KR20090100980A - 용해로용 내화물 및 그 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용해로용 내화물 및 그 형성방법에 관한 것이다. 본 발명은 용해로(50) 내측에 용강과 접촉되는 높이까지 구비되고, 분말형태의 규사를 소결하여 형성되는 제1내화물(55a)과, 상기 제1내화물(55a)의 상부에 순차적으로 충진되고, 상부로 적층 될수록 규사에 함유되는 무수붕산의 함량이 점진적으로 높아지도록 한 별도의 내화물;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 내화물(55)의 상부가 무수붕산의 함량이 점진적으로 높아지도록 적층된 별도의 내화물로 형성되므로 용강과 직접 접촉되지 않더라도 소결이 촉진된다. 따라서 내화물(55)의 내구성이 향상되어 불완전 소결에 의한 내화물(55) 상부의 붕괴현상이 방지되는 이점이 있다.

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Description

용해로용 내화물 및 그 형성방법{Refractory for Furnace and method for forming the same}

본 발명은 용해로용 내화물 및 그 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강에 접촉되는 부위와 접촉되지 않는 부위 모두 양호하게 소결되도록 하는 용해로용 내화물 및 그 형성방법에 관한 것이다.

용해로란 고체 재료를 녹는점 이상으로 가열하여 용해할 목적으로 제조된 노로서 가열 장치의 종류에 따라 용선로, 도가니로, 전기로, 반사로 등 여러 가지 방식의 용해로가 사용된다.

이러한 용해로는 고체 재료를 가열하는데 많은 에너지를 필요로 하고, 또한 가열 장치의 종류에 따라 에너지 효율에 있어서 많은 차이를 나타내고 있는데, 최근에는 에너지 절약 및 환경오염 방지의 목적으로 에너지 효율이 우수하고 자동화 및 생산성 향상 등의 효과가 우수한 저주파 및 고주파 유도로의 사용이 크게 증가되는 추세이다.

유도로는 구조에 따라 도가니(Crucible)형과 채널(Channel)형으로 나눌 수 있으며, 일반적으로 저주파용으로 채널형, 저주파용 및 고주파용으로 도가니형 이 이용되고 있다.

도 1에는 종래기술에 의한 내화물이 구비된 용해로의 구조가 단면도로 도시되어 있고, 도 2에는 종래기술에 의한 내화물이 붕괴된 모습이 단면도로 도시되어 있다.

용해로(10)는 상부가 개방된 원통 형상으로 최외각에 용해로(10) 전체 구조를 유지하는 용해로 철피(11)와 용해로 내측에 부착된 코일시멘트(13)와 코일시멘트(13)의 내측에 부착되는 내화물(15)을 포함하고, 용해로(10) 상부의 일측에는 용해(10)로 내부에서 용해된 용강을 출탕하는 출강구(17)가 마련된다.

내화물(15)은 용해하는 고체 재료의 온도, 성상 등과 관련하여 선택된다. 내화물(15)은 시공이 간편한 부정형 내화물(몰탈형으로 유동성이 있는 내화물)이 유입시공되는데, 내화도가 높아 고온에서도 열변형 등이 발생되지 않는 소결 규사(모래) 내화물이 주로 사용된다.

부정형 내화물을 형성하는 방법은 용해로 철피(11) 내에 좀 더 작은 또 다른 용해로 철피(미도시)의 모형을 넣고 그 사이에 입자크기가 미립, 중립, 조립인 분말형태의 규사 내화물을 일정비율로 혼합한 후 충진하여 가열 건조시켜 형성하는데, 이와 같이 만들어진 내화물은 스크랩의 용해과정에서 용강에 직접 접촉하여 용해된 상태의 용강으로부터 고온의 열이 전도되면서 소결 형성된다.

이러한 구조를 가진 용해로(10)는 사용 횟수의 증가에 따라 내화물(15)의 마모 및 침식이 발생하므로 주기적인 내화물(15) 제거 및 재시공을 행한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

작업의 안전상 용해로(10)의 내부에 용해된 용강은 용해로의 상부까지 가득 채워지지 않으므로, 용해로(10)의 상부에 충진된 내화물(15)은 용강과 직접 접촉하지 못한다. 이에 따라 용강에 접촉하지 못하는 부분의 내화물(15)은 요구되는 소결온도에 도달하지 못하므로 불완전하게 소결된다. 따라서 재시공하더라도 내화물(15)의 상단이 작은 충격에도 쉽게 붕괴되어 부분보수를 하거나 재시공을 자주 해야하는 문제점이 발생된다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 붕괴된 내화물(15)은 용강으로 떨어져 슬래그로 형성되어 작업을 어렵게 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 내화물의 내충격성이 향상되도록 용강에 접촉되는 부위와 접촉되지 않는 부위 모두 양호하게 소결되도록 하여 내화물의 수명을 연장할 수 있는 용해로용 내화물 및 그 형성방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 용해로 내측에 용강과 접촉되는 높이까지 구비되고, 분말형태의 규사를 소결하여 형성되는 제1내화물과; 상기 제1내화물의 상부에 순차적으로 충진되고, 상부로 적층 될수록 규사에 함유되는 무수붕산의 함량이 점진적으로 높아지도록 한 별도의 내화물;을 포함하여 구성된다.

상기 규사는 이산화규소(SiO₂)의 함량이 중량 %로 97%이상 함유된다.

상기 규사는 입자크기가 미립, 중립, 조립 순으로 40:30:30의 비율로 혼합된다.

상기 제1내화물은 규사에 무수붕산이 함유되지 않고, 상기 별도의 내화물은 규사에 무수붕산(B₂O₃)이 중량%로 1%로 함유되는 제2내화물과, 규사에 무수붕산이 중량%로 1.5%로 함유되는 제3내화물과, 규사에 무수붕산이 2%로 함유되는 제4내화물로 구성된다.

용해로의 내화물 형성 방법은 용해된 용강이 접촉되는 높이로 제1내화물을 소정의 두께만큼 충진하는 1단계와, 상기 제1내화물의 상부에 1~2%의 무수붕산이 포함되는 분말형태의 제2, 제3 및 제4내화물을 상부로 갈수록 무수붕산의 함량이 점진적으로 높아지도록 순차적으로 충진하고 가열하여 도가니형태로 제조하는 2단계와, 상기 내화물이 충진된 용해로 내부에 용해하고자 하는 원료를 투입하고 용해하여 상기 제1, 제2, 제3 및 제4내화물을 소결하는 제3단계,를 포함한다.

본 발명에서는 용해로의 내측에 제1, 제2, 제3 및 제4내화물을 순차적으로 충진하고, 용강과 직접 접촉되지 않는 제2, 제3 및 제4내화물은 무수붕산을 1~2%범위로 함유하되, 상부로 갈수록 그 함량이 높아지도록 한다. 이에 의해 내화물의 상부가 요구되는 소결온도에 도달하지 못하더라도 무수붕산에 의해 소결이 촉진되므로 용강에 접촉되는 부위와 용강에 접촉되지 않는 부위 모두 양호하게 소결될 수 있다. 따라서 내화물의 내구성이 향상되는 것은 물론 내화물(55) 상부의 붕괴현상이 방지되어 사용수명이 연장되므로 지속적으로 안정적인 조업이 가능한 효과가 있다.

이하 본 발명에 의한 용해로용 내화물 및 그 형성방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 용해로용 내화물의 바람직한 실시예가 단면도로 도시되어 있다.

본 발명의 내화물(55)은 용해로(50) 철피(51) 내측에 부착된 코일시멘트(53)의 내측에 부착되는 것으로, 코일시멘트(53)의 하부에서 소정 높이까지 충진되는 제1내화물(55a)과, 제1내화물(55a)의 상부에 순차적으로 충진되는 별도의 내화물로 구성된다. 참고로, 도면부호 57은 용해로 내부에서 용해된 용강을 출탕하는 출강구 이다.

별도의 내화물은 제1내화물(55a)의 상부에 충진되는 제2내화물(55b)과, 제2내화물(55b)의 상부에 충진되는 제3내화물(55c)과, 제3내화물(55c)의 상부에 충진되는 제4내화물(55d)로 구성될 수 있는데, 상부로 적층 될수록 용강의 청정도를 해치지 않는 범위로 무수붕산의 함량이 점진적으로 높아지도록 하는 것을 특징으로 한다.

제1내화물(55a)로는 이산화규소(SiO₂)가 주성분인 규사 내화물이 사용된다. 규사 내화물은 모래 또는 돌가루를 분쇄하여 입자크기가 미립, 중립, 조립 순으로 40:30:30의 비율로 혼합한 것이다. 규사 내화물은 조립의 비율이 크면 고른 분포가 어렵고, 미립의 비율이 크면 내부응력 분산 및 흡수효과가 낮아져 균열이 발생되기 쉽기 때문에 혼합 비율이 중요하다. 상기 규사 내화물의 입자크기 비율은 주철 또는 주강에 따라 그 비율을 달리할 수 있다.

규사 내화물은 이산화규소(SiO₂)의 함량이 중량 %로 97%이상 함유되고, 그 밖에 불가피하게 포함되는 기타불순물로 구성되며, 결정질이거나 비정질 모두 사용가능하다. 규사 내화물은 SiO₂의 함량이 97%미만이면 불순물이 강 중에 혼입되어 강 의 청정도를 저하시킨다.

제2내화물 내지 제4내화물(55b,55c,55d)로는 상술한 규사 내화물에 무수붕산(B₂O₃)이 일정함량 함유된 무수붕산ㆍ규사(SiO₂+B₂O₃) 내화물이 사용된다. 무수붕산ㆍ규사 내화물은 규사 내화물에 무수붕산(B₂O₃)이 중량 %로 1~2% 범위로 함유된 것이 사용된다.

보다 상세하게는 제2내화물(55b)로는 규사 내화물에 무수붕산이 1%함유된 것이 사용되고, 제3내화물(55c)로는 규사 내화물에 무수붕산이 1.5%함유된 것이 사용되며, 제4내화물(55d)로는 규사 내화물에 무수붕산이 2%함유된 것이 사용된다. 여기서 무수붕산은 규사 내화물의 소결촉진제로 사용된다. 무수붕산은 열팽창율이 적고 내열성이 우수하여 규사 내화물의 결합을 치밀하게 한다.

무수붕산은 규사 내화물에 첨가되는 함량이 증가할수록 소결효과가 좋으나 2%이상 함유되면 불순물 침식작용을 하여 용강의 품질을 저하시키고, 1%미만으로 함유되면 그 효과를 발휘할 수 없게 된다.

본 실시예에서는 용강의 청정도를 저하시키지 않는 범위에서 제1내화물(55a)의 상부로 적층되는 제4내화물(55d)로 갈수록 무수붕산의 함량을 점진적으로 증가시켜 내화물의 소결효과가 향상되도록 한다.

이하 본 발명에 의한 용해로용 내화물의 형성방법에 의해 내화물을 형성하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

용해로에 내화물(55)을 형성하는 과정은 용해로의 내부에 용해로 철피(51)보 다 좀더 작은 철피 모형을 넣고 그 사이에 분말형태의 제1, 제2, 제3 및 제4내화물(55a,55b,55c,55d)을 순차적으로 충진한 후 가열 건조시켜 형성하거나, 용해로(50)의 내면과 대응되는 형상의 틀에 상술한 바와 같이 분말형태의 제1, 제2, 제3 및 제4내화물(55a,55b,55c,55d)을 충진시켜 도가니형태로 가열 건조시켜 용해로 내부에 삽입 형성할 수도 있다.

보다 상세하게는 용해로(50) 내부 또는 용해로 형상의 틀에 제1내화물(55a)을 용강이 직접 접촉되는 높이까지 투입하여 다진 후, 그 상부에 제2, 제3, 제4내화물(55b,55c,55d)을 차례대로 더 투입하여 다지고 가열 건조하여 내화물(55)을 시공한다. 이후, 내화물(55)이 형성된 용해로(50) 내부에 용해하려는 원료인 스크랩을 투입하여 용해한다. 그러면 내화물(55)은 용해된 용강과의 접촉에 의해 고온의 열이 전도되어 소결 형성된다.

이때, 제1내화물(55a)은 용해로(50) 내부에 용해된 용강과 직접 접촉되어 고온의 열을 전달받음에 의해 소결되고, 용강과 직접 접촉되지 않는 제2 내지 제4내화물(55b,55c,55d)은 용강에서 발생되는 복사열과 소결을 촉진하는 무수붕산에 의해 제1내화물(55a)과 같은 수준으로 양호하게 소결된다. 이에 따라 용강과 직접적인 접촉이 없는 용해로(50)의 상부에 충진되는 제2 내지 제4내화물(55b,55c,55d)도 완전하게 소결 형성됨으로써, 내화물(55) 상부의 불완전한 소결형성에 따른 내화물(55) 붕괴 현상이 방지된다.

이때, 용강의 용해량은 용해로(50) 용량의 70~80% 정도로 채워지는 것이 일반적이며, 그에 해당되는 높이까지는 제1내화물(55a)이 충진되고, 그 상부로는 제2 내지 제4내화물(55b,55c,55d)이 순차적으로 충진되는 것이 바람직하다. 그러나 제1내화물(55a)과 제2 내지 제 4내화물(55b,55c,55d)이 충진되는 범위 및 형태는 작업 상태에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 내화물(55)을 도가니형태로 시공할 경우에는 틀에 작은 구멍을 형성하여 건조시 습기가 원활하게 방출될 수 있도록 한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 종래기술에 의한 내화물이 구비된 용해로의 구조를 보인 단면도.

도 2는 종래기술에 의한 내화물이 붕괴된 모습을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 용해로용 내화물의 바람직한 실시예를 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

50:용해로 51:철피

53:코일시멘트 55:내화물

55a,55b,55c,55d:제1,제2,제3 및 제4내화물

57:출강구

Claims (5)

1. 용해로 내측에 용강과 접촉되는 높이까지 구비되고, 분말형태의 규사를 소결하여 형성되는 제1내화물과;

   상기 제1내화물의 상부에 순차적으로 충진되고, 상부로 적층 될수록 규사에 함유되는 무수붕산의 함량이 점진적으로 높아지도록 한 별도의 내화물;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용해로용 내화물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 규사는 이산화규소(SiO₂)의 함량이 중량 %로 97%이상 함유된 것임을 특징으로 하는 용해로용 내화물.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 규사는 입자크기가 미립, 중립, 조립 순으로 40:30:30의 비율로 혼합된 것임을 특징으로 하는 용해로용 내화물.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1내화물은 규사에 무수붕산이 함유되지 않고,

   상기 별도의 내화물은 규사에 무수붕산(B₂O₃)이 중량%로 1%로 함유되는 제2 내화물과, 규사에 무수붕산이 중량%로 1.5%로 함유되는 제3내화물과, 규사에 무수붕산이 2%로 함유되는 제4내화물로 구성됨을 특징으로 하는 용해로용 내화물.
5. 용해로의 내화물 형성 방법은

   용해된 용강이 접촉되는 높이로 제1내화물을 소정의 두께만큼 충진하는 1단계와,

   상기 제1내화물의 상부에 1~2%의 무수붕산이 포함되는 분말형태의 제2, 제3 및 제4내화물을 상부로 갈수록 무수붕산의 함량이 점진적으로 높아지도록 순차적으로 충진하고 가열하여 도가니형태로 제조하는 2단계와,

   상기 내화물이 충진된 용해로 내부에 용해하고자 하는 원료를 투입하고 용해하여 상기 제1, 제2, 제3 및 제4내화물을 소결하는 제3단계,를 포함하는 것을 특징으로 하는 용해로용 내화물 형성방법.

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