코너 크랙 방지를 위한 정련 방법 document_id A220517003855

본 발명은 코너 크랙 방지를 위한 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 함량이 0.10wt% 이상, 용존 알루미늄이 100ppm 이상 요구되는 두께가 220㎜ 이상인 후판용 슬라브의 코너 크랙 방지를 위한 정련 방법에 관한 것이다. 슬라브의 코너 크랙(corner crack)은 용강을 연속 주조하여 슬라브를 제조할 때 가해지는 열적 또는 기계적 응력에 의해 슬라브의 코너부에 발생하는 크랙성 결함이다. 따라서 코너 크랙은 슬라브의 주조 조건에 크게 영향을 받지만, 크랙 선단부를 확인하면 AlN과 같은 비금속 석출물로부터 크랙이 시작되는 것을 알 수 있다. 도 1은 용존 알루미늄과 질소 함량의 곱에 따른 슬라브 크랙 지수의 변화를 나타낸 그래프이다. 도면을 참조하면 용존 알루미늄과 질소 함량이 증가할수록 슬라브 크랙 지수도 증가하므로, 슬라브 내 AlN 석출물의 양과 크랙의 발생량이 큰 관계가 있음을 알 수 있다. 실제로 슬라브 내의 용존 알루미늄을 200ppm이하, 질소를 30ppm 이하로 제어하면 슬라브의 코너 크랙을 크게 감소시킬 수 있다고 보고 된 바 있다. 그러나 용강을 정련하는 과정에서 용존 알루미늄과 질소는 필수적으로 투입하거나 공기로부터 저절로 유입되는 성분이다. 용존 알루미늄의 경우 용강의 탈산을 위해 투입된다. 질소의 경우 용강 정련이 대부분 대기 중에서 이루어짐에 따라 질소 함량이 전체의 70%를 점유하는 공기로부터 용강 내로 유입되어 일정량이 혼입되며, 대기압 하에서의 질소의 용해도는 200ppm 수준에 달한다. 일반적으로 제강 공정에서 용강 정련이 완료된 슬라브 상태에서 용존 알루미늄은 300ppm, 질소는 40ppm 정도 함유되어 있다. 이는 연속 주조시 조업 조건이 양호하지 못할 때 슬라브의 코너 크랙을 유발할 수 있다. 종래에는 이러한 용존 알루미늄과 질소를 용강의 정련 잡업에서 제어하기 위하여 진공 설비를 이용하여 질소의 분압을 낮추거나, 성분 분석을 통해 알루미늄의 투입량을 조정하는 등의 단순한 방법을 사용하였다. 용존 알루미늄의 경우 전로 정련 후 산소량에 따라 탈산을 위한 최소량의 알루미늄을 첨가한다. 그 다음에 용강 샘플을 채취하여 성분을 확인한 후 탈산 정도에 따라 추가적인 알루미늄을 첨가하는 방식으로 제어하고 있다. 그러나 이는 제어 방법이라기보다 분석을 통해 성분을 확인한 후 알루미늄을 추가로 투입하여 조정하려는 단순한 성분 재조정 방법이며, 편차도 ± 150ppm 정도로 크기 때문에 안정적인 제어가 어렵다. 또한 초기 알루미늄 첨가량이 너무 적어 충분한 탈산이 되지 못할 경우 용강 내부 및 슬래그에 존재하는 산소에 의해 주조 중 슬라브 내부에 산화물을 생성하여 슬라브의 내부 결함의 원인이 된다. 일반적으로 정련 작업에서 질소를 제어하기 위하여 진공 탈가스 설비를 이용한 진공 처리를 통해 용강 내 질소를 제거하는 방법을 사용한다. 그러나 이는 별도의 진공 설비를 이용해야 하므로 설비에 제한이 있다. 또한 진공 처리를 하더라도 처리 중 온도가 하강하여 장시간 처리가 곤란하기 때문에 통상적인 처리 조건에서는 30ppm 이하의 제어가 곤란하다. 따라서 진공 탈가스 처리 없이도 용강 중 질소를 30ppm 이하로 제어할 수 있는 방법이 요구된다. 질소를 제어하기 위한 종래 기술로 한국특허공보 2002-27885에는 출강 중에 공기로부터 용강으로 질소가 유입되는 것을 막기 위하여 탈산 시점을 최대한 늦추어 탈산하는 방법이 개시되어 있다. 이 때 탈산 시점을 지연시킴으로써 용강으로의 질소 유입은 어느 정도 감소시킬 수 있으나, CaO계 부원료의 재화 불량 등으로 용존 알루미늄의 편차가 증가하여 용존 알루미늄과 질소를 동시에 제어하는 데 어려움이 있다. 또한 출강 중에는 질소 함유량을 낮게 제어할 수 있어도, 그 후 성분 및 온도 균일화를 위한 필수적인 정련 공정인 버블링 공정에서 또다시 질소가 유입되기 때문에 최종 슬라브에서의 질소 함유량을 30ppm 이하로 제어하기 곤란하다. 질소를 제어하기 위한 또다른 종래 기술로 한국특허공보 2000-79937에는 취련 작업 시 부원료의 적정 투입 시기와 양을 조절하여 용강 중 질소의 양을 제어하는 방법이 개시되어 있다. 또한 한국특허공보 2001-25452에는 하나의 전로에서 취련 작업 시 염기도, 슬래그 배재량, 송산량 등을 조절하여 인 성분과 질소의 함유량을 제어하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이들은 상기 방법과 마찬가지로 단위 설비 및 공정에서의 질소 제어 기술이기 때문에, 최종 슬라브 상태에서의 질소 함유량을 안정적으로 제어하는데 어려움이 있다. 또한 크랙을 감소시키기 위해 고려해야 하는 용존 알루미늄을 제어하지 못했다는 단점이 있다. 그러므로 후판용 슬라브의 코너 크랙을 발생시키는 대표적인 석출물인 AlN의 생성을 억제하기 위해서는 상기와 같은 용존 알루미늄과 질소의 성분별 및 공정별 단독 제어가 아니라 용존 알루미늄과 질소를 동시에 제어하기 위한 기술의 개발이 필요하다.