KR100448509B1 - 제강용 필러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정의 가혹한 조건에서도 용강의 침윤을 억제하고, 필러의 소결현상에 따른 자연 개공성의 저하를 억제하기 위한 필러의 조성에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명의 구성은 용강의 자연개공성을 향상시키는 필러에 있어서, 상기 필러가 Al₂O₃10∼78중량%, SiO₂20∼60중량%, Cr₂O₃1∼15중량%, ZrO₂1∼15중량%로 이루어진다.

Description

제강용 필러{Filler of steel}

본 발명은 제강용 필러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조성을 비롯한 입도 조정으로 용강출강시 정압에 의해 자연개공이 이루어지도록 함과 함께 용강의 침윤 억제 최소화 및 필러의 소결현상에 따른 개공성의 저하를 억제하는데 적합한 제강용 필러(filler)에 관한 것이다.일반적으로 용강((鎔鋼)을 연속주조하기 위하여는 래들에 수용된 용강을 쉬라우드노즐(shroud nozzle)을 통하여 턴디쉬로 출강하게 되고, 상기 턴디쉬의 일측에 삽설된 침지노즐을 통하여 주형으로 공급한 후 소정의 반제품인 블룸(bloom),빌렛 (billet), 슬랩(slab) 등을 제조한다.

그러나, 고품질의 용강을 얻기 위하여는 상기 기본적인 공정 외에 다양한 정련처리가 필요하다.

또한, 용강의 품질을 결정하는 중요한 요소로는 용강과 대기가 접촉하므로써 발생되는 산화를 방지하기 위하여 쉬라우드노즐(shroud nozzle)에 불활성 가스를 공급한다.

상기 가스는 아르곤(Ar)으로서 콜렉터노즐과 쉬라우드노즐 사이에 대기중의 질소나 산소의 유입을 억제한다.

또한, 상기 쉬라우드노즐 내에서 버블(bubble)을 형성하여 용강내에 개재된 고형체의 비금속성 불순물(응력집중 및 일반적으로 그 모양이 큰 것은 피로한계를 저하시키는 원인이 되는 철이나 망간,규소 및 인 등의 합금원소의 산화물, 유화물, 규산염) 등인 비금속 개재물(non metallic inclusion)을 부상분리한다.

아울러, 상기와 같은 부상분리로 인하여 용강 합금성분의 균일화 및 용강온도의 균일화가 이루어진다.

상기 방법 외에도, 진공 및 산소의 투입에 의한 탈탄과 전자력에 의한 교반이 이용된다.

또한, 래들 및 턴디쉬의 수분 및 내화재 중의 카본의 최소화 그리고 턴디쉬 내에 와이어, 댐 등의 적용으로 용강류의 유동제어를 조절하여 개재물을 부상분리하는 등 다양한 정련처리가 적용되고 있다.

제강공정 중 전기로와 전로에서 용해된 용강을 턴디쉬에 옮기기 위해서는 래들바닥의 하부에 설치되어 있는 슬라이딩노즐 및 플레이트에 남아있는 용강의 잔탕을 제거한 다음 상기 턴디쉬에 용강을 받게 된다.

또한, 산화방지를 위하여 래들바닥의 탑노즐과 상부플레이트 사이에 1700℃의 고온에서도 용융이 이루어지지 않는 무기물의 필러(filler)를 투입한다.

한편, 상기 필러는 그 입도와 구성 성분에 따라 래들에 용강이 수용된 후 소결 진행에 따른 응고 등으로 용강이 정상적으로 턴디쉬 내로 공급되지 못한다.

또한, 상기 필러는 정상적으로 래들 내의 용강이 공급되다가 개재물이나 불순물 등으로 탑노즐에서 막힘 현상이 발생한다.

아울러, 턴디쉬 내의 용강을 출강하는 경우 용강의 침윤으로 인하여 슬라이딩플레이트를 열어도 용강이 정압에 의해 출강되지 못하는 경우가 발생하는 문제점이 도출된다.

한편, 통상적으로 사용되고 있는 필러는 제강공정중 정련공정의 시간 및 온도, 래들의 유지시간, 탑노즐의 형상 및 각도, 용강량 등에 따라 출강시 용강이 자연적으로 레들에서 개공되도록 하는 자연개공의 여부가 결정된다.

그러나, 상기 자연개공의 여부는 강의 품질에 지대한 영향을 미치고, 개공작업을 강제적인 방식으로 수행하게 되면 출강시 작업자의 화상위험등 조업불안과 안전사고의 문제점이 도출되어 이에 대한 개선이 간절히 요망되고 있는 실정이다.상기한 문제점을 개선하기 위한 종래의 필러 구성은 SiO₂, Cr₂O₃를 50∼100중량% 단독 또는 혼합하여 사용하고 있다.그러나 상기한 종래의 필러는 개공성에 미치는 효과가 적고,용강의 침윤 억제 및 필러의 소결현상에 따른 개공성에 미치는 효과가 적다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 제강공정의 가혹한 조건에서도 용강의 침윤을 억제하고, 필러의 소결현상에 따른 자연 개공성의 저하를 억제하기 위한 필러 구성성분의 최적화와 그 입도를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 제강용 필러가 사용된 사용 상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 래들, 턴디쉬 2: 탑노즐 3: 상플레이4: 필러 5: 하플레이 6: 콜렉터노즐

상기한 목적 달성을 위한 본 발명은 용강의 자연개공성을 향상시키는 필러에 있어서, 상기 필러가 Al₂O₃10∼78중량%, SiO₂20∼60중량%, Cr₂O₃1∼15중량%, ZrO₂1∼15중량%로 조성됨을 특징으로 하는 제강용 필러(filler)로 이루어진다.또한 본 발명은 상기 원료에서Al₂O₃가 중공입자 또는 구형입자로 됨이 바람직 한 것으로, 이때 Al₂O₃10∼70중량% 중에 구형입자가 30∼70% 비율로 차지함이 바람직하다.즉, 여기서 30∼70%라는 것은 상기 알루미나 10∼78중량% 중에 구형입자가 차지하는 비율을 나타낸 것으로, (10∼78중량%)×(30∼70%)=3∼54중량%가 구형입자이고, 나머지는 각형입자 등으로 이루어진다.그리고 상기 원료에서 Al₂O_{3 ,}SiO_2,Cr₂O₃의 입도가 0.2∼2mm이고, 순도 99% 이상이며, ZrO₃입도가 0.2∼2mm이고, 순도 95% 이상인 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용된 제강용 필러가 사용된 사용 상태도이다.

먼저, 본 발명이 적용되는 원료의 특성은 (표 1)과 같다.

래들에서 턴디쉬로 용강을 출강시 용강의 정압만으로 용강의 출강이 이루어 지도록 하기 위하여 필러의 입자형상을 구형으로 한 후 첨가하도록 하고, 용강의 온도 저하가 되는 문제점을 개선하기 위하여 열전도율이 낮은 중공의 원료를 이용한다.

한편, 용강의 침윤을 억제하기 위해서는 용강과의 젖음성이 낮은 Al₂O₃, SiO₂을 첨가하고, 고온에서도 소결이 이루어지지 않는 Cr₂O₃을 첨가하여 지금(地金)의 침윤을 억제한다.

뿐만 아니라, 열전도율이 낮고 1200℃ 전후에서 결정전이에 의한 팽창수축이 이루어지는 미안정화 ZrO₂를 첨가한다.

즉, 고온하에서는 소결이 SiO₂중의 알카리 성분에 의하므로 알카리성분이 최소화되는 원료를 사용하는 것을 특징으로 한다.(표 1)

특성	중공구 및 구형입자	일반각형	일반각형	일반각형
입도(mm)	0.2-2	0.2-2	0-0.5	0-0.5
화학성분		99.0%	-	-	-
		-	99.0%	-	-
		-	-	99.0%	-
		-	-	-	95.0%

한편, 기존의 각형으로 된 Al₂O₃입자를 본 발명에서는 중공입자 또는 구형입자로 하되, Al₂O₃입자중에서 차지하는 비율을 30∼70%로 함이 바람직한 것으로, 필러 투입시 유동성 부족에 따른 문제와 충전밀도를 낮추어 열전도율을 낮춤으로서 용강의 응고를 방지하기 위한 것으로, 그 첨가량이 차지하는 비율이 30% 이하일 때는 유동성 및 충전밀도에 문제가 있어 필러의 개공성에 미치는 효과가 감소한다.그리고 차지하는 비율이 70% 이상은 유동성 증가에 따른 필러의 분산으로 인한 미충전 문제가 있어 그 중공입자 또는 구형입자가 차지하는 비율이 30-70% 정도가 되는 것이 바람직하다.

즉, 구형입자의 비율이 30% 이하면 분산(흩날림)되는 문제점이 있고, 70% 이상이면 열전도율이 높아지기 때문에 용강의 온도저하로 이어지고, 온도저하로 인하여 용강이 응고되어 자연개공이 이루어지지 않는 문제점이 발생된다.

SiO₂는 그 첨가량이 20∼60중량%이고, 그 화학성분을 순도 99% 이상으로 적용하였는데, 이는 사용중 불순물인 Na₂O, K₂O, Fe₂O₃, Al₂O₃등과 저융물을 형성하지 않게 하기 위해서 이다.

상기와 같은 첨가량을 예시하는 것은 SiO₂가 20중량% 이하일 경우에는 필러의 열전도율을 높여 자연개공을 어렵게 하고, 60중량% 이상은 용강과의 반응과 입간 소결에 의하여 자연개공성이 저하된다.

Cr₂O₃는 용강에 대한 내용성 및 소결을 방지하기 위하여 첨가되는 것으로서 용도에 따라 첨가를 하지 않을 수 있으나 첨가시 상기와 같은 효과가 기대됨으로서 1∼15중량% 첨가될 수 있다.

상기 15중량%로 한정하는 이유는 15중량% 이상은 필러 투입시 분산(흩날림)되는 문제점과 원료의 고가로 인하여 경제성이 저하되기 때문이며, 1중량% 이하에서는 상기 효과를 기대할 수 없다.

아울러, ZrO₂는 상기 Cr₂O₃와 유사한 목적으로 첨가되나 1200℃ 전후로 단사정에서 정방정으로 결정이 전이되면서 6% 전후의 큰 팽창 및 수축이 발생되어 필러의 소결현상을 억제한다.

한편, ZrO₂자연개공이 문제되지 않는 강종과 장소에서는 무첨가도 무방하나 자연개공이 문제되는 강종과 장소에서는 1∼15중량% 까지 첨가된다.

상기와 같이 다양한 구성을 가진 본 발명에 따른 필러는 도 1에 도시된 바와같이 래들(1) 내지 턴디쉬(1)의 하부에 설치되는 탑노즐(2) 및 상플레이트(3)에 본 발명에 따른 필러(4)를 투입한다.

또한, 상기 필러(4)의 투입량에 따라 개공성에 미치는 영향이 매우 크므로 필러의 적정투입량을 위하여 비닐봉지 포장에 의한 투입이나 파이프를 통한 자동투입도 가능하다.

미설명 부호인 5는 하플레이트이고, 6은 콜렉터노즐이다.하기 (표 2)는 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 것이다.(표 2)

항 목내 용	기 존	본 발 명
		실시예 1	실시예 2	실시예 3
화학성분(%)	Si02	99	25	20	70
	Al203	-	64	65	28
	Zr02	-	10	5	2
	Cr203	Alkali 외 1	-	10	-
용강의 침윤두께(mm)	15	10	8	12

상기 (표 2)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1∼3이 기존의 필러에 비해 용강에 대한 침윤성이 증대되고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명에 따른 제강용 필러는 구성을 최적화하고, 입도를 조정하여 용강을 출강시 용강정압에 의하여 필러가 쉽게 빠져 나오게 하는 효과가 있다.

또한, 고순도의 재질을 첨가하므로서 용강의 침윤을 최소화하고, 비록 용강의 사이클타임이 증가되거나 수강량이 적어도 용강의 정압만으로도 자연개공이 이루어지도록 한다.

아울러, 본 발명에 따른 필러가 적용되므로써 통상적으로 사용되는 강제개공의 문제점인 용강의 비산에 의한 작업자의 안전사고를 미연에 예방할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 용강의 자연개공성을 향상시키는 필러에 있어서,

   상기 필러가 Al₂O₃10∼78중량%, SiO₂20∼60중량%, Cr₂O₃1∼15중량, ZrO₂1∼15중량%로 조성됨을 특징으로 하는 제강용 필러(filler).
2. 제 1항에 있어서,

   상기 Al₂O₃10∼78중량% 중에 중공입자 또는 구형입자가 30∼70% 비율(3∼54중량%)로 차지함을 특징으로 하는 제강용 필러.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 Al₂O_{3 ,}SiO_2,Cr₂O₃의 입도가 0.2∼2mm이고, 순도 99% 이상이고, ZrO₂입도가 0.2∼2mm이고, 순도 95% 이상인 것을 특징으로 하는 제강용 필러.