KR20200066046A - 경량강 주조방법 - Google Patents

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Abstract

5 중량% 이상의 알루미늄(Al)이 포함된 용강을 연속주조용 몰드에 주입하는 단계; 및 상기 연속주조용 몰드에 몰드 플럭스를 투입하며, 상기 연속주조용 몰드를 통해 성형체를 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 연속주조용 몰드에서 장변의 길이는 700mm 이상이고, 단변의 길이는 700mm 이상인 경량강 주조방법이 소개된다.

Description

경량강 주조방법{CASTING METHOD OF LIGHT WEIGHT STEEL}
본 발명은 경량강 주조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 연속주조용 몰드를 이용하여 경량강 주편의 제조 시, 슬래그 소모량을 확보하여 우수한 표면 품질의 주편을 제조할 수 있는 경량강 주조방법에 관한 것이다.
기존에 경량강을 슬라브(slab) 연주기에서 생산할 경우, 도 1에서와 같이, 주조 시작 후, 6분이 지나면 코너 찢어짐, 면세로크랙, 면가로크랙, depression 등의 발생에 따라 슬라브의 표면 품질이 나빠져 압연 투입할 수 있는 슬라브의 생산이 불가능하였다.
왜냐하면 경량강 제조를 위한 고알루미늄 함유(Al≥5.7%) 용강의 경우, 강/슬래그 반응으로 탕면 슬래그(slag) 성분 변동에 의해 점도 및 융점의 증가와 같은 물성 변화로 슬래그 유동성 감소와 균일 유입이 어려워져 압연 투입 가능한 표면 품질을 확보하기가 어렵기 때문이었다.
특히, 슬래그의 슬래그의 성분 변동은 슬래그 소모량을 감소시켜 표면 품질 확보를 더욱 어렵게 한다. 일반 탄소강의 경우, 슬래그 소모량이 0.3kg/m2 정도이나 경량강의 경우는 슬래그 소모량이 0.1kg/m2 이하로 감소한다.
경량강은 강/슬래그 반응이 강하게 발생되기 때문에 슬래그 중 SiO2는 감소하고, Al2O3는 증가하여 슬래그의 물성이 바뀐다. 슬래그의 물성변화는 점도 및 융점을 증가시켜 슬래그의 유동성 감소, 균일 유입 저해 및 소모량 감소 등 많은 문제점을 야기한다.
슬래그의 소모량 감소는 슬래그 성분 변동을 가속화시키기 때문에 연주 조업성 및 표면 품질을 악화시킬 수 있다. 기존의 슬라브 연주기에서 경량강을 생산할 수 있는 공정기술은 없기 때문에 슬래그의 소모량을 극대화하여 강/슬래그 반응에 의한 성분변동을 최소화하는 방안이 요구되는 실정이다.
연속주조용 몰드를 이용하여 경량강 주편의 제조 시, 슬래그 소모량을 확보하여 우수한 표면 품질의 주편을 제조할 수 있는 경량강 주조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 경량강 주조방법은 5 중량% 이상의 알루미늄(Al)이 포함된 용강을 연속주조용 몰드에 주입하는 단계; 및 상기 연속주조용 몰드에 몰드 플럭스를 투입하며, 상기 연속주조용 몰드를 통해 성형체를 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 연속주조용 몰드에서 장변의 길이는 700mm 이상이고, 단변의 길이는 700mm 이상이다.
상기 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 성형체의 표면적 당 상기 몰드 플럭스의 소모량은 3kg/m2 이상일 수 있다.
상기 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 연속주조용 몰드로부터 상기 성형체를 주조하는 연속주조 속도는 0.05 내지 0.1m/min일 수 있다.
상기 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 몰드 플럭스의 염기도(CaO/SiO2)는 0.6 내지 0.8일 수 있다.
상기 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 몰드 플럭스는, 상기 몰드 플럭스 전체 100 중량%에 대하여 4 내지 6 중량%의 탄소(Free carbon)을 포함할 수 있다.
상기 성형체를 제조하는 단계에서, 상기 몰드 플럭스는 분말 형태일 수 있다.
상기 성형체를 제조하는 단계는, 전류 인가 수단을 이용하여 상기 용강을 교반하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 용강을 교반하는 단계에서, 상기 전류 인가 수단을 통해 인가되는 전류는 1000 내지 2000A일 수 있다.
상기 용강을 교반하는 단계에서, 상기 전류 인가 수단을 통해 전류를 인가하였다가 인가하지 않는 것을 1 싸이클(cycle)로 하여 복수 싸이클(cycle) 반복하되, 상기 1 싸이클(cycle)은, 20 내지 40초 동안 전류를 인가하고, 1 내지 10초 동안 전류를 인가하지 않는 것으로 구성될 수 있다.
상기 성형체를 제조하는 단계는, 상기 연속주조용 몰드를 100 내지 120cpm으로 진동시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연속주조용 몰드를 진동시키는 단계에서, 진동폭은 ±0.5 내지 ±1mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 경량강 주조방법에 따르면 LICC(Large Ingot Continuous Casting)에 이용되는 대단면 연주기(723×723mm2)를 이용하여 경량강 주편을 제조함으로써 슬래그 소모량을 확보하여 우수한 표면 품질의 주편 제조가 가능한 효과를 기대할 수 있다.
이에 따라 단조가 가능한 주편의 생산이 가능할 수 있다.
도 1은 기존에 경량강을 슬라브 연주기에서 생산한 주조길이 6m 이상의 경량강 주편에 대한 사진으로서, 코너 찢어짐(1), 면가로크랙(2) 및 depression(3)이 관찰되는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 대단면 연주기(723×723mm2)를 이용하여 제조한 주조길이 2.7m의 경량강 주편에 대한 사진으로서, 잉곳 헤드부(1), 잉곳 테일(2)을 나타낸다.
도 3은 비교예(Pilot slab 연주기)와 실시예(LICC 연주기)의 슬래그 소모량을 나타내는 그래프이다.
도 4는 비교예(Pilot slab 연주기)와 실시예(LICC 연주기)의 시간에 따른 탕면 슬래그에서의 Al2O3와 SiO2의 함량 변화를 나타내는 그래프이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.
보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
경량강 주조방법
본 발명의 일 실시예에 의한 경량강 주조방법은 5 중량% 이상의 알루미늄(Al)이 포함된 용강을 연속주조용 몰드에 주입하는 단계 및 연속주조용 몰드에 몰드 플럭스를 투입하며, 연속주조용 몰드를 통해 성형체를 제조하는 단계를 포함한다.
이때, 이용되는 연속주조용 몰드에서 장변의 길이는 700mm 이상이고, 단변의 길이는 700mm 이상이다. LICC(Large Ingot Continuous Casting)에 이용되는 대단면 연주기(723×723mm2)가 이용될 수 있다. 연속주조용 몰드로부터 제조되는 주편을 기준으로 연속주조용 몰드의 장변은 주편의 폭에 대응되고, 연속주조용 몰드의 단변은 주편의 두께에 대응될 수 있다.
구체적으로, 장변의 길이는 700mm 이상 및 2000mm 이하이고, 단변의 길이는 700mm 이상 및 800mm 이하일 수 있다.
먼저, 용강을 연속주조용 몰드에 주입하는 단계에서는 전체 100 중량%에 대하여 알루미늄(Al)의 함량이 5 중량% 이상인 고알루미늄강의 제조에 이용되는 용강을 연속주조용 몰드에 주입한다. 구체적으로 알루미늄(Al)의 함량이 5.7 중랭% 이상인 용강을 이용할 수 있다.
다음으로, 성형체를 제조하는 단계에서는 연속주조용 몰드에 몰드 플럭스를 투입하며, 연속주조용 몰드를 통해 성형체를 제조한다.
이때, 성형체의 표면적(slab 표면적) 당 몰드 플럭스의 소모량은 3kg/m2 이상이고, 연속주조용 몰드로부터 상기 성형체를 주조하는 연속주조 속도는 0.05 내지 0.1m/min일 수 있다.
주편의 제조 시, 연속주조용 몰드에 투입되는 몰드 플럭스의 양과 연속주조용 몰드로부터 배출되는 몰드 플럭스의 양을 측정하고 비교하여 성형체의 표면적(slab 표면적) 당 몰드 플럭스의 소모량 즉, 슬래그 소모량을 측정할 수 있는 것이다.
알루미늄(Al)의 함량이 높은 용강의 경우, 하기 식과 같은 강과 몰드 플럭스 즉, 슬래그 간의 반응이 강하게 발생하여 몰드 플럭스의 물성이 바뀌는 문제가 있다.
[식] 4Al + 3SiO2 → 3Si + 2Al2O3
따라서 장변의 길이는 700mm 이상이고, 단변의 길이는 700mm 이상인 연속주조용 몰드를 이용하여 경량강을 주조할 경우, 몰드 플럭스의 소모량을 증대시킴으로써 몰드 플럭스의 물성이 바뀌는 현상을 최소화하는 것이 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 경량강 주조방법의 경우, 몰드 플럭스의 물성이 바뀌는 현상을 최소화할 수 있으므로 기존의 공정과 비교하여 주조 공정의 시작 후, 탕면의 슬래그 성분을 비교해 보았을 때, 기존보다 Al2O3의 증가폭이 줄어들고, SiO2의 감소폭도 줄어드는 효과를 기대할 수 있다.
이는 기존보다 몰드 플럭스 소모량이 급격히 증가했기 때문에 가능한 것이며, 이와 같이 탕면 슬래그의 성분 변동이 적으면 도 2에서와 같이, 표면 결함이 적은 Large ingot 형태의 주편을 제조할 수 있다.
이에 따라 단조가 가능한 주편의 생산이 가능할 수 있다.
구체적으로, 연속주조용 몰드와 성형체로 제조되는 주편 간에 분리를 용이하게 하며, 윤활제 역할을 수행하는 몰드 플럭스는 CaO, SiO2, MgO 및 Al2O3 등을 포함하며, 몰드 플럭스의 염기도(CaO/SiO2)는 0.6 내지 0.8일 수 있다.
또한, 몰드 플럭스는 분말 형태로서, 몰드 플럭스 전체 100 중량%에 대하여 4 내지 6 중량%의 탄소(Free carbon)을 포함할 수 있다. 4 내지 6 중량%의 탄소(Free carbon)가 포함됨에 따라 flux 용융속도 확보로 충분한 슬래그 풀(slag pool)을 확보할 수 있으며, 동시에 탕면 보온성 확보 효과를 기대할 수 있다.
성형체를 제조하는 단계는 전류 인가 수단을 이용하여 용강을 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 전류 인가 수단을 통해 인가되는 전류는 1000 내지 2000A일 수 있고, 전류 인가 수단을 통해 20 내지 40초 동안 전류를 인가하고, 1 내지 10초 동안 전류를 인가하지 않는 것을 1 싸이클(cycle)로 하여 복수 싸이클(cycle) 반복하여 진행할 수 있다.
이를테면, 30초 동안 1500A의 전류를 인가하고, 5초 동안 전류를 인가하지 않는 형태로 35초를 1 싸이클로 하여 여러 싸이클을 반복할 수 있다.
이와 같이 전류 인가 수단을 통해 전류량과 인가 주기를 변동시킴으로써 전류 비인가 대비 슬래그 소모량을 2배이상 증대할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
한편, 성형체를 제조하는 단계는 연속주조용 몰드를 100 내지 120cpm으로 진동시키는 단계를 포함할 수 있다. 진동폭은 ±0.5 내지 ±1mm일 수 있다.
연속주조용 몰드에 연결된 진동 인가 장치를 이용하여 진동수 및 진동폭을 제어함으로써 오실레이션 마크(oscillation mark)를 균일하게 만들어 표면품질 향상 효과를 기대할 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 주편의 제조
(실시예) 탄소(C): 0.35 내지 0.8 중량%, 망간(Mn): 3.5 내지 15 중량%, 알루미늄(Al): 5 내지 7 중량% 및 잔부 철(Fe)을 포함하는 용강을 연속주조용 몰드에 주입하였다. 이때, 연속주조용 몰드에서 장변의 길이는 700mm 이상이고, 단변의 길이는 700mm 이상인 대단면 연주기(723×723mm2)를 이용하였다.
이후, 연속주조용 몰드에 몰드 플럭스를 투입하였다. 염기도(CaO/SiO2)는 0.7이고, 전체 100 중량%에 대하여 5 중량%의 탄소(Free carbon)을 포함하였으며, 분말 형태의 몰드 플럭스를 이용하였다.
전류 인가 수단을 이용하여 용강을 교반하였다. 전류 인가 수단을 통해 인가되는 전류는 1000 내지 2000A였고, 30초 on, 5초 off 주기로 전류를 인가하였다.
연속주조용 몰드의 진동은 100~120cpm, 진동폭은 ±0.5 내지 ±1mm를 적용하였다. 연속주조 속도는 0.05 내지 0.1m/min로 조절하였다.
(비교예) 상기 실시예와 비교를 위해 주편을 제조하되, 대단면 연주기(723×723mm2) 대신, 장변의 길이가 820mm 이고, 단변의 길이가 140mm인 시험 연주기를 이용하여 주편을 제조하였다.
(2) 슬래그 소모량의 측정
주편의 제조 시, 연속주조용 몰드에 투입되는 몰드 플럭스의 양과 연속주조용 몰드로부터 배출되는 몰드 플럭스의 양을 측정하여 성형체의 표면적(slab 표면적) 당 몰드 플럭스의 소모량 즉, 슬래그 소모량을 측정하였다.
결과는 도 3에서와 같이, 비교예의 경우, 슬래그 소모량이 0.1kg/m2에 그친 반면, 실시예의 경우, 슬래그 소모량이 3.4kg/m2가 되어 비교예에 비해 슬래그의 소모량이 월등하게 높은 것을 확인할 수 있었다.
(3) 슬래그 성분 변동의 측정
주편의 제조를 진행하는 동안 탕면 슬래그를 채취하여 성분을 검출하였다. 실시예의 경우, 0분, 10분 20분, 25분, 27분에서 탕면 슬래그를 채취하여 성분을 검출하였으며, 비교예의 경우, 0분, 2분, 4분, 6분, 8분에서 탕면 슬래그를 채취하여 성분을 검출하였다.
그 결과는 도 4와 같았다. 비교예의 경우, 주조 진행 8분 후, Al2O3의 함량이 6.5%에서 31.6%까지 증가하였다. 반면, 실시예의 경우, 주조 진행 27분 후, Al2O3의 함량이 6.5%에서 26.3%까지 증가하였다. 비교예보다 실시예의 Al2O3 증가폭이 더 작음을 확인 수 있었다.
한편, 비교예의 경우, 주조 진행 8분 후, SiO2의 함량이 34.5%에서 15.6%까지 감소하였다. 반면, 실시예의 경우, 주조 진행 27분 후, SiO2의 함량이 34.5%에서 20.4%까지 감소하였다. 비교예보다 실시예의 SiO2 감소폭이 더 작음을 확인 수 있었다.
이에 따라 실시예의 경우, 주조 말기에 탕면 슬래그가 유리질을 유지하여 주편의 표면 품질이 우수한 효과를 기대할 수 있다. 이는 슬래그 소모량이 비교예보다 월등히 높아 슬래그의 성분 변동이 적었던 것에 기인할 수 있다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 5 중량% 이상의 알루미늄(Al)이 포함된 용강을 연속주조용 몰드에 주입하는 단계; 및
    상기 연속주조용 몰드에 몰드 플럭스를 투입하며, 상기 연속주조용 몰드를 통해 성형체를 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 연속주조용 몰드에서 장변의 길이는 700mm 이상이고, 단변의 길이는 700mm 이상인 경량강 주조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계에서,
    상기 성형체의 표면적 당 상기 몰드 플럭스의 소모량은 3kg/m2 이상인 경량강 주조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계에서,
    상기 연속주조용 몰드로부터 상기 성형체를 주조하는 연속주조 속도는 0.05 내지 0.1m/min인 경량강 주조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계에서,
    상기 몰드 플럭스의 염기도(CaO/SiO2)는 0.6 내지 0.8인 경량강 주조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계에서,
    상기 몰드 플럭스는,
    상기 몰드 플럭스 전체 100 중량%에 대하여 4 내지 6 중량%의 탄소(Free carbon)을 포함하는 경량강 주조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계에서,
    상기 몰드 플럭스는 분말 형태인 경량강 주조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계는,
    전류 인가 수단을 이용하여 상기 용강을 교반하는 단계;를 포함하는 경량강 주조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 용강을 교반하는 단계에서,
    상기 전류 인가 수단을 통해 인가되는 전류는 1000 내지 2000A인 경량강 주조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용강을 교반하는 단계에서,
    상기 전류 인가 수단을 통해 전류를 인가하였다가 인가하지 않는 것을 1 싸이클(cycle)로 하여 복수 싸이클(cycle) 반복하되,
    상기 1 싸이클(cycle)은,
    20 내지 40초 동안 전류를 인가하고, 1 내지 10초 동안 전류를 인가하지 않는 것으로 구성된 경량강 주조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계는,
    상기 연속주조용 몰드를 100 내지 120cpm으로 진동시키는 단계;를 포함하는 경량강 주조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연속주조용 몰드를 진동시키는 단계에서,
    진동폭은 ±0.5 내지 ±1mm인 경량강 주조방법.
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