KR100353034B1

KR100353034B1 - 용강주조용 롱스토파 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100353034B1
Application number: KR1020000031047A
Authority: KR
Inventors: 이학동
Original assignee: 조선내화 주식회사
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2002-09-16
Also published as: KR20010110535A

Abstract

본 발명은 연속주조용 스토파에 대한 재질을 적절히 조성시킴과 함께 일산화탄소와 질소가스가 혼재된 분위기에서 소성함으로써 용강류에 대한 내마모성 및 내산화성의 증대로 사용수명을 향상시킨 스토파 및 그 제조방법에 관한 것으로, 100중량%로서, 금속실리콘 2∼30중량%, 실리카 5∼10중량%, 흑연 10∼40 중량%, 펠드스파를 3∼20중량%, 벤토나이트 5중량% 이하, 보론카바이트 5중량% 이하 이고, 나머지는 알루미나로 조성됨을 특징으로 하는 연속주조용 스토파(Stopper)로 구성되고, 또한 상기 조성이 되게 혼합하여 성형한 후 일산화탄소 및 질소가스가 혼재된 가스분위기에서 1200∼1500℃ 온도로 1∼10시간 소성함을 특징으로 하는 연속주조용 스토파의 제조방법으로 구성된다.

Description

용강주조용 롱스토파 및 그 제조방법{long stoper for iron cast and method for fabricating the same}

본 발명은 연속주조시 사용되는 롱스토파에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롱스토파를 이루는 재질을 적절히 조성하여 용강 주조시 강에 대한 침식저항성 및 내산화성에 대해 우수하며 용강의 흐름을 용이하게 제어할 수 있는 등 용강의 반응 안정성을 확보함으로써 스토파를 장시간 안정적으로 사용할 수 있게 하는데 적합한 용강주조용 롱스토파 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 몸체(1)와 헤드부위(2)로 구성된 롱스토파(Long Stopper)(3)를 나타낸 것이고, 도 2는 상기 롱스토파(3)와 함께 사용되는 침지노즐(7)의 단면도를 나타낸 것으로 컬러부위(4)와 본체(5)와 파우더라인(6)으로 이루어진다.

상기 구조를 갖는 연속주조용 롱스토파(Long Stopper)(3)는 강의 연속주조시 래들과 내장식 침지노즐이 설치된 턴디쉬(Tundish)사이에 위치하여 턴디쉬 내의 용강의 흐름을 제어하는데 사용되며, 이때 롱스토파(3)의 헤드부위(2)와 접촉하는 컬러부위(4)를 갖는 침지노즐(7) 역시 함께 결합되어 사용된다.

롱스토파(3) 및 침지노즐(7)의 해당 부위 재질에 대한 구비 조건으로는 용강류에 대한 내식성 및 내열충격성, 내산화성 등이 우수해야 하며, 사용시 열간에서 파괴되거나 손상되지 않을 정도의 적정 강도를 유지하는 것이 중요하다.

롱스토파(3)는 전체 구성도에서 볼때 용강류를 조절하는 부위로서 유량제어가 행해지는 롱스토파(3)의 헤드부위(2)가 중요하며 이 부위에서의 용손이 심할 경우에는 용강 유량제어가 곤란하여 주조 불능의 원인이 된다.

또한 롱스토파의 몸체 부위 역시 장시간에 걸쳐 사용할 때 턴디쉬 상부의 잠열로 인한 재질내에 함유된 흑연 성분의 산화로 인해 재질의 강도가 저하되어 사용중 산화 절손 현상이 발생되어 주조를 곤란하게 만들기도 한다.

즉, 롱스토파의 주된 수명저하 현상은 헤드부위에서 형성된 마모 손상층이 심화되어 용강류의 개폐 작용을 원활히 제어할 수 없게 하거나 또는 몸체 부위에서 의 탈탄에 의한 모재의 결합력 저하로 산화 절손이 발생되는데 이는 모재내의 산화방지능이 저하되어 발생된 결과로 추정된다.

한편, 롱스토파에 사용되는 기존 모재 재질로서 몸체 부위에는 주로 알루미나-흑연-실리카-지르코니아 성분계 내화물이 사용되며 강의 유량제어에 있어서 가장 중요한 헤드부위에는 최근의 연주비 증가 및 강종 특성에 따라 마그네시아-흑연계 또는 알루미나-흑연-실리카-지르코니아계 내화물이 사용된다.

상기한 재질중에서 알루미나-흑연-실리카-지르코니아계 내화물은 1000℃ 또는 1200∼1500℃에서의 소성과 같은 소성온도 조건을 변화시켜도 모재의 겅도 또는 내산화성 등의 물성이 크게 향상되지 않는다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스토파를 이루는 재질을 적절히 조성시킴과 함께 일산화탄소와 질소가스가 혼재된 분위기에서 적절한 소성조건으로 소성함으로써 용강류에 대한 내마모성 및 내산화성의 증대로 사용수명이 향상된 스토파를 얻고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 용강주조용 롱스토파의 구조도

도 2는 침지노즐의 구조도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 몸체 2: 헤드부위 3: 롱스토파

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 100중량%로서, 금속실리콘 2∼30중량%, 실리카 5∼10중량%, 흑연 10∼40중량%, 펠드스파 3∼20중량%, 벤토나이트 5중량% 이하, 보론카바이트 5중량% 이하 이고, 나머지는 알루미나로 조성된 연속주조용 스토파로 구성된다. 또한 본 발명은 내산화성을 더욱 증대 시키기 위해 상기 조성에 펠드스파를 3∼20중량% 조성시킴이 바람직하다.

또한 본 발명은 상기한 스토파를 제조함에 있어서는 상기 원료로 조성되게 배합하여 일정 형태의 스토파가 되게 성형한 후 일산화탄소 및 질소가스가 혼재된 가스분위기에서 1200∼1500℃ 온도로 1∼10시간 소성함으로써 내마모성 및 내산화성을 갖는 스토파를 갖게된다.

본 발명은 상기한 원료의 배합 조성과 함께 소성조건과 상호 유기적으로 결합되어 이루어진 것으로, 적정량의 금속실리콘 함량을 적용하여 소성함으로써 매트릭스내에서의 β-SiC 및 Si₂ON₂결합을 유도하고, 알루미나와 실리카의 반응에 의한 물라이트(mullite) 합성으로 매트릭스가 강화되어 강고한 모재가 형성되며, 펠드스파, 보론카바이드 등을 적용하여 모재의 유리화합물 생성에 의한 내산화성으로 흑연의 산화소실을 저감하도록 하였으며, 벤토나이트에 따른 작업성 및 소결강도가 증가된 스토파를 얻게 된다,

상기한 금속실리콘 함량이 2중량% 이하인 경우는 매트릭스내에서의 β-SiC 및 Si₂ON₂결합 유도가 약하고, 30중량% 이상인 경우는 과다한 발열 반응으로 모재 조직내에 응력 발생을 심화시키므로 조직의 약화를 초래한다.

그리고 실리카 함량이 5중량% 이하인 경우는 물라이트 생성량 저하로 인해 강도가 저하되며 흑연 증량으로 산화율이 다소 높아지게 된다. 그리고 10중량% 이상인 경우는 과다한 물라이트 합성으로 조직의 취약화가 발생한다.

흑연 함량은 성형성 및 금속실리콘과의 반응성을 감안할 때 10중량%를 최소함량으로 하였으며, 40중량% 초과시는 과다 함량으로 오히려 내산화성이 약화될 수 있다. 펠드스파는 모재내 일부 유리화 생성에 따른 내산화성을 증대시키는 역할을 하는 것으로, 그 함량이 3중량% 이하인 경우는 내산화성이 좋지 않으며, 20중량% 이상인 경우는 모재내 과다한 유리층 생성으로 인한 저융점물 형성으로 조직의 결합력 및 내산화성을 약화시킨다.

벤토나이트가 5중량% 이상인 경우는 팽윤성 과다에 따른 조직 약화가 발생되며, 보론카바이트는 내산화성을 촉진시키는 것으로 가격 측면에서 고려하여 5중량% 이하로 하였다.

또한 본 발명은 상기 조성과 함께 소성조건으로 함으로써 상기 특성의 증대와 함께 강도를 증대시킬 수 있다

다음은 실시예에 따라 설명한다.

(표 1)과 같은 화학성분 및 소성조건으로 제조하여 그에 대한 물성을 확인 하였다. (표 2)는 (표 1)의 각 조건에 따라 생성된 주요 결정상을 확인한 결과이다.

비교예 1 및 2

기존재질과 동일한 화학 성분으로 하면서 소성조건을 본 발명의 범위로 한 비교예 1의 경우는 종래에 비해 소성온도의 증가에 따라 강도는 약간 증대되었으나 산화율이 증가하였으며, 소성온도를 1000℃로 하면서 본 발명의 실시예 1과 동일한 화학성분으로 한 비교예 2의 경우는 소성온도 저하에 따라 강도 특성이 좋지 않음을 알 수 있었다.

실시예 1, 4, 5

실시예 1, 4, 5는 화학성분 및 소성조건을 유기적으로 구성시킴에 따라 나타난 결과로써 비교예 1 및 2에 비해 현격한 강도의 향상이 나타났으며, 산화율의 감소를 알수 있었다.

실시예 2, 3

실시예 2,3은 펠드스파를 3∼20중량% 추가로 첨가하여 실시한 결과로써 강도는 실시예 4와 유사하면서도 실시예 1, 4, 5에 비해 산화율이 현격히 감소됨을 알 수 있었다.

	종래	비교예	본 발 명 (실 시 예)
	종래	1	2	1	2	3	4	5
화학성분(%)	알루미나	50	50	50	50	50	30	45	45
	지르코니아	10	10	-	-	-	-	-	-
	실리카	10	10	10	10	10	5	5	10
	금속시리콘	-	-	5	5	2	30	5	5
	흑연	30	30	30	30	30	10	40	30
	펠드스타	-	-	-	-	3	20	-	-
	벤토나이트	-	-	3	3	3	3	3	5
	보론카바이드	-	-	2	2	2	2	2	5
소성	온도(℃)	1000	1200- 1500	1000	1200-1500	1200-1500	1200-1500	1200-1500	1200- 1500
소성	시간(h)	1-10	1-10	1-10	1-10	1-10	1-10	1-10	1-10
물성	부피비중	2.45	2.44	2.15	2.20	2.21	2.24	2.16	2.19
	기공율(%)	17.0	20.0	22.0	20.5	18.5	16.0	21.5	20.8
	압축강도(kg/cm²)	300	340	260	450	410	580	420	470
	곡강도(kg/cm²)	80	90	70	170	140	210	150	180
	산화율(%)	9.3	11.5	7.8	4.0	2.8	2.0	5.7	3.5

※산화율: 전기로에서 600℃×2시간 유지하여 소성후 시편 무게 및 소성전

의 시편무게를 각각 측정하여 무게 변화율을 계산한 결과임.

[(소성전 무게-소성후 무게)/소성전 무게]×100

	종래	비교예	본 발 명(실시예)
	종래	1	2	1	2	3	4	5
결정상	-	M	-	MBSSION	MBSSION	MBSSION	MBSSION	MBSSION

결정상 구분, M : Mullite, BS: β-SiC, SiON: Si₂ON₂

이상에서와 같이 본 발명은 스토파를 이루는 재질을 적절히 조성시킴과 함께 일산화탄소와 질소가스가 혼재된 분위기에서 일정 소성 조건으로 소성함으로써 용강 주조시 강에 대한 침식저항성 및 내산화성, 강도 특성 등에 대하여 우수하며 용강의 흐름을 용이하게 제어할 수 있는 등 용강의 반응 안정성을 확보함으로써 스토파를 장시간 안정적으로 사용할 수 있다.

Claims

100중량%로서, 금속실리콘 2∼30중량%, 실리카 5∼10중량%, 흑연 10∼40 중량%, 벤토나이트 5중량% 이하, 보론카바이트 5중량% 이하 이고, 나머지는 알루미나로 조성됨을 특징으로 하는 연속주조용 스토파(Stopper).

100중량%로서, 금속실리콘 2∼30중량%, 실리카 5∼10중량%, 흑연 10∼40 중량%, 펠드스파 3∼20중량%, 벤토나이트 5중량% 이하, 보론카바이트 5중량% 이하 이고, 나머지는 알루미나로 조성됨을 특징으로 하는 연속주조용 스토파(Stopper).

100중량%로서, 금속실리콘 2∼30중량%, 실리카 5∼10중량%, 흑연 10∼40 중량%, 벤토나이트 5중량% 이하, 보론카바이트 5중량% 이하 이고, 나머지는 알루미나로 조성되게 혼합하여 성형한 후 일산화탄소 및 질소가스가 혼재된 가스분위기에서 1200∼1500℃ 온도로 1∼10시간 소성함을 특징으로 하는 연속주조용 스토파의 제조방법.

100중량%로서, 금속실리콘 2∼30중량%, 실리카 5∼10중량%, 흑연 10∼40 중량%, 펠드스파 3∼20중량%, 벤토나이트 5중량% 이하, 보론카바이트 5중량% 이하 이고, 나머지는 알루미나로 조성되게 혼합하여 성형한 후 일산화탄소 및 질소가스가 혼재된 가스분위기에서 1200∼1500℃ 온도로 1∼10시간 소성함을 특징으로 하는 연속주조용 스토파의 제조방법.