KR100384619B1 - 용융금속 흐름제어용 슬라이딩 플레이트 내화재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속의 흐름을 제어하는 장치에 이용되고 있는 슬라이딩 플레이트(Sliding Plate) 내화재에 대하여 용강류 및 비금속 산화물에 대한 내용손, 열충격 및 산화에 따른 균열을 방지하는데 적합한 슬라이딩 플레이트 내화재에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 알루미나(Al₂O₃) 5∼100중량부 또는 마그네시아 5∼100중량부 중에서 선택한 1종 이상, 탄소(C)1∼14중량부, Al, Mg, Si, Al-Mg, Al-Si중에서 1종 이상 1∼10중량부, 산화방지제 0.3∼5.0중량부로 조성됨을 특징으로 하는 용융금속 흐름 제어용 슬라이딩 플레이트 내화재에 관한 기술이다.

Description

용융금속 흐름 제어용 슬라이딩 플레이트 내화재{sliding plate refractory for flow controling of molten metal}

본 발명은 용융금속의 흐름을 제어하는 장치에 이용되고 있는 슬라이딩 플레이트(Sliding Plate) 내화재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용강류 및 비금속 산화물에 대한 내용손, 열충격 및 산화에 따른 균열을 방지하는데 적합한 슬라이딩 플레이트 내화재에 관한 것이다.

일반적으로 레들(Ladle) 및 턴디쉬(Tundish) 하부에는 용강의 배출 및 그 배출량을 제어하기 위한 슬라이딩 플레이트가 장착된다.

즉, 도 1과 같이 상부노즐(1)과 하부노즐(2)이 장착되고 그들 사이에는 내화 재질로된 상부 슬라이딩 플레이트(3)와 하부 슬라이딩 플레이트(4)가 설치된다.

이와 같은 슬라이딩 플레이트의 사용중 문제점으로는 균열과 용강류 및 비금속산화물에 대한 용손, 산화 및 황폐화, 지금부착에 의해 그 사용 수명이 제한되고 있다. 균열의 원인은 주조초 열충격, 카세트 변형, 면압유지불량, 플레이트의 지지방식, 형상 등에 의해 일어나게 된다. 이를 개선하기 위해서는 내화 재질의 열팽창 계수를 낮추고, 열전도율을 높이는 방안과 미세조직 제어, 카세트 관리강화, 플레이트의 금속밴드 체결 상태 등의 개선이 요망된다.

용강류에 의한 마모나 비금속 산화물에 의한 내용성 개선을 위해서는 용강류 마모에 대한 저항성이 높은 탄소(Carbon)의 첨가와 미세조직의 제어로 가능하지만, 내용성 향상을 위해 첨가한 탄소가 사용중 산화에 의해 탈탄되어 이들 성분에 의한 조직 결합력이 약화되고 이에 따른 공극현상과 비금속 산화물에 의한 부착이 용이하게 이루어져 슬라이딩 되는 부위의 내화재 구성 부분의 일부가 용손된다.

강종에 있어서 고산소강이나 Mn, Ca함량이 높은 경우는 이들 성분에 의해 슬라이딩 플레이트 구성 성분이 환원되거나 화학적 반응에 의한 저융물 형성과 탈탄에 의해 화학적 내용성이 현저히 저하된다.

즉, Mn강종의 경우 아래 반응식으로 내용성이 저하하게 된다.

2(Mn) + SiO₂(내화재)→ 2MnO + (Si)

따라서 이들 강종에 적합한 내화조성이 요망된다.

현재 적용중인 Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-C계 내화재가 있는데, 이는 특히 상기의 고산소강, 고Mn강, Ca처리강용으로는 화학적 용손 문제로 인하여 사용수명의 제한과 안정사용에 문제가 발생된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, Al₂O₃-MgO-C계의 새로운 내화재질을 갖는 슬라이딩 플레이트를 제공하여 고산소강, 고Mn강, Ca강 처리용으로써 화학적 용손에 대한 우수한 저항성을 갖는 사용수명의 제한과 안정상에 문제가 없는 슬라이딩 플레이트를 얻는데 목적이 있다.

도 1은 슬라이딩 플레이트 구조의 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 상부 슬라이딩 플레이트 4 : 하부 슬라이딩 플레이트

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 알루미나(Al₂O₃) 5∼100중량부 또는 마그네시아 5∼100중량부 중에서 선택한 1종 이상, 탄소(C)1∼14중량부, Al, Mg, Si, Al-Mg, Al-Si중에서 1종 이상 1∼10중량부, 산화방지제 0.3∼5.0중량부로 조성된 슬라이딩 플레이트 내화재로 이루어진다.

또한 본 발명은 상기한 조성에 스피넬(Spinel)을 30∼70중량부 첨가 할 수 있다.

상기한 조성을 갖는 본 발명은 환원이 용이한 SiO₂성분을 최소화하고 Mn산화물이 Al₂O₃와도 저융물을 형성하므로 Al₂O₃함량을 적정화 되도록 조성하였다. 그리고 알루미나는 내열스폴링성을 개선하는 것으로, 사용량이 너무 많으면 내용성 저하를 일으키고, 너무 적으면 내열스폴링성개선에 효과가 적다,

또한 알루미나는 전융또는 소결 알루미나가 사용되며, 그 사용량에 따라 입도를 적절히 조절하여 사용할 수 있다, 이때 사용량이 많은 경우는 3∼1mm를 15∼30중량부, 0.2mm 이하를 10∼20중량부, 0.04mm 이하를 10∼20중량부 사용함이바람직하고, 사용량이 적을 경우는 0.04mm 이하를 10중량부 이하 사용함이 바람직하다.

또한 본 발명은 상기한 알루미나 조성중에 가소알루미나를 10중량% 이하 사용할 수 있으며, 이와 같은 가소알루미나는 미세조직을 개선하고, 소성시 입간결합력을 강화시킨다.

마그네시아는 소성중 스피넬을 형성하며 조직을 치밀화시켜 내용성을 개선하는 역할을 하는 것으로써, 사용량이 너무 많으면 내열충격성을 저하시키며, 너무 적으면 특수강에 대한 내용성 저하를 가져온다. 그리고 마그네시아 내에는 MgO성분의 품위가97∼99중량% 인 것이 바람직하다.

스피넬은 내열스폴링성 및 특수강에 대한 내용성을 부여하는 것으로, 원료의 구성은 MgO성분이 15∼25중량%이고, 나머지는 Al₂O₃로 이루어진 것이 바람직하다.상기 조성에서 Al, Mg, Si, Al-Mg, Al-Si중에서 1종 이상 1∼10중량부 사용하는 것으로, 상기 원료는 탄소(C)에 의한 산화방지 및 사용탈탄에 의한 강도저하를 억제로 열간강도를 개선하고, 산화 후 팽창에 의한 조직 이완 방지로 인한 용강침윤 억제 역할을 한다.

한편 슬리이딩 플레이트의 산화 및 황폐화 현상은 슬라이딩 플레이트내에 첨가된 탄소가 사용중 산화에 의해 탈탄됨에 따라 이들 성분에 의한 조직 결합력이 약화되고 , 이에 따른 공극 현상으로 용강 및 비금속산화물에 의한 부착이 용이하게 이루어져 슬라이딩되는 부위의 내화재 구성부분의 일부가 용손되는 현상의 개선을 위해 저온 및 고온에서 산화방지가 가능한 산화방지제가 사용된다.

이때 사용되는 산화방지제는 각종 탄화물(예: SiC, ZrC, B₄C, Al₄C₃등), 붕화물(예: ZrB₂, CaB₆, MgB 등), 산탄화물(Oxycarbite)(예: AlOC), 질화물(예: ZrN,Si₃N₄, AlON 등), 산질화물(예: Si₂ON₂) 등의 비산화물계 또는 유리(Glass)질상 형성이 가능한 SiO₂, B₂O₃, P₂O₃, V₂O₅계 산화물중에서 선택한 1종 이상이 사용된다.

본 발명은 원료를 미세한 입도로 사용함으로서 미세조직의 개선으로 용강의 침윤과 부착 지금에 대한 저항성을 높일 수 있다.

상기한 조성을 갖는 본 발명의 슬라이딩 플레이트를 제조함에 있어서는 환원분위기에서 소성하거나 힘침에 의해 조직을 치밀화 한다.

상기 소성을 함에 있어서는 필요한 경우는 저온(1000℃이하)에서 소성하거나, 고온(1400℃이상)에서 산화 또는 환원분위기에서 소성하여 제조한다 .

또한 본 발명은 탄소를 첨가하지 아니하고 1650∼1870℃ 온도로 고온소성하여 연화점이 80∼40℃의 탄소의 함침에 의해 제품의 탄소함량을 조절할 수 있다.

또한 탄소는 함침 이외에 배합상으로 첨가될 수 있으며 광물형태로는 무정형(Carbon black, 무연탄 등)이나 결정형(흑연)이 이용 된다.

한편 혼련시에 사용되는 유기바인더는 Rosole형이나 Novolac형의 수지가 이용되고 경우에 따라서는 실리콘수지와 Furan 변성수지를 이용할 수 있다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

본 발명은 (표 1)에 나타낸 조성비로하여 통상의 조건인 온도범위에서 산화 또는 환원분위기로 하여 소성한다.

	입 도	종 래	본 발 명 실 시 예
			1	2	3
원료	소결또는 전융Al2O3	4∼1mm	5∼15	-	(3-1mm)15∼30	-
		0.2mm이하	10∼30	-	10∼20	-
		0.044mm이하	10∼20	10 이하	10∼20	10 이하
	소결또는 전융Al2O3또는 ZrO2-Al2O3,Mullite	0.2mm이하	20∼50	-	-	-
	소결또는 전융스피넬	3∼1mm		15∼25	15∼25	-
		1mm 이하		25∼45	15∼25	-
	소결또는 전융마그네시아	3∼1mm		5∼20	-	25∼45
		1mm 이하		5∼20	-	35∼55
	가소Al2O3	50㎛이하	5∼10	10 이하	10 이하	10 이하
	금속Si	0.02mm 이하	3∼5	7 이하	7 이하	7 이하
	탄소	0.2mm 이하	4∼6	1∼8	1∼8	1∼8
	산하방지제(탄화물이외)		0.1∼0.5	0.5∼4.0	0.5∼4.0	0.5∼4.0

상기 조성에 따른 물성의 결과는 (표 2)와 같이 나타났다.

	종 래	본 발 명 실 시 예
		1	2	3
물성	기공율(%)	7∼13	6∼9	7∼10	1∼10
	압축강도(kg/cm2)	1200∼1700	1100∼1700	950∼1100	1000∼1250
	부피비중	3.0∼3.2	2.9∼3.0	2.9∼3.0	2.9∼3.0
	열팽창율(%)at 1000℃	+0.6∼0.7	+0.7∼0.9	+0.6∼0.8	+0.8∼1.0
화학성분	Al2O3	73∼92	36∼70	43∼64	7이하
	ZrO2	12이하(SiO27이하)	MgO16∼50	MgO22∼43	MgO79∼94
	C(탄화물+산질화물+붕화물)	6∼8	6∼14	6∼14	6∼14
내침식성(%),(1650℃×5hr)	100%	80	70	70
내열충격성	3분40초	2분20초	2분56초	2분02초
구 분	일반강,STS강	STS강,일반강,Mn및 Ca강,고산소강	STS강,일반강,Mn및 Ca강,고산소강	STS강,일반강,Mn,Ca강,고산소강

※내침식성시험 : 고주파 유도로에서 용강 및 Mn-Fe투입 후 5시간 침식시험

후의 침식면적 비교.

내열충격성시험 : 버너로 노내를 1600로 유지한 다음 제품을 상부에 올려

놓아 제품에 발생되는 최초의 균열발생 시간.

상기한 실시예 1은 기존의 Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂-C질에 비해서 Mn에 대한 화학적 내용성이 상당히 개선되었으며, 구성광물적으로는 스피넬-Periclase-C계 이며, 미세조직 개선에 의한 강도값이 비교적 높게 되었다. 스피넬원료의 구성은 MgO성분이 15∼25중량%이고 나머지는 Al₂O₃로 이루어진 품위를 갖으며, 마그네시아의 경우는 MgO성분이 97∼99중량% 품위이며, 알루미나는 99중량%이상의 Al₂O₃품위를 갖는다.

상기한 실시예 2는 내열스폴링성 향상을 위해 저팽창성 광물인 소결또는 전융스피넬과 알루미나를 적용한 것으로 장기 사용시 균열발생의 문제를 완화시키기 위한 것이다. 스피넬원료만을 사용할 경우는 제품의 강도와 내열스폴링성의 문제가 발생되었다. 본 실시예는 Mn에 대한 화학적 내용성 및 내열스폴링성은 본 발명중 가장 우수 하였다. 구성광물적으로는 스피넬-Corundum-C계 이다.

실시예 3은 내열충격성 보다는 화학적 내용성 향상을 주목적으로 하기 위한 것으로 구성광물적으로는 Periclase-Corundum-C계 재질이다. 본 실시예는 Ca에 대한 내용성이 가장 우수하다.

이상에서와 같이 본 발명은 알루미나, 마그네시아 또는 여기에 스피넬을 첨가하고, 금속분말, 탄소, 산화방지제를 적절히 배합하여 조성된 Al₂O₃-MgO-C계의 새로운 내화재질을 갖는 슬라이딩 플레이트를 제공하여 고산소강, 고Mn강, Ca강 처리용으로써 화학적 용손에 대한 우수한 저항성을 갖는 사용수명의 제한과 안정상에 문제가 없는 슬라이딩 플레이트를 얻게 된다.

Claims (3)

1. 알루미나(Al₂O₃) 5∼100중량부 또는 마그네시아 5∼100중량부 중에서 선택한 1종 이상, 탄소(C)1∼14중량부, Al, Mg, Si, Al-Mg, Al-Si중에서 1종 이상 1∼10중량부, 탄화물, 붕화물, 산탄화물 (Oxycarbite), 질화물, 산질화 등의 비산화물계 또는 유리(Glass)질상 형성이 가능한 SiO₂, B₂O₃, P₂O₃, V₂O₅계 산화물중에서 선택한 1종 이상의 산화방지제 0.3∼5.0중량부, 스피넬(Spinel)이 30∼70중량부로 조성됨을 특징으로 하는 용융금속 흐름 제어용 슬라이딩 플레이트 내화재.
2. 삭제
3. 삭제