KR960000328B1 - 스테인레스강 연속주조용 턴디쉬 내화물 내장구조 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스테인레스강 연속주조용 턴디쉬 내화물 내장구조

제1도는 본 발명이 적용된 턴디쉬의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 턴디쉬 3 : 영구장

4 : 가동충 4a : 1차 코팅재

4b : 2차 코팅재 5 : 턴디쉬 댐

본 발명은 스테인레스강 연속주조용 턴디쉬 내화물 내장구조에 관한 것으로, 특히 스테인레스강 연속주조용 가동충 해체를 용이하게 하며 영구장 내화물을 보호하여 단위강(鋼) 생산을 위한 내화물 소비량을 저감하기 위한 턴디쉬 내화물 내장구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

연속주조법은 용강을 래들에서 턴디쉬를 거쳐 주형에 주입하고 주형내에서 일정한 폭으로 응고된 강을 연속적으로 뽑아내어 강편으로 제조하는 방법으로서, 턴디쉬 내화물은 영구장과 가동층의 바닥부 및 벽체부 그리고 댐(dam) 등으로 구성된다.

영구장 내화물은 설비의 형태를 유지하고 용강 유출을 방지하며 용강의 온도를 보존하기 위하여 사용되며, 재질로서는 고규산질, 샤모트질, 지르콘질, 고알루미나질 내화벽돌 또는 알루미나질 캐스타블 등이 사용되고 있다.

가동층에는 영구장을 보호하고 주조후 지금(skull) 제거를 용이하게 하기 위해 부정형 내화물을 흙손 또는 거닝(Gunning) 분사시공에 의해 영구장위에 코팅시켜 사용하고 있다.

통상 4-5(CH)의 래들로부터 용강을 계속해서 받는 순환이 끝나면 상기 가동층을 해체하고 다시 시공하며 20∼100순환 이후에는 영구장을 수리한다.

종래 턴디쉬 라이닝구조는 1,500℃ 용강에 잘 견딜 수 있는 고비중 마그네시아질 코팅재와 가격이 저렴하며 단열성이 우수한 고규산질 내화벽돌로 구성되는 기본구조와, 고비중 마그네시아질 코팅재 대신에 성형품의 건조후 부피비중(bulk density) 1.80 이하인 저비중 코팅재를 시공하는 구조, 고비중 마그네시아 코팅재와 고규산질 내화벽돌 사이에 알루미나질 코팅재를 시공하는 구조, 영구장으로서 고규산질 내화벽돌 외에 샤모트질, 지르콘질, 고알루미자 내화벽돌 또는 알루미나질 캐스타블 내화물을 사용하는 구조 등으로 이루어져 있었다.

상기 고비중 마그네시아 코팅재와 고규산질 내화벽돌로 구성되는 기본 구조는 주조시 고온의 용강 열이 가동층(고비중 마그네시아 코팅재)을 통해 전열되어 고비중 마그네시아 코팅재와 고규산질 벽돌의 경계부도 매우 고온이 되므로 경계면에 MgO-Al203-SiO2계의 저융점 물질(1.355℃에서 액상 생성개시)이 생성된다. 이 액상으로 인해 코팅재와 영구장이 액상 소결하므로 1순환(가동층 코팅→수강→코팅재 해체) 사용후 해체시 코팅재가 완전히 해체되지 않으므로 물을 뿌려(살수) 코팅제를 소화(Slaking) 붕괴시키는 방법으로 해체하는데 이때 영구장의 열화가 일어나며 살수후에도 완전히 분리가 일어나지 않아 코팅재가 융착된 영구장까지 일부 쪼개내어야 한다.

또한, 코팅재와 영구장의 반응으로 인해 가동층의 내화도가 낮은 성분으로 변화하므로 슬래그에 의한 코팅재의 침식이 가속화되며 영구장까지도 침식이 일어나 영구장 교체수명이 짧다.

상기 고비중 마그네시아 코팅재를 저비중 마그네시아 코팅재로 대체하여 사용하는 구조는 고규산질 벽돌과 코팅재와의 경계면 온도는 다소 낮아 액상생성 개시가 늦지만 고비중 마그네시아 코팅재에 비해 저비중 마그네시아 코팅재는 기공이 많이 형성되어 있어 용강 또는 슬래그의 침투가 쉽고 일단 액상이 형성되면 급격히 수축하므로 1순환 사용 말기에는 고비중 코팅재 사용시에 비해 융착성 및 내식성이 그다지 향상되지 않는다.

또한, 염기성 내화재인 마그네시아 코팅재와 산성 내화재인 고규산질 내화벽돌사이에 중성내화재인 알루미나질 코팅재를 시공한 구조는 위와 같은 결함을 다소 보완해 주지만 큰 효과는 없으며, 특히 스테인레스강 주조시는 점도가 낮은 슬래그와 용강이 마그네시아 코팅재로 침투하기 쉬우므로 알루미나 코팅재에 열전달 양이 커지게 되며 알루미나 코팅재와 영구장의 경계면에서 용액생성에 의한 액상소결이 일어나 영구장 내화룰의 손상이 커지며 해체성도 열악하다.

한편, 영구장으로서 샤모트질, 지르큰질, 고알루미나질 벽돌을 사용하는 것은 영구장에 내화도가 높은 고급내화물을 사용하므로 영구장과 코팅재와의 융착을 방지하며 영구장이 슬래그와 직접 접촉하더라도 높은 내식성을 갖도록 하는 것이다. 그러나 샤모트질, 저급질 고알루미나질은 내침식성 증가효과가 별로 없으며 알루미나 한양이 높은 고알루미나질 벽돌은 내식성이 우수하나 단열효과가 낮고 고가이며 긴급해체시 살수(물을 뿌림)에 의해 스폴링이 일어나기 쉬운 결점이 있다. 지르콘질 내화물은 자체로서는 높은 내식성을 갖지만 알루미나 또는 마그네시아 코팅재와 함께 사용하면 Al203-ZrO2-SiO2계 또는 MgO-ZrO2-SiO2계의 저융점 물질이 생성되며 이 물질은 슬래그 중의 CaO와 반응하여 매우 낮은 온도에서 융액을 형성시키므로 내식성이 열등하며 단열성도 떨어진다.

따라서 최근에는 영구장을 알루미나질 캐스타블 내화물로 시공하는 기술이 개발되어 매우 좋은 효과를 보이고 있다. 알루미나질 캐스타블 내화물은 눈금(目地)이 없으므로 동급의 알루미나질 내화벽돌에 비해 해체성도 용이하며 해체시 손상된 부위나 침식에 의해 손상된 부위를 손쉽게 보수하여 사용할 수 있는 장점이 있으나, 시공설비와 시공공간이 필요하며 기존방법들 중에서는 가장 우수하나, 이 역시 해체성이 열등하며 영구장의 수명도 낮다.

본 발명은 가동층의 해체성이 우수하고 영구장 내화물의 수명을 증대시킬 수 있음은 물론, 댐 재사용율을 증대시킬 수 있는 스테인레스강 연속주조용 턴디쉬 내화물 내장구조를 제공하기 위한 것으로, 산화알루미늄의 함량이 50중량% 이하의 샤모트질 또는 고규산질 내화벽돌을 영구장으로 사용하는 턴디쉬의 영구장 벽돌 위에, 가동층 1차 코팅재로서 성형품의 건조 후 부피 비중이 1.80 이하이며 산화마그네슘 함량이 80중량% 이상인 저비중 마그네시아 코팅재를 7mm 이상의 두께로 시공하고, 상기 가동층 1차 코팅재 위에 가동충 2차 코팅재로서 성형품의 건조후, 부퍼 비중이 2.1 이상이며 산화마그네슘의 함량이 85중량% 이상인 고비중 마그네시아 코팅재를 10mm 이상의 두께로 시공하되, 상기 1,2차 가동충을 포함하는 전체 가동층의 두께가 40mm 이하가 되도록 구성하였다.

본 발명의 영구장 내화벽돌위에 시공하는 가동충 1차 코팅재로서는 성형품의 건조후 부피비중이 1.8 이하이며, 산화마그네슘의 함량이 80중량% 이상인 저비중 마그네시아 코팅재를 사용하여야 하며 시공두께는 7mm 이상이어야 한다.

성형품의 건조후 부피비중이 1.80을 초과하면 단열성이 낮기 때문에 1차 코팅재와 영구장 사이의 계면 온도가 높아 발명의 효과를 기대할 수 없다. 마그네시아질 코팅재를 사용하는 것은 턴디쉬 슬래그에 대한 내침식성이 우수하며 청정강 제조에 유리하기 때문으로 산화마그네슘 함량이 80% 중량 미만이면 슬래그의 침식 및 침투에 대한 저항성이 작으며 사용중 수축으로 인해 단열성을 상실하기 쉽고 코팅재 내의 불순물과 산화마그네슘이 영구장의 산화알루미늄과 실시카 등과 계면에서 낮은 공융점(eutectic point)을 형성하는 복잡한 물질계를 구성하므로 해체성이 열악하다.

시공두께가 7mm 미만이면 충분한 단열성을 기대할 수 없으며 따라서 본 발명의 효과가 발휘되지 않는다.

본 발명의 1차 코팅층위에 시공하는 가동층 2차 코팅재로서는 성형품의 건조 후 부피비중이 2.1 이상이며, 산화마그네슘의 함량이 85중량% 이상인 고비중 마그네시아 코팅재를 10mm 이상의 두께로 시공하여야 한다.

본 발명에 사용하는 마그네시아 코팅재는 흙손 시공 또는 거닝(gunning) 시공이 가능하도록 제조된 것으로, 골재로서 합성 또는 천연산 마그네시아 를링커를 사용하고 결합제로서 알칼리금속 및 알칼리금토금속의 인산염, 극산염 및 붕산염, 인산알루미츰 등을 사용하며 결합보조제(경화제)로서 소석회, 산화마그네슘, 규불화소다, 염화암모늠늄, 염하알루미늄, 불화암모늄, 염화칼슘, 황산칼슘, 크롬슬래그, 마그네슘슬래그, 제1인산알루미늠 등을 사용한 것으로서 부착성을 증진시키기 위해 유기, 무기 섬유를 첨가시킨 것 등 어떤 것을 사용하여도 본 발명의 목적을 달성할 수 있으나, 산화마그네슘 함량이 적정 수준을 유지하는 범위내에서 각종 원료의 배합비가 결정되어야 한다.

특히 2차 코팅재는 용강 및 슬래그와 직접 접촉하는 부위로서 높은 내침식성 및 내열성이 요구되므로 산화마그네슘 함량이 85중량% 이상인 마그네시아 코팅재를 사용하여야 하며 2차 코팅재 성형품의 건조후 부피비중은 2.1 이상이어야 한다.

통상 마그네시아 클링커, 결합제, 경화제, 가소재로 이루어지고 산화마그네슘의 함량이 85중량% 이상인 마그네시아 코팅재는 성형품의 건조후 부피비중이 2.1 이상이다. 골재 원료로서 저급질 천연 마그네시아 클링커를 다량 사용하면 성형품의 건조후 부피비중은 저하한다.

또한 부착성을 향상시키티 위해 유기, 무기질 섬유를 다량 사용하면 성형체의 부피비중이 저하한다. 이외에 저비중화를 도모하기 위하여 경량 다공질 마그네시아 클링커를 사용하기도 한다.

이와같이 하여 만들어지는 저비중 마그네시아 코팅재는 단열성은 우수하지만 슬래그에 대한 내침투성 및 내침식성은 고비중 마그네시아 코팅재보다 열등하며 고온 사용시 수축이 심한 결점이 있다. 따라서 본 발명에서 2차 코팅재로서 성형품의 건조후 부피비중이 2.1 미만인 것을 사용할 경우에는 슬래그의 침투 및 침식을 효과적으로 저지할 수 없으므로 본 발명의 효과를 기대할 수 없다.

2차 코팅재의 시공두께는 10mm 이상이어야 하는데 두께가 그 이하이면 4순환 이상의 조업하에서는 거의 모두 소모되어 영구장과 1차 코팅재간의 융착이 일어난다.

이상과 같은 1차 코팅재와 2차 코팅재로 이루어진 가동층의 총 두께는 40mm 이하이어야 하는데 두께가 40mm를 초과하면 건조중 폭열(explosion ; 수분의 급격한 탈출로 인해 코팅재가 터걱 분화하는 현상)이 발생하거나 수축으로 인해 코팅재가 박리되어 떨어져 나오는 현상이 일어날 수 있다.

이와같은 구성의 본 발명은 점성이 낮은 스테인레스강 슬래그 및 용강과 직접 접촉하는 부위에 고내식성, 고내열성의 고비중 마그네시아 코팅재를 사용하므로서 슬래그 및 용강의 침식, 침투를 제어하며, 영구장과 고비중 마그네시아 코팅재 사이에 어느 정도의 내열성을 가지며 단열성이 우수한 저비중 마그네시아 코팅재를 사용하므로서 저비중 마그네시아 영구장의 계면에서 용액이 생성되지 않는 조건을 만들어 주므로 해체성을 높이게 된다.

또한 영구장과 1차 코팅충 사이의 계면온도를 낮추므로 영구장으로서 내열성이 약간 부족하지만 가격이 저렴하며 단열성이 우수한 고규산질 및 샤모트일 내화벽돌을 사용할 수 있게 한다.

1차 코팅재와 영구장 사이에 소결등에 의한 융착이 없으면 냉각시 코팅제와 내화벽돌의 선팽창율 차이에 의해 틈이 벌어지며 물을 뿌리지 않고도 거의 완전한 해체를 할 수 있으며, 따라서 해체시간이 절감되고 살수에 의한 영구장의 열화도 방지할 수 있다.

또한 턴디쉬 내부에 청정강 제조를 위해 설치되는 댐의 해체도 용이하여 댐의 수명이 다할 때까지 재사용이 가능하다.

[실시예]

스테인레스강 연주용 25톤 용량의 턴디쉬와 90톤 래들을 사용하여 본 발명의 실시예와 비교예에 관한 현장 시험을 각 구조당 2회 실시하였다.

시공은 제1도와 같이 하였으며 코팅재는 흙손시공하였고, 시공구조 및 사용재료와 각 구조의 특성을 표1에 나타내었다.

각 시험 턴디쉬(1)는 래들속의 용강을 200회(CH) 받은 후 영구장(3) 손상량을 용강라인에서(슬래그 라인은 계속 부분 보수를 하므로 비교가 어려움) 측정하였으며 1순환당 평균 수강량은 4회(350톤)이었다. 각 순환 사용 후 가동충(4) 해체시 코팅재(4a),(4b)소모량 및 해체후 코팅재(4a),(4b) 잔량을 측정하였다.

해체후 코팅재(4a),(4b) 잔량은 망치, 정 등을 사용하여 영구장(3)과 융착된 코팅재(4a),(4b)를 제거하지 않은 상태에서 측정하였으며 물을 뿌리지 않은 상태에서 해체율과 물을 뿌린후의 해체율을 측정하였다.

또한 해체시 턴디쉬 댐(5) 회수율을 측정하였다(재생시 회수율은 1순화시 회수율과 2순환시 회수율을 측정하여 %로 표시하였다. 본 발명의 내장구조를 사용함으로써 바람직하게는 2순환까지 턴디쉬 댐을 100% 회수할 수 있다).

표1의 실시예 1-5는 본 발명의 특성 및 두께를 갖는 구조의 턴디쉬 내화물 내장구조이다.

종래예 3,4 및 5에 비해 가동충(4)의 내침식성 및 내침윤성이 우수하고 1차 가동충(4a)과 영구장(3)의 사이의 계면온도가 낮으므로 융착이 일어나지 않아 가동층(4) 해체가 용이하며 댐회수율이 높다. 또한 해체시 영구장(3)의 손상이 적으므로 영구장(3)의 수명을 향상시킬 수 있다. 비교예 1은 1차 코팅재(4a)로서 MgO 순도가 낮은 것을 사용한 것으로서 슬래그 등의 침투가 용이하므로 코팅재(4a)의 해체가 어려워지며 영구장(3)과 코팅재(4a)와의 융착으로 인한 영구장(3) 손상도 심하다.

비교예 2,3은 1차 코팅재(4a)의 비중이 너무 크거나 시공두께가 너무 얇은 것으로 단열 효과가 적어 코팅재(4a)와 영구장(3)의 융착이 심하여 따라서 해체성도 나쁘다.

비교예 4,5,6은 2차 코팅재(4b)의 MgO순도가 낮거나 비중이 작은것 또는 시공두께가 얇은 것으로 침식이 심하며 따라서 1차 코팅재(4a)의 침윤 손상도 크게 되어 해체성 및 영구장(3) 수명이 낮다.

비교예 7은 코팅재(4a),(4b)의 시공두께까 너무 두꺼운 것으로 건조중 폭열이 일어나거나 박리되어 떨어져 나오는 손상이 일어나므로 용강을 받을 수 없다.

비교예 8은 1차 코팅재(4a)로서 고비중 코팅재를 2차 로팅재(4b)로서 저비중 코팅재를 사용한 것으로서, 침식 침윤량이 커서 본 발명의 효과를 기대할 수 없다.

비교예 9,10은 고알루미나 벽돌이나 캐스타볼에서 저비중-고비중 코팅재(4a),(4b)의 2중 시공을 행한 것으로 종래예 1,2에 비해 해체성은 우수하지만 영구장(3) 수명은 거의 동등하며 본 발명은 영구장(3)을 손상시키지 않고 가동충(4) 코팅재(4a),(4b)만으로 최대한의 조업을 행하는 것을 목적으로 하는데 비해 영구장(3)을 고급질로 사용하는 비교예 9,10과, 종래예 1,2의 경우는 영구장(3)도 내장 개념으로 사용하는 영구장, 손상형이므로 본 발명의 기대효과를 충족시키지 못한다.

종래예 3은 고비중 코팅재(4b) 단일 시공의 예로서 코팅재(4b)와 영구장(3)의 사이의 계면온도가 높아 융착이 일어나므로 해체성이 나쁘며 영구장(3)의 수명이 낮다.

종래예 4는 저비중 코팅재(4a) 단일시공의 예로서 침식 및 침윤이 심하여 저비중 코팅재(4a)의 단열성을 상실하므로 해체성 및 영구장(3) 수명 증진의 효과가 없다.

종래예 5는 1차 코팅재(4a)로서 알루미나질 코팅재를 사용하고 2차 코팅재(4b)로서 고비중 코팅재를 사용한 것으로 알루미나질 코팅재(4a)와 영구장(3) 융착으로 인해 영구장(3)의 손상이 크며 1차 코팅재(4a)가 수소화 붕괴하지 않으므로 살수시에도 해체가 어렵다.

[표 1]

이와같이 본 발명에 의한 턴디쉬 내화물 내장구조는 종래의 구조에 비해 가동층의 해체성이 우수하고 영구장과 코팅재의 융착이 적으므로 해체 시간의 절감, 영구장 수명증대, 댐 재사용율 증대 등의 효과가 있으며 1차 코팅층의 단열로 인해 용강온도 저하속도를 늦출 수 있고 저점성 스테인레스용강 및 슬래그 침투와 침식을 효과적으로 저지하여 안정조업을 행할 수 있으며, 또한 비교적 저가의 영구장을 안정적으로 사용할 수 있으므로 경제성도 확보할 수 있는 등의 광범위한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 산화알루미늄의 함량이 50중량% 이하의 샤모트질 또는 고규산질 내화벽돌로 구성된 턴디쉬의 영구장(3) 위에 가동층 1차 코팅재(4a)로서 성형품의 건조후 부피비중이 1.80 이하이며 산화마그네슘 함량이 80중량% 이상인 저비중 마그네시아 코팅재를 7mm 이상의 두께로 시공하고, 상기 가동층 1차 코팅재 위에 가동층 2차 코팅재(4b)로서 성형품의 건조후 부피비중이 2.1 이상이며 산화마그네슘의 함량이 85중량% 이상인 고비중 마그네시아 코팅재를 10mm 이상의 두께로 시공하되, 상기 1,2차 가동층을 포함하는 전체 가동층(4)의 두께가 40mm 이하인 것을 특징으로 하는 스테인레스강 연속주조용 턴디쉬 내화물 내장구조.