제조공정
산업 제조
연속 주조 금형 분말
연속 주조 금형 분말은 주로 연속 주조 기계의 금형을 통한 액강의 통과를 용이하게 하는 데 사용됩니다. 또한 금형 분말, 주조 분말, 금형 플럭스, 금형 플럭스 슬래그 또는 금형 플럭스 분말과 같은 여러 다른 이름으로도 알려져 있습니다. 주형 분말은 액강의 연속주조에서 중요한 역할을 하며, 주조공정의 안정성과 액강의 원활한 주조에 가장 영향력 있고 중요한 요소 중 하나입니다.
금형 분말은 주조 공정의 성능을 향상시키고 표면 결함을 줄입니다. 주형 분말의 주요 기능은 (i) 액강을 산화로부터 보호하고, (ii) 응고하는 강에 윤활을 제공하고, (iii) 액강에서 금형으로의 열 전달을 제어, 최적화 및 단열하는 것입니다. 수평 및 수직 방향의 주변 환경, (iv) 액체 강철로부터 개재물을 흡수하여 보다 깨끗한 주강 제품 생성, (v) 액체 강철에 산화 및 기타 원치 않는 반응으로부터 화학적 보호 제공. 금형 분말의 높은 염기도는 비금속 개재물을 동화시키는 능력을 증가시킵니다.
1950년대에 액체강의 연속주조가 시작되었을 때, 유채씨유를 사용하여 강철 쉘과 금형 사이의 윤활 및 열 전달이 제공되었습니다. 액강의 연속주조가 시작된 초기에는 액강이 주형을 윤활하기 위해 평지씨 오일을 사용하여 개방 흐름으로 주조되었습니다. 그러나 유채씨 오일이 적절한 단열, 강철 재산화에 대한 보호 및 알루미나와 같은 불순물에 대한 플럭스 역할을 하지 못하여 주조 제품의 표면 품질이 좋지 않았습니다. 연속강주조에서 SEN(Submerged Entry Nozzle)의 출현으로 오일을 사용하면 새로운 문제가 발생했습니다. 또한 동결된 강판 때문에 두개골이 SEN을 깨뜨릴 수 있을 만큼 충분히 커질 때까지 잠긴 노즐 주위에서 자라게 됩니다.
주형 분말은 평지씨 오일이 직면하는 문제를 극복하기 위해 개발되었습니다. 이 개발은 많은 사람들에게 '시행 착오' 개발로 간주되었습니다. 비산회를 기반으로 한 금형 분말은 1968년에 도입되었습니다. 처음에 금형 분말은 비산회, 고로(BF) 슬래그, 형석, 알칼리 탄산염 및 빙정석과 같은 물질의 물리적 혼합물이었습니다. 이러한 분말은 열 손실에 매우 긍정적인 영향을 미치며 액강의 과열 온도를 낮출 수 있습니다. 이 분말은 또한 곰팡이와 껍질 모두를 '습윤'시키는 것으로 나타났습니다. 이러한 분말은 또한 주조 제품의 품질을 개선하는 주조 매개변수에 긍정적인 영향을 미쳤습니다. 그러나 액체강을 윤활하고 보호하는 데 사용되는 비산회 기반 분말은 비산회 성분이 다양하기 때문에 효율적이지 않았습니다. 따라서 플라이애시를 석회석, 소다회, 형석(CaF2) 등과 혼합하여 성형분말의 조성을 재현할 수 있도록 할 필요가 있었다. 이것은 1980년대 초반에 합성 금형 분말의 개발로 이어졌습니다. 처음 도입된 이후로 몰드 파우더의 지속적인 개발은 이제 다양한 강철 섹션의 연속 주조를 일상적으로 만들었습니다.
오늘날 다양한 강철 등급과 크기의 주조에 적합하도록 다양한 조성과 모양(과립, 분말 형태 및 압출 분말)을 가진 많은 유형의 금형 분말이 생산됩니다. 금형 분말의 특성에 영향을 미치는 요인은 (i) 화학 조성, (ii) 광물학적 조성, (iii) 입자 크기 조성, (iv) 제조 공정, (v) 건조 또는 로스팅 방법 및 (v) 유리 탄소 함량입니다. . 분말의 모양과 유형은 가격, 건강 문제, 유동성, 단열성 및 용융 속도와 같은 장단점이 있습니다. 분말을 선택하려면 주조 공정, 액강의 구성, 바람직하고 실현 가능한 선호도, 공정 및 제품의 특성에 대한 깊은 지식이 필요합니다.
금형 분말은 용융 속도를 조절하기 위해 소량의 탄소를 함유하는 다양한 금속 산화물과 불화물의 기계적 혼합물입니다. 분말이 녹는 동안 산화물과 불화물이 반응하여 냉각 시 복합 산화물과 산소 불화물을 생성하는 액체를 형성합니다. 이러한 단계가 슬래그의 윤활 및 열 전달 특성에 영향을 미치는 정도는 원래 분말의 화학적 조성에 따라 다릅니다. 금형 분말에는 화학 성분의 수가 많기 때문에 조성 기준으로 서로 다른 분말의 성능을 비교하기가 어렵습니다.
금형 분말의 조성은 용도, 강종 및 원하는 제품에 따라 다릅니다. 그러나 일부 구성 요소는 금형 분말의 주요 구성 요소로 간주됩니다. 조성을 특징짓는 성분은 (i) 조성의 약 70%인 CaO와 SiO2의 혼합물이며, CaO는 22%~45% 범위이고 SiO2는 17%~56%이며, (ii) CaO/SiO2 비율은 일반적으로 일부 분말의 경우 1~1.3 범위에서 염기도 비율이 0.8, (iii) MgO가 약 0%~10%, (iv) Fe2O3가 약 0%~6%, (v) Al2O3가 약 0%입니다. ~ 13%, (vi) Na2O 약 0% ~ 25%, (vii) K2O 약 0% ~ 2%, (viii) 불소 약 2% ~ 15%, (ix) TiO2, B2O3, ZrO2, Li2O 및 MnO 적용의 필요에 따라 분말에 첨가되므로 양은 많이 달라질 수 있으며, (x) C는 약 2% ~ 20%입니다.
몰드 분말의 불소(F)는 몰드 분말 특성에 큰 영향을 미치며 환경에도 유해한 영향을 미칩니다. 불소의 장점은 (i) 몰드 분말의 융점을 낮추어 몰드 분말의 윤활성을 향상시키고, (ii) 몰드 분말의 점도를 감소시켜 연속적이고 안정적인 슬래그 피막 형성을 돕습니다. (iii) 분말 필름의 결정화를 향상시킵니다. 불소의 단점은 (i) SiF4 및 NaF와 같은 휘발성 성분의 방출이 있고 (ii) 냉각수와 반응하여 HF를 형성한다는 것입니다.
점도, 응고점, 융점 및 슬래깅 속도는 금형 분말의 중요한 특성으로 간주됩니다. 주형 분말은 점도가 낮고 액상선 온도가 낮고 용융 속도가 연속 주조 속도와 일치해야 합니다. 때때로 특정 등급의 강철을 주조하는 동안 주형 분말의 밀도와 화학적 성질에 주의를 기울일 필요가 있습니다. 금형 분말의 단열 특성은 부피 밀도, 입자 크기 및 탄소 유형을 통해 제어됩니다. 금형 분말의 일부 주요 특성에 대한 화학 성분의 영향은 표 1에 나와 있습니다.
| 표 1 금형 분말의 특성에 대한 화학 성분의 영향 | ||||
| SL 번호 | 화합물/요소 | 점도 | 고화점 | 융점 |
| 1 | CaO | 감소 | 증가 | 증가 |
| 2 | SiO2 | 증가 | 감소 | 감소 |
| 3 | CaO/SiO2 | 감소 | 증가 | 증가 |
| 4 | Al2O3 | 증가 | 감소 | 증가 |
| 5 | Na2O | 감소 | 감소 | 감소 |
| 6 | F | 감소 | 증가 | 감소 |
| 7 | Fe2O3 | 감소 | 감소 | 감소 |
| 8 | MnO | 감소 | 감소 | 감소 |
| 9 | MgO | 감소 | 감소 | 감소 |
| 10 | B2O3 | 감소 | 감소 | 감소 |
| 11 | 바오 | 감소 | 감소 | 감소 |
| 12 | LiO2 | 감소 | 감소 | 감소 |
| 13 | TiO2 | 변경 사항 없음 | 증가 | 증가 |
| 14 | K2O | 감소 | 감소 | 감소 |
강철 구성에 맞는 금형 분말의 특정 요구 사항이 있습니다. 이러한 요구 사항은 다음과 같습니다.
오늘날 금형 분말은 (i) 비산회 기반, (ii) 합성 및 (iii) 사전 융합 또는 프릿 재료의 세 그룹으로 광범위하게 분류됩니다. 플라이애시 기반 금형 분말은 보크사이트, 석회, 형석 등과 같은 원료와 분말 플라이애시를 주성분으로 기계적으로 혼합한 것입니다. 합성 분말은 단순히 분말 원료를 원하는 비율로 혼합한 것입니다. 일반적으로 알루미늄 킬드 딥 드로잉 품질 강의 주조에 사용되는 사전 융합된 금형 분말은 원료의 기계적 혼합 후에 용융되고 크기가 조정되는 혼합물입니다. 금형 분말은 분말, 과립, 압출 및 팽창 과립과 같은 다양한 형태로 공급됩니다. 각 유형의 몰드 파우더는 비용, 유동성, 단열, 주입율 및 건강 위험과 관련된 고유한 장점과 단점을 가지고 있습니다. 분말은 과립 제품보다 저렴하지만 미세 분말은 건강에 유해한 문제가 있습니다. 또한 미분은 용기 바닥에 가라앉는 경향이 있기 때문에 공급에 약간의 불균일성이 있습니다. 다양한 유형의 금형 분말이 아래에 설명되어 있습니다.
비산회 분말 – 이 분말은 분말 플라이애시가 혼합물의 중요한 구성 요소인 기계적 블렌드입니다. 이 분말에서 비산회는 다양한 미네랄과 혼합됩니다. 비산회 성분이 매우 다양하기 때문에 이러한 유형의 분말의 생산 및 사용이 제한되었습니다.
합성 분말 – 이 분말은 많은 미세 분말 광물의 기계적 블렌드입니다. 이들은 고전단 혼합으로 만들어집니다. 융점이 유사한 원료를 사용하는 것이 바람직합니다. 품질 보증을 단순화하기 때문에 필요한 구성을 달성하기 위해 최소한의 원료를 사용하는 것이 바람직합니다. 또한 건강에 유해한 문제가 있는 원료는 사용하지 않아야 합니다.
사전 융합된 분말 – 이 분말에는 사전 용융 및 크기 조정된 재료의 상당한 부분이 있습니다. 균일성 및 화학적 조성을 개선하기 위해 Pre-fused powder를 도입하였습니다.
과립 분말 – 이 분말은 구형 또는 압출 과립의 모양을 가지고 있습니다. 이 과립은 곰팡이 분말보다 먼지가 훨씬 적습니다. 구형 과립은 특히 자동 적용에 적합합니다. 과립 형 분말은 분무 건조로 생산되는 반면 압출 분말은 압출로 생산됩니다. 이 분말은 더 나은 품질 관리와 더 적은 건강 위험 문제가 있습니다. 팽창 과립에는 팽창제가 포함되어 있습니다. 과립을 가열하는 동안 팽창제가 과립의 모양을 변경하고 금형 상단에 있는 분말의 유동성을 감소시킵니다.
스타터 파우더 – 이들은 때때로 빠르게 형성된 슬래그 풀을 제공하기 위해 주조 초기에 사용됩니다. 이 분말은 녹는점이 낮고 산화나트륨(Na2O) 함량이 높으며 규화칼슘 및 소량의 탄소(1% 미만)와 같은 발열제를 자주 포함합니다. 스타터 파우더는 필요한 경우에만 사용해야 합니다.
연속 주조 중에 액체강은 턴디쉬에서 진동하는 주형으로 계속해서 부어집니다. 구리 몰드는 물로 냉각됩니다. 액체강이 산화되어 금형에 달라붙는 것을 방지하기 위해 금형 분말이 사용됩니다. 금형 분말은 수동 또는 자동으로 수행할 수 있는 금형 내부의 액강 상부 표면에 지속적으로 추가됩니다. 이 몰드 분말은 전체 깊이가 100mm ~ 150mm인 층을 형성합니다. 분말의 융점보다 훨씬 높은 액체강의 고온으로 인해 분말을 통해 수직 방향으로 온도 구배가 형성됩니다. 상단에는 새로 추가된 금형 분말이 있어 분말 층을 형성합니다. 몰드 분말을 추가하면 형성된 몰드 분말의 다른 층이 그림 1에 개략적으로 표시됩니다. 이러한 층의 형성 메커니즘은 아래에 설명되어 있습니다.
메니스커스의 분말은 일반적으로 (i) 상단의 미반응, 용융되지 않은 어두운 분말 층, (ii) 소결된 반반응 층, (iii) 주형 분말이 녹고, (iv) 용융된 슬래그 층이 액체 강 위에 직접 있습니다. 윤활 과정은 마지막으로 언급한 이 층 내에서 거의 완전히 수행되며 많은 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 점도 및/또는 용융 온도가 낮은 플럭스는 마찰을 낮추고 윤활 특성을 향상시켜 고착을 방지하는 경향이 있습니다.
그림 1에서 액체강에서 분말의 외부 표면으로 이동할 때 응집 상태와 물리적 상태에 따라 정의할 수 있는 세 가지 다른 층이 있음을 알 수 있습니다. 그들 각각은 특정 온도 범위에 대해 존재합니다. 다른 한편으로, 액체강에서 냉각된 금형으로 이동하면 다른 층이 발생하지만 이는 용융 곡선으로 예측할 수 있습니다. 분말 필름의 특성은 스트랜드 윤활 및 금형 열 전달의 주요 기능을 결정합니다. 화학적 조성과 물리적 특성에 따라 결정화와 유리화라는 두 가지 주요 메커니즘이 차례로 발생할 수 있습니다. 결정의 형성은 주조 중 균일하고 제어된(수평) 열 전달에 유리하며, 이는 표면 균열의 형성을 방지하기 위해 필요합니다.
그러나 액강에 직접 노출되는 주형 분말은 또한 열역학적 상태에서 매우 멀리 떨어진 열적 조건을 제공할 수 있는 순간 가열을 경험합니다. 이 경우 분말은 일반적으로 유리 같은 거동을 보입니다.
그림 1 금형에 있는 여러 층의 금형 분말에 대한 개략도
금형 분말 기능의 과정
금형 분말의 하부가 소결되기 시작하여 소결층을 형성합니다. 그러나, 액강과 가장 근접하게 접촉하고 있는 분말은 고온으로 인해 녹아서 금형 내부의 액강 상단에 액상 분말 풀이 생성됩니다. 금형의 좁고 넓은 면에서 액체 분말은 강철 메니스커스와 금형 벽 사이의 좁은 틈을 관통합니다. 액체 슬래그가 수냉식 금형 벽에 담금질 때 고체 유리 슬래그 층이 형성됩니다. 이 층에 더 많은 포더가 추가되거나 예열이 수행될 때 층에 결정상이 형성될 가능성이 있습니다. 금형 상부의 더 높은 열 전달율로 인해 림(rim)이라고 하는 슬래그 층이 메니스커스 상단과 금형 주위에 형성됩니다. 고체 슬래그 층 구조는 수평 열유속, 즉 강철의 냉각 속도를 제어하는 일부이며 최종 강철 제품에서 발생하는 표면 결함의 수와 직접적인 관련이 있습니다. 단단한 강철 표면의 온도는 금형 전체에 걸쳐 금형 분말의 융점보다 높습니다. 그 결과, 고체 분말 층과 강철 쉘(스트랜드) 사이에 액상 분말 층이 존재한다. 이 층은 낮은 스트랜드/금형 마찰을 유지하여 강철 쉘이 들러붙는 것을 방지하는 데 중요합니다.
금형에 가장 가까운 액체강 층이 응고되기 시작합니다. 이 껍질의 품질과 특성이 가장 중요합니다. 따라서 응고된 쉘의 안정성과 품질을 제어하고 최적화하는 것이 필수적입니다. 이것은 주조 속도, 금형 진동 속도, 열 전달 및 용융 속도, 조성 및 점도 등과 같은 금형 분말 특성을 조정하여 수행할 수 있습니다. 액체 강철을 덮는 금형 분말은 액체 분말 층을 형성합니다. 이 층 위에는 탄소가 풍부한 소결층이 있고 그 위에는 융합되지 않은 분말이 있습니다. 금형 분말은 (i) 공기에 의한 산화에 대한 금속 보호, (ii) 표면의 부분 응고를 방지하기 위한 단열, (iii) 표면으로 올라오는 개재물의 흡수, (iv)와 같은 여러 기능을 수행할 것으로 예상됩니다. 금속과 주형 사이의 접촉 윤활 및 (v) 주조 조건에 따라 스트랜드와 주형 사이의 균일한 열 전달 허용
주형이 진동하는 동안 액상강 표면에 형성된 액상 분말이 강재 스트랜드와 몰드 사이로 침투하여 윤활제 역할을 하고 스트랜드에서 금형으로의 열 추출을 조절합니다. 열이 너무 천천히 발산되면 스트랜드에 의해 너무 얇은 강철 쉘이 형성되고 액체 강철의 강정압을 견딜 수 없기 때문에 금형 바로 아래에서 강철 쉘이 파열되는 '탈출'이 발생할 수 있습니다. 반면에 열제거율이 너무 높으면 주조품에 세로방향 균열이 나타날 수 있다.
금형 분말 특성화
물리적 특성은 선택 절차 및 운영 평가에서 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 화학 조성, 결정화 시작을 포함한 점도 및 용융 거동이 금형 분말의 특성을 고려합니다.
점도 – 금형 분말의 점도는 주조 중 금형 분말의 침투에 영향을 미칩니다. 일반적으로 동일한 작동 조건에서 금형 분말의 점도가 감소함에 따라 침투가 증가합니다. 점도에 대한 작동 창은 주로 경험 법칙을 기반으로 하지만 분말 갇힘 제어와 같은 다른 요구 사항도 금형 분말의 요구되는 점도를 정의할 때 중요한 역할을 합니다.
용해 거동 – 몰드 분말의 용융 거동은 액체 풀 깊이와 림/곰 형성에 대한 민감도 모두에 큰 영향을 미칩니다. 용융 거동은 용융 궤적과 용융 속도로 설명할 수 있습니다. 두 경우 모두 유리 탄소의 추가가 주요 요인으로 간주됩니다. 다른 주요 매개변수는 주형의 유동 조건, 즉 주조 중 메니스커스 안정성입니다. 액체 풀 깊이는 공급 및 금형 분말의 침투의 균형 값에서 비롯됩니다.
녹는 궤적 – 금형 분말의 용융 궤적은 핫 스테이지 현미경을 사용하여 결정됩니다. 결과는 일반적으로 연화, 용융 및 유동 온도에 대한 값으로 제공됩니다.
용해 속도 – 금형 분말의 용융 속도는 소위 연화 방법을 사용하여 결정됩니다. 이 방법으로 미리 압축된 금형 분말 실린더의 변위는 고정 온도(1400°C)에서 시간의 함수로 측정됩니다. 이 방법은 금형 분말 조성, 즉 금형 분말의 자유 탄소 함량과 관련될 수 있는 정성적 결과를 산출합니다.
제조공정
금속 주조 공정 금속 주조는 금속으로 만든 재료를 제조하는 과정입니다. 뜨거운 액체 금속을 성형하기 위한 성형 공정입니다. 그것은 거의 그물 모양의 제품에 대한 가장 간단하고 직접적인 경로이며 종종 가장 저렴합니다. 그것은 액체 금속을 원하는 모양의 중공 공동을 포함하는 주형에 붓고 냉각되고 응고되도록 하는 공정입니다. 응고된 부분은 주물이라고도 하며 공정을 완료하기 위해 주형에서 꺼내거나 제거합니다. 주조는 다른 방법으로 만들기 어렵거나 비경제적인 복잡한 모양을 만드는 데 매우 자주 사용됩니다. 금속 주조 공정(그림 1)에는
연속 주조 금형 연속 주조 공정에서 액강은 국자에서 턴디시를 통해 주형으로 흐릅니다. 금형은 연속 주조 공정의 핵심으로 간주되며 공정의 효율성과 스트랜드 품질에 매우 중요한 역할을 합니다. 최종 주조 형태와 스트랜드 표면 품질이 생성되는 것은 금형입니다. 금형에서 조건이 정확하지 않으면 나중에 스트랜드 품질을 수정할 수 없습니다. 일단 주형에 들어가면, 액체 강철은 수냉식 구리 주형의 벽에 대해 얼어서 단단한 껍질을 형성합니다. 금형은 기본적으로 고순도 구리 합금으로 제작된 수냉식 내부 라이닝을 포함하는 개방형 상자 구조입니다.