KR20100080938A - 침지 노즐 및 연속 주조 방법 - Google Patents

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도모히데 다케우치
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Abstract

본 발명은, 내용성을 향상시킬 수 있는 침지 노즐과, 이 침지 노즐을 예열하는 예열 공정을 포함하는 연속 주조 방법을 제공하는 것으로, 용융 금속의 연속 주조 방법에 사용되는 침지 노즐로서, 적어도 외주부의 슬래그와 접촉하는 부분이 ZrO2: 70 질량% 이상과, FC(프리 카본): 30 질량% 이하를 포함하여 구성된 내화물, 또는 ZrO2: 70 질량% 이상과, FC(프리 카본): 20 질량% 이하와, ZrO2의 안정화재를 함유하는 잔부 10 질량% 이하를 포함하여 구성된 내화물로 형성되어 있고, 고주파 유도 가열에 의해 예열된 것을 특징으로 한다.

Description

침지 노즐 및 연속 주조 방법{IMMERSION NOZZLE AND METHOD OF CONTINUOUS CASTING}
본 발명은 용융 금속의 연속 주조 방법에 사용되는 침지 노즐 및 이 침지 노즐을 예열하는 예열 공정을 포함하는 연속 주조 방법에 관한 것이다.
종래에 용융 금속을 연속적으로 냉각 응고시켜 소정 형상의 주편을 형성하는 연속 주조 방법이 알려져 있고, 이 연속 주조 방법에서는, 침지 노즐을 통하여 턴디시로부터 몰드(수랭 주형) 내에 용융 금속을 주입하는 주조 공정이 실시된다.
침지 노즐은 턴디시의 저부에 부착되어 턴디시 내의 용융 금속을 노즐 하단의 토출구로부터 몰드 내에 토출하도록 구성되어 있다. 이 침지 노즐은 하단 측을 몰드 내의 용융 금속 중에 침지시킨 상태로 사용되고, 이에 따라, 주입 용융 금속의 비산을 방지함과 더불어 주입 용융 금속의 대기와의 접촉을 방지하여 산화를 억제하고 있다. 또한, 침지 노즐은 정류화한 상태에서 주입 가능하므로, 용융 금속에 부유하는 슬래그나 비금속 개재물 등의 불순물이 용융 금속 중에 혼입되는 것을 방지하고 있다. 그 결과, 주편 품질을 개선함과 더불어 조업의 안정성을 확보할 수 있다.
이와 같은 침지 노즐은 일반적으로 Al2O3-SiO2-C(카본) 내화물이나 Al2O3-C 내화물로 형성되어 있다. 이러한 Al2O3-C 함유 내화물제의 침지 노즐은, Al2O3가 내화성 및 용융 금속에 대한 내식성이 우수하고, C가 개재물(슬래그 성분)에 대하여 젖음성이 작고 팽창량이 작고 열전도성이 양호하기 때문에, 현재, 용융 금속의 연속 주조에 있어서 가장 널리 사용되고 있다.
이 경우에 용융 금속의 연속 주조 시에, 몰드 내의 용융 탕면 상에는 몰드 파우더라고 지칭되는 저염기도이고 침식성이 강한 슬래그가 부유하고 있다. 이 몰드 파우더는 일반적으로 CaO, SiO2, CaF2, Na2O, C를 함유하고 있고, 그 염기도는 1 정도이므로, Al2O3나 SiO2를 함유하는 내화물을 현저하게 용손(溶損)시킨다. 따라서, 종래의 Al2O3-C 함유 내화물에서는, 침지 노즐의 외주부에서 몰드 파우더에 접하는 부위(이하, 파우더 라인부라고 칭함)의 용손이 크고, 장기간 사용에 견딜 수 없다는 문제가 있다.
이 문제에 대하여, 종래에 침지 노즐의 파우더 라인부에 ZrO2-C질의 내화물을 사용한 것이 예를 들면 일본 공개 특허 공보 평11-302073호에 개시되어 있다.
ZrO2-C질의 내화물은 ZrO2의 몰드 파우더에 대한 우수한 내식성과 C의 내열 충격성을 조합한 특징을 가지며, ZrO2-C질의 내화물을 파우더 라인부에 사용함으로써 침지 노즐의 내용성(耐用性)을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 ZrO2-C질의 내화물에 있어서, 내식성을 더욱 향상시키기 위해서는, C의 배합량을 적게 하여 ZrO2의 배합량을 증가시키는 것이 효과적이다. 그러나, ZrO2의 증량은 내열 충격성의 저하를 일으키고, 사용 시의 균열이나 절손의 문제가 발생한다. 한편, 내열 충격성을 향상시키기 위해서는, C의 배합량을 증가시켜 ZrO2의 배합량을 적게 하는 것이 효과적이지만, 내식성은 저하한다.
이와 같이, 내식성 및 내용성을 높이기 위해서는 ZrO2 및 C의 배합량을 최적화할 필요가 있다. 상기 일본 공개 특허 공보 평11-302073호에 기재된 구성에서는, ZrO2의 배합량을 70 내지 95 질량%, C의 배합량을 5 내지 30 질량%로 함으로써 그러한 최적화를 도모하고 있다.
한편, 상기 주조 공정에서는, 침지 노즐의 온도가 낮은 경우에, 용융 금속의 주입을 개시할 때에 침지 노즐의 균열이나 폐색이 발생하거나, 용융 금속 상에 슬래그가 충분히 부상(浮上)하지 않고, 주편의 품질이 저하하는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 침지 노즐을 예열함으로써, 용융 금속의 주입을 개시할 때에 침지 노즐에 생기는 온도 차를 감소시켜, 상기 문제의 발생을 방지하는 것이 고려된다.
이와 같은 예열법으로서는, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이 버너(100)에 의해 연소 가스를 취부하는 것이 고려된다.
또한, 침지 노즐의 외주를 전열기(電熱器)로 둘러싸고 전열(傳熱)·복사에 의해 가열하는 방법도, 예를 들면 일본 공개 특허 공보 평10-118746호에 제안되어 있다.
그러나, 상기 일본 공개 특허 공보 평10-118746호에 기재된 바와 같은 ZrO2-C질의 내화물을 파우더 라인부에 사용한 침지 노즐을 예열한 후에, 주조 공정을 실시하는 경우에, ZrO2-C질의 내화물은 고열팽창재이므로, 다음의 (A), (B)와 같은 문제가 있다.
(A) 도 5에 도시된 바와 같은 버너(100)를 사용하여 예열하는 경우에, 노즐의 상단으로부터 버너(100)를 삽입하여, 내부에 연소 가스를 취부하고 하단 측의 토출공으로부터 배기한다. 따라서, 노즐 전체를 균일하게 가열하는 것이 곤란하고, 이러한 온도 차에 따른 ZrO2의 열팽창 차에 기인하여 응력 균열 등이 발생하게 된다.
또한, 버너에 의한 예열의 경우에, 예열에 필요한 시간이 길고, 연소 가스로부터 발생하는 산화성 분위기에 의하여, ZrO2-C질의 내화물에서의 C 성분이 산화에 의해 CO 가스 또는 CO2 가스가 되어 소실된다. 따라서, ZrO2-C질의 내화물 중에 대경의 기공이 형성되어 이 기공에 몰드 파우더가 침식하기 용이하게 되고, 몰드 파우더에 의한 용손을 조장하게 된다는 문제가 있다.
(B) 상기 일본 공개 특허 공보 평10-118746호에 기재된 전열기를 이용하여 예열하는 경우에, C 성분의 소실은 방지할 수 있으나, 전열·복사에 의해 노즐을 가열하고 있으므로, 부분적으로는 1400℃에 달하지만 전체를 균일하게 가열하는 것은 역시 곤란하다.
본 발명은 내용성을 향상시킬 수 있는 침지 노즐 및 이 침지 노즐을 예열하는 예열 공정을 포함하는 연속 주조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 침지 노즐을 균일하게 가열하기 위해서는, 고주파 유도 가열을 이용하는 것이 바람직하다는 지견에 기초하여 안출된 것으로, 본 발명의 요지로 하는 바는 이하와 같다.
(1) 본 발명에 관한 침지 노즐은, 용융 금속의 연속 주조 방법에 사용되는 침지 노즐로서, 적어도 외주부의 슬래그와 접촉하는 부분이 ZrO2: 70 질량% 이상과, FC(프리 카본) 30 질량% 이하를 포함하여 구성된 내화물로 형성되어 있고, 고주파 유도 가열에 의해 예열된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, ZrO2는 80 질량% 이상이고, 상기 FC는 20 질량% 이하인 것을 특징으로 한다.
이 때에, ZrO2의 배합향이 70 질량%보다 낮은 경우 및 FC의 배합량이 30 질량%보다 높은 경우에는, 몰드 파우더에 대한 충분한 내식성이 얻어지지 않는다.
이와 같은 침지 노즐은, 예들 들면 각종 무기물의 미분(微粉)과, 페놀 수지 등의 바인더를 혼련한 것을 CIP법 등으로 소정의 형상으로 성형하고, 이를 환원 소성(燒成)함으로써 형성된다. ZrO2는 결정립 크기가 수 ㎛ 내지 2mm 정도의 것이 사용된다. 또한, FC는 예를 들면 통상적으로 인상(鱗狀) 흑연, 전극 스크랩, 무연탄, 토상(土狀) 흑연 등의 첨가 흑연 외에, 파인더가 소성될 때에 잔류한 탄소분(炭素粉)도 포함한다.
본 발명에 의하면, 내화물 중에 FC가 잔존함으로써, 고주파 유도 가열에서 FC를 선택적으로 가열할 수 있고, 도 5 또는 상기 일본 공개 특허 공보 평10-118746호에 개시된 바와 같은 종래의 가열법에서 침지 노즐을 예열하는 경우에 비하여, 침지 노즐을 균일하게 예열할 수 있다.
따라서, 주조 공정에서 용융 금속의 주입을 개시할 때에, 용융 금속에 의해 침지 노즐이 받는 열충격을 완화할 수 있고, 균열 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 노즐을 균일하게 예열할 수 있으므로, 내열 충격성이 우수한 FC의 배합량을 20 질량% 이하로 낮추더라도, 균열 등의 문제가 발생하지는 않는다. 이에 따라, ZrO2의 배합량을 더욱 증대시키는 것이 가능하게 되므로, 슬래그에 의한 용손 속도를 저감시킬 수 있다.
또한, 고주파 유도 가열에 의하면, 종래와 같이 연소 가스를 사용하지 않고 단시간에 예열을 완료할 수 있으므로, 내화물 중의 FC의 소실이 적고, 슬래그에 의한 용손 속도를 저감시킬 수 있다. 따라서, 침지 노즐의 내용성을 향상시키는 것이 가능하다.
(2) 본 발명에 관한 침지 노즐은, 상기 (1)에 기재된 침지 노즐 외에, 이하의 구성으로도 성립하는 것이다. 즉, 본 발명에 관한 침지 노즐은, 용융 금속의 연속 주조 방법에 사용되는 침지 노즐로서, 적어도 외주부의 슬래그와 접촉하는 부분이 ZrO2: 70 질량% 이상과 FC(프리 카본): 20 질량% 이하와 ZrO2의 안정화재(安定化材)를 함유하는 잔부 10 질량% 이하를 포함하여 구성된 내화물로 형성되며, 고주파 유도 가열에 의해 예열되는 것을 특징으로 한다.
이러한 (2)의 발명에 의하면, 상기 (1)의 본 발명과 마찬가지의 효과를 발휘하는 것이 가능하다. 이와 더불어, 안정화재의 첨가에 의해 ZrO2를 안정한 상태로 내화물 조직 내에 고정시킬 수 있고, 슬래그 중으로 ZrO2 결정립이 탈락하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이에 따라, 슬래그와 접촉하는 부분이 슬래그에 의해 용손되는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 침지 노즐의 내용성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.
(3) 본 발명에 관한 침지 노즐은, 상기 (2)에 기재된 침지 노즐에 있어서, 안정화재는 CaO, MgO 및 Y2O3 중 적어도 어느 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, ZrO2의 배합량이 70 질량%보다도 낮은 경우나, FC 및 잔부의 배합량을 합계한 것이 30 질량%보다도 높은 경우에는, 몰드 파우더에 대한 충분한 내식성이 얻어지지 않는다.
(4) 본 발명에 관한 연속 주조 방법은, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 침지 노즐을 고주파 유도 가열에 의해 예열하는 예열 공정과, 상기 예열 공정에서 예열된 상기 침지 노즐을 통하여 턴디시로부터 몰드에 용융 금속을 주입하는 주조 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 (4)의 발명에 의하면, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 효과를 발휘하는 것이 가능하다. 따라서, 침지 노즐의 내용성을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 내화물 중에 FC가 존재함으로써, 고주파 유도 가열에서 FC를 선택적으로 가열할 수 있고, 침지 노즐을 균일하게 예열할 수 있다. 따라서, 예열 후에, 주조 개시 시에 침지 노즐에 균열 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 주조 공정에서 슬래그와 접촉하는 부분의 슬래그에 의한 용손을 억제할 수 있다. 따라서, 침지 노즐의 내용성을 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에서의 연속 주조기의 개략 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1의 실시 형태에 관한 침지 노즐을 나타내는 측단면도이다.
도 3은 도 1의 실시 형태에서의 침지 노즐의 파우더 라인부에 사용하는 내화물의 ZrO2와 FC의 배합량을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 실시 형태에서의 침지 노즐이 장착된 상태의 예열 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 5는 종래의 버너를 이용한 가열법에 의해 침지 노즐을 예열하고 있는 상태를 나타내는 측단면도이다.
이하, 본 발명의 한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
[연속 주조기의 개략 구성]
도 1에 본 실시 형태에서의 연속 주조기의 개략 구성을 나타낸다. 도 1에서, 도면 부호 1은 연속 주조기이며, 이 연속 주조기(1)는 용강을 연속적으로 냉각 응고시켜 소정 형상의 강괴를 형성한다. 이와 같은 연속 주조기(1)는 레이들(2)과, 롱 노즐(3)과, 턴디시(4)와, 복수의 침지 노즐(5)과, 복수의 몰드(6)를 구비한다. 또한, 도 1에서는 침지 노즐(5)과 몰드(6)를 각각 1개씩 도시하고 있다.
레이들(2)은 연속 주조에 있어서 최초로 용강이 도입되는 내열 용기이고, 저면부에는 주입구(21)가 설치되어 있다.
롱 노즐(3)은 레이들(2)의 주입구(21)에 부착되어, 레이들(2) 내부에 저류된 용강을 노즐 하단 개구부(31)로부터 턴디시(4) 내로 토출하도록 구성되어 있다.
턴디시(4)는 롱 노즐(3)의 하방에 배치되고, 레이들(2)로부터 롱 노즐(3)을 통해 주입된 용강을 저류하는 내열 용기이다. 이 턴디시(4)는, 저면부에는 각 몰드(6)에 대응한 복수의 주입구(41)가 형성되어 있고, 이 주입구(41)의 내부에는 주입구(41)로부터 유출되는 용강의 유량을 조정하는 유량 조정기(도시 생략)가 설치되어 있다. 이와 같은 턴디시(4)에 의해, 레이들(2)로부터의 용강이 정류화(整流化)되고, 용강이 각 모듈(6)에 소정량씩 분배되도록 구성되어 있다.
침지 노즐(5)은, 구체적으로는 후술하겠지만, 턴디시(4)에서의 주입구(41)의 하부에 부착되어 있고, 이 노즐을 통하여 턴디시(4) 내의 용강이 몰드(6)에 주입된다.
몰드(6)는 침지 노즐(5)의 하방에 설치된 수랭식의 주형이다. 몰드(6) 내는 소정의 단면 형상을 가지고 있고, 이 몰드(6) 내에 침지 노즐(5)을 통해 턴디시(4)로부터 용강이 연속적으로 주입된다. 이와 같은 몰드(6)에 의해, 몰드(6) 내의 용강은 냉각되어, 몰드(6) 내의 내주면 측으로부터 응고 셸이 형성·성장하여, 응고된 강이 형성되도록 구성되어 있다.
또한, 몰드(6)의 하방에는, 몰드(6) 내에서 형성된 강을 몰드(6) 내의 하방 개구부로부터 하방으로 연속적으로 인발하는 롤러 에이프런(roller apron) 및 인발 롤이 설치되어 있다(도시 생략). 또한, 인발 롤의 하류 측에는, 인발 롤에서 인발되어 몰드(6) 내로부터 연속적으로 뻗어 있는 상태의 강을 소정 길이의 치수로 절단하는 절단기(도시 생략)가 설치되어 있다. 이 절단기에서 강이 절단됨으로써, 예를 들면 판상이나 봉상 등의 소정 형상의 강괴가 형성되도록 구성되어 있다.
[침지 노즐의 구성]
다음으로, 침지 노즐(5)의 구성에 대하여, 도 2와 도 3에 기초하여 설명한다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 침지 노즐을 나타내는 측단면도이다. 도 3은 침지 노즐의 파우더 라인부에 사용하는 내화물의 ZrO2와 FC의 배합량을 나타내는 도면이다.
도 2에서 침지 노즐(5)은, 노즐 본체(51)와, 주입구(41) 하부에 설치되어 노즐 본체(51)의 상단부를 지지하는 홀더(52)를 구비하고 있다. 이 침지 노즐(5)은 후술하는 예열 공정에서 고주파 유도 가열에 의해 예열된 후에 사용된다.
노즐 본체(51)는 대략 원통형으로 형성되어, 그 하단을 폐색하는 저면부(511)가 설치되어 있다. 이 노즐 본체(51)에서 측면부의 저면부(511) 근방에는, 한 쌍의 토출구(512)가 서로 대향하는 상태로 설치되어 있다. 이와 같은 노즐 본체에 의해, 노즐 본체(51)의 상단 개구로부터 유입된 용강이 한 쌍의 토출구(512)를 통해 몰드(6) 내로 토출되도록 구성되어 있다.
또한, 노즐 본체(51)는 그 하단 측이 모들(6) 내의 용강에 침지된 상태에서 사용된다. 여기서, 도 2 내의 2점쇄선은 슬래그 라인(S)을 나타낸다. 노즐 본체(51)가 용강 중에 침지된 상태에서는, 노즐 본체(51)의 외주면에서의 슬래그 라인(S)보다도 하측에서 몰드 파우더에 접촉(파우더 두께는 10mm 정도)하고, 몰드 파우더보다도 하측이 용강 중에 침지되어 있다. 예열 불량의 경우에, 파우더 라인(S)보다도 상측에서 균열이 발생하는 경우가 있다.
이와 같은 노즐 본체(51)는, 외주면부 중에서 토출구(512)보다도 상측의 파우더 라인부(513) 및 그 이외의 부위가 각각 다른 내화물로 형성된 2층 구조로 되어 있다.
파우더 라인부(513)를 형성하는 내화물은, 도 3에 영역 A와 영역 B로 도시된 바와 같이, ZrO2: 70 질량% 이상과, FC(프리 카본): 30 질량% 이하를 함유하여 구성되어 있다. 또한, 파우더 라인부(513)를 형성하는 내화물은, 도 3에 영역 A로 도시된 바와 같이, ZrO2: 70 질량% 이상과, 흑연을 함유하는 FC: 20 질량% 이하와, ZrO2를 안정화시키는 안정화재를 함유하는 잔부 10 질량% 이하를 포함하여 구성될 수도 있다.
ZrO2 함유량의 상한치는 특별히 규정되는 것은 아니며 100 질량% 미만일 수 있고, FC(프리 카본) 함유량의 하한치도 특별히 규정되는 것은 아니며 0 질량% 초과일 수 있다. 더욱이, 안정화재를 함유하는 잔부의 하한치도 특별히 규정되는 것은 아니며 0 질량% 초과일 수 있다.
노즐 본체(51)에 있어서 파우더 라인부(513) 이외의 부위는, 예를 들면 Al2O3-SiO2-C나 Al2O3-C 등의 내화물로 형성되어 있다. 또한, 파우더 라인부(513) 이외의 부위에 사용하는 내화물은 이에 한정되지 않으며, 노즐 본체(51) 내부를 유동하는 용강에 대하여 우수한 내화성 및 낮은 용융 젖음성이 얻어지는 재료이면 어떤 것이라도 채용 가능하다.
[예열 장치의 구성]
다음으로, 전술한 구성의 침지 노즐(5)을 예열하는 예열 장치에 대하여 도 4에 기초하여 설명한다. 도 4는 침지 노즐이 장착된 상태의 예열 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 4에 있어서, 도면 부호 7은 예열 장치이며, 이 예열 장치(7)는 침지 노즐(5)을 고주파 유도 가열에 의해 가열한다. 이와 같은 예열 장치(7)는, 내열 용기(71)와, 외측 코일(72)과, 내측 코일(73)과, 유도 전류 인가 장치(도시 생략)를 구비하여 구성되어 있다.
외측 코일(72)은 내열 용기(71)의 내부에 수용된 유도 가열 코일이며, 코일 내주 측에 노즐 본체(51)의 하단부에서부터 중간부 상방까지를 수용할 수 있게 구성되어 있다.
내측 코일(73)은 외측 코일(72)과 같은 유형의 유도 가열 코일이며, 노즐 본체(51)의 상부 개구로부터 내부에 삽입 가능하게 구성되어 있다.
유도 전류 인가 장치는, 외측 코일(72) 및 내측 코일(73) 각각에 고주파의 유도 전류를 인가하는 장치이다.
[연속 주조 방법]
본 실시 형태에 관한 연속 주조 방법에 대하여, 이하와 같은 구성의 연속 주조기(1) 및 예열 장치(7)를 사용한 예로 설명한다.
본 실시 형태의 연속 주조 방법은 예열 공정과 주조 공정과 인발 공정과 강괴 형성 공정을 구비하여 구성되어 있다.
예열 공정에서는, 도 4에 도시된 예열 장치(7)를 이용하여, 침지 노즐(5)을 고주파 유도에 의해 예열한다. 구체적으로는, 우선 턴디시(4)로부터 분리된 상태의 침지 노즐(5)에 대하여 예열 장치(7)를 세팅한다. 이와 같이 세팅된 상태에서는, 노즐 본체(51)는 외측 코일(72) 내에 수용되고, 노즐 본체(51)의 상부 개구로부터 내부로 내측 코일(73)이 삽입된 상태가 되어 있다. 그 후에, 유도 전류 인가 장치에 의해, 외측 코일(72) 및 내측 코일(73)에 유도 전류를 인가한다. 이에 의하여, 노즐 본체(51)에 포함된 FC 근방에 고밀도의 와전류가 발생하여, 큰 줄열이 발생하고 노즐 본체(51) 전체가 균일하게 가열된다.
이 고주파 유도 가열에 의하여, 예를 들면 0.5 내지 2 시간 정도의 가열 시간으로, 노즐 본체(51)의 온도는 1000℃ 이상에 달한다. 또한, 예를 들면 노즐 본체(51)를 1100℃ 이상으로 가열하는 경우에, 종래와 같이 버너(100)(도 5 참조)로 가열하는 경우에는 각 부분 사이에 최대 500℃ 내지 600℃의 온도 차가 생기지만, 고주파 유도 가열에 의하면 각 부분 사이에 최대 300℃ 정도의 온도 차만이 생긴다.
또한, 고주파 유도 가열에 의하면, 종래와 같이 연소 가스를 사용하지 않고 단시간에 예열이 완료되므로, 파우더 라인부(513) 중의 C가 소실되기 어렵고, 내화물 내에서의 기공의 확대가 방지된다.
주조 공정에서는, 도 1에 도시된 연속 주조기(1)를 이용하여 용강의 주조를 실시한다. 우선, 예열 공정에서 예열된 침지 노즐(5)을 턴디시(4)의 주입구(41)에 부착한 후에, 레이들(2)의 내부에 용강을 도입한다. 이 용강은, 롱 노즐(3)을 통하여 레이들(2)로부터 턴디시(4) 내부로 유동하고, 턴디시(4)의 내부에서 정류화된다. 그 후에, 정류화된 용강을 유량 조정기(도시 생략)로 유출량을 조정하면서, 침지 노즐(5)을 통하여 몰드(6) 내에 주입하고, 몰드(6)에서 일정한 탕면 레벨을 유지한다.
이러한 주조 공정에 있어서, 용강의 주입을 개시할 때에, 예열 공정에서 노즐 본체(51)를 균일하게 가열하므로, 침지 노즐(5)이 용강에 의해 받는 열충격이 완화되어, 균열 등의 문제의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 파우더 라인부(513)는, ZrO2 및 FC 등을 상기 범위로 함유한 내화물로 형성되어 있으므로, 몰드 파우더에 대한 높은 내식성을 가지며, 몰드 파우더에 의한 용손을 억제할 수 있다. 또한, 예열 공정에서의 예열에 의해 파우더 라인부(513) 중의 기공이 확대되지 않으므로, 기공 내부에 몰드 파우더가 침식하여 내화물 중의 결정립이 몰드 파우더 중으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 침지 노즐(5)의 내용성을 향상시킬 수 있다.
인발 공정에서는, 몰드(6) 내에서 냉각·고화된 강을 도시되지 않은 롤러 에이프런 및 인발 롤에 의해 하방으로 연속적으로 인출한다.
강괴 형성 공정에서는, 인발 롤로 인발된 강을 절단기에 의해 소정의 길이 치수로 절단하여, 소정 형상의 주편을 연속적으로 형성한다.
또한, 예열 공정에서는, 침지 노즐(5) 외에도, 롱 노즐93) 및 턴디시(4)를 예열한다. 또한, 예열 공정에서 침지 노즐(5)을 턴디시(4)에 조립하지 않은 상태에서 예열하는 것으로 하였으나, 침지 노즐(5)을 턴디시(4)에 조립한 상태에서 예열을 실시할 수도 있다.
실시예
전술한 본 실시 형태의 효과를 확인하기 위하여 실시예에 대하여 설명한다.
[실험 시료]
· 침지 노즐: 도 2에 도시된 상기 실시 형태의 침지 노즐(5)과 동종의 것을 복수 준비하였다.
· 노즐 치수: 노즐 본체(51)의 최대 외경 치수는 φ140mm, 내경 치수는 φ80mm, 길이 치수는 700mm로 하였다.
· 내화물 조성: 각 파우더 라인부(513)를 형성하는 내화물의 조성은 이하의 표 1에 나타낸 것을 포함하고, 도 3에 각각 도시된 조성의 것을 포함하고 있다.
· 형성법: 내화 골재와 인상 흑연을 바인더와 함께 혼련한 후에, 노즐 형상의 고무 주형에 혼련물(배토)을 유입한다. 이종 재질을 유입하는 경우에는, 고무 주형에 칸막이를 넣어 혼입되지 않도록 유입한다. 그 후에, 습식의 CIP 성형법으로 고압(50 내지 100MPa)의 수압을 가하여 고화한다. 주형으로부터 성형품을 인출한 후에, 환원 분위기에서 1000℃ 이상의 고온에서 소성을 실시한다. 냉각 후에는 필요한 치수로 가공하고, 산화 방지재를 도포한 후에 실제 실험에 사용한다.
Figure pct00001
[고주파 유도 가열에 의한 예열]
· 예열 대상: 실시예 1 내지 실시예 6
· 예열 장치: 도 4에 도시된 예열 장치(7)와 같다. 외측 코일(72)에는 직경 치수 φ200mm, 길이 치수 500mm, 내측 코일(73)에는 직경 치수 φ70mm, 길이 치수 300mm의 것을 사용하였다.
· 유도 전류: 외측 코일(72)에는 주파수 30kHz, 전류 200A, 전력량 15kW의 유도 전류를 인가하였다. 내측 코일(73)에는 주파수 37kHz, 전류 200A, 전력량 12kW의 유도 전류를 인가하였다.
· 예열 시간: 40분
[버너 가열에 의한 예열]
· 예열 대상: 비교예 1과 비교예 2
· 예열 장치: 도 5에 도시된 버너(100)를 사용하여 예열하였다. 도 5에 있어서, 침지 노즐(5)을 내열 용기(101) 중에 수용한 상태에서, 침지 노즐(5)의 상단 개구부로부터 내부에 버너(100)를 삽입하여 연소 가스를 취부하고 있다.
· 연소 가스: COG(Coke-oven Gas: 코크스로 가스)
· 공기비: 1.2
· 예열 시간: 90분
[주조 실험]
· 실험 대상: 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1과 비교예 2
· 연속 주조기: 도 1에 도시된 상기 실시 형태의 연속 주조기(1)와 동종의 것을 사용하였다(8 차지).
· 주조 방법: 상기 실시 형태에서의 주조 공정과 동일하다. 구체적으로는, 각 침지 노즐(5)을 단체(單體)로 예열한 후에 각각 턴디시(4)에 부착하여, 예열 종료의 시점부터 5분 후에 주조를 개시하였다.
· 강종: 저탄소강(탄소 농도 0.06 질량%)
· 몰드 파우더의 염기도: 1.0
· 조업 시간: 합계 360분
[실험 결과]
실시예 1 내지 실시예 6, 비교예 1 및 비교예 2의 침지 노즐(5)에 대하여, 상기 주조 실험의 결과(용손 속도 지수, 트러블 발생 지수)를 표 1에 함께 나타내었다.
· 용손 속도 지수: 비교예 1에 대해서의 용손 속도(주조에 의해 파우더 라인부(513)가 용손된 양을 조업 시간으로 나눈 것)를 100으로 하였을 경우에, 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 2에 대해서의 용손 속도를 지수화한 것이다.
· 트러블 발생 지수: 비교예 1에 있어서의 트러블 발생율(주조한 회수와, 절손이나 균열 등의 문제가 발생한 회수의 비)을 100으로 한 경우에, 실시예 1에서의 트러블 발생율을 지수화한 것이다.
[지견 1: 고주파 유도 가열의 효과에 대하여]
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1은 파우더 라인부(513)의 조성이 동일하고(ZrO2:FC:CaO=75:20:5), 실시예 2와 비교예 2는 파우더 라인부(513)의 조성이 동일하다(ZrO2:FC:CaO=82:13:5). 또한, 실시예 1과 실시예 2는 예열법이 고주파 유도 가열(IH)이고, 비교예 1과 비교예 2는 버너에 의한 가열이라는 점에서 다르다.
표 1의 결과에서 용손 속도 지수를 비교하면, 실시예 1은 비교예 1에 대하여 10% 낮은 값이 되어 있고, 실시예 2는 비교예에 대하여 약 9.5% 낮은 값이 되어 있다. 이는, 고주파 유도 가열에 의해 예열한 경우에, 버너로 예열한 경우와 달리 연소 가스를 사용하지 않고 단시간에 예열이 종료되므로, 파우더 라인부(513)에서의 C의 소실이 방지되기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 표 1의 결과에서 트러블 발생 지수를 비교하면, 실시예 1은 비교예 1에 대하여 85% 낮은 값이 되어 있다. 이는, 고주파 유도 가열에 의해 예열한 경우에, 버너에 의해 예열한 경우보다도 노즐 본체(51)의 각 부분이 균일하게 가열되었기 때문인 것으로 생각된다.
이상으로부터, 고주파 유도 가열로 침지 노즐(5)을 예열함으로써, 몰드 파우더에 용손되기 어렵고, 주조 개시 시에 균열 등의 문제의 발생 빈도가 현저하게 저감될 수 있음을 알 수 있었다. 결국, 침지 노즐(5)의 내용성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
[지견 2: ZrO2와 FC의 배합 비율에 대하여]
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3 및 실시예 6을 비교하면, 모두 파우더 라인부(513)에 CaO가 5 질량% 정도 함유되어 있고, ZrO2의 배합량은, 75 질량%(실시예 1), 82 질량%(실시예 2), 88 질량%(실시예 3), 70 질량%(실시예 6)이고, 실시예 3이 가장 높고, 실시예 6이 가장 낮게 되어 있다. 이 때에, FC의 배합량은, 20 질량%(실시예 1), 13 질량%(실시예 2), 8 질량%(실시예 3), 26 질량%(실시예 6)이고, 실시예 3이 가장 낮고, 실시예 6이 가장 높게 되어 있다.
또한, 표 1의 결과에서, 용손 속도 지수를 비교하면, 실시예 1은 실시예 6에 대하여 약 5% 낮고, 실시예 2는 실시예 6에 대하여 약 9% 낮고, 실시예 3은 실시예 6에 대하여 약 13% 낮은 값이 되어 있다. 이는, 내식성이 우수한 ZrO2의 배합 비율이 증대하였기 때문에, 파우더 라인부(513)의 몰드 파우더에 대한 내식성이 향상하였음에 의한 것으로 생각된다.
이러한 실시예 1 내지 실시예 3 및 실시예 6에 있어서는, 용강의 주입 개시 시에 거의 균열 등이 발생하지 않고, 모두 양호한 내열 충격성을 나타내고 있다. 이는, 내열 충격성이 우수한 FC의 배합량이 충분하였고 고주파 유도 가열에 의해 노즐 본체(51)가 균일하게 가열되었기 때문에 의한 것으로 생각된다.
또한, 표 1에는 나타나 있지 않지만, ZrO2의 배합량이 70 질량%보다도 낮은 경우나, FC의 배합량이 30 질량%보다도 높은 경우에는, ZrO2의 배합량이 충분하지 않고 몰드 파우더에 대한 충분한 내식성이 얻어지지 않았다.
이상으로부터, ZrO2의 배합량을 70 질량% 이상으로 함으로써, 몰드 파우더에 대한 충분한 내식성이 얻어지고, 더욱이 ZrO2의 배합량을 80 질량% 이상으로 함으로써, 내식성을 더욱 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
또한, FC의 배합량을 30 질량% 이하로 함으로써, 파우더 라인부(513)의 고도의 내열 충격성이 얻어짐을 알 수 있었다. 더욱이, FC의 배합량을 20 질량% 이하로 하여도, 파우더 라인부(513)의 양호한 내열 충격성을 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
[지견 3: 안정화재의 첨가에 의한 효과에 대하여]
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예5를 비교하면, 파우더 라인부(513)에 함유된 ZrO2의 양이 88 질량%(실시예 3), 86 질량%(실시예 4), 85 질량%(실시예 5)로 유사한 정도가 되어 있다. 또한, 실시예 3과 실시예 4는 각각 안정화재로서 CaO, MgO가 4% 함유되어 있고, 실시예 5에는 안정화재가 첨가되어 있지 않다.
또한, 표 1의 결과에서 용손 속도 지수를 비교하면, 실시예 3은 실시예 5에 대하여 약 5% 낮은 값이 되어 있고, 더욱이 실시예 4는 실시예 5에 대하여 약 7% 낮은 값이 되어 있다. 이는, 안정화재의 첨가에 의해 내화물 조직 내로부터 ZrO2 결정립이 탈락하기 어렵게 되었기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 안정화재를 함유한 잔부가 10 질량%보다도 많은 경우에도, 그 효과는 발휘되지만, 상대적으로 ZrO2의 배합 비율이 적고, 몰드 파우더에 대한 충분한 내식성이 얻어지기 어렵게 되기 때문에, 10 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 표 1에 나타내지는 않았지만, 안정화재로서 Y2O3를 첨가한 경우에도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이상으로부터, 안정화재를 10 질량% 이하 첨가함으로써, 파우더 라인부(513)의 용손 속도를 저감시킬 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함된다. 예를 들면, 파우더 라인부(513)의 조성은 실시예 1 내지 실시예 6의 조성으로 한정되지 않고, 도 3의 영역 A와 B 내에 속하는 조성이라면, 본 발명에 포함되는 것이다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 내화물 중에 FC가 존재함으로써, 고주파 유도 가열에서 FC를 선택적으로 가열할 수 있고, 침지 노즐을 균일하게 예열할 수 있다. 따라서, 예열 후에, 주조 개시 시에 침지 노즐에 균열 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 주조 공정에서 슬래그와 접촉하는 부분의 슬래그에 의한 용손을 억제할 수 있다. 따라서, 침지 노즐의 내용성을 향상시키는 것이 가능하다.

Claims (4)

  1. 용융 금속의 연속 주조 방법에 사용되는 침지 노즐로서, 적어도 외주부의 슬래그와 접촉하는 부분이 ZrO2: 70 질량% 이상과, FC(프리 카본): 30 질량% 이하를 포함하여 구성된 내화물로 형성되어 있고, 고주파 유도 가열에 의해 예열된 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
  2. 용융 금속의 연속 주조 방법에 사용되는 침지 노즐로서, 적어도 외주부의 슬래그와 접촉하는 부분이 ZrO2: 70 질량% 이상과, FC(프리 카본): 20 질량% 이하와, ZrO2의 안정화재를 함유하는 잔부 10 질량% 이하를 포함하여 구성된 내화물로 형성되어 있고, 고주파 유도 가열에 의해 예열된 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
  3. 제2항에 있어서, 상기 안정화재는 CaO, MgO 및 Y2O3 중에서 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지 노즐.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 침지 노즐을 고주파 유도 가열에 의해 예열하는 예열 공정과, 상기 예열 공정으로 예열된 상기 침지 노즐을 통하여 턴디시로부터 몰드로 용융 금속을 주입하는 주조 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
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