KR20020052121A - 높은 응고수축량을 갖는 연속주조용 몰드플럭스 - Google Patents

Abstract

높은 응고수축량을 갖는 연속주조용 몰드플럭스가 제공된다.

본 발명의 몰드플럭스는, 중량%로, Na₂O: 10~15%, F: 5~10%, CaO: 25~50%, SiO₂: 25~40%, Al₂O₃: 1~5% 및 MgO: 2~7%를 포함하고, 염기도 (CaO/SiO₂)가 1.45 이하이고 Na₂O/F 비가 1.0~2.0로 제어되어 이루어져 있다.

본 발명의 몰드플럭스는 연속주조조업중 브렉아웃이나 주편 표면크렉발생을 방지함에 효과적이다.

Description

높은 응고수축량을 갖는 연속주조용 몰드플럭스{A mold flux having a larger interfacial thermal resistance in the continuous casting of steel}

본 발명은 철강의 연속주조조업에 있어 부자재로 사용되는 몰드플럭스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 그 응고시 수축량이 많아서 용강에서 몰드 주형벽으로 빠져 나가는 열유속(heat flux)을 줄일 수 있고, 이에 따라 몰드 탕면 메니스커스 직하에서 주편의 응고층이 과다하게 성장하는 것을 억제함으로써 주조중 주편터짐(breakout) 및 주편 표면크랙의 발생을 방지할 수 있는 높은 응고수축량을 갖는 연속주조용 몰드플럭스에 관한 것이다.

제철소의 일반적인 연속주조공정이 도 1에 나타나 있다. 즉, 도 1과 같이, 턴디쉬(tundish)(1)내의 용강(3)이 수용되어 있으며, 이러한 용강이 침지노즐(5)을 통하여 몰드(7)내에 주입함으로써 일정 형상의 주편을 제조한다. 이때, 수냉되는 몰드와 접촉하고 있는 용강의 표면만이 응고되어 얇은 주편[이하, 응고쉘(shell)이라 한다:(8)]을 형성하는데, 이러한 응고쉘(8)이 몰드(7)와의 마찰에 의해 파단되는 것[이하, 브렉아웃(break-out)이라 한다]을 막기 위해 윤활제로서 분말 또는 과립형상의 합성슬래그(slag)인 몰드플럭스(mold flux)(9)를 투입하게 된다.

몰드플럭스는 상술한 윤활기능과 함께 주편에서 몰드로의 열유속을 제어하는 전열제어기능을 갖지고 있다. 즉, 몰드플럭스는 연속주조용 몰드내의 용강위로 투입되어 미용융층, 반용융층, 용융 슬래그층을 형성하면서 용융하게 되고, 이 용융슬래그가 상하로 진동하는 몰드와 응고쉘간의 틈 사이로 유입되어 얇은 막[이하, 슬래그 필름(slag film)이라 한다]을 형성한다. 이러한 슬래그 필름은 주편에서 몰드로의 열전달 매체역할을 한다.

최근 일관제철소의 연속주조공정에서 주조속도가 점점 빨라지면서 초기응고층의 두께의 불균일도가 커지면서 주편의 표면에 세로방향의 크랙(crack)이 발생하는 빈도가 높아지고 있으며, 이에 따라 몰드에서의 열유속을 낮추어 균일한 응고쉘을 확보하는 것이 중요한 과제로 대두되고 있다.

따라서, 몰드내 열유속을 낮추기 위하여는 몰드플럭스의 화학성분 중 CaO와 SiO₂의 중량비인 염기도 (CaO/SiO₂)를 높여서 몰드플럭스중의 결정질이 차지하는 비율을 높이는 방법을 택하여 왔다. 예를 들어, Nakajima외 7명이 제시한 발명(일본특허 공개번호: 10314897, 출원번호:09144652)에서는 표면크랙 발생을 억제하기 위하여 몰드플럭스의 염기도를 1.6까지 상향시킬 것을 제안하고 있다. 그러나 이러한 종래의 방법은 결정질이 증가함에 따라 액상층이 줄어들어서 주편과 몰드간의 마찰력이 증가하게 되므로 브렉아웃 발생율이 증가하는 문제점을 갖고 있었다.

이를, 동(Cu) 몰드(11), 공기틈(12), 결정질 몰드플럭스(13), 액상 유리질 몰드플럭스(15) 및 강의 응고쉘(17)로 구성된 슬래그 필름을 나타내고 있는 도 2로부터 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 2(a)와 같은 종래의 저염기도 몰드플럭스를 사용할 경우에 얻어지는 슬래그 필름은 전반적으로 열전달이 불균일하여 응고쉘이 불균일하여 표면크렉이 발생하는 문제가 있었다. 따라서 이런 문제를 해결하기 위하여, 도 2(b)와 같이 고염기도 몰드플럭스를 사용하면 결정질 몰드플럭스(13)의 두께가 상대적으로 커져 브렉아웃이 발생하는 또다른 문제가 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 냉각되어 결정화되는 과정에서 부피수축이 커지도록 몰드플럭스의 화학조성을 제어함으로써 주조조업시 몰드 벽면과 슬래그 필름간에 형성된 공기틈(air gap)을 크게 하여 열전달을 억제하고 면세로크랙의 발생을 방지함과 아울러, 적절한 두께의 액상층을 확보하여 마찰력을 낮추어서 브렉아웃의 발생도 억제할 수 있는 몰드플럭스를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 연속주조과정을 나타내는 개략설명도

도 2는 종래의 몰드플럭스에서의 슬래그필름 구성을 나타내는 개략도로서,

도 2(a)는 저염기도 몰드플러스,

도 2(b)는 고염기도 몰드플럭스에 대한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 몰드플럭스에서 슬래그 필름 구성을 나타내는 개략도

도 4는 본 발명의 염기도에 따른 몰드플럭스의 응고수축정도를 나타내는 그래프

도 5는 본 발명의 Na₂O/F 중량비에 따른 몰드플럭스의 응고수축정도를 나타내는 그래프

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자는 상술한 고염기도 몰드플럭스 사용시 야기되는 브렉아웃 발생 문제를 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과, 몰드플럭스의 염기도 (CaO/SiO₂)와 Na₂O/F 중량비를 소정치로 제어할 경우 몰드플럭스가 냉각되어 결정화되는 과정에서 부피수축이 커질뿐만 아니라 주조조업시 몰드 벽면과 슬래그 필름사이의 공기틈(air gap)이 크게 형성되고, 이에 따라 결정질 몰드플럭스의 두께를 증가시키지 않으면서 열유속을 낮출 수 있음을 발견하고 본 발명을 제안하는 것이다.

즉, 본 발명은 몰드플럭스의 염기도 (CaO/SiO₂)와 Na₂O/F 중량비를 적정치로 제어함을 그 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은, 중량%로, Na₂O: 10~15%, F: 5~10%, CaO: 25~50%, SiO₂: 25~40%, Al₂O₃: 1~5% 및 MgO: 2~7%를 포함하고, 염기도 (CaO/SiO₂)가 1.45 이하이고 Na₂O/F 비가 1.0~2.0로 제어되어 있는 연속주조용 몰드 플럭스에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 중량%로, Na₂O: 10~15%, F: 5~10%, CaO: 25~50%, SiO₂: 25~40%, Al₂O₃: 1~5% 및 MgO: 2~7%를 포함하여 조성되는 통상적인 몰드플럭스를 이용한다. 즉, 상기 조성중 SiO₂와 Al₂O₃유리질 성분으로 사슬모양의 내부구조를 가지며, 염기성 산화물인 CaO와 MgO는 상기 사슬구조를 깨뜨려 결정질을 형성하는 역할을 한다. 또한 알카리 성분인 Na₂O는 몰드플럭스의 유동성을 높이고 용융점을 낮추는 역할을 하며, 플럭스 성분인 F는 용해속도를 높이고 점도를 낮추며 결정질을 낮추는 역할을 한다.

본 발명에서는 연속주조시 상기 통상적인 조성을 갖는 몰드플럭스를 이용할 경우 발생할 수 있는 브렉아웃을 방지하기 위하여 몰드플럭스의 염기도 (CaO/SiO₂)와 Na₂O/F 중량비를 최적으로 제어함을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 특징은 연속주조시 몰드플럭스를 통한 전열량에 가장 큰 영향을 미치는 몰드플럭스의 응고 및 결정화 거동을 고려하여 마련된 것으로서, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 부합하는 몰드플럭스를 이용한 경우의 슬래그 필름의 구성에 대한 개략도이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 고온에서 완전히 용해된 몰드플럭스가 필름형태로 응고쉘(27)과 몰드(27)사이로 끼어든 후 온도가 낮은 몰드측으로부터 응고되면서 유리질(glass)로부터 결정질 (crystalline)로 바뀌게 된다. 이와 같이 액상의 유리질 플럭스(25)로부터 결정질 몰드플럭스(23)으로 상변태되면 그 부피가 줄어들게 되고, 이에 따라 동(Cu) 몰드(21)와 결정질 몰드플럭스 필름(23)사이에 부피수축으로 인한 공기틈(air gap:22)이 형성되어 몰드플럭스를 통한 열전달은 크게 방해할 수 있게 된다. 즉, 부피수축이 많고 큰 기공이 형성될 수록 유익한 것이다.

이를 고려하여, 본 발명에서는 몰드플럭스의 염기도 (CaO/SiO₂)와 Na₂O/F 중량비를 적절하게 제어하여 결정질형성시 부피수축이 큰 몰드플럭스를 제공하고, 이에 따라 결정질 몰드플럭스(23)의 두께가 상대적으로 작아져서 마찰력을 줄일수 있고, 아울러 공기틈(22)도 크게 형성시킬 수 있어 전열량을 낮춤으로써 표면크렉도 또한 억제할 수 있는 것이다.

본 발명에서는 상술한 염기도 (CaO/SiO₂)를 1.45이하로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면 도 4와 같이, 염기도(CaO/SiO₂)가 증가할 수록 몰드플럭스의 응고수축량은 증가하나, 지나치게 높을 경우에는 결정질의 비율이 높아지고 마찰력이 커져서 브렉아웃이 발생하기 쉽기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 Na₂O/F 중량비를 제어함을 그 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 몰드슬래그 필름의 결정화 거동에 있어서 형성된 결정질은 몰드내 연전달과 윤활성에 큰 영향을 미친다. 그러나 종래의 몰드플럭스에 있어서 가장 주된 결정성분은 화학식 3CaO-CaF₂-2SiO₂를 갖는 커스피다인 (Cuspidine)이기 때문에, 몰드플럭스의 염기도가 증가할 수록 결정화율을 높일 수 있어 열전달면에서는 유리하나 결정질층이 두꺼워져 마찰력이 커진다는 한계가 있었다. 이에, 본 발명에서는 알카리성분인 Na₂O와 F의 중량비를 적절하게 제어함으로써 결정질로서 종래의 커스피다인뿐만 아니라 새로운 결정질을 형성시키고, 이에 따라 응고시 보다 많은 수축을 가져올 수 있도록 고안된 것이다.

본 발명에서는 Na₂O/F 중량비를 1.0~2.0으로 제어함이 바람직한데, 이는 상기 중량비가 2.0를 초과하면 석출을 요하는 결정상인 커스피다인이 석출하지 못하고, 1.0미만이면 종래와 마찬가지로 커스피다인만이 석출하기 때문에 그 응고수축량이 작아지기 때문이다. 즉, 본 발명에서는 상기 비가 1.0~2.0으로 관리되면 커스피다인과 함께 새로운 결정상이 동반해서 석출하기 때문에 결정화로 인한 부피수축이 극대화 될 수 있는 것이며, 도 5와 같이 응고수축량도 증가하는 것이다.

가장 바람직하게는, 상기 중량비를 1.5~1.7로 제한하는 것이다.

한편, 본 발명에서는 Al₂O₃와 MgO가 소량 첨가되는데, 이 두가지 성분은 몰드플럭스의 고상필름이 완전히 결정화되지 않고 일정량의 유리질로 잔류할 수 있도록 함으로써 조업중 고상슬래그 필름이 찢어지는 것을 방지하는 역할을 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

중량%로, C:0.003%, Mn:0.15%, P:0.015%, S:0.009%, Sol.Al:0.026%, N:27ppm을 포함하여 조성되는 용강을 130톤 레이들에 받아서 박슬래브 연주기를 통해 연속주조하였다.

그리고 연속주조중 몰드에 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 몰드플럭스를 각각 교대로 투입하였으며, 이때 몰드로 들어오는 냉각수와 몰드를 빠져나가는 냉각수의 온도차이로부터 몰드내 열유속을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 하기 표 1상의 각각의 몰드플럭스 100gr씩을 1350℃에서 완전히 용해시킨후, 가로 60mm, 세로 30mm, 높이 50mm 의 동(Cu) 몰드내로 부어서 응고시켰으며, 이어 시편의 상부 표면에서의 수축량을 측정하여 하기 표 1에 또한 나타내었다.

	염기도	Na2O(%)	F(%)	Al2O3(%)	MgO(%)	전열량(MW/m2)	응고수축량(mm)
발명재	1	1.40	12.0	7.0	2.0	4.5	-	3.25
비교재	1	1.32	9.1	12.0	4.1	4.2	2.52	0.72
	2	1.41	9.2	10.7	3.0	4.2	2.38	1.13
	3	1.41	10.4	10.7	3.0	3.5	2.29	1.22

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 몰드플럭스가 종래재에 비하여 비슷한 염기도하에서 보다 높은 응고수축량을 나타내었다. 또한, 상기 표 1은 응고수축량이 클수록 열유속이 작아짐을 나타내고 있는데, 이는 주조조업에서 몰드플럭스의 응고수축량이 클수록 주형과 슬래그필름 사이의 공기틈이 커져서 열유속을 낮춤에 기인한 것이다.

따라서, 그 응고수축량이 보다 큰 본 발명재가 비교재에 비하여 연속주조조업시 야기되는 브렉아웃이나 표면크렉발생을 효과적으로 방지할 수 있음을 알 수 있다.

설명한 바와 같이, 본 발명의 몰드플럭스를 사용할 경우 슬래그 필름중 결정질층의 두께를 늘리지 않고도 열유속을 보다 낮출 수 있게 됨으로써 주편의 브렉아웃 및 표면크랙 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 중량%로, Na₂O: 10~15%, F: 5~10%, CaO: 25~50%, SiO₂: 25~40%, Al₂O₃: 1~5% 및 MgO: 2~7%를 포함하고, 염기도 (CaO/SiO₂)가 1.45 이하이고 Na₂O/F 비가 1.0~2.0로 제어되어 있는 높은 응고수축량을 갖는 연속주조용 몰드 플럭스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 Na₂O/F 비가 1.5~1.7로 제어되어 있는 연속주조용 몰드 플럭스.