KR101089252B1 - 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디시 상부노즐의 메탈케이스와 다공성 내화물 사이에 위치하여 이들을 접착시키는 강도가 증가하고, 내화도가 증가된 턴디시 상부노즐용 내화물에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발며은 턴디시 상부노즐의 메탈케이스 내부면에 접착되어 다공성 내화물을 내벽면에 부착시키는 몰탈 내화물에 있어서, 중량%로서, Cr₂O₃ : 3~5%, SiO₂ : 5~10%, ZrO₂ : 2~5%이고 잔부가 Al₂O₃로 이루어지는 것을 특징으로 하는 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물을 제공한다.

이와 같이, 상술한 바와 같이, 본 발명은 턴디시 상부노즐의 메탈케이스와 다공성 내화물을 접착시키는 몰탈 내화물의 조성을 최적으로 변경하여 다공성 내화물을 접착강도를 증가시켜 상부노즐의 사용수명을 현저하게 증가시킬 수 있으며, 이로 인하여 상부노즐로 공급되는 아르곤가스를 안정적이면서도 원활하게 공급하여 연주작업시 개재물 부착을 감소시켜 노즐막힘을 더욱 방지할 수 있는 효과가 있다.

턴디시, 상부노즐, 몰탈내화물, 다공성내화물, 아르곤가스, 노즐막힘

Description

턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물{MORTAR TYPE REFRACTORY USED IN THE UPPER NOZZLE OF TUNDISH}

도 1은 연속주조설비를 도시한 개략도;

도 2는 연속주조설비의 턴디시 상부노즐 및 슬라이딩 게이트, 침지노즐의 결합관계를 도시한 확대단면도;

도 3은 연속주조설비의 턴디시 상부노즐에 개재물이 부착되는 상태를 도시한 모식도;

도 4는 본 발명이 적용되는 턴디시 상부노즐의 확대 도시한 부분절개 사시도;

도 5는 본 발명에 따른 턴디시 상부노즐용 내화물이 적용된 상부노즐과 종래의 내화물이 적용된 상부노즐의 사용후 상태를 비교한 단면사진도;

도 6은 본 발명에 따른 턴디시 상부노즐용 내화물이 적용된 상부노즐과 종래의 내화물이 적용된 상부노즐의 아르곤압력 및 유량을 비교 도시한 그래프도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1: 레이들 2: 용강 3: 턴디시

5: 상부노즐 6: 슬라이딩게이트 7: 침지노즐

8: 몰드 10: 가스주입관 12: 개재물

13: 메탈케이스 14: 몰탈 내화물 15: 다공성 내화물

본 발명은 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부노즐의 메탈케이스와 다공성 내화물 사이에 위치하여 이들을 접착시키는 강도가 증가하고, 내화도가 증가된 턴디시 상부노즐용 내화물에 관한 것이다.

강 슬래브(Slab; 9)를 연속 생산하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이들(1)에 수용된 용강(2)은 레이들 하부노즐(4)을 통하여 턴디시(3)로 주입되고, 턴디시(3)로 주입된 용강(2)은 또 다시 턴디시(3)의 하부면에 형성된 상부노즐(Upper Nozzle; 5) 및 슬라이딩 게이트(Sliding Gate; 6), 침지노즐(SEN-Submerged Entry Nozzle; 7)을 통하여 주형(8)으로 주입된다.

상기 주입되는 용강(2)은 주형(8) 내에서 일정한 레벨을 유지하며, 주편 인출속도에 따라 인출되는데, 이때 턴디시(3)당 연연주 작업과 강종과 주조폭에 따라 4~6연 연주작업을 수행하게 된다.

상기 설명한 턴디시(3) 하부면에 형성된 상부노즐(Upper Nozzle; 5) 및 슬라이딩 게이트(Sliding Gate; 6), 침지노즐(SEN-Submerged Entry Nozzle; 7)의 설치관계를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 턴디시(3)에 바닥면과 관통되어 상부노즐(5)이 고정되어 있으며, 이 직하부에 접촉하여 용강(2)의 흐름을 조절하는 슬라이딩 게이트(6)가 설치되며, 이 하부에 접촉하여 주형(8)으로 용강(2)을 주입하 는 침지노즐(7)이 설치되어 있다.

상기 상부노즐(5)은 메탈케이스(13)와, 이의 내벽면에 부착된 몰탈 내화물(14)과, 이의 내부면에 부착된 다공성 내화물(15)로 구성되는데, 본 발명은 다공성 내화물(15)과 메탈케이스(13) 사이에 위치하여 이들을 부착 고정시키는 몰탈 내화물(14)의 조성에 관한 것이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수회의 연주작업을 실시하다보면 턴디시(3)의 상부노즐(5) 상부와 내벽면에 개재물이 부착되어 막히는 경우가 발생하게 되며, 이러한 경우 작업자가 작업도구를 이용하여 봉쑤심작업과 같은 노즐천공작업을 실시하게 되는데, 이러한 작업회수가 점차적으로 늘어나면 상부노즐(5)의 내화물이 파손되어 상부노즐(5) 전체를 교체하여야 하는 문제점이 발생하고 있다.

즉 상부노즐(5)의 내화재는 용강의 안내역할을 하므로 항상 그 내부에 개재물(12)의 부착이 없어야 할 뿐만 아니라 고온의 용강과 접촉하고 있기 때문에 열충격에도 강해야 한다. 특히 상부노즐(5)의 다공성 내화물(15)과 메탈케이스(13) 사이에 위치하여 이들을 부착 고정시키는 몰탈 내화물(14)의 접착강도 및 내화도가 우수하여야만 상기 설명한 천공작업 시에도 다공성 내화물(15)의 탈락을 방지함으로써 상부노즐(5)의 수명을 연장시킬 수 있는 것이다.

종래에는 상부노즐(5)의 몰탈 내화물(14) 조성을 45~60%의 Al₂O₃ 및 20~30%의 SiO₂가 주성분으로 조성된 내화조성물을 사용하였다. 그러나, 이러한 종래의 몰탈 내화물(14)은 내화도(SK)가 35 정도로서 비교적 낮고, 특히 접착강도가 80㎏/㎠ 정도로 낮기 때문에 상부노즐(5)의 내공부에 필연적으로 생성되는 개재물을 제거하기 위한 천공작업시 다공질 내화물(15)이 몰탈 내화물(14)로 쉽게 탈락되어 상부노즐(5)을 더 이상 가용하지 못하게 되는 경우가 빈번하게 발생하고 있다.

또한, 연주 작업이 진행될수록 턴디시(3)에서 몰드(8) 내로 용강(2)을 공급하는 통로인 상부노즐(5)의 온도가 상승함으로써 메탈케이스(13)와 다공성 내화물(15) 사이에서 접합작용을 하는 몰탈 내화물(14)이 탈락된다. 이때 상기 메탈케이스(13)와 몰탈 내화물(14)을 통과하여 다공성 내화물(15)로 공급되어야 하는 아르곤가스가 중간에서 누기되며, 이로 인해 상부노즐(5)의 개재물 집적에 의한 막힘으로 주입구경을 협소하게 만들어 장시간의 연속주조 작업을 하는데 장애요인이 되고 있다.

또한 노즐 막힘에 의해 몰드(8) 내로 공급되는 용강량이 불균일하여 몰드의 탕면이 불안하게 되며, 몰드(8) 내 용강의 재산화 방지를 위해 투입되는 몰드파우더의 불균일 유입에 의한 주편의 청정성이 불량하게 되며, 용강(8)의 불균일 응고에 의한 응고셀이 터져 설비트러블이 발생하게 된다.

이러한 설비 트러블로 설비를 교체해야 하는 등 많은 정비시간과 정비인력의 소요 및 정비비의 손실과 조업의 지연으로 생산감소, 연연주비 저하 등 많은 문제점이 발생되고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상부노즐에 적용되는 몰탈 내화물의 조성을 변화시켜 내화도 및 고온접착강도를 현저히 개선함으로써 상부 노즐의 메탈케이스와 내부의 다공성 내화물의 접합력을 향상시켜 상부노즐의 사용수명을 증가시키고, 안정적으로 아르곤가스를 공급하여 노즐막힘을 방지할 수 있는 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 턴디시 상부노즐의 메탈케이스 내부면에 접착되어 다공성 내화물을 내벽면에 부착시키는 몰탈 내화물에 있어서, 중량%로서, Cr₂O₃ : 3~5%, SiO₂ : 5~10%, ZrO₂ : 2~5%이고 잔부가 Al₂O₃로 이루어지는 것을 특징으로 하는 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물의 내화도(SK)가 38 이상이고, 고온접착강도가 150㎏/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물을 제공한다.

이하, 본 발명을 구성하는 성분의 수치한정이유에 대하여 설명한다.

(1) Cr₂O₃ : 3~5중량%,

본 발명에서는 종래재에서는 조성하지 아니한 Cr₂O₃을 조성한다. Cr₂O ₃성분은 내화물의 고온내식성, 즉 내화도를 증가시키는 성분으로서, 최소 3% 이상이 되어야 본 발명의 몰탈 내화물의 내화도를 개선시키며, 5%를 초과하여 조성되면 취성이 증가하여 스폴링(Spalling)현상이 발생하기 쉽다.

(2) SiO₂ : 5~10%

SiO₂성분은 내화물의 열간강도를 향상시키지만, 과도하게 조성되면 열충격에 약하여 내화물의 접합강도를 떨어뜨리게 된다. 종래에는 SiO₂성분이 20~30% 범위로 조성되어 접합강도가 현저히 저하되었으나, 본 발명에서는 그 함량을 10% 이하로 조성하였다.

(3) ZrO₂ : 2~5%

본 발명에서는 종래의 몰탈 내화물에는 종래재와 달리 ZrO₂성분을 함유한다. 이 성분은 열팽창능이 좋아 내화물의 열충격에 대한 내성을 증가시키는 것으로서, 적어도 2% 이상 조성되어야 하지만, 5%를 초과하여 조성되는 경우에는 몰탈 내화물의 접합강도가 저하되기 때문에 제한다.

(4) Al₂O₃ : 잔부(80~90%)

몰탈 내화물을 조성하는 주성분으로서, 본 발명에서는 최대한으로 조성되도록 하여 몰탈 내화물의 내화도 및 접착강도를 향상시키도록 하였다.

이하, 본 발명의 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 종래의 몰탈 내화재와 본 발명의 몰탈 내화재의 조성 및 그 물성치에 대하여 표 1에 나타내었다.

상기 종래기술을 설명하면서 참조한 도 4에 도시된 바와 같은 형태의 상부노즐(5)을 제작하여 실험하였으며, 본 발명의 조성물이 적용되는 부위는 상부노즐(5)의 메탈케이스(13)와 최내부에 위치하는 다공성 내화물(15) 사이에 위치하여 이들 의 결합시키는 역할을 하는 몰탈 내화물이다.

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 몰탈 내화물은 자체의 내화도 및 고온접착강도(1400℃)가 종래재에 비하여 증가하였으며, 특히 고온접착강도에 있어서 거의 2배에 가까운 물성개선효과를 얻을 수 있었다.

이는 상부노즐(5)의 다공성 내화물(15) 내부면에 부착된 개재물 제거작업시 다공성 내화물(15)을 더욱 안전하게 지지할 수 있다는 것을 의미하며, 특히 연주작업시 다공성 내화물(15)로 공급되는 아르곤가스를 누기(Leak)없이 공급함으로써 안정적인 노즐막힘현상을 해소할 수 있다는 것이다.

상기한 아르곤가스의 안정적인 공급을 확인하기 위하여, 표 2에 나타낸 바와 같이 제작된 상부노즐(5)로 유입되는 아르곤가스의 유량 및 유압, 압력비를 종래재와 발명재를 비교하였다. 즉 종래재에 비하여 공급되는 가스 유량은 상대적으로 적 으나, 분출되는 가스압력이 종래재에 비하여 현저히 높음을 확인할 수 있었다. 이러한 사실은 압력비를 비교하면 더욱 명확해지며, 이는 곧 본 발명의 몰탈 내화재가 적용된 상부노즐이 종래의 몰탈 내화재를 적용한 상부노즐보다는 가스의 누기(Leak)없이 안정적으로 가스를 다공성 내화물로 공급하고 있다는 것이다.

또한, 각각의 상부노즐을 연주작업에 직접 적용하여 수회의 연주작업을 실시한 다음, 개재물 부착정도를 확인한 결과 본 발명에 따른 몰탈 내화물을 적용한 상부노즐에 부착된 개재물의 량이 종래에 비하여 20% 수준으로 현저히 감소된 것으로 조사되었다. 이는 아르곤가스의 안정적이면서 원활한 공급에 의하여 개재물의 부착정도가 현저히 감소한 것이다.

이러한 개재물 부착정도를 육안으로 직접 확인하기 위하여, 연주작업에 직접 사용된 상부노즐의 단면을 관찰하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도면의 상부에 위치한 종래 상부노즐의 개재물 부착면적(51㎠)보다 본 발명이 적용된 상부노즐에 부착된 개재물 부착면적(14㎠)이 감소됨을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 몰탈 내화물이 적용된 상부노즐과 종래의 몰탈 내화물이 적용된 상부노즐의 아르곤가스 공급에 따른 통기성을 확인한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 공급되는 아르곤가스의 유량이 적음에도 불구하고 다공성 내화물로 배출되는 가스압력은 오히려 놓아 아르곤가스의 공급이 보다 원할함을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 턴디시 상부노즐의 메탈케이스와 다공성 내화물을 접착시키는 몰탈 내화물의 조성을 최적으로 변경하여 다공성 내화물을 접착강도를 증가시켜 상부노즐의 사용수명을 현저하게 증가시킬 수 있으며, 이로 인하여 상부노즐로 공급되는 아르곤가스를 안정적이면서도 원활하게 공급하여 연주작업시 개재물 부착을 감소시켜 노즐막힘을 더욱 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 턴디시 상부노즐의 메탈케이스와 다공성 내화물 사이에 위치하여 상기 메탈케이스의 내부면에 다공성 내화물을 부착시키는 몰탈 내화물에 있어서,

   중량%로서, Cr₂O₃ : 3~5%, SiO₂ : 5~10%, ZrO₂ : 2~5%이고 잔부가 Al₂O₃로 이루어지는 것을 특징으로 하는 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물은 내화도(SK)가 38 이상이고, 고온접착강도가 150㎏/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 턴디시 상부노즐용 몰탈 내화물.

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