KR101006847B1 - 턴디쉬용 스토퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조용 턴디쉬(Tundish)에 장착되어 용강의 흐름을 제어하는 역할을 하는 스토퍼에 관한 것으로, 특히 스토퍼의 바디부와 노즈(Nose)부 사이에 재질경계부가 있는 타입의 턴디쉬용 스토퍼에 관한 것이다.

본 발명의 턴디쉬용 스토퍼는 Al2O3를 함유하는 재질의 바디부와, MgO를 함유하는 재질의 노즈부와, 상기 바디부와 노즈부 사이의 재질경계부를 구비한 턴디쉬용 스토퍼에 있어서, 상기 바디부와 재질경계부 및 노즈부 사이에 이들의 결합력 증대를 위한 결합수단을 설치하여서 된 것을 특징으로 한다.

턴디쉬, 스토퍼, 바디부, 노즈부, 재질경계부

Description

턴디쉬용 스토퍼{Stopper for Tundish}

본 발명은 연속주조용 턴디쉬(Tundish)에 장착되어 용강의 흐름을 제어하는 역할을 하는 스토퍼에 관한 것으로, 특히 스토퍼의 바디부와 노즈(Nose)부 사이에 재질경계부가 있는 타입의 턴디쉬용 스토퍼에 관한 것이다.

도 1에서와 같이 용강의 연속주조 작업시 제강로에서 출탕된 용강은 래들(1)에 받아지고 이 래들(1)에서 불순물을 제거하는 정련처리 작업을 한 후 연속주조용 쉬라우드 노즐(2)을 통해 턴디쉬(3)로 공급되며, 턴디쉬(3)로 공급된 용강은 턴디쉬(3)의 하부에 설치된 침지노즐(4)을 통해 몰드(5)로 주입되거나 또는 래들(1)에서 직접 몰드로 주입되어 원하는 형태의 반제품인 슬라브, 블룸, 빌렛트 등을 얻게 된다.

따라서 이와 같은 용강의 주조 공정중에 사용되는 턴디쉬(3)에는 용강의 배출통로를 개폐하고 배출량을 제어하기 위한 침지노즐(4)과 스토퍼(6)가 설치된다.

상기 스토퍼(6)는 대략 원기둥의 형상으로 되어 있고 고온의 용융금속에 노출되므로 내화재로 만들어진다.

또한 턴디쉬용 스토퍼(6)는 그 사용조건 또는 적용 강종 등에 따라 단일 재 질로 일체형으로 만들어지는 경우도 있지만 통상 바디부와 노즈부로 구분되어 만들어지며, 이러한 경우 이중 재질을 갖는 것이 보통이고 재질의 선택시 스토퍼의 제조원가 등도 고려된다

이렇게 바디부와 노즈부로 구분되어 만들어지는 스토퍼(6)는 도 2와 같이 몸체를 이루는 바디부(7)와 이 바디부의 하부에 일체로 성형되는 노즈부(8) 및 이 스토퍼(6)를 구동장치에 연결하기 위한 심봉(9)으로 구성된다.

또한 노즈부(8)의 하단은 유량을 조정하기 용이하도록 반구형으로 형성된다.

따라서 구동장치에 의해 스토퍼(6)를 상하로 이동시키면 노즈부(8)가 침지노즐(4)의 용강통로를 개폐하면서 몰드(5)로 주입되는 용강의 양을 제어한다.

이러한 턴디쉬용 스토퍼에 통상 사용되는 내화재의 종류는 표 1과 같다.

[표 1] 바디부와 노즈부 재질의 구성예

	바디부		노즈부
	Al2O3-C계	Al2O3-SiO2-C계	Ai2O3-C계	MgO-C계	ZrO2-C계	Spinel-C계
Al2O3	60~90	40~80	60~90	-	-	30~70
MgO	-	-	-	60~90	-	20~50
ZrO2	-	-	-		60~90	-
SiO2	-	10~30	-		-	-
C	10~40	10~40	10~40	10~40	10~40	10~30

상기 표 1과 같이 스토퍼(6)의 바디부(7)의 재질로는 Al2O3-C계나 Al2O3-SiO2-C계의 재료가 주로 사용되며, 노즈부(8)의 재질로는 통상 Al2O3-C계, MgO-C계, ZrO2-C계, 또는 Spinel-C계의 재료가 사용된다.

그리고 상기와 같은 스토퍼(6)에서 노즈부(8)는 침지노즐(4)과 직접적으로 접속하는 부분이어서 내침식성과 내마모성이 우수한 특성을 가진 원료의 사용이 요 구되는 반면 바디부(7)는 특별한 내침식성과 내마모성이 요구되지 않는 경우가 대부분이어서 노즈부(8)에 비해 상대적으로 저급한 원료를 사용하여도 무방하다.

특히 턴디쉬에서의 주조공정중 턴디쉬 용강의 보온 목적으로 회화왕겨 등을 사용하는 경우, 약 10% 내외의 고정탄소와 약 90% 내외의 SiO2 성분으로 된 구상의 물질인 회화왕겨가 고온에서 바디부(7)의 재질인 Al2O3-SiO2-C계 재료와 거의 화학적 반응을 하지 않아 바디부(7)에 슬래그에 의한 용손이 거의 발생하지 않기 때문에 이러한 경우에는 바디부(7)의 재질을 저급화하는 대신 스토퍼의 직경을 증가시켜 스토퍼의 원가를 줄이고 있다.

또한 스토퍼의 노즈부(8)에는 통상 고순도의 원료를 치밀화시킨 재료 또는 고온에서 용강과 열화학적 반응을 하지 않거나 적게하는 재료를 사용하며, 이러한 재료의 선택에 의해 용강성분, 특히 Ca, Mn, 산소 등의 첨가 및 증가에 의한 노즈부(8)의 침식과 마모를 억제하고 있다.

따라서 노즈부(8)에 사용되는 재료는 바디부(7)에 사용되는 재료에 비해 표 2와 같이 1~수배의 높은 열팽창값을 가진다.

[표 2] 바디부와 노즈부 재료의 열팽창값

	바디부		노즈부
	Al2O3-C계	Al2O3-SiO2-C계	Al2O3-C계	MgO-C계	ZrO2-C계	Spinel-C계
1500℃ (%)	0.4~0.6	0.3~0.5	0.4~0.6	1.0~1.2	0.5~0.6	0.7~1.0

상기와 같은 바디부(7)와 노즈부(8)를 이루는 재료의 열팽창값의 차이는 스토퍼의 사용중 서로 다른 재질간에 균열이 발생되는 원인으로 작용하며, 이렇게 균 열이 발생하는 경우 주조중 균열 사이로 용강이 침투하게 되고 연속적인 조업에 의해 노즈부(8)가 바디부(7)에서 분리되어 탈락하는 문제가 발생하기도 한다.

특히 바디부(7)에 열팽창값이 가장 작은 Al2O3-SiO2-C계의 재료를 사용하고 노즈부(8)에 열팽창값이 가장 큰 MgO-C계의 재료를 사용하는 경우 이들 재료 사이에 극단적인 열팽창값의 차이가 생겨 노즈부(8)의 탈락 위험은 더욱 커진다.

따라서 이러한 경우 종래에는 도 2와 같이 바디부(7)와 노즈부(8) 사이에 상기 두가지 재료를 혼합한 복합재료로 된 재질경계부(10)를 만들고 이 재질경계부(10)의 복합재료가 바디부(7) 및 노즈부(8)를 이루는 두가지 재질의 산술적 평균치에 해당하는 열팽창값을 가지도록 함으로서 두 재질간의 열팽창 차이로 인한 문제를 해소하였다.

그러나 상기와 같이 바디부(7)와 노즈부(8) 사이에 복합재질로 된 재질경계부(10)를 만들어 사용하는 경우 바디부(7)와 노즈부(8)를 구성하는 재료의 열팽창값의 상이에 따른 균열을 어느정도 해소할 수 있는 잇점은 있지만, 용강의 주조온도에서 복합재질을 이루는 각 재료의 열화학반응에 따른 새로운 물질의 생성 또는 전이에 의해 재질경계부(10) 자체의 열팽창 거동의 변화가 발생할 우려가 있다.

특히 바디부(7)에 Al2O3-C계나 Al2O3-SiO2-C계의 재료를 사용하고 노즈부(8)에 MgO-C계의 재료를 사용하는 경우, 2MgO + SiO2 = Mg2SiO3[포스테라이트(Forsterite)] 그리고 MgO + Al2O3 = MgAl2O4[스피넬(Spinel)]의 반응에 의해 이 상수축이나 이상팽창의 거동을 갖는 물질이 생성될 수 있다.

또한 이러한 이상 생성물은 바디부(7)와 노즈부(8)를 구성하는 재료의 산술적 평균치의 열팽창 또는 수축값 보다 훨씬 크거나 작은 열팽창 또는 수축값을 가지게 되므로 고온에서 장시간 유지시 재질경계부(10)의 안전성 확보가 어렵고 이에 따라 재질경계부(10)에서의 균열발생이나 지금의 침투 등에 의해 노즈부(8)가 하부로의 응력을 견디지 못하고 바디부(7)에서 탈락할 우려가 있다.

본 발명의 목적은 고온에서 장시간 사용시에도 재질의 변화가 일어나지 않고 각 재질 사이의 결합력을 향상시켜 주조중 노즈부가 바디부에서 탈락하는 현상이 일어나지 않는 턴디쉬용 스토퍼를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 턴디쉬용 스토퍼는 Al2O3를 함유하는 재질의 바디부와, MgO를 함유하는 재질의 노즈부와, 상기 바디부와 노즈부 사이의 재질경계부를 구비한 턴디쉬용 스토퍼에 있어서, 상기 바디부와 재질경계부 및 노즈부 사이에 이들의 결합력 증대를 위한 결합수단을 설치하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 결합수단은 노즈부와 재질경계부의 일측에 형성된 복수개의 돌기와 이들 돌기에 대응하는 홈으로 될 수 있으며, 이와는 달리 상기 재질경계부를 관통하여 바디부와 노즈부 사이에 설치된 보형물로 될 수도 있다.

그리고 상기 재질경계부의 재질은 스피넬-C계로 된다.

본 발명은 스토퍼의 바디부와 노즈부 사이에 형성된 재질경계부가 상기 바디부와 노즈부 사이에서 안정적으로 유지되게 함으로서 조업중 노즈부가 바디부에서 분리되어 탈락하는 현상을 방지할 수 있고 따라서 연속주조 작업시 조업의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 턴디쉬용 스토퍼를 나타낸 단면도로서, 스토퍼는 기본적으로 몸체를 이루는 바디부(7)와, 상기 바디부의 하부에 위치되고 침지노즐과 접속하는 노즈부(8)와, 상기 바디부를 구동기구에 연결시키는 심봉(9)과, 상기 바디부와 노즈부 사이에 형성된 재질경계부(10)로 이루어져 있다.

상기 바디부(7)는 Al2O3-C계나 Al2O3-SiO2-C계의 재질로 되어 있고 노즈부(8)는 MgO-C계의 재료로 되어 있으며, 재질경계부(10)는 스피넬-탄소(Spinel-C)재질로 되어 있다.

상기 스피넬-탄소 재질은 대략 1500℃ 정도에서 상기 바디부(7)와 노즈부(8)를 이루는 두가지 재질의 산술적 평균치에 근접하는 열팽창값을 가지며, 열간에서도 열화학반응에 의한 이상 생성물이 생성되지 않는다.

따라서 이상 생성물로 인한 재질경계부(10)의 이상팽창 또는 이상수축등의 현상이 나타나지 않고 이에 따라 균열이나 지금의 침투가 발생하지 않는다.

한편 상기 바디부(7)와 노즈부(8) 및 재질경계부(10)의 각 재질은 흑연(C)을 10-40%정도 함유하고 있는데, 이 흑연은 재질 특성상 각 재질내에서는 물론 재질경계부(10)에서 방향성을 가지게 되므로 각 재질의 경계부에서는 결합강도(꺽임강도) 가 낮아질 수 있다.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 각 재질 경계부에서의 결합강도 저하를 억제하기 위해 각 재질의 경계부위에 결합강도의 강화를 위한 결합수단이 구비되어 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결합수단의 일예를 나타낸 것으로, 이 실시예에서는 결합수단이 각 재질의 경계부에 형성된 돌기부와 홈으로 이루어져 있다. 즉, 노즈부(8)와 재질경계부(10)의 일측에 각각 복수개의 돌기(8a)(10a)를 형성하고 재질경계부(10)의 다른 일측과 바디부(7)에는 상기 각 돌기(8a)(10a)에 대응하는 홈부를 형성하여 스토퍼의 성형시 상기 각 돌기(8a)(10a)가 인접한 재질의 홈부에 끼워지도록 하였다.

이때 노즈부(8)에 형성되는 돌기(8a)의 높이는 재질경계부(10)의 두께보다 작아야 하며, 이러한 요철형상에 의해 각 재질 사이의 결합강도는 증가한다.

도 3의 실시예에서는 돌기(8a)(10a)를 삼각형상으로 형성한 일예를 도시하였으나 이 돌기는 사각형, 사다리꼴형, 반원형 또는 임의의 다른 형태로 형성될 수 있으며, 이때에도 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결합수단을 나타낸 것으로 이 실시예에서는 결합수단이 각 재질 사이를 관통하는 보형물(11)로 이루어진다.

상기 보형물(11)은 MgO가 함유된 재질과 고온에서 반응하지 않는 ZrO2, C, 스피넬 등의 재질로 선택하여 사용할 수 있으며, 이 보형물(11)은 스토퍼의 성형시 금형에 넣어져 일체형으로 가압 성형된다.

본 발명의 실시예에서는 보형물(11)로 폐전극봉을 가공하여 만들었으며, 통상의 전극봉은 바디부나 노즈부의 재질에 비해 높은 꺽임강도를 가짐은 물론 화학성분상 상기 바디부나 노즈부의 재질과 열간에서의 반응이 없는 재질이다.

도 1은 용강의 연속주조공정을 설명하기 위한 개략도

도 2는 종래 턴디쉬용 스토퍼의 일예를 나타낸 단면도

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 턴디쉬용 스토퍼의 단면도

도 4는 본발명의 또 다른 실시예에 따른 턴디쉬용 스토퍼의 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

6 : 스토퍼 7 : 바디부

8 : 노즈부 8a, 10a : 돌기

10 : 재질경계부 11 : 보형물

Claims (4)

1. Al2O3를 함유하는 재질의 바디부와, MgO를 함유하는 재질의 노즈부와, 상기 바디부와 노즈부 사이의 재질경계부를 구비한 턴디쉬용 스토퍼에 있어서,

   상기 바디부와 재질경계부 및 노즈부 사이에 이들의 결합력 증대를 위한 결합수단을 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 스토퍼.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 결합수단은 노즈부와 재질경계부의 일측에 형성된 복수개의 돌기와 이들 돌기에 대응하는 홈인 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 스토퍼.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 결합수단은 상기 재질경계부를 관통하여 바디부와 노즈부 사이에 설치된 보형물인 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 스토퍼.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 재질경계부의 재질은 스피넬-C계인 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 스토퍼.

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