KR970009524B1 - 쾌삭강의 제조방법 - Google Patents

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내용없음.

Description

쾌삭강의 제조방법

제1도는 Bi 또는 Pb와이어 투입 및 CaCO₃분말 취입을 위한 설비를 나타내는 개략도.

제2도는 Bi와이어 투입만 한 경우와 Bi와이어 투입관 CaCO₃분말 취입을 한 경우의 주편내의 Bi농도 편차를 나타내는 막대그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 화이어 투입기 2 : 디스펜서(dispenser)

3 : 랜스 4 : 래들

본 발명은 Pb 또는 Bi첨가 쾌삭강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

강의 쾌삭강을 크게 개선시킨 쾌삭강으로는 S계, Ca계, Pb계등의 있으나, S계나 Ca계는 피삭성이 Pb계에 비해 열위하다. 따라서 정밀기계 부품의 가공에는 Pb쾌삭강이 널리 사용되고 있다. 그런데 Pb쾌삭강에 제조공정에서는 인체에 해로운 Pb증기가 다량 발생된다. 또한 선진국에서는 Pb쾌삭강의 가공시에도 Pb증기가 발생되기 때문에 환경, 보건상의 큰 문제점으로 대두되어 규제대상이 되고 있다. 이러한 유독성이 큰 Pb의 대체 합금원소로서 Bi를 첨가했을 경우 Pb와 동등 혹은 그 이상의 피삭성을 가진다는 것이 오래전부터 알려져 여러나라에서 Bi첨가강의 개발이 활발히 진행되고 있다.

종래의 Bi 또는 Pb 첨가강의 제조공정을 살펴보면 그 첨가 방법은 출강후의 용강에 Pb 또는 Bi 혹은 그화합물의 분말(Powder)을 캐리어개스(Carrier Gas)를 이용하여 래들내 용강에 첨가하는 방법(Injection 법)과 별도의 용기에서 Pb/Bi 혹은 그 화합물을 용해시킨후 노즐을 통해 액체의 상태로 턴디쉬 혹은 몰드에 주입하는 방법으로 크게 대별된다. 전자의 경우 Bi 또는 Pb의 첨가후에 래들 바닥의 다공성 플러그(Porous Plug)로부터 불활성 개스 버블링(Bubbling)을 실시하여 Bi 또는 Pb의 균일화를 꾀한후 조괴 혹은 연속주조에 의해 주조한다. 그러나 버블링공정만으로는 충분한 균일화가 이루어지기 어려워 Bi 또는 Pb의 편석은 피할 수 없다.

그 원인은 다음과 같이 설명될 수 있다. Bi와 Pb는 용강중에 거의 용해하기 않으며 증기압이 높고 비점이 낮아 용강에 첨가하기가 일반적인 방법으로는 매우 어렵다.

하기표 1에서는도 나타난 바와같이, Bi 및 Pb는 200-300℃의 낮은 온도에서 녹으며, 용강과 비슷한 온도로서 증기로되고, 또한 비중이 Fe와 비교할 때에 훨씬 큼을 알 수 있다.

따라서 용강에 첨가된 Bi나 Pb의 일부는 증기로서 빠져나가고 잔존하는 Bi나 Pb는 비중이 커 래들이나 턴디쉬 바닥에 침전되어 편석을 유발시키며, 따라서 생산제품에 따라 피삭성의 편차가 발생하게 된다. 특히 비중의 차로부터 고찰해 볼 때 Bi보다는 Pb가 더욱 편차가 크게 될 가능성이 높다. 한편 별도의 용기에서 Bi 또는 Pb를 용해시킨후 노즐을 통해 턴디쉬나 몰드에 주입하는 방법은 주입로의 설치등 별도의 설비비가 필요하다. 또한 용강중의 편석에 대한 문제를 완전히 해결할 수 있는 대책이 미흡하며, 아직 시험단계에서 실용화된 보고는 없다.

그러므로 Bi 또는 Pb첨가강 제조시 중요한 점의 하나는 피삭성 확보를 위하여 첨가된 Bi 또는 Pb가 용강내에 가능한한 균일하게 분포되도록 하여야 한다. Bi 또는 Pb는 용강중에 용해도가 거의 없기 때문에 입자로서 존재하거나 MnS개재물의 에지부에 존재한다. 이때 Bi/Pb의 입자가 비중에 으해 래들이나 턴디쉬바닥으로 침전된다. 이러한 현상을 방지하고 용강중에 균일하게 분포하도록 하기 위해서는 Bi/Pb 입자의 크기를 가능한한 미세하게 하는 것이 유리하다고 할 수 있다.

본 발명자들은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된것으로써, 본 발명은 Pb 또는 Bi계 분말을 강(steel)으로 이루어진 쉬쓰재(Sheath)로 싼 와이어 형태로 투입함과 동시에 CaCO분말을 취입함으로써, 주편내의 Pb 또는 Bi의 농도편차를 최소화하고, 또한 그 입자크기도 미세하게 할 수 있는 쾌삭강의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 전로에서 용강을 래들로 출강한 후 용강 승온설비에서 성분 및 온도조정한 다음, Bi계 또는 Pb계 분말을 용강중에 첨가하여 Bi 또는 Pb첨가 쾌삭강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 Bi계 또는 Pb계 분말이 강으로 이루어진 쉬쓰재로 싼 와이어 형태로 투입됨과 동시에 CaCO분말이 Bi계 분말의 중량에 대하여 8-12중량% 또는 Pb계 분말의 중량에 대하여 10-15중량%의 취입량 및 8kg/min 이상이 취입속도로 불활성 가스와 함께 취입되는 쾌삭강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 전로에서 용강을 래들로 출강한 후 용강 승온설비에서 성분 및 온도조정한 다음, Bi계 또는 Pb계 분말을 강으로 이루어진 쉬쓰재로 싼 와이어 형태로 용강내에 투입함과 동시에 CaCO분말을 취입하게 되는데, 그 투입 및 취입설비의 일례가 제1도에 나타나 있다.

제1도에서, 부호 1은 와이어 투입기, 2는 디스펜서(dispenser), 3은 랜스, 4는 래들을 나타낸다.

그러나, 본 발명을 구현하기 위하여 사용될 수 있는 설비는 제1도에 제시된 설비에 국한되지 않고, 와이어 투입기 및 취입랜스를 구비한 설비라면 어느 것이나 가능하다.

상기 와이어 내의 Bi계 또는 Pb계 분말은 순수한 Bi 또는 Pb분말을 사용해도 되나, 실수율을 높이기 위해서는 화합물 형태가 바람직하며, 그 예로서는 Bi-Mn을 들 수 있다.

상기 와이어의 투입길이는 목표로 하는 Bi 또는 Pb의 함량에 따라 조절되며, 그 투입속도의 경우에는 Bi 또는 Pb 분말이 래들 밑바닥에까지 투입될 수 있도록 속도를조절해야 하고, 또한 스프래쉬(splash)발생과 용강온도 저하 측면등을 고려하여 적절히 선정될 수 있다.

즉, 투입속도가 너무 느리면 래들 밑바닥에 도달하기 전에 Bi 또는 Pb분말을 싸고 있는 강이 녹아 Bi 또는 Pb분말이 래들 밑바닥까지 도달하지 못하여 용강과의 접촉이 부족해지기 때문에 정련효과가 떨어지며, 또한 용강온도가 저하된다. 투입속도가 너무 빠르면 와이어가 밑바닥에 부딪쳐 위쪽으로 올라와서 와이어의 강이 녹아 정련효과가 떨어지고, 스프래쉬가 발생할 우려가 있다.

이와 같은 이유로 와이어의 투입속도는 래들에 있는 용강의 깊이에 따라 정하는 것이 바람직하지만 용강의 깊이는 래들에 따라 그 깊이가 달라지므로 이를 한정하기가 곤란하다.

다만, 80-120톤 래들에서 바람질한 와이어 투입속도는 2.0-2.5mm/sec정도인데, 그 이유는 투입속도가 2.5m/sec 이상인 경우에는 스프래쉬 발생우려가 있고, 2.0m/sec 이하인 경우에는 투입시간이 길어져 용강온도 저하가 심하게 되고, 이 조건을 벗어나면 정련효과가 저하되기 때문이다.

상기 와이어 투입과 동시에 취입랜스를 통하여 캐리어 가스와 함께 취이되는 CaCO분말은 다음과 같은 작용을 하게 된다.

CaCO는 발포제로써 용강중에 투입되면 다음과 같은 반응에 의하여 분해한다.

CaCO₃(s)=CaO(s)+CO₂(g)

이 반응은 급속하게 일어나며 CaCO₃주위의 Bi 또는 Pb입자가 발포성 CO₂(g)에 으해 미세한 입자로 분해되어 용강중에 균일하게 분산된다.

본 발명에서 CaCO₃분말의 취입량은 Bi 또는 Pb입자의 미세화 및 균일한 분포 측면과 스프래쉬 측면을 고려하여 적절히 선정될 수 있다.

Bi계 첨가쾌삭강을 제조하는 경우 바람직한 CaCO₃분말의 취입량은 Bi계 분말 중량에 대하여 8~12중량%정도, 그리고 Pb첨가 쾌삭강을 제조하는 경우 바람직한 CaCO₃분말의 취입량은 Pb계 분말중량에 대하여 10~15중량% 정도인데, 그 이유는 상기 하한치보다 적은 경우에는 Bi 또는 Pb 입자의 미세화 및 분포의 균일화 효과가 떨어지고, 상한치보다 많은 경우에는 불필요한 량이 취입되고, 더욱이 스프래쉬가 발생될 우려가 있기 때문이다.

그리고 CaCO₃분말의 입도는 0.15mm이하로 설정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 취입중 노즐이 막히지 않도록 하기 위함이다.

또한, CaCO₃분말의 취입속도는 8kg/min 이상이 바람직하다. 그 이유는 8kg/min이하의 속도로 취입되는 경우 CaCO₃가스량이 적어서 Bi, Pb 입자의 미세화 및 균일한 분포가 어렵기 때문이다.

보다 바람직하게는 8-12kg/min의 취입속도로 하는 것이며 12kg/min 이상의 경우 스프래쉬가 발생할 가능성이 있기 때문에 제한한다.

상기 캐리어 가스로는 분체운반과 교반을 위해 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 사용한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

본 실시예는 100Ton 용량의 설비에서 제1도에 도시된 장치를 이용하여 행하였다. 전로에서 출강한후 래들로(Ladle Furnace)에서 성분 및 온도 조정 그리고 적정 조성의 탑 슬래그(Top Slag)의 제조후, 용강을 버블링장으로 이송하여 Bi가 유된 코아드 와이어(Cored Wire)를 투입하였다. 이때 투입한 Bi코아드 와이어의 사양은 하기 표 2와 같다.

그리고, 버블링장에 도착한후 용강의 유동을 주기 위하여 1분간 나탕이 보일정도로 버블링을 실시한후에 와이어를 투입하였으며, 투입량은 3-5m/용강-톤이였으며, 투입속도는 2.0-2.5m/sec였다.

또한, 와이어 투입시 탑랜스를 사용하여 0.15mm이하의 CaCO분말을 10kg / min의 속도로 용강중에 취입하였다. CaCO분말 추입은 와이어 투입이 끝난후 3분동안 계속하였다.

버블링장에서의 처리가 완료된 후 래들을 신속히 브롬(Bloom) 연주기로 이송하여 주조를 하였다. 이때 주편의 조성은 C : 0.05-0.10%, Si : 0.05%, Mn : 1.0-1.2%, P : 0.07-0.09%, S : 0.27-0.33%, N : 30-70%, Bi : 0.05-0.15%를 함유하고 있다. 이후 와이어 투입만 실시한 경우의 주편시료와 와이어 투입과 동시에 CaCO분말을 취입한 경우의 주편시료를 채취하여 Bi 농도 분석을 한 결과, 제1도와 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 제2도에서와 같이 와이어 투입과 동시에 CaCO분말을 취입하는 경우가 와이어만 투입하는 경우보다 Bi의 농도편차가 적음을 알 수 있다.

또한, 와이어 투입과 동시에 CaCO분말을 취입한 경우의 주편시료를 채취하여 전자 현미경(EPMA : Electron Probe Micro Analysis)에 의해 주편내 Bi입자의 크기 및 분포상태를 조사한 결과, 주편내 Bi입자 크기는 10μm이하였으며, 그 분포도 균일하였다.

반면, 비교예의 와이어 투입만 실시한 경우의 주편중 Bi입자의 크기는 20μm이상의 입자가 검출되었으며, 그 분포도 균일하지 못했다.

Claims (2)

1. 전로에서 용강을 래들로 출강한 후 용강 승온설비에서 성분 및 온도조정한 다음, Bi계 또는 Pb계 분말을 용강중에 첨가하여 Bi 또는 Pb첨가 쾌삭강을 제조하는 방법에 있어서, 상기 Bi계 또는 Pb계 분말이 강으로 이루어진 쉬쓰재로 싼 와이어 형태로 투입됨과 동시에 CaCO₃분말이 Bi계 분말의 중량에 대하여 8-12중량% 또는 Pb계 분말의 중량에 대하여 10-15중량%의 취입량 및 8kg/min 이상이 취입속도로 불활성 가스와 함께 취입되는 쾌삭강의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 와이어 투입속도가 2.0-2.5m/sec인 것을 특징으로 하는 쾌삭강의 제조방법.