KR101306118B1 - 철강공정용 실링재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포장재와 상기 포장재를 채우는 습식 무기 재료로 이루어지는 실링재에 관한 것이다. 상기 무기재료는 Al₂O₃ 및 SiO₂를 포함한다. 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는 철강공정에서 용강과 공기의 접촉을 효과적으로 차단하고, 시공성 및 해체성이 뛰어나 작업이 용이하고, 고온에서도 분말화되지 않아 인체에 무해하다.

Description

철강공정용 실링재{SEALING MATERIAL FOR STEEL PROCESSING}

본 발명은 철강공정용 실링재에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 포장재와 상기 포장재를 채우는 습식 무기재료로 이루어지는 실링재에 관한 것이다.

철강의 제조공정은 일반적으로 제선공정, 제강공정, 연주공정, 압연공정 순으로 이루어진다. 상기 철강공정은 기본적으로 철광석에 포함된 철의 산화물을 환원제를 사용하여 환원시킨 후 강철로 만드는 과정이다. 따라서, 철강공정 중 환원된 용강 또는 강철이 다시 공기(또는 산소)와 접촉하여 재산화되지 않는 것이 중요하다.

예를 들어, 철강공정 중 하나인 연속주조 공정은 용강(molten steel)을 래들(ladle)에 수강하고, 상기 용탕이 쉬라우드 노즐(shroud nozzle)을 통하여 턴디쉬(tundish)를 경유하고 몰드(mold)로 주입되어, 액상의 용강이 고체 상태의 중간 소재인 슬라브(slab), 블룸(bloom), 및 빌렛(billet) 등으로 주조되는 공정이다. 일반적으로 연속주조 공정에서 턴디쉬 내의 용강의 산화를 방지하고자 상기 턴디쉬에 덮개를 씌워 사용하는데, 그럼에도 불구하고 공정 중 턴디쉬와 덮개 사이의 틈을 통해 산소가 유입되어 용강의 산화가 발생한다. 따라서, 이러한 공정 중의 설비 상의 빈 틈을 메워 산소의 유입을 차단하기 위하여 실링재를 사용한다.

기존에 사용된 실링재로는 세라믹 울(ceramic wool)이 있다. 그러나, 세라믹 울로 각종 설비의 빈 공간을 실링하는 경우에도 용강의 고온으로 인해 세라믹 울의 조직이 열화되어, 실링성이 저하되는 문제점이 있었다. 실링성이 저하되면 용강에 공기가 다시 혼입되어 용강이 산화된다. 또한, 시공된 실링재는 용강의 고온으로 인해 턴디쉬 또는 덮개에 눌러 붙는 경우가 종종 발생하여 시공 및 해체 작업에 부하가 생기기도 한다.

또한, 실링재로 세라믹 울을 사용하는 경우, 상기 세라믹 울이 고온 열화로 인해 분말 형태가 되어 작업장 내부에서 날리는 현상이 발생하여 작업장 내부에 있는 작업자의 호흡기 질환 및 피부 질환 등을 유발하기도 한다.

한편, 한국특허공개 2002-0043079호에서는 알루미늄 실링재를 이용한 연속주조 노즐의 실링장치를 개시하고 있으나, 이는 알루미늄재로 노즐이라는 특정한 좁은 부위에 한정하여 이루어지는 것으로, 알루미늄재를 노즐과 같은 좁은 부위가 아닌 턴디쉬와 덮개 사이 등 비교적 넓은 부위에 적용하기에는 용강에 불순물로 섞일 수 있고, 비용이 상승하는 등 무리가 있다.

따라서, 여전히 용강과 공기의 접촉을 효과적으로 차단하면서도, 작업성이 우수하고, 고온에서 인체에 무해하며, 제조 비용이 합리적인 철강공정용 실링재에 대한 요구가 있다.

상술한 문제점을 해소하고자, 본 발명은 고온에서도 인체에 무해하고, 용강과 공기와의 접촉을 효과적으로 차단하며, 시공성, 해체성이 양호하여 작업부하를 감소시키는 철강공정용 실링재를 제공한다.

본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는 포장재와 상기 포장재를 채우는 습식 무기재료로 이루어지고, 상기 무기재료는 Al₂O₃ 및 SiO₂를 포함한다.

상기 포장재는 두께가 0.2 mm 이상이다. 상기 포장재는 비닐 포장재(vinyl package)일 수 있다.

상기 무기재료는 수분을 제외한 무기재료의 총 중량을 기준으로 Al₂O₃을 5중량% 내지 30중량%, SiO₂를 50중량% 내지 80중량%로 포함할 수 있다.

상기 무기재료는 입자 크기가 1.6mm 이상인 골재 15중량% 내지 35중량%, 입자 크기가 0.3mm 미만인 미세 분말 30중량% 내지 50중량%, 입자 크기가 0.3mm 내지 1.6mm인 중간 입자 잔부량으로 이루어진다.

상기 수분은 수분을 제외한 무기재료의 총 합을 100중량%로 할 때, 15 내지 20중량% 범위로 추가로 포함된다.

상기 무기재료는 내화도가 SK 17 이상이다.

본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는 용강과 공기의 접촉을 효과적으로 차단하고, 시공성 및 해체성이 뛰어나 작업이 용이하고, 고온에서도 분말화되지 않아 인체에 무해하다.

도 1은 연속주조 공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재의 예시도이다.
도 3a는 실시예 1에 따라 제조된 철강공정용 실링재의 사용 전후 사진이고, 도 3b는 비교예 1에 기재된 세라믹 울의 사용 전후의 사진이다.
도 4a는 실시예 1에 따라 제조된 철강공정용 실링재를 턴디쉬에 적용한 사진이고, 도 4b는 비교예 1에 기재된 세라믹 울을 턴디쉬에 적용한 사진이다.

본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는 포장재와 상기 포장재를 채우는 습식 무기재료로 이루어진다.

상기 포장재는 충전되는 무기재료가 수분을 함유한 습식 상태로 포장 및 시공이 되기 때문에 습식 무기재료를 구속가능한 포장재이면 되고, 종류에 대한 특별한 제한은 없다.

상기 비닐 포장재의 두께는 0.2 mm 이상이 바람직하다. 상기 비닐 포장재의 두께가 0.2 mm 미만인 경우, 운반 및 시공 중 찢어질 수 있고, 시공 부위의 설비의 무게로 인해 시공성이 저하될 수 있기 때문이다.

또한, 상기 포장재는 이에 한정되는 것은 아니지만, 보관 시 수분증발을 방지하고, 시공성을 유지할 수 있도록 비닐 포장재(vinyl package)가 바람직하다. 상기 포장재는 습식 무기재료를 구속하므로, 시공 시 무기재료의 과다한 퍼짐 현상을 막아주는 역할을 한다. 상기 포장재는 실링재 시공후 사용 과정에서 예열 중 통상 1000℃ 내지 1400℃ 정도의 열기로 인해 제거된다.

본 발명에 따르는 철강공정용 실링재의 구성성분인 무기재료는 Al₂O₃ 및 SiO₂를 포함한다. 상기 실링재의 무기재료는 무기재료의 중량(수분 불포함)을 기준으로 Al₂O₃ 5중량% 내지 30중량%, 및 SiO₂ 50중량% 내지 80중량%를 포함한다.

상기 무기재료에서, 상기 Al₂O₃ 성분은 사용 중 예열온도 1000도 내지 1400도의 고온에서 녹아내리는 문제를 해소하기 위해 융점을 강화해 주는 역할을 하고, 5중량% 내지 30중량%로 포함된다. 상기 Al₂O₃ 함량이 5중량% 미만인 경우에는 내화성이 불리하고, 30중량% 초과인 경우에는 열간 소결성이 불리하다.

또한, 상기 SiO₂ 성분은 열충격으로 인한 크랙(crack) 발생을 방지하기 위해 내스폴링(spalling)성을 강화하는 역할을 하고, 상기 SiO₂ 성분이 50중량% 미만인 경우에는 소결성이 불리하고, 80중량% 초과인 경우에는 실링성이 불리하다.

한편, 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는 미량의 K₂O, Na₂O, MgO, TiO₂, MnO, P₂O₅ 등의 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 성분들은 불순물의 형태로 첨가되는 것이므로, 상기 성분의 함유량의 총합이 무기재료의 중량(수분 불포함)의 총 합의 8중량%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

상기 무기재료는 수분을 첨가하여 습식 상태의 혼련물로 제조된다. 상기 습식 상태의 무기재료의 수분 함량은, 수분을 제외한 무기재료의 총 중량 100중량%에 대하여, 15 내지 20중량% 범위이다. 상기 범위 내에서 수분을 추가로 포함하는 경우 생성된 실링재의 시공성 및 작업성을 확보할 수 있다는 점과 혼련물의 숙성 시간을 단축할 수 있다는 점이 좋다.

상기 무기재료는 서로 다른 크기의 입자들의 혼합물 형태이다. 입자 크기가 1.6mm 이상인 골재가 15중량% 내지 35중량%이고, 입자 크기가 0.3mm 미만인 미세분말이 30중량% 내지 50중량%이고, 입자 크기가 0.3mm 내지 1.6mm인 중간 입자가 잔부량으로 포함된다. 예를 들어, 한 예에서, 본 발명에 따르는 무기재료의 입자 크기의 분포는 1.6mm 이상이 25중량%, 0.3mm 미만 40중량%일 수 있다.

상기 무기재료에서 골재의 사용 비율이 상술한 범위보다 지나치게 많을 경우 실링성 및 작업성이 저하되고, 지나치게 적을 경우 요구되는 수분의 양이 지나치게 늘어나 수분의 과다 투입으로 실링성이 저하될 수 있고, 또한 상기 무기재료에서 미세 분말의 비율이 상술한 범위보다 지나치게 많을 경우, 요구되는 수분의 양이 지나치게 늘어나 수분의 과다 투입으로 실링성이 저하될 수 있고, 지나치게 적을 경우에도 역시 실링성 및 작업성이 저하될 수 있다.

상기 무기재료는 내화도가 SK 17 이상이어야 한다. 내화도(refractoriness)란 특정 재료에 열을 가했을 때, 그 초기 상태를 유지할 수 있는 내열성의 한계를 나타내는 정도이다. 내화도는 일반적으로 표준 제게르콘(Seger’s cone) 측정법으로 측정한다. 본 발명에 따르는 무기재료의 내화도가 SK 17보다 낮을 경우 무기재료가 고온에서 녹아내리는 현상으로 인해, 실링성 및 해체성이 저하될 수 있으므로, 내화도가 적어도 SK 17 이상이어야 한다.

본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는 수분과 혼련되어 반죽 형태의 연성 상태이므로, 필요한 형상으로 용이하게 제조될 수 있다. 예를 들어 턴디쉬와 덮개 사이의 공간을 메우기 위해, 도 2에 예시된 바와 같이 원통형으로 제조될 수 있다. 그 밖에도 실링재가 적용되는 부위의 형상을 고려하여 삼각기둥, 사각기둥, 사다리꼴 등의 다양한 형태로 제조될 수 있다.

본 발명에 따르는 철강공정용 실링재의 길이는 실링재가 적용되는 부위의 형상 및 취급의 편의성을 고려하여 임의로 정할 수 있다. 또한 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재의 두께도 사용 조건에 따라 임의로 자유롭게 설정하여 적용 가능하다. 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는, 이에 한정하는 것은 아니지만, 시공 시 20mm 내지 30mm 정도 겹쳐서 시공하여 공기가 턴디쉬 내로 유입되지 않게 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는, 이에 한정하는 것은 아니지만, 두께 50mm 내지 120mm 및 길이 100mm 내지 1500mm로 제조할 수 있다. 한편, 상기 길이는 사용되는 부위에 따라 임의로 조정이 가능하다.

본 발명에 따르는 실링재는 사용 중 포장재 내의 습식 상태의 무기재료 내부의 수분이 고온으로 인하여 서서히 증발되면서 경화되므로, 실링효과 발현 및 재(미세분말) 등이 날리지 않기 때문에 실링재 사용 공간 내의 작업자의 인체에 무해하다.

상술한 본 발명에 따르는 실링재는 턴디쉬, 래이들, VTD(Vacuum Tank Degasser), VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 등의 철강공정에서 이용되는 설비에서 용강 또는 강철과 산소의 차단을 방지하기 위하여 쓰일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세하게 설명할 것이나, 본 발명이 이들 실시예에만 국한되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

무기재료로서 하기 표 1에 기재된 성분 및 하기 표 1에 기재된 성분의 총 함량을 100중량%로 볼 때를 기준으로 물 17중량%를 첨가하여 20분 내지 30분 동안 혼련하였다. 상기 혼련된 무기재료를 비닐 포장재 내에 충전한 후, 양끝 부분을 폐쇄하여 포장하였다. 수득된 실링재는 소시지와 유사한 형태였다. 제조된 실링재는 대략 두께 60mm 및 길이 1m인 원통형으로, 상기 실링재는 수분을 포함하고 있어 연성으로 모양의 변형이 쉽다.

구분 (중량%)	Ig*	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	TiO2	MnO	P2O5	ZrO2	미분석	Total
실시예 1	1.52	66.00	21.39	2.08	3.10	0.52	2.56	2.47	0.24	0.04	0.03	0.00	0.05	100
비교예 1	0.11	47.46	36.10	0.10	0.07	0.15	0.24	0.05	0.14	0.01	0.08	15.43	0.06	100

^* Ig: 이그로스(Ig/loss)

비교예 1

비교예로서 기존에는 세라믹 울을 사용하였다. 세라믹 울의 조성은 하기 표 1에 기재된 바와 같다.

시험예 1 - 고온 시험

실시예 1의 실링재와 비교예 1의 세라믹 울을 1200℃ 전기로에 넣고 24시간 가열하였다.

상기 실험의 결과는 도 3a 및 도 3b에 개시하였다. 도 3a의 왼쪽은 가열 전 실시예 1의 실링재이고, 오른쪽은 가열 후 실시예 1의 실링재이다. 도 3b의 왼쪽은 가열 전 솜 형태의 세라믹 울이고, 오른쪽은 가열 후 세라믹 울을 나타낸다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도 3b에 기재된 비교예 1의 세라믹 울은 고온으로 인해 열화되어 분말 형태로 부스러지는 현상이 관찰되는 반면에, 도 3a에 기재된 실시예 1의 실링재는 포장재가 연소되고, 내부 습식 상태의 무기재료는 고온으로 인해 경화되고 크랙(crack)은 생기지만 부스러짐 현상은 일어나지 않았다.

시험예 2 - 내화도 시험

내화도 시험은 표준 제게르콘 실험으로 수행하였고, 실시예 1에 따른 실링재의 내화도는 17(1480℃)이었다. 반면에, 비교예 1에 따른 세라믹 울은 1200℃에서 열화되었다.

시험예 3 - 실링성 테스트

세라믹 울과 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재의 실링상태를 턴디쉬 예열시 턴디쉬와 턴디쉬 덮개 사이에 불꽃이 새어나오는지 여부로 확인하였다. 관찰 결과를 도 4a 및 도 4b에 개시하였다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 철강공정용 실링재를 턴디쉬에 적용시 불꽃이 새어나오지 않았으나(도 4a), 비교예 1에 따른 세라믹 울을 턴디쉬에 적용시 불꽃이 새어나와 틈이 발생하였다.

상기 시험 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따르는 철강공정용 실링재는 비교예 1에 따라 제조된 세라믹 울 실링재에 비하여, 고온에서도 분말이 형성되지 않아 인체에 무해하고, 내화도가 우수하며, 실링성도 우수하다.

1 래들
2 턴디쉬
3 턴디쉬 실링재

Claims (7)

1. 포장재와 상기 포장재를 채우는 수분을 함유하는 무기재료로 이루어지고, 상기 무기재료는 수분을 제외한 무기재료의 중량을 기준으로 Al₂O₃ 5중량% 내지 30중량%, 및 SiO₂ 50중량% 내지 80중량%를 포함하고, 상기 수분은 수분을 제외한 무기재료의 총합 100중량%에 대하여, 15 내지 20중량% 범위로 추가로 첨가되는 것인 철강공정용 실링재.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 포장재는 두께가 0.2 mm 이상인 것인 철강공정용 실링재.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 포장재는 비닐 포장재(vinyl package)인 것인 철강공정용 실링재.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 무기재료는 내화도가 SK 17 이상인 것인 철강공정용 실링재.

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