KR20170123501A

KR20170123501A - 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조방법

Info

Publication number: KR20170123501A
Application number: KR1020160053137A
Authority: KR
Inventors: 정태인; 김용환
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-11-08
Also published as: WO2017188539A1; JP6701379B2; KR101834421B1; CN109070201A; JP2019515797A; EP3450048A4; EP3450048A1

Abstract

본 발명은 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로, 주조 시 몰드 내의 용강 상부에 주입되는 몰드 플럭스로서, 상기 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 2 내지 10질량%의 CaSi와, 4.4 내지 46.1질량%의 전위금속산화물을 포함하여, 몰드와 용강의 응고층 간의 열전달 속도를 저감하여 급격한 응고수축을 억제함으로써 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조방법{Mold flux and casting method using thereof}

본 발명은 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주편의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주편은 몰드에 수용된 용강이 냉각대를 거쳐 냉각되면서 제조된다. 예컨대, 연속주조공정은 일정한 내부 형상을 갖는 몰드에 용강을 주입하고, 몰드 내에서 반응고된 주편을 연속적으로 몰드의 하측으로 인발하여 슬라브, 블룸, 빌렛, 빔 블랭크 등과 같은 다양한 형상의 반제품을 제조하는 공정이다.

이러한 연속주조공정에서 주편은 몰드 내에서 1차 냉각되고, 몰드을 통과한 후 주편에 물이 분사되어 2차 냉각되는 과정을 거쳐 응고가 진행된다. 용강은 몰드의 가장자리부터 응고가 진행되고, 이때 몰드가 주기적으로 진동하면서 마찰을 발생시키고 이로써 연속적인 용강 주입과 몰드에서의 응고가 진행된다. 또한, 몰드의 진동 시 윤활이 원활하게 진행될 수 있도록 몰드 내 용강의 상부에 몰드 플럭스를 도포하며, 몰드 플럭스는 용강의 현열에 의해 파우더층, 소결층 그리고 액상층을 형성하게 된다.

용강 상부에 주입된 몰드 플럭스 중 액상층은 용강의 응고층과 몰드 사이로 유입되어 마찰을 최소화하는 기능을 하게 된다. 또한, 액상층은 몰드 벽에서 다시 응고하게 되어 열전달 속도 제어에 중요한 역할을 수행한다.

한편, 강의 탄소 함량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강 등으로 구분되고 각각의 강을 이용하여 주조된 주편은 서로 다른 표면 품질을 나타낸다. 그 중 강 중 탄소 함량이 0.07 내지 0.2질량%인 중탄소강은 저탄소강과 고탄소강에 비해 응고 중 급격한 상변태를 수반하여 수축량이 현저하게 증가하고 이에 따라 표면 형상이 불균일해진다. 이는 중탄소강의 상변태 시 액상이 고상으로 변태하는 응고와 함께 포정점을 지나면서 고상 내에서 급격한 변태가 일어나기 때문이다. 이러한 중탄소강의 급격한 응고 수축과 변태는 주편에 불균일한 응고층을 형성시키며, 극심한 표면 요철에 의해 표면 크랙과 같은 대형 표면 결함을 유발하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 몰드의 적어도 일부를 열전도도가 높은 재질로 구성하거나, 몰드 플럭스의 염기도를 증가시켜 열전달 효율이 좋은 액상층의 비율을 감소시킴으로써 몰드에서 열전달 속도를 줄여 용강의 급격한 응고로 인한 불균일을 최소화하는 등의 다양한 기술들이 제시되어 있다.

그러나 전자의 경우에는 몰드의 내구성이 저하되어 주조 공정에 장기간 사용하기 어려운 문제점이 있고, 후자의 경우에는 몰드 플럭스의 염기도 증가에 따라 액상층의 비율이 감소하고, 점도가 증가하여 몰드와 응고층 사이로 몰드 플럭스가 원활하게 유입되지 않아 몰드 플럭스의 기본적인 역할인 윤활의 기능이 현저히 부족해지고, 이에 따라 용강의 응고층이 몰드에 구속되는 조업 사고가 빈번하게 발생할 수 있다.

KR2002-0048111A KR2013-0009472A

본 발명은 주조 효율을 향상시킬 수 있는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조방법을 제공한다.

본 발명은 주편의 품질을 향상시킬 수 있는 몰드 플럭스 및 이를 이용한 주조방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 몰드 플럭스는, 주조 시 몰드 내의 용강 상부에 주입되는 몰드 플럭스로서, 상기 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 2 내지 10질량%의 CaSi와, 4.4 내지 46.1질량%의 전위금속산화물을 포함할 수 있다.

상기 몰드 플럭스는 SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, Na₂O 및 F를 더 포함하고, 상기 CaO와 SiO₂는 CaO와 SiO₂의 비(CaO/SiO₂)가 0.8 초과, 1.5 미만일 수 있다.

상기 전위금속산화물은 FeO, NiO 및 Cr₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 FeO는 상기 몰드 플럭스 100 질량%에 대해서 4.4 내지 16.4질량% 포함될 수 있다.

상기 NiO는 상기 몰드 플럭스 100 질량%에 대해서 4.7 내지 17.5질량% 포함될 수 있다.

상기 Cr₂O₃는 상기 몰드 플럭스 100 질량%에 대해서 12.5 내지 46.1질량% 포함될 수 있다.

상기 몰드 플럭스는 용융온도 1300℃에서의 점도가 0.5~3.0포아즈(poise, g/㎝.s)의 범위일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 주조방법은, 주조방법으로서, 발열제와 전위금속산화물을 첨가된 몰드 플럭스를 마련하는 과정; 몰드에 용강을 주입하는 과정; 상기 용강 상부에 몰드 플럭스를 공급하는 과정; 및 상기 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정;을 포함하고, 상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 발열제가 산화하면서 발생하는 산화열을 이용하여 상기 용강의 응고 속도를 지연시킬 수 있다.

상기 용강은 상기 용강 100질량%에 대하여 0.07 내지 0.2질량%의 탄소를 함유하는 중탄소강을 포함할 수 있다.

상기 몰드 플럭스를 마련하는 과정에서, 상기 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 2 내지 10질량%의 발열제와, 4.4 내지 46.1질량%의 전위금속산화물이 혼합된 상기 몰드 플럭스를 마련할 수 있다.

상기 발열제는 CaSi를 포함할 수 있다.

상기 전위금속산화물의 함량은 하기 수학식 1 내지 3에 의해 산출할 수 있다.

수학식1) FeO[질량%]=A(CaSi[질량%])+B

수학식2) NiO[질량%]=C(CaSi[질량%])+D

수학식3) Cr₂O₃[질량%]=E(CaSi[질량%])+F

(여기에서, A=1.5, B=1.4, C=1.6, D=1.5, E=4.2, F=4.1임)

상기 발열제는 산소와 상기 전위금속산화물 중 적어도 어느 한 가지와 산화반응을 일으켜 산화열을 발생시킬 수 있다.

상기 전위금속산화물은 상기 발열제와 반응하여 상기 몰드 플럭스 내에서 금속입자로 존재할 수 있다. ,

상기 금속입자는 상기 몰드와 상기 용강 간의 복사열을 차단 또는 산란시킬 수 있다.

본 발명의 실시형태들에 의하면, 중탄소강을 이용하여 주편을 주조하는 과정에서 몰드 플럭스에 의한 발열 기능과 열차단 기능을 이용하여 용강의 응고 시 전달되는 열 전달 속도를 저감시켜 용강을 균일하게 응고시킬 수 있다. 따라서 주조 시 급격한 응고 수축과 변태로 인해 주편에 불균일한 응고층이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있으므로 주편 표면에 대형 표면 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 주조설비의 요부 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 몰드 플럭스의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법으로 주편을 주조할 때 발생하는 열유속 변화를 보여주는 실험 결과를 보여주는 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 주조설비의 요부 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비는, 제강공정에서 정련된 용강이 담기는 래들(10)과, 래들(10)에 연결되는 주입노즐(미도시)을 통해 용강을 공급받아 이를 일시 저장하고 몰드(30)에 공급하는 턴디쉬(20)와, 턴디쉬(20)에 연결되는 침지 노즐(22)을 통해 용강을 전달받아 일정한 형상으로 초기 응고층(Mc)시키는 몰드(30)와, 몰드(30)의 하부에 구비되어 몰드(30)로부터 인발된 미응고 주편(1)을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 복수의 세그먼트가 연속적으로 배열되는 냉각라인(40)을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 주조가 시작되어 턴디쉬(20) 내 용강(M)이 침지 노즐(22)에 의해 몰드(30)에 주입되면, 몰드(30)에 주입된 용강의 상부에는 몰드 플럭스를 공급할 수 있다. 몰드 플럭스는 고상, 예컨대 파우더 상태로 용강 상부에 공급되며, 용강의 현열에 의해 용해되어 일부는 액상층(C)을 형성하고, 그 상부에는 소결층(B)을 형성하며, 최상층에는 파우더층(A)을 형성하게 된다. 그리고 몰드(30)에 인접한 부근에는 몰드(30)에 공급되는 냉각수에 의해 몰드 플럭스가 응고되어 슬래그 림(D)이 형성된다. 여기에서는 몰드 플럭스가 몰드(30) 내 용강에 고상으로 공급되는 것으로 설명하나, 별도의 용해로에서 용해시켜 액상으로 공급될 수도 있다.

이렇게 형성되는 액상층(C)은 몰드(30)에 부여되는 진동에 의해 몰드(30)와 용강 사이로 유입되어 윤활 작용을 함으로써 주편이 원활하게 주조될 수 있다. 몰드 플럭스는 윤활 작용 이외에도 용강 중 개재물의 흡수 제거, 용강의 보온 및 몰드(30)로의 열전달 속도 제어 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.

한편, 용강 중 탄소 함량이 0.07 내지 0.2질량% 정도를 함유되는 중탄소강은 저탄소강과 고탄소강에 비해 응고 중 급격한 상변태를 수반하여 수축량이 현저하게 증가한다. 이에 용강이 불균일한 응고층을 형성하게 되어 주조되는 주편은 불균일한 표면 형상을 갖는다. 이에 본 발명에서는 몰드 플럭스의 성분을 제어하여 주조 시 몰드에서의 열전달 속도를 저감시킴으로써 용강, 즉 중탄소강의 불균일한 응고를 최소화할 수 있다. 이를 위해 본 발명은 몰드 플럭스에 발열 기능과 열차단 기능을 부여하여 몰드에서 열전달 속도를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 몰드 플럭스는 발열 기능을 부여할 수 있도록 발열제로서 CaSi를 포함하고, 발열제를 산화시키기 위한 산화제 기능과 열차단 기능을 부여할 수 있도록 전위금속산화물을 포함할 수 있다.

몰드 플럭스는, 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 2 내지 10질량%의 발열제와, 4.4 내지 46.1질량%의 전위금속산화물을 포함할 수 있다. 이때, 발열제로서는 CaSi를 포함할 수 있고, 전위전위금속산화물로서는 FeO, NiO 및 Cr₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그리고 몰드 플럭스는 용융온도 1300℃에서의 점도가 0.5~3.0포아즈(poise, g/㎝.s)의 범위를 가질 수 있다.

이외에도 몰드 플럭스는 SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, Na₂O 및 F를 포함하는 메인몰드 플럭스를 포함할 수 있다.

CaO와 SiO₂는 몰드 플럭스 100질량%에서 발열제, 전위금속산화물, Al₂O₃, MgO, Na₂O 및 F를 제외하고, CaO와 SiO₂의 비(CaO/SiO₂)가 0.8 초과 1.5미만이 되도록 함유될 수 있다. 이때, CaO와 SiO₂는 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 SiO₂를 7.2 초과 31.4질량% 미만, CaO를 5.7 초과 47질량% 미만인 범위에서 몰드 플럭스 100질량%를 만족하는 동시에 CaO와 SiO₂의 비(CaO/SiO₂)가 0.8 초과 1.5미만이 되도록 함유될 수 있다. CaO와 SiO₂의 비가 0.8 이하인 경우에는 몰드 플럭스의 점도가 급격하게 증가하여 몰드와 응고층 사이로 균일하게 유입되지 않아 윤활 기능이 저하될 수 있다. CaO와 SiO₂의 비가 1.5 이상인 경우에는 몰드 플럭스의 용융 온도가 높아져 적절한 용융이 어렵고, 이에 따라 용융되지 않은 몰드 플럭스가 용강 내로 유입되어 주편의 표면 결함을 유발할 수 있다. 또한, 몰드 플럭스가 용융되었더라도 몰드 플럭스가 용융된 액상층이 응고 시 고상 비율이 높아져 원활한 윤활 효과를 기대할 수 없어 브레이크 아웃 등과 같은 조업 사고가 발생할 수 있다.

메인 몰드 플럭스 중 Al₂O₃는 몰드 슬래그의 점도와 융점을 상승시킨다. Al₂O₃는 몰드 플럭스 전체 질량에 대해서 3 내지 7질량% 함유될 수 있다. Al₂O₃가 3질량% 미만일 경우 충분한 점도와 융점을 유지하지 못하여 과도하게 용융될 수 있고, 이후 응고층과 몰드 사이로 과잉 유입될 수 있어 슬라브의 표면 결함을 유발시킬 수 있다. Al₂O₃가 7질량% 초과하도록 포함되는 경우에는 몰드 플럭스의 융점이 높아져 충분하게 용융되지 않고, 이에 용융되지 않은 몰드 플럭스가 유입되어 슬라브의 표면 결함을 유발시킬 수 있다. 또한 몰드 플럭스 중 일부가 용융되어 액상층을 형성하더라도 높은 점도에 의해 충분한 윤활기능을 수행하지 못하므로 브레이크 아웃 등과 같은 조업 사고를 일으킬 수 있다.

MgO는 몰드 슬래그의 응고시 결정상에 영향을 미친다. MgO는 몰드 플럭스의 전체 질량에 대하여 2.0 내지 5질량% 포함될 수 있다. MgO의 함량이 5질량% 초과하는 경우에는 몰드 슬래그의 대표적인 결정상인 큐스피딘(Cuspidine, 3CaO2·SiO₂·CaF₂)의 생성을 지연시킨다. 이에 중탄소강에서 급격한 응고수축을 억제하기 위해 충분히 제어되어야 할 열전달 제어 효과를 발현할 수 없게 된다. 반면, MgO의 함량이 2.0 질량% 미만인 경우에는 큐스피딘의 생성량이 증가하여 액상의 비율이 줄어드는데 이로 인해 윤활 기능에 악영향을 준다. 여기에서 몰드 슬래그는 몰드 플럭스를 몰드에 주입한 것을 의미한다.

Na₂O는 대표적 알칼리계 산화물로서 액상 몰드 슬래그의 점도와 융점을 낮추는 역할을 한다. Na₂O는 몰드 플럭스 전체 질량에 대하여 2 내지 9질량% 함유될 수 있다. Na₂O의 함량이 4질량% 미만인 경우에는 몰드 플럭스의 융점이 높아 충분하게 용융되지 않으므로 몰드와 응고층 사이로 몰드 플럭스가 불균일하게 유입되어 주편의 표면 불량을 야기시킬 수 있다. 그리고 Na₂O의 함량이 9질량%를 초과하는 경우에는 융점 저하로 인해 몰드 플럭스가 과도하게 용융되어 액상층의 비율이 높아지고, 이로 인해 몰드와 응고층 사이로 과도하게 유입될 수 있다. 이에 주편 표면에 형성되는 오실레이션 마크의 깊이가 깊어져 주편의 표면 불량을 야기시킬 수 있고, 침지 노즐의 용손도 증가한다.

F는 액상층의 점도와 융점을 낮추는 역할을 하고, 이에 더하여 몰드 슬래그의 응고시 주된 결정상인 Cuspidine (3CaO2·SiO₂·SCaF₂)를 형성시킨다. F는 몰드 플럭스 전체 질량에 대해서 6 내지 10질량% 함유될 수 있다. F의 함량이 6질량% 미만인 경우에는 충분한 결정상 형성이 곤란하여 몰드에서의 열전달 효과가 저하될 수 있다. 이에 중탄소강에서는 불균일한 전열 거동이 발생하고 주편 표면 결함이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. 그리고 F의 함량이 10질량% 초과인 경우에는 점도와 융점이 과도하게 저하되어 액상층의 양이 증가함으로써 몰드와 응고층 사이로 몰드 플럭스가 과도하게 유입되어 주편 표면에 형성되는 오실레이션 마크의 깊이가 깊어져 주편의 표면 불량을 야기하고, 침지 노즐의 용손도 증가할 수 있다.

CaSi를 포함하는 발열제는 주조 시 하기의 식1)과 같이 공기 중 산소와 반응하여 산화열을 발생시킴으로써 단열 효과를 구현하여 용강이 급격하게 응고되는 것을 방지하고, 용강의 균일한 응고를 가능하게 할 수 있다.

식1)

CaSi+O₂= CaO+SiO₂+산화열

또한, 주조 시 몰드 플럭스의 액상층 상부에는 소결층과 파우더층이 존재하므로, 발열제와 반응하는 산소의 양은 아주 미미할 수 있다. 따라서 발열제의 원활한 산화를 위해 산화제로서 전위금속산화물을 몰드 플럭스에 첨가할 수 있다. 이에 발열제는 전위금속산화물과 하기의 식2)와 같이 반응하여 산화열을 발생시킬 수 있다.

식2)

CaSi+전위금속산화물(FeO, NiO, Cr₂O₃)=CaO+SiO₂+금속입자(Fe, Ni, Cr)+산화열

발열제는 상기 식1)과 식2)와 같은 산화 반응을 통해 산화열을 발생시킬 수 있다. 이렇게 발생하는 산화열은 몰드에서의 열전달 속도를 억제하여 용강의 응고속도를 지연시킴으로써 급격한 응고 수축을 억제 혹은 방지할 수 있다.

발열제는 몰드 플럭스 전체 질량에 대하여 2 내지 10질량% 포함될 수 있다. 발열제의 함량이 2질량% 미만인 경우에는 몰드에서의 열전달 속도를 제어할 수 있는 열을 발생시킬 수 없다. 그리고 발열제의 함량이 10질량% 초과인 경우에는 발열량이 지나치게 많아 몰드 플럭스의 용융 속도가 증가하여 액상층이 과도하게 형성되고, 이에 몰드와 응고층 사이로의 유입량이 증가하면서 주편의 표면 결함을 증가시키는 문제점이 있다. 또한, 몰드 플럭스의 액상층 온도를 과도하게 상승시키는데, 몰드 플럭스의 점도는 온도와 반비례하므로 몰드 플럭스의 점도를 저하시켜 몰드 탕면에서 몰드 플럭스가 용강 중으로 혼입되어 주편의 표면 결함을 야기시킬 수 있다. 이와 같은 발열제 함량에 따른 온도 측정은 고온 발열측정(DTA, Differential Thermal Analysis)에 의해 수행되었다.

전위금속산화물은 발열제를 원활하게 산화시켜 산화열을 발생시킬 수 있다. 전위금속산화물은 발열제를 산화시키기 위한 산화제로서의 역할을 하는 동시에, 발열제와의 반응을 통해 환원되어 금속입자를 형성함으로써 몰드와 응고층 사이에서 복사열을 산란 및 차단시키는 차단재의 역할을 할 수 있다. 전위금속산화물은 FeO, NiO 및 Cr₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으며, 발열제의 함량이 2 내지 10질량%인 범위 내에서 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 전위금속산화물의 첨가량은 전위금속산화물의 종류에 따라 하기의 식3) 내지 식5)에 의해 산출될 수 있다.

식3)

FeO[질량%]=A(CaSi[질량%])+B

(A=1.5, B=1.4)

식4)

NiO[질량%]=C(CaSi[질량%])+D

(C=1.6, D=1.5)

식5)

Cr₂O₃[질량%]=E(CaSi[질량%])+F

(E=4.2, F=4.1)

상기 식 3) 내지 식 5)에 의하면, FeO는 몰드 플럭스 전체 질량에 대해서 4.4 내지 16.4질량%, NiO는 몰드 플럭스 전체 질량에 대해서 4.7 내지 17.5질량%, Cr₂O₃는 12.5 내지 46.1질량% 포함될 수 있다. 전위금속산화물의 함량이 제시된 범위, 즉 전위금속산화물의 종류에 따른 범위보다 적은 경우, 예컨대 4.4질량%, 4.7질량% 또는 12.5질량% 미만에서는 발열제인 CaSi의 충분한 산화반응에 기여하지 못하여 산화되지 않은 CaSi 입자가 몰드 슬래그 내에 잔류하게 되고, 이로 인해 충분한 용융이 되지 못하고 몰드 플럭스의 점도를 급격하게 상승시키게 된다. 따라서 몰드 플럭스가 몰드와 응고층 사이로 충분하게 유입되지 않아 브레이크아웃 등과 같은 조업 사고를 유발할 수 있다. 반면, 전위금속산화물의 함량이 제시된 범위, 즉 전위금속산화물의 종류에 따른 범위보다 많은 경우에는 발열제인 CaSi를 충분히 산화시키고도 몰드 플럭스 내에 전위금속산화물로 남게 되므로 몰드 플럭스의 융점을 상승시키게 된다. 이로 인해 몰드 플럭스가 충분히 용융되지 않게 되고, 이렇게 용융되지 않은 몰드 플럭스가 응고층과 몰드 사이로 유입되면 주편 표면에 결함을 발생시키는 원인으로 작용할 수 있다. 또한, 윤활기능에 악영향을 주어 브레이크아웃 등 조업사고를 유발할 수 있는 문제점이 있다.

전위금속산화물은 발열제를 산화시키면서 환원되어 몰드 플럭스 내에서 금속입자로 존재할 수 있다. 상기 Fe, Ni 및 Cr과 같은 금속입자, 즉 전위금속입자는 몰드 플럭스의 융점보다 높은 융점을 갖고 있기 때문에 몰드 플럭스 내에서 용융되지 않고 도 2에 도시된 바와 같은 입자 상태를 유지할 수 있다. 이러한 금속입자는 몰드 플럭스 내에서 복사열이 몰드로 전달되는 것을 차단, 예컨대 복사열을 산란시켜 열전달 속도를 저감시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주조방법에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 몰드 플럭스의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조방법은, 몰드 플럭스를 마련하는 과정과, 용강을 마련하는 과정과, 래들(10), 턴디쉬(20)를 거친 용강을 몰드(30)에 주입하는 과정과, 몰드(30) 내 주입된 용강의 상부에 몰드 플럭스를 주입하는 과정과, 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정을 포함하고, 주편을 주조하는 과정에서 용강의 응고 속도를 지연시킬 수 있다.

몰드 플럭스를 마련하는 과정을 도 3에 도시된 바와 같이 SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, Na₂O 및 F를 포함하는 메인 몰드 플럭스와, 발열제 및 전위금속산화물을 혼합된 몰드 플럭스를 마련할 수 있다. 이때, 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 발열제는 2 내지 10질량% 함유될 수 있으며, 전위금속산화물의 함유량은 발열제의 함량에 따라 상기 식 3 내지 식5에 의해 산출될 수 있다. 그리고 몰드 플럭스 중 메인 몰드 플럭스의 함량은 몰드 플럭스 100질량%에 대해서 발열제와 전위금속산화물과, 불가피한 불순물을 제외한 양으로 사용될 수 있다.

용강을 마련하는 과정은 정로 정련 등의 정련 과정을 통해 탄소 함량이 0.07 내지 0.2질량%로 제어된 용강을 마련할 수 있다.

몰드 플럭스와 용강이 마련되면, 래들(10), 턴디쉬(20)를 거쳐 침지 노즐(22)을 이용하여 몰드(30)에 용강을 주입한다.

그리고 몰드(30)에 용강이 주입되면, 또는 용강을 주입하는 과정에서 용강의 상부에 몰드 플럭스를 공급한다.

용강 상부에 공급된 몰드 플럭스는 용강의 현열에 의해 적어도 일부가 용해되어 용강 상부에서 액상층(C)을 형성할 수 있다. 이때, 액상층(C) 상부에는 소결층(B)과 파우더층(A)이 형성될 수 있다.

몰드 플럭스의 액상층(C)에서는 발열제가 공기 중의 산소와, 몰드 플럭스 내 투입된 전위금속산화물과 반응이 이루어지며, 이로 인한 반응열, 즉 산화열이 발생하게 된다. 또한, 액상층(C)에서는 발열제와 전위금속산화물 간의 반응에 의해 반응열, 즉 산화열이 발생하게 되고, 발열제와 전위금속산화물 간의 반응으로 인해 전위금속산화물은 액상층(C)에서 금속 입자로 존재하게 된다. 이렇게 발생하는 산화열은 단열효과를 구현하여 몰드에서의 열전달에 의해 용강이 급속하게 응고되는 것을 방지할 수 있다. 이는 산화열에 의해 몰드에서의 열전달 속도가 저감되기 때문이며 이로 인해 균일한 응고층의 형성이 가능해진다. 그리고 액상층(C)에 존재하는 금속입자는 용강의 현열에 의해 용해되지 않고 액상층(C) 내에서 용강의 복사열이 몰드로 전달되는 것을 차단 또는 산란시켜 용강의 급속한 응고를 억제할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 주조방법으로 주편을 주조하는 실험 예에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주조 방법으로 주편을 주조할 때 발생하는 열유속 변화를 보여주는 실험 결과를 보여주는 그래프이다

본 실험 예에서는 0.07 내지 0.2질량%의 탄소를 함유하는 중탄소강을 이용한 주조 시 탄소 함량에 따른 열전달 속도의 변화를 살펴보았다. 이때, 실시 예에서는 본 발명의 실시 예에 따른 몰드 플럭스, 즉 메인 몰드 플럭스, 발열제 및 전위금속산화물을 포함하는 몰드 플럭스를 이용하였고, 비교 예에서는 발열제와 전위금속산화물을 함유하지 않는 몰드 플럭스, 예컨대 메인 몰드 플럭스를 이용하여 실험을 실시하였다. 또한, 실시 예에서는 몰드 플럭스에 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 발열제로서 CaSi를 5질량% 사용하였고, 전위금속산화물로서 FeO를 8.9질량% 사용하였다.

도 4를 참조하면, 용강 중 탄소 질량이 0.07질량%일 때 비교 예에서는 약 1.5MW/㎡s 정도의 열전달 속도가 측정되었고, 실시 예에서는 약 1.3MW/㎡s 정도의 열전달 속도가 측정되었다.

그리고 용강 중 탄소 질량이 0.12질량%일 때 비교 예에서는 약 1.6MW/㎡s 정도의 열전달 속도가 측정되었고, 실시 예에서는 약 1.4MW/㎡s 정도의 열전달 속도가 측정되었다.

용강 중 탄소 질량이 0.2질량%일 때 비교 예에서는 약 1.7MW/㎡s 정도의 열전달 속도가 측정되었고, 실시 예에서는 약 1.5MW/㎡s 정도의 열전달 속도가 측정되었다.

상기 결과를 살펴보면, 비교 예와 실시 예에서는 용강 중 탄소 질량이 증가함에 따라 열전달 속도는 점차적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 몰드 플럭스, 즉 발열제와 전위금속산화물을 포함하는 몰드 플럭스를 이용하여 주조를 실시한 실시 예의 경우, 발열제와 전위금속산화물을 포함하지 않는 몰드 플럭스를 이용하여 주조를 실시한 비교 예에 비해 열전달 속도가 0.2MW/㎡s 정도 감소한 것을 알 수 있다. 이는 발열제와 전위금속산화물의 반응에 의해 발생하는 반응열, 예컨대 산화열에 의한 발열 기능과, 반응 후 생성되는 금속입자에 의한 열차단 기능에 의한 것으로 추측할 수 있다. 따라서 중탄소강을 이용하여 주편을 주조할 때 발열제와 전위금속산화물을 이용하여 몰드 플럭스에 발열 기능과 열차단 기능을 부여하면 몰드와 용강 간의 열전달 속도를 저감시킬 수 있으므로 용강의 급격한 응고 수축을 억제하여 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 래들 20: 턴디쉬
22: 침지 노즐 30: 몰드
40: 냉각라인

Claims

주조 시 몰드 내의 용강 상부에 주입되는 몰드 플럭스로서,
상기 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 2 내지 10질량%의 CaSi와, 4.4 내지 46.1질량%의 전위금속산화물을 포함하는 몰드 플럭스.
청구항 1에 있어서,
상기 몰드 플럭스는 SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, Na₂O 및 F를 더 포함하고,
상기 CaO와 SiO₂는 CaO와 SiO₂의 비(CaO/SiO₂)가 0.8 초과, 1.5 미만인 몰드 플럭스.
청구항 2에 있어서,
상기 전위금속산화물은 FeO, NiO 및 Cr₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함하는 몰드 플럭스.
청구항 3에 있어서,
상기 FeO는 상기 몰드 플럭스 100 질량%에 대해서 4.4 내지 16.4질량% 포함되는 몰드 플럭스.
청구항 3에 있어서,
상기 NiO는 상기 몰드 플럭스 100 질량%에 대해서 4.7 내지 17.5질량% 포함되는 몰드 플럭스.
청구항 3에 있어서,
상기 Cr₂O₃는 상기 몰드 플럭스 100 질량%에 대해서 12.5 내지 46.1질량% 포함되는 몰드 플럭스.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몰드 플럭스는 용융온도 1300℃에서의 점도가 0.5~3.0포아즈(poise, g/㎝.s)의 범위인 몰드 플럭스.
주조방법으로서,
발열제와 전위금속산화물을 첨가된 몰드 플럭스를 마련하는 과정;
몰드에 용강을 주입하는 과정;
상기 용강 상부에 몰드 플럭스를 공급하는 과정; 및
상기 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정;을 포함하고,
상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 발열제가 산화하면서 발생하는 산화열을 이용하여 상기 용강의 응고 속도를 지연시키는 주조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 용강은 상기 용강 100질량%에 대하여 0.07 내지 0.2질량%의 탄소를 함유하는 중탄소강을 포함하는 주조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 몰드 플럭스를 마련하는 과정에서,
상기 몰드 플럭스 100질량%에 대하여 2 내지 10질량%의 발열제와, 4.4 내지 46.1질량%의 전위금속산화물이 혼합된 상기 몰드 플럭스를 마련하는 주조 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 몰드 플럭스는 SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO, Na₂O 및 F를 더 포함하고,
상기 CaO와 SiO₂는 CaO와 SiO₂의 비(CaO/SiO₂)가 0.8 초과, 1.5 미만인 주조 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 발열제는 CaSi를 포함하는 주조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 전위금속산화물은 FeO, NiO 및 Cr₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주조 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 전위금속산화물의 함량은 하기 수학식 1 내지 3에 의해 산출하는 주조 방법.
수학식1) FeO[질량%]=A(CaSi[질량%])+B
수학식2) NiO[질량%]=C(CaSi[질량%])+D
수학식3) Cr₂O₃[질량%]=E(CaSi[질량%])+F
(여기에서, A=1.5, B=1.4, C=1.6, D=1.5, E=4.2, F=4.1임)
청구항 14에 있어서,
상기 발열제는 산소와 상기 전위금속산화물 중 적어도 어느 한 가지와 산화반응을 일으켜 산화열을 발생하는 주조 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 전위금속산화물은 상기 발열제와 반응하여 상기 몰드 플럭스 내에서 금속입자로 존재하는 주조 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 금속입자는 상기 몰드와 상기 용강 간의 복사열을 차단 또는 산란시키는 주조방법.