KR20050058336A - 박판용 용강(溶鋼: ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ)의 연속주조방법 - Google Patents

박판용 용강(溶鋼: ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ)의 연속주조방법 Download PDF

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Abstract

알루미킬드강의 주조에 있어서, 입자 속에 포함되는 MgO 결정의 60% 이상이 입경 50㎛이하인 CaOㆍMgO계 크링커를 20질량% 이상 함유하는 CaOㆍMgO계 내화물을, 적어도 용강과 접하는 곳에 이용함으로써, MgO 결정의 입경이 작기 때문에 개재물이 되어 압연된 상태에서도 손상 발생 빈도가 적어진다.

Description

박판용 용강(溶鋼: ｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌ)의 연속주조방법{Method for continuous casting of molten steel for thin sheet}
본 발명은 박판용 용강의 연속주조방법, 특히 그것에 이용하는 내화물(耐火物)에 관한 것이다.
최근 철강재 품질의 엄격화에 따라, 특히, 박판 등의 고급 철강으로서 주조되는 알루미늄으로 탈산된 강철(이하, '알루미킬드강(鋼)'이라고 부름)의 연속 주조에 있어서, 텅디쉬(tungdish:TD)에서 몰드로 주입할 때 사용하는 주조용 노즐에의 알루미나 부착을 방지하는데 많은 노력이 요구되고 있다.
주조용 노즐에 부착한 알루미나는 합체하여 대형 개재물이 되고, 그것이 용강류와 함께 주편(鑄片) 안으로 들어가 주편의 결함이 되어 품질을 저하시킨다.
그 대책의 하나로, 주조용 노즐의 내면에서 나온 아르론 가스를 용강 속에 흡입하여 물리적으로 알루미나의 부착을 방지하는 방법이 있다. 그렇지만, 이 방법은 아르곤 가스의 흡입량이 너무 많으면 기포가 주편 안으로 들어가 핀홀이 되어 결함이 된다. 따라서, 가스의 흡입량에는 제약이 있기 때문에, 반드시 충분한 대책은 될 수 없다.
한편, 내화재 자체에 알루미나 부착방지기능을 갖게 하는 방법도 있다. 이것은 벽돌 속에 CaO를 함유시켜서 부착한 알루미나와 반응시켜 저융물을 생성시키고, 알루미나의 퇴적을 방지하는 것으로, 예를 들어, 특표평11-506393호에는 흑연과 주성분이 CaO와 MgO인 돌로마이트 크링커(dolomite clinker)를 조합한 내화물을 사용한 주조용 노즐이 개시되어 있다.
그렇지만, 알루미나 부착방지기능의 효과를 들기 위해, 이 재질을 침지(浸漬) 노즐의 내공(內孔)면에 적용하여 알루미킬드강의 주조에 적용했을 경우에는 침지 노즐의 내공면에의 알루미나 부착은 확실히 감소하지만, 박판용 주편 내에 대형 개재물이 주편 안에서 자주 검출되며, 이것을 주편을 압연할 때 손상이 되는 요인이 되고, 특히, 두께가 얇은 박판용 주편의 경우에는 그 영향이 크다.
도 1은 CaOㆍMgO계 크링커의 전자현미경 사진을 나타낸다.
도 2는 크링커 속의 MgO 입자의 평균입경과 주편내의 MgO계 개재물의 크기와의 상관관계를 나타낸다.
본 발명의 과제는 알루미나 부착 방지에 효과를 가진 광물 상(相)으로서의 CaO를 가진 CaOㆍMgO계 크링커를 함유하는 내화물을 연속 주조용 노즐에 적용하여 알루미킬드강을 주조했을 때 주편내에 존재하는 대형 개재물의 양을 대폭 감소시키게 된다.
상기 과제를 해결하기 위해, 알루미나 부착 방지에 효과를 가진 CaOㆍMgO계 크링커를 함유하는 내화물을 연속주조용 노즐로서 적용했을 때 주편내에서 검출되는 개재물에 대해 조사를 수행한 결과, 직경 50㎛이상의 대형 개재물은 마그네시아를 주성분으로 하는 것을 알 수 있고, 개재물로서의 마그네시아는 사용한 CaOㆍMgO계 크링커를 함유하는 내화물에 기인하는 것으로 생각했다.
CaOㆍMgO계 크링커 속의 MgO의 존재상태와 크링커 속의 MgO입자의 크기와 주편내에 존재하는 MgO계 개재물의 크기와의 관계는 각각 도 1과 도 2에 도시되어 있다.
도 1은 CaOㆍMgO계 크링커의 전자현미경 사진을 나타내는 것으로, 이 전자현미경 사진에 나타나 있는 바와 같이, CaO와 MgO는 화합물을 형성하지 않기 위해, CaOㆍMgO계 크링커의 내부에서는, MgO는 MgO결정이 작은 입자로서 독립하여 분산되어 있다.
또한 도 2는 알루미킬드강 주조용 내화물로서 도 1의 전자현미경 사진에 나타나 있는 바와 같은 CaOㆍMgO계 크링커를 이용한 내화물을 사용하여 알루미킬드강을 주조했을 때의 크링커 속의 MgO 입자의 평균입경과 주편내의 MgO계 개재물의 크기와의 상관관계를 나타내는 것이다. 도 2로부터, 크링커 속의 MgO 결정입자의 크기와 개재물의 크기에는 정(正)의 상관이 있고, MgO 결정입자의 크기와 개재물의 크기는 유사하다는 것이 판명되었다.
알루미킬드강 주조용 내화물로서 CaOㆍMgO계 크링커를 함유하는 내화물을 사용했을 때, 내화물 속의 CaOㆍMgO계 크링커는 용강과 접촉하는 면에서는 강철속에 분산되어 있는 알루미나와 크링커 속의 CaO가 반응하여 Al2O3ㆍCaO계 저융물을 생성하고, 용강류에 의해 내화물의 표면으로부터 유출된다.
내화물의 표면으로부터 유출된 Al2O3ㆍCaO계 화합물은, 용강 속에 분산되기 쉽게 대형 개재물로 되기 어려우므로, 주편의 품질에 악영향을 미치는 것이 적다.
또한 대형화되어도 비교적 부드럽기 때문에 압연시 얇게 늘려지기 때문에 비교적 무해하다.
한편, 크링커 속의 MgO는 CaO와 비교하여 반응성이 낮기 때문에, 입자 크기대로 용강 속에 유출되기 쉽다. 그리고, MgO는 융점이 높고, 단단하기 때문에 대형 입자가 주편 안으로 혼입되면, 압연시 손상의 원인이 되어 주편의 품질상 문제가 된다. 게다가, CaOㆍMgO계 크링커 속의 MgO 결정은 입자 크기대로 용강 속에 유출되는 경우가 많고, 상술한 도 2에 도시한 바와 같이, MgO 결정입자의 크기가 주편내의 MgO계 개재물의 크기가 되는 경우가 많다. 따라서, 주편내의 대형 개재물을 감소시키려면 CaOㆍMgO계 크링커 속의 MgO 결정입자를 미세화할 필요가 있다.
본 발명은 상기 식견을 근거로 박판용 용강의 연속 주조에 있어서의 CaOㆍMgO계 크링커를 함유하는 내화물에 기인하는, MgO를 주성분으로 하는 개재물의 문제를, 크링커 입자 속에 포함되는 MgO 결정의 60% 이상을 입경 50㎛으로 하는 CaOㆍMgO계 크링커를 20질량% 이상 함유하는 내화물을 연속 주조에 사용되는 내화물의 적어도 용강과 접하는 곳에 이용함으로써 해결한 것이다.
일반적으로, 박판에서는 직경 50㎛ 이상의 개재물은 극히 적은 것이 좋고, CaOㆍMgO계 크링커 속의 MgO 결정의 크기는 작을수록 바람직한데, 입경이 50㎛이하가 60% 이상이면, 일반적인 박판용 알루미킬드강의 주조에서는 문제가 되지는 않는다. 따라서, CaOㆍMgO계 크링커 속의 MgO 결정의 입경은 50㎛ 이하가 60% 이상인 것이 바람직하다. 특히, 음료캔용 함석용 철강재에 있어서는, 직경 50㎛이상의 개재물은 모두 없앨 필요가 있다. 음료캔용 함석용 용강을 주조할 때에는 MgO결정입자가 더 작은 것을 포함하는 크링커를 사용하는 것이 좋고, 예를 들어, MgO 결정의 평균 입경이 20㎛ 이하의 입자를 이용하는 것이 좋다. 크링커 속의 MgO 결정의 입경은 크링커의 전자현미경 사진을 화상해석 장치에 의해 MgO 결정입자와 CaO 입자로 분리하고, MgO 결정입자의 면적을 원으로 환산한 경우의 직경으로 규정하는 것이다.
CaOㆍMgO계 크링커는 그 제작 방법에 따라 합성 돌로마이트 크링커; 천연 돌로마이트 크링커; 전융(電融) CaOㆍMgO계 크링커의 3종류가 있다. 합성 돌로마이트 크링커는, Ca(OH)2와 Mg(OH)2를 혼합한 입자를 고온에서 소성하여 제작한다. 천연 돌로마이트 크링커는 천연에서 산출하는 돌로마이트를 고온에서 소성하여 제작한다. 전융 CaOㆍMgO계 크링커는 CaO성분과 MgO성분을 함유하는 원료를 아크용해시켜 냉각 고정화시켜서 제작하는 것이다. 이들 CaOㆍMgO계 크링커에 있어서, MgO 결정입자의 크기를 바꾸려면, 합성 돌로마이트 크링커에서는 출발원료의 직경의 변경에 의해 가능하고, 원료인 Mg(OH)2의 직경을 작게 또한 분산성을 향상시킴으로써 크링커 속의 MgO 결정입자의 입경을 작게할 수 있다.
또한 천연 돌로마이트 크링커의 경우는, 산출하는 돌로마이트 광물의 상태에 따라 다르므로, 필요한 입경이 얻어지는 산지의 원료로 크링커를 제작하면 된다. 나아가, 전융 CaOㆍMgO계 크링커의 경우는 냉각속도를 조정함으로써 MgO 결정입자의 입경을 제어할 수 있다.
천연의 돌로마이트로부터 제조한 돌로마이트 크링커는 CaO와 MgO의 화학성분의 질량비가 약 60:40으로 거의 일정하다. 이에 반해, 합성 돌로마이트 크링커와 전융 CaOㆍMgO계 크링커는 임의의 비율로 변경하는 것이 가능하다. 단, MgO성분을 많이 하면 MgO 결정끼리 연결되어 거대화되기 때문에 바람직하지 않다. 일예를 들면, MgO의 함량이 50질량%를 넘지않는 것이 바람직하다.
CaOㆍMgO계 크링커를 20질량% 이상 함유하는 내화물은 CaOㆍMgO계 크링커에 유기 바인더를 첨가하여 균일하게 혼련한 배합물을 성형한 성형체를 1600℃ 정도로 소성하거나, 예를 들어, CaOㆍMgO계 크링커에 흑연을 10∼40%와 페놀레진을 첨가하여 균일하게 혼련한 배합물을 성형하고 성형체를 1000℃ 정도로 환원소성하여 조제한다. 이로써 알루미나 부착방지 기능을 가진 내화물이 얻어진다.
흑연을 함유하지 않은 내화물은 상부 노즐, 슬라이딩 노즐, 하부 노즐, 스토퍼 헤드 등 사용시 부하되는 열충격이 비교적 적은 내화물에 적당하고, 흑연을 함유하는 내화물은 침지 노즐, 롱 노즐, 롱 스토퍼 등 비교적 열충격이 큰 내화물에 적당한데, 특별히 한정되지 않고, 사용조건에 따라 적절히 흑연량을 조정하는 것이 중요하다.
본 발명은 알루미나 부착방지 효과면에서 적어도 광물상으로서의 CaO를 포함하는 CaOㆍMgO계 크링커를 20질량% 이상과, 탄소 혹은 그 밖의 원료로서, 예를 들어, CaO 크링커나 ZrO2 크링커, ZrO2ㆍCaO 크링커, MgO 크링커 등을 병용해도 상관없다. 그리고 사용시에 용손이 커지는 부위에 적용할 경우에는, 크링커가 용강속에 유출되고, 품질에 영향이 없도록 입도(粒度)에 주의할 필요가 있다. 또한, 크링커 속에 Fe2O3, SiO2, Al2O3, ZrO2 등을 미량 첨가하는 것은 문제없지만, 다량 첨가하면 내식성의 저하나 알루미나 부착방지기능의 저하를 야기하는 경우가 있으므로, 첨가할 경우에는 10질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 CaOㆍMgO계 내화물은 침지 노즐, 상부 노즐, 하부 노즐, 슬라이딩 노즐, 롱 노즐, 스토퍼 헤드, 롱 스토퍼 등의 주조용 노즐 외에, 주조에 사용하는 내화물 모두에 적용할 수 있는데, 적용대상물에 대해 부분적으로 사용해도 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 알루미나의 부착이 많은 부위에 적용하면 더욱 효과적이며, 노즐의 경우는 노즐 전체가 아니라, 적어도 용강과 접촉하는 내공에만 적용해도 충분히 기능을 발휘할 수 있다.
내공에만 적용하는 경우는 본 발명의 배합물을 내공에 배치하고 바깥쪽 본체의 재질과 동시성형해도 되며, 본 발명의 내화물을 슬리브나 링 모양으로 성형, 소성한 후 내삽해도 된다. 스토퍼 헤드나 롱 스토퍼의 경우는, 용강과 접촉하는 외주면에만 적용해도 된다.
본 발명은 알루미킬드강, 특히 박판용 알루미킬드강의 주조에 적당한 내화물인데, Al-Si킬드강이나 Al-Ti킬드강, Ti킬드강 등에 적용해도 효과가 있다.
본 발명의 실시형태를 실시예에 의해 설명한다.
실시예 1
CaO가 58질량%, MgO가 41질량%인 화학조성을 가진 전융 CaOㆍMgO계 크링커를 냉각속도를 바꿈으로써 MgO 결정입자의 입도가 다른 시료를 여러개 작성했다. 표 1은 작성한 크링커의 평균 입경을 ㎛로 나타낸다.
MgO결정평균입경㎛ A B C D E F G H I
8 15 31 42 <50 61 69 78 88
표 1에서 A∼E는 본 발명에 적용하는 크링커이고, E는 크링커 중 MgO 결정입자의 60% 이상이 입경 50㎛이하이다. F∼I는 비교예에 적용하는 크링커이고, MgO 결정입자의 60% 이상이 입경 50㎛을 넘고 있다.
표 2는 표 1에 나타내는 각각의 크링커에 흑연과 페놀레진을 첨가하여 제작한 재질의 배합비율과, 각각의 배합비율에 있어서의 압연시 손상 발생빈도를 지수로 나타낸다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4
배합비율질량% CaO-MgO크링커의 종류 A B C D E F G H I
1∼0.5mm 30 30 30 30 30 30 30 30 30
0.5mm> 15 15 15 15 15 15 15 15 15
0.2mm> 30 30 30 30 30 30 30 30 30
흑연0.5mm이하 25 25 25 25 25 25 25 25 25
페놀레진 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량
압연시 손상발생빈도(지수)* 100 101 103 107 110 135 180 290 381
*실시예 1=100 숫자가 작을수록 주편의 품질이 양호하다.
공식을 위한 침지 노즐은 파우더 라인부에 지르코니아ㆍ흑연재질, 내공을 포함하는 본체에 표 2의 배합물을 적용하여 성형압 100kg/cm2로 CIP성형하고, 최고 1000℃로 환원소성하여 제작했다.
이 침지 노즐을 알루미킬드강의 주조에 적용하여, 얻어진 주편의 품질을 조사했다. 주조 조건은 냄비용량이 250ton, TD용량이 45ton, 주편의 추출속도는 1.0∼1.3m/분이었다.
얻어진 주편을 두께 2mm로 압연하여 MgO계 개재물에 기인한 손상 발생빈도를 조사했다. 발생빈도는 실시예1의 빈도를 100으로 하여 지수화했다. 지수가 작을수록 양호한 품질의 주편임을 나타낸다. 이 결과로부터 크링커 중에 포함되는 MgO 결정입자의 60% 이상이 입경 50㎛이하인 경우, 평균 입경이 50㎛를 넘는 경우와 비교하여 주편의 품질이 매우 우수하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 2
표 3은 표 1에 나타내는 A∼I의 CaOㆍMgO계 크링커를 사용하여 균일하게 혼련한 배합물을 얻어 이 배합물을 성형압 1200kg/cm2로 프레스 성형하고, 1600℃에서 소성하여 상부 노즐을 제작했다. 이 상부 노즐을 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 알루미킬드강의 주조에 사용했다. 그 결과, 크링커 속에 포함되는 MgO 결정입자의 60% 이상이 입경 50㎛이하인 경우, 주편의 품질이 매우 우수하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 비교예
6 7 8 9 10 5 6 7 8
배합비율질량% CaO-MgO크링커의 종류 A B C D E F G H I
1∼0.5mm 40 40 40 40 40 40 40 40 40
0.5mm> 20 20 20 20 20 20 20 20 20
0.2mm> 40 40 40 40 40 40 40 40 40
폴리프로필렌 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량 적당량
압연시 손상발생빈도(지수)* 100 102 105 109 112 129 173 321 453
*실시예 6=100 숫자가 작을수록 주편의 품질이 양호하다.
이상, 본 발명의 박판용 용강의 연속주조방법으로 얻어진 주편 속에 존재하는 개재물로서 존재하는 MgO결정의 입경이 작아지고, 박판상으로 압연된 상태에서도 손상발생빈도가 적어진다. 그 때문에, 제조된 박판의 품질 불량률이 저하되고, 제조 비용이 저감된다.
본 발명은 박판용 용강, 특히 박판용 알루미킬드강의 연속 주조에 적용가능하다.

Claims (1)

  1. CaOㆍMgO계 크링커를 함유하는 내화물을 사용하는 박판용 용강의 연속 주조 방법으로,
    상기 CaOㆍMgO계 크링커의 입자 속에 포함되는 MgO 결정의 60% 이상이 입경 50㎛이하이고,
    상기 내화물 중 상기 CaOㆍMgO계 크링커를 함유하는 내화물은 적어도 용강과 접하는 곳에 이용되는 박판용 용강의 연속주조방법.
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