KR100916145B1 - 연속주조용 침지노즐의 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강의 연속주조시 장시간 사용에도 비금속 개재물 부착에 의한 노즐 막힘을 방지하는데 적합한 침지노즐에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명은 CaO·ZrO₂ 를 주성분으로 하는 칼슘지르코네이트 35∼85중량부, 흑연 10∼30중량부, 칼슘실리게이트(CaO·SiO₂ ) 2∼13중량부, 2CaO·SiO₂ 3∼24중량부, B₂O₃ 0.01∼2중량부 조성된 조성물이 용강의 연속주조용 침지노즐의 내공부를 갖는 내벽면 또는 토출공부의 내벽면에 배치하여서 됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐의 내화물로 이루어진다.

침지노즐. 연속주조

Description

연속주조용 침지노즐의 내화물{refractories of submerged entry nozzle for continuos casting}

본 발명은 용강의 연속주조용 침지노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강의 연속주조시 장시간 사용에도 비금속 개재물 부착에 의한 노즐 막힘을 방지하는데 적합한 침지노즐의 내화물에 관한 것이다.

용강의 연속주조용 침지노즐은 턴디쉬에서 몰드로 용강 주입시 용강의 산화를 방지하고 용강의 비산을 방지하기 위해 사용되며, 나아가서는 비금속 개재물 및 몰드면의 부유물이 주편으로 혼입되는 것을 방지하기 위해 주탕의 정류화 등의 목적으로 사용된다.

도 1은 기존의 침지노즐에 대한 단면도를 나타낸 것으로, 턴디쉬내의 용강이 주형내로 유입되는 내공부(1), 외주부(2), 노즐본체의 외면 중 용융몰드파우더

(3)와 용강(4)에 접하는 부분인 슬라그라인부(5)와 토출공부(6) 및 바닥부(7)로 이루어진다.

종래의 연속주조용 침지노즐 재질은 주로 흑연, 알루미나, 실리카, 시리콘-카바이드 등으로 구성되어 있다. 그러나 알루미늄-killed강 등을 주조하는 경우 다 음과 같은 문제가 있다.

알루미늄-killed강 등은 탈산제로 첨가되는 알루미늄이 용강 중에 존재하는 산소와 반응하여 α-alumina 등의 비금속 개재물이 생성된다. 이 때문에 알루미늄 -killed강 등을 주조하는 경우 연속주조용 노즐 내공부(1) 내벽면에 α-alumina등의 비금속개재물이 부착되고 축적되어 노즐 내공이 좁아지고 최악의 경우 폐쇄되어 안정적인 주조가 곤란하게 된다. 또한 이렇게 부착된 α-alumina등의 비금속개재물은 탈락되어 주편으로 들어가 주편의 품질저하를 초래한다.

상기한 α-alumina등의 비금속개재물에 의한 내공의 축소 및 폐쇄를 방지하기 위해 내공부(1)를 형성하는 연속주조용 노즐의 내면에 불활성가스를 분사시켜 용강 중에 존재하는 α-alumina등의 비금속개재물이 연속주조용 노즐 내공부의 내벽면에 부착되는 것을 방지하는 방법이 넓게 이용되고 있다.

그러나 이 방법은 분출되는 불활성가스의 량이 많으면 불활성가스에 의해 생겨난 기포가 주편에 혼입되어 pin hole성 결함이 발생되고 반대로 불활성가스량이 적으면 α-alumina등의 비금속개재물이 연속주조용 노즐의 내공부의 내벽면에 부착되어 내공이 좁아지고 최악의 경우 내공이 폐쇄된다. 또한 이 방법은 불활성가스를 주입을 위한 제반 설비에 드는 비용 및 대량의 불활성가스 사용으로 제조비용이 많아지는 문제가 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 종래의 노즐 내공부의 재질적 대책으로 다음과 같은 방법이 이용되고 있다.

일본특개평5-228593호에는 CaO.ZrO₂ 의 분해에 의한 CaO성분의 방출 및 표면으로 이동 응집을 쉽게하기 위한 수단으로 CaO성분 증량재로서의 성질을 함께 갖는 CaO·SiO₂ (CaO 40∼54중량%)를 첨가한 재질이 개시되었으며 이 경우 부착개재물인 Al₂O₃ 와 반응하여 저융점화합물을 생성한 후 가동면에 요철이 형성되어 요철부에 비금속개재물이 축적되어 장시간 사용이 곤란하게 되는 것으로 판명되었다.

상기와 같이 노즐 내공부가 폐쇄되지 않는 용강 연속주조용 침지노즐 재질의 개발이 연구되어 왔으나 지금까지 개발된 재질은 CaO·ZrO₂ 의 분해로부터 나오는 CaO성분의 방출속도가 느리고 방출된 CaO성분의 확산이 기공에 의해 제한되거나 내화재료내에 Al₂O₃ 성분을 함유하는 경우 CaO성분의 확산 이동을 위한 구동력 약화로 장시간에 걸쳐 지속적으로 노즐 내공부의 내벽면으로 CaO 공급이 원활하지 못하여 효과적으로 부착개재물을 저융점 화합물로 용손시키는 연속주조용 침지노즐의 재질이 아직 제안되고 있지 않다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 흑연-칼슘지르코네이트질 또는 흑연-칼슘지르코네이트질과 칼슘실리게이트질을 적용하되 여기에 2CaO·SiO₂ 및 B₂O₃ 원료를 적절히 배합하여 침지노즐 사용온도(1500∼1600℃)구간에서 부착개재물인 α-alumina가 침지노즐 내공부의 내벽면에 부착시 쉽게 저융점 화 합물이 형성되도록하며 나아가 저융점 화합물 생성온도도 침지노즐 사용온도로 한정되도록 설계하여 개재물 부착억제에 있어서 최적화된 제품을 갖도록 하는데 그 목적이 있다

상기한 목적 달성을 위한 본 발명은 CaO·ZrO₂ 를 주성분으로 하는 칼슘지르코네이트 35∼85중량부, 흑연 10∼30중량부, 칼슘실리게이트(CaO·SiO₂ ) 2∼13중량부, 2CaO·SiO₂ 3∼24중량부, B₂O₃ 0.01∼2중량부로 조성되어 이루어진다.

도 2는 본 발명에 적용되는 침지노즐에 대한 단면도를 나타낸 것으로, 턴디쉬내의 용강이 주형내로 유입되는 내공부(1)를 갖는 내벽면(1a), 외주부(2), 노즐본체의 외면 중 용융몰드파우더(3)와 용강(4)에 접하는 부분인 슬라그라인부(5)와 토출공부(6)의 내벽면(6a) 및 바닥부(7)로 이루어진다.

상기한 조성을 갖는 발명의 조성에서 2CaO·SiO₂ 및 B₂O₃ 는 고온의 침지노즐 사용구간에서 부착 개재물인 α-alumina 가 노즐 내공부의 내벽면(1a) 또는 토출공부의 내벽면(6a)에 부착시 쉽게 저융점 화합물을 형성하므로서 개재물 부착억제로 사용수명이 향상된 최적화된 제품을 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 내열충격성 향상을 위해 상기한 조성에 SiO₂ 3∼20중량부를 포함할 수도 있다.

상기한 조성을 갖는 원료를 사용함에 있어, 2CaO·SiO₂ 함유량이 3중량부 미 만이면 상기한 첨가 효과를 기대할 수 없으며, 24중량부를 초과하면 과다한 저융점 화합물의 생성으로 짧은 시간에 본 발명 침지노즐이 용손되어 장시간 연속주조를 위한 지속적인 효과 발현을 기대할 수 없다.

B₂O₃ 함유량은 0.01∼2중량부 적용함이 바람직한 것으로, 그 함유량이 0.01 중량부 미만인 경우는 10㎛이하 입도의 Al₂O₃와의 반응시험에서 1600℃이상에서 액상생성이 시작되어 주조온도(1450∼1600℃)에서 액상생성이 어려운 것으로 확인되었고, 또한 그 함유량이 2중량부를 초과하면 10㎛이하 입도의 Al₂O₃ 첨가 없이도 1450℃에서 액상이 형성되어 침지노즐에 적용시 Al₂O₃ 가 부착되기 전에 과용손으로 손실되어 부착방지 기능발현이 어려운 것으로 나타났다.

이상에서와 같은 조성에 따라 본 발명은 침지노즐 사용온도(1500∼1600℃)구간에서 부착개재물인 α-alumina가 노즐 내공부의 내벽면(1a)에 부착시 쉽게 저융점 화합물이 형성되도록 하며 나아가 저융점 화합물 생성온도도 침지노즐 사용온도로 한정되도록 설계하여 개재물 부착억제에 있어서 최적화된 침지노즐을 얻을 수 있다.

		본 발명 실시예					비교발명
		1	2	3	4	5	6	7
배합 조성 (중량부)	흑연	25	15	15	28	10	18	20
	CaO·ZrO2	65	60	50	40	75	47.5	70
	CaO·SiO2	5	5	5	10	5	5	10
	2CaO·SiO2	4.8	14.5	14.5	21.5	19.5	28
	B2O3	0.2	0.5	0.5	1.2	0.7	2.2
	SiO2		5	15
물리 특성	기공율(%)	20	20	20	20	20	20	20
	부피비중	2.69	2.72	2.65	2.65	2.77	2.74	2.76
개재물(α-alumina) 부착두께(mm)		0	0	0.2	0	0	-2	1
내열 충격 저항성	균열유무	無	無	無	無	無	有	無
	열팽창율 (%,at1000℃)	0.48	0.48	0.40	0.40	0.58	0.6	0.51

기 (표 1)에 나타낸 조성이 되게 혼합 및 혼련하여 얻은 원료배토를 냉간정수압프레스(cold Isostatic Press)에서 1200kgf/cm² 압력으로 성형한 후 1000℃ 부근에서 소성하여 물리적 특성 시험을 하였다.

실시예 1

강의 연속주조온도(1450℃∼1600℃)에서 본 발명에 사용된 2CaO·SiO₂ 와 B₂O₃ 원료를 95% 이상이 45㎛이하 입도로 구성하여 외경 20mm, 두께 10mm로 성형하여 1700℃ 소성한 결과 액상 생성으로 인한 시편 변화는 거의 없었으나, 본 발명품의 2CaO·SiO₂ 와 B₂O₃ 원료 혼합물에 부착 개재물 성분인 10㎛ 이하 입도의 Al₂O₃를 10% 혼합하여 외경 20mm, 두께 10mm로 성형하여 온도 상승에 따른 변화를 관찰한 결과 1450℃에서 녹기 시작하여 1550℃에서 거의 액상으로 변화하는 것이 확인되었다.

실시예 2

1580℃ 용강 중에 Al함유량을 0.03∼0.05%로 저정하여 각 재질의 샘플(형상25mm□*250mL)을 침지하여 60분간 유지 후 부착물 두께(alumina부착,mm)를 측정한 결과를 (표 1)에 나타내었다.

일본특개평5-228593호에는 CaO·ZrO₂ 분해에 의한 CaO성분의 방출 및 내벽면이동으로 응집을 쉽게하기 위한 수단으로 CaO성분 증량재로서의 성질을 함께 갖는 CaO·SiO₂ (CaO 40중량%∼54중량%)를 첨가한 재질이 개시되었으나 이 경우 비교발령시료 7로 확인한 결과 부착개재물인 Al₂O₃와 반응하여 저융점 화합물을 생성한 후 가동면에 요철이 형성되어 요철부에 개재물이 부착(2mm)되는 것으로 판명되었다.

2CaO·SiO₂ 와 B₂O₃의 합이 25중량부를 초과 함유한 경우를 비교발령 시료 6을 확인한 결과 부착개재물인 Al₂O₃와 과다 반응으로 시편의 용손(-2mm)이 확인되어 안정사용에 문제가 있는 것으로 판명되었다.

실시예 3

1580℃ 용강 중에 재질의 샘플(형상25mm□*250mL)을 침지하여 10분간 유지 후 25℃ 물에 수냉시켜 시편의 균열 발생여부를 확인한 결과 2CaO·SiO₂ 와 B₂O₃의 합이 25중량부를 초과 함유한 비교발명 시료6에서 균열 발생이 확인되었다.

실시예 4

본 발명의 시료 1 재질을 침지노즐 내벽면에 배치하여 래들 300톤, 턴디쉬 용량 80톤의 Al-killed강(Al함유량 0.03∼0.05%)의 Slab연주기의 1번 Strand에 Set하고, 2번 Strand에는 불활성가스 주입 방식의 침지노즐을 Set하여 실기에서 비교 테스트를 실시하였다. 2번 Stran에 비하여 1번 Strand에서의 개재물 부착량은 부위에 따라 차가 있으나 약 10∼30% 감소하는 양호한 결과를 얻었다.

상기한 본 발명의 조성을 노즐 내공부 내벽면(1a)의 위치 또는 토출공부의 내벽면(6a)의 위치에 배치하거나, 내공부의 내벽면(1a)과 토출공부의 내벽면(6a)에 모두 배치하여 구성하였다.

내공부의 내벽면(1a) 재질의 두께는 15mm 이하로 하였으며 토출공부 내벽면 (6a) 두께에 대하여는 제한을 두지 않았다.

노즐외주부(2)위치에는 C, Al₂O₃ ·SiO₂ 및 SiC 등으로 구성하였고, 슬라그라인부(5) 위치에는 C, ZrO₂ 및 SiC 등으로 구성되어 슬라그에 대한 고내식성을 갖도록 설계하였다.

노즐바닥부(7)위치는 C, ZrO₂ 및 SiC 등으로 구성되어 토출공부 내벽면 재질과 화학적 반응이 일어나지 않도록 하였다.

도 1은 기존의 침지노즐을 나타낸 개략단면도

도 2는 본 발명의 침지노즐을 나타낸 개략단면도

1: 내공부 1a: 내공부의 내벽면 6: 토출공부

6a: 토출공부의 내벽면

Claims (3)

1. 칼슘지르코네이트 35∼85중량부, 흑연 10∼30중량부, 칼슘실리게이트(CaO·SiO₂ ) 2∼13중량부, 2CaO·SiO₂ 3∼24중량부, B₂O₃ 0.01∼2중량부 조성된 조성물이 용강의 연속주조용 침지노즐의 내공부를 갖는 내벽면 또는 토출공부의 내벽면에 배치하여서 됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐의 내화물
2. 제 1항에 있어서,

   상기 조성에 SiO₂ 가 3∼ 20 중량부 포함됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐의 내화물
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 조성물이 침지노즐의 내공부를 갖는 내벽면과 토출공부의 내벽면에 모두 배치하여서 됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐의 내화물

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