KR20170119917A

KR20170119917A - 노즐

Info

Publication number: KR20170119917A
Application number: KR1020160048197A
Authority: KR
Inventors: 김장훈; 이우진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-30
Also published as: CN107303603A; JP2017192982A; JP6546148B2; CN107303603B

Abstract

본 발명은 노즐에 관한 것으로서, 주조용 노즐로서, 용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖고, 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 노즐 몸체를 포함하고, 상기 노즐 몸체는 용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖는 상부 몸체와, 상기 상부 몸체 하부에 구비되며 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 하부 몸체 및 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이에 구비되고 상기 내공부와 상기 토출구를 연통시키는 유로가 형성되는 중간 몸체를 포함하고, 상기 하부 몸체는 희티탄석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 제1내화 조성물을 포함하고, 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 형성함으로써 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

Description

노즐{A nozzle}

본 발명은 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 형성함으로써 막힘을 억제할 수 있는 노즐에 관한 것이다.

일반적인 연속 주조 공정은 레이들에 수용된 용강을 턴디쉬로 주입하고, 턴디쉬에서 주입된 용강을 몰드에 연속적으로 주입시켜 용강을 1차 냉각시킨 후, 1차 냉각된 주편의 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시킴에 따라 용강을 응고시켜 주편을 제조하는 공정이다. 이때, 턴디쉬에 수용된 용강을 몰드 내로 공급하는 과정에서 용강은 턴디쉬의 출탕구에 설치되는 게이트 혹은 스토퍼에 의해 출탕이 단속되고, 침지노즐을 통하여 몰드 내로 공급된다.

용강 중에는 알루미나(Al₂O₃)성 개재물들이 존재하는데, 부상분리에 의해 제거되지 않은 미세 개재물들이 턴디쉬와 몰드를 연결하는 침지노즐의 내벽 및 토출구에 부착되어, 침지노즐 막힘의 원인으로 작용한다. 이를 해결하기 위해 종래에는 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 가스를 침지노즐 내벽에 공급하여 기포를 형성하고, 이를 통해 개재물을 포획하여 침지노즐 내벽에 개재물이 부착되는 것을 억제하거나, CaO를 포함한 내공부 재질을 배치함으로써 알루미나(Al₂O₃)와 저융점 물질을 형성시켜, 부착된 개재물을 제거하는 방법 등을 사용하였다. 그러나 전자의 경우, 침지노즐 내벽에 개재물 부착을 어느 정도 저감시키는 효과는 있으나 불활성 가스에 의한 냉각효과 등으로 개재물 부착을 억제하는데 한계가 있었다.

한편, 후자의 경우, 침지노즐 내벽에 개재물 부착을 억제할 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나로 사용되고 있다. CaO를 포함하는 내공부는 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaOSiO₂, 2CaOSiO₂), 흑연(C)이 주로 사용되는데, 주조온도에서 재질 내 CaO가 다음과 같은 반응에 의해 Al₂O₃와 반응하여 개재물 부착을 억제하게 된다.

식1) CaO·SiO₂ → CaO + SiO₂

식2) 2CaOSiO₂ → 2CaO + SiO₂

식3) 12CaO + 7Al₂O₃ → 12CaO7Al₂O₃

하지만, 침지 노즐 토출구의 경우, 몰드 내 용강에 침지된 상태로 배치되고, 침지 노즐의 안정성 측면을 고려하여 적은 양의 CaO가 포함되기 때문에 저융점 물질(12CaO7Al₂O₃)을 형성시킬 수 있는 CaO량이 부족하게 되어 CaO₂Al₂O₃, CaO7Al₂O₃ 등의 고융점 물질이 형성되게 된다. 이로 인해 오히려 토출구에 개재물의 부착이 가속화되는 문제점이 있다. 특히, 침지노즐 토출구에 개재물이 과다 부착될 경우에는 몰드로 용강이 주입될 때 편류를 야기시키는 영향이 매우 크므로 강품질에 향상을 위해서는 침지노즐 토출구에 개재물 부착 방지할 수 있는 방법이 요구된다.

이에 침지노즐의 토출구에 효과적으로 저융점 물질(12CaO·7Al₂O₃)을 형성시키기 위해서는 토출구내 CaO 함량을 증가시켜야 하지만, CaO 함량을 증가시킬 경우 수화(hydration)에 민감해져서 침지 노즐의 관리가 어렵게 될 뿐만 아니라 내화물의 기계적 물성이 저하되어 주조 중 파손되는 등의 문제를 일으킬 우려가 있어 침지노즐을 안정적으로 사용하는데 문제점이 있다.

KR1597254B

본 발명은 주조 시 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 형성하여 막힘 현상을 억제할 수 있는 노즐을 제공한다. 노즐을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 노즐은, 주조용 노즐로서, 용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖고, 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 노즐 몸체를 포함하고, 상기 노즐 몸체는 용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖는 상부 몸체와, 상기 상부 몸체 하부에 구비되며 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 하부 몸체 및 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이에 구비되고 상기 내공부와 상기 토출구를 연통시키는 유로가 형성되는 중간 몸체를 포함하고, 상기 하부 몸체는 희티탄석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 제1내화 조성물을 포함할 수 있다.

상기 상부 몸체는 알루미나(Al₂O₃)와 탄소(C)를 포함하는 내화 조성물 및 알루미나(Al₂O₃)와 실리케이트(SiO₂) 및 탄소(C)를 포함하는 내화 조성물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2내화 조성물로 형성되고, 상기 중간 몸체는 상기 제1내화 조성물과 상기 제2내화 조성물을 혼합한 혼합물을 이용하여 형성될 수 있다.

상기 혼합물은 상기 혼합물의 전체 중량 100중량%에 대하여 상기 제1내화 조성물을 40 내지 60중량% 포함할 수 있다.

본 발명의 변형 예에 따른 노즐은, 주조용 노즐로서, 용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖고, 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 노즐 몸체와, 상기 노즐 몸체의 적어도 일부에 희티탄석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 제1내화 조성물을 포함하는 제1라이너를 구비할 수 있다.

상기 제1라이너는 상기 노즐 몸체 중 적어도 상기 용강에 침지되는 부위에 형성될 수 있다.

상기 노즐 몸체의 외주면에는 슬래그 라인부가 구비되고, 상기 제1라이너는 상기 슬래그 라인부의 하부에 형성될 수 있다.

상기 제1라이너는 5 내지 15㎜ 두께로 형성될 수 있다.

상기 내공부에는 상기 제1내화 조성물을 포함하는 제2라이너가 구비될 수 있다.

상기 제2라이너는 2 내지 8㎜ 두께로 형성될 수 있다.

상기 제1내화 조성물은 상기 주성분을 95 내지 99중량%, 상기 바인더를 1 내지 5중량% 포함할 수 있다.

상기 주성분은 희티탄석(CaTiO₃) 3 내지 25중량%, 칼슘지르코네이트(CaZrO₃) 28.5 내지 83.9중량%, 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂) 3 내지 15중량%, B₂O₃ 0.01 내지 1.5중량% 및 흑연(C) 10 내지 30중량%를 포함할 수 있다.

상기 주성분 100중량%에 대하여 3 내지 10중량%의 실리케이트(SiO₂)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 바인더는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 노즐, 예컨대 주조공정에서 사용되는 침지 노즐의 내공부나 토출구가 막히는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 즉, 적어도 노즐의 일부를 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 생성하는 내화 조성물을 포함하도록 형성함으로써 용강 중 개재물과 반응하여 생성되는 반응물이 노즐에 부착되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 따라서 주조 중 용강 중 개재물과 반응하여 생성되는 반응물에 의해 내공부나 토출구가 막히는 현상을 억제 혹은 방지함으로써 주조를 안정적으로 수행할 수 있다. 또한, 노즐의 수명을 증가시켜 노즐 교체에 따른 생산성 저하나 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 노즐이 적용되는 주조장치를 보여주는 개략도.
도 2는 CaO-Al₂O₃의 상태도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 노즐의 단면도.
도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 노즐의 단면도.
도 5는 주조가 완료된 후 노즐의 사진.
도 6은 주조가 완료된 노즐의 성분을 분석한 결과를 보여주는 사진.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

먼저, 본 발명에 따른 노즐은 다양한 고온의 용융물을 다른 용기에 주입하거나 공급할 때 사용될 수 있으며, 여기에서는 주조 시 용강을 턴디쉬에서 몰드로 공급하는 침지 노즐에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 노즐이 적용되는 주조장치를 보여주는 개략도이고, 도 2는 CaO-Al₂O₃의 상태도이다.

도 1을 참조하면, 주조장치, 예컨대 연속주조장치는 정련을 거친 용강을 담는 용기인 래들(ladle)로부터 용강(60)을 저장하고 분배하는 역할을 하는 턴디쉬(10), 용강(60)의 유량을 제어하는 스토퍼(20) 및 슬라이딩 플레이트(30), 용강(60)을 몰드(50)로 배출하는 침지 노즐(40) 및 용강(60)을 응고시켜 주편(61)으로 만드는 몰드(50)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 용강의 유량을 제어하기 위해 스토퍼(20)와 슬라이딩 플레이트(30)가 동시에 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 실제 조업에서는 스토퍼(20)와 슬라이딩 플레이트(30) 중 어느 한 가지가 이용될 수 있다.

침지 노즐(40)은 턴디쉬(10) 하부에 연결되어 턴디쉬(10) 내 용강을 몰드(50)로 주입한다. 이때, 침지 노즐(40)의 하부는 몰드(50) 내 용강에 침지되도록 구비될 수 있다. 주조 중 토출구가 형성되는 침지 노즐(40)의 하부는 용강에 침지되어 있고, 용강이 토출되는 토출구에는 용강 정체 영역이 형성되기 때문에 용강의 이송 경로로 사용되는 침지 노즐(40)의 내공부에 비해 토출구에 다량의 개재물이 부착되기 쉽다. 즉, 용강 중에는 알루미나(Al₂O₃)성 개재물이 존재하는데 분리부상에 의해 제거되지 않은 미세 개재물이 침지 노즐(40)의 내벽이나 토출구에 부착되어 노즐 막힘 현상을 유발하게 된다. 이러한 미세 개재물은 침지 노즐(40)을 구성하는 내화 조성물과 반응하여 CaO·2Al₂O₃와 같은 고융점 물질을 생성함으로써 침지 노즐(40)의 내공부나 토출구에 그대로 부착될 수 있다.

이에 본 발명에서는 침지 노즐(40)의 적어도 일부에 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 생성할 수 있는 내화 조성물을 포함하도록 함으로써 침지 노즐(40)의 내공부나 토출구에 개재물이 부착되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 침지 노즐(40)은 적어도 일부에 희티탄석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 내화 조성물을 포함할 수 있다. 이때, 내화 조성물 전체 중량에 대하여 주성분은 95 내지 99중량%, 바인더는 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 내화 조성물에 포함되는 각 성분을 살펴보면 다음과 같다.

[희티탄석(CaTiO₃)]: 주성분 100중량%에 대하여 3 내지 25중량%

희티탄석은 용강 중 알루미나(Al₂O₃)와 반응하여 저융점 물질인 12CaO·7Al₂O₃를 생성하기 위한 소스로 사용될 수 있다. 도 2를 참조하면, 12CaO·7Al₂O₃는 융점이 1415℃ 정도로 융점이 1600℃ 이상인 고융점 물질인 CaO·2Al₂O₃에 비해 상대적으로 낮은 융점을 갖는다.

희티탄석은 하기와 같은 고온, 예컨대 주조 중 용강의 온도 범위에서 내화 조성물 중 흑연(C)과 하기의 반응식1과 같이 반응하여 용강 중 알루미나와의 반응을 통해 저융점 물질을 생성하기 위한 CaO 소스를 생성한다.

(화학식 1)

CaTiO₃(s) + 3C(s) -> CaO(s) + TiC(s) + 2CO(g)

이때, 저융점 물질을 생성하기 위한 소스로 생석회(CaO)를 직접 사용할 수도 있지만, 생석회의 경우 수화반응을 일으켜 침지 노즐(40)의 물성을 변화시켜 안정적인 주조를 방해할 수 있다.

희티탄석은 내화 조성물을 구성하는 주성분 100중량%에 대하여 3 내지 25중량% 포함될 수 있으며, 희티탄석의 함유량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 용강 중 알루미나와 반응을 통해 저융물 물질을 원활하게 생성할 수 없고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 온도 변화에 따른 내열충격성이 저하되어 주조를 안정적으로 수행할 수 없다. 즉, 희티탄석이 지나치게 많이 함유되는 경우에는 내화 조성물 중 흑연과 반응으로 인해 생성되는 CO 가스에 의해 침지 노즐(40)에 다공층이 다량 발생하여 침지 노즐(40)의 강도가 저하될 수 있다.

[칼슘지르코네이트(CaZrO₃)]: 주성분 100중량%에 대하여 28.5 내지 83.9중량%

칼슘지르코네이트는 슬래그, 몰드 플럭스, 용강 등에 대한 내식성을 높이는 내화재료로서, 침지 노즐(40)의 형상을 형성하기 위한 재료이다. 또한, 칼슘지르코네이트는 용강 중 알루미나 개재물 접촉시 저융점의 액상 물질을 형성하는 산화칼슘(CaO)원을 함유하고 있기 때문에 많이 사용할수록 알루미나와의 반응성 측면에서 유리한 결과를 얻을 수 있다.

칼슘지르코네이트는 주성분 100중량%에 대하여 28.5 내지 83.9중량% 포함될 수 있으며, 칼슘지르코네이트의 함량이 제시된 범위보다 적으면 내식성이 저하되고, 제시된 범위보다 많으면 내열충격성이 저하될 수 있다. 또한, 칼슘지르코네이트는 비교적 고가이기 때문에 지나치게 많이 사용하는 경우 경제성이 떨어질 수 있다.

[칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂)]: 주성분 100중량%에 대하여 3 내지 15중량%

칼슘실리케이트는 칼슘지르코네이트의 CaO 확산을 용이하게 해주고, 자체적으로도 CaO 성분을 포함하고 있어 희티탄석과 함께 알루미나와 반응하여 저융점 물질을 생성하기 위한 소스로 사용될 수 있다.

칼슘실리케이트는 주성분 100중량%에 대하여 3 내지 15중량% 함유될 수 있으며, 제시된 범위보다 적은 경우에는 저융점 물질이 원활하게 생성되지 않아 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 과다한 용액 생성으로 용강에 대한 내침식성이 저하되고, 다른 성분이 상대적으로 함유되기 때문에 내열충격성 저하 등과 같은 침지 노즐(40)의 물성을 저하시키는 문제점이 있다.

[B₂O₃]: 주성분 100중량%에 대하여 0.01 내지 1.5중량%

B₂O₃는 칼슘실리케이트의 분화를 억제하기 위한 안정제로 사용될 수 있다. 칼슘실리케이트는 800~900℃ 정도에서 상전이가 발생하는데, B₂O₃가 첨가되면, 칼슘실리케이트의 상전이를 억제시킬 수 있다.B₂O₃는 주성분 100중량%에 대하여 0.01 내지 1.5중량% 함유될 수 있으며, B₂O₃가 제시된 범위보다 적은 경우에는 칼슘실리케이트의 상전이를 효과적으로 억제할 수 없으며, 제시된 범위보다 많은 경우에는 침지 노즐(40)에 함유되는 흑연을 산화시키거나, 칼슘실리케이트와 화학반응을 일으켜 저융점 물질을 생성함으로써 침지 노즐(40)이 용손되거나 열충격에 의해 파손되는 등과 같은 문제점이 발생할 수 있다.

[흑연]: 주성분 100중량%에 대하여 10 내지 30중량%

흑연은 슬래그, 몰드 플럭스, 용강 등에 대한 젖음성이 낮고, 열전도도가 높은 물질로서, 칼슘지르코네이트의 젖음성을 저감시켜 내침윤성을 향상시키고, 온도 변화에 대한 내열충격성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 흑연은 인상흑연 등이 사용될 수 있으며, 주성분 100중량%에 대하여 10 내지 30중량% 함유될 수 있다. 흑연이 제시된 범위보다 적은 경우에는 침지 노즐(40)의 내열충격성이 저하될 수 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 강도 부족으로 내식성이 약해지고, 열전도성이 높아 방산열이 증가하여 용선 온도가 크게 저하될 수 있다.

[바인더]: 내화 조성물 100중량%에 대하여 1 내지 5중량%

바인더는 전술한 주성분들, 즉 희티탄석, 칼슘지르코네이트, 칼슘실리케이트, B₂O₃ 및 흑연을 결합시켜 침지 노즐(40)의 성형성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 바인더는 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 액상, 고상 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 바인더는 내화 조성물 100중량%, 즉 주성분과 바인더 총 중량에 대하여 1 내지 5중량% 함유될 수 있으며, 바인더의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 조성물들 간 결합력이 낮아 성형성이 저하되고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 점도가 높아져 성형성이 저하되고, 내화조성물들 간 밀도가 높아져 기공률이 낮아지고, 이에 탄성률이 높아져 내열충격성이 저하되는 문제점이 있다.

[실리케이트(SiO₂)]:외삽으로 내화 조성물 100중량%에 대하여 3 내지 10중량%

실리케이트는 전술한 내화 조성물에 외삽, 즉 주성분 및 바인더 이외에 추가로 포함될 수 있으며, 침지 노즐(40)의 내열충격성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 실리케이트는 외삽으로 내화 조성물 100중량%에 대하여 3 내지 10중량% 포함될 수 있으며, 실리케이트의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 침지 노즐(40)의 내열충격성을 향상시키는데 어려움이 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 내열충격성, 내식성 등과 같은 침지 노즐(40)의 물성을 변경시킬 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 침지 노즐은 적어도 일부에 전술한 내화 조성물을 포함하도록 형성되어 주조 중 용강에 함유되는 개재물과 반응을 일으켜 저융점 물질을 생성함으로써 개재물이 침지 노즐에 부착되는 것을 억제 혹은 방지하여 노즐 막힘 현상을 억제할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 노즐의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 변형 예에 따른 노즐의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 침지 노즐(40)은 용강이 이동할 수 있는 내공부(42)를 갖고, 용강이 외측, 예컨대 몰드(50)로 이동할 수 있는 토출구(42)를 포함하는 노즐 몸체(41)를 포함할 수 있다.

노즐 몸체(41)는 턴디쉬(10)와 연결되고 용강이 이동할 수 있는 내공부(42)가 형성되는 상부 몸체(41a)와, 상부 몸체(41a)의 하부에 구비되고 내공부(42)와 연통되어 용강이 내공부(42)의 외측으로 이동할 수 있는 토출구(45)가 형성되는 하부 몸체(41c)와, 상부 몸체(41a)와 하부 몸체(41c)의 사이에 구비되어 내공부(42)와 토출구(45)를 연통시키는 유로(44)가 형성되는 중간 몸체(41b)를 포함할 수 있다.

상부 몸체(41a)와 하부 몸체(41c)는 중간 몸체(41b)에 의해 상호 연결되어, 상부 몸체(41a)의 내공부(42)와 하부 몸체(41c)의 토출구(45)가 중간 몸체(41b)의 유로(44)를 통해 상호 연통될 수 있다. 따라서 내공부(42)를 통해 이동하는 용강이 유로(44)를 통해 토출구(45)로 배출될 수 있다. 이하에서는 상기 주성분과 바인더를 포함하는 내화 조성물을 제1내화 조성물이라 한다.

상부 몸체(41a)는 Al₂O₃-C 및 Al₂O₃-SiO₂-C 중 적어도 어느 하나를 함유하는 제2내화 조성물을 포함할 수 있다. 상부 몸체(41a)의 내공부(42)에는 제1라이너(43)가 형성될 수 있다. 제1라이너(43)는 용강이 직접 접촉하는 내공부(42)에 형성되어 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 생성할 수 있는 물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 예컨대 CaZrO₃-CaO·SiO₂-C나 전술한 제1내화 조성물, 즉 희탄티석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaSiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 함유하는 내화 조성물을 포함할 수 있다.

또한, 상부 몸체(41a)에는 슬래그 라인부(47)가 형성될 수 있다. 슬래그 라인부(47)는 슬래그(또는 플럭스), 용강 등에 대한 내식성을 높이는 구성으로서, 몰드 내 용강의 탕면 주변에 형성될 수 있다. 슬래그 라인부(47)는 다양한 물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 예컨대 칼시아·마그네시아 부분 안정화 지르코니아, 흑연 등의 혼합 물질을 이용하여 형성될 수 있다.

하부 몸체(41c)는 턴디쉬(10) 내 용강에 침지되어 용강과 지속적으로 접촉하는 부분으로서, 용강 중 개재물과 반응하여 12CaO·7Al₂O₃와 같은 저융점 물질을 생성할 수 있는 제1내화 조성물을 포함할 수 있다. 즉, 하부 몸체(41c)는 희탄티석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaSiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 함유하는 제1내화 조성물을 포함할 수 있다.

그리고 중간 몸체(41b)는 상부 몸체(41a)와 하부 몸체(41c)를 연결할 때 각각의 성분 차이로 인한 열팽창률 차이 등을 완화하여 안정성을 확보하기 위하여 상부 몸체(41a)와 하부 몸체(41c)를 구성하는 제2내화 조성물과 제1내화 조성물을 혼합하여 형성할 수 있다. 이때, 중간 몸체(41b)는 중간 몸체(41b)를 구성하는 내화 조성물 100중량%에 대하여 제1내화 조성물 40 내지 60중량%, 제2내화 조성물 40 내지 60중량% 범위에서 혼합하여 형성될 수 있다. 중간 몸체(41b)는 노즐 몸체(41)의 길이방향으로 15 내지 40㎜ 정도 길이로 형성될 수 있다. 중간 몸체(41b)에 형성되는 유로(44)에는 상부 몸체(41a)의 내공부(42)에 형성되는 제1라이너(43)가 연장되어 형성될 수도 있다.

전술한 바와 같이 노즐 몸체(41)는 상부 몸체(41a), 중간 몸체(41b) 및 하부 몸체(41c)로 형성될 수도 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 노즐 몸체(41)는 일체형으로 형성될 수도 있다.

이 경우, 노즐 몸체(41)는 전술한 실시 예의 상부 몸체(41a)를 구성하는 제2 내화 조성물을 포함할 수 있다. 그리고 적어도 몰드(50) 내 용강에 침지되는 노즐 몸체(41)의 하부측에는 하부 몸체(41c)를 구성하는 제1내화 조성물을 포함하는 제2라이너(48)가 구비될 수 있다. 제2라이너(48)는 노즐 몸체(41)의 하부, 즉 몰드(50) 내 용강에 침지되는 부분을 감싸도록 형성될 수 있으며, 적어도 5 내지 15㎜ 두께로 형성될 수 있다. 제2라이너(48)의 두께가 제시된 범위보다 작은 경우에는 제2라이너(48)에 함유되는 CaO 소스가 부족하여 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 원활하게 생성할 수 없다. 또한, 제2라이너(48)의 두께가 제시된 범위보다 큰 경우에는 용강의 원활한 배출을 위해 토출구(45)의 직경을 어느 정도 확보해야 하므로 노즐 몸체(41)의 두께가 상대적으로 감소하게 되고, 이로 인해 침지 노즐(40)의 강도가 저하하여 주조 안정성이 저하되는 문제점이 있다.

내공부(42)에는 제1라이너(43)가 형성되고, 제2라이너(48)는 노즐 몸체(41)의 하부에만 형성될 수도 있으나, 제1라이너(43)를 별도로 형성하지 않고 제1라이너(43)를 제2라이너(48)로 대체할 수도 있다. 이때, 제2라이너(48)는 노즐 몸체(41)의 내측에서는 내공부(42)로부터 연장되도록 형성될 수 있고, 노즐 몸체(41)의 외측에서는 슬래그 라인부(47)의 직하부까지 연장되도록 형성될 수 있다. 제2라이너(48)는 내공부(42)와 노즐 몸체(41)의 하부측에서 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 제2라이너(48)는 내공부(42)에서 2 내지 8㎜ 정도의 두께로 형성될 수 있으며, 이는 내공부(42)에서는 용강이 지속적으로 이동하기 때문에 용강에 침지되어 있는 하부측보다 얇은 두께로 형성할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 침지 노즐을 실제 조업에 적용한 결과를 살펴본다.

도 5는 주조가 완료된 후 노즐의 사진이고, 도 6은 주조가 완료된 노즐의 성분을 분석한 결과를 보여주는 사진이다.

[비교 예]

Al₂O₃-C 및 Al₂O₃-SiO₂-C 중 적어도 어느 하나를 함유하는 제2내화 조성물을 포함하는 침지 노즐을 마련하고, 알루미늄 킬드 극저탄강을 이용하여 주조를 실시한 후, 침지 노즐의 토출구 측을 절단하여 토출구에 부착된 반응물을 관찰하였다.

[실시 예]

하부 몸체(41c)에 희탄티석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaSiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 함유하는 제1내화 조성물을 포함하는 침지 노즐을 마련하고, 알루미늄 킬드 극저탄강을 이용하여 주조를 실시한 후, 침지 노즐의 토출구 측을 절단하여 토출구에 부착된 반응물을 관찰하였다.

도 5의 (a)는 비교 예에 따른 침지 노즐의 토출구 절단면을 보여주고 있다. 도 5의 (a)를 참조하면, 주조가 완료된 후 토출구 주변에 부착된 반응물의 두께를 측정한 결과, 양쪽 토출구에 부착된 반응물의 두께가 각각 30㎜ 씩, 총 60㎜ 정도로 두껍게 부착되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

도 5의 (b)는 실시 예에 따른 침지 노즐의 토출구 절단면을 보여주고 있으며, 주조 후 양쪽 토출구에 부착된 반응물의 두께가 각각 8㎜, 10㎜씩, 총 18㎜정도로 부착되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시 예에 따른 침지 노즐의 토출구에는 비교 예에 따른 침지 노즐의 토출구보다 반응물이 적게 부착되어 있는 것을 알 수 있다. 이는 비교 예에 따른 침지 노즐에서는 주조 중 생성되는 고융점 물질이 침지 노즐의 토출구에 그대로 누적되어 두꺼운 반응물층을 형성하게 되고, 실시 예에 따른 침지 노즐에서는 주조 중 생성되는 저융점 물질이 일부는 토출구에 부착되고 일부는 용강 중으로 유입되어 비교적 얇은 반응물층이 형성되기 때문인 것으로 파악된다.

도 6은 침지 노즐의 토출구 성분을 분석한 결과를 보여주는 사진이다.

도 6의 (a)는 비교 예에 따른 침지 노즐의 토출구 성분을 분석한 결과이고, 도 6의 (b)는 실시 예에 따른 침지 노즐의 토출구 성분을 분석한 결과이다. 여기에서 색상이 푸른색에서 붉은색으로 갈수록 해당 성분의 양이 증가하는 것을 의미한다.

먼저, 도 6의 (a)를 살펴보면, 비교 예에 따른 침지 노즐에서는 내화물층/반응층/개재물층이 관찰되었다. 여기에서 반응층은 Al 성분이 다량 관찰되었고, Ca 성분을 Al 성분에 비해 상대적으로 적게 관찰되었다.

그리고 도 6의 (b)를 살펴보면, 실시 예에 따른 침지 노즐에서는 내화물층/다공층/반응층(Ca 농화층)/반응물층(개재물층)이 관찰되었다. 실시 예에서는 비교 예와 다르게 반응층(Ca 농화층)과 반응층(개재물층)이 관찰되었다. 이는 비교 예와 다르게 실시 예에서는 내화물층과 반응층 모두에서 Ca 성분이 상대적으로 Ca 농화층)에서는 Al 성분보다 Ca 성분이 상대적으로 많이 관찰되었다. 이는 실시 예에 따른 침지 노즐에서는 희티탄석의 추가로 인해 용강 중 개재물과 반응하여 저융점 물질을 생성할 수 있는 CaO 소스가 추가되었기 때문인 것으로 추측된다. 또한, 실시 예에 따른 침지 노즐에서는 비교 예에 따른 침지 노즐과는 다르게 다공층이 관찰되었다. 이는 희티탄석의 Ti가 흑연(C)과의 반응으로 CO를 생성하면서 발생하는 것으로 전술한 화학식1과 같은 반응이 이루어져 희티탄석으로부터 저융점 물질의 생성 소스인 CaO가 생성되는 것으로 추측할 수 있다.

이와 같은 결과를 통해 침지 노즐을 구성하는 내화 조성물의 종류 및 조성을 변경함으로써 주조 중 개재물과 반응을 통해 저융점 물질을 생성하여 노즐 막힘 현상이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 턴디쉬 20 : 스토퍼
30 : 슬라이딩 플레이트 40 : 침지 노즐
41 : 노즐 몸체 41a: 상부 몸체
41b: 중간 몸체 41c:하부 몸체
42: 토출구 43: 제1라이너
44: 유로 47 : 슬래그 라인부
48: 제2라이너 50 : 몰드
60 : 용강 61 : 주편
62 : 슬래그

Claims

주조용 노즐로서,
용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖고, 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 노즐 몸체를 포함하고,
상기 노즐 몸체는 용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖는 상부 몸체와,
상기 상부 몸체 하부에 구비되며 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 하부 몸체 및
상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이에 구비되고 상기 내공부와 상기 토출구를 연통시키는 유로가 형성되는 중간 몸체를 포함하고,
상기 하부 몸체는 희티탄석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 제1내화 조성물을 포함하는 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 몸체는 알루미나(Al₂O₃)와 탄소(C)를 포함하는 내화 조성물 및 알루미나(Al₂O₃)와 실리케이트(SiO₂) 및 탄소(C)를 포함하는 내화 조성물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2내화 조성물로 형성되고,
상기 중간 몸체는 상기 제1내화 조성물과 상기 제2내화 조성물을 혼합한 혼합물을 이용하여 형성되는 노즐.
청구항 2에 있어서,
상기 혼합물은 상기 혼합물의 전체 중량 100중량%에 대하여 상기 제1내화 조성물을 40 내지 60중량% 포함하는 노즐.
주조용 노즐로서,
용강이 이동할 수 있는 내공부를 갖고, 상기 용강이 상기 내공부의 외측으로 이동할 수 있는 토출구가 형성되는 노즐 몸체와, 상기 노즐 몸체의 적어도 일부에 희티탄석(CaTiO₃), 칼슘지르코네이트(CaZrO₃), 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂), B₂O₃ 및 흑연(C)을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 제1내화 조성물을 포함하는 제1라이너를 구비하는 노즐.
청구항 4에 있어서,
상기 제1라이너는 상기 노즐 몸체 중 적어도 상기 용강에 침지되는 부위에 형성되는 노즐.
청구항 4에 있어서,
상기 노즐 몸체의 외주면에는 슬래그 라인부가 구비되고,
상기 제1라이너는 상기 슬래그 라인부의 하부에 형성되는 노즐.
청구항 4에 있어서,
상기 제1라이너는 5 내지 15㎜ 두께로 형성되는 노즐.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 내공부에는 상기 제1내화 조성물을 포함하는 제2라이너가 구비되는 노즐.
청구항 8에 있어서,
상기 제2라이너는 2 내지 8㎜ 두께로 형성되는 노즐.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1내화 조성물은 상기 주성분을 95 내지 99중량%, 상기 바인더를 1 내지 5중량% 포함하는 노즐.
청구항 10에 있어서,
상기 주성분은 희티탄석(CaTiO₃) 3 내지 25중량%, 칼슘지르코네이트(CaZrO₃) 28.5 내지 83.9중량%, 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂) 3 내지 15중량%, B₂O₃ 0.01 내지 1.5중량% 및 흑연(C) 10 내지 30중량%를 포함하는 노즐.
청구항 11에 있어서,
상기 주성분 100중량%에 대하여 3 내지 10중량%의 실리케이트(SiO₂)를 추가로 포함하는 노즐.
청구항 12에 있어서,
상기 바인더는 열경화성 수지를 포함하는 노즐.