KR100388719B1 - Two-chamber spiral tuyere with improved heat-resistance for molten metal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투챔버 스파이럴 튜이어 선단부의 냉각수관부 내부를 세라믹 코팅함으로써 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어에 관한 것이다.The present invention relates to a two-chamber spiral tuyer having improved heat resistance to molten metal, and more particularly, to a two-chamber spiral tuyer having improved heat resistance to molten metal by ceramic coating the inside of the cooling water pipe portion of the tip of the two-chamber spiral tuyer. It is about.
이를 위하여, 본 발명은 튜이어 선단부(2)의 냉각수관부(2')에 내열성이 우수한 세라믹코팅층(5)을 형성하는 특징으로 하는 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어를 제공하며, 또한 상기 내열성이 우수한 세라믹코팅층(5)은 지르코늄 산화물(ZrO2)이 92%이고 이트륨 산화물(Y2O3)이 8%인 세라믹분말을 플라즈마 용사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어를 제공한다.To this end, the present invention provides a two-chamber spiral tuyer having improved heat resistance to molten metal, characterized by forming a ceramic coating layer 5 having excellent heat resistance in the cooling water pipe portion 2 'of the tip end portion 2, In addition, the ceramic coating layer 5 having excellent heat resistance may be formed by plasma spraying ceramic powder having a zirconium oxide (ZrO 2 ) of 92% and a yttrium oxide (Y 2 O 3 ) of 8% by plasma spraying. This improved two-chamber spiral tuyer is provided.
이와 같이, 본 발명은 투챔버 스파이럴 튜이어 선단부의 냉각수관부에 플라즈마 용사공정에 의한 세라믹코팅을 실시함으로써 튜이어의 수명을 연장할 수 있음은 물론 이로 인한 튜이어 교체시간 및 조업시간의 연장으로 작업효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the present invention can extend the life of the tuber by applying ceramic coating to the cooling water pipe at the tip of the two-chamber spiral tuber by the plasma spraying process, and thus, the work of the tuber replacement time and the operation time can be extended. It provides the effect of improving the efficiency.
Description
본 발명은 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투챔버 스파이럴 튜이어 선단부의 냉각수관부 내부를 세라믹 코팅함으로써 고로 내 용융금속에 의한 용손을 방지함은 물론 내열성을 증가시킨 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어에 관한 것이다.The present invention relates to a two-chamber spiral tuyer with improved heat resistance to molten metal, and more specifically, to prevent melting of the molten metal in the blast furnace by heat-resistant ceramic coating the inside of the cooling water pipe portion of the two-chamber spiral tuber tip. It relates to a two-chamber spiral tuyer with improved heat resistance to molten metal with increased.
일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 투챔버 스파이럴 튜이어(1)는 냉각수관부(2', 3')가 튜이어 선단부(2)와 몸체부(3)가 다른 튜이어로서, 만약 선단부(2)의 커버(4)가 용융금속에 의해서 용손되어 누수가 발생하면 선단부(2)에 흐르는 냉각수를 차단하여 냉각수가 고로의 융용금속으로 유입되지 않게 한다.In general, as shown in FIG. 1, the two-chamber spiral tuyer 1 is a tuber in which the coolant pipe parts 2 ′ and 3 ′ are different from the tuber tip 2 and the body 3. If the cover 4 of (2) is melted by molten metal and leaks, the cooling water flowing to the tip portion 2 is blocked so that the cooling water does not flow into the molten metal of the blast furnace.
상기와 같은 장점으로 인하여 사용수명이 연장된 투챔버 스파이럴 튜이어(1)의 사용이 증가되고 있는데, 종래의 투챔버 스파이럴 튜이어(1)는 선단부 커버(4)의 용손으로 인한 누수가 발생하면 작업중단으로 인한 많은 비용손실을 초래하고, 이러한 비용손실을 감수하더라도 바로 조업을 중지하고 튜이어를 교체하거나, 튜이어의 선단부 커버(4) 및 냉각수관부(2')를 두껍게 형성하여 예정된 개수시간까지 연장하여 사용하고 있는데, 이러한 방법으로는 튜이어 몸체부(3)의 냉각효율이 선단부(2)보다 다소 떨어지기 때문에 그 사용시간을 현저히 증가시킬 수 없는 문제점이 있었다.Due to the advantages described above, the use of the two-chamber spiral tuyer 1 having an extended service life is increasing. However, if the conventional two-chamber spiral tuyer 1 leaks due to the melting of the tip cover 4, It causes a lot of cost loss due to the interruption of work, and even if the cost is lost, the operation is stopped immediately and the tuber is replaced, or the tip cover 4 and the coolant pipe part 2 'of the tuber are thickened for a predetermined repair time. In this method, since the cooling efficiency of the tuber body portion 3 is slightly lower than that of the tip portion 2, there is a problem that the use time can not be significantly increased.
따라서, 상기 튜이어의 선단부 냉각수관부(2')의 내열성을 증가시키기 위하여 칼로라이징(Calorizing), 하드 페이싱(Hard Facing) 등 여러 방법이 시도되었는데, 상기 칼로라이징은 튜이어의 스파이럴 선단부의 냉각수관부 표면(2')의 내열성과 내식성을 증가시키기 위해 분말 알루미늄 또는 이를 함유한 혼합분말 속에서 상기 튜이어의 스파이럴 선단부의 냉각수관부를 가열하여 표면에 알루미늄을 확산시켜 피복하는 방법이며, 상기 하드 페이싱은 상기 튜이어의 스파이럴 선단부의 냉각수관부의 표면을 마모나 부식으로부터 방지하기 위하여 표면에 초경합금과 같은 특수합금을 용착시켜서 표면경화하는 방법이다.Therefore, in order to increase the heat resistance of the coolant pipe portion 2 'of the front end of the tuber, various methods such as calorizing and hard facing have been attempted. In order to increase the heat resistance and corrosion resistance of the surface (2 ') is a method of heating and cooling the cooling water pipe portion of the spiral tip of the tube in a powdered aluminum or mixed powder containing the same by diffusing aluminum on the surface, the hard facing is In order to prevent the surface of the cooling water pipe of the spiral tip of the tuber from abrasion or corrosion, a special alloy such as cemented carbide is deposited on the surface to harden the surface.
그러나, 이와 같은 하드 페이싱은 기존 튜이어의 스파이럴 선단부의 냉각수관부에 적용시 냉각수로의 감소 및 스파이럴 선단부의 압손증가 등이 유발되기 때문에 상기 튜이어의 스파이럴 선단부의 냉각수관부에는 적당하지 않으며, 칼로라이징은 용손보다는 고로 내의 내화학부식을 목적으로 사용되는 방법으로 선단누수 후 용융금속의 용손에 대한 보호역할을 하지 못하는 문제점이 있다.However, such a hard facing is not suitable for the cooling water pipe part of the spiral tip of the tuber because it causes a decrease in the cooling water and an increase in the pressure loss of the spiral tip when applied to the cooling water pipe part of the spiral tip of the existing tuyer. Silver is a method that is used for the purpose of chemical corrosion in the blast furnace rather than yongseon, there is a problem that can not play a protective role for the melting of molten metal after the tip leakage.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 투챔버 스파이럴 튜이어 선단부의 냉각수관부에 플라즈마 용사공정을 이용하여 내열성이 우수하면서 냉각수 압력손실이 적은 세라믹코팅층을 형성함으로써 선단부가 용손되어 냉각수가 누수되어 고로로 유입되는 위험성을 방지하고, 계획된 고로의 개수기간까지 조업의 중단없이 보다 안정된 상태에서 튜이어를 사용할 수 있는 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was derived to solve the above problems, the front end portion is formed by forming a ceramic coating layer having excellent heat resistance and low pressure loss of the cooling water by using a plasma spraying process on the cooling water pipe portion of the two-chamber spiral tuber tip. To prevent the risk of leakage of coolant into the blast furnace, and to provide a two-chamber spiral tuyer with improved heat resistance to molten metal that can be used in a more stable state without interruption of operation until the planned blast furnace repair period. There is a purpose.
도 1은 종래의 투챔버 스파이럴 튜이어의 구조를 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional two-chamber spiral tuyer;
도 2는 본 발명에 따른 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어의 선단부 커버가 해체된 몸체부와 코팅된 선단부 냉각수관부를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a distal end portion of the two-chamber spiral tuber with improved heat resistance to the molten metal according to the present invention the body portion and the distal end cooling water pipe portion coated;
도 3은 본 발명에 따른 용융철에 대한 내구성시험을 위한 시편의 형상치수를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the shape dimensions of the specimen for durability test for molten iron according to the present invention.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣♣ Explanation of symbols for the main parts of the drawing
1:투챔버 스파이럴 튜이어 2:튜이어 선단부 3:튜이어 몸체부1: Two-chamber spiral tuyer 2: The tip of the tuyer 3: The body of the tuyer
2':선단부 냉각수관부 3':몸체부 냉각수관부 5:세라믹코팅층2 ': front end coolant pipe part 3': body coolant pipe part 5: ceramic coating layer
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고로 내부의 용융금속에 기체를 취입하는 투챔버 스파이럴 튜이어에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention in the two-chamber spiral tuyer blowing gas into the molten metal inside the blast furnace,
상기 투챔버 스파이럴 튜이어 선단부의 냉각수관부에 내열성이 우수한 세라믹코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어를 제공한다.Provided is a two-chamber spiral tuyer having improved heat resistance to molten metal, characterized by forming a ceramic coating layer having excellent heat resistance in the cooling water pipe portion of the two-chamber spiral tuer tip.
한편, 본 발명은 상기 내열성이 우수한 세라믹코팅층이 지르코늄 산화물(ZrO2)이 92%이고 이트륨 산화물(Y2O3)이 8%인 세라믹분말을 플라즈마 용사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어를 제공한다.In the present invention, the ceramic coating layer having excellent heat resistance is formed by plasma spraying ceramic powder having zirconium oxide (ZrO 2 ) of 92% and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) of 8% by plasma spraying. It provides a two-chamber spiral tuyer with improved heat resistance.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명은 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어의 선단부 커버가 해체된 몸체부와 코팅된 선단부 냉각수관부를 나타내는 단면도이다.Figure 2 is a cross-sectional view showing the distal end portion of the two-chamber spiral tubular with improved heat resistance to the molten metal according to the invention the body portion and the distal end cooling water pipe coated.
본 발명은, 도 2에 도시된 바와 같이, 투챔버 스파이럴 튜이어 선단부의 냉각수관부(2')에 용착된 세라믹코팅층(5)은 플라즈마 용사공정으로 형성되는데, 플라즈마 용사란 플라즈마 아크에 의하여 용융 또는 반용융 상태로 가열된 금속, 합금, 세라믹스 또는 유기질 재료 등의 분말을 불활성가스를 이용하여 기지표면에 분무적층하는 재료의 표면처리법의 한 공정으로서, 세라믹코팅층(5)을 선단부 냉각수관부(2')에 형성한 다음, 선단부 커버를 결합하게 된다.In the present invention, as shown in FIG. 2, the ceramic coating layer 5 deposited on the cooling water pipe portion 2 'of the two-chamber spiral tuber tip is formed by a plasma spraying process. As a surface treatment method of a material in which a powder such as a metal, an alloy, ceramics or an organic material heated in a semi-melt state is spray-laminated onto a known surface by using an inert gas, the ceramic coating layer 5 is placed at the front end of the cooling water pipe part 2 '. ), Then the tip cover is joined.
일반적으로 금속제 기지소재에 대한 세라믹코팅은 기지표면을 모래, 강쇼트, 그릿, 모래나 규석 입자 등의 연마재를 첨가한 물 등을 압축공기와 같은 방법으로 강력하게 분사하는 블라스팅(Blasting) 공정으로 거칠게 함과 동시에 불순물을 제거한 다음, 상기 기지소재의 표면 위에 세라믹재료가 플라즈마 용사된다.In general, ceramic coatings on metallic substrates are roughened by a blasting process in which the surface of the substrate is strongly sprayed with sand, steel shot, grit, sand, or abrasives, such as sand or silica particles, by means of compressed air. At the same time, impurities are removed, and then ceramic material is plasma-sprayed on the surface of the base material.
이러한 플라즈마 용사공정은 평균입경 10∼45㎛인 세라믹 분말의 용융된 입자가 음속이상의 속도인 331∼400m/s의 속도로 기지금속의 표면에 충돌하여 납작하게 용착되거나 주변으로 비산(飛散)하게 되는데, 이 때 플라즈마 온도는 약 1000℃이고, 용착후 급냉으로 인하여 비평형상이 주로 생성된다.In the plasma spraying process, molten particles of ceramic powder having an average particle diameter of 10 to 45 µm collide with the surface of the base metal at a speed of 331 to 400 m / s, which is higher than the speed of sound, and thus are deposited flat or scattered around. At this time, the plasma temperature is about 1000 ℃, non-equilibrium is mainly generated due to rapid cooling after welding.
본 발명에 따른 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어의 선단부 냉각수관부에 플라즈마 코팅되는 세라믹분말의 조성을 표 1과 같다.Table 1 shows the composition of the ceramic powder that is plasma-coated to the front end of the two-chamber spiral tuber with improved heat resistance to the molten metal according to the present invention.
상기 플라즈마 코팅의 생성은 여러 단계의 과정을 거치며, 이러한 단계들이 용사된 코팅의 성질에 영향을 주는데, 이러한 플라즈마 용사의 주요공정은 플라즈마 건(Gun) 속으로 코팅분말이 이동하는 단계와, 플라즈마 아크(Arc) 및 주변환경과 코팅물질의 상호작용으로 인한 용융단계, 그리고 기지금속 표면에 용융물질이 용착하는 단계로 구분된다.The production of the plasma coating is a multi-step process, and these steps affect the properties of the sprayed coating. The main process of the plasma spraying is to move the coating powder into the plasma gun, and the plasma arc (Arc) and the melting phase due to the interaction between the environment and the coating material, and the molten material is deposited on the base metal surface.
즉, 상기 플라즈마 용사에 적합한 세라믹분말은 바람직하게는 구형이고, 크기는 직경이 10∼45㎛ 범위에 존재하면서 균일한 입도분포를 가지도록 하며,That is, the ceramic powder suitable for the plasma spraying is preferably spherical, the size is to have a uniform particle size distribution while the diameter is in the range of 10 ~ 45㎛,
이러한 세라믹분말이 플라즈마 건 속에 있는 양극과 음극 사이에서 발생하는 아크의 중심에 주입될 때 최대의 효율로 가열되며, 상기 용융입자의 속도는 플라즈마 아크의 속도에 비례하며, 이는 코팅의 밀도에 큰 영향을 준다.When the ceramic powder is injected into the center of the arc generated between the anode and the cathode in the plasma gun, it is heated at maximum efficiency, and the velocity of the molten particles is proportional to the velocity of the plasma arc, which greatly affects the density of the coating. Gives.
플라즈마 속에서 입자가 날아가는 동안 주변의 가스 및 플라즈마와 입자들간의 상호작용이 일어나는데, 이는 용융온도에서 모든 물질은 아주 높은 화학적 활성도를 갖기 때문이다.While the particles fly in the plasma, the interaction between the surrounding gas and the plasma and the particles occurs, because at the melting temperature all materials have very high chemical activity.
따라서, 가스흡착, 화학적 반응, 입자 표면에 산화물층의 생성, 입자들간의 결합 및 확산 등이 일어날 수 있다.Therefore, gas adsorption, chemical reaction, generation of an oxide layer on the particle surface, bonding and diffusion between the particles may occur.
즉, 용융입자가 기지금속 표면에 닿는 순간 응고와 변형을 동시에 하게되어 납작한 층을 형성하게 되는데, 이러한 납작한 층의 형상은 용융입자의 점도, 가용성(可溶性), 냉각조건, 입자의 구성도 및 금속표면의 특징 등에 따라 달라진다.That is, the molten particles solidify and deform at the same time as they reach the base metal surface to form a flat layer. The shape of the flat layer is the viscosity of the molten particles, the solubility, the cooling conditions, the composition of the particles and the metal. It depends on the characteristics of the surface.
일반적으로 플라즈마 용사에 의하여 열차폐코팅을 할 경우, 금속 접합코팅은 코팅시 산화를 방지하고, 저항을 감소시켜 모재와의 접착력을 높혀주기 위하여 저압 또는 진공에서 피복되며, 본 발명에 따른 세라믹코팅의 경우, 코팅 내에 적당한 기공을 제공하여 열충격 저항성을 높여주기 위하여 공기 중에서 피복된다.In general, when the thermal barrier coating by plasma spraying, the metal bonding coating is coated at low pressure or vacuum to prevent oxidation during coating, to reduce the resistance to increase the adhesion to the base material, the ceramic coating of the present invention If so, it is coated in air to provide adequate porosity in the coating to enhance thermal shock resistance.
이하의 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.Based on the following preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
[실시예]EXAMPLE
본 발명에 따른 용융금속에 대한 내열성이 향상된 투챔버 스파이럴 튜이어의 선단부 냉각수관부에 형성된 세라믹코팅층의 화학적 성분은 상기 표 1에 도시된 바와 같이, 지르코늄 산화물이 92% 이고, 이트륨 산화물이 8%로 구성되며, 이러한 구성을 지니는 코팅층의 용융점은 2480℃이다.As shown in Table 1, the chemical composition of the ceramic coating layer formed at the front end of the two-chamber spiral tuber with improved heat resistance to the molten metal is 92% zirconium oxide and 8% yttrium oxide. It is configured, the melting point of the coating layer having this configuration is 2480 ℃.
또한 세라믹코팅과 더불어 일련의 용손실험을 비교실험하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 구리 99.7%, 두께 15㎜의 시편(6)에 각종 조성의 금속재코팅(6)을 실시하여 용손실험을 실시하였는데, 이때의 용손실험은 용융철로 실행되었다.In addition, as shown in FIG. 3 to perform a series of melting test in addition to the ceramic coating, a metal material coating 6 of various compositions was carried out on the specimen 6 having a thickness of 99.7% copper and a thickness of 15 mm. At this time, melting test was performed with molten iron.
상기 용융철은 50㎏의 중량으로 1600℃로 일정하게 온도가 유지되어 제조된 시편 위에 부어졌으며, 이 때 냉각수의 속도는 8m/s, 유량은 108ℓ/min으로 일정하게 유지되었다.The molten iron was poured on a specimen prepared by maintaining a constant temperature at 1600 ℃ with a weight of 50 kg, wherein the cooling water was maintained at a speed of 8 m / s, a flow rate of 108 l / min.
상기 시편의 온도는 냉각수가 흐르는 부분에서 1㎜와 4㎜의 위치에서 측정되었으며, 시편온도와 시간의 관계는 철의 침식의 수가 증가함에 의해 온도기울기가 점진적으로 증가하게 된다.The temperature of the specimen was measured at the positions of 1 mm and 4 mm in the portion where the coolant flows, and the relationship between the specimen temperature and time is gradually increased as the number of iron erosion increases.
이러한 방법의 용손실험에 의하여 금속재 코팅이 된 시편은 첫 번째 용융철을 부었을 때 용손이 발생하였는데, 아무 것도 코팅되지 않은 구리판의 경우 3초 내에 용손이 일어났으며, 구리판에 니켈-크롬이 하드 페이싱 용접코팅된 시편의 경우 7초의 내구성을 나타내었고, 구리판에 철-크롬이 하드 페이싱 코팅된 시편의 경우 11초의 내구성을 보였다.As a result of the melting test of this method, the metal coating coated specimens showed melting loss when the first molten iron was poured. In the case of the copper plate coated with nothing, the melting loss occurred within 3 seconds. Facing weld-coated specimens showed a durability of 7 seconds, and iron-chromium hard facing coated specimens showed 11 seconds of durability.
상기의 금속재 코팅이 된 구리판과는 달리, 본 발명에 따른 세라믹코팅이 플라즈마 용사에 의해서 용착된 구리판의 경우, 상기의 결과치보다 현저하게 높은 25초의 내구성을 나타내었다.Unlike the copper plate coated with the metal material, the ceramic coating according to the present invention exhibited a durability of 25 seconds, which is significantly higher than the above result in the case of the copper plate deposited by plasma spraying.
본 발명은 투챔버 스파이럴 튜이어 선단부의 냉각수관부에 플라즈마 용사공정에 의한 세라믹코팅을 실시함으로써 튜이어의 수명을 연장할 수 있음은 물론 이로 인한 튜이어 교체시간 및 조업시간의 연장으로 작업효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.The present invention can extend the life of the tuber by applying a ceramic spraying process to the cooling water pipe portion of the two-chamber spiral tuber tip portion, as well as to improve the work efficiency by extending the replacement time and operation time of the tuber. It provides the effect.
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