KR101560723B1 - 내열강 섬유 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질량%로 Cr: 14~20%, Al: 3~6%, 잔부 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 제조하는 단계와, 상기 합금 용탕을 노즐을 통해 수냉 중인 냉각 휠의 표면으로 분사하여 내열강 섬유를 제조하는 단계를 포함하되, 내열강 섬유의 두께는 합금 용탕의 온도, 냉각 휠의 회전속도 및 노즐과 휠이 이루는 간격에 의해 제어되고, 내열강 섬유의 폭은 노즐의 직경에 의해 제어되는 내열강 섬유 제조방법을 제공한다.

Description

내열강 섬유 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HEAT RESISTING STEEL FIBER}

본 발명은 내열강 섬유 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내화물 보강용 내열강 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

고로 출선구의 캐스터블, 탈황용 임펠러, 레이들 또는 턴디쉬의 축조 시, 캐스터블이나 내화 블록과 같은 고온 내화물을 사용한다. 이러한 고온 내화물은 제작 및 건조 과정에서 미세한 균열이 발생할 확률이 있고, 온도 이력에 따라 내화물 표면에 탈락(spalling) 현상이나 내부 균열 또는 폭열 등이 발생할 확률이 있다.

따라서, 고온 내화물의 내, 외부에 발생한 균열을 방지하기 위해 고온 내화물 제조 시 섬유 형태의 내열강을 보강하는 작업을 거친다. 일반적으로 보강용 내열강으로 Fe-Al-Cr계가 사용된다.

그러나, 상기와 같이 Al이 함유된 내열강은 연속 주조 시 노즐 부분을 막히게 하므로 잉곳 주조만이 가능한 단점이 있다. 그리고, Fe-Al-Cr은 상온에서 취성을 나타내는 페라이트계 스테인리스로서, 생산된 잉곳의 압연, 그라인딩 등 후속 작업을 온간 상태에서 실시해야 하는 제약이 존재한다. 게다가, Fe-Al-Cr의 섬유화 공정 또한 합금 용탕, 잉곳 제조, 분괴 압연, 빌렛 가열, 열간 선재가공, 냉간 선재가공 및 섬유화로 과다하고 복잡한 공정을 거쳐 생산해야 하는 불편함이 존재한다.

본 발명은 급속 냉각방법 및 각종 제조 조건을 제어하여 합금 용탕으로부터 바로 섬유화가 가능한 내열강 섬유 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 질량%로 Cr: 14~20%, Al: 3~6%, 잔부 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 제조하는 단계; 상기 합금 용탕을 노즐을 통해 수냉 중인 냉각 휠의 표면으로 분사하여 내열강 섬유를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 내열강 섬유의 두께는 상기 합금 용탕의 온도, 상기 냉각 휠의 회전속도 및 상기 노즐과 상기 냉각 휠이 이루는 간격에 의해 제어되고, 상기 내열강 섬유의 폭은 상기 노즐의 직경에 의해 제어되는 내열강 섬유 제조방법이 제공된다.

이 때, 상기 합금 용탕의 온도는 1250 내지 1350℃일 수 있다.

이 때, 상기 냉각 휠의 회전속도는 20 내지 30m/s일 수 있다.

이 때, 상기 노즐과 상기 휠이 이루는 간격은 0.2 내지 1.0mm일 수 있다.

이 때, 상기 노즐의 직경은 상기 내열강 섬유의 폭의 1.2 내지 1.3배일 수 있다.

이 때, 상기 내열강 섬유의 두께는 0.05 내지 0.1mm이고 폭은 1.0 내지 2mm일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 방법에 따라 제조된 내열강 섬유가 제공된다.

본 발명은 용탕으로부터 급속 냉각방법을 거쳐 바로 내열강 섬유가 제조 가능한 바, 기존 내열강 섬유 제조 공정과 비교할 때 공정 효율이 우수하다.

본 발명은 상기 합금 용탕의 온도, 냉각 휠의 회전속도 및 노즐과 냉각 휠이 이루는 간격에 의해 내열강 섬유의 두께를, 노즐의 직경에 의해 내열강 섬유의 폭을 각각 조절할 수 있는 바, 원하는 두께와 폭을 구비한 내열강 섬유의 제조가 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 0.06mm의 두께를 갖는 내열강 섬유의 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 0.05mm의 두께를 갖는 내열강 섬유의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내열강 섬유를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내열강 섬유 제조방법은 질량%로 Cr: 14~20%, Al: 3~6%, 잔부 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 제조하는 단계 및 상기 합금 용탕을 노즐을 통해 수냉 중인 냉각 휠의 표면으로 분사하여 내열강 섬유를 제조하는 단계를 포함한다.

먼저, 이하에서는 상기 합금 용탕의 각 원소 함량을 한정하는 이유에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에서는 합금 용탕이 Cr을 14 내지 20중량% 포함하는데, Cr은 강 내 페라이트 안정화 원소로서, 12중량%이상이 첨가되면 페라이트계 스테인리스 강이 된다. 이보다 작은 양의 Cr이 첨가된 오스테나이트계 Fe-Cr계 스테인리스 강은 페라이트계 스테인리스 강에 비해 고온강도와 가공성은 우수하지만 고온에서 상대적으로 높은 열팽창계수와 열변형 특성을 나타내기 때문에 내열강 섬유로서는 부적합하다.

이에 비해 페라이트계 Fe-Cr합금은 상대적으로 우수한 고온 내산화성과 고저항 및 낮은 열팽창계수를 가지게 된다. 그러나, 다량의 Cr이 첨가된 경우에는 급격한 가공성의 저하가 일어나기 때문에 적정의 Cr첨가가 중요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 Cr의 첨가량을 14중량% 이상 30중량%이하의 범위로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 합금 용탕이 Al을 3 내지 6중량% 포함하는데, Al은 강 내부에서 Al2O3 피막을 형성시켜 내열성과 내식성을 크게 향상시킨다. 특히, Fe-Cr계 합금에서는 미량의 Al첨가만으로도 손쉽게 Al2O3 피막을 형성시킬 수 있고, 첨가량이 증가함에 따라 내부식성도 향상된다.

그러나, Al2O3 피막은 기지와 열팽창계수의 차이에 의해 기지와 피막의 경계에서 잔류응력이 발생되어 가공시 크랙발생을 용이하게 하기 때문에 다량의 Al이 첨가될 경우에는 주조성과 가공성이 크게 저하되므로 적정량의 첨가가 중요하다. 따라서, 적정의 첨가량이 중요하며 본 발명의 실시예에서는 Al의 첨가량을 3 내지 6 중량%으로 제한한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 내열강 섬유 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

상기와 같은 조성으로 제조된 합금 용탕은 도가니 일측에 설치된 노즐을 통해 수냉 중인 냉각 휠의 표면으로 분사될 수 있다. 이 때, 합금 용탕을 통해 분사된 합금 용탕은 냉각 휠과 접촉하여 섬유의 형태로 냉각될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열강 제조방법은 상기 내열강 섬유의 두께가 상기 합금 용탕의 온도, 상기 냉각 휠의 회전속도 및 상기 노즐과 상기 휠이 이루는 간격에 의해 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 노즐을 통해 합금 용탕 분사 직전의 합금 용탕 온도는 1250 내지 1350℃으로 제어될 수 있다. 상기 분사 직전 합금 용탕 온도가 1250℃ 미만이면 합금 용탕 내 Al의 존재로 인한 용탕 노즐의 막힘 현상이 발생한다. 또한, 상기 분사 직전 합금 용탕 온도가 1350℃을 초과하면 상기 용탕이 필요 이상으로 과토출되어 내열강을 섬유 형상으로 제조하기 어렵다. 따라서, 합금 용탕 분사 직전의 합금 용탕 온도는 1250 내지 1350℃으로 한정된다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 냉각 휠의 회전속도는 20 내지 30m/s로 제어될 수 있다. 냉각 휠의 회전 속도가 20m/s 미만이면 노즐을 통해 분사된 합금 용탕의 두께가 과도하게 두꺼워져 냉각 휠 표면에서 부러질 수 있고, 냉각 휠 회전 속도가 30m/s를 초과하면 합금 용탕이 냉각 휠 표면으로부터 튀는 현상이 급증하여 내열강의 수율이 감소하고 노즐부의 막힘 현상을 야기할 수 있다. 따라서, 냉각 휠의 회전 속도는 20 내지 30m/s로 한정된다.

본 발명의 일 실시예에서 노즐 배출부 끝단과 냉각 휠 표면이 이루는 간격은 0.2 내지 1.0mm로 제어될 수 있다. 노즐과 냉각 휠 표면의 간격이 0.2mm보다 작으면 내열강 섬유의 두께 제어가 어렵고 노즐부가 막히기 쉬우며, 노즐과 냉각 휠 표면 간격이 1.0mm보다 크면 내열강 섬유의 두께가 과도하게 두꺼워지므로 냉각 휠 표면에서 냉각될 때 부러지기 쉽다. 따라서, 노즐 배출부 끝단과 냉각 휠 표면이 이루는 간격은 0.2 내지 1.0mm로 한정한다.

한편, 상기 내열강 섬유의 폭은 상기 노즐의 직경에 의해 제어될 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 노즐 배출부에 형성된 홀의 직경이 상기 제조되는 내열강 섬유 폭의 1.2 내지 1.3배일 수 있다. 노즐 배출부 홀의 직경이 내열강 섬유 폭의 1.2배 미만이면 노즐의 순차적 막힘 발생으로 의도한 폭보다 더욱 작은 폭이 생성될 수 있고, 내열강 섬유 폭이 1.3배를 초과하면 용탕이 과도하게 토출되므로 상기 합금 용탕을 섬유의 형태로 제조하기 어렵다. 따라서, 상기 노즐 배출부에 형성된 홀의 직경이 상기 제조되는 내열강 섬유 폭의 1.2 내지 1.3배로 한정한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 0.06mm 두께의 Fe-14Cr-3.6Al 내열강 섬유의 확대 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 0.05mm 두께의 Fe-14Cr-3.6Al 내열강 섬유의 확대 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열강 섬유는 노즐로부터 냉각 휠로 배출된 합금 용탕의 접촉부가 냉각 휠인지 공기인지에 따라 미세 조직의 구조가 다르게 형성될 수 있다. 이 때, 공기 측(Air Side)과 접촉하여 공랭이 이루어진 부분은 비교적 치밀한 입자가, 냉각 휠측(Wheel Side)과 접촉하여 수랭이 이루어진 부분은 공기 측에 비해 비교적 조대한 결정립이 형성됨을 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 내열강 섬유를 나타낸 도면이다

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 내열강 섬유 제조방법에 의해 내열강 섬유가 제조된다. 이 때, 내열강 섬유는 도 3에 도시된 바와 같이 두께가 0.05 내지 0.1mm로, 폭이 1.0 내지 2mm로 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열강 섬유 제조방법은 합금 용탕 제조 공정, 잉곳 제조 공정, 분괴 압연 공정, 빌렛 가열 공정, 열간 선재가공 공정, 냉간 선재가공 공정 및 섬유화 공정으로 이어지는 내열강 섬유 제조 공정을 합금 용탕 제조 공정 및 급속 냉각 공정만으로 달성할 수 있어 공정효율 및 공정비가 크게 개선되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 내열강 섬유 제조방법은 선재의 압연공정을 거치지 않고도 합금 용탕의 온도, 냉각 휠의 회전속도, 노즐과 상기 휠이 이루는 간격이나 노즐의 직경을 제어하여 두께 0.05 내지 0.1mm, 폭 1.0 내지 2mm인 내열강 섬유를 제조할 수 있다.

이상에서 본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (8)

1. 질량%로 Cr: 14~20%, Al: 3~6%, 잔부 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 제조하는 단계;
   상기 합금 용탕을 노즐을 통해 수냉 중인 냉각 휠의 표면으로 분사하여 내열강 섬유를 제조하는 단계를 포함하되,
   상기 내열강 섬유의 두께는 상기 합금 용탕의 온도, 상기 냉각 휠의 회전속도 및 상기 노즐과 상기 휠이 이루는 간격에 의해 제어되고,
   상기 합금 용탕의 온도는 1250 내지 1350℃이며,
   상기 내열강 섬유의 폭은 상기 노즐의 직경에 의해 제어되는 내열강 섬유 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 휠의 회전속도는 20 내지 30m/s인 내열강 섬유 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 노즐과 상기 휠이 이루는 간격은 0.2 내지 1.0mm인 내열강 섬유 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 노즐의 직경은 상기 내열강 섬유의 폭의 1.2 내지 1.3배인 내열강 섬유 제조방법.
6. 제 1항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내열강 섬유의 두께는 0.05 내지 0.1mm이고 폭은 1.0 내지 2mm인 내열강 섬유 제조방법.
7. 제1항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 내열강 섬유.
8. 제6항에 따른 제조방법에 의해 제조된 내열강 섬유.
   

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