KR101350471B1 - 특수강 주조용 슬라이딩 노즐 플레이트의 내화 조성물 - Google Patents

특수강 주조용 슬라이딩 노즐 플레이트의 내화 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내스폴링성(spalling resistance)이 우수하고, 특수강 주조 시 화학적 용손에 대해 우수한 내성을 갖는 슬라이딩 플레이트을 제공하기 위한 내화 조성물에 관한 것이다.

Description

특수강 주조용 슬라이딩 노즐 플레이트의 내화 조성물 {REFRACTORY COMPOSITION OF SLIDING NOZZLE PLATE FOR CASTING SPECIAL STEEL}
본 발명은 내화 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내스폴링성(spalling resistance)이 우수하고, 특수강 주조 시 화학적 용손에 대해 우수한 내성을 갖는 슬라이딩 플레이트을 제공하기 위한 내화 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 래들(ladle) 및 턴디쉬(Tundish) 하부에는 용강의 배출 및 그 배출량을 제어하기 위해 상부 노즐과 하부 노즐 사이에 내화 재질로 된 상, 중, 하부 슬라이딩 플레이트가 설치되어 사용된다.
그러나, 주조 초기의 열 충격, 카세트 변형, 면압 유지 불량, 플레이트의 지지 방식, 형상 등으로 인해 슬라이딩 플레이트의 사용 중 균열이 발생하거나, 용강류 및 비금속 산화물에 의해 용손, 산화 또는 황폐화되거나, 지금 부착(slag attachment)에 의해 사용 수명이 제한되는 등의 문제가 있다. 이러한 문제들을 개선하기 위하여 내화 재질의 열팽창 계수는 낮추고 열전도율은 높이는 방안 및, 미세조직 제어, 카세트 관리 강화, 플레이트 금속밴드 체결 상태 개선 등 여러 방안이 시도되고 있다.
용강류에 의한 마모 개선 또는 비금속 산화물에 대한 내용성 개선은 용강류 마모에 저항성이 큰 탄소를 첨가하거나 미세조직을 제어하여 이루어질 수 있다. 그러나, 첨가된 탄소가 사용 중 산화에 의해 탈탄되면 조직 결합력이 약해지고 공극이 발생하여 비금속 산화물의 부착이 용이해지고, 이에 따라, 슬라이딩되는 부위에서 내화제 구성 부분 일부가 용손될 수 있다.
고산소강 또는 나이오븀, 크롬, 망간, 칼슘 함량이 높은 강종의 경우, 이들 성분이 슬라이딩 플레이트 구성 성분과 화학적으로 반응하여 저융물을 형성하거나, 탈탄에 의해 화학적 내용성을 현저히 저하시킨다. 예를 들어, 망간 강종의 경우 다음 반응에 의해 내용성이 저하되게 된다:
2(Mn) + SiO2 (내화재) → 2MnO + (Si)
또한, 나이오븀-첨가 고산소강의 경우 Nb2O5가 내화물의 카본 및 산화물과 반응하여 저융점 물질을 형성하는데, 이는 심각한 손상을 유발한다.
현재 일반강에 대해 적용되고 있는 Al2O3-ZrO3-SiO2-C계 내화재는 특히 상기 고산소강, 나이오븀-함유강, 크롬-함유강, 고망간강, 칼슘강 주조시 화학적 용손으로 인해 사용 수명이 제한되며 안정성에 문제가 있다. 따라서, 이들 강종에 적합한 내화 조성물이 요구된다.
본 발명은 내스폴링성이 우수하고, 고산소강, 나이오븀-함유강, 크롬-함유강, 고망간강, 칼슘강 주조 시 화학적 용손에 대해 우수한 내성을 갖는 내화 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 조성물로부터 제조된 상기 특수강 주조용 슬라이딩 플레이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, (A) 마그네시아 83 내지 93 중량%; (B) 카본 4 내지 12.5 중량%; (C) 알루미늄 또는 마그네슘-알루미늄 분말 2 내지 5 중량%; 및 (D) 보론 카바이드 0.1 내지 2.5 중량%를 포함하고, 상기 (B) 성분으로서, 팽창흑연 2 내지 8 중량%, 카본블랙 1.5 내지 3 중량% 및 피치 분말 0.5 내지 1.5 중량%를 포함하는 내화 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 조성물을 이용하여 제조된 슬라이딩 플레이트가 제공된다.
본 발명의 내화 조성물은 내스폴링성이 우수하고 고산소강, 나이오븀-함유강, 크롬-함유강, 고망간강, 칼슘강 주조 시 화학적 용손에 대해 우수한 내성을 가지며, 이를 이용하여 제조된 상기 특수강 주조용 슬라이딩 플레이트는 높은 내용손성(resistance to fusion damage)을 갖는다.
도 1은 실시예로부터 제조된 슬라이딩 플레이트의 내화물 침식시험 후의 절단면 사진으로서, (1)은 Al2O3-C질 플레이트(비교예 4); (2)는 Al2O3-MgO-C질 플레이트(비교예 3); (3)은 MgO-Al2O3질 플레이트(비교예 5); (4)는 MgO-C질 플레이트(발명예 1)를 나타낸 것이다.
이하에서 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 내화 조성물은 용강 성분 중 망간과의 반응 및 환원이 용이한 SiO2 성분 및 나이오븀 산화물과 저융물을 형성하는 Al2O3 성분이 최소화된다.
이하, 각 구성 성분에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
(A) 마그네시아
본 발명의 내화 조성물에서 마그네시아의 함량은 내화 조성물 100 중량%를 기준으로 83 내지 93 중량%이며, 87 내지 92 중량%인 것이 보다 바람직하다. 마그네시아의 함량은 용강에 대한 내용손성을 높이기 위해 상기 범위 내에서 높을수록 유리하나, 열충격손상에 대한 염려가 있으므로 적정량을 사용하여야 한다. 그 사용량에 따라 입도를 적절히 조절하여 사용할 수 있다. 마그네시아 성분의 품위는 98 내지 99 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 마그네시아는 전융 마그네시아 크링커나 소결 마그네시아 크링커 중 어느 것을 사용하여도 무방하나, 특수 용강과의 반응성을 최소화하기 위해서는 입계량이 작은 전융 마그네시아를 사용하는 것이 바람직하다.
(B) 카본
카본은 용강에 대한 내침윤성을 높이고 열충격손상을 막기 위하여 사용한다. 본 발명의 카본으로는 인상 흑연, 팽창 흑연, 카본 블랙 또는 피치를 사용할 수 있다.
본 발명의 내화 조성물에서 상기 카본의 함량은 내화 조성물 100 중량%를 기준으로 4 내지 12.5 중량%이며, 5 내지 9.5 중량%인 것이 보다 바람직하다.
상기 카본으로서, 본 발명에서는 MgO-C의 내열 충격성을 향상시키기 위해 팽창 흑연을 사용한다. 본 발명에서 팽창 흑연의 함량은 본 발명의 내화 조성물 100 중량%를 기준으로 2 내지 8 중량%이다. 상기 팽창 흑연의 함량이 8 중량%를 초과하면 강도가 저하되어 오히려 마모손상 및 반응손상이 나타난다.
또한, 상기 카본으로서, 카본 블랙이 강도 보강을 위하여 첨가된다. 본 발명에서 카본 블랙의 함량은 본 발명의 내화 조성물 100 중량%를 기준으로 1.5 내지 3 중량%이다. 상기 카본 블랙의 함량이 1.5 중량% 미만이면 강도보강효과가 미약하고, 3.0 중량%를 초과하면 탄성율이 높아져 내열충격성이 저하된다.
또한, 상기 카본으로서, 피치 분말이 탄성율을 조정하여 내열충격성을 증진시키기 위하여 첨가된다. 본 발명에서 피치 분말의 함량은 본 발명의 내화 조성물 100 중량%를 기준으로 0.5 내지 1.5 중량%이다. 상기 피치 분말의 함량이 0.5 중량% 미만이면 그 효과가 미약하고, 1.5 중량%를 초과하면 강도가 저하된다.
(C) Al 또는 Mg - Al 분말
본 발명에 있어서는, 산화 방지제로서 알루미늄 또는 마그네슘-알루미늄 분말을 사용할 수 있으며, 특수강 주조용으로는 마그네슘-알루미늄 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 알루미늄 또는 마그네슘-알루미늄 분말의 함량은 본 발명의 내화 조성물 100 중량%를 기준으로 2 내지 5 중량%이고, 2 내지 3 중량%인 것이 보다 바람직하다. 상기 알루미늄 또는 마그네슘-알루미늄 분말의 함량이 2 중량% 미만이면 강도보강 및 산화방지효과가 미약하고, 5 중량%를 초과하면 탄성율이 높아져 내열충격성이 저하된다.
(D) 보론 카바이드
본 발명에서 보론 카바이드는 추가적인 산화 방지제로서 사용된다. 본 발명에서 보론 카바이드의 함량은 본 발명의 내화 조성물 100 중량%를 기준으로 0.1 내지 2.5 중량%이며, 0.1 내지 1 중량%인 것이 보다 바람직하다. 상기 보론 카바이드의 함량이 0.1 중량% 미만이면 흑연산화의 방지효과가 미약하며, 2.5 중량%이면 저융점 물질이 형성되어 내침식성이 저하된다.
본 발명의 내화 조성물은 유기 바인더를 더 포함할 수 있다. 유기 바인더로는 통상 페놀 수지가 사용될 수 있고, 경우에 따라 실리콘 수지 또는 푸란(furan) 변성수지가 사용될 수 있다. 유기 바인더 사용량에는 특별한 제한이 없으며, 상기 (A) 내지 (D) 성분 총합 100 중량부당 1 내지 10 중량부가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 내화 조성물로부터 제조된 특수강 주조용 슬라이딩 플레이트를 제공한다. 상기 슬라이딩 플레이트는 본 발명의 내화 조성물을 이용하여 제조된 성형품을 환원 분위기 하에서 소성하거나 힘침하여 조직을 치밀화함으로써 제조된다. 필요한 경우 1,000℃ 이하의 저온 또는 1,400℃ 이상의 고온에서 산화 또는 환원 분위기에서 소성한다.
상기 특수강으로는 고산소강, 나이오븀-함유강, 크롬-함유강, 고망간강 또는 칼슘강을 예로 들 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예
상기 구성성분을 하기 표 1의 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5에 따른 조성비(단위: 중량%)로 각각 혼합하고, 통상의 온도 범위 조건에서 산화 또는 환원 분위기 하에서 소성하여 슬라이딩 플레이트를 제조하였으며, 그 물성을 측정 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112012105845965-pat00001

내침식성 측정
전기로의 도가니 내에 시편을 설치하고, 나이오븀-망간-철계 용강을 1580℃에서 3시간 동안 투입하여 침식 시험 후의 침식 깊이 및 침윤 깊이를 비교하였다.
내열충격성 시험
전기로 내의 온도를 1400℃로 유지하고 시편을 반복하여 가열 및 냉각시켜 균열이 발생하는 열 충격 회수를 측정하였다.
도 1의 결과에서 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1 및 2는 본 발명의 범위를 만족하는 MgO-C계 내화 조성물로부터 제조된 슬라이딩 플레이트로서, 내열충격성뿐만 아니라 내침윤성 및 내침식성이 우수하였다.
이에 비해, 비교예 1 및 2는 열충격에 약하거나 강도가 부족하여 내마모성이 떨어졌다.
또한, 비교예 3, 4 및 5는 내식성, 내침윤성 및 내스폴링성이 떨어졌다. 비교예 3의 경우, 마그네시아질에 알루미나가 함유됨으로 인해 내식성이 저하되었다. 또한, 비교예 4는 Al2O3-C계 조성물로부터 제조되어 특수강에 대해서는 내식성이 부족했다. 비교예 5는 산화물계 만으로 구성된 마그네시아-알루미나계 조성물로부터 제조되어 내열충격성이 부족했고 용강에 의해 침윤이 많이 일어났다.

Claims (5)

  1. 조성물 100 중량%를 기준으로,
    (A) 마그네시아 83 내지 93 중량%;
    (B) 카본 4 내지 12.5 중량%;
    (C) 알루미늄 또는 마그네슘-알루미늄 분말 2 내지 5 중량%; 및
    (D) 보론 카바이드 0.1 내지 2.5 중량%
    를 포함하고, 상기 (B) 성분으로서, 팽창흑연 2 내지 8 중량%, 카본블랙 1.5 내지 3 중량% 및 피치 분말 0.5 내지 1.5 중량%를 포함하는 내화 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마그네시아가 전융(electro-fused) 마그네시아인 내화 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 유기 바인더를 더 포함하는 내화 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 조성물로부터 제조된 특수강 주조용 슬라이딩 플레이트.
  5. 제4항에 있어서, 특수강이 고산소강, 나이오븀-함유강, 크롬-함유강, 고망간강 또는 칼슘강인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 플레이트.
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