KR100526960B1

KR100526960B1 - 연속주조용 노즐

Info

Publication number: KR100526960B1
Application number: KR10-2003-0059131A
Authority: KR
Inventors: 최상배
Original assignee: 조선내화 주식회사
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-11-09
Also published as: KR20050022108A

Abstract

본 발명은 연속주조용 노즐에 관한 것으로, 실리카와 탄소를 배재하고 스피넬과 알루미나를 적절히 배합 조성함으로서 내용손성을 증대시킴과 함께 용강 주조 중 스피넬 원료의 급격한 소결 지연으로 치밀한 소결체를 형성하여 용강 중의 알루미나 클러스터(alumina cluster)의 부착 방지로 노즐의 폐쇄를 억제하는 연속주조용 노즐에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명의 구성은 50∼85중량%의 스피넬(Spinel: Al₂O₃와 MgO의 복합산화물)과 15∼50중량%의 코란덤(Corundum:Al₂O₃)으로 조성된 내화재료가 노즐의 내공부에 형성됨을 특징으로 하는 연속주조용 노즐에 관한 기술이다.

Description

연속주조용 노즐{Nozzle for continuous casting}

본 발명은 연속주조용 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용강과 접하는 노즐 내공부에 대해 내폐쇄성 및 내용손성을 갖게하는데 적합한 노즐에 관한 것이다.

강을 연속주조하는데 사용되는 노즐은 침지노즐과 쉬라우드노즐(롱노즐)을 들수 있다.

연속주조용 침지노즐은 턴디쉬(tundish)와 주형(mold)사이에 사용되어 용강의 산화방지 및 용강의 와류방지에 의한 슬래그 혼입을 방지하여 주조된 주편의 품질 향상에 주요한 역할을 하는 내화재로 조성되어 있다.

연속주조용 쉬라우드노즐은 레들(ladle)과 턴디쉬(tundish) 사이에 사용되는 노즐로서 용강의 산화방지 등 강 품질향상을 위해 사용되는 것으로 내화재로 조성되어 있다.

이러한 침지노즐 및 쉬라우드노즐은 그 사용 조건상 내열충격성, 내마모성, 내식성 등이 엄격히 요구된다.

도 1은 침지노즐을 나타낸 것이고, 도2는 쉬라우드노즐을 나타낸 것이다. 침지노즐의 본체(1) 및 내공벽면(2)을 비롯한 쉬라우드노즐 본체(3)는 공히 알루미나 (Al₂O₃)-실리카(SiO₂)-탄소(C) 재질이 주로 사용된다.

그러나 알루미나(Al₂O₃)-실리카(SiO₂)-탄소(C)재질의 노즐은 알루미늄 킬드강의 주조시 탈산제로 첨가된 알루미늄이 용강중의 산소나 내공체 중의 SiO₂, CO가스에 의해 산화되어 알루미나의 개재물을 생성시키며, 이 알루미나가 노즐의 내공벽면과 토출구 주위에 부착되어 점차 퇴적함으로써 노즐의 내공직경이 감소되고 이러한 현상이 심할 경우 내공 막힘 현상을 초래하게 된다.

또한 고산소함유강, 고Mn함유강과 스테인레스강 등의 주조에 이용되는 경우는 반대로 용손의 문제가 발생한다.

특히 용융실리카의 경우 고온에서 장시간 사용하게 되면 내화물 중에 함유된 용융실리카와 탄소 성분간에 SiO₂+C→SiO+CO 반응이 일어나게 되고, 실리카의 소실에 의한 조직의 열화가 발생하므로 인해 노즐의 장시간 사용에 지장을 주게 된다.

SiO₂(s) + C(s) → SiO₂(g) +CO(g)--------(1)

3SiO₂(g) + 2Al → Al₂O₃(g) + 3Si -------(2)

3CO(g) +2Al → Al₂O₃(s) +3C ------------(3)

상기 식에서 g는 기상을 나타낸 것이고, s는 고상을 나타낸 것이다.

그리고 상기 식에서 Al, Si, C는 용강 중에 용해되어 있는 상태이다.

Al₂O₃-SiO₂-C노즐의 용손기구는 우선 내화재료 가동면 중의 탄소가 용강에 용해되고. 가동면의 Al₂O₃-SiO₂계 산화물은 용강으로부터 침투된 MnO, FeO와 반응하여 내화재료의 용손을 일으킨다.

상기 문제점을 개선하는 일환으로서 노즐 성분 중 실리카(SiO₂)와 탄소(C)를 배재하고 스피넬(Spinel)원료를 이용한 재질이 재발되어 적용되고 있으나, 스피넬 원료의 급격한 소결 특성에 따라 그 적용 효과에 있어서 심한 편차가 발생하고 있어 내폐쇄성 및 내용손성의 개선을 충분히 기대하지 못하고 있다.

본 발명은 실리카와 탄소를 배재하고 스피넬과 알루미나를 적절히 배합 조성함으로서 용강 중의 알루미나 클러스터(alumina cluster)의 부착 방지로 노즐의 폐쇄를 억제함과 함께 용강 주조 중 스피넬 원료의 급격한 소결 지연으로 내용손성을 갖는 연속주조용 노즐을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 50∼85중량%의 스피넬(Spinel: Al₂O₃와 MgO의 복합산화물)과 15∼50중량%의 코란덤(Corundum:Al₂O₃)으로 조성됨을 특징으로 하는 연속주조용 노즐로 이루어진다.

본 발명은 노즐 전체에 대하여 상기 내화 재질로 조성하거나, 용강에 접하는 부분만을 내화재질로 할 수 도 있으나, 외층부를 이루는 노즐 본체에 대하여는 기존 재질로하고 내공부만을 상기 내화 재질로 형성함이 바람직하며, 이때 내공부에 형성된 내화재료의 두께는 2∼10mm로 한다.

본 발명은 스피넬 원료와 코란덤 원료를 동시에 사용한다. 출발원료로서 스피넬 원료에 코란덤 원료를 첨가하는 목적은 코란덤 원료가 스피넬의 급속한 소결을 지연시키기 때문이다. 스피넬 원료의 소결을 효과적으로 지연시키기 위해 코란덤을 15중량% 이상 첨가하여야 하며, 50중량% 이상 첨가시에는 알루미나 클러스터와의 계면에너지 감소로 개재물 효과가 감소한다. 따라서 코란덤 적정 첨가량은 15∼50중량% 범위로 한다.

내공부에 형성되는 상기한 내화 두께가 2mm 이하의 경우에는 강도가 취약하여 용강류의 충격에 견디지 못하고 노즐 본체로부터 탈락되는 문제가 있으며, 10mm를 초과할 경우에는 노즐 본체르 구성하는 내화재료와의 열팽창차가 커져 여기에 유래하는 균열이 발생하는 문제가 있어(내스폴링성 약화)바람직하지 않다.

스피넬 원료와 마그네시아 원료를 동시에 사용시에는 마그네시아 사용에 따른 열팽창율 증가로 소성 또는 사용 중에 내화재료가 팽창하고 균열이 생긴다. 또한 마그네시아 과잉 스피넬 사용은 과잉의 MgO가 물질 이동을 촉진하여 스피넬의 급속한 소결을 유발하여 바람직하지 않다.

상기 내화원료를 이용하여 노즐을 제조함에 있어서는 상기 내화원료 배합물을 금형에 충진하고 CIP 등의 방법으로 성형하여 건조 후 소성하여 제조한다. 노즐 본체르 구성하는 내화재료와 내공부 또는 용강과 접하는 부위를 구성하는 본 발명의 내화재료는 동류의 바인더로 혼련하는 것이 좋다.

다음은 실시에 따라 설명한다.

내용손성 평가 시험 : 전해철에 0.25중량%의 Mn을 용해 후 1610℃의 고산소 함유 강에가로 세로 각각 20mm, 길이 150mm의 시편을 침적하고 10rpm의 속도로 30분간 회전시킨 후 시료 가동면에 내용손성을 평가하였다.

개재물 부착억제 평가 시험: 시편크기를 가로 세로 각각 10mm, 길이 250mm로 하여 아르곤 분위기에서 일반 탄소강에 소량의 금속알루미늄 첨가한 용강에 시편을 30분 침적한 후 개재물 부착두께를 평가하였다.

내스폴링성 평가 시험: 시편크기를 가로 새로 각각 20mm, 길이 250mm로 하여 1550℃ 용강에 3분 침적 후 1분 수넹을 반복하면서 클랙(crack)발생없이 열충격에 견디는 반복 횟수를 측정하였다. 시편제작은 산화물 원료에 페놀수지를 가하여 혼련 후 1200kg/cm로 CIP 성형 후 건조, 소성하여 시료를 제작하였다.시편제작은 산화물 원료에 페놀수지를 가하여 혼련 후 1200kg/cm로 CIP 성형 루 건조, 소성하여 시료를 만들었다.

본 실험에서 스피넬 원료는 MgO : Al₂O₃ = 28 : 72로 이론 조성에 근접한 스피넬 원료와 MgO과잉 스피넬 원료를 사용하였다. 이렇게 얻어진 시료에 대해 내스폴링성, 내용손성 및 알루미나 부착성 시험을 행하였으며, 그 결과는 하기 (표1)과 같다.

(표 1)

		실 시 예		비 교 예
		1	2	1	2	3	4	5	6
원료배합(중량%)	이론조성스피넬	80	68		98	88	48	68
	알루미나	18	30	98		10	50		43
	MgO rich스피넬							30
	실리카								20
	지르코니아								5
	흑연(C)								30
화학성분(중량%)	MgO	22.4	19		27	24.6	14	30
	Al₂O₃	75.6	79	98	71	73.4	84	68	45
	SiO₂								20
	ZrO₂								5
	C	2	2	2	2	2	2	2	30
광물상		C.S	C.S	C	S	C.S	C.S	P.S	C.G.B
시험결과	내용손성(mm/min)	0.02	0.02	0.04	0.04	0.02	0.02	0.04	0.3
	Al₂O₃부착성(mm)	0.1	0.2	1.0	0.7	0.4	0.4	0.8	3.2
	내스폴링성(회)	3	3	3	2	3	3	0	10

※ 광물상의 기호 P : Periclass, S: 스피넬, C: 코란덤, G: 흑연

B: Baddeleyite

상기 (표 1)에 나타낸 바와 같이 내용손성의 경우 본 발명의 실시예 1 및 2가 비교예에 비하여 우수하게 나타난 것으로, 내용손성 시험에 있어서는 스피넬을 전혀 사용하지 않은 비교품 6이 가장 좋지 않았으며, 비교품 2와 비교품5는 스피넬의 소결 영향으로 용강이 침윤되어 내용손성이 좋지 않았고, 비교품1(알루미나 재질)은 스피넬 재질보다 내용손성이 떨어지는 것으로 나타났다.

알루미나 개재물의 부착성 평가에 있어서는 비교품 6이 가장 좋지 않았으며, 알루미나 재질인 비교품1은 개재물과 동일 성분이기 때문에 개재물과 계면에너지가 낮아 개재물이 쉽게 부착되는 것으로 나타났다. 스피넬 원료의 급속한 소결이 진행된 비교품 2 및 5에서도 개재물 부착이 심한 것으로 나타났다. 그리고 비교품 3과 4는 본 발명의 실시예 1및 2에 비하야 알루미나 부착이 심하였으며, 이는 비교품3의 겨우 스피넬의 급격한 소결을 지연시키기 위한 알루미나 함량이 부족하였고, 비교품4의 경우 알루미나 함량이 과량으로 개재물 부착이 용이했던 것으로 판단된다.

내스폴링성 평가 시험에서는 MgO를 30중량% 함유한 비교품4에서 가장 먼저 스폴링에 의한 클랙이 발생하였다.

이상에서와 같이 본 발명은 실리카와 탄소를 배재하고 스피넬과 알루미나를 적절히 배합 조성함으로서 용강 중의 알루미나 클러스터(alumina cluster)의 부착을 방지하여 노즐의 폐쇄를 억제하며 또한 이들의 조성은 열역학적 활량이 적어 MnO, FeO의 침투가 어렵기 때문에 고탄소 함유강, 고Mn 함유강과 스테인레스강의 주조에 이용되는 경우 내화재료의 용손이 억제되는 연속주조용 노즐을 얻게된다.

도 1은 종래의 침지노즐의 개략 단면도

도 2는 종래의 롱노즐의 개략 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 노즐 본체 2: 내공부 3: 롱노즐 본체

Claims

50∼85중량%의 스피넬(Spinel: Al₂O₃와 MgO의 복합산화물)과 15∼50중량%의 코란덤(Corundum:Al₂O₃)으로 조성된 내화재료로 이루어짐을 특징으로 하는 연속주조용 노즐.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 조성된 내화재료가 노즐의 내공부에 형성됨을 특징으로 하는 연속주조용 노즐.
제 3항에 있어서,

내공부에 형성된 내화재료의 두께가 2∼10mm 임을 특징으로 하는 연속주조용 노즐.