KR0135350B1 - 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 가진 제강용 티밍 래들 - Google Patents

Abstract

제강용 티밍 래들을 계속 사용시 슬래그(S)의 위치가 하향됨으로써 프리보드(53)가 공기중에 노출되면 산화가 급격히 진행됨으로써 프리보드(53)의 수명이 감소되고 이로 인하여 티밍 래들 전체의 수명이 감소됨을 방지하기 위하여, 슬래그(S)에 의한 침식을 균일하게 하기 위하여 테이퍼부(1)가 형성됨과 아울러 각각 탄소 함량이 2∼10%와 15∼25%인 제1,2내화물(2)(3)이 테이퍼부(1)를 통해 결합된 상태로 슬래그(S)가 접촉되는 부분을 형성함으로써 제강용 티밍 래들의 수명이 향상된다.

Description

슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 가진 제강용 티밍 래들

제1도는 본 발명에 따른 제강용 티밍 래들을 부분적으로 확대하여 도시한 도면,

제2도는 본 발명에 따른 제강용 티밍 래들에서 벽체 라이닝 구조의 용손 상태를 도시한 도면,

제3도는 일반적인 제강용 티밍 래들을 도시한 단면도,

제4도는 제3도에 따른 제강용 티밍 래들의 벽체 라이닝 구조의 용손 상태를 도시한 도면이다.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:경계부2:상단부 내화물

3:하단부 내화물

본 발명은 제강용 티밍 래들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강용 티밍 래들에서 슬래그에 의해 파손되는 내화물의 수명을 향상시킬 수 있는 수명이 연장된 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 가진 제강용 티밍 래들(Teeming Leadle)에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서는 용광로에서 선광을 용융하여 냉연코일 등의 여러 종류의 철강 제품을 생산하게 된다.

여기서 용광로에서 용융된 용강 래들이 설치되어 있는 크레인 또는 대차를 통해 소정의 장소로 이동되어 냉각되면서 철강 제품으로 제조되는 것이다.

용강은 전로에서 나와 래들에 담겨진 상태로 주조 설비로 이송되는데, 래들에는 전로로부터 유입된 슬래그 및 2차 정련에 의해 형성된 슬래그가 존재하며, 슬래그는 용강보다 가벼워 용강 위에 부유하게 되며, 슬래그 및 용강은 약 1600℃ 이상의 높은 온도 상태로 래들로 유입하며 보통 1시간 이상 래들에 담겨 있으므로 래들의 내벽은 내화물로 라이닝(Lining)된다.

제3도에 용강에 담아 운반하는 티밍 래들(Teeming Ladle)이 도시되는데, 본체(50)와, 본체(50) 내측에 설치되어 있는 슬래그 내화물(51), 용강 내화물(52)과, 슬래그 내화물(51)의 상부에 위치되는 프리 보드(53)로 이루어진다.

내화물은 용강 보다는 슬래그에 의해 더 쉽게 용손되므로 주로 용강과 접촉하는 부위의 용강 내화물(52) 보다 슬래그와 접촉하는 부위의 슬래그 내화물(51)을 내침식성이 우수한 것을 사용한다.

종래 래들의 슬래그와 접촉하는 부위의 벽체용 내화물로서는 슬래그에 대한 내침식성을 높이기 위해 슬래그와 반응하지 않으면서 슬래그와 젖음성(Wetting)이 매우 낮은 탄소 성분을 포함한 내화 벽돌을 사용한다. 이중 마그네시아 클링커, 흑연, 금속 분말 등으로 이루어지는 MgO-C 질 내화 벽돌은 마그네시아가 래들 슬래그와 같은 염기성 슬래그에 높은 내침식성을 가지므로 슬래그와 접촉하는 부위의 내화물로 주로 사용된다.

MgO-C 질 내화 벽돌은 첨가되는 산화방지제(금속 분말, 붕소화합물, 글래스 화합물)의 종류 및 함량에 따라 또는 마그네시아 클링커의 종류, 탄소의 함유량에 따라 내침식성, 내스폴링(Anti-Spalling)성, 내산화성이 변화한다. 특히 다른 조건이 일정할 때 탄소의 함량은 MgO-C 질 내화벽돌의 특성을 크게 변화시킨다. 즉, 탄소 함량의 증가에 따라 내침식성은 증가하지만 고온에서 산소를 포함한 외기에 노출되면 쉽게 산화되어 급격히 용손된다. 또한 탄소 함량이 감소하면 내산화성은 증가하지만 내침식성은 저하한다.

래들내 슬래그(S)가 차지하는 슬래그층의 두께는 약 10㎝정도이지만 래들내 용강의 출렁거림 때문에, 또한 래들 내로의 용강 수갈양이 다소 차이가 나므로 슬래그와 접하는 벽체의 부위는 이보다 넓다.

특히 래들 사용 회수가 증가함에 따라 래들 벽체용 내화물의 용손이 진행되고 내화물이 용손된 만큼 래들 내부 용적이 넓어지므로 래들 수리후 최초 수강시 슬래그층 보다 래들 라이닝 수명이 다하여 수리에 들어가기 직전 즉 마지막 수강시 슬래그층은 훨씬 아래에 위치하게 된다. 즉, 슬래그 라인이 이동하게 되므로 슬래그 라이닝용 벽체의 높이는 90∼100㎝ 정도로 슬래그층 보다 훨씬 길다.

종래의 슬래그 라이닝용 슬래그 내화물(51)은 제3도 도시와 같이 높이 방향으로 3내지 5개의 15∼25%의 탄소를 함유하는 MgO-C 재질의 내화 벽돌을 원주 방향으로 돌려서 단일 시공하고 있다.

이렇게 탄소 함량이 높은 MgO-C 재질의 내화벽돌은 슬래그 또는 용강과의 접촉시 높은 내침식성을 갖지만 용손이 진행되는 슬래그층이 아래로 이동한후 대기에 직접 노출되는 슬래그층 위쪽의 프리보드(53) 부분은 산화가 심하게 진행되어 용손 속도가 빨라지므로 이 부분의 선행 용손에 의해 래들 슬래그 라이닝용 벽체의 수명이 짧아지는 문제가 존재하였다.

본 발명은 상기 설명한 종래 구조의 티밍 래들 내화 벽돌의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 제강용 티밍 래들에서 슬래그에 의해 파손되는 내화물의 수명을 향상시킬 수 있는 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 가진 제강용 티밍 래들을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 가진 제강용 티밍 래들은, 벽체 라이닝 구조가, 중단부는 최종 수강시 슬래그층 상부의 잔존 라인의 연장점(5)과 최초 수강시 슬래그층 상부 라인의 접촉부(4)를 잇는 경사된 경계부(1)를 중심으로 슬래그 접촉면측은 탄소 함량 15∼25%의 MgO-C 재질로 형성하고 배면측은 탄소함량 2∼10% MgO-C 재질로 형성하며, 상단부는 탄소 함량 2∼10%의 MgO-C 재질의 내화물(2)로 형성하고, 하단부는 15∼25%의 MgO-C 재질의 내화물(3)로 형성하는 구성이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 제강용 티밍 래들의 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 도시한 도면으로, 벽체 라이닝 구조가 상단부 내화물(2) 및 중단부의 경사된 경계부(1)를 가지는 이종 결합형 내화물과, 하단부 내화물(3)로 이루어진다.

중단부 내화물의 경계부(1)는 최종 수강시 슬래그층 상부의 잔존 라인의 연장점(5)과 최초 수강시 슬래그층 상부 라인의 접촉부(4)를 잇는 형태로 이루어지며 이 경계부(1)를 중심으로 슬래그 접촉면측은 탄소 함량 15∼25%의 MgO-C 재질로 형성하고 배면측은 탄소 함량 2∼10%의 MgO-C 재질로 형성하며, 상단부 내화물(2)은 탄소 함량 2∼10%의 재질의 내화물로 형성하고, 하단부 내화물(3)은 15∼25%의 MgO-C 재질의 내화물로 형성한다.

벽체 라이닝 구조에서 상단부, 중단부, 하단부 내화물의 높이는 경험적으로 설정되나, 래들에 용강을 마지막으로 수강시 슬래그층 상부의 잔존 라인의 연장점(5)과 최초 수강시 슬래그층 상부 라인의 접촉부(4)를 연결한 경사된 경계부(1)의 형태로 중단부의 경사 구조를 형성한다.

상기와 같이 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 형성하는 것은 각각 상이한 탄소 함량 범위를 가지는 이형(異形) 내화물 벽돌을 조합하여 높이 방향으로 시공하거나 내화물 벽돌 제조시 다른 조성의 경계부를 가지도록 제조한 것을 사용하여 높이 방향으로 시공하거나 단일 조성 및 이중 조성의 육면체 내화물 벽돌을 제조하고 이를 조합하여 높이 방향으로 돌려 시공함으로써 구성할 수 있다.

본 발명에서 상단부 내화물(2) 및 중단부 내화물의 경계부(1) 외측의 배면측을 구성하는 MgO-C 재질의 내화물의 탄소 함량을 2∼10%로 한정함은, 2% 보다 작은 경우 내침식성이 낮을 뿐 아니라 내스폴링성도 열악하여 슬래그 및 용강과 접촉시 빠른 용손이 발생하며 프리보드(53)로 작용시도 용손 속도가 빠르고 스폴링(Spalling)에 의한 탈락 가능성이 존재하기 때문이며, 10% 보다 큰 경우 내산화성이 낮아 프리 보드(53)로 작용시 용손 속도가 빠르기 때문이다.

또한 하단부 제2내화물(3) 및 중단부의 경계부(1) 내측의 슬래그와 접촉하는 측의 내화물로 MgO-C 재질이며 탄소 함량이 15∼25%인 내화물을 사용하는 것은, 15% 보다 작은 경우 슬래그 및 용강에 대한 내침식성이 열악하기 때문이며, 25% 보다 큰 경우 슬래그 및 용강에 대한 내침식성도 증가하지 않을 뿐만 아니라 산화에 매우 취약하므로 프리 보드(53) 노출시 급격한 용손이 발생하기 때문이다.

본 발명에 사용되는 MgO-C 재질의 내화 벽돌은 마그네시아 원으로, 전용 마그네시아 클링커, 소결 마그네시아 클링커 등을 사용하며, 산화 방지제로 Mg, Mg-Al합금, Al, Si, BC, BN, B-Mg합금, B-Ca합금, 유리(Glass)질 산화방지제 등을 사용하고, 탄소원으로 흑연을 사용하며, 레진, 피치 등의 결합제를 섞어 성형 건조하여 제조하는 종래 사용되는 MgO-C 재질의 내화벽돌이다.

이러한 구조의 본 발명의 수명이 연장된 벽체 라이닝 구조를 가진 제강용 티밍 래들에서는 슬래그층이나 용강과 슬래그의 계면, 그리고 용강과 내화물이 접촉시는 내침식성이 우수한 기존의 탄소 함량이 많은 MgO-C 재질의 내화물(3)과 접하고 슬래그층이 하강하여 상부 슬래그 라인 벽체용 내화물이 프리보드(53)나 프리보드-슬래그층 계면과 접촉시는 내산화성이 우수한 탄소 함량이 적은 내화물(2)과 접촉하여 슬래그 라인 벽체 전체가 제2도 도시와 같이 국부 용손 없이 높은 수명을 갖게 된다.

티밍 래들 벽체용 내화물의 용손이 진행됨에 따라 슬래그층은 강하하는데 강하 속도가 일정하거나 기존 슬래그 라인 탄소 함유 내화물의 용손 속도가 슬래그층과 용강층에서 동일하다면, 본 발명과 같은 슬래그 접촉면 측의 탄소함량이 많은 MgO-C 벽돌의 용손 완료 시점과 그 위치가 프리보드로 노출되는 시점이 일치하지만 실제로는 용강 수가량의 차이, 용강의 출렁거림 등에 기인하여 탄소함량이 많은 MgO-C 벽돌이 완전히 용손되고 탄소 함량이 적은 재질이 드러난 상태에서도 그 위치에 슬래그층이 계속 존재할 수 있고 탄소 함량이 많은 재질이 아직 완전히 용손되지 않은 상태에서 그 위치가 프리보드(53)가 될 수도 있다.

그러나, 그 오차의 범위는 그다지 크지 않고 또 본 발명에 프리보드용으로 사용된 재질은 슬래그와 접촉시에도 슬래그층 접촉용 재질에 비해 60∼70%의 내침식성을 가지므로 슬래그층의 강하 속도가 선형적이 아니어도 경사 구조를 선형으로 하여도 큰 문제는 없다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

제강 300톤 티밍 래들의 슬래그 라인에 본 발명을 적용하였다.

본 발명에 사용한 래들은 슬래그 라인 벽체에 230㎜×230㎜×60㎜(원주 조정 내화벽돌의 경우 접촉면과 배면의 너비가 다름) 크기의 탄소함량 20%인 MgO-C 재질의 내화벽돌을 높이 방향으로 4매씩 원주 시공하여 종래 사용하고 있었다.

상기 래들에 탄소함량이 각각 다른 MgO-C 재질의 내화벽돌을 종래와 같이 단일 조성하여 시공하여 프리보드로 외기에 완전 노출되었을 때의 래들 사용회수(ch)당 용손 깊이 및 슬래그층과 접촉할 때(슬래그층-용강 계면, 슬래그층-프리보드 계면 접촉 포함) 래들 사용 회수당 용손 깊이를 측정하였다.

이때 탄소함량 13%인 MgO-C 재질 내화벽돌이 슬래그층과 접하고 있을 때 래들 사용회수당 용손 깊이를 100으로하여 이에 대한 상대 용손량을 계산하면, 슬래그 접촉시 내용손성은 탄소함량 15∼25%일 때가 매우 우수하고, 프리보드 노출시는 2∼10%일 때가 매우 우수함을 알았다.

또한, 단일 조성으로 시공된 구조의 래들을 최종 사용(200ch)후 슬래그 라인 벽체의 잔존을 측정하면, 제4도 도시와 같이, 탄소함량 20%인 MgO-C 재질의 내화벽돌을 슬래그 라인에 사용할 때(실선으로 표시), 최종 수강후 슬래그층 상부라인의 용손 깊이는 약 160㎜이었으며, 최초 수강시 슬래그와 접촉하지 않고 프리보드로 작용되는 길이는 약 85㎜, 최종 수강시까지 프리보드로 노출되지 않는 슬래그라인 길이는 약 290㎜이었다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 탄소함량 20%인 내화벽돌을 단일 시공한 경우 프리보드(53)측의 손상이 극심하여 용강 라인측의 잔존이 많음에도 수리를 행할 수 밖에 없으며, 탄소함량 5%인 내화벽돌만으로 시공시(점선으로 표시), 중간 슬래그층과 오래 접촉하는 중하단 부위의 손상이 극심하여 래들 용강 유출 사고의 우려가 있었다. 또한, 탄소함량 13%인 내화벽돌만으로 시공시(일점 쇄선으로 표시), 전체적으로 균일하게 용손이 진행되며, 전체적으로 비교적 평평한 상태의 잔존을 보이나 전체 잔존량이 적었다.

상술한 바와 같은 종래예와의 비교를 위해 본 발명에 따라 구성한 벽돌을 조합하여 슬래그 라인 높이 방향으로 시공하였다.

이때 상단부 내화물(2)용 벽돌과 하단부 내화물(3)용 벽돌은 높이가 305㎜로 동일하며, 깊이도 230㎜로 동일하였다. 또한, 중단부의 경산된 경계부(1)를 가진 내화물용 벽돌도 접촉면측과 배면측의 내화물의 크기를 같게 하였는데 경계부(1)를 이루는 내화물의 경사면이 탄소함량 20%인 MgO-C 재질 내화물을 단독 사용하는 경우 최종 수강시 슬래그층 상부 잔존 라인의 연장점(5)과 최초 수강시 슬래그층 상부 라인의 내화물 접촉부(4)의 연장선 상에 위치하도록 하였다. 이때 한면 경사형 내화벽돌의 크기는 높이가 310㎜, 밑면 너비가 190㎜, 윗면 너비를 40㎜로 하였다. 상단부 내화물(2)용 벽돌 및 중단부 내화물용 배면 벽돌은 각각 탄소함량이 1%, 5%인 것을 사용하였으며, 중단부의 슬래그층 접촉측 벽돌 및 하단부 내화물(3)용 벽돌은 각각 탄소함량 20%, 30%인 것을 사용하였다.

본 발명에 따라 상단부 내화물(2)용 벽돌 및 중단부 배면 내화물용 벽돌로 탄소함량 5%인 MgO-C 재질을 사용하고, 중단부 접촉측 내화물과 하단부 내화물(3)용 벽돌로 탄소함량 20%인 MgO-C 재질을 사용한 경우, 최종 수강후 잔존 상태를 조사한 결과 전체적으로 균일하게 용손이 진행되었으며, 용손량도 적어 향후 약 50ch이상 래들 수명의 연장이 가능한 것으로 판단되었다.

그러나, 비교를 위해 상단부 내화물(2)용 벽돌 및 중단부 배면 내화물용 벽돌로 탄소함량 5%인 MgO-C 재질을 사용하고, 중단부 접촉측 내화물과 하단부 내화물(3)용 벽돌로 탄소함량 MgO-C 재질을 사용한 경우, 최종 수강후 잔존 상태를 조사한 결과 중하단부에서 용손이 심각한 것이 발견되었다.

또다른 비교를 위해, 상단부 내화물(2)용 벽돌 및 중단부 배면 내화물용 벽돌로 탄소함량 1%인 MgO-C 재질을 사용하고, 중단부 접촉측 내화물과 하단부 내화물(3)용 벽돌로 탄소함량 20%인 MgO-C 재질을 사용한 경우, 최종 수강후 잔존 상태를 조사한 결과 중상단부의 용손이 심한 것을 발견하였다.

상술한 바와 같은 시험을 통해 입증된 바와 같이, 본 발명 범위내의 내화물 벽돌을 사용하여 제강용 티밍 래들의 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 구성함으로써 슬래그 라인 벽체 전부위의 용손 균형을 이룸으로써 벽체의 수명 연장을 도모할 수 있고, 나아가 제강용 티밍 래들의 수명 연장을 도모할 수 있다.

Claims (1)

1. 제강용 티밍 래들에 있어서, 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조가, 중단부는 최종 수강시 슬래그층 상부의 잔존 라인의 연장점(5)과 최초 수강시 슬래그층 상부 라인의 접촉부(4)를 잇는 경사된 경계부(1)를 중심으로 슬래그 접촉면측은 탄소 함량 15∼25%의 MgO-C 재질의 내화물로 형성하고 배면측은 탄소함량 2∼10%의 MgO-C 재질의 내화물로 형성하며, 상단부는 탄소 함량 2∼10%의 MgO-C 재질의 내화물(2)로 형성하고, 하단부는 15∼25%의 MgO-C 재질의 내화물(3)로 형성하는 것을 특징으로 하는 슬래그 라인용 벽체 라이닝 구조를 가진 제강용 티밍 래들.