WO2018080110A1 - 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법 - Google Patents

주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법 Download PDF

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WO2018080110A1
WO2018080110A1 PCT/KR2017/011634 KR2017011634W WO2018080110A1 WO 2018080110 A1 WO2018080110 A1 WO 2018080110A1 KR 2017011634 W KR2017011634 W KR 2017011634W WO 2018080110 A1 WO2018080110 A1 WO 2018080110A1
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mold
partition member
casting
molten steel
cast
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PCT/KR2017/011634
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정태인
김장훈
박종학
김용환
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주식회사 포스코
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/103—Distributing the molten metal, e.g. using runners, floats, distributors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/116—Refining the metal

Definitions

  • the present invention relates to a casting structure and a casting method using the same, and more particularly to a casting structure and a casting method using the same that can suppress the defect of the cast steel.
  • the cast steel is produced while the molten steel contained in the mold is cooled through the cooling table.
  • the continuous casting process injects molten steel into a mold having a constant internal shape and continuously draws the reacted slabs into the lower side of the mold to produce semi-finished products of various shapes such as slabs, blooms, billets, beam blanks, and the like. It is a process.
  • the cast steel is first cooled in the mold, and after passing through the mold, solidification proceeds through a process in which water is injected into the cast steel and secondly cooled.
  • Primary cooling occurring in the mold is greatly affected by the flow of molten steel in the mold, the melting behavior of the mold flux, and the ability to uniformly penetrate between the mold and the slabs.
  • the cast produced in the casting process is caused by a variety of causes, such defects may occur due to the flow of the molten steel in the mold, the load by the roll during the casting, the load by drawing.
  • defects caused by the flow of molten steel are mostly in the form of inclusions and slag.
  • defects caused by the load due to the roll and the load due to the drawing during casting are mainly generated as cracks on the surface of the cast steel, and cracks formed on the surface of the cast steel may occur during the primary cooling of molten steel in the mold.
  • the present invention provides a casting structure and a casting method using the same that can improve or improve the process efficiency and productivity by suppressing or preventing defects formed in the cast steel.
  • the present invention provides a casting structure and a casting method using the same which can reduce the production cost by reducing the amount of raw materials used.
  • the casting structure is installed in the mold at the time of casting, the support can be mounted on the mold; A hollow partition wall member having upper and lower portions open; And a fixing member connecting the partition member to the support so as to divide the internal space of the mold.
  • the partition member includes a first partition member and a second partition member formed in a 'c' shape having one side open, and each of the first partition member and the second partition member is in a width direction of the mold. At least a portion may be arranged to overlap to form a space therein.
  • the fixing member may be disposed in parallel with the width direction of the mold, and the partition member may be connected to the fixing member to be movable in the width direction of the mold.
  • the partition member includes a first partition member and a second partition member formed in a 'c' shape having one side open, and each of the first partition member and the second partition member is in a longitudinal direction of the mold. At least a portion may be arranged to overlap to form a space therein.
  • the fixing member may be disposed in parallel with the longitudinal direction of the mold, and the partition member may be connected to the fixing member to be movable in the longitudinal direction of the mold.
  • the support may extend in one direction to be seated on the upper portion of the mold, and may be provided to be movable upward and downward.
  • the support and the fixing member may include a nonmagnetic material.
  • the apparent porosity of the partition member is 10 to 20%, the bending strength of the partition member may be 100 to 200kg / cm2.
  • the partition member may include 2 to 6% by mass of SiO 2 , 60 to 82% by mass of ZrO 2 , 15 to 30% by mass of carbon, and 1 to 4% by mass of antioxidant.
  • the antioxidant may include at least one of Si, Al and Ti.
  • the partition member may include 99% by weight or more of AlN and less than 1% by weight of unavoidable impurities with respect to 100% by mass.
  • Casting method the casting method, the process comprising the steps of providing a structure comprising a hollow partition member of the top and bottom open; Installing the structure on the upper part of the mold so that the partition member divides the internal space of the mold; Adjusting a length of the partition member in a width direction or a length direction of the mold to be spaced apart from an inner wall of the mold; Injecting molten steel into the mold; Supplying a mold flux to the molten steel; And solidifying the molten steel to cast a slab; wherein the first region is formed in the partition member to form an inner space of the mold in the process of installing the structure, and the partition member and an inner wall of the mold. It can be divided into a second region formed between.
  • At least part of the partition member may be in contact with the molten steel, and at least part of the partition member may be installed to be in contact with the mold flux.
  • the installing of the structure may include installing the partition member on both sides of the immersion nozzle for injecting molten steel into the mold.
  • the distance between the inner wall of the mold and the partition member may be maintained to 20 to 100mm.
  • the partition member may be installed to be immersed in the range of 20 to 200mm from the molten steel surface.
  • the process of injecting the mold flux may include injecting different types of mold flux into the first region and the second region.
  • the mold flux injected into the second region may include nickel oxide.
  • In the casting of the cast steel may include the step of continuously injecting a mold flux to the second region.
  • the casting structure and the casting method using the same according to the embodiment of the present invention can easily form a concentrated layer containing an alloying element on the surface of the cast steel. That is, the mold internal space may be divided by using the structure at the time of casting, and the mold flux having different components may be supplied to the divided space. At this time, the mold flux including the alloying element may be selectively injected between the mold inner wall and the structure to selectively form a thickening layer containing the alloying element on the surface of the cast steel. It is possible to suppress the dilution of the alloying elements in the mold flux by molten steel so that most of the alloying elements can contribute to the formation of the thickening layer, thereby forming a thickening layer having a target concentration on the surface of the cast steel.
  • the usage-amount of the alloying element used for suppressing the surface defect of a slab can be reduced, and it can suppress that an increase in production cost.
  • 1 is a view schematically showing a casting facility.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state in which a casting structure according to an embodiment of the present invention is applied to a mold.
  • 3 and 4 are cross-sectional views schematically showing a state in which a casting structure according to an embodiment of the present invention is applied to a mold.
  • FIG. 5 is a view showing a structure of a casting structure according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 8 is a view showing a state of use of the casting structure in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG 9 is a graph showing a comparison of the depth of the enrichment layer on the surface of the cast steel according to the use of the structure according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a graph showing a comparison of the Ni residual ratio in the surface layer portion according to the use of the structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a casting facility
  • Figure 2 is a perspective view schematically showing a state in which the casting structure according to an embodiment of the present invention applied to the mold
  • Figures 3 and 4 according to an embodiment of the present invention 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a state in which a casting structure is applied to a mold
  • FIG. 5 is a view illustrating a structure of a casting structure according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 6 to 8 are views of a casting structure according to an embodiment of the present invention.
  • the casting equipment receives molten steel through a ladle 10 containing molten steel refined in a steelmaking process and an injection nozzle connected to the ladle 10, for example, a shroud nozzle (not shown).
  • a mold 30 for temporarily storing and supplying molten steel through a dip dish 20 connected to the tundish 20 and a mold dish 30 to be formed in a predetermined shape; It may include a cooling line 40 provided in the lower portion of the mold 30 and a plurality of segments are continuously arranged to perform a series of molding operations while cooling the non-solidified slab 1 drawn from the mold 30. .
  • the mold flux is formed on the upper portion of the molten steel injected into the mold 30.
  • the mold flux may be supplied to the upper part of the molten steel in a solid state, such as a powder state, or may be supplied to a liquid molten mold flux in which the solid phase flux is dissolved.
  • the mold flux flows between the inner wall of the mold 30 and the molten steel by lubrication applied to the mold 30 to lubricate the molten steel, that is, the solidification cell of the mold 30. It can be drawn down.
  • the mold flux may perform functions such as absorption and removal of inclusions in the molten steel, thermal insulation of the molten steel, and heat transfer rate control along with a lubricating action.
  • the mold flux may form a coating layer on the surface of the cast steel.
  • the copper component may be eluted and oxidized to the surface of the cast steel to cause cracks on the surface of the cast steel.
  • a thickening layer containing nickel on the surface of the cast steel that is, a coating layer
  • cracks can be prevented from occurring on the surface of the cast steel.
  • a mold flux containing nickel oxide is injected into the upper part of the molten steel. The mold flux reacts with inclusions contained in the molten steel during casting to change its composition or increase its concentration. There is a problem that it is difficult to form a concentrated layer having a desired concentration.
  • the present invention divides the mold internal space by using the casting structure, and selectively supplies the mold flux having different components for each divided space to minimize the change of the component flux concentration or the desired concentration on the surface of the cast steel
  • the thickened layer can be formed.
  • the casting structure includes a support 102 that can be mounted on the mold 30, a hollow partition member 110 having an upper and lower portions thereof, and an internal space of the mold 30. It may include a fixing member 120 for connecting the partition member 110 to be divided.
  • the structure may be provided symmetrically on both sides of the immersion nozzle 22, as shown in Figure 3 and 4, the first region formed in the interior of the partition member 110 in the mold 30 space (A) and the second region B formed between the partition member 110 and the inner wall of the mold 30.
  • the longitudinal direction of the mold 30 mentioned below means a direction corresponding to the width direction of the cast steel
  • the width direction of the mold 30 means a direction corresponding to the thickness direction of the cast steel.
  • the longitudinal direction of the mold 30 means the direction in which the cast piece is drawn.
  • the support 102 may be formed in a bar shape extending in one direction to be seated on the mold 30.
  • Support 102 may be provided on one side of the immersion nozzle 22, it may be mounted on the upper portion of the mold 30 in the width direction of the mold (30).
  • Support 102 is preferably formed of a non-magnetic material so as not to affect the Eddy current level meter (ECLM) for measuring the molten steel level using a magnetic field of the molten steel level measurement sensor.
  • the nonmagnetic material may include titanium.
  • the support 102 may be provided to be movable in the vertical direction.
  • the support 102 may be installed to be seated on the mold 30. Accordingly, the support 102 may be provided with a lifting member 104 to move the support 102 in the vertical direction to the part in contact with the mold 30.
  • a bolt provided to be rotatable through the support 102 may be used. At this time, the lower portion of the bolt may be provided to be in contact with the upper portion of the mold (30).
  • the lower part of the bolt may be inserted into the mold 30 and screwed thereto. In this case, the support 102 may be moved upward or downward depending on the degree of screwing of the bolt and the mold 30.
  • the support 102 may be provided to be movable in the vertical direction by a driver (not shown) or a gear box (not shown) connected to the support 102.
  • the partition member 110 is formed in a plate shape having an area and has a first partition member 110a formed in an approximately 'c' shape with one side open, and a second partition wall formed with an approximately 'c' shape with one side open. It may include the member 110b.
  • the first partition member 110a and the second partition member 110b may be disposed such that one open side thereof faces each other, and at least a portion of the one partition member may overlap each other. Accordingly, the first partition member 110a and the second partition member 110b may be formed in a hollow shape with the upper and lower portions thereof open.
  • the partition member 110 may be formed of a material that can withstand high temperature molten steel and mold flux in the mold 30 and does not react with them.
  • the partition member 110 may be formed of a material containing 2 to 6% by mass of SiO 2 , 60 to 82% by mass of ZrO 2 , 15 to 30% by mass of carbon, and 1 to 4% by mass of antioxidant. Can be. When the content of SiO 2 contained in the partition member 110 is less than 2% by mass, cracking may occur due to initial thermal shock of casting, and when it exceeds 6% by mass, erosion by mold flux may occur excessively.
  • the content of ZrO 2 contained in the partition member 110 is less than 60% by mass, erosion by mold flux may occur, and when it exceeds 82% by mass, it may be damaged by thermal shock.
  • the content of carbon contained in the diaphragm and the partition member 110 is less than 15% by mass, cracks may occur due to thermal shock, and when the amount of carbon exceeds 30% by mass, pickup of carbon occurs in the molten steel, thereby degrading the quality of the molten steel. You can. May adversely affect the nature.
  • antioxidant is added to prevent oxidation of carbon, at least one of Al, Si and Ti may be used.
  • the partition member 110 may be formed of a material containing AlN. At this time, the total 100% by mass, may include 99% by weight or more of AlN, less than 1% by weight of inevitable impurities may be included. When AlN is used as the partition member 110, there is almost no risk of oxidation, and thus, antioxidant is not included.
  • the partition member 110 may be manufactured to have an apparent porosity of about 10 to 20% and a bending strength of 100 to 200 kg / cm 2. If the apparent porosity of the partition member 110 is lower than the suggested range, the thermal shock resistance is significantly lowered, and cracks may occur during molten steel, and if it is higher than the suggested range, the mechanical properties of the partition member 110 are degraded. Damage due to molten steel flow may occur. In addition, when the bending strength of the partition member 110 is smaller than the suggested range, damage may occur due to molten steel flow, and when larger than the presented range, damage due to thermal shock may occur.
  • the fixing member 120 may connect the partition member 110 to the support 102. At this time, the fixing member 120 may connect the partition member 110 to be movable in the width direction or the longitudinal direction of the mold 30.
  • a first guide groove 122 may be formed in the fixing member 120 so that an upper portion of one side of the first partition member 110a may be inserted.
  • a flange 112 may be formed on one side of the first partition member 110a.
  • the first partition member 110a may be connected to the fixing member 120 to be movable in a sliding manner by inserting the flange 112 into the first guide groove 122.
  • the second partition member 110b may have a protrusion 114 formed on one side surface of the second partition member 110a in contact with the first partition member 110a.
  • a second guide groove 116 may be formed in the first partition member 110a to insert the protrusion 114.
  • the fixing member 120 is preferably formed of a nonmagnetic material like the support 102 so as not to affect the ECLM measuring the molten steel level using a magnetic field among the molten steel level measuring sensors.
  • the nonmagnetic material may include titanium.
  • the partition member 110 may be formed to adjust the length in the longitudinal direction or the width direction of the mold (30).
  • the first partition member 110a and the second partition member 110b may be formed to have a long rectangular shape in the longitudinal direction of the mold 30. Accordingly, one side of the first partition member 110a and one side of the second partition member 110b overlap each other, and at least one of the first partition member 110a and the second partition member 110b is formed in the mold 30. It can be moved in the longitudinal direction of. This is to install the casting structure corresponding to the width of the cast slab, when the width of the cast steel is small, for example, 900mm degree of overlap of the first partition member 110a and the second partition member (110b). When the width of the cast steel is relatively large, for example, 1500 mm, the overlapping degree of the first partition member 110a and the second partition member 110b can be reduced.
  • first partition member 110a and the second partition member 110b may be provided to overlap each other in the width direction of the mold 30. This is to correspond to the change in the thickness of the cast slab to move at least one of the first partition member (110a) and the second partition member (110b) in the width direction of the mold 30, that is, the thickness direction of the cast (mold) It is possible to increase or decrease the length of the partition member 110 in the width direction of 30.
  • Casting method the process of providing a structure 100 including a hollow partition wall member 110 of the upper and lower openings, and the partition member 110 on the mold 30
  • the first region A and the second region B may be completely separated from each other to prevent the mold flux injected into the first region A and the mold flux injected into the second region B from mixing with each other.
  • the structure 100 is installed on the mold 30 so as to divide the internal space of the mold 30.
  • the support member 102 may be raised or lowered using the elevating member 104 to adjust the level.
  • the structure 100 may be disposed in each of the immersion nozzles 22, at least a portion of the partition member 110 in contact with the molten steel by the molten steel and the mold flux injected into the mold 30, the partition member At least a portion of the 110 may be installed to contact the mold flux.
  • the partition member 110 may be installed to be spaced apart from the inner wall of the mold 30.
  • the partition member 110 may be installed to maintain the separation distance of the partition member 110 and the mold 30 to about 20 to 100 mm. More preferably, the partition member 110 may be installed to maintain the separation distance between the partition member 110 and the mold 30 to about 50 to 70 mm.
  • the mold flux cannot be sufficiently melted by the heat of the molten steel, and the amount of the mold flux injected between the inner wall of the mold 30 and the molten steel. This remarkably decreases, the lubrication action is lowered, and it is difficult to form a desired concentrated layer on the surface of the cast steel.
  • the molten steel flow may cause denaturation of the mold flux, for example, a dilution effect of the Ni component contained in the mold flux, resulting in a desired thickening on the surface of the cast steel.
  • denaturation of the mold flux for example, a dilution effect of the Ni component contained in the mold flux, resulting in a desired thickening on the surface of the cast steel.
  • the partition member 110 may be installed to be immersed in the range of 20 to 200 mm from the molten steel.
  • the partition member 110 may be installed to be immersed in the range of 50 to 150 mm, but 70 to 120 mm from the molten steel. This is because the partition member 110 is sufficiently immersed even in the molten steel level fluctuation in the mold 30 to prevent mixing of the mold flux injected into the first region A and the second region B, respectively. .
  • the immersion depth of the partition member 110 is larger than the range presented, interference with molten steel discharged from the immersion nozzle 22 may occur, thereby preventing heat transfer to the outside of the partition member 110 to form an initial excessive solidification structure. There is a problem that can be.
  • the partition member 110 When the partition member 110 is installed in the mold 30, molten steel and a mold flux are injected into the mold 30 through the immersion nozzle 22. At this time, since the internal space of the mold 30 is divided by the partition member 110, the mold flux must be injected into the first region A and the second region B, respectively. Since the partition member 110 is installed to open the upper portion of the first region A and the second region B, the mold flux can be easily injected into each region.
  • a mold flux containing nickel oxide (NiO), for example, a first mold flux may be introduced outside of the partition member 110, that is, the second region B.
  • the first mold flux has a function of sufficiently concentrating Ni only at the surface layer at which initial solidification starts in the mold 30, a lubrication function between the mold 30 and the solidification shell, and a heat transfer control function between the mold 30 and the solidification shell.
  • the first mold flux may comprise a composition containing SiO 2 , CaO, MgO, Al 2 O 3 , Na 2 O, F and nickel oxide.
  • the nickel oxide may be contained in the range of 5wt% to 40wt% with respect to the total weight of the composition.
  • MgO may be included in an amount of 1.0 to 1.5 wt%, Al 2 O 3 5 to 7 wt%, Na 2 O 3 to 5 wt%, F 5 to 7 wt%, and other CaO and SiO 2 CaO / SiO 2 may be included to have a ratio of 0.8 to 1.4.
  • the first region (A) is a region where the solidification of the molten steel is not progressed, a function for preventing the molten steel from being oxidized in contact with the atmosphere, and a function for keeping the supercooling not to occur
  • a second mold flux having a function of collecting when the inclusions in the molten steel rises may be introduced.
  • the second mold flux need not have a lubrication and heat transfer control function.
  • the second mold flux may be classified into a high basic mold flux and a low basic mold flux according to the steel type to be cast.
  • the high basic mold flux may be 40 to 60 wt% of CaO, 20 to 40 wt% of Al 2 O 3 , less than 10 wt% of SiO 2 , and other carbons.
  • a low basic mold flux having a low Al 2 O 3 content may be used.
  • the low basic mold flux may contain 30 to 50 wt% CaO, 40 to 60 wt% SiO 2 and less than 10 wt% Al 2 O 3 .
  • the particle size of the second mold flux may be used in the form of granules having a diameter of 1 to 5 mm in order to ensure sufficient heat insulating ability.
  • the second mold flux injected into the first region A is blocked from flowing between the mold 30 and the molten steel, and thus is hardly consumed during casting. Do not.
  • the second mold flux may not be additionally added to the first region A during the casting.
  • the first mold flux injected into the second region B is continuously consumed as the casting proceeds, the first mold flux may be continuously injected at a rate of 0.2 to 1 kg per tonne of molten steel during casting.
  • Figure 10 is a Ni in the cast surface layer according to the use of the structure according to an embodiment of the present invention. It is a graph comparing the residual ratio.
  • the specimens were cast using a mold flux containing Al deoxidized steel and NiO without using structures in the test machine.
  • a casting structure according to an embodiment of the present invention was installed in a mold, and the specimen was cast while injecting molten steel and mold flux into the mold.
  • Al deoxidized steel was used as the molten steel, and a mold flux (first mold flux) containing NiO and a mold flux (second mold flux) was used.
  • the results of measuring the depth of the thickening layer formed on the specimen surface are as follows.
  • Residual percentage (%) of Ni in the concentrated layer was derived by calculating the proportion of the total amount of Ni in the injected mold flux (first mold flux), which contributed to the increase of Ni content when analyzing the surface layer portion of the cast specimen.
  • first mold flux the proportion of the total amount of Ni in the injected mold flux
  • Residual percentage (%) of Ni in the concentrated layer was derived by calculating the proportion of the total amount of Ni in the injected mold flux (first mold flux), which contributed to the increase of Ni content when analyzing the surface layer portion of the cast specimen.
  • the cast structure and the casting method using the same according to the present invention can be applied to produce a cast having excellent quality by suppressing the occurrence of surface defects.

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Abstract

본 발명은 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로서, 몰드에 거치 가능한 지지대, 상하부가 개방된 중공형의 격벽부재 및 몰드의 내부 공간을 분할 가능하도록 격벽부재를 지지대에 연결하는 고정부재를 포함하는 구조물을 이용하여 주편의 표면에 합금 원소를 함유하는 농화층을 효율적으로 형성함으로써 주편의 결함을 억제할 수 있다.

Description

주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법
본 발명은 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주편의 결함을 억제할 수 있는 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 주편은 몰드에 수용된 용강이 냉각대를 거쳐 냉각되면서 제조된다. 예컨대, 연속주조공정은 일정한 내부 형상을 갖는 몰드에 용강을 주입하고, 몰드 내에서 반응고된 주편을 연속적으로 몰드의 하측으로 인발하여 슬라브, 블룸, 빌렛, 빔 블랭크 등과 같은 다양한 형상의 반제품을 제조하는 공정이다.
이러한 주조공정에서 주편은 몰드 내에서 1차 냉각되고, 몰드를 통과한 후 주편에 물이 분사되어 2차 냉각되는 과정을 거쳐 응고가 진행된다. 이 중 몰드 내에서 일어나는 1차 냉각은 몰드 내 용강의 유동과, 몰드 플럭스의 용융 거동 및 몰드와 주편 사이로의 균일한 침투 능력에 의해 많은 영향을 받는다.
한편, 주조공정으로 제조된 주편에는 다양한 원인에 의해 결함이 발생하게 되는데, 이러한 결함은 몰드 내에서의 용강의 유동이나 주조 중 롤에 의한 하중, 인발에 의한 하중 등에 의해 발생할 수 있다. 특히, 용강의 유동에 의해 발생하는 결함은 개재물과 슬래그가 혼입된 형태가 대부분이다. 그러나 주조 중 롤에 의한 하중, 인발에 의한 하중으로 발생하는 결함은 주로 주편의 표면에 크랙으로 발생하게 되며, 주편 표면에 형성되는 크랙은 몰드 내에서 용강이 1차 냉각되는 과정에서 발생할 수도 있다.
최근, 해양구조용 강은 용접성 및 저온 인성 확보를 목적으로 구리(Cu)를 첨가하고 있다. 그런데 구리는 1500℃ 정도의 고온에서 주편을 주조하는 과정에서 주편 표면부로 용출된 후 강의 결정 입계로 침투하여 크랙을 유발한다. 또한, 강 중 구리에 의해 크랙 민감도는 급격히 증가하며, 그 주된 요인은 주조 중 또는 압연을 위한 가열 중 발생하는 선택적인 산화에 의한 구리의 농화 때문이다. 구리는 산화 정련 시에도 산소 친화도가 매우 낮아 제거하기 어렵고, 제품에 지속적으로 농축된다. 따라서 제강공정에서 구리를 함유하는 고철을 스크랩으로 사용하는 경우, 전술한 바와 같은 현상이 반복적으로 발생하게 된다. 이에 구리가 주편 표면으로 용출되는 현상을 억제하기 위하여, 강에 함유된 구리의 함량에 대하여 1.5 내지 2배 가량의 니켈(Ni)을 첨가함으로써 주편 내 구리의 용해도를 증가시키는 방법이 사용되고 있다. 그런데 니켈은 매우 고가이기 때문에 생산비를 상승시키는 주된 요인이 되고 있어, 니켈의 사용량을 감소시키면서 주편의 표면 결함을 억제할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
(선행기술문헌)
한국공개특허 제2012-0053742호
한국등록특허 제1349918호
한국등록특허 제1371959호
본 발명은 주편에 형성되는 결함을 억제 혹은 방지하여 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법을 제공한다.
본 발명은 원료의 사용량을 저감시켜 생산비용을 절감할 수 있는 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 구조물은, 주조 시 몰드에 설치되는 주조용 구조물으로서, 상기 몰드에 거치 가능한 지지대; 상하부가 개방된 중공형의 격벽부재; 및 상기 몰드의 내부 공간을 분할 가능하도록 상기 격벽부재를 상기 지지대에 연결하는 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 격벽부재는 일측이 개방된 'ㄷ'자형으로 형성되는 제1격벽부재 및 제2격벽부재를 포함하고, 상기 제1격벽부재와 상기 제2격벽부재는 각각의 일측이 상기 몰드의 폭방향으로 적어도 일부가 중첩되어 내부에 공간을 형성하도록 배치될 수 있다.
상기 고정부재는 상기 몰드의 폭방향과 나란하게 배치되고, 상기 격벽부재는 상기 몰드의 폭방향으로 이동 가능하도록 상기 고정부재에 연결될 수 있다.
상기 격벽부재는 일측이 개방된 'ㄷ'자형으로 형성되는 제1격벽부재 및 제2격벽부재를 포함하고, 상기 제1격벽부재와 상기 제2격벽부재는 각각의 일측이 상기 몰드의 길이방향으로 적어도 일부가 중첩되어 내부에 공간을 형성하도록 배치될 수 있다.
상기 고정부재는 상기 몰드의 길이방향과 나란하게 배치되고, 상기 격벽부재는 상기 몰드의 길이방향으로 이동 가능하도록 상기 고정부재에 연결될 수 있다.
상기 지지대는 상기 몰드의 상부에 안착되도록 일방향으로 연장되고, 상하방향으로 이동 가능하도록 구비될 수 있다.
상기 지지대와 상기 고정부재는 비자성체를 포함할 수 있다.
상기 격벽부재의 겉보기 기공율은 10 내지 20%이고, 상기 격벽부재의 굽힘강도는 100 내지 200㎏/㎠ 일 수 있다.
상기 격벽부재는, 전체 100 질량%에 대하여, SiO2 2 내지 6질량%, ZrO2 60 내지 82질량%, 카본 15 내지 30질량% 및 산화방지제 1 내지 4질량%를 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 Si, Al 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 격벽부재는, 전체 100 질량%에 대하여, 99중량% 이상의 AlN와, 1중량% 미만의 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조방법은, 주조방법으로서, 상부 및 하부가 개방된 중공형의 격벽부재를 포함하는 구조물을 마련하는 과정; 몰드의 상부에 상기 격벽부재가 상기 몰드의 내부 공간을 분할하도록 상기 구조물을 설치하는 과정; 상기 몰드의 내벽과 이격되도록 상기 몰드의 폭방향 또는 길이방향으로 상기 격벽부재의 길이를 조절하는 과정; 몰드에 용강을 주입하는 과정; 상기 용강 상부에 몰드 플럭스를 공급하는 과정; 및 상기 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정;을 포함하고, 상기 구조물을 설치하는 과정에서 상기 몰드의 내부 공간을 상기 격벽부재의 내부에 형성되는 제1영역과, 상기 격벽부재와 상기 몰드의 내벽 사이에 형성되는 제2영역으로 분할할 수 있다.
상기 구조물을 설치하는 과정은 상기 격벽부재의 적어도 일부는 상기 용강에 접촉되고, 상기 격벽부재의 적어도 일부는 상기 몰드 플럭스에 접촉되도록 설치할 수 있다.
상기 구조물을 설치하는 과정은, 상기 몰드에 용강을 주입하는 침지노즐의 양쪽에 상기 격벽부재가 배치되도록 설치하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 구조물을 설치하는 과정에서, 상기 몰드의 내벽과 상기 격벽부재 간의 거리가 20 내지 100㎜를 유지하도록 할 수 있다.
상기 구조물을 설치하는 과정에서, 상기 격벽부재가 상기 용강의 탕면으로부터 20 내지 200㎜ 범위에 침지되도록 설치할 수 있다.
상기 몰드 플럭스를 주입하는 과정은, 상기 제1영역과 상기 제2영역에 서로 다른 종류의 몰드 플럭스를 주입하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제2영역에 주입되는 몰드 플럭스는 니켈 산화물을 포함할 수 있다.
상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 제2영역에 몰드 플럭스를 지속적으로 주입하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법은, 주편의 표면에 합금 원소를 포함하는 농화층을 용이하게 형성할 수 있다. 즉, 주조 시 구조물을 이용하여 몰드 내부 공간을 분할하고, 분할된 공간에 서로 다른 성분을 갖는 몰드 플럭스를 공급할 수 있다. 이때, 몰드 내벽과 구조물 사이에 합금 원소를 포함하는 몰드 플럭스를 선택적으로 주입하여 주편의 표면에 합금 원소를 포함하는 농화층을 선택적으로 형성할 수 있다. 몰드 플럭스 내 합금 원소가 용강에 의해 희석되는 것을 억제하여 대부분의 합금 원소가 농화층을 형성하는데 기여할 수 있도록 할 수 있고, 이를 통해 주편 표면에 목표로 하는 농도를 갖는 농화층을 형성할 수 있다.
또한, 주편의 표면결함을 억제하기 위해 사용되는 합금 원소의 사용량을 저감시킬 수 있어 생산 비용이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 주조설비를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물을 몰드에 적용한 상태를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물을 몰드에 적용한 상태를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물의 구조를 보여주는 도면.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물의 사용 상태를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 구조물의 사용 여부에 따른 주편 표면의 농화층 깊이를 비교하여 보여주는 그래프.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 구조물의 사용 여부에 따른 주편 표층부에서의 Ni 잔류 비율을 비교하여 보여주는 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 주조설비를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물을 몰드에 적용한 상태를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물을 몰드에 적용한 상태를 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물의 구조를 보여주는 도면이고, 도 6 내지 8은 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물의 사용 상태를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 주조설비는, 제강공정에서 정련된 용강이 담기는 래들(10)과, 래들(10)에 연결되는 주입노즐, 예컨대 쉬라우드 노즐(미도시)을 통해 용강을 공급받아 이를 일시 저장하고 몰드(30)에 공급하는 턴디쉬(20)와, 턴디쉬(20)에 연결되는 침지 노즐(22)을 통해 용강을 전달받아 일정한 형상으로 응고층을 형성하는 몰드(30)와, 몰드(30)의 하부에 구비되어 몰드(30)로부터 인발된 미응고 주편(1)을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 복수의 세그먼트가 연속적으로 배열되는 냉각라인(40)을 포함할 수 있다.
이와 같은 주조설비를 이용한 주조공정은, 턴디쉬(20)에 수용된 용강(M)이 침지 노즐(22)에 의해 몰드(30)에 주입되면, 몰드(30)에 주입된 용강의 상부에는 몰드 플럭스가 공급될 수 있다. 몰드 플럭스는 고상, 예컨대 파우더 상태로 용강 상부에 공급될 수도 있고, 고상의 몰드 플럭스를 용해시킨 액상의 용융 몰드 플럭스로 공급될 수도 있다.
주조가 진행되면서 몰드 플럭스는 몰드(30)에 부여되는 진동에 의해 몰드(30)의 내벽과 용강 사이로 유입되어 윤활작용을 하여 몰드(30)에서 응고된 용강, 즉 응고셀이 몰드(30)의 하부로 인발될 수 있다. 이때, 몰드 플럭스는 유활 작용과 함께 용강 중 개재물의 흡수 제거, 용강의 보온 및 열전달 속도 제어 등과 같은 기능을 수행할 수 있다.
또한, 몰드 플럭스는 주편의 표면에 코팅층을 형성할 수 있다. 예컨대 구리를 다량 함유하는 강을 이용하여 주편을 주조하는 경우, 구리 성분이 주편 표면으로 용출되어 산화됨으로써 주편 표면에 크랙을 유발할 수 있다. 이에 주편 표면에 니켈을 함유하는 농화층, 즉 코팅층을 형성함으로써 주편의 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 주편 표면에 니켈을 함유하는 농화층을 형성하기 위해서 니켈 산화물을 함유하는 몰드 플럭스를 용강 상부에 주입하는데, 몰드 플럭스는 주조 중 용강에 함유되는 개재물과 반응함으로써 그 성분이 변화하거나 농도가 증가하여 원하는 농도를 갖는 농화층을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 주조용 구조물을 이용하여 몰드 내부 공간을 분할하고, 분할된 공간마다 서로 다른 성분을 갖는 몰드 플럭스를 선택적으로 공급함으로써 몰드 플럭스의 성분이나 농도 변화를 최소화하고, 주편 표면에 원하는 농도를 갖는 농화층을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물은, 몰드(30)에 거치 가능한 지지대(102)와, 상하부가 개방된 중공형의 격벽부재(110) 및 몰드(30) 내부 공간을 분할 가능하도록 격벽부재(110)를 연결하는 고정부재(120)를 포함할 수 있다. 이때,구조물은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 침지노즐(22)의 양쪽에 대칭적으로 구비될 수 있으며, 몰드(30) 내부 공간을 격벽부재(110)의 내부에 형성되는 제1영역(A)과, 격벽부재(110)와 몰드(30) 내벽 사이에 형성되는 제2영역(B)으로 분할할 수 있다. 참고로 이하에서 언급하는 몰드(30)의 길이방향은 주편의 폭방향에 대응하는 방향을 의미하고, 몰드(30)의 폭 방향은 주편의 두께 방향에 대응하는 방향을 의미한다. 그리고 몰드(30)의 길이방향은 주편이 인발되는 방향을 의미한다.
지지대(102)는 몰드(30) 상부에 안착되도록 일방향으로 연장되는 바(bar) 형상으로 형성될 수 있다. 지지대(102)는 침지노즐(22)의 일측에 구비될 수 있으며, 몰드(30)의 폭방향을 따라 몰드(30)의 상부에 안착될 수 있다. 지지대(102)는 용강 레벨 측정 센서 중 자기장을 이용하여 용강 레벨을 측정하는 ECLM(Eddy current level meter)에 영향을 미치지 않도록 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 비자성체는 티타늄을 포함할 수 있다.
또한, 지지대(102)는 상하방향으로 이동 가능하도록 구비될 수 있다. 지지대(102)는 몰드(30) 상부에 안착되도록 설치될 수 있다. 이에 지지대(102)에는 몰드(30)가 접촉하는 부분에 지지대(102)를 상하방향으로 이동시킬 수 있도록 승강부재(104)가 구비될 수 있다. 승강부재(104)로서, 지지대(102)를 관통하며 회전 가능하도록 구비되는 볼트가 사용될 수 있다. 이때, 볼트의 하부는 몰드(30) 상부에 접촉 가능하도록 구비될 수 있다. 또는 도 6에 도시된 바와 같이 볼트의 하부가 몰드(30)에 삽입되어 나사결합될 수도 있다. 이 경우, 볼트와 몰드(30)의 나사결합 정도에 따라 지지대(102)를 상부 또는 하부로 이동시킬 수 있다. 이와 같이 승강부재(104)를 이용하여 지지대(102)를 상하방향으로 이동시킴으로써 몰드(30) 상부에서 지지대(102)의 수평을 조절할 수 있다. 또한, 지지대(102)는 지지대(102)와 연결되는 구동기(미도시)나 기어박스(미도시) 등에 의해 상하방향으로 이동 가능하게 구비될 수 있음은 물론이다.
격벽부재(110)는 면적을 가지는 플레이트 형상으로 형성되고 일측이 개방된 대략 'ㄷ'자형으로 형성되는 제1격벽부재(110a)와, 일측이 개방된 대략 'ㄷ'자형으로 형성되는 제2격벽부재(110b)를 포함할 수 있다. 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b)는 개방된 일측이 서로 대향하도록 배치되며, 그 일측의 적어도 일부가 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 이에 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b)는 상부 및 하부가 개방된 중공형으로 형성될 수 있다.
격벽부재(110)는 몰드(30) 내에서 고온의 용강 및 몰드 플럭스에 견딜 수 있고, 이들과 반응을 일으키지 않는 재질로 형성될 수 있다. 격벽부재(110)는 전체 100 질량%에 대하여, SiO2 2 내지 6질량%, ZrO2 60 내지 82질량%, 카본 15 내지 30질량% 및 산화방지제 1 내지 4질량%를 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 격벽부재(110)에 함유된 SiO2의 함량이 2질량% 미만인 경우 주조 초기 열충격에 의해 크랙이 발생할 수 있고, 6질량%를 초과하는 경우에는 몰드 플럭스에 의한 침식이 과다하게 발생할 수 있다. 또한, 격벽부재(110)에 함유되는 ZrO2의 함량이 60질량% 미만인 경우 몰드 플럭스에 의한 침식이 발생할 수 있고, 82질량%를 초과할 경우에는 열충격에 의해 파손될 수 있다. 격막이 그리고 격벽부재(110)에 함유되는 카본의 함량이 15질량% 미만인 경우 열충격에 의해 크랙이 발생할 수 있고, 30질량%를 초과하는 경우에는 용강 중으로 카본의 픽업이 발생하여 용강의 품질을 저하시킬 수 있다. 성질에 악영향을 줄 수 있다. 그리고 산화방지제는 카본의 산화를 방지하기 위해 첨가되는 것으로 Al, Si 및 Ti 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
또는, 격벽부재(110)는 AlN을 포함하는 재질로 형성될 수도 있다. 이때, 전체 100 질량%에 대하여, 99중량% 이상의 AlN을 포함할 수 있으며, 1중량% 미만의 불가피한 불순물이 포함될 수도 있다. 격벽부재(110)로 AlN을 사용하는 경우 산화의 우려가 거의 없으므로 산화방지제는 포함되지 않는다.
또한, 격벽부재(110)는 10 내지 20% 정도의 겉보기 기공율과, 100 내지 200㎏/㎠ 의 굽힘강도를 갖도록 제조될 수 있다. 격벽부재(110)의 겉보기 기공율이 제시된 범위보다 낮은 경우에는 열충격 저항성이 현저하게 저하되어 용강 수강 중에 크랙이 발생하여 파손될 수 있고, 제시된 범위보다 높은 경우에는 격벽부재(110)의 기계적 물성이 저하되어 용강 유동에 의한 손상이 발생할 수 있다. 또한, 격벽부재(110)의 굽힘강도가 제시된 범위보다 작은 경우에는 용강 유동에 의해 손상이 발생할 수 있고, 제시된 범위보다 큰 경우는 열충격에 의한 손상이 발생할 수 있다.
고정부재(120)는 격벽부재(110)를 지지대(102)에 연결할 수 있다. 이때, 고정부재(120)는 격벽부재(110)를 몰드(30)의 폭방향 또는 길이방향으로 이동 가능하도록 연결할 수 있다. 고정부재(120)에는 제1격벽부재(110a)의 일측 상부가 삽입될 수 있도록 제1가이드홈(122)이 형성될 수 있다. 이때, 제1격벽부재(110a)가 고정부재(120)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위하여 제1격벽부재(110a)의 일측 상부에는 플랜지(112)가 형성될 수 있다. 그리고 제1격벽부재(110a)는 플랜지(112)를 제1가이드홈(122)에 삽입함으로써 슬라이딩 방식으로 이동 가능하도록 고정부재(120)에 연결될 수 있다.
또한, 제2격벽부재(110b)는 제1격벽부재(110a)와 접촉하는 일측 측면에 돌기(114)가 형성될 수 있다. 그리고 제1격벽부재(110a)에는 돌기(114)가 삽입되도록 제2가이드홈(116)이 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 제2격벽부재(110b)의 돌기(114)가 제1격벽부재(110a)의 제2가이드홈(116)에 삽입됨으로써 슬라이딩 방식으로 이동 가능하도록 연결될 수 있다.
고정부재(120)는 지지대(102)와 마찬가지로 용강 레벨 측정 센서 중 자기장을 이용하여 용강 레벨을 측정하는 ECLM에 영향을 미치지 않도록 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 비자성체는 티타늄을 포함할 수 있다.
한편, 격벽부재(110)는 몰드(30)의 길이방향 또는 폭방향으로 길이를 조절 가능하도록 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b)는 몰드(30)의 길이방향으로 긴 장방형으로 형성될 수 있다. 이에 제1격벽부재(110a)의 일측과 제2격벽부재(110b)의 일측이 중첩되도록 배치하고, 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b) 중 적어도 어느 하나를 몰드(30)의 길이방향으로 이동시킬 수 있다. 이는 주조되는 주편의 폭에 대응하여 주조용 구조물을 설치하기 위한 것으로, 주편의 폭이 작은 경우, 예컨대 900㎜인 경우에는 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b)가 중첩되는 정도를 크게 할 수 있고, 주편의 폭이 상대적으로 큰 경우, 예컨대 1500㎜인 경우에는 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b)가 중첩되는 정도를 감소시킬 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b)는 몰드(30)의 폭방향으로 중첩되도록 구비될 수도 있다. 이는 주조되는 주편의 두께 변화에 대응하기 위한 것으로 제1격벽부재(110a)와 제2격벽부재(110b) 중 적어도 어느 하나를 몰드(30)의 폭방향, 즉 주편의 두께 방향으로 이동시켜 몰드(30)의 폭방향으로 격벽부재(110)의 길이를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 주편의 폭이나 두께 변화에 신속하게 대응하여 구조물을 설치할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주조방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 주조방법은, 상부 및 하부가 개방된 중공형의 격벽부재(110)를 포함하는 구조물(100)을 마련하는 과정과, 몰드(30)의 상부에 격벽부재(110)가 몰드(30)의 내부 공간을 분할하도록 구조물(100)을 설치하는 과정과, 몰드(30)의 내벽과 이격되도록 몰드(30)의 폭방향 또는 길이방향으로 격벽부재(110)의 길이를 조절하는 과정과, 몰드(30)에 용강을 주입하는 과정과, 용강 상부에 몰드 플럭스를 공급하는 과정 및 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 구조물(100)을 설치하는 과정에서 몰드의 내부 공간을 격벽부재의 내부에 형성되는 제1영역(A)과, 격벽부재(110)와 몰드(30)의 내벽 사이에 형성되는 제2영역(B)으로 분할할 수 있다. 제1영역(A)과 제2영역(B)은 완전히 분리되어 제1영역(A)으로 주입되는 몰드 플럭스와 제2영역(B)으로 주입되는 몰드 플럭스가 상호 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
먼저, 몰드(30) 상부에 몰드(30) 내부 공간을 분할하도록 구조물(100)을 설치한다. 이때, 구조물(100)의 수평이 맞지 않은 경우 도 6에 도시된 바와 같이 승강부재(104)를 이용하여 지지대(102)를 상승 또는 하강시켜 수평을 조절할 수 있다. 구조물(100)은 침지노즐(22)을 양쪽에 각각 배치할 수 있으며, 이후 몰드(30) 내부로 주입되는 용강과 몰드 플럭스에 의해 격벽부재(110)의 적어도 일부는 용강에 접촉되고, 격벽부재(110)의 적어도 일부는 상기 몰드 플럭스에 접촉되도록 설치할 수 있다.
격벽부재(110)는 몰드(30)의 내벽과 이격되도록 설치될 수 있으며, 이때 격벽부재(110)와 몰드(30)의 이격거리를 20 내지 100㎜ 정도로 유지하도록 설치될 수 있다. 보다 바람직하게는 격벽부재(110)는 격벽부재(110)와 몰드(30)의 이격거리를 50 내지 70㎜ 정도로 유지하도록 설치될 수 있다. 이때, 격벽부재(110)와 몰드(30) 사이의 거리가 제시된 범위보다 작은 경우에는 용강의 열에 의해 몰드 플럭스를 충분하게 용융시킬 수 없고, 몰드(30) 내벽과 용강 사이로 주입되는 몰드 플럭스의 양이 현저하게 감소하여 윤활작용이 저하되고, 주편 표면에 원하는 농화층을 형성하기 어렵다. 또한, 격벽부재(110)와 몰드(30) 사이의 거리가 제시된 범위보다 큰 경우에는 용강 유동에 의해 몰드 플럭스의 변성, 예컨대 몰드 플럭스에 함유되는 Ni 성분의 희석 효과가 발생하여 주편 표면에 원하는 농화층을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 격벽부재(110)는 용강 탕면으로부터 20 내지 200㎜ 범위에 침지되도록 설치될 수 있다. 바람직하게는 격벽부재(110)는 용강 탕면으로부터 50 내지 150㎜범위이나, 70 내지 120㎜ 범위에 침지되도록 설치될 수 있다. 이는 격벽부재(110)가 몰드(30) 내 용강 레벨 변동에도 충분히 침지상태를 유지하여 제1영역(A)과 제2영역(B)에 각각 주입되는 몰드 플럭스의 혼합을 방지할 수 있기 때문이다. 그러나 격벽부재(110)의 침지 깊이가 제시된 범위보다 큰 경우에는 침지노즐(22)에서 토출되는 용강과 간섭이 발생할 수 있고 격벽부재(110) 외측으로의 열전달을 방해하여 초기 과도한 응고 조직을 형성시킬 수 있는 문제점이 있다.
몰드(30)에 격벽부재(110)가 설치되면, 침지노즐(22)을 통해 몰드(30) 내부에 용강과 몰드 플럭스를 주입한다. 이때, 몰드(30) 내부 공간은 격벽부재(110)에 의해 분할되어 되어 있으므로 제1영역(A)과 제2영역(B)에 몰드 플럭스를 각각 주입하여야 한다. 격벽부재(110)는 제1영역(A)과 제2영역(B)의 상부를 개방할 수 있도록 설치되기 때문에 각각의 영역으로 몰드 플럭스를 용이하게 주입할 수 있다.
격벽부재(110)의 외측, 즉 제2영역(B)은 니켈 산화물(NiO)를 함유하는 몰드 플럭스, 예컨대 제1몰드 플럭스를 투입할 수 있다. 제1몰드 플럭스는 몰드(30) 내 초기 응고가 시작하는 표층부만 Ni을 충분히 농화시키는 기능, 몰드(30)와 응고쉘 간의 윤활 기능 및 몰드(30)와 응고쉘 간 전열 제어 기능을 가지고 있다. 제1몰드 플럭스는 SiO2, CaO, MgO, Al2O3, Na2O, F 및 니켈 산화물을 함유하는 조성물을 포함할 수 있다. 이때, 니켈 산화물은 상기 조성물의 전체 중량에 대해서 5wt% 내지 40 wt% 범위로 함유될 수 있다. 제1몰드 플럭스에서 MgO는 1.0 ~ 1.5 wt%, Al2O3는 5 ~ 7 wt%, Na2O는 3 ~ 5wt%, F는 5 ~ 7wt% 포함될 수 있으며, 그 외 CaO 및 SiO2는 CaO/SiO2 가 0.8~1.4 의 비를 갖도록 포함될 수 있다.
그리고 격벽부재(110) 내측, 즉 제1영역(A)은 용강의 응고가 진행되지 않은 영역으로, 용강이 대기와 접촉하여 산화되는 것을 방지하기 위한 기능, 과냉이 발생하지 않도록 보온하는 기능과, 용강 내 개재물이 부상할 때 포집하는 기능을 갖는 제2몰드 플럭스가 투입될 수 있다. 이때, 제1영역(A)은 용강의 응고가 진행되지 않기 때문에 제2몰드 플럭스는 윤활과 전열 제어 기능을 가질 필요는 없다. 제2몰드 플럭스는 주조 대상인 강종에 따라 고염기성 몰드 플럭스와 저염기성 몰드 플럭스로 구분될 수 있다. Al 탈산에 의해 용강 중 Al2O3 개재물이 많고, 강 중 용융 Al 이 존재하는 강종은 몰드 플럭스 내 SiO2 함량을 최소화하여 용강 중 용융 Al에 의한 환원 반응을 억제할 수 있다. 그리고 고염기도(CaO/SiO2)를 유지하여 부상하는 Al2O3 개재물의 흡수가 용이하도록 설계될 수 있다. 예컨대 고염기성 몰드 플럭스는 CaO가 40~60 wt%이고, Al2O3 가 20~40wt% 이고, SiO2 는 10wt% 미만이고 그 외 탄소 등을 포함할 수 있다.
또한, Si 탈산에 의해 용강 중 SiO2 개재물이 많은 강종은 강중 용융 Al 이 극히 미량이기 때문에 용강의 재산화는 염려하지 않아도 된다. 또한, Al2O3 개재물의 혼입을 최소화하기 위해 Al2O3의 함량이 적은 저염기성 몰드 플럭스를 사용할 수 있다. 예컨대 저염기성 몰드 플럭스는 CaO가 30 ~ 50 wt%이고, SiO2가 40 ~ 60 wt% 이고, Al2O3를 10 wt% 미만으로 함유할 수 있다.
제2몰드 플럭스의 입도는 충분한 보온능을 확보하기 위하여 1 ~ 5㎜ 직경을 가지는 과립 형태를 사용할 수 있다.
또한, 제1영역(A)은 격벽부재(110)에 의해 둘러싸여지기 때문에 제1영역(A)에 주입된 제2몰드 플럭스는 몰드(30)와 용강 사이로의 유입이 차단되어 주조 중 거의 소모되지 않는다. 주조 초기 제1영역(A)에 제2몰드 플럭스를 충분하게 투입하면 주조 중 제1영역(A)에 제2몰드 플럭스를 추가로 투입하지 않을 수도 있다. 그리고 제2영역(B)에 투입된 제1몰드 플럭스는 주조가 진행되면서 지속적으로 소모되기 때문에 주조 중 용강 톤당 0.2 ~ 1kg 투입 속도로 지속적으로 투입할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 주조방법으로 주조된 주편의 성능을 평가하기 위한 실험 예에 대해서 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 구조물의 사용 여부에 따른 주편 표면의 농화층 깊이를 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 구조물의 사용 여부에 따른 주편 표층부에서의 Ni 잔류 비율을 비교하여 보여주는 그래프이다.
비교 예
시험 연주기에서 구조물을 사용하지 않고 Al 탈산강과 NiO을 함유하는 몰드 플럭스를 이용하여 시편을 주조하였다.
실시 예
시험 연주기에서 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 구조물을 몰드에 설치하고, 몰드에 용강과 몰드 플럭스를 주입하면서 시편을 주조하였다. 이때, 용강으로는 Al 탈산강이 사용되었고, 고염기도 몰드 플럭스(제2몰드 플럭스)와 NiO를 함유하는 몰드 플럭스(제1몰드 플럭스)를 사용하였다.
그리고 주조된 시편으로부터 농화층의 깊이와 농화층 내 Ni의 잔류 비율을 분석하였다.
먼저, 시편 표면에 형성되는 농화층의 깊이를 측정한 결과는 다음과 같다.
구조물을 사용하여 주조된 시편(실시 예)의 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 시편 표면으로부터 일정한 깊이에 농화층이 형성된 것을 알 수 있었다. 이에 비하여 구조물을 사용하지 않고 주조된 시편(비교 예)의 경우에는 시편의 폭방향으로 중심부에서 농화층이 매우 깊게 형성되고 가장자리쪽으로 갈수록 농화층의 깊이가 얕아지는 것을 알 수 있다.
그리고 시편 표면에 형성되는 농화층 내 Ni의 잔류 비율을 분석한 결과는 다음과 같다.
농화층 내 Ni의 잔류비율(%)은 투입된 몰드 플럭스(제1몰드 플럭스) 내 Ni의 총량이 주조된 시편의 표층부를 분석했을 때의 Ni 함량 증가량에 기여한 부분을 비율로 계산하여 도출하였다. 분석 결과, 비교예의 경우 몰드 플럭스에 의해 투입된 총 Ni의 약 35%정도만이 주편의 표층부 Ni 농화에 기여하였고 실시 예의 경우 투입된 총 Ni의 약 80%정도가 주편의 표층부 Ni 농화에 기여하였다. 이를 통해 구조물을 이용하여 몰드 내부 공간을 분할하고, 분할된 영역에 서로 다른 몰드 플럭스를 선택적으로 주입하여 주편을 주조하면, 주편 표면에 원하는 형태의 농화층을 형성할 수 있음을 확인하였다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 따른 주조용 구조물 및 이를 이용한 주조방법은, 표면 결함의 발생을 억제하여 품질이 우수한 주편을 제조하는데 적용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 주조 시 몰드에 설치되는 주조용 구조물으로서,
    상기 몰드에 거치 가능한 지지대;
    상하부가 개방된 중공형의 격벽부재; 및
    상기 몰드의 내부 공간을 분할 가능하도록 상기 격벽부재를 상기 지지대에 연결하는 고정부재;
    를 포함하는 주조용 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 격벽부재는 일측이 개방된 'ㄷ'자형으로 형성되는 제1격벽부재 및 제2격벽부재를 포함하고,
    상기 제1격벽부재와 상기 제2격벽부재는 각각의 일측이 상기 몰드의 폭방향으로 적어도 일부가 중첩되어 내부에 공간을 형성하도록 배치되는 주조용 구조물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 몰드의 폭방향과 나란하게 배치되고,
    상기 격벽부재는 상기 몰드의 폭방향으로 이동 가능하도록 상기 고정부재에 연결되는 주조용 구조물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 격벽부재는 일측이 개방된 'ㄷ'자형으로 형성되는 제1격벽부재 및 제2격벽부재를 포함하고,
    상기 제1격벽부재와 상기 제2격벽부재는 각각의 일측이 상기 몰드의 길이방향으로 적어도 일부가 중첩되어 내부에 공간을 형성하도록 배치되는 주조용 구조물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 몰드의 길이방향과 나란하게 배치되고,
    상기 격벽부재는 상기 몰드의 길이방향으로 이동 가능하도록 상기 고정부재에 연결되는 주조용 구조물.
  6. 청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 지지대는 상기 몰드의 상부에 안착되도록 일방향으로 연장되고, 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되는 주조용 구조물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지대와 상기 고정부재는 비자성체를 포함하는 주조용 구조물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 격벽부재의 겉보기 기공율은 10 내지 20%이고,
    상기 격벽부재의 굽힘강도는 100 내지 200㎏/㎠ 인 주조용 구조물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 격벽부재는,
    전체 100 질량%에 대하여, SiO2 2 내지 6질량%, ZrO2 60 내지 82질량%, 카본 15 내지 30질량% 및 산화방지제 1 내지 4질량%를 포함하는 주조용 구조물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 산화방지제는 Si, Al 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주조용 구조물.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 격벽부재는,
    전체 100 질량%에 대하여, 99중량% 이상의 AlN와, 1중량% 미만의 불가피한 불순물을 포함하는 주조용 구조물.
  12. 주조방법으로서,
    상부 및 하부가 개방된 중공형의 격벽부재를 포함하는 구조물을 마련하는 과정;
    몰드의 상부에 상기 격벽부재가 상기 몰드의 내부 공간을 분할하도록 상기 구조물을 설치하는 과정;
    상기 몰드의 내벽과 이격되도록 상기 몰드의 폭방향 또는 길이방향으로 상기 격벽부재의 길이를 조절하는 과정;
    몰드에 용강을 주입하는 과정;
    상기 용강 상부에 몰드 플럭스를 공급하는 과정; 및
    상기 용강을 응고시켜 주편을 주조하는 과정;을 포함하고,
    상기 구조물을 설치하는 과정에서 상기 몰드의 내부 공간을 상기 격벽부재의 내부에 형성되는 제1영역과, 상기 격벽부재와 상기 몰드의 내벽 사이에 형성되는 제2영역으로 분할하는 주조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 구조물을 설치하는 과정은 상기 격벽부재의 적어도 일부는 상기 용강에 접촉되고, 상기 격벽부재의 적어도 일부는 상기 몰드 플럭스에 접촉되도록 설치하는 주조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 구조물을 설치하는 과정은,
    상기 몰드에 용강을 주입하는 침지노즐의 양쪽에 상기 격벽부재가 배치되도록 설치하는 과정을 포함하는 주조방법.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 구조물을 설치하는 과정에서,
    상기 몰드의 내벽과 상기 격벽부재 간의 거리가 20 내지 100㎜를 유지하도록 하는 주조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 구조물을 설치하는 과정에서,
    상기 격벽부재가 상기 용강의 탕면으로부터 20 내지 200㎜ 범위에 침지되도록 설치하는 주조방법.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 몰드 플럭스를 주입하는 과정은,
    상기 제1영역과 상기 제2영역에 서로 다른 종류의 몰드 플럭스를 주입하는 과정을 포함하는 주조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2영역에 주입되는 몰드 플럭스는 니켈 산화물을 포함하는 주조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 주편을 주조하는 과정에서 상기 제2영역에 몰드 플럭스를 지속적으로 주입하는 과정을 포함하는 주조방법.
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