KR100486378B1 - 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강에 관한 것으로, 중량%로 C: 0.1∼0.8%, Cr: 22∼28%, Ni: 3∼8%, Mn: 2.5%이하, Si: 0.3∼2.5%, P: 0.05%이하, S: 0.04%이하 및 나머지는 Fe로 구성됨을 특징으로 하는 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강을 요지로 한다. 본 발명에 의한 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너는 건류중에 발생되는 가스중에는 부식성 가스인 HCN, H₂S, NH₃에 안정적인 특성을 나타내어 부식에 강하면서도 고온에서도 안정하여 적정강도를 유지함으로 인하여 오븐 도어의 수명이 연장되어 수리하는 기간을 절약하여 효율적인 조업을 할 수 있으며, 경제적으로도 수리시 발생하는 비용의 절감효과를 얻을 수 있다.

Description

코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강{a retainer steel sheet for fixing brick of the cokes oven door}

본 발명은 코크스를 제조하기 위한 오븐에서 건류가 완료되면 적열 코크스로 외부로 이송하기 위해서 코크스 오븐 양 측면에 설치된 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강에 관한 것으로, 더욱 상세히는 상기 도어를 열고 닫는 동작을 반복하게 됨에 따라, 이로 인하여 도어 안쪽에 내화물을 고정하는 리테이너가 피로와 부식으로 인하여 조기에 마모되는 것을 방지하기 위한 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서 생산하는 코크스는 용광로에서 철광석과 소결광으로부터 용선을 제조하는 열원과 환원제로 사용되며, 용광로 내부의 통기성을 부여하여 효율을 증대시키는 역할을 하게 된다. 이 용광로에 사용되는 코크스는 코크스 공장에서 제조하게 되는데 코크스 오븐의 상부에서 적정강도을 유지하기 위한 여러종류의 석탄을 배합한 배합탄을 장입하여 외부공기을 차단하여 밀폐된 코크스 오븐에서 가열하여 건류를 하게 된다. 이 과정에서 배합탄내의 휘발성물질은 상부의 상승관으로 배출되고 잔류물질은 탄소가 주성분인 단단한 고온의 코크스가 제조된다. 이 코크스를 오븐으로부터 압출하여 물이나 질소가스로 소화과정인 냉각을 통하여 용광로용 코크가 제조된다.

상기의 압출과정을 자세히 설명하면, 건류가 완료된 고온의 코크스를 외부로 배출하기 위해서는 코크스 오븐의 양측면에서 설치된 코크스 오븐 도어를 개방하여 압출기에서 압출하여 오븐 밖으로 밀어낸 후 다시 오븐도어를 닫고 배합탄을 장입하는 연속공정이 반복하여 진행된다.

코크스 오븐 내부의 온도는 배합탄을 건류하기 위해서 1300℃의 열원을 공급하여 가열을 하기 때문에 오븐 내부 온도는 300℃에서 1000℃까지 변화하고, 따라서 코크스 오븐의 내부는 고온에서 견디기 위한 내화물로 축조되어 있다.

코크스 오븐 도어도 오븐내의 온도가 도어측으로 열전달이 일어나므로 외부는 철강주조물로 되어 있는 반면, 적열 코크가 접촉하는 내부는 내화물로 축조되어 있다.

코크스 오븐 도어의 사각둘레에는 내화물을 축조하기 위해 내화물을 고정시켜 축조하기 위한 리테이너가 설치되어 있다. 이 리테이너 역시 코크스 오븐의 내부온도의 영향으로 300 ∼800℃로 변화를 하게 된다.

특히 압출기 측에는 배합탄을 코크스 오븐에 장입한 후에 상부의 배합탄의 레벨을 평탄하게 하기 위해서 레벨링 도어가 설치되어 있은데 레벨링 도어를 개방시에 순간적으로 공기와 배합탄에서 발생되는 가스가 접촉하여 화염이 발생하게 된다. 또한 건류중에 발생되는 가스중에는 부식성 가스인 HCN, H₂S, NH₃등이 함유되어 리테이너의 부식을 촉진하여 강도 및 재질 특성을 악화시키게 되어 열화를 촉진시킨다. 이로 인하여 코크스 오븐 도어를 구성하고 있는 각종부품의 수명을 단축시키게 되는 문제가 있다. 코크스 오븐 도어를 구성하는 주요부품으로는 도어본체, 내부내화물, 고정용 리테이너로 구분된다. 본 발명자는 수 년간의 경험 및 실험을 통해서 코크스 오븐 도어의 구성품과 수명을 표 1에 나타내었다.

구성품	리테이너			내부 내화물
	상부	중부	하부
수명(년)	1.6	10.0	2.8	7

또한 현재 설치되어 있는 코크스 오븐 도어의 내화물 고정용 리테이너의 재질은 주물제품으로 화학성분을 하기 표 2에 나타내었다.

성분	C	Si	Mn	P	S
농도(%)	3.2-3.5	1.2-2.0	0.6-0.8	0.12이하	0.1이하

이와 같이 코크스 오븐 도어 리테이너의 수명이 내부의 상하의 온도분포와 접촉되는 가스의 영향으로 부위별로 다르게 나타나는 문제점이 있다. 또한, 코크스 제조과정에서 발생되는 부식성 가스인 H₂S, NH₃, HCN에 안정하지 못하고 도어를 열고 닫는 과정에서 접촉에 의한 내마모성이 떨어지는등 기존의 기존의 리테이너의 합금 재질로는 장기간의 사용이 불가능하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 코크스 오븐 도어의 리테이너는 고온에서 열화에 안정한 내열성을 확보하는 것이 필요하며, 코크스 제조과정에서 발생되는 부식성 가스인 H₂S, NH₃, HCN에 안정한 고온 내식성이 요구되며, 또한 도어를 열고 닫는 과정에서 접촉에 의한 내마모성이 우수해야 한 것을 인지하여 상기의 내마모성, 고온 내식성, 고온 내열성이 우수한 리테이너 합금강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서 코크스 제조시에 발생되는 부식성 가스인 H₂S, NH₃, HCN의 부식에 안정하고, 내열성이 우수한 내부식 및 내열강을 제조하는데 있어서, 중량 %로 C:0.1∼0.8%, Cr: 22∼28%, Ni:3∼8%, Mn:2.5%이하, Si:0.30∼2.5%, P : 0.05% 이하, S:0.04% 이하 및 나머지는 Fe로 구성됨을 특징으로 하는 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 내열성 및 내부식성이 우수한 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강으로, 중량 %로 C: 0.1∼0.8%, Cr: 22∼28%, Ni: 3∼8%, Mn: 2.5%이하, Si: 0.3∼2.5%, P: 0.05% 이하, S: 0.04% 이하 및 나머지는 Fe로 구성된다. 이하에서는 본 발명의 조성범위 한정이유를 설명한다.

C의 첨가량은 증가할수록 강의 인장강도는 증가시킬 수 있으나 기타 물리적 특성과 고온 안정성이 저하되는 경향이 있으며, 0.1%이하에서는 강도의 향상의 효과가 적으며, 0.5%이상에서는 카바이드가 석출하기 시작하여 0.8%를 넘어 1.0%에서는 취약하게 된다. 그리고 고온에서 산소와 반응하여 탈탄반응이 일어나는 현상이 있어서 C 첨가량은 0.1%∼0.8%가 바람직한 조성이다.

Cr은 고온강도 및 고온 내마모성, 내구성을 향상시키는데 필요한 원소이며, 내부식성에도 효과가 있으며, 22% 이하에서는 충분한 내열성과 내부식성의 효과를 얻지 못하게 되며, 28%이상에서는 효과가 그다지 증대되지 않기 때문에 본 발명에서는 Cr 함량이 22∼28%가 바람직하다.

Ni은 강의 충격강도, 연성과 인장강도를 현저히 향상시키며 특히 열간강도를 향상시키는 경향을 지니며, 강표면의 부동태 피막의 형성에 도움을 주어 부식성은 우수하게 된다. 본 발명에서 Ni첨가량이 3%이하에서는 고온 내열성을 충분히 얻기가 어려우며, 9%이상에서는 오히려 고환원성 분위기에서 개스 분위기중 H₂S의 악영향이 미치므로 본 발명에서는 Ni: 3∼9%이 바람직한 조성이다.

Mn은 치환형 원소로 강중에서 고용강화효과에 의해서 강도를 증가시키며, 첨가량이 너무 많으면 집합조직의 발달을 저해하여 가공 성형성을 낮게 하므로 본 발명에서는 2.5%이하가 바람직한 조성이다.

Si는 강중에서 강화요소중의 하나이지만 함유량이 2.5%이상에서는 인성을 해치게 된다. 또한 0.3%이하에서는 그 효과를 나타내지 못하므로 본 발명에서는 Si함량을 0.3%∼2.5%로 유지하는 것이 바람직한 조성이 된다.

P와 S는 불순물로써 각각 0.05% 이하, 0.04% 이하를 유지하는 것이 바람직하다.

이하 실시예에 의해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

하기 표 3에서와 같이 본 발명재와 비교재의 주요성분이 나타난 합금강을 용해하여 슬라브를 제조하고 1300℃에서 가열하여 3.5mm까지 열간압연 하였으며, 서냉하여 열연강판을 제조하였다.

단위:중량%

성분강종		C	Cr	Ni	Mn	Si	Fe
발명재	1	0.5	22	6	2.5	2.5	balance
	2	0.25	28	3	1.0	1.0	balance
	3	0.8	25	9	1.0	0.5	balance
비교재	1	1.0	20	2	2.0	1.0	balance
	2	1.5	18	10	1.5	1.0	balance
	3	0.8	15	3	2.5	0.5	balance
기존사용재		3.2	-	-	0.8	2.0	balance

제조된 열연강판을 가로 50mm 세로 100mm로 절단하여 내부식성 시험을 실시하였다.

내부식성시험은 코크스 오븐 도어에 미치는 영향을 고려하여 1050℃에서 부식성 조합가스를 사용하여 원통로에서 실시하였다. 부식성가스의 성분은 H₂S 15%, NH₃ 5%, HCN 2%, O₂ 18% N₂ 60% 이며, 이 부식성 가스를 분당 50ml를 주입하면서 시편을 원통로에 장착한 후 24시간 시험 후에 시편을 꺼내어 부식층의 두께를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.

강종		부식층의 두께(mm)
발명재	1	0.35
	2	0.21
	3	0.41
비교재	1	0.85
	2	0.81
	3	0.89
기존사용재		1.8

표 4에 있어서 부식층의 두께는 발명재의 경우에는 0.5mm이하로 부식에 안정성을 보이고 있으나 비교재 및 기존 사용재의 경우는 0.8mm이상으로 강판 표면 부식이 일어나고 있음을 알 수 있다. 또한 기존 사용재는 부식에 매우 취약함을 나타내는데 본 발명재에 비해서 부식층의 두께는 4배이상을 나타내므로 사용상의 문제가 됨을 알 수 있다.

본 발명재의 합금조성에서는 부식성에 매우 안정한 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예에서는 가열 및 냉각을 통해서 재질의 변화에 대한 내열성 시험을 실시하였다. 발명재 2 시편과 비교재 2의 두 시편을 원통로에서 처리온도를 300℃에서 800℃까지 5시간 동안 시간당 100℃로 승온하고 다시 300℃까지 냉각하는 싸이클을 3회 반복하여 30시간동안 온도차의 변동에 따른 내열시험을 실시하였다. 처리된 두 시편을 가공하여 인장용 시편을 제조하고 인장강도를 측정한 결과를 표 5에 나타내었다.

강종		내열시험 후 인장강도(kgf/mm2)
발명재	1	62.3
비교재	2	58.1

상기 표 5에서 보는 바와 같이 열 싸이클에 의한 내열 시험 결과 발명재 1의 경우의 초기인장강도는 63.4kgf/mm²인 시편이 내열시험후 인장강도는 62.3kgf/mm²으로 강도의 저하가 거의 없는 반면에 비교재2의 경우는 초기인장강도는 55.2kgf/mm²인 시편이 내열시험후 인장강도는 53.3kgf/mm²으로 강도 저하가 심하게 나타나고 있다. 따라서 본 발명재의 합금성분에서 열처리를 실시한 시편은 내열성에서도 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 통하여 제조된 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너는 건류중에 발생되는 가스중에는 부식성 가스인 HCN, H₂S, NH₃ 에 안정적인 특성을 나타내어 부식에 강하면서도 고온에서도 안정하여 적정강도를 유지함으로 인하여 오븐 도어의 수명이 연장되어 수리하는 기간을 절약하여 효율적인 조업을 할 수 있으며, 경제적으로도 수리시 발생하는 비용의 절감효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 중량%로 C: 0.1∼0.8%, Cr: 22∼28%, Ni: 3∼8%, Mn: 2.5%이하, Si: 0.3∼2.5%, P: 0.05%이하, S: 0.04%이하 및 나머지는 Fe로 구성됨을 특징으로 하는 코크스 제조용 오븐 도어의 연와 고정용 리테이너 합금강.