KR20100023579A - 턴디쉬용 어퍼 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융된 금속을 슬라브(Slab), 브룸(Bloom), 빌렛트(Billet) 등으로 반제품화 하는 연속 주조공정에 사용되는 어퍼 노즐(Upper Nozzle)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속 주조공정상의 턴디쉬(Tundish)에서 몰드로 용강을 주입할 때 용강중의 비금속 개재물을 부상 분리시키고 용강의 재산화를 방지하기 위해 사용하는 턴디쉬용 어퍼 노즐에 관한 것이다.

본 발명의 턴디쉬용 어퍼 노즐은 골재부, 중립부, 미분부로 구성되는 어퍼 노즐의 재료가 뮬라이트 30-65 중량%, 알루미나 15-50 중량%, 지르코니아 뮬라이트 15-30 중량%의 조성비로 이루어지고 골재부 가장 큰 입자의 입도가 0.6mm 이하이며, 미분부의 입도가 0.075mm 이하이고 기공경이 5.0-9.9㎛로 미세하게 형성된 것을 특징으로 한다.

턴디쉬, 어퍼 노즐, 기공경, 포러스

Description

턴디쉬용 어퍼 노즐{Upper nozzle for tundish}

본 발명은 용융된 금속을 슬라브(Slab), 브룸(Bloom), 빌렛트(Billet) 등으로 반제품화 하는 연속 주조공정에 사용되는 어퍼 노즐(Upper Nozzle)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속 주조공정상의 턴디쉬(Tundish)에서 몰드로 용강을 주입할 때 용강중의 비금속 개재물을 부상 분리시키고 용강의 재산화를 방지하기 위해 사용하는 어퍼 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 제강로에서 용융된 용강은 래들에 담겨진 상태로 연주기 측으로 이동되어 턴디쉬를 거친 후 몰드로 주입되는데, 상기 공정에서 턴디쉬내의 용강을 몰드로 주입할 때 용강의 주입량을 제어하고 용강중에 포함된 비금속 개재물을 아르곤 가스를 취입하여 부상 분리시키기 위해 내화물로 된 슬라이딩 노즐이 사용된다.

도 1은 용강 주조용으로 사용되는 슬라이딩 노즐의 일예를 나타낸 단면도로서, 슬라이딩 노즐은 어퍼 노즐(1)이 설치된 상부 플레이트(2)와 하부 노즐(3)이 설치된 하부 플레이트(4) 및 상기 상하 플레이트(2)(4) 사이에 설치되어 용강통로를 개폐하는 미들 플레이트(5)로 이루어진다.

따라서 미들 플레이트(5)가 슬라이딩하면서 이동하면 어퍼 노즐(1)과 상부 플레이트(2) 그리고 하부 플레이트(4)와 하부 노즐(3)에 의해 형성되는 용강 통로가 미들 플레이트(5)에 의해 개방 또는 폐쇄되므로 용강의 흐름을 개폐함은 물론 유량을 제어할 수 있게 된다.

또한 상기 슬라이딩 노즐의 일측에는 가스 주입관이 설치되어 이 가스 주입관으로 아르곤 가스를 주입하면 아르곤 가스가 어퍼 노즐(1)과 블럭 벽면 사이의 통로를 따라 용강내로 분출되어 용강내에 포함된 비금속 개재물을 부상 분리시키게 되며, 이에 따라 청정한 용강만 하부 노즐(3)을 통해 몰드로 주입할 수 있게 된다.

상기와 같은 슬라이딩 노즐 구조에서 어퍼 노즐(1)은 통상 미세한 기공이 있는 포러스(Porous)형이 사용되며, 이 어퍼 노즐은 용강의 주입시 첫번째의 용강 통로가 되므로 사용 조건상 초기 개공시 열충격에 대한 저항성과 반복 사용에 따른 내 스폴링(Spalling)성 등의 내 열충격성이 요구되고, 이외에도 용강이나 비금속 성분에 대한 내식성과 내용성이 요구된다.

이러한 어퍼 노즐의 재료로서 종래에는 알루미나(Al₂O₃), 실리카(SiO₂), 크롬(Cr₂O₃) 등이 사용되었으며, 균일한 버블링성을 위해 알루미나는 볼(Ball)형 및 각형의 형태를 가지는 1mm 이하의 입도의 것이 사용되었다.

또한 종래의 포러스형 어퍼 노즐은 통상 기공경이 10㎛ 이상으로 구성되어 있으며, 상기와 같이 비교적 큰 기공경으로 부터 아르곤 가스가 퍼징되면 버블이 큰 사이즈로 취입되면서 용강중의 비금속 개재물을 분리 부상시키게 된다.

상기와 같은 종래의 어퍼 노즐의 주재료가 되는 알루미나는 용강에 대한 내식성은 우수하지만 열팽창계수가 커서 상대적으로 내 열충격성은 떨어지기 때문에 예열 또는 사용도중에 크랙이 발생되기 쉬운 문제가 있다.

또한 어퍼 노즐은 사용조건상 취입되는 아르곤 가스의 유량 및 기공부분에 걸리는 압력이 매우 중요한 요소로 작용한다.

통상 주조중에는 6 - 8nℓ/min의 아르곤을 투입하게 되고 이때 걸리는 압력이 1.0kg/㎠ 내외인 경우 가장 안정적인 사용상태를 유지하게 되는데, 종래의 어퍼 노즐은 기공경이 크기 때문에 투입되는 아르곤 가스의 유량에 비해 기공부분에 걸리는 압력의 손실이 커지게 되고 상기와 같은 압력의 손실은 장시간의 연주 조업시 불안한 요소로 작용할 수 있다

본 발명의 목적은 어퍼 노즐의 재료로 저 팽창성 원료를 사용하여 열팽창계수를 저감시킴에 의해 노즐의 내 열충격성이 향상될 수 있게 하고 또한 입도가 작은 재료를 사용함에 의해 노즐의 기공경이 5.0-9.9㎛로 미세화되게 함으로서 장시간의 연속 조업시에도 압력 번화가 거의 없는 연속 주조용 어퍼 노즐을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 턴디쉬용 어퍼 노즐은 골재부, 중립부, 미분부로 구성되는 어퍼 노즐의 재료가 뮬라이트 30-65 중 량%, 알루미나 15-50 중량%, 지르코니아 뮬라이트 15-30 중량%의 조성비로 이루어지고 골재부 가장 큰 입자의 입도가 0.6mm 이하이며, 미분부의 입도가 0.075mm 이하이고 기공경이 5.0-9.9㎛로 미세하게 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 어퍼 노즐은 저 열팽창성의 재료를 사용함에 따라 내 열충격성이 향상되므로 예열 및 사용중 크랙이 발생하는 것을 억제하여 준다.

또한 재료의 입도를 미세화하여 미세 기공경이 형성되도록 함으로서 용강중에 포함된 비금속 개재물의 미세 입자도 부상 분리시켜 강 품질의 향상을 가져오게 되며, 장시간의 연주 조업시에도 아르곤의 투입 압력이 일정하게 유지되어 안정적인 조업을 할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 턴디쉬용 어퍼 노즐은 주원료로 뮬라이트(3Al₂O_{3 -} 2SiO₂)와 알루미나(Al₂O₃) 및 지르코니아 뮬라이트(ZrO_{2 -}3Al₂O_{3 -}2SiO₂)가 사용된다.

상기한 어퍼 노즐의 원료는 저 열팽창성을 가진 내화물로서, 이중 뮬라이트의 열팽창율은 1000℃에서 0.6%이고 1500℃에서 0.8%이디.

또한 알루미나의 열팽창율은 1000℃에서 0.8%이고 1500℃에서 1.3%이며, 지르코니아 뮬라이트의 열팽창율은 1000℃에서 0.5%이고 1500℃에서 0.6%이다.

상기와 같은 저 열팽창성 원료를 적용함에 따라 본 발명에 따른 어퍼 노즐의 열팽창율은 1500℃에서 0.5-0.8% 정도가 되며, 이는 알루미나질로 이루어진 종래 어퍼 노즐의 1500℃에서의 열팽창율인 1.0-1.2% 보다 작아 내 열충격성이 우수하다.

그리고 상기 주원료의 조성비는 뮬라이트 30-65중량%, 알루미나 15-50 중량%, 지르코니아 뮬라이트 15-30 중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 뮬라이트와 알루미나 및 지르코니아 뮬라이트의 조성비가 상기 수치 한정범위 미만인 경우에는 열팽창율의 감소가 작아 원하는 내 열충격성 향상 효과를 얻을 수 없고, 반대로 상기 수치 한정범위 보다 큰 경우에는 용강에 대한 내식성이 떨어져 침식이 되는 문제가 있다.

또한 상기 어퍼 노즐은 원료 배합 구성에 따라 골재부와 중립부 및 미분부로 이루어지는데, 종래의 어퍼 노즐은 통상 골재부 재료의 입도가 주로 1.5-1.0mm, 중립부는 0,4미만-0.1mm, 미분부는 0.075mm이하로 구성하였고 이러한 경우 미분부는 25% 이하로 이루어지는 것이 일반적이다.

그러나 본 발명의 어퍼 노즐은 골재부 재료의 입도를 가장 큰 것이 0.6mm이하인 0.6-0.4mm로 구성하였고, 입도가 0.075mm이하인 미분부를 25%-50%로 구성하여 노즐이 미세한 기공경을 가지도록 하였다.

상기에서 재료의 입도가 0.075mm 이하인 미분부를 25% 미만으로 하면 골재부와 중립부 및 미립부간의 충진성이 떨어지고 열간에서의 소결성이 떨어져 기공율이 높아지므로 기공경이 커지게 된다.

반대로 0.075mm 이하인 미분부가 51% 이상인 경우에는 충진성은 향상되지만 미분의 과다로 인해 혼련성(바인더와의 코팅성)이 저하되어 크랙이 발생할 수 있 다.

또한 우수한 열간 소결성이 수축으로 이어져 크랙 발생의 우려가 더욱 커지는 문제가 있다

상기와 같은 재료와 입도로 구성된 본 발명의 포러스형 어퍼 노즐은 5.0-9.9㎛의 미세한 기공경을 가지며, 냉간에서의 통기량은 0.5kg/㎠의 압력에서 20-60nℓ/min의 유량이 통기된다.

또한 열간에서의 연속 조업시 6-8nℓ/min의 아르곤을 투입할 때 기공경 부분에 1.0g/㎠의 압력이 걸리게 되며, 주조 말기 까지도 압력이 일정하게 유지된다.

[실시예]

상기와 같은 조건으로 제조된 본 발명의 포러스형 어퍼 노즐을 실로 조건과 유사한 가열 시험로를 이용하여 1200℃에서 3시간 승온하고 1500℃에서 3시간 유지하는 조건으로 시험하여 크랙상태를 측정한 결과 종래 어퍼 노즐에 비해 크랙의 갯수와 크기가 현저히 감소됨을 알 수 있었다.

그리고 모형 수조를 이용하여 본 발명 어퍼 노즐의 압력별 통기 유량을 측정한 결과 종래 어퍼 노즐에 비해 미세한 버블이 형성됨을 알 수 있었고 적은량의 유량이 통기되는 것이 확인되었다.

또한 실로 적용시에도 어퍼 노즐에 일정 압력이 유지되었고 단면 컷팅 분석결과 내공부에 크랙이 저감됨은 물론 개재물의 부착이 현저히 감소된 것을 확인하였다.

(표 1)

		실시예
		1	2	3	4	5
뮬라이트		65	30	40	35	30
알루미나		15	45	32	30	50
지르코니아 뮬라이트		15	20	20	30	15
기타(크롬,점토)		5	5	8	5	5
부피비중		2.40	2.90	2.77	2.78	2.92
기공율(%)		22.0	23.0	21.0	21.5	24.0
기공경(㎛)		8.5	9.9	7.0	6.5	5.0
통기량(nℓ/min at 0.5kg/㎠)		25	40	40	45	35
열충격성		○	△	◎	◎	○
수조 버블 통기량(nℓ/min)	0.5kg/㎠	10	16	16	18	14
	1.0kg/㎠	45	72	72	80	60
실로 테스트	내 크랙성	○	△	◎	◎	○
	개재물 난부착성	◎	△	◎	○	◎

상기 표에서 기공경은 캐필러리 플로우 포로미터(Capillary flow porometer)기를 이용하여 버블포인트의 기공을 측정한 결과이며, 열충격성의 시험조건은 가열 시험로를 이용하여 1200℃에서 3시간 승온하고 1500℃에서 3시간 유지한 후 어퍼 노즐의 크랙 상태를 체크한 것이다.

또한 열충격성과 내 크랙성 및 개재물 난부착성 지표에서 ◎은 우수, ○은 양호, △은 보통을 나타낸다.

도 1은 용강 주조용 슬라이딩 노즐의 일예를 나타낸 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 어퍼 노즐

Claims (2)

1. 골재부, 중립부, 미분부로 구성되는 어퍼 노즐의 재료가 뮬라이트 30-65 중량%, 알루미나 15-50 중량%, 지르코니아 뮬라이트 15-30 중량%의 조성비로 이루어지고 골재부 가장 큰 입자의 입도가 0.6mm 이하이며, 미분부의 입도가 0.075mm 이하이고 기공경이 5.0-9.9㎛로 미세하게 형성된 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 어퍼 노즐.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 미분부의 입도 0.075mm 이하의 재료가 전체 노즐 재료의 25-50%로 구성된 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 어퍼 노즐.

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