KR870002163B1 - 야금용 용기의 일체구조 보호층 및 그 보호층을 적층시키는 방법 - Google Patents

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Description

야금용 용기의 일체구조 보호층 및 그 보호층을 적층시키는 방법

도면은 가압공기의 도움으로 턴디시(tundish)의 작업 라이닝(working lining)위에 일체구조의 내화성 보호층을 적용시키는 바람직한 방법을 예시한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 턴디시 16 : 형(mould)

18 : 형외측 표면 20 : 턴디시 내측 표면

22 : 공극 34 : 공급 탱크

36 : 입상 내화성 혼합물 42 : 압축공기 탱크

본 발명은 야금용 용기를 위한 새로운 내화성층, 특히 턴디시(tundish)를 위한 보호층 및 그러한 용기내에 그 보호층을 적층시키는 방법에 관한 것이다.

강을 연속주조할 때, 용융강은 래들(ladle)에 의하여 제강용 용기로부터 턴디시에 옮겨지며, 그 턴디시로부터 용융강이 주형에 일정하게 공급된다. 그러한 연속공급은 내화벽돌과 같은 것으로 라이닝되어 있는 턴디시로서, 그 바닥에 1내지 5개의 노즐이 위치하는 턴디시내에 용융강을 모아둠으로써 달성된다. 턴디시는 용융강이 냉각되어 주입되는 동안에 고화되어 노즐이 막히게 되거나, 고화된 강이 라이닝에 부착되는 경향을 최소로 하기 위하여 사용하기 전에 약 1000℃내지 1300 ℃로 가열시키는 것이 일반적이다. 주입이 끝나면, 턴디시중에 잔류하는 슬랙(slag) 또는 고화된 강은 라이닝으로부터 긁어내고, 라이닝의 부식된 부분은 보수한다. 라이닝은 용융강과 슬랙에 의하여 침식당하기 쉬우므로, 턴디시의 재라이닝이 빈번하게 필요하게 되고, 따라서 시간과 노력 및 내화성 재료를 크게 소비하는 결과로 된다.

턴디시 라이닝의 유효수명을 연장시키기 위해서는 흙손도장 재료나 또는 래킹 시이트(lagging sheet)를 사용하여 라이닝을 보호층으로 피복하는 방법이 현재 행하여지고 있다. 이 보호층은 작업 라이닝에 잘 부착되어야 하며, 용융강 슬랙에 대하여 강력함과 동시에 불투과성인 것이어야 한다. 또한, 그 층은 라이닝에 손상을 주는 일이 없이 슬랙 또는 고화된 강을 용이하게 제거할 수 있도록 주입 완료후, 턴디시 중에 잔류하는 슬랙 또는 고화된 강의 바로 뒤에서 박리되기 쉬운 성질을 가지고 있어야 한다. 이 성질은 보통 붕괴성이라고 이른다.

보호층에 쓰이는 흙손 도장용재료는 일반적으로 마그네시아, 알루미나, 또는 알루미나-실리카를 기재로 하는 내화성 골재이다. 재료는 간단히 물을 사용하여 슬러리 형태로 하여 턴디시 라이닝의 표면에 흙손으로 도포된다. 그러나, 그러한 작업은 시간, 기술 및 노력을 상당히 필요로 한다. 더우기 그 결과 얻어진 보호층은 상당량의 물을 함유하며, 절연성이 좋지 않다. 그와같은 보호층을 가진 턴디시는 내화성 라이닝만이 있는 턴디시의 경우와 마찬가지로 사용전에 그의 온도가 약 1000℃-1300℃로 될때까지 2-5시간 예열하지 않으면 안된다. 그러한 예열은 에너지 절약의 관점에서 바람직스럽지 않다.

래깅시이트는 절연 패널 또는 턴디시 판이라고 부르는 수도 있으나, 일반적으로 내화성 골재, 섬유질 재료 및 열경화성 수지를 물 또는 다른 액체에 넣은 슬러리로부터 제조된다. 슬러리는 여분의 액체를 흘려 따라내어 제거하면 시이트로 성형되며, 이어서 그 시이트를 오븐에서 건조시켜 수지를 경화시킨다. 래깅은 내화성 라이닝위에 부착되는데, 인접하는 시이트 사이의 이음부는 모르타르와 그 이음부에 부착된 래깅 재료의 띠와의 조합물로 채워지고 못으로 고정된다.

래깅은 양호한 절연성이 있고, 통상 사용전에 단지 약 500℃의 온도로 가열하면 되므로, 흙손 도장법에 의한 것보다 상당한 에너지 절약을 실현할 수 있다. 그러나, 래깅의 부착은 어렵고 시간이 걸리며, 더구나 래깅은 부식되기 쉬운데, 이음부에서는 더욱 그러하다.

따라서, 본 발명의 주목적은 야금용용기를 위한 내화성층, 특히 턴디시의 보호층과, 종래 기술의 결점이 해소된 그의 적층방법을 제공하고자 함에 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 야금용용기내에 일체로 된 내화층을 적층하는 방법에 있어서 용기의 내측표면의 형상에 실질적으로 일치하는 외측 표면을 가진형을 이 형의 외측표면과 용기 내측표면의 사이에 실질적으로 균일한 공극이 주어지도록 용기내에 배치하고, 그 공극을 70중량% 이상의 내화성 골재, 0.5중량% 이상의 열경화성 수지, 0.5중량% 이상의 무기결합제 및 보조첨가제를 함유하는 실질적으로 건조된 입상(粒狀) 혼합물로 가압기체의 도움을 받아 채우고, 그 혼합물을 가열하여 수지를 경화시키고, 이어서 그형을 꺼내는 것으로 이루어진 내화층의 적층방법이 제공된다.

본 발명의 바람직한 구체적인 예에 있어서, 내화성 골재는 수지로 피복되는 한편, 혼합물은 최대입경이 5mm인 내화성 골재 70-99중량 %, 수지 0.5-20중량 % 및 무기결합제 0.5-10중량 %로 이루어지는데 그 경우 혼합물은 보조첨가제로서 0.5-10중량 %의 무기 수화물을 포함할 수도 있다. 이 혼합물은 또한 바람직하게는 보조첨가제로서 길이가 5-15mm인 섬유를 10중량 % 이하를 더 포함할 수도 있다. 내화물은 사소(死燒)마그네시아인 것이 좋으나, 수지는 페놀-포름알데히드 수지로서 약 150-250℃의 온도에 경화되는 것이 좋다. 상기공극을 채우기 위한 상기 혼합물의 도입은 가압기체, 예컨대 가압(압축) 공기의 도움을 받는 것이 편리하지만, 그 층은 턴디시의 보호층으로서, 그 두께는 약 10-50mm인 것이 좋다.

본 발명은 또한 수지로 결합된 입상의 내화성 골재로 된 일체 구조층으로서, 최대입경이 약 5mm인 서소 마그네시아 70-99중량 %, 열경화성수지 0.5-20중량 %및 무기 결합제 0.5-10중량 %로 이루어진 턴디시의 보호층인 일체구조층을 가직 야금용 용기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 신규한 특징 및 잇점은 최상의 실시상태를 나타내는 도면과 관련한 다음의 기재를 읽음으로써 명백하게 될 것이다.

첨부 도면은 일체로된 내화성 보호층을 적층하는데에 도움을 주기 위한 가압공기를 사용하여 턴디시의 작업 라이닝위에 상기 보호층을 적층시키는 바람직한 1방법을 개략적으로 묘사한 도면이다.

내화성 벽돌 또는 주조물과 같은 작업 라이닝(14)를 가진 강제(鋼製)외각(12)가 있는 턴디시(10)에 이러한 바람직한 방법에 의하여 보호층을 적층시키기 위해서는, 턴디시(10)의 내측표면(20)에 실질적으로 일치하는 외측표면(18)을 가진 연강판제의 형(16)을 사용한다.

도시된 바와같이, 형(16)을 턴디시(10)내에 형외측표면(18)과 턴디시 내측표면(20)의 사이에 실질적으로 균일한 공극(22)가 형성되도록 배치한다. 공극(22)는 약 5-100mm이면 되지만, 통상 10-50mm가 적당하다. 공급(22)는 실질적으로 균일하지만, 용융강이 래들로부터 주입되는 턴디시(10)의 단부의 둑(extreme wear)과 같은 영역에서는 약간 더 크게하여도 된다. 예컨대 공극(22)는 실질적으로 30mm이면 되지만, 높은 단부의 둑의 영역에서는 50-60mm 정도의 크기라도 좋다.

형(16)에는 통풍공(24)와 도시하지 않은 전기적 또는 연소가스에 의한 가열소자가 마련되어 있다. 형(16)에는 도입관(26)이 부착되어 있고, 그 도입관에는 자동밸브(28)이 장치되어 있으며, 그것은 호오스(30)의 일단에 접속된다. 호오스(30)의 타단은 밸브(32)를 경우하여 건조한 입상의 내화성 혼합물(36)이 들어있는 공급탱크(34)의 저부와 결합되어 있다. 공급 탱크(34)는 밸브(38) 및 (40)을 통하여 공기탱크(42)에 결합되어 있고, 그 공기탱크는 도시되지 않은 압축공기 공급원에 접속된다. 공기 탱크(42)는 밸브(44)를 통하여 밸브(32)의 바로 하향류쪽의 호오스(30)에도 연결된다.

보호층을 형성하기 전에, 턴디시의 내측표면(20) 및 또는 형(16)을 약 150-250℃로 가열하는 것이 좋다. 밸브(38)과 (40)을 열어서 공기압을 공급탱크(34)에 가한다. 이어서, 자동밸브(28)및 밸브(32), 그리고 동시에 밸브(44)를 열어서 내화성 혼합물(36)을 공급탱크(34)로부터 방출시키고, 공기 탱크(42)로부터 호오스(30)을 통하여 압축공기를 공급(22)에 보낸다. 공급(22)가 내화성 혼합물(36)으로 채워지자 마자 자동밸브(28)이 닫히는데, 그 채움에 필요한 시간은 통상 5분도 못된다. 이어서, 형(16)을 가열하거나 또는 미리 예열하여 100-300℃, 바람직하게는 150-250℃로 보온시켜서, 공극(22)중의 내화성 혼합물(36)에 포함되어 있는 수지를 경화시킨다. 다음에 형(16)을 꺼내면, 작업 라이닝(14) 위에 공극(22)의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 가지며 이음부가 없는 일체구조의 내화물층이 생긴다.

내화성 혼합물(36)은 적어도 70중량%의 내화성 골재와 0.5중량% 이상의 열경화성 수지를 함유한다. 입상의 내화성 골재는 사소 마그네시아, 사소 돌로마이트, 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 알루미나-실리카를 기재로 하는 내화물과 같은 보통의 내화물로부터 선택된다. 사소 마그네시아가 바람직하다. 왜냐하면, 사소 마그네시아는 용융강에 가장 적게 포함되기 때문이다. 내화성 골재는 70중량% 이상이 필요한데, 그 까닭은 그 양 이하로 되면 얻어지는 보호층의 용융강과 슬랙에 대한 저항성이 현저히 감소되기 때문이다. 이 골재의 90중량% 이상의 최대입경이 5mm인 것이 바람직하다. 그것보다 큰 입경의 골재는 용융강 및 슬랙에 의한 침투를 방지하는데 충분할만큼 보호층을 균일하게 할 정도로 충분한 자유유동성을 갖지 못하게 한다.

내화성 혼합물(36)의 열경화성 수지는 일체구조의 보호층을 만들때의 결합제로서 작용한다. 알키드, 아릴, 아미노(멜라민 및 요소), 에폭시, 페놀, 폴리에스테르, 실리콘 또는 우레탄 수지 외에, 이들의 조합물 및 변성 생성물과 같은 어떠한 열경화성 수지라도 사용될 수 있다. 약 150-180℃의 경화온도를 가진 페놀-포름알데히드 수지가 바람직하다. 혼합물의 수지 함유량은 0.5중량% 이상이어야 한다. 왜냐하면, 그 함유량이 상기 양보다 적으면, 소정의 강도를 갖는 보호층을 얻을수 없기 때문이다. 최대 수지 함유량은 20중량%인 것이 좋다. 왜냐하면, 이 함량을 넘으면, 용융강 및 슬랙에 대한 저항성이 낮은 보호층이 형성되기 때문이다. 수지는 혼합물의 1-4중량%인 것이 더욱 바람직하다. 수지는 내화성 골재와의 균일한 혼합물이 얻어지는 한, 그 혼합물 중에 그 혼합물의 분리된 입상성분으로서 존재하여도 좋다. 그러나, 수지는 내화성 입자의 긴밀하고 균일한 결합이 보장되도록 내화성 골재에 피복되는 것이 좋다.

내화성 혼합물(36)은 또한 입상무기 결합제를 함유하는 것이 바람직하다. 무기 결합제의 목적은 500-800℃의 온도범위에서 내화성 골재 입자간에 강고한 결합이 보장되도록 하기 위한 것이다. 왜냐하면, 이들 온도에서, 수지는 탄화되어 그의 결합능력을 잃게되며, 작업 라이닝으로부터 보호층이 쉽게 벗겨지는 결과를 초래하기 때문이다. 무기 결합제는 규산의 알칼리 금속염(예컨대, 규산나트륨 또는 규산칼륨), 붕산염(예컨대, 붕사), 인산염(예컨대, 헥사메타인산나트륨, 폴리 인산나트륨 및 나트륨 또는 암모늄의 일염기 인산염)과 같은 내화물을 위한 보통의 결합제 중에서 선택될 수 있다. 무기 결합제는 그 사용시에 혼합물의 0.5-10중량%의 양으로 존재한다. 무기 결합제 함유량이 0.5중량% 이하이면, 얻어지는 보호층은 상승된 온도에서 소정의 강도를 얻을 수 없고, 10% 이상의 함유량에서는 보호층이 용융강 및 슬랙에 대하여 충분한 저항성을 갖지 못하고, 그의 붕괴성은 저하된다. 무기 결합제 함유량은 혼합물의 1-5중량%인 것이 좋다.

만약에 내화성 혼합물(36)이 무기 결합제를 함유하게되면, 그것은 보조첨가제로서 0.5-10중량%의 무기 수화물을 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 무기 수화물이란 결정수를 가진 입상무기 화합물을 의미한다. 그러한 수화물의 예로서는, 탄산마그네슘 3수화물(MgCO₃·3H₂O), 질산마그네슘 6수화물[Mg(NO₃)₂·6H₂O)]황산알루미늄칼륨 12수화물[AlK(SO₄)₂·2H₂O]및 황산알류미늄나트륨 12수화물[AlNa(SO₄)₂12H₂O)]이 있다. 수화물의 목적은 저온에서의 무기결합제의 결합효과를 촉진시킴과 동시에, 무기결합제의 유효성을 개선시키기위한 것이다. 무기수화물의 함유량이 0.5중량% 이하이면, 소정의 효과는 무시될 정도이지만, 무기결합제의 함유량이 10중량% 이상이면, 수화물로부터 유리한 과잉이 수분 때문에 보호층의 초기 가열도 중에 막대한 에너지 손실이 발생된다. 따라서 무기수화물의 양은 혼합물의 1-5중량%인 것이 좋다. 만약에 무기결합제가, 규산나트륨 5수화물(Na₂SiO₃·5H₂O), 황산 알루미늄 18수화물[Al₂(SO₄)₃·18H₂O], 황산마그네슘 7수화물(MgSO₄·7H₂O)및 붕산 나트륨 10수화물(Na₂B₄O₇·10H₂O, 붕사)인 경우에 있어서와 같이, 이미 결정수를 함유하고 있다면, 무기수화물을 혼합물 중에 사용할 필요는 없다. 또한, 최대 10중량%의 수분함유량을 가진 분말탄소를 무기수화물 대신에 사용하여도 좋다. 그러한 탄소는 보호층을 만드는 동안 건조입자의 특성을 보유한다.

내화성 혼합물(36)에는 보호층의 강도를 개선하기 위하여, 보조첨가제로서 최대 10중량%의 섬유를 함유시킬 수 있다. 적당한 섬유로서는 세라믹 섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 록울(rock wool)과 같은 무기섬유 및 글라스울(glass wool)과 슬랙울(slag wool), 셀룰로오스와 나일론과 같은 유기섬유가 있다. 섬유는 보호층 형성중에 혼합물의 유동성을 감소시키는 경향이 있고, 또한 이음부없는 피복의 형성을 더욱 어렵게 하는 경향이 있으므로, 섬유의 길이는 최대 25mm, 바람직하게는 5-15mm 한정하고, 섬유 함유량은 최대 10중량%의 양으로 한정한다.

내화성 혼합물(36)을 공극(22)중에 주입하는데 쓰이는 가압공기의 양은 조정되지 않으면 않된다. 혼합물을 공급탱크(34)로부터 공극(22)까지 편리하게 이송시키는 데에는 충분한 공기를 사용하여야 하지만, 너무 많이 사용하면 형(16)중에 많은 통기공(24)가 있다 하드라도 공극(22)에 형성되는 보호층으로부터 공기가 빠져나가는 것이 어렵게 된다. 따라서, 내화성 혼합물(36) 대공기의 중량비는 약 50-200으로 유지하는 것이 좋다. 공기가 예시되고 바람직하지만, 질소와 같은 다른 불활성 가스를 그 혼합물의 이송에 사용할 수도 있다.

본 명세서에서 기재한 바와같이, 본 발명의 보호층 및 그의 제법은 여러가지 장점이 있는데, 이것은 당업자에는 용이하게 인식될 수 있다. 보호층의 붕괴성이 높게되면, 후속되는 턴디시의 사용이 촉진된다. 그 보호층은 본질적으로 건조상태로 형성되며, 뛰어난 절연성을 갖게되어 에너지 소모가 적고, 단지 사용전에 500-800℃로 예열하기만 하면 되므로, 흙손 도장법에 의하여 만든 보호층보다 우수하다. 본 발명의 보호층은 역시 래깅 시이트보다도 우수하다. 왜냐하면,이 보호층은 이음부가 없이 작업 라이닝에 견고하게 고착되며, 래깅시이트와는 달리 슬랙 및 용융강에 대한 내구성이 크고, 주조 조작중에 작업 라이닝으로부터 밑리되는 경향이 없기 때문이다. 또한, 본 발명의 방법에 의하여 흙손 도장법 또는 래깅 시이트법에서 필요로 하는 시간의 일부분 동안에 보호층을 만드는 것이 가능하게 된다.

아래의 실시예는 단순히 예시적인 것이며, 본 발명을 한정하려는 것으로 간주되어서는 아니된다. 본 발명의 범위는 특허 청구의 범위에 의하여 정하여진다.

[실시예]

턴디시의 보호층을 구성하기 위한 건조된 입상의 내화성 혼합물은 다음의 성분을 혼합기 중에서 충분히 혼합함으로써 제조된다.

본 명세서에 기재된 보호층을 적층시키기 위하여 길이 230cm, 폭 60cm , 깊이 70cm의 내면 크기를 갖고, 저부에 2개의 노즐이 있는 샤모트(chamotte)벽돌로 라이닝되고 강제 외각으로 된 턴디시를 선택한다.

횡부와 저부의 각각의 위치에 통기공을 가진 형을 크레인을 사용하여 턴디시 내에 집어넣어 형의 외측표면과 턴디시의 내측표면의 사이에 약 30mm의 실질적으로 균일한 공극이 생기도록 배치한다. 노즐 및 턴디시의 주변과 접하는 형의 부분을 내열성 밀봉재로 피복한다. 도면에 나타낸 바와같이, 공급계를 형에 접속한다. 본 명세서에 기재된 방법에 따라, 형과 턴디시의 사이의 공극에 약 350kg의 내화성 혼합물을 약 1분간에 걸쳐 채운다. 턴디시의 표면을 이송중 약 150℃의 온도로 유지한 다음에, 형으로부터 공급계를 떼어내고, 형과 함께 그 턴디시를 예열 대역으로 이송한다. 여기서, 그 형은 가스버어너로부터의 저온 화염으로 약 5분간 가열되어 형의 외측표면이 약 180℃로 가열된다.

다시 5분간 더 160-180℃로 유지하여 수지를 경화시킨 다음에, 형을 턴디시로부터 꺼낸다.

이어서, 턴디시를 턴디시의 덮개로 밀폐시켜서 약 30분간 500-800℃의 온도로 예열하고, 그 즉시 주조 장소로 이송하며, 거기서 연속주조를 행한다. 보호층은 용융강 및 슬랙에 대하여 높은 저항성을 가지며, 그것들은 사용후 턴디시로부터 용이하게 제거될 수 있다는 것이 판명되었다.

본 발명을 턴디시의 보호층에 관련하여 기재하였으나, 당업자에게는 본 발명이 그것에만 한정되는 아니라는 것을 용이하게 인식할 수 있다. 본 발명의 보호층은 그의 제법과 함께 예컨대 턴디시의 작업 라이닝 자체에 용이하게 적층시킬 수 있다. 그러한 경우에는 작업라이닝에 필요한 높은 강도를 그 보호층에 부여하기 위해서 고온 결합을 형성시키기에 충분하게 그 보호층을 가열한다. 본 발명의 방법은 래들, 도가니 및 제강용기 자체와 같은 기타 용기의 라이닝에도 역시 적용된다.

Claims (11)

1. 야금용 용기내에 일체구조의 내화층을 적층시키는 방법에 있어서, 그 용기의 내측표면의 형상에 실질적으로 일치하는 외측표면을 가진 형을 그 형의 외측표면가 그 용기의 내측표면의 사이에 실질적으로 균일한 공극이 생기도록 그 용기내에 배치하는 공정, 내화성 골재 70중량% 이상 열경화성수지 0.5중량% 이상, 무기결합제 0.5중량% 이상 및 보조첨가제를 함유하는 실질적으로 건조한 입상혼합물로 상기공극을 가압기체의 도움을 받아 채우는 공정, 그 혼합물을 가열하여 수지를 경화시키는 공정, 이어서 그 형을 꺼내는 공정으로 이루어진 것이 특징인 야금용 용기내에 일체구조의 내화층을 적층시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 열경화성 수지가 내화성 골재상에 피복되는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 혼합물이 입경 5mm 이하의 내화성 골재 70-99중량%, 열경화성 수지 0.5-20중량% 및 무기결합제 0.5-10중량%로 구성되는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 보조첨가제가 0.5-10중량%의 무기수화물인 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 보조첨가제가 5-15mm의 길이를 갖는 10중량% 이하의 섬유인 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 내화물이 사소 마그네시아인 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 열경화성 수지가 150-250℃의 온도에서 경화되는 페놀-포름알데히드 수지인 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 가압기체가 가압공기인 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 내화층이 턴디시의 보호층인 방법.
10. 제 9항에 있어서, 내화층의 두께가 10-50mm인 방법.
11. 내화층이 턴디시의 보호층으로서 최대입경이 5mm인 사소 마그네시아 골재 70-99중량%, 열경화성 수지 0.5-20중량% 및 무기결합제 0.5-10중량%로 구성된 것이 특징인 야금용 용기.

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