KR20230082192A - Mold and method for mold - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 주형은 용강이 수용되는 내부공간을 가지는 본체, 내부공간을 향하는 본체의 내벽면에 형성되며 세라믹 및 금속을 함유하는 제1코팅층 및 제1코팅층 상에 형성되며 탄소 섬유(carbon fiber)를 함유하는 제2코팅층을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 주형의 열전도도를 저하시킬 수 있다. 또한, 낮은 열전도도를 가지는 코팅막이 구비된 주형에 있어서, 상기 코팅막이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 응고쉘의 과냉각에 의한 수축에 의해 응고쉘의 표면이 평평 또는 평탄하지 않고 울퉁불퉁하게 되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 즉, 낮은 열전도도를 가지는 주형에 의해 응고쉘의 표면의 높이가 고르도록 또는 평탄하도록 할 수 있다. 따라서, 응고쉘의 수축에 의해 주편 표면에 크랙(crack)이 발생되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.The mold according to an embodiment of the present invention is formed on a body having an inner space in which molten steel is accommodated, a first coating layer formed on an inner wall surface of the body facing the inner space, and containing ceramic and metal, and formed on the first coating layer and carbon fiber ( and a second coating layer containing carbon fiber).
Therefore, according to the embodiments of the present invention, the thermal conductivity of the mold can be reduced. In addition, in a mold provided with a coating film having low thermal conductivity, it is possible to prevent the coating film from being damaged by heat. Thus, it is possible to prevent or suppress the surface of the solidification shell from becoming uneven or uneven due to shrinkage of the solidification shell due to supercooling. That is, the height of the surface of the solidification shell can be made even or flat by the mold having low thermal conductivity. Therefore, it is possible to prevent or suppress the occurrence of cracks on the surface of the cast steel due to contraction of the solidification shell.
Description
본 발명은 주형 및 주형의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응고쉘의 수축에 의해 주편 표면에 결함이 발생되는 것을 방지 또는 억제할 수 있는 주형 및 주형의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mold and a method for manufacturing the mold, and more particularly, to a mold and a method for manufacturing the mold capable of preventing or suppressing the occurrence of defects on the surface of a cast steel due to shrinkage of a solidification shell.
연속 주조 장치는 주형에 용강을 주입하여 주편으로 응고시키고, 주형으로부터 주편을 연속적으로 인발하는 장치이다. 주형은 열전도도가 좋은 Cu(구리)로 제조되며, 내부에 냉각수가 순환된다. 이에 주형 내부로 용강이 주입되면, 냉각수가 순환중인 주형에 의해 용강이 응고된다. 이때, 주형 내부에 수용된 용강 중, 상기 주형의 내벽면과 접하는 용강의 온도가 가장 낮다. 따라서, 주형 내벽면과 접하는 가장자리에서부터 용강이 응고되어 응고쉘이 형성되기 시작한다. 또한, 하방으로 갈수록 응고쉘의 두께가 두꺼워진다.A continuous casting device is a device for injecting molten steel into a mold, solidifying it into a cast steel, and continuously drawing the cast steel from the mold. The mold is made of Cu (copper) with good thermal conductivity, and cooling water is circulated inside. Accordingly, when molten steel is injected into the mold, the molten steel is solidified by the mold in which cooling water is circulated. At this time, among the molten steel accommodated in the mold, the temperature of the molten steel in contact with the inner wall surface of the mold is the lowest. Therefore, the molten steel is solidified from the edge in contact with the inner wall surface of the mold, and the solidification shell begins to be formed. In addition, the thickness of the solidification shell becomes thick as it goes downward.
한편, 주형은 그 열전도도가 매우 높아, 주형의 내벽면과 접하는 용강이 빠르게 응고된다. 이때 주형의 내벽면과 접하는 응고쉘이 과냉각되며 이에 따른 수축이 발생된다. 그리고 이 응고 수축에 의해 내벽면을 향하는 응고쉘의 표면 높이가 일정하지 않고 불균일하게 된다. 즉, 응고쉘의 표면이 평평 또는 평탄하지 않고 울퉁불퉁하게 된다. 또한, 응고쉘의 과도한 수축에 의해 응고쉘이 찢어질 수 있다. 이와 같은 응고쉘 표면의 불균일 및 찢어짐 발생은 주편 표면에 크랙(crack) 결함을 발생시킨다.On the other hand, the mold has very high thermal conductivity, so that the molten steel in contact with the inner wall surface of the mold solidifies quickly. At this time, the solidification shell in contact with the inner wall surface of the mold is supercooled and shrinkage occurs accordingly. And, due to this solidification contraction, the surface height of the solidification shell toward the inner wall surface is not constant and non-uniform. That is, the surface of the solidification shell is not flat or flat, but is bumpy. In addition, the solidification shell may be torn due to excessive shrinkage of the solidification shell. Such non-uniformity and tearing of the surface of the solidification shell causes crack defects on the surface of the cast steel.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 주형의 내벽면에 열전도도를 낮출 수 있는 코팅막을 형성하였다. 이때 NiCo 합금을 전기도금하거나 용사하여 코팅막을 형성하였다. 그러나, NiCo 합금으로 형성된 코팅막을 형성하더라도 여전히 주형의 열전도도가 높아, 상기 주형 내부에서 제조되는 주편의 표면에 크랙(crack)이 발생되고 있다.In order to prevent this problem, a coating film capable of lowering thermal conductivity was formed on the inner wall surface of the mold. At this time, the NiCo alloy was electroplated or sprayed to form a coating film. However, even if the coating film formed of the NiCo alloy is formed, the thermal conductivity of the mold is still high, and cracks are generated on the surface of the cast steel produced inside the mold.
본 발명은 내열충격성이 우수하면서 낮은 열전도도를 가지는 코팅막이 마련된 주형 및 주형의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a mold provided with a coating film having excellent thermal shock resistance and low thermal conductivity, and a method for manufacturing the mold.
본 발명은 코팅막이 열에 의해 손상되는 것을 방지 또는 억제할 수 있는 주형 및 주형의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mold and a method for manufacturing the mold capable of preventing or suppressing damage to a coating film by heat.
본 발명의 실시예에 따른 주형은, 용강이 수용되는 내부공간을 가지는 본체; 상기 내부공간을 향하는 상기 본체의 내벽면에 형성되며, 세라믹 및 금속을 함유하는 제1코팅층; 및 상기 제1코팅층 상에 형성되며, 탄소 섬유(carbon fiber)를 함유하는 제2코팅층;을 포함한다.A mold according to an embodiment of the present invention includes a main body having an internal space in which molten steel is accommodated; a first coating layer formed on an inner wall surface of the main body facing the inner space and containing ceramic and metal; and a second coating layer formed on the first coating layer and containing carbon fibers.
상기 제2코팅층의 두께는 50㎛ 내지 200㎛일 수 있다.The thickness of the second coating layer may be 50 μm to 200 μm.
상기 제1코팅층은 10W/mK 이하의 열전도도를 가질 수 있다.The first coating layer may have a thermal conductivity of 10 W/mK or less.
상기 제1코팅층의 상기 세라믹은 지르코니아(ZrO2)를 포함하고, 상기 금속은 Ni(니켈), Cr(크롬), Al(알루미늄), Y(이트륨)을 포함할 수 있다.The ceramic of the first coating layer may include zirconia (ZrO 2 ), and the metal may include Ni (nickel), Cr (chromium), Al (aluminum), and Y (yttrium).
상기 세라믹은, 상기 지르코니아(ZrO2)에 Y2O3, SiO2, TiO2, Fe2O3이 혼합된 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria Stabilized Zirconia)를 포함할 수 있다.The ceramic may include Yttria Stabilized Zirconia ( YSZ ) in which Y 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , and Fe 2 O 3 are mixed with the zirconia (ZrO 2 ).
상기 제1코팅층의 두께는 0.5mm 내지 1.5mm일 수 있다.The thickness of the first coating layer may be 0.5 mm to 1.5 mm.
본 발명의 실시예에 따른 주형의 제조 방법은, 본체를 마련하는 과정; 상기 본체의 표면에 상기 본체에 비해 열전도도가 낮은 제1코팅층을 형성하는 과정; 및 상기 제1코팅층 상에 탄소 섬유(carbon fiber)를 포함하는 제2코팅층을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.A method for manufacturing a mold according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a main body; forming a first coating layer having lower thermal conductivity than that of the body on the surface of the body; and forming a second coating layer including carbon fibers on the first coating layer.
상기 제1코팅층을 형성하는 과정은, 세라믹을 포함하는 제1원료를 마련하는 과정; 금속을 포함하는 제2원료를 마련하는 과정; 상기 제1원료와 제2원료를 혼합하여 제1재료를 마련하는 과정; 및 상기 제1재료를 상기 본체의 표면 상에 용사하는 과정;을 포함할 수 있다.The process of forming the first coating layer may include preparing a first raw material including ceramic; preparing a second raw material containing metal; preparing a first material by mixing the first raw material and the second raw material; and spraying the first material on the surface of the main body.
상기 제1원료를 마련하는데 있어서, 열전도도가 3W/mK 이하인 원료를 함유하도록 마련하고, 상기 제2원료를 마련하는데 있어서, 열전도도가 15W/mK 이하인 원료를 함유하도록 마련할 수 있다.In preparing the first raw material, a raw material having a thermal conductivity of 3 W/mK or less may be prepared, and in preparing the second raw material, a raw material having a thermal conductivity of 15 W/mK or less may be included.
상기 제1원료는 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria Stabilized Zirconia)를 포함하고, 상기 제2원료는 Ni(니켈), Cr(크롬), Al(알루미늄), Y(이트륨)을 포함할 수 있다.The first raw material may include Yttria Stabilized Zirconia (YSZ), and the second raw material may include Ni (nickel), Cr (chromium), Al (aluminum), and Y (yttrium).
상기 제1원료를 마련하는데 있어서, Y2O3가 7 wt% 내지 8wt%, SiO2가 0.5 wt% 내지 1 wt%, TiO2가 0.1 wt% 내지 0.3 wt%, Fe2O3가 0.1 wt% 내지 0.3 wt%로 함유되고, ZrO2가 나머지 잔부의 함량으로 함유되도록 조절하고, 상기 제2원료를 마련하는데 있어서, Cr이 19 wt% 내지 22 wt%, Al이 9 wt% 내지 12 wt%, Y이 0 wt% 초과 2 wt% 이하, Ni이 나머지 잔부의 함량으로 함유되도록 조절한다.In preparing the first raw material, Y 2 O 3 is 7 wt% to 8 wt%, SiO 2 is 0.5 wt% to 1 wt%, TiO 2 is 0.1 wt% to 0.3 wt%, Fe 2 O 3 is 0.1 wt% % to 0.3 wt%, ZrO 2 is adjusted to be contained as the remaining balance, and in preparing the second raw material, Cr is 19 wt% to 22 wt% and Al is 9 wt% to 12 wt% , Y is adjusted to be more than 0 wt% and less than 2 wt%, and Ni is contained in the remaining balance.
상기 제1원료와 제2원료를 혼합하는데 있어서, 상기 제1원료 함량(A1)에 대한 제2원료의 함량(A2) 비율이 1 : 2 내지 2 : 1가 되도록 혼합한다.In mixing the first raw material and the second raw material, the ratio of the content (A 2 ) of the second raw material to the content (A 1 ) of the first raw material is 1:2 to 2:1.
상기 제2코팅층을 형성하는 과정은, 상기 제1코팅층이 형성된 본체를 가열하는 과정; C(탄소)를 함유하는 제2재료를 상기 제1코팅층 상으로 분사하는 과정; 상기 제2재료로부터 분해된 C(탄소)를 상기 제1코팅층 표면에 흡착시키는 과정; 및 상기 제1코팅층에 함유된 Ni(니켈)에 의한 촉매 작용으로 C(탄소)를 석출시킴으로써, 상기 제1코팅층 표면에 탄소 섬유를 성장시키는 과정;을 포함할 수 있다.The process of forming the second coating layer may include heating the body on which the first coating layer is formed; spraying a second material containing C (carbon) onto the first coating layer; Adsorbing C (carbon) decomposed from the second material onto the surface of the first coating layer; and growing carbon fibers on the surface of the first coating layer by precipitating C (carbon) through a catalytic action of Ni (nickel) contained in the first coating layer.
본 발명의 실시예들에 의하면, 주형의 열전도도를 저하시킬 수 있다. 또한, 낮은 열전도도를 가지는 코팅막이 구비된 주형에 있어서, 상기 코팅막이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 응고쉘의 과냉각에 의한 수축에 의해 응고쉘의 표면이 평평 또는 평탄하지 않고 울퉁불퉁하게 되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 즉, 낮은 열전도도를 가지는 주형에 의해 응고쉘의 표면의 높이가 고르도록 또는 평탄하도록 할 수 있다. 따라서, 응고쉘의 수축에 의해 주편 표면에 크랙(crack)이 발생되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the thermal conductivity of the mold can be reduced. In addition, in a mold provided with a coating film having low thermal conductivity, it is possible to prevent the coating film from being damaged by heat. Thus, it is possible to prevent or suppress the surface of the solidification shell from becoming uneven or uneven due to shrinkage of the solidification shell due to supercooling. That is, the height of the surface of the solidification shell can be made even or flat by the mold having low thermal conductivity. Therefore, it is possible to prevent or suppress the occurrence of cracks on the surface of the cast steel due to contraction of the solidification shell.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주형을 포함하는 주조장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주형을 도시한 입체도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 주형을 절단하여 주형의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.1 is a schematic diagram of a casting apparatus including a mold according to an embodiment of the present invention.
2 is a three-dimensional view showing a mold according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the mold by cutting the mold along the line AA' of FIG.
이하, 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. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments will complete the disclosure of the present invention, and will fully cover the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you. In order to explain the embodiments of the present invention, the drawings may be exaggerated, and the same reference numerals in the drawings refer to the same components.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주형을 포함하는 주조장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a casting apparatus including a mold according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 주조장치는 래들로부터 용강(M)을 공급받아 임시 저장하는 턴디시(10), 턴디시(10)로부터 용강(M)을 공급받아 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형(mold)(200), 턴디시(10)의 용강(M)을 주형(200)으로 공급하는 노즐(30), 주형(200)의 하측에서 주조방향으로 나열되고, 주형(200)으로부터 인발된 주편을 주조방향으로 안내하면서 주편으로 냉각수를 분사하여 응고시키는 냉각대(40)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the casting apparatus includes a tundish 10 that receives molten steel M from a ladle and temporarily stores it, and a mold that receives molten steel M from the tundish 10 and initially solidifies it into a certain shape. 200, a
실시예에 따른 주형(200)으로 공급되어 응고되는 용강(M)은 응고쉘(sh)의 응고 수축에 의한 크랙(crack)이 쉽게 또는 다량 발생되는 강종의 용강일 수 있다. 예를 들어, 용강(M)은 탄소의 함량이 0.08 wt% 내지 0.17 wt%로 함유된 중탄소강일 수 있다. 물론, 용강(M)은 상술한 예에 한정되지 않고, 다양한 강종의 용강이 적용될 수 있다.The molten steel M supplied to and solidified in the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주형을 도시한 입체도이다. 도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 주형을 절단하여 주형의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.2 is a three-dimensional view showing a mold according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a mold by cutting the mold along the line A-A' of FIG. 2;
도 2 및 도 3을 참조하면, 주형(200)은 용강(M)이 수용될 수 있는 내부공간(IS)을 가지는 본체(210) 및 내부공간(IS)을 향하는 본체(210)의 표면에 형성된 코팅막(220)을 포함할 수 있다. 또한, 주형(200)은 냉각수가 순환되도록 본체(210)의 내측에 매설되게 마련된 냉각수 유로(미도시)를 포함할 수 있다.2 and 3, the
본체(210)는 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 Cu(구리)를 포함하는 재료로 마련될 수 있다. 이러한 본체(210)는 내부공간(IS)을 향하는 내벽면(IF) 및 상기 내벽면(IF)의 반대쪽 면이며 외부에 노출되어 있는 외벽면(OF)을 포함한다. 그리고 본체(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 예를 들어 사각형 형상의 내부공간(IS)을 가지는 형상일 수 있다.The
또한, 본체(210)는 복수의 벽체를 포함할 수 있다. 즉, 본체(210)는 각각이 제1방향(X축 방향)으로 연장 형성되며 상기 제1방향(X축 방향)과 교차 또는 직교하는 제2방향(Y축 방향)으로 이격되게 배치된 한 쌍의 제1벽체(210a) 및 각각이 제1벽체(210a)의 연장방향(X축 방향)과 교차하는 제2방향(Y축 방향)으로 연장 형성되며 제1방향(X축 방향)으로 이격 배치된 한 쌍의 제2벽체(210b)를 포함할 수 있다.Also, the
이러한 한 쌍의 제1벽체(210a)와 한 쌍의 제2벽체(210b)는 상호 연결된다. 예를 들어, 한 쌍의 제2벽체(210b) 중 하나의 일단 및 타단에 한 쌍의 제1벽체(210a)의 일단이 연결되고, 다른 하나의 제2벽체(210b)의 일단 및 타단에 한 쌍의 제1벽체(210a)의 타단이 연결된다. 이에 한쌍의 제1벽체(210a)와 한 쌍의 제2벽체(210b)에 의해 둘러싸인 내부공간(IS)이 마련된다. 이때, 제1벽체(210a)의 제1방향(X축 방향)의 연장길이가 제2벽체(210b)의 제2방향(Y축 방향)의 연장길이에 비해 길게 마련될 수 있다. 이에 따라 제1벽체(210a)는 장변벽체, 제2벽체(210b)는 단변벽체로 불리어질 수 있다.The pair of
본체(210)의 형상은 상술한 예에 한정되지 않으며, 용강(M)을 수용할 수 있는 내부공간을 가지는 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 상기에서는 본체(210)가 한 쌍의 제1벽체(210a) 및 한 쌍의 제2벽체(210b)로 구성되는 것을 설명하였으나, 본체(210)는 일체형의 벽체로 마련될 수도 있다. 그리고 상술한 예에서는 제1벽체(210a)와 제2벽체(210b)의 연장길이가 다른 경우를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 제1벽체(210a)와 제2벽체(210b)의 연장길이가 동일할 수도 있다.The shape of the
코팅막(220)은 내부공간을 향하는 본체(210)의 표면 즉, 내벽면(IF)에 형성된다. 이에, 코팅막(220)은 한 쌍의 제1벽체(210a)의 내벽면(IF)에 형성된 제1코팅막(220a)과 제2벽체(210b)의 내벽면(IF)에 형성된 제2코팅막(220b)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다.The
이하에서는 본체(210)를 설명하는데 있어서, 설명의 편의를 위하여 제1 및 제2벽체(210a, 210b)로 나누어 설명하지 않고 '본체(210)'로 설명한다. 따라서 이하에서 설명되는 본체(210)는 제1벽체(210a) 및 제2벽체(210b) 중 적어도 하나를 설명하는 것일 수 있다.Hereinafter, in describing the
또한, 코팅막(220)을 설명하는데 있어서 제1벽체(210a)에 형성되는 제1코팅막(220a)과 제2벽체(210b)에 형성되는 제2코팅막(220b)을 나누어 설명하지 않고, '코팅막(220)'으로 설명한다. 이에, 이하에서 설명되는 코팅막(220)은 제1코팅막(220a) 및 제2코팅막(220b) 중 적어도 하나를 설명하는 것일 수 있다.In addition, in describing the
도 3을 참조하면, 코팅막(220)은 내부공간(IS)을 향하는 본체(210)의 내벽면(IF)에 형성되며 낮은 열전도도를 가지는 제1코팅층(221) 및 용강(M)의 열로부터 제1코팅층(221)을 보호하도록 상기 제1코팅층(221) 상에 형성되며 섬유(F)를 포함하는 제2코팅층(222)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the
제1코팅층(221)은 본체(210)와 용강(M) 사이의 열전달능을 저감시키는 층이다. 즉, 제1코팅층(221)은 냉각수 순환에 의해 저온으로 유지중인 본체(210)의 온도가 용강으로 전달되는데 있어서, 본체(210)가 가지는 저온의 온도가 용강(M)으로 전달되는 속도를 감소시키는 층이다. 다른 말로 설명하면, 본체(210)에 의해 용강(M)이 냉각되어 응고는데 있어서, 본체(210)의 저온의 열 에너지가 용강(M)으로 전달되는 속도를 감소시켜, 용강(M)의 응고 속도를 감소시키는 층이다.The
제1코팅층(221)의 형성을 위한 재료(이하, 제1재료)는 제1원료 및 상기 제1원료와 상이한 제2원료를 포함할 수 있다. 여기서, 제1원료는 3W/mK 이하(0W/mK 초과)의 낮은 열전도도를 가지는 원료일 수 있고, 제2원료는 금속 또는 합금을 포함하는 원료일 수 있다.A material for forming the first coating layer 221 (hereinafter referred to as a first material) may include a first raw material and a second raw material different from the first raw material. Here, the first raw material may be a raw material having a low thermal conductivity of 3 W/mK or less (more than 0 W/mK), and the second raw material may be a raw material including a metal or an alloy.
제1원료는 제1코팅층(221)의 열전도도를 저하시키는 원료로서 열전도도가 3W/mK 이하(0W/mK 초과)인 세라믹 재질의 원료를 사용한다. 보다 바람직하게는 2W/mK 이하(0W/mK 초과)의 열전도도를 가지는 세라믹 재질의 원료를 사용한다. 예를 들어 제1원료는 ZrO2(지르코니아) 및 Y(이트륨)을 포함할 수 있다. 즉, 제1원료는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria Stabilized Zirconia)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 제1원료는 ZrO2, Y2O3, SiO2, TiO2, Fe2O3를 포함할 수 있다. 이때, Y2O3가 7wt% 내지 8wt%, SiO2가 0.5 wt% 내지 1 wt%, TiO2가 0.1 wt% 내지 0.3 wt%, Fe2O3가 0.1 wt% 내지 0.3 wt%로 함유되고, ZrO2가 나머지 잔부의 함량(90.4wt% 내지 96.3wt%)으로 함유되며, 기타 불가피한 불순물을 함유할 수 있다. 이러한 제1원료 즉, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria Stabilized Zirconia)는 그 열전도도가 1 W/mK 이하로 낮다.The first raw material is a raw material that lowers the thermal conductivity of the
제1원료는 상술한 예에 한정되지 않고, 열전도도가 3W/mK 이하로 낮은 세라믹 재질의 다양한 원료가 사용될 수 있다.The first raw material is not limited to the above-described examples, and various raw materials made of ceramic materials having low thermal conductivity of 3 W/mK or less may be used.
한편, 열전도도가 3W/mK 이하로 낮은 재료 보다 구체적으로는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 포함하는 제1원료를 단독으로 사용하여 제1코팅층(221)을 형성하는 경우, 제1코팅층(221)의 열전도도를 3W/mK 이하로 낮출 수 있다.On the other hand, when the
그러나, 제1코팅층(221) 형성 재료로 제1원료만을 사용하는 경우, 제1코팅층(221)의 내열충격성이 낮다. 이러한 경우, 제1코팅층(221)에 용강의 열에 의한 크랙 또는 박리가 쉽게 발생될 수 있다. 따라서, 제1원료에 내열충격성을 향상시킬 수 있는 제2원료를 혼합한다.However, when only the first raw material is used as a material for forming the
제2원료는 금속 또는 합금을 포함하며, 열전도도가 15W/mK 이하(0 W/mK 초과), 바람직하게는 10W/mK 이하(0 W/mK 초과)인 재료를 사용한다. 이를 위해, 제2원료로 Ni(니켈), Cr(크롬), Al(알루미늄), Y(이트륨)을 포함하는 금속 합금 즉, NiCrAlY 합금을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2원료는 Cr이 19 wt% 내지 22 wt%, Al이 9 wt% 내지 12 wt%, Y이 0 wt% 초과 2 wt% 이하로 함유되고, Ni이 나머지 잔부의 함량(64 wt% 내지 71.9wt%)으로 함유되며, 기타 불가피한 불순물을 함유할 수 있다.The second raw material includes a metal or an alloy, and a material having a thermal conductivity of 15 W/mK or less (more than 0 W/mK), preferably 10 W/mK or less (more than 0 W/mK) is used. To this end, a metal alloy including Ni (nickel), Cr (chromium), Al (aluminum), and Y (yttrium), that is, a NiCrAlY alloy may be used as the second raw material. More specifically, the second raw material contains 19 wt% to 22 wt% of Cr, 9 wt% to 12 wt% of Al, more than 0 wt% of Y and less than or equal to 2 wt% of Ni, and the remainder of Ni (64 wt%). wt% to 71.9 wt%), and may contain other unavoidable impurities.
한편, 제2원료가 Ni 및 Cr 만을 포함하는 경우 제2원료의 열전도도는 70W/mK 내외로 높다. 그리고 이러한 제2원료를 그대로 제1원료와 혼합하는 경우 제1코팅층(221)의 열전도도가 15W/mK를 초과하도록 높을 수 있다. 그리고 이는 주형(200)의 열전도도를 증가시켜 과냉각에 의한 응고쉘(sh)의 수축을 발생시키고, 이에 따라 주편에 크랙(crack)이 발생될 수 있다. 따라서, Ni 및 Cr에 Al 및 Y이 포함된 제2원료를 사용한다. 이때 Al은 9 wt% 내지 12 wt%, Y은 0 wt% 초과 2 wt%로 함유되는 것이 바람직하다.On the other hand, when the second raw material contains only Ni and Cr, the thermal conductivity of the second raw material is as high as about 70 W/mK. In addition, when the second raw material is mixed with the first raw material as it is, the thermal conductivity of the
한편, 제2원료 중 Al의 함량이 9 wt% 미만이거나, Y을 함유하지 않는 경우 열전도율이 15W/mK를 초과하도록 높을 수 있다. 반대로 Al의 함량이 12wt%를 초과하거나 Y이 2 wt%를 초과하는 경우 Ni 및 Cr의 함량이 감소하여 제1코팅층(221)의 내열충격성이 저감될 수 있다.On the other hand, if the content of Al in the second raw material is less than 9 wt% or does not contain Y, the thermal conductivity may be high to exceed 15 W/mK. Conversely, when the Al content exceeds 12wt% or Y exceeds 2wt%, the thermal shock resistance of the
제1재료는 상술한 바와 같은 제1원료와 제2원료를 혼합하여 마련한다. 이때, 제1원료 함량(A1)에 대한 제2원료의 함량(A2) 비율이 1 : 2 내지 2 : 1로 하는 것이 바람직하다(A2 : A1 = 1 : 2 ~ 2 : 1). 다른 말로 설명하면, 제1원료에 대한 제2원료의 함량 비율(A2/A1)이 0.5 내지 2가 되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 이러한 제1원료와 제2원료를 혼합하여 마련된 재료를 이용하여 제1코팅층(221)을 형성하는 경우, 상기 제1코팅층(221)의 열전도도는 10W/mK(0W/mK 초과) 이하, 보다 바람직하게는 4W/mK 내지 6W/mK일 수 있다.The first material is prepared by mixing the first raw material and the second raw material as described above. At this time, it is preferable that the ratio of the content of the second raw material (A 2 ) to the content of the first raw material (A 1 ) is 1: 2 to 2: 1 (A 2 : A 1 = 1: 2 to 2: 1) . In other words, it is preferable that the content ratio of the second raw material to the first raw material (A 2 /A 1 ) is 0.5 to 2. And when the
한편, 제1원료에 대한 제2원료의 함량 비율(A2/A1)이 0.5 미만인 경우 제2원료의 함량이 적어 제1코팅층(221)의 내열충격성이 저하될 수 있다. 반대로, 제1원료에 대한 제2원료의 함량 비율(A2/A1)이 2를 초과하는 경우 제1원료의 함량이 적어 열전도도가 증가될 수 있다. 따라서, 제1원료에 대한 제2원료의 함량 비율(A2/A1)을 0.5 내지 2로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, when the ratio of the content of the second raw material to the first raw material (A 2 /A 1 ) is less than 0.5, the thermal shock resistance of the
그리고 상술한 바와 같은 제1 및 제2원료를 포함하는 제1재료는 10㎛ 내지 50㎛ 입경 사이즈의 고상 입자를 포함하는 분말(powder) 형태로 마련될 수 있다.In addition, the first material including the first and second raw materials as described above may be provided in a powder form including solid particles having a particle size of 10 μm to 50 μm.
제1코팅층(221)은 제1재료를 본체(210)의 내벽면(IF)에 코팅하여 형성하는데, 이때 용사 방법으로 형성할 수 있다. 즉, 본체(210)의 내벽면(IF)을 향해 제1재료를 분사하면서 화염 또는 플라즈마를 함께 분사하는 용사 방법으로 형성할 수 있다. 이때, 제1코팅층(221)의 두께(T1)는 0.5mm 내지 1.5mm으로 형성되며, 바람직하게는 0.8mm 내지 1.2mm로 형성될 수 있다.The
한편, 제1코팅층(221)의 두께(T1)가 0.5mm 미만인 경우, 그 두께가 얇아 열전도도가 높은 문제가 있다. 반대로 제1코팅층(221)의 두께(T1)가 1.5mm를 초과하는 경우 본체(210)와의 결합력이 약하여 쉽게 박리될 수 있다. 따라서 0.5mmm 내지 1.5mm의 두께로 제1코팅층(221)을 형성한다.On the other hand, when the thickness (T 1 ) of the
제2코팅층(222)은 본체(210)의 반대쪽에서 제1코팅층(221)을 커버하도록 형성된다. 즉, 제1코팅층(221)의 표면 중 내부공간(IS)을 향하는 표면 상에 형성되어 용강(M)이 수용되는 내부공간(IS)으로 제1코팅층(221)이 노출되지 않도록 커버한다. 이러한 제2코팅층(222)은 제1코팅층(221)을 용강(M)의 열로부터 보호하여, 상기 제1코팅층(221)이 용강(M)의 열에 의해 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 제2코팅층(222)은 주형(200) 내부에서 용강(M)을 응고시키는 주조 중에, 제1코팅층(221)이 용강(M)의 열에 의해 손상되지 않도록 보호하여, 주형(200)의 열전도도가 증가하는 것을 방지한다. 이를 위해, 제2코팅층(222)은 용강(M)의 열에 견딜 수 있는 내열충격성을 가지고, 제1코팅층(221)과의 결합성이 우수할 필요가 있다.The
이러한, 제2코팅층(222)은 섬유(fiber)를 포함하도록 마련될 수 있다. 보다 구체적으로는 나노 사이즈의 직경을 가지는 탄소 섬유(carbon fiber)를 포함하도록 마련될 수 있다.The
이러한 제2코팅층은 탄소(C)를 포함하는 제2재료를 이용하여 형성될 수 있다. 탄소 섬유(F)를 포함하는 제2코팅층(222)을 형성하는 방법을 설명하면 아래와 같다. 먼저 로(furnace) 내부로 비활성 가스 예를 들어 Ar 가스를 공급하여 비산화성 분위기로 조성하고, 내부의 온도가 300℃ 내지 400℃가 되도록 가열한다. 그리고 로 내부로 제1코팅층(221)이 형성된 본체(210)를 장입한 후, C(탄소)와 H(수소)가 함유된 제2재료(또는 소스원료)를 공급한다. 이때, 제2재료는 예를 들어 C2H2(아세틸렌)을 포함할 수 있고, 가스(gas) 형태일 수 있다. 가열된 로 내부로 제2재료가 공급되면, 제2재료가 C(탄소)와 H(수소)로 분해된다. 그리고, 분해된 C(탄소)가 제1코팅층(221) 상에 흡착되며, 이때 제1코팅층(221)에 함유되어 있는 Ni의 촉매 작용에 의해 상기 제1코팅층(221) 표면에 C(탄소)가 석출되면서 탄소 섬유(F)가 성장한다.This second coating layer may be formed using a second material containing carbon (C). A method of forming the
이렇게 제1코팅층(221) 상에서 섬유(F)를 성장시켜 제2코팅층(222)을 형성함에 따라, 섬유(F)에 의한 앵커(Anchor) 효과에 의해 제2코팅층(222)과 제1코팅층(221) 간의 결합력이 향상된다. 즉, 제1코팅층(221) 상에서 성장하는 섬유는 상기 제1코팅층(221)의 표면과 물리적으로 결합되고, 이에 따라 제1코팅층(221)과 제2코팅층(222) 간의 결합력이 향상된다. 다른 말로 설명하면, 제2코팅층(222)이 제1코팅층(221) 상에 강하게 결합된다.As the
또한, 제2코팅층(222)은 탄소로 이루어진 섬유 즉, 탄소 섬유를 포함하기 때문에 내열충격성이 우수하다. 따라서, 제2코팅층(222)은 용강(M)의 열에 의한 크랙이 발생되거나 박리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2코팅층(222)의 크랙 발생 및 박리가 방지됨에 따라, 상기 제2코팅층(222)에 의해 커버되어 있는 제1코팅층(221)이 용강으로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 제1코팅층(221)에 용강(M)에 의한 크랙이 발생되거나 본체(210)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 크랙 발생 및 박리와 같은 제1코팅층(221)의 손상에 의해 주형(200)의 열전도도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the
이러한 제2코팅층(222)은 50㎛ 내지 200㎛의 두께(T2), 바람직하게는 100㎛ 내지 150㎛로 형성된다.The
한편, 제2코팅층(222)의 두께(T2)가 50㎛ 미만인 경우 제2코팅층(222)의 내열충격성이 저하되어 용강(M)의 열에 의해 손상될 수 있다. 반대로 제2코팅층(222)의 두께(T2)가 200㎛를 초과하는 경우 제2코팅층(222) 형성을 위한 시간 및 비용이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 50㎛ 내지 200㎛의 두께로 제2코팅층을 형성한다.On the other hand, when the thickness (T 2 ) of the
이하, 제1 내지 제3실험예에 따른 코팅막의 열전도도 및 내열충격성에 대해 설명한다.Hereinafter, the thermal conductivity and thermal shock resistance of the coating films according to the first to third experimental examples will be described.
표 1은 제1 내지 제3실험예에 따른 코팅막의 구성과, 코팅막 형성 재료를 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 summarizes the composition of the coating film according to the first to third experimental examples and the coating film forming material.
제2코팅층: 탄소 섬유 함유First coating layer: YSZ + NiCrAlY alloy
Second coating layer: containing carbon fiber
실험을 위하여 시편을 마련하고, 상기 시편에 제1 내지 제3실험예에 따른 코팅막을 형성하였다. 여기서 시편은 주형의 본체와 동일한 재료로 이루어진 것으로, 구리(Cu)를 포함하는 재료로 마련될 수 있다. 또한 시편 내부에는 냉각수가 통과할 수 있는 배관이 매설되어 있는 상태이며, 이는 이후에 열전도도를 평가하는데 사용된다.A specimen was prepared for the experiment, and coating films according to the first to third experimental examples were formed on the specimen. Here, the specimen is made of the same material as the main body of the mold, and may be provided with a material containing copper (Cu). In addition, a pipe through which cooling water can pass is buried inside the specimen, which is later used to evaluate thermal conductivity.
제1 및 제2실험예는 시편 상에 하나의 코팅층 즉, 제1코팅층을 형성하여 코팅막을 형성한 것이다. 제3실험예는 시편 상에 제1코팅층 및 제2코팅층을 적층하여 코팅막을 형성한 것이다.In the first and second experimental examples, a coating film was formed by forming one coating layer, that is, the first coating layer on the specimen. In the third experimental example, a coating film was formed by laminating a first coating layer and a second coating layer on a specimen.
제1실험예에 따른 코팅막 즉, 제1코팅층은 Ni(니켈)과 보론(B)을 포함하는 합금(NiB 합금)으로 형성되며, 1mm의 두께로 형성하였고, 전기도금 방법으로 형성하였다.The coating film according to the first experimental example, that is, the first coating layer is formed of an alloy (NiB alloy) containing Ni (nickel) and boron (B), formed to a thickness of 1 mm, and formed by an electroplating method.
제2 및 제3실험예에 따른 코팅막의 제1코팅층은 앞서 설명한 실시예에 따른 제1재료를 이용하여 형성하였다. 즉, 안정화 지르코티아(YSZ)를 포함하는 제1원료와 NiCrAlY 합금을 포함하는 제2원료를 혼합하여 제1재료를 마련하고, 상기 제1재료를 시편 상에 용사하여 제1코팅층을 형성하였다.The first coating layer of the coating film according to the second and third experimental examples was formed using the first material according to the previously described embodiment. That is, a first material was prepared by mixing a first raw material including stabilized zirconia (YSZ) and a second raw material including a NiCrAlY alloy, and the first material was thermally sprayed on the specimen to form a first coating layer. .
이때, ZrO2가 91.4wt%, Y2O3가 7.5 wt%, SiO2가 0.7 wt%, TiO2가 0.2 wt%, Fe2O3가 0.2 wt%로 함유되고, 분말 상태인 안정화 지르코니아(YSZ)를 제1원료로 사용하였다. 제2원료는 Ni, Cr, Al, Y을 포함하는 합금 즉, NiCrAlY 합금을 포함한다. 이때, Ni이 67 wt%, Cr이 21 wt%, Al이 11 wt%, Y가 1 wt%으로 함유된 NiCrAlY 합금 분말을 제2원료로 사용하였다. 그리고 제1원료 함량(A1)에 대한 제2원료의 함량(A2) 비율이 1 : 1이 되도록 혼합하였다(A2 : A1 = 1 : 1).At this time, ZrO 2 is 91.4 wt%, Y 2 O 3 is 7.5 wt%, SiO 2 is 0.7 wt%, TiO 2 is 0.2 wt%, Fe 2 O 3 is contained at 0.2 wt%, and stabilized zirconia in a powder state ( YSZ) was used as the first raw material. The second raw material includes an alloy including Ni, Cr, Al, and Y, that is, a NiCrAlY alloy. At this time, NiCrAlY alloy powder containing 67 wt% of Ni, 21 wt% of Cr, 11 wt% of Al, and 1 wt% of Y was used as the second raw material. And, the ratio of the content of the second raw material (A 2 ) to the content of the first raw material (A 1 ) was 1: 1 (A 2 : A 1 = 1 : 1).
이렇게 마련된 제1재료를 시편 상에 용사 방법으로 코팅하여 제1코팅층을 형성하였다. 이때, 제1재료와 플라즈마를 함께 분사하는 플라즈마 용사 방법으로 코팅하여 1mm 두께의 제1코팅층을 형성하였다.The prepared first material was coated on the specimen by a thermal spraying method to form a first coating layer. At this time, a first coating layer having a thickness of 1 mm was formed by coating by a plasma spraying method in which a first material and plasma are sprayed together.
제3실험예에 따른 코팅막의 제2코팅층은 탄소 섬유를 포함하도록 형성하였다. 제2코팅층 형성에 대해 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다. 먼저, 로(furnace) 내부로 비활성 가스 예를 들어 Ar 가스를 공급하여 비산화성 분위기로 조성하고, 그 내부의 온도가 450℃의 온도가 되도록 가열한다. 그리고, 로 내부로 제1코팅층이 형성된 시편을 장입한 후, C2H2(아세틸렌)을 포함하는 제2재료를 공급한다. 이때, 제2재료로부터 분해된 C(탄소)가 제1코팅층 상으로 흡착되며, 제1코팅층에 함유되어 있는 Ni의 촉매 작용에 의해 제1코팅층 상에 탄소 섬유가 성장된다. 이와 같은 방법으로 소정 시간 동안 제1코팅층 상에 탄소 섬유를 성장시켜, 100㎛ 두께의 제2코팅층을 형성하였다.The second coating layer of the coating film according to the third experimental example was formed to include carbon fibers. The formation of the second coating layer will be described in more detail as follows. First, an inert gas, such as Ar gas, is supplied into the furnace to create a non-oxidizing atmosphere, and the inside temperature is heated to a temperature of 450°C. Then, after loading the specimen on which the first coating layer is formed into the furnace, a second material including C 2 H 2 (acetylene) is supplied. At this time, C (carbon) decomposed from the second material is adsorbed onto the first coating layer, and carbon fibers are grown on the first coating layer by the catalytic action of Ni contained in the first coating layer. In this way, by growing carbon fibers on the first coating layer for a predetermined time, a second coating layer having a thickness of 100 μm was formed.
표 2는 제1 내지 제3실험예에 따른 열전도도를 평가하기 위해, 시편과 코팅막 간의 온도 차이를 시간 경과에 따라 측정하고, 최소 온도차와, 평균 온도차를 정리하여 나타낸 것이다.Table 2 shows the temperature difference between the specimen and the coating film over time, and the minimum temperature difference and average temperature difference in order to evaluate the thermal conductivity according to the first to third experimental examples.
열전도도를 평가하기 위하여, 시편에 매설된 배관의 내부와 연통되도록 열전대를 설치한다. 그리고, 레이저를 이용하여 코팅막을 600℃까지 가열한 후, 600℃에 도달하면, 배관으로 냉각수를 순환시키면서 15분 동안 온도를 측정한다. 이때, 배관에 설치된 열전대를 이용하여 시편 내부를 순환하는 냉각수의 온도(이하, 제1온도)를 측정하고, 코팅막의 상측에 배치된 파이로미터(pyrometer)를 배치시켜 코팅막의 온도(제2온도)를 측정한다. 이에, 시간 경과에 따른 제1온도 및 제2온도 각각이 측정된다. 그리고, 온도가 측정되는 15분 동안 제1온도와 제2온도 간의 차이를 실시간으로 산출한다. 이에, 시간 경과에 따른 온도차를 획득할 수 있다.In order to evaluate the thermal conductivity, a thermocouple is installed to communicate with the inside of the pipe buried in the specimen. And, after heating the coating film to 600 ° C using a laser, and when it reaches 600 ° C, the temperature is measured for 15 minutes while circulating cooling water through the pipe. At this time, the temperature of the cooling water (hereinafter, the first temperature) circulating inside the specimen is measured using a thermocouple installed in the pipe, and the temperature of the coating film (the second temperature) is placed by placing a pyrometer disposed on the upper side of the coating film. ) is measured. Accordingly, each of the first temperature and the second temperature over time is measured. Then, the difference between the first temperature and the second temperature is calculated in real time for 15 minutes during which the temperature is measured. Accordingly, the temperature difference according to the lapse of time can be obtained.
이러한 실험을 제1 내지 제3실험예 각각에 대해 실시하였다. 그리고 제1 내지 제3실험예에 있어서, 시간 경과에 따른 온도차 중 최소값과, 평균 온도차를 정리하였으며 이는 표 2와 같다.These experiments were conducted for each of the first to third experimental examples. And in the first to third experimental examples, the minimum value and the average temperature difference among the temperature differences over time were summarized, which is shown in Table 2.
표 2를 참조하면, 제1실험예에 비해 제2 및 제3실험예의 최소 온도차 및 평균 온도차가 크다. 이로 부터, 제1실험예의 코팅막에 비해 제2 및 제3실험예의 코팅막의 열전도도가 낮음을 알 수 있다. 또한, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 포함하는 제1원료와 NiCrAlY 합금을 포함하는 제2원료가 함유된 제1재료를 이용하여 코팅막을 형성하는 경우, 열전도도가 저하됨을 알 수 있다.Referring to Table 2, the minimum temperature difference and the average temperature difference of the second and third experimental examples are larger than those of the first experimental example. From this, it can be seen that the thermal conductivity of the coating films of the second and third experimental examples is lower than that of the coating film of the first experimental example. In addition, it can be seen that when a coating film is formed using a first material containing a first material including yttria stabilized zirconia (YSZ) and a second material including a NiCrAlY alloy, thermal conductivity is reduced.
그리고, 제2 및 제3실험예를 비교하면, 최소 온도차가 유사하고, 평균 온도차가 유사하다. 이로 부터, 탄소 섬유를 포함하는 제2코팅층이 열전도도에 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 즉, 제1코팅층 상부에 형성되는 제2코팅층에 의해 열전도도가 증가하지 않음을 알 수 있다.Also, when comparing the second and third experimental examples, the minimum temperature difference is similar and the average temperature difference is similar. From this, it can be seen that the second coating layer including carbon fibers has little effect on the thermal conductivity. That is, it can be seen that the thermal conductivity is not increased by the second coating layer formed on the first coating layer.
표 3은 제1 내지 제3실험예의 코팅막의 내열충격성을 평가하기 위하여, 코팅막의 손상 회차를 정리하여 나타낸 것이다.Table 3 summarizes the damage cycles of the coating films in order to evaluate the thermal shock resistance of the coating films of the first to third experimental examples.
실험을 위하여 제1 내지 제3실험예에 따른 코팅막이 형성된 시편을 절단하여 가로길이 10mm, 세로길이 10mm, 두께 10mm로 가공하였다(10mm*10mm*10mm). 그리고, 제1 내지 제3실험예에 따른 시편에 대해 가열 및 냉각을 복수회 반복하였다. 시편을 가열하는데 있어서 700℃ 가열한 전기로 내부로 시편을 장입하여 10분 동안 유지시키고, 이후 시편을 가열로 밖으로 반출시켜 상온에서 10분 동안 냉각하였다. 여기서, 10동안 가열한 후에 10분 동안 냉각하는 것을 1 싸이클(cycle)로 한다. 그리고 이 싸이클을 복수회 반복하였으며, 싸이클(cycle)이 종료될 때마다 코팅막의 크랙 또는 박리와 같은 손상 여부를 확인하였다. 그리고, 코팅막의 손상이 발생된 싸이클의 회차를 정리하여 표 3과 같이 나타내었다.For the experiment, the specimens on which the coating films according to the first to third experimental examples were formed were cut and processed into a horizontal length of 10 mm, a vertical length of 10 mm, and a thickness of 10 mm (10 mm * 10 mm * 10 mm). Then, heating and cooling were repeated a plurality of times for the specimens according to the first to third experimental examples. In heating the specimen, the specimen was loaded into an electric furnace heated at 700 ° C and maintained for 10 minutes, and then the specimen was taken out of the furnace and cooled at room temperature for 10 minutes. Here, heating for 10 minutes and then cooling for 10 minutes is regarded as one cycle. And this cycle was repeated a plurality of times, and each time the cycle was completed, whether or not damage such as cracks or peeling of the coating film was checked. And, the number of cycles in which the damage to the coating film occurred was summarized and shown in Table 3.
표 3을 참조하면, 제2실험예의 경우 125회차에 코팅막의 손상이 발생되었으나, 제1실험예 및 제3실험예의 경우 400회차에서 코팅막에 손상이 발생되었다. 이로 부터, 제2실험예에 비해 제1설험예 및 제3실험예의 내열충격성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 내열충격성 면에서는 제1실험예와 제3실험예가 유사함을 알 수 있다. 그러나 표 2에서 설명한 바와 같이 제1실험예의 경우 열전도도가 높아 코팅막으로 사용할 수 없다.Referring to Table 3, in the case of the second experimental example, the coating film was damaged at the 125th round, but in the case of the first experimental example and the third experimental example, the coating film was damaged at the 400th round. From this, it can be seen that the thermal shock resistance of the first and third experimental examples is superior to that of the second experimental example. In addition, it can be seen that the first experimental example and the third experimental example are similar in terms of thermal shock resistance. However, as described in Table 2, in the case of the first experimental example, the thermal conductivity is high and cannot be used as a coating film.
다음으로 제2실험예와 제3실험예를 비교하면, 제1코팅층 상에 탄소 섬유를 포함하는 제2코팅층을 형성한 제3실험예가 그렇지 않은 제2실험예에 비해 코팅막 손상 회차가 높다. 즉, 제1코팅층 상에 제2코팅층을 형성한 제3실험예가 그렇지 않은 제2실험예에 비해 내열충격성이 우수하다. 이로 부터, 제2코팅층의 내열충격성이 높음을 알 수 있다. 또한, 내열충격성이 우수한 제2코팅층으로 열전도도가 낮은 제1코팅층을 보호함으로써, 제1코팅층이 고열에 의해 손상되는 것이 방지됨을 알 수 있다.Next, comparing the second experimental example and the third experimental example, the third experimental example in which the second coating layer containing carbon fibers was formed on the first coating layer had a higher coating film damage than the second experimental example without it. That is, the third experimental example in which the second coating layer was formed on the first coating layer had better thermal shock resistance than the second experimental example in which the second coating layer was not formed. From this, it can be seen that the thermal shock resistance of the second coating layer is high. In addition, it can be seen that the first coating layer is prevented from being damaged by high heat by protecting the first coating layer having low thermal conductivity with the second coating layer having excellent thermal shock resistance.
상술한 바와 같이 주형(200)의 내벽면(IF)에 형성되는 코팅막(220)은, 응고쉘(sh)의 과도한 응고 수축에 따라 주편 표면에 크랙(crack)이 발생되는 것을 방지 또는 저감시키기 위하여 열전도도가 낮을 필요가 있다. 그리고, 코팅막(220)은 용강(M)과 접촉되기 때문에, 열전도도가 낮은 코팅막(220)은 용강(M)의 열에 대한 내열충격성이 우수해야 한다. 즉, 코팅막(220)의 내열충격성이 우수해야만, 주조 시에 열전도도가 낮은 코팅막(220)이 용강(M)의 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 주형(200)이 낮은 열전도도를 유지할 수 있다.As described above, the
따라서, 상술한 바와 같은 표 2의 열전도도 평가와 표 3의 내열충격성 평가를 종합하면, 열전도도가 낮고 내열충격성이 우수한 제3실험예와 같은 코팅막을 본체의 내벽면에 형성하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 즉, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)를 함유하는 제1원료와 NiCrAlY 합금을 함유하는 제2원료가 혼합된 제1재료를 이용하여 제1코팅층(221)을 형성하고, 제1코팅층(221) 상에 탄소 섬유(F)를 포함하는 제2코팅층(222)을 형성하여 코팅막(220)을 형성하는 것이 바람직함을 알 수 있다.Therefore, taking the thermal conductivity evaluation of Table 2 and the thermal shock resistance evaluation of Table 3 together as described above, it is desirable to form a coating film like Experimental Example 3, which has low thermal conductivity and excellent thermal shock resistance, on the inner wall surface of the main body. Able to know. That is, the
이와 같이 실시예에 따른 코팅막(220)은 제1코팅층(221) 및 제1코팅층(221) 상에 형성된 제2코팅층(222)을 포함한다. 그리고 제1코팅층(221)은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 및 NiCrAlY 합금을 포함하는 재료로 형성된다. 또한, 제2코팅층(222)은 탄소 섬유(F)를 포함하도록 제1코팅층(221) 상에 형성된다. 이러한 제1 및 제2코팅층(221, 222)을 가지는 코팅막(220)이 형성된 본체(210)를 주형(200)으로 사용하면, 제2코팅층(222)에 의해 제1코팅층(221)의 손상이 방지됨에 따라 제1코팅층(221)에 의한 낮은 열전도도를 유지한 상태로 용강을 응고시킬 수 있다.As such, the
이에, 주형(200) 본체(210)의 높은 열전도도에 의한 응고쉘(sh)의 과도한 수축에 의해, 응고쉘(sh)의 표면이 평평 또는 평탄하지 않고 울퉁불퉁하게 되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다. 즉, 낮은 열전도도를 가지는 주형에 의해 응고쉘의 표면의 높이가 고르도록 또는 평탄하도록 할 수 있다. 따라서, 응고쉘의 수축에 의해 주편 표면에 크랙(crack)이 발생되는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.Accordingly, it is possible to prevent or suppress the surface of the solidification shell sh from becoming flat or uneven and uneven due to excessive shrinkage of the solidification shell sh due to the high thermal conductivity of the
200: 주형
210: 본체
220: 코팅막
221: 제1코팅층
222: 제2코팅층
F: 탄소 섬유200: mold 210: body
220: coating layer 221: first coating layer
222: second coating layer F: carbon fiber
Claims (13)
상기 내부공간을 향하는 상기 본체의 내벽면에 형성되며, 세라믹 및 금속을 함유하는 제1코팅층; 및
상기 제1코팅층 상에 형성되며, 탄소 섬유(carbon fiber)를 함유하는 제2코팅층;을 포함하는 주형.A main body having an inner space in which molten steel is accommodated;
a first coating layer formed on an inner wall surface of the main body facing the inner space and containing ceramic and metal; and
A mold including a second coating layer formed on the first coating layer and containing carbon fibers.
상기 제2코팅층의 두께는 50㎛ 내지 200㎛인 주형.The method of claim 1,
The mold having a thickness of the second coating layer is 50 μm to 200 μm.
상기 제1코팅층은 10W/mK 이하의 열전도도를 가지는 주형.The method of claim 1,
The first coating layer has a thermal conductivity of 10 W / mK or less.
상기 제1코팅층의 상기 세라믹은 지르코니아(ZrO2)를 포함하고, 상기 금속은 Ni(니켈), Cr(크롬), Al(알루미늄), Y(이트륨)을 포함하는 주형.The method of claim 3,
The ceramic of the first coating layer includes zirconia (ZrO 2 ), and the metal includes Ni (nickel), Cr (chromium), Al (aluminum), and Y (yttrium).
상기 세라믹은, 상기 지르코니아(ZrO2)에 Y2O3, SiO2, TiO2, Fe2O3이 혼합된 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria Stabilized Zirconia)를 포함하는 주형.The method of claim 4,
The ceramic mold includes Yttria Stabilized Zirconia ( YSZ ) in which Y 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , and Fe 2 O 3 are mixed with the zirconia (ZrO 2 ).
상기 제1코팅층의 두께는 0.5mm 내지 1.5mm인 주형.The method of claim 3,
The mold having a thickness of the first coating layer is 0.5 mm to 1.5 mm.
상기 본체의 표면에 상기 본체에 비해 열전도도가 낮은 제1코팅층을 형성하는 과정; 및
상기 제1코팅층 상에 탄소 섬유(carbon fiber)를 포함하는 제2코팅층을 형성하는 과정;을 포함하는 주형의 제조 방법.The process of preparing the main body;
forming a first coating layer having lower thermal conductivity than that of the body on the surface of the body; and
Forming a second coating layer containing carbon fiber on the first coating layer; Method for manufacturing a mold comprising a.
상기 제1코팅층을 형성하는 과정은,
세라믹을 포함하는 제1원료를 마련하는 과정;
금속을 포함하는 제2원료를 마련하는 과정;
상기 제1원료와 제2원료를 혼합하여 제1재료를 마련하는 과정; 및
상기 제1재료를 상기 본체의 표면 상에 용사하는 과정;을 포함하는 주형의 제조 방법.The method of claim 7,
The process of forming the first coating layer,
preparing a first raw material including ceramic;
preparing a second raw material containing metal;
preparing a first material by mixing the first raw material and the second raw material; and
A method of manufacturing a mold including spraying the first material on the surface of the main body.
상기 제1원료를 마련하는데 있어서, 열전도도가 3W/mK 이하인 원료를 함유하도록 마련하고,
상기 제2원료를 마련하는데 있어서, 열전도도가 15W/mK 이하인 원료를 함유하도록 마련하는 주형의 제조 방법.The method of claim 8,
In preparing the first raw material, it is prepared to contain a raw material having a thermal conductivity of 3 W / mK or less,
In preparing the second raw material, a method for manufacturing a mold prepared to contain a raw material having a thermal conductivity of 15 W / mK or less.
상기 제1원료는 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria Stabilized Zirconia)를 포함하고,
상기 제2원료는 Ni(니켈), Cr(크롬), Al(알루미늄), Y(이트륨)을 포함하는 주형의 제조 방법.The method of claim 9,
The first raw material includes stabilized zirconia (Yttria Stabilized Zirconia (YSZ)),
The second raw material is a method of manufacturing a mold including Ni (nickel), Cr (chromium), Al (aluminum), and Y (yttrium).
상기 제1원료를 마련하는데 있어서, Y2O3가 7 wt% 내지 8wt%, SiO2가 0.5 wt% 내지 1 wt%, TiO2가 0.1 wt% 내지 0.3 wt%, Fe2O3가 0.1 wt% 내지 0.3 wt%로 함유되고, ZrO2가 나머지 잔부의 함량으로 함유되도록 조절하고,
상기 제2원료를 마련하는데 있어서, Cr이 19 wt% 내지 22 wt%, Al이 9 wt% 내지 12 wt%, Y이 0 wt% 초과 2 wt% 이하, Ni이 나머지 잔부의 함량으로 함유되도록 조절하는 주형의 제조 방법.The method of claim 10,
In preparing the first raw material, Y 2 O 3 is 7 wt% to 8 wt%, SiO 2 is 0.5 wt% to 1 wt%, TiO 2 is 0.1 wt% to 0.3 wt%, Fe 2 O 3 is 0.1 wt% % to 0.3 wt%, and ZrO 2 is adjusted to be contained as the remaining balance,
In preparing the second raw material, Cr is 19 wt% to 22 wt%, Al is 9 wt% to 12 wt%, Y is more than 0 wt% and 2 wt% or less, and Ni is contained in the remaining balance. A method for manufacturing a mold to be made.
상기 제1원료와 제2원료를 혼합하는데 있어서, 상기 제1원료 함량(A1)에 대한 제2원료의 함량(A2) 비율이 1 : 2 내지 2 : 1가 되도록 혼합하는 주형의 제조 방법.According to any one of claims 8 to 11,
In mixing the first raw material and the second raw material, the mixing ratio of the content (A 2 ) of the second raw material to the content (A 1 ) of the first raw material is 1: 2 to 2: 1 Manufacturing method of the mold .
상기 제2코팅층을 형성하는 과정은,
상기 제1코팅층이 형성된 본체를 가열하는 과정;
C(탄소)를 함유하는 제2재료를 상기 제1코팅층 상으로 분사하는 과정;
상기 제2재료로부터 분해된 C(탄소)를 상기 제1코팅층 표면에 흡착시키는 과정; 및
상기 제1코팅층에 함유된 Ni(니켈)에 의한 촉매 작용으로 C(탄소)를 석출시킴으로써, 상기 제1코팅층 표면에 탄소 섬유를 성장시키는 과정;을 포함하는 주형의 제조 방법.According to claim 10 or claim 11,
The process of forming the second coating layer,
heating the body on which the first coating layer is formed;
spraying a second material containing C (carbon) onto the first coating layer;
Adsorbing C (carbon) decomposed from the second material onto the surface of the first coating layer; and
A process of growing carbon fibers on the surface of the first coating layer by precipitating C (carbon) through a catalytic action of Ni (nickel) contained in the first coating layer;
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