KR101678890B1 - 콜로이달 실리카를 포함하는 슬래그 다트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 정련공정에서 용광로, 고로, 전로 및 레이들(Ladle) 정련후 용탕을 출탕하는 과정 중, 출탕말기에 상층의 슬래그(Slag) 유출을 방지하기 위해서 사용하는 슬래그 다트에 관한 것으로, 용광로, 고로, 전로 및 레이들 내에 투입되는 슬래그 다트에 콜로이달 실리카의 결합재를 사용하여 슬래그 다트를 제조함으로써, 다트로서 요구되는 내화성 및 높은 하중연화온도(T)를 가지는 물성이 우수한 다트를 제조함으로써 다트의 용손 및 파손에 따른 용강의 품질향상과 원가를 절감시키는 것을 특징으로 한다.

Description

콜로이달 실리카를 포함하는 슬래그 다트{Slag dart including colloidal silica}

본 발명은 제강 정련공정에서 출탕 중 슬래그 혼입방지를 위해서 사용하는 슬래그 다트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 내화성 및 높은 하중연화온도(T)를 가지는 내화물을 포함하는 슬래그 다트에 관한 것이다.

본 발명은 제강 정련공정에서 용광로, 고로 및 전로의 출탕 작업중 슬래그 혼입방지를 위해서 사용하는 슬래그 다트에 관한 것으로, 도 1은 일반적인 전로의 출강 작업을 나타내는 단면도로서, 제강공정에서 용강을 생산할 때는 용선이나 고철을 전로(10), 용광로 및 전기로에서 1차로 정련을 하고, 이 용강을 수강 래들(20)로 옮겨 2차로 정련을 실시하게 된다.

1차 정련이 종료되면, 전로(10)를 경동시켜 상기 전로(10)의 측벽에 설치된 출강구(11)를 통하여 용강을 래들(20)로 옮기는 공정이 수행되는데, 이 공정에서 전로(10) 내의 용강 상부에 부유하던 슬래그(S)가 래들(20)로 유입되어 철강의 품질을 저하시킨다.

상기 슬래그(S)는 FeO, Al₂O₃, CaO, MgO, P₂O₅ 및 SiO₂와 같은 산화물을 함유하고 있기 때문에, 상기 슬래그(S)가 출강구(11)를 통하여 래들(20)로 유입되면 슬래그(S) 내의 인(P) 등의 성분이 용강으로 복인되어 용강의 품질 이상이 발생하고, 유해한 게재물이 용강에 혼입됨으로써 압연공정의 품질 이상이 발생한다. 또한, 탈산제 및 합금철의 실수율을 감소시키며, 전로 내 용강의 실수율도 감소한다.

따라서 전로(10)에서 래들(20)로의 출강 작업시 슬래그(S)의 혼입을 효과적으로 차단하기 위하여 일반적으로 용강과 슬래그의 중간 비중을 갖는 슬래그 차단 다트(30)가 사용된다. 상기 슬래그 차단 다트(30)는 출강 말기에 전로(10) 내에 투입되어 슬래그(S)가 래들(20)로 유입되기 전에 전로의 출강구(11)를 폐쇄함으로써 슬래그 (S)의 혼입을 차단한다.

일반적으로 슬래그 혼입을 방지하기 위해 슬래그 다트는 다음의 조건을 만족하여야 한다.

1) 비중이 용강(약7.0)보다 작고, 슬래그(2.5∼3.0)보다 커야 한다.

2) 고온의 용강 및 슬래그가 존재하는 조건에서 용융되지 않고 견뎌야 하므로 내화재의 융점이 높아야 한다.

3) 운반이나 취급이 용이하도록 강도가 높고 상온상태에서 순식간에 고온영역으로 투입되어야 하므로 열충격에 강해야 한다.

4) 고온의 슬래그와 접촉하고 있으므로 내화재 자체가 내침식성이 우수하여야 한다.

그런데 종래의 다트의 경우 하중연화온도(T)(내화물을 일정한 하중 아래에서 가열해 갈 때 소정의 연화, 압축 정도에 달하는 온도)가 전로의 조업 조건에서 다트가 용손되거나 파손되어 슬래그 차단 기능을 제대로 수행하지 못하고 조업 손실이 발생하는 사례가 발생하였다.

대한민국 공개특허 제2003-1132호 대한민국 등록특허 제1058394호

본 발명은 개선된 물성을 가지는 슬래그 다트를 제공한다.

또한 본 발명은 조업 여건의 변동시에도 우수한 성능을 보장할 수 있는 슬래그 다트를 제공한다.

본 발명은 결합재로 콜로이달 실리카를 포함하는 내화물로 슬래그 다트를 제조함으로써 하중연화온도(T)가 1,550℃ 이상인 슬래그 다트를 제공하는 것이다. 즉, 용기 내에 용강을 출강하는 작업시 상기 용기의 출강구를 차단하고 폐쇄하는 다트 헤드와 상기 헤드의 상측과 하측으로 각각 파지부 및 안내부를 포함하는 내화물을 이용한 슬래그 다트에 있어서, 상기 내화물은 10mm이하의 크기를 가지는 뮬라이트, 10mm이하의 크기를 가지는 용융 알루미나, 결합재로 콜로이달 실리카, 보크사이트 및 폐내화물 중에서 1종 이상을 선택한 것으로 이루어지도록 하되,상기 뮬라이트는 25 내지 65 중량%, 용융 알루미나는 27 내지 65 중량%, 콜로이달 실리카(liquid) 7 내지 10 중량%, 보크사이트 및 폐내화물 중 1종 이상을 1 내지 20중량%로 하고, 상기 결합재인 콜로이달 실리카는 입자크기가 1~100nm인 콜로이드성 실리카 입자가 물에 15 내지 45 중량%가 분산되어 있는 것을 선택하여 다트의 하중 연화온도가 1,550℃ 이상인 것을 특징으로 하는 슬래그 다트를 제공하는 것이다.

종래의 슬래그 다트에 사용되는 내화물은 뮬라이트, 용융 알루미나 및 결합재로 Al₂O₃계 시멘트, 분말의 실리게이트 등을 사용하고 하고 있으나, 상기 종래의 결합제를 사용한 다트는 하중연화온도(T)가 1,330 내지 1,480℃에 불과한 것으로 고온의 용광과 슬래그에 의한 화학적 반응이 빠르게 진행되어 슬래그 유출 방지 기능이 저하는 되는 것으로 다트의 하중연화온도(T)가 1,550℃ 이상의 성능을 가진 다트의 필요성이 대두되고 있다.

따라서 슬래그 다트의 성능을 보장할 수 있는 물성을 개발하여 다트의 안정적인 사용성능을 확보하는 것이 시급하다.

본 발명의 실시예에 따르면 성능을 보장할 수 있는 물성이 확보된 다트를 사용함으로써, 고온의 작업 조건에서도 다트가 용손되거나 파손되지 않고 안정성 있게 전로의 출강구를 차단 및 폐쇄시킬 수 있으며, 다트의 출강구 막힘 적중률을 향상시킬 수 있다.

다트의 막힘 적중률 향상으로 전로에서 래들로 유입되는 슬래그의 양을 감소시켜, 용강의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 전로의 출강 작업을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 일반적인 슬래그 다트의 사시도이다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬래그 다트는 용강 상에 뜰 수 있도록 용강보다 작은 비중을 가지고, 슬래그 비중(2.5~3.0)보다는 큰 비중을 가지며, 용기 내 용강을 출강하는 작업시에 상기 용기의 출강구를 차단하고 폐쇄하는 다트 헤드와 상기 헤드의 상측과 하측으로 각각 파지부, 및 안내부로 이루어지며, 용기 내 용강을 출강하는 작업시에 상기 용기의 출강구를 차단하고 폐쇄하는 다트 헤드와 상기 출강구에 삽입되어 상기 다트 헤드의 출강 폐쇄를 안내하는 안내부로 이루어진다.

상기 헤드는 그 형태에 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 원형, 타원형 또는 팽이 형태이다.

본 발명에 사용되는 내화물은 헤드, 파지부 및 안내부의 제조에 모두 포함될 수 있다.

상기 내화물에는 뮬라이트, 용융 알루미나, 결합재로 콜로이달 실리카(liquid)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 내화물에는 보크사이트 및/또는 폐내화물이 더 포함될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도1에 나타내었듯이, 전로(10)에서 출강 작업시 슬래그(S)의 혼입을 방지하도록 전로(10) 내에 투입되어 출강구(11)를 차단하는 슬래그 다트(30)는 출강구(11)를 폐쇄하는 다트 헤드(31)와 출강구(11)에 삽입되어 상기 다트 헤드(31)의 출강구(11) 폐쇄를 안내하는 안내부(32)를 포함한다.

전로 출강시 슬래그는 출강 중기 50~60%, 출강 말기 20~30%의 비율로 유출되고, 이를 차단하기 위하여 상기 슬래그 다트(30)가 출강 중기에 전로 내에 투입된다.

상기 슬래그 다트는 용강 내에서 4~10분 동안 변형되거나 용손되지 않고 형상을 유지하여야 하며, 슬래그(S)의 유출보다 먼저 출강구(11)를 폐쇄하여야 한다.

전로에 투입된 슬래그 차단 다트(30)는 1550~1800℃의 용강으로 투입되기 때문에 열적 충격에 견딜 수 있는 성능이 확보되어야 한다. 즉, 급격한 온도 변화에도 균열되거나 변형되지 않아야 한다. 그러나 종래의 슬래그 다트의 경우 이러한 조건의 성능을 확보하기 어려움이 있었다.

따라서, 종래에는 비중과 내화도로 슬래그 차단 다트의 규격을 정하였으나, 실제 조업에서 다트의 출강구(11) 막힘 적중률은 90% 이하 수준이며, 불량을 제외하고도 다트의 용손에 의하여 슬래그가 유출되는 사례가 빈번하게 발생하였다.

하중 연화온도는 내화물을 일정한 하중 아래에서 가열할 때, 소정의 연화, 압축 정도에 달하는 온도를 말하는 것으로, 전로에서 슬래그 다트는 용강의 하중 아래에서 고온의 영향을 받는 점을 고려하여 상기 슬래그 다트는 하중 연화온도가 1,550℃이상인 재질로 구성될 때, 다트가 용손되지 않을 확률, 즉 가장 높은 다트 적중률을 갖는 것으로 나타났고, 하중연화온도(T)가 일정수준 이하로 낮으면 고온 용강과 슬래그에 의한 화학적인 반응이 빠르게 진행되어 슬래그 유출 방지 기능이 저하된다.

본 발명의 일 실시예에서는 다트의 성능을 보장할 수 있는 새로운 물성을 가진 슬래그 다트를 제공하는 것이다.

따라서 본 발명의 일 실시예에서는 슬래그 다트의 성능을 확보할 수 있는 물성으로 하중연화온도(T)가 1,550℃이상인 재질의 내화물 성분으로 이루어진 슬래그 다트를 제조하는 것이다.

또한 상기 다트 헤드의 중심부에는 비중 조절재가 배치될 수 있다.

본 발명에 사용되는 내화물은 뮬라이트 25 내지 66 중량%, 용융 알루미나 27 내지 65 중량%를 포함하고, 결합재로 콜로이달 실리카(liquid) 5 내지 15 중량%를 포함하는 것이다. 여기서 콜로이달 실리카(liquid)는 7 내지 10 중량%로 하는 것이 바람직하다.

삭제

상기 콜로이달 실리카(liquid)는 입자크기가 1~100nm인 콜로이드성 실리카 입자가 물에 5 내지 60 중량% 분산되어 있고, 바람직하게는 물에 10 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 15 내지 45 중량%가 분산되어 있는 것이 바람직하다.

상기 뮬라이트는 통상적인 내화성원료에 사용되는 것이면, 어느 것이나 관계가 없이 사용이 가능하고, 상기 내화물에는 25 내지 66 중량%로 포함되고, 20mm이하의 크기를 가지며, 더욱 바람직하게는 10mm이하의 크기를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 용융 알루미나는 통상적인 내화성원료에 사용되는 것이면, 어느 것이나 관계가 없이 사용이 가능하며, 상기 내화물에는 27 내지 65 중량%로 포함되고, 20mm이하의 크기를 가지며, 더욱 바람직하게는 10mm이하의 크기를 사용하는 것이 바람직하고, 백색 또는 갈색 용융 알루미나를 사용할 수 있으며, 상기 백색 용융 알루미나는 95~99%의 순도를 가지는 것이 바람직하고, 갈색 용융 알루미나는 70~95%의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 내화물에는 보크사이트, 래들 유입재 또는 용해로 폐내화물 중에서 1종 이상을 선택적으로 더 포함할 수 있으나, 그 중량%는 20중량%를 넘지 않는 범위로 하는 것이 바람직한데, 상기 폐내화물 등을 10 내지 50 중량% 또는 18 내지 42중량%로 혼합할 수 있다. 이 경우 폐내화물 등의 중량%는 용융알루미나 및 뮬라이트의 혼합물 100중량%에 대한 중량% 즉, 뮬라이트 및 용융 알루미나의 혼합물 총령대비 중량%인 것이다.

삭제

그리고 상기 보크사이트는 통상적인 내화성원료에 사용되는 것이면, 어느 것이나 관계가 없고, 폐내화물은 제강공정, 비철금속 야금 및 세멘트 제조공정에서 생성된 폐내화물로 하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

다음 표 1의 실시예 및 비교예에서 뮬라이트, 보크사이트 및/또는 폐내화물, 용융 알루미나는 10mm이하를 사용하였으며, 백색 용융 알루미나 또는 갈색 용융 알루미나를 사용하였다.

실시예에 사용된 결합재는 콜로이달 실리카(liquid)를 사용하였고, 비교예에는 종래에 사용되는 결합재로 Al₂O₃계 cement 또는 분말의 실리케이트를 사용하였다.

하중연화점은 한국산업표준(KS)에 의한 내화물의 하중 연화점 시험방법(KS L3119)에 의해 측정되었다.

단위는 중량%로 표기하였다.

구분		실시예			비교예-				비교예-
결합재		콜로이달 실리카			Al2O3계cement				실리케이트
내 화 물 조 성 물	용융알루미나	65	27	35	55	50	50	60	50	52	60
	뮬라이트	25	66	35	23	25	32	25	30	32	29
	보크사이트 및/또는 폐내화물			20
	콜로이달실리카 (liquid)	10	7	10
	Al2O3계cement				12	15	8	5
	실리케이트								10	7	3
	수분(H2O)				10	10	10	10	5	5	5
	액상규산나트륨(물유리,점결재,liquid)								5	4	3
하중연화온도(T),(℃)		1,600	1,600	1,600	1,450	1,430	1,460	1,470	1,330	1,340	1,360

상기 비교예-Ⅰ 및 비교예-Ⅱ는 종래에 사용되는 결합재로 Al₂O₃계 cement 및 분말의 실리케이트를 사용한 것이고, 실시예에 사용되는 결합재는 콜로이달 실리카(liquid)를 사용한 것으로, 상기 비교예-Ⅱ에서는 하중연화온도(T)가 1,330 내지 1,360℃로 측정되었고, 비교예-Ⅰ에서는 하중연화온도(T)가 1,430 내지 1,480℃로 측정되었으며, 상기 실시예에서는 하중연화온도(T)가 1,600℃ 이상으로 측정되었다.(하중연화점을 측정하는 장비의 측정온도 한계가 1,600℃ 임)

또한 장비의 측정온도 한계가 1,600℃임을 감안할 때, 실시예에서 콜로이달 실리카 결합재를 사용한 내화물의 하중연화온도(T)가 1,600℃ 이상의 물성이 보임으로써 슬래그 다트로서 요구되는 물성이 향상된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 다트는 하중연화온도(T)가 1,600℃ 이상인 물성으로 종래의 슬래그 다트의 하중연화온도(T) 1,330 내지 1,480℃ 보다 우수한 것으로 본 발명의 슬래그 다트는 물성 하중연화온도(T)가 1,550℃이상 물성의 요구조건이 충족되는 재질로 이루어진 것으로 고온의 작업 조건에서도 다트가 용손되거나 파손되지 않고 안정성 있게 전로의 출강구를 차단 및 폐쇄시킬 수 있으며, 다트의 출강구 막힘 적중률을 향상시킬 수 있고, 실제 조업 환경에서 90%에 미치지 못했던 다트의 적중률이 100%에 가깝게 향상시키는 것으로 나타났다.

본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 전로
11 : 출강구
20 : 래들
30 : 다트
31 : 다트 헤드
32 : 안내부
33 : 파지부
M : 용강
S : 슬래그

Claims (9)

1. 용기 내에 용강을 출강하는 작업시 상기 용기의 출강구를 차단하고 폐쇄하는 다트 헤드와 상기 헤드의 상측과 하측으로 각각 파지부 및 안내부를 포함하는 내화물을 이용한 슬래그 다트에 있어서,
   상기 내화물은 10mm이하의 크기를 가지는 뮬라이트, 10mm이하의 크기를 가지는 용융 알루미나, 결합재로 콜로이달 실리카, 보크사이트 및 폐내화물 중에서 1종 이상을 선택한 것으로 이루어지도록 하되,
   상기 뮬라이트는 25 내지 65 중량%, 용융 알루미나는 27 내지 65 중량%, 콜로이달 실리카(liquid) 7 내지 10 중량%, 보크사이트 및 폐내화물 중 1종 이상을 1 내지 20중량%로 하고,
   상기 결합재인 콜로이달 실리카는 입자크기가 1~100nm인 콜로이드성 실리카 입자가 물에 15 내지 45 중량%가 분산되어 있는 것을 선택하여 다트의 하중 연화온도가 1,550℃ 이상인 것을 특징으로 하는 콜로이달 실리카를 포함하는 슬래그 다트.
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