KR890001126B1 - 내화 단열 슬라브 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내화 단열 슬라브

본 발명은 턴디시(tundish)를 내장하는데 사용되는 내화 단열 슬라브 및 이들 슬라브와 이들 슬라브로 내장된 턴디시를 만드는 방법에 관한 것이다.

금속 예컨대 강을 연속주조하는데 있어 용융금속은 레이들로부터 연속헤드 저장소 역할을 하는 소위 턴디시로 불리우는 중간 용기를 경우해 연속 주형내로 흘려보내진다. 이 턴디시는 금속 바닥과 측벽으로 되어 있으며 바닥이나 측벽에는 하나나 그 이상의 노즐 출구가 있다. 이 턴디시 바닥이나 측벽이 용융금속의 작용을 받는 것을 막기위해 턴디시 내부를 비교적 영구적 내장재 주로 벽돌로된 내장재로 내장하는 것이 보통이다. 이 턴디시는 또한 내화 단열 슬라브로 된 소모성 내장재로 내장되어 있을 수 있다. 이것에 대해서는 영국 특허 명세서 1364665에 설명되어 있으며 이것은 아주 유용하다.

본 발명에 따른 턴디시의 소모성 내장에 사용되는 내화단열 슬라브는 슬러리로 형성된 표면(턴디시에서 용융금속과 접하는 곳)과 이와는 상이한 이면으로 구성되어 있으며 이 표면은 산화마그네슘과 유기물이 거의 없는 무기 결합제로 구성되어 있으며 결합 수분 함량이 2중량 %를 넘지 않으며 이면은 내화 충전재 및 결합제로 구성되며 적어도 10AFS(American Foundryman's Society)단위의 통기도를 가지고 있으며 이 표면과 이면은 표면이나 이면 생성도중 서로 결합된다.

본 발명의 슬라브의 표면에 사용되는 산화마그네슘은 사소마그네사이트 (calcin -ed magnesite)와 같이 아주 내화성이 높은 즉 고온에서 소성화된 마그네사이트이다.

본 발명의 슬라브는 용융강이 턴디시를 통과할때 턴디시의 소모성 내장으로 존재하는 본 발명의 슬라브로부터 용융강이 감지될만한 량의 수소를 흡수할 경향이 전혀 없거나 거의 없다는 이점이 있다. 강을 턴디시로 공급하기 전에 그의 수소함량이 허용치까지 감소되도록 용융강을 처리하는 것은 공지되어 있다. 그러나 본 발명에 따르면 강이 턴디시의 소모성 내장재로부터 흡수할지 모르는 수소양이 본 발명의 슬라브를 사용함으로써 감소될 수 있는 것으로 되어 있다.

표면에 유기물질이 거의 없기 때문에 강이 이런 물질로부터 수소를 흡수할 위험이 극소화되었다. 여기서 사용된 ″유기물질″이란 수소함유 유기물질을 의미하는 것이며 표면에 그 또한 유기물질인 예컨대 코우크스와 같은 것은 존재할 수 있다. 표면에 유기물질을 최소로 해줌으로써 강에 의해 흡수될지도 모르는 수소의 공급원 하나를 없애는 것이 된다. 그러나 표면은 슬러리로 형성되며 이 슬러리 형성법은 결합체를 포함한 성분들의 수성슬러리를 통기성 주형내에서 탈수시킨후 얻어진 축축한 것을 가열하여 결합제를 고정시키는 것을 포함하기 때문에 이것이 강에 의해 흡수될 수 있는 수소의 공급원인물이 표면에 존재하게 할 수도 있다. 그러나 슬러리 형성법은 많은 이점을 가지고 있으며 가열시 바람직하게도 약 180℃의 온도를 사용하면 제품내 존재하는 유리 수분함량을 아주 낮은 양으로 줄일 수가 있다. 본 발명의 슬라브 표면은 바람직하게 물을 거의 함유치 않는다.

본 발명의 슬라브의 표면에서 결합된 수분함량은 2중량 %를 넘지 않으며 1%이하인 것이 바람직하며 0.50%인 것이 가장 바람직하다. 또한 본 발명에 있어서 성분들에 따라서는 성분들을 처리하는 과정에서 수화된 물질이 생성되기 때문에 슬러리로 형성된 슬라브는 결합수분을 어느 정도 함유할 수 있다는 것도 알아야 한다. 또한 수화된 물질은 슬러리 형성 슬라브를 건조하고 결합제를 고정시키는데 보통 사용되는 온도인 예컨대 180℃에서는 물론 그 이상에서도 안정할 수 있으며 따라서 슬라브와 접촉되는 용융강에 의해 흡수될 수소를 수화된 물질이 제공해줄 가능성도 있다.

산화마그네슘은 물과 접촉시 수화되어 수산화마그네슘을 생성하여 이것은 온도를 약 415℃로 올려줄때까지 가열로 탈수되지 않는 것으로 공지되어 있다. 그러나 본 발명에 따라 산화마그네슘을 잘 선택함으로써 산화마그네슘을 높은 비율로 슬러리로 형성된 표면에 포함시킬 수 있으며 수화물을 분리하고 물을 제거하기 위해 고온을 사용함이 없이 표면의 결합 수분함량을 그대로 낮게 유지시킬 수 있음을 발견하였다. 표면을 만드는데 사용되는 산화마그네슘은 수화가(hydration value)가 1.7 또는 그 이하인 것이 바람직하며 1.0이하인 것이 더 바람직하며 0.2이하인 것이 가장 바람직하다. 본 명세서에서 언급된 ″수화가″는 시험 물질 샘플을 냉수에 24시간둔 후 잔류물을 180℃에서 4시간 건조하고 건조된 물질의 중량을 단후 다시 건조된 물질을 1000℃에서 항량이 될때까지 가열하여 결정하며, 이때 180℃에서 건조한 후의 중량에 대한 1000℃에서 가열하여 생긴 중량 감소의 비율을 퍼센트로 나타낸 것이다.

산화마그네슘의 수화가를 측정하는 각종 표준측정법이 있다. 예를들면, 영국 표준법 BS 1902, Part1B에는 샘플을 100℃에서 5시간 동안 증기와 접촉시키는 것이 포함되어 있다.

본 발명의 본 방법은 슬러리로 형성된 제품을 제조하고 건조하는데 사용되는 조건들과, 이 표면이 사용중 고온에 접하게 된다는 사실을 고려하여 사용했다.

본 발명의 슬라브의 표면은 75-95중량 %의 충전재로 구성되며 바람직하게는 이의 모두 혹은 대부분이 산화마그네슘으로 구성되는 것이 바람직하다. 산화마그네슘이외의 내화 충전재는 바람직하게는 하나나 그이상의 크로마이트, 알루미나, 규산지르코늄, 감람석, 실리카, 지르코니아 및 고알루미나 알루미노실리케이트이다. 충전재 일부, 예컨대 10중량 %는 혹연 전극 폐품을 분쇄한 것과 같은 탄소질물질 일 수 있으며 이로인해 내식성이 증가되나 열전도성은 약간만 증가된다.

표면은 약1-10중량 %의 내화섬유로 구성되는 것이 바람직하다. 내화섬유는 바람직하게는 알루미노실리케이트 섬유나 칼슘실리케이트 섬유 예컨대 슬라그울로 구성된다. 내화섬유를 1중량 %나 그 이상 함유시키면 표면에 강도와 단열성을 높혀주며 내화섬유를 10중량 %이상 사용하는 것을 피하면 우수한 내식성을 얻는데 도움을 준다.

표면중 무기결합제양은 2-10중량 %인 것이 바람직하다. 무기결합제의 양이 10%를 초과하는 경우 표면은 아주 부서지기 쉬운 약한 것이 된다. 무기결합제는 알칼리 금속실리케이트 예컨대 규산나트륨인 것이 바람직하며 이 경우 SiO₂:Na₂O의 중량비는 2.5-3.7:1인 것이 바람직하며 중량비는 보통 3.35:1로서 이런 물질들은 시중에서 쉽게 구할 수 있다. 이것이 비록 본 발명에서 바람직하긴 하나 알칼리 금속실리케이트 결합제의 단점은 이것이 단층 턴디시 내장 슬라브에 포함되는 경우 건조중 표면으로 이동하는 경향이 있다는 점이다. 알칼리 금속실리케이트 결합제가 10중량 %를 초과하는 경우 결합제가 영구 내화계면으로 이동해 그곳의 농도가 그의 상응하는 미성숙 불량을 수반하는 영구 내화성 물질의 알칼리 공격을 일으킬 정도로 높게 되게 된다.

그러나 본 발명은 표면중의 알칼리 금속실리케이트 결합제의 농도를 비교적 낮게 사용하고 본 발명의 슬라브의 상이한 이면 뒤에 있는 영구 내화물질이 알칼리 공격을 받는 것을 효과적으로 막아주는 상이한 이면을 가지고 있기 때문에 이 문제를 피할 수 있다. 따라서 표면의 결합제의 이동은 이면의 앞쪽까지만 이동하게 되며 영구내화면까지는 가지 않게 된다.

표면은 앞서 언급한 바와같이 3-7중량 %의 알칼리 금속실리케이트로 구성된 것이 바람직하다. 양이 3%미만이 되면 표면의 강도가 기대치보다 떨어지며 7%보다 많으면 표면의 내화성이 감소되고 대기 수분을 상당량 흡수하게 될 수도 있다.

그러나 본 발명의 이면은 표면에 결합제가 3%미만으로 존재할 경우 표면층에 충분한 지지체를 제공해 주도록 조성될 수 있다. 이런 식으로 하게되면 부서지거나 내화성이 떨어지는 일은 생기지 않게 된다. 또한 그렇게 조성된 이면층은 표면층을 설치 및 이동중 기계적 충격으로부터 보호하는 역할도 한다.

알칼리 금속실리케이트외에 표면의 결합제는 결합점토를 바람직하게는 약 5중량%를 넘지않게 함유할 수 있다. 결합점토는 표면층이 고온에 노출될때 특히 표면층이 턴디시중 용융금속 및 슬래그에 노출될때 표면층의 강도를 유지시켜 주는데 효과가 있다.

표면층은 수소함유 유기물질이 거의 없으며 아주 존재하지 않는 것이 바람직하다. 그러나 표면층의 통기도에 따라 이런 물질이 예컨대 유기결합제 및/또는 섬유형태로 만일 0.25중량 %까지는 허용될 수 있다. 만일 생성된 어떤 수소기체가 이면을 통해 빠져나갈 수 있도록 표면이 충분히 다공질이 아닌 경우 수소 흡수의 위험이 생길 수 있다.

표면의 밀도는 1.4-2.0g/cm³인 것이 바람직하다. 밀도가 낮은 경우 내식성이 바라는 수치이하가 되며 그결과 더 두꺼운 표면층이 요구될 수도 있다. 밀도가 너무 높게되면 표면이 용융금속을 처음에 너무 냉각시키는 바람직하지 못한 결과를 낳을 수 있다.

본 발명의 슬라브가 표면외에 표면과는 상이한 이면을 가지고 있기 때문에 이들 성질들이 합해져서 특히 유리한 효과가 얻어질수 있으며 예컨대 이면은 표면보다 통기도가 더 크기 때문에 수소함유 기체가 쉽게 빠져나갈 수 있으며 : 이면은 표면보다 밀도가 낮기 때문에 더 중량이 가벼운 슬라브를 만들어주어 제조, 수송 및 설치시 다루기가 용이하며 : 이면은 소수성이기 때문에 슬라브가 대기로부터 수분을 흡수하는 경향을 감소시키며 : 이면은 표면보다 더 탄성이 크기때문에 턴디시 내장재로 사용시 충격저항성이 더 강하며 : 이면은 표면보다 더 강하기 때문에 본래 더 취약한 표면의 지지체 역할을 해준다.

이면은 내화성 충전재와 결합제로 구성되며 예컨대 90중량 %의 충전재와 5중량 %의 결합제 및 5중량 %의 유기 및/또는 무기섬유로 구성될 수 있다. 충전재는 앞서 표면에서 언급된 것이 사용되나 이면에 탄소질 충전재를 사용하는 것은 이것이 열전도성을 증가시키기 때문에 바람직하지 않다. 사용될 수 있는 기타 충전재에는 실리카 예컨대 실리카분 및 알루미노 실리케이트를 포함한 내화 실리케이트가 포함된다. 내화실리케이트는 예컨대 감람석과 같은 단일 실리케이트이거나 알루미노실리케이트와 같은 복합실리케이트이거나 이들은 광물질이거나 또는 내화점토소분과 같은 재생물질 일 수 있다. 예컨대 퍼얼라이트 및 소성왕겨와 같은 경량 내화 충전재가 이면에 사용될 수도 있다.

이면 결합재는 유기질인 것이 바람직하다. 적당한 유기결합제는 전분 및 예컨대 페놀-포름알데히드 수지 및 요소-포름알데히드 수지와 같은 수지이다. 유지결합제는 그렇지 않은 경우보다 이면에 더 탄성을 준다.

이것은 특히 페놀-포름알데히드수지 결합제인 경우에 타당하다.

이면은 섬유를 함유할 수 있으며 이것은 내화성 및/또는 유기섬유일 수 있다. 적합한 내화섬유는 예컨대 알루미노실리케이트 섬유 및 칼슘실리케이트섬유 예컨대 슬라그울이다. 유기섬유로는 종이가 적합하다. 이면은 60-95중량 %의 내화 충전재, 0-20중량 %의 내화섬유, 0-10중량 %의 유기섬유 및 2-15중량 %의 결합제로 구성되는 것이 바람직하다.

이면층의 통기도는 약 10AFS로서 20AFS이상인 것이 바람직하며 표면층은 5AFS이하인 것이 바람직하다.

이면의 밀도는 0.65-1.4g/cm³인 것이 바람직하다. 밀도가 낮으면 이면은 사용중 압축되어 초기의 우수한 단열성이 바람직하지 못한 정도까지 떨어지게 된다. 밀도가 높으면 이면이 아주 두껍지 않은한 단열성이 충분치 못하게 된다.

표면중 산화마그네슘은 고도로 내화성이나 비교적 고밀도가 되는 경향이 있어 단열효과가 중간 정도 밖엔 되지 않는다. 그러나 좀더 많은 단열 이면을 사용함으로써 전체적으로 우수한 단열성을 가진 슬라브를 얻을 수 있다. 이면의 성질은 우수한 단열성을 제공하도록 쉽게 선택할 수 있으며 예컨대 이면은 표면의 내식성을 가질 필요가 없기 때문에 이면을 저밀도로 해주면 된다.

슬라브는 특히 우수한 단열성을 갖는 것보다 우수한 내식성을 갖는 것이 더 중요하며 따라서 이면은 고밀도이며 바람직하게는 내화 충전재 예컨대 내식성을 높혀주는 산화마그네슘을 포함하는 것이 바람직하다. 이경우 시간이 경과해 표면이 완전히 부식되어 없어진 경우라도 이면에 의해 우수한 내식성이 제공될 수 있게 된다. 사용시, 본 발명의 슬리브의 이면은 어떤 수소함유 물질 중의 수소가 수소함유 기체상태로 배출될 수 있기에 충분할 정도로 곧 뜨거워지며 이들은 표면을 통해 용융금속으로 배출되기보다도 우선적으로 이면을 통해 대기중으로 배출된다. 따라서, 표면이 완전히 부식되어 버리는 경향이 있더라도 이면이 낮은 수소함량으로 있을 필요가 없다.

표면의 기능이 주로 용융금속에 접하는 층의 수소 함량을 낮게 해주는 것이고 이면이 내식성을 주는 것인 경우 표면층은 비교적 얇게 즉 5mm정도가 되며 이면은 비교적 두껍게 예컨대 25mm가 된다. 그러나 표면이 슬라브에 필요한 모든 내식성을 제공하며 이면이 우수한 단열성을 제공하며 내식성이 낮은 경우엔 표면과 이면이 각기 15mm정도로 비슷한 두께를 갖게 된다.

앞서 언급한 바와같이 표면은 슬러리로 형성되며 이것은 성분들의 수성슬러리를 적당한 형태의 통기성 주형내에서 탈수시킨후 이것이 건조되고 결합제가 효과적으로 고정되도록 가열하여 성취할 수 있다. 이어 이면은 슬러리법이나 기타 주물사를 형상화하는데 공지된 방법 예컨대 코어 슈팅법(core shooting)등으로 표면상부에 형성시킬 수 있다. 그러나 이면을 먼저 만든후 표면성분의 수성슬러리를 그위 혹은 아래에 분사하고 이것을 탈수하고 이것을 가열하여 건조시키고 결합제를 표면에 효과적으로 고정되도록 하는 것이 바람직하다. 이면에 사용된 결합제는 실온에서 경화될 수 있는 것일 수 있으며 예컨대 촉매 사용에 의해 경화되는 수지일 수 있다.

본 발명의 슬라브는 턴디시를 통과하는 강이 수소를 거의 혹은 전혀 흡수하지 않도록 하는데 적합한 것이나 다른 원인들 예컨대 턴디시내 강에 노출될 어떤 내화 시멘트중에 존재하는 수분과 같은 것으로부터 강의 수소흡수가 야기될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서 내화 시멘트의 사용을 피하거나 최소로 줄여야 하며 또는 이런 물질들은 턴디시가 사용되기 전에 잘 건조해야 한다.

본 발명은 슬라브 그 자체뿐 아니라 이것을 만드는 방법과 슬라브로 된 소모성 내장재로 내장된 턴디시를 만드는 방법 모두를 포함한다.

본 발명은 하기 실시예로 예시 설명된다.

[실시예 1]

하기 성분들 주어진 양(중량 %)을 가지고 1차 수성슬러리를 만들었다.

성분 %

실리카 분 11

실리카 샌드 80

칼슘실리캐이트 섬유 2.6

종이섬유 2

페놀-포름알데히드수지 3.1

우레아-포름알데히드수지 1.3

슬러리를 통기성 주형내에서 탈수하여 슬라브로 만들었다.

하기 성분들 주어진 양(중량%)을 가지고 2차 수성슬러리를 만들었다.

성분 %

산화마그네슘(수화가 0.12) 88

알루미노실리케이트 섬유 3

보올 클래이 3

2차 슬러리를 1차 슬러리를 탈수하여 얻은 층위의 주형내로 도입시켜 이층을 통해 탈수시켰다. 주형내의 물질을 축축한 두층의 슬라브 상태로 꺼낸후 180℃에서 가열하여 이것을 건조시키고 각층에 결합제가 굳게 했다.

상기와 같이 제조된 두 층의 슬라브는 서로 잘 접촉되어 있으며 용착된 제1층 즉 이면층은 16mm두께와 1g/cm³의 밀도를 가지며 용착된 제2층 즉 표면층은 두께 14 mm와 1.6g/cm³의 밀도를 갖는다. 제1층의 통기도는 35AFS이며 제2층은 5AFS이다.

[실시예 2]

하기 성분들로 2차 수성슬러리를 만드는 것외엔 상기한 실시예 1을 반복했다.

성분 %

산화마그네슘(수화가 1.0) 91.9

알루미노실리케이트 섬유 3.0

폴리에스테르 섬유 0.1

용착된 제1층 즉 이면은 15mm의 두께와 1g/cm³의 밀도를 가지며 용착된 제2층 즉 표면은 두께 15mm와 밀도 1.7g/cm³을 갖는다. 제1층(이면)은 35AFS의 통기도를 가지며 제2층(표면)은 3AFS의 통기도를 갖는다.

Claims (12)

1. 슬러리로 형성된 표면(facing)이 산화마그네슘과 함께 유기물질을 거의 함유치 않는 무기결합제로 구성되며 결합수분함량이 2중량 %를 초과하지 않으며 이면(backi -ng)이 적어도 10AFS단위 이상의 통기도를 가짐을 특징으로 하는 슬러리로 형성된 표면(턴디시내에서 용융금속과 접하는 곳)과 내화성 충전재 및 결합제로 구성된 상이한 이면으로 되어 있으며 상기 표면과 이면이 표면 또는 이면 형성도중 서로 결합되어 있는 턴디시(tundish)의 소모성 내장제로 쓰이는 내화 단열 슬라브.
2. 제1항에 있어서 표면의 산화마그네슘이 고온 소성 마그네사이트임을 특징으로 하는 슬라브.
3. 제1항에 있어서 표면상에 존재하는 총 유기물질이 0.25중량 %를 초과하지 않음을 특징으로 하는 슬라브.
4. 제1항에 있어서 표면의 결합수분 함량이 1중량 %를 초과하지 않음을 특징으로 하는 슬라브.
5. 제4항에 있어서 결합수분 함량이 0.5중량 %를 초과하지 않음을 특징으로 하는 슬라브.
6. 제1항에 있어서 표면이 75-95중량 %의 내화성 충전제로 구성되며 그의 50중량 %이상이 산화마그네슘임을 특징으로 하는 슬라브.
7. 제6항에 있어서 내화성 충전재가 사소마그네사이트와 크로마이트, 알루미나, 지르코늄 실리케이트, 감람석, 실리카, 지르코니아 및 고 알루미나 알루미노실리케이트중 적어도 하나와의 혼합물로 구성됨을 특징으로 하는 슬라브.
8. 제1항에 있어서 표면이 1-10중량 %의 내화성 섬유로 구성됨을 특징으로 하는 슬라브.
9. 제1항에 있어서 무기결합제가 2-10중량 %양으로 표면상에 존재함을 특징으로 하는 슬라브.
10. 제9항에 있어서 무기결합제가 SiO₂:Na₂O의 비가 2.5-3.7:1범위인 알칼리 금속실리케이트임을 특징으로 하는 슬라브.
11. 제1항에 있어서 이면이 유기결합제로 구성됨을 특징으로 하는 슬라브.
12. 제1항에 있어서 표면이 수소함유 물질을 거의 함유하지 않음을 특징으로 하는 슬라브.