KR100992925B1 - 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 함량이 높은 무방향성 전기강판을 제조하기 위한 강재를 연속주조할 때 용강 중의 알루미늄 산화반응을 최소할 수 있도록 성분 중 의 SiO₂ 성분이 최대한 억제된 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 실리콘(Si) 및 알루미늄(Si)을 함유하는 무방향성 전기강판재의 연속주조용 몰드플럭스에 있어서, 중량%로서, Al₂O₃ 10~30%, SiO₂ 3% 이하, 융제(Na₂O+Li₂O+K₂O) 1.0% 이하, 불소(F) 5~15%, MgO 2~6%, MnO 5~10%이고, 잔부가 CaO 및 불가피한 불순성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스를 제공한다.

이와 같이, 본 발명의 몰드 플럭스는 용강중에 중량%로 Al 성분이 1.0~1.5% 첨가된 고 알루미늄 함유 무방향성 전기강판의 제조를 위한 슬래브 연속주조시 용강 중 Al성분과 와 몰드플럭스 내의 SiO₂와의 반응으로 인한 폭발과 화염발생을 현저히 감소시키는 매우 유용한 효과가 있다.

몰드플럭스, 전기강판, 연속주조, 무방향성, 알루미늄, 산화반응

Description

무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스{MOLD FLUX USED IN CONTINUOS CASTING OF ISOTROPIC ELECTROMAGNETIC STEEL SLAB}

도 1은 알루미늄 첨가에 따른 전기강판의 철손 감소를 도시한 그래프도;

도 2는 연속주조용 몰드에서의 몰드 플럭스의 역할을 도시한 모식도;

도 3은 각 합금성분별 산소 친화도를 도시한 엘링감 다이어그램도;

도 4는 본 발명에 따른 몰드 플럭스에 함유되는 융제와 점도와의 관계를 도시한 그래프도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1:턴디시 2:용강 3:침지노즐 4:연주몰드 5:몰드플럭스

6:몰드 슬래그 7:응고셀 8:몰드 내 용강

본 발명은 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 함량이 높은 무방향성 전기강판을 제조하기 위한 강재를 연속주조할 때 용강 중의 알루미늄 산화반응을 최소할 수 있도록 성분 중의 SiO₂ 성 분이 최대한 억제된 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스에 관한 것이다.

일반적으로, 전기강판이란 실리콘(Si)을 첨가하여 판재내의 철손의 감소효과를 더한 것으로서 타 철강재에 비하여 전자기적 특성을 우수하게 만든 연질자성재료이다. 이때 재료의 철손, 자속밀도 등 전자기적 특성을 높이기 위해서는 주로 강재의 성분 중 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 함량을 높이는 방법이 사용된다.

특히, 전기자동차용 모터코어용으로 사용되는 특수 무방향성 전기강판은 철손과 자속밀도가 각각 2.30W/㎏ 이하 및 1.63Tesla 이상이 요구되는 자성특성이 확보되어야 한다. 이를 위하여 기존의 무방향성 전기강판보다 실리콘(Si)의 함량을 4.0% 이상 첨가시켜 자성특성을 확보하여야 하나, 실리콘(Si)이 과다 첨가된 용강의 연속주조 시 응고지연에 따른 조업안정측면에서 연속주조가 불가한 실정이다.

따라서, 근래에 들어서는 실리콘(Si)과 유사한 역할을 하는 알루미늄(Al)을 첨가하여 강재의 비저항을 높여 철손을 낮추고 있는 실정이다. 이 때 알루미늄(Al) 첨가에 따른 전기강판의 철손감소효과는 도 1에 도시된 바와 같다. 이러한 사실에 근거하여 전기강판의 철손 및 자속밀도 요구치를 만족하도록 Si 3.0~3.4% 및 Al 1.0~1.5%를 첨가한 특수 무방향성 전기강판을 개발하였으며, 그 합금재는 중량%로 C: 0.01% 이하, Si: 3.0~3.4%, Mn: 0.5%이하, S: 0.01%이하, P: 0.01%이하, Al: 1.0~1.5% 및 잔부는 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 조성된다.

연속주조 공정은, 도 2에 도시된 바와 같이, 턴디쉬(Tundish; 1) 내 수강되어 있는 용강(Molten Steel; 2)이 침지노즐(3)을 통해 연주몰드(4)로 유입되면 수냉되고 있는 몰드(4) 내에서 용강(2)의 응고가 개시되어 중간제품인 주편(슬래브; Slab)이 얻어지면서 이루어진다. 이때, 연속주조 중 몰드(4) 내 용강(8) 위에 몰드 플럭스(Mold Flux; 5)가 투입되어 미용융층, 반용융층, 용융 슬래그층을 형성하게 되고, 용융슬래그가 상하로 진동하는 몰드(4)와 응고셀(7) 간의 틈사이로 유입되어 얇은 막(슬래그 필름)을 형성하면서 윤활작용을 하게 되는데, 이 슬래그 필름(Slag Film)은 연속주조기 아래방향으로 인발되는 주편과 함께 따라 내려가면서 주편을 냉각시키기 위해 뿌려지는 물에 의해 씻겨지면서 소모된다.

상기한 연주공정에서 몰드 플럭스(5)는 용강(8) 위에 투입되는 분말 또는 과립형상의 인공합성 슬래그로서, 이와 같이 수냉되는 몰드(4)와 접촉된 표면만이 응고된 얇은 주편이 파단되는 것을 방지하기 위한 윤활작용을 한다. 또한, 몰드 플럭스(5)는 주편과 몰드간의 마찰력을 감소시키는 윤활작용 이외에도 용강(8)으로부터 분리 부상되는 비금속 개재물의 흡수하여 용해시키고, 용강을 도포하여 대기와의 재산화 방지하며, 대기로의 열방출을 억제시켜 용강(8)을 보온 유지시키는 역할 뿐만 아니라 주편에서 몰드(4)로의 열전달매체 역할을 한다.

한편, 상기한 연주공정에서 전기강판 주조시 사용되는 일반적인 몰드 플럭스는 조성은 표 1과 같다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 몰드 플럭스에는 SiO₂가 35~45% 이 되도록 다량 선정되었으며, 융제는 Na₂O+Li₂O+K₂O의 혼합성분이다.

그러나, 본 발명의 몰드 플럭스를 적용하기 위한 고급 무방향성 전기강판(알루미늄 1.0~1.5%)에 기존의 몰드플럭스를 사용하여 연속주조하면 다음과 같은 문제점이 있었다.

기존의 몰드플럭스를 사용하여 연속주조 시, 용강 중에 다량으로 존재하는 알루미늄 성분과 몰드플럭스의 실리카(SiO₂)성분이 분해되어 생성된 산소(O2)간에 격렬한 발열 산화반응을 하게 된다. 이 반응시 발생하는 폭발성 화염으로 인하여 연속주조작업이 사실상 불가능하였다.

이를 상세히 설명하면, 도 3에 도시된 각 금속성분의 엘링감 다이어그램에서 참조할 수 있듯이, 산소와의 친화력이 상대적으로 강한 알루미늄과 몰드 플럭스내의 SiO₂ 성분에서 해리된 산소(O2)가 반응을 할 때 발생한 에너지는 1500℃에서 780 Kilo-Joule로서, 이는 산화력이 Ca성분 다음으로 가장 높은 경우이다. 이때 반응온도를 1500℃로 설정한 배경은 몰드 내에서의 용강의 온도가 약 1500℃이며, 이 온도에서 용강이 몰드플럭스와 접촉하기 때문이다.

요컨대, 알루미늄이 1.0~1.5% 함유된 고급 무방향성 전기강판의 연속주조시 SiO₂ 성분이 다량포함된 기존의 몰드플럭스를 사용할 경우, 용강 중의 알루미늄과 SiO₂ 성분간에 격렬한 반응으로 인한 폭발과 화염 발생으로 연속주조 작업이 불가능 한 제조상의 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 알루미늄 함량이 높은 전기강판재의 연주공정에서 사용되는 몰드 플럭스에 SiO₂ 성분을 함유하지 않거나 그 양을 최소화하여 몰드 내에서 용강중의 알루미늄과의 산화반응을 최소화할 수 있는 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘(Si) 및 알루미늄(Si)을 함유하는 무방향성 전기강판재의 연속주조시 사용되는 몰드플럭스에 있어서, 중량%로서, Al₂O₃ 10~30%, SiO₂ 3% 이하, 융제(Na₂O+Li₂O+K ₂O) 1.0% 이하, 불소(F) 5~15%, MgO 2~6%, MnO 5~10%이고, 잔부가 CaO 및 불가피한 불순성분을 포함하는 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스를 제공한다.

또한, 상기 몰드 플럭스는 1300℃ 이상의 온도에서 점도가 1.0~2.0 poise인 것을 이용한다.

이하, 본 발명에 따른 몰드 플럭스의 성분조정을 한정하는 이유를 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 몰드플럭스는 종래의 몰드플럭스와 달리 SiO₂ 성분을 거의 함유하지 않거나, 최대 함유량은 3.0중량% 이하로 제한하는데 특징이 있다.

본 발명에서는 몰드플럭스 중에 함유되는 SiO₂ 성분의 양은 3.0% 이하로 제 한하였는데, 그 이유는 SiO₂ 성분의 3%를 초과하는 경우 몰드 내에서 용강중의 Al 성분과의 격렬한 산화반응이 진행되어 이때 수반되는 폭발과 화염으로 연속주조작업이 불가능하였기 때문이다.

일반적으로 SiO₂ 성분의 양을 감소시킬 경우, 몰드플럭스의 염기도(CaO/SiO₂)가 매우 높아지며, 이 경우 몰드플럭스의 점도가 과도하게 낮아질 수 있다. 점도가 과도하게 낮을 경우, 몰드플럭스의 소비량(주조되는 용강중량 당 몰드플럭스 사용중량)이 매우 과다해지며, 또한 주조되는 주편표면에 매우 깊은 오실래이션 마크(Oscillation Mark)가 생성되어 주편의 품질을 저하시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 SiO₂ 성분량이 낮아진 몰드플럭스의 점도를 적정수준으로 유지하기 위하여 분말의 점도를 조정하는 역할을 하는 융제(融劑)를 도입하였다.

본 발명에서의 융제로서는 통상적인 Na₂O 성분과 Li₂O 및 K₂O 성분이 혼합된 액상의 융제를 이용하였으며, 그 양이 1중량%를 초과하여 조성되면 몰드 플럭스의 점도가 매우 낮아져서 몰드 플럭스의 소비량(주조되는 용강중량 당 몰드 플럭스의 사용중량)이 매우 과다해지며, 주조되는 주편의 표면에 매우 깊은 오실래이션 마크가 생성되어 그 주위에 크랙이 발생하는 등의 주편의 품질을 저하시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 몰드 플럭스의 CaO 성분은 각각의 성분을 제한하여 조성한 다음 그 나머지 부분을 차지하는 주요성분으로서, 그 량이 50중량%를 초과하여도 무방하나, 바람직하게는 30~50 중량%가 되도록 조성한다. 즉 CaO 성분이 50%를 초과하여 조성되는 경우, 슬래그의 점도가 매우 떨어져 몰드벽면으로 유입되는 슬래그의 양이 많아지며, 이와는 반대로 CaO 성분을 30% 미만으로 조성하는 경우에는 슬래그의 점도가 과도하게 높아져서 몰드와 주편의 윤활능이 저하되어 주편 구속성에 따른 주편터짐(이하 ‘구속성 주편터짐’이라 함) 현상의 가능성이 커지게 된다.

또한, 본 발명에서 조성되는 Al₂O₃ 성분이 30%를 초과하여 조성되면, 몰드 플럭스의 점도증가와 더불어 용강 내의 비금속 개재물 흡수능이 저하되고, 10% 미만인 경우에는 슬래그의 Al₂O₃ 성분에 대한 흡수능력의 과다로 인해 슬래그 점도가 과다하게 증가하여 몰드와 주편의 윤활능이 저하된다.

본 발명의 몰드플럭스를 구성하는 기타 성분인 불소(F), 산화마그네슘(MgO) 및 산화망간(MnO)은 통상적인 몰드플럭스의 수준인 불소(F) 5~15%, MgO 2~6%, MnO 5~10%로 구성하였다.

한편, 본 발명에 따른 몰드 플럭스는 1300℃ 이상의 온도에서 그 점도를 1.0~2.0poise의 범위가 되도록 함이 바람직한데, 그 이유는 점도가 1.0poise 미만인 경우에는 몰드플럭스의 소비량이 과다해지고, 이에 따라 주편표면품질 저하의 위험이 따르며, 점도가 2.0poise를 초과하는 경우에는 몰드와 주편의 윤활능이 저하되어 구속성 주편터짐의 가능성이 커지게 된다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

중량%로 C: 0.01%이하, Si: 3.0~3.4%, Mn: 0.5%이하, S: 0.01%이하, P: 0.01%이하, Al: 1.0~1.5% 및 잔부는 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 조성되는 고 알루미늄 함유 무방향성 전기강판재인 슬래브를 연속주조기에서 동일한 주조조건으로 연속주조하였으며, 그 사이즈는 두께 200~250㎜, 폭 900~2000㎜로 주조하였다.

이때 적용되는 몰드 플럭스로는 표 2와 같은 조성을 갖는 제품을 투입하였으며, 비교재 몰드플럭스와 본 발명의 몰드플럭스를 실제 슬래브 연주기에 적용하면서 몰드에서의 폭발 및 화염 발생과 구속성 주편터짐 발생여부를 표 2에 함께 나타내었다.

실제 슬래브 연속주조기에서의 수회에 걸친 반복시험 결과, 주조시 폭발발생 과 구속성 주편터짐 발생이 표 2에서 보이는 것처럼, 본 발명에 다른 몰드 플럭스를 사용할 때 크게 개선되었음을 확인할 수 있었다. 표 2에서는 본 발명의 몰드 플럭스에서 바람직한 CaO 성분범위인 30~50%를 기준으로 하여 나타내었으나, 이 범위를 초과하여 CaO 성분을 조성하여도 연주몰드 상부에서 폭발 및 화염은 거의 발생하지 않았으며, 주편의 구속성 주편터짐 현상도 발생하지 않았다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 몰드 플럭스는 용강중에 중량%로 Al 성분이 1.0~1.5% 첨가된 고 알루미늄 함유 무방향성 전기강판의 제조를 위한 슬래브 연속주조시 용강 중 Al 성분과 와 몰드플럭스 내의 SiO₂와의 반응으로 인한 폭발과 화염발생을 현저히 감소시키는 매우 유용한 효과가 있다. 따라서 이러한 효과는 품질이 양호한 슬래브를 제조할 수 있어 후공정에서 양호한 전기강판을 제조할 수 있다.

Claims (2)

1. 실리콘(Si) 및 알루미늄(Si)을 함유하는 무방향성 전기강판재의 연속주조용 몰드플럭스에 있어서,

   중량%로서, Al₂O₃ 10~30%, SiO₂ 3% 이하, 융제(Na₂O+Li₂ O+K₂O) 1.0% 이하, 불소(F) 5~15%, MgO 2~6%, MnO 5~10%이고, 잔부가 CaO 및 불가피한 불순성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 몰드 플럭스는 1300℃ 이상의 온도에서 점도가 1.0~2.0 poise인 것을 특징으로 하는 무방향성 전기강판재 연속주조용 몰드 플럭스.

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