KR100321048B1 - Ceramic Lined Copper Nozzle for COREX - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹이 선단에 내장된 코렉스 용융로 노즐에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 코렉스 용융로 노즐내부의 선단에 장착되는 세라믹부재를 BN이나 BN복합재료 또는 SiC나 SiC복합재료로 이루어진 내화조성물로 적용함으로서, 보다 우수한 열충격저항성을 나타내어 기존노즐 대비 긴 수명을 갖는 코렉스 용융로 노즐을 얻고자 하는데 있다.The present invention relates to a Korex smelting nozzle in which ceramic is embedded at the tip, and its object is to apply a ceramic member mounted at the tip of the inside of the corex smelting nozzle to a refractory composition composed of BN or BN composite material or SiC or SiC composite material. By doing so, it is to obtain a Corex melting furnace nozzle having a longer life than conventional nozzles by showing better thermal shock resistance.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노즐구의 선단중앙부에 산소라인과 동축을 유지하면서 일정크기로 함몰 형성된 요홈부의 내주면에 중공형 세라믹부재를 갖고 코렉스 용융로에 산소를 공급하는 노즐에 있어서, 상기 세라믹부재가 0∼90wt%의 ZrO2또는 SiC를 함유하는 BN으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 세라믹이 선단에 내장된 코렉스 용융로 노즐에 관한 것을 요지로 하며, 또한, 본 발명은 상기 세라믹부재가 0-90wt%의 Si를 함유하는 SiC로 이루어진 것임을 특징으로 하는 세라믹이 선단에 내장된 코렉스 용융로 노즐에 관한 것을 그 요지로 한다.The present invention for achieving the above object is a nozzle having a hollow ceramic member on the inner circumferential surface of the recess portion formed in a predetermined size while maintaining coaxial with the oxygen line in the central portion of the nozzle sphere to supply oxygen to the Corex melting furnace, the ceramic member The present invention is directed to a Corex furnace nozzle having a ceramic embedded at the tip, wherein the ceramic member comprises 0 to 90 wt% of ZrO 2 or BN containing SiC. The gist of the present invention relates to a Korex smelting nozzle in which a ceramic, characterized in that it is made of SiC containing Si, is embedded at the tip.
Description
본 발명은 코렉스(COREX) 용융로에 산소를 공급하는 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선단내부에 내화물이 내장되어 있는 코렉스 용융로 노즐에 관한 것이다.The present invention relates to a nozzle for supplying oxygen to a COREX melting furnace, and more particularly, to a COREX melting furnace nozzle having refractory embedded therein.
일반적으로 코렉스 설비는 철광석을 환원시키는 환원로와 환원로로부터 공급된 환원철을 용융시키는 용융로로 대별된다. 환원철을 용융시키는 용융로에는 환원철의 용융을 위해 열원으로 석탄이 사용되고 석탄을 연소시키기 위해 고압의 산소가 용융로 내부로 유입된다. 용융로 내부로 고압의 산소를 유입시키기 위해 용융로 본체에 설치되는 산소노즐은 재질이 구리로 이루어져 있고 냉각수가 노즐내부로 유입되어 노즐을 냉각한 후 다시 배출되는 수냉방식이 채택되어 있다.(도 1 참조)In general, Korex facilities are roughly divided into a reduction furnace for reducing iron ore and a melting furnace for melting reduced iron supplied from the reduction furnace. Coal is used as a heat source for melting the reduced iron, and high pressure oxygen is introduced into the furnace to burn the reduced iron. The oxygen nozzle installed in the main body of the melting furnace to introduce high pressure oxygen into the melting furnace is made of copper, and the cooling water is introduced into the nozzle to cool the nozzle and then discharged again. )
고로(Blast Furnace)의 경우 오랜 역사와 함께 트위어(Tuyere)의 수명을 향상시키기 위하여 여러 가지 연구가 진행되어 왔고 이에따라 트위어의 수명도 향상되었다. 이러한 여러 가지 노력중 트위어의 주조시 표면이 거친 세라믹 기층(Ceramic Substrate), 다공성 세라믹, 또는 세라믹 칩(Ceramic Chip)을 설치하고 그 위에 주물을 부어 트위어 선단부위에 세라믹-금속(Ceramic-Metal)복합재료를 형성시켜 침식 및 마모에 대한 저항성을 향상시킨 경우도 있으나 이 방안은 제조시 세라믹 재질의 크랙현상(Craking) 발생 및 실효성에 문제가 있어 사용되고 있지 않다.(JP 6172834 A, DE 3724995 A)In the case of Blast Furnace, a lot of research has been conducted to improve the life of Tuyere with the long history. Among these efforts, ceramic-metal (Ceramic-Metal) is installed on the tip of the twister by installing ceramic substrate, porous ceramic, or ceramic chip and casting casting on it. In some cases, composite materials are formed to improve resistance to erosion and abrasion, but this method is not used because of problems in the occurrence of cracking and effectiveness of ceramic materials during manufacture (JP 6172834 A, DE 3724995 A).
또한, 주로 내부면이 침식당하는 코렉스 산소 트위어(COREX Oxygen Tuyere)와는 달리 고로 에어 트위어(Air Tuyere)는 트위어의 외부표면이 손상된다. 이러한 침식현상을 억제하기 위하여 고로 트위어의 상부 외부 표면에 세라믹 재질을 열전달성이 우수한 접착제를 이용하여 부착시키고 선단부위는 접착제를 이용하여 세라믹 플러그(Ceramic Plug)를 끼워 넣는 방안을 강구하였다. 그러나 이 방안은 조업조건에 이상이 발생하여 트위어가 고온으로 가열될 때 접착제의 용융현상에 의해 세라믹 플러그가 탈착되어 유실될 가능성이 높고 열충격에 의해 볼트에 의해 체결된 부위의 크랙현상으로 트위어의 외부에 장착된 세라믹스가 탈착될 가능성이 높다.(GB2236169 A, JP 62151505 A)In addition, unlike the Corex Oxygen Tuyere, where the inner surface is eroded, the Air Tuyere is damaged. In order to suppress this erosion phenomenon, a ceramic material was attached to the upper outer surface of the blast furnace tween using an adhesive having excellent heat transfer, and a tip was inserted into the ceramic plug using the adhesive. However, this solution is more likely to lose the ceramic plug due to the melting of the adhesive when the tweezer is heated to a high temperature due to abnormal operation conditions, and it is likely to be cracked by the cracks in the part fastened by the bolt due to thermal shock. Externally mounted ceramics are likely to desorb. (GB2236169 A, JP 62151505 A)
또한, 선단부위에 세라믹 보호관이 장착된 세라믹 파이프(Ceramic Pipe)를 나사산에 의해 금속 랜스파이프(Metallic Lance Pipe)에 접합시키고 이 금속랜스파이프를 트위어 내부로 삽입하여 고정하는 방법이 고안되었는데 이는 세라믹 보호관 및 금속 랜스파이프가 요구되는 등 비교적 다량의 부품과 결합공정이 요구되고 여러개의 결합공정은 부품파손의 확률을 높이는 단점이 있다.(JP 2118010 A)In addition, a method has been devised to join a ceramic pipe with a ceramic sheathing tube at the distal end to a metal lance pipe by threading and insert the metal lance pipe into the tweezer to fix the ceramic pipe. And a relatively large amount of parts and a joining process are required, such as a metal lance pipe, and a number of joining processes have the disadvantage of increasing the probability of component breakage. (JP 2118010 A)
한편, 고로 트위어 내부 선단에 알루미나(Alumina)와 산화크롬(Chromium Trioxide(Cr2O3))이 주성분인 링(Ring)형태의 세라믹을 장착하여 단열효과를 극대화한 발명품은 순산소 조업을 하는 코렉스의 경우에는 적합하지 못하다.(JP1240608 A)On the other hand, the invention that maximizes the thermal insulation effect by installing a ring-shaped ceramic composed mainly of alumina and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) on the inner tip of the blast furnace twi This is not suitable in the case of Korex. (JP1240608 A)
또한, 고로 트위어의 수명을 향상시키기 위하여 알루미나, 질화보론(Boron nitride), 탄화크롬(Chromium Carbide), 서맷(Cermet)등을 고로 트위어 외부에 일정 두께로 코팅(Coating)을 하는 경우에는 고가의 코팅장비가 요구될 뿐 아니라 두께가 얇아 침식저항성 증대효과가 의심된다. 또한, 다층의 코팅이 요구될 경우가많아 제조공정 또한 복잡해지는 단점이 있다.(JP 59047306 A, JP 59164711 A, JP 55141566 A, BE 881985 A, DE 2820699 A, BR 7802975 A 등)In addition, in order to improve the service life of the blast furnace, it is expensive to coat alumina, boron nitride, chromium carbide, cermet, etc. with a certain thickness on the outside of the blast furnace. Not only coating equipment is required but also its thickness is suspected of increasing erosion resistance. In addition, there are many cases where a multi-layer coating is required, and thus the manufacturing process is also complicated. (JP 59047306 A, JP 59164711 A, JP 55141566 A, BE 881985 A, DE 2820699 A, BR 7802975 A, etc.)
한편, 고로 트위어의 내부에 Si3N4, SiC, Al2O3등의 세라믹라이너(Ceramic Liner)를 삽입하고 트위어의 내벽과 세라믹라이너(Ceramic Liner)의 사이의 갭(Gap)을 내화재료(Castable Material)로 충진하는 경우 세라믹라이너와 트위어의 내벽과의 접착력이 기계적 결합대비 낮을 뿐 아니라 급열, 급냉이 지속적으로 반복되는 코렉스 공정의 경우(고로의 경우 급열, 급냉등의 온도변화가 거의 없고 트위어를 한번 장착하면 일정온도에서 지속적으로 사용함) 세라믹라이너의 연속되는 열팽창, 수축에 의해 탈락이 우려된다. 또한, 내화재료의 건조 및 가열공정도 추가되므로 제작공정이 길어 지는 단점이 있다.(JP 58189312 A)Meanwhile, ceramic liners such as Si 3 N 4 , SiC, and Al 2 O 3 are inserted into the blast furnace, and a gap between the inner wall of the twister and the ceramic liner is fireproofed. In case of filling with castable material, the adhesion between ceramic liner and inner wall of tweezer is not only lower than that of mechanical coupling, but also in the case of Korex process where rapid and rapid quenching is repeated. Almost no, it is used continuously at a certain temperature when the tweezer is installed once.) It may be eliminated by the continuous thermal expansion and contraction of the ceramic liner. In addition, the drying and heating process of the refractory material is added, so there is a disadvantage that the manufacturing process is lengthened. (JP 58189312 A)
또한, 이러한 노즐 침식현상은 구리노즐(Copper Nozzle) 내부에 설치되어 있는 냉각수 라인까지 진행되어 냉각수의 유출을 야기시키고 최종적으로 용융로 내부로의 냉각수 유입을 유발하여 돌발적인 조업중단을 야기시킨다.In addition, the nozzle erosion proceeds to the cooling water line installed inside the copper nozzle, causing the leakage of the cooling water and finally causing the cooling water to flow into the melting furnace, causing an unexpected shutdown.
따라서, 용융온도가 높고 고온의 용융물에 대한 침식저항성이 구리 대비 우수한 알루미나질 세라믹스를 구리 노즐의 선단부위에 장착시킨 트위어가 개발되었다.(대한민국 특허출원번호 1998년 제 36587호)Therefore, a tweezer has been developed in which alumina ceramics, which have a high melting temperature and excellent erosion resistance to a hot melt, are mounted on the tip of a copper nozzle (Korean Patent Application No. 199887 No. 36587).
그러나, 코렉스에서 발생하는 슬래그(Slag)의 경우 다량의 FeO를 함유하고 있어 알루미나 대비 코렉스 용융슬래그에 대한 침식저항성이 우수한 세라믹을 도 2와 같이 선단부위에 장착할 시 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 알루미나질 세라믹스 대비 열충격저항성 및 고온 슬래그에 대한 침식저항성이 향상된 세라믹재질을 구리 노즐의 선단부위에 장착하여 구리 노즐의 수명을 향상시킨 노즐용 내화조성물이 개발되었다.(대한민국 특허출원번호 98년 54690호)However, the slag generated in Corex contains a large amount of FeO, so that the ceramic having superior erosion resistance to Corex melt slag compared to alumina can be improved when the ceramic is mounted on the tip portion as shown in FIG. 2. Therefore, a refractory composition for nozzles having improved life of copper nozzles was developed by mounting a ceramic material having improved thermal shock resistance and erosion resistance to hot slag compared to alumina ceramics at the tip of the copper nozzle. (Korean Patent Application No. 98, 54690 number)
하지만, 한민국 특허출원번호 98년 54690호에 명시된 세라믹 재질을 구리 트위어의 선단부에 장착할 때 침식저항성은 향상될 수 있으나 환원분위기를 나타내는 화염이 트위어의 선단내부에서 착화되었을 때 열충격이 세라믹에 가해지는데, 이는 세라믹의 파손을 야기할 가능성이 높다. 따라서, 보다 우수한 열충격저항성을 갖는 재질이 요구된다.However, when the ceramic material specified in the Korean Patent Application No. 54690 No. 98 was mounted on the tip of a copper tweezer, the erosion resistance can be improved, but when the flame indicating the reducing atmosphere is ignited inside the tip of the tweezer, the thermal shock is applied to the ceramic. Which is likely to cause breakage of the ceramic. Therefore, a material having better thermal shock resistance is required.
이에, 본 발명자들은 상기 요구에 부응하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 대한민국 특허 출원번호 1998년 제36587호에 명시되어 있는 방안을 적용할 때 사용되는 세라믹부재를 BN이나 BN복합재료 또는 SiC나 SiC복합재료로 이루어진 내화조성물로 적용함으로서, 보다 우수한 열충격저항성을 나타내어 기존노즐 대비 긴 수명을 갖는 코렉스 용융로 노즐을 얻고자 하는데, 그 목적이 있다.Accordingly, the present inventors have repeatedly conducted research and experiments to meet the above demands, and propose the present invention based on the results, and the present invention is applicable to the method specified in Korean Patent Application No. 199887 By applying the ceramic member used as a fireproof composition consisting of BN or BN composite material or SiC or SiC composite material, it is possible to obtain a Corex melting furnace nozzle having a longer life than conventional nozzles by showing better thermal shock resistance. .
도 1은 일반적인 코렉스 용융로용 노즐을 도시한 종단면도Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a nozzle for a typical Korex melting furnace
도 2은 세라믹부재가 단부에 설치된 노즐을 도시한 단면도2 is a cross-sectional view showing a nozzle in which a ceramic member is provided at an end thereof;
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1...노즐 2...노즐본체1 ... Nozzle 2 ... Nozzle Body
3...노즐구 4...산소라인3 nozzles 4 oxygen lines
5...냉각수라인 6...세라믹 부재5.Cooling water line 6 ... Ceramic member
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노즐구의 선단중앙부에 산소라인과 동축을 유지하면서 일정크기로 함몰 형성된 요홈부의 내주면에 중공형 세라믹부재를 갖고 코렉스 용융로에 산소를 공급하는 노즐에 있어서, 상기 세라믹부재가(a) BN 또는(b) 90wt%이하의 ZrO2를 함유하는 BN 또는(c) 90wt%이하의 SiC를 함유하는 BN으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 세라믹이 선단에 내장된 코렉스 용융로 노즐에 관한 것이며,또한, 본 발명은 상기 세라믹부재가(a) SiC 또는(b) 90wt%이하의 Si를 함유하는 SiC로 이루어진 것임을 특징으로 하는 세라믹이 선단에 내장된 코렉스 용융로 노즐에 관한 것이다.The present invention for achieving the above object is a nozzle having a hollow ceramic member on the inner circumferential surface of the recess portion formed in a predetermined size while maintaining coaxial with the oxygen line in the central portion of the nozzle sphere to supply oxygen to the Corex melting furnace, the ceramic member A ceramics comprising tip of (a) BN or (b) BN containing 90 wt% or less of ZrO 2 or (c) BN containing 90 wt% or less of SiC. In addition, the present invention relates to a Korex smelting nozzle in which a ceramic is embedded at the tip, characterized in that the ceramic member is made of SiC containing Si (a) SiC or (b) 90 wt% or less.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 코렉스(COREX) 용융로에 산소를 공급하는 노즐에 관한 것으로, 특히 노즐에 적용되는 내화조성물(세라믹부재)에 관한 것이다. 상기 세라믹부재는 노즐에 있어 노즐구의 선단중앙부에 결합되어 침식억제에 기여한다.The present invention relates to a nozzle for supplying oxygen to a COREX melting furnace, and more particularly to a refractory composition (ceramic member) applied to the nozzle. The ceramic member is coupled to the tip center portion of the nozzle in the nozzle to contribute to the erosion suppression.
본 발명에서는 상기 세라믹부재의 재질로서,(a) BN 또는(b) 90wt%이하의 ZrO2를 함유하는 BN 또는(c) 90wt%이하의 SiC를 함유하는 BN를 제시한다.상기 ZrO2또는 SiC를 함유하는 BN 그리고 순수한 BN은 열충격성이 우수한 재질로서, 이를 코렉스용 노즐(트위어)에 적용함으로서 우수한 열충격 저항성을 얻을 수 있는 것이다.In the present invention, as the material for the ceramic member, (a) presents a BN or (b) BN or (c) BN containing SiC less than 90wt% which contains ZrO 2 of 90wt% or less. The ZrO 2 or SiC BN containing and pure BN is a material having excellent thermal shock, and by applying it to a nozzle for Corex (Twier), excellent thermal shock resistance can be obtained.
상기 BN의 함량이 10%미만이 되면 열충격저항성이 저하하여 목적하는 바를 달성할 수 없는 것이다.When the content of the BN is less than 10%, the thermal shock resistance is lowered to achieve the desired purpose.
상기 ZrO2또는 SiC를 함유하는 BN 그리고 순수한 BN은 순도가 90%이상인 것이 바람직하다. 즉, 부가적으로 MgO, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3와 같은 산화물과 통상의 첨가제가 함유될 수도 있는데, 이들 산화물과 첨가제는 상기 세라믹부재의 10%이내인 것이 바람직하다.The BN containing the ZrO 2 or SiC and the pure BN is preferably at least 90% purity. That is, additionally, oxides such as MgO, CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 and the usual additives may be contained, and these oxides and additives may be 10% of the ceramic member. It is preferable to be within.
또한, 본 발명에서는 상기 세라믹부재의 재질로서,(a) SiC(b) 90wt%이하의 Si를 함유하는 SiC를 제시한다.상기 Si를 함유하는 SiC 그리고 순수한 SiC는 열충격성이 우수한 재질로서, 이를 코렉스용 노즐(트위어)에 적용함으로서 우수한 열충격 저항성을 얻을 수 있는 것이다.In addition, the present invention provides a material of the ceramic member, (a) SiC (b) SiC containing Si of 90wt% or less. SiC containing Si and pure SiC is a material excellent in thermal shock, It is possible to obtain excellent thermal shock resistance by applying to a nozzle for Corex (Twier).
상기 SiC의 함량이 10%미만이 되면 Si의 함량이 너무 많아져 융점이 낮아져 산화저항성이 열화되는 문제가 있다.If the content of SiC is less than 10%, the content of Si is too high, the melting point is lowered, there is a problem that the oxidation resistance is deteriorated.
상기 Si를 함유하는 SiC 또는 순수한 SiC는 순도가 90%이상인 것이 바람직하다. 즉, 부가적으로 MgO, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3와 같은 산화물과, 통상적인 첨가제가 함유될 수도 있는데, 이들 산화물과 첨가제는 상기 세라믹부재의 10%이내인 것이 바람직하다.SiC containing Si or pure SiC is preferably 90% or more in purity. That is, additionally, oxides such as MgO, CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3, and conventional additives may be contained. It is preferable to be within%.
상기한 바와 같은 본 발명의 세라믹 재질은 기존(대한민국 특허출원98-36587호 포함)에 알려진 적용가능한 모든 형태의 노즐에 적용할 수 있다.The ceramic material of the present invention as described above can be applied to all types of nozzles known in the prior art (including Korean Patent Application No. 98-36587).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예 1Example 1
하기표 1에 제시한 조성으로 코렉스 용융로 노즐(노즐내경 26mm) 선단에 내장할 수 있는 세라믹부재를 제조하였다.To prepare a ceramic member that can be embedded in the tip of the corex fusion furnace nozzle (nozzle diameter 26mm) with the composition shown in Table 1.
제조된 세라믹부재를 CO가스와 O2가스가 혼합되어 발생된 불꽃을 노즐 선단 내부로 30초 동안 유입시키는 실험을 20회 반복하였다. 이같은 반복실험시 노즐선단에 장착된 세라믹부재들의 열충격에 의한 파괴여부를 관찰하였으며, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.The experiment was repeated 20 times in which the flame produced by mixing the manufactured ceramic member with CO gas and O 2 gas was introduced into the nozzle tip for 30 seconds. During such repeated experiments, it was observed whether the ceramic members mounted on the nozzle tip were destroyed by thermal shock, and the results are shown in Table 2 below.
상기표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 BN, BN-ZrO2계 복합재료, BN-SiC계 복합재료, SiC 및 SiC-Si계 복합재료를 노즐에 적용한 발명재(1∼17)의 경우는 기존의 알루미나 재질 및 MgO-Cr2O3계 재질에 비하여 높은 열충격저항성을 보였다.As can be seen in Table 2, the invention material (1 to 17) of the BN, BN-ZrO 2 based composite material, BN-SiC based composite material, SiC and SiC-Si based composite material of the present invention is applied to the nozzle The case showed higher thermal shock resistance than conventional alumina and MgO-Cr 2 O 3 -based materials.
상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 기존의 재질 대비 열충격저항성이 높은 재질의 세라믹부재를 도 2에 도시된 것과 같이 구리(Copper)노즐에 접합하여 코렉스 용융로 산소노즐로 사용하면, 기존 노즐 대비 수명이 연장되어 코렉스 설비의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, when a ceramic member of a material having a higher thermal shock resistance than the conventional material is bonded to a copper nozzle as shown in FIG. It can be extended to improve the productivity of the Korex facility.
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