KR100779602B1 - 내화재 주형 벽체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화재 주형 벽체에 관한 것으로, 가동면 부재를 분할하여 베이스 부재에 견고하게 고정하는 동시에 갭 발생을 억제할 수 있는 내화재 주형벽체를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 금속제 주형벽체와 함께 연속주조형 주형 벽체를 구성하며, 가동면 부재가 베이스 부재에 판상으로 접착 고정된 이종재질의 내화재 주형벽체에 있어서, 상기 가동면 부재가 적어도 m개의 분할 세그먼트로 이루어지되, 상기 가동면 부재와 상기 베이스 부재와의 열간 선팽창에 의한 길이 차이를 m-1로 나눈 값이 150㎛이하를 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 가열시 두 재질간의 열팽창 차이에 의한 갭 발생을 최소화하여 가동면 부재를 통한 용탕의 침투를 방지하는 동시에 가동면 부재의 균열 및 손상을 저감하여 안정적인 주조를 제공할 수 있는 효과가 있다.

주형벽체, 내화재, 가동면 부재, 베이스 부재, 응고주편

Description

내화재 주형 벽체{Mold walls comprised of refractory material}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내화재 주형 벽체의 단면도(a) 및 구성 원리를 설명하기 위한 개략도.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내화재 주형 벽체의 분할 세그먼트의 사시도(a) 및 내화재 주형 벽체의 단면도.

도 3은 용탕을 응고시켜 응고 주편을 제조하는 설비의 구성을 설명하는 개략도.

도 4는 종래의 내화재 주형벽체의 단면도 및 원리를 설명하기 위한 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 내화재 주형 벽체 110 : 가동면 부재

112 : 분할 세그먼트 114 : 이음부

216 : 세그먼트 홈 120 : 베이스 부재

130 : 접착층

본 발명은 내화재 주형 벽체에 관한 것으로, 특히, 가동면 부재를 적정한 형 상으로 분할하여 열간에서 가동면 부재와 베이스 부재의 열팽창량 차이에 의한 균열 및 파손 또는 이음부의 과다한 벌어짐을 방지할 수 있는 내화재 주형 벽체에 관한 것이다.

일반적으로 고온의 강 또는 금속의 연속주조공정에서 응고주편을 제조하기 위해 사용되는 주형(mold) 벽체는 금속제 주형 벽체와 내화재 주형 벽면으로 이루어지는데, 금속제 주형 벽체가 냉각에 의해 그 표면에 용탕의 응고층을 형성시키면, 주형의 하부에서 일체화되어 인발됨으로써 주조주편이 연속적으로 형성된다.

내화재 주형 벽체는 그 표면이 용강의 응고를 방지하는 동시에 용강의 유출을 방지하도록 요구되며, 금속제 주형 벽체의 양쪽 측면부에 밀착되어 용탕의 밀폐기능을 갖는 판상의 구조체이며, 특히 용강의 밀폐기능을 안정적으로 수행하기 위하여 상호 특성이 상이한 두 종류 이상의 재료가 조립되어 구성된 내화판재를 용탕밀폐 부위에 적용하게 된다. 이러한 내화재 주형벽체는 일반적으로 용강 및 금속제 주형 벽체와 접촉되는 가동면의 후방부에서 가열 수단에 의해 예열하여 사용된다.

상기와 같은 주형구조는 주로 금속 박판 주조공정에 있어서 수평벨트식, 수직 쌍벨트식 및 수직 쌍롤식 주조공정 등의 이동주형의 구조에 적용될 수 있으며, 이와 같은 설비는 개략적으로 도 3에 도시된 바와 같다.

도 3은 용탕을 응고시켜 응고 주편을 제조하는 설비의 구성을 설명하는 개략도이고, 도 4는 종래의 내화재 주형벽체의 단면도 및 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

통상적으로 사용되는 내화재 주형 벽체(W)의 구조는 금속제 주형 벽체(S)에 밀착되어 용탕의 밀폐역할을 직접적으로 수행하는 가동면 부재(410)와 가동면 부재(410)를 고정하고 지지하는 베이스 부재(420)로 구성이 된다. 가동면 부재(410)는 열충격 저항성 및 용탕에 대한 내식성이 우수하고 금속제 주형 벽체(S)에 가압시 밀착성이 우수한 재질 특성을 만족해야 하며 금속제 주형 벽체(S)에 의한 냉각의 영향을 감소하기 위해 열전도율이 낮은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 베이스 부재(420)는 열충격 저항성 및 용탕에 대한 내식성 및 고온강도 등이 우수한 내화재료로서, 베이스 부재(420)의 표층부에 가동면 부재(410)를 매설하고 고온접착제 또는 내화 모르터 등을 사용한 접착층(430)을 통하여 견고하게 부착되도록 조립함으로써 내화재 주형 벽체(W)를 형성하고, 그 후방부에서 예열 및 주조 중 가열을 실시하여 표면에서 용탕의 응고를 방지한다.

상기와 같은 내화재 주형 벽체(W)에 있어서 가동면 부재(410)와 베이스 부재(420)는 통상적으로 상이한 재질을 사용하는데, 가동면 부재(410)는 금속제 주형 벽체(S)에 안정적으로 밀착되기 위해 윤활성을 갖는 것이 필요하므로 흑연 또는 질화붕소를 포함한 재질로서 구성되고, 낮은 열전도도를 가진 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 베이스 부재(420)는 가동면 부재(410)에 비해서 높은 강도를 가지며 용탕에 대한 내식성이 우수한 알루미나, 뮬라이트, 탄화규소 또는 탄소함유 내화물 등이 적용되며, 베이스 부재(420)의 후방은 주조 전부터 가열된다.

이러한 구성에서 가동면 부재(410)는 냉각되고 있는 금속제 주형 벽체(S)에 접촉되어 있으므로 온도가 낮은 반면에 베이스 부재(420)는 일반적으로 후방가열에 의해 약 1000℃ 내외로 예열하므로 온도가 높다. 따라서 가동면 부재(410)와 베이 스 부재(420) 간에는 심한 온도 구배가 형성되는데, 일반적으로 베이스 부재(420)의 열팽창량이 가동면 부재(410)에 비해서 훨씬 크다.

따라서, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(420)가 열간에서 팽창하면 열팽창량이 상대적으로 적은 가동면 부재(410)를 인장시켜 강도가 취약한 부위에 균열이 발생되거나 파손되어 용탕밀폐 불안정을 야기한다.

또한, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 가동면 부재(510)를 미리 분할하여 접착층(530)을 통하여 베이스 부재(520)에 접착시키는 방법이 제시되었으나, 이는 균열 발생은 억제되지만 분할된 가동면 부재(510)의 이음부(514)가 점차 벌어지게 되어 일정 크기 이상으로 간극(g)이 벌어지면 주형 내의 용탕이 간극(g)으로 침투된다.

이와 같이 용탕이 가동면 부재의 균열 또는 이음부 간극 사이로 침투된 경우에는 용탕이 간극 사이에서 응고되어 가동면 부재의 파손을 초래하고 용탕밀폐가 매우 불안정하게 되므로 가동면 부재의 균열 및 파손을 방지하여 안정적인 용탕밀폐를 수행할 수 있도록 하여야 한다.

이와 같이 이종재질로 이루어진 종래의 내화재 주형벽체는 이종 재질의 상호 열팽창 차이에 의해서 열팽창량이 적은 가동면 부재에 균열 또는 이음부 벌어짐이 발생될 수 있으며, 이를 통하여 용탕이 침투되는 경우 주조공정의 불안정을 초래하는 문제점이 있다.

한편, 내화재 주형 벽체(W)는 종래의 특허출원 제1999-7000845호　및 제2005-93846호에서 제시한 바와 같이 이종 재질의 조립체로 구성되는 것이 효과적이기 때문에 가동면 부재가 이를 고정하는 베이스 부재에 접착 고정되는 경우가 대부분이 다.

상기와 같은 종래 기술에 있어서 가동면 부재는 베이스 부재와의 열팽창 차이에 의해서 균열이 발생되거나 가동면 부재들의 이음부에 틈이 발생되어 용탕이 침투되는 문제가 발생되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 특허출원 제2001-7007598호에는 가동면 부재와 베이스 부재의 접착방법에 있어서 고온에서 유동성을 갖는 접착제를 사용함으로써 고온에서 두 이종재료간의 열팽창을 흡수하고 주조 중에 가동면 부재가 전단에 의해 밀려내려와 갭 발생을 해소하는 방안을 제시하였다.

그러나 이와 같은 방법에 있어서 접착재료가 유동성이 있는 경우, 가동면 부재가 견고하게 고정되지 못하여 사용 중에 고정위치에서 이탈될 위험성이 존재하므로 실용성이 적다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가동면 부재를 분할하여 베이스 부재에 견고하게 고정하는 동시에 갭 발생을 억제할 수 있는 내화재 주형벽체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속제 주형벽체와 함께 연속주조형 주형 벽체를 구성하며, 가동면 부재가 베이스 부재에 판상으로 접착 고정된 이종재질의 내화재 주형벽체에 있어서, 상기 가동면 부재가 적어도 m개의 분할 세그먼트로 이루어지되, 상기 가동면 부재와 상기 베이스 부재와의 열간 선팽창에 의 한 길이 차이를 m-1로 나눈 값이 150㎛이하를 만족하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 각 분할 세그먼트가 상기 베이스 부재와 접착되는 면에 그 두께의 1/3 이상 1/2 이하의 깊이를 갖는 홈이 형성되고, 홈의 선단은 반원형으로 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내화재 주형 벽체의 단면도(a) 및 구성 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

내화재 주형 벽체(100)는 금속제 주형 벽체(S)와 함께 연속주조형 주형 벽체를 구성하며, 가동면 부재(110)가 고온용 접착제 또는 내화 모르터 등의 접착층(130)을 통하여 베이스 부재(120)에 판상으로 고정되며, 가동면 부재(110)가 적어도 m개의 분할 세그먼트(112)로 이루어진다. 여기서, 가동면 부재(110)와 베이스 부재(120)와의 열간 선팽창에 의한 길이 차이를 m-1로 나눈 값이 150㎛이하를 만족하여야 한다.

이하, 본 발명의 원리를 먼저 설명한다.

일반적으로 내화재 주형 벽체(100)는 후방에서 가열수단을 통해서 주조 전에 예열하고 일정한 온도 이상으로 가열하여 고온의 용탕이 접하게 될 경우에 용탕의 응고를 방지하고, 가동면 부재(110)가 열충격에 의해 손상되지 않도록 한다. 여기서, 베이스 부재(120)는 직접가열에 의해서 온도가 높고 열팽창량이 큰 반면에 가동면 부재(110)는 상대적으로 온도가 낮고 열팽창량이 적게 되므로 열팽창량의 차 이가 발생한다. 이와 같은 열팽창량의 차이는 일반적으로 가동면 부재(110)의 손상을 초래한다.

따라서 본 발명은 베이스 부재(120)의 열팽창에 의한 균열을 사전에 방지하는 동시에 다수 분할시 각 분할 세그먼트(112)의 이음부(114)가 벌어져서 형성되는 갭(g)을 통한 용강의 침투를 방지하기 위한 가동면 부재(110)의 최적 분할 방법을 다음의 사실에 착안하였다.

먼저, 가동면 부재(110)와 베이스 부재(120)의 열팽창량은 통상의 열간 선팽창율 측정기(dilatometer) 등의 수단으로부터 측정이 가능하며, 이를 통하여 각 부재들의 전체 길이와 사용온도 조건으로부터 가동면 부재(110)의 열팽창량(e1)과 베이스 부재(120)의 열팽창량(e2)을 구한다. 이를 통해 소정의 사용온도에서 두 재료간의 총 열간선팽창 차이(Δe)를 구하면 다음과 같다.

Δe = ∑e2 - ∑e1

여기서, 일반적으로 재질특성 및 후방가열조건 등에 의해서 ∑e2는 ∑e1보다 큰 값을 가지며, 따라서 Δe만큼의 팽창력에 의해 가동면 부재(110)에 인장력이 작용하는 것이 균열의 원인이다.

또한, 가동면 부재(110)를 2분할 또는 다수개로 분할한 경우에도 Δe 만큼 또는 비교적 넓은 갭(g)이 분할 세그먼트(112)의 이음부(3) 사이에 형성되어 용탕이 침투할 수 있는 원인이 된다. 따라서 갭(g)을 최소화하기 위해서는 베이스 부재(120)의 열팽창량을 최소화시키는 것이 바람직하나 이는 용이하지 못하고 분할 세그먼트(112)의 개수(m)를 증가시키는 것이 필요하다.

가동면 부재(110)를 분할하는 최적의 세그먼트의 개수는 가열조건 및 용탕의 특성 등에 따라서 다소 차이가 있지만, 최고 예열온도 조건에서 갭이 최대 150㎛이하를 만족하도록 선택한다. 바람직하게는 갭이 약 100㎛이하가 되어야만 용탕이 이음부(114) 사이로 침투되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 이음부(114)에 150㎛이하의 갭이 형성되도록 하기 위해서 g = Δe/(n) 이므로 이음부의 개수는 n[개] = Δe[㎛]/150[㎛]으로부터 설정할 수 있으며, 이로부터 세그먼트의 개수(m)는 m=n+1로 구할 수 있고, 이와 같이 최소 m개의 분할을 통하여 갭(g)에 의한 용강 침투를 안정적으로 방지할 수 있다.

한편, 대형 부재에 있어서는 세그먼트를 지나치게 많은 수로 분할할 경우에는 제조비용의 증가를 수반할 뿐 아니라, 각 세그먼트의 내구성이 취약하게 되므로 세그먼트의 분할은 가동면 부재의 강도를 고려하여 제한하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내화재 주형 벽체(100)는 열팽창량이 작은 가동면 부재를 다수 분할하여 조립함에 있어서, 가동면 부재의 세그먼트의 분할 개수를 최소 적정화시키고 팽창에 대한 완충구조를 제공함으로써, 가동면 부재의 균열 또는 이음부에 용탕이 침투되어 발생하는 주조공정의 불안정 을 방지하여 보다 안정적으로 주조할 수 있도록 작용한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내화재 주형 벽체의 분할 세그먼트의 사시도(a) 및 내화재 주형 벽체의 단면도이다.

내화재 주형 벽체(200)는 분할 세그먼트(212)를 제외한 구성요소가 제 1 실시예에 따른 내화재 주형 벽체(100)와 동일하므로 여기서는 그 설명을 생략한다.

내화재 주형 벽체(200)는 가동면 부재(210)의 각 분할 세그먼트(212)가 베이스 부재(220)에 접착되는 면에 한 개 이상의 세그먼트 홈(216)을 형성하고 베이스 부재(220)의 팽창을 흡수하여 접착력이 약화되는 것을 방지하고 이음부(214)의 확장을 보다 억제할 수 있다.

보다 구체적으로는, 분할 세그먼트(212)는 베이스 부재(220) 부재와 접착되는 면에 그 두께의 1/3 이상 1/2 이하의 깊이를 갖는 세그먼트 홈(216)이 형성되고, 세그먼트 홈(216)의 선단은 균열되지 않도록 반원형으로 형성된다.

세그먼트 홈(216)의 깊이가 분할 세그먼트(212) 두께의 1/3 보다 적은 경우에는 효과가 적어 분할 세그먼트(212)와 베이스 부재(220) 사이의 접착층(230)에 의한 접착력이 상실되는 경우가 있으며, 1/2이상인 경우에는 가동면 부재(210)를 금속제 주형 벽면(S)의 측면에 밀착시 분할 세그먼트(212)의 강도가 취약하게 하여 균열을 발생시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내화재 주형 벽체는 가동면 부재의 분할 개수를 설정하고 분할 세그먼트의 배면에 세그먼트 홈을 형성함으로써, 가열시 두 재질간의 열팽창 차이에 의한 갭 발생을 최소화하여 가동면 부재를 통한 용탕의 침투를 방지하는 동시에 가동면 부재의 균열 및 손상을 저감하여 안정적인 주조를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 금속제 주형벽체와 함께 연속주조형 주형 벽체를 구성하며, 가동면 부재가 베이스 부재에 판상으로 접착 고정된 이종재질의 내화재 주형벽체에 있어서,

   상기 가동면 부재가 적어도 m개의 분할 세그먼트로 이루어지되, 상기 가동면 부재와 상기 베이스 부재와의 열간 선팽창에 의한 길이 차이를 m-1로 나눈 값이 150㎛이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 내화재 주형 벽체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 분할 세그먼트는 상기 베이스 부재와 접착되는 면에 그 두께의 1/3 이상 1/2 이하의 깊이를 갖는 홈이 형성되고, 홈의 선단은 반원형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내화재 주형 벽체.

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