KR20190001767A - 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재 - Google Patents

Abstract

내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재가 제공된다.
본 발명의 보수재는, 중량%로, 합성 마그네시아 10~30%와 잔여 염기성 내화골재 및 불가피한 불순물을 포함하는 주원료에, 상기 주원료에 대한 중량%로 저 비중 원료첨가제(바인더): 0.8~1.2%와 부착용 첨가제: 2~6%를 포함한다.

Description

내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재{Basic Reparing Materials for Tundish}

본 발명은 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 염기성 내화골재와 합성 마그네시아로 이루어진 원료 분말에 부착용 첨가제를 첨가함으로써 압축 강도뿐만 아니라 부착 강도가 우수한 염기성 턴디쉬 보수재에 관한 것이다.

턴디쉬는 전로에서 출강된 용강을 티밍 래들에서 수강하여 Gas 교반 및 온도조정을 거쳐서 연주 주상으로 이동시키고 티밍 래들로부터 용강을 받아 몰드에 주입시키는 역할을 하는 주조설비이다. 이러한 턴디쉬 내장재에 사용되는 캐스타블 내화물은 일반적으로 알루미나-실리카 재질이 주류를 이루고 있으며, 내장재 보호 및 단열성 확보를 위하여 MgO질의 보호재를 스프레이(Spray) 시공법으로 적용하여 이용하고 있다. 이러한 스프레이 방법은 시공 두께를 균일하게 조절할 수 있으므로 제강업계에서 주로 사용되고 있다.

근래에는 청정강 생산과 높은 T/D 회전율과 연속주조수의 증가로 인해 조업이 가혹해지고 있다. 이에 따라 고품위의 내화물 발달이 필요로 하고 있다. 이 중에서 내장재가 새롭게 시공된 턴디쉬에서는 일반적으로 사용되고 있는 MgO 스프레이재를 사용할 경우, 용강을 받기 위해서 고온으로 승온 하는 도중 내장재와 분리가 발생하여 사용하기 전 붕괴현상이 발생하는 문제점이 지속적으로 발생하고 있는 상태이다.

그런데 이러한 현상은 내장재를 손상시켜 내장재의 수명을 저하시키고, 주조 작업을 방해하게 되어 조업을 중단시키는 원인이 되고 있으며, 나아가 안전상에도 문제가 되고 있는 상황이다.

대한민국 공개특허 2010-0135019호(2010.12.24공개)

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 염기성 내화골재와 합성 마그네시아로 이루어진 원료 분말에 부착용 첨가제를 첨가함으로써, 내장재가 처음으로 사용되는 경우에 승온 중 발생하는 내장재와의 분리현상을 방지하면서도 적정한 내구성을 가진 턴디쉬용 보수재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, 합성 마그네시아 10~30%와 잔여 염기성 내화골재 및 불가피한 불순물을 포함하는 주원료에, 상기 주원료에 대한 중량%로 저 비중 원료 첨가제(바인더): 0.8~1.2%와 부착용 첨가제: 2~6%를 포함하는 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 염기성 내화골재는 소결 마그네시아 클링커 포함할 수 있다.

본 발명에서는 상기 염기성 내화골재는 소결 마그네시아 클링커와 전융 마그네시아 클링커의 혼합으로 이루어질 수 있다.

상기 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조된 B₂O₃를 포함하는 마그네시아일 수 있다.

상기 부착용 첨가제는 바닷물을 이용하여 제조된 MgO가 주성분인 마그네시아의 하소물을 분쇄하여 얻어진 것일 수 있다.

상기 마그네시아 클링커와 합성 마그네시아는 그 입경이 1mm 이하일 수 있다.

상기 저 비중 원료첨가제(바인더)로써 지분(종이 분말)을 이용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 내장재인 캐스타블이 처음 사용되는 경우에도 사용 중 붕괴 현상이나 탈락 없이 사용이 가능하며, 아울러 시공성 및 해체성이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재를 제공함에 유용한 효과를 지니고 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명의 염기성 턴디쉬 보수재는, 중량%로, 합성 마그네시아 10~30%와 잔여 염기성 내화골재 및 불가피한 불순물을 포함하는 주원료에, 상기 주원료에 대한 중량%로 저 비중 원료 첨가제(바인더): 0.8~1.2%와 부착용 첨가제: 2~6%를 포함한다.

본 발명의 보수재는 제강공정 중에서도 턴디쉬라는 특정한 공정에 적용을 목표로 하고 있으며, 기존 턴디쉬 보수재가 가져야 하는 설비적 및 재질적 특성을 지니고 있어야 한다.

먼저, 본 발명의 보수재를 이루는 주원료는 합성 마그네시아 분말을 포함한다.

상기 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조된 수산화마그네슘을 1600℃ 이상 구워 만든 덩어리로 산화마그네슘을 주성분으로 하며, 일반적인 염기성 내화골재의 마그네시아 클링커에 비하여 낮은 온도에서 소결이 가능한 특징을 지니고 있다. 그러나 턴디쉬 보수재에 사용하기 위해서는 그 함량이 적절하게 선정되어야 할 필요가 있으며, 본 발명에서는 상기 주원료 중 합성 마그네시아의 함량을 10~30중랴% 범위로 제한함이 바람직하다. 만일 그 함량이 10중량% 미만이면 압축강도가 낮아지는 반면에, 30%를 초과하면 압축강도는 커지나 해체성이 나빠지기 때문이다.

본 발명에서 상기 합성 마그네시아는 B₂O₃를 포함하여 낮은 온도에서 높은 강도를 나타낼 수 있다.

또한 본 발명의 보수재를 이루는 주원료는 잔여 성분으로서 염기성 내화골재를 포함한다.

상기 염기성 내화골재에는 마그네시아 클링커가 주원료로 적용되고 있다. 마그네시아 클링커는 주로 마그네사이트를 1500℃ 이상 구워 만든 덩어리로, 산화마그네슘을 주성분으로 하며 염기성 슬래그에 잘 견디는 특성이 있다. 이러한 마그네시아 클링커는 고온에서 소결한 소결 클링커와 전기 용융한 전융 클링커가 있으며 본 발명에서는 소결 클링커와 전융 클링커 모두 적용이 가능하다.

한편 상기 염기성 내화골재와 상기 합성 마그네시아 클링커는 모두 습식 스프레이 형태로 적용되는 점을 고려하여, 그 입경이 1mm이하가 되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 염기성 턴디쉬 보수재는 상기 주원료에 대한 중량%로, 저비중 원료첨가제를 바인더로 0.8~1.2% 범위로 포함한다. 만일 상기 저비중 원료첨가제의 함량이 0.8% 미만이면 단열성과 해체성이 나빠질 수 있으며, 1.2%를 초과하면 수분량이 증가하여 시공성이 나빠질 수 있다.

본 발명에서 상기 저비중 원료첨가제는 보수재의 단열효과를 위해 사용하는 재료일 필요가 있으며, 내장재와의 부착성도 아울러 고려해야하므로 그 선정이 중요하다.

본 발명에서는 이러한 저비중 원료첨가제로서 직경 1mm 정도의 입경을 갖는 지분(종이 분말)을 이용함이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 염기성 턴디쉬 보수재는 상기 주원료에 대한 중량%로, 부착용 첨가재를 2~6중량% 범위로 함유함이 바람직하다. 본 발명에서 상기 부착용 첨가제로는, 본 발명에서 상기 부착용 첨가제는 열간 부착성을 높일 수 있는 재료로서, 상술한 합성 마그네시아의 제조과정에서 발생하는 하소물을 분쇄하여 초미분 형태로 적용하여 이용할 수 있다.

본 발명에서는 이러한 부착용 첨가제의 함량을 주원료에 대한 중량%로, 2~6%로 범위로 함유함이 바람직한데, 만일 2% 미만이면 부착강도가 좋지 않아 쉽게 떨어질 수 있으며, 6%를 초과하면 부착강도는 증가하는 대신에 분리제거, 즉 해체가 잘 되지 않는 문제가 있기 때문이다.

기타, 본 발명의 염기성 턴디쉬 보수제는, SiO₂를 주성분으로 하는 초미분 의 가소제, 수분감소와 유동성 측면을 위한 인산계 바인더와 같은 해교제, 및 열간 강도를 주기 위한 분규계 바인더 등을 포함할 수도 있다. 이들은 모두 스프레이 형태로 적용되는 것을 고려하여 수용성 분말형태인 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 본 발명은 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다.

(실시예 1)

표 1에 사용한 원료의 주요 화학 성분은 다음과 같다. 염기성 내화골재는 천연의 마그네사이트를 사용하여 제조된 산화마그네슘 90중량%와 기타 불순물이 10중량%인 소결 마그네시아를, 그리고 산화마그네슘 96중량%와 기타 불순물이 4중량%인 전융 마그네시아를 사용하였다. 그리고 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조한 것으로서, 산화마그네슘 95중량%과 기타 불순물 5중량%를 포함하여 이루어져 있다. 동일하게, 부착용 첨가제도 합성 마그네시아의 제조과정에서 발생한 원료이므로 상기 합성 마그네시아와 동일한 성분을 나타내었다.

표 1과 같이, 비교예 1-6과 발명예 1-4를 각각 배합하고, 여기에 물을 첨가하여 혼련한 후, 110℃에서 24시간, 전기로에서 1500℃에서 3시간 유지한 다음 상온에서 압축강도를 측정하였다. 그리고 적정 시공 품질 및 승온 상태를 평가하기 위하여 모델 턴디쉬에서 직접 시공하여 시험을 진행했으며, 건조 24시간 후 버너를 이용하여 1000℃로 승온 시험을 실시하였다.

한편 재질의 내구성 평가를 위해서는 회전침식시험을 실시하였으며, 침식횟수는 6회로 정하고 온도는 1650℃(± 50℃)을 기준으로 실시하였다. 실시 후, 침식된 정도를 지수로 표현하였으며, 그 값이 작을수록 우수한 품질특성을 나타낸다.

그리고 내장재와의 부착강도를 측정하기 위해서, 내장재 재질 표면에 보수재를 시공한 다음, 전기로에서 1000℃에서 5시간 유지한 다음 상온에서 강도를 측정하였다.

구분	비교예						발명예
	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4
소결 마그네시아	100	80	100	80	90	80	90	70	80	60
전융마그네시아	-	20	-	20	-	10	-	10	-	10
합성 마그네시아	-	-	-	-	10	20	10	20	20	30
계면활성제 (바인더)	0.2	0.2	-	-	0.2	0.2	-	-	-	-
저비중 원료첨가제 (바인더)	-	-	1.0	1.0	-	-	1.0	1.0	1.0	1.0
부착용 첨가제	-	-	-	-	-	-	3	5	3	5
승온상태	전체 양호
압축강도지수 (1500℃)	100	102	108	106	170	180	205	210	205	220
침식지수	100	95	103	93	80	85	70	65	72	69
부차강도지수	100	90	120	125	110	90	240	250	230	250

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 발명예 1~4에서는 합성 마그네시아를 적용하여 높은 압축강도와 낮은 침식지수를 확보하는 것이 가능하였으며, 특히, 부착 첨가제 적용을 통하여 내장재와의 부착강도를 비교예 제품에 비하여 2배 이상 향상된 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상세하게 설명하며, 압축강도의 경우 승온 중 보수재의 자체 강도가 높아져 부착성을 향상시키는 효과를 지니고 있으며, 합성 마그네시아가 첨가됨에 따라 강도가 증가 되는 효과를 나타냄을 알 수 있다. 그러나 합성 마그네시아가 과량으로 첨가하게 되면, 보수재의 소결이 높아져 사용 후 내장재와 결합 되어 제거하는 것이 어려워질 수 있다. 그러므로 적정량의 합성 마그네시아를 선정하는 것이 중요함을 알 수 있다. 또한 침식성의 경우, 전융 마그네시아나 합성 마그네시아를 동시에 적용하게 되면 향상되는 것을 확인할 수 있었으나, 승온 중 내장재와의 부착강도의 향상에는 거의 효과가 없는 것으로 확인되었다.

상기 실시예를 결과를 고려해 볼 때, 보수재의 압축강도 및 부착강도 측면에서 가장 중요한 원료 인자는 합성 마그네슘과 부착 첨가제의 적용에 있음을 확인할 수 있다.

이에 반하여, 비교예 1-6으로부터 알수 있는 바와 같이, 기존의 바인더에 원료 종류를 변경함에 따라 보수재의 압축강도 및 침식성에는 영향이 발생하나, 그에 따른 부착강도의 변화는 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.

한편 상기 발명예 1의 보수재를 가지고 현장 적용하였으며, 그 결과, 사용중 탈락 유무, 해체성을 확인하였다. 즉, 비교예 1의 보수재와 동일한 시공 두께를 시공하여 조업중 탈락 유무와 사용 후 해체성을 확인한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	조업중 탈락율	해체성
비교예 1의 보수재	80%	보통
발명예 1의 보수재	0%	양호

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (6)

1. 중량%로, 합성 마그네시아 10~30%와 잔여 염기성 내화골재 및 불가피한 불순물을 포함하는 주원료에, 상기 주원료에 대한 중량%로 저 비중 원료첨가제(바인더): 0.8~1.2%와 부착용 첨가제: 2~6%를 포함하는 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 염기성 내화골재는 소결 마그네시아 클링커 포함하는 것을 특징으로 하는 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 염기성 내화골재는 소결 마그네시아 클링커와 전융 마그네시아 클링커의 혼합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조된 B₂O₃를 포함하는 마그네시아인 것을 특징으로 하는 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 부착용 첨가제는 바닷물을 이용하여 제조된 MgO가 주성분인 마그네시아의 하소물을 분쇄하여 얻어진 것을 특징으로 하는 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 저 비중 원료첨가제(바인더)로써 지분(종이 분말)을 이용하는 것을 특징으로 하는 내장재와 결합이 우수한 염기성 턴디쉬 보수재.