KR930006636B1 - 연속주조용 무불소 발열성 용제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연속주조용 무불소 발열성 용제 및 그 제조방법

본 발명은 연속주조에 사용되는 용제(moold flux)에 관한 것으로, 특히 주형(mold)내에서의 용융과정중에 발열반응을 일으키는 불소 화합물을 전형 함유하지 않은 연속주조용 무불소 용제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상 연속주조용 용제는 기재(base material), 용제(flux), 골재(carbon)등으로 구성되어 있고, 융제로는 주로 CaF₂, NaF, Na₃AlF₆등의 불소화합물이 사용되어 왔는데 이러한 불소화합물은 다음과 같은 반응을 한다.

즉, 주형내 용융과정에서 불소화합물 CaF₂등은 Na⁺와 반응하여 NaF를 생성시키고,

CaF₂+2Na⁺→2NaF₂+Ca²⁺

상기 생성된 NaF는 2차 냉각수에 융해되어 HF로 변화한다.

ZNaF+H₂O→2HF+Na₂O

이와같이 불소화합물의 반응에서 HF가 생성됨으로써 2차 냉각수는 산성화 되고, 이로 인하여 2차 냉각수와 접촉하는 롤(roll)과 롤지지대, 노즐 및 배관등의 금속제 구조물 혹은 콘크리트의 부식으로 인한 손상이 가중되므로 관련설비의 사용년수는 크게 감소하게 되고 또, 산성인 불소함유 배출수룰 유발시켜 환경보전측면에 있어서도 악영향을 미치게 된다.

또한, 주형내의 투입, 용융되는 과정에서 용제의 용융특성에 의하여 용강으로부터 열을 흡수하므로 열을 빼앗긴 주형상부에서 응고셀(shell)의 끝부분이 길게 형성되고, 주형내 요앙중에서 부상하는 Ar가스 및 기타 기포, 비금속 개재물이 응고쉘의 끝부분에 포집될 가능성이 증가하므로 주편 표층부의 결함 즉, 호울(hole)성 결함, 개재물성 결함이 발생하고 이 결함들은 최종제품에서의 결함으로 나타나게 되는데, 이러한 결함은 배앗긴 열에 따라 비례적으로 증가하게 된다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 종래에도 용제내에 불소화합물을 전혀 사용하지 않은 무불소 용제, 용제중에 발열성 원료와 산화제를 첨가한 발열성 용제가 각각 개발되어 있으나, 이들은 상기 두가지 문제점 중한쪽밖에 해결하기 못하였고, 발열성 용제의 경우 주조하는 동안의 물성변화로 슬래그 베어(slag bear)가 다량 생기는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 용제가 갖는 제반결점들을 제거하고자 발명한 것으로, 관련 부식을 방지하고 용강보온기능을 대폭 증강시킴으로써 주형상부에서의 응고쉘 끝부분을 보다 짧게 형성시키게 되어 용강중에서 부상하는 Ar가스 및 기타 기포, 비금속 개재물이 응고쉘 끝부분에 포집될 가능성을 줄여 주편표층부의 호울성 결함과 개재물성 결함을 대폭 감소시킬 수 있는 용제 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적은 불소화합물을 전혀 사용하지 않고 융제로서 불소화합물 대신 그와 유사한 기능을 가진 B₂O₃화합물을 사용하며, 용제가 주형 내에서 용융되는 과정주에 발열반응을 일으키도록 Si-메탈(Metal), Fe-Si등의 발열성 원료와 발열반응을 촉진시키기 위한 밀 스케일(Mill scale)등의 산화제를 첨가함으로써 달성될 수 있다.

이하, 본 발명 연속주조용 무불소 발열성 용제 및 그 제조방법을 설명한다.

본 발명 무불소 발열성 용제는 B₂O₃6-9Wt%와 MgO 10-15Wt%, 염기도(Basicity : CaOWt%/SiO₂Wt%) 0.6-1.0, Al₂O₃1-5Wt%, 탄소 0.5-0.6Wt% 및 Fe-Si, Si-Metal 5-15Wt%의 조성으로 이루어지며, 이들 성분들의 자유에너지 변화는 표 1과 같다.

[표 1]

자유에너지(Free energy)의 변화표

상기 성분중 불소 대체원료로 사용되는 B₂O₃는 6Wt%미만일 경우 점도 감소 효과가 적고 9Wt%이상이면 용융점 감소가 너무 커지므로 6-9Wt%가 이상적이며, MgO는 10-15Wt% 범위내에서 점도 감소 효과가 가장 크고 이 범위를 벗어나면 점도가 증가하게 된다. 또한 염기도는 0.6이하이면 점도치가 너무 높고, 1.0이상이면 주형내 용융된 상태에서 염기도가 급상승하여 결정화 경향을 크게 촉진시키므로 0.6-1.0의 범위로 한정한다. Al₂O₃는 점도 감소 효과를 최대로 하기 위하여 1-5Wt%로 제한하였고, 탄소는 0.5Wt%미만시에는 용융속도가 너무 빨라 용융 슬래그층(slag plool)이 과다하게 형성되고 6.0Wt%이상이며 용융이 지연되어 용융 슬래그층이 거의 형성되지 않아 주편 품질의 열화를 초래하므로 0.5-6.0Wt%범위로 첨가하였다. 또한, 연속주조용 용제가 주형내에서 용융과정중 발열반응을 일으키도록 하기 위하여 Fe-Si, Si-메탈을 5-15Wt% 범위로 첨가하였다. 이 범위에서 600-1100cal/g의 적정 발열량이 나타나게 되며, 만양 발열량이 600cal/g 이하이면 발열반응에 의한 주편 표층부의 결함방지효과가 없어지고 1100cal/g 이상이면 주형내에서 용융시 덩어리를 형성하는 경향이 나타난다. 또한 본 발명 무불소 발열성 용제는 결정수의 함량이 2% 미만인 구형과립형상을 갖도록 하는데, 만약 결정수의 함량이 2% 이상일 경우에는 불안정한 용융으로 주편 품질이 열악하게 된다.

한편, 본 발명의 B₂O₃원료로는 붕사(Borax) 또는 회붕석(cole-manite)을 사용하는데, 이들 원료에는 다량의 결정수가 포함되어 있어서 직접 사용하게 되면 불안정한 용융 및 열악한 주편 품질을 초래하게 되므로 결정수 제거를 위한 원료 사전처리가 필요하다. 즉, 붕사 또는 회붕석을 900-1200℃로 소성 및 용융처리하거나 SiO₂-CaO-Al₂O₃계 원료인 규회석과 적정비율로 혼합한 후 900-1200℃로 소성 및 용융처리하면 되는데, 900℃이하로 처리할 경우 결정수의 완전제거가 곤란하고 1200℃이상일 경우에는 소성상의 문제점이 있으므로 온도 관리가 중요하다.

다음으로 실시예를 통해 본 발명 무불소 발열성 용제의 제조방법을 설명한다.

[실시예]

먼저 붕사 또는 회붕석을 선정하여 900-1200℃로 소성 및 용융처리하거나 SiO₂-CaO-Al₂O₃계 원료인 규회석과 적정비율로 혼합한 후 소성 및 용융처리하여 B₂O₃를 조제한다. 다음으로 조제된 B₂O₃에 Al₂O₃와 MgO 및 탄소를 첨가한 후 다시 Si-메탈(Metal)이나 Fe-Si등의 발열성 원료와 발열성 원료와 밀 스케일(Mill sacale)등의 산화제를 첨가하여 구형과립의 무불소 발열성 용제를 제조하였다.

제조된 무불소 발열성 용제는 염기도(CaOWt%/SiOWt%) 0.80, Al₂O₃, 1.20Wt%, Fe₂O₃10.8Wt%, Na₂O+K₂O+Li₂O 6.8 Wt%, 총(total) 탄소 5.8Wt%의 조성을 가지며, 겉보기 비중이 0.85g/ml, 용융점 1060℃의 물리적 특성을 갖게 된다. 이 구형과립형의 무불소 발열성 용제를 연속주기의 주형에 투입하여 종래의 사용품인 염기도 1.0 Al₂O₃4.2Wt%, F 7.8%, NawO+K₂0+Li₂O 15Wt% 총 탄소 4.4Wt% 겉보기 밀도 0.70g/㎖, 용융점 1020℃의 용제의 경우와 비교한 결과다음 표 2와 같은 결고를 얻었다.

[표 2]

종래 용제와 본 발명 용제와의 특성비교

표 2에 의하면 본 발명의 주편 표층부의 호울성 결함지수가 종래의 것에 비하여 반으로 줄어들고, 2차 냉각수의 pH도 중성임을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 방법에 의해 제조된 연속주조용 무불소 발열성 용제는 불소화합물을 사용하지 않으므로 2차 냉각수의 pH가 중성을 유지하여 관련 설비의 부식을 방지하게 되므로 설비의 장수명화를 도모하고, 발열성 원료 및 산화제의 첨가로 용융과정중 발열효과를 나타내어 용강보온기능이 대폭 증강되어 주형 상부에서의 응고쉘 끝부분(Meniscus Hook)을 보다 짧게 형성시키게 되므로 용강중에서 부상하는 Ar가스 및 기타 기포, 비금속 개재물이 응고쉘 끝부분에 포집될 가능성이 줄이게 되어 주편 표층부의 호울성 결함과 개재물성 결함을 대폭 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 뿐만아니라 슬래그 베어(Slag bear)발생 문제점도 물성변화 억제효과가 있는 B₂O₃화합물의 사용으로 해소시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 붕사(Borx) 또는 회붕석(Colemanite)을 선정하여 900-1200℃로 소성 및 용융처리하거나 SiO₂-CaO-Al₂O₃계 원료인 규회석(Wollastonite)과 적정비율로 혼합한 후 900-1200℃로 소성 및 용융처리하여 B₂O₃를 조제하고, 조제한 B₂O₃에 Al₂O₃와 MgO 및 탄소를 첨가한 후 다시 Si-메탈(Metal), Fe-Si등의 발열성 원료와 발열반응을 촉진시키기 위한 밀 스케일(Mill sacale)등의 산화제를 첨가하여 전체 수분함량을 상온에서 2%미만으로 유지하도록 과립화하는 연속주조용 무불소 발열성 용제 및 그 제조방법.
2. 무불소 용제가 B₂O₃6-9Wt%와 MgO 10-15Wt%, Al₂O₃1-5Wt%, 염기도(CaOWt%/SiO₂Wt%) 0.6-1.0, 총 탄소 0.5-0.6Wt% 및 Fe-Si, Si-메탈 5-15Wt%의 조성물로된 연속주조용 무불소 발열성 용제.