KR940008456B1 - 투피스캔용 저탄소강의 알루미나계 개재물 저감방법 - Google Patents

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Description

투피스캔용 저탄소강의 알루미나계 개재물 저감방법

본 발명은 식음료의 포장용기로 사용되는 탄소량 0.03∼0.07%의 투피스캔(Two-Piece Can)용 블랙 플레이트(Black Plate ; 석도원판) 저탄소강에 관한 것으로서, 보다 상세히는 투피스캔용 저탄소강중의 제강성 알루미나(Alumina : Al₂O₃) 비금속개재물을 저감시키는 방법에 관한 것이다.

탄산음료, 쥬스, 맥주등의 식음료 포장용기로 사용이 증가되고 있는 투피스캔은 지금까지 주로 알미늄(Aluminium)으로 제조되어 왔으나, 최근에는 원가상승으로 저렴한 스틸(Steel)로 제조하기 위한 기술개발에 주력하고 있다.

그러나, 스틸로 투피스캔을 제조하기 위해서는 투피스캔 제관시 프렌지 크랙을 유발시키는 비금속개재물, 특히 주조중 또는 응고중에 대량 함유되는 알루미나 개재물의 제거가 가장 중요하다.

이와 같이 문제가 되는 알루미나 개재물 기원은 용강중의 산소를 제거하기 위하여 투입하는 알미늄이 산소와 반응하여 알루미나를 생성시키고(2Al+3O+Al₂O₃), 잔여 알미늄은 용존알미늄(Soluble Aluminium)으로써 존재하면서 대기, 슬래그(Slag) 및 레이들 내화물(Ladle Refractory) 벽으로부터 공급되는 기체산소에 의해 재산화되어 2차적인 알루미나 개재물을 생성시키게 되는 것으로 판단된다.

따라서, 용강중의 알루미나 개재물 생성을 억제하기 위해서는 용강에 알루미늄 투입에 의한 탈산처리방법 및 슬래그의 조성에 대한 제어가 필요하다.

지금까지 용강의 탈산방법은 전로출강시의 종점산소 700-1000ppm 상태에서 탈산 및 용존알미늄량을 확보할 수 있는 1차탈산과 가스교반단계에서 알미늄의 부족량을 보충하는 2차 알미늄 투입 그리고 RH 진공탈가스처리시에서 최종 보충하는 3차 알미늄 투입으로 이루어져 왔으며, 또한 레이들 슬래그 조성에 대해서는 FeO와 MnO량이 15-27%, 염기도(CaO/SiO₂)가 3-4, 알루미나가 15-25%의 범위를 유지토록 제어하였다.

그러나, 알루미나계 개재물량을 감소시키기 위해서 1차적으로 강중의 산소량을 제어하는 것이 필요하나, 종래에는 종점산소 관리를 700-1000ppm으로 하므로서 출강단계에서 강중의 종점산소량이 높을 뿐만 아니라, 특히, 알루미늄 투입공정을 종전방법과 같이 출강-가스교반-RH의 3단계로 하는 경우 RH 다음 공정이 주조작업이기 때문에 개재물의 부상분리할 수 있는 시간적 여유가 부족하여 미처 부상제거가 되지 못한채로 주편으로 제조되어 많은 량의 개재물을 잔존시키게 되어 2차적인 산화개재물이 형성되는 문제점이 있었다.

또한, 슬래그중(FeO+MnO)는 용강중으로 산소를 공급하는 저해요인으로 작용하여 용존알미늄을 재산화시키므로써 알루미나 개재물을 재생성시키게 되므로 강중에 소형개재물을 다량 발생시키는 요인이 되어 왔다.

이러한 소형개재물들은 주조중 또는 응고중에 알루미나 클러스터(Al₂O₃Cluster) 형태로 되기도 하여 투피스캔 제관시에 프랜지크랙을 유발시키는 주원인이 되므로 산화물성 개재물(Al₂O₃, MnO, SiO₂, CaO등)중의 산소총량인 전산소량으로 청정도록 평가하여 제관시의 프랜지크랙 발생율을 예측하게 되는데 종전의 전산소량은 20-30ppm 수준으로써 투피스캔용으로는 프랜지크랙 발생율이 높기 때문에 적합한 소재가 되지 못하였다.

이예, 본 발명자는 탄소량 0.03-0.07%의 저탄소강을 투피스캔용 소재로 사용하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 탄소량 0.03-0.07%의 저탄소 블랙플레이크재에 있어서 전로종점산소량과 레이들 슬래그의 염기도, 그리고 슬래그중 Al₂O₃와(FeO+MnO)량 및 알미늄 투입방법을 적절히 제어함으로써, 경제적이고 안정적으로 강중 전산소량을 12ppm 이하로 저감하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 탄소량 0.03-0.07%의 투피스캔용 블랙플레이트 저탄소강을 제조함에 있어서, 전로내의 용강을 종점산소량이 650ppm 이하가 되도록 조절하여 레이들로 출강하고, 이 출강단계에서 알미늄(Al)을 1회 투입하고, 레이들 슬래그의 염기도(CaO/SiO₂)를 5-8로, 레이들 슬래그중 Al₂O₃량을 40-50%로, 그리고 레이들 슬래그중(FeO+MnO)량을 3% 이하로 조절하여 레이들 정련하므로서 투피스캔용 저탄소강의 알루미나 개재물을 저감시키는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

강중의 알루미나 개재물의 생성기원으로는 탈산 및 용존알미늄 조정용으로 투입되는 알미늄이 강중에 산소와 반응하여 생성된 1차탈산 생성물(2Al+3O=Al₂O₃)과 슬래그중의(FeO+MnO)로부터 공급된 산소가 용존알미늄을 재산화시켜 생성된 2차 재산화생성물을 들 수 있으며, 이들은 강중의 전산소량을 증가시키는 주원인이 되고 있다.

이와 같이 1차탈산 생성물과 2차 재산화생성물은 강중 비금속 개재물량의 대부분을 차지할 뿐만 아니라 투피스캔 제관시 프랜지크랙을 유발시키는 주원인이 되고 있다.

따라서, 투피스캔에서 가장 핵심기술은 알루미나 비금속개재물의 크기가 100미크론(μm) 이하이고 강중의 전산소(Total Oxygen : T.[O])량은 12ppm 이하가 되도록 하는 것이다.

전산소량이 이보다 많을 때는 제관할때에 프랜지(Frange) 부위에 크랙(Crack)이 발생하는 빈도가 높아져서 제품결함 발생들이 증가하므로 일반적으로는 프랜지크랙 발생율 25ppm을 기준으로 하여 이 25ppm과 일치하는 전산소량을 12ppm으로 판단하고 있다.

따라서 알루미나계 개재물량을 감소시키기 위해서는 1차적으로 강중의 산소량을 적게 하는 것과 2차적으로 슬래그 재산화량 감소와 부상하는 개재물의 흡수능을 증대시키는 수단이 핵심기술이 된다.

강중의 산소량을 적게 하는데에는 한계가 있고 경제적인 면에서는 적정범위가 존재하므로 이를 기준하여 종점산소량을 설정하고, 탈산방법은 종전의 3차에 걸쳐 투입되는 방식에서 출강시 1회로 완전탈산하되 용존알미늄 손실량을 공정(가스교반-RH- 진공처리-연주턴디쉬)별로 조사하여 손실총량을 관리범위에 보상시켜 1회 탈산시 용존알미늄량을 고정시킨다.

종전 방법에서와 같이 3차탈산은 시키는 경우 최종 탈산지점이 주조시점에 가깝기 때문에 탈산생성물이 부상분리하는 시간적 여유가 적어지므로 강중에 잔존하는 알루미나 개재물량이 많게 되는 반면, 본 발명에서 처럼 주조시점과 가장 먼 출강시에 탈산을 완료시키기 때문에 알루미나 개재물의 부상분리시간이 많아진다.

또한 슬래그(FeO+MnO)로부터 재산화 되는 2차 알루미나 생성물량을 감소시키기 위해서는 슬래그중의(FeO+MnO)량을 적정범위로 낮추는 것이 필요하고, 1차탈산 알루미나 개재물의 흡수촉진 수단으로써 저융점 고염기도 슬래그조성을 만들기 위해 출강시 CaO와 Al₂O₃를 투입하여 염기도는 5-8, Al₂O₃량은 40-55%가 되도록 하면 슬래그 융점이 1360℃ 정도가 되므로 1650℃ 용강온도에서 충분히 슬래그화 되어 떠오르는 알루미나 개재물을 흡수하는 능력이 우수하게 된다.

따라서, 출강시 투입하는 CaO와 Al₂O₃량은 레이들 슬래그 조성중 염기도가 5-8, Al₂O₃량이 40-55%가 되도록 하고(FeO+MnO)량이 3% 이하가 되도록 슬래그중에 알미늄을 투입한다.

강중알루미나 개재물은 사소와 알미늄의 탈산생성물이기 때문에 낮을수록 전산소량을 적어지므로, 본 발명에 있어 전로종점산소의 량은 650ppm 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상기 레이들 슬래그의 염기도는 5-8로 선정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 염기도가 5 이하 또는 8 이상에서는 슬래그 융점이 1450℃ 이상으로 급속히 증가하기 때문에 쉽게 경화되어 개재물 흡수능력이 떨어지기 때문이다.

즉, 상기 레이들 슬래그의 염기도가 5-8일때 충분한 용융슬래그 상태가 되어 알루미나 개재물의 흡수능력이 가장 커지게 되어 강중으로부터 위로 떠오르는 개재물을 잘 흡수하게 된다.

또한, 레이들 슬래그 조성중의 Al₂O₃의 양은 40-55%로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 40% 이하 또는 55% 이상인 경우에는 슬래그의 융점이 1450℃ 이상으로 급속히 증가하기 때문에 떠오르는 개재물을 충분히 흡수할 수가 없기 때문이다.

즉, 레이들 슬래그의 염기도가 5-8일때, 슬래그 조성중의 Al₂O₃량이 40-55%인 경우에는 슬래그의 융점이 1360℃ 이하가 되어 충분한 용융슬래그 상태가 되어 개재물의 흡수능력이 크게 향상되게 된다.

상기한 염기도와 Al₂O₃량에 따른 슬래그 융점은 CaO-SiO₂-Al₂O₃계의 3원계 상태도에서 쉽게 알 수 있으며, 용강온도가 1600℃ 범위이기 때문에 슬래그의 융점은 최대 1400℃ 이하여야 주조가 완료될때까지 용강-슬래그 계면에서 용융상태로 존재하여 부상하는 개재물들을 잘 흡수할 수 있게 되며 흡수능 또한 커지게 된다.

상기 레이들 슬래그중의(FeO+MnO)는 강중 용존산소량이 3ppm 이하로써 극히 적기 때문에 산소분배평형에 의해 강중으로 산소를 제공하게 되고 이 산소는 용존알미늄과 반응하여 재산화성 알루미나 개재물을 생성시키는 원인이 된다.

따라서, (FeO+MnO)량은 슬래그 융점을 지배하는 염기도와 Al₂O₃량과는 관계없이 3% 이하일때 재산화성 알루미나 개재물 생성량이 극히 제한되므로 전산소량 12ppm 이하를 얻을 수 있으나, 3% 이상에서부터 재산화성 개재물량이 증가하여 전산소량이 12ppm 이상이 되기 때문에, 상기 레이들 슬래그중의(FeO+MnO)는 3% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

그리고, 알미늄 투입공정을 종전방법과 같이 출강-가스교반-RH의 3단계로 하는 경우 RH 다음공정이 주조작업이기 때문에 개재물의 부상분리 할 수 있는 시간적 여유가 부족하여 미처 부상제거가 되지 못한채로 주편으로 제조되어 많은 량의 개재물을 잔존시키게 되므로, 본 발명에서는 주조시점과 가장 멀고 용강의 강교반이 일어나는 출강단계에서 1회(One-Time) 투입방식을 채택하므로써 알루미나 핵생성과 성장을 촉진시켜 부상분리를 향상시키고 강렬한 교반은 더욱 상승작용을 하게 되며 이후 주조가 이루어질때까지 체류시간동안에 개재물의 충분한 부상분리가 이루어지게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기표 1과 같은 화학성분을 갖는 저탄소용강을 하기표 2와 같이 처리한 다음, 연속주조한후 주편(slab)의 중심부에서 50×50×230mm 크기로 시편을 채취하고, 두께중 개재물이 가장 많이 집적되어 있는 1/4 두께지점에서 다시 핀(pin) 형태의 전산소 분석용 시편과 면분석에 의한 개재물 갯수 분석용 시편을 채취한 후, 전산소량을 N₂/O₂동시분석기에서 분석하고, 그리고 Image Analyzer를 이용한 면분석에 의해 소형개재물 갯수를 조사하고 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

[표3]

상기 표3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 용강을 처리한 발명재(A-D)의 경우에는 전산소량이 10-12ppm이고, 소형개재물 수가 118-142개인 반면에, 본 발명에 범위에 벗어나는 비교재(E 및 H)의 경우에는 전산소량이 16-25ppm이고, 소형개재물 수가 215-260개로 나타남을 알 수 있다.

따라서, 본 발명재(A-D)의 경우에는 투피스캔 제조가 가능하나 비교재(E 및 H)의 경우에는 투피스캔 소재로써는 부적합하다는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 표3의 결과로부터 전산소량과 소형개재물 수는 서로 비례관계가 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 투피스캔 소재의 품질확보 및 국내 제관업체에의 원활한 공급으로 수입대체 효과를 가져오고, 자동차 외판재능 고급강제품의 청정도 향상기술확보 뿐만 아니라 제품의 고부가가치화 능력증대를 가져올 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 탄소량 0.03∼0.07%의 투피스캔용 블랙플레이트 저탄소강을 제조함에 있어서, 전로내의 용강을 종점 산소량이 650ppm 이하가 되도록 조절하여 레이들로 출강하고 ; 이 출강단계에서 알미늄을 1회 투입하고 ; 그리고 레이들 슬래그의 염기도(CaO/SiO₂)를 5∼8회로, 레이들 슬래그중 Al₂O₃량을 40-55%로, 그리고 레이들 슬래그중(FeO+MnO)량을 3% 이하로 조절하여 레이들 정련함을 특징으로 하는 투피스캔용 저탄소강의 알루미나계 개재물 저감방법.