KR20020070662A

KR20020070662A - 턴디쉬용 캐스타블 블록

Info

Publication number: KR20020070662A
Application number: KR1020010010325A
Authority: KR
Inventors: 선우식; 정준철; 강해성
Original assignee: 조선내화 주식회사
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-11

Abstract

본 발명은 턴디쉬내에 일정한 형상으로 구성된 캐스타블 블럭을 설치함과 함께 캐스타블 블럭을 내열충격성, 내침식성, 용적안정성, 내균열성을 갖는 내화성 재질로 하므로서, 슬래그와 용융금속간의 방응성을 좋게하여 활성화된 슬래그층 형성으로 용강중의 미세한 산화 개재물의 용이한 흡수로 고순도 청정강을 얻을 수 있는데 적합한 턴디쉬내에 설치되는 캐스타블 블럭에 관한 것이다.

이에 따른 구성은 래들로부터 용강이 낙하되는 턴디쉬(Tundish)내의 중앙부에 상.하가 개방된 벽면체 상부 내측면에 내향 절곡턱을 갖는 캐스타블 블럭을 구비하여 용강의 흐름 제어로 비금속 개재물을 비롯한 불순물을 부상 제거하도록 함과 함께 상기 캐스타블 블럭이 주성분으로 알루미나(Al₂O₃) 5∼99중량부, 산화마그네슘 (MgO)50∼90중량부, 뮬라이트(Mullite)5∼90중량부 중에서 적어도 1종과, 결합제로서 알루미나 시멘트(Al₂O₃-CaO) 20중량부 이하로 조성됨을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭(Castable Block)에 관한 기술이다.

Description

턴디쉬용 캐스타블 블록{Castable Block for Tundish}

본 발명은 용융금속 주조에 사용되는 턴디쉬용 캐스타블 블럭(Castable Block)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레들로부터 용융금속이 낙하되는 턴디쉬내 중앙부에 상.하가 개방된 벽면체를 이루는 상부 입구 내측면에 내향 절곡턱이 형성된 일정 형상을 갖는 캐스타블 블럭을 설치함과 함께 상기 캐스타블 블럭이 내구성을 갖는 내화조성으로 하여 용강 흐름의 제어로 비금속 개재물 부상 촉진에 따른 고순도 청정강 제조를 비롯한 내열충격성, 내침식 및 내균열성을 갖게 하는데 적합한 캐스타블 블럭에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 공장의 턴디쉬(Tundish)는 고로(高爐)에서 생산한 용선을 전로(轉爐)등에서 강성분으로 조정한 용강을 주조하기 위해 사용되는 용기로서, 용선된 용강중에 존재하는 비금속 개재물을 분리시키지 않고 주입되는 경우에는 비금속 개재물이 주조편에 혼입되어 주편품질을 저하시키게 된다.

최근 냉연 박판재에 대한 생산량 급증과 냉연제품에 대한 수요조건이 까다로워짐에 따라 고청정강 제조를 위한 일환으로서 도 1과 같이 턴디쉬(1)에 형성된 노즐(2)의 일측으로 서브댐(3)을 설치하거나, 도 2와 같이 서브댐(3)의 내측 상부로 메인댐(4)을 설치하여 개재물과 용강의 비중차 및 초기 용강 투입시간을 확보하는 것에 의해 비금속 개재물을 용강으로부터 부상시키도록 하고 있는 등 댐블럭류를 설치한 방법들이 알려지고 있다.

이는 용강이 래들에서 턴디쉬로 떨어져 노즐(2)을 통해 흘러갈 때까지의 용강 흐름을 수평이동에서 수평 및 수직 상승하는 흐름으로 바꿔 비금속개재물의 부상을 촉진시켜 용강 상부의 슬래그와 접록 반응케 하므로서 주편내로 비금속 개재물이 혼입되는 것을 감소시킨다.

상기 댐블럭을 이용하여 비금속 개재물의 부상력을 부여하기 위해 댐블럭의 크기, 설치간격, 높이 등을 적절히 설계하여 사용하고 있으며, 이때 사용하고 있는 댐블럭의 내화물 재질은 일반적으로 알루미나(Al₂O₃) 65% 급의 캐스타블이 사용되고 있다.

그러나 상기와 같이 댐블럭으로 막아 용강의 흐름이 지체된 후 넘어가는 메카니즘은 용강의 상승속도가 늦어 비금속 개재물의 부상능력이 저하됨에 따라 비금속 개재물이 용강에 혼입되어 노즐을 통해 연주기에 유입된다. 따라서 고부가가치 강의 생산공정에서 강중의 미세 알루미나 개재물 또는 슬래그 등의 불순물에 의한 불량요인이 발생하여 자동차 외장용의 고강성 냉연강판 또는 음료수캔 등에 사용되는 청정강을 생산하는데는 문제가 있으며, 기타 생산공정을 방해하는 용융금속물이 튀기는 현상이나, 턴디쉬내의 슬래그층이 두껍게 형성되기 때문에 용강류의 과류현상으로 인한 슬래그의 혼입 등의 문제들이 많이 발생하고 있어 이러한 요인을 해결하려는 연구가 활발히 연구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 턴디쉬내에 일정한 형상으로 구성된 캐스타블 블럭을 설치함과 함께 캐스타블 블럭을 내열충격성, 내침식성, 용적안정성, 내균열성을 갖는 내화성 재질로 하므로서, 슬래그와 용융금속간의 반응성을 좋게하여 활성화된 슬래그층 형성으로 용강중의 미세한 산화 개재물을 용이하게 흡수하도록 하여 고순도 청정강을 얻을 수 있는데 적합한 턴디쉬내에 설치되는 캐스타블 블럭을 얻는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 턴디쉬내에 댐블럭을 설치한 상태도

도 2는 종래의 다른 댐블럭을 설치한 상태도

도 3은 본 발명의 턴디쉬내에 캐스타블 블럭을 설치한 상태도

도 4는 도 3과 다른 실시예를 나타낸 캐스타블 블럭을 설치한 상태도

도 5는 본 발명의 캐스타블 블럭 평면도

도 6은 본 발명의 캐스타블 블럭 확대면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 래들로부터 용강이 낙하되는 턴디쉬 내의 중앙부에 상.하가 개방된 벽면체를 이루는 상부 내측면에 내향 절곡턱을 갖는 캐스타블 블럭을 구비하여 용강 흐름의 제어로 비금속 개재물을 비롯한 불순물을부상 제거함을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭으로 구성된다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 턴디쉬내에 설치되는 캐스타블 블럭을 나타낸 실시예로서 이에 나타낸 바와 같이, 래들의 침지노즐(5)로부터 용강이 낙하되는 턴디쉬(6) 중앙부에 상.하가 개방된 벽면체(10)를 이루고, 그 상부 입구 내측면에 내향 절곡된 절곡턱(7)을 형성시킴으로서. 용강이 유입되는 내향 절곡된 상부 구멍(8)의 직경이 절곡하부 내측면 구멍(9)의 직경 보다 적고, 턴디쉬와 바로 접하게 되는 밑면이 없는 측벽면(10)만으로 된 캐스타블 블럭으로 하거나, 도 4와 같이 측벽면(10)과 밑면(11)이 서로 일체로 연결된 캐스타블 블럭으로 구성된다.

5는 본 발명의 캐스타블 블럭에 대한 확대 평면도를 나타낸것으로, 캐스타블 블럭을 턴디쉬내에 설치하여 효과적인 유동제어 특성을 발현하기 위해서는 캐스타블 블럭의 내 벽면체(10) 상부에 절곡턱(7)을 갖는 상부 구멍(8)의 장축방향(12)이 턴디쉬의 길이방향(장축방향)(13)으로 설치되어야 바람직한 결과를 얻을 수 있으며, 캐스타블 블럭의 장축방향이 턴디쉬의 단축방향(14)으로 설치되면 그 효과는 반감될 수 있다.

캐스타블 블럭은 도 5와 같은 형상 뿐만아니라 정사각형, 원형, 다각형 등 여러 형태로 설계할 수 있는 것으로 어느 특정된 형태에 구애되지 않는다. 또한 상부 구멍의 형상은 턴디쉬의 형상이나 크기, 용량 등이 매우 다양하기 때문에 사용조건에 맞도록 적정한 형태로 설계되어야 한다. 그리고 캐스타블 블럭의 내부 및 각 벽면과 연결부인 모서리 부분은 적정하게 라운딩 (Rounding)하여 사용된다.

상기 구성에 따라 캐스타블 블럭 상부 입구로 유입된 용강류는 바닦면(도 3과 같이 턴디쉬와 접하거나, 도 4와 같이 측벽면과 일체로된 밑면)을 거쳐서 턴디쉬 상부 표면을 향하도록 용강 유동을 제어하게 된다.

즉, 본 발명은 래들의 침지노즐(5)을 통해 턴디쉬내의 캐스타블 블럭 상부 입구로 들어오는 용강류는 캐스타블 블럭내에서의 체적으로 바뀌어 좁아지고 되고, 이와 같은 체적감소에 따라 용강류의 흐름이 빨라지게 됨에 따라(상승속도 빨라짐)) 턴디쉬 상부 표면쪽으로 용강을 연속적으로 밀어 올리게 되는 제어 시스템이다.

본 발명은 기존의 댐블럭을 사용치 않고 턴디쉬에 곧바로 도 3 및 도 4와 같은 캐스타블 블럭을 설치하여 사용하여도 효과적인 결과를 얻을 수 있지만, 기존의 댐블럭과 함께 조합하여 사용되어 질 때 보다 효과적으로 용강의 방향을 제어하고, 래들에서 유입되는 용강이 턴디쉬에서 보다 많은 시간동안 체류하게 되며 이로 인한 용강의 오염을 최소화하고 강의 청정도를 매우 높이게 된다.

본 발명의 캐스타블 블럭은 용융금속의 흐름이 턴디쉬 상부 표면을 향하도록 설계되어 있어 상부 표면에 형성된 슬래그층과 많은 양의 용강이 접촉 반응할 수 있도록 도와주게 됨에 따라 활성화된 슬래그칭이 형성된다. 이러한 활성화된 슬래그는 상부의 산화 개재물을 포집하는 효과가 있는 것으로 판단된다.

용강류에 포함된 개재물들의 크기는 큰 개재물에서부터 수미크론 단위의 아주 작은 개재물까지 광법위하게 존재하는데, 이러한 매우 작은 개재물들은 슬래그층이 있는 표면까지 부상하는데에 더 많은 시간이 필요하게 된다. 따라서 턴디쉬내에서 용강류의 체류시간을 늘리는 것은 제거하기 어려운 작은 개재물의 제거 가능성을 증대시킬 수 있다.

즉, 본 발명은 캐스타블 블럭을 상기와 같은 형태로 구성함으로써,상부 구멍으로 상승한 후 하강되는 용강의 흐름에 따라 턴디쉬내에서 용융금속이 오랫동안 머물게 됨으로써 노즐(15)을 통하여 주조몰드에 들어가기 전에 턴디쉬에서 많은 양의 용강이 보다 오래 더 유지됨에 따라 용강류에 포함된 작은 개재물이 표면까지 부상하여 슬래그층에 흡수되기 까지 더 많은 시간을 부여하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 캐스타블 블럭은 용융금속에 잠겨서 사용되어 지므로, 침식, 마모 등이 발생될 수 있는 열악한 조건에서 쉽게 균열(Crack)이 발생되어 깨질 수 있음에 따라 캐스타블 블럭이 변형 또는 손상이 발생하였을 경우에는 용융금속 유동제어 효과가 반감될 수 있다.

따라서 캐스카블 블럭의 내화조성물은 내열충격성, 내침식성, 용적안정성, 내균열성이 매우 우수한 성질을 갖추어야 하는데, 이는 내화조성물의 화학적 조성, 물리적 특성, 최적의 조직을 구성할 때 상기에서 언급한 내화재료의 필요 성질들이 발현될 수 있다.

이런 요건을 충족시키기 위한 내화조성물은 턴디쉬의 일반적인 용강온도, 생산강종, 조업조건 등을 고려할 때, 화학조성은 주성분으로써 알루미나(Al₂O₃) , 산화마그네슘(MgO), 뮬라이트(Mullite)중에서 적어도 1종과, 결합제로서 알루미나 시멘트(Al₂O₃-CaO) 20중량부 이하로 조성되거나, 필요에 따라 여기에 샤모트 (Chamote) 10∼30중량부, 실리카(SiO₂) 10중량부 이하 첨가하여 조성할 수 있다.

본 발명은 상기한 주성분중에서 알루미나(Al₂O₃), 산화마그네슘(MgO), 뮬라이트(Mullite)를 각각 단독으로 사용함에 있어서는 알루미나 (Al₂O₃)의 경우는 50∼99중량부, 산화마그네슘(MgO)의 경우는 50∼90중량부, 뮬라이트(Mullite)의 경우는 50∼90중량부가 바람직하다. 그리고 상기 주성분을 복합으로 배합함에 있어서는 알루미나(Al₂O₃) 5∼99중량부, 산화마그네슘(MgO)50∼90중량부, 뮬라이트(Mullite)5∼ 90중량부로 함이 바람직하다.

상기 원료중 결합제로서 사용되는 알루미나 시멘트 20중량부 이하 중에는 Al₂O₃가 50∼85중량%, CaO가 40∼15중량%의 품위를 갖는 저시멘트(low cement)계로 구성된 것을 사용함이 바람직한데, CaO를 다량 함유한 재질의 경우는 열간강도가 낮을 뿐만아니라 사용중 균열 발생이 쉬워 충분한 내용성을 기대할 수 없기 때문에 전체적인 최종의 CaO 조성은 10중량부 이하[ 즉, 상기의 알루미나 시멘트 20중량부×(CaO: 40∼15중량%)=8∼3중량부]가 되어야 한다,

또한 실리카는 SiO₂를 95중량% 이상의 품위를 갖는 것으로서 미분을 사용하며 바람직하게는 0.3mm 이하 이다. 그리고 0.3mm 이하의 미부분(매트릭스부)의 CaO/SiO₂몰(mole)비가 0.7 이하인 저시멘트계 캐스타블로 이루어진 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은 도 6(본 발명의 캐스타블 블럭에 대한 확대도 )에 도시한 바와 같이, 래들의 노즐을 통하여 턴디쉬내에 설치된 캐스타블 블럭의바닥면(유탕부)으로 떨어진 용강은 내 벽면체(10)의 벽면과 내부 천정면(16)을 타고 상부로 올라가고, 다시 상부 절곡턱(7)의 구멍 벽면(17)을 타고 턴디쉬 상면으로 상승하여 분출되는 구조로 되어 있다.

따라서 이와 같은 구조의 상부 표면에 형성된 슬래그층과 많은 양의 용강이 접촉 반응할 수 있도록 도와주게 됨에 따라 활성화된 슬래그칭이 형성된다. 이러한 활성화된 슬래그는 강의 산화 개재물을 포집하는 효과가 있는 것으로 판단된다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

(표 1)과같은 배합비를 갖는 내화캐스타블 조성물에 물을 첨가하여 혼련 후 성형 몰드에 넣어 치밀하게 충진시킨뒤 약 10∼30시간 양생, 탈형, 100∼400℃에서 건조하여 제작하였다. 특성 평가를 위한 비교예의 경우도 상기와 동일하게 제작하여 (표 1)과 같이 평가 하였고, 염기성 재질의 경우 오토클레이브를 이용하여 내소화성 실험 결과를 나타냈다.

내열충격성 평가는 전기로에서 1400℃, 1시간 가열유지 후 공냉을 반복하여 시편중 일부가 탈락 또는 균열이 발생하는 정도를 파악하여 우수한 순서로 나타내었다. 침식지수는 회전 침식로에서 용강 및 슬래그를 중량비 2:1 투입하여 1550℃에서 5시간 침식 실험후 실시예 1의 침식정도를 100으로 환산하여 계산된 지수를 나타내었다.

	실 시 예	비 교 예
	1	2	3	4	5	6	1	2
배합비.중량부	알루미나	80		80	12		5	30	6
	마그네시아		80				60		77
	뮬라이트	8		9.5	80	80		25
	샤모트	Al₂O_3-SiO₂계		10.5			14		30
		Al₂O_3-SiO₂계		10.5			14		30		MgO계	28	10
		알루미나시멘트
	Al₂O₃80%급	12	5						6
	Al₂O₃70%급			3	2		3
	Al₂O₃50%급							15
	마이크로실리카		3	7	5.5	4.5	3.5		1
	기타		0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
	특성	내열충격성(순위)	③	⑥	②	①	④	⑦	⑤	⑧
침식지수		100	103	110	118	123	106	155	115
겉보기기공율(300℃, %)		17	20	9	11	16	15	27	18
내소화성(130℃,5시간, 3kg/cm²)			양호				양호		균열

상기 (표 1)에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예(1∼6)는 턴디쉬 사용조건에서 용강의 유동특성을 제어할 수 있는 적합한 특성을 나타내는데 반해, 비교예1은 내열충격성 면에서는 다소의 강점을 가지고 있으나, 용강에 대한 마모침식이 크고 높은 기공율을 나타내어 부적합한 성질을 나타낸다. 또한 비교예2는 내침식성이 양호하고 치밀한 특성은 있으나, 열충격에 대한 저항성이 낮아 쉽게 균열이 발생되며 건조시 마그네시아의 소화(slaking)에 의한 균열이 발생하여 캐스타블 블럭을 제조하는 과정에서 건조 균열이 발생할 가능성이 매우 높게 예상되므로 용강 유동제어 케스타블 블럭으로써 부적함을 나타낸다.

이상에서와 같이 본 발명은 턴디쉬내에 일정형상을 갖는 캐스타블 블럭을 설치하고 그 블럭을 내구성을 갖는 내화조성물로 하므로서, 슬래그와 용융금속간의 반응성을 좋게하여 활성화된 슬래그층의 형성으로 용강중의 미세한 산화 개재물이 슬래그에 흡수하도록 도와주며, 방향화된 용강류 확보로 숏트서키팅(short circuiting)을 제거하고 유효 부피를 감소하고 더 나은 온도 프로필을 제공한다. 그리고 턴디쉬내의 용강 체류시간을 늘려서 높은 수준으로 개재물이 부상하도록함과 함께 알루미나의 침적으로 인한 노즐 손상을 감소시켜 다연주(多連鑄) 회수 및 주조시간의 증대로 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims

래들로부터 용강이 낙하되는 턴디쉬(Tundish) 중앙부에 상.하가 개방된 벽면체 상부 내측면에 내향 절곡턱을 갖는 캐스타블 블럭을 구비하여 용강의 흐름 제어로 비금속 개재물을 비롯한 불순물을 부상 제거하도록 하는 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭(Castable Block).
제 1항에 있어서,

상기 캐스타블 블럭의 바닥면이 개방되거나 측벽면과 일체로 연결되어 턴디쉬면에 직접 접촉된 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.
제 1항에 있어서,

용강이 들어오고 나가는 캐스타블 블럭의 적곡턱 입구면(상부 구멍면)보다 절곡턱의 하측 내벽면의 단면적이 더 크게 됨을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.
제 1항에 있어서,

상기 캐스타블 블럭의 형태가 타원형, 원형 또는 다각면체로 이루어짐을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.
제 1항에 있어서,

캐스타블 블럭이 주성분으로 알루미나(Al₂O₃) 5∼99중량부, 산화마그네슘 (MgO)50∼90중량부, 뮬라이트(Mullite)5∼90중량부 중에서 적어도 1종과, 결합제로서 알루미나 시멘트(Al₂O₃-CaO) 20중량부 이하로 조성됨을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.
제 5항에 있어서,

상기 주성분인 알루미나(Al₂O₃), 산화마그네슘(MgO), 뮬라이트 (Mullite)가 각각 단독으로 사용됨에 있어서는, 알루미나 (Al₂O₃) 50∼99중량부, 산화마그네슘 (MgO)50∼90중량부, 뮬라이트(Mullite)50∼90중량부 임을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭,
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

상기 조성에 샤모트 (Chamote) 10∼30중량부, 실리카(SiO₂) 10중량부 이하 가 조성됨을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.
제 7항에 있어서,

상기 실리카가 0.3mm 이하 임을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.
제 5항에 있어서,

상기 알루미나 시멘트 20중량부 중에는 Al₂O₃가 50∼85중량%, CaO 가 40∼15중량% 의 품위로 이루어짐을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.
제 7항 또는 제 9항에 있어서,

CaO/SiO₂몰(mole)비가 0.7 이하 임을 특징으로 하는 턴디쉬용 캐스타블 블럭.