독 탈산 고청정 경강선재의 제조방법

본 발명은 선재 제품중 경강선재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 단독 탈산만으로도 용강중의 가스성분을 최소화 시킴으로써 고청정성의 경강선재를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

각종 나사류, 와이어로프, 또는 용수철 등의 소재로 이용되는 경강선재는 소재중 0.57~0.80%의 [C], 0.20~0.30%의 [Si], 0.40-0.85%의 (Mn), 0.025%이하의 [P]로 조성되는 와이어용 선재로서, 그 제조시 고청정성이 요구된다.

일반적으로 경강선재는 제강공정에 의해 정련된 용강을 약 160mmx160mm(이하, 단지 `160각') 크기의 강편(billet)제품으로 주조하여 얻어진다. 즉, 경강선재는 일반적으로 전로정련- 노외정련- 연속주조조업을 통해 제조되는데, 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

우선, 고로에서 출선된 용선을 전로에서 산소취련에 의해 탈탄과정을 거친 다음, 상기 전로 정련시 필요악으로 용강중에 존재하는 다량의 용존산소를 제거하기 위해 전로출강시 강산화제인 알루미늄과 실리콘을 용강중에 투입하여 용강중의 산소를 제거한다. 그 다음, 노외정련에서 버블링(bubbling)을 하므로써 용강탈산시 알루미늄이 산소와 결합시 발생되는 산화물인 알루미나(Al₂O₃)계 개재물을 저융점화시켜 용강중으로부터 부상시킨 후 160각 강편 연속주조기에서 용강을 응고시켜 경강용 선재 제품을 생산하고 있다. 상기의 제조과정중 알루미늄을 첨가하는 이유는, 실리콘만으로 용강 탈산시 용강 탈산력 부족으로 발생되는 주편에 기포형태의 결함인 핀홀(pin hole)이라는 주편결함을 방지할 수 있기 때문이다.

그러나, 용강탈산을 위해 필요악으로 사용되는 알루미늄은 품질, 생산성 및 원가면에서 크게 2가지의 문제점을 안고 있다.

첫번째는, 알루미늄은 용강중에서 산소와 결합하여 알루미나계 개재물을 만들며, 이 알루미나 개재물은 연신성이 없는 관계로 주편중에 존재시 선재공장에 신선 혹은 완제품인 와이어 상태로 사용할 때 단선의 주원인으로 작용하며,

두 번째는, 강편 연속주조기는 턴디쉬(tundish)로부터 주형에 용강을 주입하는 역할을 하는 노즐(nozzle)의 내경이 작기 때문에 용강중에 알루미나 개재물 존재시 이 알루미나 개재물 입자가 노즐의 벽면에 부착하여 노즐 막힘을 원인으로 작용하여 품질열화 및 생산성이 저하되는 문제점을 안고 있다.

이와같은 알루미나에 의한 노즐막힘을 개선키 위해, 용강의 주조전에 버블링 공정에서 용강중에 칼슘을 첨가하여, 용강중에 존재하는 고융점의 알루미나 개재물을 산화칼슘과 결합시킴으로써 알루미나-산화칼슘계의 저융점 개재물화하는 방법이 이용되고 있다. 용강중에 칼슘 첨가에 의한 알루미나계 개재물 제거과정은 반응식1과 같은 과정을 통해 이루어진다.

Al₂O₃+ Ca + ½ 0₂→(m A1₂0₃·nCaO)↑

(여기서, m,n은 정수)

즉, 용융온도가 용강온도보다 높은 알루미나 개재물을 용강중에서 산화칼슘과 결합시켜 용융점이 용강온도보다 낮은 알루미나-산화칼슘계의 저용융점 화합물로 만들어 용강으로부터 부상분리가 용이하게 하므로써 알루미나에 의한 노즐 폐쇄방지를 방지한다.

그러나, 이 방법은 노즐막힘 방지에 효과는 있으나 노즐막힘을 100%로 해결 할 수는 없으며, 고가인 칼슘을 첨가함으로써 오히려 제조원가 상승의 부담을 안고 있으며, 칼슘 또는 제품중에 존재시 품질열화의 원인으로 작용하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 경강용 선재제품 생산시 전로 출강중에 실리콘만으로 용강을 탈산하여 주편 핀홀 발생의 원인이 되는 용강중의 산소, 수소 및 질소등 가스성분 용존량을 최소화하여 주조함으로써, 종래의 알루미늄 첨가에 의한 품질열화 및 노즐막힘을 방지하는 한편 용강내 칼슘 미첨가로 품질향상, 생산성 향상 및 원가절감에 기여 할 수 있는 고청정 경강선재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전로정련된 용강을 레이들에 출강하여 노외정련한 다음, 노외정련된 용강을 턴디쉬내에 수강하여 연속주조함을 포함하여 구성되는 경강선재의 제조방법에 있어서,

전로로부터 용강의 출강전 상기 용강중의 산소용존량을 100-300ppm으로 하고, 상기 용강을 레이들로 출강시 용강중에 실리콘만 투입하여 용강중의 산소를 탈산시킨 다음, 탈산된 용강을 진공 탈가스처리를 하여 용강중의 가스성분을 산소: 10ppm이하, 수소: 5ppm이하, 및 질소: 35ppm이하로 제어하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬내에 장입한 후 턴디쉬내의 슬래그 조성을 염기도 0.8-1.2의 범위로 조절함을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실리콘 단독 탈산 고청정 경강선재의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 구성은 크게 4가지로 구분되며, 첫 번째는 전로에서 취련 종료시점에서 용강중의 산송 용존량을 100-300ppm으로 하고,

두 번째로, 전로에서 출강시 탈산용으로 알루미늄은 전혀 투입하지 않고 실리콘만 투입하여 용강중의 산소를 탈산시키는 것과,

세 번째로, 탈산된 용강을 진공탈가스 설비에서 탈가스 처리를 하여 턴디쉬에서 용강중의 가스성분을 산소는 10ppm이하로, 수소는 5ppm이하로, 질소는 35ppm이하로 관리하는 것이며, 그리고

네 번째로는 용강중의 각종 산화물성 개재물을 흡수제거하여 용강청정성을 높이기 위해 턴디쉬내 슬래그의 염기도를 0.8-1.2로 제어하면서 경강선재를 제조하는 것으로 구분된다.

이하, 상기의 4가지 특징으로 경강선재를 제조하는 이유에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명은 실리콘만으로 용강중의 산소를 탈산하기 때문에 용강중의 산소가 과다하게 많을 경우 탈산부족으로 핀홀성 주편 결함이 발생하고, 또 용존 산소량을 100ppm이하로 과도하게 낮게 할 경우 용강온도 부족으로 출강후 승온설비에서 용강온도를 재차 올려야 하는 일이 발생하기 때문에 본 발명의 경우 전로 취련종료시점에서 용강중 산소의 용존량을 100-300ppm의 범위로 한정함이 필요하다.

또한, 알루미늄 첨가시는 용강중에 알루미나 개재물이 발생하여 연속주조기에서 주조시 이 알루미나 개재물이 노즐에 부착하여 노즐막힘의 원인으로 작용하고, 이러한 노즐막힘을 최소화 하기위해 용강중에 칼슘을 첨가해야 하는 추가작업이 필요하다. 그러나, 실리콘 단독 탈산시는 탈산에 의해 발생되는 산화규소(SiO₂)는 노즐막힘을 전혀 일으키지 않는 성질을 가지고 있고, 제품중에 잔존하여도 압연할 때 모재와 같이 늘어나는 성질을 같고 있기 때문에, 제품의 품질열화에는 큰 영향을 주지않는다. 따라서, 본 발명에서는 강중에 알루미늄은 전혀 투입하지 않고 실리콘만 투입하여 용강중의 산소를 탈산한다.

한편, 가스성분은 용강이 주형에서 응고중, 가스성분의 각 분압의 합이 대기압(1기압)보다 높을 경우 그 영향은 주편 핀홀이라는 주편결함으로 이어지게 된다. 따라서, 실리콘 단독 탈산만으로는 용강중의 탈산력이 부족하기 때문에 진공탈가스 설비에서 산소를 비롯하여 주편 핀홀발생의 주원인 되는 수소, 질소를 탈가스 처리를 함으로써 용존량을 최소화해야 할 필요가 있다. 이러한 이유로 본 발명의 경우 실리콘 단독 탈산에 의한 핀홀성 주편결함을 방지하기 위하여, 진공탈가스 설비에서 탈가스처리를 하는데, 이때 고청정 경강용 선재에 필요한 최소한의 관리치는 연주중 턴디쉬에서의 산소량을 10ppm이하, 수소의 함량을 5ppm이하, 질소의 함량을 35ppm이하로 관리하는 것이다.

마지막으로 연속주조기에서 주조중 턴디쉬에서의 슬래그의 염기도를 0.8-1.2로 관리하는 이유는, 턴디쉬는 쇳물이 용강상태로 존재하는 마지막단계로 최종단계에서도 용강중에 존재하는 미세한 산화물성 개재물을 제거하기 위해, 실리콘단독 탈산강에 적합한 용융점이 낮고, 개재물 흡수, 제거능이 우수한 조성으로 슬래그를 조제함으로써, 고청정성의 제품을 만들기 위함이다.

이러한 성질을 갖는 슬래그 조성의 염기도(슬래그중 산화칼슘과 산화규소와의 비=CaO/SiO₂)는 0.8-1.2인 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표1과 같은 3종류의 강종을 대상으로 경강용 선재를 제조하였다. 이때, 본 발명의 경우 전로(Si단독 탈산)→진공탈가스→강편주조(슬래그정련병행)으로 이루어지는 공정을, 그리고 종래의 경우 전로(Al+Si복합탈산)→버블링(칼슘첨가)→강편주조로 이루어지는 공정을 거쳤다.

실시강	화학성분(중량%)	비고
	C		Si	Mn	P	S
강종a	0.61~0.65	0.15~0.25	0.65~0.85	0.025이하	0.020이하	JS-SWRH62B
강종b	0.61~0.65	0.15~0.25	0.40~0.60	0.025이하	0.020이하	JS-SWRH62A
강종c	0.70~0.74	0.15~0.25	0.60`0.80	0.025이하	0.020이하	JS-SWRH72B

주편 핀홀발생 가능성을 알아보기 위해 턴디쉬에서의 가스성분 수준을 표 2에 나타낸다.

실시예	강종	출강시용존산소(ppm)	턴디쉬 용강중 가스성분(ppm)	턴디쉬슬래그염기도
			O		N	H
발명예1	a	120	9	35	5	0.86
발명예2		160	7	30	4	0.99
발명예3		110	8	33	5	1.15
발명예4	b	213	6	25	4	0.9
발명예5		168	8	26	4	0.82
발명예6		98	9	34	5	1.12
발명예7	c	180	8	29	4	0.8
발명예8		230	9	27	4	1.11
발명예9		215	8	29	5	0.92
종래예1	a	723	2	56	12	3
종래예2		820	4	65	14	3.5
종래예3		760	4	62	12	3.4
종래예4	b	690	2	55	11	2.9
종래예5		960	5	50	12	3
종래예6		810	3	69	10	4.1
종래예7	c	830	3	60	10	4
종래예8		890	2	68	-	3.6
종래예9		1003	2	54	15	4.3

표 2에 보는 바와 같이 발명예(1-9)의 경우 산소성분은 실리콘 단독 용강탈산으로 인해 종래예(1-9) 대비 평균적으로 3ppm 정도 높게 나왔으나, 핀홀발생의 가장 큰 영향을 주는 수소는 종래예(1-9) 대비 평균적으로 8ppm 정도 낮고, 질소는 평균적으로 31ppm 정도 낮은 실적을 나타내었다. 즉, 본 발명예의 경우 산소를 제외하고 수소, 질소의 용존량이 종래예(1-9) 대비 감소하였다. 용존산소량이 15ppm이하이면 주편의 핀홀발생에는 영향을 주지 않는 것으로 보고 되고 있고, 현조업에서도 용존산소량이 15ppm이하이면, 핀홀이 발생하지 않기 때문에 1차적으로 본 발명방법에 의한 경강선재 제조시 핀홀발생의 우려는 없는 것으로 나타났다.

한편, 본 발명과 종래방법에 의해 제조된 대표적인 주편상태에서 주편표면의 품질수준을 표 3에 나타내었다.

구분	핀홀에 의한 주편정정율(%)	전체주편 정정율(%)
종래예3	2.2	14.9
발명예2	2.1	13.8

용강중의 가스성분으로 인해 발생하는 결함이 핀홀성 결함으로, 표 3에서 보듯이 핀홀성 결함에 의한 주편정정율은 종래예와 유사수준으로 양호하게 나왔으며, 전체적인 주편표면 결함율은 저감되는 결과가 나왔다.

또한, 상기 주편을 이용하여 강편압연과 선재압연을 거쳐 제조된 선재 제품에서의 내부 품질실적을 표 4에 나타내었다.

구분	전산소량(total [0])(ppm)	청정도(%)
종래예3	19	0.040
발명예2	17	0.029

표 4에 나타난 바와 같이, 제품중에 산화물성 개재물중에 결합되어 있는 산소의 총량을 나타내는 전산소 실적은 종래예 대비 양호한 실적을 보이고 있으며, 제품중 개재물의 분포를 나타내는 청정도도 종래예 대비 양호한 실적을 나타낸 것을 알 수 있었다.

또한, 참고적으로 본 발명과 종래방법에 의한 연속주조 작업도중 턴디쉬의 노즐에서의 노즐막힘 횟수를 표 5에 나타내었다.

구분	종래예	발명예
노즐막힘횟수(회)	18번 생산시 1회발생	23번 생산중 미발생

표 5에 나타난 바와 같이, 발명예의 경우 실리콘만으로 용강탈산을 하기 때문에 용강중에 소량 존재하는 산화규소는 노즐벽에 부착하는 성질이 없어 주조중 노즐막힘 발생이 전혀 없으며, 주조작업이 양호하다는 장점이 있다.

이상의 현장 시험결과에서와 같이, 본 발명의 실리콘 단독 탈산에 의한 경강선재 제조방법은 청정성 측면에서 우수할 뿐만 아니라, 용강중에 고가인 알루미늄과 칼슘 미첨가에 의한 원가절감은 물론 주조중 노즐이 막힐우려가 없어 주조작업성이 우수함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 경강선재 생산시 용강중의 산소 제거는 알루미늄과 칼슘을 미첨가하고 실리콘만으로 용강을 탈산하여, 용강의 청정성과 품질을 향상시키고, 주조중 노즐막힘 없이 주조작업이 가능하며, 더불어 알루미늄, 칼슘 미첨가에 의한 원가절감과 생산성을 향상시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 전로정련된 용강을 레이들에 출강하여 노외정련한 다음, 노외정련된 용강을 턴디쉬내에 수강하여 연속주조함을 포함하여 구성되는 경강선재의 제조방법에 있어서,

   전로로부터 용강의 출강전 상기 용강중의 산소용존량을 100-300ppm으로 하고, 상기 용강을 레이들로 출강시 용강중에 실리콘만 투입하여 용강중의 산소를 탈산시킨 다음, 탈산된 용강을 진공 탈가스처리를 하여 용강중의 가스성분을 산소: 10ppm이하, 수소: 5ppm이하, 및 질소: 35ppm이하로 제어하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬내에 장입한 후 턴디쉬내의 슬래그 조성을 염기도 0.8-1.2의 범위로 조절함을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실리콘 단독 탈산 고청정 경강선재의 제조방법