KR20180010074A

KR20180010074A - 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬

Info

Publication number: KR20180010074A
Application number: KR1020160092191A
Authority: KR
Inventors: 이상필; 김장훈; 박지원; 김세훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-30
Also published as: KR101949700B1

Abstract

본 발명은 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬에 관한 것으로서, 외형을 형성하는 철피와, 상기 철피 내부에 축조되는 내화물을 포함하고, 상기 내화물 중 적어도 일부는 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함하여, 용강 중 개재물을 턴디쉬 내화물에 포집 및 제거하여 노즐 막힘을 억제할 수 있다.

Description

내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬{Refractory compositions and tundish using the same}

본 발명은 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강 중 개재물을 제거하여 노즐 막힘을 억제하고 이에 따라 강품질을 향상시킬 수 있는 내화조성물 및 주조용 턴디쉬에 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 차단되고, 침지노즐을 통하여 몰드 내로 공급된다.

한편, 용강 중에는 응고완료까지 제거되지 않는 알루미나(Al₂O₃)성 개재물 등과 같은 비금속개재물이 존재하고, 이는 강의 품질에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 연연주 수의 제한에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 용강 중의 비금속 개재물은 전로 정련 공정과 2차 정련 공정 등을 통해 제거되고 있다.

그리고 정련 공정에서 제거되지 않은 알루미나성 개재물은 주조 시 턴디쉬 댐 등을 이용하여 턴디쉬 내에서 용강의 체류 시간을 증대시키거나 불활성 가스를 주입하여 용강 중 개재물을 분리 부상시켜 제거하고 있다. 이와 같은 방법으로 제거되는 개재물은 15 내지 30㎛ 정도의 크기를 가지며, 이때 10㎛ 이하의 크기를 갖는 개재물은 거의 제거되지 않고 침지 노즐을 통해 몰드로 유입된다. 그러나 이와 같이 크기가 작은, 즉 15㎛ 이하의 크기를 갖는 개재물들은 침지 노즐을 통과하면서 침지 노즐의 내벽에 응집 및 부착되어 노즐 막힘의 원인으로 작용하는 문제점이 있다.

KR1995-0005324Y KR1995-0003184Y

본 발명은 주조 시 용강 중 개재물을 포집하여 제거할 수 있는 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬를 제공한다.

본 발명은 주조 시 노즐 막힘 현상을 억제하여 주조를 안정적으로 수행할 수 있도록 하는 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 내화조성물은, 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 주성분 90 내지 99중량%와, 바인더 1 내지 10중량%를 포함할 수 있다.

상기 주성분 100중량%에 대해서, 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다.

상기 지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아를 포함할 수 있다.

상기 칼슘산화물은 CaTiO₃, CaZrO₃, CaSiO₃ 및 CaCO₃ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 산화방지제는 Al, Si 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 턴디쉬는, 외형을 형성하는 철피와, 상기 철피 내부에 축조되는 내화물을 포함하고, 상기 내화물 중 적어도 일부는 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함할 수 있다.

상기 내화물은 바인더를 포함하고, 상기 바인더는 상기 내화조성물과 상기 바인더의 총 중량 100중량%에 대해서 1 내지 10중량% 포함될 수 있다.

상기 내화물의 기공율은 5 내지 30%일 수 있다.

상기 내화조성물은 중량%로서 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다.

상기 내화물의 표면에 상기 내화조성물을 포함하는 코팅층이 형성될 수 있다.

상기 내화물은 상기 턴디쉬의 몸체와, 상기 몸체 내부에 구비되는 댐, 위어 및 와류방지댐 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 턴디쉬의 적어도 일부에 용강 중 개재물과 반응하여 고융점 물질을 생성하여 포집 및 제거할 수 있는 내화조성물을 포함하도록 하여 주조 시 발생할 수 있는 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 즉, 턴디쉬를 구성하는 내화조성물과 용강 중 개재물을 반응시켜 고융점 물질을 생성하여 턴디쉬 내화물에 부착시킴으로써 용강 중 10 ㎛ 이하의 미세 개재물을 턴디쉬 내에서 제거할 수 있다. 또한, 개재물 중 일부는 내화물과 반응하여 저융점 물질을 생성할 수 있다. 따라서 용강은 개재물이 대부분 제거되거나 제품 품질에 무해한 액상 형태로 턴디쉬에 연결되는 노즐로 유입되기 때문에 노즐 막힘 현상의 억제 및 강품질 향상에 기여할 수 있다. 따라서 주조를 안정적으로 수행하여 공정 효율을 향상시킬 수 있고, 노즐의 수명을 증가시켜 노즐 교체에 따른 생산성 저하나 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 턴디쉬가 적용되는 주조장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 효과를 확인하기 위한 실험 모식도.
도 4는 주조가 완료된 후 턴디쉬 내화물 계면의 상태를 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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 턴디쉬가 적용되는 주조장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 주조장치(1), 예컨대 연속주조장치는 정련을 거친 용강을 담는 용기인 래들(ladle)(10)로부터 공급되는 용강(M)을 저장하고 분배하는 역할을 하는 턴디쉬(20), 용강(M)의 유량을 제어하는 스토퍼(미도시) 또는 슬라이딩 플레이트(미도시), 용강(M)을 몰드(30)로 배출하는 침지 노즐(40) 및 용강(M)을 응고시켜 주편(S)으로 만드는 몰드(30)를 포함할 수 있다. 그리고 몰드(30) 하부에는 주편(S)을 냉각시키기 위한 냉각라인(50)이 구비될 수 있다.

도 2를 참조하면, 턴디쉬(20)는 상부가 개방되고 하부에 용강이 배출되는 출강구(21)가 형성되는 중공형의 몸체(22)와, 몸체(22) 내부에 구비되어 래들(10)에서 공급되는 용강 중 부상되는 슬래그(MS)가 몰드(30)로 공급되는 것을 방지하기 위한 댐(26), 용강의 범람을 방지하기 위한 위어(24) 및 출강구(21) 측에 구비되어 와류 발생을 억제하는 와류방지댐(28)을 포함할 수 있다. 이때, 댐(26)은 몸체(22) 바닥면으로부터 상부 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있고, 위어(24)는 용강의 수위보다 높고 댐(26)의 높이보다 높은 위치에서, 몸체(22)의 측벽에 몸체(22) 내부를 가로지르도록 형성될 수 있다. 댐(26)과 위어(24)는 나란하게 배치될 수 있으며, 서로 이격되어 그 사이로 용강이 이용하는 통로를 형성할 수 있다. (도 2에서 12는 쉬라우드 노즐임)

몸체(22)는 외형을 이루는 철피(22a)와, 철피(22a) 내측에 축조되는 내화물(22b)을 포함할 수 있으며, 이때, 몸체(22) 내부에 형성되는 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28)은 내화물으로 형성될 수 있다. 몸체(22)를 이루는 내화물과 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28)을 형성하는 내화물은 동일한 내화조성물로 형성될 수도 있고, 적어도 일부가 동일한 내화조성물을 포함할 수 있다. 이와 같이 턴디쉬(20) 내부를 구성하는 내화물은 블록 형상으로 형성되는 정형 내화물로 형성될 수 있다. 또한, 정형 내화물의 표면에 부착되는 부정형 내화물, 예컨대 코팅층(29)을 더 포함할 수도 있다. 여기에서 정형 내화물과 부정형 내화물은 동일한 내화조성물을 포함할 수도 있고, 서로 다른 내화조성물을 포함할 수도 있다.

본 발명에서는 턴디쉬(20)를 구성하는 내화물, 즉 몸체(22), 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28) 중 적어도 어느 하나를 구성하는 내화물 중 적어도 일부를 지르코니아(ZrO₂), 칼슘산화물, 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂), 카본(C,graphite) 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함하도록 형성하여 턴디쉬(20)에서 용강 중 개재물을 포획 및 제거함으로써 주조 중 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이때, 턴디쉬(20)를 구성하는 내화물은 바인더를 더 포함할 수도 있다. 바인더는 턴디쉬(20)에 내화물을 축조 또는 설치한 경우 포함되어 있다가 턴디쉬(20) 예열시 제거될 수 있다.

전술한 정형 내화물은 상기 내화조성물을 포함하도록 형성될 수도 있고, 부정형 내화물, 즉 코팅층(29)은 상기 내화조성물을 포함할 수 있다. 즉, 턴디쉬(20)의 몸체(22)를 형성하는 내화물과 댐(26), 위어(24), 와류방지댐(28) 중 적어도 어느 하나를 형성하는 내화물 자체를 상기 내화조성물을 포함하도록 형성할 수도 있고, 기존에 사용되는 턴디쉬(20)의 내부 표면에 상기 내화조성물을 포함하는 코팅층(29)을 형성할 수도 있다. 예컨대 턴디쉬(20)의 몸체(22)를 구성하는 내화물(22b)은 알루미나계 내화물로 형성되고, 그 상부에 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 코팅층(29)이 형성될 수 있다.

주조에 사용되는 용강은 정련 공정에서 개재물이 대부분 제거된 상태로 제공된다. 그러나 정련 공정으로 개재물을 제거하는 데는 한계가 있어 주조에 사용되는 용강 중에도 개재물, 예컨대 알루미나(Al₂O₃) 등과 같은 비금속 개재물이 존재하게 된다. 이에 주조를 수행하는 동안에도 턴디쉬(20) 내부에 불활성 가스를 공급하여 개재물을 부상시키거나 용강의 체류시간을 증대시키는 등의 턴디쉬(20)에서 개재물을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 턴디쉬(20) 내화물 중 적어도 일부에 개재물과 반응하여 고융점 물질을 생성할 수 있는 내화조성물을 포함하도록 형성함으로써 용강 중 개재물을 턴디쉬(20)의 내화물에 포집시켜 제거할 수 있다. 이는 전술한 방법과 병행하거나 또는 단독으로 수행될 수도 있다.

용강 중 알루미나성 개재물은 내화물에 함유되는 CaO 성분과 반응하여 고융점 물질을 생성할 수 있으며, 이렇게 생성되는 고융점 물질은 침지노즐(40)에 내공부에 부착되어 노즐 막힘 현상을 유발할 수 있다. 따라서 턴디쉬(20) 내 용강이 침지노즐(40)로 유입되기 전 용강 중 함유되는 알루미나성 개재물을 턴디쉬(20)의 내화물에 포집하여 제거함으로써 침지노즐의 막힘 현상을 억제할 수 있다.

알루미나성 개재물은 내화물 중 CaO와 다음과 같은 반응을 일으킬 수 있다.

반응식 1) CaO +2Al₂O₃ -> CaO · 2Al₂O₃

반응식 2) 12CaO +7Al₂O₃ -> 12CaO · 7Al₂O₃

이때, 반응식 1)에 의해 생성된 화합물은 약 1600℃ 정도의 융점을 갖는 고융점물질이고, 반응식 2)에 의해 생성되는 화합물은 약 1400℃ 정도의 융점을 갖는 저융점물질이다. 용강 중 알루미나성 개재물 중 일부는 턴디쉬 내화물과 반응식 2)와 같은 반응을 통해 저융점물질을 생성할 수 있다. 이때, 상기와 같은 반응은 CaO 성분의 양에 영향을 받게 되며, CaO 성분이 증가할수록 저융점 물질의 생성량이 증가하여 내화물의 물성에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에서는 식 1과 같은 반응을 주로 일으켜 알루미나성 개재물을 턴디쉬(20)의 내화물에 부착시켜 포집함으로써 용강 중 알루미나성 개재물을 제거할 수 있다. 이와 함께 알루미나성 개재물 중 일부는 저융물 물질로 생성함으로써 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬(20)의 적어도 일부, 예컨대 용강과 직접 접촉하는 부분 중 적어도 일부는 지르코니아(ZrO₂), 칼슘산화물, 칼슘실리케이트(CaO·SiO₂), 카본(C) 및 산화방지제을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 내화물을 포함할 수 있다. 하도록 하여 용강 중 개재물을 포획 및 제거함으로써 주조 중 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이때, 내화물 전체 중량에 대하여 주성분은 90 내지 99중량%, 바인더는 1 내지 10중량%를 포함할 수 있다. 또한, 내화물의 기공율은 5 내지30% 정도가 되도록 제작될 수 있다. 이때, 기공율은 바인더가 제거된 경우 내화물의 기공율으로서, 기공율이 5% 이하가 되면 내화물의 열충격 저항성이 저하되어 용강 수강 중 턴디쉬(20)의 내화물에 크랙이 발생하여 파손될 수 있고, 30% 이상인 경우에는 내화물의 기계적 물성이 저하되어 용강 유동에 의한 손상이 발생할 수 있다.

이와 같은 내화물은 CaO 소스를 제공, 예컨대 주성분 100중량%에 대하여 7 내지 35중량% 정도로 제공하여 용강 중 알루미나성 개재물과 반응을 촉진 또는 활성화시켜 고융점 물질을 생성하여 알루미나성 개재물을 포집 및 제거할 수 있다. 이때, CaO 소스의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 반응이 원활하게 진행되지 않으며, 제시된 범위보다 많은 경우에는 저융점 물질이 다량 생성되어 내화물의 물성을 저하시킬 수 있다.

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

[지르코니아(ZrO₂)]: 주성분 100중량%에 대하여 45 내지 85중량%

지르코니아는 온도 변화에 따른 상변이에 의해 내화물의 체적변화를 억제할 수 있다. 즉, 지르코니아는 온도 변화에도 비교적 안정적인 상을 유지할 수 있으므로 주조 중 내화물에 크랙이 발생하거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아로서, 주성분 100중량%에 대해서 45 내지 85중량% 정도 포함될 수 있다. 이때, 지르코니아의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 내화물의 기계적 물성이 저하되어 작은 충격에도 손상되기 쉽고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 열충격 저항성이 저하되어 크랙 발생 등으로 인해 손상될 수 있다.

[칼슘산화물]: 주성분 100중량%에 대하여 5 내지 20중량%

칼슘산화물은 용강 중 알루미나(Al₂O₃)와 반응하여 고융점 물질을 생성하기 위한 CaO 소스로 사용될 수 있다. 칼슘산화물은 CaTiO₃, CaZrO₃, CaSiO₃ 및 CaCO₃ 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.

예컨대 칼슘산화물로서 CaTiO₃를 사용하는 경우, 하기와 같은 고온, 예컨대 주조 중 용강의 온도 범위에서 내화 조성물 중 카본(C)과 하기의 반응식1과 같이 반응하여 용강 중 알루미나와의 반응을 통해 고융점 물질을 생성하기 위한 CaO 소스를 생성한다.

(반응식 3)

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

이때, 고융점 물질을 생성하기 위한 소스로 생석회(CaO)를 직접 사용할 수도 있지만, 생석회의 경우 수화반응을 일으켜 내화물의 물성을 변화시켜 안정적인 주조를 방해할 수 있다.

칼슘산화물은 내화 조성물을 구성하는 주성분 100중량%에 대하여 5 내지 20중량% 포함될 수 있으며, 칼슘산화물의 함유량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 용강 중 알루미나와 반응을 통해 고융점 물질을 원활하게 생성할 수 없고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 저융점 물질이 다량 생성되어 주조 중 턴디쉬(20) 내화물이 소실될 수 있다. 예컨대 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28) 중 적어도 어느 하나가 소실되는 경우 와류방지 등의 기능을 상실하여 주조를 안정적으로 실시할 없다. 즉, 칼슘산화물이 지나치게 많이 함유되는 경우에는 내화 조성물 중 카본과 반응으로 인해 생성되는 CO 가스에 의해 내화물에 다공층이 다량 발생하여 내화물의 강도가 저하될 수 있다.

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

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

반응식 4)

CaO ·SiO₂ -> CaO + SiO₂

칼슘실리케이트는 주성분 100중량%에 대하여 2 내지 15중량% 함유될 수 있으며, 제시된 범위보다 적은 경우에는 고융점 물질이 원활하게 생성되지 않아 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 과다한 융액 생성으로 용강에 대한 내침식성이 저하되고, 다른 성분이 상대적으로 함유되기 때문에 내열충격성 저하 등과 같은 턴디쉬 내화물의 물성을 저하시키는 문제점이 있다.

[카본]: 주성분 100중량%에 대하여 7 내지 15중량%

카본은 칼슘산화물과 반응하여 용강 중 알루미나 개재물과 반응을 위한 CaO 소스를 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 카본은 슬래그, 몰드 플럭스, 용강 등에 대한 젖음성이 낮고, 열전도도가 높은 물질로서, 턴디쉬 내화물의 내침윤성을 향상시키고, 온도 변화에 대한 내열충격성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 카본은 흑연, 그라파이트 등이 사용될 수 있으며, 주성분 100중량%에 대하여 7 내지 15중량% 함유될 수 있다. 카본이 제시된 범위보다 적은 경우에는 턴디쉬 내화물의 내열충격성이 저하될 수 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 강도 부족으로 내식성이 약해지고, 열전도성이 높아 방산열이 증가하여 용선 온도가 크게 저하될 수 있다.

[산화방지제]: 주성분 100중량%에 대하여 1 내지 5중량%

산화방지제는 카본의 산화를 방지하게 위해 포함될 수 있다. 산화방지제는 Al, Si, Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속일 수 있다.

[바인더]: 내화 조성물 100중량%에 대하여 1 내지 10중량%

바인더는 전술한 주성분들, 즉 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 및 카본을 결합시켜 턴디쉬 내화물의 성형성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 바인더는 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 액상, 고상 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 바인더는 턴디쉬 내화물 100중량%, 즉 주성분과 바인더 총 중량에 대하여 1 내지 10중량% 함유될 수 있으며, 바인더의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 조성물들 간 결합력이 낮아 성형성이 저하되고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 점도가 높아져 성형성이 저하되고, 내화물을 이루는 조성물들 간 밀도가 높아져 기공률이 낮아지고, 이에 탄성률이 높아져 내열충격성이 저하되는 문제점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 턴디쉬 내화조성물의 성능을 검증하기 위한 실험 예에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 효과를 확인하기 위한 실험장치의 모식도이고, 도 4는 주조가 완료된 후 턴디쉬 내화물 계면의 상태를 보여주는 사진이다.

실험은 도 3에 도시된 바와 같은 실험장치를 이용하여 수행되었다. 실험장치는 원료를 수용하는 도가니(110)와, 도가니(110)를 가열하여 원료를 용해시키는 열원(120) 및 도가니(110)의 상부에 구비되고 시편을 회전시키는 구동수단(130)을 포함할 수 있다. 또한, 도가니(110) 또는 도가니(110) 내 용융금속의 온도를 측정하는 온도측정기(140)를 포함할 수 있다.

본 실험에서는 용융금속을 만들기 위한 원료로서, 전해철(강을 황산철의 수용액 중에서 만든 철. 공업적으로 다른 방법으로 만든 철보다 순도가 높아, Fe 99.99% 이상, C 0.008% 정도로 공업상 순철로 취급됨)과, Al 및 산화철을 이용하였다. 실험은 준비된 원료를 도가니(110)에 장입하고, 열원(120)을 이용하여 용해시켜 용융금속을 마련한 다음, 다양한 내화조성물로 제조된 시편을 침지시킨 다음, 2시간 동안 시편으로 용융금속을 교반하여 수행하였다.

시편은 Al₂O₃으로 제조된 시편1과, Al₂O₃-SiO₂-C로 제조된 시편2 및 ZrO₂-CaTiO₃-CaO·SiO₂-C-Al(본 발명)으로 제조된 시편3이 사용되었다.

이들 시편1 내지 3 각각을 이용하여 용융금속을 교반한 후, 용융금속 중 산소 농도(T.[O]) 측정을 통해 Al₂O₃의 함량 변화를 측정하고, 각 시편의 계면 상태를 관찰하였다. 여기에서 시편을 이용하여 용융금속을 교반하는 이유는 턴디쉬 내 용강의 유동과 유사한 유동을 용융금속에 형성하기 위함이다.

먼저, 아래의 표 1은 용융금속 중 산소 농도의 변화를 보여주고 있다.

구분		시편1	시편2	시편3
T.[O]	실험 전	0.0108	0.0128	0.0155
	실험 후	0.0158	0.0045	0.0024
	증감량	0.005 증가	0.0083 감소	0.0131 감소

상기 표 1을 참조하면, 시편 1을 이용한 실험에서는 실험 전보다 실험 후 용융금속 중 산소농도가 증가하였고, 시편 2 및 3을 이용한 실험에서는 실험 전보다 실험 후 용융금속 중 산소농도가 각각 약 65% 및 약 85% 정도씩 감소한 것을 알 수 있다.

그리고 도 4는 실험 후 시편 1 내지 3을 회수하여 내화물 계면 상태를 보여주는 사진으로, 도 4의 (a)는 시편 1의 계면 상태를 보여주는 사진이고, 도 4의 (b)는 시편 2의 계면 상태를 보여주는 사진이며, 도 4의 (c)는 시편 3의 계면 상태를 보여주는 사진이다.

이들 사진을 비교해보면, 시편 1의 경우, 용융금속 중에 침지된 후, 즉 실험 후 시편 1의 계면에는 Al₂O₃ 개재물이 거의 부착되지 않았다.

그리고 시편 2의 경우에는 약 300㎛ 정도의 Al₂O₃ 개재물이 부착되었고, 시편 3의 경우에는 약 500㎛ 정도의 Al₂O₃ 개재물이 부착된 것으로 측정되었다.

이와 같은 결과를 통해 시편 1을 이용한 실험의 경우, 실험 후 용융금속 중 Al₂O₃가 제거되지 않고, 오히려 시편 1에 함유되는 Al₂O₃가 용융금속 중으로 유입되어 산소 농도, 즉 Al₂O₃의 농도가 증가한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 시편 2 및 시편 3을 이용한 실험에서는 Al₂O₃의 농도가 각각 약 65% 및 약 85% 정도씩 감소하였고, 시편 각각에는 Al₂O₃ 개재물이 두껍게 부착된 것으로 보아, 용융금속 중 Al₂O₃ 개재물이 내화물의 계면에 부착되어 용융금속 중 Al₂O₃ 개재물의 농도가 저감한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 시편 3의 경우, 시편 3의 계면에 부착된 Al₂O₃ 개재물의 두께가 시편 2의 계면에 부착된 Al₂O₃ 개재물의 두께보다 두껍게 형성되었다. 이는 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 시편 3이 용융금속 중 Al₂O₃ 개재물과 반응하여 고융점 물질을 다량 생성할 수 있는 것을 나타내며, 이를 통해 용융금속 중 Al₂O₃ 개재물의 포획 및 제거 효과가 더 우수한 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 턴디쉬 내에서 용융금속, 즉 용강 중 Al₂O₃ 개재물을 포획 및 제거하면, 주조 중 노즐 막힘 현상이 발생하는 것을 억제 혹은 방지하여 주조를 안정적으로 수행할 수 있다.

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 : 래들 20: 턴디쉬
21: 출강구 22: 몸체
24: 위어 26: 댐
28: 와류방지댐 30: 몰드
40: 침지노즐 50: 냉각라인

Claims

지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 주성분 90 내지 99중량%와, 바인더 1 내지 10중량%를 포함하는 내화조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 주성분 100중량%에 대해서, 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함하는 내화조성물.
청구항 2에 있어서,
상기 지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아를 포함하는 내화조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 칼슘산화물은 CaTiO₃, CaZrO₃, CaSiO₃ 및 CaCO₃ 중 적어도 어느 하나를 포함하는 내화조성물.
청구항 4에 있어서,
상기 산화방지제는 Al, Si 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하는 내화조성물.
주조용 턴디쉬로서,
외형을 형성하는 철피와,
상기 철피 내부에 축조되는 내화물을 포함하고,
상기 내화물 중 적어도 일부는 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함하는 주조용 턴디쉬.
청구항 6에 있어서,
상기 내화물은 바인더를 포함하고,
상기 바인더는 상기 내화조성물과 상기 바인더의 총 중량 100중량%에 대해서 1 내지 10중량% 포함되는 주조용 턴디쉬.
청구항 6에 있어서,
상기 내화물의 기공율은 5 내지 30%인 주조용 턴디쉬.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 내화조성물은 중량%로서 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함하는 주조용 턴디쉬.
청구항 9에 있어서,
상기 지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아를 포함하는 주조용 턴디쉬.
청구항 10에 있어서,
상기 칼슘산화물은 CaTiO₃, CaZrO₃, CaSiO₃ 및 CaCO₃ 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주조용 턴디쉬.
청구항 11에 있어서,
상기 산화방지제는 Al, Si 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주조용 턴디쉬.
청구항 12에 있어서,
상기 내화물의 표면에 상기 내화조성물을 포함하는 코팅층이 형성되는 주조용 턴디쉬.
청구항 13에 있어서,
상기 내화물은 상기 턴디쉬의 몸체와, 상기 몸체 내부에 구비되는 댐, 위어 및 와류방지댐 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주조용 턴디쉬.