KR20240010490A - 강의 연속 주조 방법 - Google Patents
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Abstract
강의 연속 주조 방법에 있어서, 레이들 및 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 용손 억제와, 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍으로의 개재물의 부착 및, 그에 따른 노즐 폐색의 방지를 양립시킨다. 본 발명에 따른 강의 연속 주조 방법은, 알루미늄이 무첨가이고, 규소로 탈산되고, 칼슘을 함유하는 용강을 연속 주조 하는 연속 주조 방법으로서, 알루미나-지르코니아-카본질 내화물로 이루어지는 제1 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 레이들에 상기 용강을 수용하고, 마그네시아-스피넬질 내화물로 이루어지는 제2 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 턴디쉬에, 레이들로부터 용강을 주입하고, 제2 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍을 유하하는 용강 중에 불활성 가스를 취입하면서 턴디쉬로부터 주형에 용강을 주입하여, 용강을 연속 주조한다.
Description
본 발명은, 알루미늄(Al)이 첨가되지 않고, 규소(Si)로 탈산되고, 칼슘(Ca)이 첨가된 용강을 연속 주조하는 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
용강의 연속 주조 공정에 있어서는, 레이들(ladle) 내의 용강을 턴디쉬(tundish)에 주입하면서, 턴디쉬 내의 용강량을 거의 일정하게 유지한 상태로, 턴디쉬 내의 용강을 주형에 주입하고 있다. 레이들로부터 턴디쉬로 용강을 주입할 때의 용강 주입량 제어 수단 및, 턴디쉬로부터 주형 내로 용강을 주입할 때의 용강 주입량 제어 수단으로서, 레이들 및 턴디쉬에는, 슬라이딩 노즐이 이용되고 있다. 레이들에 있어서, 슬라이딩 노즐은, 레이들의 용강 유출구에 형성되고, 상 노즐과 하부 노즐의 사이에, 2매 또는 3매의 슬라이딩 노즐 플레이트가 배치되어 구성되어 있다. 또한, 턴디쉬에 있어서, 슬라이딩 노즐은, 턴디쉬 저부의 용강 유출구에 형성되고, 상 노즐과 침지 노즐의 사이에, 2매 또는 3매의 슬라이딩 노즐 플레이트가 배치되어 구성되어 있다.
슬라이딩 노즐 플레이트에는, 각각의 슬라이딩 노즐 플레이트의 상하면을 관통하는 유출 구멍이 형성되어 있고, 이 유출 구멍의 내부를 용강이 유하한다(flow downward). 2매의 슬라이딩 노즐 플레이트를 갖는, 2매 구조의 슬라이딩 노즐에서는, 통상, 상부측의 슬라이딩 노즐 플레이트를 고정시키고, 하부측의 슬라이딩 노즐 플레이트를, 고정된 상부측의 슬라이딩 노즐 플레이트에 밀착시켜 이동(접동(sliding))시키고, 각각의 유출 구멍이 서로 겹친 개구 면적을 조정함으로써, 유출 구멍을 유하하는 용강의 주입량을 제어하고 있다. 3매의 슬라이딩 노즐 플레이트를 갖는, 3매 구조의 슬라이딩 노즐에서는, 통상, 상부측 및 하부측의 슬라이딩 노즐 플레이트를 고정시켜, 중간부의 슬라이딩 노즐 플레이트를, 고정된 상부측 및 하부측의 슬라이딩 노즐 플레이트에 밀착시켜 이동시키고, 각각의 유출 구멍이 서로 겹친 개구 면적을 조정함으로써, 용강의 주입량을 제어하고 있다.
레이들이나 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 내화 재료로서는, 내열 충격성이 좋고, 원료 비용이 염가인 알루미나(Al2O3)-카본(C)질 내화물이나 마그네시아(MgO)-카본질 내화물이 널리 적용되어 있다. 레이들이나 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 재질은, 후술하는 바와 같이, 연속 주조하는 용강의 조성(강종)에 따라서 선택되고, 통상은, 레이들과 턴디쉬에서 주성분이 동일한 재질의 슬라이딩 노즐 플레이트가 사용된다. 즉, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트가 알루미나-카본질이면, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트도 알루미나-카본질의 것이 사용되고, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트가 마그네시아-카본질이면, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트도 마그네시아-카본질의 것이 사용된다.
그런데, 일부의 강종에서는 강 중의 비금속 개재물(이하, 간단히 「개재물」이라고도 기재함)의 형태 제어 등의 목적으로, 용강 중에 Ca-Si 합금을 첨가하여, 용강 중에 소정량의 칼슘을 함유시키는 정련(칼슘 첨가 처리)이 행해지는 경우가 있다. 또한, 용강의 탈산 방법으로서는, 알루미늄에 의한 탈산(알루미늄 킬드 처리(aluminum killed treatment))이 주요한 방법이 되고 있지만, 규소강 등 일부의 강종에서는, 알루미늄을 첨가하지 않고 규소 등의 알루미늄 이외의 탈산 원소에 의해서만 탈산(킬드 처리)을 행하는 경우가 있다.
알루미늄 킬드 강종에 Ca-Si 합금을 첨가한 경우, 그 때에 생성되는 용강 중의 개재물은, 대부분의 경우, CaO-SiO2-Al2O3계의 조성이 되고, 한편, 알루미늄을 첨가하지 않고 규소 킬드 처리한 강종에 Ca-Si 합금을 첨가한 경우, 그 때에 생성되는 용강 중의 개재물은, 대부분의 경우, CaO-SiO2계의 조성이 된다.
연속 주조 중에, 용강이 레이들이나 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍을 통과할 때, 용강 중의 개재물의 일부는, 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍의 내면에 부착된다. 슬라이딩 노즐 플레이트가 상기의 알루미나-카본질 내화물 등의 알루미나를 주성분으로 하는 재질인 경우, 칼슘 첨가 처리가 행해져 생성된 CaO-SiO2-Al2O3계의 개재물이나 CaO-SiO2계의 개재물이, 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍의 내면에 부착되면, 부착된 개재물과 슬라이딩 노즐 플레이트 중의 Al2O3에서 저융점 화합물을 형성하여, 슬라이딩 노즐 플레이트의 용손(dissolution loss)이 발생한다. 이 슬라이딩 노즐 플레이트의 용손에 의한 슬라이딩 노즐 플레이트의 내용성(耐用性:durability) 저하에 기인하여, 연속-연속 주조(이하, 「연연주」라고 기재함)의 횟수(차지수(charges))의 저하나, 슬라이딩 노즐 플레이트로부터의 누강(steel leakage)과 같은 조업 트러블로 연결되는 경우가 있다.
이러한 문제에 대하여, 칼슘 첨가강의 연속 주조에는, 내용손성이 높은 마그네시아를 주성분으로 하는 슬라이딩 노즐 플레이트를 이용하는 것이 알려져 있다. 마그네시아를 주성분으로 하는 슬라이딩 노즐 플레이트의 주된 과제는 내스포링성(resistance to spalling)이고, 이를 해결하기 위한 대처가 수많이 이루어지고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 마그네시아(MgO)-스피넬(MgAl2O4)-카본(C)질 슬라이딩 노즐 플레이트에 있어서, 마그네시아와 스피넬과 카본의 함량을 100질량부로 했을 때에, 마그네시아가 27∼88질량％, 스피넬이 10∼62질량％, 카본이 2∼8질량％이고, 0.3㎜∼4㎜의 입도에 있어서, 상기 100질량％에 대하여 22∼73질량％이고, 그 중 마그네시아 원료가 0∼63질량％, 스피넬 원료가 0∼65질량％이고, 0.3㎜ 미만의 입도에 있어서, 상기 100질량％ 대하여 27∼78질량％이고, 그 중 마그네시아가 25∼50질량％, 스피넬이 0∼20질량％, 카본 원료가 2∼8질량％이고, 카본 원료로서 카본 블랙을 1질량％ 이상으로 하는, 슬라이딩 노즐 플레이트 내화물이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 내화성 골재와 금속 알루미늄 및 카본으로 이루어지는 배합물에 바인더를 첨가하여 혼련, 성형 후, 1000℃ 이하의 온도에서 소성하여 얻어지는 벽돌로 이루어지는 슬라이딩 노즐 플레이트로서, 상기 내화성 골재는, 상기 배합물량에 대하여, 35∼75질량％의 마그네시아와 20∼60질량％의 알루미나로 이루어지는 것인 레이들용 슬라이딩 노즐 플레이트가 제안되어 있다.
그러나, 상기 종래 기술에는 이하의 문제가 있다.
즉, 상기와 같은 칼슘 첨가강용의 내용손성을 높인, 마그네시아를 주성분으로 하는 슬라이딩 노즐 플레이트를 사용하면, 레이들 및 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍의 내면에 개재물이 부착되고, 부착된 개재물이 연속 주조 중에 성장하여 유출 구멍을 폐색시키는 경우가 있다. 이 때문에, 레이들 내의 1차지 분의 용강을 완전히 연속 주조하지 못 하고, 연속 주조의 중지를 피할 수 없게 되거나, 다른 차지에 걸치는 연연주를 할 수 없게 되거나 하는 등의 문제가 생기고 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적으로 하는 바는, 알루미늄이 무첨가이고, 규소로 탈산되고, 칼슘이 첨가된 용강을 연속 주조하여 주편을 제조하는 강의 연속 주조 방법에 있어서, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍으로의 개재물의 부착 및, 그에 따른 노즐 폐색의 방지와, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 용손 억제 및, 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍으로의 개재물의 부착 방지를 양립시킬 수 있는, 강의 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 알루미늄이 무첨가이고, 규소로 탈산되고, 칼슘이 첨가되어 칼슘을 함유하는 용강을 연속 주조하여 주편을 제조하는 강의 연속 주조 방법으로서, 알루미나-지르코니아-카본질 내화물로 이루어지는 제1 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 레이들에 상기 용강을 수용하고, 마그네시아-스피넬질 내화물로 이루어지는 제2 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 턴디쉬에, 상기 레이들로부터 상기 용강을 주입하고, 상기 제2 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍을 유하하는 용강 중에 불활성 가스를 취입하면서 상기 턴디쉬로부터 주형에 상기 용강을 주입하여, 상기 용강을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조 방법.
[2] 상기 제1 슬라이딩 노즐 플레이트는, 성분 조성으로, Al2O3이 70∼81질량％, SiO2가 10질량％ 이하, ZrO2가 5∼18질량％, 고정 탄소가 3∼10질량％인 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[3] 상기 제2 슬라이딩 노즐 플레이트는, 성분 조성으로, MgO가 89∼97질량％, Al2O3이 4∼7질량％인 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 또는 상기 [2]에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[4] 상기 용강은, 성분 조성으로, 규소가 1.5질량％ 이상, 산가용(acid-soluble) 알루미늄이 0.003질량％ 이하(제로를 포함함), 전(全)칼슘(total calcium)이 0.001질량％ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 [1] 내지 상기 [3] 중 어느 하나에 기재된 강의 연속 주조 방법.
[5] 상기 용강은, 성분 조성으로, 탄소가 0.0050질량％ 이하, 규소가 1.5∼5.0질량％, 망간이 3.0질량％ 이하, 인이 0.2질량％ 이하, 황이 0.0050질량％ 이하, 산가용 알루미늄이 0.003질량％ 이하(제로를 포함함), 전칼슘이 0.001∼0.008질량％인 것을 특징으로 하는, 상기 [4]에 기재된 강의 연속 주조 방법.
본 발명에 의하면, 알루미늄이 무첨가이고, 규소로 탈산된 칼슘 첨가 용강의 연속 주조에 있어서, 개재물의 부착·폐색이 진행되기 쉬운 레이들의 슬라이딩 노즐에서는, 알루미나 주성분의 재질의 슬라이딩 노즐 플레이트를 이용한다. 한편, 용강 중의 개재물 밀도가 레이들 내 용강보다도 적고, 또한, 내용성 향상이 연연주의 차지수 향상에 직결하여, 주형으로의 용강 주입량의 제어를 보다 정밀하게 행하는 것이 요구되는 턴디쉬의 슬라이딩 노즐에 있어서는, 마그네시아 주성분의 재질의 슬라이딩 노즐 플레이트를 이용하고, 또한, 당해 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍을 유하하는 용강 중에 불활성 가스를 취입하면서 주형 내에 용강을 주입한다. 이들에 따라 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍으로의 개재물의 부착 방지 및 노즐 폐색의 방지와, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 용손 억지 및 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍으로의 개재물의 부착 방지를 양립할 수 있어, 연속 주조 중지의 트러블 방지나 연연주의 실시 및 연연주 차지수의 향상이 가능해진다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 용강의 연속 주조 방법은, 알루미늄(Al)이 무첨가이고, 규소(Si)로 탈산되고, 칼슘(Ca)이 첨가되어 칼슘을 함유하는 용강을 연속 주조하여 주편을 제조하는 강의 연속 주조 방법으로서, 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2)-카본(C)질 내화물로 이루어지는 제1 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 레이들에 용강을 수용하고, 마그네시아(MgO)-스피넬(MgAl2O4)질 내화물로 이루어지는 제2 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 턴디쉬에, 레이들로부터 용강을 주입하고, 제2 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍을 유하하는 용강 중에 불활성 가스를 취입하면서 턴디쉬로부터 주형 내에 용강을 주입한다.
우선, 본 발명에 있어서의 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트(이하, 간단히 「플레이트」라고도 기재함)의 재질의 선정 이유에 대해서 설명한다.
통상, 용강 중의 칼슘은, 용강 중, 슬래그 중 및, 내화물 중의 Al2O3과 반응하여, CaO-Al2O3계 산화물을 형성한다. 이 CaO-Al2O3계 산화물은, 그의 융점이 용강 온도보다도 낮아지는 조성을 취할 수 있다. 따라서, 칼슘 첨가강을, 알루미나를 주성분으로 하는 재질의 슬라이딩 노즐 플레이트를 이용하여 연속 주조하면, 용강과 플레이트의 접촉부(예를 들면, 유출 구멍)에서 용강 중의 칼슘이 플레이트 중의 Al2O3과 반응하여, CaO-Al2O3계의 저융점 산화물을 형성하고, 또한, 칼슘 처리에서 생성되어 용강 중에 현탁하는 CaO-Al2O3 개재물이 플레이트에 부착되어 플레이트 중의 Al2O3과 반응하여, CaO-Al2O3계의 저융점 산화물을 형성한다. 이 CaO-Al2O3계의 저융점 산화물의 형성에 의해 플레이트가 용손된다.
한편, 용강 중의 칼슘 및 칼슘 처리에 의해 생성된 CaO-Al2O3이, 플레이트 중의 MgO와 반응하여 형성하는 CaO-MgO계 산화물이나 CaO-Al2O3-MgO계 산화물은, CaO-Al2O3계 산화물과 비교하여 융점이 높고, 그 융점은 대부분의 경우, 용강 온도보다도 높다. 따라서, 칼슘 첨가강을, 마그네시아를 주성분으로 하는 재질의 플레이트를 이용하여 연속 주조해도 플레이트의 용손은 생기기 어렵다.
그러나, 연속 주조 중은 용강이 플레이트의 유출 구멍에 접촉하면서 통과해 가기 때문에, 플레이트의 유출 구멍에 접촉한 용강은 국소적으로 냉각된다. 그 때, 용강 중에 현탁하는 개재물이, 플레이트의 유출 구멍에 부착되어 고결(solidify)하는 경우가 있다. 그리고, 개재물의 부착이 일단 시작되면, 이를 기점으로 하여, 후속의 용강 중에 현탁하는 개재물도 이 부분에 접촉했을 때에 응집 고결하고, 결국은 노즐이 폐색되어, 용강 주입을 계속할 수 없는 상태까지, 개재물의 부착 성장이 진행되어 간다.
그래서, 본 발명에서는, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트인 제1 슬라이딩 노즐 플레이트에, 마그네시아를 주성분으로 하는 플레이트를 사용하지 않고, 알루미나-지르코니아-카본질 내화물을 이용하여, 플레이트 유출 구멍으로의 개재물의 부착·고결을 방지한다.
제1 슬라이딩 노즐 플레이트에, 알루미나-지르코니아-카본질 내화물을 이용함으로써, 용강 중의 칼슘이나 칼슘 처리에 의해 생성되어 용강 중에 현탁하는 CaO-SiO2 개재물(본 발명에서는, 알루미늄이 무첨가이고 규소 킬드임)이, 플레이트중의 Al2O3과 반응함으로써, 플레이트가 적당히 용손된다. 슬라이딩 노즐 플레이트가 적당히 용손됨으로써, 용강 중의 개재물은, 플레이트의 유출 구멍으로 부착되어도 플레이트에 고결하지 않고 분리한다.
또한, 용강 중의 칼슘이나 CaO-SiO2 개재물과 플레이트 중의 Al2O3의 반응에 의해, 플레이트가 과도하게 용손되는 것이 우려된다. 그러나, 알루미늄이 무첨가이고 규소 탈산되는 칼슘 첨가 강종에서는, 통상의 알루미늄 탈산-칼슘 첨가강보다도 용강 중의 칼슘의 활량이 낮기 때문에, 용강 중의 칼슘과 플레이트 중의 Al2O3의 반응은 온화해진다. 이 때문에, 플레이트의 과도한 용손은 생기지 않는다. 게다가, 후술하는 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트와는 달리, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트는, 연연주의 경우라도 적어도 1차지분의 레이들 내 용강을 턴디쉬에 주입하는 기간만큼 내용할 수 있으면 좋기 때문에, 조업에 지장을 미치는 일은 없다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 재질의 선정 이유에 대해서 서술한다.
본 발명에서는, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트인 제2 슬라이딩 노즐 플레이트에 마그네시아-스피넬질 내화물을 이용한다. 전술과 같이, 알루미나를 주성분으로 하는 재질의 플레이트를 이용한 경우에는, 용강 중의 칼슘이나 CaO-SiO2 개재물이 플레이트 중의 Al2O3과 반응하여, 플레이트가 용손된다. 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트는, 주형으로의 용강 주입량의 제어를 보다 정밀하게 행할 필요가 있기 때문에, 플레이트의 용손은 소량이었다고 해도 피할 필요가 있다. 즉, 알루미나를 주성분으로 하는 재질의 플레이트는 턴디쉬에는 부적합하다.
한편, 제2 슬라이딩 노즐 플레이트에 마그네시아-스피넬질 내화물을 이용함으로써, 플레이트 유출 구멍으로의 개재물의 부착이 우려된다. 그러나, 용강 중의 개재물의 일부는 레이들 내나 턴디쉬 내에서 부상 분리되어 있어, 용강 중의 개재물량이 감소하고 있는 것에 더하여, 턴디쉬의 플레이트 유출 구멍을 유하하는 용강 중에 불활성 가스의 취입을 행하여, 플레이트 유출 구멍의 내면을 세정함으로써, 플레이트 유출 구멍으로의 개재물의 부착이 억제된다. 이 때문에, 턴디쉬의 플레이트에 마그네시아를 주성분으로 하는 재질의 플레이트를 사용해도 유출 구멍의 폐색은 생기지 않고, 연연주 차지수의 향상이 가능해진다. 턴디쉬의 플레이트 유출 구멍을 유하하는 용강 중에 불활성 가스를 취입하는 방법은, 슬라이딩 노즐의 상방에 설치되는 상 노즐로부터 불활성 가스를 취입해도 좋고, 또한, 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍 내면으로부터 취입해도 좋다.
본 발명에 있어서의 「알루미나-지르코니아-카본질 내화물」은, 적어도 「알루미나(Al2O3)」, 「지르코니아(ZrO2)」, 「고정 탄소」를 성분 조성으로서 포함하고 있으면 좋다. 그리고, 레이들의 슬라이딩 노즐에 이용하는 제1 슬라이딩 노즐 플레이트로서는, 성분 조성으로, Al2O3이 70∼81질량％, SiO2가 10질량％ 이하, ZrO2가 5∼18질량％, 고정 탄소가 3∼10질량％인 것이 바람직하다.
여기에서, Al2O3의 함유량이 70질량％보다 적으면, 적당한 용손성이 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 않다. 한편, Al2O3의 함유량이 81질량％보다 많으면 용손이 지나치게 커지기 때문에 바람직하지 않다.
ZrO2의 첨가에 의해, 용강 중 칼슘에 대한 플레이트의 내식성이 향상한다. 단, ZrO2의 함유량이 지나치게 많으면 스포링(spalling)을 일으키기 쉬워지기 때문에, ZrO2의 범위는 5∼18질량％로 하는 것이 바람직하다.
SiO2는, ZrO2를 첨가할 때에, ZrO2의 원료에 불가피적으로 포함되는 성분이다. SiO2가 10질량％ 이하이면 특성에 영향을 미치지 않기 때문에, SiO2의 함유량은 10질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
고정 탄소(Fixed Cabon)가 되는 원료는, 예를 들면 그래파이트이다. 그 외, 카본 블랙이나 피치(pitch) 등을 사용할 수 있다. 그래파이트 등의 첨가에 의해, 내화물의 내스포링성이 개선된다. 한편, 고정 탄소의 첨가량이 지나치게 많으면, 용강 중의 산소와 고정 탄소 중의 C가 반응하여 CO 가스로서 이탈하여, 플레이트에 기공(pores)을 형성한다. 이 때문에, 고정 탄소의 함유량은 3∼10질량％로 하는 것이 바람직하다.
턴디쉬의 슬라이딩 노즐에 이용하는 제2 슬라이딩 노즐 플레이트로서는, 성분 조성으로, MgO가 89∼97질량％, Al2O3이 4∼7질량％인 것이 바람직하다.
여기에서, MgO가 89질량％보다 적으면, 내식성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. MgO가 97질량％보다 많으면, 내스포링성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, MgO의 원료로서는, MgO의 순도가 95질량％ 이상의 소결 마그네시아 또는 전융(electrically fused) 마그네시아를 이용하는 것이 바람직하다. 순도가 95질량％보다 낮으면, 불순물에 의해 저융점물이 생기기 쉬워져, 내식성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.
제2 슬라이딩 노즐 플레이트에 함유되는 Al2O3은, 플레이트의 원료로서 스피넬을 이용함으로써 포함되는 성분이다. 스피넬은, MgO와 Al2O3이 등몰(same number of moles)로 화합한 화합물이고, MgO측과 Al2O3측에 고용도(solid solubilities)를 갖는다. 즉, 본 발명에 있어서의 「마그네시아-스피넬질 내화물」은, 적어도 「마그네시아(MgO)」, 「스피넬(MgAl2O4)」을 성분 조성으로서 포함하고 있으면 좋고, 그 외에, 고정 탄소를 포함해도 좋다. 본 발명에 이용하는 스피넬 원료로서는, Al2O3과 MgO의 함유량이 95질량％ 이상이고, MgO가 10∼50질량％인 것을 이용한다. 또한, 소결 스피넬 또는 전융 스피넬의 어느 쪽이라도 스피넬 원료로서 이용할 수 있다.
스피넬을 원료로서 이용함으로써, 내화물의 내스포링성이 개선된다. 스피넬의 배합량이 적고, Al2O3 함유량이 4질량％ 미만이 되면, 스피넬에 의한 내스포링성 향상 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 스피넬의 배합량이 많고, Al2O3 함유량이 7질량％를 초과하면, 내식성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.
고정 탄소가 되는 원료는, 예를 들면 그래파이트이다. 그 외, 카본 블랙이나 피치 등을 사용할 수 있다. 고정 탄소는 마그네시아상이나 스피넬상과 혼합되어 존재한다. 그래파이트 등의 첨가에 의해, 내화물의 내스포링성이 개선된다. 단, 고정 탄소의 첨가량이 지나치게 많으면, 용강 중의 산소(O)와 고정 탄소 중의 탄소(C)가 반응하여 CO 가스로서 이탈하여, 슬라이딩 노즐 플레이트에 구멍을 형성한다. 이 때문에, 고정 탄소의 함유량은 1∼5질량％로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명자는, 상기의 검토 결과를, 이하에 기재하는 실험실 실험에 기초하여 얻었다.
표 1에 나타내는 수준 1의 슬라이딩 노즐 플레이트(마그네시아 주성분: 마그네시아-스피넬질 내화물) 및, 수준 2, 수준 3의 슬라이딩 노즐 플레이트(알루미나 주성분: 알루미나-지르코니아-카본질 내화물)의 각각으로부터 시험편을 잘라내고, 규소로 탈산한 칼슘 첨가 용강에 침지하는 실험을 행했다. 침지 시간은 30분, 시험편의 회전 속도는 300rpm이다.
실험 후, 각 시험편의 용강 접촉 계면을 SEM 관찰 및 EPMA 분석하여, CaO-SiO2계 개재물의 부착 두께를 조사했다. 조사 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 수준 1(마그네시아 주성분)에서는, CaO-SiO2계 개재물의 부착이 진행되었다. 한편, 수준 2(알루미나 주성분) 및 수준 3(알루미나 주성분)에서는, CaO-SiO2계 개재물의 부착은 보이지 않았다.
용강 중에 존재하는 CaO-SiO2계 개재물은 시험편 표면에 일단 부착되지만, 알루미나 주성분의 재질의 시험편에서는, CaO-SiO2계 개재물과 시험편 중의 Al2O3 성분이 반응하여, 용강 온도에서 액상 상태의 반응 생성물이 형성됨으로써, CaO-SiO2계 개재물의 부착이 계속해서 진행되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트를 알루미나 주성분의 재질로 함으로써, 연속 주조의 조업 시에, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트에 있어서 과제가 되는 플레이트 유출 구멍의 폐색 트러블의 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 따른 용강의 연속 주조 방법은, 용강의 성분 조성으로, 규소(Si)가 1.5질량％ 이상, 산가용 알루미늄(sol.Al)이 0.003질량％ 이하(제로를 포함함), 전칼슘(total calcium)(T.Ca)이 0.001질량％ 이상인 용강의 연속 주조에 적용하면 적합하다. 여기에서, 전칼슘이란, 용강에 용해되어 있는 칼슘과 용강 중의 개재물에 포함되어 있는 칼슘의 합이다.
또한, 본 발명에 따른 용강의 연속 주조 방법은, 용강의 성분 조성으로, 탄소가 0.0050질량％ 이하, 규소가 1.5∼5.0질량％, 망간이 3.0질량％ 이하, 인이 0.2질량％ 이하, 황이 0.0050질량％ 이하, 산가용 알루미늄이 0.003질량％ 이하(제로를 포함함) 및, 전칼슘이 0.001∼0.008질량％인 용강의 연속 주조에 적용하는 것이, 더욱 적합하다. 더하여, 당해 용강이, 무방향성 전자 강판의 소재가 되는 용강인 것이 바람직하다.
무방향성 전자 강판의 화학 성분을 상기와 같이 규정한 이유는, 이하와 같다.
탄소(C); 0.0050질량％ 이하
탄소는, 자기 시효(magnetic aging)를 일으켜 철손(iron loss)을 증가시키는 원소로서, 특히, 0.0050질량％를 초과하면, 철손의 증가가 현저해지는 점에서, 0.0050질량％ 이하로 제한한다. 바람직하게는 0.0030질량％ 이하이다. 또한, 하한에 대해서는, 적을수록 바람직하기 때문에, 특별히 규정하지 않는다.
규소(Si); 1.5∼5.0질량％
규소는, 강의 전기 저항을 높여 철손을 저감하는 데에 유효한 원소이다. 특히, 본 발명에서는, 규소와 동일한 효과를 갖는 알루미늄을 저감하고 있기 때문에, 규소를 1.5질량％ 이상 함유시킨다. 그러나, 규소가 5.0질량％를 초과하면, 자속 밀도가 저하할 뿐만 아니라, 강이 취화하여, 냉간 압연 중에 균열을 일으키는 등, 제조성을 크게 저하시킨다. 따라서, 상한은 5.0질량％로 한다.
망간(Mn); 3.0질량％ 이하
망간은, 규소와 마찬가지로, 강의 전기 저항을 높여 철손을 저감하는 데에 유효한 원소이다. 한편, 망간이 3.0질량％를 초과하면, 자속 밀도가 저하하기 때문에, 상한은 3.0질량％로 한다. 보다 바람직하게는 망간을 0.05질량％ 이상 함유시킨다.
산가용 알루미늄(sol.Al); 0.003질량％ 이하(제로를 포함함)
알루미늄은, 규소와 마찬가지로, 강의 전기 저항을 높여 철손을 저감하는 데에 유효한 원소이지만, 본 발명에 있어서는, 집합 조직을 개선하여, 자속 밀도를 높이는 목적으로부터, 알루미늄을 저감하고, 산가용 알루미늄으로 0.003질량％ 이하로 제한한다. 하한에 대해서는, 적을수록 바람직하기 때문에, 특별히 규정하지 않는다.
인(P); 0.2질량％ 이하
인은, 미량의 함유량으로 강의 경도를 높이는 효과가 큰 유용한 원소로서, 요구되는 경도에 따라서 적절히 함유시킨다. 그러나, 인의 과잉한 함유는, 냉간 압연성의 저하를 초래하기 때문에, 인의 상한은 0.2질량％로 한다.
황(S); 0.0050질량％ 이하
황은, 황화물이 되어 개재물을 형성하여, 제조성(열간 압연성)이나 제품 강판의 자기 특성을 저하시키기 때문에, 적을수록 바람직하다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 상한은 0.0050질량％까지 허용되지만, 자기 특성을 중시하는 경우에는, 0.0025질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 황은 적을수록 바람직하기 때문에, 하한은 특별히 규정하지 않는다.
전칼슘(T.Ca); 0.001∼0.008질량％
칼슘은, CaS가 되어 조대한 황화물을 형성하여, MnS 등의 미세한 황화물의 석출을 억제하기 때문에, 결정립의 성장을 개선하여 철손을 저감하는 효과가 있다. 이 때문에, 전칼슘은 0.001질량％ 이상으로 한다. 한편으로, 전칼슘이 0.008질량％를 초과하면, 칼슘의 황화물이나 산화물의 양이 증가하여 결정립의 성장을 저해하여, 오히려 철손 특성이 저하한다. 따라서, 전칼슘의 상한을 0.0080질량％로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍으로의 개재물의 부착 방지 및 노즐 폐색의 방지와, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트의 용손 억제 및 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍으로의 개재물의 부착 방지를 양립할 수 있어, 연속 주조 중지의 트러블 방지나 연연주의 실시 및 연연주 차지수의 향상이 가능해진다.
실시예
표 1에 나타내는 수준 1의 재질의 플레이트(마그네시아 주성분) 및, 수준 2또는 수준 3의 재질의 플레이트(알루미나 주성분)를 레이들의 슬라이딩 노즐 및 턴디쉬의 슬라이딩 노즐에 이용하여, 알루미늄이 무첨가이고, 규소로 탈산한 칼슘 첨가 용강(용강량은 1차지 250톤)의 연속 주조를 행했다. 칼슘 첨가 용강의 성분은, 탄소가 0.0050질량％ 이하, 규소가 3.5∼5.0질량％, 망간이 3.0질량％ 이하, 인이 0.02질량％ 이하, 황이 0.0010질량％ 이하, 산가용 알루미늄이 0.003질량％ 이하 및, 전칼슘이 0.001∼0.003질량％이다.
레이들의 슬라이딩 노즐에 마그네시아 주성분의 재질의 플레이트를 적용하고, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐에 알루미나 주성분의 재질의 플레이트를 적용한 경우(종래 방식 1), 레이들의 슬라이딩 노즐 및 턴디쉬의 슬라이딩 노즐의 양쪽에 마그네시아 주성분의 재질의 플레이트를 적용한 경우(종래 방식 2), 레이들의 슬라이딩 노즐에 알루미나 주성분의 재질의 플레이트를 적용하고, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐에 마그네시아 주성분의 재질의 플레이트를 적용한 경우(본 발명 방식)에 대해서, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐의 내용수(연연주의 차지수) 및 레이들의 슬라이딩 노즐 폐색 트러블 발생률을 비교하는 시험을 실시했다. 시험 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 수준 2의 재질의 플레이트와 수준 3의 재질의 플레이트에서, 시험 결과에 차이는 보이지 않고, 표 3은 수준 2의 재질의 플레이트를 사용했을 때의 결과이다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 종래 방식 1에서는, 턴디쉬의 알루미나 주성분의 재질의 슬라이딩 노즐 플레이트가 용강 중 칼슘에 의해 용손되어, 연연주의 차지수는 2차지였다. 또한, 레이들의 슬라이딩 노즐에서는, CaO-SiO2계 개재물의 부착에 의한 폐색 트러블이, 차지수의 4％ 정도의 비율로 발생했다.
종래 방식 2에서는, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트에 고내식성의 마그네시아 주성분의 재질의 플레이트를 이용함으로써, 연연주의 차지수는 5차지까지 향상했다. 한편, 레이들의 슬라이딩 노즐에서는, 종래 방식 1과 마찬가지로 CaO-SiO2계 개재물의 부착에 의한 폐색 트러블이, 차지수의 4％ 정도의 비율로 발생했다.
본 발명 방식에서는, 레이들의 슬라이딩 노즐 플레이트로서, 용강 중의 CaO-SiO2계 개재물과 액상의 반응 생성물을 일으키는 알루미나 주성분의 재질의 플레이트를 적용함으로써, 레이들의 슬라이딩 노즐에 있어서의 개재물 폐색 트러블의 발생을 해소할 수 있었다.
또한, 턴디쉬의 슬라이딩 노즐 플레이트에서는, 레이들 및 턴디쉬에 있어서의 개재물 부상 분리 효과 및, 턴디쉬의 플레이트 유출 구멍을 유하하는 용강으로의 불활성 가스 취입에 의한 세정 효과에 의해, 개재물의 부착이 억제되어 있고, 마그네시아 주성분의 재질의 플레이트를 적용함으로써, 연연주의 차지수는 5차지까지 향상했다.
Claims (5)
- 알루미늄이 무첨가이고, 규소로 탈산되고, 칼슘이 첨가되어 칼슘을 함유하는 용강을 연속 주조하여 주편을 제조하는 강의 연속 주조 방법으로서,
알루미나-지르코니아-카본질 내화물로 이루어지는 제1 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 레이들에 상기 용강을 수용하고,
마그네시아-스피넬질 내화물로 이루어지는 제2 슬라이딩 노즐 플레이트로 구성되는 슬라이딩 노즐이 설치된 턴디쉬에, 상기 레이들로부터 상기 용강을 주입하고,
상기 제2 슬라이딩 노즐 플레이트의 유출 구멍을 유하하는 상기 용강 중에 불활성 가스를 취입하면서 상기 턴디쉬로부터 주형에 상기 용강을 주입하고,
상기 용강을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 슬라이딩 노즐 플레이트는, 성분 조성으로, Al2O3이 70∼81질량％, SiO2가 10질량％ 이하, ZrO2가 5∼18질량％, 고정 탄소가 3∼10질량％인 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 슬라이딩 노즐 플레이트는, 성분 조성으로, MgO가 89∼97질량％, Al2O3이 4∼7질량％인 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용강은, 성분 조성으로, 규소가 1.5질량％ 이상, 산가용 알루미늄이 0.003질량％ 이하(제로를 포함함), 전(total)칼슘이 0.001질량％ 이상인 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 용강은, 성분 조성으로, 탄소가 0.0050질량％ 이하, 규소가 1.5∼5.0질량％, 망간이 3.0질량％ 이하, 인이 0.2질량％ 이하, 황이 0.0050질량％ 이하, 산가용 알루미늄이 0.003질량％ 이하(제로를 포함함), 전칼슘이 0.001∼0.008질량％인 것을 특징으로 하는, 강의 연속 주조 방법.
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