KR101126723B1 - 용강배출용 충진재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용강배출용 충진재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 충진재는 철강 제조공정에 있어서 전기로, 래들 또는 턴디쉬 등에서의 용강배출구의 충진에 사용되어 출강시의 개공율을 높임으로써 강 품질 및 생산성을 증가시키고, 조업상의 안전성을 향상시킬 수 있다.
충진재, 용강배출구, 개공율, 제조방법

Description

용강배출용 충진재 및 그 제조방법{FILLING MATERIAL FOR MOLTEN STEEL TAP HOLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 철강 제조공정에 있어서 전기로, 래들, 턴디쉬 등에서의 용강배출구의 충진에 사용되는 충진재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
철강 제조공정 중 철스크랩을 용융시켜 용융상태의 강(鋼)을 제조하는 전기로의 출강구, 래들하부의 노즐 및 턴디쉬하부의 노즐에는 일시적인 폐쇄 및 개공을 목적으로, 입경 1 내지 10 mm 수준의 입자상의 감람석, 마그네시아, 크롬광, 규사, 백운석 등의 내화재료를 충진한다.
지금까지는 용광로로부터 시작되는 일관제철소나 철스크랩을 원료로 하는 전기로 제철소, 또는 공히 용강배출구에는 상기한 내화재료를 단순히 입자크기만을 조정하여 사용해 왔다. 그 결과, 상기 내화재료가 산화물 상태로서 1500 ℃ 이상의 고온의 용강과 접촉하였을 때 쉽게 소결되거나 용융되어 용강이 제대로 배출되지 않는, 즉, 개공 불량 상태가 지속적으로 발생되었다. 실제로 전기로, 래들, 턴디쉬 등의 설비에서 조업중 개공 불량 상태가 되면 산소를 블로잉하거나 드릴 등으로 뚫는 등의 강제 개공 작업이 필요하다. 그러나, 이와 같은 개공 불량 및 강제 개공 작업은 안전상의 문제가 발생할 우려가 높고, 또 강 품질의 저하로 생산성이 저하되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 전기로, 래들, 또는 턴디쉬로부터 출강시 개공율을 높여 강 품질 및 생산성을 증가시키는 동시에 조업상 안전성을 향상시킬 수 있는 용강배출용 충진재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 내화조성물을 포함하는 코어물질; 상기 코어물질 표면에 형성되며, 탄소계 코팅물질을 포함하는 코팅층; 및 상기 코어물질과 코팅층 사이에 개재된 접착제층을 포함하는 용강배출용 충진재를 제공한다.
본 발명은 또한 탄소계 코팅물질을 접착제를 이용하여 내화조성물을 포함하는 코어물질의 표면에 코팅하는 단계를 포함하는, 용강배출용 충진재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 충진재는 그 자체로 높은 유동성과 내소결성을 가져, 철강 제조공정 중 전기로, 래들, 턴디쉬 등에서의 정련 및 주조 공정에 있어서의 개공작업시 개공율을 높여, 강 품질 및 생산성을 증가시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 충진재는 용강배출구에 충진시 먼지의 비산이 없어 조업상 안전성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 용강배출용 충진재는, 내화조성물을 포함하는 코어물질; 상기 코어물질 표면에 형성되며, 탄소계 코팅물질을 포함하는 코팅층; 및 상기 코어물질과 코팅층 사이에 개재된 접착제층을 포함한다.
이때, 상기 용강은 용융된 철강 및 용융된 선철을 포함하며, 탄소계 물질이란 탄소 성분을 포함하거나 탄소계 화합물로부터 제조된 물질을 의미하며, 카본 블랙, 흑연, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 탄소나노튜브, 플러렌, 활성탄소, 벌칸(Vulcan) 등을 포함한다.
이하 각 구성성분 별로 상세히 설명한다.
(코어물질)
상기 코어물질은 내화조성물을 포함한다.
상기 내화조성물로는 종래 용강배출용 충진재로서 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
구체적으로는 감람석, 마그네시아 또는 규사를 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 내화조성물은 돌로마이트, 마그네시아계 카본질 폐내화물 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이때 첨가제는 코어물질 총 중량에 대하여 10 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
상기 코어물질은 1 내지 10 mm의 입경을 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 용강배출구에 투입시 양호한 유동성을 나타낼 수 있도록 2 내지 8 mm의 입경을 갖는 것이 좋다.
(코팅층)
상기 코팅층은 코어물질 표면에 형성되어 코어물질의 산화 및 소결을 억제하는 역할을 하는 것으로, 탄소계 코팅물질을 포함한다.
구체적으로는, 카본 블랙, 흑연, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 탄소나노튜브, 플러렌, 활성탄소, 벌칸 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 코팅물질은 10 미크론(㎛) 이하의 입자 직경을 갖는 것이 코팅 효과 및 소결 억제능을 보다 개선시킬 수 있어 바람직하다. 통상 카본블랙은 1 ㎛ 이하의 극히 미세한 입자이지만, 흑연은 미분쇄하여 입경을 수 미크론 단위까지 작게 한 후 사용하는 것이 바람직하다.
상기 코어물질에 대한 코팅물질의 코팅시 코팅물질의 코팅량이 지나치게 높으면, 충진재로서의 유동성이 저하되고, 다량의 코팅에 따른 경제성이 떨어지며, 또한 용강에 탄소성분이 용해되어 용강의 품질이 나빠질 우려가 있고, 한편 코팅물질의 코팅량이 지나치게 낮으면, 코팅량이 과소하여 제조공정상 입상의 코어물질에 균일한 코팅이 곤란하고, 소결억제 효과가 저하될 우려가 있다. 이에 따라 상기 코어물질에 대한 코팅물질의 코팅량은 코어물질 100 중량%에 대하여 0.01 내지 1.2 중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3 내지 0.5 중량%이다.
(접착제층)
상기 접착제층은 코어물질에 대해 코팅물질을 접착시키는 역할을 한다.
접착제층을 형성하는 접착제로는 페놀, 폴리비닐알코올(PVA), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 유기계 접착제; 또는 실리카졸과 경화제인 수산화칼륨(KOH)을 2 내지 5 중량% 혼합한 실리카졸계 접착제, 규산소다, 규산가리 등의 무기계 접착제를 사용할 수 있다.
규산소다 또는 규산가리를 접착제로 사용하는 경우 물 등의 용매에 규산소다 또는 규산가리를 첨가하여 20 내지 40중량%, 바람직하게는 30중량%의 농도로 제조한 묽은 용액상으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 접착제는 코어물질 100 중량%에 대하여 2 내지 6 중량%, 바람직하게는 4 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 용강배출용 충진재는, 탄소계 코팅물질을 접착제를 이용하여 내화조성물을 포함하는 코어물질의 표면에 코팅하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 코어물질, 코팅물질 및 접착제는 앞서 설명한 바와 같다.
다만, 상기 코어물질에 대한 코팅 방법은 통상의 코팅법을 이용하여 실시될 수 있으며, 구체적으로는 함침, 도포, 분사 등의 방법에 의해 실시될 수 있다.
코어물질에 대한 코팅물질의 코팅 후, 100 내지 400 ℃, 바람직하게는 200 내지 250 ℃의 온도에서 건조시키는 것이 바람직하다. 건조시의 온도가 지나치게 높으면, 코팅물질이 산화되어 소실되기 쉽고 경제성이 떨어지며, 한편 건조시의 온도가 지나치게 낮으면 건조 효율이 낮기 때문에 상기 온도범위내에서 건조 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 충진재는, 전기로, 래들, 턴디쉬 등에서의 용강 배출용 노즐 내부에 형성된 용강배출구를 충진하기 위한 충진재로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 충진재가 설치된 전기로의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 충진재가 설치된 턴디쉬의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 충진재가 설치된 래들의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 충진재는 철강 제조공정 중 전기로, 턴디쉬, 래들 등에서의 정련 및 주조 공정에서 용강배출구(1a, 1b, 1c) 내에 충진되며, 용강 배출시 슬라이딩 게이트(3a, 3b, 3c)가 열리면서 용융상태의 강(2a, 2b, 2c)을 배출하게 된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 충진재는 그 자체로 높은 유동성과 함께 산화물(내화물)의 소결을 억제하는 내소결성을 갖는다. 그 결과, 출강시 용강 배출용 노즐 하부에 설치된 금속하우징의 슬라이딩 게이트를 열면 노즐 내부를 막고 있는 충진재가 소결되지 않았기 때문에, 즉시로 쏟아져 내려 용강의 배출을 용이하게 한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 충진재는 높은 개공율을 나타내어 강 품질 및 생산성을 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 3
하기 표 1에 제시된 성분 및 함량으로, 감람석에 대해 카본블랙 단독으로 또는 카본블랙과 흑연을 혼합하여 표면 코팅함으로써 충진재를 제조하였다.
상세하게는, 카본블랙과 흑연을 접착제에 분산시켜 제조한 분산액에,소정의 입경을 갖는 감람석을 함침시킨 후 250 ℃에서 회전식 건조기로 건조하여 표면 코팅을 완료하였다.
[표 1]
구분 실시예(중량%) 비교예(중량%)
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3
코어물질 감람석 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
입경
(mm)		 1 내지 10 2 내지 4 2 내지 4 2 내지 6 3 내지 8 4 내지 8 3 내지 9 1 내지 10 2 내지 6 3 내지 8
코팅물질 카본
블랙		 0.01 0.02 0.01 0.20 0.60 0.03 1.20 - - -
흑연 - 0.03 0.02 0.10 0.60 0.20 - - - -
접착제 실리카졸계*1 - 4 - - - 3 - - - -
페놀수지 3 - - - - - 4 - - -
PVA*2 - - 2 - - - - - - -
CMC*3 - - - 5 - - - - - -
묽은 규산가리 용액*4 - - - - 4 - - - - -
*1 실리카졸에 KOH를 3중량% 첨가한 접착제
*2 PVA : 폴리비닐알코올
*3 CMC : 카르복시메틸셀룰로오스
*4 물 중에 규산가리를 30중량%의 농도로 첨가한 용액
* 상기 표에서 코팅물질 및 접착제의 함량은 코어물질 100 중량%에 대한 중량%임.
시험예 1: 개공율 평가
상기 제조된 실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 3의 충진재를 각각 1회 80 kg씩 용강배출구에 투입한 후, 노즐의 게이트를 열었을 때의 개공율을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3
개공율
(%)		 81 89 95 99 90 92 89 52 61 62
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 일체 피복하지 않은 종래 감람석계 충진재인 비교예 1 내지 3의 충진재는 최대 62 %의 개공율을 나타낸 반면, 실시예 1 내지 7에 따른 충진재는, 카본블랙을 0.01 중량%로 피복한 실시예 1의 충진재가 81 %의 개공율을 나타낸 것을 비롯하여, 카본블랙과 흑연 2종을 총 합계 0.3 중량%로 피복한 실시예 4의 충진재가 최대 99 %의 개공율을 나타내어 비교에 1 내지 3의 충진재에 비해 현저히 개선된 개공율을 나타내었다.
실시예 8 내지 13, 및 비교예 4 내지 7
하기 표 3에 기재된 성분 및 함량으로 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 충진재를 제조하였다.
[표 3]
구분 실시예(중량%) 비교예(중량%)
8 9 10 11 12 13 4 5 6 7
코어물질 마그네시아*1 - - - 40 40 10 100 - - -
돌로마이트*2 - 70 - - - - - 100 - -
폐내화물*3 - - 50 - 20 - - - 100 -
규사*4 100 - - - - - - - - 100
감람석*5 - 30 50 60 40 90 - - - -
코팅물질 카본블랙 0.1 0.5 0.05 0.1 0.6 0.04 - - - -
흑연 0.1 0.7 0.05 0.1 - 0.04 - - - -
접착제 실리카졸계*6 4 3 - - - - - - - -
페놀수지 - - 2 - - - - - - -
PVA*7 - - - - - 4 - - - -
CMC*8 - - - - 4 - - - - -
묽은 규산가리 용액*9 - - - 5 - - - - - -
*1 마그네시아: 입경 1 내지 10 mm
*2 돌로마이트: 입경 3 내지 8 mm
*3 폐내화물: MgO 및 마그네시아 포함, 입경: 2 내지 6 mm
*4 규사: 입경: 1 내지 3 mm
*5 감람석: 입경: 2 내지 6 mm
*6 실리카졸에 KOH를 3 중량% 첨가한 접착제
*7 PVA : 폴리비닐알코올
*8 CMC : 카르복시메틸셀룰로오스
*9 물 중에 규산가리를 30%의 농도로 첨가한 용액
* 상기 표에서 코팅물질 및 접착제의 함량은 코어물질 100 중량%에 대한 중량%임.
시험예 2: 개공율 평가
상기 제조된 실시예 8 내지 13, 및 비교예 4 내지 7의 충진재를 각각 1회 80 kg씩 용강배출구에 투입한 후 개공율을 비교 평가하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 4]
구분 실시예 비교예
8 9 10 11 12 13 4 5 6 7
개공율
(%)		 81 89 95 99 95 92 51 56 49 55
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 일체 피복하지 않은 종래의 충진재인 비교예 4 내지 7의 충진재는 최대 56 %의 개공율을 나타낸 반면, 카본블랙 1종 단독으로, 또는 카본블랙과 흑연의 혼합물을 코팅한 실시예 8 내지 13의 충진재는 최소 81 %에서 최대 99 %의 개공율을 나타내어, 비교예 1 내지 4의 충진재에 비해 개공율이 현저히 개선되었음을 확인할 수 있다.
또한, 입도 1 내지 10 mm의 마그네시아, 또는 상기 마그네시아를 주성분으로 포함하는 코어물질에 대한 코팅은 실시예 11에서와 같이 카본블랙과 흑연의 혼합물을 1:1 중량비로 혼합하여 총 합계 0.2 중량%로 피복하였을 때, 99 %의 최고의 개공율을 나타내었다.
또한, 종래 용강배출용 충진재로 사용되는 규사의 경우, 카본블랙과 흑연의 혼합물로 코팅한 실시예 8의 규사가 개공율 81 %를 나타내어, 일체 피복하지 않은 비교예 7의 규사에 비해 월등히 개선된 개공율을 나타내었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 충진재가 설치된 전기로의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 충진재가 설치된 턴디쉬의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 충진재가 설치된 래들의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
1a, 1b, 1c: 충진재가 충진된 용강배출구
2a, 2b, 2c: 용융상태의 강
3a, 3b, 3c: 용강 배출을 위한 슬라이딩 게이트

Claims (11)

  1. 감람석, 마그네시아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 내화 조성물을 포함하는 코어물질;
    상기 코어물질 표면에 형성되며, 탄소계 코팅물질을 포함하는 코팅층; 및
    상기 코어물질과 코팅층 사이에 개재된 접착제층
    을 포함하는 용강배출용 충진재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내화 조성물은 돌로마이트, 마그네시아계 카본질 내페화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 용강배출용 충진재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어물질은 1 내지 10 mm의 입경을 갖는 용강배출용 충진재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소계 코팅물질은 카본블랙, 흑연, 케첸블랙, 아세틸렌블랙 탄소나노튜브, 플러렌, 활성탄소, 벌칸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 용강배출용 충진재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅물질은 0.01 내지 1.2 중량%의 양으로 코어물질에 코팅된 용강배출용 충진재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접착제층은 페놀, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 실리카졸에 수산화칼륨이 2 내지 5 중량% 혼합된 실리카졸계 접착제, 규산소다 및 규산가리로 이루어진 군에서 선택되는 접착제를 포함하는 충진재.
  8. 탄소계 코팅물질을 접착제를 이용하여 내화조성물을 포함하는 코어물질의 표면에 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 내화 조성물은 감람석, 마그네시아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 용강배출용 충진재의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 탄소계 코팅물질은 카본블랙, 흑연, 케첸블랙, 아세틸렌블랙 탄소나노튜브, 플러렌, 활성탄소, 벌칸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 용강배출용 충진재의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 접착제는 페놀, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스, 실리카졸에 수산화칼륨이 2 내지 5 중량% 혼합된 실리카졸계 접착제, 규산소다 및 규산가리로 이루어진 군에서 선택되는 접착제를 포함하는 용강배출용 충진재의 제조방법.
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