KR20010048719A

KR20010048719A - 연속주조용 침지노즐

Info

Publication number: KR20010048719A
Application number: KR1019990053518A
Authority: KR
Inventors: 이학동
Original assignee: 한종웅; 조선내화 주식회사
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-15

Abstract

본 발명은 용강주조시 노즐의 내공을 통해 용강이 흐르는 동안 용강중에 현탁되어 있는 탈산제 성분인 알루미늄 또는 티타늄이 용강중의 산소와 반응하거나 침지노즐의 내공체중에서 생긴 CO 성분 등에 의해 반응된 알루미나 또는 티타니아에 의해 노즐 내경의 직경이 감소하는 막힘 현상을 방지하고 장시간 사용에도 견디는 연속주조용 침지노즐에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 100중량로서, 탄화규소(SiC)2∼10중량, 탄소(C)25∼40중량(구상흑연이 3∼15중량이고, 판상흑연이 10∼37중량)이고, 나머지는 알루미나(Al₂0₃)로 조성된 연속주조용 침지노즐에 관한 기술이다.

Description

연속주조용 침지노즐{digestion noggle for continous casting}

본 발명은 강의 연속주조시 사용되는 침지노즐에 관한 것으로, 특히 용강주조시 노즐의 내공을 통해 용강이 흐르는 동안 용강중에 현탁되어 있는 탈산제 성분인 알루미늄 또는 티타늄이 용강중의 산소와 반응하거나 침지노즐의 내공체중에서 생긴 CO 성분 등에 의해 반응된 알루미나 또는 티타니아에 의해 노즐 내경의 직경이 감소하는 막힘 현상을 방지하고 장시간 사용에도 견디는 연속주조용 침지노즐에 관한 것이다.

연속주조용 침지노즐은 강의 연속주조시 턴디쉬(Tundish)와 주형(Mold)사이사용되어 용강의 산화방지 및 용강의 와류방지에 의한 슬래그 혼입을 방지하여 주조된 주편의 품질 향상에 주요한 역활을 하게 된다.

침지노즐은 도 1과 같이 노즐본체(1) 및 몰드파우더 경계부위(3)와 내공벽면(2)으로 이루어진다. 이러한 침지노즐(4)은 그 사용 조건상 내열충격성,내마모성 , 내식성 등이 엄격히 요구된다.

이와 같은 요구를 만족하기 위해 침지노즐의 본체(1) 및 내공벽면(2)는 알루미나-카본-용융실리카-탄화규소계 재질이 주로 사용된다.

그러나 이러한 침지노즐은 알루미늄 킬드강(Aluminium Killed Steel)의 주조시 탈산제로 첨가된 알루미늄이 용강중의 산소나 내공벽면중의 SiO, CO가스에 의해 산화되어 알루미나의 비금속 개재물을 생성시키며, 이 알루미나가 노즐의 내공벽면과 토출구 주위에 부착되어 점차 퇴적함으로서 노즐의 내공 직경이 감소되고 이러한 현상이 심할 경우 내공 막힘 현상을 초래한다.

이러한 노즐 막힘 현상을 방지하기 위한 일환으로 노즐 내공벽면(2)에 지르코니아(ZrO₂)-칼시아(CaO)계 재질을 적용하여 내공 막힘 현상을 초래하는 개재물과반응시켜 씻겨 내려가게 하는 방법과 카본을 적용하지 않은 재질로 내공 재질을 구성하여 막힘 현상을 감소시키려는 시도가 진행중 이지만 큰 실효를 거두지 못하고 있다.

일반적으로 현재 널리 적용되고 있는 방법으로는 노즐 내공벽면을 통해 불활성 아르곤가스를 불어 넣는 방법이 시행되고 있으며, 이를 위해 내공벽면 재질을 변경하여 내공 부위 막힘 현상을 줄이려는 많은 실험들이 진해되고 있으나 아직까지는 현장 적용 측면에서 뚜렷한 효과를 나타내지 못하는 실정이다.

특히 최근에는 개재물의 부상 효과, 폐쇄 방지 목적외에 강의 품질 향상을 불활성 가스를 불어넣을 때의 배면압과 유량 관리가 더욱 필요하다.

한편 재료적인 측면을 볼때 침지노즐은 용강 투입시 급열에 따른 열충격에 대한 내스폴링성을 향상시키기 위해 알루미나, 탄소, 탄화규소 외에 용융실리카를 사용하게 된다.

그러나 이와 같은 재료는 고온하에서 장시간 사용하게 되면 내공벽면을 형성하고 있는 내화물중에 함유된 용융실리카와 탄소 성분간에 SiO₂+ C → SiO + CO의 반응이 일어나게 되고, SiO₂의 소실에 의한 조직의 열화가 생길뿐만 아니라 이때에 발생한 SiO와 CO 가스에 의해 용강 중의 알루미늄의 산화가 촉진되어 내공부에 알루미나가 부착, 퇴적(3SiO₂+ 2Al→Al₂O₃+ 3Si, Al + CO→Al₂O₃+ C)한다.

따라서 조직의 열화에 의한 배면압과 유량과의 특성치가 변화할 뿐만 아니라 내공벽면의 막힘 현상이 생겨 강의 품질 향상 및 장시간 사용에 지장을 주게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 내공벽면을 이루는 조성에 대하여 용융실리카를 사용하지 않음과 함께 판상흑연에 구상흑연을 적절히 배합한 알루미나-카본-탄화규소계 내화물로 조성함으로써, 내공벽면 부위에서 알루미나 개재물의 막힘 현상이 저감되고, 내스폴링성 및 내식성이 우수하며, 아르곤가스 배면압 변동율이 적는 등의 특성으로 주편의 품질 향상과 조업안정화에 기여 할 수 있는 고수명의 침지노즐을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 연속주조용 침지노즐의 구조를 나타낸 종단면도

도 2는 내침식성 시험시의 고주파유도로에 대한 개략 단면도

도 3은 열충격 시험에 따른 가열 및 수냉을 나타낸 상태도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 노즐본체, 2: 내공벽면

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 100중량로서, 탄화규소(SiC)2∼ 10중량, 탄소(C)25∼40중량(구상흑연이 3∼15중량이고, 나머지는 판상흑연)이고, 나머지는 알루미나(Al₂0₃)로 조성된 연속주조용 침지노즐로 구성된다.

본 발명은 침지노즐 전체에 대하여 용융실리카를 전혀 사용하지 않는 재질로 구성할 수 있으나 ,실제로 개재물 부착이 심화되는부위는 치지노즐의 내공벽면이기 때문에 내공벽면만을 용융실리카를 전혀 사용하지 않는 재질로 하여 내열충격성, 내식성, 배면압 저하를 방지할 수 있게 함이 바람직하다.

상기한 성분에서 탄화규소(SiC)는 내화물의 산화방지 및 내스폴링 향상에 기여하는 것으로, 산화방지는 SiC + 2O₂= SiO₂+ CO₂의 반응이 작용함으로서 어우어지고, 열간에서의 선팽창율이 적음에 따라 내스폴링성에 효과가 있는 것이다.

따라서 탄화규소의 사용량이 너무 적으면 상기 효과가 미약하고, 너무 많으면 산화방지 효과로 인해 생성된 SiO₂에 의해 알루미나 부착물 생성이 가중될 가능성이 있다.

본 발명은 단순히 용융실리카만을 첨가하지 않고 기존의 판상흑연만을 치환하여 적용할 경우에는 판상흑연이 갖는 원료 구조상의 고유한 열팽창계수의 차이(흑연입자내의 열팽창계수는 1×10^-6/℃인 반면, 흑연입자층간의 열팽창계수는 27×10^-6/℃이므로 구조의 이방성에 따른 큰 팽창율 차이를 나타냄)특성에 의해 내열충격성 및 내산화성이 저하된다.

따라서 본 발명에서는 탄소(C)를 25∼40중량사용하되 구조적인 열팽창성차이가 없는 특성을 갖는 고순도(C함량 99.8이상)로서 내산화성이 우수한 구상흑연 3∼15중량를 판상흑연 10∼37중량에 배합하여 사용한다.

이때 구상흑연 입자를 0.045∼0.3mm로 함이 더욱 바람직하다. 상기와 같은 구상흑연의 사용에 따라 내열충격성 및 내산화성의 특성을 향상시키는 것이다..

알루미나(Al₂O₃)는 사용량이 적으면 내식성 저하가 우려되며 너무 많으면 내스폴링성의 열화를 일으킨다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

표 1과 같이 조성한 원료를 성형, 소성하여 각각의 내공벽면체 시편을 제작하였다.

상대 침식지수를 시험함에 있어서는 도 2와 같이 고주파 유도로내의 용탕 (1500∼1550℃)안에 침적제(강+슬래그)를 투입한 후 기존재질의 침식율을 100으로 가정하여 각 시편의 침식율을 조사 하였다. 이때 침식제에 의한 침식 면적율을 계산하여 상대적 침식성을 비교한 것이다.

또한 상기 시편을 침지노즐에 조립후 도 3의 방법에 의해 LPG가스를 불어넣어 1500∼1550℃로 가열시킨 후 수냉처리하는 것을 3회 반복하여 열충격에 대한 내구성을 측정하였으며, 시험 전 후의 내공벽면체에 대한 기공율 등을 조사하였다.

	기 존 내공체	비교예	실시예	비교예
	기 존 내공체	1	2	1	2	3	3
성분(중량)	C	45	70	55	67	61	55	50
	SiC	25	-	-	-	-	-	-
	Al₂O₃	5	5	5	5	5	5	5
	SiO₂	25	25	40	25	25	25	25
	AlN	-	-	-	3	9	15	20
물 성	부피비중	2.22	2.62	2.45	2.61	2.53	2.47	2.43
	기공율()	19.0	17.5	18.0	18.3	18.5	18.7	21.5
	압축강도 (Kg/cm²)	180	280	250	270	280	250	190
	곡강도 (kg/cm²)	40	88	85	87	90	86	45
	상대침식 지수()	100	50	115	55	60	65	97
	열충격성	○	×	○	○	○	○	○
	열충격시험 후 기공율()	29.0	20.0	33.0	21.0	23.0	26.0	31.0
열충격시험⇒ ○: 양호(균열없음), ×: 불량(균열있음)

기존재질의 내공벽면체

표 1과 같이 카본 기존 재질에서는 성분으로서 판상흑만을 함유하고 있으며, 특히 열간에서의 입자 해리 특성을 갖는 용융실리카를 함유하고 있으므로 사용중 노즐 내공벽면 부위에서 개재물의 부착 등이 심화되는 현상을 나타낸다.

비교예 1

비교예 1에서는 용융실리카는 전혀 사용하지 않으면서 알루미나를 증량하였다. 그 결과 내식성 향상으로 개재물의 부착저감 특성에는 큰 효과가 있으나, 열간팽창율이 용융실리카에 비해 상대적으로 큰 원료인 알루미나를 증량하였으므로 내열충격성이 약화되어 열간에서의 열충격시험 결과 재질내 균열을 발생시키는 결과를 나타내었다.

비교예 2

비교예 2에서는 비교예 1에 비해 알루미나 함량을 줄이고, 판상흑연량을 증량하였다. 그 결과 내열충격성에는 문제 없으나, 판상흑연의 용강중에서의 산화소실에 따른 내산화성 저하로 내식성이 기존재질에 비해 감소하는 특성을 보였다.

이는 판상흑연내에 함유되어 있는 불순물(Al₂0_3,SiO₂, Na₂O 등과 같은 저융점물 형성이 쉬운 회분성분)의 영향으로서 이들 불순물들이 사용조건에서의 용강 및 슬래그 성분과의 반응물 형성을 쉽게하여 내식성이 저하되는 것으로 추정된다.

실시예(1∼3)

본 발명의 실시예는 비교예 1을 결과를 기초로 하여 용융실리카 함량을 배재하고, 알루미나량을 조절함과 함께 판상흑연에 구상흑연을 적절히 증량하였다.

본 발명은 특히 열충격시험 및 열충격후의 내공벽면체에 대한 기공율을 조사한 결과 용융실리카를 함유한 기존재질 및 판상흑연만을 사용한 비교예 2의 경우는 그 변화가 크게 나타났으나, 구상흑연을 사용한 본 발명의 경우는 기공율 변화가 상대적으로 적게 나타났다.

이러한 결과로 부터 용융실리카를 첨가하지 않는 재질이 아르곤가스 배압 변동면에서도 크게 영향을 미치지 않으며 조직 손상면에서도 양호하다는 점을 확인할 수 있었다.

비교예 3

비교예 3은 본 발명의 구상흑연 함량을 벗어난 경우를 나타낸 것으로, 조직의 입도 균일화에 좋지않은 영향을 미치므로서 내화물 조직의 결합강도를 약화시켜 내식성이 저하하는 특성이 나타났다.이를 통해 내화물 조직의 특성상 요구되는 내식성 및 내열충격성을 만족하는 범위에서의 구상흑연 적정량이 3∼15중량임을 알수있다.

이상에서와 같이 본 발명은 용융실리카 성분을 배재하고 알루미나량을 조절함과 함께 판상흑연에 구상흑연을 적절히 배합함으로써 고온에서 연속주조시 장시간 사용하여도 내열충격성, 내식성 및 아르곤가스 배압면의 현저한 저하 현상은 보이지 않는 등 노즐 내공부에서의 개재물 부착율 감소에 따라 노즐 수명 향상 및 강품질을 개선할 수 있었다.

Claims

100중량로서, 탄화규소(SiC)2∼10중량, 탄소(C)25∼40중량(구상흑연이 3∼15중량이고, 판상흑연이 10∼37중량)이고, 나머지는 알루미나(Al₂0₃)로 조성됨을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐.

제 1항에 있어서,

구상흑연의 입자가 0.045∼0.3mm 임을 특징으로 하는 연속주조용 침지노즐