KR100916559B1

KR100916559B1 - 침적관 외부의 정형연와 내화재

Info

Publication number: KR100916559B1
Application number: KR1020020045434A
Authority: KR
Inventors: 서영현; 임홍재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2009-09-14
Also published as: KR20040012077A

Abstract

전로에서 출강된 용강의 불순물을 제거하기 위한 진공탈가스 처리 설비의 침적관 외부에 사용되는 내화재에 있어서, 전융마그네시아(Mg0) 83~87중량%, 카본(C) 6~10중량%, 규소(Si) 3중량% 및 첨가제 페놀레진(Phenl resin) 4중량%로 조성된 정형 연와들이 침적관 철피 외부에 서로 맞물리도록 요철이 형성되어 열간작업시 팽창, 수축이 반복되어도 가동중 탈락되는 것이 방지되도록 이루어지며, 상기 정형 연와는 연와지지용 금물과 하부케스터블에 의해 지지시공되어 침적관 외부의 크랙발생을 현저히 감소시켜 스프레이보수물량의 감소와 조업중 침적관 케스터블 탈락에 의한 돌발수리를 현저히 감소시킬 수 있으며, 또한, 마그네시아-카본(Mg0-C)연와중 카본은 슬래그와의 젖음성이 적어 슬래그가 침적관외부에 부착되는 양을 감소시켜 조업중 샘플링작업시의 간섭등 지금부착에 의한 작업상의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

케스터블, 침적관, 정형 연와

Description

침적관 외부의 정형연와 내화재{fire block for outside of lance}

도 1은 일반적인 진공탈가스 처리설비의 개략도이며,

도 2는 상승관과 하강관의 개략도이고,

도 3a는 침적관 외부케스터블의 탈락을 설명하는 도면이며,

도 3b는 상승관과 하강관의 지금부착을 설명하는 도면이고,

도 4a는 본 발명에 따른 정형연와의 설치상태도이며,

도 4b는 A-A의 단면도이다.

-도면 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 : 상부조 2 : 하부조 3 : 침적관

3a : 상승관 3b : 하강관 5 : 래들용기

6 : 용강 7 : 산소랜스 10 : 침적관 내부연와

11 : 앵커 20 : 부정형 케스터블 내화재 21 : 케스터블 탈락부위

25 : 철피 30 : 크랙 40 : 지금

100 : 정형연와 내화재 101 : 연와지지용 하부 케스터블

102 : 연와지지용 금물 S : 슬래그

본 발명은 전로에서 출강된 용강의 불순물을 제거하기 위한 진공탈가스 처리 설비(이하, RH 설비)의 침적관 외부에 사용되는 내화물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 슬래그와의 젖음성이 적으며, 침적관 외부에 발생하는 크랙(Crack)을 최소화하고 지금부착을 감소시켜 스프레이(Spray) 보수물량을 저감시킬 수 있는 정형연와 내화재에 관한 것이다.

RH조업은 래들용기(5)내에 있는 용강(6) 탈 가스 및 침전물 부상족진, 강성분과 용강온도 균일화, 온도상승등을 목적으로 하는 노외정련 설비로서, 침적관의 주입구를 통해 아르곤 가스를 주입, 용강을 환류시키고 상부 랜스(7)를 통해 산소를 취입하면서 상기 목적을 달성하게 된다. RH 설비는 크게 상부조(1), 하부조(2), 환류관, 침적관(3)으로 나누어지는데 이때, 용강의 흡입을 휘해 침적관은 수강래들의 용강 속에 직접 침전되어 용강(6) 및 상부의 슬래그(S)와 직접 접촉하게 된다.

침적관(3)은 래들용기(5)의 용강(6)을 환류가스 주입구가 있는 상승관(3a)을 통해 흡입하여 하강관(3b)으로 배출하는 싸이클을 이루는데 이 작업을 1회 부착시 약 90~110회 반복하게 된다. 이러한 용강(6)의 정련작업을 반복수행하기 위해서 침적관 철피(25)가 용강(6) 및 슬래그(S)에 용손되어서는 안되는데 이를 방지하기 위해 일반적으로 침적관 내부에 마그네시아-크롬(MgO-Cr₂O₃)연와(10)를, 침적관 외부 에는 부정형 케스터블 내화물(20)을 시공하여 건조로에서 4일 동안 500℃까지 건조 후 사용된다.

이 침적관 외부케스터블은 용강(6) 및 슬래그(S)에 대한 내식성을 향상시키기 위해 알루미나(Al₂0₃)를 주성분으로 하고, 마그네시아(MgO)를 보조성분으로 하여 스피넬(Spinel)상을 형성하게 하는 형태를 이루게 된다. 이것은 이론적으로 알루미나와 마그네시아의 반응으로 약 8%의 체적팽창을 수반하여 생성된 스피넬이, 알루미나·마그네시아 단독물질보다도 열적특성 및 염기성슬래그에 대한 내식성이 우수한 특성을 갖기 때문이다.

또한, 재료의 치밀성을 증가시키기 위해 골재를 적정비율로 혼합하여 사용함으로써, 사용중에 크랙발생을 최대한 억제하고 있다.

그러나, 상기한 조성으로 이루어진 내화물은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째는 침적관 외부에 있는 케스터블이 고온(1500℃ 이상)의 용강과 접촉, 반응함으로써 크랙이 다수 발생하여 사용수명이 저하되고, 보수시간 및 물량이 다량 필요하게 된다.

침적관 외부 케스터블의 주 손상요인을 보면,

① 고온의 용강과 접촉함으로써 발생하는 크랙 및 마모

② 가열, 냉각 반복조업에 의한 스폴링(Spalling)

③ 슬래그 접촉 및 침윤에 의한 화학적 침식

④ 침적관 철피의 팽창변형에 의한 내,외부 내화물의 기계적 충격

⑤ 사용중 슬래그 및 지금의 고착에 의한 탈락

등으로 크게 나눌 수 있다. 특히 첫번째 요인인 고열의 접촉에 의한 케스터블의 크랙은 대 크랙발생시 크랙(30)사이로 용강(6)이 침투하여 철피(25)를 파괴하는 설비사고로 이어질수 있다. 따라서, 이러한 사고를 방지하기 위해 크랙(30) 발생 부위에 스프레이 보수를 실시하고 있는데 이 작업은 생산시간 저해 및 노재 원가상승의 요인으로 크게 작용하고 있다. 크랙(30)은 가로 및 세로 크랙의 형태로 발생하고 특히 하부에서 발생하는 크랙(30)은 케스터블의 탈락(21)으로 이어져 돌발수리의 원인으로 작용하고 있는데 침적관 수리발생 요인의 큰 부분을 차지하고 있다. 이러한 크랙억제 및 열응력을 분산시키기 위해 침상으로 된 금속을 일부 첨가하는 금침(Metal Fiber)을 실시하고 있으나 사용조건이 너무 가혹하여 이를 완전히 방지할 순 없었다.

둘째로 케스터블 외부에 지금(40)이 다량 부착되어 조업에 지장을 초래하는 문제점이 있다.

기존에 사용하고 있는 알루미나의 케스터블은 래들용기(5)에 침적되었을시, 슬래그(S)의 산화칼슘(CaO)이나 산화규소(SiO₂)등과 반응하여 저융점물을 생성함으로써, 침적관 외부에 대형지금(40)이 고착되는 현상이 반복적으로 발생하게 된다. 이러한 대형지금(40)은 래들용기(5)와 RH 설비와의 간섭이 발생되고, 작업자가 용강의 샘플링시 간섭되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 침적관 교환시 상승관과 하 강관이 지금에 의해 서로 붙어 있어 환류관으로 부터 침적관 분리작업을 실시하는 작업조건을 매우 불리하게 하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 침적관 외부에 부정형케스터블(20) 대신 마그네시아(Mg0)와 카본(C)을 주 성분으로 한 정형연와 내화물(100)을 제공함으로써, 크랙발생에 의한 조업돌발 및 보수재 사용량 증가와, 지금부착에 의한 문제점을 해결하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전융마그네시아(Mg0) 83~87중량%, 카본(C) 6~10중량%, 규소(Si) 3중량% 및 첨가제 페놀레진(Phenl resin) 4중량%로 조성된 정형 연와들이 침적관 철피 외부에 서로 맞물리도록 요철이 형성되어 열간작업시 팽창, 수축이 반복되어도 가동중 탈락되는 것이 방지되도록 이루어지며, 상기 정형 연와는 연와지지용 금물과 하부케스터블에 의해 지지시공되어 크랙 발생이 감소되는 것을 특징으로 하는 침적관 외부의 정형연와 내화재를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

주로 사용되는 마그네시아(Mg0) 원료는 소결마그네시아와 전융마그네시아로 나뉘어 지는데, 본 발명에서는 전융마그네시아를 사용한다. 이것은 단결정의 구조를 가지고 있어 기공이 적고 입자의 크기도 수백 ㎛로 크며, 입계에 저융점 화합물이 적은 치밀한 구성체로 이루어져 본 발명에서는 고온의 용강에 대한 내식성의 역확을 하게 된다. 또한, 본 발명에 첨가하는 6~10중량%의 카본(C)은 슬래그에 대한 젖음성(Wetting)이 적어 침적관 외부표면에 지금이 부착되는 것을 방지하는데 아주 우수한 성질을 갖는다. 일반적으로 고체와 액체간의 에너지는

Γ_SV= Γ_SL+Γ_LV(cosθ) 의 식이 성립하는데 액상이 고상표면을 완전히 젖게하려면 Γ_SV〉Γ_SL+Γ_LV(cosθ)가 성립되고 반대로 액상이 고상에 대한 젖음성이 적게하려면 θ가 커야한다. 그런데 카본은 다른 물질에 비해 θ가 커 슬래그와의 젖음성이 적어 침적관외부의 슬래그 고착방지에 큰 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 카본을 함유하면

① 연와가동면과 슬래그와의 침윤각도 증가

② 흑연의 산화에 의해 생긴 일산화탄소(CO)가스 압력에 의한 슬래그의 침입억제

③ 마그네시아와 흑연의 반응에 서 휘발한 Mg증기가 산화되어 치밀한 불침투성의 마그네이사층 형성

④ 연와내에 강한 환원상태를 만들어 슬래그중의 철산화물을 환원하고, 고점성화하여 슬래그의 침투를 방지하고 내스폴링성을 개선

시키는 효과가 있다. 그러나 이 카본도 슬래그중의 철산화물, 분위기가스중의 O₂, CO₂에 의한 카본의 소실등으로 연와 기공율의 증가 및 강도저하의 결점을 가진다.

이러한 산화소실의 문제점을 해결하기 위해 산화방지제를 첨가하여 산화현상 발생을 억제한다.

또한, 냉간에서 재료간의 혼련 및 결합성을 증진시키기 위해 첨가제(Binder)로 페놀레진(Phenol resin)이 약 4% 포함된다.

이하에서 본 발명의 보다 구체적인 실시예와 비교예를 표1에 의거하여 설명한다.

이렇게 조성된 조성물은 실제 사용시 열간에서 팽창, 수축에 의한 탈락을 억제시키기 위해 요철을 형성하여 연와와 연와가 서로 맞물리는 형태로 제조한다.

	실시예			비교예
	A	B	C	a	b	c	d
Mg0	87	85	83	91	89	81	79
C	6	8	10	2	4	12	79
고온산화방지제	3	3	3	3	3	3	3
첨가제(Binder)	4	4	4	4	4	4	4
내 Spalling성	O	O	O	X	X	O	O
내산화성(산화층 두께㎜) 1200℃＋3hrs	1.8	2.0	2.2	1.5	1.6	4.2	5.3
지금부착	O	O	O	X	△	O	O

O : 양호, △ : 보통(미세균열발생 및 지금부착), X : 열위(탈락 및 대형지금발생)

본 발명에서 실제로 연와를 제조하여 내 스폴링성(크랙), 산화에 대한 저항성 및 지금과의 부착성을 평가하였다. 연와의 스폴링시험은 50X50X50㎜ 크기로 시편을 제조한 후 전기로를 이용하여 실시하였으며, 실험조건은 1300℃로 30분 가열한 후 전기로에서 꺼내어 수냉하는 것을 반복하여 균열발생 정도로 평가하였다. 또한 50X50X50㎜ 크기로 시편을 전기로에 넣고 1200℃로 3시간동안 대기중에서 열처리한 후 시편을 잘라 산화층의 두께를 측정하여 내산화성을 평가하였다.

본 발명에서는 또한, 마그네시아-카본(MgO-C)연와를 침적관 외부에 적용시 슬래그와의 부착성을 시험하였다. 슬래그 부착성시험은 50X50X50㎜ 크기로 제조한 시편을 흑연도가니 내에 용강슬래그와 같이 넣고 1400℃까지 승온하여 1시간 보관후 연와 외부에 슬래그의 부착된 양을 측정한 것이다.

표 1의 실시예 A부터 C들은 본 발명의 목적에 가장 만족하는 침적관 외부연와의 내화조성으로 비교예에 비하여 우수함을 나타내고 있다.

비교예 a와 비교예 b는 슬래그와의 젖음성을 적게하는 카본의 첨가량이 부족할 경우로 연와표면에 슬래그의 부착성이 크게 나타났다. 또한 열전도성이 높은 카본의 첨가량이 적기 때문에 내스폴링성도 약한 것으로 나타나고 있다.

비교예 c와 비교예 d는 카본이 과도하게 첨가된 것으로 내스폴링성이 우수하고 슬래그에 대한 부착성도 적은 특성을 나타내나 첨가된 카된에 비해 산화방지제의 첨가량이 적절치 못하여 내산화성이 떨어져 내구성에 문제점이 있는 것으로 나타났다.

위와 같이 내스폴링과 지금부착성을 개선한 카본 6~10중량%의 비율로 가진 마크네시아-카본연와를 연와와 연와가 서로 맞물리도록 요철을 형성하여 정형화 시켜 침적관 철피(25)외부에 지지금물(102)과 앵커(11)가 시공된 하부케스터블(101)로 지지한다.

따라서, 본 발명에 따른 침적관 외부의 정형 연와 내화물은 침적관 외부의 크랙발생을 현저히 감소시켜 스프레이보수물량의 감소와 조업중 침적관 케스터블탁락에 의한 돌발수리를 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 마그네시아-카본(Mg0-C)연와중 카본은 슬래그와의 젖음성이 적어 슬래그가 침적관외부에 부착되는 양을 감소시켜 조업중 샘플링작업시의 간섭등 지금부착에 의한 작업상의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims

전로에서 출강된 용강의 불순물을 제거하기 위한 진공탈가스 처리 설비의 침적관 외부에 사용되는 내화재에 있어서,

전융마그네시아(Mg0) 83~87중량%, 카본(C) 6~10중량%, 규소(Si) 3중량% 및 첨가제 페놀레진(Phenl resin) 4중량%로 조성된 정형 연와(100)들이 침적관 철피(25)외부에 서로 맞물리도록 요철이 형성되어 열간작업시 팽창, 수축이 반복되어도 가동중 탈락되는 것이 방지되도록 이루어지며, 상기 정형 연와(100)는 연와지지용 금물(102)과 하부케스터블(101)에 의해 지지시공되어 크랙 발생이 감소되는 것을 특징으로 하는 침적관 외부의 정형연와 내화재.