KR20040051175A - 저탄소강 주편의 표면 결함을 방지하기 위한 연속 주조용몰드 플럭스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점도가 높아서 슬래그의 혼입에 의한 슬리버성 표면 결함 발생을 억제하는 동시에 냉각 과정에서 결정화 개시 온도가 높아 용강에서 몰드 주형벽으로 빠져나가는 열유속을 줄임으로써, 용강 유출 발생을 방지하는 연속 주조용 몰드 플럭스를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스에 있어서, (a) 중량비로, MgO : 0.25 ~ 2 %, F : 5 ~ 10 %, CaO : 30 ~ 45 %, SiO₂: 30 ~ 45 %, Al₂O₃: 5 ~ 15 %을 포함하고; (b) Al₂O₃/MgO 중량비가 5.0 ~ 20.0 범위이며; (c) 염기도(CaO/SiO₂)가 0.8 ~ 1.2 범위; 의 화학 조성인 것을 특징으로 하는 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스가 제공된다.

Description

저탄소강 주편의 표면 결함을 방지하기 위한 연속 주조용 몰드 플럭스{Mold Flux for reducing bleeding and sliver on the cast slab of low carbon grade}

본 발명은 철강의 연속 주조 조업시 부자재로 사용되는 몰드 플럭스에 관한 것으로서, 특히, 점도가 높아서 슬래그의 혼입에 의한 슬리버(Sliver)성 표면 결함 발생을 억제하는 동시에 냉각 과정에서 결정화 개시 온도가 높아 용강에서 몰드 주형벽으로 빠져 나가는 열 유속(Heat Flux)를 줄이고, 몰드 탕면 매니스커스 직하에서 주편의 응고층이 과다하게 성장하는 것을 억제하여 주편 코너부의 용강 유출(Bleeding) 발생을 방지하도록 설계된 몰드 플럭스에 관한 것이다.

도 1은 종래의 일반적인 연속 주조 과정을 설명하는 참고도이고, 도 2는 용강 유출 발생을 설명하기 위한 참고도이다.

도 1에 도시되어 있듯이, 제철소의 연속 주조 공정은 턴디쉬(Tundish, 101) 내의 용강(102)을 침지 노즐(103)을 통하여 몰드(104) 내에 주입하여 일정 형상의 주편으로 제조하며, 이때 수냉되는 몰드와 접촉된 표면만이 응고된 얇은 주편(이하, 응고쉘(105)이라 한다.)과 몰드 간의 마찰에 의하여 상기 응고쉘(105)이 파단되는 것(이하 브레이크 아웃이라 한다.)을 막기 위하여 윤활제로서 분말 또는 과립 형상의 합성 슬래그인 몰드 플럭스를 투입한다.

몰드 플럭스는 이러한 윤활 기능과 함께 주편에서 몰드로의 열유속을 제어하는 전열 제어 기능을 가지고 있다. 즉, 몰드 플럭스는 연속 주조용 몰드 내의 용강 위로 투입되어 미용융층, 반용융층 및 용융 슬래그층을 형성하면서 용융하게 되고, 이 용융 슬래그(106)가 상하로 진동하는 몰드와 응고쉘 간의 틈 사이로 유입되어 얇은 막(이하 슬래그 필름(107)이라 한다.)을 형성한다. 이 슬래그 필름은 주편에서 몰드로의 열전달 매체 역할을 수행한다.

극저 탄소강은 자동차 외판용 등 고급 냉연재 생산용으로 주로 사용되므로, 표면에 슬리버(Sliver)성 결함이 생기는 것은 극력 억제하여야 한다. 주조 조업 중 용융 슬래그(106)가 용강 속으로 혼입되면, 응고쉘(105)에 부착되어 슬리버를 생성하게 되므로, 혼입을 억제하기 위하여 종래 극저 탄소강용 몰드 플럭스는 여타 강종 제조용 몰드 플럭스에 비하여 점도를 높게 유지하여 왔다.

그러나, 점도를 높이게 되면, 결정화(Crystallization)가 지연되므로, 몰드 플럭스 중 결정질이 차지하는 비율이 낮아지게 된다.

이에 따라 몰드 내의 열유속이 커져서 도 2와 같이 급격한 응고에 따른 응고쉘의 수축으로 인하여 주편의 코너 부위에 공기 틈(Air Gap)이 생겨나게 되며, 결국 주변 코너 부위의 응고쉘이 터져서 용강이 흘러나오는 Bleeding이 발생한다. 가변운 Bleeding은 주조 도중에 치유되지만 정도가 심해지면 주형을 벗어나는 시점에서 브레이크 아웃 발생을 유발하므로 안정적인 조업을 위하여는 Bleeding 발생을 극력 억제하여야만 한다.

이상과 같이 일반적인 극저 탄소강의 연속 주조 조업시 혼입 억제와 Bleeding 억제는 상반된 거동을 보이므로, 종래의 몰드 플럭스로 이 두 가지 문제저점을 동시에 해결하는 것은 불가능한 것으로 여겨져 왔다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 극저 탄소강의 연속 주조시 슬래그 혼입으로 인한 슬리버 발생 및 주조 초기열유속 증가로 인한 Bleeding 발생 문제를 동시에 해결하기 위하여, 점도가 높으면서도 결정화 속도가 빨라서 초기 응고 단계에서의 열유속을 낮출 수 있는 몰드 플럭스를 제공한다. 보다 구체적으로는 몰드 플럭스 화학 성분 중 염기도, Al₂O₃, MgO 함량을 각각 최적화함으로서, 1300 ℃에서의 점도값이 3.0 poise 이상인 고점도형이면서 동시에 결정화 개시 온도가 1100 ℃ 이상이어서 매니스커스 직하에서부터 결정화가 시작되도록 하는 몰드 플럭스를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 연속 주조 과정을 설명하는 참고도이고,

도 2는 용강 유출 발생을 설명하기 위한 참고도이고,

도 3은 화학 성분에 따른 결정화 개시 온도의 변화를 설명하기 위한 설명도이고,

도 4는 종래의 몰드 플럭스에서 염기도에 따른 슬래그 필름 구성에 대한 개략도이고,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스에서 슬래그 필름 구성에 대한 개략도이고,

도 6은 종래재 및 발명재 적용시 전열량의 비교한 그래프이고,

도 7은 종래재 및 발명재 적용시 슬리버 결함 발생율을 비교한 그래프이다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스에 있어서, (a) 중량비로, MgO : 0.25 ~ 2 %, F : 5 ~ 10 %, CaO : 30 ~ 45 %, SiO₂: 30 ~ 45 %, Al₂O₃: 5 ~ 15 %을 포함하고; (b) Al₂O₃/MgO 중량비가 5.0 ~ 20.0 범위이며; (c) 염기도(CaO/SiO₂)가 0.8 ~ 1.2 범위; 의 화학 조성인 것을 특징으로 하는 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스가 제공된다.

또한, 보다 더 양호하게는, Na₂O가 6 중량% 미만으로 더 추가된 것을 특징으로 하는 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스가 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

연속 주조시 몰드 플럭스를 통한 전열량에 가장 큰 영향을 미치는 것은 몰드 플럭스의 응고 및 결정화 거동이다. 즉, 도 2에 도시되어 있듯이, 고온에서 완전히 용해된 몰드 플럭스가 필름 형태로 응고쉘과 몰드 사이로 끼어든 후, 온도가 낮은 몰드측으로부터 응고되면서 유리질(Glass)로부터 결정질(Crystalline)로 바뀌게 된다.

몰드 플럭스가 결정화되면, 동(Cu) 몰드와 결정질 몰드 플럭스 필름과의 사이에는 부피 수축으로 인한 공기 틈이 생겨나게 되는데, 이로 인하여 몰드 플럭스를 통한 열전달은 크게 방해받게 된다. 따라서, 용강에서 몰드로의 열전달을 억제하여 Bleeding을 방지하기 위해서는 몰드 플럭스의 화학 조성을 조절하여 결정질 생성을 조기에 촉진시켜야 한다.

본 발명에서는 몰드 플럭스의 결정화 과정을 직접 관찰할 수 있는 장비인 핫 열전대(Hot Thermocouple)를 이용하여 다양한 조성의 몰드 플럭스에 대하여 결정화 개시 및 완료 시점 거동을 평가하였다. 그 결과 Bleeding 발생에 영향을 미치는 매니스커스 직하의 열전달에 중요한 영향을 미치는 인자는 결정화 개시 온도였으며, 이는 화학 성분 특히 Al₂O₃/MgO 비와 염기도(CaO/SiO₂)에 의하여 크게 영향을 받음을 알아내었다.

도 3은 화학 성분에 따른 결정화 개시 온도의 변화를 설명하기 위한 설명도로서, Al₂O₃/MgO 비와 염기도(CaO/SiO₂)에 따른 몰드 플럭스의 결정화 개시 온도를보여주고 있다.

도 3에 도시되어 있듯이, Al₂O₃/MgO 비가 증가할 수록, 염기도(CaO/SiO₂)가 증가할 수록 몰드 플럭스의 결정화 개시 온도는 증가한다. 이 중 염기도는 지나치게 높일 경우, 점도가 낮아지게 되어 용융 슬래그 혼입으로 인한 슬리버 결함이 증가하게 되므로, 1.2 이하로 관리하여야 한다.

Al₂O₃/MgO 비가 커질 때, 결정화 개시 온도가 증가하는 이유는 몰드 플럭스 결정상인 Cuspidine의 성장이 확산에 의하여 3차원적으로 진행되는데 MgO가 석출된 Cuspidine 상의 주변에 농축되어 Cuspidine 상의 확산/성장을 방해하기 때문이다. 반면, Al₂O₃는 오히려 Cuspidine 상의 핵 생성에 도움을 주므로, 어느 정도의 양을 가지는 것이 결정화에 유리함을 알아내었다. 단, Al₂O₃/MgO 비율이 20을 넘게 되면, 점도가 지나치게 높아져서 Cuspidine의 성장 속도를 늦추므로 결정화를 지연시키게 된다.

그 외에도 F는 Cuspidine을 구성하는 원소이므로, 5 ~ 10 % 범위를 가지도록 하여야 한다. 이렇게 설계된 몰드 플럭스는 고점도이면서도 결정화 개시 온도가 높은 특징을 가지게 된다.

도 4는 종래의 몰드 플럭스에서 염기도에 따른 슬래그 필름 구성에 대한 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스에서 슬래그 필름 구성에 대한 개략도이다.

도 4를 참조하면, 종래의 경우 염기도를 높일 경우 결정화 개시 시점이 빨라지는 반면, 슬래그 혼입에 의한 슬래그 결함이 발생함을 알 수 있다. 또한, 저염기도, 고점도 형을 적용하면, 결정화 개시 시점이 늦어지게 된다.

반면, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 플럭스의 경우, 결정화 개시 시점이 빨라지므로, 결정층이 조기에 형성되어져 매니스커스 직하 초기 응고 단계에서의 냉각 속도를 늦추게 되는 효과가 있다.

[실시예]

C : 0.002 ~ 0.008 % 범위의 극저 탄소강을 연속 주드함에 있어서, 아래의 [표 1]에 도시된 대로 종래재 및 본 발명에 의한 몰드 플럭스를 스트랜드 별로 각각 투입하였으며, 이때 몰드로 들어오는 냉각수와 몰드를 빠져 나가는 냉각수의 온도 차이로부터 몰드 내 열유속을 계산하였으며, 또한, Bleeding에 의한 브레이크 아웃 발생 횟수를 조사해 보았다. 아울러 냉간 압연 후, 슬리버성 표면 결함 발생율을 조사하였다.

상기 [표 1]에 도시되어 있듯이, 발명재의 결정화 개시 온도가 종래재 대비 높으며, 이는 전술한 바와 같이 Al₂O₃/MgO 비율을 적정화한 결과이다.

도 6은 종래재 및 발명재 적용시 전열량의 비교한 그래프이고, 도 7은 종래재 및 발명재 적용시 슬리버 결함 발생율을 비교한 그래프이다.

도 6에 도시되어 있듯이, 결정화 개시 온도가 높은 발명재 적용시 낮은 열유속을 나타내고 있으며, 도 7을 참조하면, 발명재가 종래재 대비 고점도이기 때문에 슬래그 혼입으로 인한 슬리버 발생을 획기적으로 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

또한, 아래의 [표 2]에서 보듯이 초기 응고 단계를 완냉각화함으로써, Bleeding으로 인한 브레이크 아웃 역시 획기적으로 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 몰드 플럭스의 점도를 높게 유지하면서도 슬래그 필름 중 결정질이 나타나는 결정화 개시 시점을 빠르게 할 수 있어 슬래그 혼입으로 인한 슬리버 결함과 초기 응고층 과냉각으로 인한 Bleeding 결함 발생을 동시에 억제하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스에 있어서,

   (a) 중량비로,

   MgO : 0.25 ~ 2 %, F : 5 ~ 10 %, CaO : 30 ~ 45 %, SiO₂: 30 ~ 45 %, Al₂O₃: 5 ~ 15 %을 포함하고;

   (b) Al₂O₃/MgO 중량비가 5.0 ~ 20.0 범위이며;

   (c) 염기도(CaO/SiO₂)가 0.8 ~ 1.2 범위;

   의 화학 조성인 것을 특징으로 하는 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스.
2. 제 1 항에 있어서,

   Na₂O가 6 중량% 미만으로 더 추가된 것을 특징으로 하는 저탄소강 연속 주조용 몰드 플럭스.