KR101949700B1 - Refractory compositions and tundish using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬에 관한 것으로서, 외형을 형성하는 철피와, 상기 철피 내부에 축조되는 내화물을 포함하고, 상기 내화물 중 적어도 일부는 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함하여, 용강 중 개재물을 턴디쉬 내화물에 포집 및 제거하여 노즐 막힘을 억제할 수 있다.The present invention relates to a refractory composition and a casting tundish including the refractory composition. The refractory composition includes a refractory material forming an outer shape and a refractory material formed inside the refractory material, wherein at least a part of the refractory material comprises zirconia, calcium oxide, calcium silicate, And a refractory composition containing an antioxidant, the inclusion in the molten steel can be trapped and removed in the tundish refractory to suppress nozzle clogging.
Description
본 발명은 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강 중 개재물을 제거하여 노즐 막힘을 억제하고 이에 따라 강품질을 향상시킬 수 있는 내화조성물 및 주조용 턴디쉬에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적인 연속 주조 공정은 레이들에 수용된 용강을 턴디쉬로 주입하고, 턴디쉬에서 주입된 용강을 몰드에 연속적으로 주입시켜 용강을 1차 냉각시킨 후, 1차 냉각된 주편의 표면에 냉각수를 살수하여 2차 냉각시킴에 따라 용강을 응고시켜 주편을 제조하는 공정이다. 이때, 턴디쉬에 수용된 용강을 몰드 내로 공급하는 과정에서 용강은 턴디쉬의 출탕구에 설치되는 게이트 혹은 스토퍼에 의해 출탕이 차단되고, 침지노즐을 통하여 몰드 내로 공급된다. In a typical continuous casting process, the molten steel contained in the ladle is injected into the tundish, the molten steel injected from the tundish is continuously injected into the mold, the molten steel is first cooled, and the cooling water is sprayed on the surface of the primary cooled steel And the molten steel is solidified by secondary cooling to produce a cast steel. At this time, in the process of supplying the molten steel accommodated in the tundish into the mold, the molten steel is blocked by the gate or the stopper provided at the outflow port of the tundish, and is supplied into the mold through the immersion nozzle.
한편, 용강 중에는 응고완료까지 제거되지 않는 알루미나(Al2O3)성 개재물 등과 같은 비금속개재물이 존재하고, 이는 강의 품질에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 연연주 수의 제한에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 용강 중의 비금속 개재물은 전로 정련 공정과 2차 정련 공정 등을 통해 제거되고 있다. On the other hand, non-metallic inclusions such as alumina (Al 2 O 3 ) inclusions, which are not removed until solidification is completed, are present in the molten steel, which adversely affects the quality of steel and affects the limitation of the number of treads. Nonmetallic inclusions in molten steel have been removed through a refining and secondary refining process.
그리고 정련 공정에서 제거되지 않은 알루미나성 개재물은 주조 시 턴디쉬 댐 등을 이용하여 턴디쉬 내에서 용강의 체류 시간을 증대시키거나 불활성 가스를 주입하여 용강 중 개재물을 분리 부상시켜 제거하고 있다. 이와 같은 방법으로 제거되는 개재물은 15 내지 30㎛ 정도의 크기를 가지며, 이때 10㎛ 이하의 크기를 갖는 개재물은 거의 제거되지 않고 침지 노즐을 통해 몰드로 유입된다. 그러나 이와 같이 크기가 작은, 즉 15㎛ 이하의 크기를 갖는 개재물들은 침지 노즐을 통과하면서 침지 노즐의 내벽에 응집 및 부착되어 노즐 막힘의 원인으로 작용하는 문제점이 있다. The alumina inclusions not removed in the refining process are removed by increasing the residence time of the molten steel in the tundish using a tundish dam or casting the inclusions in the molten steel by injecting an inert gas. The inclusions removed by the above method have a size of about 15 to 30 mu m, and the inclusions having a size of 10 mu m or less are introduced into the mold through the immersion nozzle without being removed. However, inclusions having a small size, that is, a size of 15 μm or less, aggregate and adhere to the inner wall of the immersion nozzle while passing through the immersion nozzle, thereby causing a problem of clogging of the nozzle.
본 발명은 주조 시 용강 중 개재물을 포집하여 제거할 수 있는 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬를 제공한다. The present invention provides a refractory composition capable of collecting and removing inclusions in molten steel at the time of casting, and a casting tundish including the refractory composition.
본 발명은 주조 시 노즐 막힘 현상을 억제하여 주조를 안정적으로 수행할 수 있도록 하는 내화조성물 및 이를 포함하는 주조용 턴디쉬를 제공한다. The present invention provides a refractory composition and a casting tundish including the refractory composition capable of stably performing casting by suppressing nozzle clogging during casting.
본 발명의 실시 형태에 따른 내화조성물은, 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 주성분 90 내지 99중량%와, 바인더 1 내지 10중량%를 포함할 수 있다. The refractory composition according to an embodiment of the present invention may contain 90 to 99% by weight of a main component including zirconia, calcium oxide, calcium silicate, carbon and an antioxidant, and 1 to 10% by weight of a binder.
상기 주성분 100중량%에 대해서, 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다. The composition may contain 45 to 85% by weight of zirconia, 5 to 20% by weight of calcium oxide, 2 to 15% by weight of calcium silicate, 7 to 15% by weight of carbon and 1 to 5% by weight of antioxidant, based on 100% by weight of the main component .
상기 지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아를 포함할 수 있다. The zirconia may comprise CaO or MgO stabilized zirconia.
상기 칼슘산화물은 CaTiO3, CaZrO3, CaSiO3 및 CaCO3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The calcium oxide may include at least one of CaTiO 3 , CaZrO 3 , CaSiO 3, and CaCO 3 .
상기 산화방지제는 Al, Si 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The antioxidant may include at least one of Al, Si, and Ti.
본 발명의 실시 형태에 따른 주조용 턴디쉬는, 외형을 형성하는 철피와, 상기 철피 내부에 축조되는 내화물을 포함하고, 상기 내화물 중 적어도 일부는 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함할 수 있다. The casting tundish according to an embodiment of the present invention includes a steel sheet forming an outer shape and a refractory material formed inside the steel sheet, wherein at least a part of the refractory material comprises zirconia, calcium oxide, calcium silicate, carbon, Based on the total weight of the composition.
상기 내화물은 바인더를 포함하고, 상기 바인더는 상기 내화조성물과 상기 바인더의 총 중량 100중량%에 대해서 1 내지 10중량% 포함될 수 있다. The refractory may include a binder, and the binder may be included in an amount of 1 to 10 wt% based on 100 wt% of the total weight of the refractory composition and the binder.
상기 내화물의 기공율은 5 내지 30%일 수 있다. The porosity of the refractory may be 5 to 30%.
상기 내화조성물은 중량%로서 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함할 수 있다. The refractory composition may comprise from 45 to 85% by weight of zirconia, from 5 to 20% by weight of calcium oxide, from 2 to 15% by weight of calcium silicate, from 7 to 15% by weight of carbon and from 1 to 5% by weight of antioxidant.
상기 지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아를 포함할 수 있다. The zirconia may comprise CaO or MgO stabilized zirconia.
상기 칼슘산화물은 CaTiO3, CaZrO3, CaSiO3 및 CaCO3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The calcium oxide may include at least one of CaTiO 3 , CaZrO 3 , CaSiO 3, and CaCO 3 .
상기 산화방지제는 Al, Si 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The antioxidant may include at least one of Al, Si, and Ti.
상기 내화물의 표면에 상기 내화조성물을 포함하는 코팅층이 형성될 수 있다. A coating layer containing the refractory composition may be formed on the surface of the refractory.
상기 내화물은 상기 턴디쉬의 몸체와, 상기 몸체 내부에 구비되는 댐, 위어 및 와류방지댐 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The refractory may include at least one of a body of the tundish and a dam, a weir, and a vortex prevention dam provided in the body.
본 발명에 따르면, 턴디쉬의 적어도 일부에 용강 중 개재물과 반응하여 고융점 물질을 생성하여 포집 및 제거할 수 있는 내화조성물을 포함하도록 하여 주조 시 발생할 수 있는 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 즉, 턴디쉬를 구성하는 내화조성물과 용강 중 개재물을 반응시켜 고융점 물질을 생성하여 턴디쉬 내화물에 부착시킴으로써 용강 중 10 ㎛ 이하의 미세 개재물을 턴디쉬 내에서 제거할 수 있다. 또한, 개재물 중 일부는 내화물과 반응하여 저융점 물질을 생성할 수 있다. 따라서 용강은 개재물이 대부분 제거되거나 제품 품질에 무해한 액상 형태로 턴디쉬에 연결되는 노즐로 유입되기 때문에 노즐 막힘 현상의 억제 및 강품질 향상에 기여할 수 있다. 따라서 주조를 안정적으로 수행하여 공정 효율을 향상시킬 수 있고, 노즐의 수명을 증가시켜 노즐 교체에 따른 생산성 저하나 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, at least a part of the tundish includes a refractory composition capable of reacting with inclusions in molten steel to generate and collect a high melting point material, thereby preventing or preventing the clogging of a nozzle that may occur during casting . That is, the refractory composition constituting the tundish is reacted with the inclusions in the molten steel to produce a high melting point substance and adhere to the tundish refractory, whereby the fine inclusions in the molten steel of 10 μm or less can be removed in the tundish. In addition, some of the inclusions may react with the refractory material to produce a low melting point material. Therefore, the molten steel flows into the nozzle connected to the tundish in the form of liquid which is mostly harmless to the product quality or removes most of the inclusions, which can contribute to suppression of the nozzle clogging and improvement of the quality of the steel. Therefore, it is possible to improve the process efficiency by stably performing the casting, increase the lifetime of the nozzle, and reduce productivity and cost due to nozzle replacement.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 턴디쉬가 적용되는 주조장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 효과를 확인하기 위한 실험 모식도.
도 4는 주조가 완료된 후 턴디쉬 내화물 계면의 상태를 보여주는 사진. 1 is a schematic view of a casting apparatus to which a tundish according to an embodiment of the present invention is applied;
2 is a schematic view of a casting tundish according to an embodiment of the present invention.
3 is an experimental schematic diagram for confirming the effect of a casting tundish according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a photograph showing the state of the tundish refractory interface after casting is completed. Fig.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. In the description, the same components are denoted by the same reference numerals, and the drawings are partially exaggerated in size to accurately describe the embodiments of the present invention, and the same reference numerals denote the same elements in the drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 턴디쉬가 적용되는 주조장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 개략도이다. FIG. 1 is a schematic view of a casting apparatus to which a tundish according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a schematic view of a casting tundish according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 주조장치(1), 예컨대 연속주조장치는 정련을 거친 용강을 담는 용기인 래들(ladle)(10)로부터 공급되는 용강(M)을 저장하고 분배하는 역할을 하는 턴디쉬(20), 용강(M)의 유량을 제어하는 스토퍼(미도시) 또는 슬라이딩 플레이트(미도시), 용강(M)을 몰드(30)로 배출하는 침지 노즐(40) 및 용강(M)을 응고시켜 주편(S)으로 만드는 몰드(30)를 포함할 수 있다. 그리고 몰드(30) 하부에는 주편(S)을 냉각시키기 위한 냉각라인(50)이 구비될 수 있다. Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 턴디쉬(20)는 상부가 개방되고 하부에 용강이 배출되는 출강구(21)가 형성되는 중공형의 몸체(22)와, 몸체(22) 내부에 구비되어 래들(10)에서 공급되는 용강 중 부상되는 슬래그(MS)가 몰드(30)로 공급되는 것을 방지하기 위한 댐(26), 용강의 범람을 방지하기 위한 위어(24) 및 출강구(21) 측에 구비되어 와류 발생을 억제하는 와류방지댐(28)을 포함할 수 있다. 이때, 댐(26)은 몸체(22) 바닥면으로부터 상부 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있고, 위어(24)는 용강의 수위보다 높고 댐(26)의 높이보다 높은 위치에서, 몸체(22)의 측벽에 몸체(22) 내부를 가로지르도록 형성될 수 있다. 댐(26)과 위어(24)는 나란하게 배치될 수 있으며, 서로 이격되어 그 사이로 용강이 이용하는 통로를 형성할 수 있다. (도 2에서 12는 쉬라우드 노즐임)2, the tundish 20 includes a
몸체(22)는 외형을 이루는 철피(22a)와, 철피(22a) 내측에 축조되는 내화물(22b)을 포함할 수 있으며, 이때, 몸체(22) 내부에 형성되는 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28)은 내화물으로 형성될 수 있다. 몸체(22)를 이루는 내화물과 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28)을 형성하는 내화물은 동일한 내화조성물로 형성될 수도 있고, 적어도 일부가 동일한 내화조성물을 포함할 수 있다. 이와 같이 턴디쉬(20) 내부를 구성하는 내화물은 블록 형상으로 형성되는 정형 내화물로 형성될 수 있다. 또한, 정형 내화물의 표면에 부착되는 부정형 내화물, 예컨대 코팅층(29)을 더 포함할 수도 있다. 여기에서 정형 내화물과 부정형 내화물은 동일한 내화조성물을 포함할 수도 있고, 서로 다른 내화조성물을 포함할 수도 있다. The
본 발명에서는 턴디쉬(20)를 구성하는 내화물, 즉 몸체(22), 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28) 중 적어도 어느 하나를 구성하는 내화물 중 적어도 일부를 지르코니아(ZrO2), 칼슘산화물, 칼슘실리케이트(CaO·SiO2), 카본(C,graphite) 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함하도록 형성하여 턴디쉬(20)에서 용강 중 개재물을 포획 및 제거함으로써 주조 중 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이때, 턴디쉬(20)를 구성하는 내화물은 바인더를 더 포함할 수도 있다. 바인더는 턴디쉬(20)에 내화물을 축조 또는 설치한 경우 포함되어 있다가 턴디쉬(20) 예열시 제거될 수 있다. In the present invention, at least a part of the refractory constituting the tundish 20, that is, the refractory constituting at least one of the
전술한 정형 내화물은 상기 내화조성물을 포함하도록 형성될 수도 있고, 부정형 내화물, 즉 코팅층(29)은 상기 내화조성물을 포함할 수 있다. 즉, 턴디쉬(20)의 몸체(22)를 형성하는 내화물과 댐(26), 위어(24), 와류방지댐(28) 중 적어도 어느 하나를 형성하는 내화물 자체를 상기 내화조성물을 포함하도록 형성할 수도 있고, 기존에 사용되는 턴디쉬(20)의 내부 표면에 상기 내화조성물을 포함하는 코팅층(29)을 형성할 수도 있다. 예컨대 턴디쉬(20)의 몸체(22)를 구성하는 내화물(22b)은 알루미나계 내화물로 형성되고, 그 상부에 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 코팅층(29)이 형성될 수 있다. The above-described shaped refractory material may be formed to include the refractory composition, and the monolithic refractory material, i.e., the
주조에 사용되는 용강은 정련 공정에서 개재물이 대부분 제거된 상태로 제공된다. 그러나 정련 공정으로 개재물을 제거하는 데는 한계가 있어 주조에 사용되는 용강 중에도 개재물, 예컨대 알루미나(Al2O3) 등과 같은 비금속 개재물이 존재하게 된다. 이에 주조를 수행하는 동안에도 턴디쉬(20) 내부에 불활성 가스를 공급하여 개재물을 부상시키거나 용강의 체류시간을 증대시키는 등의 턴디쉬(20)에서 개재물을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 턴디쉬(20) 내화물 중 적어도 일부에 개재물과 반응하여 고융점 물질을 생성할 수 있는 내화조성물을 포함하도록 형성함으로써 용강 중 개재물을 턴디쉬(20)의 내화물에 포집시켜 제거할 수 있다. 이는 전술한 방법과 병행하거나 또는 단독으로 수행될 수도 있다. The molten steel used for casting is provided in the refining process with most of the inclusions removed. However, there is a limit to removing inclusions in the refining process, and inclusions such as alumina (Al 2 O 3 ) and the like are present in molten steel used for casting. During the casting, a process of removing the inclusions in the tundish 20, such as floating the inclusions by supplying an inert gas into the tundish 20 or increasing the residence time of the molten steel, may be performed. However, in the present invention, at least a part of the refractory of the tundish 20 is formed to include a refractory composition capable of reacting with inclusions to form a refractory material, so that inclusions in the molten steel can be trapped in the refractory of the tundish 20 have. This may be performed in parallel with the above-described method or alone.
용강 중 알루미나성 개재물은 내화물에 함유되는 CaO 성분과 반응하여 고융점 물질을 생성할 수 있으며, 이렇게 생성되는 고융점 물질은 침지노즐(40)에 내공부에 부착되어 노즐 막힘 현상을 유발할 수 있다. 따라서 턴디쉬(20) 내 용강이 침지노즐(40)로 유입되기 전 용강 중 함유되는 알루미나성 개재물을 턴디쉬(20)의 내화물에 포집하여 제거함으로써 침지노즐의 막힘 현상을 억제할 수 있다. The alumina inclusions in the molten steel react with the CaO component contained in the refractory to produce a high melting point substance. The resulting high melting point substance may adhere to the
알루미나성 개재물은 내화물 중 CaO와 다음과 같은 반응을 일으킬 수 있다. Alumina inclusions can cause the following reaction with CaO in the refractory:
반응식 1) CaO +2Al2O3 -> CaO · 2Al2O3 Reaction 1) CaO + 2Al 2 O 3 -> CaO 2Al 2 O 3
반응식 2) 12CaO +7Al2O3 -> 12CaO · 7Al2O3 Reaction formula 2) 12CaO + 7Al 2 O 3 -> 12CaO 7Al 2 O 3
이때, 반응식 1)에 의해 생성된 화합물은 약 1600℃ 정도의 융점을 갖는 고융점물질이고, 반응식 2)에 의해 생성되는 화합물은 약 1400℃ 정도의 융점을 갖는 저융점물질이다. 용강 중 알루미나성 개재물 중 일부는 턴디쉬 내화물과 반응식 2)와 같은 반응을 통해 저융점물질을 생성할 수 있다. 이때, 상기와 같은 반응은 CaO 성분의 양에 영향을 받게 되며, CaO 성분이 증가할수록 저융점 물질의 생성량이 증가하여 내화물의 물성에 영향을 미칠 수 있다. At this time, the compound produced by the reaction formula 1) is a high melting point substance having a melting point of about 1600 ° C, and the compound produced by the reaction formula 2) is a low melting point substance having a melting point of about 1,400 ° C. Some of the alumina inclusions in the molten steel can form low melting point materials through reactions such as the tundish refractory and reaction 2). At this time, the reaction is affected by the amount of the CaO component, and as the CaO component increases, the amount of the low melting point material increases, which may affect the physical properties of the refractory.
본 발명에서는 식 1과 같은 반응을 주로 일으켜 알루미나성 개재물을 턴디쉬(20)의 내화물에 부착시켜 포집함으로써 용강 중 알루미나성 개재물을 제거할 수 있다. 이와 함께 알루미나성 개재물 중 일부는 저융물 물질로 생성함으로써 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. In the present invention, the alumina inclusions in the molten steel can be removed by attaching the alumina inclusions to the refractory of the
본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬(20)의 적어도 일부, 예컨대 용강과 직접 접촉하는 부분 중 적어도 일부는 지르코니아(ZrO2), 칼슘산화물, 칼슘실리케이트(CaO·SiO2), 카본(C) 및 산화방지제을 포함하는 주성분과, 바인더를 포함하는 내화물을 포함할 수 있다. 하도록 하여 용강 중 개재물을 포획 및 제거함으로써 주조 중 노즐 막힘 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이때, 내화물 전체 중량에 대하여 주성분은 90 내지 99중량%, 바인더는 1 내지 10중량%를 포함할 수 있다. 또한, 내화물의 기공율은 5 내지30% 정도가 되도록 제작될 수 있다. 이때, 기공율은 바인더가 제거된 경우 내화물의 기공율으로서, 기공율이 5% 이하가 되면 내화물의 열충격 저항성이 저하되어 용강 수강 중 턴디쉬(20)의 내화물에 크랙이 발생하여 파손될 수 있고, 30% 이상인 경우에는 내화물의 기계적 물성이 저하되어 용강 유동에 의한 손상이 발생할 수 있다. At least a portion, e.g., at least a portion of the part that comes into direct contact with the molten steel of the casting
이와 같은 내화물은 CaO 소스를 제공, 예컨대 주성분 100중량%에 대하여 7 내지 35중량% 정도로 제공하여 용강 중 알루미나성 개재물과 반응을 촉진 또는 활성화시켜 고융점 물질을 생성하여 알루미나성 개재물을 포집 및 제거할 수 있다. 이때, CaO 소스의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 반응이 원활하게 진행되지 않으며, 제시된 범위보다 많은 경우에는 저융점 물질이 다량 생성되어 내화물의 물성을 저하시킬 수 있다.Such a refractory material provides a CaO source, for example, about 7 to 35% by weight based on 100% by weight of the main component, thereby accelerating or activating the reaction with the alumina inclusions in the molten steel to produce a high melting point material to collect and remove alumina inclusions . In this case, if the content of CaO source is less than the range, the reaction does not proceed smoothly. If the content is higher than the range, low-melting point materials are produced in a large amount, which may deteriorate the physical properties of the refractory.
본 발명의 실시 예에 따른 내화물에 포함되는 각 성분을 살펴보면 다음과 같다.The components included in the refractory according to the embodiment of the present invention are as follows.
[지르코니아(ZrO2)]: 주성분 100중량%에 대하여 45 내지 85중량%[Zirconia (ZrO 2 )]: 45 to 85% by weight based on 100% by weight of the main component,
지르코니아는 온도 변화에 따른 상변이에 의해 내화물의 체적변화를 억제할 수 있다. 즉, 지르코니아는 온도 변화에도 비교적 안정적인 상을 유지할 수 있으므로 주조 중 내화물에 크랙이 발생하거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. Zirconia can inhibit the volume change of the refractory by phase change with temperature change. That is, since zirconia can maintain a relatively stable phase even when the temperature changes, it is possible to prevent cracks or breakage of the refractory during casting.
지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아로서, 주성분 100중량%에 대해서 45 내지 85중량% 정도 포함될 수 있다. 이때, 지르코니아의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 내화물의 기계적 물성이 저하되어 작은 충격에도 손상되기 쉽고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 열충격 저항성이 저하되어 크랙 발생 등으로 인해 손상될 수 있다. Zirconia is CaO or MgO stabilized zirconia, and can be contained in an amount of about 45 to 85% by weight based on 100% by weight of the main component. If the content of zirconia is less than the above range, the mechanical properties of the refractory material are lowered, and the material is liable to be damaged by a small impact. If the content of zirconia is more than the specified range, the thermal shock resistance may be lowered and cracks may be caused.
[칼슘산화물]: 주성분 100중량%에 대하여 5 내지 20중량%[Calcium oxide]: 5 to 20 wt% based on 100 wt%
칼슘산화물은 용강 중 알루미나(Al2O3)와 반응하여 고융점 물질을 생성하기 위한 CaO 소스로 사용될 수 있다. 칼슘산화물은 CaTiO3, CaZrO3, CaSiO3 및 CaCO3 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. Calcium oxide can be used as a CaO source to react with alumina (Al 2 O 3 ) in molten steel to produce a high melting point material. As the calcium oxide, at least one of CaTiO 3 , CaZrO 3 , CaSiO 3 and CaCO 3 may be used.
예컨대 칼슘산화물로서 CaTiO3를 사용하는 경우, 하기와 같은 고온, 예컨대 주조 중 용강의 온도 범위에서 내화 조성물 중 카본(C)과 하기의 반응식1과 같이 반응하여 용강 중 알루미나와의 반응을 통해 고융점 물질을 생성하기 위한 CaO 소스를 생성한다. For example, when CaTiO 3 is used as the calcium oxide, the carbon (C) in the refractory composition reacts with the alumina in the molten steel at a high temperature as described below, for example, A CaO source is created to produce the material.
(반응식 3)(Scheme 3)
CaTiO3(s) + 3C(s) -> CaO(s) + TiC(s) + 2CO(g) CaTiO 3 (s) + 3C ( s) -> CaO (s) + TiC (s) + 2CO (g)
이때, 고융점 물질을 생성하기 위한 소스로 생석회(CaO)를 직접 사용할 수도 있지만, 생석회의 경우 수화반응을 일으켜 내화물의 물성을 변화시켜 안정적인 주조를 방해할 수 있다. In this case, calcium oxide (CaO) can be directly used as a source for producing a high melting point material, but in case of quicklime, a hydration reaction may occur to change the physical properties of the refractory material, thereby preventing stable casting.
칼슘산화물은 내화 조성물을 구성하는 주성분 100중량%에 대하여 5 내지 20중량% 포함될 수 있으며, 칼슘산화물의 함유량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 용강 중 알루미나와 반응을 통해 고융점 물질을 원활하게 생성할 수 없고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 저융점 물질이 다량 생성되어 주조 중 턴디쉬(20) 내화물이 소실될 수 있다. 예컨대 댐(26), 위어(24) 및 와류방지댐(28) 중 적어도 어느 하나가 소실되는 경우 와류방지 등의 기능을 상실하여 주조를 안정적으로 실시할 없다. 즉, 칼슘산화물이 지나치게 많이 함유되는 경우에는 내화 조성물 중 카본과 반응으로 인해 생성되는 CO 가스에 의해 내화물에 다공층이 다량 발생하여 내화물의 강도가 저하될 수 있다. The calcium oxide may be contained in an amount of 5 to 20% by weight based on 100% by weight of the main component of the refractory composition. When the content of the calcium oxide is less than the recommended range, the calcium oxide may react with the alumina in the molten steel to produce a high- And if it is more than the range shown, a large amount of low melting point material is produced, and the
[칼슘실리케이트(CaO·SiO2, 2CaO·SiO2)]: 주성분 100중량%에 대하여 2 내지 15중량%[Calcium silicate (CaO · SiO 2, 2CaO · SiO 2)]: the main component, per 100% by weight 2 to 15% by weight
칼슘실리케이트는 칼슘지르코네이트의 CaO 확산을 용이하게 해주고, 자체적으로도 CaO 성분을 포함하고 있어 칼슘산화물과 함께 알루미나와 반응하여 고융점 물질을 생성하기 위한 소스로 사용될 수 있다. Calcium silicate facilitates the diffusion of CaO in calcium zirconate and contains CaO in itself, so it can be used as a source for reacting with alumina with calcium oxide to produce a high melting point material.
반응식 4)Scheme 4)
CaO ·SiO2 -> CaO + SiO2 CaO · SiO 2 -> CaO + SiO 2
칼슘실리케이트는 주성분 100중량%에 대하여 2 내지 15중량% 함유될 수 있으며, 제시된 범위보다 적은 경우에는 고융점 물질이 원활하게 생성되지 않아 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 과다한 융액 생성으로 용강에 대한 내침식성이 저하되고, 다른 성분이 상대적으로 함유되기 때문에 내열충격성 저하 등과 같은 턴디쉬 내화물의 물성을 저하시키는 문제점이 있다. The calcium silicate may be contained in an amount of 2 to 15% by weight based on 100% by weight of the main component. If the amount is less than the recommended range, the high melting point material may not be smoothly generated and the nozzle clogging may occur. There is a problem that the corrosion resistance to molten steel is lowered and the other components are relatively contained, thereby deteriorating the physical properties of the tundish refractory such as deterioration in thermal shock resistance.
[카본]: 주성분 100중량%에 대하여 7 내지 15중량%[Carbon]: 7 to 15% by weight based on 100% by weight of the main component,
카본은 칼슘산화물과 반응하여 용강 중 알루미나 개재물과 반응을 위한 CaO 소스를 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 카본은 슬래그, 몰드 플럭스, 용강 등에 대한 젖음성이 낮고, 열전도도가 높은 물질로서, 턴디쉬 내화물의 내침윤성을 향상시키고, 온도 변화에 대한 내열충격성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 카본은 흑연, 그라파이트 등이 사용될 수 있으며, 주성분 100중량%에 대하여 7 내지 15중량% 함유될 수 있다. 카본이 제시된 범위보다 적은 경우에는 턴디쉬 내화물의 내열충격성이 저하될 수 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 강도 부족으로 내식성이 약해지고, 열전도성이 높아 방산열이 증가하여 용선 온도가 크게 저하될 수 있다. Carbon can be used to generate CaO sources for reaction with alumina inclusions in molten steel by reacting with calcium oxide. In addition, carbon can be used for improving the resistance to tundish of tundish refractories and imparting thermal shock resistance to changes in temperature with low wettability to slag, mold flux, molten steel, and high thermal conductivity. The carbon may be graphite, graphite or the like, and may be contained in an amount of 7 to 15% by weight based on 100% by weight of the main component. If the carbon content is less than the specified range, the thermal shock resistance of the tundish refractory may be deteriorated. If it exceeds the specified range, the corrosion resistance is weakened due to the lack of strength, and the thermal conductivity is high, .
[산화방지제]: 주성분 100중량%에 대하여 1 내지 5중량%[Antioxidant]: 1 to 5 wt% based on 100 wt%
산화방지제는 카본의 산화를 방지하게 위해 포함될 수 있다. 산화방지제는 Al, Si, Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속일 수 있다. Antioxidants may be included to prevent oxidation of the carbon. The antioxidant may be a metal containing at least one of Al, Si and Ti.
[바인더]: 내화 조성물 100중량%에 대하여 1 내지 10중량%[Binder]: 1 to 10 wt% based on 100 wt%
바인더는 전술한 주성분들, 즉 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 및 카본을 결합시켜 턴디쉬 내화물의 성형성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 바인더는 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 액상, 고상 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 바인더는 턴디쉬 내화물 100중량%, 즉 주성분과 바인더 총 중량에 대하여 1 내지 10중량% 함유될 수 있으며, 바인더의 함량이 제시된 범위보다 적은 경우에는 조성물들 간 결합력이 낮아 성형성이 저하되고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 점도가 높아져 성형성이 저하되고, 내화물을 이루는 조성물들 간 밀도가 높아져 기공률이 낮아지고, 이에 탄성률이 높아져 내열충격성이 저하되는 문제점이 있다.The binder can be used to bind the above-mentioned main components, namely zirconia, calcium oxide, calcium silicate, and carbon, to impart moldability of the tundish refractory. The binder may include a phenol resin, and may be used in various forms such as a liquid phase and a solid phase. The binder may contain 100 wt% of tundish refractory, that is, 1 to 10 wt% based on the total weight of the main component and the binder. When the content of the binder is less than the recommended range, the bonding force between the compositions is low, The viscosity is increased and the moldability is lowered, the density between the compositions constituting the refractory is increased, the porosity is lowered, and the elastic modulus is increased to lower the thermal shock resistance.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 턴디쉬 내화조성물의 성능을 검증하기 위한 실험 예에 대해서 설명한다. Hereinafter, an experimental example for verifying the performance of the tundish refractory composition according to the embodiment of the present invention will be described.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 주조용 턴디쉬의 효과를 확인하기 위한 실험장치의 모식도이고, 도 4는 주조가 완료된 후 턴디쉬 내화물 계면의 상태를 보여주는 사진이다. FIG. 3 is a schematic view of an experimental apparatus for confirming the effect of the casting tundish according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a photograph showing the state of the tundish refractory interface after casting is completed.
실험은 도 3에 도시된 바와 같은 실험장치를 이용하여 수행되었다. 실험장치는 원료를 수용하는 도가니(110)와, 도가니(110)를 가열하여 원료를 용해시키는 열원(120) 및 도가니(110)의 상부에 구비되고 시편을 회전시키는 구동수단(130)을 포함할 수 있다. 또한, 도가니(110) 또는 도가니(110) 내 용융금속의 온도를 측정하는 온도측정기(140)를 포함할 수 있다. The experiment was carried out using an experimental apparatus as shown in Fig. The experimental apparatus includes a
본 실험에서는 용융금속을 만들기 위한 원료로서, 전해철(강을 황산철의 수용액 중에서 만든 철. 공업적으로 다른 방법으로 만든 철보다 순도가 높아, Fe 99.99% 이상, C 0.008% 정도로 공업상 순철로 취급됨)과, Al 및 산화철을 이용하였다. 실험은 준비된 원료를 도가니(110)에 장입하고, 열원(120)을 이용하여 용해시켜 용융금속을 마련한 다음, 다양한 내화조성물로 제조된 시편을 침지시킨 다음, 2시간 동안 시편으로 용융금속을 교반하여 수행하였다. In this experiment, electrolytic iron (steel produced in an aqueous solution of iron sulfate and higher in purity than iron produced by other industrially different methods, Fe 99.99% or more, C 0.008% And Al and iron oxide were used. In the experiment, the prepared raw material was charged into the
시편은 Al2O3으로 제조된 시편1과, Al2O3-SiO2-C로 제조된 시편2 및 ZrO2-CaTiO3-CaO·SiO2-C-Al(본 발명)으로 제조된 시편3이 사용되었다. The specimen is composed of a
이들 시편1 내지 3 각각을 이용하여 용융금속을 교반한 후, 용융금속 중 산소 농도(T.[O]) 측정을 통해 Al2O3의 함량 변화를 측정하고, 각 시편의 계면 상태를 관찰하였다. 여기에서 시편을 이용하여 용융금속을 교반하는 이유는 턴디쉬 내 용강의 유동과 유사한 유동을 용융금속에 형성하기 위함이다. After the molten metal was stirred using each of the
먼저, 아래의 표 1은 용융금속 중 산소 농도의 변화를 보여주고 있다.First, Table 1 below shows the change in oxygen concentration in the molten metal.
T.[O]
T. [O]
상기 표 1을 참조하면, 시편 1을 이용한 실험에서는 실험 전보다 실험 후 용융금속 중 산소농도가 증가하였고, 시편 2 및 3을 이용한 실험에서는 실험 전보다 실험 후 용융금속 중 산소농도가 각각 약 65% 및 약 85% 정도씩 감소한 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, the oxygen concentration in the molten metal was increased after the experiment than before the experiment, and in the experiment using the samples 2 and 3, the oxygen concentration in the molten metal after the experiment was about 65% 85%, respectively.
그리고 도 4는 실험 후 시편 1 내지 3을 회수하여 내화물 계면 상태를 보여주는 사진으로, 도 4의 (a)는 시편 1의 계면 상태를 보여주는 사진이고, 도 4의 (b)는 시편 2의 계면 상태를 보여주는 사진이며, 도 4의 (c)는 시편 3의 계면 상태를 보여주는 사진이다. 4 (a) is a photograph showing the interface state of the
이들 사진을 비교해보면, 시편 1의 경우, 용융금속 중에 침지된 후, 즉 실험 후 시편 1의 계면에는 Al2O3 개재물이 거의 부착되지 않았다. Comparing these photographs, in the case of
그리고 시편 2의 경우에는 약 300㎛ 정도의 Al2O3 개재물이 부착되었고, 시편 3의 경우에는 약 500㎛ 정도의 Al2O3 개재물이 부착된 것으로 측정되었다. And in the case of sample 2 was the Al 2 O 3 inclusions in about 300㎛ degree attached, in the case of the sample 3, was determined to be the Al 2 O 3 inclusions in about 500㎛ degree attachment.
이와 같은 결과를 통해 시편 1을 이용한 실험의 경우, 실험 후 용융금속 중 Al2O3가 제거되지 않고, 오히려 시편 1에 함유되는 Al2O3가 용융금속 중으로 유입되어 산소 농도, 즉 Al2O3의 농도가 증가한 것으로 판단할 수 있다. As a result, in the
또한, 시편 2 및 시편 3을 이용한 실험에서는 Al2O3의 농도가 각각 약 65% 및 약 85% 정도씩 감소하였고, 시편 각각에는 Al2O3 개재물이 두껍게 부착된 것으로 보아, 용융금속 중 Al2O3 개재물이 내화물의 계면에 부착되어 용융금속 중 Al2O3 개재물의 농도가 저감한 것으로 판단할 수 있다. In addition, in the experiments using specimen 2 and specimen 3, the concentrations of Al 2 O 3 decreased by about 65% and 85%, respectively, and Al 2 O 3 inclusions were thickly adhered to each specimen. 2 O 3 inclusions are adhered to the interface of the refractory and the concentration of Al 2 O 3 inclusions in the molten metal is reduced.
또한, 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 시편 3의 경우, 시편 3의 계면에 부착된 Al2O3 개재물의 두께가 시편 2의 계면에 부착된 Al2O3 개재물의 두께보다 두껍게 형성되었다. 이는 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 시편 3이 용융금속 중 Al2O3 개재물과 반응하여 고융점 물질을 다량 생성할 수 있는 것을 나타내며, 이를 통해 용융금속 중 Al2O3 개재물의 포획 및 제거 효과가 더 우수한 것을 확인할 수 있다. It was also formed a sample three cases, the thicker the thickness of the specimen 3 with Al 2 O 3 inclusion-adherence at the interface than the thickness of the Al 2 O 3 inclusions attached to the surface of the sample 2 produced by the embodiment of the present invention. This indicates that to the sample 3 is much generate a melting point materials that react with one molten metal Al 2 O 3 inclusions produced by the embodiment of the present invention, through which of the molten metal Al 2 O capture and removal of the 3 inclusions It can be confirmed that the effect is more excellent.
이와 같이 턴디쉬 내에서 용융금속, 즉 용강 중 Al2O3 개재물을 포획 및 제거하면, 주조 중 노즐 막힘 현상이 발생하는 것을 억제 혹은 방지하여 주조를 안정적으로 수행할 수 있다.In this way, when the molten metal, that is, the Al 2 O 3 inclusions in the molten steel is trapped and removed in the tundish, the occurrence of clogging of the nozzle during casting can be suppressed or prevented, and the casting can be performed stably.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. Those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments may be possible. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.
10 : 래들 20: 턴디쉬
21: 출강구 22: 몸체
24: 위어 26: 댐
28: 와류방지댐 30: 몰드
40: 침지노즐 50: 냉각라인10: Ladle 20: Tundish
21: lubrication port 22: body
24: Weir 26: Dam
28: Vortex prevention dam 30: Mold
40: immersion nozzle 50: cooling line
Claims (14)
상기 주성분 100중량%에 대해서, 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함하고,
상기 상기 칼슘산화물은 CaTiO3 및 CaCO3 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 산화방지제는 Al 및 Ti를 포함하는 내화조성물. 90 to 99% by weight of a main component including zirconia, calcium oxide, calcium silicate, carbon and an antioxidant, and 1 to 10% by weight of a binder,
Wherein the composition contains 45 to 85% by weight of zirconia, 5 to 20% by weight of calcium oxide, 2 to 15% by weight of calcium silicate, 7 to 15% by weight of carbon and 1 to 5% by weight of antioxidant based on 100% by weight of the main component,
Wherein the calcium oxide comprises at least one of CaTiO 3 and CaCO 3 ,
Wherein the antioxidant comprises Al and Ti.
상기 지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아를 포함하는 내화조성물.The method according to claim 1,
Wherein the zirconia comprises CaO or MgO stabilized zirconia.
외형을 형성하는 철피와,
상기 철피 내부에 축조되는 내화물 및
용강과 직접 접촉하는 상기 내화물의 표면에 형성되는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 지르코니아, 칼슘산화물, 칼슘실리케이트, 카본 및 산화방지제를 포함하는 내화조성물을 포함하며,
상기 상기 칼슘산화물은 CaTiO3 및 CaCO3 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 산화방지제는 Al와 Ti를 포함하고,
상기 내화조성물은 중량%로서 지르코니아 45 내지 85중량%, 칼슘산화물 5 내지 20중량%, 칼슘실리케이트 2 내지 15중량%, 카본 7 내지 15중량% 및 산화방지제 1 내지 5중량%를 포함하는 주조용 턴디쉬.As a main tundish,
A scoop forming an outer shape,
The refractory and the refractory built in the iron core
And a coating layer formed on the surface of the refractory material in direct contact with the molten steel,
Wherein the coating layer comprises a refractory composition comprising zirconia, calcium oxide, calcium silicate, carbon and an antioxidant,
Wherein the calcium oxide comprises at least one of CaTiO 3 and CaCO 3 ,
Wherein the antioxidant comprises Al and Ti,
Wherein said refractory composition comprises a casting turn comprising 45 to 85 weight percent zirconia, 5 to 20 weight percent calcium oxide, 2 to 15 weight percent calcium silicate, 7 to 15 weight percent carbon, and 1 to 5 weight percent antioxidant, Dish.
상기 내화물은 바인더를 포함하고,
상기 바인더는 상기 내화조성물과 상기 바인더의 총 중량 100중량%에 대해서 1 내지 10중량% 포함되는 주조용 턴디쉬. The method of claim 6,
Wherein the refractory comprises a binder,
Wherein the binder comprises 1 to 10% by weight based on 100% by weight of the total weight of the refractory composition and the binder.
상기 내화물의 기공율은 5 내지 30%인 주조용 턴디쉬. The method of claim 6,
Wherein the refractory has a porosity of 5 to 30%.
상기 지르코니아는 CaO 또는 MgO 안정화 지르코니아를 포함하는 주조용 턴디쉬.The method according to claim 7 or 8,
Wherein the zirconia comprises CaO or MgO stabilized zirconia.
상기 내화물은 상기 턴디쉬의 몸체와, 상기 몸체 내부에 구비되는 댐, 위어 및 와류방지댐 중 적어도 어느 하나를 포함하는 주조용 턴디쉬.The method of claim 10,
Wherein the refractory includes at least one of a body of the tundish and a dam, a weir, and a vortex prevention dam provided in the body.
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