KR20200025786A - 합성 마그네시아를 사용한 염기성 턴디쉬 보수재 - Google Patents

Abstract

합성 마그네시아를 사용한 염기성 턴디쉬 보수재가 제공된다.
본 발명은, 중량%로, 입도 0.075mm 이하의 합성 해수 마그네시아 30% 이하, 입도 0.075mm 이상의 합성 해수 마그네시아 30~80%, 및 잔여 염기성 내화골재로 이루어진 턴디쉬용 염기성 보수재에 관한 것이다.

Description

합성 마그네시아를 사용한 염기성 턴디쉬 보수재{Tundish basic repair material using synthetic magnesia}

본 발명은 제강 조업 중에서 연속주조 작업을 실행하는 설비인 턴디쉬 보수재에 관한 것이다.

턴디쉬는 전로에서 출강된 용강을 티밍래들에서 수강하여 Gas교반 및 온도조정을 거쳐서 연주상으로 이동시키고 티밍래들로부터 용강을 받아 Mould에 주입시키는 역할을 하는 주조설비이다. 턴디쉬 내장재로 사용되는 캐스타블 내화물은 일반적으로 알루미나-실리카 재질이 주류를 이루고 있으며, 내장재 보호 및 단열성 확보를 위하여 MgO질의 보호재를 Spray시공법으로 적용되고 있다. Spray 방법은 시공두께를 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 개발을 필요로 하고 있다.

이중에서 일반적으로 사용되고 있는 MgO Spray재는 천연에서 채굴된 마그네사이트를 이용한 마그네시아을 사용하고 있으며 염기성 슬래그에 잘 견디는 특성을 가지고 있다. 그러나 천연의 마그네시아의 공급처는 중국/북한 등에서만 채굴 가능하여 채굴환경 변화에 따라 가격변화가 심하고 공급량의 변화가 큰 상태이다.

이러한 상황은 내장재의 수명을 확보하고 단열에 필요한 턴디쉬용 염기성 보수재의 안정적인 공급을 어렵게 하고 있으며, 채굴광산에 따른 품질변화가 크게 발생되어 안정조업을 어렵게 만드는 문제가 되고 있는 상황이다.

본 발명은 기존에 주원료로 사용되는 천연의 마그네시아를 합성 마그네시아로 대체하면서도 사용상에 문제가 없는 적정한 품질을 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.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, ,

중량%로, 입도 0.075mm 이하의 합성 해수 마그네시아 30% 이하, 입도 0.075mm 이상의 합성 해수 마그네시아 30~80%, 및 잔여 염기성 내화골재로 이루어진 턴디쉬용 염기성 보수재에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조된 MgO가 주성분인 마그네시아로 구형의 원립인 것이 바람직하다.

상기 합성 해수 마그네시아는 그 입도가 0.1mm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 염기성 보수재 기본 조성 100중량부에 대하여, 수용성 분말인 바인더를 4~8중량부 범위로 첨가할 수도 있다.

상기 염기성 내화골재는 천연광물을 이용하여 제조되는 소결 마그네시아 및 전융 마그네시아 클링커인 것이 바람직하다.

상기 마그네시아 클링커는 입경이 1mm 이하인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은 종래 기술과는 달리 입도 1mm 이하의 합성 마그네시아 분말을 30%이상 사용하면서도 기존의 염기성 내화골재와 동등한 시공성과 해체성을 가진 품질을 확보할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 보수재는 제강공정 중에서도 턴디쉬라는 특정한 공정에 적용을 목표로 하고 있으며, 종래 기술과는 달리 입도 1 mm 이하의 합성 해수 마그네시아 분말을 30%이상 사용하면서도 기존의 염기성 내화골재와 동등한 시공성과 해체성을 가진 턴디쉬용 염기성 보수재를 제공함을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 턴디쉬용 염기성 보수재는, 중량%로, 입도 0.075mm 이하의 합성 해수 마그네시아 30% 이하, 입도 0.075mm 이상의 합성 해수 마그네시아 30~80%, 및 잔여 염기성 내화골재로 이루어진다.

이하, 본 발명의 턴디쉬용 염기성 보수재의 조성성분 및 그 함량 제한사유를 설명한다.

먼저, 본 발명은 종래 기술과는 달리 합성 해수 마그네시아 분말을 턴디쉬용 염기성 보수재의 성분으로 이용함을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서는 상기 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조된 MgO가 주성분인 마그네시아를 이용할 수 있다.

일반적으로, 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조된 수산화 마그네슘을 1600℃ 이상 구워 만든 덩어리로, 산화마그네슘을 주성분으로 하며 바닷물에 포함되어 있는 산화붕소가 원료 중에 남아 있다. 따라서 일반적인 염기성 내화골재의 마그네시아 클링커에 비하여 낮은 온도에서 소결이 되는 특징을 가지고 있으며, 이러한 특성 때문에 턴디쉬 보수재의 원료로 사용되지 않았다. 구체적으로, 전술한 합성 마그네시아를 일정 함량 이상으로 초과 사용할 경우, 턴디쉬 보수재와 내장재가 강하게 결합되어 사용후 해체를 거쳐야 하는 보수재의 특성상 특수한 경우를 제외하고 그 사용이 제한될 수 밖에 없었다.

일반적인 합성 마그네시아는 아몬드 형태의 대형 골재로 만들어진 후 제품의 적정한 용도에 맞게 분쇄하여 사용되어진다. 그러나 제조 도중 1mm이하의 구형형태의 원립형 제품이 20% 내외로 발생되어지며, 이렇게 발생된 합성 마그네시아 원립제품은 분쇄품과 품질 특성 달라 불순물로 간주되어 적당한 사용처를 발굴하지 못하는 실정이었다. 이 합성 마그네시아 원립 제품은 기존의 고소결의 특성을 이용하는 전로나 이차 정련설비에 사용되는 열간 보수재에 사용되는 경우 품질을 저하시키는 특성을 나타내게 된다.

이는 분쇄품의 경우 남아있는 산화붕소가 저온에서 액상화되면서 소결을 촉진시키는 역할을 할 수 있지만 원립의 경우 표면에 포함되어 있던 산화붕소가 1600℃ 이상의 고온에서 기상화되어 사라지면서 표면에서만 산화붕소가 없는 환경이 되어 분쇄를 거치지 않는 상태에서는 소결이 발생되지 않는 특성이 확인되었다. 이에, 본 발명자는 이러한 소결이 발생하지 않은 합성 마그네시아 원립의 특성을 이용하여, 상기 합성 마그네사이 원립을 턴디쉬용 염기성 보수재의 성분으로 이용할 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다.

한편 합성 마그네시아 원립의 경우 발생 상태에 따라 입도분포가 균일하지 못하여 제품에 대량으로 적용시키는 데 한계가 있다. 본 발명자는 이를 제품에 맞게 적당한 입도를 분급하여 사용하게 되면 제품에 사용가능함을 확인했다. 아울러, 상기 합성 마그네시아 원립을 분급하여 사용하게 되면 사용량에 따라 단열에 영향을 주는 비중과 기공율의 차이 발생하며, 이는 일반적으로 사용해야 하는 저비중 물질의 사용을 감소시키는 효과가 발생함을 확인하였다.

이를 고려하여, 본 발명의 턴디쉬용 염기성 보수재는 중량%로, 입도 0.075mm 이하의 합성 해수 마그네시아 30% 이하와 입도 0.075mm 이상의 합성 해수 마그네시아 30~80%을 포함하여 구성됨이 바람직하다.

보다 바람직하게는 상기 합성 마그네시아 입도를 0.1mm 이하로 제한하는 것이며, 이는 습식 Spray 형태로 보수재로 적용되는 것을 고려한 결과이다.

그리고 본 발명의 턴디쉬용 염기성 보수재는 잔여성분으로 염기성 내화골재를 포함하여 조성된다.

본 발명에서는 상기 잔여 원료로 사용되는 일반적인 염기성 내화골재로서 천연의 마그네시아 클링커를 이용할 수 있다. 마그네시아 클링커는 주로 마그네사이트 1500℃ 이상 구워 만든 덩어리로 산화마그네슘을 주성분으로 하며, 염기성 슬래그에 잘 견디는 특성이 있다. 마그네시아 클링커는 고온에서 소결한 소결 마그네시아 클링커와 전기 용융한 전융 마그네시아 클링커가 있으며 본 발명에서는 합성 마그네시아를 제외한 함량에 있어 천연의 소결마그네시아 클링커와 전융 마그네시아 클링커 모두 이용 가능하다.

본 발명에서 염기성 내화골재는 모두 습식 Spray 형태로 적용되는 것을 고려하여 입경이 1mm이하가 되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 기본 원료 조성 100중량부에 대하여, 수용성 분말형태의 바인더를 4~8중량부 범위로 첨가할 수 있다.

본 발명에서는 스프레이 형태로 적용되는 것을 고려하여 수용성 분말형태의 바인더를 이용함이 바람직하다.

본 발명의 턴디쉬용 염기성 보수재는 바인더로서 SiO₂를 주성분으로 하는 초미분을 이용할 수도 있다. 이러한 초미분 바인더는 수분을 첨가했을 경우 가공성을 향상시키고 시공체의 강도를 부여하는 역할을 수행하며, 유동성을 향상시키고 첨가되는 수분량을 감소시켜 주는 바인더로써 분말형 인산계 화합물을 첨가할 수 있다. 또한 사용온도인 1000℃이상에서 강도를 확보하기 위해서 분규계 바인더를 이용할 수도 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 턴디쉬용 염기성 보수재 조성물을 각각 마련하였다. 구체적으로, 비교예 1-5는 염기성 보수재 조성으로서 천연의 마그네사이트를 사용하여 제조한 소결 마그네시아 및/또는 전융 마그네시아를 사용하였으며, 이 중 비교예 3-5는 합성 마그네시아 분쇄품을 이용하였다. 그리고 발명예 1-4은 천연산 소결 마그네시아와 그 입도가 구분된 합성 해수 마그네시아 원립을 사용하였으며, 발명예 5는 천연산 마그네시아를 사용하지 않고 그 입도가 구분된 합성 해수 마그네시아 원립을 이용하였다.

이어, 상기와 같이 마련된 각각의 턴디쉬용 염기성 보수재 조성 100중량부에 대하여, 바인더를 4~8중량부 범위로 외삽으로 첨가하였으며, 그 함량은 사용조건에 적합한 일정 비중을 맞출 수 있게 조정되었다(시공비중 1.40~1.70 사이). 주요 바인더로 SiO2 초미분을 2~4%를 첨가하였으며 유동성과 저비중 첨가제로 종이류를 0.5~1.5%를 사용하였으며, 기타 유동화제 및 강도 발현을 위한 첨가제로 0.5~2%를 사용하였다.

그리고 상기와 같이 배합된 조성물에 물을 첨가하여 혼련 후, 110℃에서 24시간, 전기로에서 1000℃에서 3시간 유지한 다음 상온에서 비중 및 압축강도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 턴디쉬의 경우 보수재 표면은 1500℃이상의 고온에 노출되지만 내장재와 만나는 부위는 1000℃ 정도로 알려져 있다. 일반적으로 이 온도에서 일정이상의 높은 강도를 가지게 되면 소결에 의한 열전도가 높아져 내장재와의 부착이 발생되어 사용후 해체를 어렵게 만드는 문제가 발생된다. 일반적으로 합성 마그네시아를 적용하여 압축강도는 15 이상을 넘기는 경우 해체성이 크게 저하되는 것으로 판단할 수 있다.

또한 적정 시공품질 및 승온상태를 평가하기 위하여 모델 턴디쉬에서 직접 시공하여 시험을 진행했으며, 건조 24시간 후 버너를 이용하여 1000℃로 승온시험을 실시하였다.

아울러, 재질과 내장재와의 부착성 강도 평가를 위해서 부착강도 평가를 실시하여 그 결과를 또한 하기 표 1에 나타내었으며, 건조가 완료된 내장재의 시편 위에 염기성 보수재를 20mm 높이로 시공한 다음 건조를 실시하였다. 건조가 완료된 염기성 보수재 시편에 50g의 슬라그를 놓고 전기로에서 1500℃로 승온하여 3시간 유지한 다음 부착강도를 측정하는 방법을 사용하였다. 염기성 보수재와 내장재의 반응이 심할수록 높은 강도를 나타내며 강도가 낮을수록 사용후 해체성이 우수한 것으로 판단할 수 있다.

구분		비교예					발명예
		1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
소결 마그네시아		100	80	80	85	70	70	60	50	40
전융 마그네시아			20	10
합성 마그네시아 분쇄품				10	15	30
합성 마그네시아 (원립)	0.075mm+							10	20	30	40
	0.075mm-						30	30	30	30	30
승온상태		전체 양호
비중		1.65	1.67	1.68	1.68	1.70	1.62	1.58	1.55	1.53	1.50
압축강도 지수(1000℃)		8	9	22	35	43	9	8	6	5	5
내장재 부착강도 지수		100	95	153	178	192	99	97	96	101	103

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 천연의 소결 마그네시아와 전융 마그네시아를 사용하는 비교예 1-2의 경우, 현재 사용하는 염기성 보수재로 사용하는데 문제가 없음을 알 수 있다. 하지만, 합성 마그네시아 분쇄품을 혼합 사용하는 비교예 3-5의 경우, 10% 이상의 적용시 1000℃의 압축강도가 기존품 대비 2배 이상 높아져 내장재와의 부착강도도 크게 증가하는 형태를 나타냄을 알 수 있으며, 이는 사용후 해체성의 저하가 발생될 것으로 판단된다.

이에 대하여, 발명예 1-5 에서는 원립의 합성 마그네시아를 적용한 결과 동일한 바인더를 사용함에도 불구하고 비중인 낮아지는 형태를 나타내며, 이는 동일한 설비에 시공할 시공량이 적어지는 효과가 있다. 그리고 비중이 저하됨에 따라 중온 강도는 낮아지는 현상을 나타내고 있다.

또한 원립의 합성 마그네시아의 사용량을 증가시키기 위해 특정 입도로 구분하여 제품에 혼합 적용할 경우 70% 이상을 홉합 사용하는 것도 가능하였다. 즉, 발명예 1-5는 합성 마그네시아 원립을 입도를 구분하여 30~70%를 적용하더라도 내장재와 부착강도와 압축강도가 천연의 염기성 내화골재와 유사하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.

한편 본 발명예 2에 대한 현장 적용을 통하여 시공성 및 해체성을 확인한 결과, 기존 보수재와 동일한 시공두께를 시공하여 조업중 상태와 사용후 해체성을 확인한 결과를 동등한 수준을 지님을 확인하였다

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 중량%로, 입도 0.075mm 이하의 합성 해수 마그네시아 30% 이하, 입도 0.075mm 이상의 합성 해수 마그네시아 30~80%, 및 잔여 염기성 내화골재로 이루어진 턴디쉬용 염기성 보수재.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 합성 마그네시아는 바닷물을 이용하여 제조된 MgO가 주성분인 마그네시아로 구형의 원립인 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 염기성 보수재.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 합성 해수 마그네시아는 그 입도가 0.1mm 이하인 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 염기성 보수재.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 염기성 보수재 기본 조성 100중량부에 대하여, 수용성 분말 형태의 바인더를 4~8중량부 범위로 추가로 첨가되는 턴디쉬용 염기성 보수재.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 염기성 내화골재는 천연광물을 이용하여 제조되는 소결 마그네시아 및 전융 마그네시아 클링커인 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 염기성 보수재.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 마그네시아 클링커는 입경이 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 턴디쉬용 염기성 보수재.