KR20160067865A - 연속 주조 방법 - Google Patents

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KR20160067865A KR1020167009991A KR20167009991A KR20160067865A KR 20160067865 A KR20160067865 A KR 20160067865A KR 1020167009991 A KR1020167009991 A KR 1020167009991A KR 20167009991 A KR20167009991 A KR 20167009991A KR 20160067865 A KR20160067865 A KR 20160067865A
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유우키 혼다
히로시 모리카와
히로아키 초
노리아키 누쿠시나
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닛신 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

턴디시(101)내로 연장하는 롱 노즐(3)이 레이들(2)에 설치된 연속 주조 장치(100)를 이용해 알루미늄 탈산이 이루어진 스테인리스 용강(1)을 주조하는 연속 주조 방법에서는, 주출구(3a)를 주입한 스테인리스 용강(1)에 침지시키면서 롱 노즐(3)을 통해 턴디시(101) 내에 스테인리스 용강(1)을 주입함과 함께, 턴디시(101) 내의 스테인리스 용강(1)을 주형(105)에 주입한다. 더욱이, 턴디시(101) 내의 스테인리스 용강(1)의 표면을 덮도록 TD파우더(5)를 살포하고, 스테인리스 용강(1)의 주위에 질소 가스를 공급하여, 턴디시(101) 내의 스테인리스 용강(1)에 칼슘 함유물을 첨가한다. 그리고, 주조 후의 스테인리스 용강(1)의 표면을 연삭한다.

Description

연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING METHOD}
본 발명은 연속 주조 방법에 관한 것이다.
금속의 일종인 스테인리스강의 제조 공정에서는, 전기로로 원료를 용해하여 용선이 생성되고, 생성된 용선은 전로(轉爐), 진공 탈가스 장치에서 스테인리스강의 특성을 저하시키는 탄소를 제거하는 탈탄 처리 등을 포함하는 정련이 이루어져 용강으로 되고, 그 후, 용강이 연속 주조 되는 것에 의해 응고하여 판 형상의 슬래브 등을 형성한다. 또, 정련 공정에서는 용강의 최종적인 성분의 조정이 이루어진다.
연속 주조 공정에서는, 용강은 레이들로부터 주입되고, 턴디시로부터 연속 주조용 주형 내에 흘러 들어가 주조된다. 이때, 최종적인 성분 조정 후의 용강이 대기 중의 질소 또는 산소와 반응하여 질소의 함유량을 증대시키거나 또는 산화되는 것을 방지하기 위해서, 턴디시 내에 있어서의 레이들로부터 주형에 이르는 용강의 주위에는 용강 표면을 대기로부터 차단하는 씰 가스가 공급된다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는, 씰 가스로서 아르곤 가스를 사용하는 연속 주조 슬래브의 제조 방법이 기재되어 있다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
[특허 문헌1] 특개평 4－284945호 공보
특허 문헌 1의 제조 방법과 같이, 씰 가스로서 아르곤 가스를 사용하면 용강내에 들어온 아르곤 가스가, 슬래브에 있어서, 그 표면 및 내부에 걸쳐서 기포로서 남는다. 이 기포를 포함하는 부위는 슬래브의 품질을 해치기 때문에, 슬래브 표면으로부터 기포가 형성되어 있는 부위까지의 표면 결함 부위를 슬래브 전체에 걸쳐서 표면 연삭하여 제거해야 하기 때문에 비용이 증대하는 문제가 있다.
또, 스테인리스강에는, 산화하기 쉬운 티탄 등을 성분으로서 함유하는 강종이 있다. 이러한 강종의 스테인리스강의 정련 공정에서는, 탈탄소용으로 취정(吹精)되는 산소와 티탄의 반응을 막기 위해, 산소와 더 반응하기 쉬운 알루미늄을 첨가하여 용강 중의 산소를 제거하는 알루미늄 탈산이 이루어진다. 알루미늄은, 산소와 반응하여 알루미나로 되는 것에 의해, 용강 중의 산소를 제거한다. 그러나, 알루미나의 융점은 2020℃로 높기 때문에, 용강 중의 알루미나는, 용강의 온도가 저하하는 주조 공정에서 석출하고, 턴디시로부터 주형에의 노즐의 내벽에 부착·퇴적하여 폐색시킨다고 하는 문제 및 고화한 슬래브내에서 대형 개재물로서 슬래브의 표면 및 그 내부에 존재하여 표면 결함을 초래하는 문제를 일으킨다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 알루미늄 탈산이 이루어진 용강(용융 금속)의 주조시에 있어서의 턴디시로부터 주형에의 노즐의 폐색을 방지하면서, 용강을 주조한 슬래브(금속편)에 있어서의 표면 결함의 저감을 도모하는 연속 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 연속 주조 방법은, 레이들 내의 알루미늄 탈산이 이루어진 용융 금속을 턴디시 내에 주입하고, 턴디시 내의 용융 금속을 주형에 연속 주입하여 금속편을 주조하는 연속 주조 방법에 있어서, 레이들 내의 용융 금속을 턴디시 내에 주입하기 위한 주입 노즐로서, 턴디시 내로 연장하는 롱 노즐을 레이들에 설치하는 롱 노즐 설치 단계와, 롱 노즐의 주출구를 턴디시 내에 주입된 용융 금속에 침지시키면서, 롱 노즐을 통해 턴디시 내에 용융 금속을 주입함과 함께, 턴디시 내의 용융 금속을 주형으로 주입하는 주조 단계와, 턴디시 내의 용융 금속의 표면을 덮도록 턴디시 파우더를 살포하는 살포 단계와, 턴디시 파우더를 살포한 용융 금속의 주위에 씰 가스로서 질소 가스를 공급하는 씰 가스 공급 단계와, 턴디시 내에 저장되어 있는 용융 금속에 칼슘 함유물을 첨가하는 칼슘 함유물 첨가 단계와, 주조된 금속편의 표면을 연삭하는 연삭 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 연속 주조 방법에 의하면, 알루미늄 탈산이 이루어진 용융 금속의 주조 시에 있어서의 턴디시로부터 주형에의 노즐의 폐색을 방지하면서, 용융 금속을 주조한 금속편에 있어서의 표면 결함을 저감하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 연속 주조 방법에서 사용하는 연속 주조 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 연속 주조 시에 있어서의 도 1의 턴디시 상태를 나타내는 모식도이다.
실시의 형태
이하, 이 발명의 실시형태에 따른 연속 주조 방법에 대해 첨부 도면에 근거해 설명한다. 또, 이하의 실시형태에서는, 2차 정련 공정에서 알루미늄 탈산을 필요로 하는 스테인리스강의 하나인 티탄(Ti)을 성분으로서 함유하는 스테인리스강의 연속 주조 방법에 대해 설명한다.
우선, 스테인리스강의 제조는, 용해 공정, 1차 정련 공정, 2차 정련 공정 및 주조 공정이 이 순서로 실시되어 행해진다.
용해 공정에서는, 스테인리스제강용 원료가 되는 스크랩 및 합금 등이 전기로에서 용해되어 용선이 생성되고, 생성된 용선은 전로에 주입된다. 다음의 1차 정련 공정에서는, 전로 내의 용선에 산소를 취정하는 것에 의해 함유되어 있는 탄소를 제거하는 조(粗)탈탄 처리가 이루어지고, 그것에 의해 스테인리스 용강과 산화물 및 불순물을 포함하는 슬러그가 생성한다. 또, 1차 정련 공정에서는, 스테인리스 용강의 성분이 분석되고, 목적으로 하는 성분에 접근하기 위해서 합금을 투입하는 성분의 거친 조정도 실시된다. 더욱이, 1차 정련 공정에서 생성한 스테인리스 용강은 레이들에 출강되어 2차 정련 공정으로 옮겨진다.
2차 정련 공정에서는, 스테인리스 용강이 레이들와 함께 진공 산소 탈탄 장치(진공 탈가스 장치, VOD라고도 함. 이하, VOD라고 함) 내에 투입되고, 마무리 탈탄 처리, 최종적인 탈황, 산소·질소·수소 등의 탈가스 처리 및 개재물의 제거 등이 이루어진다. 그리고, 스테인리스 용강이 상술한 처리를 받는 것에 의해, 제품으로서의 원하는 특성을 가지는 스테인리스 용강이 생성한다. 또, 2차 정련 공정에서는, 스테인리스 용강의 성분이 분석되고, 목적으로 하는 성분에 한층 더 접근하기 위해 합금을 투입하는, 성분의 최종적인 조정도 실시된다.
도 1을 참조하면, 주조 공정에서는, 레이들(2)이 VOD로부터 꺼내져 연속 주조 장치(CC)(100)에 세팅된다. 레이들(2) 내의 스테인리스 용강(1)은, 연속 주조 장치(100)에 주입되고, 더욱이, 연속 주조 장치(100)이 구비된 주형(105)에 의해, 예를 들면 금속편으로서 슬래브 형상의 스테인리스강편(1c)으로 주조된다. 주조된 스테인리스강편(1c)은 다음의 도시하지 않는 압연 공정에서 열간압연 또는 냉간압연되고, 열간압연 강대 또는 냉간압연 강대로 된다.
여기서, 스테인리스 용강(1)은 용융 금속을 구성해 있다.
더욱이, 연속 주조 장치(CC)(100)의 구성의 상세를 설명한다.
도 1을 계속해 참조하면, 연속 주조 장치(100)는, 레이들(2)로부터 보내지는 스테인리스 용강(1)을 일시적으로 저장하면서 주형(105)으로 보내기 위한 용기인 턴디시(101)를 가지고 있다. 턴디시(101)는, 상부가 개방한 본체(101b)와, 본체(101b)의 개방한 상부를 폐쇄하고, 외부와 차단하는 상부 덮개(101c)와, 본체(101b)의 저부로부터 연장하는 침지 노즐(101d)을 가지고 있다. 그리고, 턴디시(101)에서는, 본체(101b) 및 상부 덮개(101c)에 의해 이러한 내부에 폐쇄된 내부 공간(101a)이 형성된다. 침지 노즐(101d)은 입구(101e)에서 본체(101b)의 저부로부터 내부 공간(101a) 내에 개구하고 있다.
또, 레이들(2)은, 턴디시(101)의 상방에 세팅되고, 레이들(2)의 저부에는, 상부 덮개(101c)를 관통하여 내부 공간(101a) 내로 연장하는 주입 노즐로서의 롱 노즐(3)이 접속되고 있다. 그리고, 롱 노즐(3)의 하부 선단의 주출구(3a)가 내부 공간(101a)에서 개구하고 있다. 또, 롱 노즐(3)과 상부 덮개(101c) 사이는 밀폐되어 기밀성이 유지되고 있다.
상부 덮개(101c)에는 복수의 가스 공급 노즐(102)이 설치되고 있다. 가스 공급 노즐(102)은 도시하지 않는 가스의 공급원에 접속되어 있고, 내부 공간(101a) 내에 상방에서 하방을 향해 소정의 가스를 송출한다. 또, 롱 노즐(3)은, 이 소정의 가스가 그 내부로 공급되도록 구성되어 있다.
더욱이, 상부 덮개(101c)에는, 내부 공간(101a) 내에 상방에서 하방을 향해 턴디시 파우더(이하, TD파우더라고 함)(5)를 송출하기 위한 파우더 노즐(103)이 설치되어 있다. 파우더 노즐(103)은, 도시하지 않는 TD파우더 공급원에 접속되어 있다. 또한, TD파우더(5)는, 합성 슬러그제 등으로 이루어지고, 스테인리스 용강(1)의 표면을 덮는 것에 의해, 스테인리스 용강(1)의 표면의 산화 방지 작용, 스테인리스 용강(1)의 보온 작용, 스테인리스 용강(1)의 개재물을 용해 흡수하는 작용 등을 스테인리스 용강(1)에 대해서 얻는다.
또, 침지 노즐(101d)의 상방에는, 상하 방향으로 이동 가능한 막대 모양의 스토퍼(104)가 설치되어 있고, 스토퍼(104)는 상부 덮개(101c)를 관통하여 턴디시(101)의 내부 공간(101a)으로부터 외부에 걸쳐 연장하고 있다.
스토퍼(104)는, 하부로 이동하는 것에 의해 그 선단에서 침지 노즐(101d)의 입구(101e)를 폐쇄할 수 있는 외에, 입구(101e)를 폐쇄한 상태로부터 윗쪽으로 끌어 올려지는 것에 의해, 끌어올려진 만큼 입구(101e)의 개구면적을 조절하고, 턴디시(101) 내의 스테인리스 용강(1)을 침지 노즐(101d) 내에 유입시킴과 함께 유입량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 또, 스토퍼(104)와 상부 덮개(101c) 사이는 밀폐되어 기밀성이 유지되고 있다.
또, 턴디시(101)의 저부로부터 외부로 돌출하는 침지 노즐(101d)의 선단(101f)은, 하부의 주형(105)의 관통 구멍(105a) 내로 연장하고, 그 측방에서 개구하고 있다.
관통 구멍(105a)은 직사각형 단면을 가지고, 상하로 주형(105)을 관통하고 있다. 관통 구멍(105a)은, 그 내벽면이 도시하지 않는 1차 냉각 기구에 의해 수냉되도록 구성되고, 내부의 스테인리스 용강(1)을 냉각하여 응고시키고, 소정의 단면의 주물편(1b)을 형성한다.
더욱이, 주형(105)의 관통 구멍(105a)의 하부에는, 주형(105)에 의해 형성된 주물편(1b)을 아래로 꺼내 이송하기 위한 롤(106)이 간격을 두고 복수개 설치되어 있다. 또, 롤(106) 사이에는, 주물편(1b)에 대해서 살수하여 냉각하기 위한 도시하지 않는 2차 냉각 기구가 설치되어 있다.
다음에, 본 실시형태에 따른 연속 주조 방법에 따르는 연속 주조 장치(100) 및 그 주변의 동작을 설명한다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 2차 정련 공정 후, 도시하지 않는 VOD로부터 꺼낸, Ti를 성분으로서 함유하는 스테인리스 용강(1)을 수용하고 있는 레이들(2)은 연속 주조 장치(100)에 있어서의 턴디시(101)의 상방에 설치된다.
또한, 2차 정련 공정에 있어서, 스테인리스 용강에는, 마무리 탈탄 처리, 최종적인 탈황, 산소·질소·수소 등 탈가스 처리 및 개재물의 제거, 성분인 Ti의 첨가 등이 이루어지고 있다.
마무리 탈탄 처리에서는, 스테인리스 용강에 산소가 취정되고, 스테인리스 용강 중의 탄소는, 취정된 산소와 반응하여 일산화탄소에 산화되는 것에 의해 제거된다. 때문에, 2차 정련 공정에서의 스테인리스 용강은, 탄소와 미반응한 것을 포함한 산소를 함유하고 있다. 그리고, 상술한 바와 같은 산소의 탈가스 처리에 있어서, 산소와 반응하기 쉬운 Ti를 첨가하기 전의 스테인리스 용강에 대해서, 탈산제(탈산소제)로서 Ti보다 산소와의 반응성이 높은 알루미늄(Al) 함유 합금이 첨가된다. Al함유 합금 중의 Al는, 스테인리스 용강 중의 산소와 반응하여 알루미나(Al2O3)로 되고, Al2O3의 대부분은 스테인리스 용강 중에서 응집하여 슬러그가 되어 분리되고, 일부가 스테인리스 용강 중에 남는다. 즉, 스테인리스 용강에서는, Al함유 합금을 추가해 함유 산소를 제거한 후, 성분인 Ti가 첨가된다. 이것에 의해, Al가 스테인리스 용강 중에서 Ti보다 먼저 산소와 반응해 제거하기 때문에, Ti의 산화가 억제된다.
알루미늄 탈산이 이루어진 스테인리스 용강(1)을 포함하는 레이들(2)이 턴디시(101)에 설치된 연속 주조 장치(100)에 있어서, 레이들(2)의 저부에 롱 노즐(3)이 장착되고, 롱 노즐(3)에서 주출구(3a)를 가지는 선단이 턴디시(101)의 내부 공간(101a)으로 연장하고 있다. 이때, 스토퍼(104)는, 침지 노즐(101d)의 입구(101e)를 폐쇄하고 있다.
다음에, 가스 공급 노즐(102)로부터 턴디시(101)의 내부 공간(101a) 내에, 씰 가스(4)로서 불활성 가스인 아르곤(Ar) 가스(4a)가 분사됨과 함께, 롱 노즐(3)의 내부에도 Ar가스(4a)가 공급된다. 이것에 의해, 내부 공간(101a) 및 롱 노즐(3) 내에 존재하고 있던 불순물을 포함한 공기가, 턴디시(101)의 외부에 밀려 나오고, 내부 공간(101a) 및 롱 노즐(3) 내는 Ar가스(4a)로 채워진다. 즉, 레이들(2)로부터 턴디시(101)의 내부 공간(101a)까지가 Ar가스(4a)로 채워진다.
그 후, 레이들(2)에 설치된 도시하지 않는 밸브가 개방되고, 레이들(2) 내의 스테인리스 용강(1)이 중력의 작용에 의해 롱 노즐(3) 내를 흘러내리고, 내부 공간(101a) 내로 유입된다. 즉, 턴디시(101) 내는 도 2의 공정 A에 나타내는 상태로 된다.
이때, 유입된 스테인리스 용강(1)은 내부 공간(101a)에 충만하는 Ar가스(4a)에 의해 주위가 밀폐되고 공기와 접촉하지 않기 때문에, 공기 중에 포함되고, 스테인리스 용강(1)에의 용해성을 가지는 질소(N2)의 스테인리스 용강(1)에의 용해에 의한 N2성분의 증가가 억제된다. 이것에 의해, 질소 성분(N)과 스테인리스 용강(1)에 성분으로서 함유되는 Ti가 접촉하여 반응하는 것에 의한 TiN의 생성이 억제된다. 또한, TiN은, 클러스터화하여 스테인리스 용강(1) 중에서 대형 개재물(예를 들면, 230μm의 지름 정도)로서 존재하게 된다. 그러나, TiN에 의한 대형 개재물의 발생이 억제되기 때문에, 냉각되어 고화한 스테인리스 용강(1) 내에서도 TiN가 대형 개재물로서 석출하는 것이 억제된다.
또, 턴디시(101) 내에서는, 롱 노즐(3)의 주출구(3a)로부터 흘러내리는 스테인리스 용강(1)이 모여 있는 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)을 비팅하는 것에 의해, 소량이지만 Ar가스(4a)가 스테인리스 용강(1)에 말려 들어가 혼입한다. 그러나, Ar가스(4a)는 스테인리스 용강(1)과 반응을 일으키거나 하지 않는다.
그리고, 턴디시(101) 내에서는, 차례로 유입하는 스테인리스 용강(1)에 의해, 그 표면(1a)이 상승한다. 상승하는 표면(1a)이 롱 노즐(3)의 주출구(3a)의 부근이 되면, 주출구(3a)로부터 흘러내리는 스테인리스 용강(1)에 의한 표면(1a)의 비팅이 작아지고, 주위의 기체가 말려드는 양도 적어지기 때문에, 파우더 노즐(103)로부터 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)을 향해 TD파우더(5)가 살포된다. TD파우더(5)는 표면(1a) 상의 전체를 덮도록 살포된다.
TD파우더(5) 살포 후, 가스 공급 노즐(102)로부터는 Ar가스(4a) 대신에, 불활성 가스인 질소(N2) 가스(4b)가 분사된다. 이것에 의해, 턴디시(101)의 내부 공간(101a) 내에서는 Ar가스(4a)가 외부에 밀려 나와 TD파우더(5)와 턴디시(101)의 상부 덮개(101c) 사이의 영역이 N2가스(4b)로 채워진다.
이때, 스테인리스 용강(1)의 표면(1a) 상에 층 형상으로 퇴적한 TD파우더(5)가 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)과 N2가스(4b)와의 접촉을 차단하고, N2가스(4b)의 스테인리스 용강(1)에의 용해를 막는다. 이것에 의해, 스테인리스 용강(1)에 성분으로서 함유되어 있는 Ti와 질소 성분(N)과의 접촉이 억제되어 TiN의 생성이 억제되기 때문에, 스테인리스 용강(1) 중에 있어서의 TiN에 의한 대형 개재물의 발생이 억제된다. 더욱이는, 냉각되어 고화한 스테인리스 용강(1) 내에서도, TiN가 대형 개재물로서 석출하는 것이 억제된다.
또, 2차 정련 공정에서는, 탈산 처리에서 발생한 Al2O3의 일부가 슬러그로서 분리하지 않고 스테인리스 용강(1) 중에 잔류한다. Al2O3는, 융점이 2020℃로 높기 때문에, 스테인리스 용강(1) 중에서 석출하여 클러스터화하고, 고화 후의 스테인리스 용강(1) 중에서도 대형 개재물로서 존재하게 된다. 더욱이, Al2O3는 스테인리스 용강(1) 중에서 석출하는 것에 의해, 침지 노즐(101d)의 내측 및 그 부근에 부착·퇴적하고 침지 노즐(101d)을 폐색시키는 경우도 있다.
때문에, TD파우더(5)의 살포 후의 스테인리스 용강(1)에 대해 칼슘 함유물인 선상의 칼슘 함유 와이어(이하, Ca함유 와이어라고 부른다)(6)가 투입된다. Ca함유 와이어(6)는, 턴디시(101)의 외부로부터 상부 덮개(101c)를 관통하여 내부 공간(101a) 내로 연장하고, TD파우더(5)의 층을 관통하여 스테인리스 용강(1) 중에 침지시키도록 배치된다. 또, Ca함유 와이어(6)로서 칼슘 와이어(Ca와이어), 칼슘 실리콘 와이어(CaSi 와이어) 등이 있다.
Ca함유 와이어(6)는, 함유하는 Ca와 Al2O3를 반응시키고, Al2O3를 알루민산칼슘(12CaO·7Al2O3)으로 변화시킨다. 또, Ca함유 와이어(6)는 Al2O3와의 반응으로 분해하여 소실해 버리기 때문에, 반응의 경과에 따라서 스테인리스 용강(1) 중에 차례로 보내진다.
그리고, 생성한 12CaO·7Al2O3은 Al2O3의 융점보다 대폭 낮은 1400℃의 융점을 가지고 있고, 스테인리스 용강(1) 중에서 용해하여 분산한다. 때문에, 12CaO·7Al2O3은 스테인리스 용강(1) 중에서 Al2O3와 같이 대형 개재물로서 석출 하는것 같은 일이 없고, 더욱이, 침지 노즐(101d)의 내측 및 그 부근에 석출·부착하여 이것을 폐색시키는 일도 없다.
그러나, Ca함유 와이어(6)가 스테인리스 용강(1)에 삽입되어 용해하고, Al2O3와 반응하는 것에 의해, Ca함유 와이어(6)의 투입 부위의 TD파우더(5)의 층이 흐트러진다. 이 흐트러진 부위에서 N2가스(4b)와 스테인리스 용강(1) 중의 Ti가 접촉해 반응하고, 적지만 TiN가 스테인리스 용강(1) 중에 형성된다. 이 형성된 TiN은 생성량이 적기 때문에, 냉각되어 고화한 스테인리스 용강(1)에서 표면 부근의 매우 얕은 영역에서 석출한다.
따라서, 스테인리스 용강(1)에서는, N2가스(4b)의 용해에 의한 TiN의 석출량이 낮게 억제되면서, Al2O3의 석출이 억제된다. 또, Ca함유 와이어(6)는 턴디시(101) 내의 주조되기 직전의 스테인리스 용강(1)에 투입되기 때문에, 12CaO·7Al2O3가 석출한 경우에도 용해하여 분산된다.
또, 턴디시(101)의 내부 공간(101a) 내에서는, 상승하는 표면(1a)이 롱 노즐(3)의 주출구(3a)를 스테인리스 용강(1)에 침지시키고, 더욱이, 내부 공간(101a)에 있어서의 스테인리스 용강(1)의 깊이가 소정의 깊이(D)가 되면, 스토퍼(104)가 상승된다. 이것에 의해, 내부 공간(101a) 내의 스테인리스 용강(1)이 침지 노즐(101d) 내를 지나 주형(105)의 관통 구멍(105a) 내로 유입하여 주조가 시작된다. 동시에, 레이들(2) 내의 스테인리스 용강(1)은, 롱 노즐(3)을 통과하여 내부 공간(101a)으로 계속 주출되고, 내부 공간(101a)에는 새로운 스테인리스 용강(1)이 보충된다. 이때, 턴디시(101) 내는 도 2의 공정 B에 나타내는 상태로 된다.
주조 중, 턴디시(101)에서는, 롱 노즐(3)의 주출구(3a)를 스테인리스 용강(1)에 침지시키면서, 스테인리스 용강(1)이 소정 깊이(D) 부근의 깊이를 유지하고, 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)이 거의 일정한 위치가 되도록, 침지 노즐(101d)로부터의 스테인리스 용강(1)의 유출량 및 롱 노즐(3)을 통한 스테인리스 용강(1)의 유입량이 조절된다.
또한, 내부 공간(101a)에 있어서의 스테인리스 용강(1)의 깊이가 소정 깊이(D)일 때, 롱 노즐(3)은, 주출구(3a)가 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)으로부터 약 100 ~ 150mm의 깊이가 되도록, 스테인리스 용강(1)에 관입(貫入)하여 있는 것이 바람직하다. 상기 깊이보다 깊게 롱 노즐(3)이 관입하면, 내부 공간(101a)에 모여 있는 스테인리스 용강(1)의 내압에 의한 저항에 의해, 주출구(3a)로부터의 스테인리스 용강(1)의 주출이 곤란하게 된다. 한편, 상기 깊이보다 얕게 롱 노즐(3)이 관입하면, 주조 시에 소정의 위치 부근에 유지하도록 제어되는 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)이 변동하여 주출구(3a)가 노출되게 되고, 이 경우, 주출된 스테인리스 용강(1)이 표면(1a)을 비팅하여, N2가스(4b)를 말려들게 해 혼입시킬 가능성이 있기 때문에 있다.
또, 주형(105)의 관통 구멍(105a) 내에 유입한 스테인리스 용강(1)은, 관통 구멍(105a)을 유통하는 과정에서 도시하지 않는 1차 냉각 기구에 의해 냉각되고, 관통 구멍(105a)의 내벽면측을 응고시켜 응고 쉘(1ba)을 형성한다. 또, 관통 구멍(105a)의 내벽면에는, 침지 노즐(101d)의 선단(101f)측으로부터 몰드 파우더가 공급된다. 몰드 파우더는, 스테인리스 용강(1)의 표면에서 슬러그 용해화하는, 관통 구멍(105a) 내에서의 스테인리스 용강(1)의 표면의 산화를 방지하는, 주형(105)과 응고 쉘(1ba) 사이를 윤활하는, 관통 구멍(105a) 내에서의 스테인리스 용강(1)의 표면을 보온하는 등의 역할을 한다.
응고 쉘(1ba)과 그 내부의 미응고 스테인리스 용강(1)에 의해 주물편(1b)이 형성되고, 주물편(1b)은 롤(106)에 의해 양측으로부터 끼워져 하부를 향해 인출된다. 인출된 주물편(1b)은, 롤(106) 사이를 지나 보내지는 과정에서, 도시하지 않는 2차 냉각 기구에 의해 살수 냉각되고, 내부의 스테인리스 용강(1)을 완전히 응고시킨다. 이에 의해, 주물편(1b)이 롤(106)에 의해 주형(105)으로부터 인출되면서, 새로운 주물편(1b)이 주형(105) 내에서 형성됨으로써, 주형(105)으로부터 롤(106)의 연장 방향의 전체에 걸쳐 연속하는 주물편(1b)이 형성된다. 더욱이, 롤(106)에 의해 보내진 주물편(1b)이 절단되는 것에 의해, 슬래브 형상의 스테인리스강편(1c)이 형성된다. 그리고, 스테인리스강편(1c)에 대해서는, 기포, 개재물 등에 의한 표면 결함이 존재하는 경우에는, 표면 전체를 일정하게 지워내는 표면 절삭이 이루어진다.
또한, 스토퍼(104)에는, 주형(105)의 관통 구멍(105a) 내에서의 스테인리스 용강(1)의 표면이 일정 높이가 되도록, 침지 노즐(101d)의 입구(101e)의 개방 면적을 조절하는 제어가 이루어진다. 이것에 의해, 스테인리스 용강(1)의 유출량이 제어된다. 더욱이, 입구(101e)로부터의 스테인리스 용강(1)의 유출량과 동등해지도록, 레이들(2)로부터의 롱 노즐(3)을 통한 스테인리스 용강(1)의 유입량이 조절된다. 이것에 의해, 턴디시(101)의 내부 공간(101a) 내에 있어서의 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)은, 스테인리스 용강(1)의 깊이가 소정 깊이(D)의 부근을 유지하는 상태에서 연직 방향으로 거의 일정한 위치를 유지하도록 제어된다. 이때, 롱 노즐(3)은 그 선단의 주출구(3a)를 스테인리스 용강(1)에 침지시키고 있다. 그리고, 위에서 설명한 바와 같이, 턴디시(101) 내에 있어서, 주출구(3a)를 스테인리스 용강(1)에 침지시키면서, 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)의 연직 방향의 위치를 거의 일정하게 유지한 주조 상태를, 정상(定常) 상태라고 부른다.
따라서, 정상 상태에서 주조가 이루어지고 있는 동안, 내부 공간(101a) 내에서는 롱 노즐(3)로부터 유입하는 스테인리스 용강(1)에 의한 표면(1a) 및 TD파우더(5)의 비팅이 발생하지 않고, Ca함유 와이어(6)의 주위에서 TD파우더(5)의 층이 흐트러질 뿐이기 때문에, N2가스(4b)는, TD파우더(5)에 의해 스테인리스 용강(1)으로부터 거의 차단된 상태를 유지한다. 이에 의해, N2가스(4b)의 스테인리스 용강(1)에의 용해가 억제된다. 그리고, 스테인리스 용강(1) 중에서의 TiN 및 Al2O3에 의한 대형 개재물의 석출도 억제된다.
또, 레이들(2) 내의 스테인리스 용강(1)이 없어지면, 레이들(2)로부터 롱 노즐(3)이 해체되고, 롱 노즐(3)을 턴디시(101)에 남긴 상태에서 스테인리스 용강(1)을 포함한 다른 레이들(2)로 바꿀 수 있다. 교체된 레이들(2)에는 다시 롱 노즐(3)이 접속된다. 또, 이 레이들(2)의 교환 작업 중에도 주조 작업은 계속하여 실시되고, 때문에, 턴디시(101)의 내부 공간(101a)에 있어서의 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)이 하강한다. 이 레이들(2)의 교환 작업 중에도, N2가스(4b)의 내부 공간(101a)에의 공급 및 Ca함유 와이어(6)의 스테인리스 용강(1)에의 삽입은 계속된다. 그리고, 턴디시(101) 내는, 도 2의 공정 C에 나타내는 상태가 된다.
또한, 레이들(2)의 교환 작업 중, 내부 공간(101a)에서 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)이 롱 노즐(3)의 주출구(3a)보다 하부가 되지 않도록, 스토퍼(104)에 의해 침지 노즐(101d)의 입구(101e)의 개구면적을 조절하고, 스테인리스 용강(1)의 유출량, 즉 주조 속도가 제어된다. 상술한 바와 같이, 복수의 레이들(2) 내의 스테인리스 용강(1)을 연속하여 주조하는 것에 의해, 주물편(1b)에서는, 레이들(2)의 교체 시에 기인하는 이음매를 없앨 수가 있다. 더욱이 레이들(2)이 바뀔 때마다 주조 초기 등에서 주물편(1b)의 품질이 변하는 것도 저감된다. 그리고, 1개의 레이들(2)마다 주조를 종료하는 경우에 필요했던 공정인 턴디시(101)에 스테인리스 용강(1)을 모아 주조를 개시하기 까지의 공정의 생략이 가능해진다.
더욱이, 주조가 진행하여 교환한 레이들(2) 내의 스테인리스 용강(1)이 없어지고 주조를 종료하는 경우, 레이들(2) 및 롱 노즐(3)이 제거되고, 턴디시(101) 내는 도 2의 공정 D에 나타내는 상태로 된다. 이때, 스테인리스 용강(1)의 새로운 흘러내림이 없고 비팅 등에 의한 표면(1a) 및 TD파우더(5)의 혼란이 생기지 않으며, Ca함유 와이어(6)의 주위에서 TD파우더(5)의 층이 흐트러질 뿐이기 때문에, 주조 종료까지 걸쳐, N2가스(4b)의 스테인리스 용강(1)에의 용해가 억제된다. 그리고, 스테인리스 용강(1) 중에서의 대형 개재물의 석출도 억제된다.
또, 롱 노즐(3)의 주출구(3a)가 내부 공간(101a) 내의 스테인리스 용강(1)에 침지하기 전(도 2의 공정 A참조)에서도, 주출구(3a)와 턴디시(101)의 본체(101b)의 저부와의 거리가 짧고, 주출구(3a)와 주입 중의 스테인리스 용강(1)의 표면(1a)과의 거리가 짧으며, 스테인리스 용강(1)에 의한 표면(1a)의 비팅이 주출구(3a)의 침지까지의 단시간에 한정되는 것에 의해, 스테인리스 용강(1)에의 공기 및 Ar가스(4a)의 말려듬에 의한 혼입량이 낮아지고 있다.
또한, 스테인리스 용강(1)에 의한 표면(1a)의 비팅이 발생하는 상태일 때 Ar가스 대신에 씰 가스로서 N2가스(4b)를 사용하거나, 또는, 표면(1a)에 TD파우더(5)를 살포하여 씰 가스로서 N2가스(4b)를 사용하면, N2가스(4b)가 스테인리스 용강(1)에 과도하게 용해하여 그 성분을 제품으로서 부적합한 것으로 함과 함께 TiN에 의한 다량의 개재물이 발생할 가능성이 있다. 때문에, 롱 노즐(3)의 주출구(3a)가 침지할 때까지의 주조 초기에 내부 공간(101a)에 모인 스테인리스 용강(1)으로 주조된 스테인리스강편(1c)을 모두 폐기해야 할 가능성이 있다. 그러나, 주조 초기에 Ar가스(4a)를 사용하는 것에 의해, 스테인리스 용강(1)의 성분을 변화시키지 않고 필요한 범위로 할 수 있고, 동시에 TiN의 발생을 막을 수 있다. 또, 주조 초기에서는, Al2O3에 의한 대형 개재물의 석출도 적다. 따라서, 주조 초기의 약간의 공기 또는 Ar가스(4a)가 혼입한 스테인리스 용강(1)으로 주조된 스테인리스강편(1c)은, 대형 개재물을 거의 포함하지 않고 필요한 성분 구성을 가지고 있기 때문에, 혼입한 Ar가스(4a)에 의한 기포 및 대형 개재물을 제거하기 위한 연삭 깊이가 얕은 표면연삭이 이루어진 후, 제품으로서 사용할 수가 있다.
또, 주조 초기 후부터 주조 종료까지의 주조 시간의 대부분을 차지하는, 주조 초기 이외의 시기에 주조된 스테인리스강편(1c)은, 주조 초기에 혼입한 공기 및 Ar가스(4a)의 영향을 받지 않게 되어 있고, TD파우더(5)에 의해 N2가스(4b)의 혼입이 억제되어 있기도 한다. 그리고, N2가스(4b)는 혼입했다 해도, 스테인리스 용강(1) 내에 용해해 버리기 때문에 기포로서 남기 어렵고, Ti와 반응해 생성하는 TiN의 양도 적다. 더욱이, TD파우더(5)는, 스테인리스 용강(1)에 혼입한 N성분을 흡수하는 작용도 가지고 있다. 때문에, 주조 초기 이외의 시기에 주조된 스테인리스강편(1c)에서는 2차 정련 후의 상태로부터 질소 함유량이 증가하고 있지 않고, 혼입한 기체의 기포화에 의한 결함의 발생도 거의 없고, TiN에 의한 대형 개재물도 표면의 매우 얕은 영역에 약간 존재할 뿐이다.
더욱이, 주조 초기 이외의 시기의 스테인리스 용강(1)은 TD파우더(5)의 살포 후 Ca함유 와이어(6)가 투입되어 함유하는 Al2O3가 저감된다. 때문에, 스테인리스강편(1c)에서는 Al2O3에 의한 개재물의 발생이 크게 억제된다.
이로부터, 주조 초기 이외의 시기에 주조된 스테인리스강편(1c)에서는, 기포에 의한 표면 결함이 방지되고, TiN 및 Al2O3로 이루어지는 대형 개재물에 의한 표면 결함이 크게 저감 되기 때문에, 표면 연삭이 필요한 경우여도, 연삭 깊이가 매우 얕은 연삭을 실시하는 것만으로, 원하는 품질의 제품을 얻을 수 있다.
(실시예)
이하, 실시형태에 따른 연속 주조 방법을 이용하여 주조한 스테인리스강편의 실시예에 대한 Ca함유 와이어의 효과를 조사한 결과를 설명한다.
Ti첨가 페라이트계 스테인리스강에 대해, 실시의 형태의 연속 주조 방법을 이용한 예이며, 스테인리스강편인 슬래브를 주조한 후에 표면 연삭을 실시한 실시예 1 ~ 2와, 실시예 1 ~ 2에서 표면 연삭을 실시하지 않았던 비교예 1 ~ 2와, 실시형태와 다른 연속 주조 방법을 이용해 슬래브를 주조한 후에 표면 연삭을 실시한 비교예 3~4를 비교했다.
실시예 1 ~ 2에서는, 비교예 1 ~ 2의 주조 후의 슬래브에 대해서 2mm두께로 표면 연삭을 실시했다.
비교예 3 ~ 4에서는, 도 1에 나타내는 턴디시(101)에 있어서, 선단이 상부 덮개(101c)의 아래쪽 면에서 종단하는 쇼트 노즐을 주입 노즐로서 사용하고, 씰 가스로서 Ar가스만을 이용하여 TD파우더를 살포하지 않고 슬래브를 주조했다. 더욱이 비교예 3 ~ 4에서는, 주조시, 턴디시(101) 내의 스테인리스 용강(1)에 대해서 Ca함유 와이어(6)를 삽입, 첨가했다. 그리고, 주조 후의 슬래브에 대해서 2mm두께로 표면 연삭을 실시했다.
또, 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 4에 대해 스테인리스강의 화학 성분 구성의 규격은 이하의 표 1과 같다. 또, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3 사이의 스테인리스강의 화학 성분 구성의 규격이 동일하고, 실시예 2, 비교예 2 및 비교예 4의 사이의 스테인리스강의 화학 성분 구성의 규격이 동일하다.
Figure pct00001
또, 이하에 나타내는 각 예의 검출 결과는, 실시예에서는, 주조 초기를 제외한 정상 상태에서 주조된 슬래브로부터 샘플링한 것이며, 비교예에서는, 주조 개시부터의 실시예의 샘플링 시기와 같은 시기에 주조된 슬래브로부터 샘플링한 것이다.
실시예 및 비교예의 각각에 대해, 씰 가스의 종류, 주입 노즐의 종류, TD파우더의 사용 유무 및 주조 후의 슬래브의 표면 연삭의 유무로 이루어지는 주조 조건을 이하의 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
더욱이, 이하의 표 3에 있어서, 제조한 다수의 슬래브로부터 기포 결함이 검출된 슬래브수의 비율과, 상기 슬래브로부터 개재물에 의한 결함이 검출된 슬래브수의 비율에 대해, 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 4의 결과로 비교했다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 2에서는, 비교예 1 및 2의 슬래브에 대해 2mm두께의 표면 연삭을 실시하는 것에 의해 개재물에 의한 결함이 0이 되었다. 한편, 비교예 3 및 4에서는, 2mm두께의 표면 연삭을 실시해도 결함이 0으로 되지 않았다. 따라서, 실시예 1 및 2는 비교예 3 및 4에 대해 슬래브 연삭량을 크게 감소할 수 있다.
Figure pct00003
또한, 상기 강종 이외에도 18Cr-1Mo-0.5Ti계 및 22Cr-1.2Mo-Nb-Ti계의 스테인리스강 등, 2차 정련 공정에서 Al함유 합금을 탈산제로서 가하고, Ti를 성분으로서 함유하는 강종에 대해 본 발명을 적용하고, 침지 노즐 폐색 방지가 얻어지는 것을 확인했다.
또, 실시형태에 따른 연속 주조 방법은, Ti를 성분으로서 함유하는 스테인리스강에 대해 설명했지만, 2차 정련 공정에서 알루미늄 탈산을 필요로 하고, Nb를 성분으로서 함유하는 스테인리스강에도 적용하면 효과적이다.
또, 실시형태에 따른 연속 주조 방법은, 스테인리스강의 제조에 적용되고 있었지만, 다른 금속의 제조에 적용해도 좋다.
또, 실시형태에 따른 연속 주조 방법에 있어서의 턴디시(101)에서의 제어는, 연속 주조에 적용되고 있었지만, 다른 주조 방법에 적용해도 좋다.

Claims (4)

  1. 레이들 내의 알루미늄 탈산이 이루어진 용융 금속을 턴디시 내에 주입하고, 상기 턴디시 내의 상기 용융 금속을 상기 주형에 연속 주입하여 금속편을 주조하는 연속 주조 방법에 있어서,
    상기 레이들 내의 상기 용융 금속을 상기 턴디시 내에 주입하기 위한 주입 노즐로서 상기 턴디시 내로 연장하는 롱 노즐을 상기 레이들에 설치하는 롱 노즐 설치 스텝과,
    상기 롱 노즐의 주출구를 상기 턴디시 내에 주입된 상기 용융 금속에 침지시키면서, 상기 롱 노즐을 통해서 상기 턴디시 내에 상기 용융 금속을 주입 함과 함께, 상기 턴디시 내의 상기 용융 금속을 상기 주형에 주입하는 주조 스텝과,
    상기 턴디시 내의 상기 용융 금속의 표면을 덮도록 턴디시 파우더를 살포하는 살포 스텝과,
    상기 턴디시 파우더를 살포한 상기 용융 금속의 주위에 씰 가스로서 질소 가스를 공급하는 씰 가스 공급 스텝과,
    상기 턴디시 내에 저장되고 있는 상기 용융 금속에 칼슘 함유물을 첨가하는 칼슘 함유물 부가 스텝과,
    주조된 상기 금속편의 표면을 연삭하는 연삭스텝을 포함한 연속 주조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속은 티탄을 성분으로서 함유하는 연속 주조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 칼슘 함유물은 칼슘 함유 와이어이며, 상기 칼슘 함유 와이어는, 상기 턴디시 파우더가 살포된 상기 용융 금속에 더해지는 연속 주조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 턴디시 파우더를 살포하기 전에, 씰 가스로서 아르곤 가스를 상기 턴디시 내의 상기 용융 금속의 주위에 공급하는 연속 주조 방법.
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