KR20140041002A - 턴디쉬용 내화벽체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용강의 누출방지 및 품질에 영향을 미치지 않으면서도 전도 열손실을 최소화할 수 있도록 내화벽체를 개선함으로써, 턴디쉬 내부로 수강된 용강의 온도가 하락하는 것을 방지할 수 있는 턴디쉬용 내화벽체에 관한 것으로, 단열성과 보온성이 우수한 제 1 단열층 및 제 2 단열층을 가지며, 턴디쉬 철피의 내측면 상에 형성되는 영구장; 및 고내식성과 저열팽창성 및 열충격 저항성이 우수한 제 1 내화연와, 제 2 내화연와 및 코팅층을 가지며, 영구장의 내측면 상에 형성되는 준영구장;을 포함한다.

Description

턴디쉬용 내화벽체{REFRACTORY WALL FOR TUNDISH}
본 발명은 턴디쉬용 내화벽체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용강의 누출방지 및 품질에 영향을 미치지 않으면서도 전도 열손실을 최소화할 수 있도록 내화벽체를 개선함으로써, 턴디쉬 내부로 수강된 용강의 온도가 하락하는 것을 방지할 수 있는 턴디쉬용 내화벽체에 관한 것이다.
연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속주조기용 주형(Mold)로 공급하여 일정한 크기의 주편을 생산하는 설비이다.
여기서 턴디쉬는 래들에 수강된 용강의 흐름을 제어하여 용강을 주형에 주입하는 중간용기 역할을 한다.
관련 선행기술로는 한국공개실용신안 제 1993-0013305 호(공개일: 1993. 07. 26, 명칭 : "용강단열 보온 레이들")가 있다.
본 발명은 용강의 누출방지 및 품질에 영향을 미치지 않으면서도 전도 열손실을 최소화할 수 있도록 내화벽체를 개선함으로써, 턴디쉬 내부로 수강된 용강의 온도가 하락하는 것을 방지할 수 있는 턴디쉬용 내화벽체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 턴디쉬용 내화벽체는, 단열성과 보온성이 우수한 제 1 단열층 및 제 2 단열층을 가지며, 턴디쉬 철피의 내측면 상에 형성되는 영구장; 및 고내식성과 저열팽창성 및 열충격 저항성이 우수한 제 1 내화연와, 제 2 내화연와 및 코팅층을 가지며, 영구장의 내측면 상에 형성되는 준영구장;을 포함할 수 있다.
구체적으로 제 1 단열층은, 비정질 실리카 구조를 가지는 마이크로다공성 판재 형상을 가지면서 철피의 내측면을 감싸도록 형성될 수 있다.
구체적으로 제 2 단열층은, 실리카를 주성분으로 하여 제작된 보드 형상을 가지면서 제 1 단열층의 내측면을 감싸도록 형성될 수 있다.
구체적으로 제 1 내화연와는 제 2 단열층을 감싸도록 형성되는 샤모트연와이며, 제 2 내화연와는 제 1 내화연와를 감싸도록 형성되는 고규산질 연와일 수 있다.
구체적으로 코팅층은, 마그네시아를 주성분하는 부정형 내화물로 이루어지며, 수분과 함께 제 2 내화연와에 도포될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 턴디쉬용 내화벽체는, 단열성과 보온성이 우수한 제 1 단열층 및 제 2 단열층을 가지는 영구장과, 고내식성과 저열팽창성 및 열충격 저항성이 우수한 제 1 내화연와, 제 2 내화연와 및 코팅층을 가지는 준영구장을 포함함으로써, 용강의 누출방지 및 품질에 영향을 미치지 않으면서도 전도 열손실을 최소화할 수 있어 턴디쉬 내부로 수강된 용강의 온도가 하락하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 연속주조기를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 도면이며, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 턴디쉬 벽체를 확대하여 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 관련된 연속주조기를 개략적으로 나타낸 도면으로, 연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(剛塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형, 직사각형, 원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브, 블룸, 빌릿과 같은 중간소재를 제조하는데 이용된다.
연속주조기의 형태는 수직형, 수직굴곡형, 수직축차굴곡형, 만곡형, 수평형 등으로 분류되며, 도 1 및 도 2에서는 만곡형 연속주조기가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20), 주형(30), 2차 냉각대, 핀치롤(70), 및 절단기(90)를 포함한다.
턴디쉬(Tundish; 20)는 래들(Laddle; 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold; 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되며, 교대로 용강(M; 도 2 참조)을 받아서 턴디쉬(20)에 공급한다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.
주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬래브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 인한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류, 주조 속도 등에 의해 달라진다.
주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물의 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell; 81, 도 2참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 형성하는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.
주형(30)은 용강(M)이 주형(30)의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation; 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)를 사용한다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화, 질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.
2차 냉각대는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강(M)을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강(M)은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 지지롤(60) 및 스프레이(65)를 포함하는 2차 냉각대에 의해 이루어진다.
핀치롤(70)은 인발장치(引拔裝置)로서, 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강(M)의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강(M)이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.
절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.
하기에는 용강의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명한다.
도 2를 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드 노즐(Shroud nozzle; 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화, 질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강(M)에 잠기도록 연장된다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.
턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지노즐(Submerged Entry Nozzle; 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper; 21)에 의해 결정된다. 구체적으로 스톱퍼(21)는 침지노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동 가능하게 배치된다. 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.
주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.
핀치롤(70; 도 1참조)이 완전히 응고된 스트랜드(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응고 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬래브, 블룸, 빌릿 등과 같은 주편(P)으로 나눠진다.
한편, 전술한 턴디쉬(20)에 수강된 용강은 슬래그층을 통한 방산(放散) 열손실과 턴디쉬(20) 벽체 및 바닥을 통한 전도 열손실로 인하여 냉각되는데, 전도에 의한 열손실의 경우, 이를 방지하기 위해서 턴디쉬(20) 내화물에 의존하고 있다.
그러나 턴디쉬 내화물은 먼저 용강(M)의 누출방지 및 품질에 미치는 영향을 고려하여 선택되며, 단열성은 이차적으로 반영되기 때문에 열손실을 최소화하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 용강(M)의 누출방지 및 품질에 영향을 미치지 않으면서도 전도 열손실을 최소화할 수 있도록 내화벽체를 개선하려는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 턴디쉬용 내화벽체를 확대하여 나타낸 단면도로서, 본 발명에 따른 턴디쉬용 내화벽체(100)는 강철판재 등으로 이루어진 철피(22)의 내측면 상에 순차적으로 형성되는 영구장(110; Permanent lining), 및 준영구장(120;Working lining)을 포함한다.
누구나 알 수 있듯이, 준영구장(120)은 "내장내화물"이라고도 하며, 용강(M)과 직접 접촉하도록 턴디쉬(20)의 내부에 형성되며, 영구장(110)은 철피(22)와 준영구장(120) 사이에 형성되어 준영구장(120)에 의해 보호된다.
먼저, 영구장(110)은 낮은 열전도율, 즉 단열성이 우수한 제 1 단열층(112) 및 제 2 단열층(114)을 포함한다.
제 1 단열층(112)은 턴디쉬(20) 철피(22)의 내측면을 감싸도록 형성된다. 제 1 단열층(112)은 단열성과 보온성이 우수할 뿐만 아니라 성형 가공성이 우수한 비정질 실리카(SlO2) 구조를 가지는 마이크로다공성 판재형 단열재인 통상의 마이크로썸(Microtherm)이 사용된다. 여기서 제 1 단열층(112)은 테이핑(taping) 작업에 의해 철피(22)의 내측면 상에 부착된다.
한편, 제 2 단열층(114)은 제 1 단열층(112)의 내측면을 감싸도록 형성된다. 제 2 단열층(114)은 제 1 단열층(112)과 마찬가지로 단열성이 우수하도록 내화물, 예를 들면 실리카(SlO2)를 주성분으로 하여 제작된 보드(board)가 사용된다. 이러한 제 2 단열층(114)은 제 1 단열층(112)의 하부에서부터 제 1 단열층(112)의 상부로 축조된다.
이와 같이 제 1 단열층(112) 및 제 2 단열층(114)으로 이루어진 영구장(110)의 내측면 상으로는 준영구장(120)이 형성된다.
준영구장(120)은 고내식성과 저열팽창성 및 우수한 열충격 저항성을 가지는 제 1 내화연와(122)와, 제 2 내화연와(124) 및 코팅층(126)을 포함한다.
제 1 내화연와(122)는 영구장(110)의 제 2 단열층(114)을 감싸도록 형성되며, 마찬가지로 제 2 내화연와(124)는 제 1 내화연와(122)를 감싸도록 형성된다.
제 1 내화연와(122) 및 제 2 내화연와(124)는 열의 급변에 견딜 수 있는 재질로 제공된다. 이에 의해 제 1 내화연와(122)는 통상의 샤모트(chamotte) 연와가 사용되고, 제 2 내화연와(124)는 통상의 고규산질 연와가 사용된다. 여기서 제 1 내화연와(122)는 제 2 단열층(114)의 하부에서부터 상부로 축조되며, 마찬가지로 제 2 내화연와(124)는 제 1 내화연와(122)의 하부에서부터 상부로 축조된다.
한편, 코팅층(126)은 도시된 바와 같이 제 2 내화연와(124)의 내측면 상에 도포된다. 코팅층(126)은 특정한 형태를 가지지 않는 부정형(castable) 내화물로서, 마그네시아(MgO)를 주성분으로 하는 분체의 내화원료를 수분과 함께 제 2 내화연와(124)에 분사함으로써 제 2 내화연와(124)의 내측면 상에 도포된다. 이러한 코팅층(126)은 턴디쉬(20)에 수강되는 용강(M)에 의해 제 1 및 제 2 내화연와(122, 124)가 침식되는 것을 방지한다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 턴디쉬용 내화벽체(100)는 단열성과 보온성이 우수한 제 1 단열층(112) 및 제 2 단열층(114)을 가지는 영구장(110)과, 고내식성과 저열팽창성 및 열충격 저항성이 우수한 제 1 내화연와(122), 제 2 내화연와(124) 및 코팅층(126)을 가지는 준영구장(120)을 포함함으로써, 용강(M)의 누출방지 및 품질에 영향을 미치지 않으면서도 전도 열손실을 최소화할 수 있어 턴디쉬(20) 내부로 수강된 용강(M)의 온도가 하락하는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 턴디쉬용 내화벽체(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100 : 턴디쉬용 내화벽체 110 : 영구장
112 : 제 1 단열층 114 : 제 2 단열층
120 : 준영구장 122 : 제 1 내화연와
124 : 제 2 내화연와 126 : 코팅층

Claims (5)

  1. 단열성과 보온성이 우수한 제 1 단열층 및 제 2 단열층을 가지며, 턴디쉬 철피의 내측면 상에 형성되는 영구장; 및
    고내식성과 저열팽창성 및 열충격 저항성이 우수한 제 1 내화연와, 제 2 내화연와 및 코팅층을 가지며, 상기 영구장의 내측면 상에 형성되는 준영구장;을 포함하는 턴디쉬용 내화벽체.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 제 1 단열층은,
    비정질 실리카 구조를 가지는 마이크로다공성 판재 형상을 가지면서 상기 철피의 내측면을 감싸도록 형성되는 턴디쉬용 내화벽체.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 제 2 단열층은,
    실리카를 주성분으로 하여 제작된 보드 형상을 가지면서 상기 제 1 단열층의 내측면을 감싸도록 형성되는 턴디쉬용 내화벽체.
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 제 1 내화연와는 상기 제 2 단열층을 감싸도록 형성되는 샤모트연와이며,
    상기 제 2 내화연와는 상기 제 1 내화연와를 감싸도록 형성되는 고규산질 연와인 턴디쉬용 내화벽체.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 코팅층은,
    마그네시아를 주성분하는 부정형 내화물로 이루어지며, 수분과 함께 상기 제 2 내화연와에 도포되는 턴디쉬용 내화벽체.
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