KR100704853B1 - 용강 배출용 노즐을 지지하는 웰블럭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 래들에서 턴디쉬 또는 턴디쉬에서 연속주조 작업 공정에 용강을 배출하기 위한 노즐 주변에 배치되는 웰블럭에 대하여 내스폴링성, 클랙 방지 및 내열충격성 향상으로 사용수명을 증대시키는 것에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 래들 또는 턴디쉬 내의 용강을 배출시키는 노즐을 고정, 지지하는 웰블럭에 있어서, 웰블럭이 알루미나 크링커 80∼90중량부, 마그네시아 5∼10중량부, 결합제인 시멘트 5∼10중량부, 스틸화이버 0.5∼3중량부로 조성됨을 특징으로 하는 용강 배출용 노즐을 지지하는 웰블럭으로 조성된다.

또한 본 발명은 노즐 상단부에 접하는 웰블럭 내측 중앙 돌출작동부(14)의 높이가 20∼35mm로 이루어지고, 웰블럭 중앙 돌출작동부 상단으로부터 직각에 대한 경사 각도가 10∼25°이고, 상기 중앙 돌출작동부의 경사각도와 연하는 웰블럭 내측 최상단의 수평면에 대한 각도가 50∼70°로 이루짐을 특징으로 하는 웰블럭에 관한 기술이다.

래들, 턴디쉬, 웰블럭

Description

용강 배출용 노즐을 지지하는 웰블럭{well-brick upholding nozzle for casting of molden metal}

도 1은 웰블럭과 슬라이딩플레이트의 조립 단면도

도 2는 종래의 웰블럭 확대면도

도 3은 도 2의 중앙 돌출작동부에 대한 충진도 설명을 위한 확대면도

도 4은 종래의 웰블럭에 대한 주변 내화물의 손상 상태를 나타낸 단면도

도 5는 본 발명의 웰블럭 단면도

도 6은 본 발명의 중앙돌출작동부 높이를 나타낸 단면도

도 7은 본 발명에 대한 경사각도 및 수평각도를 나타낸 상태도

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1: 래들 2: 용강

3: 침적노즐 9, 9': 웰블럭

10, 14; 중앙 돌출작동부

본 발명은 용강 배출용 웰블럭에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용강을 래들 에서 턴디쉬 또는 턴디쉬에서 연속주조 작업 공정에 배출하기 위한 노즐 주변에 배치되는 웰블럭에 대하여 내스폴링성, 크랙 방지 및 내열충격성 향상으로 사용수명을 증대시키는데 적합한 웰블럭에 관한 것이다.

제강 조업시 제강로에서 출탕된 용강은 래들(ladle)에 받아 정련처리 하므로써 용강중에 포함되고 있는 황, 인, 탄소, 망간 등 대부분의 불순물을 제거하는 작업처리를 거친 후 턴디쉬에 보내고, 많은 용량의 용강은 턴디쉬 하부를 통해 연속주조 공정에 보내어 원하는 형태의 중간재인 불룸, 슬라브 등을 생산하게 된다.

이와 같은 래들(ladle) 또는 턴디쉬(tundish)하부에는 용강의 배출 및 그 배출량을 제어하기 위한 슬라이딩 플레이트와 노즐이 장착되고, 노즐을 지지하기 위한 웰블럭이 구비된다.

도 1은 용강을 래들로부터 턴디쉬에 배출하기 위한 노즐 및 웰블럭과 슬라이딩플레이트의 결합 단면도이고, 도 2는 종래의 웰블럭 단면도를 나타낸 것으로, 제강로를 통해 출탕된 용강은 래들(1)에서 정련된 후 턴디쉬(도면생략)을 통해 연속주조공정으로 배출된다.

상기 래들(1) 하부에는 용강(2)을 배출하기 위한 탑노즐(3)이 장착되고 탑노즐 하단에는 용강 배출량을 제어하기 위한 상부 플레이트(4)와 하부 플레이트(5)를 구비한 슬라이딩 플레이트 시스템(6)이 설치되고, 탑노즐(3) 주변에는 탑노즐을 지지하기 위한 상부 웰블럭(7)과 하부 웰블럭(8)이 배치된 웰블럭(9)으로 구성된다.

상기 탑노즐(3)을 고정 지지하는 웰블럭(9)은 프레스에 의해 성형한 알루미나-탄소질 벽돌로 하부 웰블럭(8)을 안착한 다음 그 위에 모르타르를 도포하고 상부 웰블럭(7)을 얹어 놓도록 구성되어 있으며, 그 내부에 탑노즐(3)을 삽입한다.

또한 연속주조 공정에 용강을 배출하는 턴디쉬 하부에도 용강 배출량을 조절하는 슬라이딩 플레이트 시스템이 장착되고 그 상부에 포러스 노즐 및 그 주변에 웰블럭이 설치된다.

종래의 용강 배출용 웰블럭은 프레스 성형방법(압착법)에 의해 제조한 불소성 알루미나-탄소질 벽돌을 사용하고 있으며, 프레스 성형방법에 의해 제조한 알루미나-탄소질 벽돌은 부위별로 전달되는 압력이 다르기 때문에 도 2 및 도3과 같이 중앙 돌출작동부(10)의 길이가 12∼13mm로 얇아 프레스 가압성형을 할 때 그 특성상 미세균열이 내재할 수 밖에 없는 구조를 가지고 있다.

즉, 기존의 웰브럭은 가압성형을 하기 때문에 성형체 높이나 형상에 제약을 받는데, 이는 가압 높이가 크고 가압면이 좁을 경우 가압력의 전달이 큰 차이를 나타냄으로서 성형체 충진도의 차이가 국부적으로 달라 사용시 국부편차 부위에 크랙이 생성되거나 상대적인 취약부에 손상이 집중된다.

따라서 가압성형법에 의해 웰블럭 제조시에는 성형체 높이를 설정하는데 어느 정도 한계가 있다.

도 3은 중앙 돌출작동부의 확대단면도를 나타낸 것으로, 웰블럭 중앙 돌출작동부 상단으로부터 직각에 대한 경사 각도가 0이고, 웰블럭 내측 최상단의 수평면에 대한 각도가 75°이다.

이러한 경우 용강 출강후 개재물(지금부착)들이 다량 웰블럭 내부에 잔존하게 되는데, 이를 고압의 산소화염을 통해 제거하며, 제거작업시 부착 개재물 뿐만 아니라 웰블럭 내화물 모재에도 상당히 손상을 주기 때문에 제거시간을 최소화 하는 것이 내화물 보호에 효과적이다.

그러나 도 3와 같은 각도를 갖는 구조에서는 부착개재물 제거작업 등이 용이하지 않는 등의 문제점이 있다.

도 3에서 점선길이는 가압성형전 원료 충진높이(25mm)이며, 실선은 가압성형 후의 성형품 높이(13mm)치수를 나타낸 것으로, 좌측 장길이 방향의 충진도가 6∼7(13/193×100=6.7)인데 비해, 중앙부의 돌출작동부의 충진도는 약50%(충진도

=13/25×100=52%) 정도로 과밀충진에 따라 고밀도를 나타내므로써 사용중 열팽창에 따른 응력차에 의해 균열이 발생하게 되며, 상.중.하 두께 부위의 강도, 기공율 등 물성 편차가 10% 정도로 매우 크게 나타난다.

이와 같은 물성편차가 심한 웰블럭은 스폴링성이 취약하여 고온의 용강과 주기적으로 접촉함으로서 도 4와 같이 사용중 침식(11)을 비롯한 크랙(12)의 생성 및 크랙의 진전에 따라 탈락이 쉽게 발생하게 된다. 이와 같은 웰블럭의 탈락물(13)은 연속주조 작업중 용강 배출 유로를 막음으로써 계속적인 주조작업을 곤란하게 하여 조업에 치명적인 손상을 초래하게 된다.

알루미나-탄소질 웰블럭은 벽돌내에 6∼8% 수준의 카본이 함유되어 조업중 노즐구에 대한 산소세척시 카본 산화를 일으켜 기공율이 급격히 증가함으로써 내식성이 저하하는 현상을 초래하고 있어 수명하락의 주요인으로 작용한다.

또한 래들에 셋팅하여 래들 예열시 버너의 조건(가스와 산소비, 버너의 작동 중단에 의한 웰블럭부로 공기 유입)과 재질의 조성 편차에 의해 웰블럭 표면산화

층(10∼20mm)이 생성되어 다시 웰블럭을 교체해야 되는 문제점이 종종 발생한다.

이상에서와 같이 정련처리 완료한 용강을 다음 설비인 턴디쉬까지(또는 턴디쉬에서 연속주조 설비까지) 효과적으로 배출하기 위해서는 노즐을 고정 지지하고 있는 웰블럭의 손상이 없어야 함은 물론 장시간 동안 사용하여야 한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명은 카본산화를 방지하기 위해 무카본 재질과 관련한 조성의 변화로 웰블럭의 부위별 강도편차 및 기공율 편차를 줄임과 함께 돌출부의 높이와 각도 등을 변화시켜 내열충격성 증대로 클랙 생성을 억제함으로써 웰블럭의 탈락 방지로 사용수명을 향상시키는데 적합한 웰블럭을 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 래들 또는 턴디쉬 내의 용강을 배출하는 노즐을 고정, 지지하는 웰블럭에 있어서, 웰블럭이 알루미나 크링커 80∼90중량부, 마그네시아 5∼10중량부, 결합제인 시멘트 5∼10중량부, 스틸화이버 0.5∼3중량부로 조성되어 이루어진다.

상기 조성에서 마그네시아는 열충격 저항성, 내화성 증대효과가 있으며, 또한 열간팽창성을 조절하여 열간상태에서 조직의 치밀화 효과를 발휘한다.

마그네시아 사용시 그 첨가량이 5중량부 미만일 경우는 첨가 효과가 부족하고, 10중량부 초과하면 시공성이 부족하는 등 마그네시아와 스피넬화 반응에 의해 클랙이 형성되므로 함량 조절이 필요하다.

또한 본 발명은 마그네시아 입자 범위를 0.075mm 이하로 한다. 입자범위를 벗어나면 입자표면에서 스피넬의 결정성장에 따라 열간 클랙의 원인이 되어 클랙발생에 의한 탈락손상이 발생된다.

스틸화이버에 있어서는 세라믹의 취성파괴에 대해 인장력이 세라믹원료보다 매우 우수한 스틸화이버를 첨가하여 연성파괴를 유도하는데 있다. 이러한 연성파괴를 유도하기 위해 웰블럭내에 고루 분산시켜 그 효과를 발휘한다.

그 첨가가 0.5중량부 미만에서는 첨가효과가 부족하여 취성파괴가 쉽게 발생될 수 있으며, 3중량부를 초과하면 내화물내 Fe 성분 및 밀도가 과다하게 분포하기 때문에 내화물 특성이 저하하여 침식율이 높아지는 등 시공성 및 내식성이 저하된다.

주성분으로 하는 알루미나 크링커는 내화재료로 가장 많이 사용되는 원료의 하나로 내화성이 우수하며 열적안정성이 높아 제강업계에서 내화물에 통상 사용되는 원료로서, 80중량부 이하에서는 내화성이 저하하여 슬라그 성분이나 용강과 반응하여 저융물을 형성시켜 융해하여 침식시키므로 손상율이 높다.

90중량부를 초과하면 타 원료가 상대적으로 적기 때문에 타 원료로서의 효과발휘가 곤란하다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 웰블럭 구조를 나타낸 것으로, 도 5는 탑노즐과 결합된 웰블럭을 나타낸 것이고, 도 6은 도 5의 중앙 돌출작동부(14)의 확대면도로서 중앙 돌출작동부 높이를 나타낸 것이고, 도 7은 웰블럭 중앙 돌출작동부 상단으로부터 직각에 대한 경사 각도 및 상기 중앙 돌출작동부의 경사각도와 연하는 웰블럭 내측 최상단의 수평면에 대한 각도를 나타낸 것이다.

이에 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 웰블럭(9')의 중앙 돌출작동부(14) 높이가 20∼35mm로 구성되며, 바람직하기로는 30mm이다.

본 발명은 중앙 돌출작동부(14) 높이가 증가할수록 안정성이 증가하여 바닥 profile 높이 조건에 허용이 가능한 최대로 증가시켰으나 casting공법은 구간별 물성편차가 없는 특징으로 높이에 문제가 없는 장점을 가지고 있어 안정성을 갖는 설계가 가능하며 또한 조업조건 등을 고려하여 형상을 도 6 및 도 7에서와 같이 hole높이와 각도를 변경하여 사용수명을 향상시켰다.

또한 본 발명은 상기 높이와 함께 웰블럭(9') 중앙 돌출작동부 상단으로부터 직각에 대한 경사 각도가 10∼25°인 경우가 바람직하고 더욱 바람직하기로는 15°이다.

또한 상기 중앙 돌출작동부의 경사각도와 연하는 웰블럭 내측 최상단의 수평면에 대한 각도가 50∼70°인 경우가 바람직하고 더욱 바람직하기로는 60°이다.

상기와 같은 10∼25°및 50∼70°각도의 설정 요체는 용강출강시 목적하는 출강량과 출강속도를 유지하는 범위내에서 상기 각도를 50∼70°로 하면서 10∼25°돌출부각도로 하여 입구손실을 최소화하고 부착물 제거작업을 용이하게 할 수 있다.

웰블럭(9')의 형상은 연속주조 조업시 목표하는 용강의 유량 및 유속이 얻어지도록 설계하는 것이 가장 큰 목적으로서, 용강의 유량 및 유속을 좌우하는 주요 요소중 하나는 웰블럭의 입구손실에 따라 달라지기 때문에 본 발명에서는 상기와 같은 각도를 설정하여 웰블럭의 입구손실이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다.

중앙 돌출작동부 상단각도가 50° 이하가 되면 입구손실이 증가하여 수명 저하 요인이 되며, 부착물 제거작업이 어려워 상대적으로 작업시간이 길어져 내화물 손상율을 증가하게 되며, 70° 이상이 되면 경사깊이가 짧아지기 때문에 입구손실이 증가하여 수명저하 요인이 된다.

상기 웰블럭을 제조함에 있어서는 종래의 성형방법으로 제조한 알루미나-탄소질 벽돌과는 달리 적정량의 물을 첨가하여 반죽한 다음 웰블럭 형상의 형틀에 casting한 방법을 채택하였다.

			실시예			종래
			1	2	3	1	2
	알루미나		85	87	83	75	75
	마그네시아		6	4	6
	뮬라이트					8	10
	시멘트		6	6	6
	시틸파이버		1	1	3
	점토					5	5
	탄소					4	2
	산화방지제					4	4
	액상페놀수지					4	4
	부피비중 (g/cm3)	110℃×24h	3.09	3.10	3.13	3.10	3.16
		1500℃×3h	2.82	2.85	2.84
	잔존선 변화율%	110℃×24h	-0.07	-0.05	-0.05
		1500℃×3h	+2.51	+1.93	+2.64
	압축강도 (kg/cm2)	110℃×24h	536	478	540	1200	1400
		1500℃×3h	696	682	700
	곡강도 (kg/cm2)	110℃×24h	55	52	60
		1500℃×3h	179	163	180
	기공율%	110℃×24h	11.35	11.33	11.38	6.52	6.29
	기공율 편차%	상	11.41	11.30	11.38	6.28	6.12
		중	11.44	11.47	11.50	6.89	6.68
		하	11.19	11.23	11.26	6.08	6.08
		편차율%	2.2	2.1	2.1	2.1	9.8
	열충격성	크랙발생	◎	◎	◎	△	△

	재질	본 발명(알루미나-마그네시아질)					알루미나-탄소질
	제조방법	casting					pressing
사용 결과	수명(ch)	60	58	55	55	56	44	48
	탈락발생율%	0	0	1	0	0	3	6

이상에서와 같이 본 발명은 카본산화를 방지하기 위해 무카본 재질과 관련한 알루미나-마그네시아 조성의 변화로 웰블럭의 부위별 강도편차 및 기공율 편차를 줄임과 함께 중앙 돌출작동부의 높이와 각도 등을 변화시킴으로써 내열충격성 증대로 웰블럭의 탈락을 방지하여 사용수명을 증대시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 래들 또는 턴디쉬 내의 용강을 배출시키는 노즐을 고정, 지지하는 웰블럭에 있어서, 웰블럭이 알루미나 크링커 80∼90중량부, 마그네시아 5∼10중량부, 결합제인 시멘트 5∼10중량부, 스틸화이버 0.5∼3중량부로 조성됨을 특징으로 하는 용강 주조용 웰블럭.
2. 래들 또는 턴디쉬 내의 용강을 배출시키는 노즐을 고정, 지지하는 웰블럭에 있어서,

   상기 노즐 상단부에 접하는 웰블럭 내측 중앙 돌출작동부(14)의 높이가 20∼35mm로 구성됨을 특징으로 하는 웰블럭.
3. 제 2항에 있어서,

   웰블럭 중앙 돌출작동부 상단으로부터 직각에 대한 경사 각도가 10∼25°이고, 상기 중앙 돌출작동부의 경사각도와 연하는 웰블럭 내측 최상단의 수평면에 대한 각도가 50∼70°임을 특징으로 하는 웰블럭.

Images