KR20040021230A - 가스 취입용 내화물 - Google Patents

Abstract

가스 취입용 내화물에 관한 것으로서, 그 목적은 지금 및 슬래그의 잔류가 적어 수명이 연장되며, 단순구조의 저렴한 가스 취입용 내화물을 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물은, 레이들 내부의 바닥면에 설치되고, 하면에 에어풀(air pool)이 설치된 콘(cone) 형태이며, 에어풀을 포함한 외면에 철피가 덮여져 있고, 철피를 관통하여 에어풀에 에어라인이 연결된 중앙부 내화물; 및 철피의 외면에 밀착되어 레이들 내부의 바닥면 상에 설치된 점검용 내화물을 포함하는 구성이며, 이 때 중앙부 내화물 및 점검용 내화물은, Al₂O₃가 94 중량%이고, MgO가 2.5 중량%이며, 기타 불가피한 불순물이 3.5 중량%인 조성에 Cr₂O₃가 첨가된 것으로부터 제조된 것이고, Cr₂O₃는 내화물 중 0.075 mm 이하의 미분부에서 Al₂O₃와 Cr₂O₃의 함량비(Al₂O₃/Cr₂O₃)가 1.2 내지 2.8 이고, Al₂O₃와 Cr₂O₃의 함량합과 MgO 함량의 비((Al₂O₃+Cr₂O₃)/MgO)가 3.0 내지 4.5 가 되도록 첨가되는 것이 특징이다.

Description

가스 취입용 내화물 {Refractory for gas bubbling}

본 발명은 가스 취입용 내화물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 티밍레이들(teeming ladle)의 정련 조업 중에 불활성 가스를 분사하여 용강을 환류시키는 가스 취입용 내화물에 관한 것이다.

일반적으로 제철공장에서 용강 운반용 용기인 티밍 레이들에서는 바닥부에 가스 취입용 내화물인 다공성 플러그(porous plug)를 설치한 후 이를 통하여 불활성 가스를 분사하여 용강을 환류시킴으로써 용강을 정련한다.

도 1은 종래 가스 취입용 내화물을 도시한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 종래 가스 취입용 내화물은, 가스를 배출하는 콘(cone) 형태의 중앙부 내화물(10)과, 중앙부 내화물(10)의 하부에 설치되어 중앙부 내화물(10)로 불활성 가스를 공급하는 에어풀(air pool)(11) 및 에어라인(12)과, 이러한 중앙부 내화물(10) 및 에어풀(11)의 외면을 감싸는 철피(13), 중앙부 내화물(10) 내부의 바닥면에 설치된 다공성 내화물의 손상량을 표시하는 점검용 내화물(safety brick)(14), 그리고 철피(13) 외부에 설치된 주변부 내화물(well block)(15)로 구성된다. 또한, 이러한 가스 취입용 내화물과 레이들의 바닥 유입재(17) 사이를 메우기 위하여 부정형 내화물(16)이 사용된다.

용강 정련이 진행됨에 따라 중앙부 내화물(10) 및 주변부 내화물(15)이 침식되다가 점검용 내화물(14)이 노출되면 사용을 중단하게 된다. 도 2는 도 1과 같은 종래 가스 취입용 내화물에서 용강 정련이 진행되다가 점검용 내화물(14)이 노출된 경우를 도시한 단면도이다.

그런데, 콘 형태의 중앙부 내화물(10)은 조업중에 가동면이 고온의 용강에 접하고, 내부로는 상온의 불활성 가스가 흐르므로 급격한 온도구배가 발생하고, 또한 용강의 와류에 의해 손모가 주변부 내화물(15)에 비하여 심하므로 도 2에 나타낸 바와 같이 움푹 패인 형태로 침식이 진행된다. 이와 같이 움폭 패인 부위에는 조업 후 잔류되는 용강을 배제할 때에 지금(metal), 슬래그(slag) 등이 유입되어 잔류할 가능성이 높고, 따라서 다음 번 조업시 중앙부 내화물(10)의 개공을 용이하게 하기 위해서 산소취입에 의한 세척이나 불활성 가스를 장시간에 걸쳐 과도하게 취입해야 하는 문제가 있으며, 지금 및 슬래그의 잔류로 인해 가스 취입용 내화물의 수명이 짧은 문제가 있다.

또한, 종래 가스 취입용 내화물은 구성이 복잡하여 제조원가가 높으므로 내화물 원단가 증가의 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 지금 및 슬래그의 잔류가 적어 수명이 연장된 가스 취입용 내화물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단순구조의 저렴한 가스 취입용 내화물을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 가스 취입용 내화물을 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1과 같은 종래 가스 취입용 내화물에서 용강 정련이 진행되다가 점검용 내화물이 노출된 경우를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물을 도시한 단면도이다.

도 4a는 중앙부 내화물의 일 실시예를 도시한 단면도이다.

도 4b는 중앙부 내화물의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 4c는 도 3에 도시된 가스 취입용 내화물의 평면도이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

30:중앙부 내화물31:에어풀(air pool)32:에어라인

33:철피34:점검용 내화물35:부정형내화물

36:바닥 유입재

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물은, 레이들 내부의 바닥면에 설치되고, 하면에 에어풀(air pool)이 설치된 콘(cone) 형태이며, 에어풀을 포함한 외면에 철피가 덮여져 있고, 철피를 관통하여 에어풀에 에어라인이 연결된 중앙부 내화물; 및 철피의 외면에 밀착되어 레이들 내부의 바닥면에설치된 점검용 내화물을 포함하는 구성이다.

여기서, 중앙부 내화물 및 점검용 내화물은, Al₂O₃가 94 중량%이고, MgO가 2.5 중량%이며, 기타 불가피한 불순물이 3.5 중량%인 조성에 Cr₂O₃가 첨가된 것으로부터 제조된 것이고, Cr₂O₃는 내화물 중 0.075 mm 이하의 미분부에서 Al₂O₃와 Cr₂O₃의 함량비(Al₂O₃/Cr₂O₃)가 1.2 내지 2.8 이고, Al₂O₃와 Cr₂O₃의 함량합과 MgO 함량의 비((Al₂O₃+Cr₂O₃)/MgO)가 3.0 내지 4.5 가 되도록 첨가된다.

또한, 점검용 내화물은 4개가 서로 90°를 이루면서 설치되고, 점검용 내화물의 길이는 레이들 바닥 유입재의 안전 잔존 두께 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 가스 취입용 내화물을 레이들 내부의 바닥면에 설치하면, 가스 취입용 내화물과 레이들의 바닥 유입재 사이의 내부 공간에는 부정형 내화물이 충전되는 것이 바람직하다.

그러면, 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물을 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물은 크게 중앙부 내화물(30)과 점검용 내화물(34)로 이루어져 종래와 비교할 때 주변부 내화물이 없는 단순 구조이다.

중앙부 내화물(30)은 레이들 내부의 바닥면에 설치되는 것으로서, 하면에 에어풀(31)이 설치된 콘 형태이며, 에어풀(31)을 포함한 외면에는 철피(33)가 덮여져 있고, 에어풀(31)에는 철피(33)를 관통하여 에어라인(32)이 연결설치되어 있다.

점검용 내화물(34)은 레이들 내부의 바닥면에 입설되되, 철피의 외면 상에 밀착되도록 설치된다.

에어풀(31)은 중앙부 내화물(30)의 하면에 설치되어 에어라인(32)으로부터 공급되는 불활성 가스를 중앙부 내화물(30)로 공급한다.

콘 형태의 중앙부 내화물(30)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 내부에 미세한 기공(41)이 연속적으로 분포된 다공성 형태일 수도 있고, 도 4b에 도시된 바와 같이 미세한 틈(42)을 형성시킨 슬릿트(slit) 형태일 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물을 설치할 때에는, 에어풀(31)과 에어라인(32)이 구비되고 외면에 철피(33)가 덮여있는 콘 형태의 중앙부 내화물(30)을 레이들 내부의 바닥면에 설치하고, 그 주변에 점검용 내화물(34)을 철피(33) 외면에 밀착하도록 정렬하여 레이들 내부 바닥면에 입설한 후, 그 외방으로 레이들 내부의 빈 공간, 즉 가스 취입용 내화물과 레이들의 바닥 유입재(36) 사이의 내부 공간을 부정형 내화물(35)로 메움으로써 가스 취입용 내화물의 설치를 완료한다.

중앙부 내화물(30) 및 점검용 내화물(34)의 재질은 각각의 손상속도를 고려하여 선택하여야 한다. 통상적으로 사용되고 있는 종래의 중앙부 내화물은 주변부 내화물과 동일한 재질로서 Al₂O₃94 중량%, MgO 2.5 중량% 및 기타 불가피한 불순물성분 3.5%인 조성이며, 점검용 내화물은 Al₂O₃의 함유량이 95 중량% 이상인 소성 내화벽돌을 가공하여 사용하고 있다. 이러한 종래 경우에 중앙부 내화물의 손모속도가 주변부 내화물에 비하여 1.3~1.5배 가량 빠르기 때문에 조업이 진행됨에 따라 콘 부위가 움푹 패인 형상으로 침식이 진행되었으며, 따라서 중앙부 내화물의 내식성을 1.3~1.5배 향상시켜야 할 필요가 있었다.

한편, Al₂O₃-MgO계 내화물의 미분부에 Cr₂O₃를 첨가하면 생성되는 스피넬의 조성이 고융점의 MgO-(Al,Cr)₂O₃계가 되고, 또한 MgO-Al₂O₃-SiO₂계 저융점 화합물들이 이러한 스피넬 입자 중에 포집되어 고립되므로 기지부(matrix)의 내화도가 증가함으로써 용강 마모에 대한 저항성이 증가한다. 그러나, MgO-(Al,Cr)₂O₃계 스피넬의 Cr₂O₃함량이 높을 경우 치밀한 조직의 내화물을 제조하기 위해서는 1750℃ 이상의 고온에서 소성해야 하므로 제조원가가 높아진다.

한편, MgO 함유량이 증가하면 스피넬 생성량이 증가하여 용강 및 슬래그에 대한 내식성이 증가하지만, 스피넬 생성시 부피팽창이 수반되므로 과도한 첨가량에서는 오히려 미세 균열들이 다량 생성되어 내화물의 열간강도나 내식성이 저하되는 등 바람직하지 않다.

그러므로, MgO 및 Cr₂O₃를 적정 함량으로 첨가하여야 하며, 본 발명에서는 중앙부 내화물 및 점검용 내화물로서, Al₂O₃94 중량%, MgO 2.5 중량% 및 기타 불가피한 불순물 성분 3.5 중량% 조성의 Al₂O₃-MgO계 내화물 조성에 Cr₂O₃를 첨가하여,0.075mm 이하의 미분 중에서 Al₂O₃와 Cr₂O₃함량비(Al₂O₃/Cr₂O₃)가 1.2 내지 2.8이고, Al₂O₃와 Cr₂O₃미분의 함량과 MgO 함량의 비((Al₂O₃+Cr₂O₃)/MgO)가 3.0 내지 4.5인 조성을 가지는 것으로부터 제조된 것을 사용한다.

점검용 내화물의 재질은 상술한 콘부 내화물과 동일한 것을 사용하면 되며, 확인의 편의상 다수개를 설치할 수 있다. 도 4c는 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물을 상부에서 바라본 평면도로서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 점검용 내화물을 어느 방향에서나 확인이 가능하도록 4개를 서로 90°를 이루면서 철피의 외면에 밀착하여 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 점검용 내화물의 길이는 레이들 바닥부의 안전 잔존 두께 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 4개를 초과한 개수를 설치하거나 잔존두께 초과로 길어지면 제조원가만 상승할 뿐 뚜렷한 효과가 없다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물의 작용에 관하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 제시한 조건 범위로 제작된 콘 형태의 중앙부 내화물과 이에 연결되는 에어풀과 에어라인, 그리고 외부 철피로 구성된 내화물을 레이들 바닥에 설치하고, 중앙부 내화물과 동일한 재질로 제조된 점검용 내화물을 철피의 외면에 밀착하여 4개 방향으로 정렬한 다음, 레이들의 바닥 유입재와 본 발명의 가스 취입용 내화물 사이의 빈 공간은 기존에 사용하는 부정형 내화물을 사용하여 충전하여 300톤 티밍레이들에서 75회 사용하였다.

본 발명의 가스 취입용 내화물은 75회 사용 시까지 주변의 부정형 내화물과중앙부 내화물의 손상속도가 동일하였다. 이는, 기존의 가스 취입용 내화물이 주변부 내화물에 비하여 중앙부 내화물의 손상이 빠르게 진행되어 움푹 패임으로써 50회 사용으로 제한된 것에 비하면 수명이 향상된 것임을 알 수 있다.

실시예 1 내지 3

본 발명의 실시예 1 내지 3에서는, 골재로서 Al₂O₃가 75중량%이고 0.075mm 이하인 미분부가 25중량%인 기존품을 기준으로 하여 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 Al₂O₃/Cr₂O₃및 (Al₂O₃+Cr₂O₃)/MgO의 비를 변화시켜 배합한 후 1650℃에서 소성하여 시편을 제조하였다. 시편의 소결정도를 평가하기 위하여 열간강도를 측정하였고 시편의 내식성을 평가하기 위하여 회전침식시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.

비교예 1 내지 10에서는 Al₂O₃/Cr₂O₃및 (Al₂O₃+Cr₂O₃)/MgO의 비를 본 발명에서 제시한 범위를 벗어나도록 하여 변화시키면서 배합하고, 실시예와 동일한 방법으로 시편을 제조한 후, 열간강도 및 내식성을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.

시편의 열간강도는 1400℃에서 측정하였으며, 기존 중앙부 내화물을 기준시편으로 하여 이에 대한 백분율 값을 구하여 나타내었다. 회전침식시험은 1600℃의 용강을 침식제로 사용하였으며, 1시간 시험 후 용강을 배제하는 시험을 15회 반복하였다. 시험 후 시편을 냉각한 다음, 절단하여 평균 잔존두께를 측정하였다. 기준시편에 대하여 각 시편의 잔존두께를 백분율로 구하여 나타내었다.

	미분(0.075mm 이하)	열간강도	내식성
	Al2O3/Cr2O3			(Al2O3+Cr2O3)/MgO
기존품	-	9.0	100	100
실시예 1	2.8	3.4	105	145
실시예 2	2.4	3.0	105	130
실시예 3	2.1	3.1	102	150
비교예 1	0.8	1.8	90	101
비교예 2	1.6	2.6	102	110
비교예 3	3.2	4.2	110	125
비교예 4	4.0	5.0	106	155
비교예 5	4.8	5.8	96	150
비교예 6	5.6	6.6	92	155
비교예 7	3.1	6.2	98	115
비교예 8	1.5	2.5	104	105
비교예 9	1.3	2.3	103	95
비교예 10	1.2	2.2	101	90

표 1에 나타난 바와 같이, 0.075mm 이하의 미분부에서 Al₂O₃와 Cr₂O₃함량비가 1.2~2.8이고 Al₂O₃와 Cr₂O₃미분의 함량과 MgO 함량의 비가 3.0~4.5인 실시예 1 내지 3에서는 기존의 중앙부 내화물에 비하여 열간강도가 동등이상이며 용강에 대한 내식성은 1.3~1.5배임을 확인할 수 있었다.

반면에, 본 발명의 조건 범위를 벗어난 비교예 1 내지 10의 경우, 열간강도가 기존보다 떨어지거나 내식성이 1.3배 미만 또는 1.5배 초과임을 확인할 수 있었다.

본 발명에서는 가스 취입용 내화물을 이루는 중앙부 내화물 및 점검용 내화물의 재질을 특정 조건으로 제어하여 그 손상속도를 주변의 부정형 내화물의 손상속도가 유사하도록 함으로써, 정련 작업 중에 중앙부 내화물이 움푹 패이지 않도록 하며, 따라서 잔류하는 지금, 슬래그의 양이 적으므로 산소 세정이나 불활성 가스를 과도하게 취입하는 횟수가 현저하게 줄어들고 가스 취입용 내화물의 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스 취입용 내화물은 기존의 내화물에 비해 주변부 내화물이 없이 단순한 구조이므로 제조원가가 절감되어 내화물 원단가를 절감하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 레이들 내부의 바닥면에 설치되고, 하면에 에어풀(air pool)이 설치된 콘(cone) 형태이며, 상기 에어풀을 포함한 외면에 철피가 덮여져 있고, 상기 철피를 관통하여 상기 에어풀에 에어라인이 연결된 중앙부 내화물; 및

   상기 철피의 외면에 밀착되어 상기 레이들 내부의 바닥면 상에 설치된 점검용 내화물;

   을 포함하는 가스 취입용 내화물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중앙부 내화물 및 점검용 내화물은, Al₂O₃가 94 중량%이고, MgO가 2.5 중량%이며, 기타 불가피한 불순물이 3.5 중량%인 조성에 Cr₂O₃가 첨가된 것으로부터 제조된 것이고, 상기 Cr₂O₃는 상기 내화물 중 0.075 mm 이하의 미분부에서 Al₂O₃와 Cr₂O₃의 함량비(Al₂O₃/Cr₂O₃)가 1.2 내지 2.8 이고, Al₂O₃와 Cr₂O₃의 함량합과 MgO 함량의 비((Al₂O₃+Cr₂O₃)/MgO)가 3.0 내지 4.5 가 되도록 첨가되는 가스 취입용 내화물.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 점검용 내화물은 4개가 서로 90°를 이루면서 설치되고, 상기 점검용 내화물의 길이는 상기 레이들 바닥 유입재의 안전 잔존 두께 이하인 가스 취입용 내화물.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 가스 취입용 내화물과 상기 레이들의 바닥 유입재 사이의 내부 공간에는 부정형 내화물이 충전되는 가스 취입용 내화물.