KR100352603B1 - 내화조성물 및 이를 이용한 턴디쉬의 상부노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명의 내화조성물은 중량%로, 구형의 Al₂O₃: 88~90%, SiO₂: 4.5~5.0%, Cr₂O₃: 1.5~1.8%, ZrO₂: 3.0~3.5%를 포함하여 구성되며, 이를 이용하여 성형, 소성한 턴디쉬의 상부노즐은 내열충격성이 우수하다.

Description

내화조성물 및 이를 이용한 턴디쉬의 상부노즐

본 발명은 내화조성물 및 이를 이용한 턴디쉬의 상부노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내열충격성이 우수한 내화조성물 및 이를 이용하여 성형, 소성한 턴디쉬의 상부노즐에 관한 것이다.

제철소의 연속주조공정에서는 고로의 용선을 정련한 용강을 도1과 같은 턴디쉬(tundish)(1)에 주입하여 연속주조하여 슬라브(slab)나 부룸(bloom) 또는 빌렛(billet) 형태의 주편을 제조한다. 상기 턴디쉬는 용강(3)을 주형에 주입하기 전 일정량의 용강을 수강하는 역할을 하게 되며, 이때 용강은 상부노즐(upper nozzle) (2)을 통해 주입된다.

상부노즐은 용강의 안내역할을 하므로 항상 그 내부에 개재물의 부착이 없어야 할 뿐만아니라 고온의 용강과 접촉하고 있기 때문에 열충격에도 강해야 하기 때문에 보통 내화재로 제작된다. 만일 상부노즐이 막히면 연속주조가 원활할 수 없으며, 무엇보다도 균열이 생기면 용강 유출사고가 발생된다. 따라서, 이러한 대형 조업 사고를 미연에 방지하고 나아가 연주조업의 안전성을 도모하기 위해서는 균열 발생이 없는 내화재가 요구된다.

종래에는 상부노즐로서 96.8%의 Al₂O₃, 0.9%의 SiO₂, 1.5%의 Cr₂O₃으로 구성된 내화조성물을 사용하였다. 그러나, 이러한 종래의 상부노즐은 상기 Al₂O₃로서 약 0.2~0.5㎛ 크기의 구상 형태인 것과 약 3mm 크기의 각형 전융 Al₂O₃을 사용하였기 때문에 우선, 열팽창성이 열악하고 압축강도가 낮아 열적 충격에 의한 균열 발생 위험성을 항상 내포하고 있었다. 또 종래의 상부노즐은 치밀하지 못하여 용강이 침투되어 그 측부에서 취입되는 Ar 가스 파이프를 막아버려 버블링(bubbling)을 바로 행할 수 없고, 이에 따라 노즐 막힘 현상이 일어나는 단점이 있다. 이 경우 노즐내에 산소로 세척하는 봉쑤심 등을 행할 수 밖에 없게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 상부노즐에 사용되는 내화재를 개선하기 위해 제안된 것으로서, 그 목적은 기존의 내화재에 함유되는 알루미나의 형상을 개선하는 한편 지르코니아(ZrO₂)를 적절히 첨가하므로써 내열충격성이 보다 향상되는 내화조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 내화조성물을 이용하여 보다 치밀한 성형물로 이루어져 균열 발생이 극히 적은 턴디쉬용 상부노즐을 제공함에 있다.

도1은 통상적인 턴디쉬의 구조도

상기 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, Al₂O₃: 88~90%, SiO₂: 4.5~5.0%, Cr₂O₃: 1.5~1.8%, ZrO₂: 3.0~3.5%를 포함하고, 상기 Al₂O₃는 전부 구형인, 턴디쉬의 상부노즐용 내화조성물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 조성을 갖는 내화조성물을 이용하여 그 기공율이 25~27%의 범위가 되도록 성형, 소성된, 턴디쉬의 상부노즐용 내화조성물에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 내화조성물은 대형 기공을 없애고 균일하고 치밀한 조직을 얻기 위해 구형의 Al₂O₃분말로 조성된다. 본 발명에 부합되는 Al₂O₃분말은 그 크기가 약 0.2~0.5㎛ 정도인 것이 바람직하다. 또한, 상기 Al₂O₃는 그 함량이 88~90%의 범위로 함유됨이 바람직한데, 그 이유는 Al₂O₃함량이 상기 범위를 벗어나게 되면 내화재의 강도가 저하되기 때문이다. 본 발명의 조성물에 의해 성형된 노즐의 경우 용강과 접촉하여 균열이 없도록 하기 위해서는 적어도 300~350kg/㎠ 범위의 압축강도를 갖도록 하는 것이다.

상기 SiO₂는 내화재의 열간 강도를 향상시키는 성분으로서, 이러한 효과를 위해서는 적어도 4.5%이상은 첨가되어야 하지만 그 함량이 5.0%를 초과하게 되면 오히려 열충격에 약하게 되어 바람직하지 않다.

상기 Cr₂O₃은 내식성을 향상시키는 주성분으로서, 그 함량이 1.5~1.8%를 벗어나게 되면 스폴링(spalling)성이 저하되어 좋지 않다.

본 발명의 내화조성물은 종래의 것과는 달리, ZrO₂를 함유한다. 상기 지르코니아는 열팽창 흡수능을 향상시키는 역할을 하는데, 이를 위해서는 적어도 3.0% 이상은 첨가되어야 하나 3.5%를 초과하게 되면 그 효과가 더 이상 커지지 않아 경제적으로 바람직하지 않다.

이러한 내화조성물을 이용하여 본 발명의 상부노즐을 제조할 때는 통상의 방법과 같이 노즐 형상으로 성형을 거친 뒤 소성한다. 이때 소성된 노즐은 그 내부의 기공율이 약 25~27% 정도로 유지하여 압축강도를 확보함이 바람직하다. 턴디쉬 상부노즐의 경우 적어도 그 압축강도가 300~350kg/㎠의 범위를 갖도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 상부노즐은 평균기공의 크기를 16~20㎛가 되도록 소성함이 바람직하다. 상기 평균기공의 크기를 16㎛미만으로 제작하기에는 공정상 어려움이 있을 뿐만 아니라 너무 작으면 오히려 통기량이 너무 떨어질 우려가 있다. 반면 평균기공의 크기를 20㎛이상으로 하는 것은 용이하나 그 이상되면 용강의 침투나 개재물이 집적되는 정도가 커져 바람직하지 않다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표1과 같이 조성되는 내화조성물을 이용하여 상부노즐을 성형하고, 약 1500℃에서 소성하여 상부노즐을 제작하였다. 각 상부노즐을 연속주조공정에 적용하고, 사용후 균열발생 여부를 조사하는 한편 주형내의 용강레벨 흔들림 정도를 측정하여 그 결과를 표1에 함께 나타내었다.

구분	화학조성(중량%)	Al2O3	기공율(%)	평균기공크기(㎛)	사용후균열발생여부	MLAC적중율(%)
	Al2O3	SiO2					Cr2O3	ZrO2	형상	크기(㎛)
종래재	96.8	0.9	1.8	-	구형+전융	구형:0.2~0.4전융:3~4.5	24.9	26	발생	92.7
발명재1	89	4.6	1.5	3.2	구형	0.2~0.4	25.7	18	미발생	96.8
발명재2	88.5	4.6	1.7	3.0			26.2	20		97.2
발명재3	89	4.9	1.7	3.5			26.8	20		97.2
발명재4	90	4.9	1.8	3.4			25.8	19		97.8

보통 상부노즐의 내부에 개재물이 집적되는 경우 주형에 용강 흐름량이 일정히 않게 되고 이에 따라 주형내의 용강레벨이 흔들리게 된다. 주형내의 용강레벨은 아래 위로 심하게 흔들리면 주편표면과 표면 직하에 악영향을 미친다고 알려져 있으며, 이러한 주형내의 용강레벨은 용강레벨 감지센서와 턴디쉬의 슬라이드게이트 시스템이 서로 연결되어 구성된 MLAC(mold level automatic control) 시스템에 의해 자동으로 제어하고 있다. 즉, 주형내의 용강이 기준대비 낮거나 높을 때를 감지하여 턴디쉬의 상부노즐 아래에 위치된 슬라이드 게이트를 작동시켜 주형내 용강을 항상 일정 위치에 있도록 통상 기준치에서 ±3mm혹은 ±5mm이하로 관리한다. 이때, 주형내의 용강레벨 흔들림 정도는 연속주조하는 동안 일정 시간 단위로 계산하여 상기 기준치 범위내에 부합되는 빈도수로 표시된 MLAC 적중율로 나타낸다. 통상 MLAC 적중율이 85%이하일 때는 상부노즐에 개재물이 막혔다고 판단하며, 이때는 턴디쉬 상부에서 산소 파이프에 의한 강제 세척으로 개재물을 제거하는 작업을 해야만 한다.

표1에서 알 수 있듯이, 본 발명재의 상부노즐은 종래재보다 MLAC 적중율이 높고, 이에 따라 주형내의 용강레벨이 매우 안정되었으며, 또한 본 발명의 상부노즐들은 내부에 전혀 개재물 발생이 없음을 알 수 있었다.

또한, 상부노즐들은 사용후 해체한 결과 종래재의 경우 구형과 각형 Al₂O₃를 혼합 사용하여 열팽창성이 커서 열충격에 약할 뿐만아니라 대형 기공의 형성으로 균열이 되어 있는 반면 본 발명재의 경우 균열이 전혀 발생되지 않았다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 내화재에 함유되는 알루미나의 형상을 구형화하는 한편 지르코니아를 적절히 첨가하므로써 내열충격성이 보다 향상되는 내화조성물을 제공하며, 이러한 내화조성물로 제작된 턴디쉬의 상부노즐은 보다 치밀한 성형물로 이루어져 노즐내에서 균열 발생이 극히 적어 용강유출 등의 대형 사고를 미연에 방지하여 연주작업의 안정성을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 중량%로, Al₂O₃: 88~90%, SiO₂: 4.5~5.0%, Cr₂O₃: 1.5~1.8%, ZrO₂: 3.0~3.5%를 포함하고, 상기 Al₂O₃는 전부 구형임을 특징으로 하는 턴디쉬의 상부노즐용 내화조성물
2. 제1항의 내화조성물로 이루어지고, 그 내부의 기공율이 25~27%의 범위이며, 평균기공의 크기가 16~20㎛임을 특징으로 하는 턴디쉬의 상부노즐
3. 제2항에 있어서, 상기 상부노즐의 압축강도는 300~350kg/㎠임을 특징으로 하는 턴디쉬의 상부노즐