KR20120074674A - 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비. - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로, 티밍 레이들, 턴디쉬 등의 제강 설비를 단열하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영구장으로 사용되는 부정형 내화물 제조시 다공성 실리카, 혹은 다공성 알루미나 등의 다공성 세라믹 구상원료를 첨가하는 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비에 관한 것이다.

Description

단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비.{Steel manufacture facilities containing permanent lining having enhanced insulation performance.}

본 발명은 전로, 티밍 레이들, 턴디쉬 등 제강 설비의 단열에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 단열 보드 대신, 제강 설비의 영구장으로 사용되는 부정형 내화물을 제조할 때, 다공성 실리카, 혹은 다공성 알루미나 등의 구상 원료를 첨가하는 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비에 관한 것이다.

전로, 레이들, 턴디쉬 등의 제강 설비는 고온의 용강을 담고 장시간 조업이 이루어지는 설비이다. 최근 에너지 비용이 상승하고 CO₂저감이 이슈화됨에 따라 제강 설비의 노체로부터 열방산을 억제함으로써 에너지 원단위를 절감하고자 하는 노력이 진행되고 있다

일본특허1998 -316476에서는 내화성 골재를 45~90 중량％，퓸드 실리카를 5~25 중량％，결합재로서의 알루미나 시멘트，수경성 알루미나 중 어느 하나 또는 그 혼합물을 5~45 중량％ 혼합한 캐스터블 내화물에 흡수성 폴리머를 첨가한 것이다．

상기 흡수성 폴리머는 시공체의 건조 후에 있어，시공체 내부에 세밀한 기공을 균일하게 분포시키는 것을 가능하게 하고，이것이 단열성 향상에 기여한다고 제안하였다.

일본특허 2010-168272　에서는 입경 300미크론 이하의 내화성 미분 60~90% 및 결합재 10~40%로 되는 내화 조성물, 기포제와 점도가 5~220 mPas이고 첨가량이 상기 내화 조성물 100에 대하여 25~40%인 혼련액을 혼련하여 얻어진 내화물 슬러리에, 상기 내화물 슬러리 1 L에 대해 0.3~1.2 L의 공기를 주입하고, 교반하고 얻어지는 단열성 부정형 내화물이다. 이를 1,000℃로 3 시간 소성하는 것에 의해 70~85%의 겉보기 기공율, 누적 80% 지름이 500미크론 이하의 기포를 가지는 시공체가 되는 것을 특징으로 하는 단열성 부정형 내화물을 제안하였다．

일본특허2009 -203090에서는 입경 1mm 이상의 조립 원료로서, CaO6Al₂O₃을 주성분으로 한 다공성의 단열성 골재가 100%를 차지하는 비율로, 65%이상 배합 되고, 입경 75미크론 미만의 미립역에는, 알루미나 원료 및 알루미늄 함유 시멘트가 미립범위의 100%에 차지하는 비율로 합계 65%이상 배합 되고, 미립역의 화학 성분 구성이 CaO/Al₂O₃의 질량비=0.03~0.13 되는 조건을 충족시키는 내화성 분체 조성물과, 이 내화성 분체 조성물 100%에 대한 외삽으로 30~50%의 물을 포함한 단열내화물을 제안하였다.

하지만, 이들 특허에서 제안한 방법에서는 과잉의 수분을 내화물에 첨가시킴으로써 단열성을 높이므로 건조시간을 길게 유지해야 하거나, 건조 구조물의 강도가 낮아 바람직하지 않았다.

또한, 다공성 조립 원료를 사용할 경우, 구조적으로 연결된 기지부(matrix)를 통한 열전달이 존재하므로, 이의 단열이 없이는 전체 내화물의 단열성 향상이 제한적이었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제강설비의 열방산을 억제하기 위한 방법으로 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비를 제공하는 데에 본 발명의 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서는 기존의 단열 보드 대신, 영구장으로 사용되는 부정형 내화물을 제조할 때 다공성 실리카 혹은 다공성 알루미나 등의 구상 원료를 미분부에 첨가함으로써 영구장 내화물의 단열성을 높이는 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비를 제공한다.

본 발명에 의한 제강 설비는 제강 설비의 단열성을 높여서 열방산을 억제함으로써 제강 조업에 투입되는 에너지 비용 절감을 도모할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 하기와 같다.

본 발명에서는 전로, 티밍 레이들, 턴디쉬 등의 제강 설비에 있어서, 기존의 단열 보드 대신, 영구장으로 사용되는 부정형 내화물을 제조할 때 다공성 실리카, 혹은 다공성 알루미나 등의 다공성 세라믹 구상 원료를 미분부에 첨가함으로써 영구장 내화물의 단열성을 높이는 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비를 제공한다.

상기 내화물이란 연화 또는 용융되기 어려운 비금속 무기재료를 총칭하는 것으로, 내화물(耐火物)의 문자상의 의미는 불에 견딜 수 있는 것을 말하나, 방화재료(Fire Proof)라는 의미는 아니다.

상기 내화물은 한마디로 말해서 고온에서 녹기 어려운 재료(Refractories)로 정의된다. 다시 말해, 고온에서 쉽게 무르거나 녹지 않고 견디는 비금속 무기 재료를 일컫는 말로, 내화 재료라고도 한다.

일반적으로 내화물은 여러 가지 원료나 재료를 사용 특성에 맞도록 잘 조합하여 일정한 형상으로 만들어 열을 가하거나 높은 온도로 구워 만들어 진다..

상기 내화물은 철, 알미늄, 구리 등의 금속을 녹이는 용해로와 이를 운반 처리하는 용기 및 장소에 사용될 뿐만 아니라 시멘트 소성로, 도자기 소성로, 유리 용해로 등 각종 공업용 요로에 사용된다.

따라서 내화물은 높은 열이나 갑작스런 열의 변화에 견뎌야할 뿐만 아니라, 용적이 안정되고, 기계적 강도가 높아야하며, 가스나 용융체 또는 고체 등과 접촉할 때 서로 반응하지 않고 침식되거나 마모되지 않는 특성을 지녀야 한다.

일반적으로 내화물을 정의할 때의 '고온'을 한국공업규격(KS)과 독일공업규격(DIN)에서는 SK 26번, 곧 섭씨 1580도 이상으로 규정하고 있으나, 미국 규격(ASTM)에서는 내화 점토질 벽돌의 경우 P.C.E 15번, 곧 섭씨 1430도 이상으로 규정하고 있다. 그러나 SK나 P.C.E번호로 나타내는 내화도는 여러 성질 가운데 오직 열의 작용에 견디는 성능만을 기준으로 한 것이므로 내화물의 품질이 내화도에 의해 대표되는 것만은 아니다.

상기 내화물이 사용되는 철, 알미늄, 구리 등의 금속을 녹이는 용해로와 이를 운반 처리하는 용기 등의 제강 설비, 시멘트 소성로, 도자기 소성로, 유리 용해로 등 각종 공업용 요로와 같은 열설비는 그 종류가 매우 다양하여 사용되는 내화물의 품질, 형태, 형상 또한 매우 복잡하고 다양하다.

상기 내화물은 일반적으로 외관의 물리적 형태와 화학 조성상의 구분에 따라 분류되는데, 물리적 형태에 따라서 내화물을 분류하면 요로나 구조물의 구축에 사용되는 일정한 형태를 갖추고 있는 정형 내화물, 사용시의 필요에 의해서 반죽이나 혼련으로 시공 현장에서 사용이 가능한 부정형 내화물, 그리고 솜처럼 섬유의 형태를 취하고 있어 다양한 형태로 가공이 가능한 섬유상 내화물로 대별될 수 있다. 본 발명은 영구장으로 사용되는 부정형 내화물 제조와 관련된다.

상기 영구장(Permanent lining)은 내장내화물(Working lining)의 손상으로 인해서 발생하는 전로, 레이들, 턴디쉬 등 제강 설비의 손상과 용강의 누출로 인해서 야기되는 각종 사고를 미연에 방지하기 위하여 내장내화물이 완전히 손상된 상태에서도 2~3회 정도의 조업이 가능한 재질 및 두께를 확보하고 있어야 하고, 또한 주입과정에서의 열 손실을 무시할 수 없으므로 보온의 측면도 고려하여 영구장의 재질을 선정해야 한다. 종래에는 영구장 재질로 단열브릭(Brick)이 많이 사용되었지만 현재는 단열성이 우수한 단열보드(Board) 사용이 보편화 되었다.

본 발명에 있어서, 상기 영구장으로 사용되는 부정형 내화물 제조시 첨가하는 다공성 실리카, 알루미나 등은 실리카, 알루미나 졸을 열처리함으로써 얻어지는 것으로, 가운데는 비어있고, 외부는 단단한 shell을 형성한 구상의 입자이다.

이러한 구상의 다공성 입자는 열전도율이 0.01W/Mk 이하로 매우 낮고, 흡습성이 없기 때문에 부정형 내화물의 기지부에 첨가할 경우, 기지부의 열전도율을 크게 낮출 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 제강설비의 가동부 내화물과 철피 사이에 존재하는 영구장 내화물을 제조할 때 상기 다공성 입자를 첨가함으로써 영구장 내화물의 단열성을 높일 수 있고, 단열보드(Board)를 추가로 사용할 필요가 없으므로, 원가 절감, 축조시간 단축 등의 효과를 얻을 수 있다.

상기 영구장으로 사용되는 부정형 내화물 제조시 첨가하는 구상의 다공성 원료의 평균 입경은 0.01mm보다는 크고 0.3mm보다는 작은 것이 바람직하다. 평균 입경이 0.3mm이상이면 내화물의 체적당 다공성 원료의 함유량이 낮으므로 단열효과가 낮다. 또한 0.01mm이하면 원료의 가격이 상승하고, 단열효과의 변화는 미미하므로 바람직하지 않다.

상기 다공성 원료의 첨가량은 상기 제강 설비의 영구장에 사용되는 조성물 전체 중량의 5중량%보다 크고 20중량%보다 작은 것이 바람직하다. 첨가량이 5중량%이하인 경우는 단열효과가 낮고, 20중량%이상인 경우에는 구조체의 강도가 감소하므로 바람직하지 않다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명이 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

[실시예 ]

통상적으로 제강 설비의 영구장에 사용되는 부정형 내화물의 배합을 사용하였다. 알루미나-실리카질 조립원료와 미립원료, 알루미나 시멘트를 바인더로 사용하였으며, 구상의 다공성 실리카 원료를 미분부에 첨가하였다. 건식으로 원료를 혼합한 후, 물을 첨가하면서 혼련하였다. 혼련한 내화물을 성형 몰드를 이용하여 일정크기의 성형체로 제조하였다. 상온에서 12시간 숙성한 후, 120℃에서 12시간 건조하여 시험용 시편을 준비하였다.

Hot wire 법을 이용하여 상기 실시예에 의해 제조한 시편의 열전도율을 측정하였으며, 굽힘강도 시험기를 이용하여 상온에서 3점 굽힘강도를 측정하였다.

하기 표1 기재된 시편 1의 열전도율과 굽힘강도를 100으로 하여 백분율 지수로 시편의 단열성과 기계적 강도를 표기하였다. 단열성과 기계적 강도가 높을수록 지수가 크다. 표 1에 시편 제조조건과 시험결과를 정리하였다.

다공성 실리카 입자의 첨가량이 증가할수록 단열지수는 증가하였으나 구조체의 강도지수는 감소경향을 나타내었다. 첨가량이 5중량%이하이면 단열효과는 낮고 첨가량이 20중량%이상인 경우는 구조체 강도가 현저히 감소하므로 다공성 실리카 입자의 첨가량은 5중량%보다 크고 20중량%보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 다공성 실리카 입자의 크기와 관련하여, 평균입경이 커질수록 단열지수는 감소경향을 나타내었다. 평균입경이 작을수록 단열지수는 높았으나 0.01mm이하에서는 단열효과의 변화는 거의 없었다. 다공성 실리카 입자의 평균 입경이 0.3mm이상이면 내화물의 체적당 다공성 원료의 함유량이 낮아지므로 단열효과가 낮고, 0.01mm이하이면 원료의 가격이 상승하고 단열효과의 변화는 거의 없는 점을 고려할 때, 다공성 실리카의 평균입경은 0.01mm보다는 크고 0.3mm보다는 작은 것이 바람직하다.

아울러, 더욱 바람직하게는 다공성 실리카의 평균입경이 0.1mm ~ 0.2mm이고, 그 첨가량은 6중량% ~ 10중량%인 것이다. 하기 표1에서 보는 바와 같이 상기 범위에서 매우 우수한 단열지수 및 강도지수를 나타내고 있다.

제강 설비의 영구장에 사용되는 내화물 시편 제조조건 및 시험결과

	다공성 실리카입자		시험결과
	평균입경(mm)	첨가량(중량%)	단열지수	강도지수
시편 1 (실험 기준)	0.005	7	100	100
시편 2	0.01	6	100	112
시편 3	0.1	2	60	112
시편 4	0.1	5	95	111
시편 5	0.1	6	100	110
시편 6	0.1	10	112	105
시편 7	0.1	20	113	95
시편 8	0.1	30	114	70
시편 9	0.01	10	113	106
시편 10	0.1	10	112	105
시편 11	0.2	10	110	100
시편 12	0.3	10	95	95
시편 13	1	7	70	90

Claims (4)

1. 용탕을 담는 도가니;
   상기 도가니를 둘러싸고 있는 영구장; 및
   상기 영구장을 둘러싸고 있는 철피를 포함하여 구성되는 제강 설비에 있어서,
   상기 영구장으로 사용되는 부정형 내화물 제조시 다공성 세라믹 구상원료를 상기 영구장 조성물 전체 중량의 5중량% 보다 크고 20중량%보다 작게 첨가하는 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다공성 세라믹 구상 원료는 다공성 실리카 또는 다공성 알루미나 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 다공성 세라믹 구상 원료는 평균입경이 0.01mm보다는 크고 0.3mm보다는 작은 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 다공성 세라믹 구상 원료는 다공성 실리카이고, 평균입경이 0.1mm ~ 0.2mm 이고, 첨가량은 상기 영구장 조성물 전체 중량의 6중량% ~ 10중량%인 것을 특징으로 하는 단열성 강화 영구장을 포함하는 제강 설비.