KR20130120863A

KR20130120863A - 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법

Info

Publication number: KR20130120863A
Application number: KR1020120044076A
Authority: KR
Inventors: 김용희; 권효중; 서해영
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-05
Also published as: KR101400046B1

Abstract

본 발명은 강의 초기응고조직을 강화하여 핀홀을 포집시키도록 제어하여 고강도 극저탄소강 슬라브를 제조하는 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법에 관한 것으로, 전로 또는 2차 정련공정에서 용강에 고용강화 원소인 인(P)을 500 내지 600ppm을 첨가하여 제강하는 단계, 및 상기에서 인이 첨가된 강의 연속주조시, 턴디쉬 용강 과열도를 미리 설정된 온도범위로 조절하여 슬라브의 핀홀결함을 제어하는 단계를 제공한다.

Description

고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법{MANUFACTURE METHOD FOR HIGH STRENGTH CASTING OF ULTRA LOW CARBON STEEL}

본 발명은 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강의 초기 응고조직을 강화하여 핀홀을 포집시키도록 제어하고, 고강도 극저탄소강 슬라브를 제조하는 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.

연속주조기는 용강을 저장하는 래들과, 턴디쉬 및 상기 턴디쉬에서 출강되는 용강을 최초 냉각시켜 소정의 형상을 가지는 스트랜드로 형성하는 연주용 몰드와, 상기 몰드에 연결되어 몰드에서 형성된 스트랜드를 이동시키는 다수의 핀치롤을 포함한다.

다시 말해서, 상기 래들과 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께 및 형상을 가지는 스트랜드로 형성되어 핀치롤을 통해 이송되고, 핀치롤을 통해 이송된 스트랜드는 절단기에 의해 절단되어 소정 형상을 갖는 슬라브(Slab), 블룸(Bloom) 또는 빌렛(Billet) 등의 주편으로 제조된다.

관련된 선행기술로는 한국특허공개 제2005-21961호(공개일: 2005. 03. 07, 명칭: 극저탄소강 슬래브의 제조방법)가 있다.

본 발명은 제강에서 인을 일정량 첨가하고, 턴디쉬의 용강 과열도를 설정된 온도범위에서 조절하여 용강의 초기응고 조직을 강화시켜 핀홀을 집적시키고, 이를 스카핑하여 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법은, 전로 또는 2차 정련공정에서 용강에 고용강화 원소인 인(P)을 500 내지 600ppm을 첨가하여 제강하는 단계; 및 상기에서 인이 첨가된 강의 연속주조시, 턴디쉬 용강 과열도를 미리 설정된 온도범위로 조절하여 슬라브의 핀홀결함을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 용강 과열도의 온도범위는 20℃ 내지 27℃의 범위로 설정될 수 있다.

또한, 상기에서 핀홀결함이 제어된 슬라브의 상면 및 하면을 일정깊이로 스카핑하여, 슬라브의 표면에 발생된 핀홀결함을 제거하는 단계:를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스카핑 깊이는 상면 및 하면이 각각 3mm 내지 4.5mm일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 핀홀 결함을 표면으로 포집시켜 일정깊이 스카핑으로 핀홀이 저감된 슬라브를 형성하여 슬라브의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 극저탄소강의 후크현상을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 인(P) 함량에 따른 핀홀 분포를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예와 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

연속주조(continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 몰드(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주편 또는 강괴(steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬라브, 블룸 및 빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형과 수직만곡형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 수직만곡형을 예시하고 있다.

도 1을 참조하면, 연속주조기는 래들(10)과 턴디쉬(20), 몰드(30), 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 몰드(Mold, 30)로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 몰드(30)로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 몰드(30)로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

몰드(30)는 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 몰드(30)는 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬라브를 제조하는 경우에, 몰드(30)는 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다.

여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 몰드(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 몰드(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

몰드(30)는 몰드(30)에서 뽑아낸 연주주편이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidified Shell, 81)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

몰드(30)는 용강이 몰드의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션시 몰드(30)와 응고쉘(81)과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 몰드(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 몰드(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 몰드(30)와 응고쉘(81)의 윤활뿐만 아니라 몰드(30) 내 용융금속의 산화질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 몰드(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 몰드(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 몰드(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 직접 냉각된다. 연주주편의 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 연주주편이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 몰드(30)를 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다. 절단기(90)는 연속적으로 생산되는 연주주편을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다. 본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화 및 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 몰드(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 몰드(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 몰드(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(Stopper, 21)에 의해 결정된다.

구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

몰드(30) 내의 용강(M)은 몰드(30)를 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 몰드(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 연주주편(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 연주주편(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이수단(65)에 의해 냉각된다. 이는 연주주편(80)에서 미 응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 연주주편(80)이 일지점(85)에 이르면, 연주주편(80)은 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 연주주편(80)은 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬라브 등과 같은 주편(P)으로 나누어진다.

도 3은 극저탄소강의 후크 현상을 나타낸 것으로 이는 상기 몰드 내에서 용강이 응고될 때, 탕면부위부터 응고가 시작되고, 상기 탕면부위의 응고층이 두껍게 형성될 때, 용강 중 잔존하는 개재물이 부상하면서 후크부(용강의 초기 응고시 탕면상부에 초승달모양으로 휘어 응고가 시작되는 부분)에 부착되어 제조되는 슬라브 내에 잔존하게 됨에 따라, 제품의 결함으로 이어진다.

이에 따라 후크 발생을 증가시켜 용강의 핀홀 포집을 증가시켜 스카핑을 통해 핀홀 발생지수를 낮추도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법을 나타낸 흐름도로서, 먼저, 전로 또는 2차 정련공정에서 용강에 고용강화 원소인 인(P)을 첨가하여 제강한다(S10). 이때, 첨가되는 인(P)의 양은 500 내지 600ppm을 첨가함이 바람직하다.

일반적으로 인은 탈린 공정에서 제거하는 것이 바람직하나, 특수 소재인 극저탄소강 등과 같이 고강도의 재질 특성을 요구하는 제품에는 오히려 강중의 인 성분을 첨가하여 일정량으로 제어하는 기술이 요구된다.

여기서, 인의 양이 500ppm이상일 때, 몰드 내 초기 고상 조직의 후크 재질 강화로 인해 핀홀의 포집이 효과적이며, 600ppm을 초과하면 열연공정에서 스케일이 발생하게되므로 600ppm을 초과하지 않음이 바람직하다.

전로 또는 2차 정련 공정 이전의 용선 예비처리공정은 일반적인 공정과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이어서, 인 첨가강 주조시 턴디쉬 용강 과열도를 미리 설정된 온도범위로 조절하여 핀홀 결함을 제어한다(S20). 이때, 미리 설정된 온도범위는 20℃ 내지 27℃이다. 일반적으로 용강 과열도는 20℃ 내지 50℃사이의 온도범위를 갖으나, 온도가 낮을수록 초기 응고조직을 잘 생성할 수 있으며 27℃를 초과하면 초기 응고조직이 잘 생성되지 않는다.

용강에 인(P)을 첨가하고, 용강의 과열도를 낮추면, 고상의 후크 재질 강화로 인해 후크 발생을 증가시키게 된다. 이때, 후크 발생의 증가는 용강의 핀홀 포집을 증가와 비례 관계에 있어, 슬라브 표층에 핀홀 결함이 집적되게 된다.

마지막으로, 핀홀 결함이 제어된 슬라브의 상면 및 하면을 설정된 깊이로 스카핑하여 핀홀 결함을 제거하고 고강도 극저탄소강 슬라브를 얻는다(S30). 이때, 스카핑되는 일정한 깊이는 상면 및 하면 각각이 3mm 내지 4.5mm범위인 것이 바람직하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 인(P) 함량과 턴디쉬 과열도에 따른 핀홀 분포를 나타낸 그래프를 보면, 비교예는 용강 과열도가 24℃이고, 인(P)이 540ppm일 때를 나타내고, 실시예는 용강 과열도 30℃이고, 인(P)이 440ppm일 때를 나타낸다.

여기서, 실시예가 비교예보다 슬라브의 표면에, 핀홀 결함 지수가 높은 것을 알 수 있다. 이를 통해, 인(P)의 첨가량과 용강 과열도의 제어로 인해 핀홀 결함이 슬라브 표면에 포집되었음을 알 수 있다.

이와 같이, 실시예의 경우, 표면은 비교예보다 핀홀 결함 지수가 높으나, 일정깊이 이상 깊어질수록 슬라브 핀홀 결함지수가 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.

이하의 표 1은 도 5의 그래프를 표로 나타낸 것이다.

상기의 표 1에서 나타내듯이 용강 과열도가 30℃이고 P 첨가량이 440ppm이면, 미리 설정된 깊이만큼 슬라브의 스카핑이 이루어져도 슬라브 표면은 물론 일정깊이에서도 핀홀이 여전히 남아 있는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 핀홀 결함을 표면으로 포집시켜 일정깊이 스카핑으로 핀홀이 저감된 슬라브를 형성하여 슬라브의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

상기와 같은 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10: 래들 15: 슈라우드노즐
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
25a: 토출구 30: 몰드
51: 파우더층 52: 액체 유동층
53: 윤활층 60: 지지롤
65: 스프레이 80: 연주주편
81: 응고쉘 82: 미응고 용강
83: 선단부 87: 오실레이션 자국
88: 벌징 영역 90: 절단기
91: 절단 지점

Claims

전로 또는 2차 정련공정에서 용강에 고용강화 원소인 인(P)을 500 내지 600ppm을 첨가하여 제강하는 단계; 및
상기에서 인이 첨가된 강의 연속주조시, 턴디쉬 용강 과열도를 미리 설정된 온도범위로 조절하여 슬라브의 핀홀결함을 제어하는 단계;를 포함하는 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용강 과열도의 온도범위는 20℃ 내지 27℃의 범위로 설정되는 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기에서 핀홀결함이 제어된 슬라브의 상면 및 하면을 일정깊이로 스카핑하여, 슬라브의 표면에 발생된 핀홀결함을 제거하는 단계:를 더 포함하는 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법.
청구항 3에 있어서,
상기 스카핑 깊이는 상면 및 하면이 각각 3mm 내지 4.5mm인 고강도 극저탄소강 슬라브 제조방법.