KR20050100992A - 스트립캐스팅공정의 탕면 분위기 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철 또는 비철금속과 그 합금을 용탕으로부터 직접 응고하여 박판을 제조하는 쌍롤형 스트립캐스팅 공정에 관한 것으로서 더 상세하게는 용탕풀의 분위기 가스의 공급 총 유량을 조정하여, 결과적으로 주편에 발생하는 미세크랙을 완전히 제거하면서도 델타페라이트의 분포를 균일하게 하기 위한 발명에 관한 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 메니스커스 쉴드내에서 분위기가스를 탕면부에 공급하는 쌍롤식 박판연속주조방법에 있어서, 상기 분위기 가스의 공급유량의 범위를 250～450Nm3/hr로 하는 것을 특징으로 하는 스트립캐스팅공정의 탕면 분위기 제어 방법을 제공한다.

Description

스트립캐스팅공정의 탕면 분위기 제어 방법{Method for controlling the atmosphere on the metal surface in the twin roll strip casting process}

본 발명은 철 또는 비철금속과 그 합금을 용탕으로부터 직접 응고하여 박판을 제조하는 쌍롤형 스트립캐스팅 공정에 관한 것으로서 더 상세하게는 용탕풀의 분위기 가스의 공급 총 유량을 조정하여, 결과적으로 주편에 발생하는 미세크랙을 완전히 제거하면서도 델타페라이트의 분포를 균일하게 하기 위한 발명에 관한 것이다.

일반적으로 박판을 제조하기 위하여는 연속주조에 의하여 래들로부터 턴디쉬로 용강을 주입하고, 노즐을 통하여 몰드에 용강을 주입함으로써, 두꺼운 슬라브를 주조하여 제조하고, 이를 열간압연하여 두께 2～6mm의 판재를 제조하게 된다. 그러나, 본 발명이 적용되는 스트립캐스팅 방법은 일반 연주법에서 열간압연 공정을 완전히 생략하고, 턴디쉬로부터 노즐을 통하여 회전하는 두개의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 직접 2～6mm 두께의 판재를 주조하는 새로운 공정으로서 공정단축에 의한 생산비용의 절감뿐만 아니라 급속응고에 의한 품질향상이 가능하므로 철강공정에서 집중적으로 연구되어 왔다.

도 1은 스트립캐스팅 공정의 개략도이다. 주요한 설비로는 반대방향으로 회전하는 주조롤(1)과 주조롤(1)의 측면을 막아서 용탕풀을 형성하는 에지댐(7)과 턴디쉬(3)로부터 주조롤(1) 사이로 용강을 주입하는 침지노즐(4) 그리고, 용탕면의 분위기를 불활성 분위기로 유지하는 메니스커스 쉴드(5)가 있다.

일반적으로 메니스커스 쉴드 내의 용탕면으로 불활성 분위기 가스를 공급하여 용탕과 산소의 반응을 차단함으로써 스컴의 생성을 억제하고, 박판의 미세크랙을 감소시키는 등 메니스커스 쉴드(5) 내의 분위기 가스가 주조품질에 매우 주요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

또한, 분위기가스로서 질소가스를 사용하는 경우에 일반적으로 주편(8)의 에지부에 미응고 현상이 발생하는데, 이러한 주편에지에 미응고가 생기면 주편에지부의 델타페라이트가 증가하게 된다. 델타페라이트의 함량이 증가하게 되는 주편이 자성을 나타내게 되어 제품으로서의 용도에 제약이 될 뿐만 아니라, 결정립 미세화 현상의 원인이 되어 냉연제품의 강도를 증가시키며, 탄화물석출의 원인이 되어 내식성을 악화시키므로 최종 제품에서는 일반적으로 0.2% 이하로 규제하고 있다.

따라서, 주편에지부에 미응고 현상이 발생하여 주편에지의 델타페라이트가 증가하면 델타페라이트가 높은 에지부를 트리밍(Trimming)하여야 하므로 실수율이 감소하는 문제점이 있다.

주편에지부의 미응고 현상을 억제하기 위한 방법으로 분위기 가스의 압력제어에 의한 방법이 공지되어 있다. 분위기 가스의 압력을 폭방향으로 미세하게 조절하여 에지부의 미응고 현상을 방지할 수 있다고 하나, 이러한 방법을 사용하는 경우 미세한 압력조정을 수백분동안 연속적으로 유지하기가 어려우므로, 주조의 안정성에 문제가 있으며, 미세한 압력을 폭방향으로 제어하기 위한 메니스커스 쉴드 장치도 매우 복잡해지는 문제가 있다. 그리고, 분위기 가스의 조정에 따라 주편에 미세크랙이 생길 수도 있는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 끊임없는 연구를 거듭하며, 분위기 가스의 공급 유량을 변경하는 주조실험을 통하여, 가스 공급유량에 의하여 에지의 미응고 현상이 변화하며, 또한 가스의 공급량이 감소하면 주편에 미세크랙이 발생한다는 사실을 발견하였다.

이러한 지견에 근거하여 본 발명에서는 메니스커스 쉴드의 가스 공급 유량을 한정하여, 주편에지의 델타페라이트를 저감하면서도 주편에 크랙이 발생하지 않는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 메니스커스 쉴드내에서 분위기가스를 탕면부에 공급하는 쌍롤식 박판연속주조방법에 있어서, 상기 분위기 가스의 공급유량의 범위를 250～450 Nm3/hr로 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판연속주조공정의 탕면 분위기 제어 방법을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 메니스커스 쉴드를 나타내었으며 (a)는 사시도이고, (b)는 단면도이다.

메니스커스 쉴드(5)롤 폭방향으로 주조롤(1)을 완전히 덮어야 하며, 주조롤(1)면과 에지댐(7)면에 세라믹 페이퍼나 울 (wool) 등에 의하여 외부와 완벽하게 밀폐되어, 공기와 차단하여 가스 공급에 따라 분위기가 형성되도록 하여야 한다. 그리고, 메니스커스 쉴드(5) 내부에 가스관(12)을 설치하여 균일하게 불활성 가스를 공급할 수 있도록 하여야 한다.

메니스커스 쉴드(5) 내로 공급하는 분위기 가스는 질소를 주로 사용하는데, 질소가스는 용강에 용해되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 초기 응고중에 가스갭이 발생하면, 발생된 가스갭 내부의 질소가스가 용강중으로 용해되어 가스갭의 간격이 감소하게 되어 응고능 및 흡열량이 증가하게 된다.

그리고, 주조중 분위기에는 탕면에서 망간원소 등이 휘발하여 흄이 발생하며, 배출되지 않는 잔류 산소도 존재하는 등 순수한 질소가스의 분위기가 아니다. 따라서, 질소 가스를 공급할 때, 가스의 공급이 증가하게 되면 분위기에서의 질소가스 분압이 높아지게 되어 응고능 및 흡열량이 높아지게 되며, 따라서 주조롤의 열팽창량이 커지게 된다. 주조롤의 열팽창이 커지면 주조롤과 응고셀의 들뜸현상이 커지므로 주편에지부의 미응고 현상 및 주편에지부 델파페라이트 함량이 커지게 된다. 반대로 공급하는 가스의 총유량을 감소시키면, 에지부 미응고 현상과 델파페라이트 함량은 감소하게 되지만, 흄 등이 충분히 제거되지 못하여 가스중 질소의 농도가 감소하고 따라서 가스갭이 증가하여 주조롤과의 밀착성이 떨어지게 되면 응고크랙이 발생하는 문제점 있다. 따라서, 주편에지부의 델타페라이트를 감소시키기 위해서는 가스 공급량을 조절하여 주편의 미세크랙이 발생하지 않으면서도 실수율을 증가시킬 수 있도록 한다.

본 발명에서는 상기 질소가스인 분위기가스의 공급유량의 범위를 250～450 Nm3/hr로 하는 데 그 이유는 250Nm3/hr 미만에서는 주편에 미세크랙이 발생하기 시작하고, 450Nm3/hr를 초과하면 주편에지의 트리밍양이 많아지기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예]

주조 강종은 STS304 오스테나이트계 스테인레스강이며, 공급한 가스는 질소였다. 공급하는 질소의 총유량을 변화시키면서 주편의 델타페라이트 분포를 측정하였고, 그때의 주편의 미세크랙의 발생유무를 현미경에 의하여 관찰하고 판정하였다.

도 3에는 주편의 폭방향으로 발생하는 델타페라이트 분포의 개략도를 나타내었다. 도 3에서 보듯이 주편에지부로 갈수록 미응고 발생에 따라 델타페라이트가 증가하는 현상을 보이고 있는데, 미응고 현상이 감소함에 따라 델타페라이트의 그래프가 A에서 B로 이동하므로, 델타페라이트가 증가하는 시점이 주편에지로 이동하게 된다.

통상 주편에서의 델타페라이트 함량이 3% 이상이면, 불량으로 주편에지를 트리밍하게 되는데, 따라서 도 3에서 델타페라이트 3%를 기준으로 할 때 트리밍하여야 하는 양 TrA>TrB로 나타내었으며, 미응고현상이 감소할수록 트리밍하여야 하는 양은 작아짐을 알 수 있다.

도 4에서는 질소 공급 유량을 변화시키면서 주편의 델타페라이트 분포로부터 측정한 트리밍하여야 할 양과 주편의 미세크랙 발생을 그래프로 나타내었다. 일반적으로 냉간압연을 하기 위해서는 주편의 15mm를 트리밍하는데, 이러한 기준으로 15mm 이하를 트리밍하기 위해서는 질소 공급의 총유량은 450 Nm3/hr이하가 되어야 한다. 그런데, 공급하는 질소의 총유량이 250 Nm3/hr 이하에서는 주편에 미세크랙이 발생하기 시작하므로, 주편 미세크랙의 발생을 억제하기 위해서는 공급하는 질소의 총유량이 250Nm3/hr 이상이어야 한다. 따라서, 적정한 공급 유량은 250 Nm3/hr 이상 450 Nm3/hr 이하가 가장 적절하다.

상기와 같이 본 발명에서는 연속 박판 주조기에서 총유량을 조정하여 델타페라이트 분포를 균일화하여 트리밍 양을 감소시키므로써 실수율을 향상시키고, 또한 미세 크랙의 발생을 억제할 수 있는 공급유량의 범위를 한정하였다. 따라서, 이러한 수단에 의하여 극히 간단한 장치 및 수단에 의하여 주편의 품질을 향상시키므로 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 쌍롤식 스트립캐스터의 개략도,

도 2는 본 발명이 적용되는 메니스커스 실드의 사시도(a) 및 측면도(b),

도 3은 본 발명에 의한 박판의 폭방향 델타페라이트 분포 개략도,

도 4는 본 발명에 의한 가스공급유량과 델타페라이트, 미세크랙 관계를 나타내는 그래프도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 주조롤 2 : 래들

3 : 턴디쉬 4 : 침지노즐

5 : 메니스커스 실드 7 : 에지댐

8 : 주편 12 : 가스공급관

Claims (2)

1. 메니스커스 쉴드내에서 분위기 가스를 탕면부에 공급하는 쌍롤식 박판연속주조방법에 있어서, 상기 분위기 가스의 공급유량의 범위를 250～450 Nm3/hr로 하는 것을 특징으로 하는 스트립캐스팅공정의 탕면 분위기 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 분위기가스는 질소인 것을 특징으로 하는 스트립캐스팅공정의 탕면 분위기 제어 방법.