KR102061806B1 - Rh 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재 - Google Patents

Abstract

RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재가 제공된다.
본 발명은, 중량%로, 알루미나 30~80%와 마그네시아 20~70%를 포함하는 조성을 주원료로 하고, 상기 주원료 100 중량부에 대하여, 마이크로 실리카 1~3 중량부, 분규 복합계 바인더 3 중량부 이하로 추가로 함유하는 RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재에 관한 것이다.

Description

RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재{Thermal spray materials for Flange repair of RH Snorkel}

본 발명은 RH 침적관 플랜지 보수가 가능한 열간 스프레이 보수재에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제강의 대표적 정련설비인 RH(진공탈가스) 설비의 조업 가혹화에 의한 수명 안정화를 위해 주요 neck 부위인 환류관과 침적관 연결 플랜지부 및 내장 연와 등의 부분 보수가 가능하도록 하는 고내용성 RH 스프레이 보수재에 관한 것이다.

RH는 제강의 대표적인 정련 설비로서 용강 내 불순물 제거를 통한 고급강 생산을 위해 필요한 필수 설비로서 조업중 내장 연와 및 캐스타블 손상 발생시 신속한 보수가 요구된다. 현재 RH 보수방법은 열간 압입 시공 및 스프레이(spray) 보수법이 사용되고 있다. 열간 압입 시공은 산 중성 캐스타블을 침적관 내부로 압입시켜 내장연와 표면의 손상된 부위를 보수하는 방법으로, 시공 후 내마모성이 우수한 장점이 있으나 조업중에는 보수가 불가한 단점이 있다.

스프레이 시공법은 가장 대표적인 RH 보수 방법으로 입도 조정된 경화제를 포함한 재료를 고압 공기로 압송하고, 노즐 선단에서 물을 첨가하여 시공체에 시공하는 방법으로서 시공 기기가 단순하고 유지도 간편하여 T/D를 제외한 철강제조 설비 보수시 많이 사용되고 있다.

상기 RH 스프레이(Spray)는 Dry type이 많이 사용되는데, 노즐 선단에서 원료와 수분을 혼합하기 때문에 원료와 수분의 혼합시간이 적어 비산 발생과 Rebound loss, 층 분리 등의 시공성 저하되는 단점이 있다. 종래 Dry Type Spray는 바인더로서 분규계 및 인산계를 사용한 것이 대부분이지만, 저융점 화합물 생성에 의한 내침식성 저하 문제가 있다. 따라서 현재는 분규계 및 인산계를 혼합하여 사용되고 있으며, 시공 환경을 고려한 Wet type spray도 일부 사용중에 있다

기존의 RH 스프레이(Spray)는 침적관 외부 및 하부 캐스타블부가 보수 부위였으나, 주요 neck 부위인 환류관 및 침적관 플랜지부에 대한 보수 효과는 미비하였으며, Spray 재질 개선 및 보수방안에 대해 지속적으로 제강사의 요구가 계속되어 오고 있다.

현재 사용중인 스프레이 재료는 해수 및 소성 마그네시아를 주원료로 하는 열간 급경화 재질로서, 열간 급소결 및 내침식성이 우수한 장점이 있으나 플랜지 부위 수명은 1ch 이하로 보수 효과가 미비하여 플랜지 전용 보수를 위해 용사 보수재를 사용하고 있다. 그런데 용사 보수재는 분말 재료를 고온으로 녹여 플랜지를 보수하는 방법으로, 플랜지 수명이 3ch 이상으로 보수효과가 우수하나 전용 시공설비가 필요하며, 20~30분의 추가 시공시간이 소요되어 직결화, 연속조업 등의 제강 생산성 향상을 저하하는 문제가 있다. 또한 일부 RH 설비에서만 가동되어 용사 보수기 미 보유 설비에 대해서는 플랜지 보수 대책이 필요한 상항이다.

현재 지속적으로 RH 설비 수명 향상을 위한 연구를 진행중이며, 이를 위해 주요 neck 부위인 플랜지부 수명 향상이 우선적으로 해결되어야 한다. 이에 기존 Spray 시공기를 사용하면서도 플랜지 보수 효과를 용사 보수재 수준으로 향상시킬 수 있는 용사재 대응 스프레이 재료의 개발이 대두 되고 있다.

대한민국 특허출원 10-2006-0129019(2006.12.15출원)

따라서 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스프레이 재료의 기본 특성인 열간 부착율 향상을 위해 신규 복합계 바인더를 적용하고, 스프레이 시공 후 온도인 1000℃ 중온 영역의 초기 강도 확보 및 과소결에 의한 시공 벽돌과의 탈락 방지를 위해 Spinel 형성을 유도하여 플랜지 수명을 향상시켜 최종적으로 RH 설비 사용수명을 증가시킬 수 있는 RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, 알루미나 30~80%와 마그네시아 20~70%를 포함하는 조성을 주원료로 하고, 상기 주원료 100 중량부에 대하여, 마이크로 실리카 1~3 중량부, 분규 복합계 바인더 3 중량부 이하로 추가로 함유하는 RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재에 관한 것이다.

상기 주원료는 알루미나를 50~80중량% 범위로 함유함이 바람직하다.

상기 알루미나는 자체 중량%로, 전융 알루미나 50~70중량%와 하소 알루미나 10~30중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 마그네시아는 합성원료인 해수 마그네시아와 소결 마그네시아로 이루어 질수 있다.

상기 보수재는 분규계 바인더 또는 점토류 바인더를 추가로 포함할 수도 있다

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 기존 Spray 기기를 사용하면서 용사 보수재 수준의 플랜지 보수효과가 가능한 장점이 있다. 또한 용사 보수재 대체에 따른 추가 시공시간 감소로 제강 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 신규 용사보수기 미설치에 따른 비용 절감 효과가 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 MgAl₂O₄의 스피넬 형성을 통한 Spray 보수재의 구조적 안정성 및 소결 수축 감소를 위해 알루미나와 마그네시아 원료를 적정 비율로 혼합하여 사용하였다. 이와 같이 조성된 Spray 보수재는 시공 후 조업 가동 초기 스피넬 형성으로 침적관 온도 변화에 대한 내스폴링성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 마그네시아 원료 특징인 내침식성을 동시에 확보할 수 있다. 또한 기존의 인산계 급경화 바인더에서 신규 복합계 바인더 시스템을 적용해 열간 부착율 향상도 꾀하였다.

즉, 본 발명의 RH 스프레이 보수재는, 중량%로, 알루미나 30~80%와 마그네시아 20~70%를 포함하는 조성을 주원료로 하고, 상기 주원료 100 중량부에 대하여, 마이크로 실리카를 1~3 중량부, 분규 복합계 바인더를 3 중량부 이하로 추가로 함유한다.

이하, 본 발명의 일측면에 따른 스프레이 보수재의 성분 구성 및 성분 함량 제한사유를 설명한다.

본 발명의 열간 스프레이 보수재는 주원료로서 알루미나와 마그네시아를 포함한다.

상기 알루미나는 산중성 내화물의 대표적 원료로서 내스폴링성 향상 및 구조적 안정성 확보를 위해 첨가되며 크게 전융 알루미나, 소결 알루미나 및 하소 알루미나의 3가지 종류가 사용될 수 있다.

알루미나와 마그네시아 원료의 이론적 스피넬은 약 70대30 중량%로 반응하는데, 알루미나는 융점이 약 2050℃로 마그네시아 융점 2800℃ 대비 저하되는 단점이 있어 이론적 스피넬 조성 이상으로 알루미나를 사용하지 않는다. 그러나 알루미나 함량이 낮을 경우 스피넬 반응이 저하될 소지가 있어 함량은 30~80중량% 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 50~80중량%로 제한하는 것이다.

또한 Spray 시공 초기 반응성을 향상시키면서 내침식성 확보를 위해 조,중립부는 알루미나 순도가 94~98% 이하인 전융 원료를, 미립부는 반응성 증대 및 Spray 시공성 측면을 고려해 알루미나 순도가 99% 이상인 하소 알루미나 사용이 필요하며, 각각의 함량은 전융알루미나 50~70중량% 하소 알루미나 10~30중량%로 사용함이 바람직하다.

상기 마그네시아는 대표적인 염기성 내화물 원료로 내화물의 내침식성을 향상 시키기며, 크게 전융 마그네시아, 해수 마그네시아 또는 소결 마그네시아 원료가 사용된다. 이중 가격이 저렴하면서 내침식성 및 소결특성이 우수한 마그네시아 순도가 90~93급인 소결 마그네시아를 스프레이 보수재 원료로 많이 사용중이다, 그러나 과다 함유하면 내스폴링성 저하 및 과다 소결에 의한 수축 탈락이 발생할 소지가 있어 원료의 함량은 스피넬 반응 및 내침식성 등을 고려해 20~70중량% 범위로 제한하는 것이 바람직하다. 소결 마그네시아 대비 고순도이면서 반응성이 우수한 마그네시아 순도가 95%급인 해수 마그네시아도 적용이 가능하다.

한편 본 발명의 플랜지 보수용 RH 스프레이 보수재는 상술한 알루미나 및 마네시아 원료 조성 이외에 첨가제로서 마이크로 실리카와 분규 복합계 바인더를 를 포함한다.

상기 마이크로 실리카는 스프레이 점도 향상을 통한 열간 부착율 향상 및 중온 소결강도를 증가시키는 역할을 한다. 이때, 마이크로 실리카 함량이 낮으면 spray 점도 하락에 의한 부착율 저하 및 중온강도가 저하되며, 과량 첨가시 수분량 증가에 의한 spray 폭열 증가 및 저융점 생성물에 의한 내침식성 저하가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 상기 마이크로 실리카는 상기 주원료 100 중량부에 대하여 1~3중량부 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 스프레이 보수재는 첨가제로서 분규계 복합바인더를 포함한다, 이러한 분규계 복합바인더는 기존 인산계 및 분규계 바인더의 특성을 모두 포함한 바인더로 기존 바인더 대비 첨가량 감소, 열간 강도 및 spray 수분폭 향상 등의 효과가 있다. 하지만 일정량 이상 사용시에는 바인더의 적용 효과가 저하되며 내침식성 저하 등의 문제점이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 분규계 복합바인더는 상기 주원료 100 중량부에 대하여 3중량부 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

기타, 본 발명의 플랜지 보수용 RH 스프레이 보수재는 시공성 향상을 위해 분규계 바인더 2 중량부 이하, 또는 점토류 바인더 1 중량부 이하를 추가로 포함할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성성분을 갖는 RH 스프레이 보수재 시편을 제조하였으며, 이후 각 시편들은 하기와 같은 방법으로 평가를 실시하였다. 주요 평가 요소인 열간곡강도와 침식성 중 열간곡강도는 시편을 800℃에서 1차 열처리한 후 1000℃에서 30분간 가열하여 강도값을 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 내침식성은 회전침식기를 사용하여 1650℃ 이상의 고온에서 슬래그와 철근을 30 분간 6회 반복 침식을 실시하여 최종결과를 하기 표 1과 같이 침식지수로 표현하였다. 이외 일부 시편에 대해서는 부착성 평가를 위해 Pilot 소형 spray 시공 기기를 이용해 최종 제품에 대한 시공특성을 검증하였다

한편 시편 제작에 사용된 주원료 및 바인더 중 알루미나는 알루미나 순도 94~99%, 소결 마그네시아는 마그네시아 순도 90~93%, 해수 마그네시아 순도 95%, 마이크로실리카는 실리카 순도가 94~97%급을 사용하였다.

구분	종래예		발명예
	1	2	1	2	3	4	5	6
알루미나			30	50	80	80	80	60
소결 마그네시아	100		70	50	20	20	20	40
해수 마그네시아		100
마이크로 실리카 94%	2	2
마이크로 실리카 96%			2	2	2	2	1.5	1.5
분규계 바인더	2	2	2	2	2	2	0.5	0.5
경화 바인더	2	2
인산계 바인더	2	2
점토	2	2					0.5	0.5
분규 복합계 바인더			1	1	1	3	1	1
열간곡강도(℃)	8	10	28	36	43	44	41	36
침식지수(망소)	100	87	85	105	138	144	115	108

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 발명예 1에서는 알루미나를 30중량%로 첨가하였을 때, 열간곡강도 및 내침식성이 향상되었음을 보이고 있다. 통상 알루미나 원료가 마그네시아 대비 내침식성 저하 효과를 가져오지만, 본 발명예 1은 회전침식 시편 표면이 매우 치밀한 조직층을 형성한 것으로 보아 알루미나 첨가량을 일정량 이하로 제어함으로써 내침식성 향상 효과가 있다는 것을 알 수 있다.

발명예 1-4로부터 알 수 있는 바와 같이, 알루미나 함량이 증가할수록 열간곡강도는 향상되었으나 50중량%를 넘어가면서 침식성이 현행품(비교예1) 대비 다소 저하되는 결과를 나타내었다. 그리고 발명예 4는 신규 분규 복합계 바인더 함량을 3중량%로 증가한 경우로서, 열간곡강도값 향상 효과 대비 내침식성이 증가하는 결과를 나타냄을 알 수 있다.

상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 알루미나 함량을 증가함에 따라 내침식성이 증가하였으나 본 발명에서 침식시험은 최대 3시간 실시한 결과로 실제 RH 1회 조업시의 가동시간이 15~30분임을 고려할 때, 열간강도 향상값을 고려하여 알루미나 함량을 30~80% 범위, 바람직하게는 50~80% 범위로 제어하는 것이 특성이 우수한 스프레이 보수재를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

한편, 상기 표 1의 발명예 5-6은 점토를 0.5 중량부 첨가한 경우로서, RH 침적관 플랜지 스프레이 보수재로 시공 결과, 하기 표2와 같이 플랜지부 스프레이 보수재의 수명은 2~3ch 이상 확보하였으며 부착율도 향상된 것을 알 수 있다. 특히, 알루미나를 60중량%로 사용한 발명예 6은 침식지수가 현행품 (종래예 1)에 근접하는 것을 알 수 있다.

구분	플랜지 스프레이 보수재 수명	부착율
비교예 1 보수재 시공	1ch≥	70%≤
발명예 5 보수재 시공	3ch≤	80%≤
발명예 6 보수재 시공	2ch≤	80%≤

*표 2에서 ch는 RH 조업 횟수

이상에서 본 발명의 실시예 및 발명예 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (5)

1. 중량%로, 알루미나 50~80%와 마그네시아 20~50%를 포함하는 조성을 주원료로 하고, 상기 주원료 100 중량부에 대하여, 마이크로 실리카 1~3 중량부, 분규 복합계 바인더 3 중량부 이하, 분규계 바인더 2 중량부 이하, 점토류 바인더 1 중량부 이하를 추가로 함유하는 RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 알루미나는 자체 중량%로, 전융 알루미나 50~80중량%와 하소 알루미나 10~30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 마그네시아는 합성원료인 해수 마그네시아와 소결 마그네시아로 이루어진 것을 특징으로 하는 RH 침적관 플랜지 보수용 열간 스프레이 보수재.
   
5. 삭제