KR20110091645A - 고온 조합체, 고온 조합체의 제조 방법, 내열 실링제 - Google Patents

고온 조합체, 고온 조합체의 제조 방법, 내열 실링제 Download PDF

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Abstract

고온 환경에서 사용되는 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 있어서의 실링성을 향상시키는데 유리한 고온 조합체, 고온 조합체의 제조 방법, 내열 실링제가 제공된다. 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 배치되는 내열 실링제는, 합성되면 부피 팽창하는 세라믹을 형성하는 복수 재질의 세라믹스 입자를 함유한다.

Description

고온 조합체, 고온 조합체의 제조 방법, 내열 실링제{HIGH TEMPERATURE COMBINATION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, HEAT RESISTANT SEALING AGENT}
본 발명은 턴디쉬(Tundish) 상부 노즐 등의 고온 조합체, 고온 조합체의 제조 방법, 이들에 사용되는 내열 실링제에 관한 것이다.
용탕 등의 금속용탕에 가스를 취입(吹入)하여 가스 버블링을 진행하는 가스 취입 노즐이 사용되고 있다. 가스 취입 노즐은 가스를 흘려보내는 가스 통로를 구비하는 내화물과, 내화물을 포위하는 철피(steel furnace)를 구비한다(특허문헌 1). 그러나, 내화물과 철피의 경계 영역의 실링성을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다. 또한, 용강(molten steel) 등의 용탕을 통과시키는 용탕 노즐도 제공되어 있다. 용탕 노즐은, 용탕을 통과시키는 용탕 통로를 구비하는 내화물과, 내화물을 포위하는 철피를 구비한다. 이 경우에 있어서도, 내화물과 철피의 경계 영역의 실링성을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허출원공개 2007-262471호 공보
본 발명은, 가열되는 고온 환경에서 사용되는 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 있어서의 실링성을 높이는데 유리한 고온 조합체, 고온 조합체의 제조 방법, 내열 실링제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 고온 조합체는, 적어도 제 1 부재 및 제 2 부재를 구비하고, 또한 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 배치된 내열 실링제를 구비하는 고온 영역에서 사용되는 고온 조합체이고, 내열 실링제는, 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 유효성분으로서 함유하는 것을 특징으로 한다. 유효성분으로서 함유한다는 것은, 합성(소성)되면 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하는 세라믹스 입자로서 함유한다는 의미이다. 고온 조합체는, 예를 들면 800∼2000℃의 고온 영역에서 사용되는 것이다. 내열 실링제는, 예를 들면 800∼2000℃의 고온 영역에서 긴 시간에 걸쳐 가열된다.
본 발명에 따른 고온 조합체의 제조 방법은, 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 유효성분으로서 함유하는 내열 실링제와, 제 1 부재와, 제 2 부재를 준비하는 제 1 공정과; 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 내열 실링제를 개재시키도록 적어도 제 1 부재와 제 2 부재를 조합하여 조합체를 형성하는 제 2 공정과; 조합체의 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 내열 실링제를 개재시킨 상태에서, 조합체의 사용시에 있어서의 조합체의 사용 온도, 조합체의 사용전에 있어서의 조합체의 가열 온도, 조합체의 반입전에 있어서의 조합체의 가열 온도 중의 적어도 하나로, 내열 실링제를 가열하여 소성시키고, 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 합성시켜 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하여 조합체의 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역을 실하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹스제는, 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 배치되는 내열 실링제이고, 합성(소성)되면 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 유효성분으로서 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에, 합성전(소성전)의 내열 실링제를 개재시킨다. 그 상태에서, 조합체의 사용시에 있어서의 조합체의 사용 온도, 조합체의 사용전에 있어서의 조합체의 가열 온도, 조합체의 반입전에 있어서의 조합체의 가열 온도 중의 적어도 하나로, 합성전(소성전)의 내열 실링제를 가열하여 소성시킨다. 이에 의해 내열 실링제를 구성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 합성(소성)시켜 세라믹스를 형성하여, 조합체의 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역을 실(seal)한다. 이 경우, 내열 실링제는 팽창하여 실링층을 형성한다. 실링층의 팽창은 잔존한다. 실링층의 잔존 팽창에 의해 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 있어서의 실링성을 향상시킬 수 있다. 조합체의 가열 온도(사용 온도)는, 예를 들면, 800∼2000℃의 고온 영역이다. 따라서, 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 개재하는 합성전의 내열 실링제도 고온으로 가열되기 때문에, 내열 실링제에 함유되어 있는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자는, 반응전보다 부피 팽창하는 세라믹스(예를 들면, 뮬라이트(mullite), 스피넬(spinel) 등)를 형성한다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 내열 실링제를 구성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 합성(소성)시켜서 세라믹스를 형성하여, 조합체의 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역을 실(seal)한다. 이 경우, 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 있어서의 실링성을 향상시킬 수 있다. 합성전의 내열 실링제이기 때문에, 실링성이 요구되는 부재에, 합성전에 직접적으로 도포할 수 있다. 내열 실링제가 소성되면 팽창하여, 잔존 팽창을 갖는 실링층이 형성된다. 팽창(잔존 팽창)하여 극간에 있어서의 실링성을 향상시킬 수 있다. 내열 실링부의 소성(합성)에 대해서는, 고온 조합체의 사용시의 온도로 가열하여 소성해도 좋다. 또는, 고온 조합체의 사용전의 단계, 고온 조합체를 공장으로 반입하기 전에 별도로 가열하여 소성해도 좋다. 연마하여 고온 조합체의 사용시의 온도로 가열하여 소성 하면, 내열 실링부를 가열하여 소성시키는 소성 공정을 별도로 필요하지 않기 때문에, 간이하다.
도 1은 실시형태 1에 따른 턴디쉬 상부 노즐의 단면도.
도 2는 실시형태 2에 따른 턴디쉬 상부 노즐의 단면도.
도 3은 실시형태 5에 따른 취입 플러그의 단면도.
도 4는 실시형태 5에 따른 취입 플러그의 단면도로서, 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도.
도 5는 시험예에 있어서, 가스 누설 시험의 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 시험예에 있어서, 실링층 조직의 현미경 사진을 나타내는 사진.
도 7은 실시형태 7에 따른 턴디쉬 상부 노즐의 단면도.
도 8은 실시형태 8에 따른 턴디쉬 상부 노즐의 단면도.
도 9는 실시형태 8의 주요부분의 단면도.
도 10은 실시형태 9에 따른 턴디쉬 상부 노즐의 단면도.
도 11은 실시형태 10에 따른 턴디쉬 상부 노즐의 단면도.
본 발명에 따른 내열 실링제에 의하면, 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 뮬라이트인 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 세라믹스 입자는 실리카로 형성되고, 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 하기의 식 (1)과 같이 뮬라이트가 합성(소성)된다.
2SiO2+3Al2O3→3Al2O3·2SiO2 (뮬라이트) …(1)
합성된 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)는, 부피가 반응전보다 팽창한다. 이 경우, 내열 실링제에 있어서의 기공을 폐쇄하기 쉽다. 이 경우, 식 (1)을 고려하면, 질량비(몰비)로 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들면, 실리카(SiO2)와 SiO2보다 많은 알루미나(Al2O3)를 포함하는 재료를 물 등의 분산매(dispersion medium)로, 반죽하여 내열 실링제를 형성할 수 있다.
또한, 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 스피넬인 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 세라믹스 입자는 마그네시아로 형성되고, 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 하기의 식 (2)와 같이 스피넬이 합성(소성)된다.
MgO+Al2O3→MgO·Al2O3 (스피넬) …(2)
합성된 스피넬(MgO·Al2O3)은 부피가 반응전보다 팽창한다.
합성전의 내열 실링제를 구성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자 중의 하나의 입경은, 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, (제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자 중의) 하나의 입경은, 30㎛ 이하, 20㎛ 이하, 10㎛ 이하, 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 입경이 작으면, 반응성을 높일 수 있다. 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자 중의 다른 하나의 입경은 200㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 30㎛ 이하, 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 내열 실링제로 형성된 합성전 및 합성후의 실링층의 두께는, 고온 조합체의 용도, 사이즈, 종류에 따라 상이하지만, 0.2∼20㎜, 0.2∼10㎜를 예시할 수 있다.
본 발명에 따른 고온 조합체는, 제 1 부재와, 제 2 부재와, 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 배치된 내열 실링제를 구비하고, 고온 영역에서 사용된다. 합성전의 내열 실링제는, 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 유효성분으로서 함유한다. 부피 팽창하기 때문에, 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 있어서의 실링성이 향상된다. 제 1 부재와 제 2 부재의 조합은, 내화물과 금속의 조합, 내화물과 내화물의 조합, 금속과 금속의 조합을 예시할 수 있다. 금속으로서는, 탄소강, 합금강, 주철, 주강(cast steel), 티타늄, 티타늄합금, 알루미늄, 알루미늄합금을 들 수 있다. 제 1 부재와 제 2 부재의 조합에 금속이 존재하면, 내열 실링제에 대한 열전도를 높일 수 있다. 내화물로서는, 예를 들면, 다공질(Porous) 내화물 및 치밀질 내화물 중의 적어도 하나를 예시할 수 있다. 금속으로서는, 예를 들면, 원통 형상, 상자 형상, 벽 형상 및 판 형상 중의 적어도 하나를 예시할 수 있다.
합성전의 내열 실링제에 있어서, 키아나이트(Kyanite) 및 안달루사이트(Andalusite) 중의 적어도 하나가 필요에 따라 배합되어 있다. 키아나이트 및 안달루사이트는 실리마나이트(sillimanite)계의 광물이다. 여기서, 합성전의 내열 실링제에 있어서의 세라믹스를 100%로 할 때, 질량비로, 키아나이트 및 안달루사이트 중의 적어도 하나가 0.01∼40% 함유되어 있는 형태를 채용할 수 있다. 가열되면, 키아나이트 및 안달루사이트는 각각 팽창하기 때문에, 실링층에 있어서의 실링성을 향상시킬 수 있다. 실리마나이트족 광물은, 가열에 의해 분해하여 뮬라이트와 실리카로 되는 것으로 생각된다. 뮬라이트는, 실리마나이트족 광물보다 비중이 작기 때문에 용적변화(팽창)를 일으킨다. 키아나이트 및 안달루사이트의 입경이 클수록, 잔존 팽창은 커지고, 입경이 작아지면, 거의 잔존 팽창에 관한 효과를 얻을 수 없게 된다.
(실시형태 1)
이하, 본 발명의 실시형태 1에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다. 취입 노즐은 턴디쉬 상부 노즐(고온 조합체)이다. 이 노즐은, 연속 주조기에 사용되는 용탕을 축적하는 턴디쉬의 저부에 장착되는 턴디쉬 슬라이딩 노즐 장치의 상부 노즐이다. 턴디쉬 상부 노즐은, 상대적으로 상측에 배치된 가스 투과성을 발휘하는 미세구멍(1m)을 구비하는 원통 형상의 상단 다공질 내화물(1)과; 상단 다공질 내화물(1)보다 상대적으로 하측에 배치된 가스 투과성을 발휘하는 미세구멍(2m)을 구비하는 원통 형상의 하단 다공질 내화물(2)과; 상단 다공질 내화물(1)과 하단 다공질 내화물(2) 사이에 개재(介裝)되는 원통 형상의 치밀질 내화물(3)과; 상단 다공질 내화물(1)에 취입 가스를 공급하는 상단 가스 도입통로로서의 상단 가스 도입 파이프(4)와; 하단 다공질 내화물(2)에 취입 가스를 공급하는 하단 가스 도입통로로서의 하단 가스 도입 파이프(5)와; 상단 다공질 내화물(1), 치밀질 내화물(3) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주면을 포위하여 유지하는 금속 표피인 철피로서 기능을 하는 원통 형상의 외측 철피(6)와; 를 구비한다. 이에 의해, 상하 방향으로 연장되는 용탕 통과용 통로(7)를 형성하고 있다. 또, 16은 상단 다공질 내화물(1)의 상방에 적층된 보조 치밀질 내화물이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 치밀질 내화물(3)은 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b)로 분할되어 있다. 치밀질이란, 다공질 내화물보다 치밀하고, 동일 두께일 때 다공질 내화물보다 가스 투과성이 낮은 것을 말한다. 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b) 사이에는 내열 실링제가 충전되어 실링층(8)이 형성되어 있다. 상단 치밀질 내화물(3a), 하단 치밀질 내화물(3b) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주에는, 수축끼워맞춤(shrinkage fit) 등에 의해 장착된 철피(내측 금속 표피)(9)를 구비한다. 철피(9)는 외측 철피(6)의 내주측에 위치하고 있다. 이 부분은 이중 철피로 되어 있다. 철피(6)(제 1 부재)와 철피(9)(제 1 부재) 사이에는, 실링층(17)이 개재되어 있다.
상단 가스 도입 파이프(4)는, 선단부(4a)가 치밀질 내화물(3)의 외주부를 따라 상향으로 되도록 도입되어 있다. 상단 가스 도입 파이프(4)의 선단부(4a)는, 링 형상 또는 원통 형상의 가스풀(gas pool)(18)을 개재하여 상단 다공질 내화물(1)의 외주부(1p)에 연통되어 있다. 철피(9)의 내주부와 치밀질 내화물(3)의 외주부의 경계 영역에는, 실링층(8)과 동일한 내열 실링제가 충전되어 있어 실링층(8c)을 형성하고 있고, 가스가 누출되지 않게 되어 있다. 하단 가스 도입 파이프(5)는, 선단부(5a)가 횡방향으로 되도록 도입되고, 링 형상의 가스풀(19)을 개재하여 하단 다공질 내화물(2)의 외주부(2p)에 연통되어 있다. 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)은, 가스를 투과시킬 수 있는 다수의 연통 미세구멍을 구비하고, 서로 동일 재료 또는 동일계의 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 재료로서는, 예를 들면, 알루미나계, 마그네시아계, 지르코니아계 등을 예시할 수 있다. 치밀질 내화물(3)과 보조 치밀질 내화물(16)은, 치밀해지도록 소성된 내화물로 형성되어 있고, 불소성 캐스터블(castable)층과는 달리, 기공률이 매우 낮고, 가스 투과성이 작고, 높은 치밀성 및 고강도를 갖는다. 즉, 치밀질 내화물(3)은, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)보다, 가스 투과성이 작고, 치밀성을 갖는다. 가스 투과성이 작은 것이란, 동일 두께일 때 두께 방향에 있어서의 가스 투과성이 작은 것을 말한다.
실링층(8, 8c, 17)을 형성하는 합성전의 내열 실링제는, 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2)를 주요성분(유효성분)으로서 함유한다. 내열 실링제의 조성(組成)에 대해서는, 질량비(몰비)로, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리카(SiO2)와, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 포함하는 재료를 물로 반죽한 내열 실링제를 사용한다. 그리고, 당해 합성전의 내열 실링제를, 상단 치밀질 내화물(3a)(제 1 부재)의 하면(3d)과 하단 치밀질 내화물(3b)(제 2 부재)의 상면(3u) 사이의 경계 영역에 도포해 놓는다. 이와 같이, 합성전의 실링제를 당해 경계 영역에 도포해 놓는다. 이 상태의 취입 노즐의 사용시에는, 취입 노즐은 고온 영역에서 유지된다. 이 경우, 예를 들면 1400∼1600℃ 정도의 고온의 용탕이 통로(7)를 화살표 A1 방향으로 흐른다. 이와 같이, 고온 조합체의 사용시에 있어서, 고온의 용탕으로부터의 수열에 의해, 실링제에는 식 (1)과 같은 반응이 일어난다. 철피(6, 9), 내화물(1, 2, 3a, 3b, 16)은 전열성을 갖기 때문에, 실링제의 가열에 기여할 수 있다.
2SiO2+3Al2O3→3Al2O3·2SiO2 …(1)
이와 같이, 몰비 2의 SiO2와 몰비 3의 Al2O3로 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)가 합성된다. 합성되는 3Al2O3·2SiO2(뮬라이트)는, 부피가 반응전보다 팽창한다. 또한 뮬라이트를 생성시킨 실링층(8, 8c, 17)을 현미경으로 관찰하면, 실링층(8, 8c, 17)에 있어서의 기공이 폐쇄된다. 이와 같이, 고온 조합체인 가스 취입 노즐의 사용시의 열에 의해, 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)는 합성되어, 부피가 반응전보다 팽창하기 때문에, 합성 공정인 가열 공정을 별도로 실시하지 않아도 좋다. 여기서, 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경이 작을수록, 식 (1)의 합성반응이 일어나기 쉽다. 이 때문에, 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은 작은 것이 좋다. 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은, 100㎛ 이하가 바람직하고, 30㎛ 이하, 10㎛ 이하, 3㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 1㎛ 이하가 특히 바람직하다.
일 형태에 의하면, 예를 들면, 실리카 입자(SiO2)의 입자 입경은 3㎛ 이하 또는 1㎛ 이하로 되고, 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은, 실링층(8, 8c, 17)을 고밀도로 충전하는 것을 고려하여, 75∼1㎛로 되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 합성전의 내열 실링제에 있어서의 조성(組成)은, 실리카(SiO2)가 5∼50질량%이고, 나머지(殘部)가 알루미나(Al2O3)이면, 부피 팽창의 점에서 바람직하다. 또한, 실리카(SiO2)가 10∼20질량%이고, 나머지가 알루미나(Al2O3)이면, 더욱 바람직하다. 합성전의 실링제의 세라믹스는, 질량비로, 알루미나 및 실리카로 실질적으로 95% 이상, 98% 이상, 100%인 것이 바람직하다. 따라서, 소성전(합성반응전)의 내열 실링제는, 마그네시아, 지르코니아 등의 다른 성분을 함유하지 않고 있는 것이 바람직한 것으로 생각된다.
따라서, 합성전의 내열 실링제의 세라믹스 조성(組成)으로서는, 하기의 (a)∼(e)와 같이 예시할 수 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다.
(a) 75㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 70%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 15%, 1㎛ 이하의 실리카 입자(SiO2)를 15%의 배합으로 할 수 있다.
(b) 75㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 70%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 15%, 3㎛ 이하의 실리카 입자(SiO2)를 15%의 배합으로 할 수 있다.
(c) 100㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 70%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 10%, 3㎛ 이하의 실리카 입자(SiO2)를 20%의 배합으로 할 수 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다.
(d) 50㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 60%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 20%, 1㎛ 이하의 실리카 입자(SiO2)를 20%의 배합으로 할 수 있다.
(e) 30㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 50%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 10%, 1㎛ 이하의 실리카 입자(SiO2)를 40%의 배합으로 할 수 있다. %는 질량%를 의미한다. 뮬라이트에 합성되지 않은 알루미나는, 알루미나로서 잔존한다. 실링층에 있어서의 알루미나는 실링층의 내열성의 향상에 기여할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 가스 취입 노즐을 연속 주조에서 사용할 때의 가스의 흐름에 대해 설명한다. 사용시에는, 레이들(ladle)로부터 옮겨진 턴디쉬 내의 용강 등의 용탕은 연속 주조기를 향해 흐르는데, 용탕은, 통로(7) 내를 하방(도 1의 화살표 A1 방향)을 향해 흐른다. 이 경우, 가스원(gas source)으로부터 상단 가스 도입 파이프(4), 하단 가스 도입 파이프(5)에 가스(예를 들면, 아르곤 가스인 불활성 가스)가 각각 공급된다. 상단 가스 도입 파이프(4)에 공급된 가스는, 가스풀(18)을 개재하여 상단 다공질 내화물(1)의 다공질 부분에 공급되어, 상단 다공질 내화물(1)의 내주면(1i)으로부터 통로(7) 내를 향해(화살표 B1 방향으로) 취출(吹出)된다. 이에 의해 노즐 상부에 대한 알루미나의 부착이 억제된다. 하단 가스 공급 파이프(5)에 공급된 가스는, 가스풀(19)을 개재하여 하단 다공질 내화물(2)의 다공질 부분에 공급되어, 하단 다공질 내화물(2)의 내주면(2i)으로부터 통로(7) 내를 향해(화살표 C1 방향으로) 취출(吹出)된다. 이에 의해 턴디쉬 슬라이딩 노즐 장치의 슬라이딩판, 콜렉터 노즐(Collector Nozzle), 침지 노즐(Immersion Nozzle)에 대한 알루미나의 부착이 억제된다.
치밀질 내화물(3)은, 불소성 캐스터블과 달리, 소성된 치밀한 소성 내화물로 형성되어 있기 때문에, 다공질 내화물(1, 2)에 비해 기공률 및 가스 투과성이 작지만, 미량이기는 하나 가스가 투과하기도 한다. 즉, 상단 다공질 내화물(1)에 공급된 가스의 일부가 상단 치밀질 내화물(3a) 내를 투과하여 하단 치밀질 내화물(3b)로 누설될 우려도 있다. 마찬가지로, 하단 다공질 내화물(2)에 공급된 가스의 일부가 하단 치밀질 내화물(3b) 내를 투과하여 상단 치밀질 내화물(3a)로 누설될 우려도 있다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상단 치밀질 내화물(3a)의 하면(3d)과 하단 치밀질 내화물(3b)의 상면(3u)의 경계 영역에는, 합성후의 실링층(8)이 개재하고 있다. 이 때문에, 상단 치밀질 내화물(3a)로부터 하단 치밀질 내화물(3b)로의 누설이 차단된다. 또한, 하단 치밀질 내화물(3b)로부터 상단 치밀질 내화물(3a)로의 누설도 차단된다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)에 대한 가스 공급을 각각 독립하여 진행할 수 있다.
또한, 실링층(8)을 형성하는 내열 실링제가, 소성(합성)에 의해 부피가 증대하여 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b)의 경계 영역에 극간을 쉽게 발생시키지 않는 조성(組成)을 갖는다. 이 때문에, 사용중에 고온으로 되어도 실링층(8)으로부터 가스가 쉽게 누설되지 않는다. 또한, 상단 치밀질 내화물(3a), 하단 치밀질 내화물(3b) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주면을 포위하는 금속 표피로서 철피(9)가 마련되어 있다. 그리고, 실링층(8)의 외주변부(8p)가 철피(9)의 내주벽에 접하고 있으므로, 상단 치밀질 내화물(3)은, 하단 치밀질 내화물(3b) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주를 따라 가스가 흐르는 것이 억제된다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)에 대한 가스 공급을 더욱 독립하여 진행하는데 유리해진다. 또한, 파이프(4)와 접하는 철피(9) 및 치밀질 내화물(3) 사이에는, 실링층(8)과 동일한 내열 실링제로 형성된 실링층(8c)이 충전되어 있다. 이 때문에, 파이프(4)의 외측을 통해 가스가 누설되지 않도록 되어 있다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)에 대한 가스 공급을 더욱 독립하여 진행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b) 사이에 내열 실링제가 충전되어 실링층(8)을 형성하므로, 상단 다공질 내화물(1)과 상단 치밀질 내화물(3a)로 구성되는 상단부의 조합과, 하단 다공질 내화물(2)과 하단 치밀질 내화물(3b)로 구성되는 하단부의 조합을, 실링층(8)을 형성하는 내열 실링제로 접착하여 조합할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 전술한 바와 같이, 철피(6)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 하나)와 철피(9)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 다른 하나) 사이에도, 내열 실링제로 형성된 실링층(17)이 개재되어 있다. 실링층(17)을 형성하는 내열 실링제에 유효성분으로서 함유되어 있는 실리카 입자(SiO2) 및 알루미나 입자(Al2O3)가 배합되어 있다.
또한, 외측 철피(6)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 하나)의 하부(6d)와 하단 다공질 내화물(2)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 다른 하나)의 경계 영역에도, 내열 실링제를 도포하여 형성된 실링층(20)이 형성되어 있다. 나아가, 외측 철피(6)(제 1 부재)의 상부(6u)의 내주부와 상단 다공질 내화물(1)(제 2 부재)의 외주부의 경계 영역에도, 외측 철피(6)(제 1 부재)의 상부(6u)의 내주부와 보조 치밀질 내화물(16)(제 2 부재)의 외주부의 경계 영역에도, 내열 실링제를 도포하여 형성된 실링층(25)이 형성되어 있다. 그리고, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)을 구성하는 실링제는, 상기한 내열 실링제로 형성되어 있다. 이 때문에, 취입 노즐의 사용시에 있어서, 고온의 용강 등의 용탕이 통로(7)를 통과하기 때문에, 용강 등 용탕의 열에 의한 전열에 의해, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)이 고온으로 가열된다. 따라서, 당해 실링제를 구성하는 실리카 입자(SiO2) 및 알루미나 입자(Al2O3)가 뮬라이트를 합성하여 실링층의 두께 방향으로 팽창한다. 이 때문에, 상기한 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)에 있어서의 실링성도 향상시킬 수 있다. 또, 상술한 바와 같이, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)은 본 실시형태에 따른 내열 실링제로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25) 중의 적어도 어느 하나에 대해, 본 실시형태에 따른 내열 실링제로 형성되어 있고, 나머지를 공지의 실링제(모르타르(mortar) 등)로 형성해도 좋다.
(실시형태 2)
도 2는 실시형태 2를 나타낸다. 본 실시형태는 실시형태 1과 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 갖는다. 단, 이하의 점이 상이하다. 도 1에 나타내는 실시형태에서는, 치밀질 내화물(3)은, 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b)로 분할되어 있다. 그리고 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b) 사이에는, 상기한 바와 같이 소성되면 뮬라이트를 합성하는 내열 실링제가 충전되어 실링층(8)이 형성되어 있다. 단, 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 치밀질 내화물(3)은, 실시형태 1에 따른 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b)이 일체화된 형상으로 되어 있기 때문에, 실시형태 1의 실링층(8)은 형성되어 있지 않다. 본 실시형태에 있어서도, 실링층(8c, 17, 20, 25)은 본 실시형태에 따른 내열 실링제로 형성되어 있다. 이에 한정되지 않고, 실링층(8c, 17, 20, 25) 중의 적어도 어느 하나에 대해, 본 실시형태에 따른 내열 실링제로 형성되어 있고, 나머지를 공지의 실링제(모르타르 등)로 형성해도 좋다.
(실시형태 3)
실시형태 3은 실시형태 1, 2와 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 갖는다. 합성전의 내열 실링제에 있어서의 세라믹스를 100%로 할 때, 질량비로, 실리카 입자(SiO2)가 0.1∼30%, 알루미나 입자(Al2O3)가 50∼70%, 안달루사이트 및 키아나이트 중의 하나 또는 모두의 입자가 0.1∼20%(0.1∼10%, 0.1∼50%) 함유되어 있다. 가열되면, 안달루사이트 및 키아나이트(kyanite)는 알루미늄 규산염(Al2SiO5)이고, 가열되면 팽창하기 때문에, 사용중에 팽창하여 실링성을 더욱 향상시킬 수 있다. 안달루사이트 또는 키아나이트 입자의 입경으로서는, 필요에 따라 선택할 수 있고, 1∼1000㎛ , 1∼100㎛ , 5∼50㎛를 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 키아나이트 및 안달루사이트의 입경이 클수록, 잔존 팽창은 커지고, 입경이 작아지면, 거의 잔존 팽창에 관한 효과를 얻을 수 없게 된다. 경우에 따라서는, 안달루사이트 및/또는 키아나이트 입자의 배합 비율은 질량비로 1∼30%로 할 수도 있다. 안달루사이트 또는 키아나이트의 입자가 과대하면, 균질의 조직을 얻기 힘들다. 또, 안달루사이트 또는 키아나이트의 첨가량을 늘리면, 소성후에 있어서 잔존 선변화율은 커지고, 팽창이 계속되는 것으로 생각된다. 단, 안달루사이트 또는 키아나이트의 첨가량이 과잉으로 많아지면, 잔존 팽창이 과대해지고, 나아가, 팽창이 계속하여 조직이 취약화되어, 박리될 우려가 생긴다.
(실시형태 4)
실시형태 4는 실시형태 1, 2와 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 갖기 때문에, 도 1 및 도 2를 준용한다. 단, 이하의 점이 상이하다. 본 실시형태에 있어서는, 내열 실링제에 의해 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 스피넬이다. 따라서, 내열 실링제에 있어서는, 제 1 세라믹스 입자는 마그네시아로 형성되고, 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있다. 상기한 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)을 형성하는 내열 실링제는, 알루미나(Al2O3) 및 마그네시아(MgO)를 주요성분(유효성분)으로서 함유한다. 내열 실링제의 세라믹스 조성(組成)에 대해서는, 질량비로, 마그네시아(MgO)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 마그네시아(MgO)와, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 포함하는 재료를 물로 반죽한 내열 실링제를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 당해 내열 실링제를, 상단 치밀질 내화물(3a)(제 1 부재)의 하면(3d)과 하단 치밀질 내화물(3b)(제 2 부재)의 상면(3u) 사이의 경계 영역에 도포해 놓는다. 이와 같이, 합성전의 실링제를 당해 경계 영역에 도포해 놓는다. 이 상태의 취입 노즐의 사용시에는, 취입 노즐은 고온 영역에서 유지된다. 이 경우, 예를 들면 1400∼1600℃ 정도의 고온의 용탕이 통로(7)를 화살표 A1 방향으로 흐른다. 용탕으로부터의 수열로 실링제에는 식 (2)와 같은 반응이 일어난다.
MgO+Al2O3→MgO·Al2O3 …(2)
몰비 1의 MgO와 몰비 1의 Al2O3으로 스피넬이 합성된다. 스피넬(MgO·Al2O3)은, 부피가 반응전보다 팽창한다. 이와 같이, 고온 조합체인 가스 취입 노즐의 사용시의 열에 의해, 스피넬은 사용시에 합성(소성)되어 부피가 반응전보다 팽창하기 때문에, 가열 공정(합성 공정)을 별도로 실시하지 않아도 된다. 여기서, 마그네시아 입자(MgO)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경이 작을수록, 식 (2)의 합성반응이 일어나기 쉽다. 이 때문에, 마그네시아 입자(MgO)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은 작은 것이 좋다. 마그네시아 입자(MgO)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은, 100㎛ 이하가 바람직하고, 50㎛ 이하, 10㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 1㎛ 이하가 특히 바람직하다.
일 실시형태에 의하면, 예를 들면, 마그네시아 입자(MgO)의 입경은 1㎛ 이하로 되고, 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)을 고밀도로 충전하는 것을 고려하여 75∼1㎛로 되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 합성전의 내열 실링제에 있어서의 세라믹스에 대해서는, 알루미나 및 실리카로 실질적으로 95% 이상, 98% 이상, 100%인 것이 바람직하다. 합성전의 내열 실링제에 있어서의 세라믹스에 대해서는, 마그네시아(MgO)가 1∼50질량%이고, 나머지(殘部)가 알루미나(Al2O3)이면, 부피 팽창의 점에서 바람직하다. 나아가, 마그네시아(MgO)가 1∼20질량%이고, 나머지가 알루미나(Al2O3)이면, 더욱 바람직하다. 하기의 (a)∼(c)의 형태를 채용할 수 있다.
(a) 75㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 70%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 15%, 1㎛ 이하의 마그네시아 입자(MgO)를 15%의 배합으로 할 수 있다.
(b) 75㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 70%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 15%, 3㎛ 이하의 마그네시아 입자(MgO)를 15%의 배합으로 할 수 있다.
(c) 100㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 70%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 10%, 3㎛ 이하의 마그네시아 입자(MgO)를 20%의 배합으로 할 수 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다.
또, 본 실시형태에 의하면, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)은, 소성되면 스피넬을 합성하는 본 실시형태에 따른 내열 실링제로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25) 중의 적어도 어느 하나에 대해, 본 실시형태에 따른 스피넬을 합성하는 내열 실링제로 형성되어 있고, 나머지를 공지의 실링제로 형성해도 좋다.
(실시형태 5)
도 3 및 도 4는 실시형태 5를 나타낸다. 본 실시형태는 상기한 실시형태와 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 갖는다. 단, 이하의 점이 상이하다. 본 실시형태는, 레이들의 저벽(W)에 매설되도록 장착되는 취입 플러그(고온 조합체)에 적용한 경우이다. 취입 플러그는, 내화물층(30)과, 내화물층(30)의 외주부(30p)를 포위하는 철피(32)와, 철피(32)의 저부(32b)에 접속된 가스 공급관(33)을 구비한다. 내화물층(30)은, 금속용탕(M)에 버블링용 가스를 취입하는 가스 통로(35)와, 내화물층(30)의 하면(30d)과 철피(32) 사이에 형성됨과 함께 가스 통로(35)에 연통되는 가스풀(36)을 구비한다. 내화물층(30)의 외주부(30p)와 철피(32)의 내주부(32i) 사이에는, 내열 실링제가 도포된 실링층(38)이 형성되어 있다. 실링층(38)을 형성하는 내열 실링제의 세라믹스는, 실시형태 1과 동일하게, 알루미나(Al2O3) 및 실리카 입자(SiO2)를 주요성분(유효성분)으로서 함유한다. 합성전의 내열 실링제의 세라믹스 조성(組成)에 대해서는, 질량비(몰비)로, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)을 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리카(SiO2)와, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 포함하는 재료를 물로 반죽한 내열 실링제를 이용할 수 있다. 그리고, 당해 내열 실링제를, 내화물층(30)의 외주부(30p), 및/또는 철피(32)의 내주부(32i)에 도포해 놓는다. 이와 같이, 합성전의 실링제를 당해 경계 영역에 도포해 놓는다. 그 후, 내화물층(30) 및 철피(32)를 장착한다. 이 상태의 취입 플러그의 사용시에는, 취입 노즐은 고온 영역에서 유지된다. 이 경우, 취입 플러그는 예를 들면, 1400∼1650℃ 정도의 고온의 용탕(M)을 축적하는 레이들의 저벽(W)에 매설되어 있기 때문에, 용탕(M)으로부터의 수열로 실링제에는 상기한 식 (1)과 같은 반응이 일어나 뮬라이트가 합성된다. 이 때문에, 내화물층(30)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 하나)의 외주부(30p)와 철피(32)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 다른 하나)의 내주부(32i)의 경계 영역에 있어서의 실링성을 향상시킬 수 있다. 필요에 따라, 합성전의 내열 실링제에 키아나이트를 배합시킬 수도 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태는 상기한 도 3 및 도 4에 나타내는 실시형태 5와 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 갖는다. 합성전의 내열 실링제는, 실시형태 1과 동일하게, 알루미나 입자(Al2O3) 및 마그네시아 입자(MgO)를 주요성분(유효성분)으로서 함유한다.
(시험예)
내열 실링제에 대해 시험을 진행하였다. 이 시험예에서는, 내열 실링제 중 세라믹스는, 질량비로 75㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 70%, 10㎛ 이하의 알루미나 입자(Al2O3)를 15%, 1㎛ 이하의 실리카 입자(SiO2)를 15%의 배합으로 되어 있었다. 그리고 분산매인 물과 세라믹스를 혼합하여 내열 실링제가 형성되어 있었다. 제 1 부재(재질: 하이 알루미나)와 제 2 부재(재질: 하이 알루미나)의 경계 영역에 이 내열 실링제를 도포하였다. 도포 두께는 1㎜로 하였다. 그리고, 외측에서 버너의 연소 화염으로 150O℃로 가열하면서, 가스를 입구에서 출구를 향해 흘려보냈다. 그리고, 출구로부터 배출되는 가스의 누설 유량을 측정하였다. 노즐의 배압(背壓)에 대해서는 0.2㎏/㎠을 유지했다. 비교예로서, 종래로부터 사용되고 있는 모르타르를 사용하여, 시험예와 동일 조건으로 시험을 진행하였다. 시험 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에 있어서, ●는 본 발명의 시험예를 나타낸다. ◆는 비교예를 나타낸다. 도 5의 ◆로 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 시험 개시로부터 20분간을 경과하였을 때부터, 누설되는 가스 유량이 증가하였다. 또한, 도 5의 ●로 나타내는 바와 같이, 시험예에서는, 시험 개시로부터 120분간을 경과해도, 누설되는 가스 유량은 증가하지 않았다. 이로부터 본 발명에 따른 내열 실링제는 고온 영역에 있어서의 높은 실링성을 안정적으로 얻을 수 있음을 알 수 있다.
시험 개시로부터 120분간 경과한 실링층에 대해, 광학현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 실링층을 구성하는 실링제는 노즐 본체에 밀착되어 있었다. 노즐 본체와 실링층의 경계를 보면, 일부에 용융이 발생되어 있을 가능성이 있을 것으로도 추정된다. 미세한 실리카 입자가 용융한 것으로 생각된다. 실링층에 섬 형상의 기공(흑색부분)이 발생되어 있지만, 기공은 개방 기공이 아닌, 폐쇄 기공으로 되어 있었다. 가스는 폐쇄 기공을 투과할 수 없다. 이로부터 본 발명의 실링층의 실링성이 향상되어 있음을 알 수 있다. 폐쇄 기공을 얻어지는 이유로서는, 뮬라이트 합성에 의해 반응전보다 부피 팽창하기 때문인 것으로 추측된다. 부피 팽창은 개방 기공이 아닌, 폐쇄 기공의 형성에 유리한 것으로 생각된다. 또한, 실링층에 있어서 기공 이외의 세라믹스 부분은 치밀하였다. 이로부터 본 발명의 실링층의 실링성이 더욱 향상되어 있음을 알 수 있다.
(실시형태 7)
도 7은 실시형태 7을 나타낸다. 본 실시형태는 상기한 실시형태와 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효를 갖는다. 동일 부위에는 동일 부호를 첨부한다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b) 사이에는, 내열 실링제가 충전되어 실링층(8)이 형성되어 있다. 실링층(8)을 형성하는 합성전의 내열 실링제는, 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2)를 주요성분(유효성분)으로서 함유한다. 합성전의 내열 실링제의 조성(組成)에 대해서는, 질량비로, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 함유하는 것이 바람직하다. 치밀질 내화물(3)은, 불소성 캐스터블과 달리, 소성된 치밀한 소성 내화물로 형성되어 있기 때문에, 가스 투과성이 작지만, 미량이기는 하나 가스를 투과시키기도 한다. 즉, 상단 다공질 내화물(1)에 공급된 가스의 일부가 상단 치밀질 내화물(3a) 내를 투과하여 하단 치밀질 내화물(3b)로 누설될 우려도 있다. 마찬가지로, 하단 다공질 내화물(2)에 공급된 가스의 일부가 하단 치밀질 내화물(3b) 내를 투과하여 상단 치밀질 내화물(3a)에 누설될 우려도 있다. 그러나 본 실시형태에 의하면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 상단 치밀질 내화물(3a)의 하면(3d)과 하단 치밀질 내화물(3b)의 상면(3u)의 경계 영역에는 실링층(8)이 개재하고 있다. 이 때문에, 상단 치밀질 내화물(3a)로부터 하단 치밀질 내화물(3b)에 대한 누설이 차단된다. 또한, 하단 치밀질 내화물(3b)로부터 상단 치밀질 내화물(3a)에 대한 누설이 차단된다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)에 대한 가스 공급을 각각 독립하여 진행할 수 있다.
(실시형태 8)
도 8 및 도 9는 실시형태 8을 나타낸다. 취입 노즐(턴디쉬 상부 노즐, 고온 조합체)은, 고온의 용탕(예를 들면 용강)을 유지하는 용탕 용기인 턴디쉬의 바닥측에 장착되는 것이고, 가스 투과성을 갖는 원통 형상의 다공질 내화물(1X)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 하나)과, 다공질 내화물(1X)을 포위하는 금속제(철계)의 원통 형상의 외측 철피(6)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 다른 하나)를 구비한다. 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 내부에는, 링 형상의 가스풀(19)이 형성되어 있다. 가스풀(19)에 취입 가스를 공급하는 하단 가스 도입통로로서의 가스 도입 파이프(5)가 마련되어 있다. 원통 형상의 다공질 내화물(1X)에는, 상하 방향으로 연장되는 용탕 통과용 통로(7)가 종방향을 따라 형성되어 있다. 다공질 내화물(1X)은, 이의 두께 방향으로 가스를 투과시킬 수 있는 다수의 미세구멍(1m)을 구비하고, 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄계, 마그네시아계, 지르코니아계 등을 예시할 수 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)과 원통 형상의 외측 철피(6)의 경계 영역에는, 축선(P1)을 둘러싸는 링 형상의 요상(凹狀) 풀(pool)(1W)이 형성되어 있다. 요상 풀(1W)은, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 외주부의 상부에 있어서 이를 한바퀴 돌도록 링 형상으로 형성되어 있다. 조합시에는, 요상 풀(1W)에는 소성전의 내열 실링제가 충전되어 있다.
이 내열 실링제는, 예열시의 가열, 고온 조합체의 사용(반입)전의 가열, 또는 고온 조합체의 사용시의 용탕에 의한 가열 등에 의해 소성(합성)된다. 이에 의해 실링층(1R)이 축선(P1)을 둘러싸는 링 형상으로 형성된다. 실링층(1R)은, 소성(합성)에 의해 지름 방향 및 높이 방향으로 잔존 팽창으로서 팽창한다. 그 결과, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 상부와 원통 형상의 외측 철피(6)의 상부(6u)의 경계 영역을 실(seal)한다. 특히, 합성후의 실링층(1R)은, 외측 철피(6)의 두께보다 두껍고, 지름 방향으로의 잔존 팽창량이 양호하게 확보된다. 그 결과, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 상부와 원통 형상의 외측 철피(6)의 상부의 경계 영역을 양호하게 실(seal)할 수 있다. 그 결과, 가스풀(18) 등에 취입된 가스가 당해 경계 영역으로부터 외측 철피(6)의 상단(6up)측으로 누설되는 것이 억제된다. 철피(6)(조합체)의 전체 높이를 HA로 나타내고, 높이의 중앙위치를 Hm으로 나타내고, 높이 중의 하단(6d)에서부터 2/3의 위치를 Hx로 나타낸다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 실링층(1R)은 철피(6)에 있어서 위치 Hm보다 상측에 위치한다. 따라서, 실링층(1R)은, 철피(6)의 중의 상단(6up)을 향함에 따라 지름이 축소되는 원추 형상의 상부(6u)에 위치하고 있다. 특히, 높이 방향에 있어서, 실링층(1R)은 철피(6)에 있어서 위치 Hx보다 상측에 위치하는 것이 바람직하다. 그 이유로서는, 턴디쉬 내의 용탕에 의해 철피(6)는 이의 상측으로부터도 격하게 가열되어, 철피(6)의 상측은 격한 고온 환경에 노출되므로, 철피(6)의 상측의 실링성을 향상시키는 것이 바람직하기 때문이다. 그 결과, 가스풀(19) 등에 취입된 가스가 외측 철피(6)의 상단(6up)측으로 누설되는 것이 실링층(1R)에 의해 억제된다. 또, 철피(6)의 지름 방향의 열팽창은, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 지름 방향의 팽창량에 비해 작은 것으로 생각된다.
상기한 실링층(1R)을 형성하는 합성전의 내열 실링제는, 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2)를 주요성분(유효성분)으로서 함유한다. 내열 실링제의 조성(組成)에 대해서는, 질량비로, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리카(SiO2)와, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 포함하는 재료를 물(분산매)로 반죽한 내열 실링제를 이용한다. 분산매는 알코올 등으로 해도 좋다. 그리고, 당해 내열 실링제를 요상의 풀(1W)에 충전한다. 이와 같이, 충전한 상태에서, 취입 노즐의 사용시에는, 취입 노즐은 고온 영역에서 유지된다. 이 경우, 예를 들면 1400∼1700℃ 정도의 고온의 용탕이 통로(7)를 화살표 A1 방향으로 흐른다. 이와 같이, 고온 조합체의 사용시에 있어서 고온의 용탕으로부터의 수열로, 실링제에는, 식 (1)과 같은 반응이 일어난다. 철피(6), 내화물(1X)은 전열성을 갖기 때문에, 실링제의 가열에 기여할 수 있다.
2SiO2+3Al2O3→3Al2O3·2SiO2 …(1)
이와 같이, 몰비 2의 SiO2와 몰비 3의 Al2O3로 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)가 합성된다. 합성되는 3Al2O3·2SiO2(뮬라이트)는 부피가 반응전보다 팽창한다. 나아가, 뮬라이트를 생성시킨 실링층(1R)은 치밀체이거나, 또는, 기공을 구비하고 있어도, 기공은 폐쇄된다. 이와 같이, 고온 조합체인 가스 취입 노즐의 사용시의 열에 의해, 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)는 합성되어 부피가 반응전보다 팽창하기 때문에, 합성 공정인 가열 공정을 별도로 실시하지 않아도 된다. 여기서, 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경이 작을수록, 식 (1)의 합성반응이 일어나기 쉽다. 이 때문에, 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은 작은 것이 좋다. 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은, 100㎛ 이하가 바람직하고, 30㎛ 이하, 10㎛ 이하, 3㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 1㎛ 이하가 특히 바람직하다.
다음으로, 본 실시형태의 가스 취입 노즐을 연속 주조에서 사용할 때의 가스의 흐름에 대해 설명한다. 사용시에는, 레이들로부터 옮겨진 턴디쉬 내의 용강 등의 용탕은 연속 주조기를 향해 흐르는데, 용탕은 통로(7) 내를 하방(도 8의 화살표 A1 방향)을 향해 흐른다. 이 경우, 가스원으로부터 가스 도입 파이프(5)에 가스(예를 들면, 아르곤 가스 등의 불활성 가스)가 공급된다. 가스 공급 파이프(5)에 공급된 가스는, 가스풀(19)을 개재하여 다공질 내화물(1X)의 다공질 부분에 공급되어, 내주면(1Xi)으로부터 통로(7) 내를 향해(화살표 C1 방향, B1 방향) 취출(吹出)된다. 이에 의해, 턴디쉬 슬라이딩 노즐 장치의 슬라이딩판, 콜렉터 노즐, 침지 노즐에 대한 알루미나의 부착이 억제된다. 또한, 실링층(1R)을 형성하는 내열 실링제가, 소성에 의해 부피가 증대되어 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 외주부와 외측 철피(6)의 경계 영역에 극간을 쉽게 발생시키지 않는 조성(組成)을 갖는다. 이 때문에, 사용중에 고온으로 되어도 당해 경계 영역으로부터 가스가 쉽게 누설되지 않는다. 또, 합성전의 내열 실링제는, 키아나이트 및 안달루사이트 중의 적어도 하나를 필요에 따라 함유할 수 있다.
도 9는, 내열 실링제의 소성(합성)로 형성된 실링층(1R) 부근을 나타낸다. 여기서, 외측 철피(6)의 두께를 a1로 하고, 합성후의 실링층(1R)의 최대두께를 a2로 하고, 실링층(1R)의 높이를 b로 하면, 실링층(1R) 부근의 실링성을 높이기 위해서는, a1<a2의 관계, al<a2<b의 관계를 얻을 수 있는 것이 바람직하다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다. a2<b이기 때문에, 실링층(1R)의 실(seal) 거리(사변부(101))가 b로 확보되어, 높은 실링성을 얻을 수 있다. 또, 실링층(1R)이 형성되는 원통 형상의 다공질 내화물(1X)은, 다수의 기공을 갖는 다공질 질이기 때문에, 팽창이 기공에서 흡수되어, 팽창량에는 한계가 있다. 이점, 본 실시형태에 의하면, 합성에 의해 지름 방향 및 높이 방향으로 팽창하는 잔존 팽창을 형성할 수 있는 링 형상의 실링층(1R)으로 형성되어 있기 때문에, 팽창량의 확보, 나아가 실링성의 확보에 유리하다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 철피(6)의 상부(6u)측에서는, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)(내화물)의 상부는 원추 형상으로 되어 있어, 철피(6)의 상단(6up)측을 향함에 따라 지름 방향(화살표 DA 방향)의 두께가 작아진다. 이 경우, 환경조건이 과혹하면, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 강도가 부족하여 균열이 발생할 우려가 있다. 여기서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 요상 풀(1W) 및 실링층(1R)의 단면은 거의 삼각 형상으로 되어 있고, 철피(6)의 내벽면을 따르는 사변부(101)와, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)에 대면하는 상측의 사변부(102)와, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)에 대면하는 하측의 사변부(103)과, 사변부(102) 및 사변부(103)가 교차하는 교차부(104)를 갖는다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 사변부(101)의 길이를 K1로 나타내고, 사변부(102)의 길이를 K2로 나타내고, 사변부(103)의 길이를 K3로 나타낸다. K2>K3의 관계, K2>K1>K3의 관계로 되어 있다. 이에 의해, 실링층(1R)에 있어서 교차부(104)가 상대적으로 하측에 위치한다. 이 때문에, 원통 형상의 다공질 내화물(1X) 중의 사변부(102)에 대면하는 부분 1X3(도 9 참조)의 지름 방향(화살표 DA 방향)의 두께가 확보된다. K3/K2=0.8 이하, 0.6 이하, 0.4 이하를 예시할 수 있다. 교차부(104)는 둥글게 형성하는 것이 바람직하다. 단, 균열 등이 문제가 되지 않을 때에는, K2=K3, K3>K2가 되도록 해도 좋다. 경우에 따라서는, 요상 풀(1W) 및 실링층(1R)의 단면을 거의 사다리꼴 형상으로 해도 좋다.
(실시형태 9)
도 10은 실시형태 9를 나타낸다. 본 실시형태는 실시형태 1, 8과 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 갖는다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 취입 노즐(턴디쉬 상부 노즐, 고온 조합체)은, 상대적으로 상측에 배치된 가스 투과성을 갖는 상단 다공질 내화물(1)과; 상단 다공질 내화물(1)보다 상대적으로 하측에 배치된 가스 투과성을 갖는 하단 다공질 내화물(2)과; 상단 다공질 내화물(1)과 하단 다공질 내화물(2) 사이에 개재되는 치밀질 내화물(3)과; 상단 다공질 내화물(1)에 취입 가스를 공급하는 상단 가스 도입 파이프(4)와; 하단 다공질 내화물(2)에 취입 가스를 공급하는 하단 가스 도입 파이프(5)와; 상단 다공질 내화물(1), 치밀질 내화물(3) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주면을 포위하여 유지하는 금속 표피로서 기능을 하는 원통 형상의 외측 철피(6)와; 를 구비한다. 이에 의해, 상하 방향으로 연장되는 용탕 통과용 통로(7)를 형성하고 있다. 또, 16은 상단 다공질 내화물(1)의 상방에 적층된 보조 치밀질 내화물이다. 원통 형상의 다공질 내화물(1X)과 원통 형상의 외측 철피(6) 사이에는, 링 형상의 상단 가스풀(18)이 형성되어 있다. 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 내부에는, 링 형상의 하단 가스풀(19)이 형성되어 있다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 치밀질 내화물(3)은, 높이 방향에 있어서 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b)로 분할되어 있다. 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b) 사이에는, 내열 실링제가 충전된 상태로 합성되어 있다. 이에 의해, 합성후의 실링층(8)이 형성되어 있다. 상단 치밀질 내화물(3a), 하단 치밀질 내화물(3b) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주면에는, 수축끼워맞춤 등에 의해 장착된 철피(9)(내측 금속 표피)를 구비하고 있다. 철피(9)는 외측 철피(6)의 내주측에 위치하고 있다. 이 부분은 이중 철피로 되어 있다. 철피(6)(제 1 부재)와 철피(9)(제 1 부재) 사이에는 실링층(17)이 개재되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 상단 가스 도입 파이프(4)는, 선단부(4a)가 치밀질 내화물(3)의 외주부를 따라 상향으로 되도록 도입되어 있다. 상단 가스 도입 파이프(4)의 선단부(4a)는, 링 형상 또는 원통 형상의 가스풀(18)을 개재하여 상단 다공질 내화물(1)의 외주부(1p)에 연통되어 있다. 철피(9)의 내주부와 치밀질 내화물(3)의 외주부의 경계 영역에는, 실링층(8)과 동일한 내열 실링제가 충전되어 실링층(8c)을 형성하고 있어, 가스가 누설되지 않도록 되어 있다. 하단 가스 도입 파이프(5)는, 선단부(5a)가 횡 방향으로 되도록 도입되어, 링 형상의 가스풀(19)을 개재하여 하단 다공질 내화물(2)의 외주부(2p)에 연통되어 있다. 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)은, 가스를 투과시킬 수 있는 다수의 미세구멍(1m, 2m)을 구비하고, 서로 동일 재료 또는 동일 계열의 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 재료로서는, 예를 들면, 알루미나계, 마그네시아계, 지르코니아계 등을 예시할 수 있다. 치밀질 내화물(3)과 보조 치밀질 내화물(16)은, 치밀해지도록 소성된 내화물로 형성되어 있고, 불소성 캐스터블층과 달리, 기공률이 매우 낮고, 가스 투과성이 작고, 높은 치밀성 및 고강도를 갖는다. 즉, 치밀질 내화물(3)은, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)보다, 가스 투과성이 작고, 치밀성을 갖는다.
실링층(8, 8c, 17)을 형성하는 합성전의 내열 실링제는, 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2)를 주요성분(유효성분)으로서 함유한다. 합성전의 내열 실링제의 조성(組成)에 대해서는, 질량비로, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리카(SiO2)와, 실리카(SiO2)보다 많은 알루미나(Al2O3)를 포함하는 재료를 물 또는 알코올 등으로 반죽한 내열 실링제를 이용한다. 그리고, 당해 내열 실링제를, 상단 치밀질 내화물(3a)(제 1 부재)의 하면(3d)과 하단 치밀질 내화물(3b)(제 2 부재)의 상면(3u) 사이의 경계 영역에 도포해 놓는다. 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 외주부에 형성되어 있는 요상 풀(1W)에도 내열 실링제를 충전해 놓는다. 이와 같이, 합성전의 실링제를 당해 경계 영역에 도포해 놓는다. 이 상태의 취입 노즐의 사용시에는, 취입 노즐은 고온 영역에서 유지된다. 이 경우, 예를 들면 1400∼1600℃ 정도의 고온의 용탕이 통로(7)를 화살표 A1 방향으로 흐른다. 이와 같이, 고온 조합체의 사용시에 있어서 고온의 용탕으로부터의 수열로, 실링제에는 식 (1)과 같은 반응이 일어난다. 철피(6, 9), 내화물(1, 2, 3a, 3b, 16)은 전열성을 갖기 때문에, 실링제의 가열에 기여할 수 있다.
2SiO2+3Al2O3→3Al2O3·2SiO2 …(1)
이와 같이, 몰비 2의 SiO2와 몰비 3의 Al2O3로 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)가 합성된다. 합성되는 3Al2O3·2SiO2(뮬라이트)는 부피가 반응전보다 팽창한다. 이와 같이, 고온 조합체인 가스 취입 노즐의 사용시의 열에 의해, 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)는 합성되어 부피가 합성반응(소성)전보다 팽창하기 때문에, 합성 공정인 가열 공정을 별도로 실시하지 않아도 된다. 여기서, 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경이 작을수록, 식 (1)의 합성반응이 일어나기 쉽다. 이 때문에, 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은 작은 것이 좋다. 실리카 입자(SiO2)와 알루미나 입자(Al2O3)의 입경은 100㎛ 이하가 바람직하고, 30㎛ 이하, 10㎛ 이하, 3㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 1㎛ 이하가 특히 바람직하다.
다음으로, 본 실시형태의 가스 취입 노즐을 연속 주조에서 사용할 때의 가스의 흐름에 대해 설명한다. 사용시에는, 레이들로부터 옮겨진 턴디쉬 내의 용강 등의 용탕은 연속 주조기를 향해 흐른다. 용탕은 통로(7) 내를 하방(도 10의 화살표 A1 방향)을 향해 흐른다. 이 경우, 가스원으로부터 상단 가스 도입 파이프(4), 하단 가스 도입 파이프(5)에 가스(예를 들면, 아르곤 가스 등의 불활성 가스)가 각각 공급된다. 상단 가스 도입 파이프(4)에 공급된 가스는, 가스풀(18)을 개재하여 상단 다공질 내화물(1)의 다공질 부분에 공급되어, 상단 다공질 내화물(1)의 내주면(1i)으로부터 통로(7) 내를 향해(화살표 B1 방향으로) 취출(吹出)된다. 이에 의해 노즐 상부에 대한 알루미나의 부착이 억제된다. 하단 가스 공급 파이프(5)에 공급된 가스는, 가스풀(19)을 개재하여 하단 다공질 내화물(2)의 다공질 부분에 공급되어, 하단 다공질 내화물(2)의 내주면(2i)으로부터 통로(7) 내를 향해(화살표 C1 방향으로) 취출(吹出)된다. 이에 의해 턴디쉬 슬라이딩 노즐 장치의 슬라이딩판, 콜렉터 노즐, 침지 노즐에 대한 알루미나의 부착이 억제된다.
본 실시형태에 의하면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 원통 형상의 치밀질 내화물(16)의 외주부와 원통 형상의 외측 철피(6)의 내주부의 경계 영역에는, 축선(P1)을 둘러싸는 링 형상의 요상 풀(1W)이 형성되어 있다. 요상 풀(1W)은, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 외주부를 한바퀴 돌도록 링 형상으로 형성되어 있다. 조합시에는, 요상 풀부(1W)에는 내열 실링제가 충전되어 있다. 이 내열 실링제는, 사용시의 열에 의해 소성되어 실링층(1R)으로 된다. 합성후의 실링층(1R)은, 철피(6)의 두께보다 두껍게 되어 있고, 축선(P1)을 둘러싸고 링 형상으로 형성되어 있다. 실링층(1R)은, 원통 형상의 다공질 내화물(1X)의 상부와 원통 형상의 외측 철피(6)의 상부의 경계 영역을 실(seal)하고 있다. 이 때문에, 가스풀(18)로부터의 가스가 당해 경계 영역으로부터, 즉, 외측 철피(6)의 상부에서 외부로 누설되는 것이 억제되어 있다. 실링층(1R)은 철피(6)에 있어서 위치 Hm보다 상측에 위치한다. 특히, 실링층(1R)은 철피(6)에 있어서 위치 Hx보다 상측에 위치하는 것이 바람직하다. 턴디쉬에 유지되어 있는 고온의 용탕에 의해 철피(6)는 이의 상측으로부터도 격하게 가열된다. 철피(6)의 상측은 격한 고온 환경에 노출된다. 이 때문에, 실링성을 향상시키는 것이 바람직하다. 가스풀(18)로부터의 가스가 외측 철피(6)의 상부에서 외부로 누설되는 것이 억제되어 있다. 경우에 따라서는, 실링층(1R)은 위치 Hx와 위치 Hm 사이에 위치하고 있어도 좋다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 실링층(1R)을 유지하는 치밀질 내화물(16)은 치밀질이고, 기공률은 매우 작다. 이 때문에, 실링층(1R)의 지름 방향의 팽창량이 치밀질 내화물(16)에 의해 흡수되는 것이 억제되고, 실링성을 높이는데 기여할 수 있다.
치밀질 내화물(3)은, 불소성 캐스터블과 달리, 미리 소성된 치밀한 소성 내화물로 형성되어 있기 때문에 가스 투과성이 작지만, 미량이긴 하나 가스가 투과되기도 한다. 즉, 상단 다공질 내화물(1)에 공급된 가스의 일부가 상단 치밀질 내화물(3a) 내를 투과하여 하단 치밀질 내화물(3b)로 누설될 우려도 있다. 마찬가지로, 하단 다공질 내화물(2)에 공급된 가스의 일부가 하단 치밀질 내화물(3b) 내를 투과하여 상단 치밀질 내화물(3a)로 누설될 우려도 있다. 그러나 본 실시형태에 의하면, 상단 치밀질 내화물(3a)의 하면(3d)과 하단 치밀질 내화물(3b)의 상면(3u)의 경계 영역에는 실링층(8)이 개재되어 있다. 이 때문에, 상단 치밀질 내화물(3a)로부터 하단 치밀질 내화물(3b)로의 누설이 차단된다. 또한, 하단 치밀질 내화물(3b)로부터 상단 치밀질 내화물(3a)로의 누설이 차단된다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)에 대한 가스 공급을 각각 독립하여 진행할 수 있다.
또한, 실링층(8)을 형성하는 내열 실링제가, 소성에 의해 부피가 증대하여 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b)의 경계 영역에 극간을 쉽게 발생시키지 않는 조성(組成)을 갖는다. 이 때문에, 사용중에 고온으로 되어도 실링층(8)으로부터 가스가 쉽게 누설되지 않는다. 또한, 상단 치밀질 내화물(3a), 하단 치밀질 내화물(3b) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주면을 포위하는 금속 표피로서 철피(9)가 마련되어 있다. 그리고, 실링층(8)의 외주변부(8p)가 철피(9)의 내주벽에 당접되어 있으므로, 상단 치밀질 내화물(3a), 하단 치밀질 내화물(3b) 및 하단 다공질 내화물(2)의 외주를 따라 가스가 흐르는 것이 억제된다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)에 대한 가스 공급을 더욱 독립하여 진행하는데 유리해진다. 또한, 파이프(4)와 접하는 철피(9) 및 치밀질 내화물(3) 사이에는, 실링층(8)과 동일한 내열 실링제로 형성된 실링층(8c)이 충전되어 있다. 이 때문에, 파이프(4)의 외측을 통해 가스가 누설되지 않도록 되어 있다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1) 및 하단 다공질 내화물(2)에 대한 가스 공급을 더욱 독립하여 진행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 상단 치밀질 내화물(3a)과 하단 치밀질 내화물(3b) 사이에 내열 실링제가 충전되어 실링층(8)을 형성한다. 따라서, 상단 다공질 내화물(1)과 상단 치밀질 내화물(3a)로 구성되는 상단부의 조합과, 하단 다공질 내화물(2)과 하단 치밀질 내화물(3b)로 구성되는 하단부의 조합을, 실링층(8)을 형성하는 내열 실링제로 접착하여 조합할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 전술한 바와 같이, 철피(6)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 하나)와 철피(9)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 다른 하나) 사이에도, 내열 실링제로 형성된 실링층(17)이 개재되어 있다. 실링층(17)을 형성하는 내열 실링제에 유효성분으로서 함유되어 있는 실리카 입자(SiO2) 및 알루미나 입자(Al2O3)가 배합되어 있다. 또한, 외측 철피(6)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 하나)의 하부(6d)와 하단 다공질 내화물(2)(제 1 부재 및 제 2 부재 중의 다른 하나)의 경계 영역에도, 내열 실링제를 도포하여 형성된 실링층(20)이 형성되어 있다. 또한, 외측 철피(6)(제 1 부재)의 상부(6u)의 내주부와 상단 다공질 내화물(1)(제 2 부재)의 외주부의 경계 영역에도, 외측 철피(6)(제 1 부재)의 상부(6u)의 내주부와 보조 치밀질 내화물(16)(제 2 부재)의 외주부의 경계 영역에도, 내열 실링제를 도포하여 형성된 실링층(25)이 형성되어 있다.
그리고, 실링층(1R), 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)을 구성하는 실링제는, 상기한 내열 실링제로 형성되어 있다. 이 때문에, 취입 노즐의 사용시에 있어서, 고온의 용강 등의 용탕이 통로(7)를 통과하기 때문에, 용강 등의 용탕의 열로부터의 전열에 의해, 실링층(1R), 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)이 고온으로 가열된다. 따라서, 해당 실링제를 구성하는 실리카 입자(SiO2) 및 알루미나 입자(Al2O3)가 뮬라이트를 합성하여 팽창한다. 이 때문에, 상기한 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)에 있어서의 실링성도 향상시킬 수 있다. 경우에 따라서는, 사용전의 예열 또는 조합체의 반입전의 가열에 의해, 실링층(1R), 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)이 고온으로 가열되도록 해도 좋다. 또, 상술한 바와 같이, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25)은 본 실시형태에 따른 내열 실링제로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 실링층(8, 8c, 17, 20, 25) 중의 적어도 어느 하나에 대해, 본 실시형태에 따른 내열 실링제로 형성되어 있고, 나머지를 공지의 실링제(모르타르 등)로 형성해도 좋다. 또, 합성전의 내열 실링제는, 키아나이트 및 안달루사이트 중의 적어도 하나를 필요에 따라 함유할 수 있다.
(실시형태 10)
도 11은 실시형태 10을 나타낸다. 본 실시형태는 상기한 실시형태와 기본적으로는 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 갖는다. 본 실시형태에 있어서도, 도 11에 나타내는 바와 같이, 원통 형상의 치밀질 내화물(16)과 원통 형상의 외측 철피(6)의 경계 영역에는, 축선(P1)을 둘러싸는 링 형상의 요상 풀(1W)이 형성되어 있다. 요상 풀(1W)은, 원통 형상의 치밀질 내화물(16)의 외주부를 한바퀴 돌도록 형성되어 있다. 조합시에 있어서, 요상 풀(1W)에는, 미소성 또는 반소성의 내열 실링제가 충전되어 있다. 이 내열 실링제는, 사용시에 있어서의 통로(7)를 통과하는 용탕의 열에 의해 소성되어 실링층(1R)이 형성된다. 실링층(1R)은, 축선(P1)을 둘러싸고 링 형상으로 형성되어 있다. 실링층(1R)은, 합성되면 팽창하는 뮬라이트 또는 스피넬로 형성되어 있고, 지름 방향(DA 방향) 및 높이 방향으로 팽창한다. 결과적으로, 치밀질 내화물(16)의 외주부와 원통 형상의 외측 철피(6)의 내주부의 경계 영역을 실(seal)하고 있다. 이 때문에, 가스풀(18)의 가스가 당해 경계 영역을 통해 철피(6)의 상단(6up)측으로부터 누설되는 것이 억제되고 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 상단 다공질 내화물(1)과 보조 치밀질 내화물(16)의 경계 영역에는, 링 형상의 요상 풀(16W)이 축선(P1)을 둘러싸고 형성되어 있다. 요상 풀(16W)에는 미소성 내열 실링제가 충전되어 있다. 충전된 내열 실링제는, 사용시의 용탕으로부터의 열, 고온 조합체의 사용전의 가열, 고온 조합체의 반입전의 가열 중의 어느 하나에 의해 소성(합성)되어, 뮬라이트 또는 스피넬을 형성하여 지름 방향 및 높이 방향으로 팽창하고, 실링층(16R)을 형성한다. 이 팽창은 잔존 팽창으로서 존재한다. 그 결과, 외측 철피(6)의 상단(6up)을 향하는 부세력(FA)(도 11 참조)을 발휘한다. 그 결과, 보조 치밀질 내화물(16)의 원추 형상(상부를 향함에 따라 지름이 축소되는 원추)의 외주부를, 외측 철피(6)의 원추 형상의 내주부(상부를 향함에 따라 지름이 축소되는 원추)에 접근 또는 밀접 시키는데 유리해진다. 따라서, 보조 치밀질 내화물(16)의 원추 형상의 외주부와 외측 철피(6)의 원추 형상의 내주부의 경계 영역의 실링성을 더욱 높일 수 있다. 또, 합성전의 내열 실링제는, 키아나이트 및 안달루사이트 중의 적어도 하나를 필요에 따라 함유할 수 있다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 실링층(1R)은 철피(6)에 있어서 중앙 높이 위치 Hm보다 상측에 위치한다. 특히, 실링층(1R)은 철피(6)에 있어서 높이 방향의 위치 Hx보다 상측에 위치하는 것이 바람직하다. 턴디쉬 등의 용탕 축적 용기의 하측에 배치되어 있는 철피(6)는 이의 상측으로부터 격하게 가열되어, 철피(6)의 상측은 격한 고온 환경에 노출되기 때문에, 실링성을 향상시키는 것이 바람직하기 때문이다. 요상 풀(1W) 및 실링층(1R)의 단면은 거의 사다리꼴 형상으로 되어 있지만, 단면을 삼각 형상으로 해도 좋다. 또, 합성전의 내열 실링제는, 키아나이트 및 안달루사이트 중의 적어도 하나를 필요에 따라 함유할 수 있다.
(기타)
본 발명은 상기한 및 도면에 나타낸 실시형태에만 한정되지 않고, 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 변경하여 실시할 수 있다. 고온 조합체로서, 진공 탈가스 장치의 침지관 등에 적용해도 좋다.
(산업상의 이용분야)
본 발명에 따른 고온 조합체는, 용강, 용선, 알루미늄용탕, 티타늄용탕 등의 금속용탕이 사용되는 고온 영역, 고온의 가스에 노출되는 고온 영역 등에 널리 사용할 수 있다. 제 1 부재와 제 2 부재의 조합은, 내화물-내화물, 금속-금속, 내화물-금속, 금속-내화물의 조합이어도 좋다. 내화물은 정형 벽돌 등의 벽돌, 유동성을 갖는 내화재료를 건조 고착화시킨 캐스터블 등을 예시할 수 있다. 금속으로서는, 금속각체(殼體), 금속판체를 예시할 수 있다. 제 1 치밀질 내화물과 제 2 치밀질 내화물의 경계 영역을, 합성에 의해 팽창한 실링층으로 실(seal)하도록 해도 좋다. 제 1 다공질 내화물과 제 2 다공질 내화물의 경계 영역을, 합성에 의해 팽창한 실링층으로 실(seal)하도록 해도 좋다.
다공질 내화물과 치밀질 내화물의 경계 영역을, 합성에 의해 팽창한 실링층으로 실(seal)하도록 해도 좋다. 다공질 내화물 및 치밀질 내화물 중의 적어도 하나와 철피와 사이를 실(seal)하도록 해도 좋다.
1: 상단 다공질 내화물
2: 하단 다공질 내화물
3: 치밀질 내화물
3a: 상단 치밀질 내화물
3b: 하단 치밀질 내화물
4: 상단 가스 도입통로
5: 하단 가스 도입통로
6: 외측 철피
7: 통로
8: 실링층
9: 철피(steel furnace)

Claims (12)

  1. 적어도 제 1 부재 및 제 2 부재를 구비하고, 또한 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계 영역에 배치된 내열 실링제를 구비하는 고온 영역에서 사용되는 고온 조합체이고, 상기 내열 실링제는, 합성되면 부피 팽창(volume expansion)하는 세라믹스를 형성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 유효성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 고온 조합체.
  2. 제 1항에 있어서,
    합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 뮬라이트(mullite)이고, 상기 제 1 세라믹스 입자는 실리카로 형성되고, 상기 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 조합체.
  3. 제 1항에 있어서,
    합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 스피넬(spinel)이고, 상기 제 1 세라믹스 입자는 마그네시아로 형성되고, 상기 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 조합체.
  4. 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 유효성분으로서 함유하는 합성전의 내열 실링제와, 제 1 부재와, 제 2 부재를 준비하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계 영역에 합성전의 내열 실링제를 개재시키도록 적어도 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재를 조합하여 조합체를 형성하는 제 2 공정과,
    상기 조합체의 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계 영역에 상기 내열 실링제를 개재시킨 상태에서, 상기 조합체의 사용시에 있어서의 상기 조합체의 사용 온도, 상기 조합체의 사용전에 있어서의 상기 조합체의 가열 온도, 상기 조합체의 반입전에 있어서의 상기 조합체의 가열 온도 중의 적어도 하나로, 상기 내열 실링제를 가열하여 소성시키고, 상기 제 1 세라믹스 입자 및 상기 제 2 세라믹스 입자를 합성시켜 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하여, 상기 조합체의 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계 영역을 실하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 조합체의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 뮬라이트이고, 상기 제 1 세라믹스 입자는 실리카로 형성되고, 상기 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 조합체의 제조 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 스피넬이고, 상기 제 1 세라믹스 입자는 마그네시아로 형성되고, 상기 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 조합체의 제조 방법.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중의 한 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 따른 상기 내열 실링제에 있어서의 세라믹스를 100%로 할 때, 질량비로, 안달루사이트(Andalusite) 및 키아나이트(Kyanite) 중의 하나 또는 모두가 0.01∼40% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 조합체의 제조 방법.
  8. 제 1 부재와 제 2 부재의 경계 영역에 배치되는 합성전의 내열 실링제이고, 합성되면 부피 팽창하는 세라믹스를 형성하는 제 1 세라믹스 입자 및 제 2 세라믹스 입자를 유효성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 내열 실링제.
  9. 제 8항에 있어서,
    합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 뮬라이트이고, 상기 제 1 세라믹스 입자는 실리카로 형성되고, 제 2 세라믹 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내열 실링제.
  10. 제 8항에 있어서,
    합성되면 부피 팽창하는 세라믹스는 스피넬이고, 상기 제 1 세라믹스 입자는 마그네시아로 형성되고, 상기 제 2 세라믹스 입자는 알루미나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내열 실링제.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중의 한 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹스 입자 및 상기 제 2 세라믹스 입자 중 하나의 입경은 30㎛ 이하이고, 다른 하나의 입경은 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내열 실링제.
  12. 제 8항 내지 제 10항 중의 한 항에 있어서, 상기 내열 실링제에 있어서의 세라믹스를 100%로 할 때, 질량비로, 안달루사이트 및 키아나이트 중의 하나 또는 모두가 0.01∼40% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 내열 실링제.
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